(57)【要約】【課題】自動的に合焦調整を行う。【解決手段】位相差顕微鏡１０は照明光の照射面および透過面をともに平面状に形成した試料を観察する。位相差顕微鏡１０はステージ３４と制御部３０とを有する。ステージ３４は照明光の光路に沿ってコンデンサレンズおよび対物レンズの間において変位可能である。ステージ３４は試料を載置する。制御部３０は試料の光学像を像面において合焦させるようにステージ３４を光路に沿って変位させる。【選択図】図２
2014056193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光の照射面および透過面をともに平面状に形成した試料を観察する位相差顕微鏡であって、
前記照明光の光路に沿ってコンデンサレンズおよび対物レンズの間において変位可能であって、前記試料を載置するステージと、
前記試料の光学像を像面において合焦させるように、前記ステージを前記光路に沿って変位させる制御部とを備える
ことを特徴とする位相差顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の位相差顕微鏡であって、前記ステージを変位させる入力を検出する入力部を更に備え、前記制御部は前記入力部の検出に基づいて前記ステージを前記光路に沿って変位させることも可能であることを特徴とする位相差顕微鏡。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の位相差顕微鏡であって、コントラスト検出方式によって前記光学像を合焦させることを特徴とする位相差顕微鏡。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の位相差顕微鏡であって、位相差検出方式によって前記光学像を合焦させることを特徴とする位相差顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を自動的に合焦させる位相差顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の回折および干渉を利用して、生体細胞などの無色透明な標本を可視化して観察可能な位相差顕微鏡が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３３３２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相差顕微鏡による試料の観察では、光学像の合焦調整を観察者が手動で行う必要があり、合焦調整は煩雑で、その精度は観察者の熟練度に応じて変動する。
【０００５】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、自動的に合焦調整を行う位相差顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による位相差顕微鏡は、
照明光の照射面および透過面をともに平面状に形成した試料を観察する位相差顕微鏡であって、
前記照明光の光路に沿ってコンデンサレンズおよび対物レンズの間において変位可能であって、前記試料を載置するステージと、
前記試料の光学像を像面において合焦させるように、前記ステージを前記光路に沿って変位させる制御部とを備える
ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第２の観点による位相差顕微鏡は、
前記ステージを変位させる入力を検出する入力部を更に備え、前記制御部は前記入力部の検出に基づいて前記ステージを前記光路に沿って変位させることも可能である
ことが好ましい。
【０００８】
また、第３の観点による位相差顕微鏡は、
コントラスト検出方式によって前記光学像を合焦させる
ことが好ましい。
【０００９】
また、第４の観点による位相差顕微鏡は、
位相差検出方式によって前記光学像を合焦させる
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成された本発明に係る位相差顕微鏡によれば、自動的に合焦調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る位相差顕微鏡の側面図である。
【図２】図１に示す顕微鏡の構造を模式的に示す構成図である。
【図３】撮像画像および操作キーを含む、表示装置に表示される画面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、本発明の一実施形態に係る位相差顕微鏡について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置の外観図である。
【００１４】
位相差顕微鏡１０は、例えば皮膚から採取した角質等の細胞を試料とし、それを視覚的に拡大して観察する際に用いられる。位相差顕微鏡１０は、プラスチック等の樹脂材料や金属板等により形成される筐体１１に収容されて１つのユニットとして構成され、筐体１１ごと持ち運び可能である。
【００１５】
筐体１１の側面１２には試料差込口１３が設けられる。試料差込口１３にはプレパラート１４に構成された試料、すなわち照明光の照射面および透過面をともに平面状に形成した試料を差込み可能である。プレパラート１４が差込まれているとき、位相差顕微鏡１０は試料の像を拡大し、試料の拡大画像を表示装置１５に表示させる。
【００１６】
位相差顕微鏡１０は、図１に示すように、側面１２が鉛直方向に平行となり、試料差込口１３に差込まれたプレパラート１４が水平となる正規姿勢で用いられる。以下の説明においては、位相差顕微鏡１０が正規姿勢に維持されているものとする。
【００１７】
図２に示すように、位相差顕微鏡１０は、光源ユニット１６、第１のミラー１７、開口絞り１８、コンデンサレンズ１９、明視野用透過光源２０、暗視野用透過光源２１、ステージユニット２２、対物レンズ２３、暗視野用反射光源２４、位相板２５、第２のミラー２６、変倍機能を有する結像光学系２７、撮像素子２８、画像処理部２９、および制御部３０を含んで構成される。
【００１８】
光源ユニット１６は、光源３１および照明光学系３２を有する。光源ユニット１６は、位相差顕微鏡１０の上方において、照明光学系３２の光軸が水平になるように配置される。照明光学系３２は光源３１から出射される照明光を、プレパラート１４を均一に照明する光として出射する。すなわち、光源ユニット１６はケーラ照明として機能する。
【００１９】
第１のミラー１７は、平面ミラーであって、光源ユニット１６から出射する照明光の出射方向において、水平面に対して４５°傾斜する姿勢で固定される。第１のミラー１７は、光源ユニット１６から出射する照明光を鉛直下方に屈折させる。
【００２０】
開口絞り１８は、コンデンサレンズ１９の前側焦点位置に配置される。開口絞り１８は、例えばリング状の開口を有する。開口絞り１８は、照明光を絞り、鉛直下方に出射する。
【００２１】
コンデンサレンズ１９は、開口絞り１８の鉛直下方に配置される。コンデンサレンズ１９は、開口絞り１８を通過した照明光をプレパラート１４に集光するように出射する。
【００２２】
明視野用透過光源２０は、開口絞り１８およびコンデンサレンズ１９の間に設けられる。明視野用透過光源２０は、コンデンサレンズ１９を介してプレパラート１４に照射する照明光を出射する。
【００２３】
暗視野用透過光源２１は、コンデンサレンズ１９およびステージユニット２２の間に設けられる。暗視野用透過光源２１は、プレパラート１４に直接照射する照明光を出射する。
【００２４】
ステージユニット２２は、コンデンサレンズ１９から出射する照明光の光路状に設けられる。ステージユニット２２は、支持枠体３３、ステージ３４、およびステージ駆動機構３５を有する。
【００２５】
支持枠体３３は、筐体１１に固定される。支持枠体３３の側面には筐体１１の試料差込口１３に連なる開口３６が形成される。試料差込口１３から差込まれたプレパラート１４は、開口３６を通過してステージ３４上に載置される。
【００２６】
ステージ３４は、載置面がコンデンサレンズ１９の光軸と直交するように、支持枠体３３内で収容される。ステージ３４は、コンデンサレンズ１９の光軸に垂直な２方向（以下、Ｘ方向およびＹ方向と呼ぶ。）および光軸に沿った方向（以下、Ｚ方向と呼ぶ。）の３方向に変位可能に支持される。したがって、ステージ３４は、照明光の光路に沿った方向（Ｚ方向）に沿って変位可能である。
【００２７】
ステージ駆動機構３５は、制御部３０の指示に基づいて、ステージ３４をＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に変位させる。ステージ駆動機構３５がステージ３４を変位させることにより、ステージ３４に載置したプレパラート１４もステージ３４とともに変位する。
【００２８】
対物レンズ２３は、コンデンサレンズ１９と同軸であって、コンデンサレンズ１９との間にステージユニット２２を挟む位置に配置される。
【００２９】
暗視野用反射光源２４は、ステージユニット２２および対物レンズ２３の間に設けられる。暗視野用反射光源２４は、プレパラート１４に直接照射する照明光を出射する。
【００３０】
位相板２５は、対物レンズ２３の後側焦点位置に配置される。位相板２５は、開口絞り１８の開口と整合する形状の位相板であって、入射する光の位相を１／４波長ずらす。したがって、光源ユニット１６から照明光を発光させた場合に、試料を透過する直線光が位相板２５に集光するため直線光の位相が１／４波長ずらされ、試料を回折する回折光の殆どが位相板２５以外の領域を通過する。
【００３１】
第２のミラー２６は、対物レンズ２３の光軸上に配置される平面ミラーであって、第１のミラー１７に対して９０°傾斜する姿勢で固定される。第２のミラー２６は、試料の光学像を水平方向に屈折させる。
【００３２】
変倍機能を有する結像光学系２７は、第２のミラー２６による光学像の屈折方向に配置される。したがって、結像光学系２７の光軸は、照明光学系３２の光軸と平行である。結像光学系２７はチューブレンズを含む複数のレンズ３７を有し、各レンズ３７を連動させて光軸に沿って変位させることにより焦点距離を変化させる。結像光学系２７は対物レンズ２３と協働して、試料の光学像を所定の位置の像面に結像させる。また、結像光学系２７は対物レンズ２３と協働して、位相差顕微鏡１０の倍率を１２０倍から７００倍の範囲で変更することが可能である。
【００３３】
撮像素子２８は、所定の位置である像面と重なるように配置される。したがって、撮像素子２８は受光面が鉛直方向に平行となるように配置される。撮像素子２８は、例えばＣＣＤ撮像素子およびＣＭＯＳ撮像素子であり、受光面上に結像する光学像を撮像する。撮像素子２８は、光学像の撮像により画像信号として撮像画像を生成する。
【００３４】
通常、位相差顕微鏡に使用する対物レンズ２３は出射光が平衡となるアフォーカル光学系を採用し、出射側には位相板２５と位相差リング４５を備えている。そして結像光学系２７には、この位相差リング４５の存在が撮像素子２８の撮像面に結像される像に影響を与えないような設計を行っている。
【００３５】
一方、本発明の位相差顕微鏡１０における変倍機能を有する結像光学系２７は、対物レンズ２３との間に光軸を９０度曲げるためのミラー２６を配するために、この配置空間を確保しつつ、上述した位相差リング４５の影響を防止することが必要となるため、結像光学系２７の入射瞳位置４６を、反射ミラー２６に対して対物レンズ２３側に位置づけると共に、位相板２５の共役点４７を撮像素子２８よりも図中右側、つまり結像光学系２７の反対側に位置づけるように設計することが望ましい。
【００３６】
また、位相差顕微鏡１０の倍率は、対物レンズ２３の光学倍率と結像光学系２７の光学倍率との積で決まるが、本発明のように、撮像面に結像させ、それを表示装置１５に表示させる場合には、観察者が視認する倍率は、撮像素子２８の大きさや使用する表示装置１５の大きさとの総合的な関係で決まる。
【００３７】
それゆえ、本発明では例えば２０倍の対物レンズ２３を使用し、結像光学系２７の変倍率（ズーム比）を６倍程度とし光学倍率を３から２０倍に設計し、撮像素子２８として１／４インチのＣＣＤもしくはＣＭＯＳに取込んで１４インチのモニタに表示する場合には、２００倍から１４００倍程度の拡大率を確保することが可能となる。
【００３８】
画像処理部２９は、撮像素子２８から撮像画像を取得して、所定の画像処理を施す。画像処理部２９は、画像処理を施した撮像画像を表示装置１５に送信する。また、画像処理部２９は、取得した撮像画像から多様な情報を取得し、必要に応じて制御部３０に送信する。
【００３９】
制御部３０は、位相差顕微鏡１０を構成する各部位を制御する。例えば、制御部３０は、光源ユニット１６、明視野用透過光源２０、暗視野用透過光源２１、および暗視野用反射光源２４の発光および消灯の切替を制御する。また、制御部３０は、ステージ３４のＸ方向およびＹ方向への変位を制御する。さらに、制御部３０は、後述するように、試料の光学像を像面上に合焦させるように、ステージ３４のＺ方向への変位を制御する。
【００４０】
表示装置１５は、例えばディスプレイを有するタブレット端末であって、有線または無線で位相差顕微鏡１０と通信する。前述のように、表示装置１５は、画像処理部２９から送信される撮像画像をディスプレイに表示する。表示装置１５は、タッチパネルを有しており、位相差顕微鏡１０を制御するための多様な入力を検出する入力部として機能し得る。ただし、表示装置１５は、デスクトップ型およびノート型のコンピュータならびにキーボードなどの入力部の組合せによって構成されていてもよい。
【００４１】
表示装置１５は、図３に示すように、位相差顕微鏡１０から取得する撮像画像３８に加えて、位相差顕微鏡１０を操作する複数の操作キーを表示する。表示装置１５は、ユーザが操作キーに触れると、当該操作キーに応じた入力を検出し、制御部３０に送信する。操作キーは、例えばＸ方向位置調整キー３９、Ｙ方向位置調整キー４０、倍率選択キー４１、観察モード選択キー４２、オートフォーカスキー４３、および手動フォーカスキー４４を含む。
【００４２】
Ｘ方向位置調整キー３９は、当該キーへの入力を検出すると、ステージ３４をＸ方向に沿って変位させる。Ｙ方向位置調整キー４０は、当該キーへの入力を検出すると、ステージ３４をＹ方向に沿って変位させる。倍率選択キー４１では複数の倍率のいずれかを選択可能であり、いずれかのキーへの入力を検出すると、当該キーに対応する倍率となるように結像光学系２７を構成するレンズが変位される。観察モード選択キー４２では、位相差観察、明視野観察、および暗視野観察のいずれかを選択可能であり、選択した観察モードに応じて、用いる照明光が選択される。ユーザが位相差観察モードを選択したときには、光源ユニット１６のみが発光する。ユーザが明視野観察モードを選択したときには、明視野用透過光源２０のみが発光する。ユーザが暗視野観察モードを選択したときには、暗視野用透過光源２１および暗視野用反射光源２４のみが発光する。オートフォーカスキー４３は、当該キーへの入力を検出すると、後述するように、ステージ３４をＺ方向に沿って変位させ、試料の光学像の合焦調整が行われる。手動フォーカスキー４４は、当該キーへの入力を検出すると、ステージ３４をＺ方向に沿って単位変化量ずつ変位させ、手動による合焦調整を可能にする。
【００４３】
次に、位相差顕微鏡１０におけるオートフォーカス機能について説明する。前述のように、オートフォーカスキー４３への入力を検出すると、制御部３０はコントラスト検出方式によりオートフォーカス機能を実行する。まず、制御部３０は、撮像した画像のコントラスト値を画像処理部２９に算出させる。次に、制御部３０は、ステージ３４をＺ方向に沿って単位変位量だけ変位させるように、ステージ駆動機構３５を制御する。制御部３０は、ステージ３４の変位後に撮像した画像のコントラスト値を画像処理部２９に算出させる。制御部３０は、コントラスト値が最大となるまで、ステージ３４の変位およびコントラスト値の比較を繰返す。制御部３０は、コントラスト値が最大となる位置に、ステージ３４を配置させオートフォーカス機能を完了する。
【００４４】
以上のような構成の本実施形態の位相差顕微鏡によれば、プレパラート１４を載置するステージ３４を光軸に沿って変位させることによるオートフォーカス機能を実行可能である。なお、従来の位相差顕微鏡では、多様な試料の観察を目的として試料の大きさおよび形状が多様であるため、ステージの変位によりオートフォーカスを実行することは困難であった。一方、本実施形態では、観察する試料が照明光の照射面および透過面ともに平面状に形成した試料に限定されるので、ステージ３４の変位によるオートフォーカスが可能である。
【００４５】
また、本実施形態の位相差顕微鏡によれば、手動フォーカスキー４４への入力により、合焦調整が可能なので、オートフォーカス機能の実行後、ユーザが微調整を行うことも可能である。このような微調整により、画像全体的にボケが発生しても、被写体にとって所望の部位に対して光学像を合焦させることが可能である。
【００４６】
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００４７】
例えば、本実施形態において、オートフォーカスは、コントラスト検出方式に基づいて実行される構成であるが、例えば位相差検出方式のように他の方式に基づいてオートフォーカスを実行する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  位相差顕微鏡
１１  筐体
１２  側面
１３  試料差込口
１４  プレパラート
１５  表示装置
１６  光源ユニット
１７  第1のミラー
１８  開口絞り
１９  コンデンサレンズ
２０  明視野用透過光源
２１  暗視野用透過光源
２２  ステージユニット
２３  対物レンズ
２４  暗視野用反射光源
２５  位相板
２６  第２のミラー
２７  結像光学系
２８  撮像素子
２９  画像処理部
３０  制御部
３１  光源
３２  照明光学系
３３  支持枠体
３４  ステージ
３５  ステージ駆動機構
３６  開口
３７  レンズ
３８  撮像画像
３９  Ｘ方向位置調整キー
４０  Ｙ方向位置調整キー
４１  倍率選択キー
４２  観察モード選択キー
４３  オートフォーカスキー
４４  手動フォーカスキー
４５  位相差リング
４６  入射瞳位置
４７  共役点
【図１】
2014056193.tif 000003
【図２】
2014056193.tif 000004
【図３】
2014056193.tif 000005