JP5015736B2 - 顕微鏡の焦準装置 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡に備えられ、試料を載置するステージまたは対物レンズの少なくとも一方を移動させて焦点合わせを行う焦準装置に関するものである。

顕微鏡は、一般的にステージまたは対物レンズの少なくとも一方を光軸方向に移動させる焦準装置を備えている。例えば、従来の焦準装置として、焦準ハンドルを有し、焦準ハンドルの回転方向および回転量に応じてステージまたは対物レンズを移動させる焦準装置が知られている（特許文献１参照）。

焦準操作を行う場合、観察者は、試料の観察像または試料と対物レンズとの相対距離に集中し、ステージまたは対物レンズを移動させるべき方向を判断しながら、焦準ハンドルを操作する。特に、高倍対物レンズを用いる場合、高倍対物レンズは焦点深度が浅く、試料と対物レンズとの間隔（ＷＤ：ワークディスタンス）が非常に小さいので、観察者は、この間隔を注意しながらステージまたは対物レンズを微小量ずつ移動させて試料に焦点を合わせる。

特開平８−１６６５４５号公報

ところで、ステージまたは対物レンズの移動量が微小の場合、観察像の変化または試料とステージの間隔の変化が小さく、観察者は、意図した方向とは逆の方向にステージまたは対物レンズを移動させる操作を行っていても気づくことができない場合があった。この場合、観察者は必要以上にステージまたは対物レンズを移動させて移動方向の判断を行う為、結果的に焦準操作に時間がかかるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、迅速に試料に焦点を合わせることができる焦準装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる焦準装置は、顕微鏡に備えられる焦準装置であって、試料を載置するステージまたは対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸方向に移動させて前記ステージと前記対物レンズとの相対距離を変化させる焦準手段と、前記焦準手段の駆動を操作する操作手段と、前記操作手段による前記ステージ及び前記対物レンズの少なくとも一方の移動方向が前記相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれの方向であるかを判別する判別手段と、前記判別手段による判別情報に応じて、前記移動方向を通知する通知手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる焦準装置は、上記の発明において、前記通知手段は、前記移動方向が前記相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれの方向であるかを示す情報を通知することを特徴とする。

また、本発明にかかる焦準装置は、上記の発明において、前記通知手段は、前記判別情報に応じて前記移動方向を示す通知音によって、前記移動方向を通知することを特徴とする。

また、本発明にかかる焦準装置は、上記の発明において、前記通知手段は、前記判別情報に応じて前記移動方向を示す画像を表示することによって、前記移動方向を通知することを特徴とする。

また、本発明にかかる焦準装置は、上記の発明において、前記通知手段は、ランプ光源を備え、前記判別情報に応じて前記移動方向を示す点灯、点滅又は表示パターンによって前記移動方向を通知することを特徴とする。

前記通知手段は、前記顕微鏡に備えられる絞り手段又は光源の制御によって照明光の光量を変化させることで前記移動方向を通知することを特徴とする。

本発明にかかる焦準装置は、操作手段によって焦準装置の駆動を操作し、判別手段がステージまたは対物レンズの移動方向がステージと対物レンズとの相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれの方向であるかを判別し、通知手段が判別手段による判別情報に応じてステージまたは対物レンズの移動方向を通知するので、観察者は、焦準操作の開始とほぼ同時にステージまたは対物レンズの移動方向を把握でき、誤操作によるステージまたは対物レンズの移動量を最小限に抑えられるので、迅速に試料に焦点を合わせることができるという効果を奏する。

以下、この発明を実施するための最良の形態である顕微鏡について説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。

（実施の形態）
図１は、本発明にかかる焦準装置を備えた顕微鏡の概略構成を示す図である。図１に示すように、顕微鏡１００は、試料２を載置するステージ３を備える。ステージ３は、Ｘ−Ｙステージ操作ハンドル３ａによって顕微鏡１００の光軸と直交する平面上を移動自在な構造を有する。このステージ３は、観察者による焦準ハンドル２１の操作に応じて顕微鏡１００の光軸Ｌ１方向に移動可能であり、対物レンズ１０と試料２との相対距離を変化させる焦準手段として構成される。観察者は、ステージ３を光軸Ｌ１と直交する平面上で移動させて試料２に対する観察位置の位置出しを行うとともに、後述の焦準ハンドル２１を操作してステージ３を光軸Ｌ１方向に移動させて試料２に対物レンズ１０の焦点を合わせる。なお、焦準手段としては、対物レンズ１０を光軸方向Ｌ１方向に移動させて試料２との相対距離を変化させる構成としても構わない。また、ステージ３および対物レンズ１０の両方を光軸Ｌ１方向に移動させる構成でもよい。

顕微鏡本体１の鉛直方向上部には、照明部５が取り付けられている。照明部５は、光源６、照明レンズ７、ハーフミラー８を内部に収納している。ハーフミラー８は、入射した光の約５０％の光を透過し、残りの約５０％の光を反射する素材によって実現される。また、光源６、照明レンズ７およびハーフミラー８が、照明レンズ７の光軸上に配置される。特に、ハーフミラー８は、照明レンズ７の光軸と光軸Ｌ１の交点に配置される。

照明部５の底部には、レボルバ９が、回動自在に連結されている。レボルバ９は、複数の対物レンズを着脱自在に装着し、いずれか１つの対物レンズを光軸Ｌ１上であって試料２と対向する位置に配置する。観察者は、レボルバ９を回転させ、観察用途および観察者が所望する倍率に応じた対物レンズを光軸Ｌ１上に配置する。

照明部５の天井部には、結像部１１が、取り付けられている。結像部１１は、内部に結像レンズ１２を備えるとともに、カメラ１３を着脱自在に装着する。結像レンズ１２は、光軸Ｌ１上であって、カメラ１３の撮像素子１４上に観察光を結像する位置に配置される。また、カメラ１３は、図示しないカメラコントローラを介して例えばＴＶモニタや液晶ディスプレイなどの表示部１５に接続される。撮像素子１４上に結像された観察像は、撮像素子１４で電気信号に変換され、カメラコントローラで必要な信号処理が施された後、表示部１５に表示される。

ここで、顕微鏡１００内での照明光および観察光の光路について、図１を参照して説明する。照明光は、光源６を出射した後、結像レンズ７を透過してハーフミラー８で反射され、レボルバ９に向かう。その後、照明光は、レボルバ９および対物レンズ１０内を通過して試料２に到達する。一方、試料２で反射した観察光は、対物レンズ１０およびレボルバ９内を通過した後、ハーフミラー８および結像レンズ１２を透過して結像素子１４に結像する。

次に、焦準装置４について詳細に説明する。焦準装置４は、焦準ハンドル２１、ステージ３を支えるステージ支持部２２、モータ２３、通知部２４、検出部２５および制御部２６を備え、顕微鏡１００に組み込まれている。焦準ハンドル２１は、回動自在のダイヤルであり、顕微鏡本体１の側面に取り付けられている。また、焦準ハンドル２１は、粗動用ハンドル２１ａおよび微動用ハンドル２１ｂを備える。モータ２３は、図示しない例えばギヤなどからなる連結機構を介してステージ支持部２２に連結されており、ステージ支持部２２を光軸Ｌ１と平行な方向に移動させる。通知部２４は、スピーカーによって実現され、ステージ３の移動方向を示す情報に応じて通知音を通知する通知手段である。検出部２５は、ロータリーエンコーダーによって実現され、焦準ハンドル２１の回転方向および回転量を電気信号に変換して制御部２６に入力する。制御部２６は、検出部２５によって検出された焦準ハンドル２１の回転方向および回転量をもとに、それぞれモータ駆動部２８および通知駆動部２９を介してモータ２３および通知部２４の動作を制御する。

制御部２６は、ＣＰＵ２６ａおよび判別部２７を備える。判別部２７は、検出部２５が出力した電気信号をもとにステージ３の移動方向がステージ３と対物レンズ１０との相対距離を増加する方向であるか減少する方向であるかを判別する。ＣＰＵ２６ａは、判別部２７による判別情報に応じてモータ駆動部２８にモータ２３の駆動を指示し、これによりモータ２３は、ステージ３を判別部２７が判別した方向に移動させる。なお、ＣＰＵ２６ａは、観察者が微動用ハンドル２１ｂを回転させた場合、粗動用ハンドル２１ａを回転させた場合と比較して低速でモータ２３を駆動させるようにモータ駆動部２８に指示を与える。観察者は、試料２または対物レンズ１０を交換する際にステージ３を対物レンズ１０から退避させる場合や、観察時に試料２に対するピント合わせを行う際に大まかにピント位置へアクセスする場合には、粗動用ハンドル２１ａを用いてステージ３の移動を操作する。また、試料に対する正確なピント合わせを行う場合は、微動用ハンドル２１ｂを用いてステージ３の移動を操作する。

また、ＣＰＵ２６ａは、判別部２７による判別情報に応じて、通知部２４に所定の通知音を出力させる制御を行う旨の指示を通知駆動部２９に与える。

すなわち、焦準装置４は、焦準ハンドル２１の回転方向および回転量に応じてステージ３を移動させるとともに、ステージ３の移動方向を示す情報に応じた通知音を通知する。したがって、観察者は、観察像の変化またはステージ３と対物レンズ１０との相対距離の変化が微小な場合であっても、ステージ３の移動開始とほぼ同時にステージ３の移動方向を確認することができる。

本実施の形態１にかかる顕微鏡１００によれば、焦準ハンドル２１の操作とほぼ同時にステージ３の移動方向を示す通知音が通知されるので、観察者は、実際にステージ３が意図した方向に移動しているか否かを確認することができる。したがって、顕微鏡１００によれば、観察者は、誤操作によるステージ３の移動量を最小限に抑えられるので、迅速に試料２に対物レンズ１０の焦点を合わせることができる。

従来の顕微鏡は、焦準ハンドルの回転方向とステージまたは対物レンズの移動方向との関係が機種によって異なるため、観察者は、焦準ハンドルの回転方向を誤る場合があった。また、観察者は、特にステージまたは対物レンズの移動量が微小な場合、誤操作を行っていても誤操作であることに気づかずに操作を続けてしまう場合があった。しかし、本発明によれば、観察者はすぐに誤操作に気づくことができるので、誤操作によるステージまたは対物レンズの移動量を最小限に抑えられる。

なお、通知駆動部２９は、ステージ３の移動中継続して通知部２４に通知音を通知させてもよく、またはステージ３の動き出しの際に短時間だけ通知部２４に通知音を通知させてもよい。また、通知駆動部２９は、移動動方向がステージ３と対物レンズ１０との相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれか一方の場合のみ、通知部２４に通知音を出力させてもよい。この場合、対物レンズ１０が試料に干渉するのを防止する意味で、ステージ３と対物レンズ１０の相対距離が減少する方向にのみ通知音を通知するほうが望ましい。さらに、観察者が、図示しない入力手段を介して通知音や通知音の出力方法を設定自在な構成としてもよい。

（変形例１）
ところで、上述した実施の形態では、通知部２４の通知音によってステージ３の移動方向を通知する構成としたが、本発明の変形例では、表示部に表示することよってステージ３の移動方向を通知する構成とする。

図２は、本変形例にかかる顕微鏡２００の概略構成を示す図である。図２に示すように、顕微鏡２００では、表示部１５および焦準装置４に換えて表示部１６および焦準装置４１を備える。焦準装置４１は、通知駆動部３９を備え、焦準装置４が備えた通知部２４が省略される。通知駆動部３９は、表示部１６と電気的に接続されて通知手段として構成される。焦準装置４１および顕微鏡２００のその他の構成は、顕微鏡１００の構成と同様である。

ＣＰＵ２６ａは、検知部２５によって観察者からの焦準操作にかかる信号の入力を受けると、判別部２７による判別情報に応じて表示部１６に画像を表示させるよう通知駆動部３９に指示を与える。これにより、表示部１６は、試料２の観察画像とともにステージ３の移動方向を表示する。図３は、ステージ３の移動方向の表示の一例を示す図である。図３では、ステージ３が対物レンズ１０に近づく方向すなわちステージ３が鉛直方向上方に移動している場合を示しており、ステージ３の移動方向を示す方向表示１７は、「ＵＰ」の文字および上矢印によって構成され、表示画面の右上方に表示されている。観察者は、観察画像に注目しつつ方向表示１７を確認することによって、ステージ３の移動方向を確認できる。

本変形例にかかる顕微鏡２００によれば、焦準ハンドル２１の操作とほぼ同時に表示部１６にステージ３の移動方向が表示されるので、観察者は、実際にステージ３が意図した方向に移動しているか否かを確認することができる。したがって、顕微鏡２００によれば、観察者は、誤操作によるステージ３の移動量を最小限に抑えられるので、迅速に試料２に対物レンズ１０の焦点を合わせることができる。

なお、通知駆動部３９は、ステージ３の移動方向がステージ３と対物レンズ１０との相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれか一方の場合のみ、表示部１６に表示方向を表示させてもよい。また、図３では、ステージ３の移動方向として鉛直方向上下を表示する例を示したが、ステージ３と対物レンズ１０との相対距離の変化を直感的に表現した言葉として、「近」または「遠」、「Ｎｅａｒ」または「Ｆａｒ」などの文字を表示していてもよい。また、通知手段として、顕微鏡のいずれかの部位にＬＥＤなどのランプを設け、表示部１６による画像表示ではなく、このランプ光源の点灯、点滅またはランプ光源の表示パターンによって観察者にステージ３の移動方向を通知させる構成としてもよい。さらに、観察者が、図示しない入力手段を介して、ステージ３の移動方向の表示方法を設定自在な構成としてもよい。

（変形例２）
ところで、実施例１では、ステージ３の移動方向を通知音により通知し、変形例１では、表示部１６の方向表示により通知したが、変形例２では、顕微鏡の観察状態を一時的に変更することでステージ３の移動方向を観察者に通知する構成とする。変形例２では、通知駆動部３９と光源６とを図示しないケーブルによって電気的に接続する。ＣＰＵ２６ａは、ステージ３の移動開始とほぼ同時に、ステージ３の移動方向に応じて光源６の光量を変化させるように通知駆動部３９に指示を与える。例えば、通知駆動部３９は、ステージ３がステージ３と対物レンズ１０との距離を増加する方向に移動する場合は光源６の光量を減少させる制御を行い、ステージ３と対物レンズ１０との距離を減少する方向に移動する場合は光源６の光量を増加させる制御を行う。この時の光量の変化量は、観察者が認識できる程度の光量変化であれば如何様であっても構わない。

変形例２にかかる顕微鏡によれば、観察者は、観察画像に注目しながら画像の明るさの変化によって、ステージ３の移動方向を確認することができる。この場合、接眼レンズによる目視観察であっても、観察像に注目しながら像の明るさの変化によって、ステージ３の移動方向を確認できる。なお、通知駆動部３９は、ステージ３と対物レンズ１０との距離が増加する方向または減少する方向のいずれか一方の場合、光源６の光量を変化させてもよい。また、本変形例では、光源６を制御して光量を変化させたが、図示しない絞りを変化させて光量を変化させてもよい。

なお、実施の形態および変形例１，２では、通知音または表示または観察状態の変更のいずれかによってステージ３の移動方向を出力したが、これらを適宜組合せ、通知音、表示、観察状態の変更のうち少なくとも一つによってステージ３の移動方向を通知する構成としてもよい。また、観察者が、ステージ３の移動方向の出力方法として、通知音、表示、観察状態の変更のいずれか一つ、またはその組合せを選択可能な構成としてもよい。

ところで、実施の形態および変形例１，２では、焦準装置が備える操作手段として焦準ハンドル２１を例に説明したが、操作手段はハンドル式のものに限られず、プッシュスイッチなどであってもよい。この場合、観察者は、観察像に集中しつつ、例えばステージ上昇用スイッチまたはステージ降下用スイッチを押して試料にピントを合わせるので、ステージ上昇用スイッチまたはステージ降下用スイッチを押し間違えてしまう場合がある。本発明によれば、観察者は、プッシュスイッチを押し間違えた場合、すぐに誤操作に気づくことができるので、迅速に試料にピントを合わせることができる。なお、この場合、焦準装置４において検出部２５は不要である。

また、実施の形態および変形例１，２では、対物レンズとステージとの相対距離を可変させるものとして、モータ２３によってステージ３を移動させる電動ステージの構成を示したが、モータ２３とモータ駆動部２８を省略し、操作者の焦準操作による焦準ハンドル２１の回転運動を、例えばラック＆ピニオンなどの機械的な連結手段によって直線運動に変換してステージ３を移動させるようなマニュアルステージの構成としてもよい。この場合、焦準ハンドル２１の回転を検知するためのセンサーやエンコーダなどを検知手段とし、この検知手段からの信号によって判別部２７が回転方向を判別する。そして判別手段２７からの判別情報に応じて、通知手段が観察者にステージの移動方向を通知すればよい。このようにすれば、電動ステージによる構成以外に、簡単な構成でマニュアル操作の顕微鏡にも適用することが容易に可能であり、上記実施例と同等の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態にかかる顕微鏡の概略構成を示す図である。 実施の形態の変形例にかかる顕微鏡の概略構成を示す図である。 図２に示す表示部に表示される画面の一例を示す図である。

符号の説明

１ 顕微鏡本体
２ 試料
３ ステージ
３ａ Ｘ−Ｙステージ操作ハンドル
４，４１ 焦準装置
５ 照明部
６ 光源
７ 照明レンズ
８ ハーフミラー
９ レボルバ
１０ 対物レンズ
１１ 結像部
１２ 結像レンズ
１３ カメラ
１４ 撮像素子
１５，１６ 表示部
１７ 方向表示
２１ 焦準ハンドル
２１ａ 粗動用ハンドル
２１ｂ 微動用ハンドル
２２ ステージ支持部
２３ モータ
２４ 通知部
２５ 検出部
２６ 制御部
２６ａ ＣＰＵ
２７ 判別部
２８ モータ駆動部
２９，３９ 通知駆動部
１００，２００ 顕微鏡

Claims (5)

1. 顕微鏡が備える焦準装置であって、
   試料を載置するステージまたは対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸方向に移動させて前記ステージと前記対物レンズとの相対距離を変化させる焦準手段と、
   前記焦準手段の駆動を操作する操作手段と、
   前記操作手段による前記ステージ及び前記対物レンズの少なくとも一方の移動方向が前記相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれの方向であるかを判別する判別手段と、
   前記判別手段による判別情報に応じて、前記移動方向が前記相対距離を増加する方向または減少する方向のいずれの方向であるかを示す情報を通知する通知手段と、
   を備えたことを特徴とする焦準装置。
2. 前記通知手段は、前記判別情報に応じて前記移動方向を示す通知音によって、前記移動方向を通知することを特徴とする請求項１に記載の焦準装置。
3. 前記通知手段は、前記判別情報に応じて前記移動方向を示す画像を表示することによって、前記移動方向を通知することを特徴とする請求項１に記載の焦準装置。
4. 前記通知手段は、ランプ光源を備え、前記判別情報に応じて前記移動方向を示す点灯、点滅又は表示パターンによって前記移動方向を通知することを特徴とする請求項１に記載の焦準装置。
5. 前記通知手段は、前記顕微鏡が備える絞り手段、又は光源の制御によって照明光の光量を変化させることで前記移動方向を通知することを特徴とする請求項１に記載の焦準装置。

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