JP5336772B2 - 顕微鏡システム、及び、変倍方法 - Google Patents

Description

本発明は顕微鏡の技術に関わり、さらに詳しくは同軸落射照明における変倍機構に関する。

一般に、顕微鏡の光学性能は対物レンズの性能に左右される。しかし、対物レンズの性能に合わせた最適な照明をしなければ本来の性能を発揮することができない。そのために顕微鏡の照明装置には視野絞りと開口絞りを備えて、最適な照明を実現する。とくに、照野を制御する視野絞りは、絞り込んだ方がコントラストを向上できるので、視野がケラレない程度に絞り込むことが重要である。

このために照明光を自動制御する技術がある。例えば特許文献１では、視野絞りや開口絞りやＮＤフィルタなどの操作を簡略化する技術が開示されている。
また、顕微鏡の変倍方式には、ターレット方式、レボルバー方式、ズーム変倍方式などがある。ターレット方式とは、変倍用レンズ群が配設された円環状ターレットを観察光路近傍に設けて、変倍用レンズ群を観察光路内に挿入する方式である。レボルバー方式とは、倍率の異なる複数の対物レンズが装着された対物レンズレボルバーにより、観察光路内に挿入する方式である。ズーム方式とは、観察光路に挿入されているズームレンズ群を移動させる方式である。ターレット方式とレボルバー方式は、目的にあった倍率のレンズ群を予め用意しておくことにより変倍が可能となり、ズーム変倍方式は可変範囲内であれば連続的に変倍可能である。もちろん、倍率が変更された場合はそれに応じて視野範囲が変更されるので、これに対応した視野絞りの制御が必要である。

特許文献２では、タッチパネルディスプレーなどを使い、倍率変更に伴う視野絞りや開口絞りなどを自動制御する構成を開示している。特にズーム倍率と視野絞りの関係については、ズーム倍率の変更の前後で、視野絞りなどの観察条件を維持することができるので煩雑な作業を削除できる。
特公平５−１６００６号公報 特開平７−２４８４５０号公報

上述の特許文献１では、対物レンズの倍率と視野径から算出される最適な絞り径を定義しているだけであり、ズーム変倍や中間倍率変倍などには対応していない。また、定義された式は透過照明には適用できるが、落射照明には適用できない。

特許文献２では、ズーム倍率の変更の前後で視野絞りなどの観察条件を維持することができるが、ズーム倍率の変更途中に視野絞りが視野内の外縁を遮ってしまい、変倍しながらの観察に問題があった。

本発明では、上記の実情を鑑みてなされたものであり、対物レンズの性能を最大限に発揮できる照明光を得るために視野絞りを視野の外周のぎりぎりまで絞り込み、なおかつ連続的な変倍を行っても観察視野を視野絞りが遮らないように制御することを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る顕微鏡システムは、観察光路と照明光路を含む落射照明の顕微鏡システムであって、対物レンズと、前記観察光路と照明光路の共通部分にあり、前記対物レンズの焦点面と共役な位置に配置された視野絞り径が可変な視野絞りと、前記視野絞りの上方の光路上に配置された標本の拡大像を撮像する撮像素子と、前記対物レンズと前記撮像素子の間の光路上に配置された連続的に自身の倍率を変更するズーム変倍装置と、前記視野絞りの前記視野絞り径及び前記ズーム変倍装置の前記倍率を制御する制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記ズーム変倍装置の前記倍率を制御することにより、前記撮像素子の長さを前記焦点面から前記撮像素子までの投影倍率で割った値として定義される前記視野径を制御し、かつ、前記視野径に対して前記視野絞り径が常に大きい状態を維持するように前記視野絞り径を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る変倍方法は、顕微鏡システムの倍率を変更する変倍方法であって、前記倍率を変更する方向を判断する第一のステップと、動作開始後に視野絞り径が変化する速度と、動作開始後に視野径が変化する前記倍率に応じた速度と、のいずれかを、各々に設定されている速度よりも遅く設定する第二のステップと、前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを同時に開始する第三のステップと、を含み、前記第二のステップでは、前記倍率を変更する方向が前記倍率を高くする方向の場合、前記動作開始後に前記視野絞り径が変化する速度を、前記予め設定されている前記視野絞り径が変化する速度よりも遅く設定し、前記倍率を変更する方向が前記倍率を低くする方向の場合、前記動作開始後に前記視野径が変化する速度を、前記倍率に応じて予め設定されている前記視野径が変化する速度よりも遅く設定することを特徴とする。
また、本発明に係る別の変倍方法は、顕微鏡システムの倍率を変更する変倍方法であって、動作開始後に視野絞り径が変化する速度と動作開始後に前記倍率に応じて視野径が変化する速度とを、比較する第一のステップと、前記倍率を変更する方向を判断する第二のステップと、前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを開始する第三のステップと、を含み、第三のステップでは、動作開始後に前記視野絞り径が変化する速度が前記視野径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を高くする方向の場合、前記視野径を変化させる動作を開始後に、前記視野絞り径を変化させる動作を開始し、動作開始後に前記視野絞り径が変化する速度が前記視野径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を低くする方向の場合、前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを同時開始し、動作開始後に前記視野径が変化する速度が前記視野絞り径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を高くする方向の場合、前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを同時開始し、動作開始後に前記視野径が変化する速度が前記視野絞り径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を低くする方向の場合、前記視野絞り径を変化させる動作を開始後に、前記視野径を変化させる動作を開始することを特徴とする。

また、前記制御装置は、前記視野絞りを全開に開く駆動を開始し、前記視野絞りを全開に開く駆動を開始した時刻から第一の待機時間をおいてから、前記変倍装置の駆動を開始し、前記変倍装置の駆動を開始した時刻から第二の待機時間をおいてから、前記視野絞りが閉じる駆動を開始することが望ましい。
ここで、前記第一の待機時間は前記第二の待機時間よりも短いことが好ましい。
また、前記視野絞り径の変化速度と前記変倍装置による前記視野径の変化速度とを比較する比較手段をさらに備え、前記比較手段により、前記変倍装置と前記視野絞りとのどちらを先に駆動開始するかを判断することも好ましい。ここで、駆動開始が先であるとは、真に先であることに限定せず、同時に駆動開始することも含む。

このとき、前記比較手段により、前記視野絞り径の変化速度の方が速いと判定された場合に、倍率下降時には前記変倍装置と前記視野絞との両方が同時に駆動開始することも考えられる。

さらに、前記比較手段により、前記視野径の変化速度の方が速いと判定された場合に、倍率上昇時には前記変倍装置と前記視野絞りとの両方が同時に駆動開始することも考えられる。

また、前記視野絞りの駆動速度を低速化する第一の低速化手段と、前記変倍装置の駆動速度を低速化する第二の低速化手段とをさらに備え、前記制御装置は、倍率上昇時に前記第一の低速化手段が機能させ、倍率下降時に前記第二の低速化手段が機能させることも好ましい。駆動速度を低速化する手段は、視野絞りおよび変倍装置を制御する制御装置からの電気的信号あるいは電力などによって実施する構成が考えられる。

なお、前記視野絞りの大きさａは、前記視野絞りから前記撮像素子までの総合倍率をβとし、前記撮像素子の長辺の長さをｂとし、１より大きくかつ１．５以下の補正係数をｋとしたときに、
ａ＝（ｂ／β）×ｋ
であることが望ましい。

前記顕微鏡システムは記憶装置と演算装置とを備え、前記制御装置は、前記記憶装置と前記演算装置との間でデータの送受信を行うことが好ましい。記憶装置には視野絞りの駆動速度や変倍装置の駆動速度などの顕微鏡システムに固有の情報を格納しておくことが望ましい。また、演算装置は視野絞りと駆動速度と変倍装置の駆動速度の比較に用いることが出来る。さらに、記憶装置には本発明の変倍方法（あるいは制御方法）に関するプログラムを格納し、演算装置によってこのプログラムを実行することも可能である。

なお、本発明は顕微鏡の構成そのものに限定されるものではなく、顕微鏡の変倍方法や顕微鏡の制御プログラムなど様々な形態を含む。

以下では、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に関わる顕微鏡の構成を示す図である。
顕微鏡本体１０１には、カバーガラスつきの標本が電動ステージ１０３上にクレンメルによって固定される。

また、顕微鏡本体１０１には電動レボルバ１０７が備えられ、電動レボルバ１０７には対物レンズ１０６が複数固定される。電動レボルバ１０７は回転可能な電動機構を備え、対物レンズ１０６の光軸と顕微鏡本体１０１の光軸１０５を重ねることによって、対物レンズ１０６を交換可能な構成となっている。

電動レボルバ１０７は電動焦準に固定されており、対物レンズ１０６を光軸１０５に沿って駆動可能に設置されている。つまり、標本は電動ステージ１０３と光軸１０５の交点に配置されるので、電動焦準によって対物レンズ１０６と標本１０２の相対的距離が変化される。

さらに、ここでは図示しないが、顕微鏡本体１０１の標本より下方には、クリティカル照明やケーラー照明の透過照明装置を備える構成が好ましい。
対物レンズ１０６の上方には、リレーレンズ２０１と視野絞り１２９とリレーレンズ２０２が配置されている。さらにその上方には蛍光キューブ１０８が配置される。

リレーレンズ２０１は、対物レンズ１０６から射出された平行光束を視野絞り１２９の位置に結像させる。すなわち、視野絞り１２９の位置と対物レンズ１０６の焦点面は光学的な共役関係である。このことにより、視野絞り１２９の径を調節することによって、観察視野および落射照明光の照明視野を調整することが出来る。なお、本実施の構成では、視野絞り１２９が観察光路と照明光路の共通部に配置されていることにより、観察視野と照明視野の両方を同時に調整できる構成となっている。

また、リレーレンズ２０１とリレーレンズ２０２は、対物レンズ１０６の瞳を蛍光キューブ１０８の近傍にリレーする。このことにより、蛍光キューブ１０８の近傍では軸外光線の光線高が抑えられ、ケラレの少ない光学系が構成できる。

蛍光キューブ１０８は、さらに細かく説明すると、ダイクロイックミラー１０９と吸収フィルター１１０と励起フィルター１１１とから構成される。これら蛍光キューブ１０８は、ダイクロイックミラー１０９と吸収フィルター１１０と励起フィルター１１１の組み合わせによって様々なものがあり、これらの複数種類の蛍光キューブ１０８を電動蛍光キューブターレットによって交換可能な構成とする。

ダイクロイックミラー１０９は、透過して直進する光路と反射して９０度曲げる光路とに光路を分岐する。ダイクロイックミラー１０９を透過する光路には吸収フィルター１１０が配置され、ダイクロイックミラー１０９を透過した光線から余分な波長の光線を吸収する。ダイクロイックミラー１０９を反射する光路には励起フィルター１１１が配置され、光源１２２からの光線の中から励起効率の高い波長の光のみを選択的に透過する。

ダイクロイックミラー１０９を反射する光路には、さらに光源１２２からの光線を平行光束化するコレクタレンズ１２８と均一な照明光を実現するためのフライアイレンズ１３０を備えている。本実施例の構成では、対物レンズ１０６の瞳はリレーレンズ２０１とリレーレンズ２０２によって、蛍光キューブ１０８の近傍にリレーされている。すなわち、光源１２２の像はフライアイレンズ１３０に投影され、このフライアイレンズ１３０が蛍光キューブ１０８の近傍に配置されることによって、光源１２２の像が対物レンズ１０６の瞳の近傍に投影されている。なお、フライアイレンズ１３０よりも光源側に視野絞りを配置することができないことから、本実施例の構成では視野絞り１２９をリレーレンズ２０１と２０２の間に配置している。

蛍光キューブ１０８の上方には、電動光学ズーム１１３が配置される。電動光学ズーム１１３の内部には対物レンズ１０６の瞳とほぼ共役な位置に電動開口絞り１２０が設置されている。

電動光学ズ−ム１１３の上方には、結像レンズ２０３を備えた鏡筒１１４が配置される。結像レンズ２０３は、電動光学ズ−ム１１３から射出された光線を結像する。すなわち、標本１０２の像は結像レンズ２０３の焦点位置に結像する。鏡筒１１４内には図示しないミラーによって、接眼レンズ１１５に像を導く光学系と、カメラ１１６に像を導く光学系とを有している。

鏡筒１１４の上方には、カメラ１１６が配置される。カメラ１１６内にはＣＣＤ１２１が配置され、標本の拡大像をデジタルデータに変換している。
視野絞り１２９や電動光学ズーム１１３などの各電動駆動部は、ＰＣ１３１内に配置された制御装置１３２と接続され、制御装置１３２によって制御される。またカメラ１１６とＴＶカメラ制御装置１３３が接続され、カメラ特有のパラメータをＴＶカメラ制御装置１３３がコントロールしている。制御装置１３２とＴＶカメラ制御装置１３３とはデジタル画像の受け取りや撮像指示などがやり取りされる。

制御装置１３２には、記憶回路１３４と演算回路１３５が接続され、工場出荷時の装置データのやり取りや、そのデータを使った各種演算や、各装置の駆動位置演算などが行われる。

制御装置１３２は表示回路１３６と接続され、ユーザーが実際に触れる操作部１３８およびモニタ１３７とのデータのやり取りを行う。
なお、ここでは制御装置１３２やＴＶカメラ制御装置１３３や記憶回路１３４や演算回路１３５や表示回路１３６がＰＣ１３１内に配置された構成として説明したが、この構成に限らず、例えばＰＣ上で実行されるプログラムの形式や顕微鏡本体に組み込まれた形式などの構成を取ることも可能である。

図２は、本実施例の説明に必要な光学系を、図１より抜き出して簡略的に示した図である。図１と同じ構成物には同一符号を振っている。
標本１０２からの像は対物レンズ１０６によって拡大され、リレーレンズ２０１によって、視野絞り１２９の面に結像する。

視野絞り１２９の面で一旦結像した光線はリレーレンズ２０２によって平行光束に変換されダイクロイックミラー１０９に照射される。ダイクロイックミラー１０９は光源１２２からの照明光路とＣＣＤ２０４への観察光路とを分離する。本実施例では、標本１０２からの光線は、視野絞り１２９の面で一旦結像し、ダイクロイックミラー１０９を透過する構成をとっている。

ダイクロイックミラー１０９を透過した光線は、不図示の吸収フィルタを透過し、ズームレンズ１１３へ導かれる。その後、光線は結像レンズ２０３によって、ＣＣＤ面２０４上に結像する。

照明光路には光源１２２とコレクタレンズ１２８とフライアイレンズ１３０を備える。光源１２２から放射された光線はコレクタレンズによって平行光束化され、フライアイレンズ１３０によって、均質な照明を実現するように光束を変換する。このフライアイレンズ１３０は対物レンズ１０６の瞳とほぼ共役な位置に配置され、ケーラー照明を実現している。

図３−１および図３−２は本実施例における視野絞り１２９の駆動方式の概要を説明する図である。同図から読み取れるように、本実施例の視野絞り１２９は２枚の絞り羽３０１ａ、３０１ｂを備え、さらに同図には不図示の駆動部を備える。特にこの駆動部は電気的に制御されるものを用いて、制御装置１３２によって制御されている。

２枚の絞り羽３０１ａ、３０１ｂは共に矩形の開口を備え、両者の矩形開口を一部重ねて配置することにより、新たな矩形開口３０２を形成する。新たに構成された矩形開口３０２は、その中心を顕微鏡本体１０１の光軸１０５に重ねて配置する。また、矩形開口３０２の長辺方向とＣＣＤ面２０４の長辺方向は同一方向となるように配置し、長辺と短辺の比は矩形開口３０２とＣＣＤ面２０４とで同一とする。

２枚の絞り羽３０１ａ、３０１ｂは不図示の駆動部によって連動する。このとき、カムやギアなどの通常の駆動機構を備えモータなどの動力によって連動させる。矩形開口３０２の大きさを変動させたときに、矩形開口３０２の中心と光軸１０５がずれないようにするには、矩形開口３０２の対角線方向に２枚の絞り羽３０１ａ、３０１ｂを等量動かせばよい。

矩形開口３０２の長辺をａ[mm]とおき、ＣＣＤ面２０４の長辺をｂ[mm]とおいたときに、両者の最適値はズーム倍率βによって決まる。これらの関係式は以下のように表される。

ａ＝ｂ／β×ｋ ・・・（１）
ここで、ズーム倍率βは、電動光学ズーム１１３自身の倍率を示すものではなく、視野絞り１２９からＣＣＤ面２０４への総合倍率を表している。また、上記関係式（１）におけるｋは補正値であり、視野内に視野絞りが写りこんで視野外周を遮らないように設定する。具体的には、この補正値ｋは１＜ｋ≦１．５を満たす数値を設定する。この値はなるべく小さいほうが観察像のコントラストなどを向上したり、強度の高い落射照明光による標本の褪色範囲を限定することが出来る。

また、カメラ撮影ではなく、接眼レンズによる目視観察の場合は、ＣＣＤ受光面の長辺の長さを接眼レンズの視野数に置き換えれば、上記関係式が同様に利用できる。
＜参考例＞

図４は視野絞り１２９の位置をダイクロイックミラー１０９より光源１２２側に変更した構成の概略図である。
本参考例では、光源１２２からの照明光はコレクタレンズ１２８によってほぼ平行光束化される。ほぼ平行光束化された照明光は視野絞り１２９に照射される。そこで、適切な光束径に制限された後にリレーレンズ２０１に導かれる。このリレーレンズ２０１はフィールドレンズと呼ばれることもある。このリレーレンズ２０１はコレクタレンズ１２８と共に機能して光源１２２の像を対物レンズ１０６の瞳位置に投影する働きをする。また同時に、リレーレンズ２０１は対物レンズ１０６と共に機能して視野絞り１２９を標本１０２面上に投影する働きをする。

なお、本参考例における視野絞り１２９の構成は実施例１と共通とし、駆動方式の概要は図３−１および図３−２をもって省略する。
一方、標本１０２からの観察光は対物レンズ１０６によって平行光化され、ダイクロイックミラー１０９を透過し、電動光学ズーム１１３によって拡大され、結像レンズ２０３によってＣＣＤ面２０４に結像される。

本参考例における、矩形開口３０２の長辺ａ[mm]とＣＣＤ面の長辺ｂ[mm]との最適値の関係式は以下のように表される。
ａ＝（ｂ／（β×γ））×ｋ
ここで、βはズーム倍率を表し、γはリレーレンズ２０１の倍率を表している。また、ｋは補正値であり、実施例１と同様に１＜ｋ≦１．５を満たす数値を設定する。

次に、視野絞りの大きさの制御方法に関して記載する。
図５は「倍率」と視野径あるいは視野絞り径を時間で除した「速度」との関係をグラフにした図である。ズーム変倍では、倍率変化のスピードに違和感を感じないように、一般的に等比数列的に倍率を変化させている。つまり、低倍時ほど倍率の変化が大きく、視野径の変化も大きい。このときに、視野絞りの駆動スピードが倍率の変化スピードに追いつかない事態が発生することがある。この様な事態が発生したときに、視野径よりも視野絞り径が小さい状態が発生し、視野内に視野絞りが写り込んでしまう。結果として、ズーム変倍の最中に視野の外周に視野絞りで影を作ってしまうことになる。

一方で、視野絞りが絞り込んでいるほどコントラストが向上するという性質もある。したがって、可能な限り視野の範囲のぎりぎりに視野絞りの内径を制御しつつ、どのような状況でも視野内に視野絞りが見えないように制御する必要がある。

例えば、ズーム最低倍付近のズーム変倍を例にとる。図５からも読み取れるように、このときは、ズーム変倍による視野径の変化のほうが視野絞り径の変化より速い。この場合、倍率上昇時には視野径が小さくなっていくので、視野径よりも大きな視野絞り径が視野を遮るような状況は発生しない。しかし、倍率下降時には視野径は大きくなっていくので、視野径より少しだけ大きな視野絞り径では倍率変化による視野径の変化が視野絞りの駆動を追い越して、視野を遮る状況が発生する。

図６は視野を遮る状況を発生させないようにするためのズーム変倍と視野絞りの制御の実施例を表すフローチャートである。
ステップ−５０１で開始された後に、ステップ−５０２の倍率変倍指示では、ユーザーからの変倍要求を制御装置１３２に指示する。ユーザーからの変倍要求は実施例１のモニター画面１３７に表示されたＧＵＩ上でユーザーがキーボード１３８やマウスなどから入力して指定することで行われる。もちろんＧＵＩに限ることはなく、タッチパネルなどから要求指示を入力してもよい。

次にステップ−５０３にて視野絞り径の変化が早いのか、変倍による視野径の変化が早いのかを判断する。判断基準は、顕微鏡システムごとに図５のようなデータをあらかじめ備えて、倍率指示時の倍率から、視野絞り径の速度と変倍による視野径の速度との比較によって選択する。つまり、図５で説明すればＰによって示される倍率より高い倍率であるかで判断できる。このときに用いるデータは実施例１における記憶回路１３４に格納しておく。

ここで変倍による視野径速度の方が早いと判断されると、次にステップ−５０４にて、倍率変倍指示５０２が「ＵＰ」指示なのか「ＤＯＷＮ」指示なのかを判断する。この判断には、現倍率と変倍指示倍率との差を用いる。

ステップ−５０４にて「ＵＰ」の場合、「ズーム変倍」と「視野絞り閉駆動」を同時に開始５０５する。前述のように、この状況では、ズーム変倍のほうが速いので、視野絞りによって視野がけられることはない。この動作が終了すればステップ−５１４にて終了となる。ここで視野絞り閉駆動の「閉じる量」は、前記関係式（１）をもとに実施例１で説明した演算回路１３５で計算されて決定する。ズーム変倍の駆動も視野絞りの駆動も実施例１で説明した制御装置１３２で制御される。

一方、ステップ−５０４にて「ＤＯＷＮ」の場合、まずステップ−５０６で視野絞り開駆動開始を行う。次に、ステップ−５０６のタスク開始から、動作を0.3秒待機する（ステップ−５０７）。この待機時間の0.3秒は、視野絞りの動作にズーム変倍の動作が追いつかないように、本実施例の顕微鏡システムに合わせて設定された時間であり、顕微鏡システムにより最適化されるべき値である。また条件式（１）の補正値ｋによっても待機時間は変動する。その後ステップ−５０８でズーム変倍開始を行い、ステップ−５１４で終了となる。

また、ステップ−５０３で視野絞り径の径変化が早いが選択された場合、次にステップ−５０９で、倍率変倍指示が「ＵＰ」指示なのか「ＤＯＷＮ」指示なのかを判断する。「ＤＯＷＮ」の場合、「ズーム変倍」と「視野絞り閉駆動」を同時に開始する（ステップ−５１０）。この動作が終了すれば、ステップ−５１４で終了となる。

一方、ステップ−５０９にて「ＵＰ」の場合、まずステップ−５１１でズーム変倍を開始する。次に、ステップ−５１１のズーム変倍開始のタスク開始から３秒間待機を行う（ステップ−５１２）。この待機３秒は、ズーム変倍の動作に視野絞りの動作が追いつかないように、本実施例の顕微鏡システムに合わせて設定された時間であり、顕微鏡システムにより最適化されるべき時間である。その後、ステップ−５１３で視野絞り開駆動を開始し、ステップ−５１４で終了となる。

なお、初期のステップ−５０３にて、視野絞り径の径変化の方が早いのか、あるいは変倍による視野径の変化の方が早いのかを判断する際に、倍率指示値と現倍率値とが、図５の両曲線の交点（倍率Ｐ）をまたぐ場合がある。この場合は、そのまたぐ倍率値を少しすぎたところで動作を一旦止めて、改めてステップ−５０３の判断動作からフローを再開すればよい。

上記動作制御を行うことで、変倍動作の最中でも視野の外周内部に視野絞りの羽が写りこむことがなく、ユーザーに不安を与えることがない。さらに視野絞りを視野外周ぎりぎりまで閉じることができ（条件式（１）の補正係数ｋを限りなく「１」に近づけることができ）、標本以外からＣＣＤ面に入り込む不要な光線を排除でき、観察画像のコントラストなど光学性能を向上することができる。さらに、落射照明による蛍光観察を行ううえで、標本に照射する照明光の範囲を視野外周ぎりぎりまで狭めることができ、標本の褪色範囲を小さくすることができる。

実施例２の制御方法の場合、倍率指示が「ＵＰ」なのか「ＤＯＷＮ」なのかを判断するタスクなどが複数必要である。しかも、倍率変倍指示は、前述のズーム変倍に限らず、変倍用レンズを切換えて観察光路に挿入するターレット方式や、対物レンズを切換えるレボルバー方式などが多数存在する。また、これら多数の倍率変倍指示だけに限らず、複数の変倍方式が組み合わされて総合的な倍率を変倍することもあり、処理が複雑化してしまう。

そこで、径変化の速度選択や、倍率「ＵＰ」「ＤＯＷＮ」選択に行わず、視野絞りを全開にしてから倍率変倍を行うように制御を行うのが実施例３である。一般に、視野絞りの駆動時間はズームレンズの駆動時間よりも大幅に短い。よって本実施例の制御方法でも時間的ロスは少ない。

図７は実施例３による制御方法を説明するフローチャートである。
ステップ−６０１によって処理を開始する。ステップ−６０２で倍率変倍指示がはいると、まずステップ−６０３で視野絞り全開駆動開始を行う。ステップ−６０３の開始から、第一の待機時間として0.3秒間動作を待機する（ステップ−６０４）。この待機時間は、どのような倍率でも視野絞りが視野を遮らないだけの開き量の位置に視野絞りを移動できる時間である。なお0.3秒の数値は顕微鏡システムごとに任意に設定できる数値である。

その後、ステップ−６０５でズーム変倍を開始し、第二の待機時間として３秒間の待機を行う（ステップ６０６）。この待機３秒も顕微鏡システムごとに最適化されるべき値である。最後にステップ−６０７で視野絞り閉駆動開始を行い、条件式（１）で算出した閉量に絞りを駆動して終了（ステップ６０８）となる。

本実施例では実施例２に比べて制御が簡単で、プログラム作成時の工数削減、デバッグの簡便化、プログラムコード数の短縮などが図れる。また、変倍動作の最中でも視野の外周内部に視野絞りの羽が写りこむことがなく、ユーザーに不安を与えることがない。そして視野絞りを視野外周ぎりぎりまで閉じることができ（式（１）の補正係数ｋを限りなく「１」に近づけることができ）、標本以外からＣＣＤ面に入り込む不要な光線を排除でき、観察画像のコントラストなど光学性能を向上することができる。最後に、落射照明による蛍光観察を行ううえで、標本に照射する照明光の範囲を視野外周ぎりぎりまで狭めることができ、標本の褪色範囲を小さくすることができる。

図８は本発明の実施例４の制御方法を表すフローチャートである。
ステップ−７０１で処理を開始した後、ステップ−７０２ではユーザーによる変倍の指示を受ける。この指示によって、ステップ−７０３では変倍方向を判断する。変倍方向が「ＵＰ」である場合は、ステップ−７０４に進み、視野絞りの駆動速度を低速化する。低速化後の速度は、ズーム変倍による視野径変化よりも十分に遅いことが条件で、この速度は顕微鏡システムごとに最適化される。その後、ステップ−７０５でズーム変倍と視野絞り閉駆動を同時に開始し、倍率にあった視野絞り径に駆動する。最後にステップ−７０６で視野絞りの駆動速度を元の速度に戻して、ステップ−７１０の終了となる。

変倍方向が「ＤＯＷＮ」である場合は、ステップ−７０７でズーム変倍の低速化を行う。本実施例の顕微鏡システムではズーム変倍両端の変倍時間は３秒程度であるが、これを５秒程度に遅くする。もちろん速度の数値に関しては各々の顕微鏡システムごとに異なるものを設定する。その後、ステップ−７０８でズーム変倍と視野絞り閉駆動を同時に開始し、倍率にあった視野絞り径に駆動する。最後にステップ−７０９でズーム変倍速度を元の速度（ここでは３秒）に戻して、ステップ−７１０で終了となる。

本実施例においても、変倍動作の最中でも視野の外周内部に視野絞りの羽が写りこむことがなく、ユーザーに不安を与えることがない。さらに視野絞りを視野外周ぎりぎりまで閉じることができ（式（１）の補正係数ｋを限りなく「１」に近づけることができ）、標本以外からＣＣＤ面に入り込む不要な光線を排除でき、観察画像のコントラストなど光学性能を向上することができる。さらに、落射照明による蛍光観察を行ううえで、標本に照射する照明光の範囲を視野外周ぎりぎりまで狭めることができ、標本の褪色範囲を小さくすることができる。

上記の本発明実施の形態からは以下の付記項に記載の技術思想も導かれる。
（付記項１）顕微鏡の観察倍率を変更する変倍方法であって、前記顕微鏡は、対物レンズと、前記対物レンズの焦点面と共役な位置に配置されて絞り径が可変な視野絞りと、前記対物レンズと撮像素子の間の観察光路上に配置された変倍装置と、前記視野絞りと前記変倍装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置が、前記変倍装置によって変化する視野径に対して常に視野絞りの径が大きい状態を保つように制御することを特徴とする変倍方法。

（付記項２）前記制御装置は、前記視野絞りが全開に開く駆動を開始させ、前記視野絞りが全開に開く駆動の開始時刻から第一の待機時間を経過させ、前記変倍装置の駆動を開始させ、前記変倍装置の駆動の開始時刻から第二の待機時間を経過させ、前記視野絞りが閉じる駆動を開始することを特徴とする付記項１に記載の変倍方法。

（付記項３）前記第一の待機時間は前記第二の待機時間よりも短いことを特徴とする付記項２に記載の変倍方法。
（付記項４）前記視野絞り径の変化速度と前記変倍装置による前記視野径の変化速度とを比較する比較手順を備え、前記比較手順の結果により、前記変倍装置と前記視野絞とのどちらを先に駆動開始するかを判断することを特徴とする付記項１に記載の変倍方法。

（付記項５）前記比較手順の結果が、前記視野絞り径の変化速度の方が速いと判定された場合に、倍率下降時には前記変倍装置と前記視野絞との両方が同時に駆動開始することを特徴とする付記項４に記載の変倍方法。

（付記項６）前記比較手順の結果が、前記視野径の変化速度の方が速いと判定された場合に、倍率上昇時には前記変倍装置と前記視野絞との両方が同時に駆動開始することを特徴とする付記項４に記載の変倍方法。

（付記項７）前記視野絞りの駆動速度を低速化する第一の低速化手順と、前記変倍装置の駆動速度を低速化する第二の低速化手順とを有し、倍率上昇時に前記第一の低速化手順が実行され、倍率下降時に前記第二の低速化手順が実行されることを特徴とする付記項１に記載の変倍方法。

本発明の実施に関わる顕微鏡の構成を示す図である。 本発明の実施に関わる顕微鏡の光学系の概略図である。 実施例で用いる視野絞りの駆動方法を説明する図である。 実施例で用いる視野絞りの駆動方法を説明する図である。 本参考例の実施に関わる顕微鏡の光学系の概略図である。 ズーム変倍の速度と視野絞りの速度の関係を表す図である。 実施例３の制御方法を表すフローチャートである。 実施例４の制御方法を表すフローチャートである。 実施例５の制御方法を表すフローチャートである。

１０１・・・顕微鏡本体
１０２・・・標本
１０３・・・電動ステージ
１０４・・・電動焦準
１０５・・・光軸
１０６・・・対物レンズ
１０７・・・電動レボルバ
１０８・・・蛍光キューブ
１０９・・・ダイクロイックミラー
１１０・・・吸収フィルター
１１１・・・励起フィルター
１１３・・・電動光学ズーム
１１４・・・鏡筒
１１５・・・接眼レンズ
１１６・・・カメラ
１２１・・・ＣＣＤ
１２２・・・光源
１２８・・・コレクタレンズ
１２９・・・視野絞り
１３０・・・フライアイレンズ
１３１・・・ＰＣ
１３２・・・制御装置
１３３・・・ＴＶカメラ制御装置
１３４・・・記憶回路
１３５・・・演算回路
１３６・・・表示回路
１３７・・・モニター画面
１３８・・・キーボード
２０１・・・リレーレンズ
２０２・・・リレーレンズ
２０３・・・結像レンズ
２０４・・・ＣＣＤ面
３０１・・・絞り羽
３０２・・・矩形開口

Claims (13)

1. 観察光路と照明光路を含む落射照明の顕微鏡システムであって、
   対物レンズと、
   前記観察光路と照明光路の共通部分にあり、前記対物レンズの焦点面と共役な位置に配置された視野絞り径が可変な視野絞りと、
   前記視野絞りの上方の光路上に配置された標本の拡大像を撮像する撮像素子と、
   前記対物レンズと前記撮像素子の間の光路上に配置された連続的に自身の倍率を変更するズーム変倍装置と、
   前記視野絞りの前記視野絞り径及び前記ズーム変倍装置の前記倍率を制御する制御装置と、を含み、
   前記制御装置は、前記ズーム変倍装置の前記倍率を制御することにより、前記撮像素子の長さを前記焦点面から前記撮像素子までの投影倍率で割った値として定義される前記視野径を制御し、かつ、前記視野径に対して前記視野絞り径が常に大きい状態を維持するように前記視野絞り径を制御することを特徴とする顕微鏡システム。
2. 前記制御装置は、
   前記視野絞りを全開に開く第一の動作を開始させ、
   前記第一の動作開始から第一の待機時間経過後に、前記ズーム変倍装置により前記倍率を変化させる第二の動作を開始させ、
   前記第二の動作の開始から第二の待機時間経過後に、前記視野絞りを閉じる第三の動作を開始させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
3. 前記第一の待機時間は前記第二の待機時間よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡システム。
4. 前記視野絞り径が変化する第一の速度と、前記ズーム変倍装置が倍率を変更することによる前記視野径が変化する第二の速度とを比較する比較手段をさらに備え、
   前記比較手段は、前記ズーム変倍装置により倍率が変更されるとき、前記視野径に対して前記視野絞り径が常に大きい状態を維持するように前記ズーム変倍装置と前記視野絞りとの動作開始順序を判断することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
5. 前記比較手段は、前記制御装置に含まれることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
6. 前記第一の速度が前記第二の速度よりも速い場合において、
   前記ズーム変倍装置により倍率が上昇する場合は、前記ズーム変倍装置の動作を開始させ、その後、前記視野絞りの動作を開始させて、
   前記ズーム変倍装置により倍率が低下する場合は、前記ズーム変倍装置の動作と前記視野絞りの動作を同時に開始させることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
7. 前記第一の速度が前記第二の速度と同じまたは遅い場合において、
   前記ズーム変倍装置により倍率が上昇する場合は、前記ズーム変倍装置の動作と前記視野絞りの動作を同時に開始させ、
   前記ズーム変倍装置により倍率が低下する場合は、前記視野絞りの動作を開始させ、その後、前記ズーム変倍装置の動作を開始させることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
8. 前記ズーム変倍装置により倍率が上昇する場合において、
   前記制御装置は、前記視野絞りの動作を低速化した後に、前記視野絞りの動作と前記ズーム変倍装置の動作を同時に開始させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
9. 前記ズーム変倍装置により倍率が低下する場合において、
   前記制御装置は、前記ズーム変倍装置の動作を低速化した後に、前記視野絞りの動作と前記ズーム変倍装置の動作を同時に開始させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
10. 前記視野絞りの開口の長辺の長さａは、前記視野絞りから前記撮像素子までの総合倍率をβとし、
    前記撮像素子の長辺の長さをｂとし、１より大きくかつ１．５以下の補正係数をｋとしたときに、
    ａ＝（ｂ／β）×ｋであることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の顕微鏡システム。
11. 前記顕微鏡システムに固有のデータが予め格納された記憶装置と、
    演算装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記記憶装置と前記演算装置との間でデータの送受信を行うことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載の顕微鏡システム。
12. 顕微鏡システムの倍率を変更する変倍方法であって、
    前記倍率を変更する方向を判断する第一のステップと、
    動作開始後に視野絞り径が変化する速度と、動作開始後に視野径が変化する前記倍率に応じた速度と、のいずれかを、各々に設定されている速度よりも遅く設定する第二のステップと、
    前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを同時に開始する第三のステップと、を含み、
    前記第二のステップでは、
    前記倍率を変更する方向が前記倍率を高くする方向の場合、動作開始後に前記視野絞り径が変化する速度を、設定されている前記視野絞り径が変化する速度よりも遅く設定し、
    前記倍率を変更する方向が前記倍率を低くする方向の場合、動作開始後に前記視野径が変化する速度を、設定されている前記視野径が変化する速度よりも遅く設定することを特徴とする変倍方法。
13. 顕微鏡システムの倍率を変更する変倍方法であって、
    動作開始後に視野絞り径が変化する速度と動作開始後に前記倍率に応じて視野径が変化する速度とを、比較する第一のステップと、
    前記倍率を変更する方向を判断する第二のステップと、
    前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを開始する第三のステップと、を含み、
    第三のステップでは、
    動作開始後に前記視野絞り径が変化する速度が前記視野径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を高くする方向の場合、前記視野径を変化させる動作を開始後に、前記視野絞り径を変化させる動作を開始し、
    動作開始後に前記視野絞り径が変化する速度が前記視野径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を低くする方向の場合、前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを同時開始し、
    動作開始後に前記視野径が変化する速度が前記視野絞り径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を高くする方向の場合、前記視野絞り径を変化させる動作と前記視野径を変化させる動作とを同時開始し、
    動作開始後に前記視野径が変化する速度が前記視野絞り径が変化する速度よりも速く、且つ、前記倍率を変更する方向が前記倍率を低くする方向の場合、前記視野絞り径を変化させる動作を開始後に、前記視野径を変化させる動作を開始することを特徴とする変倍方法。