(57)【要約】【課題】動的挙動を示す生体であっても所定の部位を適切に観察できるようにする。【解決手段】撮像素子２１は、対物レンズ２の合焦位置から対物レンズ３を介して到来する観察光を結像させて得られる観察試料Ｓの光学像を撮像する。合焦信号処理部１７は、対物レンズ２の合焦位置に観察試料Ｓの表面が位置したことの検出を、基準光源３から発せられて該表面で反射して対物レンズ２を介して到来するＡＦ光に基づいて行う。オフセットレンズ群駆動部１５は、対物レンズ２の該ＡＦ光での焦点距離を変化させる。コントロール部１９は、オフセットレンズ群駆動部１５を制御して、該焦点距離を、対物レンズ２の該観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておく。撮像トリガ生成部２４は、コントロール部１９により制御された該焦点距離の下で撮像素子２１を制御して、合焦信号処理部１７により該検出がされたときの該光学像を撮像させる。【選択図】      図１
2010066356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、
試料における前記対物レンズの合焦位置から該対物レンズを介して到来する観察光を結像させて該試料の光学像を得る観察光学系と、
前記光学像を撮像する撮像手段と、
前記対物レンズと前記試料との相対距離を変化させる焦準手段と、
前記対物レンズの合焦位置に前記試料の表面が位置したことの検出を、該試料に照射されており該表面で反射して該対物レンズを介して到来する所定のＡＦ光に基づいて行う合焦検出手段と、
前記対物レンズの前記ＡＦ光での焦点距離を変化させるオフセット手段と、
前記オフセット手段を制御して、前記焦点距離を、前記対物レンズの前記観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておくオフセット制御手段と、
前記オフセット制御手段により制御された前記焦点距離の下で前記撮像手段を制御して、前記焦準手段が前記相対距離を変化させることによって前記合焦検出手段により前記検出がされたときの前記光学像を撮像させる撮像制御手段と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記撮像制御手段は、前記対物レンズの前記ＡＦ光での焦点距離が該対物レンズの前記観察光での焦点距離と一致している状態で前記焦準手段を制御して、前記合焦検出手段が前記検出をするように前記相対距離を変化させる制御と、該焦準手段への制御によって該合焦検出手段により該検出がされたときの前記光学像を前記撮像手段に撮像させる制御とを初期制御として含むことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記オフセット制御手段は、前記対物レンズの前記ＡＦ光での焦点距離を前記所定の距離ずつ変化させる制御を前記オフセット手段に対して行い、
前記撮像制御手段は、前記オフセット手段が前記対物レンズの前記ＡＦ光での焦点距離を前記所定の距離ずつ変化させる毎に、該焦点距離の下で前記撮像手段を制御して、前記焦準手段が前記相対距離を変化させることによって前記合焦検出手段により前記検出がされたときの前記光学像を撮像させる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記観察光は可視光であり、前記ＡＦ光は可視外光であることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記オフセット手段は、前記ＡＦ光の光源と前記対物レンズとの光路上に配置したオフセットレンズ群の位置を当該ＡＦ光の光路方向に移動させることによって前記焦点距離を変化させることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
顕微鏡装置の制御装置であって、
前記顕微鏡装置が、
対物レンズと、
試料における前記対物レンズの合焦位置から該対物レンズを介して到来する観察光を結像させて該試料の光学像を得る観察光学系と、
前記光学像を撮像する撮像手段と、
前記対物レンズと前記試料との相対距離を変化させる焦準手段と、
前記対物レンズの合焦位置に前記試料の表面が位置したことの検出を、該試料に照射されており該表面で反射して該対物レンズを介して到来する所定のＡＦ光に基づいて行う合焦検出手段と、
前記対物レンズの前記ＡＦ光での焦点距離を変化させるオフセット手段と、
を有しており、
前記制御装置が、
前記オフセット手段を制御して、前記焦点距離を、前記対物レンズの前記観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておくオフセット制御手段と、
前記オフセット制御手段により制御された前記焦点距離の下で前記撮像手段を制御して、前記焦準手段が前記相対距離を変化させることによって前記合焦検出手段により前記検出がされたときの前記光学像を撮像させる撮像制御手段と、
を有する、
ことを特徴とする顕微鏡装置の制御装置。
【請求項７】
顕微鏡装置の制御を演算処理装置に行わせるためのプログラムであって、
前記顕微鏡装置が、
対物レンズと、
試料における前記対物レンズの合焦位置から該対物レンズを介して到来する観察光を結像させて該試料の光学像を得る観察光学系と、
前記光学像を撮像する撮像手段と、
前記対物レンズと前記試料との相対距離を変化させる焦準手段と、
前記対物レンズの合焦位置に前記試料の表面が位置したことの検出を、該試料に照射されており該表面で反射して該対物レンズを介して到来する所定のＡＦ光に基づいて行う合焦検出手段と、
前記対物レンズの前記ＡＦ光での焦点距離を変化させるオフセット手段と、
を有しており、
前記プログラムが、
前記オフセット手段を制御して、前記焦点距離を、前記対物レンズの前記観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておくオフセット制御処理と、
前記オフセット制御処理により制御された前記焦点距離の下で前記撮像手段を制御して、前記焦準手段が前記相対距離を変化させることによって前記合焦検出手段により前記検出がされたときの前記光学像を撮像させる撮像制御処理と、
を前記演算処理装置に行わせる、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置の技術に関し、特に、経時的に動的挙動を示す生体における所定の位置の観察が可能である顕微鏡装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光プローブによる、イオン濃度や膜電位などの可視化が、光学顕微鏡を用いて行われるようになり、例えば、神経細胞などを観察試料とする生体機能観察、特に生体の動的挙動の観察や生体組織の経時的変化に対する観察が行われるようになっている。
【０００３】
このような微細な観察試料の観察若しくはビデオ画像の取得においては、顕微鏡装置が幅広く利用されている。一般的に、顕微鏡装置を利用する場合には、焦準ハンドルの操作により焦点調節を行って試料へのピント合わせ作業を実行する。しかしながら、このピント合わせ作業は手動操作であるため、高倍対物レンズを使用する場合のように焦点深度が浅く合焦範囲が狭い場合には、素早くピント合わせを行うには顕微鏡装置の操作に相当の習熟を必要とする。更に、観察試料が生体である場合には、その動的挙動により、表面に対するピント合わせは困難であり、とりわけ観察所望部位が生体表面から深部にある生体表面層の観察に至っては、ピント合わせはまず不可能であるといえる。
【０００４】
そこで、このようなピント合わせ作業を自動的に行うことのできる自動合焦機能として、様々な手法が考案され、顕微鏡装置に数多く搭載されてきた。
例えば特許文献１及び特許文献２に開示の技術では、オートフォーカス装置の光路に、駆動可能なレンズ群による光学系を配置するようにして、合焦検出用の赤外光の結像位置をずらすことを可能にしている。この技術では、このようにすることで、実際に観察する可視光との波長差を補正すると共に、複数の対物レンズを使用した場合の各対物レンズの色収差により、自動焦点検出位置がバラつくことを補償することを可能にしている。
【０００５】
また、例えば特許文献３には、合焦検出用の赤外光を照射している基準面からピントがずれた場合であっても、合焦信号を基に基準面に追従しながらピントを合わせ続ける、リアルタイム追従を行うことを可能にする技術が開示されている。
【０００６】
更に、例えば特許文献４に開示の技術は、試料の観察を行う焦準部と試料との距離を測定する距離センサと、生体の動的挙動を記憶する記憶装置とを備え、動的挙動を示す生体表面の変位を記録し、記録した該変位に合わせて焦準部を駆動するというものである。この技術では、このようにすることで、生体表面や生体表面よりも深部に至る生体表面層の観察を可能としている。
【特許文献１】特開平１１−２４９０２７号公報
【特許文献２】特開２００４−７０２７６号公報
【特許文献３】特開２００５−１０６６５号公報
【特許文献４】特開２００５−３００２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示の技術では、合焦信号を得るために赤外光を照射する面（以下、「基準面」と称することとする）が動的挙動を示している場合には、所望の位置にピントを合わせることができない。
【０００８】
また、特許文献３に開示の技術では、立体画像の構築のために、動的挙動を示す生体の基準面からある一定量の距離毎に画像の取得を行う動作である、積層画像（以下、「Ｚスタック像」と称することとする）の取得動作についての考慮はされていない。例えば生体の臓器を観察している場合には、この観察部位は脈動、拍動、呼吸等により、膨張と収縮とを繰り返す動的挙動を示している。その際に生体表面を基準面として、この基準面に追従しながらＺスタック像の取得を試みても、撮像タイミングを考慮していない特許文献３の技術では、各層の比率が異なってしまうため、正確なＺスタック像を取得することが不可能である。
【０００９】
また、特許文献４に開示の技術は、距離センサと対物レンズとが離れて配置されており、従って、観察部位が狭い空間での観察についての考慮はされていない。例えば小動物の臓器を観察する場合など、観察試料が小さく、距離センサが検出している部位の変位と対物レンズが観察している部位の変位とが異なってしまう場合には、確実に追従を行うことが困難である。
【００１０】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、動的挙動を示す生体であっても所定の部位を適切に観察できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様のひとつである顕微鏡装置は、対物レンズと、試料における該対物レンズの合焦位置から該対物レンズを介して到来する観察光を結像させて該試料の光学像を得る観察光学系と、該光学像を撮像する撮像手段と、該対物レンズと該試料との相対距離を変化させる焦準手段と、該対物レンズの合焦位置に該試料の表面が位置したことの検出を、該試料に照射されており該表面で反射して該対物レンズを介して到来する所定のＡＦ光に基づいて行う合焦検出手段と、該対物レンズの該ＡＦ光での焦点距離を変化させるオフセット手段と、該オフセット手段を制御して、該焦点距離を、該対物レンズの該観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておくオフセット制御手段と、該オフセット制御手段により制御された該焦点距離の下で該撮像手段を制御して、該焦準手段が該相対距離を変化させることによって該合焦検出手段により該検出がされたときの該光学像を撮像させる撮像制御手段と、を有するように構成するものである。
【００１２】
なお、このとき、該撮像制御手段は、該対物レンズの該ＡＦ光での焦点距離が該対物レンズの該観察光での焦点距離と一致している状態で該焦準手段を制御して、該合焦検出手段が該検出をするように該相対距離を変化させる制御と、該焦準手段への制御によって該合焦検出手段により該検出がされたときの該光学像を該撮像手段に撮像させる制御とを初期制御として含むように構成することができる。
【００１３】
また、このとき、該オフセット制御手段は、該対物レンズの該ＡＦ光での焦点距離を該所定の距離ずつ変化させる制御を該オフセット手段に対して行い、該撮像制御手段は、該オフセット手段が該対物レンズの該ＡＦ光での焦点距離を該所定の距離ずつ変化させる毎に、該焦点距離の下で該撮像手段を制御して、該焦準手段が該相対距離を変化させることによって該合焦検出手段により該検出がされたときの該光学像を撮像させる、ように構成することもできる。
【００１４】
また、このとき、該観察光は可視光であり、該ＡＦ光は可視外光であるように構成することができる。
また、該オフセット手段は、該ＡＦ光の光源と該対物レンズとの光路上に配置したオフセットレンズ群の位置を当該ＡＦ光の光路方向に移動させることによって該焦点距離を変化させるように構成することができる。
【００１５】
また、本発明の別の態様のひとつである顕微鏡装置の制御装置は、該顕微鏡装置が、対物レンズと、試料における該対物レンズの合焦位置から該対物レンズを介して到来する観察光を結像させて該試料の光学像を得る観察光学系と、該光学像を撮像する撮像手段と、該対物レンズと該試料との相対距離を変化させる焦準手段と、該対物レンズの合焦位置に該試料の表面が位置したことの検出を、該試料に照射されており該表面で反射して該対物レンズを介して到来する所定のＡＦ光に基づいて行う合焦検出手段と、該対物レンズの該ＡＦ光での焦点距離を変化させるオフセット手段と、を有しており、該制御装置が、該オフセット手段を制御して、該焦点距離を、該対物レンズの該観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておくオフセット制御手段と、該オフセット制御手段により制御された該焦点距離の下で該撮像手段を制御して、該焦準手段が該相対距離を変化させることによって該合焦検出手段により該検出がされたときの該光学像を撮像させる撮像制御手段と、を有するように構成するものである。
【００１６】
また、本発明の更なる別の態様のひとつであるプログラムは、顕微鏡装置の制御を演算処理装置に行わせるためのプログラムであって、該顕微鏡装置が、対物レンズと、試料における該対物レンズの合焦位置から該対物レンズを介して到来する観察光を結像させて該試料の光学像を得る観察光学系と、該光学像を撮像する撮像手段と、該対物レンズと該試料との相対距離を変化させる焦準手段と、該対物レンズの合焦位置に該試料の表面が位置したことの検出を、該試料に照射されており該表面で反射して該対物レンズを介して到来する所定のＡＦ光に基づいて行う合焦検出手段と、該対物レンズの該ＡＦ光での焦点距離を変化させるオフセット手段と、を有しており、該プログラムが、該オフセット手段を制御して、該焦点距離を、該対物レンズの該観察光での焦点距離に対して所定の距離だけ異ならせておくオフセット制御処理と、該オフセット制御処理により制御された該焦点距離の下で該撮像手段を制御して、該焦準手段が該相対距離を変化させることによって該合焦検出手段により該検出がされたときの該光学像を撮像させる撮像制御処理と、を該演算処理装置に行わせる、というものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以上のように構成することにより、動的挙動を示す生体であっても所定の部位を適切に観察できるようになるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図１について説明する。図１は、本発明を実施する顕微鏡システムの構成を示している。
【００１９】
この顕微鏡システムでは、対物レンズ２と、対物レンズ２を光軸方向（Ｚ方向）の任意の位置に駆動させるために電気的な駆動を行う焦準用モータ１２ａとから焦準部が構成されている。この焦準部において、コントロール部１９からの信号を受ける焦準用モータ駆動部１４の制御により、焦準用モータ１２ａが駆動されて焦準部を可動とし、対物レンズ２と、ステージ１上に載置される観察試料Ｓとの相対距離を変化させる。
【００２０】
コントロール部１９は、図１の顕微鏡システム全体の動作制御を行うものであり、図２に示すような、ごく一般的な制御回路により構成されている。すなわち、コントロール部１９は、ＣＰＵ（中央得演算装置）２８、ＲＯＭ２９、ＲＡＭ３０、Ｉ／Ｏポート３１、及び、これらを接続するバス３２と、発振器やアドレスデコーダ等の不図示の周辺回路とを備えて構成されている。ここで、ＲＯＭ２９は、図１の顕微鏡システム全体の動作制御をＣＰＵ２８に行わせるための制御プログラムが予め格納されているリード・オンリ・メモリである。ＲＡＭ３０は、図１の顕微鏡システム全体の動作制御をＣＰＵ２８が行う際に必要に応じて各種のデータを一時的に格納するランダム・アクセス・メモリである。Ｉ／Ｏポート３１は、ＣＰＵ２８による制御の下で、図１の顕微鏡システム全体の制御動作に必要な各種の制御信号の入出力を行うインタフェース部である。
【００２１】
ＣＰＵ２８は、コントロール部１９への電力の供給が開始されると、ＲＯＭ２９に格納されている制御プログラムを読み出してその実行を開始する。これにより、図１の顕微鏡システム全体の動作制御が可能となる。
【００２２】
なお、コントロール部１９は、焦準用モータ駆動部１４が焦準用モータ１２ａへ送出するパルス信号の数（パルス数）の情報を得ることで、焦準部のＺ方向の位置を示す座標を特定することができる。
【００２３】
撮像トリガ生成部２４は、撮像素子２１に撮像動作を行わせる切掛けとなる信号（撮像トリガ）を生成するものであり、図３に示すような、ごく一般的な制御回路により構成されている。すなわち、撮像トリガ生成部２４は、ＣＰＵ３３、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５、Ｉ／Ｏポート３６、及び、これらを接続するバス３７と、発振器やアドレスデコーダ等の不図示の周辺回路とを備えて構成されている。ここで、ＲＯＭ３４は、オフセットレンズ群６の駆動ピッチを求める処理を含む、撮像トリガの生成処理のための制御プログラムと、このプログラムで使用されるデータテーブルとが予め格納されているリード・オンリ・メモリである。ＲＡＭ３０は、撮像トリガの生成処理をＣＰＵ３３が行う際に必要に応じて各種のデータを一時的に格納するランダム・アクセス・メモリである。Ｉ／Ｏポート３６は、ＣＰＵ３３による制御の下で、図１の顕微鏡システムの各構成要素との間で交換される各種の制御信号の入出力を行うインタフェース部である。
【００２４】
ＣＰＵ３３は、撮像トリガ生成部２４への電力の供給が開始されると、ＲＯＭ３４に格納されている制御プログラムを読み出してその実行を開始する。これにより、撮像トリガの生成が可能となる。
【００２５】
なお、コントロール部１９及び撮像トリガ生成部２４の両者若しくはどちらかを、標準的なハードウェア構成のコンピュータを用いて構成することもできる。このようなコンピュータとしては、例えば、ＭＰＵ（マイクロ・プロセシング・ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク装置、入力装置、表示装置、インタフェース装置、及び記録媒体駆動装置を備えているものが利用可能である。なお、これらの構成要素は、ＭＰＵの管理の下で各種のデータを相互に授受できるように構成されている。
【００２６】
ここで、ＭＰＵは、コンピュータ全体の動作を制御する演算処理装置である。ＲＯＭは、所定の基本制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリである。ＭＰＵは、この基本制御プログラムをコンピュータの起動時に読み出して実行することにより、このコンピュータの各構成要素の動作制御が可能になる。ＲＡＭは、ＭＰＵが各種の制御プログラムを実行する際に、必要に応じて作業用記憶領域として使用する、随時書き込み読み出し可能なメモリである。ハードディスク装置は、ＭＰＵによって実行される各種の制御プログラムを記憶しておく記憶装置である。ＭＰＵは、ハードディスク装置に記憶されている所定の制御プログラムを読み出して実行することにより、後述する各種の制御処理を行えるようになる。入力装置は、例えばキーボード装置やマウス装置であり、コンピュータの使用者により操作されると、その操作内容に対応付けられている使用者からの各種情報の入力を取得し、取得した入力情報をＭＰＵに送付する。表示装置は例えば液晶ディスプレイであり、ＭＰＵから送付される表示データに応じて各種のテキストや画像を表示する。インタフェース装置は、このコンピュータが接続される通信回線を介して行われる各種データの授受の管理を行うと共に、所定の制御動作に必要な各種の制御信号の入出力を行う。記録媒体駆動装置は、可搬型記録媒体に記録されている各種の制御プログラムやデータの読み出しを行う装置である。ＭＰＵは、可搬型記録媒体に記録されている所定の制御プログラムを、記録媒体駆動装置を介して読み出して実行することによって、後述する各種の制御処理を行うようにすることもできる。なお、可搬型記録媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）やＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、フラッシュメモリなど不揮発性メモリなどがある。
【００２７】
このようなコンピュータでコントロール部１９若しくは撮像トリガ生成部２４を構成する場合には、まず、図１の顕微鏡システム全体の動作制御若しくは撮像トリガの生成をＭＰＵに行わせるための制御プログラムを作成する。作成された制御プログラムはハードディスク装置若しくは可搬型記録媒体に格納しておくようにする。そして、ＭＰＵに所定の指示を与えてこの制御プログラムを読み出させて実行させる。こうすることで、このコンピュータがコントロール部１９若しくは撮像トリガ生成部２４として機能する。
【００２８】
図１の説明へ戻る。
観察対象である観察試料Ｓ（例えばマウス生体）は、ステージ１上に載置されて対物レンズ２で観察できるように構成されている。
【００２９】
ステージ１は焦準用モータ１２ｂに接続されており、電動で試料移動ステージ１を光軸対して垂直の方向（ＸＹ方向）に移動させることが可能なように構成されている。この焦準用モータ１２ｂも、焦準用モータ駆動部１４により駆動されるものであり、焦準用モータ駆動部１４はＩ／Ｏポート３１を介してコントロール部１９からの制御を受ける。
【００３０】
図１に示した顕微鏡システムには、いわゆるアクティブ方式のオートフォーカス機能（以下、「ＡＦ」と称することとする）を提供するための合焦信号生成部１８とダイクロイックミラー８とが備えられている。次に、合焦信号生成部１８について説明する。
【００３１】
基準光源３は、このＡＦ用の光源であり、赤外線等の可視外波長域の光源（例えばレーザ光源）を使用する。基準光源３より発せられる光の光量は、光源駆動部１６によって制御される。
【００３２】
なお、基準光源３は、後述する照明用光源２７より発せられる撮像用の照明光と異なる波長の光であれば可視外光に限らない。また、レーザ光源以外にも、例えばＬＥＤなどの狭帯域光を発する手段に置き換えても構わない。
【００３３】
基準光源３から発せられた光は、不図示のコリメートレンズにより平行光とされ、更に投光側ナイフエッジ４によりその光束の約半分がカットされた後に、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）５に入射する。ＰＢＳ５は、この光束のＰ偏光成分のみがオフセットレンズ群６へ向けて反射され、Ｓ偏光成分は透過されるように配置されている。
【００３４】
その後、このＰ偏光光は、オフセットレンズ群６の透過後に１／４波長板７によりその電界成分が４５°偏光されて楕円偏光光に変換された後、ダイクロイックミラー８により反射されて、対物レンズ２を介して観察試料Ｓに照射される。
【００３５】
観察試料Ｓで反射した楕円偏光光は、その電界成分の回転方向が逆方向となるので、ダイクロイックミラー８に反射された後に１／４波長板７によって更に４５°偏光されることでＳ偏光光に変換されて射出される。このＳ偏光光はオフセットレンズ群６、ＰＢＳ５、及び受光側ナイフエッジ９を透過し、やがて集光レンズ１０にコリメート光で入射する。集光レンズ１０は、入射したＳ偏光光がフォトダイオード１１の受光面で結像するように配置されている。
【００３６】
以上の光学要素は同一光軸上に配置されており、特にダイクロイックミラー８については、対物レンズ２の光軸上にも配置されている。なお、ダイクロイックミラー８は、基準光源３から射出された光と、当該光の観察試料Ｓでの反射光とを反射し、その他の光を透過させるような光学素子を用いるようにする。
【００３７】
フォトダイオード１１は、受光面が２つの領域（Ａ領域とＢ領域）に分割されており、集光レンズ１０のピント位置がこの２つの領域の境界上に位置するように配置されている。観察試料Ｓへの合焦状態を示す合焦信号は、基準光源３から発せられて観察試料Ｓで反射した光についての、この２つの領域の各々での受光量に基づいて、合焦信号処理部１７により算出される。
【００３８】
この他、合焦信号生成部１８には、オフセットレンズ群駆動用モータ１３とオフセットレンズ群駆動部１５とを備えている。オフセットレンズ群駆動用モータ１３は、オフセットレンズ群６を光軸方向に移動させるものであり、オフセットレンズ群駆動部１５は、コントロール部１９からの信号を受けてオフセットレンズ群駆動用モータ１３を駆動させるものである。
【００３９】
合焦信号生成部１８は以上の構成を有しており、対物レンズ２の合焦位置に観察試料Ｓの表面が位置したことの検出を、基準光源３より発せられて当該観察試料Ｓに照射されており当該表面で反射して対物レンズ２を介して到来するＡＦ光に基づいて行う。
【００４０】
操作部２０は、観察開始スイッチ、キーボード装置、ＪＯＧエンコーダ、及びパルスカウンタなどを備えており、それらに対する操作内容に対応付けられているユーザからの各種情報の入力を取得し、取得した情報をコントロール部１９に送付する。ここで、観察開始スイッチは、ユーザが観察を所望する部位を発見した際に、顕微鏡システムによる観察動作の開始を指示するためのスイッチである。キーボード装置は、例えば、Ｚスタック像を取得する際の撮像ピッチを示す値の入力を取得する。ＪＯＧエンコーダは、焦準部やステージ１の駆動やオフセットレンズ群６の駆動の指示を取得する。パルスカウンタは、このＪＯＧエンコーダから操作に応じて出力されるエンコーダ信号を、操作量に応じたパルス数のパルス信号に変換する。
【００４１】
コントロール部１９は、上述したパルスカウンタから出力されるパルス信号に基づき、上述したＪＯＧエンコーダの回転方向及び回転量を判別し、その判別結果に従った駆動量で各部を駆動させる。また、コントロール部１９は、キーボード装置を操作してユーザが入力する数値を取得し、その数値に従ってオフセットレンズ群６の駆動量を算出して駆動させる。
【００４２】
撮像トリガ生成部２４は、上述した観察開始スイッチが押された際の焦準アドレスをコントロール部１９から受け取ってＲＡＭ３５に記憶しておく。その後、この記憶値と、顕微鏡システムによる観察動作の実行中にコントロール部１９から逐次送られてくる焦準アドレスとの一致比較を行い、更に、その比較結果と合焦信号処理部１７から送られてくるＥＦ値（後述）との評価を行う。そして、この評価結果に基づいて撮像トリガを撮像素子２１へ出力する。
【００４３】
次に、図１の顕微鏡システムにおける観察光学系について説明する。
観察試料Ｓの観察及び撮像用の照明光は、照明用光源２７より発せられる。この照明光は、コリメートレンズ２６によって平行光とされ、ハーフミラー２５で反射し、ダイクロイックミラー８を透過した後に、対物レンズ２を経て観察試料Ｓに照射される。このときの観察試料Ｓからの反射光（観察光）は、対物レンズ２を経て、ダイクロイックミラー８及びハーフミラー２５を透過した後に、結像レンズ２７ａで撮像素子２１の受光面で観察試料Ｓの光学像を結像させる。なお、観察光の観察試料Ｓからの反射光は、不図示の接眼レンズにも導かれている。
【００４４】
撮像素子２１は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）であり、撮像トリガ生成部２４から撮像トリガを受け取る度に、受光面で得られている観察試料Ｓの光学像を撮像し、得られた画像を表現している撮像信号を出力する。撮像信号処理部２２はこの映像信号を表現している画像データを生成して不図示の記憶装置に格納すると共に、この映像信号あるいは格納した画像データをビデオ信号に変換してモニタ２３へ出力する。モニタ２３は、このビデオ信号で表現されている観察試料Ｓの画像を表示する。
【００４５】
次に、合焦信号処理部１７による合焦信号の算出について、図４を用いて説明する。
図４において、（ａ）は、フォトダイオード１１の受光面のＡ領域において検出された光の強度を示すＡ領域信号と、フォトダイオード１１の受光面のＢ領域において検出された光の強度を示すＢ領域信号との強度分布を示している。合焦信号処理部１７は、このＡ領域信号の信号レベルＡとＢ領域信号の信号レベルＢについて、その特性を（ｂ）に示すＡ＋Ｂの算出と、その特性を（ｃ）に示すＫ｛（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝の算出（但し、Ｋは所定の定数）とを行う。ここで、（ｃ）に示した特性はＳ字カーブとも称されており、この値はＥＦ値（評価関数値）などとも呼ばれている。
【００４６】
前述したように、フォトダイオード１１の受光面において、Ａ領域とＢ領域とは、集光レンズ１０のピント位置がこの２つの領域の境界上に位置するように配置されている。つまり、Ａ領域とＢ領域とは、このピント位置を中心に対称に配置されている。この配置において、前述したＥＦ値が正である場合は、観察試料Ｓの表面が、対物レンズ２のピント位置よりも光軸方向において対物レンズ２に近い位置にあることを示している。一方、この配置において、前述したＥＦ値が負である場合は、観察試料Ｓの表面が、対物レンズ２のピント位置よりも光軸方向において対物レンズ２から遠い位置にあることを示している。なお、この配置において、前述したＥＦ値がゼロ（０）である場合は、観察試料Ｓの表面が対物レンズ２のピント位置にあることを示している。図１に示した顕微鏡システムで採用しているアクティブ方式のＡＦでは、このように、ＥＦ値を用いて観察試料Ｓの表面への合焦状態を検出し、このＥＦ値がゼロとなるように焦準部を駆動させる制御を行う。
【００４７】
なお、本実施形態では、アクティブフォーカス方式を用いるＡＦを顕微鏡システムで備えるようにしているが、例えば光路差方式などの合焦を実現させる他のＡＦの方式を採用してもよい。
【００４８】
また、合焦信号処理部１７による合焦信号の算出を、前述したような標準的なハードウェア構成のコンピュータに行わせることもできる。このようなコンピュータに合焦信号の算出を行わせるには、まず、前述した合焦信号の算出をＭＰＵに行わせるための制御プログラムを作成する。作成された制御プログラムはハードディスク装置若しくは可搬型記録媒体に格納しておくようにする。そして、ＭＰＵに所定の指示を与えてこの制御プログラムを読み出させて実行させる。こうすることで、このコンピュータが合焦信号処理部１７として機能し、合焦信号の算出を行えるようになる。
【００４９】
次に、オフセットレンズ群６の機能について、図５を用いて説明する。
図５において、（ａ）は、照明用光源２７から発せられた光（可視光）と基準光源３から発せられた光（可視外光）とについての対物レンズ２のピント位置の関係を示している。ここで、対物レンズ２から出入している矢印のうち、実線の矢印は照明用光源２７から発せられた観察光を示しており、破線の矢印は基準光源３から発せられた光（以下、「ＡＦ光」と称することとする）を示している。
【００５０】
図１に示されているように、オフセットレンズ群６は、ＡＦ光の光源である基準光源３と対物レンズ２との光路上に配置されている。ここで、このオフセットレンズ群６を当該ＡＦ光の光路の方向に移動させると、対物レンズ２を介して観察試料Ｓに照射されるＡＦ光の結像ピント位置を光軸方向に沿ってずらすことが可能である。また、このとき、フォトダイオード１１へ入射するＡＦ光の結像ピント位置もずれる。つまり、オフセットレンズ群６を移動させることで、（ａ）のように、観察光（照明用光源２７から発せられた光）についての対物レンズ２のピント位置と、ＡＦ光についての対物レンズ２のピント位置との位置関係をずらしておくことができる。すなわち、例えば、オフセットレンズ群６を図１に示した「Ｌ」の方向に移動させることで、ＥＦ波形（前述したＳ字カーブ）を、図５の（ｂ）に示すＥＦ＋の方向へシフトさせることができる。また、例えば、オフセットレンズ群６を図１に示した「Ｒ」の方向に移動させることで、ＥＦ波形を、図５の（ｂ）に示すＥＦ−の方向へシフトさせることができる。
【００５１】
なお、上述したピント位置のずれ量Ｆｐは、対物レンズ２の倍率とオフセットレンズ群６の位置とに基づいて決定される（但し、本実施形態においては、Ｆｐの値に影響を与える他の要因は変化しないものとする）。
【００５２】
以上のように、オフセットレンズ群駆動部１５がオフセットレンズ群駆動用モータ１３を駆動させてオフセットレンズ群６を移動させると、対物レンズ２のＡＦ光での焦点距離を変化させることができる。
【００５３】
なお、オフセット手段として、上記のオフセットレンズ群６は、図示しない複数のレンズを一体に保持するレンズ部組として構成しているが、複数のレンズを互いに相対移動可能に保持して構成される変倍光学系や、液体レンズなどの可変焦点レンズからなる可変焦点光学系を用いた構成に置き換えてもよく、更に、これらを適宜組合せた構成としても構わない。
【００５４】
また、上記のようなレンズを用いたオフセット手段に限らず、基準光源３とフォトダイオード１１とを、それぞれの光軸方向で連動して移動させる構成としたものをオフセット手段としても構わない。
【００５５】
続いて、図１に示した顕微鏡システムを使用して観察試料Ｓの観察を行う手順について説明する。
顕微鏡システムのユーザは、まず、不図示の電源スイッチをＯＮとして顕微鏡システムの各部への電力の供給を開始させる。すると、コントロール部１９及び撮像トリガ生成部２４がそれぞれ有しているＣＰＵ２８及び３３が、ＲＯＭ２９及び３４に格納されている制御プログラムを読み出してその実行を開始する。そして、その制御プログラムの内容に従って、ＲＡＭ３０及び３５の初期化や、Ｉ／Ｏポート３１及び３６の入出力方向の設定などといった、一般的な初期化処理が行われ、その後は待機状態となる。
【００５６】
なお、この待機状態においては、照明用光源２７からの観察光（可視光）と基準光源３からの光（可視外光）とについての対物レンズ２のピント位置のずれはないように、オフセットレンズ群６の位置を初期設定する処理をコントロール部１９は行う。
【００５７】
この待機状態においては、顕微鏡システムが有している各駆動モータは停止状態で待機する。この待機状態においては、前述した操作部２０のＪＯＧエンコーダを操作して行う手動の合焦操作が可能である。このとき、コントロール部１９は、前述したパルスカウンタから出力されるパルス信号の値（パルス数）の変化を監視する。そして、この値に変化が生じた場合は、そのパルス数に応じた駆動信号を焦準用モータ駆動部１４に供給して焦準用モータ１２ａを駆動させて、焦準部若しくはステージ１を電動で移動させる。従って、ユーザが、モニタ２３や不図示の接眼レンズで観察試料Ｓを観察しながら焦準部やステージ１をこのようにして移動させることで、手動による観察試料Ｓへのピント合わせ操作を行うことができる。
【００５８】
次に、観察試料ＳのＺスタック像の撮像動作について説明する。
まず、ユーザが、前述したようにして手動でピント合わせ操作を行った後、前述した操作部２０のキーボード装置をユーザが操作して、Ｚスタック像の撮像枚数ｓｈと、Ｚスタック像の撮像ピッチ（Ｚ方向の撮像間隔）Ｓｐとを入力する。そして、その後に、前述した操作部２０の観察開始スイッチを押下する操作を行う。コントロール部１９のＣＰＵ２８は、この押下操作を検出すると、操作部２０から受け取ったこれらの値を、光軸上に現在配置されている対物レンズ２の倍率の情報と共に、撮像トリガ生成部２４へ転送する処理を行う。撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、これらの情報を受け取ると、これらの情報をＲＡＭ３５の所定の記憶領域に格納すると共に、ＲＯＭ３４に予め格納されているテーブルを参照する処理を行う。このときに参照されるテーブルを図６に例示する。
【００５９】
このテーブルは、前述したＦｐの値（観察光とＡＦ光とでのピント位置のずれ）を１マイクロメートル増減させるオフセットレンズ群６の移動量を、対物レンズ２の倍率毎に対応付けたものである。なお、この値は、予め実測してＲＯＭ３４に格納しておく。但し、このテーブルを光学計算により算出して作成するようにしてもよい。
【００６０】
次に、ＣＰＵ３３は、参照中のこのテーブルから、光軸上に現在配置されている対物レンズ２の倍率に対応するオフセットレンズ群６の移動量を取得する処理を行う。なお、この移動量をこのテーブルから取得する代わりに、ＣＰＵ３３が光学計算処理を実行して、この移動量を対物レンズ２の倍率から算出するようにしてもよい。
【００６１】
次に、ＣＰＵ３３は、以上のようにして得られたオフセットレンズ群６の移動量に、前述したＺスタック像の撮像ピッチＳｐを乗算して、この撮像ピッチＳｐに対応するオフセットレンズ群６の移動量を算出する処理を行う。こうして取得された、撮像ピッチＳｐに対応するオフセットレンズ群６の移動量を、以降の説明では、「オフセットレンズ駆動ピッチＬｐ」と称することとする。ＣＰＵ３３は、算出されたオフセットレンズ駆動ピッチＬｐを、ＲＡＭ３５の所定の記憶領域に格納する処理を行う。
【００６２】
次に、Ｚスタック像の撮像時における焦準部の動作について、図７を用いて説明する。
図７は、観察試料Ｓの表面が、一定の振幅で膨張と収縮とを繰り返す動的挙動を示している状態を表している。なお、図７において、対物レンズ２から出入している矢印のうち、実線の矢印は観察光（可視光）を示しており、破線の矢印はＡＦ光（可視外光）を示している。
【００６３】
コントロール部１９のＣＰＵ２８は、ユーザによる操作部２０の観察開始スイッチの押下操作を検出したときには、前述した情報の他に、このときの照準部のＺ方向の位置を示す座標の情報を更に撮像トリガ生成部２４へ送付する処理も行う。
【００６４】
撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、この情報を受け取ると、この座標を、基準位置座標Ｐｓ０として、ＲＡＭ３５の所定の記憶領域に格納する処理を行う。また、この処理と並行して、ＣＰＵ３３は、合焦信号処理部１７で算出されている前述したＥＦ値を合焦信号生成部１８から逐次取得してＲＡＭ３５の所定の記憶領域に格納する処理を行う。
【００６５】
ＣＰＵ３３は、このＥＦ値を随時監視する処理を行い、ＥＦ値がゼロ（０）となった時に、撮像素子２１に対して撮像トリガを送付する処理を行う。撮像素子２１は、この撮像トリガを受け取ると、受光面で結像している観察試料Ｓの像を撮像する。撮像信号処理部２２は、撮像素子２１が撮像した画像を表現している画像データを生成して不図示の記憶装置に格納する。なお、このときの観察光とＡＦ光とについての対物レンズ２のピント位置の関係は、図７の（ａ）のように、ずれのない状態となっている。従って、このときに得られる画像は、観察試料Ｓが最大に膨張した（Ｚ方向の高さが最大となった）ときにおける、観察試料Ｓの表面の画像となる。
【００６６】
撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、撮像トリガの送出による撮像の完了後、前述した撮像ピッチＳｐをＲＡＭ３５から読み出してコントロール部１９に送付する処理を行う。コントロール部１９のＣＰＵ２８は、この撮像ピッチＳｐを撮像トリガ生成部２４から受け取ると、焦準用モータ駆動部１４に指示を与え、焦準部のＺ方向の位置を撮像ピッチＳｐだけ観察試料Ｓに近づけるように駆動させる処理を行う。また、このとき、撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、前述した基準位置座標Ｐｓ０をＲＡＭ３５から読み出し、このＰｓ０に撮像ピッチＳｐを加算する処理を行い、得られた値を、新たな基準位置座標Ｐｓ１とする処理を行う。そして、この基準位置座標Ｐｓ１を、ＲＡＭ３５における、Ｐｓ０を格納していた記憶領域に上書きして格納する処理を行う。
【００６７】
次に、ＣＰＵ３３は、前述したオフセットレンズ駆動ピッチＬｐをＲＡＭ３５から読み出してコントロール部１９に送付する処理を行う。コントロール部１９のＣＰＵ２８は、このＬｐを撮像トリガ生成部２４から受け取ると、オフセットレンズ群駆動部１５に指示を与え、オフセットレンズ群６がＬｐだけ図１の「Ｌ」方向に移動するようにオフセットレンズ群駆動用モータ１３を駆動させる処理を行う。このようにしてオフセットレンズ群６をＬｐだけ移動させると、対物レンズ２のＡＦ光での焦点距離が、対物レンズ２の観察光での焦点距離に対し、撮像ピッチＳｐだけ異なった距離（短い距離）となる。
【００６８】
その後、ＣＰＵ３３は、合焦信号処理部１７で算出されている前述したＥＦ値を合焦信号生成部１８から逐次取得してＲＡＭ３５の所定の記憶領域に格納する処理を再開して、このＥＦ値を随時監視する処理を行う。そして、焦準部のＺ方向の位置の移動によりＥＦ値がゼロ（０）となった時には、ＣＰＵ３３は、前回と同様に、撮像素子２１に対して撮像トリガを送付する処理を行う。撮像素子２１は、この撮像トリガを受け取ると、受光面で結像している観察試料Ｓの像を撮像する。撮像信号処理部２２は、撮像素子２１が撮像した画像を表現している画像データを生成して不図示の記憶装置に格納する。なお、このときの観察光とＡＦ光とについての対物レンズ２のピント位置は、図７の（ｂ）のように、撮像ピッチＳｐだけずれた関係となる。従って、このときに得られる画像は、観察試料Ｓの動的挙動が（ａ）と同一の状態（すなわち、観察試料Ｓが最大に膨張したとき）における、観察試料Ｓの表面から撮像ピッチＳｐだけ深部の画像となる。
【００６９】
その後は同様の処理が繰り返され、基準位置座標Ｐｓ２において、図７の（ｃ）のピント位置の関係で観察試料Ｓの画像の撮像が行われ、続いて、基準位置座標Ｐｓ３において、図７の（ｄ）のピント位置の関係で観察試料Ｓの画像の撮像が行われる。以降、この撮像動作は、撮像枚数が前述した枚数ｓｈに達すると終了する。
【００７０】
以上のようにして順次得られる観察試料ＳのＺスタック像は、いずれも、観察試料Ｓの動的挙動が（ａ）と同一の状態（すなわち、観察試料Ｓが最大に膨張したとき）における、表面から撮像ピッチＳｐずつ深部の画像となる。つまり、この顕微鏡システムを用いることにより、動的挙動が同一の状態であるときの観察試料ＳのＺスタック像が得られるのである。
【００７１】
次に図８について説明する。図８は、Ｚスタック像の取得動作のために、図１の顕微鏡システムで行われる制御処理の第一の例の処理内容をフローチャートで示したものである。
【００７２】
この制御処理は、ユーザが、前述したようにして手動によるピント合わせ操作を行い、前述したＺスタック像の撮像枚数ｓｈ及び撮像ピッチＳｐを入力し、その後に観察開始スイッチを押下する操作を行うと開始される。撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、以上の操作がなされたことを、コントロール部１９を介して検出すると、まず、ＳＴＥＰ１の処理を行う。
【００７３】
ＳＴＥＰ１において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５の記憶領域に、撮像枚数ｓｈを格納するｓｈ番地と撮像ピッチＳｐを格納するｓｐ番地とを確保して、確保した記憶領域に、ユーザが入力したそれぞれの値を格納する処理を行う。
【００７４】
次に、ＳＴＥＰ２において、ＣＰＵ３３は、オフセットレンズ駆動ピッチＬｐを格納するｌｐ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保すると共に、オフセットレンズ駆動ピッチＬｐを取得して、得られた値を確保した記憶領域に格納する処理を行う。オフセットレンズ駆動ピッチＬｐの取得は、コントロール部１９から取得する対物レンズ２の倍率の情報と、ＲＯＭ３４に予め格納されている図６に例示したテーブルと、ユーザが入力した撮像ピッチＳｐとに基づき、前述したようにして行う。
【００７５】
次に、ＳＴＥＰ３において、ＣＰＵ３３は、前述したＥＦ値を格納するｅｆ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保すると共に、合焦信号処理部１７で算出されているＥＦ値を合焦信号生成部１８から逐次取得して、確保した記憶領域に格納する処理を開始させる。
【００７６】
次に、ＳＴＥＰ４において、ＣＰＵ３３は、基準位置座標を格納するｐｓ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保すると共に、このときの照準部のＺ方向の位置を示す座標の情報をコントロール部１９から取得して、確保した記憶領域に格納する処理を行う。以降の説明では、ＲＡＭ３５のｐｓ番地に格納されている値を、「基準位置座標Ｐｓｎ」と称することとする。
【００７７】
次に、ＳＴＥＰ５において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５のｅｆ番地に格納されている、逐次書き換えられているＥＦ値が、ゼロ（０）となって合焦状態を示しているか否かを判定する処理を行う。ここで、ＥＦ値がゼロ（０）となったとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳＴＥＰ６に処理を進める。一方、ＥＦ値がゼロ（０）でないとき（判定結果がＮｏのとき）には、ＥＦ値がゼロ（０）となるまで（判定結果がＹｅｓになるまで）ＳＴＥＰ５の判定処理を繰り返す。なお、この処理の繰り返しにおいては、このＥＦ値がゼロ（０）となるように焦準部のＺ方向の位置を移動させる制御処理をコントロール部１９のＣＰＵ２８が行う。
【００７８】
次に、ＳＴＥＰ６において、ＣＰＵ３３は、撮像素子２１に対して撮像トリガを送付する処理を行う。撮像素子２１は、この撮像トリガを受け取ると、ＳＴＥＰ７において、観察試料Ｓの撮像動作を実行する。
【００７９】
次に、ＳＴＥＰ８において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５のｓｈ番地に現在格納されている値がゼロ（０）となり、撮像素子２１による観察試料Ｓの撮像枚数が、ユーザの入力した撮像枚数ｓｈに達したか否かを判定する処理を行う。ここで、ｓｈ番地の値がゼロとなり撮像素子２１による撮像枚数がｓｈに達したと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、この図８の制御処理を終了させる。一方、ｓｈ番地の値がゼロではなく撮像素子２１による撮像枚数がｓｈに達していないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、ＳＴＥＰ９に処理を進める。
【００８０】
ＳＴＥＰ９において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５におけるｐｓ番地に現在格納されている基準位置座標Ｐｓｎとｓｐ番地に格納されている撮像ピッチＳｐとを読み出し、読み出した値の和を基準位置座標Ｐｓｎ＋１としてｐｓ番地に格納して更新する処理を行う。
【００８１】
次に、ＳＴＥＰ１０において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５のｓｈ番地に現在格納されている値（残り撮像枚数）を読み出し、この値から「１」を減算した値を改めてｓｈ番地に格納して更新する処理を行う。
【００８２】
次に、ＳＴＥＰ１１において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５におけるｓｐ番地に格納されている撮像ピッチＳｐとｌｐ番地に格納されているオフセットレンズ駆動ピッチＬｐとを読み出してコントロール部１９に送付する処理を行う。コントロール部１９のＣＰＵ２８は、これらの値を受け取ると、まず、焦準用モータ駆動部１４に指示を与え、焦準部のＺ方向の位置を撮像ピッチＳｐだけ観察試料Ｓに近づけるように駆動させる処理を行う。更に、ＣＰＵ２８は、オフセットレンズ群駆動部１５に指示を与え、オフセットレンズ群６がＬｐだけ図１の「Ｌ」方向に移動するようにオフセットレンズ群駆動用モータ１３を駆動させる処理を行う。以上の処理を終えたときには、ＳＴＥＰ４へ処理を戻して前述した処理が繰り返される。
【００８３】
以上の処理が図１の顕微鏡システムで行われることにより、対物レンズ２のＡＦ光での焦点距離を撮像ピッチＳｐずつ変化させる制御が行われる。更に、この制御と共に、その撮像ピッチＳｐずつ当該焦点距離を変化させる毎に、その焦点距離の下で、焦準部が対物レンズ２を移動させることで合焦信号生成部１８により合焦状態が検出されたときの光学像を撮像素子２１に撮像させる制御が行われる。その結果、観察試料Ｓが動的挙動を示す生体であっても、その挙動における同じ状態である観察部位を基準として、観察試料ＳのＺスタック像の撮像が可能になる。
【００８４】
次に図９について説明する。図９は、Ｚスタック像の取得動作のために、図１の顕微鏡システムで行われる制御処理の第二の例の処理内容をフローチャートで示したものである。
【００８５】
前述した第一の例では、Ｚスタック像の撮像動作を図１の顕微鏡システムに行わせる前に、観察試料Ｓにおける観察対象部位に対し、ユーザが手動によるピント合わせ操作を行うようにしていた。これに対し、これより説明する第二の例では、このユーザが初めに行っていたピント合わせを顕微鏡システム自らが行い（オートフォーカス動作）、その後続けてＺスタック像の取得動作を行うというものである。
【００８６】
図９に示した制御処理は、ユーザが、前述したＺスタック像の撮像枚数ｓｈ及び撮像ピッチＳｐを入力し、その後に観察開始スイッチを押下する操作を行うと開始される。撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、以上の操作がなされたことを、コントロール部１９を介して検出すると、まず、ＳＴＥＰ１の処理を行う。
【００８７】
ＳＴＥＰ１において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５の記憶領域に、撮像枚数ｓｈを格納するｓｈ番地と撮像ピッチＳｐを格納するｓｐ番地とを確保して、確保した記憶領域に、ユーザが入力したそれぞれの値を格納する処理を行う。
【００８８】
次に、ＳＴＥＰ２において、ＣＰＵ３３は、オフセットレンズ駆動ピッチＬｐを格納するｌｐ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保すると共に、オフセットレンズ駆動ピッチＬｐを取得して、得られた値を確保した記憶領域に格納する処理を行う。オフセットレンズ駆動ピッチＬｐの取得は、コントロール部１９から取得する対物レンズ２の倍率の情報と、ＲＯＭ３４に予め格納されている図６に例示したテーブルと、ユーザが入力した撮像ピッチＳｐとに基づき、前述したようにして行う。
【００８９】
次に、ＳＴＥＰ３において、ＣＰＵ３３は、前述したＥＦ値を格納するｅｆ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保すると共に、合焦信号処理部１７で算出されているＥＦ値を合焦信号生成部１８から逐次取得して、確保した記憶領域に格納する処理を開始させる。この処理と並行して、コントロール部１９のＣＰＵ２８は、合焦信号処理部１７で算出されているＥＦ値を合焦信号生成部１８から逐次取得し、このＥＦ値に基づいた追従駆動信号を焦準用モータ駆動部１４に送付する処理を行う。
【００９０】
次に、ＳＴＥＰ４において、焦準用モータ駆動部１４が、この追従駆動信号に基づき焦準用モータ１２ａを駆動させて、ＥＦ値をゼロ（０）とする（すなわち、観察試料Ｓの表面をＡＦ光での対物レンズ２のピント位置で合焦させる）ように焦準部を移動させる。以降、このように焦準部を移動させて観察試料Ｓの表面をＡＦ光での対物レンズ２のピント位置で合焦させる動作を、「追従動作」と称することとする。
【００９１】
次に、ＳＴＥＰ５において、追従動作がＯＫとなったか否か、すなわち、ＥＦ値がゼロ（０）となり、観察試料Ｓの表面がＡＦ光での対物レンズ２のピント位置で合焦したか否かを判定する処理を、ＣＰＵ２８が行う。ここで、追従動作がＯＫとなったと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳＴＥＰ６に処理を進める。一方、追従動作がＯＫとなっていないと判定したとき（判定結果Ｎｏのとき）にはＳＴＥＰ４へ処理を戻して、追従動作を更に行わせる。
【００９２】
ＳＴＥＰ６では、撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３が、図９の処理の開始後に、基準位置座標を取得したことがないか否かを判定する処理を行う。ここで、基準位置座標の取得経験はなく、今回が初回の取得であると判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳＴＥＰ７に処理を進める。一方、基準位置座標の取得経験が既にあるあると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳＴＥＰ８に処理を進める。
【００９３】
ＳＴＥＰ７では、ＣＰＵ３３は、基準位置座標を格納するｐｓ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保すると共に、このときに、照準部のＺ方向の位置を示す座標の情報をコントロール部１９から取得して、確保した記憶領域に格納する処理を行う。このＳＴＥＰ７でｐｓ番地に格納される座標は、図９の処理が開始されて最初に追従動作がＯＫとなったときのものであり、ここでは、この座標を、特に、「基準位置座標Ｐｓ０」として表現する。
【００９４】
なお、以降の説明では、ＲＡＭ３５のｐｓ番地に格納されている値を、「基準位置座標Ｐｓｎ」と称することとする。
次に、ＳＴＥＰ８では、ＣＰＵ３３は、まず、照準部の現在のＺ方向の位置を示す座標を格納するｐｔｅｍｐ番地をＲＡＭ３５の記憶領域に確保する処理を行う。そして、このときの照準部のＺ方向の位置を示す座標の情報をコントロール部１９から取得して、取得した情報で示されている現在位置の座標Ｐｔｅｍｐを、確保した記憶領域に格納する処理を行う。
【００９５】
次に、ＳＴＥＰ９では、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５のｐｓ番地に格納されている基準位置座標Ｐｓｎと、ＲＡＭ３５のｐｔｅｍｐ番地に格納されている現在位置の座標Ｐｔｅｍｐとを読み出す処理を行う。
【００９６】
次に、ＳＴＥＰ１０では、ＣＰＵ３３は、読み出した基準位置座標Ｐｓｎに、読み出した現在位置の座標Ｐｔｅｍｐが一致したか否かを判定する処理を行う。ここで、現在位置の座標Ｐｔｅｍｐが基準位置座標Ｐｓｎに一致したと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳＴＥＰ１１に処理を進める。一方、現在位置の座標Ｐｔｅｍｐが基準位置座標Ｐｓｎに一致していないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳＴＥＰ８へ処理を戻して、現在位置の座標Ｐｔｅｍｐの値を更新する処理を行う。そしてその上で、ＳＴＥＰ９及びＳＴＥＰ１０の処理を再度行う。なお、この処理の繰り返しにおいては、ＰｔｅｍｐがＰｓｎに一致するように焦準部のＺ方向の位置を移動させる制御処理をコントロール部１９のＣＰＵ２８が行う。
【００９７】
次に、ＳＴＥＰ１１において、ＣＰＵ３３は、撮像素子２１に対して撮像トリガを送付する処理を行う。撮像素子２１は、この撮像トリガを受け取ると、ＳＴＥＰ１２において、観察試料Ｓの撮像動作を実行する。
【００９８】
次に、ＳＴＥＰ１３において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５のｓｈ番地に現在格納されている値がゼロ（０）となり、撮像素子２１による観察試料Ｓの撮像枚数が、ユーザの入力した撮像枚数ｓｈに達したか否かを判定する処理を行う。ここで、ｓｈ番地の値がゼロとなり撮像素子２１による撮像枚数がｓｈに達したと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、この図９の制御処理を終了させる。一方、ｓｈ番地の値がゼロではなく撮像素子２１による撮像枚数がｓｈに達していないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、ＳＴＥＰ１４に処理を進める。
【００９９】
ＳＴＥＰ１４において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５におけるｐｓ番地に現在格納されている基準位置座標Ｐｓｎとｓｐ番地に格納されている撮像ピッチＳｐとを読み出し、読み出した値の和を基準位置座標Ｐｓｎ＋１としてｐｓ番地に格納して更新する処理を行う。
【０１００】
次に、ＳＴＥＰ１５において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５のｓｈ番地に現在格納されている値（残り撮像枚数）を読み出し、この値から「１」を減算した値を改めてｓｈ番地に格納して更新する処理を行う。
【０１０１】
次に、ＳＴＥＰ１６において、ＣＰＵ３３は、ＲＡＭ３５におけるｓｐ番地に格納されている撮像ピッチＳｐとｌｐ番地に格納されているオフセットレンズ駆動ピッチＬｐとを読み出してコントロール部１９に送付する処理を行う。コントロール部１９のＣＰＵ２８は、これらの値を受け取ると、まず、焦準用モータ駆動部１４に指示を与え、焦準部のＺ方向の位置を撮像ピッチＳｐだけ観察試料Ｓに近づけるように駆動させる処理を行う。更に、ＣＰＵ２８は、オフセットレンズ群駆動部１５に指示を与え、オフセットレンズ群６がＬｐだけ図１の「Ｌ」方向に移動するようにオフセットレンズ群駆動用モータ１３を駆動させる処理を行う。以上の処理を終えたときには、ＳＴＥＰ５へ処理を戻して前述した処理が繰り返される。
【０１０２】
以上の処理が図１の顕微鏡システムで行われることにより、対物レンズ２のＡＦ光での焦点距離を撮像ピッチＳｐずつ変化させる制御が行われる。更に、この制御と共に、その撮像ピッチＳｐずつ当該焦点距離を変化させる毎に、その焦点距離の下で、焦準部が対物レンズ２を移動させることで合焦信号生成部１８により合焦状態が検出されたときの光学像を撮像素子２１に撮像させる制御が行われる。その結果、観察試料Ｓが動的挙動を示す生体であっても、その挙動における同じ状態である観察部位を基準として、観察試料ＳにおけるＺスタック像の撮像が可能になる。
【０１０３】
以上のように、図１の顕微鏡システムによれば、生体のような動的挙動を示す観察試料であっても、基準となるポイントをオートフォーカス装置の利用により確実に補足し、その基準のポイントに対しＺ方向の異なる部位へピント合わせを行うことが可能である。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、Ｚスタック像の撮像動作のために、図１の顕微鏡システムにおいて行われる制御処理として、図８に示した第一の例と、図９に示した第二の例とのどちらか一方を選択して実行できるように構成してもよい。
【０１０５】
心臓の脈動等により、パルス様の急激な変位変化を繰り返す観察対象部位を図１の顕微鏡システムで観察する場合を考える。このような観察対象部位の変位変化の例を図１０に示す。
【０１０６】
図１０に例示した場合において、観察対象部位の変位変化が実線で示した程度であれば、図９に示した第二の例による制御処理を実行して、ユーザが手動によるピント合わせ操作を初めに行うことなく、Ｚスタック像の撮像動作を行わせることができる。ところが、観察対象部位の変位変化が破線で示したほどに大きい場合には、この破線のパルス様の変位を含む状態の範囲（図１０における範囲Ｐ）において図９に示した第二の例による制御処理を実行すると、前述した追従動作では、合焦が間に合わないことがある。そこで、このような場合には、図１の顕微鏡システムで実行させる制御処理を、図８に示した第一の例におけるものとし、ユーザが始めに行う手動によるピント合わせ操作を、変位変化が緩慢な状態の範囲（図１０における範囲Ｆ）において行うようにする。
【０１０７】
ここで図１１のフローチャートについて説明する。図１１は、Ｚスタック像の取得動作のために、図１の顕微鏡システムで行われる制御処理の第三の例であり、図８に示した第一の例と、図９に示した第二の例とのどちらか一方の制御処理を選択して実行するようにしたものである。
【０１０８】
図１１に示した制御処理は、ユーザが、前述したＺスタック像の撮像枚数ｓｈと撮像ピッチＳｐとを入力し、その後に観察開始スイッチを押下する操作を行うと開始される。撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、以上の操作がなされたことを、コントロール部１９を介して検出すると、まず、ＳＴＥＰ１の処理を行う。
【０１０９】
ＳＴＥＰ１において、撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、ユーザが操作部２０を操作して入力した、観察対象部位に対する追従可能性を示す情報を、コントロール部１９を介して取得する。そして、この情報が「追従可能」を示しているか否かを判定する処理を行う。ここで、この情報が「追従可能」を示していると判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳＴＥＰ２に処理を進める。一方、ここで、この情報が「追従不可能」を示していると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳＴＥＰ３に処理を進める。
【０１１０】
ＳＴＥＰ２では、図９に示した制御処理の第二の例を、図１の顕微鏡システムで実行し、その後はこの図１１の処理を終了する。
ＳＴＥＰ３では、ユーザが、変位変化が緩慢な状態の範囲（変位が比較的判定している範囲）で、観察対象部位に対する手動によるピント合わせ操作を前述したようにして行う。撮像トリガ生成部２４のＣＰＵ３３は、このピント合わせ操作の完了後にユーザが操作部２０を操作して入力した、ピント合わせ操作の完了を示す情報を、コントロール部１９を介して取得すると、ＳＴＥＰ４に処理を進める。
【０１１１】
ＳＴＥＰ４では、図８に示した制御処理の第二の例を、図１の顕微鏡システムで実行し、その後はこの図１１の処理を終了する。
以上の処理が図１の顕微鏡システムで行われることにより、Ｚスタック像の取得動作のために図１の顕微鏡システムで行われる制御処理として、図８に示した第一の例と、図９に示した第二の例とのどちらか一方を選択して実行することが可能になる。
【０１１２】
この他、前述した実施形態では、ＥＦ値がゼロ（０）であるときを合焦状態とみなして撮像トリガを撮像トリガ生成部２４が生成するようにしていた。この代わりに、ＥＦ値がゼロ近傍である所定の値であるときに撮像トリガを生成するようにしても、Ｚスタック像の撮像動作を同様に実現することができる。
【０１１３】
また、前述した実施形態では、ピント合わせのために対物レンズ２を駆動させるようにしていたが、この代わりに、ステージ１をＺ方向に駆動させるようにしても、Ｚスタック像の撮像動作を同様に実現することができる。
【０１１４】
また、前述した実施形態では、観察光についての対物レンズ２のピント位置と、ＡＦ光についての対物レンズ２のピント位置との位置関係を変化させるために、オフセットレンズ群６の位置を変化させるようにしていた。この代わりに、フォトダイオード１１により検出されるＡ領域信号とＢ領域信号とそれぞれ独立して増幅する増幅器を設け、これらの増幅度を信号毎に調整してＥＦ値を変化させることで、当該位置関係を変化させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明を実施する顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図２】コントロール部の構成を示す図である。
【図３】撮像トリガ生成部の構成を示す図である。
【図４】合焦信号の算出を説明する図である。
【図５】オフセットレンズ群の機能を説明する図である。
【図６】観察光とＡＦ光とでの対物レンズのピント位置のずれを所定量増減させるオフセットレンズ群の移動量と、対物レンズの倍率とを対応付けたテーブルの例を示す図である。
【図７】Ｚスタック像の撮像時における焦準部の動作を説明する図である。
【図８】制御処理の第一の例の処理内容をフローチャートで示した図である。
【図９】制御処理の第二の例の処理内容をフローチャートで示した図である。
【図１０】パルス様の急激な変位変化を繰り返す観察対象部位の変位変化の例を示す図である。
【図１１】制御処理の第三の例の処理内容をフローチャートで示した図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  ステージ
２  対物レンズ
３  基準光源
４  投光側ナイフエッジ
５  ＰＢＳ
６オフセットレンズ群
７  １／４波長板
８  ダイクロイックミラー
９  受光側ナイフエッジ
１０  集光レンズ
１１  フォトダイオード
１２ａ、１２ｂ  焦準用モータ
１３  オフセットレンズ群駆動用モータ
１４  焦準用モータ駆動部
１５  オフセットレンズ群駆動部
１６  光源駆動部
１７  合焦信号処理部
１８  合焦信号生成部
１９  コントロール部
２０  操作部
２１  撮像素子
２２  撮像信号処理部
２３  モニタ
２４  撮像トリガ生成部
２５  ハーフミラー
２６  コリメートレンズ
２７  照明用光源
２７ａ  結像レンズ
２８、３３  ＣＰＵ
２９、３４  ＲＯＭ
３０、３５  ＲＡＭ
３１、３６  Ｉ／Ｏポート
３２、３７  バス
Ｓ  観察試料
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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