JP4782391B2 - 顕微鏡システム - Google Patents
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Description
さらに、スライドガラスの厚みに応じて対物レンズとステージとの距離を調節する方法もある(特許文献3)。
反射レーザ光Lrは対物レンズ3によりその強度や反射光分布が異なるため、それに応じた制御が必要である。特許文献2では、光路中の(使用中の)対物レンズ3に適したAF制御の方法が開示されており、合焦時における焦準部の速度を最適化することにより、対物レンズ3によらず安定してピントあわせが可能である。
〔第1の実施形態〕
第1図は、本発明の第1の実施形態による顕微鏡システムの全体構成をす。図1において、顕微鏡システム100は、観察対象S(これは、上記のガラスSg、培養液Scおよび細胞Ssなどをまとめて示したものである)を乗せる固定ステージ1、照明用光源27、平行光生成レンズ28,ミラー29、集光レンズ30、複数の対物レンズ3、これらの対物レンズ3を取り付け回転可能な電動レボルバ2、任意の対物レンズ3を光路中に挿入できるようにレボルバ2を回転させるレボルバ用モータ17、レボルバ2のどの対物レンズ取り付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出する為のレボ穴位置検出部18、およびレボルバ2を光軸方向に移動させる焦準用モータ21を備えている。さらに、顕微鏡システム100は、使用者が入力するための操作部23、操作部23からの入力情報とレボ穴位置検出部18からの使用中の対物レンズ3の情報に基づきシステム全体を制御するコントロール部15、コントロール部15からの制御信号に基づいてレボルバ用モータ17を駆動するレボルバ用モータ駆動部16および焦準用モータ21を駆動する焦準用モータ駆動部20を備える。
コントロール部15は周知のCPU回路であり、第2図に示す如く、CPU本体30と、システムを制御するためのプログラムを格納するROM31と、制御に必要なデータを格納するRAM32と、制御信号の入出力を行うI/Oポート33、及びCPUを制御する為に必要な図示しない発振器、アドレスデコーダー等の周知の周辺回路から構成される。このI/Oポート33やデータバス34から、各々の周辺装置の制御を行うことになる。また、コンロトール部15は、システム導入後に発生する種々の設定データが保存できるように、不揮発性メモリ(図示せず)を備えてもよい。
A+B ・・・・・(1)
及び、(c)に示すような
K・(B−A)/(A+B) ・・・・(2)
を算出する。ただし、Kは、式(2)の値が適当な範囲に収まるような定数である。特に図4(c)の信号は、S字カーブのような特性を示し、その値を評価関数値(以下、Ef値と略す)と称する。図4(b)および(c)は、対物レンズ3の焦点に対する観察対象Sの相対位置により式(1)および(2)の値が変化するようすを示すグラフ(b)および(c)である。コントロール部15はEf値の符号により合焦位置方向を判定する。例えば、図4のP1の位置からAF動作を開始した場合には、Ef値の符号が正であるから、レボルバを下降させる制御を行い、P2の位置からAF動作を開始した場合には、Ef値の符号が負であるから、レボルバを上昇させる制御を行い、最終的にEf値が0となるように合焦制御を行い、観察対象Sを合焦へと導く。
また、観察のための照明光は照明用光源27からレンズ28を通り、ミラー29で反射され、レンズ30で集光された後、観察対象Sを上側から照射する。標本を透過した光は、対物レンズ3を通り、ダイクロイックミラー11を通過して観察光となる。
(a)焦点位置がR2dまたはR2uの点からAF動作を開始し、レーザ反射面RB2に合焦させる。
(b)焦点位置がR1dまたはR1uの点からAF動作を開始し、一旦、レーザ反射面RB1に合焦させてから、レーザ反射面RB2に合焦させる。
本発明のAF制御では、AF開始位置を図7のようなフローを用いて必ずR2uまたはR1dの位置からAFを行い、レーザ反射面RB2またはレーザ反射面RB1に合焦させることが可能となる。図7Aは必ずR1dの位置からAF動作を行う場合の制御を示したものである。
また、対物レンズ3の焦点位置を上限または下限のどちらに駆動するかの判定は、対物レンズが観察体に近づける範囲のリミット(上限リミット)が設定されている場合には、対物レンズと観察体が衝突する可能性が低いため、より着目点に近い最上限に移動し、上限リミットが設定されていない場合には、対物レンズと観察体が衝突する可能性があるため、最下限に移動する。したがって、図7Bの処理を可能とするため、対物レンズの上限をROM31または図示しない不揮発性メモリに保存しておくことが好ましい。
〔第2の実施形態〕
第2の実施形態による顕微鏡システムのハードウェア構成は、第1実施例と同様のため省略し、本実施形態の特徴である観察体のサーチ範囲制御に対する説明を行う。
(付記1)少なくとも2つの反射界面をもつ観察体を乗せるステージと、対物レンズと、前記ステージと前記対物レンズとの光軸に沿った相対距離を変化させる手段と、前記変化を少なくともアクティブオートフォーカス方式により制御するオートフォーカス手段とを備えた顕微鏡システムにおいて、効率的に焦点を決定する顕微鏡オートフォーカス方法であり、
前記の少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報と前記対物レンズの対物レンズ情報により前記制御の方法を変更する制御方法変更ステップを含むことを特徴とする顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記2)
前記制御方法変更ステップは、
前記の少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報を記録するステップと、
前記対物レンズの可動範囲を定義する第1および第2の限界位置を予め設定し記録するステップと、
前記対物レンズの焦点が前記の少なくとも2つの反射界面で挟まれた領域の外側にある場合、前記第1および第2の限界位置のうち近い方の限界位置に前記対物レンズを一度移動させてから、アクティブオートフォーカス動作により、現在の焦点位置から最も近い最近反射界面まで対物レンズを移動させるステップと、
利用者に観察部位を入力させるステップと、
前記観察部位に最も近い反射界面が前記対物レンズの異動先である反射界面と異なる場合、前記厚み情報のうち必要な情報を用いて、前記対物レンズを前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させるステップとを含むことを特徴とする付記1記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記3) 前記の少なくとも2つの反射界面のうち前記オートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断する判断ステップと、
前記オートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一である場合、前記アクティブオートフォーカス動作により前記唯一の反射界面に合焦させるステップと、
前記厚み情報のうち必要な情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させるステップとをさらに含むことを特徴とする付記1または2記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記4) 前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一でない場合、現在の焦点位置に最も近い最近反射界面を中心とするサーチ範囲を決定するステップと、
前記サーチ範囲で前記アクティブオートフォーカス動作により、前記最近反射界面に合焦させるステップと、
前記厚み情報のうち必要な情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させるステップとをさらに含むことを特徴とする付記3記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記5) 前記の少なくとも2つの反射界面が、観察体を積載または封入した透明な保持部材の両面であり、
前記判断ステップが、前記保持部材の厚さ、および各反射界面における反射強度分布範囲に基づいて判断するステップを含むことを特徴とする付記3または4記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記6) 前記の少なくとも2つの反射界面が、保持部材の両面であり、
前記判断ステップが、前記保持部材の厚さ、および前記対物レンズ情報に基づいて判断するステップを含むことを特徴とする付記3または4記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記7) 前記対物レンズ情報が、水浸、ドライおよび油浸などの前記対物レンズの使用形態、倍率、開口数の少なくとも1つを含むことを特徴とする付記1,2、3または6記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
(付記8) 前記判断ステップが、利用可能な対物レンズの各々に対する水浸、ドライおよび油浸などの当該対物レンズの使用形態、倍率、開口数の少なくとも1つのデータを当該対物レンズの識別情報とともに収容したテーブルを参照するステップを含むことを特徴とする付記6記載の顕微鏡オートフォーカス方法。
2 リボルバ
3 対物レンズ
4 基準光源
5 コリメートレンズ
6 投光側ストッパ
7 変更ビームスプリッタ(PBS)
8 集光レンズ群
9 色差補正レンズ群
10 λ/4版
11 ダイクロックミラー
12 集光レンズ群
13 受光センサ
14 信号処理部
15 コントロール部
16 レボルバ用モータ駆動部
17 レボルバ用モータ
18 レボ穴位置検出部
19 レーザ駆動部
20 焦準用モータ駆動部
21 焦準用モータ
23 操作部
24 JOGダイヤル
25 色差補正レンズ駆動部
26 色差補正レンズ駆動モータ
30 CPU本体30
31 ROM31
32 RAM32
34 データバス
100 顕微鏡システム
Claims (14)
- 少なくとも2つの反射界面をもつ観察体を乗せるステージと、前記観察体の観察部位を前記ステージの下側から観察する対物レンズと、前記ステージと前記対物レンズとの光軸に沿った相対距離を変化させる手段とを備えた顕微鏡システムにおいて、
少なくともアクティブオートフォーカス方式により前記変化を制御する顕微鏡オートフォーカスシステムであり、
前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報を格納する手段と、
前記対物レンズの可動範囲を定義する第1および第2の限界位置を格納する手段と、
前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報と前記対物レンズの対物レンズ情報により前記制御の方法を変更する制御方法変更手段と、を備え、
前記制御方法変更手段は、
前記対物レンズの焦点が前記少なくとも2つの反射界面で挟まれた領域の外側にある場合、前記第1および第2の限界位置のうち近い方の限界位置に前記対物レンズを一度移動させてから、アクティブオートフォーカス動作により、現在の焦点位置から最も近い最近反射界面まで対物レンズを移動させる手段と、
前記対物レンズの移動先である前記最近反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報のうち必要な情報を用いて、前記対物レンズを前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させる手段と、を含む
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 少なくとも2つの反射界面をもつ観察体を乗せるステージと、前記観察体の観察部位を前記ステージの下側から観察する対物レンズと、前記ステージと前記対物レンズとの光軸に沿った相対距離を変化させる手段とを備えた顕微鏡システムにおいて、
少なくともアクティブオートフォーカス方式により前記変化を制御する顕微鏡オートフォーカスシステムであり、
前記少なくとも2つの反射界面のうちアクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断する判断手段と、
前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報と前記対物レンズの対物レンズ情報により前記制御の方法を変更する制御方法変更手段と、を備え、
前記制御方法変更手段は、
前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一である場合、前記アクティブオートフォーカス動作により前記唯一の反射界面に合焦させ、前記対物レンズの移動先である前記唯一の反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させる手段と、
前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一でない場合、現在の焦点位置に最も近い最近反射界面を中心とする第1のサーチ範囲を決定し、前記第1のサーチ範囲で前記アクティブオートフォーカス動作により、前記最近反射界面に合焦させ、前記対物レンズの移動先である前記最近反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させる手段と、を含む
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 前記少なくとも2つの反射界面が、保持部材の両面であり、
前記判断手段は、前記保持部材の厚さ、および各反射界面における反射強度分布範囲に基づいて前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断することを特徴とする請求項2記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 前記少なくとも2つの反射界面が、保持部材の両面であり、
前記判断手段は、前記保持部材の厚さ、および前記対物レンズ情報に基づいて前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断することを特徴とする請求項2記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 前記対物レンズ情報は、水浸、ドライおよび油浸などの前記対物レンズの使用形態、倍率、開口数の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項4記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
- 利用可能な対物レンズの各々に対する水浸、ドライおよび油浸などの当該対物レンズの使用形態、倍率、開口数の少なくとも1つのデータを当該対物レンズの識別情報とともに収容したテーブルをさらに備え、
前記判断手段は、前記テーブルを参照して前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断することを特徴とする請求項4記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 前記制御方法変更手段は、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させた後、更に前記観察部位に最も近い反射界面を中心とする第2のサーチ範囲を決定し、前記第2のサーチ範囲で前記アクティブオートフォーカス動作により、前記観察部位に最も近い反射界面に合焦させる手段と、を含むことを特徴とする請求項2記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
- 前記第1のサーチ範囲及び前記第2のサーチ範囲は、前記媒体の厚み情報と前記対物レンズ情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項7記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
- 請求項1乃至8の何れか一項に記載の顕微鏡オートフォーカスシステムを備えたことを特徴とする顕微鏡システム。
- 少なくとも2つの反射界面をもつ観察体を乗せるステージと、前記観察体の観察部位を前記ステージの下側から観察する対物レンズと、前記ステージと前記対物レンズとの光軸に沿った相対距離を変化させる手段とを備えた顕微鏡システムにおいて、
少なくともアクティブオートフォーカス方式により前記変化を制御する顕微鏡オートフォーカスシステムであり、
前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報を格納する手段と、
前記媒体の厚み情報と前記対物レンズの対物レンズ情報により、前記少なくとも2つの反射界面のうちアクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一であると判断された場合と、検出可能な反射界面が唯一でないと判断された場合とで前記制御の方法を変更する制御方法変更手段と、
を備えたことを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記対物レンズが油浸対物レンズである場合、前記判断手段は、前記少なくとも2つの反射界面のうちアクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であると判断し、
前記制御変更手段は、前記アクティブオートフォーカス動作により前記唯一の反射界面に合焦させる、ことを特徴とする請求項10記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 前記対物レンズがドライ対物レンズ又は水浸対物レンズである場合、前記判断手段は、前記少なくとも2つの反射界面のうちアクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断し、
前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一であると判断した場合、前記制御変更手段は、前記アクティブオートフォーカス動作により前記唯一の反射界面に合焦させ、前記対物レンズの移動先である前記唯一の反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させ、
前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一でないと判断した場合、前記制御変更手段は、現在の焦点位置に最も近い最近反射界面を中心とする第1のサーチ範囲を決定し、前記第1のサーチ範囲で前記アクティブオートフォーカス動作により、前記最近反射界面に合焦させ、前記対物レンズの移動先である前記最近反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させる、ことを特徴とする請求項10記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。 - 少なくとも2つの反射界面をもつ観察体を乗せるステージと、前記観察体の観察部位を前記ステージの下側から観察する対物レンズと、前記ステージと前記対物レンズとの光軸に沿った相対距離を変化させる手段と、前記変化を少なくともアクティブオートフォーカス方式により制御するオートフォーカス手段とを備えた顕微鏡システムにおける顕微鏡オートフォーカス方法において、
前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報と前記対物レンズの対物レンズ情報により前記制御の方法を変更する制御方法変更ステップであって、
前記前記制御方法変更ステップは、前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報を記録するステップと、前記対物レンズの可動範囲を定義する第1および第2の限界位置を予め設定し記録するステップと、前記対物レンズの焦点が前記の少なくとも2つの反射界面で挟まれた領域の外側にある場合、前記第1および第2の限界位置のうち近い方の限界位置に前記対物レンズを一度移動させてから、アクティブオートフォーカス動作により、現在の焦点位置から最も近い最近反射界面まで対物レンズを移動させるステップと、前記対物レンズの移動先である最近反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報のうち必要な情報を用いて、前記対物レンズを前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させるステップとを含む
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカス方法。 - 少なくとも2つの反射界面をもつ観察体を乗せるステージと、前記観察体の観察部位を前記ステージの下側から観察する対物レンズと、前記ステージと前記対物レンズとの光軸に沿った相対距離を変化させる手段と、前記変化を少なくともアクティブオートフォーカス方式により制御するオートフォーカス手段とを備えた顕微鏡システムにおける顕微鏡オートフォーカス方法において、
前記少なくとも2つの反射界面の間にある媒体の厚み情報と前記対物レンズの対物レンズ情報により前記制御の方法を変更する制御方法変更ステップであって、
前記制御方法変更ステップは、前記少なくとも2つの反射界面のうちアクティブオートフォーカス動作により検出可能なものが唯一であるか否かを判断する判断ステップと、
前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一である場合は、前記アクティブオートフォーカス動作により前記唯一の反射界面に合焦させるステップと、を含み、
前記アクティブオートフォーカス動作により検出可能な反射界面が唯一でない場合は、現在の焦点位置に最も近い最近反射界面を中心とするサーチ範囲を決定するステップと、前記サーチ範囲で前記アクティブオートフォーカス動作により、前記最近反射界面に合焦させるステップと、前記対物レンズの移動先である前記最近反射界面が前記観察部位に最も近い反射界面と異なる場合、前記厚み情報のうち必要な情報を用いて、前記対物レンズを現在の位置から前記観察部位に最も近い反射界面まで移動させるステップとを含む、
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカス方法。
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