JP4933706B2 - 顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カバーガラスの厚さ誤差、あるいは標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレ等の容器の底厚誤差に起因する収差の補正機能を有する対物レンズを備えた顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生物学の分野では、従来の細胞の形態観察から細胞間の情報伝達機構を調べることに主眼が移りつつある。それに伴い、顕微鏡及び対物レンズの高性能化に対するニーズも拡大している。
【０００３】
一般に、顕微鏡用対物レンズは、カバーガラス等の平行平面板の厚さが一定であることを前提として設計されている。そのため、カバーガラス等の厚さが設計基準値より大きく変化する場合、その結像性能は劣化する。この傾向は、開口数の大きい高性能な対物レンズほど顕著になる。
【０００４】
また倒立型顕微鏡の観察でよく用いられているシャーレ等の容器の底厚誤差も、対物レンズの結像性能を劣化させる原因となる。
【０００５】
そこで、特開平５−１１９２６３号公報、特開平８−１１４７４７号公報に開示されているように、カバーガラスの厚さやシャーレ等の容器底厚の変化に応じて対物レンズ内のレンズ間隔を変化させ、収差変動を補正するいわゆる補正環付対物レンズが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−１１９２６３号公報、特開平８−１１４７４７号公報では、対物レンズ内の収差補正レンズ群を光軸に沿って移動させることにより、カバーガラスの厚さ誤差に起因して発生する収差を補正している。
【０００７】
顕微鏡観察においてカバーガラスの厚さ誤差の収差補正を行う場合、標本にピントを合わせた後解像が向上するように、対物レンズの補正環を回し収差補正を行う。しかし、この収差補正を行うことによりピントがずれてしまうため、再度ピント合わせをしなければならず、手間がかかるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、対物レンズ内の収差補正を行っても焦点が保たれる顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
【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、本発明の顕微鏡は以下の如く構成されている。
【００１０】
（１）本発明の顕微鏡は、
カバーガラス又は透過性を有する標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正機能付対物レンズ内の収差補正レンズの光軸方向の移動に応じた補正量を検出する検出手段と、
前記標本と前記対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記検出手段で検出された補正量から前記対物レンズの焦点ずれ量を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた焦点ずれ量に基づいて前記焦準手段を駆動させる駆動手段と、
を具備したことを特徴としている。
【００１１】
（２）本発明の顕微鏡は、
カバーガラス又は透過性を有する標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正レンズにより補正量を調整するために前記収差補正機能付対物レンズ内の収差補正レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記標本と前記対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記移動手段による前記収差補正レンズの移動に応じた補正量から前記対物レンズの焦点ずれ量を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた焦点ずれ量に基づいて前記焦準手段を駆動させる駆動手段と、
を具備したことを特徴としている。
【００１２】
（３）本発明の顕微鏡では、受光面を有し、前記受光面に入射した光を検出する光検出手段と、前記収差補正機能付対物レンズを通過した前記標本からの光を前記光検出手段の前記受光面に導く検出光学系と、前記光検出手段により検出される光から前記受光面での前記標本の像のコントラストを取得し、前記コントラストに基づいて前記移動手段と前記焦準手段とを制御し、前記標本の観察像のピントを合わせ、かつ前記観察像の収差の補正を行う処理手段とを備えることとしてもよい。
【００１４】
（４）本発明の顕微鏡では、前記収差補正機能付対物レンズと収差補正機能の無い対物レンズとを少なくとも２つ保持し、これら対物レンズのいずれか１つを観察光路の光軸位置に選択的に位置決めできる対物レンズ選択手段をさらに備えることとしてもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
（１）本発明の顕微鏡によれば、カバーガラスの厚さの誤差、または標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレ等の容器の底厚誤差を補正する際、収差補正レンズの移動量に相関する焦点（光軸方向）のずれ量を換算し、その換算値分、焦準手段により対物レンズを光軸方向に移動させるため、対物レンズは焦点が合う位置に移動する。これにより、対物レンズ内で収差補正を行ってもピントが合っている。
【００１７】
（２）本発明の顕微鏡によれば、カバーガラスの厚さの誤差、または標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレ等の容器の底厚誤差を補正する際、収差補正レンズを移動させる手段による移動量に相関する焦点（光軸方向）のずれ量を換算し、その換算値分、焦準手段により対物レンズを光軸方向に移動させるため、対物レンズは焦点が合う位置に移動する。これにより、対物レンズ内で収差補正を行っても焦点が保たれる。
【００１８】
（３）収差補正レンズの移動により生じたピントのずれはステージと対物レンズとの間隔を所定量（デフォーカス量）変化させると修正される。本発明の顕微鏡の前記処理手段は、受光面での標本の像のコントラストを取得する。処理手段はこのコントラストに基づいて、例えばデフォーカス量を算出する。処理手段はこのデフォーカス量に基づいて移動手段と焦準手段を制御する。この結果、最適なピント位置を見つけ、かつカバーガラス厚さの誤差により発生する収差をも補正した観察状態にセッティングできる。
【００２０】
（４）本発明の顕微鏡は対物レンズ選択手段を備えている。収差補正機能無対物レンズがステージに対峙しているときは、観察像の収差は補正されず、ピントが合わせられる。収差補正機能付対物レンズがステージに対峙しているときは、観察像の収差が補正され、ピントが合わせられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（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正立型顕微鏡の構成を示す図である。電動焦準部１０１により光軸方向に移動するステージ１０２上には、カバーガラス付きの標本１０３が載置されている。電動焦準部１０１は鏡体１０４に取付けられ、ドライバ１０５により駆動を制御される。
【００２２】
また、鏡体１０４には補正環付き対物レンズ１０６が取付けられている。この補正環付き対物レンズ１０６に備えられた補正環１０６Ａの回転量を検出するために、ディスク１０７Ａとセンサ１０７Ｂで構成されるエンコーダ１０７が設けられている。ディスク１０７Ａは補正環１０６Ａに、センサ１０７Ｂは鏡体１０４に取付けられている。
【００２３】
演算回路１０８は、観察者が（手動で）補正環１０６Ａを回転させて収差補正を行うと、エンコーダ１０７から補正環１０６Ａの回転量に応じた信号を受け、この信号の示す補正環１０６Ａの回転量から補正環付き対物レンズ１０６のピント（焦点）ずれ量を演算し、ドライバ１０５へ信号を送る。この際、演算回路１０８は、メモリ１０９に入力部１１０より予め記憶されている補正環１０６Ａの回転量と対物レンズ１０６のピントずれ量との相関関係に基づいて、ピントずれ量を演算する。そして、演算回路１０８からドライバ１０５を介して送られるピントずれ量を示す信号をもとに電動焦準部１０１が駆動することで、ステージ１０２が光軸方向に移動する。
【００２４】
図２は、本第１の実施の形態によるピント合わせ手順を示す図である。図２（ａ）に示すように、観察者がステージ１０２を操作して、標本１０３にピント合わせを行った後、図２（ｂ）に示すように、標本１０３のカバーガラス厚さ誤差による収差補正のため観察者が（手動で）補正環１０６Ａを回すと、その回転量に相関して、演算回路１０８はエンコーダ１０７より回転量に応じた信号を受け、図２（ｃ）に示すように、演算回路１０８はメモリ１０９からの補正環１０６Ａの回転量と対物レンズ１０６のピントずれ量との相関関係を基にピントずれ量を演算し、演算したピントずれ量に応じたステージ１０２の駆動制御をドライバ１０５を介して電動焦準部１０１に行なわせ、ステージ１０２をピントが合う方向に駆動させる。よって、収差補正後のピント合わせ作業が不要となる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る倒立型顕微鏡の構成を示す図である。電動焦準部２０１により光軸方向に移動する対物レンズ取付け部２０２には、補正環付き対物レンズ２０３が取付けられている。電動焦準部２０１は鏡体２０４に取付けられ、ドライバ２０５により駆動が制御される。鏡体２０４のステージ２０６上には、透過性を有する標本保持部材であるシャーレに入れられた標本２０７が載置されている。
【００２６】
また、補正環付き対物レンズ２０３に備えられた補正環２０３Ａの回転量を検出するために、ディスク２０８Ａとセンサ２０８Ｂで構成されるエンコーダ２０８が設けられている。ディスク２０８Ａは補正環２０３Ａに、センサ２０８Ｂは鏡体２０４に取付けられている。
【００２７】
演算回路２０９は、観察者が手動で補正環２０３Ａを回転させて収差補正を行うと、エンコーダ２０８から補正環２０３Ａの回転量に応じた信号を受け、この信号の示す補正環２０３Ａの回転量から補正環付き対物レンズ２０３のピントずれ量を演算し、ドライバ２０５へ信号を送る。この際、演算回路２０９は、メモリ２１０に予め入力部２１１より記憶されている補正環２０３Ａの回転量と対物レンズ２０３のピントずれ量との相関関係に基づいて、ピントずれ量を演算する。そして、演算回路２０９からドライバ２０５を介して送られるピントずれ量を示す信号をもとに電動焦準部２０１が駆動することで、補正環付き対物レンズ２０３が光軸方向に移動する。
【００２８】
したがって本第２の実施の形態では、観察者が標本２０７にピント合わせを行った後、標本２０７のカバーガラス厚さ誤差による収差補正のため観察者が手動で補正環２０３Ａを回すと、その回転量に相関してエンコーダ２０７より回転量に応じた信号を演算回路２０９は受け、信号を受けた演算回路２０９は、ドライバ２０５を介して電動焦準部２０１を制御して、補正環付き対物レンズ２０３をピントが合う方向に駆動するので、収差補正後のピント合わせ作業が不要となる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る正立型顕微鏡の構成を示す図である。電動焦準部３０１により光軸方向に移動するステージ３０２上には、カバーガラス付き標本３０３が載置されている。電動焦準部３０１は鏡体３０４に取付けられ、ＦＯドライバ３０５により駆動を制御される。
【００３０】
また、鏡体３０４には補正環付き対物レンズ３０６が取付けられている。この補正環付き対物レンズ３０６に備えられた補正環（不図示）にはプーリ３０７が取付けられており、補正環を回転させるためのステッピングモータ（移動手段）３０８の軸にはプーリ３０９が取付けられている。ステッピングモータ３０８は鏡体３０４に取付けられており、ＳＭドライバ３１０により駆動を制御される。プーリ３０７とプーリ３０９にはベルト３１１が掛けられており、観察者は演算回路３１２に接続される操作部３１５より補正環を回転させるための指示をＳＭドライバ３１０を介してステッピングモータ３０８へ与えると、ステッピングモータ３０８の回転力はプーリ３０７，３０９を介して補正環に伝達し補正環を回転させる。
【００３１】
演算回路３１２は、補正環付き対物レンズ３０６の収差補正を行うための操作部３１５からの信号を受け、この信号に基づいてステッピングモータ３０８の回転による補正環付き対物レンズ３０６のピントずれ量を演算し、ＦＯドライバ３０５へ信号を送る。この際、演算回路３１２は、メモリ３１３に入力部３１４より予め記憶されている補正環の回転量と対物レンズ３０６のピントずれ量との相関関係に基づいて、ピントずれ量を演算する。そして、ＦＯドライバ３０５から送られるピントずれ量を示す信号をもとに電動焦準部３０１が駆動することで、補正環付き対物レンズ３０６が光軸方向に移動する。
【００３２】
したがって本第３の実施の形態では、標本３０３にピント合わせを行った後、標本３０３のカバーガラス厚さ誤差補正のため収差補正を行うと、同時にその調整量に相関して補正環付き対物レンズ３０６のピントが合うので、収差補正後のピント合わせ作業が不要となる。
【００３３】
なお、補正環を回転させる手段はステッピングモータとベルトに限らず、補正環を電動駆動でき、かつ駆動量が認識できるもの、例えば回転ギヤ又はラックアンドピニオン機構のように、同様の効果が得られるものであれば何を用いてもよい。また、本第３の実施の形態の構成を倒立型顕微鏡の鏡体に用いても同様の結果が得られる。
【００３４】
本発明は上記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。例えば、電動焦準部の代わりに圧電素子等を用いてもよい。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図である。観察される標本５０３はステージ５０２の上に載置されている。標本５０３はカバーガラス５０３Ａで覆われている。なお、標本５０３はカバーガラス５０３Ａで覆われている代わりに、透過性を有する標本保持部材、例えばシャーレで保持されていてもよい。また、カバーガラス５０３Ａと透過性を有する標本保持部材とが両方用いられていてもよい。
【００３６】
ステージ５０２に対峙して収差補正機能付対物レンズ５０６が設けられている。収差補正機能付対物レンズ５０６はカバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する機構を有している。透過性の容器が用いられている場合はこれの厚さ誤差を補正する。カバーガラス５０３Ａと透過性の容器との両方が用いられている場合は両方の厚さ誤差を補正する。対物レンズ５０６の内部には収差補正レンズが設けられている。対物レンズ５０６に設けられている補正環５０６Ａを回転させると収差補正レンズが光軸に沿って移動し、カバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する。
【００３７】
ステージ５０２には、ステージ５０２と対物レンズ５０６との間隔を変化させるよう、ステージ５０２を上下方向に駆動する電動焦準部５０１が設けられている。電動焦準部５０１は焦準手段として用いられている。なお、電動焦準部５０１はステージ５０２ではなく、対物レンズ５０６を駆動してもよいし、ステージ５０２と対物レンズ５０６との両方を駆動してもよい。
【００３８】
顕微鏡には対物レンズ５０６の収差補正レンズを移動させるステッピングモータ５０９が設けられている。ステッピングモータ５０９は移動手段として用いられている。第３の実施の形態と同様に、対物レンズ５０６の補正環５０６Ａは、プーリとベルト（図示せず）を介してステッピングモータ５０９により回転される。なお、移動手段として同様の効果が得られるものであれば何を用いてもよい。
【００３９】
顕微鏡の光学系にはステージ５０２上の標本５０３を照明する落射検鏡のための落射用光源５３０と透過検鏡のための透過用光源５３１とが配置されている。落射用光源５３０の落射照明光は、観察光軸５０６Ｂ上に配置したハーフミラー５３０Ａで標本５０３側へ反射される。この間、落射照明光は２枚のレンズ５３０Ｂ，５３０Ｃを通過する。観察光軸５０６Ｂは対物レンズ５０６から延び、後述する観察光学系５３３に至る光軸である。反射された落射照明光は対物レンズ５０６を通って標本５０３に入射する。
【００４０】
一方、透過用光源５３１の透過照明光は、ステージ５０２の下方に設置したミラー５３１Ａで標本５０３側へ反射され、ステージ５０２に設けられた光路用開口部５０２Ａを通って標本５０３を下から照明する。この透過照明光の光路上には２枚のレンズ５３１Ｂ，５３１Ｃが配置されている。
【００４１】
これらいずれかの光源５３０，５３１により得られる標本５０３からの光は、対物レンズ５０６、ハーフミラー５３０Ａ及び結像レンズ５３２を通過して、光路分岐部材５３３Ａに入射する。入射した光は分岐され、一部が接眼レンズ５３３Ｂに、他の一部が後述する検出光学系５３４に導かれる。光路分岐部材５３３Ａと接眼レンズ５３３Ｂとは観察光学系５３３を形成する。観察光学系５３３は、対物レンズ５０６を通過した標本５０３からの光を通過させ、観察するための、標本５０３の観察像を結像させる。
【００４２】
検出光学系５３４は、検出光学系５３４に入射した光を偏向するミラー５３４Ａと、この偏向された光を分割する分割プリズム５３４Ｂとを有している。分割プリズム５３４Ｂに対峙して、ＣＣＤセンサ５３５が設けられている。ＣＣＤセンサ５３５は光検出手段として用いられている。ＣＣＤセンサ５３５は２つの受光面５３５Ａ，５３５Ｂを有しており、これらの受光面５３５Ａ，５３５Ｂに入射した光を検出する。分割プリズム５３４Ｂにより分割された光は２つの光路に沿って進み、これらの光路はＣＣＤセンサ５３５の２つの受光面５３５Ａ，５３５Ｂにそれぞれ入射する。このように、検出光学系５３４は、対物レンズ５０６を通過した標本５０３からの光をＣＣＤセンサ５３５の受光面５３５Ａ，５３５Ｂに導く。
【００４３】
分割プリズム５３４Ｂは、分割プリズム５３４Ｂ内での反射回数を利用して結像レンズ５３２から２つの受光面５３５Ａ，５３５Ｂに至る２つの光路長を異ならしている。この時のＣＣＤセンサ５３５の受光面５３５Ａ，５３５Ｂは、結像レンズ５３２と検出光学系５３４とにより構成される結像光学系の予定結像面に対する前後の光学的に共役な位置(前側共役面と後側共役面)に一致させている。これにより、ＣＣＤセンサ５３５の受光面５３５Ａ，５３５Ｂには、予定結像面から共役な２つの位置に標本５０３の像(前ピン像、後ピン像)が投影されることになる。
【００４４】
図６はステージ５０２の上下方向（Ｚ方向）の位置に対する前ピン像及び後ピン像のコントラストのグラフである。これら２つの像のコントラストは、標本５０３が合焦点に位置されたときに等しくなる。２つのコントラストの差分から標本５０３の合焦度を示すデフォーカス量（合焦点からのステージ５０２の変位）がＣＣＤセンサ５３５に接続されている演算回路５１２により算出される。そのデフォーカス信号はＣＰＵ５１２Ａに入力される。ＣＰＵ５１２Ａは、演算回路５１２からデフォーカス信号が与えられると、標本５０３を合焦点へ移動させるためのステージ５０２の移動量および移動方向の信号を算出する。そして、この信号に基づいてステージ駆動回路５０５を介して電動焦準部５０１によりステージ５０２を上下方向に駆動する。演算回路５１２、ＣＰＵ５１２Ａ及びステージ駆動回路５０５は処理手段５４０に含まれている。このように、処理手段５４０は、観察光学系５３３により結像させられる観察像のピントが合うよう、電動焦準部５０１を制御する（光軸方向合焦調整）。
【００４５】
ＣＰＵ５１２Ａは、ＣＰＵ５１２Ａとステッピングモータ５０９との間に介在している補正環駆動回路５１０に信号を出力し、ステッピングモータ５０９により補正環５０６Ａを回転させることができる。補正環駆動回路５１０は処理手段５４０に含まれている。補正環５０６Ａには補正環５０６Ａの回転位置を検出するセンサ５０６Ｃが設けられている。センサ５０６Ｃとしては第１の実施の形態で説明したエンコーダ１０７を用いてもよい。
【００４６】
対物レンズ５０６の補正環５０６Ａによるカバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する方法を述べる。図７は補正方法のフローチャートである。まず、ステージ５０２に標本５０３とカバーガラス５０３Ａをセットする（Ｓ１）。
【００４７】
次に、ＣＰＵ５１２Ａはステッピングモータ５０９により補正環５０６Ａを初期位置に回転させる（Ｓ２）。
【００４８】
補正環５０６Ａが初期位置に達した後、上述した光軸方向合焦調整が行われる（Ｓ３）。
【００４９】
次に、ＣＰＵ５１２Ａはステッピングモータ５０９により補正環５０６Ａを所定量だけ回転させる（補正環調節 （Ｓ４））。補正環５０６Ａが回転すると、対物レンズ５０６内の収差補正レンズが移動し、光軸方向の焦点ずれが発生する。
【００５０】
次に、光軸方向合焦調整が再び行われる（Ｓ５）。これにより、（Ｓ４）で発生した焦点ずれが補正される。
【００５１】
以後、補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返される（Ｓ６，Ｓ７…）。図８は観察光学系５３３により得られる観察像のコントラストのグラフである。横軸は図６のものと同一である。曲線「ステージ上下」は補正環５０６Ａを初期位置から回転させずにステージ５０２を上下方向に駆動させると得られるコントラストの曲線であり、曲線「ステージ上下＋補正環調節」は上述したように補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返された後に、ステージ５０２を上下方向に駆動させると得られるコントラストの曲線である。
【００５２】
双方の曲線ともにコントラストのピーク値に対応するステージＺ方向位置が合焦点である。補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返されると、ステップが進むに応じて曲線「ステージ上下＋補正環調節」の形が変化し、コントラストのピーク値も変化する。コントラストのピーク値が最大になったときに補正環の回転とステージの上下方向の駆動が止まる（Ｓ８）。
【００５３】
このように、処理手段５４０は、ＣＣＤセンサ５３５により検出される光から受光面５３５Ａ，５３５Ｂでの標本５０３の像のコントラストを取得し、このコントラストに基づいて、電動焦準部５０１とステッピングモータ５０９とを制御する。この結果、観察像のピントが合い、かつ観察像の収差が補正される。
【００５４】
本第４の実施の形態では正立型顕微鏡の例を示したが、シャーレ等の容器を使用する倒立型顕微鏡でも同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図７に示されているフローチャートには様々な変形や修正が許される。例えば、本第４の実施の形態では（Ｓ７）以降まで補正環調節と光軸方向合焦調整とを繰り返しているが、（Ｓ３）乃至（Ｓ７）のいずれかのステップで補正環の回転とステージの上下方向の駆動を止めてもよい。また、（Ｓ１）と（Ｓ２）の間に光軸方向合焦調整を行ってもよい。
【００５６】
ステージＺ方向位置ｚと補正環５０６Ａの回転位置θとは、（Ｓ３）が終了したときの位置（初期位置）から（Ｓ８）のときの位置（終位置）まで変化する。本第４の実施の形態では、補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返され、ｚとθは交互に変化する。しかしながらｚとθの変化のさせ方はこれに限定されない。例えば、ｚとθを同時に変化させてもよい。変化させている間、ＣＣＤセンサ５３５を用いて取得されるコントラストから算出されるデフォーカス信号がＣＰＵ５１２Ａに入力される。初期位置から終位置への近づき方は限定されない。
【００５７】
本第４の実施の形態では、光軸方向合焦調整の際にＣＰＵ５１２Ａは演算回路５１２で算出されるデフォーカス信号に基づいて電動焦準部５０１を制御するが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の実施の形態のメモリ１０９と同様のメモリをＣＰＵ５１２Ａに設けてもよい。この場合、ＣＰＵ５１２Ａはデフォーカス信号に基づいて制御する前に、第１の実施の形態と同様に電動焦準部５０１を制御する。
【００５８】
補正環調節（Ｓ４、Ｓ６…）の際、補正環５０６Ａは所定量だけ回転される。この回転量はＣＰＵ５１２Ａに回転量を入力するための入力部を設け、観察者により適宜入力されてもよい。観察者は接眼レンズ５３３Ｂを覗きながら、入力部を操作して収差補正を行うことができる。
【００５９】
（第５の実施の形態）
本第５の実施の形態の構成の大部分は、基本的に第４の実施の形態の構成の大部分と同じである。なお、本第５の実施の形態において、第４の実施の形態の図５を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第４の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本第５の実施の形態の構成が第４の実施の形態の構成と異なる点は、補正環駆動回路５１０とステッピングモータ５０９が設けられていないことである。
【００６０】
カバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する方法を述べる。まず、ステージ５０２に標本５０３とカバーガラス５０３Ａをセットする。次に、観察者は接眼レンズ５３３Ｂを覗きながら、補正環５０６Ａを回転させる。回転させている間、処理手段５４０は、観察光学系５３３により結像させられる観察像のピントが合うよう、電動焦準部５０１を制御する。この結果、収差が補正されピントが合わせられる。
【００６１】
以上詳述した如く構成されている本発明の第５の実施の形態に従った顕微鏡においては、補正環駆動回路５１０とステッピングモータ５０９とが省かれているので、比較的安価な顕微鏡を達成できる。
【００６２】
（第６の実施の形態）
図９は、本発明の第６の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図である。本第６の実施の形態の構成の大部分は、基本的に第４の実施の形態の構成の大部分と同じである。なお、本第６の実施の形態において、第４の実施の形態の図５を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第４の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本第６の実施の形態の構成が第４の実施の形態の構成と異なる点は、収差補正機能の無い収差補正機能無対物レンズ６０６も備えていることである。
【００６３】
本第６の実施の形態の顕微鏡は、収差補正機能無対物レンズ６０６又は収差補正機能付対物レンズ５０６とのいずれか１つを観察光路の光軸位置に選択的に位置決めできる対物レンズ選択手段をさらに備えている。観察光路の光軸位置とは観察光軸５０６Ｂ上であり、かつステージ５０２に対峙する位置である。
【００６４】
本第６の実施の形態では対物レンズ選択手段としてリボルバ６５０を用いている。リボルバ６５０には対物レンズ６０６と対物レンズ５０６が取付けられており、対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方、例えば対物レンズ５０６を観察光軸５０６Ｂ上に位置決めすることができる。リボルバ６５０を回転させると対物レンズ５０６を観察光軸５０６Ｂから遠ざけ、対物レンズ５０６の代わりに対物レンズ６０６を観察光軸５０６Ｂ上に位置決めすることができる。
【００６５】
リボルバ６５０にはリボルバ６５０を回転させるリボルバ駆動部６５１と、対物レンズ駆動回路６５２とを介して外部コントローラ６５３が接続されている。観察者は外部コントローラ６５３を操作することにより、リボルバ６５０を回転させて対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方を観察光軸５０６Ｂ上に位置決めすることができる。
【００６６】
ＣＰＵ５１２Ａには、対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方が観察光軸５０６Ｂ上に位置しているか否かを判断し、対物レンズが観察光軸５０６Ｂ上に位置しているときに対物レンズ５０６，６０６のどちらが位置しているかを判別するための信号を出力するセンサ６５４が接続されている。
【００６７】
処理手段５４０はセンサ６５４からの信号を判断して、これら２つの場合に対応して電動焦準部５０１とステッピングモータ５０９を制御する。即ち、収差補正機能無対物レンズ６０６が観察光軸５０６Ｂ上に位置しているときには、収差は補正されず、ピントが合わせられる。収差補正機能付対物レンズ５０６が観察光軸５０６Ｂ上に位置しているときには、第４の実施の形態と同様に収差が補正されピントが合わせられる。
【００６８】
このような構成により、収差を補正する機能を持たない収差補正機能無対物レンズ６０６が観察光軸５０６Ｂ上に位置された場合は補正環調節のステップを省くことができる。また、第４及び第５の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
本第６の実施の形態では対物レンズ選択手段としてリボルバ６５０を用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステージ５０２に対峙させて対物レンズを着脱可能に保持するホルダを設け、対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方、例えば対物レンズ５０６を取付けてもよい。対物レンズ５０６を取り外し、対物レンズ６０６を取付ければ、対物レンズ５０６の代わりに対物レンズ６０６をステージ５０２に対峙させることができる。
【００７０】
また、本第６の実施の形態では対物レンズが２つ用いられているが、３つ以上の対物レンズを用いてもよい。
【００７１】
本発明は上記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。例えば、電動焦準部の代わりに圧電素子等を用いてもよい。
【００７２】
なお、上述した実施の形態では、透過性を有する標本保持部材としてシャーレ等の容器を例に挙げたが、これらに限られるものではなく、例えば一般に用いられているスライドガラスであってもよく、本発明を倒立型顕微鏡に適用し、標本を保持したスライドガラスに対して下方から標本を観察する場合に好適に用いることができるものと考えられる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、対物レンズ内の収差補正を行っても焦点が保たれる顕微鏡を提供できる。これにより、収差補正機能付対物レンズによりカバーガラスの厚さ誤差または標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレの底厚誤差を補正しても焦点が保たれるので、補正後のピント合わせ作業を省略できる。
【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正立型顕微鏡の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるピント合わせ手順を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る倒立型顕微鏡の構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る正立型顕微鏡の構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態において、ステージの上下方向（Ｚ方向）の位置に対する前ピン像及び後ピン像のコントラストのグラフ。
【図７】本発明の第４の実施の形態による補正方法のフローチャート。
【図８】本発明の第４の実施の形態において、ステージの上下方向（Ｚ方向）の位置に対する観察像のコントラストのグラフ。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１…電動焦準部
１０２…ステージ
１０３…標本
１０４…鏡体
１０５…ドライバ
１０６…補正環付き対物レンズ
１０６Ａ…補正環
１０７…エンコーダ
１０７Ａ…ディスク
１０７Ｂ…センサ
１０８…演算回路
１０９…メモリ
１１０…入力部
２０１…電動焦準部
２０２…対物レンズ取付け部
２０３…対物レンズ
２０３Ａ…補正環
２０４…鏡体
２０５…ドライバ
２０６…ステージ
２０７…標本
２０８Ａ…ディスク
２０８Ｂ…センサ
２０９…演算回路
２１０…メモリ
２１１…入力部
３０１…電動焦準部
３０２…ステージ
３０３…カバーガラス付き標本
３０４…鏡体
３０５…ＦＯドライバ
３０６…補正環付き対物レンズ
３０７…プーリ
３０８…ステッピングモータ
３０９…プーリ
３１０…ＳＭドライバ
３１１…ベルト
３１２…演算回路
３１３…メモリ
３１４…入力部
３１５…操作部
５０１…電動焦準部（焦準手段）
５０２…ステージ
５０３…標本
５０３Ａ…カバーガラス
５０５…ステージ駆動回路
５０６…収差補正機能付対物レンズ
５０６Ａ…補正環
５０６Ｃ…センサ
５０９…ステッピングモータ（移動手段）
５１０…補正環駆動回路
５１２…演算回路
５１２Ａ…ＣＰＵ
５３３…観察光学系
５３３Ａ…光路分岐部材
５３３Ｂ…接眼レンズ
５３４…検出光学系
５３４Ａ…ミラー
５３４Ｂ…分割プリズム
５３５…ＣＣＤセンサ（光検出手段）
５３５Ａ，５３５Ｂ…受光面
５４０…処理手段
６０６…収差補正機能無対物レンズ
６５０…リボルバ（対物レンズ選択手段）
６５１…リボルバ駆動部
６５２…対物レンズ駆動回路
６５３…外部コントローラ
６５４…センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、カバーガラスの厚さ誤差、あるいは標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレ等の容器の底厚誤差に起因する収差の補正機能を有する対物レンズを備えた顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生物学の分野では、従来の細胞の形態観察から細胞間の情報伝達機構を調べることに主眼が移りつつある。それに伴い、顕微鏡及び対物レンズの高性能化に対するニーズも拡大している。
【０００３】
一般に、顕微鏡用対物レンズは、カバーガラス等の平行平面板の厚さが一定であることを前提として設計されている。そのため、カバーガラス等の厚さが設計基準値より大きく変化する場合、その結像性能は劣化する。この傾向は、開口数の大きい高性能な対物レンズほど顕著になる。
【０００４】
また倒立型顕微鏡の観察でよく用いられているシャーレ等の容器の底厚誤差も、対物レンズの結像性能を劣化させる原因となる。
【０００５】
そこで、特開平５−１１９２６３号公報、特開平８−１１４７４７号公報に開示されているように、カバーガラスの厚さやシャーレ等の容器底厚の変化に応じて対物レンズ内のレンズ間隔を変化させ、収差変動を補正するいわゆる補正環付対物レンズが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−１１９２６３号公報、特開平８−１１４７４７号公報では、対物レンズ内の収差補正レンズ群を光軸に沿って移動させることにより、カバーガラスの厚さ誤差に起因して発生する収差を補正している。
【０００７】
顕微鏡観察においてカバーガラスの厚さ誤差の収差補正を行う場合、標本にピントを合わせた後解像が向上するように、対物レンズの補正環を回し収差補正を行う。しかし、この収差補正を行うことによりピントがずれてしまうため、再度ピント合わせをしなければならず、手間がかかるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、対物レンズ内の収差補正を行っても焦点が保たれる顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
【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、本発明の顕微鏡は以下の如く構成されている。
【００１０】
（１）本発明の顕微鏡は、
カバーガラス又は透過性を有する標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正機能付対物レンズ内の収差補正レンズの光軸方向の移動に応じた補正量を検出する検出手段と、
前記標本と前記対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記検出手段で検出された補正量から前記対物レンズの焦点ずれ量を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた焦点ずれ量に基づいて前記焦準手段を駆動させる駆動手段と、
を具備したことを特徴としている。
【００１１】
（２）本発明の顕微鏡は、
カバーガラス又は透過性を有する標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正レンズにより補正量を調整するために前記収差補正機能付対物レンズ内の収差補正レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記標本と前記対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記移動手段による前記収差補正レンズの移動に応じた補正量から前記対物レンズの焦点ずれ量を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた焦点ずれ量に基づいて前記焦準手段を駆動させる駆動手段と、
を具備したことを特徴としている。
【００１２】
（３）本発明の顕微鏡では、受光面を有し、前記受光面に入射した光を検出する光検出手段と、前記収差補正機能付対物レンズを通過した前記標本からの光を前記光検出手段の前記受光面に導く検出光学系と、前記光検出手段により検出される光から前記受光面での前記標本の像のコントラストを取得し、前記コントラストに基づいて前記移動手段と前記焦準手段とを制御し、前記標本の観察像のピントを合わせ、かつ前記観察像の収差の補正を行う処理手段とを備えることとしてもよい。
【００１４】
（４）本発明の顕微鏡では、前記収差補正機能付対物レンズと収差補正機能の無い対物レンズとを少なくとも２つ保持し、これら対物レンズのいずれか１つを観察光路の光軸位置に選択的に位置決めできる対物レンズ選択手段をさらに備えることとしてもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
（１）本発明の顕微鏡によれば、カバーガラスの厚さの誤差、または標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレ等の容器の底厚誤差を補正する際、収差補正レンズの移動量に相関する焦点（光軸方向）のずれ量を換算し、その換算値分、焦準手段により対物レンズを光軸方向に移動させるため、対物レンズは焦点が合う位置に移動する。これにより、対物レンズ内で収差補正を行ってもピントが合っている。
【００１７】
（２）本発明の顕微鏡によれば、カバーガラスの厚さの誤差、または標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレ等の容器の底厚誤差を補正する際、収差補正レンズを移動させる手段による移動量に相関する焦点（光軸方向）のずれ量を換算し、その換算値分、焦準手段により対物レンズを光軸方向に移動させるため、対物レンズは焦点が合う位置に移動する。これにより、対物レンズ内で収差補正を行っても焦点が保たれる。
【００１８】
（３）収差補正レンズの移動により生じたピントのずれはステージと対物レンズとの間隔を所定量（デフォーカス量）変化させると修正される。本発明の顕微鏡の前記処理手段は、受光面での標本の像のコントラストを取得する。処理手段はこのコントラストに基づいて、例えばデフォーカス量を算出する。処理手段はこのデフォーカス量に基づいて移動手段と焦準手段を制御する。この結果、最適なピント位置を見つけ、かつカバーガラス厚さの誤差により発生する収差をも補正した観察状態にセッティングできる。
【００２０】
（４）本発明の顕微鏡は対物レンズ選択手段を備えている。収差補正機能無対物レンズがステージに対峙しているときは、観察像の収差は補正されず、ピントが合わせられる。収差補正機能付対物レンズがステージに対峙しているときは、観察像の収差が補正され、ピントが合わせられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（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正立型顕微鏡の構成を示す図である。電動焦準部１０１により光軸方向に移動するステージ１０２上には、カバーガラス付きの標本１０３が載置されている。電動焦準部１０１は鏡体１０４に取付けられ、ドライバ１０５により駆動を制御される。
【００２２】
また、鏡体１０４には補正環付き対物レンズ１０６が取付けられている。この補正環付き対物レンズ１０６に備えられた補正環１０６Ａの回転量を検出するために、ディスク１０７Ａとセンサ１０７Ｂで構成されるエンコーダ１０７が設けられている。ディスク１０７Ａは補正環１０６Ａに、センサ１０７Ｂは鏡体１０４に取付けられている。
【００２３】
演算回路１０８は、観察者が（手動で）補正環１０６Ａを回転させて収差補正を行うと、エンコーダ１０７から補正環１０６Ａの回転量に応じた信号を受け、この信号の示す補正環１０６Ａの回転量から補正環付き対物レンズ１０６のピント（焦点）ずれ量を演算し、ドライバ１０５へ信号を送る。この際、演算回路１０８は、メモリ１０９に入力部１１０より予め記憶されている補正環１０６Ａの回転量と対物レンズ１０６のピントずれ量との相関関係に基づいて、ピントずれ量を演算する。そして、演算回路１０８からドライバ１０５を介して送られるピントずれ量を示す信号をもとに電動焦準部１０１が駆動することで、ステージ１０２が光軸方向に移動する。
【００２４】
図２は、本第１の実施の形態によるピント合わせ手順を示す図である。図２（ａ）に示すように、観察者がステージ１０２を操作して、標本１０３にピント合わせを行った後、図２（ｂ）に示すように、標本１０３のカバーガラス厚さ誤差による収差補正のため観察者が（手動で）補正環１０６Ａを回すと、その回転量に相関して、演算回路１０８はエンコーダ１０７より回転量に応じた信号を受け、図２（ｃ）に示すように、演算回路１０８はメモリ１０９からの補正環１０６Ａの回転量と対物レンズ１０６のピントずれ量との相関関係を基にピントずれ量を演算し、演算したピントずれ量に応じたステージ１０２の駆動制御をドライバ１０５を介して電動焦準部１０１に行なわせ、ステージ１０２をピントが合う方向に駆動させる。よって、収差補正後のピント合わせ作業が不要となる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る倒立型顕微鏡の構成を示す図である。電動焦準部２０１により光軸方向に移動する対物レンズ取付け部２０２には、補正環付き対物レンズ２０３が取付けられている。電動焦準部２０１は鏡体２０４に取付けられ、ドライバ２０５により駆動が制御される。鏡体２０４のステージ２０６上には、透過性を有する標本保持部材であるシャーレに入れられた標本２０７が載置されている。
【００２６】
また、補正環付き対物レンズ２０３に備えられた補正環２０３Ａの回転量を検出するために、ディスク２０８Ａとセンサ２０８Ｂで構成されるエンコーダ２０８が設けられている。ディスク２０８Ａは補正環２０３Ａに、センサ２０８Ｂは鏡体２０４に取付けられている。
【００２７】
演算回路２０９は、観察者が手動で補正環２０３Ａを回転させて収差補正を行うと、エンコーダ２０８から補正環２０３Ａの回転量に応じた信号を受け、この信号の示す補正環２０３Ａの回転量から補正環付き対物レンズ２０３のピントずれ量を演算し、ドライバ２０５へ信号を送る。この際、演算回路２０９は、メモリ２１０に予め入力部２１１より記憶されている補正環２０３Ａの回転量と対物レンズ２０３のピントずれ量との相関関係に基づいて、ピントずれ量を演算する。そして、演算回路２０９からドライバ２０５を介して送られるピントずれ量を示す信号をもとに電動焦準部２０１が駆動することで、補正環付き対物レンズ２０３が光軸方向に移動する。
【００２８】
したがって本第２の実施の形態では、観察者が標本２０７にピント合わせを行った後、標本２０７のカバーガラス厚さ誤差による収差補正のため観察者が手動で補正環２０３Ａを回すと、その回転量に相関してエンコーダ２０７より回転量に応じた信号を演算回路２０９は受け、信号を受けた演算回路２０９は、ドライバ２０５を介して電動焦準部２０１を制御して、補正環付き対物レンズ２０３をピントが合う方向に駆動するので、収差補正後のピント合わせ作業が不要となる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る正立型顕微鏡の構成を示す図である。電動焦準部３０１により光軸方向に移動するステージ３０２上には、カバーガラス付き標本３０３が載置されている。電動焦準部３０１は鏡体３０４に取付けられ、ＦＯドライバ３０５により駆動を制御される。
【００３０】
また、鏡体３０４には補正環付き対物レンズ３０６が取付けられている。この補正環付き対物レンズ３０６に備えられた補正環（不図示）にはプーリ３０７が取付けられており、補正環を回転させるためのステッピングモータ（移動手段）３０８の軸にはプーリ３０９が取付けられている。ステッピングモータ３０８は鏡体３０４に取付けられており、ＳＭドライバ３１０により駆動を制御される。プーリ３０７とプーリ３０９にはベルト３１１が掛けられており、観察者は演算回路３１２に接続される操作部３１５より補正環を回転させるための指示をＳＭドライバ３１０を介してステッピングモータ３０８へ与えると、ステッピングモータ３０８の回転力はプーリ３０７，３０９を介して補正環に伝達し補正環を回転させる。
【００３１】
演算回路３１２は、補正環付き対物レンズ３０６の収差補正を行うための操作部３１５からの信号を受け、この信号に基づいてステッピングモータ３０８の回転による補正環付き対物レンズ３０６のピントずれ量を演算し、ＦＯドライバ３０５へ信号を送る。この際、演算回路３１２は、メモリ３１３に入力部３１４より予め記憶されている補正環の回転量と対物レンズ３０６のピントずれ量との相関関係に基づいて、ピントずれ量を演算する。そして、ＦＯドライバ３０５から送られるピントずれ量を示す信号をもとに電動焦準部３０１が駆動することで、補正環付き対物レンズ３０６が光軸方向に移動する。
【００３２】
したがって本第３の実施の形態では、標本３０３にピント合わせを行った後、標本３０３のカバーガラス厚さ誤差補正のため収差補正を行うと、同時にその調整量に相関して補正環付き対物レンズ３０６のピントが合うので、収差補正後のピント合わせ作業が不要となる。
【００３３】
なお、補正環を回転させる手段はステッピングモータとベルトに限らず、補正環を電動駆動でき、かつ駆動量が認識できるもの、例えば回転ギヤ又はラックアンドピニオン機構のように、同様の効果が得られるものであれば何を用いてもよい。また、本第３の実施の形態の構成を倒立型顕微鏡の鏡体に用いても同様の結果が得られる。
【００３４】
本発明は上記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。例えば、電動焦準部の代わりに圧電素子等を用いてもよい。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図である。観察される標本５０３はステージ５０２の上に載置されている。標本５０３はカバーガラス５０３Ａで覆われている。なお、標本５０３はカバーガラス５０３Ａで覆われている代わりに、透過性を有する標本保持部材、例えばシャーレで保持されていてもよい。また、カバーガラス５０３Ａと透過性を有する標本保持部材とが両方用いられていてもよい。
【００３６】
ステージ５０２に対峙して収差補正機能付対物レンズ５０６が設けられている。収差補正機能付対物レンズ５０６はカバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する機構を有している。透過性の容器が用いられている場合はこれの厚さ誤差を補正する。カバーガラス５０３Ａと透過性の容器との両方が用いられている場合は両方の厚さ誤差を補正する。対物レンズ５０６の内部には収差補正レンズが設けられている。対物レンズ５０６に設けられている補正環５０６Ａを回転させると収差補正レンズが光軸に沿って移動し、カバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する。
【００３７】
ステージ５０２には、ステージ５０２と対物レンズ５０６との間隔を変化させるよう、ステージ５０２を上下方向に駆動する電動焦準部５０１が設けられている。電動焦準部５０１は焦準手段として用いられている。なお、電動焦準部５０１はステージ５０２ではなく、対物レンズ５０６を駆動してもよいし、ステージ５０２と対物レンズ５０６との両方を駆動してもよい。
【００３８】
顕微鏡には対物レンズ５０６の収差補正レンズを移動させるステッピングモータ５０９が設けられている。ステッピングモータ５０９は移動手段として用いられている。第３の実施の形態と同様に、対物レンズ５０６の補正環５０６Ａは、プーリとベルト（図示せず）を介してステッピングモータ５０９により回転される。なお、移動手段として同様の効果が得られるものであれば何を用いてもよい。
【００３９】
顕微鏡の光学系にはステージ５０２上の標本５０３を照明する落射検鏡のための落射用光源５３０と透過検鏡のための透過用光源５３１とが配置されている。落射用光源５３０の落射照明光は、観察光軸５０６Ｂ上に配置したハーフミラー５３０Ａで標本５０３側へ反射される。この間、落射照明光は２枚のレンズ５３０Ｂ，５３０Ｃを通過する。観察光軸５０６Ｂは対物レンズ５０６から延び、後述する観察光学系５３３に至る光軸である。反射された落射照明光は対物レンズ５０６を通って標本５０３に入射する。
【００４０】
一方、透過用光源５３１の透過照明光は、ステージ５０２の下方に設置したミラー５３１Ａで標本５０３側へ反射され、ステージ５０２に設けられた光路用開口部５０２Ａを通って標本５０３を下から照明する。この透過照明光の光路上には２枚のレンズ５３１Ｂ，５３１Ｃが配置されている。
【００４１】
これらいずれかの光源５３０，５３１により得られる標本５０３からの光は、対物レンズ５０６、ハーフミラー５３０Ａ及び結像レンズ５３２を通過して、光路分岐部材５３３Ａに入射する。入射した光は分岐され、一部が接眼レンズ５３３Ｂに、他の一部が後述する検出光学系５３４に導かれる。光路分岐部材５３３Ａと接眼レンズ５３３Ｂとは観察光学系５３３を形成する。観察光学系５３３は、対物レンズ５０６を通過した標本５０３からの光を通過させ、観察するための、標本５０３の観察像を結像させる。
【００４２】
検出光学系５３４は、検出光学系５３４に入射した光を偏向するミラー５３４Ａと、この偏向された光を分割する分割プリズム５３４Ｂとを有している。分割プリズム５３４Ｂに対峙して、ＣＣＤセンサ５３５が設けられている。ＣＣＤセンサ５３５は光検出手段として用いられている。ＣＣＤセンサ５３５は２つの受光面５３５Ａ，５３５Ｂを有しており、これらの受光面５３５Ａ，５３５Ｂに入射した光を検出する。分割プリズム５３４Ｂにより分割された光は２つの光路に沿って進み、これらの光路はＣＣＤセンサ５３５の２つの受光面５３５Ａ，５３５Ｂにそれぞれ入射する。このように、検出光学系５３４は、対物レンズ５０６を通過した標本５０３からの光をＣＣＤセンサ５３５の受光面５３５Ａ，５３５Ｂに導く。
【００４３】
分割プリズム５３４Ｂは、分割プリズム５３４Ｂ内での反射回数を利用して結像レンズ５３２から２つの受光面５３５Ａ，５３５Ｂに至る２つの光路長を異ならしている。この時のＣＣＤセンサ５３５の受光面５３５Ａ，５３５Ｂは、結像レンズ５３２と検出光学系５３４とにより構成される結像光学系の予定結像面に対する前後の光学的に共役な位置(前側共役面と後側共役面)に一致させている。これにより、ＣＣＤセンサ５３５の受光面５３５Ａ，５３５Ｂには、予定結像面から共役な２つの位置に標本５０３の像(前ピン像、後ピン像)が投影されることになる。
【００４４】
図６はステージ５０２の上下方向（Ｚ方向）の位置に対する前ピン像及び後ピン像のコントラストのグラフである。これら２つの像のコントラストは、標本５０３が合焦点に位置されたときに等しくなる。２つのコントラストの差分から標本５０３の合焦度を示すデフォーカス量（合焦点からのステージ５０２の変位）がＣＣＤセンサ５３５に接続されている演算回路５１２により算出される。そのデフォーカス信号はＣＰＵ５１２Ａに入力される。ＣＰＵ５１２Ａは、演算回路５１２からデフォーカス信号が与えられると、標本５０３を合焦点へ移動させるためのステージ５０２の移動量および移動方向の信号を算出する。そして、この信号に基づいてステージ駆動回路５０５を介して電動焦準部５０１によりステージ５０２を上下方向に駆動する。演算回路５１２、ＣＰＵ５１２Ａ及びステージ駆動回路５０５は処理手段５４０に含まれている。このように、処理手段５４０は、観察光学系５３３により結像させられる観察像のピントが合うよう、電動焦準部５０１を制御する（光軸方向合焦調整）。
【００４５】
ＣＰＵ５１２Ａは、ＣＰＵ５１２Ａとステッピングモータ５０９との間に介在している補正環駆動回路５１０に信号を出力し、ステッピングモータ５０９により補正環５０６Ａを回転させることができる。補正環駆動回路５１０は処理手段５４０に含まれている。補正環５０６Ａには補正環５０６Ａの回転位置を検出するセンサ５０６Ｃが設けられている。センサ５０６Ｃとしては第１の実施の形態で説明したエンコーダ１０７を用いてもよい。
【００４６】
対物レンズ５０６の補正環５０６Ａによるカバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する方法を述べる。図７は補正方法のフローチャートである。まず、ステージ５０２に標本５０３とカバーガラス５０３Ａをセットする（Ｓ１）。
【００４７】
次に、ＣＰＵ５１２Ａはステッピングモータ５０９により補正環５０６Ａを初期位置に回転させる（Ｓ２）。
【００４８】
補正環５０６Ａが初期位置に達した後、上述した光軸方向合焦調整が行われる（Ｓ３）。
【００４９】
次に、ＣＰＵ５１２Ａはステッピングモータ５０９により補正環５０６Ａを所定量だけ回転させる（補正環調節 （Ｓ４））。補正環５０６Ａが回転すると、対物レンズ５０６内の収差補正レンズが移動し、光軸方向の焦点ずれが発生する。
【００５０】
次に、光軸方向合焦調整が再び行われる（Ｓ５）。これにより、（Ｓ４）で発生した焦点ずれが補正される。
【００５１】
以後、補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返される（Ｓ６，Ｓ７…）。図８は観察光学系５３３により得られる観察像のコントラストのグラフである。横軸は図６のものと同一である。曲線「ステージ上下」は補正環５０６Ａを初期位置から回転させずにステージ５０２を上下方向に駆動させると得られるコントラストの曲線であり、曲線「ステージ上下＋補正環調節」は上述したように補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返された後に、ステージ５０２を上下方向に駆動させると得られるコントラストの曲線である。
【００５２】
双方の曲線ともにコントラストのピーク値に対応するステージＺ方向位置が合焦点である。補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返されると、ステップが進むに応じて曲線「ステージ上下＋補正環調節」の形が変化し、コントラストのピーク値も変化する。コントラストのピーク値が最大になったときに補正環の回転とステージの上下方向の駆動が止まる（Ｓ８）。
【００５３】
このように、処理手段５４０は、ＣＣＤセンサ５３５により検出される光から受光面５３５Ａ，５３５Ｂでの標本５０３の像のコントラストを取得し、このコントラストに基づいて、電動焦準部５０１とステッピングモータ５０９とを制御する。この結果、観察像のピントが合い、かつ観察像の収差が補正される。
【００５４】
本第４の実施の形態では正立型顕微鏡の例を示したが、シャーレ等の容器を使用する倒立型顕微鏡でも同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図７に示されているフローチャートには様々な変形や修正が許される。例えば、本第４の実施の形態では（Ｓ７）以降まで補正環調節と光軸方向合焦調整とを繰り返しているが、（Ｓ３）乃至（Ｓ７）のいずれかのステップで補正環の回転とステージの上下方向の駆動を止めてもよい。また、（Ｓ１）と（Ｓ２）の間に光軸方向合焦調整を行ってもよい。
【００５６】
ステージＺ方向位置ｚと補正環５０６Ａの回転位置θとは、（Ｓ３）が終了したときの位置（初期位置）から（Ｓ８）のときの位置（終位置）まで変化する。本第４の実施の形態では、補正環調節と光軸方向合焦調整とが繰り返され、ｚとθは交互に変化する。しかしながらｚとθの変化のさせ方はこれに限定されない。例えば、ｚとθを同時に変化させてもよい。変化させている間、ＣＣＤセンサ５３５を用いて取得されるコントラストから算出されるデフォーカス信号がＣＰＵ５１２Ａに入力される。初期位置から終位置への近づき方は限定されない。
【００５７】
本第４の実施の形態では、光軸方向合焦調整の際にＣＰＵ５１２Ａは演算回路５１２で算出されるデフォーカス信号に基づいて電動焦準部５０１を制御するが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の実施の形態のメモリ１０９と同様のメモリをＣＰＵ５１２Ａに設けてもよい。この場合、ＣＰＵ５１２Ａはデフォーカス信号に基づいて制御する前に、第１の実施の形態と同様に電動焦準部５０１を制御する。
【００５８】
補正環調節（Ｓ４、Ｓ６…）の際、補正環５０６Ａは所定量だけ回転される。この回転量はＣＰＵ５１２Ａに回転量を入力するための入力部を設け、観察者により適宜入力されてもよい。観察者は接眼レンズ５３３Ｂを覗きながら、入力部を操作して収差補正を行うことができる。
【００５９】
（第５の実施の形態）
本第５の実施の形態の構成の大部分は、基本的に第４の実施の形態の構成の大部分と同じである。なお、本第５の実施の形態において、第４の実施の形態の図５を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第４の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本第５の実施の形態の構成が第４の実施の形態の構成と異なる点は、補正環駆動回路５１０とステッピングモータ５０９が設けられていないことである。
【００６０】
カバーガラス５０３Ａの厚さ誤差を補正する方法を述べる。まず、ステージ５０２に標本５０３とカバーガラス５０３Ａをセットする。次に、観察者は接眼レンズ５３３Ｂを覗きながら、補正環５０６Ａを回転させる。回転させている間、処理手段５４０は、観察光学系５３３により結像させられる観察像のピントが合うよう、電動焦準部５０１を制御する。この結果、収差が補正されピントが合わせられる。
【００６１】
以上詳述した如く構成されている本発明の第５の実施の形態に従った顕微鏡においては、補正環駆動回路５１０とステッピングモータ５０９とが省かれているので、比較的安価な顕微鏡を達成できる。
【００６２】
（第６の実施の形態）
図９は、本発明の第６の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図である。本第６の実施の形態の構成の大部分は、基本的に第４の実施の形態の構成の大部分と同じである。なお、本第６の実施の形態において、第４の実施の形態の図５を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第４の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。本第６の実施の形態の構成が第４の実施の形態の構成と異なる点は、収差補正機能の無い収差補正機能無対物レンズ６０６も備えていることである。
【００６３】
本第６の実施の形態の顕微鏡は、収差補正機能無対物レンズ６０６又は収差補正機能付対物レンズ５０６とのいずれか１つを観察光路の光軸位置に選択的に位置決めできる対物レンズ選択手段をさらに備えている。観察光路の光軸位置とは観察光軸５０６Ｂ上であり、かつステージ５０２に対峙する位置である。
【００６４】
本第６の実施の形態では対物レンズ選択手段としてリボルバ６５０を用いている。リボルバ６５０には対物レンズ６０６と対物レンズ５０６が取付けられており、対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方、例えば対物レンズ５０６を観察光軸５０６Ｂ上に位置決めすることができる。リボルバ６５０を回転させると対物レンズ５０６を観察光軸５０６Ｂから遠ざけ、対物レンズ５０６の代わりに対物レンズ６０６を観察光軸５０６Ｂ上に位置決めすることができる。
【００６５】
リボルバ６５０にはリボルバ６５０を回転させるリボルバ駆動部６５１と、対物レンズ駆動回路６５２とを介して外部コントローラ６５３が接続されている。観察者は外部コントローラ６５３を操作することにより、リボルバ６５０を回転させて対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方を観察光軸５０６Ｂ上に位置決めすることができる。
【００６６】
ＣＰＵ５１２Ａには、対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方が観察光軸５０６Ｂ上に位置しているか否かを判断し、対物レンズが観察光軸５０６Ｂ上に位置しているときに対物レンズ５０６，６０６のどちらが位置しているかを判別するための信号を出力するセンサ６５４が接続されている。
【００６７】
処理手段５４０はセンサ６５４からの信号を判断して、これら２つの場合に対応して電動焦準部５０１とステッピングモータ５０９を制御する。即ち、収差補正機能無対物レンズ６０６が観察光軸５０６Ｂ上に位置しているときには、収差は補正されず、ピントが合わせられる。収差補正機能付対物レンズ５０６が観察光軸５０６Ｂ上に位置しているときには、第４の実施の形態と同様に収差が補正されピントが合わせられる。
【００６８】
このような構成により、収差を補正する機能を持たない収差補正機能無対物レンズ６０６が観察光軸５０６Ｂ上に位置された場合は補正環調節のステップを省くことができる。また、第４及び第５の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
本第６の実施の形態では対物レンズ選択手段としてリボルバ６５０を用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステージ５０２に対峙させて対物レンズを着脱可能に保持するホルダを設け、対物レンズ５０６，６０６のいずれか一方、例えば対物レンズ５０６を取付けてもよい。対物レンズ５０６を取り外し、対物レンズ６０６を取付ければ、対物レンズ５０６の代わりに対物レンズ６０６をステージ５０２に対峙させることができる。
【００７０】
また、本第６の実施の形態では対物レンズが２つ用いられているが、３つ以上の対物レンズを用いてもよい。
【００７１】
本発明は上記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。例えば、電動焦準部の代わりに圧電素子等を用いてもよい。
【００７２】
なお、上述した実施の形態では、透過性を有する標本保持部材としてシャーレ等の容器を例に挙げたが、これらに限られるものではなく、例えば一般に用いられているスライドガラスであってもよく、本発明を倒立型顕微鏡に適用し、標本を保持したスライドガラスに対して下方から標本を観察する場合に好適に用いることができるものと考えられる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、対物レンズ内の収差補正を行っても焦点が保たれる顕微鏡を提供できる。これにより、収差補正機能付対物レンズによりカバーガラスの厚さ誤差または標本を収容する透過性の容器、例えばシャーレの底厚誤差を補正しても焦点が保たれるので、補正後のピント合わせ作業を省略できる。
【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正立型顕微鏡の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるピント合わせ手順を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る倒立型顕微鏡の構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る正立型顕微鏡の構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態において、ステージの上下方向（Ｚ方向）の位置に対する前ピン像及び後ピン像のコントラストのグラフ。
【図７】本発明の第４の実施の形態による補正方法のフローチャート。
【図８】本発明の第４の実施の形態において、ステージの上下方向（Ｚ方向）の位置に対する観察像のコントラストのグラフ。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係わる正立型顕微鏡の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１…電動焦準部
１０２…ステージ
１０３…標本
１０４…鏡体
１０５…ドライバ
１０６…補正環付き対物レンズ
１０６Ａ…補正環
１０７…エンコーダ
１０７Ａ…ディスク
１０７Ｂ…センサ
１０８…演算回路
１０９…メモリ
１１０…入力部
２０１…電動焦準部
２０２…対物レンズ取付け部
２０３…対物レンズ
２０３Ａ…補正環
２０４…鏡体
２０５…ドライバ
２０６…ステージ
２０７…標本
２０８Ａ…ディスク
２０８Ｂ…センサ
２０９…演算回路
２１０…メモリ
２１１…入力部
３０１…電動焦準部
３０２…ステージ
３０３…カバーガラス付き標本
３０４…鏡体
３０５…ＦＯドライバ
３０６…補正環付き対物レンズ
３０７…プーリ
３０８…ステッピングモータ
３０９…プーリ
３１０…ＳＭドライバ
３１１…ベルト
３１２…演算回路
３１３…メモリ
３１４…入力部
３１５…操作部
５０１…電動焦準部（焦準手段）
５０２…ステージ
５０３…標本
５０３Ａ…カバーガラス
５０５…ステージ駆動回路
５０６…収差補正機能付対物レンズ
５０６Ａ…補正環
５０６Ｃ…センサ
５０９…ステッピングモータ（移動手段）
５１０…補正環駆動回路
５１２…演算回路
５１２Ａ…ＣＰＵ
５３３…観察光学系
５３３Ａ…光路分岐部材
５３３Ｂ…接眼レンズ
５３４…検出光学系
５３４Ａ…ミラー
５３４Ｂ…分割プリズム
５３５…ＣＣＤセンサ（光検出手段）
５３５Ａ，５３５Ｂ…受光面
５４０…処理手段
６０６…収差補正機能無対物レンズ
６５０…リボルバ（対物レンズ選択手段）
６５１…リボルバ駆動部
６５２…対物レンズ駆動回路
６５３…外部コントローラ
６５４…センサ
Claims (4)
- カバーガラス又は透過性を有する標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正機能付対物レンズ内の前記収差補正レンズの光軸方向の移動に応じた補正量を検出する検出手段と、
前記標本と前記対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記検出手段で検出された前記補正量から前記対物レンズの焦点ずれ量を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた前記焦点ずれ量に基づいて前記焦準手段を駆動させる駆動手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡。 - カバーガラス又は透過性を有する標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正レンズにより補正量を調整するために前記収差補正機能付対物レンズ内の前記収差補正レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記標本と前記対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記移動手段による前記収差補正レンズの移動に応じた前記補正量から前記対物レンズの焦点ずれ量を求める演算手段と、
前記演算手段で求めた前記焦点ずれ量に基づいて前記焦準手段を駆動させる駆動手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡。 - 受光面を有し、前記受光面に入射した光を検出する光検出手段と、
前記収差補正機能付対物レンズを通過した前記標本からの光を前記光検出手段の前記受光面に導く検出光学系と、
前記光検出手段により検出される光から前記受光面での前記標本の像のコントラストを取得し、前記コントラストに基づいて前記移動手段と前記焦準手段とを制御し、前記標本の観察像のピントを合わせ、かつ前記観察像の収差の補正を行う処理手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の顕微鏡は、前記収差補正機能付対物レンズと収差補正機能の無い対物レンズとを少なくとも２つ保持し、これら対物レンズのいずれか１つを観察光路の光軸位置に選択的に位置決めできる対物レンズ選択手段をさらに備えたことを特徴とする。
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