JP5108627B2 - 観察装置及び観察方法 - Google Patents
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例えば、対物レンズの倍率を低くすると、焦点深度が深くなる。しかし、試料を保持するマルチプレートウェルやシャーレ等の透明部材の底部は肉厚が薄い。このため、低倍率の対物レンズを用いると、焦点検出精度が悪くなり焦点検出に支障を来たし易い。一方、対物レンズの倍率を高くすると、焦点深度が浅くなるが、射出瞳径が小さくなって、視野が暗くなる。その結果、高倍率の対物レンズを用いると、自動焦点検出に用いるフォーカシング信号を形成するための光量が不十分なものとなり焦点検出に支障を来たし易い。このため、低倍率又は高倍率の度合いが大きな対物レンズに対しては、特許文献1に記載のようなアクティブ型の自動焦点検出方式では焦点検出をすることができず、焦点検出に時間のかかるパッシブ型の自動焦点検出方式を採用せざるを得ない。
本発明の観察装置は、容器の底部における所定の基準面に合焦させるための基準面合焦用対物レンズを、基準面から所定距離離間した標本における所定の観察位置を観察するための標本観察用対物レンズと共に備え、標本観察用対物レンズと基準面合焦用対物レンズとを対物レンズ切換え手段を介して観察光路に切換えて挿入できるように構成されている。また、アクティブ型自動合焦手段を介して、アクティブ型の自動焦点検出を行うことで、観察光路に挿入された基準面合焦用対物レンズの合焦位置を基準面に一致させるように構成されている。
しかも、基準面の位置までは、上述したように、基準面合焦用対物レンズを介してアクティブ型の自動焦点検出を行うことができるようにしたので、全ての段階においてパッシブ型の自動焦点検出を行って合焦を行うのに比べて遥かに合焦時間を短縮することができる。
特に、焦点距離の異なる(倍率の異なる)複数の標本観察用対物レンズを随時交換して観察するような場合においては、基準面合焦用対物レンズにより合焦した基準面の位置情報に基づいて、合焦することができるようにすれば、合焦に要する時間を短縮化できる。
そこで、基準面合焦用対物レンズを介したアクティブ型の自動焦点検出を行うことによって得られた基準面における基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報に、容器の底部の平均的な厚さ、標本の平均的な厚さを加算することで、基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な観察位置の位置情報が求まる。ここで、対物レンズ切換え手段を介して切換えられる基準面合焦用対物レンズと標本観察用対物レンズの観察光路における胴付き位置は、光軸方向において同じ高さ位置に位置する。
そこで、求まった観察位置の位置情報であるところの基準面合焦用対物レンズの胴付き位置から観察位置までの距離と、標本観察用対物レンズの胴付き位置から標本観察用対物レンズの合焦位置との差分だけ、観察光路に挿入された標本観察用対物レンズを光軸方向に移動させることにより、標本観察用対物レンズの合焦位置を観察位置に一致させることができる。
即ち、本第3の発明の観察装置では、標本観察用対物レンズの合焦位置を基準面に一致させた後に、さらにパッシプ型の自動焦点検出を介して観察位置へ合焦位置を一致させるようにしている。
このようにすれば、容器の底部の厚さ、あるいは、標本の厚さが個々に大きく異なっても、時間をかけ過ぎることなく高精度に合焦することができる。
図1は本発明の第一実施形態にかかる観察装置の全体構成を概略的に示す説明図、図2は図1の観察装置における合焦動作の手順を示すフローチャート、図3は図1の観察装置における合焦動作の手順を示す状態説明図で、(a)は基準面合焦用対物レンズを観察光路に挿入した初期状態、(b)はアクティブ型の焦点検出方式により基準面合焦用対物レンズを基準面に合焦させた状態、(c)は観察光路に挿入する対物レンズを基準面合焦用対物レンズから標本観察用対物レンズ切換えた状態、(d)は基準面合焦用対物レンズを基準面に合焦させたときの基準面との相対的な位置情報、容器の底部の平均的な厚さ、標本の平均的な厚さ、及び基準面合焦用対物レンズの合焦位置における標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、標本観察用対物レンズを観察位置に合焦させた状態を示している。
そして、アクティブ型自動合焦手段は、レーザダイオード駆動部4fを介してレーザダイオード4aから所定波長のレーザ光を出射し、ハーフミラー4b、コリメートレンズ4c、ハーフミラー4d、基準面合焦用対物レンズ1を経由した光を容器11に向けて収束光として照射し、容器11からの反射光を、基準面合焦用対物レンズ1、ハーフミラー4d、コリメートレンズ4c、ハーフミラー4b、ピンホール4jを経てフォトダイオード4eで受光する。そして、制御部9の内部に備えられたZステージ駆動部4i用駆動制御回路(図示省略)が、フォトダイオード4eでの受光領域が極小になるように、Zステージ駆動部4iを介してZステージ4hをZ方向に移動させ、基準面合焦用対物レンズ1の合焦位置を基準面11a2に一致させるようになっている。
なお、図1の例では、Zステージ4hは、対物レンズをZ方向に移動可能に構成されているが、容器11をZ方向に移動可能に構成してもよい。
まず、対物レンズ切換え手段を介して、基準面合焦用対物レンズ1を観察光路に挿入する(ステップS11)。この段階では、基準面合焦用対物レンズ1の合焦位置は、図3(a)に示すように、基準面11a2から△1離れている。
まる。そして、この基準面合焦用対物レンズ1のZ方向での位置Z1に基準面合焦用対物レンズ1の同焦距離L1を加算することで、基準面11a2のZ方向での相対的な位置Z1+L1が求まる。
いる。
型の自動焦点検出に適用できない対物レンズを使用しても、短時間で観察位置に合焦位置を位置あわせ可能な観察装置及び観察方法が得られる。
図4は本発明の第二実施形態にかかる観察装置における合焦動作の手順を示すフローチャート、図5は第二実施形態の観察装置における合焦動作の手順を示す状態説明図で、(a)は基準面合焦用対物レンズを観察光路に挿入した初期状態、(b)はアクティブ型の焦点検出方式により基準面合焦用対物レンズを基準面に合焦させた状態、(c)は観察光路に挿入する対物レンズを基準面合焦用対物レンズから標本観察用対物レンズ切換えた状態、(d)は基準面合焦用対物レンズを基準面に合焦させたときの基準面との相対的な位置情報、容器の底部の平均的な厚さ、標本の平均的な厚さ、及び基準面合焦用対物レンズの合焦位置における標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、標本観察用対物レンズを観察位置に合焦させた状態、(e)は(d)の位置からパッシブ型の焦点検出方式により標本観察用対物レンズを観察位置に合焦させた状態、を示している。
パッシブ型の自動焦点検出のための制御は、図1に示した信号処理部5を経由して得られた信号に基づいて、Zステージ駆動部4iによるZ方向の駆動量を検出する制御部9の内部に設けられた図示しない制御回路によって行われるように構成されている。
その他の構成は、第一実施形態の観察装置とほぼ同じである。
まず、対物レンズ切換え手段を介して、基準面合焦用対物レンズ1を観察光路に挿入する(ステップS21)。この段階では、基準面合焦用対物レンズ1の合焦位置は、図5(a)に示すように、基準面11a2から△1離れている。
位置Z1が求まる。そして、この基準面合焦用対物レンズ1のZ方向での位置Z1に基準面合焦用対物レンズ1の同焦距離L1を加算することで、基準面11a2のZ方向での相対的な位置Z1+L1が求まる。
いる。
ここまでの処理手順は、第一実施形態の観察装置と同じである。
図6は本発明の第三実施形態にかかる観察装置における合焦動作の手順を示すフローチャート、図7は第三実施形態の観察装置における合焦動作の手順を示す状態説明図で、(a)は基準面合焦用対物レンズを観察光路に挿入した初期状態、(b)はアクティブ型の焦点検出方式により基準面合焦用対物レンズを基準面に合焦させた状態、(c)は観察光路に挿入する対物レンズを基準面合焦用対物レンズから標本観察用対物レンズ切換えた状態、(d)は基準面合焦用対物レンズを基準面に合焦させたときの基準面との相対的な位置情報、及び基準面合焦用対物レンズの合焦位置における標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、標本観察用対物レンズを基準面に合焦させた状態、(e)は(d)の位置からパッシブ型の焦点検出方式により標本観察用対物レンズを観察位置に合焦させた状態、を示している。
また、第三実施形態の観察装置では、標本観察用対物レンズ自動合焦手段が、位置情報検出手段を介して検出された基準面11a1における基準面合焦用対物レンズ1との光軸方向での相対的な位置情報Z1’+L1、及び標本観察用対物レンズ2の同焦距離L2に基づいて、観察光路に挿入された標本観察用対物レンズ2の合焦位置が基準面11a1に一致するように、標本観察用対物レンズ2における容器11との相対的な距離を調整し、さらに、標本観察用対物レンズ2を介したパッシブ型の自動焦点検出を行い、標本観察用対物レンズ2の合焦位置が観察位置10aに一致するように、標本観察用対物レンズ2における容器11との相対的な距離を調整するように構成されている。
即ち、第三実施形態の観察装置では、標本観察用対物レンズ2の合焦位置を基準面11a1に一致させた後に、さらにパッシプ型の自動焦点検出を介して観察位置10aへ合焦位置を一致させるようにしている。
まず、対物レンズ切換え手段を介して、基準面合焦用対物レンズ1を観察光路に挿入する(ステップS31)。この段階では、基準面合焦用対物レンズ1の合焦位置は、図7(a)に示すように、基準面11a1から△1’離れている。
の位置Z1’が求まる。そして、この基準面合焦用対物レンズ1のZ方向での位置Z1’に基準面合焦用対物レンズ1の同焦距離L1を加算することで、基準面11a1のZ方向での相対的な位置Z1’+L1が求まる。
ている。
2 標本観察用対物レンズ
3a 切換え部材駆動部
4a レーザダイオード
4b ハーフミラー
4c コリメートレンズ
4d ハーフミラー
4e フォトダイオード
4f レーザダイオード駆動部
4g 受光信号処理部
4h Zステージ
4i Zステージ駆動部
4j ピンホール
5a 結像レンズ
5b ミラー
5c 撮像素子
5d 信号処理部
6a XYステージ
6b XYステージ駆動部
9 制御部
10 標本
10a 観察位置
11 マイクロウェルプレート
11a 底部
11a1 底部11aにおける標本10側の面
11a2 底部11aにおける標本10とは反対側の面
L1 基準面合焦用対物レンズ1の胴付き位置から合焦位置までの同焦距離
L2 標本観察用対物レンズ2の胴付き位置から合焦位置までの同焦距離
Claims (8)
- 容器に配置された標本に対物レンズを自動的に合焦して該標本を観察する観察装置であって、
前記容器の底部における所定の基準面に合焦させるための基準面合焦用対物レンズと、
前記基準面から所定距離離間した前記標本における所定の観察位置を観察するための標本観察用対物レンズと、
前記基準面合焦用対物レンズと前記標本観察用対物レンズとを切換えて観察光路に挿入可能な対物レンズ切換え手段と、
前記標本観察用対物レンズを前記観察光路に挿入するのに先立って、該観察光路に挿入された前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置を前記基準面に一致させるアクティブ型の自動焦点検出を行うアクティブ型自動合焦手段と、
前記観察光路に挿入された前記基準面合焦用対物レンズが前記基準面に合焦したときの、該基準面と該基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報を検出する位置情報検出手段と、
前記位置情報検出手段を介して検出された前記基準面と前記基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報と前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報とを用いて、前記観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が前記観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整する標本観察用対物レンズ自動合焦手段、
を有することを特徴とする観察装置。 - 前記標本観察用対物レンズ自動合焦手段が、前記位置情報検出手段を介して検出された前記基準面と前記基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報、前記容器の底部の平均的な厚さ、前記標本の平均的な厚さ、及び前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、前記観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が前記観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整することを特徴とする請求項1に記載の観察装置。
- 前記標本観察用対物レンズ自動合焦手段が、前記位置情報検出手段を介して検出された前記基準面と前記基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報、前記容器の底部の平均的な厚さ、前記標本の平均的な厚さ、及び前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、前記観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が前記観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整し、さらに、該標本観察用対物レンズを介したパッシブ型の自動焦点検出を行い、該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の観察装置。
- 前記標本観察用対物レンズ自動合焦手段が、前記位置情報検出手段を介して検出された前記基準面と前記基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報、及び前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、前記観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が該基準面に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整し、さらに、該標本観察用対物レンズを介したパッシブ型の自動焦点検出を行い、該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整することを特徴とする請求項1に記載の観察装置。
- 容器に配置された標本に対物レンズを自動的に合焦して該標本を観察する観察方法であって、
対物レンズ切換え手段を介して、前記容器の底部における所定の基準面に合焦させるための基準面合焦用対物レンズを観察光路に挿入し、次いで、アクティブ型自動合焦手段を介して、該基準面合焦用対物レンズを介したアクティブ型の自動検出を行い、該観察光路に挿入された該基準面合焦用対物レンズの合焦位置を該基準面に一致させ、次いで、位置情報検出手段を介して、該基準面合焦用対物レンズが該基準面に合焦したときの、該基準面と該基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な光軸方向の位置情報を検出する基準面合焦用対物レンズ合焦ステップと、
前記対物レンズ切換え手段を介して、前記基準面合焦用対物レンズから、前記基準面から所定距離離間した前記標本における所定の観察位置を観察する標本観察用対物レンズに切換えて前記観察光路に挿入し、次いで、標本観察用対物レンズ自動合焦手段を介して、前記位置情報検出手段を介して検出された該基準面と該基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報と前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報とを用いて、該観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整する標本観察用対物レンズ合焦ステップ、
を有することを特徴とする観察方法。 - 前記標本観察用対物レンズ合焦ステップが、前記対物レンズ切換え手段を介して、前記基準面合焦用対物レンズから、前記基準面から所定距離離間した前記標本における所定の観察位置を観察する標本観察用対物レンズに切換えて前記観察光路に挿入し、次いで、標本観察用対物レンズ自動合焦手段を介して、前記位置情報検出手段を介して検出された該基準面と該基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報、前記容器の底部の平均的な厚さ、前記標本の平均的な厚さ、及び前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、該観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整することを特徴とする請求項5に記載の観察方法。
- 前記標本観察用対物レンズ合焦ステップが、前記対物レンズ切換え手段を介して、前記基準面合焦用対物レンズから、前記基準面から所定距離離間した前記標本における所定の観察位置を観察する標本観察用対物レンズに切換えて前記観察光路に挿入し、次いで、標本観察用対物レンズ自動合焦手段を介して、前記位置情報検出手段を介して検出された該基準面と該基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報、前記容器の底部の平均的な厚さ、前記標本の平均的な厚さ、及び前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、該観察光路に挿入された該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整し、次いで、該標本観察用対物レンズを介したパッシブ型の自動焦点検出を行い、該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整することを特徴とする請求項5又は6に記載の観察方法。
- 前記標本観察用対物レンズ合焦ステップが、前記対物レンズ切換え手段を介して、前記基準面合焦用対物レンズから、前記基準面から所定距離離間した前記標本における所定の観察位置を観察する標本観察用対物レンズに切換えて前記観察光路に挿入し、次いで、標本観察用対物レンズ自動合焦手段を介して、前記位置情報検出手段を介して検出された該基準面と該基準面合焦用対物レンズとの光軸方向での相対的な位置情報、及び前記基準面合焦用対物レンズの合焦位置と前記標本観察用対物レンズの合焦位置との光軸方向での相対的な位置情報に基づいて、該標本観察用対物レンズの合焦位置が前記基準面に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整し、次いで、該標本観察用対物レンズを介したパッシブ型の自動焦点検出を行い、該標本観察用対物レンズの合焦位置が該観察位置に一致するように、該標本観察用対物レンズと該容器との相対的な距離を調整することを特徴とする請求項5に記載の観察方法。
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