JPH10197798A - 顕微鏡装置及び顕微鏡合焦方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 顕微鏡の対物レンズの種類が変わりその開口
数が変わって観察者が同じように操作しても、焦点を合
わす際の違和感を感じさせない顕微鏡装置を提供する。 【解決手段】 この顕微鏡装置は、種類の異なる対物レ
ンズ４を装着可能な顕微鏡１と、装着された対物レンズ
４の種類を認識するレンズ認識手段６と、対物レンズ４
と被観察物との距離を焦点合わせのために変化させる電
動手段７と、レンズ認識手段６により認識された対物レ
ンズ４の種類に応じて電動手段７の合焦速度を変更する
合焦速度変更手段１０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種類の異なる対物
レンズを装着可能でありモータ等の電動手段による合焦
を行う顕微鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡の合焦のための駆動装置
は、操作スイッチにより操作されるモータ等により構成
され、焦点合わせをする際に観察者が操作スイッチを操
作してモータを駆動し、例えば対物レンズを光軸方向に
移動させて対物レンズと被観察物との距離を変化させる
ことにより顕微鏡の焦点を合わせていた。この対物レン
ズと被観察物との距離を変化させる合焦速度は、操作ス
イッチにおける設定により決定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来技術においては、操作スイッチの設定によって合焦
動作をする際の合焦速度が決定されるため、次のような
問題があった。即ち、焦点深度の浅い高倍の対物レンズ
を使用している場合は、観察者が合焦操作を試みて合焦
機構を駆動したときに像の焦点ぼけの変化が速く、逆
に、焦点深度の深い低倍の対物レンズの場合には焦点ぼ
けの変化が遅いために、観察者が違和感を覚えるといっ
た問題点があった。この違和感は、特に、対物レンズを
切り換えた直後の合焦の際に強く感じられる。

【０００４】図３は、２種類の対物レンズを模式的に表
したものであり、図３（ａ）の対物レンズＸは低倍率で
あり、図３（ｂ）の対物レンズＹは高倍率である。対物
レンズＸ、Ｙは共に面ｍに焦点が合っている。即ち、対
物レンズＸは点ｍ１の像が、対物レンズＹは点ｍ２の像
がシャープに観察される位置に位置決めされている。

【０００５】この状態から、例えば、面ｍを光軸方向に
移動させて、対物レンズＸ、Ｙと面ｍとの距離を変化さ
せると、点ｍ１，点ｍ２の像がぼけた状態で観察される
ようになる。しかしながら、面ｍの移動量が小さい範囲
内では前記像のぼけはわずかであるので、検知されな
い。この像のぼけが検知されない範囲を焦点深度とい
い、焦点深度の大きさは、対物レンズの開口数（ＮＡ）
に反比例する。一般的に、高倍率の対物レンズは、開口
数が大きく、低倍率の対物レンズは開口数が小さい。即
ち、高倍率の対物レンズは焦点深度が小さく（焦点深度
が浅い）、低倍率の対物レンズは焦点深度が大きい（焦
点深度が深い）。

【０００６】図３（ａ），（ｂ）のｍ１’、ｍ２’は、
それぞれ、面ｍを移動させた時、点ｍの像のぼけをはじ
めて検知した点であり、Ｌ１，Ｌ２は、対物レンズＸ、
Ｙのそれぞれの焦点深度の大きさを示したものである。

【０００７】上記から分かるように、対物レンズＸ、Ｙ
の開口数（ＮＡ）が異なる場合は、合焦位置からのずれ
の量が一定であっても、像のぼけの程度（ぼけ量）は異
なり、開口数の大きい対物レンズＹの方がぼけ量が大き
い。従って、例えば、対物レンズＸ、Ｙを同じ速度で動
かして焦点を合わせると、対物レンズＹの方が対物レン
ズＸよりもぼけ量の変化の度合いが大きいため、例え
ば、図３（ａ）の対物レンズＸから（ｂ）の対物レンズ
Ｙに切り替えたとき、ぼけ量の変化の度合いが大きくな
り、観察者が、違和感を感じてしまう。

【０００８】これを避けようとして、顕微鏡による観察
の際に、深度の浅い対物レンズでは操作スイッチを操作
して対物レンズの合焦速度を遅く設定し、深度の深い対
物レンズでは対物レンズの合焦速度を速く設定する操作
も可能であるが、かかる操作によると、設定変更を観察
者が対物レンズを取り替える毎に行う必要があり、煩わ
しいものとなってしまう。

【０００９】本発明は、かかる従来技術の問題点を解消
し、顕微鏡の対物レンズの種類が変わりその開口数が変
わった時に、観察者が同じように操作しても、焦点を合
わせる際の違和感を感じさせない顕微鏡装置を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による顕微鏡装置
は、かかる目的達成のため、種類の異なる対物レンズを
装着可能な顕微鏡と、前記装着された対物レンズの種類
を認識するレンズ認識手段と、前記対物レンズと被観察
物との距離を焦点合わせのために変化させる電動手段
と、前記レンズ認識手段により認識された対物レンズの
種類に応じて前記電動手段による合焦速度を変更する合
焦速度変更手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、顕微鏡に装着された対
物レンズの種類を認識し、この種類に応じて電動手段に
よる合焦速度を変える。従って、対物レンズの種類が変
わり開口数が異なると、焦点合わせの合焦速度が変わ
り、対物レンズの開口数によらずにピントのぼけ量の時
間的変化量を一定にすることができる。

【００１２】例えば、対物レンズの開口数（ＮＡ）に対
し、駆動手段による合焦速度Ｖを、 Ｖ＝Ｃ／ＮＡ （１） とすると、対物レンズの開口数によらず、操作スイッチ
による電動手段の操作感覚と像のぼけ具合の変化が一定
になる。但し、Ｃは観察者の設定する速度設定スイッチ
などで決まる速度定数である。

【００１３】また、本発明による顕微鏡合焦方法は、顕
微鏡に装着された対物レンズの種類を認識するステップ
と、前記対物レンズと被観察物との距離を焦点合わせの
ために変化させる電動手段による合焦速度を前記認識さ
れた対物レンズの種類に応じて変更するステップと、前
記変更された合焦速度で前記電動手段により前記顕微鏡
の焦点合わせを行うステップと、を含むことを特徴とす
る。

【００１４】この方法によれば、顕微鏡に装着された対
物レンズの種類を認識し、この種類に応じて顕微鏡の合
焦機構の合焦速度を変えるから、対物レンズの種類が変
わり開口数が異なると、焦点合わせの合焦速度が変わ
り、対物レンズの開口数によらずにピントのぼけ量の時
間的変化量を一定にすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態
による顕微鏡装置の概略を示す模式図である。この顕微
鏡装置は、測定顕微鏡１を備え、この測定顕微鏡１は、
被検物２に焦点を合わせるために上下に動く観察部３
と、観察部３に取り付けられた対物レンズ４と接眼レン
ズ５と、取り付けられた対物レンズ４の開口数を認識す
るための対物レンズ認識センサ６と、焦点を合わせるた
めに観察部３を被検物２に対して上下動させるように顕
微鏡に取り付けられたステップモータ７とを備える。な
お、合焦のために、被検物２側が動くように構成するこ
ともできる。

【００１６】顕微鏡装置は、また、観察者が顕微鏡１の
焦点合わせの際に操作する操作スイッチ９を備え、この
操作スイッチ９は、顕微鏡の焦点合わせのための合焦速
度を設定する速度設定ダイアル９１と、顕微鏡の観察部
３を被検物２から離れる方向に動かす上方向スイッチ９
２と、観察部３を被検物に近づける方向に動かす下方向
スイッチ９３とを備える。

【００１７】顕微鏡装置は、更に、ステップモータ７を
駆動するためのパルスを発生させるパルス発振器８と、
この発振器８から出力されたパルスを分周するパルス分
周器１０と、この分周器１０から出力されたパルスを増
幅してパルスの周波数に応じた角速度でステップモータ
７を駆動する機能を有するステップモータドライバ１１
を備える。

【００１８】パルス分周器１０では、操作スイッチ９に
おける速度設定ダイヤル９１による設定と、対物レンズ
認識センサ６とから出力される信号とに従ってパルスの
分周比が決定される。たとえば、パルス発振器８の発信
周波数をｆ０、対物レンズの開口数をＮＡ、操作スイッ
チ９の速度設定ダイアル９１によって設定される分周比
率をＣ１とすると、パルス分周器１０の出力するパルス
の周波数ｆは以下に示す式のようになる。

【００１９】 ｆ ＝ ｆ０／（Ｃ１・ＮＡ） （２） 図２は、対物レンズ４の開口数を認識するための対物レ
ンズ認識センサ６の詳細を示す斜視図である。この認識
センサ６は、光を反射する反射板６１と反射型センサ、
例えば反射型フォトインタラプタ６２とを備える。反射
板６１は、所定のパターンを有し、対物レンズ４を顕微
鏡１の観察部３に装着するための取付部４１の近くに設
けられている。この所定パターンは対物レンズ４の開口
数等の情報と対応している。反射型フォトインタラプタ
６２は、観察部３に設けられており、発光素子と受光素
子とが所定角度で配置され、発光素子からの光が反射板
６１で反射し、この反射光が受光素子で検出されるもの
である。対物レンズ４の取付部４１を図２のｔ方向から
観察部３に取り付け装着した際に、フォトインタラプタ
６２により、取付部３に設けられた反射板６１の所定の
パターンが検知されることにより対物レンズの開口数等
の情報が認識される。

【００２０】本実施の形態による顕微鏡装置の動作につ
いて説明する。観察者は、観察前に、操作スイッチ９の
速度設定ダイアル９１を経験的に知得した、好ましい合
焦速度が得られる位置に設定する。顕微鏡の電源がＯＮ
されると、フォトインタラプタ６２により、顕微鏡１の
観察部３に装着された対物レンズ４の反射板６１の所定
パターンが読み込まれて対物レンズ４の開口数（ＮＡ）
が認識される。観察者が操作スイッチ９の上方向スイッ
チ９２（または下方向スイッチ９３）を押すと、操作ス
イッチ９の速度設定ダイアル９１によって設定された分
周比率（Ｃ１）がパルス分周器１０に入力される。この
分周比率（Ｃ１）と、認識された開口数（ＮＡ）とが、
パルス分周器１０に入力されるとともに、パルス発振器
８から発信周波数（ｆ０）のパルスが入力されると、上
述の式（２）により求められる周波数（ｆ）のパルスが
パルス分周器１０から出力される。

【００２１】この周波数（ｆ）のパルスがステップモー
タドライバ１１に入力され、モータドライバ１１でパル
スが増幅される。この増幅されたパルスによりステップ
モータ７がパルスの周波数（ｆ）に応じた角速度で駆動
される。このようにして、観察部３はステップモータ７
により被検物２に対して上下動し、観察者が観察しなが
ら焦点の合ったところで操作スイッチ９の上方向スイッ
チ９２（または下方向スイッチ９３）を離すと、ステッ
プモータ７は停止し、観察者は、焦点のあった状態で、
被検物２を観察することができる。

【００２２】ここで、対物レンズを交換すると、この対
物レンズの開口数（ＮＡ’）が同様にして認識され、こ
のＮＡ’に応じた合焦速度に対応する周波数（ｆ’）が
上述の式（２）により求められる。そして、求められた
周波数（ｆ’）のパルスがパルス分周器１０から出力さ
れる。いま、速度設定ダイアル９１によって設定された
分周比率（Ｃ１）とパルス発振器８からのパルスの発信
周波数（ｆ０）とが一定であり、ＮＡ’＞ＮＡであると
すると、式（２）からｆ’＜ｆとなり、パルスモータ７
が交換前と比べてゆっくりと駆動される結果、対物レン
ズの上下に駆動される速度も遅くなる。対物レンズの合
焦速度が一定であると、開口数が大きい場合には、上述
のようにぼけ量の変化の度合いが大きいが、本実施の形
態による顕微鏡装置によれば、合焦速度が遅くなり、ぼ
け量の変化の度合いがゆっくりとなり、観察者に対物レ
ンズを交換したことによる違和感を感じさせない。ま
た、ＮＡ’＜ＮＡであると、逆に、対物レンズの合焦速
度が速くなり、ぼけ量の変化の度合いが早くなり、同様
に、観察者に対物レンズを交換したことによる違和感を
感じさせない。

【００２３】このように、本実施の形態による顕微鏡装
置によれば、像のぼけの時間的変化を対物レンズの種類
によらず一定にするために、対物レンズの開口数を認識
するセンサを配置し、そのセンサの認識結果に従って対
物レンズの駆動装置であるステップモータ７による合焦
速度を設定するようにしたので、対物レンズの開口数に
よらず、合焦時の焦点のボケ量の時間的変化が同じよう
になり、観察者が合焦操作を行う場合、対物レンズを切
り換えて使用しても観察者が違和感を感じないという利
点が得られ、また、操作スイッチ９の速度設定ダイヤル
９１をその都度を設定し直す必要もない。

【００２４】なお、本実施の形態では、対物レンズの開
口数等の情報を、反射板６１と反射型フォトインタラプ
タ６２とを備える認識センサ６により認識するが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば対物レンズ
の観察部との取付部の所定位置に切欠を設け、この位置
が観察部において認識され、その開口数等の情報がパル
ス分周器１０に入力されるように構成することもでき
る。

【００２５】また、測定顕微鏡の観察部における対物レ
ンズの交換は、種類の異なる対物レンズを対物転換器
（レボルバ）に取り付けておき、対物レンズを必要に応
じ回転させることにより速やかに変えるように構成する
こともできる。この場合、対物レンズの認識は、対物レ
ンズのレボルバの位置から、対物レンズの種類に応じて
対物レンズを認識する信号がでるように構成できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、顕微鏡の合焦操作の
際、対物レンズの種類が変わり開口数が異なると、焦点
合わせの合焦速度が変わり、対物レンズの開口数によら
ずにピントのぼけ量の時間的変化量を一定にすることが
できる。従って、顕微鏡の対物レンズの種類が変わりそ
の開口数が変わって観察者が同じように操作した場合、
焦点を合わす際の違和感を感じさせない顕微鏡装置を提
供することができる。また、対物レンズの焦点合わせの
操作が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態の顕微鏡装置を概略的
に示す模式図である。

【図２】図１に示す対物レンズ認識センサを詳細に示す
斜視図である。

【図３】レンズの開口数（ＮＡ）と像のぼけ量との関係
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 測定顕微鏡 ２ 被検物 ３ 観察部 ４ 対物レンズ ５ 接眼レンズ ６ 対物レンズ認識センサ ７ ステップモータ ８ パルス発振器 ９ 操作スイッチ １０ パルス分周器 １１ モータドライバ ９１ 速度設定ダイヤル ９２ 上方向スイッチ ９３ 下方向スイッチ ４１ 対物レンズ取付部 ６１ 反射板 ６２ フォトインタラプタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 種類の異なる対物レンズを装着可能な顕
   微鏡と、 前記装着された対物レンズの種類を認識するレンズ認識
   手段と、 前記対物レンズと被観察物との距離を焦点合わせのため
   に変化させる電動手段と、 前記レンズ認識手段により認識された対物レンズの種類
   に応じて前記電動手段による合焦速度を変更する合焦速
   度変更手段と、を具備することを特徴とする顕微鏡装
   置。
2. 【請求項２】 顕微鏡に装着された対物レンズの種類を
   認識するステップと、 前記対物レンズと被観察物との距離を焦点合わせのため
   に変化させる電動手段による合焦速度を前記認識された
   対物レンズの種類に応じて変更するステップと、 前記変更された合焦速度で前記電動手段により前記顕微
   鏡の焦点合わせを行うステップと、を含むことを特徴と
   する顕微鏡合焦方法。