(57)【要約】【課題】簡易な構成で自動的にピントを合わせることができる顕微鏡システムを提供すること。【解決手段】顕微鏡システムは、ステージと対物レンズとの間の距離を変更する駆動部と、ＡＦ検出光又は励起光を照射する光源部と、光を照射する範囲を変更する光照射範囲変更部と、ＡＦ検出光を観察試料に向けて反射するとともに、観察試料により反射されたＡＦ検出光を透過する第１のミラーユニットと、励起光を観察試料に向けて反射するとともに、観察体からの蛍光を透過する第２のミラーユニットと、第１のミラーユニット又は第２のミラーユニットを光軸上に配置するミラー配置部と、観察試料を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出部と、駆動部を制御することにより光強度が最も高い基準位置を検出し、該基準位置に基づいて、観察体と対物レンズとの間の距離を調整する制御部と、を備える。【選択図】図１
2019079049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料を載せるステージと、
前記観察体を観察可能とする対物レンズと、
前記ステージ又は前記対物レンズを光軸の方向に沿って駆動させて、前記ステージと前記対物レンズとの間の距離を変更する駆動部と、
特定の波長帯域のオートフォーカス検出光又は前記観察体を励起させる励起光のいずれか一方を選択的に前記観察試料に照射する光源部と、
前記観察試料に光を照射する範囲を変更する光照射範囲変更部と、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、
前記第１のミラーユニット又は前記第２のミラーユニットのいずれか一方を選択的に前記光軸上に配置するミラー配置部と、
前記観察試料を撮像する撮像部と、
前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出部と、
前記駆動部を制御することにより前記光強度が最も高い基準位置を検出し、該基準位置に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記光照射範囲変更部は、連続的に光を照射する範囲を変更可能な視野絞りであることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記光照射範囲変更部は、視野絞りと略共役な位置に挿脱可能に設けられた少なくとも１つの絞りであることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記駆動部を制御することにより、前記ステージ又は前記対物レンズを前記光軸の方向に沿って前記基準位置から所定の距離離れた補正位置に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像におけるコントラスト情報に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記対物レンズは、乾燥対物レンズであり、
前記基準位置は、前記透明部材と空気との界面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
前記対物レンズは、液浸対物レンズであり、
前記基準位置は、前記透明部材と前記観察体との界面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項８】
光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、特定の波長帯域のオートフォーカス検出光の少なくとも一部を、透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記観察体を励起させる励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、
を備える顕微鏡システムが行う観察方法であって、
前記観察試料に光を照射する範囲を第１の範囲に変更する第１光照射範囲変更ステップと、
前記第１のミラーユニットを前記光軸上に配置する第１ミラー切換ステップと、
前記観察試料に前記オートフォーカス検出光を照射する第１光照射ステップと、
前記オートフォーカス検出光を照射された前記観察試料を撮像する第１撮像ステップと、
前記第１撮像ステップで撮像された画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出ステップと、
前記観察試料を載せるステージ、又は前記観察体を観察可能とする対物レンズを前記光軸の方向に沿って駆動させて、前記光強度が最も高い基準位置を検出する検出ステップと、
前記基準位置に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する調整ステップと、
前記観察試料に光を照射する範囲を前記第１の範囲とは異なる第２の範囲に変更する第２光照射範囲変更ステップと、
前記第２のミラーユニットを前記光軸上に配置する第２ミラー切換ステップと、
前記観察試料に前記励起光を照射する第２光照射ステップと、
前記励起光を照射された前記観察試料を撮像する第２撮像ステップと、
を含むことを特徴とする観察方法。
【請求項９】
光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、特定の波長帯域のオートフォーカス検出光の少なくとも一部を、透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記観察体を励起させる励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、
を備える顕微鏡システムに実行させる観察プログラムであって、
前記観察試料に光を照射する範囲を第１の範囲に変更する第１光照射範囲変更ステップと、
前記第１のミラーユニットを前記光軸上に配置する第１ミラー切換ステップと、
前記観察試料に前記オートフォーカス検出光を照射する第１光照射ステップと、
前記オートフォーカス検出光を照射された前記観察試料を撮像する第１撮像ステップと、
前記第１撮像ステップで撮像された画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出ステップと、
前記観察試料を載せるステージ、又は前記観察体を観察可能とする対物レンズを前記光軸の方向に沿って駆動させて、前記光強度が最も高い基準位置を検出する検出ステップと、
前記基準位置に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する調整ステップと、
前記観察試料に光を照射する範囲を前記第１の範囲とは異なる第２の範囲に変更する第２光照射範囲変更ステップと、
前記第２のミラーユニットを前記光軸上に配置する第２ミラー切換ステップと、
前記観察試料に前記励起光を照射する第２光照射ステップと、
前記励起光を照射された前記観察試料を撮像する第２撮像ステップと、
を含むことを特徴とする観察プログラム。
【請求項１０】
透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料を載せるステージと、
前記観察体を観察可能とする対物レンズと、
前記ステージ又は前記対物レンズを光軸の方向に沿って駆動させて、前記ステージと前記対物レンズとの間の距離を変更する駆動部と、
特定の波長帯域のオートフォーカス検出光又は前記観察体を励起させる励起光のいずれか一方を選択的に前記観察試料に照射する光源部と、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を遮光する遮光部材と、
前記観察試料に光を照射する範囲を変更する光照射範囲変更部と、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、
前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、
前記第１のミラーユニット又は前記第２のミラーユニットのいずれか一方を選択的に前記光軸上に配置するミラー配置部と、
前記観察試料を撮像する撮像部と、
前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像内における輝度重心位置を算出し、前記輝度重心位置の基準位置からのずれの量及び方向に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項１１】
前記光照射範囲変更部は、連続的に光を照射する範囲を変更可能な視野絞りであることを特徴とする請求項１０に記載の顕微鏡システム。
【請求項１２】
前記光照射範囲変更部は、視野絞りと略共役な位置に挿脱可能に設けられた少なくとも１つの絞りであることを特徴とする請求項１０に記載の顕微鏡システム。
【請求項１３】
前記制御部は、前記駆動部を制御することにより、前記ステージ又は前記対物レンズを前記光軸の方向に沿って前記基準位置から所定の距離離れた補正位置に移動させることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項１４】
前記制御部は、前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像におけるコントラスト情報に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項１５】
前記対物レンズは、乾燥対物レンズであり、前記基準位置は、前記透明部材と空気との界面であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【請求項１６】
前記対物レンズは、液浸対物レンズであり、前記基準位置は、前記透明部材と前記観察体との界面であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察試料に対して自動的にピントを合わせることができる顕微鏡システム、観察方法、及び観察プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物分野における研究や工業分野における検査工程等において、微細な試料の観察像を生成し、静止画又は動画を表示又は記録することができる顕微鏡システムが幅広く利用されている。
【０００３】
顕微鏡システムを用いて試料を観察するには、観察試料に対して正確にピントを合わせることが必要となる。また、検査工程等において同様の観察を繰り返し行う場合には、検査時間を短縮するために、素早くピントを合わせることが求められる。
【０００４】
従来、顕微鏡システムにおいて、ピントを合わせる操作は、顕微鏡システムが備える焦準ハンドルを操作者が手動で操作することにより行われていた。具体的には、操作者は、操作ハンドルを手動で操作して、対物レンズの焦点の位置を観察試料に合わせる。しかしながら、ピントを合わせる操作は、操作者にある程度の習熟を要求する。特に、高倍の対物レンズのピントを合わせる場合には、焦点深度が浅く、かつ合焦範囲が狭いため、操作者がかなり習熟している必要がある。また、手動でピントを合わせる操作は、操作にある程度の時間を要するとともに、操作者に負担を与えるため、検査工程の効率を下げる原因となる。
【０００５】
このような課題を解決するため、自動的にピントを合わせることが可能な顕微鏡システムが提案されている。特許文献１には、自動的に焦点を検出する手段として２分割ディテクタを用いて、赤外光により自動的にピントを合わせることができる顕微鏡システムが開示されている。特許文献２には、自動的に焦点を検出する手段としてＰＳＤ（光位置センサ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等のエリアセンサを用いて、自動的にピントを合わせることができる顕微鏡システムが開示されている。
【０００６】
例えば、特許文献１に公開されている技術は、オリンパス株式会社からＩＸ３−ＺＤＣ２（https://www.olympus-lifescience.com/ja/microscopes/inverted/ix83/ix3-zdc2/#!）として商品化されている。この装置の外形寸法は、おおよそ幅２５０ｍｍ×奥行２５０ｍｍ×高さ６０ｍｍであり、質量は２ｋｇ程度である。
【０００７】
近年では、「小型オールインワン顕微鏡」や「ボックス型蛍光顕微鏡」と呼ばれる電動顕微鏡が普及してきており、これらの顕微鏡は、蛍光観察が可能であるものが多い（例えば、https://www.olympus-lifescience.com/ja/microscopes/inverted/fsx100/#!、又はhttps://www.keyence.co.jp/products/microscope/fluorescence-microscope/bz-x700/models/bz-x800/参照。）。これらの顕微鏡は、従来の多種多様なユーザーの要求に合わせて、顕微鏡フレーム、ステージ、光源、投光管、カメラなどの必要なユニットを柔軟に組み合わせて１台の顕微鏡を仕立てる顕微鏡システムに対して、組み合わせの柔軟性では劣るものの、多くのユーザーにとって必要な機能を備えており、かつコンパクトで使いやすいという魅力が市場において評価されている。また、従来用いられていた接眼レンズを有さず、カメラで撮像した画像をモニタに表示する機能も生物分野及び工業分野において一般的になりつつある。
【０００８】
このようなボックス型顕微鏡においては、装置がコンパクトであることが優先される傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２４９０２７号公報
【特許文献２】特開昭６２−１３１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１及び２に開示されている技術では、観察光学系とは別に、自動的に焦点を検出するための光源や光検出器等を設ける必要があるため、装置の大型化及びコストの増加を招いてしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で自動的にピントを合わせることができる顕微鏡システム、観察方法、及び観察プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料を載せるステージと、前記観察体を観察可能とする対物レンズと、前記ステージ又は前記対物レンズを光軸の方向に沿って駆動させて、前記ステージと前記対物レンズとの間の距離を変更する駆動部と、特定の波長帯域のオートフォーカス検出光又は前記観察体を励起させる励起光のいずれか一方を選択的に前記観察試料に照射する光源部と、前記観察試料に光を照射する範囲を変更する光照射範囲変更部と、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、前記第１のミラーユニット又は前記第２のミラーユニットのいずれか一方を選択的に前記光軸上に配置するミラー配置部と、前記観察試料を撮像する撮像部と、前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出部と、前記駆動部を制御することにより前記光強度が最も高い基準位置を検出し、該基準位置に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記光照射範囲変更部は、連続的に光を照射する範囲を変更可能な視野絞りであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記光照射範囲変更部は、視野絞りと略共役な位置に挿脱可能に設けられた少なくとも１つの絞りであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記駆動部を制御することにより、前記ステージ又は前記対物レンズを前記光軸の方向に沿って前記基準位置から所定の距離離れた補正位置に移動させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像におけるコントラスト情報に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記対物レンズは、乾燥対物レンズであり、前記基準位置は、前記透明部材と空気との界面であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記対物レンズは、液浸対物レンズであり、前記基準位置は、前記透明部材と前記観察体との界面であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る観察方法は、光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、特定の波長帯域のオートフォーカス検出光の少なくとも一部を、透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記観察体を励起させる励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、を備える顕微鏡システムが行う観察方法であって、前記観察試料に光を照射する範囲を第１の範囲に変更する第１光照射範囲変更ステップと、前記第１のミラーユニットを前記光軸上に配置する第１ミラー切換ステップと、前記観察試料に前記オートフォーカス検出光を照射する第１光照射ステップと、前記オートフォーカス検出光を照射された前記観察試料を撮像する第１撮像ステップと、前記第１撮像ステップで撮像された画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出ステップと、前記観察試料を載せるステージ、又は前記観察体を観察可能とする対物レンズを前記光軸の方向に沿って駆動させて、前記光強度が最も高い基準位置を検出する検出ステップと、前記基準位置に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する調整ステップと、前記観察試料に光を照射する範囲を前記第１の範囲とは異なる第２の範囲に変更する第２光照射範囲変更ステップと、前記第２のミラーユニットを前記光軸上に配置する第２ミラー切換ステップと、前記観察試料に前記励起光を照射する第２光照射ステップと、前記励起光を照射された前記観察試料を撮像する第２撮像ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る観察プログラムは、光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、特定の波長帯域のオートフォーカス検出光の少なくとも一部を、透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記観察体を励起させる励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、を備える顕微鏡システムに実行させる観察プログラムであって、前記観察試料に光を照射する範囲を第１の範囲に変更する第１光照射範囲変更ステップと、前記第１のミラーユニットを前記光軸上に配置する第１ミラー切換ステップと、前記観察試料に前記オートフォーカス検出光を照射する第１光照射ステップと、前記オートフォーカス検出光を照射された前記観察試料を撮像する第１撮像ステップと、前記第１撮像ステップで撮像された画像における所定の領域の光強度を算出する光強度算出ステップと、前記観察試料を載せるステージ、又は前記観察体を観察可能とする対物レンズを前記光軸の方向に沿って駆動させて、前記光強度が最も高い基準位置を検出する検出ステップと、前記基準位置に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する調整ステップと、前記観察試料に光を照射する範囲を前記第１の範囲とは異なる第２の範囲に変更する第２光照射範囲変更ステップと、前記第２のミラーユニットを前記光軸上に配置する第２ミラー切換ステップと、前記観察試料に前記励起光を照射する第２光照射ステップと、前記励起光を照射された前記観察試料を撮像する第２撮像ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、透明部材と前記透明部材に載置された観察体とを含む観察試料を載せるステージと、前記観察体を観察可能とする対物レンズと、前記ステージ又は前記対物レンズを光軸の方向に沿って駆動させて、前記ステージと前記対物レンズとの間の距離を変更する駆動部と、特定の波長帯域のオートフォーカス検出光又は前記観察体を励起させる励起光のいずれか一方を選択的に前記観察試料に照射する光源部と、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を遮光する遮光部材と、前記観察試料に光を照射する範囲を変更する光照射範囲変更部と、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察試料により反射された前記オートフォーカス検出光の少なくとも一部を透過する第１のミラーユニットと、前記光軸上に挿抜可能であり、前記光軸上に配置された場合に、前記光源部が照射した前記励起光の少なくとも一部を前記観察試料に向けて反射するとともに、前記観察体からの蛍光の少なくとも一部を透過する第２のミラーユニットと、前記第１のミラーユニット又は前記第２のミラーユニットのいずれか一方を選択的に前記光軸上に配置するミラー配置部と、前記観察試料を撮像する撮像部と、前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像内における輝度重心位置を算出し、前記輝度重心位置の基準位置からのずれの量及び方向に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記光照射範囲変更部は、連続的に光を照射する範囲を変更可能な視野絞りであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記光照射範囲変更部は、視野絞りと略共役な位置に挿脱可能に設けられた少なくとも１つの絞りであることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記駆動部を制御することにより、前記ステージ又は前記対物レンズを前記光軸の方向に沿って前記基準位置から所定の距離離れた補正位置に移動させることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記撮像部が前記観察試料を撮像した画像におけるコントラスト情報に基づいて、前記観察体と前記対物レンズとの間の前記光軸に沿った方向の距離を調整することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記対物レンズは、乾燥対物レンズであり、前記基準位置は、前記透明部材と空気との界面であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、前記対物レンズは、液浸対物レンズであり、前記基準位置は、前記透明部材と前記観察体との界面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、簡易な構成で自動的にピントを合わせることができる顕微鏡システム、観察方法、及び観察プログラムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すコントロール部の構成を表すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムが実行する処理の概要を示すフローチャートである。
【図４】図４は、画像内に所定の領域を設定する様子を表す図である。
【図５】図５は、乾燥対物レンズを用いる場合の光強度とステージの位置との関係を表す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る顕微鏡システムが実行する処理の概要を示すフローチャートである。
【図７】図７は、画像内に所定の領域を設定する様子を表す図である。
【図８】図８は、画像内に所定の領域を設定する様子を表す図である。
【図９】図９は、各設定における正規化されたＩＺカーブを表す図である。
【図１０】図１０は、液浸対物レンズを用いる場合の光強度とステージの位置との関係を表す図である。
【図１１】図１１は、絞りを透過した光の形状の一例を表す図である。
【図１２】図１２は、絞りを透過した光の形状の一例を表す図である。
【図１３】図１３は、絞りを透過した光の形状の一例を表す図である。
【図１４】図１４は、絞りを透過した光の形状の一例を表す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムの全体構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムが実行する処理の概要を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、画像内における輝度分布とステージの位置との関係を表す図である。
【図１８】図１８は、ステージの位置に対する輝度重心位置の変化を示すグラフである。
【図１９】図１９は、瞳分割絞りの径の大きさと輝度重心位置との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、図面を参照して本発明に係る顕微鏡システム、観察方法、及び観察プログラムの実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、顕微鏡システム、観察方法、及び観察プログラム一般に適用することができる。
【００３１】
また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムの全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る顕微鏡システム１００は、一般的な落射蛍光顕微鏡と同様の光学系及び光学素子を備える。具体的には、顕微鏡システム１００は、透明部材１と透明部材１に載置された観察体Ｏとを含む観察試料Ｓを載せるステージ２と、観察体Ｏを観察可能とする対物レンズ３と、焦準用モータ駆動部４とモータＭ１とを有し、ステージ２を光軸Ｌの方向に沿って駆動させて、ステージ２と対物レンズ３との間の距離を変更する焦準用駆動部５と、複数の対物レンズ３を保持するレボルバ６と、レボルバ用モータ駆動部７とモータＭ２とを有し、複数の対物レンズ３のうちのいずれか１つを選択的に光軸Ｌ上に配置するレボルバ用駆動部８と、特定の波長帯域のオートフォーカス（以下において、ＡＦともいう）検出光又は観察体Ｏを励起させる励起光のいずれか一方を選択的に観察試料Ｓに照射する光源部９と、光源部９を制御する光源駆動部１０と、観察試料Ｓに光を照射する範囲を変更する光照射範囲変更部としての視野絞り１１と、視野絞り１１の略中心に光を集光するコレクタレンズ１２と、視野絞り１１を通過した光を略平行光にするリレー光学系１３と、ハーフミラー１４を有する第１のミラーユニットと、ダイクロイックミラー１５を有する第２のミラーユニットと、第１のミラーユニット及び第２のミラーユニットを保持するミラー保持部１６と、第１のミラーユニット又は第２のミラーユニットのいずれか一方を選択的に光軸Ｌ上に配置するミラー配置部１７と、観察試料Ｓを撮像する撮像部１８と、撮像部１８の撮像面に光を集光する結像レンズ１９と、焦準用モータ駆動部４、レボルバ用モータ駆動部７、光源駆動部１０等を制御するコントロール部２０と、を備える。
【００３３】
顕微鏡システム１００には、顕微鏡システム１００が撮像した観察像に画像処理を施すとともに、各構成部を統括的に制御する制御装置２１が接続されている。制御装置２１には、操作者による操作入力を受け付ける入力装置２２と、観察像を表示する表示装置２３とが接続されている。
【００３４】
透明部材１は、例えば、底面がカバーガラスとなっているガラスボトムディッシュであるが、一般的なディッシュ、ウェルプレート等の底面がガラス又はプラスチック等の透明な部材からなる容器であればよい。透明部材１に載置されている観察体Ｏは、主に生体試料等である。観察体Ｏは、培養液Ｆに浸けられた状態であってもよい。
【００３５】
ステージ２には、光源部９からの光を透過させる貫通孔が空けられている。ステージ２は、焦準用駆動部５により光軸Ｌに沿って移動する。その結果、ステージ２の対物レンズ３に対する位置Ｚが変化する。
【００３６】
対物レンズ３は、ステージ２の下方に配置されており、光源部９からの光を観察試料Ｓに集光する一方、観察試料Ｓで反射した反射光を集光して観察試料Ｓの観察像を結像する。対物レンズ３は、例えば１倍、２倍、４倍の低倍、又は１０倍、２０倍、４０倍の高倍等の複数のものが着脱自在に設けられている。また、対物レンズ３は、乾燥対物レンズであるが、液浸対物レンズであってもよい。
【００３７】
焦準用モータ駆動部４は、コントロール部２０の制御に基づいて、モータＭ１を駆動させる。
【００３８】
レボルバ６は、互いに倍率が異なる複数の対物レンズ３のうちのいずれか１つを選択的に光軸Ｌ上に配置する。レボルバ６は、レボルバ用駆動部８により光軸Ｌ上に配置する対物レンズ３を切り換える。
【００３９】
レボルバ用モータ駆動部７は、コントロール部２０の制御に基づいて、モータＭ２を駆動させる。
【００４０】
光源部９は、互いに波長帯域が異なるＡＦ検出光と励起光とのいずれか一方を選択的に観察試料Ｓに照射する。光源部９は、例えば水銀ランプである。ＡＦ検出光の波長は、例えば可視波長域であり、観察体Ｏが褪色しない波長を選択することが好ましい。また、光源部９は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源であってもよい。光源部９がＬＥＤ光源である場合、光源部９は、互いに波長が異なる複数のＬＥＤ光源を有する、又は蛍光体に光を照射することにより広帯域な波長の光を照射可能とされている。なお、落射蛍光観察用の光源として複数のＬＥＤ光源を有する場合、観察体Ｏの退色が発生しない波長帯のＬＥＤ光源をＡＦ検出光用の光源として用いてもよい。この場合には、ＡＦ用に新たに光源を追加する必要がない。
【００４１】
視野絞り１１は、例えば複数の羽根部材（不図示）によって構成されている虹彩絞りであり、絞り開閉機構（不図示）と一体として構成されている。絞り開閉機構には、モータＭ３が接続されており、コントロール部２０による制御に基づいて、視野絞り１１を開閉制御する。従って、視野絞り１１は、連続的に光を照射する範囲を変更可能である。具体的には、絞り開閉機構は、コントロール部２０による制御に基づいて、ＡＦ検出光が観察試料Ｓに照射される範囲を第１の範囲に、励起光が観察試料Ｓに照射される範囲を第２の範囲に、それぞれ変更する。
【００４２】
第１のミラーユニットは、ハーフミラー１４及び励起光を遮蔽するとともにＡＦ検出光を透過するバンドパスフィルタ（不図示）を有する。ハーフミラー１４は、光軸Ｌ上に挿抜可能であり、光軸Ｌ上に配置された場合に、光源部９が照射したＡＦ検出光を観察試料Ｓに向けて反射するとともに、観察試料Ｓにより反射されたＡＦ検出光を透過する。ハーフミラー１４は、例えば入射光の５０％を透過し、５０％を反射するハーフミラーであり、光源部９が照射したＡＦ検出光の５０％を観察試料Ｓに向けて反射するとともに、観察試料Ｓにより反射されたＡＦ検出光の５０％を透過する。なお、ハーフミラー１４を光軸Ｌ上に挿抜する動作は、モータＭ４により自動的に行われてもよいが、手動で行われてもよい。
【００４３】
第２のミラーユニットは、ダイクロイックミラー１５及び励起光のみ選択的に透過する励起フィルタ（不図示）、蛍光を透過し励起光を吸収する吸収フィルタ（不図示）等を有する。ダイクロイックミラー１５は、光軸Ｌ上に挿抜可能であり、光軸Ｌ上に配置された場合に、光源部９が照射した励起光を観察試料Ｓに向けて反射するとともに、観察体Ｏからの蛍光を透過する。ただし、ダイクロイックミラー１５は、光軸Ｌ上に配置された場合に、光源部９が照射した励起光の少なくとも一部を観察試料Ｓに向けて反射するとともに、観察体Ｏからの蛍光の少なくとも一部を透過可能であればよい。なお、ダイクロイックミラー１５を光軸Ｌ上に挿抜する動作は、モータＭ４により自動的に行われてもよいが、手動で行われてもよい。また、第２のミラーユニットとして、所定の励起波長、蛍光波長に対応できるように複数のミラーユニットが、ターレット式に設けられていてもよい。
【００４４】
モータＭ４は、コントロール部２０による制御に基づいて、ミラー保持部１６を駆動させることにより、第１のミラーユニット又は第２のミラーユニットのいずれか一方を選択的に光軸Ｌ上に配置する。
【００４５】
撮像部１８は、結像レンズ１９によって結像された観察像を受光して光電変換を行うことによって、観察試料Ｓの画像データを生成し、この画像データをコントロール部２０に出力する。撮像部１８は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いて構成される。
【００４６】
コントロール部２０は、顕微鏡システム１００を構成する各部に対応する指示やデータの転送等を行って顕微鏡システム１００の動作を統括的に制御する。
【００４７】
図２は、図１に示すコントロール部の構成を表すブロック図である。図２に示すように、コントロール部２０は、光強度算出部２０ａと、記憶部２０ｂと、送受信部２０ｃと、制御部２０ｄと、を有する。
【００４８】
光強度算出部２０ａは、撮像部１８が観察試料Ｓを撮像した画像における所定の領域の光強度を算出する。光強度算出部２０ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等を用いて構成される。
【００４９】
記憶部２０ｂは、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて構成される。記憶部２０ｂは、制御装置２１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記録する。また、記憶部２０ｂは、撮像部１８が撮像した画像を記憶する。
【００５０】
送受信部２０ｃは、制御部２０ｄによる制御のもと、顕微鏡システム１００の各構成部や制御装置２１と信号の送受信を行う。
【００５１】
制御部２０ｄは、ＣＰＵ等を用いて構成され、顕微鏡システム１００の各構成部を統括的に制御する。また、制御部２０ｄは、焦準用駆動部５を制御することにより光強度が最も高い基準位置を検出し、該基準位置に基づいて、観察体Ｏと対物レンズ３との間の光軸Ｌに沿った方向の距離を調整する。制御部２０ｄは、光強度算出部２０ａと共通のＣＰＵ等を用いて構成されていてもよい。
【００５２】
制御装置２１は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の装置に、外部インタフェースを介して汎用のデジタルカメラを組み合わせることにより構成することができる。制御装置２１は、顕微鏡システム１００、入力装置２２、及び表示装置２３を統括的に制御する。
【００５３】
入力装置２２は、各種操作の入力を受け付け、受け付けた操作を制御装置２１へ出力する。入力装置２２は、マウス、キーボード、ボタン、スイッチ及びタッチパネル等を用いて構成される。
【００５４】
表示装置２３は、制御装置２１による制御のもと、制御装置２１において処理された映像信号に基づく観察画像や顕微鏡システム１００に関する各種情報を表示する。表示装置２３は、液晶又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等を用いて構成される。
【００５５】
次に、顕微鏡システム１００が自動的にピントを合わせる動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムが実行する処理の概要を示すフローチャートである。図３に示すように、視野絞り１１が、光が観察試料Ｓに照射される範囲を第１の範囲に変更する。具体的には、焦準用駆動部５が、制御部２０ｄによる制御に基づいて、虹彩絞りである視野絞り１１の絞り径をＡＦ用に調整する（ステップＳ１：第１光照射範囲変更ステップ）。
【００５６】
続いて、ミラー配置部１７が、第１のミラーユニットを光軸Ｌ上に配置する。具体的には、ミラー配置部１７のモータＭ４が、制御部２０ｄによる制御に基づいて、ミラー保持部１６を駆動させることにより、ＡＦ用の第１のミラーユニットを光軸Ｌ上に配置する（ステップＳ２：第１ミラー切換ステップ）。
【００５７】
その後、光源部９が、光源駆動部１０による制御に基づいて、観察試料ＳにＡＦ検出光を照射する（ステップＳ３：第１光照射ステップ）。光源部９から照射されたＡＦ検出光は、コレクタレンズ１２により集光されて一部が視野絞り１１を通過し、リレー光学系１３、ハーフミラー１４、及び対物レンズ３を介して観察試料Ｓに照射される。
【００５８】
そして、撮像部１８が、観察試料Ｓを撮像する（ステップＳ４：第１撮像ステップ）。具体的には、撮像部１８は、観察試料Ｓで反射されて対物レンズ３及びハーフミラー１４を介して結像レンズ１９により撮像部１８の撮像面に結像したＡＦ検出光を光電変換して画像を取得する。撮像部１８が撮像した画像は適宜記憶部２０ｂに記憶される。
【００５９】
さらに、光強度算出部２０ａが、撮像部１８が観察試料Ｓを撮像した画像における所定の領域の光強度Ｉを算出する（ステップＳ５：光強度算出ステップ）。図４は、画像内に所定の領域を設定する様子を表す図である。図４に示すように、ＡＦ検出光は、視野絞り１１により絞られ、ごく一部の領域Ａ１のみに照射されている。そして、光強度算出部２０ａは、領域Ａ１の略中央に所定の領域Ｂ１を設定する。光強度算出部２０ａは、この領域Ｂ１の光強度を算出する。
【００６０】
続いて、焦準用駆動部５が、制御部２０ｄによる制御に基づいて、ステージ２を光軸Ｌに沿ってＺ方向に所定量移動させる（ステップＳ６）。
【００６１】
そして、制御部２０ｄは、ステージ２が光強度Ｉのピークとなる位置（以下において、基準位置という）に移動したか否かを判定する（ステップＳ７）。図５は、乾燥対物レンズを用いる場合の光強度とステージの位置との関係を表す図である。図５に示したＩＺカーブにおいて、横軸はステージ２の対物レンズ３に対する位置Ｚを表し、縦軸は光強度Ｉを表す。対物レンズ３が乾燥対物レンズである場合、光強度Ｉは、透明部材１の底面に焦点が合っている場合に最大となる。これは、透明部材１と空気との界面で屈折率の差が最も大きく、反射光の光強度が強くなるためである。
【００６２】
制御部２０ｄが、ステージ２が基準位置に移動していないと判定した場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ３〜Ｓ６の処理が繰り返される。
【００６３】
一方、制御部２０ｄが、ステージ２が基準位置に移動したと判定した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、次のステップへ進む。すなわち、制御部２０ｄは、焦準用駆動部５を制御することにより、基準位置を検出する（検出ステップ）。上述したように、制御部２０ｄは、光強度Ｉを複数の位置Ｚでサンプリングしながら、予め記憶されているピーク値の光強度Ｉと算出した光強度Ｉとを比較して、光強度Ｉが最大となる基準位置を検出する。また、制御部２０ｄは、公知の種々の方法によって、基準位置を検出してもよい。例えば、制御部２０ｄは、所定の範囲内でステージ２の位置Ｚを微少量ずつ動かしながら光強度Ｉが最大となる基準位置を検出してもよい。
【００６４】
その後、制御部２０ｄが、検出した基準位置に基づいて、観察体Ｏと対物レンズ３との間の光軸Ｌに沿った方向の距離を調整する（ステップＳ８：調整ステップ）。図５に示すように、基準位置では、透明部材１の底面に対物レンズ３のピントが合っている。そのため、基準位置では、透明部材１の厚さ分の誤差はあるものの、観察体Ｏに対して略ピントが合っている。その後、操作者は、操作ハンドルを操作することにより、透明部材１の厚さ分の誤差を微調整して補正する必要があるが、略ピントが合っているので操作者の負担は大幅に軽減される。
【００６５】
ただし、制御部２０ｄは、焦準用駆動部５を制御することにより、光軸Ｌの方向に沿ってステージ２を基準位置から所定の距離離れた補正位置に移動させることにより、観察体Ｏと対物レンズ３との間の光軸Ｌに沿った方向の距離を調整してもよい。具体的には、制御部２０ｄは、ステージ２を基準位置から図５の下方に透明部材１の厚さの分だけ移動させ、対物レンズ３の焦点を観察体Ｏに合わせてもよい。
【００６６】
その後、視野絞り１１が、光が観察試料Ｓに照射される範囲を第２の範囲に変更する。具体的には、焦準用駆動部５が、制御部２０ｄによる制御に基づいて、虹彩絞りである視野絞り１１の絞り径を観察用に調整される（ステップＳ９：第２光照射範囲変更ステップ）。
【００６７】
続いて、ミラー配置部１７が、第２のミラーユニットを光軸Ｌ上に配置する。具体的には、ミラー配置部１７のモータＭ４が、制御部２０ｄによる制御に基づいて、ミラー保持部１６を駆動させることにより、観察用の第２のミラーユニットを光軸Ｌ上に配置する（ステップＳ１０：第２ミラー切換ステップ）。
【００６８】
続いて、光源部９が、観察試料Ｓに蛍光観察用の励起光を照射する（ステップＳ１１：第２光照射ステップ）。光源部９から照射された励起光は、コレクタレンズ１２により集光されて一部が視野絞り１１を通過し、リレー光学系１３、ダイクロイックミラー１５、及び対物レンズ３を介して観察試料Ｓに照射される。
【００６９】
そして、撮像部１８が、励起光を照射された観察試料Ｓを撮像する（ステップＳ１２：第２撮像ステップ）。具体的には、撮像部１８は、観察試料Ｓで反射されて対物レンズ３及びダイクロイックミラー１５を介して結像レンズ１９により撮像部１８の撮像面に結像したＡＦ検出光を光電変換して画像を取得する。
【００７０】
以上のステップで顕微鏡システム１００が自動的にピントを合わせる動作が終了する。その後、操作者は、ピントが合った状態で蛍光観察を開始することが可能となる。
【００７１】
この顕微鏡システム１００によれば、自動的にピントを合わせることができるだけでなく、光源部９及び撮像部１８をＡＦ及び蛍光観察で共用しているため、新たに追加している構成が少なく、装置の大型化及びコストの増加を招くことがない。特に、上述したボックス型蛍光顕微鏡においては、蛍光観察に用いる構成をＡＦで共用することにより、装置の大型化及びコストの増加を招くことがないという効果が顕著となる。
【００７２】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る顕微鏡システム１００は、実施の形態１と同一の構成であり、顕微鏡システム１００における処理のみが異なる。図６は、本発明の実施の形態２に係る顕微鏡システムが実行する処理の概要を示すフローチャートである。図６に示すように、ステップＳ１２までは実施の形態１と同様の処理が行われる。
【００７３】
その後、制御部２０ｄは、ステージ２が撮像した画像のコントラストのピークとなる位置に移動したか否かを判定する（ステップＳ２１）。制御部２０ｄが、コントラストがピークとなる位置に移動していないと判定した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、制御部２０ｄは、焦準用駆動部５を制御して、ステージ２を光軸Ｌに沿ってＺ方向に所定量移動させる（ステップＳ２２）。
【００７４】
一方、制御部２０ｄが、撮像した画像のコントラストがピークとなる位置に移動したと判定した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、一連の動作が終了する。
【００７５】
このように、制御部２０ｄは、撮像部１８が観察試料Ｓを撮像した画像におけるコントラスト情報に基づいて、観察体Ｏと対物レンズ３との間の光軸Ｌに沿った方向の距離を調整してもよい。換言すると、顕微鏡システム１００は、ステップＳ１〜Ｓ７の光強度を用いたアクティブＡＦを行う機能に加えて、ステップＳ９〜Ｓ１２の画像のコントラストを用いたパッシブＡＦを行う機能を有していてもよい。この場合、顕微鏡システム１００は、より正確にピントを合わせることができる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態では、図４に示すように、視野絞り１１により絞られた領域Ａ１における領域Ｂ１の光強度Ｉを算出する構成を説明したがこれに限られない。図７及び図８は、画像内に所定の領域を設定する様子を表す図である。図７に示すように、領域Ａ１を内包するような、より広範な領域Ｂ２の光強度Ｉを算出してもよい。また、図８に示すように、視野絞り１１により絞る径を大きくして、より広範な領域Ａ２にＡＦ検出光を照射してもよい。この場合においても、領域Ａ２の微少な領域Ｂ１の光強度Ｉを算出してもよく、領域Ａ２のより広範な領域Ｂ２の光強度Ｉを算出してもよい。
【００７７】
図９は、各設定における正規化されたＩＺカーブを表す図である。図９において、ＡＦ検出光を領域Ａ１に照射した場合の領域Ｂ１における光強度が曲線Ｌ１、ＡＦ検出光を領域Ａ１に照射した場合の領域Ｂ２における光強度が曲線Ｌ２、ＡＦ検出光を領域Ａ２に照射した場合の領域Ｂ１における光強度が曲線Ｌ３、ＡＦ検出光を領域Ａ２に照射した場合の領域Ｂ２における光強度が曲線Ｌ４である。ピーク値の絶対値は、それぞれの設定で異なるが、図９では、ピーク値が重なるように正規化している。図９からわかるように、視野絞り１１によりＡＦ検出光を照射する面積を小さくするほど、ピークが急峻になる。さらに、光強度Ｉを算出する面積が小さいほどピークが急峻になる。このように、視野絞り１１によって絞る量と光強度Ｉを算出する面積との設定を変更することにより、ＡＦの感度を変更することができる。従って、曲線Ｌ４の設定でピントを粗調し、曲線Ｌ１の設定でピントを精密に合わせる構成にしてもよい。この構成により、先に粗調を行うことで、ピントを自動調整する時間を短縮することができる。さらに、図示しない開口絞りの径を変化させることによっても、ピークの急峻さをコントロールすることができる。なお、開口絞りの径を小さくするほど、ピークの立ち上がりが緩やかになる。
【００７８】
また、上述した実施の形態では、光強度Ｉを算出する領域を矩形の領域として説明したがこれに限られない。例えば、光強度Ｉを算出する領域は、円形であってもよい。
【００７９】
また、上述した実施の形態では、対物レンズ３は、乾燥対物レンズであるものとして説明したが、液浸対物レンズであってもよい。ただし、液浸対物レンズを用いる場合、基準位置が上述した位置と異なる。図１０は、液浸対物レンズを用いる場合の光強度とステージの位置との関係を表す図である。図１０に示したＩＺカーブにおいて、図５と同様に、横軸はステージ２の対物レンズ３に対する位置Ｚを表し、縦軸は光強度Ｉを表す。図１０に示すように、対物レンズ３が液浸対物レンズである場合、光強度Ｉは、透明部材１と観察体Ｏとの界面に焦点が合っている場合に最大となる。これは、液浸の場合、透明部材１と観察体Ｏとの界面で屈折率の差が最も大きく、反射光の光強度が強くなるためである。なお、観察体Ｏが生体試料である場合、屈折率は略水と等しい。
【００８０】
また、上述した実施の形態では、視野絞り１１は、虹彩絞りであるとして説明したが、これに限られない。光照射範囲変更部は、視野絞りと略共役な位置に挿脱可能に設けられた少なくとも１つの絞りであってもよい。具体的には、ＡＦを行う場合には、観察光学系の視野絞りと別の固定径の絞りを、観察光学系の視野絞りと略共役な位置に挿入すればよい。さらに、光照射範囲変更部として設けられた絞りの形状は、特に限定されない。図１１〜１４は、絞りを透過した光の形状の一例を表す図である。絞りの形状は、図１１に示すような円形であってよいが、図１２に示すような矩形や、図１３に示すようなライン状であってもよい。さらには、図１４に示すような複数の開口があいた任意の形状であってもよく、ＩＺカーブが得られる形状であればよい。すなわち、絞りの形状は、光強度を算出する領域に対して、光強度の変化が現れる形状であればよい。
【００８１】
また、上述した実施の形態では、制御部２０ｄが、焦準用駆動部５を制御することにより、ステージ２を光軸Ｌに沿って移動させる構成を説明したがこれに限られない。制御部２０ｄは、焦準用駆動部５を制御することにより、対物レンズ３を光軸Ｌに沿って移動させることにより、観察体Ｏと対物レンズ３との間の光軸Ｌに沿った方向の距離を調整してもよい。
【００８２】
また、ＡＦ実行時は、撮像部１８において、イメージャの撮像範囲を帯状に狭める、あるいはビニングする処理を行ってもよい。これにより、画像転送時間、輝度演算時間を短縮させ、全体の処理時間を短縮することができる。
【００８３】
（実施の形態３）
図１５は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムの全体構成を示す模式図である。図１５に示すように、顕微鏡システム１００Ａは、瞳分割絞り２４Ａと、瞳分割絞り２４Ａを光路から挿抜するモータＭ５Ａと、を備える。
【００８４】
瞳分割絞り２４Ａは、光軸Ｌ上に挿抜可能であり、光軸Ｌ上に配置された場合に、光源部９が照射したＡＦ検出光の少なくとも一部を遮光する。具体的には、瞳分割絞り２４Ａは、瞳と共役な位置に配置されており、光束の略半分を遮光する。
【００８５】
コントロール部２０は、撮像部１８が観察試料Ｓを撮像した画像内における輝度重心位置を算出し、算出した輝度重心位置に基づいて観察体Ｏと対物レンズ３と間の光軸Ｌに沿った方向の距離を調整する。
【００８６】
図１６は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムが実行する処理の概要を示すフローチャートである。図１６に示すように、実施の形態１と同様にステップＳ１の処理を行った後、瞳分割絞り２４Ａを光軸Ｌ上に配置する（ステップＳ３１）。具体的には、モータＭ５Ａが、制御部２０ｄによる制御に基づいて、瞳分割絞り２４Ａを光軸Ｌ上に配置する。
【００８７】
その後、実施の形態１と同様に、ステップＳ２〜Ｓ６の処理を行う。
【００８８】
そして、コントロール部２０は、画像の輝度重心位置を算出し、算出した輝度重心位置が基準位置に移動したか否かを判定する（ステップＳ３２）。図１７は、画像内における輝度分布とステージの位置との関係を表す図である。図１７に示すように、瞳分割絞り２４Ａによって、瞳を半分遮光しているため、ステージ２の位置Ｚが合焦位置からずれると、画像内の輝度重心位置が基準位置（図１７の（ｃ））からずれる。対物レンズ３が乾燥対物レンズである場合、輝度重心位置は、透明部材１の底面に焦点が合っている場合に基準位置となる。これは、透明部材１と空気との界面で屈折率の差が最も大きく、反射光の光強度が強くなるためである。対物レンズ３が液浸対物レンズである場合、実施の形態１と同様に、基準位置は、透明部材１と観察体Ｏとの界面になる。従って、コントロール部２０は、輝度重心位置の基準位置からのずれの量及び方向によって、合焦位置を算出することができる。
【００８９】
図１８は、ステージの位置に対する輝度重心位置の変化を示すグラフである。図１８に示すように、基準位置を中心として対称に、輝度重心位置が略線形に変化する輝度重心線形変化範囲と、その外側の輝度重心位置は変化しないが基準位置の方向が判別できる基準位置方向判別可能範囲が存在する。基準位置方向判別可能範囲は、図１７の（ａ）や（ｅ）から、さらに像がぼけるとともに、ぼけた像が片側半分の全体に広がり、輝度重心位置が一定値に収束する状態である。なお、さらに外側では、輝度値が微弱になりノイズに埋もれて輝度重心が正しく算出できない。これらの特性は、対物レンズ３の開口数、撮像部１８の撮像面の大きさ、感度、画素ピッチ、視野絞り１１径の大きさによって、意図した特性に設計することができる。
【００９０】
その後、実施の形態１と同様の処理を行い、ステップＳ８の後に、瞳分割絞り２４Ａを光軸Ｌ上から退避する（ステップＳ３３）。具体的には、モータＭ５Ａが、制御部２０ｄによる制御に基づいて、瞳分割絞り２４Ａを光軸Ｌ上から退避させる。
【００９１】
実施の形態１では、合焦位置を算出する際に光強度がピークとなるステージ２の位置Ｚを探索する。ピーク位置の探索方法として公知の様々な方法があるが、現在位置に対してピークがどちら側にあるか不明なため、ステージを広範囲に移動させてからピークを探したり、往復動作を繰返しながらピークを探したりする必要がある（いわゆる山登りサーチ法）。これに対し、実施の形態３によれば、ステージ２の現在位置に対して合焦位置がどちら側にあるか、輝度重心位置の基準位置からのずれの量及び方向により判定することが可能である。その結果、無駄な探索動作が不要になり、高速に合焦位置を検出することができる。
【００９２】
（変形例）
図１５の瞳分割絞り２４Ａに代えて、可変瞳絞りを備えていてもよい。さらに、制御部２０ｄによる制御に基づいて、可変瞳絞りの絞り径を変化させる可変瞳絞り駆動部を備えていてもよい。
【００９３】
図１９は、瞳分割絞りの径の大きさと輝度重心位置との関係を表す図である。図１９に示すように、可変瞳絞りの絞り径を大きくした場合、輝度重心線形変化範囲における輝度重心の変化が大きくなり、より高精度に基準位置を検出することができる。一方、可変瞳絞りの瞳絞り径を小さくした場合、輝度重心線形変化範囲における輝度重心の変化が小さくなるものの、輝度重心線形変化範囲と基準位置方向判別可能範囲とが広くなり、より基準位置から離れたところからでも、ステージ２の位置Ｚを調整することが可能となる。すなわち、段階的に、瞳絞り径を大きくすることにより、高速かつ高精度にピントを自動調整することができる。
【００９４】
また、実施の形態３の顕微鏡システム１００Ａは、実施の形態２と同様に、輝度重心を用いてアクティブＡＦを行う機能に加えて、画像のコントラストを用いてパッシブＡＦを行う機能を有していてもよい。この場合、顕微鏡システム１００Ａは、より正確にピント合わせを行うことができる。
【００９５】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  透明部材
２  ステージ
３  対物レンズ
４  焦準用モータ駆動部
５  焦準用駆動部
６  レボルバ
７  レボルバ用モータ駆動部
８  レボルバ用駆動部
９  光源部
１０  光源駆動部
１１  視野絞り
１２  コレクタレンズ
１３  リレー光学系
１４  ハーフミラー
１５  ダイクロイックミラー
１６  ミラー保持部
１７  ミラー配置部
１８  撮像部
１９  結像レンズ
２０  コントロール部
２０ａ  光強度算出部
２０ｂ  記憶部
２０ｃ  送受信部
２０ｄ  制御部
２１  制御装置
２２  入力装置
２３  表示装置
１００  顕微鏡システム
Ｆ  培養液
Ｌ  光軸
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  モータ
Ｏ  観察体
Ｓ  観察試料
【図１】
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【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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