JP2011175289A - 顕微鏡、顕微鏡の焦点調節制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源20からの光に基づく光像を対物レンズ12を介して対象物上に結像させ、前記対象物からの前記光像の反射光を前記対物レンズを介して前記光像の反射像を結像させる焦点検出光学系7と、前記焦点検出光学系の結像位置に設けられて前記反射像を検出する光電変換器30と、前記光電変換器で得られた前記反射像の信号に基づいて前記対物レンズを含む観察光学系3の結像位置を調節する観察光学系結像調節手段52と、前記光電変換器で得られた前記反射像の信号に基づいて前記焦点検出光学系の結像位置を調節する焦点検出光学系結像調節手段8と、前記観察光学系結像調節手段52または前記焦点検出光学系結像調節手段8に前記光電変換器30からの信号を切替える切替制御手段41を有する顕微鏡。
【選択図】図1
Description
前記対象物中の所望の観察位置に前記観察光学系の焦点位置を調整する観察光学系結像調節手段と、
前記対物レンズを含む光学系であって、前記観察光学系と異なる光路に配置されたオフセットレンズを含み、前記対象物からの光像を焦点検出用の光電変換器に結像させる焦点検出光学系と、
前記焦点検出光学系の結像位置と前記観察光学系の焦点位置とに所定のオフセット量を与えるために前記オフセットレンズを調整するオフセットレンズ駆動部と、
前記焦点検出用の光電変換器からの電気信号に基づき焦点検出信号を算出する焦点検出用信号処理手段とを備えた顕微鏡の焦点調節制御方法において、
前記焦点検出用信号処理手段の焦点検出信号を前記オフセットレンズ駆動部に入力し、
前記焦点検出信号に基づき前記オフセットレンズ駆動部により前記オフセットレンズの自動焦点制御を行い、
前記オフセットレンズの自動焦点制御中に、前記観察光学系結像調節手段の操作により前記対象物中の所望の観察位置に前記観察光学系の焦点位置を調整し、
前記観察光学系結像調節手段の操作終了に応じて、前記焦点検出信号を前記観察光学系結像調節手段に入力し、
前記焦点検出信号に基づき前記観察光学系結像調整手段により前記観察光学系の自動焦点制御を行うことを特徴とする顕微鏡の焦点調節制御方法を提供する。
また、本発明は、対物レンズを含む光学系であって、前記対象物を観察する観察光学系と、
前記対象物中の所望の観察位置に前記観察光学系の焦点位置を調整する観察光学系結像調節手段と、
前記対物レンズを含む光学系であって、前記観察光学系と異なる光路に配置されたオフセットレンズを含み、前記対象物からの光像を焦点検出用の光電変換器に結像させる焦点検出光学系と、
前記焦点検出光学系の結像位置と前記観察光学系の焦点位置とに所定のオフセット量を与えるために前記オフセットレンズを調整するオフセットレンズ駆動部と、
前記焦点検出用の光電変換器からの電気信号に基づき焦点検出信号を算出する焦点検出用信号処理手段と、
前記焦点検出用信号処理手段からの焦点検出信号の入力先を、前記オフセットレンズ駆動部から前記観察光学系結像調節手段に切り替える入力切替手段と、
前記焦点検出信号に基づき前記オフセットレンズ駆動部により前記オフセットレンズを自動焦点制御し、前記入力切替手段により前記焦点検出信号の入力先が前記観察光学系結像調節手段に切り替わると前記観察光学系を自動焦点制御する制御手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡を提供する。
図1は、本発明の実施の形態に係る顕微鏡の概略構成図である。図2は、オフセットレンズを移動した時の焦点調節用スリット像の合焦状態を表す図であり、(a)はオフセット量ゼロの状態であり、(b)はオフセットレンズを移動したときの状態であり、(c)は焦点位置が調節された状態である。図3は、オフセットレンズによりスリット像の合焦位置が調整された状態を模式的に示す図である。
図1において、本発明に係る顕微鏡は、標本18の光学像或いは蛍光像を観察する観察光学系3と、焦点検出用照明光学系5、焦点検出光学系7及び顕微鏡制御装置(CPU)41から構成されている。
スライドガラス15に載置された標本18にカバーガラス14をセットしてステージ11にセットした後、対物レンズ12を合焦ダイアル54を上下に移動して標本18とカバーガラス14の標本面14bに対物レンズ12の焦点fを位置付ける。この時、オフセットレンズ8の位置はオフセットゼロ位置にセットされており、観察光学系3の焦点位置f(破線で示す)と焦点検出光学系7の焦点位置a(実線で示す)とが一致している。
この状態にセットした後、オートフォーカス制御開始スイッチをONにし、対物レンズAF制御を開始し、対物レンズ12の焦点位置を所定の位置に維持するように制御する。
続いて、対物レンズ12の観察光学系の焦点位置fを標本18中の所望の位置に移動するために、オフセット調節ダイアル51を回動してオフセットレンズ8を光軸に沿って移動する。オフセットレンズ8を移動(例えば、移動量x)すると、焦点検出光学系7の焦点位置aが標本面14bからずれるため、これを補正するように対物レンズ12が標本18方向にOS移動し、焦点検出光学系7の焦点位置aが標本面14bに一致する。
対物レンズ12が標本方向に距離OS移動した結果、観察光学系3の焦点位置fが標本18中に移動して所望の位置の光学像が観察可能になり、対物レンズAF制御によって焦点位置が維持される。
対物レンズ12を切替えるか判断する。切替えない場合はステップ3に戻る。対物レンズを切替える時はステップS7の「対物レンズ切替シーケンス」を実行する。
対物レンズ12の切替の指令を入力部42から入力する。この時、入力部43から電動リボルバに位置決めされている対物レンズ12を選択指示する(例えば、電動リボルバの穴番号を入力する)。
対物レンズ12による対物レンズAF制御を行いながら(S7−2)、オフセットレンズ8が固定され(S7−3)、現在光路中に挿入されている対物レンズ12の光軸に沿ったZ位置(Za値)がエンコーダ53を介して読み取られてCPU41に送られメモリ42に記憶される(S7−4)。
対物レンズ12による対物レンズAF制御(S7−5)を行いながらオフセットレンズ8をオフセットゼロ位置(オフセット基準位置)に移動し(S7−6)、このときの対物レンズ12のZ位置(Zb値)をエンコーダ53を介して読み取りCPU41に送りメモリ42に記憶する(S7−7)。オフセット基準位置では、標本面14bに焦点位置fとaが位置付けられる。
CPU41を介して対物レンズ12のオートフォーカス制御開始スイッチがOFFにされ対物レンズAF制御が解除され、電動リボルバ駆動部35にCPU41から回転の指示が送られ、指定された対物レンズ12が電動リボルバ駆動部35を介して選択され光路中に挿入される。
電動リボルバ駆動部35からの交換完了信号を受け、交換後の対物レンズ12の対物レンズAF制御を開始する。オフセットレンズ8はオフセット基準位置に固定されているので対物レンズ12の焦点検出光学系7の焦点位置aは標本面14bに位置付けられるように対物レンズBが制御される。
この状態における対物レンズ12の光軸に沿ったZ位置(Zc値)がエンコーダ53を介して読み取られてCPU41に送られメモリ42に記憶される。
CPU41において、Za値、Zb値、及びZc値から交換前の対物レンズと交換後の対物レンズのZ位置の補正値(Za−(Zb−Zc))が計算される。ここで(Zb−Zc)が交換前の対物レンズと交換後の対物レンズの同焦点ずれに相当する。計算されたZ位置の補正値の基づき対物レンズ12が移動されるが、この時、対物レンズ12への対物レンズAF制御が一旦OFFにされた状態でZ方向に補正値だけ移動される。
ステップ7−11で対物レンズ12を移動したので、焦点検出光学系7の焦点位置aがずれてしまう。これを補正するために、焦点検出用信号処理部31からの信号を用いた焦点調節をオフセットレンズ駆動部9に与えて、オフセットレンズ8によるフォーカス制御(これをオフセットレンズAF制御と言う)を行うようにCPU41で信号を切替える。これにより、焦点検出用CCDセンサー30上で結像のボケが無いようにオフセットレンズ8が光軸に沿って移動され、焦点検出光学系7の焦点位置aが境界面14bに位置付けられる。以上のステップにより対物レンズの同焦点ずれの補正が完了する。
その後、CPU41はオートフォーカス制御をオフセットレンズAF制御から対物レンズAF制御に切替、さらに対物レンズ12における所定のオフセット量をオフセットレンズ8に与えることで、交換前の対物レンズで観察していた観察光学系3の焦点位置fに対物レンズ12における観察光学系の焦点位置fを位置付けることが可能になる。交換後の対物レンズのオフセットレンズ8の移動量とオフセット量の関係は、メモリ42中に前もって保存されており、このデータから交換後の対物レンズ12におけるオフセットレンズ8の移動量を算出して所定の焦点位置に位置付けすることが可能になる。
オフセットレンズ8が所定の位置にセットされた時点でオフセットレンズ8は固定される。以後、対物レンズAF制御が継続され観察光学系3の焦点位置fが所望の観察位置に維持される。
標本18をステージ11に設置後、オフセットレンズ8の位置をオフセットゼロ位置にセットする。この状態では、図2(a)に示すように観察光学系3の焦点位置f(破線で示す)と焦点検出光学系7の焦点位置a(実線で示す)とは一致している。
焦点検出用信号処理部31からの信号をCPU41が受けて、この信号に基づくオフセットレンズAF制御を開始する。オフセットレンズAF制御は前述と同様である。
オフセットレンズAF制御を行い、接眼レンズを介して標本像を観察しながら顕微鏡の合焦リング53を操作して標本18中の所望の観察位置に観察光学系3の焦点位置fを位置付けする。この際、オフセットレンズAF制御が行われているので、焦点検出光学系7の焦点位置aは、標本面14bに位置付けされるようにオフセットレンズ駆動部9により光軸に沿って前後に移動する。
オフセットレンズAF制御から対物レンズAF制御にCPU41を介して切替える。これにより標本18の所望の位置に観察光学系3の焦点位置fを所望の位置に位置付けし続けることが可能になる。なお、オフセットAF制御と対物レンズAF制御の切替は、手動の場合には入力部43の焦点検出信号切替スイッチにより切替えることで行うことが可能である。また、自動で切替える場合には、CPU41が合焦ダイアル54からの入力信号を検出し、所定時間合焦ダイアル54からの信号に変化がない場合自動的に切替えるようにすることで可能になる。
対物レンズ12を切替えるか判断する。切替えない場合はステップ3に戻る。対物レンズを切替える時はステップS7の「対物レンズ切替シーケンス」を実行する。ステップS7以降のシーケンスは、前述の図5、図6と同様であり説明を省略する。これら同様のシーケンスを実行することにより、同様の効果を奏することができる。
5 焦点検出用照明光学系
7 焦点検出光学系
8 オフセットレンズ
9 オフセットレンズ駆動部
10 光学フィルタ
11 ステージ
12 第1対物レンズ(対物レンズ)
13 接眼用第2対物レンズ
14 カバーガラス
15 スライドガラス
16 ダイクロイックミラー
17 第2ハーフミラー
18 標本
20 LED光源
21 第1コレクタレンズ
22 スリット板
23 第2コレクタレンズ
24 第1瞳制限マスク
25 第1ハーフミラー
26 焦点検出用第2対物レンズ
27 焦点検出用リレーレンズ
28 第2瞳制限マスク
29 シリンドリカルレンズ
30 焦点検出用CCDセンサー
31 焦点検出用信号処理部
34 ステージ駆動部
35 電動リボルバ駆動部
36 カメラ用第2対物レンズ
37 カメラ用リレーレンズ
38 カメラ用CCDセンサー
41 顕微鏡制御部(CPU)
42 メモリ
43 入力部
51 オフセットレンズ位置調節ダイアル
52 対物レンズ駆動部
53 エンコーダ
54 焦準ダイアル
118 蛍光フィルタ
Claims (4)
- 光源からの光に基づく光像を対物レンズを介して対象物上に結像させ、前記対象物からの前記光像の反射光を前記対物レンズを介して前記光像の反射像を結像させる焦点検出光学系と、
前記焦点検出光学系の結像位置に設けられて前記反射像を検出する光電変換器と、
前記光電変換器で得られた前記反射像の信号に基づいて前記対物レンズを含む観察光学系の結像位置を調節する観察光学系結像調節手段と、
前記光電変換器で得られた前記反射像の信号に基づいて前記焦点検出光学系の結像位置を調節する焦点検出光学系結像調節手段と、
前記観察光学系結像調節手段または前記焦点検出光学系結像調節手段に前記光電変換器からの信号を切替える切替制御手段を有することを特徴とする顕微鏡。 - 前記対物レンズは、互いに異なる倍率を有する複数の対物レンズを切替える対物レンズ切替手段に配置され、
前記対物レンズが前記対物レンズ切替手段により切替えられた際、前記切替制御手段は前記光電変換器からの信号を前記観察光学系結像調節手段から前記焦点検出光学系結像調節手段に切替え、前記観察光学系結像調節手段により前記焦点検出光学系の結像位置を調節した後、前記観察光学系結像調節手段に切替えることを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡。 - 前記対物レンズが前記対物レンズ切替手段により切替えられた際、切替前後の対物レンズの同焦点ずれを検出して、前記同焦点ずれを補正する同焦点ずれ補正手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡。
- 前記同焦点ずれ補正手段による前記同焦点ずれの補正は、交換後の対物レンズに対する前記焦点検出光学系結像調節手段による前記焦点検出結像光学系の結像位置の調節開始前に、前記観察光学系結像調節手段を介して行われることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の顕微鏡。
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