JP2001091822A - 顕微鏡用焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡に用いられ
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。

【０００２】

【従来の技術】従来より、対物レンズによる標本の観察
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。

【０００３】最近では、生体組織や生物細胞を蛍光試薬
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。

【０００４】特開平９−１８９８４９号公報は、このよ
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方で、落射蛍光観察
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。

【０００６】この問題は、観察の効率が悪いだけでな
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。

【０００７】本発明は、上記のような課題を解決するた
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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
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。

【０００９】請求項１に対応する発明によれば、次のよ
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。

【００１０】前記目的を達成するため、請求項２に対応
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。

【００１１】請求項２に対応する発明によれば、次のよ
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。

【００１２】前記目的を達成するため、請求項３に対応
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。

【００１３】請求項３に対応する発明によれば、次のよ
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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
図面を参照して説明する。

【００１５】＜第１の実施の形態＞図１は、本発明の第
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。

【００１６】以下これについて詳細に説明する。図にお
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。

【００１７】ステージ２の下方には、透過微分干渉観察
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。

【００１８】そしてポラライザ８から出射した直線偏光
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。

【００１９】そして、これら二つの直線偏光は、対物レ
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。

【００２０】一方、ステージ２の上方には、落射蛍光観
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。

【００２１】これにより標本３の蛍光色素に染色されて
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。

【００２２】また、前記落射蛍光観察のための照明光学
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。

【００２３】具体的には、結像レンズ１３を通過した
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。

【００２４】一方、結像レンズ１３を通過した後、光路
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。

【００２５】他方、前記第２のダイクロイックミラー２
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。

【００２６】図２は、この第１の実施の形態の構成にお
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。

【００２７】なお、前述したように、励起フィルタ１
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。

【００２８】ここで、図２に示すように、第２のダイク
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。

【００２９】また、ローパスフィルタ２１及び２１′の
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。

【００３０】こ時、第２のダイクロイックミラー２３に
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。

【００３１】また、光路分割プリズム２０で反射して観
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。

【００３２】次に、第１の実施の形態における電気信号
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。

【００３３】また、イメージセンサ２６には、アナログ
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。

【００３４】さらに、評価関数演算器２８は、アナログ
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。

【００３５】ＣＰＵ２９は、イメージセンサ２６の出力
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。

【００３６】ステージ駆動装置３０は、ＣＰＵ２９から
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。

【００３７】次に、以上のように構成した第１の実施の
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。

【００３８】ここで、レンジが適合していない場合に
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。

【００３９】以上述べた第１の実施の形態によれば、以
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。

【００４０】また、標本３から発し対物レンズ１１で集
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。

【００４１】さらに、透過微分干渉観察のアナライザ２
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。

【００４２】また、第２のダイクロイックミラー２３で
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。

【００４３】さらに、オートフォーカス動作時は、シャ
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。

【００４４】以上のように、オートフォーカスの所要時
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。

【００４５】＜第１の実施の形態の変形例＞なお、上述
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。

【００４６】さらに、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。

【００４７】また、前述の第１の実施の形態では、第２
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。

【００４８】なお、図５における構成要素の番号は、図
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。

【００４９】尚、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。

【００５０】＜第２の実施の形態＞図７は、本発明の第
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。

【００５１】また、前記第２のダイクロイックミラー２
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。

【００５２】図８は、この第２の実施の形態における、
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。

【００５３】また、キューブカセット４１ａ〜４１ｃに
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。

【００５４】なお、図９は、この識別センサ４６に対す
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。

【００５５】次に、第２の実施の形態における電気信号
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。

【００５６】ＣＰＵ２９は、識別回路４７の送信するキ
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。

【００５７】光路長補正ユニット駆動装置４８は、ＣＰ
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。

【００５８】図１０及び図１１は、前記の同焦補正の補
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。

【００５９】ここで、イメージセンサ２６への入射波長
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。

【００６０】一方、図１１は、光路長補正ユニット４２
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。

【００６１】すなわち、この例においては図９に示すよ
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。

【００６２】次に、以上のように構成した第２の実施の
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。

【００６３】一方、シャッタ１６が閉鎖されている場合
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。

【００６４】以上に示したような第２の実施の形態によ
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。

【００６５】＜第２の実施の形態の変形例＞なお、上述
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。

【００６６】また、前述の第２の実施の形態では、材質
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。

【００６７】さらに、前述の第２の実施の形態では、材
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。

【００６８】＜第３の実施の形態＞図１４は、本発明の
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。

【００６９】図１５は、前術の図１０及び図１１に示し
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。

【００７０】すなわち、オートフォーカスにより検出さ
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。

【００７１】以上に示したような第３の実施の形態によ
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。

【００７２】＜第３の実施の形態の変形例＞なお、上述
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。

【００７３】また、前述の第３の実施の形態では、焦点
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。

【００７４】なお、図１７における構成要素の番号は、
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。

【００７５】＜第４の実施の形態＞図１９は、本発明の
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。

【００７６】なお、アナライザ６１は観察光路から挿脱
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。

【００７７】この構成において、前記バンドパスフィル
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。

【００７８】以上に示したような第４の実施の形態によ
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。

【００７９】＜第４の実施の形態の変形例＞なお、前述
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。

【００８０】また、前述の第４の実施の形態に示した蛍
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。

【００８１】以上、請求項１，２，３に対応する発明の
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。

【００８２】（１）請求項１において、例えば図１に示
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。

【００８３】（２）請求項１において、例えば図１の光
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。

【００８４】（３）請求項１において、例えば図１のバ
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。

【００８５】なお、各実施の形態において、透過照明光
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。

【００８６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、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ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第１の実施形
態を説明するためのブロック図。

【図２】図１の作用効果を説明するための分光透過率特
性図。

【図３】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図４】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第１の実施形
態の変形例を説明するための分光透過率特性図。

【図５】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第１の実施形
態の変形例を説明するためのブロック図。

【図６】図５の作用効果を説明するための分光透過率特
性図。

【図７】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第２の実施形
態を説明するためのブロック図。

【図８】図７のキューブカセット４１を説明するための
斜視図。

【図９】図７の識別センサ４６に対するフラグ４５の位
置関係を示す概念図。

【図１０】図７の作用効果を説明するための同焦補正の
補正量の設定モデル（光路長補正ユニット切換前）の
図。

【図１１】図７の作用効果を説明するための同焦補正の
補正量の設定モデル（光路長補正ユニット切換後）の
図。

【図１２】図７の動作を説明するためのフローチャー
ト。

【図１３】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第２の実施
形態の変形例を説明するための図。

【図１４】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第３の実施
形態を説明するためのブロック図。

【図１５】図１３の作用効果を説明するための同焦補正
の補正量の設定モデルの図。

【図１６】図１３の作用効果を説明するための厚い標本
の合焦モデルの図。

【図１７】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第３の実施
形態の変形例を説明するためのブロック図。

【図１８】図１７の作用効果を説明するための同焦補正
の補正量の設定モデルの図。

【図１９】本発明の顕微鏡用焦点検出装置の第４の実施
形態を説明するためのブロック図。

【符号の説明】

１…顕微鏡本体 ２…ステージ ３…標本 ４…光源 ５…コレクタレンズ ６…全反射ミラー ７…バンドパスフィルタ ８…ポラライザ ９…ウォラストンプリズム １０…コンデンサレンズ １１…対物レンズ １２…ウォラストンプリズム １３…結像レンズ １４…光源 １５…コレクタレンズ １６…シャッタ １７…励起フィルタ １８…ダイクロイックミラー １９…吸収フィルタ ２０…光路分割プリズム ２１…ローパスフィルタ ２２…接眼レンズ ２３…ダイクロイックミラー ２４…撮像面 ２５…アナライザ ２６…イメージセンサ ２７…アナログ信号処理回路 ２８…評価関数演算器 ２９…ＣＰＵ ３０…ステージ駆動装置 ３１…シャッタ駆動装置 ３２…外部コントローラ ４１…キューブカセット ４２…光路長補正ユニット ４３…平行平板プリズム ４４…ホルダ ４５…フラグ ４６…識別センサ ４７…識別回路 ４８…光路長補正ユニッ卜駆動装置 ５１…光路長補正ユニット ６１…アナライザ ６２…アナライザ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。