JP2001091822A - 顕微鏡用焦点検出装置 - Google Patents
顕微鏡用焦点検出装置Info
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Abstract
が向上する顕微鏡用焦点検出装置を提供すること。 【解決手段】特定波長の励起光を標本3に照射し、該励
起光より波長の長い光を対物レンズ11で集める落射蛍
光観察手段14,15,17〜19と、透過照明手段
4,5,10の中にあって、蛍光より長い波長の光を透
過するフィルタ7と、7を透過した光のうち一方を透過
し、他方を反射するダイクロイックミラー23と、23
により分離された短波長側及び長波長側に夫々配され、
3の観察光像を撮像するカメラ24及び3の観察光像の
蓄積を行うイメージセンサ26と、26の出力に基づい
て3の観察光像の焦点状態を検出する焦点出手段27〜
29と、27〜29の合焦度に応じて11、3側の少な
くとも一方を駆動して合焦点サーチを行うサーボ手段及
び26、27〜29を制御するCPU29を備えたも
の。
Description
る焦点検出装置に関し、特に落射蛍光顕微鏡に用いられ
る顕微鏡用焦点検出装置に関するものである。
像をTV画面により観察したり、写真撮影したりする顕
微鏡装置において、対物レンズの焦点を検出し、TVカ
メラや写真フィルム等の撮像面上に合焦させるためのオ
ートフォーカス装置は重要なアプリケーシヨンのーつで
ある。
で染色し、試薬を励起することで発生する蛍光を観察す
る落射蛍光顕微鏡が普及し、この落射蛍光顕微鏡にマッ
チングしたオートフォーカス装置が求められている。
うな蛍光観察に対応したオートフォーカス装置を開示し
たものであり、写真システム等と焦点検出装置の各々の
結像光学系において生じる色収差に基づく同焦差を、蛍
光の波長に基づいて補正する方法が開示されている。
に用いるオートフォーカス装置における問題として、観
察される蛍光波長の絶対光量が小さいため、焦点検出に
用いられる受光素子のレンジに適合するための入射光の
蓄積時間が多く必要であり、すなわちオートフォーカス
の処理時間が長いという問題がある。
く、オートフォーカスの処理動作中は落射照明による励
起光が継続的に標本に照射され、標本の不要な褪色を余
儀無くされるとう、蛍光観察において致命的な問題を抱
えている。
めなされたもので、落射蛍光観察におけるオートフォー
カスの効率が向上する顕微鏡用焦点検出装置を提供する
ことを目的とする。
め、請求項1に対応する発明は、対物レンズを通して特
定の波長の励起光を標本に照射し、発生した励起光より
長い特定の波長の蛍光を対物レンズで集める落射蛍光観
察手段と、前記対物レンズと対向する側から前記標本を
照射する透過照明手段と、前記透過照明手段の中にあっ
て、前記蛍光より長い特定の波長の光を透過する分光透
過特性を有する特定波長透過手段と、前記蛍光もしくは
前記特定波長透過手段を透過した光のうち、いずれか一
方を透過し、もう一方を反射するような分光透過特性を
有する波長分離手段と、前記波長分離手段により分離さ
れた短波長側に配され、前記標本の観察光像を撮像する
撮像手段と、前記波長分離手段により分離された長波長
側に配され、前記標本の観察光像を受光し、一定のレン
ジに適合するまで前記観察光像の蓄積を行う受光手段
と、前記受光手段の出力信号に対する合焦度評価値に基
づいて前記標本の観察光像の焦点状態を検出する焦点検
出手段と、前記焦点検出手段の合焦度に応じて前記対物
レンズ側もしくは前記標本側の少なくとも一方を駆動し
て合焦点サーチを行うサーボ手段と、前記受光手段、前
記焦点検出手段、及び前記サーボ手段を統括制御する制
御手段とを具備した顕微鏡用焦点検出装置である。
うな作用効果が得られる。すなわち、焦点検出手段によ
る焦点検出は、受光手段に投影される透過照明観察光像
に基づいて行われるので、この透過照明光量を大きくす
ることにより、一定のレンジに適合するための前記受光
手段による透過照明観察光像の蓄積時間を短くすること
ができる。従って、光量の小さい蛍光観察においても、
制御手段による合焦に要する時間を短くすることができ
る。また、落射照明により発した蛍光は、波長分離手段
の長波長側に分割されることなく、前記波長分離手段の
短波長側に配された撮像手段に効率良く導入される。こ
の結果、合焦に要する時間が短く、且つ蛍光観察の効率
の高い顕鏡用焦点検出装置とすることができる。
する発明は、前記落射蛍光観察手段の中にあって、前記
励起光の波長を切換える切換手段と、観察光の波長に基
づく前記撮像手段に対する前記受光手段の結像位置誤差
を補正する光路長補正手段と、前記励起光によって発生
する蛍光の波長データに基づいて前記光路長補正手段を
駆動する駆動手段とを具備した請求項1に記載の顕微鏡
用焦点検出装置である。
うな作用効果が得られる。すなわち、請求項1に記載の
発明による効果に加え、励起光によって発生する蛍光の
波長データに基づいて光路長補正手段を駆動することに
より、蛍光の波長に基づく前記撮像手段に対する前記受
光手段の結像位置誤差を補正することができるので、蛍
光の波長によらず前記撮像手段に対する合焦の精度を確
保した顕微鏡用焦点検出装置とすることができる。
する発明は、前記駆動手段とは別に構成され、前記蛍光
の波長データとは無関係に前記撮像手段に対する結像位
置を任意のオフセット量だけ移動するオフセット手段を
具備したことを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡用焦
点検出装置である。
うな作用効果が得られる。すなわち、請求項2に記載の
発明による効果に加え、前記撮像手段に対する観察像の
合焦位置を、前記制御手段による合焦結果に対して定常
的に略一定量オフセットすることができるので、例えば
標本の厚みが大きい場合において、前記受光手段に検出
される部分に対して撮像したい部分の厚み方向の位置の
差が大きい場合でも、撮像したい部分が撮像光路におい
て結像する位置を前記撮像手段上にマニュアル動作で合
わせ込むことで、前記制御手段による合焦により定常的
に撮像したい部分を合焦とすることが可能となる等、観
察者の要求に柔軟に対応した顕微鏡用焦点検出装置装置
とすることができる。
図面を参照して説明する。
1の実施の形態を示した構成図であり、本実施形態は、
概略以下のように構成されている。すなわち、対物レン
ズ11を通して特定の波長の励起光を標本3に照射し、
発生した励起光より長い特定の波長の蛍光を対物レンズ
で集める例えば光源14、コレクタレンズ15、励起フ
ィルタ17、ダイクロイックミラー18、吸収フィルタ
19、対物レンズ11からなる落射蛍光観察手段と、対
物レンズ11と対向する側から標本3を照射する例えば
光源4、コレクタレンズ5、コンデンサレンズ10から
なる透過照明手段と、該透過照明手段の中にあって、該
蛍光より長い特定の波長の光を透過する分光透過特性を
有する例えばバンドパスフィルタ7からなる特定波長透
過手段と、該蛍光もしくは該特定波長透過手段を透過し
た光のうち、いずれか一方を透過し、もう一方を反射す
るような分光透過特性を有する例えばダイクロイックミ
ラー23からなる波長分離手段と、該波長分離手段によ
り分離された短波長側に配され、標本3の観察光像を撮
像する例えばテレビカメラ(撮像面24)からなる撮像
手段と、該波長分離手段により分離された長波長側に配
され、標本3の観察光像を受光し、一定のレンジに適合
するまで観察光像の蓄積を行う例えばイメージセンサ2
6からなる受光手段と、該受光手段の出力信号に対する
合焦度評価値に基づいて標本3の観察光像の焦点状態を
検出する例えばアナログ信号処理回路27、評価関数演
算器28、CPU29からなる焦点検出手段と、該焦点
検出手段の合焦度に応じて標本3を駆動して合焦点サー
チを行うCPU29とステージ駆動装置30からなるサ
ーボ手段と、該受光手段、該焦点検出手段、及び該サー
ボ手段を統括制御する例えばCPU29からなる制御手
段とを具備したものである。
いて、1は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体1には、ステ
ージ2を設けている。このステージ2は、標本3を載置
すると共に、光軸に対して平行方向に移動可能にしてい
る。
のための照明光学系が構成されている。具体的には、光
源4から出射された光は、コレクタレンズ5により進め
られ、全反射ミラー6で標本3の方向に反射し、バンド
パスフィルタ7で特定の波長のみ透過し、ポラライザ8
に入射する。尚、バンドパスフィルタ7の分光透過率特
性については後述する。
は、ウォラストンプリズム(複屈折素子)9を通過して
互いに直交する方向に振動する二つの直線偏光に分か
れ、これらはコンデンサレンズ10で集光され、ウォラ
ストンプリズム9に固有の横ずれ量(シア量)を持って
標本3を透過する。
ンズ11を透過し、第2のウォラストンプリズム12と
後述するアナライザ25によって干渉し、それら二つの
波面による干渉像は、標本3の位相変化を微分したもの
が、明暗のコントラストの差として、結像レンズ13を
介して観察され得る。
察のための照明光学系が構成されている。具体的には、
光源14から出射された光は、コレクタレンズ15によ
り進められ、シャッタ16の開放時のみ通過し、励起フ
ィルタ17によって標本3を励起するのに必要な波長の
みが透過し、ダイクロイックミラー18によって反射
し、ウォラストンプリズム12を通り対物レンズ11に
よって標本3に照射される。
いる部分が励起され、励起光より長い波長の蛍光を発す
る。発した蛍光は対物レンズ11で集められ、ウォラス
トンプリズム12を通りダイクロイックミラー18を透
過する。ダイクロイックミラー18を透過した蛍光像
は、特定される波長領域より長い波長の蛍光のみを透過
する吸収フィルタ19を透過した後、結像レンズ13を
介して観察される。ここで、前記の励起フィルタ17、
ダイクロイックミラー18、吸収フィルタ19の分光透
過率特性は、後述するように、従来の落射蛍光顕微鏡と
同様一般的なものである。
系の上方には、標本3の像を目視観察するための観察光
学系、及びTVカメラや写真フィルム等で撮像するため
の撮像光学系、及び標本3に対する対物レンズ11の焦
点を検出するための焦点検出光学系が構成されている。
後、光路分割プリズム20によって反射した光は、後述
するような分光透過率特性を持つローパスフィルタ21
及び接眼レンズ22を介して観察される。
分割プリズム20を透過した光は、後述するような分光
透過率特性を持つ第2のダイクロイックミラー23によ
って、特定される波長領域より短い波長の光が反射し、
前記波長領域より長い波長の光が透過する。この第2の
ダイクロイックミラー23を反射した光は、後述するよ
うな前記ローパスフィルタ21と略同一な分光透過率特
性を持つローパスフィルタ21′を介して、結像レンズ
13の焦点位置に配置されたTVカメラや写真フィルム
等の撮像面24上に結像される。
3を透過した光は、アナライザ25及びバンドパスフィ
ルタ7と略同一な分光透過率特性を持つバンドパスフィ
ルタ7′を介して、撮像面24と光学的に共役な位置に
配置されたイメージセンサ26上に結像される。
ける、バンドパスフィルタ7、励起フィルタ17、ダイ
クロイックミラー18、吸収フィルタ19、ローパスフ
ィルタ21、第2のダイクロイックミラー23、ローパ
スフィルタ21′及びバンドパスフィルタ7′の分光透
過特性を示す図である。
7、ダイクロイックミラー18、吸収フィルタ19の分
光透過率特性は、従来の落射蛍光顕微鏡と同様一般的な
ものであり、またバンドパスフィルタ7′はバンドパス
フィルタ7と略同一な分光透過率特性を持っており、ロ
ーパスフィルタ21′はローパスフィルタ21と略同一
な分光透過率特性を持っている。
ロイックミラー23の分光透過率が立ち上がる波長領域
Uは、励起フィルタ17を透過した励起光によって励起
された蛍光波長の波長領域Fと重なり合わない長波長側
にあり、且つバンドパスフィルタ7及び7′の分光透過
率特性のピークより短波長側にある。
分光透過率が立ち下がる波長領域Dは、励起フィルタ1
7を透過した励起光によって励起された蛍光波長の強度
分布のピークより長波長側にあり、且つバンドパスフィ
ルタ7及び7′の透過波長領域Bと重なり合わない短波
長側にある。即ち、透過微分干渉の光線は、バンドパス
フィルタ7の透過波長領域Bの照明光のみが標本3を透
過して対物レンズ11を透過し、ダイクロイックミラー
18、吸収フィルタ19、第2のダイクロイックミラー
23、及びバンドパスフィルタ7′を透過してイメージ
センサ26に入射する。
より僅かに反射した光は、ローパスフィルタ21′によ
ってカットされるので、撮像面24に入射することはな
い。一方、落射照明により励起された蛍光は、ダイクロ
イックミラー18、吸収フィルタ19を透過した後、第
2のダイクロイックミラー23で反射し、ローパスフィ
ルタ21′を透過して撮像面24に入射する。従って、
微分干渉像はイメージセンサ26の焦点検出光学系側
ヘ、蛍光像は撮像面24の撮像光学系側へ、完全に分離
される。
察光学系に導入された観察光は、ローパスフィルタ21
により透過微分干渉光が遮断され、蛍光のみが接眼レン
ズ22へ導かれる。
の接続及び処理の形態について、図1に基づいて説明す
る。イメージセンサ26は、投影された光像の入射光量
と蓄積時間に応じた電圧に相当するアナログ信号を出力
するようにしている。
信号処理回路27を接続し、このアナログ信号処理回路
27に評価関数演算器28を接続すると共に、CPU2
9を接続している。アナログ信号処理回路27は、イメ
ージセンサ26からのアナログ信号を増幅すると共に、
フィルタ処理等のアナログ処理を実行する。
信号処理回路27で処理されたアナログ信号を取り込
み、所定の評価関数に基づいて、標本3の合焦度を示す
デフォーカス量を検出し、そのデフォーカス信号をCP
U29へ送信する。
するアナログ信号をアナログ信号処理回路27のレンジ
に適合させるための制御を行うと共に、評価関数演算器
28からのデフォーカス信号に基づいて標本3を合焦と
するようなステージ2の移動量及び移動方向の信号をス
テージ駆動装置30に送信する。
の移動量及び移動方向の信号に基づいてステージ2を上
下方向に移動させ、合焦調整を行う。また、CPU29
は、シャッタ16の開閉信号をシャッタ駆動装置31に
送信し、シャッタ駆動装置31は、CPU29からのシ
ャッタ開閉信号に基づいてシャッタ16を開閉する。こ
れらの制御操作は、CPU29と接続した外部コントロ
ーラ32の制御開始スイッチにより行うようにしてい
る。
形態の動作を、図3に示すフローチャートに基づいて説
明する。まずステップ101で、外部コントローラ32
からの信号によりオートフォーカス動作を開始すると、
ステップ102で、シャッタ16の開閉状態を確認す
る。ここでシャッタ16が開放されている場合は、ステ
ップ103で、シャッタ駆動装置31へ信号を送ってシ
ャッタ16を閉鎖する。一方、シャッタ16が閉鎖され
ている場合は、ステップ104で、イメージセンサ26
により検出した微分干渉像に基づくアナログ画像信号を
読み込み、ステップ105で、イメージセンサ26のア
ナログ信号がアナログ信号処理回路27のレンジに適合
しているかチエックする。
は、レンジが適合するまでイメージセンサ26の蓄積時
間を制御する。一方、レンジが適合している場合には、
ステップ106で、イメージセンサ26の信号より所定
の評価関数に基づき合焦度を示すデフォーカス量を演算
する。そして、ステップ107で、算出されたデフォー
カス量から合焦判定を行い、合焦していないと判断した
場合は、ステップ108で、デフォーカス量に応じたス
テージ2の移動量及び移動方向の信号をステージ駆動装
置30に送信してステージ2の駆動を行うと共に、ステ
ップ104に戻り、ステップ104〜ステップ108の
一連の動作を合焦と判断されるまで繰返し、ステップ1
07で合焦と判断された後、ステップ109で、シャッ
タ駆動装置31へ信号を送ってシャッタ16を開放し、
ステップ110に進んで制御を終了する。
下に記すような効果を得ることができる。まず、撮像面
24に配置したTVカメラや写真フィルム等を用いた蛍
光撮影におけるオートフォーカス動作は、イメージセン
サ26に投影される透過微分干渉観察による標本像に基
づいて行われる。イメージセンサ26への入射光量は、
光源4から出射する光量を大きくすることにより、相対
的に大きくすることができ、その結果、アナログ信号処
理回路27のレンジに適合するためのイメージセンサ2
6の蓄積時間を短くすることができる。従って、光量の
小さい蛍光観察においても、オートフォーカス動作に要
する総時間を短くすることができる。
められた蛍光は、イメージセンサ26の焦点検出光学系
側へ分割されることなく、撮像面24の撮像光学系側へ
効率良く導入される。
5は、第2のダイクロイックミラー23よりもイメージ
センサ26側に配置されており、蛍光観察の光路上には
存在しないので、アナライザ25を通過することによる
光量ロスは蛍光観察においては起こらない。
反射した僅かな透過微分干渉観察光は、ローパスフィル
タ21′によって撮像面24への進入を遮断される。従
って、撮像面24において、蛍光の光量ロスが少なく且
つバックグランドの抜けが良い高効率な蛍光像の撮像が
可能となる。同様に、接眼レンズ22側の観察光学系に
おいても、ローパスフィルタ21によって透過微分干渉
観察光が遮断されるので、蛍光の光量ロスが少なく且つ
バックグランドの抜けが良い高効率な蛍光観察が可能と
なるばかりでなく、バンドパスフィルタ7の透過波長領
域Bが近赤外域に設定されるような場合でも、有害な近
赤外光が目に入らない安全な構成となる。
ッタ16が閉鎖されており、標本3上に励起光が照射さ
れない。従って、蛍光観察には不要なオートフォーカス
動作時の励起光を遮断し、標本3の不要な褪色を防止す
ることができる。
間が短く、且つ蛍光観察の効率を最大限に確保した顕微
鏡用焦点検出装置を提供することができる。
の第1の実施の形態では、ステージ2を上下に移動して
標本の合焦を行う形式の顕微鏡について説明したが、対
物レンズ11を上下に移動して標本の合焦を行う形式の
顕微鏡においては、ステージ2の代りに対物レンズ11
を駆動することにより、同様の効果を得ることができ
る。また、前述の第1の実施の形態において、ローパス
フィルタ21′の代りに、図4に示すように蛍光波長の
強度分布と略同一な分光透過特性を有するローパスフィ
ルタ21″を用いても、同様の効果を得ることができ
る。
て、ローパスフィルタ21の代わりに、観察光学系の中
の接眼レンズ等の光学部材に近赤外反射コートを施すこ
とによっても、同様の効果を得ることができる。
のダイクロイックミラー23の透過側に焦点検出光学系
を、反射側に撮像光学系を配置したが、図5に示すよう
に反転することも可能である。
1における同一の構成要素に対応している。この場合、
第2のダイクロイックミラー23の分光透過率特性は、
図6に示すように、特定される波長領域より短い波長の
光が透過し、前記波長領域より長い波長の光が反射する
ように設定することで、前述の第1の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。
17、ダイクロイックミラー18、吸収フィルタ19及
びバンドパスフィルタ7′の分光透過特性については図
1と同様である。また、この場合、第2のダイクロイッ
クミラー23により、微分干渉観察光の撮像面24側へ
の進入は完全に遮断できるので、ローパスフィルタ2
1′は不要となる。
2の実施の形態を示した構成図である。尚、図7におい
て図1と同一な部分に関しては、同一番号を付し説明を
省略する。図において、41は前記励起フィルタ17、
前記ダイクロイックミラー18、及び前記吸収フィルタ
19を一体的に保持したキューブカセットであり、この
キューブカセット41は、後述するように、落射蛍光の
波長を切換えるために、前記励起フィルタ17、前記ダ
イクロイックミラー18、及び前記吸収フィルタ19の
分光透過特性の異なる複数のキューブカセット41を選
択的に光路中に挿入できるようにしている。
3よりイメージセンサ26側の焦点検出光学系の中に
は、光路長補正ユニット42が組み込まれている。この
光路長補正ユニット42は、例えば図に示すように、材
質がなるクサビ型のプリズム43a及び43bを上下に
重ね一体化することで平行平板プリズム43を形成し、
この平行平板プリズム43を図示矢印方向に平行移動可
能にするものであり、前記の材質が異なる2枚のクサビ
型プリズム43a、43bの厚さの割合から平行平板プ
リズム43を通過する光路長の割合を変化させるもので
ある。尚、この技術は特開平9−189849号公報に
おいて開示されているものである。
前記キューブカセット41の切換部を示した拡大図であ
る。図において、41a〜41cはキューブカセットで
あり、このキューブカセット41a〜41cは、図示矢
印方向に平行移動可能に設置されたホルダ44上に装着
される。すなわち、この図においてはキューブカセット
41bが光路中に挿入されているが、ホルダ44を図示
矢印方向に平行移動することで、キューブカセット4l
aまたは41cを光路中に挿入することが可能である。
は、蛍光の波長に基づいて各々のキューブを識別するた
めのフラグ45a〜45cが設けられている。そして、
光路中に挿入されているキューブカセットのフラグ(図
においては45b)の対向する近接位置には、前記フラ
グ45のあ無を識別する識別センサ46が、顕微鏡本体
1に固定された状態で設けられている。このフラグ45
と識別センサ46は、例えば永久磁石と磁気センサの如
き組合せで構成することができる。
る前記フラグ45a〜45cの位置関係を示した概念図
である。この例においては前記識別センサ46は2つの
番地を有し、キューブカセットが光路中に挿入された時
に右番地もしくは左番地のいずれかにフラグ45が対向
するようになっている。
の接続及び処理の形態について説明する。前記識別セン
サ46は、識別回路47を接続し、この識別回路47
は、CPU29に接続され、前記フラグ45が対向する
前記識別センサ46の番地に基づくキューブカセット識
別信号をCPU29に送信する。
ューブカセット識別信号に基づいて、前記撮像面24に
対する前記イメージセンサ26の同焦差を補正するよう
な前記平行平板プリズム43の移動量及び移動方向の信
号を、光路長補正ユニッ卜駆動装置48に送信する。
U29からの移動量及び移動方向の信号に基づいて、前
記平行平板プリズム43を図示矢印方向に平行移動さ
せ、前記撮像面24に対する前記イメージセンサ26の
同焦補正を行う。
正量を設定するためのモデルであり、縦軸は合焦位置、
横軸は光線の波長を示している。また、図中の実線は撮
像面24への入射波長に対する合焦位置を、破線はイメ
ージセンサ26への入射波長に対する合焦位置を示して
いる。
は、バンドパスフィルタ7′の分光透過率特性によって
決まるので、このバンドパスフィルタ7′の分光透過率
特性のピークをfとすると、イメージセンサ26の合焦
位置は図中のpの位置となる。そして、観察像の焦点深
度に基づいて、前記撮像面24に対する前記イメージセ
ンサ26の同焦差の許容値をaとすると、図10におい
ては、合焦精度の保証範囲は図中のc及びc″の波長範
囲となる。
を駆動して焦点検出光路の光路長をかえることにより、
図10の破線を縦軸方向に移動させたものである。ここ
において、合焦精度の保証範囲は図中のc′の波長範囲
となる。従って、このモデルの場合、光路長補正ユニッ
ト42の位置を図10もしくは図11の位置の2段切換
とすることで、c〜c″の波長範囲での合焦精度が保証
される。
うに、各々のキューブカセットにおいて2カ所のフラグ
を使い分けることにより、蛍光の波長に対応した光路長
補正が可能となる。
形態の動作を、図12に示すフローチャートに基づいて
説明する。まずステップ101で、外部コントローラ3
2からの信号によりオートフォーカス動作を開始する
と、ステップ102で、シャッタ16の開閉状態を確認
する。ここでシャッタ16が開放されている場合は、ス
テップ103で、シャッタ駆動装置31へ信号を送って
シャッタ16を閉鎖する。
は、ステップ201で、識別回路47により識別センサ
46からのフラグ45の番地に基づくキューブカセット
識別信号をCPU29に読み込み、ステップ202で、
キューブカセット識別信号に基づく平行平板プリズム4
3の移動方向の信号を光路長補正ユニット駆動装置48
に送信して平行平板プリズム43の駆動を行った後、ス
テッブ104に移行する。以下のステップに関しては図
3と同一であるので、同一番号を付し説明を省略する。
れば、第1の実施の形態において記した効果に加え、以
下に記すような効果を得ることができる。すなわち、選
択的に光路中に挿入されるキューブカセット41の種類
を識別し、その結果に基づいて光路長補正ユニット42
を駆動することにより、蛍光の波長に基づく撮像面24
に対するイメージセンサ26の同焦誤差を補正すること
ができるので、観察像の波長によらず撮像面24に対す
るオートフォーカスの合焦精度を確保することができ
る。
の第2の実施の形態では、光路長補正ユニット42の位
置を2段切換としたが、これを更に細分化すれば、撮像
面24に対するオートフォーカスの合焦精度をより正確
にできることは自明である。例えば上述の第2の実施の
形態においては、識別センサ46は2つの番地を有し、
キューブカセット41が光路中に挿入された時に右番地
もしくは左番地のいずれかにフラグ45が対向するよう
になっているが、左右両方にフラグ45を設けたキュー
ブカセット41も識別可能であるから、同じ構成で光路
長補正ユニット42の位置を3段階に設定することが可
能である。識別センサ46の番地の数を3つにすれば、
キューブカセット41の識別は最大7種類まで可能とな
る。
が異なるクサビ型のプリズム43a及び43bを上下に
重ねー体化した平行平板プリズム43を移動させること
によって光路長を補正していたが、これをイメージセン
サ26自体を動かしたり、波長別の色収差補正レンズを
用いても同様の効果を得ることができる。
質が異なるクサビ型のプリズム43a及び43bを上下
に重ねー体化した平行平板プリズム43を移動させるこ
とによって光路長を補正していたが、この場合にはイメ
ージセンサ26に集像される像が横ずれが生じる可能性
があるので、図13のように構成するようにしてもよ
い。すなわち、図13(a)は同じ屈折率の2個のクサ
ビ型のプリズム43c,43dを図のように傾斜面同士
を組合せ、このうち下側のプリズム43cを固定状態と
し、上側のプリズム43dを矢印のごとく平行移動させ
るように構成したものである。図13(b)は1個の階
段状のプリズム43eを矢印のごとく平行移動させるよ
うに構成したものである。
第3の実施の形態を示した構成図である。尚、図13に
おいて図1及び図7と同一な部分に関しては、同一番号
を付し説明を省略する。図において、前記第2のダイク
ロイックミラー23より撮像面24側の撮像光学系の中
には、前記光路長補正ユニット42と略同様の構成によ
る第2の光路長補正ユニット51が組み込まれている。
この第2の光路長補正ユニット51は、他の信号から独
立的に設けられ、単独でのみ駆動されるように構成され
ている。
たモデルに、前記第2の光路長補正ユニット51による
前記撮像面24の合焦位置の移動結果を加えたモデルで
ある。図中の実線は前記第2の光路長補正ユニット51
を駆動する前の撮像面24への入射波長に対する合焦位
置を、一点鎖線は前記第2の光路長補正ユニット51に
よる前記撮像面24の合焦位置の移動結果を示す。また
破線は、前術の図10及び図11に示したバンドパスフ
ィルタ7′の分光透過特性のピークfにおけるイメージ
センサ26の合焦位置pを、前記光路長補正ユニット4
2により2段階で補正した結果を示している。
れた合焦位置に対する前記第2の光路長補正ユニット5
1を駆動した結果の撮像面24の合焦位置のズレ量は、
図の破線に対する一点鎖線のズレ量として示されてい
る。このモデルが示すように、撮像面24に対する観察
像の合焦位置は、オートフォーカスの合焦結果に対して
定常的に略一定量のオフセットを持つことになる。
れば、第1の実施の形態及び第2の実施の形態において
記した効果に加え、以下に記すような効果を得ることが
できる。すなわち、撮像面24に対する観察像の合焦位
置を、オートフォーカスの合焦結果に対して定常的に略
一定量オフセットすることができるので、例えば図15
に示すように光軸方向に厚みの大きい標本において、イ
メージセンサ26に検出される部分52と撮像したい部
分53との厚み方向の位置の差が大きい場合でも、撮像
したい部分53の撮像光路における結像位を撮像面24
上にマニュアル動作で合わせ込むことで、オートフォー
カスにより定常的に53の部分を撮像することが可能と
なる等、観察者の要求に柔軟に対応したオートフォーカ
ス装置とすることができる。
の第3の実施の形態では、第2の光路長補正ユニット5
1の構成を材質が異なる2種類のクサビ型プリズムを上
下に重ね一体化した平行平板プリズムを移動させるよう
にしていたが、これを撮像面24自体を動かしたり、波
長別の色収差補正レンズを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
検出光路側の光路長補正ユニット42にCPU29と接
続した光路長補正ユニット駆動装置48を接続し、撮像
光路側の第2の光路長補正ユニット51は、他の信号系
から独立的に設けられ、単独でのみ駆動されるようにし
ていたが、これとは反対に、図17に示すように、撮像
光路側の第2の光路長補正ユニット51にCPU29と
接続した光路長補正ユニット駆動装置48を接続し、焦
点検出光路側の光路長補正ユニット42は、他の信号系
から独立的に設けられ、単独でのみ駆動されるようにし
ても、同様の効果を得ることができる。
図14における同一の構成要素に対応している。図18
は、この場合の光路長補正ユニット42のマニュアル動
作によるイメージセンサ26の合焦位置の移動結果を示
したモデルである。図中の破線は前術の図10に示した
バンドパスフィルタ7′の分光透過特性のピークfにお
けるイメージセンサ26の合焦位置pを、二点鎖線は前
記光路長補正ユニット42のマニユアル動作による合焦
位置pの移動結果を示し、実線は撮像面24への入射波
長に対する合焦位置を光路長補正ユニット駆動装置48
により2段階で補正した結果を示している。これより、
このモデルにおいても、撮像面24に対する観察像の合
焦位置は、オートフォーカスの合焦結果に対してして定
常的に略一定量のオフセットを持つことが分かる。
第4の実施の形態を示した構成図である。尚、図19に
おいて図1、図7及び図14と同一な部分に関しては、
同一番号を付し説明を省略する。図において、61は光
路分割プリズム20よりも接眼レンズ22側の観察光路
中に設けられたアナライザであり、62は第2のダイク
ロイックミラー23よりも撮像面24側の撮像光路中に
設けられたアナライザである。
可能であり、アナライザ62は撮像光路から挿脱可能で
あるように設けてある。また、透過照明光路中のバンド
パスフィルタ7は、透過照明光路から挿脱可能であるよ
うに設けてある。
タ7を透過照明光路から取り除くと、透過照明による観
察光は、ロ一パスフィルタ21及び21′を透過した短
波長側の観察光がアナライザ61及び62を介して接眼
レンズ22及び撮像面24に進入し、透過微分干渉と蛍
光の同時観察像として観察及び撮像される。蛍光単独で
の観察及び撮像は、前記バンドパスフィルタ7を光路に
挿入し、アナライザ61及び62を光路から取り除くこ
とにより行う。一方で、イメージセンサ26側の焦点検
出光路にはバンドパスフィルタ7′が入つているので、
イメージセンサ26の入射波長や入射光量等の条件、す
なわちオートフォーカスのセンシング条件は変しない。
れば、以下に記すような効果を得ることができる。すな
わち、バンドパスフィルタ7、アナライザ61及び62
を、各々光路から挿脱することにより、オートフォーカ
スのセンシング条件を変えることなく、蛍光観察と透過
微分干渉同時観察の切換を行うことができる。
の第4の実施の形態では、アナライザ61及び62を観
察光路及び撮像光路に挿脱可能に設けているが、アナラ
イザを第2のウォラストンプリズム12と光路分割プリ
ズム20の間の光路に挿脱可能に設け、且つイメージセ
ンサ26側の焦点検出光路中のアナライザ25を挿脱能
とすることによっても、同様の効果を得ることができ
る。
光観察と蛍光微分干渉同時観察の切換に必要な光学素子
の挿脱動作は、電気信号により一括制御することで対応
してもよい。
実施の形態について説明したが、本発明には以下の発明
も含まれる。
す光源4とコレクタレンズ5とコンデンサレンズ10か
らなる透過照明手段は、ポラライザ8とウォラストンプ
リズム9,12を具備し、例えばダイクロイックミラー
23からなる波長分離手段により分離された長波長側に
アナライザ25を具備した構成でもよい。
源14とコレクタレンズ15と励起フィルタ17とダイ
クロイックミラー18と吸収フィルタ19と対物レンズ
11からなる落射蛍光観察手段の中に励起光を遮光する
ためのシャッタ16を具備し、CPU29からなる制御
手段によって合焦が完了した時に前記シャッタ16を開
放するように制御されたシャッタ開閉手段を具備した構
成でもよい。
ンドパスフィルタ7からなる特定波長透過手段は、前述
の(1)の透過照明手段に挿脱可能に設けた構成でもよ
い。
学系による検鏡法として微分干渉検鏡法を用いている
が、位相差検鏡法を用いてもよい。いずれの検鏡法も、
生物標本等の透明物体(位相物体)の像にコントラスト
をつけて、焦点検出を可能にする。
射蛍光観察におけるオートフォーカスの効率が向上する
顕微鏡用焦点検出装置を提供することができる。
態を説明するためのブロック図。
性図。
態の変形例を説明するための分光透過率特性図。
態の変形例を説明するためのブロック図。
性図。
態を説明するためのブロック図。
斜視図。
置関係を示す概念図。
補正量の設定モデル(光路長補正ユニット切換前)の
図。
補正量の設定モデル(光路長補正ユニット切換後)の
図。
ト。
形態の変形例を説明するための図。
形態を説明するためのブロック図。
の補正量の設定モデルの図。
の合焦モデルの図。
形態の変形例を説明するためのブロック図。
の補正量の設定モデルの図。
形態を説明するためのブロック図。
Claims (3)
- 【請求項1】 対物レンズを通して特定の波長の励起光
を標本に照射し、発生した励起光より長い特定の波長の
蛍光を対物レンズで集める落射蛍光観察手段と、 前記対物レンズと対向する側から前記標本を照射する透
過照明手段と、 前記透過照明手段の中にあって、前記蛍光より長い特定
の波長の光を透過する分光透過特性を有する特定波長透
過手段と、 前記蛍光もしくは前記特定波長透過手段を透過した光の
うち、いずれか一方を透過し、もう一方を反射するよう
な分光透過特性を有する波長分離手段と、 前記波長分離手段により分離された短波長側に配され、
前記標本の観察光像を撮像する撮像手段と、 前記波長分離手段により分離された長波長側に配され、
前記標本の観察光像を受光し、一定のレンジに適合する
まで前記観察光像の蓄積を行う受光手段と、 前記受光手段の出力信号に対する合焦度評価値に基づい
て前記標本の観察光像の焦点状態を検出する焦点検出手
段と、 前記焦点検出手段の合焦度に応じて前記対物レンズ側も
しくは前記標本側の少なくとも一方を駆動して合焦点サ
ーチを行うサーボ手段と、 前記受光手段、前記焦点検出手段、及び前記サーボ手段
を統括制御する制御手段と、 を具備したことを特徴とする顕微鏡用焦点検出装置。 - 【請求項2】 前記落射蛍光観察手段の中にあって、前
記励起光の波長を切換える切換手段と、 観察光の波長に基づく前記撮像手段に対する前記受光手
段の結像位置誤差を補正する光路長補正手段と、 前記励起光によって発生する蛍光の波長データに基づい
て前記光路長補正手段を駆動する駆動手段と、 を具備したことを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡用
焦点検出装置。 - 【請求項3】前記駆動手段とは別に構成され、前記蛍光
の波長データとは無関係に前記撮像手段に対する結像位
置を任意のオフセット量だけ移動するオフセット手段を
具備したことを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡用焦
点検出装置。
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