JPH07333511A

JPH07333511A - 顕微鏡

Info

Publication number: JPH07333511A
Application number: JP6148717A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Okugawa; 久奥川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】廉価に製作可能な、標本に振動を与えない顕
微鏡の焦点面移動機構を提供する。【構成】観測手段１３を対物レンズ４に対して移動可
能に支持する支持手段１４を移動させることにより、観
測手段１３と対物レンズ４との距離を変更して、観測手
段１３で観測する焦点面を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡の焦点移動機構
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の顕微鏡では、厚みの厚い標本や表
面に凹凸のある標本の深さ方向に異なる部位を観察する
場合、標本の観察しようとする部位に合わせて深さ方向
に焦点面移動をしていた。そして焦点面移動は、標本を
載置したステージと対物レンズの間隔を相対的に変更し
て行っていた。対物レンズが固定されている場合、移動
はステージを顕微鏡本体に対して上下に移動させる機構
により行われていた。又対物レンズを移動させる場合も
ほぼ同様であった。

【０００３】従来の焦点面移動の機構の１例を図７によ
り説明する。顕微鏡本体１にはアーム２が設けられ、ア
ーム２に取付けられたレボルバ３に対物レンズ４が装着
されている。顕微鏡本体１の支柱５には図示されていな
いラックピニオン８機構が設けられ、粗微動ハンドル９
の回転によりステージ７は上下に移動し、ステージ７に
載置された標本１０と対物レンズ４との間隔が相対的に
変更できるようになっている。アーム２には接眼レンズ
１２が取り付けられて標本１０の像を肉眼で観察し、又
は対物レンズ４による標本１０の結像面に配置された撮
像素子１３により光電変換して電気信号を出力するよう
になっている。

【０００４】このような焦点面移動の仕方は従来の顕微
鏡の一般的な焦点合わせの方法であり、標本をステージ
に置いた直後に焦点合わせを行なう際にはもちろんのこ
と、細胞のように厚さの厚い標本を、深さを変えて観察
するような場合、或いはシリコンウエハのレジストパタ
ーンのように凹凸のある標本の凹部や凸部を観察するよ
うな場合にはその都度ステージまたは対物レンズを粗微
動機構等で上下させて焦点面を移動していた。

【０００５】近年はコンフォーカル顕微鏡の使用が増加
しているが、コンフォーカル顕微鏡を使用して焦点面を
移動しながら各焦点面での画像を取得し、それらの画像
をコンピュータで処理して３次元画像を再構築したりマ
ルチ焦点画像を作るような場合でも、その都度一軸粗微
動機構や圧電素子による微動Ｚステージを使ってステー
ジまたは対物レンズを上下させて焦点面を移動してい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ステージを移動して焦点面を変える従来の方法では、例
えば細胞のように厚みのある標本を、深さを変えて観察
しながらマイクロマニピュレーションを行うような場
合、ステージを移動して焦点面を変えるとステージ移動
に伴う振動は例え僅かでも標本に伝わり、単離細胞など
が容易に移動してしまい、マイクロマニピュレーション
が非常に行いにくいという問題があった。

【０００７】またステージでなく対物レンズを移動して
焦点面を変える場合でも、分解能を上げるために水や油
を媒介とした液浸式対物レンズを使用するときには、や
はり対物レンズを移動した際の僅かの振動が標本に伝わ
り、ステージの移動と同様の問題があった。

【０００８】またコンフォーカル顕微鏡を使って複数の
セクショニング画像を取得して３次元画像を再構築する
ような場合においては、標本に固定された細胞であって
もステージや対物レンズの送り精度や走り精度がそのま
ま３次元画像を再構築した後の再現精度となることか
ら、ステージや対物レンズの上下の送り精度や走り精度
は概ね対物レンズの分解能の半分以下の高精度なものが
必要となる。例えば、対物レンズの開口数がＮＡ＝１の
とき分解能は約０．３μｍであるから、必要な送り精度
や走り精度は約０．１５μｍ以下となり、これの製造は
容易ではなく、強いて製造しても非常に高価なものにな
るという問題があった。

【０００９】本発明は上記の課題に鑑み、廉価に製作可
能な、標本に振動を与えない顕微鏡の焦点面移動機構を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、対物レンズと、前記対物レンズにより結像した標本
の像を観測する観測手段を具備する顕微鏡において、前
記観測手段を前記対物レンズに対して移動可能に支持す
る支持手段とを有し、前記支持手段を移動させることに
より、前記観測手段と前記対物レンズとの距離を変更し
て、前記観測手段で観測する焦点面を変更するものであ
る。

【００１１】そして、前記観測手段は、前記対物レンズ
により標本の像が結像して電気信号を出力する撮像素子
であることが好ましい。

【００１２】又、前記観測手段は、前記対物レンズによ
り結像した標本の像を拡大して観察する接眼レンズであ
ることも好ましい。

【００１３】請求項４に記載の発明は、標本から出射し
た光を平行光束にする対物レンズと、前記平行光束を収
束して前記標本の像を結像する第２対物レンズと、前記
第２対物レンズにより結像した前記標本の像を観測する
観測手段とを具備する顕微鏡において、前記第２対物レ
ンズを前記対物レンズに対して移動可能に支持する支持
手段を有し、前記支持手段を移動させることにより、前
記第２対物レンズと前記観測手段との距離を変更して、
前記観測手段で観測する焦点面を変更するものである。

【００１４】請求項５に記載の発明は、標本から出射し
た光を平行光束にする対物レンズと、前記平行光束の光
路に設けられたリレー光学系と、前記平行光束をピンホ
ール上に収束して前記標本の像を結像する集光レンズ
と、前記集光レンズにより結像された前記標本の像を観
測する観測手段とを具備するコンフォーカル型顕微鏡に
おいて、前記リレー光学系を前記対物レンズ対して移動
可能に支持する支持手段を有し、前記支持手段を移動さ
せることにより、前記リレー光学系と前記対物レンズと
の距離を変更して、前記観測手段で観測する焦点面を変
更するものである。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の発明では、顕微鏡の観測手段
が支持手段に支持されていて、支持手段が対物レンズに
対して移動すると、観測手段と対物レンズとの距離が変
更し、観測手段で観測する焦点面が変更される。

【００１６】請求項４に記載の発明では、第２対物レン
ズが支持手段に支持されていて、支持手段が対物レンズ
に対して移動すると、第２対物レンズと観測手段との距
離が変更し、観測手段で観測する焦点面が変更される。

【００１７】請求項５に記載の発明では、リレー光学系
が支持手段に支持されていて、支持手段が対物レンズに
対して移動すると、リレー光学系と対物レンズとの距離
が変更し、観測手段で観測する焦点面が変更される。

【００１８】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１〜図２により説
明する。図１は本実施例を装着した顕微鏡の断面図、図
２は本実施例の光学系を示す概念図である。顕微鏡本体
１にはアーム２が設けられ、アーム２に取付けられたレ
ボルバ３に対物レンズ４が装着されている。顕微鏡本体
１の支柱５にはステージ７が移動可能に設けられ、標本
１０がステー載置されている。アーム２には接眼レンズ
１２が取り付けられて標本１０の像を肉眼で観察し、又
は対物レンズ４による標本１０の結像面に配置された撮
像素子１３により光電変換して電気信号を出力するよう
になっている。

【００１９】撮像素子１３は撮像素子保持部材１４に固
定して保持され、ガイド部材１５と係合している。撮像
素子保持部材１４は、ガイド部材１５内を摺動して光軸
方向に、公知の機構、例えばラックピニョン機構により
移動可能である。

【００２０】次に動作について説明する。図２（ａ）に
示すような位置にある細胞１６の一部位１６ａを観察す
る時、部位１６ａの物体面１７は対物レンズ４による結
像面１８と共役の関係にあり、部位１６ａの像は結像面
１８にある撮像素子１３の撮像面１３ａに結像する。次
に細胞１６の他の部位１６ｂを観察するために、図２
（ｂ）に示すように撮像素子１３を対物レンズ４に対し
て移動させる。物体面１９と結像面２０とは共役の関係
にあり、細胞１６の部位１６ｂの像は撮像面１３ｂに結
像する。

【００２１】このように、対物レンズ４と撮像素子１３
の距離を変えることにより鏡筒長を変える場合、物体面
１７と物体面１９との距離ｄ１及び結像面１８と結像面
２０との距離ｄ２との間には、対物レンズ４の倍率をＭ
とすると、次の関係が成立している。ｄ１＝ｄ２／Ｍ²・・・・（１）例えば４０倍の対物レンズを使用する場合、撮像素子１
３を１６ｍｍ光軸に沿ってに移動すると細胞１６の内部
で１０μｍ移動した部位の焦点面が観察できることにな
る。４０倍の対物レンズを使用し、撮像素子１３を５６
ｍｍ移動すると物体面上で４０μｍ程度の焦点面移動が
行われ、普通の大きさの細胞であれば、殆どの深さに焦
点を合わせることができる。結像面を２０ｍｍ〜３０ｍ
ｍ移動しても結像した像の性能は、実際上ほとんど低下
しない。

【００２２】本発明では焦点面を撮像素子の移動により
移動させ、対物レンズや標本用ステージの移動によらな
いので、対物レンズや標本用ステージを動かした際に発
生する振動で単離細胞などの標本が動いてしまうという
問題がなく、マイクロマニピュレーションなどが容易に
行える。

【００２３】又撮像素子の走り精度は顕微鏡の横倍率に
比例するので、対物レンズ（ＮＡ＝１，４０倍）の分解
能が０．３μｍのとき要求される走り精度は６μｍとな
り撮像素子の走り機構は容易に廉価に製造できる。

【００２４】次に第２の実施例につき図３により説明す
る。本実施例は上述した一実施例における撮像素子の代
わりに接眼レンズを動かして鏡筒長を変え焦点面を移動
するものであり、同一又は類似の点の説明の詳述は省略
する。対物レンズ４により結像した標本１０の像を観察
者が接眼レンズ１２により目視で観察する。接眼レンズ
１２はガイド部材１５に支持され、対物レンズ４に対し
て上下に移動可能である。接眼レンズ１２を対物レンズ
４に対して上方に移動させると、標本１０の浅い位置に
ある部分に焦点面が移動する。

【００２５】次に第３の実施例につき図４により説明す
る。本実施例は鏡筒長を変えないで焦点面を移動するも
のであり、上述した各実施例と同一又は類似の点の説明
の詳述は省略する。標本１０からの光は対物レンズ４に
より平行光束となり、第２対物レンズ２１を介し結像し
た像は撮像素子１３で観測する。第２対物レンズ２１は
ガイド部材１５に支持され、対物レンズ４に対して上下
に移動可能である。第２対物レンズ２１を対物レンズ４
に対して上方に移動させると、標本１０の浅い位置にあ
る部分に焦点面が移動する。結像面を２０ｍｍ〜３０ｍ
ｍ移動しても結像した像の性能は、実際上ほとんど低下
しない。

【００２６】撮像素子の走り精度は顕微鏡の横倍率に比
例するので、対物レンズ（ＮＡ＝１，４０倍）の分解能
が０．３μｍのとき要求される走り精度は６μｍとなり
撮像素子の走り機構は容易に廉価に製造できる。

【００２７】本実施例により対物レンズや標本用ステー
ジを動かすことなく第２対物レンズを動かすことによっ
て観察する焦点面を移動させ、標本が振動によって動く
ことはない。

【００２８】次に第４の実施例につき図５により説明す
る。本実施例は前実施例と同様に鏡筒長を変えないで焦
点面を移動するものである。上述した各実施例と同一又
は類似の点の説明の詳述は省略する。標本１０からの光
は対物レンズ４により平行光束となり、焦点合わせレン
ズ２２を介して撮像素子１３に結像する。焦点合わせレ
ンズ２２は複数の単位レンズ２２ａ、２２ｂから形成さ
れ、相互間の間隔を変更し、標本１０の深さ方向に焦点
面を移動させる。

【００２９】次に第５の実施例につき図６により説明す
る。本実施例はレーザ走査型コンフォーカル顕微鏡にか
かるものである。上述した各実施例と同一又は類似の点
の説明の詳述は省略する。レーザ２５から出射したレー
ザ光はビームスプリッタ２６で反射し、走査ユニット２
７で走査され、第２のリレーレンズ２８及び第１のリレ
ーレンズ２９によりリレーされてから、対物レンズ４に
より収束されて標本１０を照射する。標本１０から出射
した蛍光は逆進し、対物レンズ４、第１のリレーレンズ
２９、第２のリレーレンズ２８、走査ユニット２７を介
し、ビームスプリッタ２６を透過して、集光レンズ３０
で集光され、ピンホールディテクタ３１で検出される。

【００３０】リレーレンズ２８、２９の少なくとも一方
は複数の単位レンズから形成され、複数の単位レンズの
相互間の間隔を変更することができる。複数の単位レン
ズの相互間の間隔を変更し、標本１０の深さ方向に焦点
面を移動させる。リレーレンズ２８、２９の少なくとも
一方を対物レンズ４に対して移動可能に構成しても良
い。結像面を２０ｍｍ〜３０ｍｍ移動しても結像した像
の性能は、実際上ほとんど低下しない。

【００３１】本実施例により対物レンズや標本用ステー
ジを動かすことなくリレーレンズを動かすことによって
観察する焦点面を移動させ、標本が振動によって動くこ
とはない。電気生理学やパッチクランプなどのマイクロ
マニピュレーションなどが容易に行える。又更に精度の
高い３次元画像が得られる。

【００３２】３次元画像を忠実に再現するために必要な
リレーレンズの送り精度は顕微鏡の縦倍率即ち横倍率の
二乗に比例するのでそのような用途でよく使用する４０
倍の対物レンズでは縦倍率が１６００倍となり、要求さ
れる精度は０．２５ｍｍ程度と非常に緩くリレーレンズ
の送り機構は廉価に製造できる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、顕微鏡の観
測手段が支持手段に支持されていて、支持手段が対物レ
ンズに対して移動すると、観測手段と対物レンズとの距
離が変更し、観測手段で観測する焦点面が変更されるか
ら、廉価な移動機構により、標本に振動を与えないで顕
微鏡の焦点面移動が行われる。

【００３４】請求項４に記載の発明では、第２対物レン
ズが支持手段に支持されていて、支持手段が対物レンズ
に対して移動すると、第２対物レンズと観測手段との距
離が変更し、観測手段で観測する焦点面が変更されるか
ら、廉価な移動機構により、標本に振動を与えないで顕
微鏡の焦点面移動が行われる。

【００３５】請求項５に記載の発明では、リレー光学系
が支持手段に支持されていて、支持手段が対物レンズに
対して移動すると、リレー光学系と対物レンズとの距離
が変更し、観測手段で観測する焦点面が変更されから、
廉価な移動機構により、標本に振動を与えないで顕微鏡
の焦点面移動が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概念的側面図。

【図２】本発明の一実施例の光路を示す図。

【図３】本発明の第２の実施例の光路を示す図。

【図４】本発明の第３の実施例の概念的側面図。

【図５】本発明の第４の実施例の光路を示す図。

【図６】本発明の第５の実施例の光路を示す図。

【図７】従来例の概念的側面図。

【符号の説明】

１・・・・顕微鏡本体４・・・・対物レンズ１０・・・・標本１２・・・・接眼レンズ１３・・・・撮像素子１４・・・・撮像素子保持部材１５・・・・ガイド部材１６・・・・細胞１７、１９・・・・物体面１８、２０・・・・結像面２１・・・・第２対物レンズ２２・・・・焦点合わせレンズ２５・・・・レーザ２６・・・・ビームスプリッタ２７・・・・走査ユニット２８、２９・・・・リレーレンズ３０・・・・集光レンズ３１・・・・ピンホールディテクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズと、前記対物レンズにより結像
した標本の像を観測する観測手段とを具備する顕微鏡に
おいて、前記観測手段を前記対物レンズに対して移動可
能に支持する支持手段を有し、前記支持手段を移動させ
ることにより、前記観測手段と前記対物レンズとの距離
を変更して、前記観測手段で観測する焦点面を変更する
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】前記観測手段は、前記対物レンズにより標
本の像が結像して電気信号を出力する撮像素子であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】前記観測手段は、前記対物レンズにより結
像した標本の像を拡大して観察する接眼レンズであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項４】標本から出射した光を平行光束にする対物
レンズと、前記平行光束を収束して前記標本の像を結像
する第２対物レンズと、前記第２対物レンズにより結像
した前記標本の像を観測する観測手段とを具備する顕微
鏡において、前記第２対物レンズを前記対物レンズに対
して移動可能に支持する支持手段を有し、前記支持手段
を移動させることにより、前記第２対物レンズと前記観
測手段との距離を変更して、前記観測手段で観測する焦
点面を変更することを特徴とする顕微鏡。
【請求項５】標本から出射した光を平行光束にする対物
レンズと、前記平行光束の光路に設けられたリレー光学
系と、前記平行光束をピンホール上に収束して前記標本
の像を結像する集光レンズと、前記集光レンズにより結
像された前記標本の像を観測する観測手段とを具備する
コンフォーカル型顕微鏡において、前記リレー光学系を
前記対物レンズ対して移動可能に支持する支持手段を有
し、前記支持手段を移動させることにより、前記リレー
光学系と前記対物レンズとの距離を変更して、前記観測
手段で観測する焦点面を変更することを特徴とする顕微
鏡。