JP4071961B2 - 顕微鏡システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
顕微鏡の照明操作制御において、観察光学系の変化に対して照明光の強度を連動させる技術は公知である。例えば、ズームレンズを低倍率から高倍率へと変化させた場合、一般に被写体像は暗くなる。特開平7−248450号公報では、この照明光の強度を補正するために、ズーム倍率と光量比のパラメータテーブルから最適な減光フィルタの組み合わせを選択し、その減光フィルタを光路中にIN/OUTすることにより、自動調光制御をする方法が開示されている。
【0003】
また特開2000−137167号公報では、被写体を撮像素子により撮像し、その輝度情報を基に光源へ供給する電源電圧を制御し、調光を行なう方法が開示されている。さらに特開平9−68742号公報では、省電力化のため、カメラのシャッターの開閉期間とLEDの照明期間を同期させる方法が開示されている。
【0004】
また特開平7−248450号公報には、対物レンズとズーム機構を備えた顕微鏡システムが開示されている。この顕微鏡システムは、ズーム機構が観察光量のパラメータを記憶する手段を有し、このパラメータを参照して、変倍前後の観察光量が一定に維持されるよう調光部材(NDフィルタ)を制御(組合せ挿脱)している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平7−248450号公報ではフィルタをIN/OUTさせるため、フィルタ自体、フィルタを駆動する機構、及び電気制御機構が必要であり、装置が大型化したり、コストが高くなる欠点がある。
【0006】
また、特開2000−137167号公報のように調光を光源の電源電圧で行なう制御では、画像データを演算するための装置が必要となり、同じく装置が大型化しコスト高となる。さらに、調光制御が供給電圧の大きさを変える制御のため、輝度により光源の色温度が変化し、同じ被写体を観察していても調光を行なうと被写体の色が変化するという欠点がある。そのため、被写体である細胞等の状態をその色や形から判断する顕微鏡観察では、光源の電源電圧を調整する方法で調光を行なうことは非常に困難である。
【0007】
また従来、低消費電力性能と高信頼性を有するLEDを照明として利用する製品が発表されている。LED照明の調光制御としては、供給電圧・電流制御と、供給電流の通電時間を変化させるパルス制御が一般的である。しかし供給電圧・電流制御は、LEDにおいても色温度が変化してしまうため、顕微鏡観察では採用することができない。
【0008】
そのため、パルス制御によりLEDの調光を行なうこととなるが、LEDの点灯期間と消灯期間が存在することにより、TV観察では画面上に縞模様がでるなどの不具合が生じてしまう。そこで特開平9−68742号公報では、カメラのシャッター開閉期間とLEDの照明期間を同期させる方法が開示されている。
【0009】
しかし、上述したいずれの従来技術でも、顕微鏡の光源を使用せずに自然エネルギーの太陽光などを被写体への光源として省電力化した場合、画像情報と光源の関連性がなくなるため、調光制御によるシステムの不具合が生じる可能性がある。
【0010】
また特開平7−248450号公報では、変倍前後の観察光量を一定に維持するために光量パラメータをPCメモリ等に記憶させる必要があり、光量検知用の撮像素子や記憶メモリ等の電子デバイスが必要となる。さらに、それら電子デバイスのネットワークを構成するための筐体や配線、電源供給、組立て調整等を必要とし、非常に高いコストがかかってしまうという問題がある。
【0011】
本発明の目的は、低コストで大型化することなく、観察光学系と連動して調光を行なっても色温度が変化しない顕微鏡システムを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の顕微鏡システムは以下の如く構成されている。
【0013】
(1)本発明の顕微鏡システムは、被写体を照明する照明手段と、前記照明手段によって照明された前記被写体を撮像素子に投影する結像手段と、前記照明手段の光量を調整する調光手段と、前記結像手段により前記撮像素子に投影される被写体像の倍率を変化させるズーム手段と、前記調光手段による調整に応じて、前記撮像素子の駆動パルスに同期して前記照明手段への通電パルス幅を変えることにより照明光の光量を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ズーム手段による倍率の変化に連動して前記通電パルス幅を可変させる。
【0014】
(2)本発明の顕微鏡システムは上記(1)に記載のシステムであり、かつ前記制御手段は、前記調光手段による調整を優先させて前記照明光の光量を制御する。
【0015】
(3)本発明の顕微鏡システムは上記(1)または(2)に記載のシステムであり、かつ前記調光手段により前記照明光の光量が最小になった場合も前記撮像素子を駆動させる。
【0016】
(4)本発明の顕微鏡システムは上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のシステムであり、かつ前記調光手段は、前記通電パルス幅を最小から最大まで可変可能であり、前記照明手段の通電を停止させる切換手段と一体化されている。
【0017】
(5)本発明の顕微鏡システムは上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のシステムであり、かつ前記制御手段は、前記調光手段の回転角度に応じて前記通電パルス幅を変化させる。
【0018】
(6)本発明の顕微鏡システムは上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のシステムであり、かつ前記制御手段は、前記ズーム手段の回転角度に応じて前記通電パルス幅を変化させる。
【0019】
上記手段を講じた結果、それぞれ以下のような作用を奏する。
【0020】
(1)本発明の顕微鏡システムによれば、照明光の光量制御を撮像素子の駆動パルスに同期した制御により行なうため、フィルタやフィルタ駆動装置などを必要とせず、システムが低コストで大型化することなく、観察光学系の変化に連動した調光を行なっても色温度を変化させずにテレビ観察をすることが可能となる。
【0021】
(2)本発明の顕微鏡システムによれば、ズーム倍率に関わらず照明光の光量を変えることができる。
【0022】
(3)本発明の顕微鏡システムによれば、照明手段を消灯しても撮像素子は駆動しているため、照明に自然エネルギーである太陽光を使用でき省電力化を図ることができる。
【0023】
(4)本発明の顕微鏡システムによれば、調光手段と照明手段の点灯/消灯切換手段とが一体となっているため、煩雑な操作をすることなく、確実な照明手段の操作が可能となる。
【0024】
(5)本発明の顕微鏡システムによれば、調光手段の回転位置に関わらず、調光手段の回転角度の変化量に対する照明強度の変化の比率をほぼ一定にすることができ、被写体への照明光を最適にする調光操作を容易に行なうことができる。
【0025】
(6)本発明の顕微鏡システムによれば、ズーム倍率の変化による照明光強度の変化を確実に補正することができ、ズーム操作時に調光操作を行なう必要がなく、常に適切な照明光量で顕微鏡観察を容易に行なうことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0027】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る顕微鏡システムの全体構成を示す図である。図1に示すように、LED照明ユニット1はLED2とコレクタレンズ3を備えている。顕微鏡本体100の上部には、ステージ4が設けられ、ステージ4上には被写体5が載置されている。さらに顕微鏡本体100は、被写体側レンズ6、結像レンズ7、撮像素子であるCCD8、ズーム機構10、調光コントロール部14、CCD信号処理部141を備えている。LED2の光軸a上に、コレクタレンズ3、ステージ4、被写体側レンズ6、ズームレンズ群12、結像レンズ7、及びCCD8が配置されている。
【0028】
調光コントロール部14は、ズームボリューム11と調光ボリューム13の抵抗値に基づいてLED照明ユニット1の調光制御を行なう。CCD信号処理部141は、CCD8、調光コントロール部14と接続され、さらに顕微鏡本体100とは別体のモニタ9に接続されている。CCD信号処理部141は、CCD8からの撮像信号を処理して映像信号を生成する。モニタ9はCCD信号処理部141からの映像信号を受けて、被写体5の観察画像を表示する。
【0029】
LED照明ユニット1では、LED2から下方へ出射された光をコレクタレンズ3で集光して、ステージ4上に固定された被写体5への照明を行なう。LED2からの照明光によって照明された被写体5の像は、被写体側レンズ6、ズームレンズ群12、結像レンズ7によってCCD8に結像され、モニタ9で観察される。なお、結像される被写体像は、ズーム機構10によって投影倍率(以後、ズーム倍率と称する)を変化させることが可能である。
【0030】
ズーム機構10の操作、すなわちズーム倍率の変更は、回し環(図1では不図示。後述する図19の回し環603に相当する。)で行なわれる。ズームボリューム11は、ズーム倍率の変動により生じる観察像の明るさ変化をキャンセルするための調光を行なう可変抵抗器からなる。このズームボリューム11は、不図示の連動機構によって、上記回し環の回転操作に連動する。調光ボリューム13は、ズーム機構10とは無関係に調光を行なうための可変抵抗器からなる。調光コントロール部14は、ズームボリューム11と調光ボリューム13からの出力を受けて、LED照明ユニット1の調光制御を行なう。
【0031】
この構成によって、(1)ユーザーによる上記回し環の操作によりズーム倍率が変更された場合に、それに伴って生じる観察像の明るさ変化が自動的に補正され、(2)ユーザーは観察像の明るさを変更したい場合に、調光ボリューム13を操作することによってズーム倍率と無関係に照明光量の調整を行なえる。
【0032】
図2の(a)は、調光ボリューム13の回転角度に対する抵抗値の変化の例を示す図、図2の(b)は、ズームボリューム11の回転角度に対する抵抗値の変化の例を示す図である。ズーム機構10では、ズームレンズ群12が光軸a方向へ移動することにより、投影倍率を可変させる。すなわちズーム機構10は、図2の(b)に示すような倍率に対応した回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器からなるズームボリューム11にズームレンズ群12が連動しており、上記回し環の回転に連動して抵抗値が変化する。また、調光ボリューム13は、ユーザーが調光を行なうためのメインのボリュームスイッチであり、ズームボリューム11と同様、図2の(a)に示すように、調光ボリューム13の回転角度に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器からなる。
【0033】
調光コントロール部14は、ズームボリューム11と調光ボリューム13からの出力を受けて、LED照明ユニット1の調光制御を行なう。
【0034】
図3は、上記顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図である。図3に示すように、調光コントロール部14では、リファレンス電圧発生器15が、メインボリュームゲイン16、減算器17、加算器19、及びA/Dコンバータ20に接続されている。また、メインボリュームゲイン16が、減算器17、ズームゲイン18、及び加算器19を介してA/Dコンバータ20に接続され、A/Dコンバータ20がLED駆動パルス発生器21に接続されている。さらに、メインボリュームゲイン16には調光ボリューム13が接続され、ズームゲイン18にはズームボリューム11が接続されている。LED駆動パルス発生器21には、LED照明ユニット1とCCD8が接続されている。
【0035】
リファレンス電圧発生器15は、メインボリュームゲイン16へ出力する基準電圧refと、A/Dコンバータ20へ出力する基準電圧VRB、VRTを発生する。本第1の実施の形態では、リファレンス電圧発生器15は、1Vの基準電圧refと、それぞれ1V、3Vの基準電圧VRB、VRTを発生する。
【0036】
メインボリュームゲイン16は、リファレンス電圧発生部15から入力した基準電圧refを、調光ボリューム13の抵抗値に応じて増幅するものであり、ここでは1倍から3倍までの増幅を行なう。ズームゲイン18は、メインボリュームゲイン16で増幅されたリファレンス電圧から減算器17によって基準電圧ref分減算された電位を、ズームボリューム11の抵抗値に応じて増幅するものであり、ここでは1倍から10倍までの増幅を行なう。
【0037】
A/Dコンバータ20は、ズームゲイン18で増幅された電位に加算器19によって基準電圧refが再び加算された電位を、A/D変換するものであり、ここでは1Vから3Vまでの電圧範囲を0から255までの値にA/D変換する。
【0038】
LED駆動パルス発生器21は、図4に示すように、CCD8の駆動制御を行なうための駆動パルスを作成するとともに、LED照明ユニット1のLED2への電圧の供給を、CCD8の駆動周期Tに同期させ、通電パルス幅tを可変させて行なうものである。ここで通電パルス幅tは、A/Dコンバータ20から出力される0から255の値に応じて、最小パルス幅から最大パルス幅まで可変する。最大パルス幅の場合、連続点灯が行なわれる。ここでは最小パルス幅はtminとなっている。
【0039】
次に、以上のように構成された本第1の実施の形態の顕微鏡システムにおける動作について説明する。
【0040】
まず、LED2からの光量を最大値の1/2、ズーム倍率を1倍として観察する場合について説明する。光量調整のために、ユーザーが調光ボリューム13を回転させると、その回転角度に応じて調光ボリューム13の抵抗値が変化する。調光コントロール部14では、リファレンス電圧発生器15によって生成された1Vの基準電位refが、メインボリュームゲイン16によって、調光ボリューム13の抵抗値に応じて増幅される。例えば、ユーザーが調光ボリューム13の回転角度を最大値の1/2の角度にしたものとする。この場合、メインボリュームゲイン16は調光ボリューム13の抵抗値に応じて1倍から3倍まで増幅を行なうものであり、ここでは約2Vに増幅される。
【0041】
続いて、メインボリュームゲイン16で増幅された電位は、減算器17によって2Vから1Vへ基準電圧1V分の減算が行なわれ、さらにズームゲイン18によって、ズームボリューム11の抵抗値に応じて増幅される。この場合、ズームゲイン18はズームボリューム11の抵抗値に応じて1倍から10倍まで増幅を行なうものであり、ここではズーム倍率が1倍となっているので増幅率は1倍となり、電位は1Vのままとなる。
【0042】
ズームゲイン18で増幅された電位は、加算器19によって1Vから2Vへ基準電圧1V分の加算が行なわれ、A/Dコンバータ20へ出力される。A/Dコンバータ20は、1Vから3Vの電圧範囲を0から255までの値にA/D変換するものであるので、入力された2Vの電位は128としてLED駆動パルス発生器21へ出力される。
【0043】
LED駆動パルス発生器21は、A/Dコンバータ20から入力した0〜255の値に応じて、通電パルス幅tを連続してCCD8の駆動周期Tに同期させ可変するものであるので、通電パルス幅tを駆動周期Tの約半分となるように制御する。従って、光量が連続通電状態であるMax光量の約1/2となる調光が行なわれる。
【0044】
次に、ユーザーが調光ボリューム13の回転角度を最小値である0の角度にしたものとする。この場合、A/Dコンバータ20の出力は0となるため、通電パルス幅tは最小幅のtminとなり、最小光量であるMin光量に調光される。また、調光ボリューム13の回転角度が最大値である1の角度の場合は、A/Dコンバータ20の出力は255となり、通電パルス幅tは駆動周期Tと同じとなり連続点灯の状態となるので、最大光量であるMax光量に調光される。
【0045】
従って、図5に示すように、調光ボリューム13の回転角度を可変させることで、照明光の連続的な調光が可能となる。同時に、CCD8の駆動パルスと同期したパルス制御で調光を行なっているため、色温度の変化がなく、モニタ9で観察可能な調光を行なうことができる。
【0046】
続いて、ズームボリューム11を可変させる場合について説明する。以下では、ズーム倍率を先ほどの1倍から1.2倍に可変させる場合について説明する。ユーザーがズームボリューム11を回転させて、先ほどの1倍の状態から1.2倍の状態に可変させると、ズームレンズ群12がズーム倍率に対応した位置に移動し、CCD8への投影倍率が1.2倍となる。
【0047】
同時に、ズームボリューム11の抵抗値も倍率に応じて変化する。ズームゲイン18はズームボリューム11の抵抗値に応じて、ズーム倍率に対応した増幅を行なうものであり、ここでは、ズームゲイン18の増幅率はズーム倍率の2乗と等しい1.4倍となる。通電パルス幅tは、ズームゲイン18からの電位に応じて可変となっているので、通電パルス幅も1.4倍となる。このため、LED照明ユニット1からの光量はズーム倍率1倍の時の1.4倍となるが、投影倍率のためCCD8上に投影される光量は1/1.4となる。
【0048】
従って図6に示すように、CCD8上の光量は、ズーム倍率に関わらず一定であり、ズーム倍率を1.2倍にしてもズーム倍率1倍の時と等しくなる。これにより、ズーム倍率を可変させた場合でも、一定の明るさの状態で観察を行なうことが可能となる。
【0049】
また、調光コントロール部14は上述した構成をなすため、調光ボリューム13の角度を最小にした場合は、ズームボリューム11の値によらず、A/Dコンバータ20の出力は0となるため、通電パルス幅tは最小幅のtminとなり、Min光量に調光される。また、調光ボリューム13の角度を最大にした場合は、A/Dコンバータ20の出力は255となるため、通電パルス幅tは最大幅すなわち連続点灯の状態となり、Max光量に調光される。なお、調光ボリューム13の角度を最小にした場合でも、CCD8への駆動パルスの出力は行なわれているので、LED照明ユニット1の光量が最小となっても、自然エネルギーである太陽光を照明に使用した観察が可能である。
【0050】
(第2の実施の形態)
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図である。図7において図3と同一な部分には同符号を付してある。
【0051】
図7に示すように、調光ボリューム13とLED駆動パルス発生器21に調光スイッチ22が接続されている。調光スイッチ22は、調光ボリューム13と一体になっているスイッチであり、調光ボリューム13の抵抗値が0となった時に調光ボリューム13をさらに抵抗値を下げる方向に回した場合、図8に示すように、OFFとなり、それ以外ではONとなるものである。
【0052】
次に、以上のように構成された本第2の実施の形態の顕微鏡システムにおける動作について説明する。
【0053】
本第2の実施の形態では、調光ボリューム13を用いてLED照明ユニット1の調光を行なうまでは、第1の実施の形態の動作と同様であり、調光ボリューム13を可変させることによって、LED2への通電パルス幅tを最小パルス幅から連続点灯が行なわれる最大パルス幅まで連続的に可変できる。
【0054】
ユーザーが、調光ボリューム13を抵抗値が最小の角度からさらに減少する方向に回転させた場合、調光スイッチ22はOFFの状態となる。調光スイッチ22がOFFとなると、LED駆動パルス発生器21はLED2の通電を停止させる制御を行なう。そして、ユーザーが調光ボリューム13を抵抗値の増加する方向に回転させ、調光スイッチ22がONの状態となると、LED駆動パルス発生器21は再びLED2の通電を開始させる制御を行なう。
【0055】
従って、ユーザーは調光ボリューム13を操作するだけで、通電パルス幅tの可変と通電のON,OFFを行なうことができ、煩雑な操作を行なうことなく、確実にLEDの点灯操作を行なうことができる。
【0056】
(第3の実施の形態)
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図である。図9において図3,図7と同一な部分には同符号を付してある。図10は、第1の実施の形態における調光ボリューム13の回転角度に対する抵抗値(通電パルス幅)の変化を示す図、図11は調光ボリューム13の回転角度に対するCCD8上の光量の変化を示す図である。図12は、本第3の実施の形態における調光ボリューム13’の回転角度に対する抵抗値(通電パルス幅)の変化を示す図、図13は調光ボリューム13’の回転角度に対するCCD8上の光量の変化を示す図である。
【0057】
図9に示すように、本第3の実施の形態では、図3に示した調光ボリューム13に代え、調光ボリューム13’をメインボリュームゲイン16に接続している。
【0058】
メインボリュームゲイン16が、一般的なオペアンプによって非反転増幅で構成された場合、電位の増幅率は、式(1+R2/R1)で求められる。ここで、R1を4kΩの固定抵抗、R2を0Ωから8kΩまで可変である調光ボリューム13'とすると、前記式から、1倍から3倍までの増幅率が得られることになる。
【0059】
しかしながら、図10に示すように、調光ボリュームの回転角度の変化に対する抵抗値の変化量が一定の場合、例えば同じ角度(約36度)だけ回転させても、電位の変化率は、θa付近(抵抗値が800Ω付近)で約15%、θb付近(抵抗値が8kΩ付近)で7%と、調光ボリュームの回転位置によって異なることになる。
【0060】
また、LED2への通電パルス幅tは、A/D変換された電位に応じて可変となっているため、図11に示すように、調光ボリュームの回転角度の変化と光量の変化の比率が異なることになる。したがって、調光ボリュームの回転位置によって、回転させる角度が同じでも照明光の変化の度合いが異なるため、ユーザーにとって違和感があり、調光操作が煩雑なものとなる。
【0061】
そこで、本第3の実施の形態の調光ボリューム13'は、図12に示すように、同じ角度だけ回転させた場合、抵抗値が小さいθa付近では抵抗値の変化が少なく、抵抗値が大きいθb付近では抵抗値の変化が多くなるような特性を有するものとしている。これにより、図13に示すように、調光ボリューム13’の回転角度の変化と光量の変化の比率を等しくすることが可能となる。よってユーザーは、被写体への調光操作を違和感なく容易に行なうことができる。
【0062】
なお、本第3の実施の形態では、図10の特性を有する調光ボリューム13を図12の特性を有する調光ボリューム13’に変更したが、例えば、調光ボリューム13’を図10の特性を有するものとし、図示しない調光ボリューム軸に設けてもよい。この場合、調光ボリューム13’を軸と連動させる際に、変形カムを介して回転させることで、図12に示す抵抗値が小さい付近では変化量が小さく、抵抗値が大きい付近では変化量が大きくなるような特性カーブが得られる。また、図10に示す調光ボリュームの回転角度を読みとり、ルックアップテーブル等を用いて、図13に示す特性カーブが得られるように変換を行なっても、同様に実現可能である。
【0063】
(第4の実施の形態)
図14は、本発明の第4の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図である。図14において図3,図7,図9と同一な部分には同符号を付してある。図15は、第1の実施の形態におけるズームボリューム11の回転角度に対する抵抗値(通電パルス幅)の変化を示す図、図16はズームボリューム11の回転角度に対するCCD8上の光量の変化を示す図である。図17は、本第3の実施の形態におけるズームボリューム11’の回転角度に対する抵抗値(通電パルス幅)の変化を示す図、図18はズームボリューム11’の回転角度に対するCCD8上の光量の変化を示す図である。
【0064】
図14に示すように、本第4の実施の形態では、図3に示したズームボリューム11に代え、ズームボリューム11’をズームゲイン18に接続している。
【0065】
ズームゲイン18が、一般的なオペアンプによって非反転増幅で構成された場合、電位の増幅率は、式(1+R2/R1)で求められる。ここで、R1を1kΩの固定抵抗、R2を0Ωから10kΩまで可変であるズームボリューム11'とすると、前記式から、1倍から10倍までの増幅率が得られることになる。
【0066】
しかしながら、図15に示すように、ズームボリュームの回転角度の変化に対する抵抗値の変化量が一定の場合、例えば同じ角度(約36度)だけ回転させても、電位の変化率は、θa付近(抵抗値が1kΩ付近)で約50%、θb付近(抵抗値が10kΩ付近)で10%と、ズームボリュームの回転位置によって異なることになる。さらに、ズーム倍率xと光量yの関係は、y=A/x2、となる。このため、図16に示すように、ズームボリュームの回転位置によって、CCD8上の光量が異なることになる。
【0067】
そこで、本第4の実施の形態のズームボリューム11'は、図17に示すように、同じ角度だけ回転させた場合、抵抗値が小さいθa付近では抵抗値の変化が少なく、抵抗値が大きいθb付近では抵抗値の変化が多くなるような特性を有するものとしている。これにより、図18に示すように、ズームボリューム11’の回転角度によらず、CCD8上の光量を一定とすることが可能となる。よってユーザーは、被写体への調光操作を違和感なく容易に行なうことができる。
【0068】
なお、本第4の実施の形態では、図15の特性を有するズームボリューム11を図17の特性を有するズームボリューム11’に変更したが、例えば、ズームボリューム11’を図15の特性を有するものとし、図示しないズームボリューム軸に設けてもよい。この場合、ズームボリューム11'を軸と連動する際に、変形カムを介して回転させることで、図17に示す抵抗値が小さい付近では変化量が小さく、抵抗値が大きい付近では変化量が大きくなるような特性カーブが得られる。また、図15に示すズームボリューム回転角度を読みとり、ルックアップテーブル等を用いて、図18に示す特性カーブが得られるように変換を行なっても、同様に実現可能である。
【0069】
(第5の実施の形態)
図19,図20は、本発明の第5の実施の形態に係る顕微鏡システムの構成を示す断面図である。図19,図20は、互いの断面方向が90°をなしている。
【0070】
図19,図20に示す顕微鏡1’は、試料Aを載置するステージ部200と、試料Aを照明するための光源部800と、ステージ部200に載置された試料Aの像を拡大・縮小するズームレンズ部300と、ズームレンズ部300により拡大・縮小された像を検出する撮像素子を備えた撮像部400と、撮像部400で検出した像のデータを変換し、図示しないパソコンに取り込むための出力部500と、前述した構成全体を支えるベース部600、から構成されている。
【0071】
ステージ部200には、観察光軸B付近に開口部201aを有するステージ板201が、水平方向に移動可能な状態でステージ受け202の上に配置されている。ズームレンズ部300には、レンズ枠306に保持されたレンズ301、レンズ枠309に保持されたレンズ303、レンズ枠310に保持されたレンズ304が、それらの光軸Bが略一致するよう直線的に配置されている。
【0072】
レンズ枠306は、ステージ受け202の光軸B付近にある嵌合部202cに摺動可能に嵌合している。レンズ枠306の外周に設けられた溝306aには、ステージ受け202の側面孔202dに回転可能に取り付けられた焦準ハンドル206の先端の偏心ピン206aが嵌合している。なお、焦準ハンドル206は、抜け止めピン207、バネワッシャ208、ワッシャ209により、ステージ受け202から抜け落ちることなく適度な力量で回転可能に保持されている。その結果として、焦準ハンドル206を回転することで、レンズ301が光軸B方向に移動し、試料Aへのピント合わせが可能になる。
【0073】
図21の(a)は、レンズ枠309の構成を示す斜視図、図21の(b)は、レンズ枠310の構成を示す斜視図である。レンズ枠309,310は、それぞれ図21の(a),(b)に示すように、嵌合孔309a,嵌合溝309b,及びカムフォロア309c、嵌合孔310a,嵌合溝310b,及びカムフォロア310cを有している。嵌合孔309a及び嵌合溝310bは後述する2本の支柱602,602の一方に、嵌合溝309b及び嵌合孔310aは2本の支柱602,602の他方に、各々上下方向へ移動可能に嵌合している。
【0074】
図19,図20に示すように、2本の支柱602,602は、上方のステージ受け202と下方のベース601とに挟持されている。円筒状をなす回し環603は、その内側に後述するカム溝603a,603bを有し、2本の支柱602,602を囲むよう配置され、ステージ受け202とベース601とに挟まれている。回し環603の上下端面は、それぞれステージ受け202及びベース601との間にわずかな隙間を有している。また回し環603は、その内径面の上部と下部が、それぞれステージ受け202とベース601の各突出部の側面に嵌合しており、ステージ受け202とベース601に対して回転可能な状態にある。カム溝603a,603bには、それぞれレンズ枠309のカムフォロア309c及びレンズ枠310のカムフォロア310cが嵌合し、これらが規制されている。
【0075】
図22は、カム溝603a,603bの展開図である。図22に示すように、カム溝603a,603bは、それぞれレンズ303とレンズ304によって試料Aの像を拡大または縮小し、前後のレンズの焦点位置に結像させるべく計算された形状を有している。その結果として、回し環603を回転することで、カム溝603a,603bに規制されたカムフォロア309c,310cが押圧され、レンズ303とレンズ304が光軸Bの方向に移動し、試料Aの像が拡大または縮小される。
【0076】
さらに、回し環603の下方口元の内径周面には内歯ギヤ603cが設けられ、この内歯ギヤ603cは、ベース601のざぐり穴601aの嵌合部601bに回転可能に取り付けられた変速ギヤ901の大ギヤ部901aと噛み合っている。また、大ギヤ部901aと同軸上で一体的に設けられた小ギヤ部901bが、回路基板402上に設けられた可変抵抗903のボリュームギヤ903aと噛み合い、回転可能な状態にある。その結果、可変抵抗903の抵抗値は、回し環603の回転角度に応じて所定の値に変動可能であり、光源801の照明光量を倍率の変動に合わせて変化させることができる。なお、変速ギヤ901下方の側面溝にはCリング902が取り付けられ、変速ギヤ901が嵌合部601bから上方へ抜けることを防止している。
【0077】
撮像部400は、ズームレンズ部300によってズーム拡大された試料Aの像を受光する撮像素子401と、受光した像のデータを処理する機能を有する回路基板402とからなる。回路基板402上には、撮像素子401が一体的に設けられている。回路基板402は、撮像素子401の撮像面がズームレンズ部300の光学的な焦点位置に一致するよう、ベース601に対して固定されている。
【0078】
出力部500は、回路基板402上に一体的に構成された処理回路501と、図示しない外部のパソコンに接続するためのUSB等の端子503とからなる。処理回路501と端子503は、リード線502によって電気的に接続され、画像データ出力やパソコンからの電源供給を可能にする。
【0079】
光源部800は、光源801と、光源801への供給電源を調節するボリューム802と、撮像部400から光源801の電源を供給するためのケーブル803とを備えており、これらは基板804に保持されている。また光源部800は、リングバネ805によって筒状部品806内に嵌合固定され光源801からの照射光をステージ部200に載置された試料Aに集光するための集光レンズ807と、基板804及び筒状部品806を支持し固定ツマミ808によってステージ受け202に固定されるアーム809とを備えている。アーム809に支持された基板804及び筒状部品806は、外装カバー810で覆われている。筒状部品806の一部は、集光レンズ807からの照射光をステージ板201に照射するために、外装カバー810の外に突出している。
【0080】
なお、本第5の実施の形態の顕微鏡システムは、上述した第1〜第4の実施の形態の調光機能を有しており、図19,図20の構成部分には、図1等に示した部分に相当するものがある。すなわち、試料Aは被写体5に、光源801はLED2に、集光レンズ807はコレクタレンズ3に、ステージ部200はステージ4に、撮像素子401はCCD8に、処理回路501は調光コントロール部14とCCD信号処理部141に各々相当する。可変抵抗903はズームボリューム11,11’に相当する。ボリューム802は調光ボリューム13,13’に、各々相当する。
【0081】
以上の構成により、出力部500に図示しないパソコンを接続することで、撮像部400に前記パソコンから電源が供給される。ステージ板201に載置された試料Aは、光源部800により透過照明される。光源部800からは、ボリューム802による供給電源の調整により、所望の照明光量を得ることができる。また、試料Aへのピント合わせは焦準ハンドル206で行なわれる。ズームレンズ部300により拡大または縮小された像は、撮像部400で撮像され、その画像データは出力部500を介して前記パソコンに送られる。
【0082】
観察像の拡大・縮小は、ユーザーが回し環603を回転させて行なうが、このとき変速ギヤ901とボリュームギヤ903aが連動回転し、可変抵抗903の抵抗値を合わせて変動させる。可変抵抗903の抵抗値は、処理回路501に入力される。
【0083】
通常、光学系の倍率を変えると像の明るさが変化し、撮像した画像が白とびや暗黒になってしまう場合がある。しかし、処理回路501の制御によりズームレンズ部300の倍率変化に合わせて光源801の照明光量を調整し、撮像素子401の受光量が白とびや暗黒にならない一定の範囲内となるような抵抗曲線を有する可変抵抗903を用いることで、変倍操作後でもボリューム802で調整された観察光量が一定の範囲に保たれ、観察画像の明るさが一定範囲に保たれる。
【0084】
また、試料Aの状態によっても観察光量が異なるため、可変抵抗903だけでは暗い試料は変倍後も暗いままである。その場合は、ボリューム802を手動調整して適切な観察光量に調整する。
【0085】
なお、ボリューム802または回し環603の回転操作に応じて、処理回路501により、第1〜第4の実施の形態で述べた調光制御を行なうこともできる。
【0086】
本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【0087】
【発明の効果】
本発明によれば、低コストで大型化することなく、観察光学系と連動して調光を行なっても色温度が変化しない操作性に優れた顕微鏡システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る顕微鏡システムの全体構成を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るボリュームの回転角度に対する抵抗値の変化の例を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るCCDの駆動制御を行なうための駆動パルスを示す図。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係る調光ボリュームの回転角度に対するCCD上の光量の変化を示す図。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係るズーム倍率に対するCCD上の光量の変化を示す図。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係る調光ボリュームの回転角度に対するCCD上の光量の変化を示す図。
【図9】本発明の第3の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図。
【図10】本発明の第1の実施の形態における調光ボリュームの回転角度に対する抵抗値の変化を示す図。
【図11】本発明の第1の実施の形態における調光ボリュームの回転角度に対するCCD上の光量の変化を示す図。
【図12】本発明の第3の実施の形態における調光ボリュームの回転角度に対する抵抗値の変化を示す図。
【図13】本発明の第3の実施の形態における調光ボリュームの回転角度に対するCCD上の光量の変化を示す図。
【図14】本発明の第4の実施の形態に係る顕微鏡システムの調光機能に関するブロック図。
【図15】本発明の第1の実施の形態におけるズームボリュームの回転角度に対する抵抗値の変化を示す図。
【図16】本発明の第1の実施の形態におけるズームボリュームの回転角度に対するCCD上の光量の変化を示す図。
【図17】本発明の第3の実施の形態におけるズームボリュームの回転角度に対する抵抗値の変化を示す図。
【図18】本発明の第3の実施の形態におけるズームボリュームの回転角度に対するCCD8上の光量の変化を示す図。
【図19】本発明の第5の実施の形態に係る顕微鏡システムの構成を示す断面図。
【図20】本発明の第5の実施の形態に係る顕微鏡システムの構成を示す断面図。
【図21】本発明の第5の実施の形態に係るレンズ枠の構成を示す斜視図。
【図22】本発明の第5の実施の形態に係るカム溝の展開図。
【符号の説明】
1…LED照明ユニット
2…LED
3…コレクタレンズ
4…ステージ
5…被写体
6…被写体側レンズ
7…結像レンズ
8…CCD
9…モニタ
10…ズーム機構
11…ズームボリューム
12…ズームレンズ群
13…調光ボリューム
14…調光コントロール部
141…CCD信号処理部
15…リファレンス電圧発生器
16…メインボリュームゲイン
17…減算器
18…ズームゲイン
19…加算器
20…A/Dコンバータ
21…LED駆動パルス発生器
22…調光スイッチ
11’…ズームボリューム
13’…調光ボリューム
1’…顕微鏡
200…ステージ部
201…ステージ板
201a…開口部
202…ステージ受け
202c…嵌合部
202d…側面孔
206…焦準ハンドル
206a…偏心ピン
207…抜け止めピン
208…バネワッシャ
209…ワッシャ
300…ズームレンズ部
301…レンズ
303…レンズ
304…レンズ
306…レンズ枠
306a…溝
309…レンズ枠
309a…嵌合孔
309b…嵌合溝
309c…カムフォロア
310…レンズ枠
310a…嵌合孔
310b…嵌合溝
310c…カムフォロア
400…撮像部
401…撮像素子
402…回路基板
500…出力部
501…処理回路
502…リード線
503…端子
600…ベース部
601…ベース
602…支柱
603…回し環
603a,603b…カム溝
603c…内歯ギヤ
800…光源部
801…光源
802…ボリューム
803…ケーブル
804…基板
805…リングバネ
806…筒状部品
807…集光レンズ
808…固定ツマミ
809…アーム
810…外装カバー
901…変速ギヤ
901a…大ギヤ部
901b…小ギヤ部
902…Cリング
903…可変抵抗
903a…ボリュームギヤ
Claims (6)
- 被写体を照明する照明手段と、
前記照明手段によって照明された前記被写体を撮像素子に投影する結像手段と、
前記照明手段の光量を調整する調光手段と、
前記結像手段により前記撮像素子に投影される被写体像の倍率を変化させるズーム手段と、
前記調光手段による調整に応じて、前記撮像素子の駆動パルスに同期して前記照明手段への通電パルス幅を変えることにより照明光の光量を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記ズーム手段による倍率の変化に連動して前記通電パルス幅を可変させることを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記制御手段は、前記調光手段による調整を優先させて前記照明光の光量を制御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。
- 前記調光手段により前記照明光の光量が最小になった場合も前記撮像素子を駆動させることを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡システム。
- 前記調光手段は、前記通電パルス幅を最小から最大まで可変可能であり、前記照明手段の通電を停止させる切換手段と一体化されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の顕微鏡システム。
- 前記制御手段は、前記調光手段の回転角度に応じて前記通電パルス幅を変化させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の顕微鏡システム。
- 前記制御手段は、前記ズーム手段の回転角度に応じて前記通電パルス幅を変化させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の顕微鏡システム。
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