(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量コンパクトで持ち運びが容易な顕微鏡を提供する。【解決手段】顕微鏡１を、ステージ１２と、ステージ１２の上方の光源１４と、光源１４とステージ１２との間の照明光学系１５と、ステージ１２の上方に鉛直方向に対して４５度傾き、光源１４とステージ１２との間で光軸を９０度曲げる上側ミラーと、対物レンズ２４とレンズ系２８，２９Ａ，２９Ｂとを備えてステージ１２の下方に配置され、試料の像を撮像素子９に結像させる観察光学装置８と、ステージ１２の下方に鉛直方向に対して４５度傾き、ステージ１２と撮像素子９との間で光軸を直角に曲げる下側ミラー２７とを備え、結像レンズ２５が下側ミラー２７と撮像素子９との間に配置された構成として、その照明光学系１５、ステージ１２および観察光学装置８をコの字状に配置させる。【選択図】図３
2015072303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の像を撮像素子により撮像して表示装置に出力する顕微鏡であって、
前記試料が配置される水平なステージと、
前記ステージの上方に設けられ、前記ステージに配置された前記試料に光を照射する光源と、
前記光源と前記ステージとの間に設けられる照明光学系と、
前記ステージの上方に該ステージに垂直な方向に対して４５度傾けて配置され、前記光源と前記ステージとの間で光軸を９０度曲げる上側ミラーと、
対物レンズと結像レンズとを備えて前記ステージの下方に配置され、前記試料の像を前記撮像素子に結像させる観察光学系と、
前記ステージの下方に該ステージに垂直な方向に対して４５度傾けて配置され、前記ステージと前記撮像素子との間で光軸を９０度曲げる下側ミラーとを備え、
前記結像レンズが倍率変更機能を有し、該結像レンズが前記下側ミラーと前記撮像素子との間に軸方向を水平にして配置され、
前記照明光学系、前記ステージ及び前記観察光学系がコの字状に配置されていることを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記照明光学系に配置されたリング絞りと、前記観察光学系の前記リング絞りと光学的に共役な位置に配置される位相板とを備えていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記結像レンズの入射瞳位置が、前記対物レンズの射出瞳位置と一致もしくは略一致していることを特徴とする請求項２記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記結像レンズは、前記下側ミラーに隣接する第１群レンズ、前記第１群レンズよりも前記撮像素子側に配置されて該第１群レンズに対して軸方向に相対移動可能な第２群レンズおよび前記第２群レンズよりも前記撮像素子側に配置されて前記第１群レンズと前記第２群レンズとに対して軸方向に相対移動可能な第３群レンズとを有するリレーレンズであることを特徴とする請求項３記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記撮像素子が１／４インチサイズであることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記光源と前記照明光学系とがケーラー照明を構成することを特徴とする請求項２記載の顕微鏡。
【請求項７】
前記ステージを光軸方向に沿って移動させる駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項８】
前記ステージの移動方向を指示する指示情報が入力される入力手段と、
前記入力手段に入力された指示情報に基づいて前記駆動手段の作動を制御するとともに、前記表示装置に表示される画像の倍率が変更されたときには前記駆動手段に駆動される前記ステージの移動速度を前記倍率に反比例した移動速度に設定する制御手段と、を有することを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡。
【請求項９】
前記入力手段が、前記ステージの移動方向を入力可能な操作キーを有することを特徴とする請求項８記載の顕微鏡。
【請求項１０】
前記表示装置が、前記試料の拡大画像を表示するとともに、前記ステージの移動方向を指示可能な操作キーを表示するタッチパネルを有することを特徴とする請求項９記載の顕微鏡。
【請求項１１】
前記表示装置が、前記試料の拡大画像を表示するとともに、ドラッグ操作によって前記ステージの移動方向を指示可能なタッチパネルを有することを特徴とする請求項８記載の顕微鏡。
【請求項１２】
前記タッチパネルが、ピンチアウト操作によって前記観察光学系の倍率を高めるとともにピンチイン操作によって前記観察光学系の倍率を低下させる倍率変更手段として機能することを特徴とする請求項１０記載の顕微鏡。
【請求項１３】
前記ステージがコンデンサレンズおよび前記対物レンズの間において前記光源の光路に沿って変位可能であり、
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を備えることを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項１４】
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請求項１３記載の顕微鏡。
【請求項１５】
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請求項１３記載の顕微鏡。
【請求項１６】
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請求項１３記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージに配置した試料の像を撮像素子により撮像してモニタ等の表示装置に表示する顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の顕微鏡は、例えば、化粧品販売の現場において肌に合った化粧品を選定するため、皮膚から採取した角質等の細胞を観察する際などに用いられている。
【０００３】
このような顕微鏡としては、例えば特許文献１に示されるように、試料が配置されるステージの下方に、人工的に試料に光を照射する光源を設け、ステージの上方に、レボルバに取り付けられた複数の対物レンズを含んだ観察光学系を設けたものがある。この場合、観察光学系の上端にデジタルカメラが取り付けられ、観察光学系により拡大された試料の像がデジタルカメラにより撮像されてパソコンのモニタに表示される。
【０００４】
一方、このような顕微鏡では、撮像素子により撮像される試料の位置つまりモニタ等の表示装置に表示させる試料の位置を調整する際には、観察光学系に対して試料を左右に移動させる必要がある。近年では、電動モータ等を駆動源とした駆動手段によりステージを左右に駆動して、ステージとともに試料の位置を調整する構成が一般的である。
【０００５】
例えば、特許文献２には、ホルダ部に保持された試料の像を結像光学系で拡大し、これをカメラ部で撮影して表示部に表示するようにした顕微鏡が記載されている。この顕微鏡では、ホルダ部を、結像光学系の光軸の方向に直交するＸＹ平面内で移動可能なＸＹステージ部に搭載し、このＸＹステージ部の作動を制御部で制御することにより、表示部に表示させる試料の位置を調整可能としている。
【０００６】
さらに、このような顕微鏡として、例えば特許文献３に示されるように、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５８３９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５４６８号公報
【特許文献３】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】
【０００８】
化粧品の販売は、店頭だけでなく、訪問販売により行なわれることがある。この場合、訪問先において、顧客の皮膚から採取した角質等の細胞を観察するためには、顕微鏡を訪問先にまで持ち運ぶ必要がある。
【０００９】
しかしながら、従来の顕微鏡は、観察光学系とデジタルカメラとをステージの上方に一直線上に並べて配置した構成となっているので、その高さ寸法が大きくなっている。また、ステージ上方に配置された観察光学系やデジタルカメラの重量を安定的に支えるために、土台が大きく重く形成されている。そのため、従来の顕微鏡は、その持ち運びが容易ではなかった。
【００１０】
本発明の目的は、軽量コンパクトで持ち運びが容易な顕微鏡を提供することにある。
【００１１】
一方、この種の顕微鏡では、結像光学系による試料の像の拡大率つまり顕微鏡の倍率が変更可能に構成されるが、従来の顕微鏡では、駆動手段により駆動されるステージの移動速度は、倍率の大小に拘わらず一定とされていた。そのため、倍率が大きくなるほど、ステージを移動させたときの、表示装置の画面内における試料の移動速度が大きくなり、高倍率時における試料の位置調整は困難であった。
【００１２】
したがって、本発明の他の目的は、倍率の大小に拘わらず、表示装置に表示させる試料の位置を容易に調整することができる顕微鏡を提供することにある。
【００１３】
さらに、特許文献３に示されるような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。
【００１４】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明のさらに他の目的は、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】
【００１５】
＜１＞  本発明の顕微鏡は、試料の像を撮像素子により撮像して表示装置に出力する顕微鏡であって、前記試料が配置される水平なステージと、前記ステージの上方に設けられ、前記ステージに配置された前記試料に光を照射する光源と、前記光源と前記ステージとの間に設けられる照明光学系と、前記ステージの上方に該ステージに垂直な方向に対して４５度傾けて配置され、前記光源と前記ステージとの間で光軸を９０度曲げる上側ミラーと、対物レンズと結像レンズとを備えて前記ステージの下方に配置され、前記試料の像を前記撮像素子に結像させる観察光学系と、前記ステージの下方に該ステージに垂直な方向に対して４５度傾けて配置され、前記ステージと前記撮像素子との間で光軸を９０度曲げる下側ミラーとを備え、前記結像レンズが倍率変更機能を有し、該結像レンズが前記下側ミラーと前記撮像素子との間に軸方向を水平にして配置され、前記照明光学系、前記ステージ及び前記観察光学系がコの字状に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
＜２＞  ＜１＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記照明光学系に配置されたリング絞りと、前記観察光学系の前記リング絞りと光学的に共役な位置に配置される位相板とを備えるのが好ましい。
【００１７】
＜３＞  ＜２＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記結像レンズの入射瞳位置が、前記対物レンズの射出瞳位置と一致もしくは略一致しているのが好ましい。
【００１８】
＜４＞  ＜３＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記結像レンズは、前記下側ミラーに隣接する第１群レンズ、前記第１群レンズよりも前記撮像素子側に配置されて該第１群レンズに対して軸方向に相対移動可能な第２群レンズおよび前記第２群レンズよりも前記撮像素子側に配置されて前記第１群レンズと前記第２群レンズとに対して軸方向に相対移動可能な第３群レンズとを有するリレーレンズであるのが好ましい。
【００１９】
＜５＞  ＜１＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記撮像素子が１／４インチサイズであるのが好ましい。
【００２０】
＜６＞  ＜２＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記光源と前記照明光学系とがケーラー照明を構成するのが好ましい。
【００２１】
＜７＞  ＜１＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記ステージを光軸方向に沿って移動させる駆動手段を備えるのが好ましい。
【００２２】
＜８＞  ＜７＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記ステージの移動方向を指示する指示情報が入力される入力手段と、前記入力手段に入力された指示情報に基づいて前記駆動手段の作動を制御するとともに、前記表示装置に表示される画像の倍率が変更されたときには前記駆動手段に駆動される前記ステージの移動速度を前記倍率に反比例した移動速度に設定する制御手段と、を有するのが好ましい。
【００２３】
＜９＞  ＜８＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記入力手段が、前記ステージの移動方向を入力可能な操作キーを有するのが好ましい。
【００２４】
＜１０＞  ＜９＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記表示装置が、前記試料の拡大画像を表示するとともに、前記ステージの移動方向を指示可能な操作キーを表示するタッチパネルを有するのが好ましい。
【００２５】
＜１１＞  ＜８＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記表示装置が、前記試料の拡大画像を表示するとともに、ドラッグ操作によって前記ステージの移動方向を指示可能なタッチパネルを有するのが好ましい。
【００２６】
＜１２＞  ＜１０＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記タッチパネルが、ピンチアウト操作によって前記観察光学系の倍率を高めるとともにピンチイン操作によって前記観察光学系の倍率を低下させる倍率変更手段として機能するのが好ましい。
【００２７】
＜１３＞  ＜２＞に記載の本発明の顕微鏡は、前記ステージがコンデンサレンズおよび前記対物レンズの間において前記光源の光路に沿って変位可能であり、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を備えるのが好ましい。
【００２８】
＜１４＞  ＜１３＞に記載の本発明の顕微鏡は、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のが好ましい。
【００２９】
＜１５＞  ＜１３＞に記載の本発明の顕微鏡は、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のが好ましい。
【００３０】
＜１６＞  ＜１３＞に記載の本発明の顕微鏡は、位相差検出方式によって前記光学像を合焦させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の顕微鏡によれば、照明光学系、ステージ及び観察光学系がコの字状に配置されるので、顕微鏡を軽量コンパクトな構成として、その持ち運びを容易にすることができる。  
【００３２】
また、本発明の顕微鏡によれば、表示装置に表示される画像の倍率が変更されたときに駆動手段に駆動されるステージの移動速度を倍率に反比例した移動速度に設定することにより、顕微鏡の倍率の大小に拘わらず、ステージを移動させたときの、表示装置の画面内における試料の移動速度が一定となるので、表示装置に表示させる試料の位置調整を容易にすることができる。
【００３３】
さらに、本発明の顕微鏡によれば、自動的に合焦調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態である顕微鏡の斜視図である。
【図２】図１に示す顕微鏡から側面カバーを取り外した側面図である。
【図３】図２に示す顕微鏡の光学系を模式的に示す説明図である。
【図４】図１に示すモニタの表示を示す正面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態である顕微鏡の斜視図である。
【図６】図５に示す顕微鏡から側面カバーを取り外した側面図である。
【図７】図５に示すモニタの表示を示す正面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る位相差顕微鏡の側面図である。
【図９】図８に示す顕微鏡の構造を模式的に示す構成図である。
【図１０】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】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に例示説明する。
【００３６】
図１に示す本発明の一実施の形態である顕微鏡１は光学式の顕微鏡であり、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。この顕微鏡１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ケース（筐体）２に収容されて１つのユニットとされており、ケース２ごと持ち運びが可能な可搬タイプとなっている。
【００３７】
ケース２の側面カバー２ａには試料差込口３が設けられている。この試料差込口３にはプレパラート４に構成された試料が差し込まれる。プレパラート４が差し込まれると、顕微鏡１は試料の像を拡大し、試料の拡大画像が表示装置であるモニタ５に表示される。このように、この顕微鏡１は、モニタ５上で試料の拡大画像を観察することができるモニタタイプとなっている。
【００３８】
なお、顕微鏡１は、図１、図２に示すように、側面カバー２ａが垂直となり、試料差込口３に差し込まれたプレパラート４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、顕微鏡１が正規姿勢とされているものとする。
【００３９】
図２に示すように、この顕微鏡１は、ステージ装置６、照明装置７、観察光学装置８、撮像素子９および制御基板１０を備えている。
【００４０】
ステージ装置６は、ケース２に固定された支持枠体１１と、支持枠体１１に収容されたステージ１２とを備えている。支持枠体１１の側面にはケース２の試料差込口３に連なる開口１１ａが設けられ、ケース２の試料差込口３（図１参照）から差し込まれたプレパラート４は、この開口１１ａを通ってステージ１２に配置される。つまり、試料差込口３からプレパラート４を差し込むことで、試料がステージ１２に配置される。この顕微鏡１の正規姿勢においては、ステージ１２つまりステージ１２のプレパラート４が配置される面は水平である。
【００４１】
支持枠体１１には駆動ユニット（駆動手段）１３が取り付けられている。ステージ１２は、この駆動ユニット１３により駆動されて、水平方向（ＸＹ方向）と垂直方向（Ｚ軸方向）とに移動することができる。ステージ１２が移動すると、当該ステージ１２に載せられたプレパラート４もステージ１２とともに移動する。駆動ユニット１３としては、例えば、ＸＹＺの各方向に対応した３つの電動モータ（不図示）を備え、これらの電動モータの回転運動をねじ機構により各方向の直線運動に変換してステージ１２に伝達する構成のものを用いることができるが、他の構造の駆動ユニットを用いてもよい。
【００４２】
図２と共に図３を参照して、照明装置７は、光源１４と照明光学系１５とを備え、ステージ１２の上方に配置されている。本実施の形態においては、照明装置７つまり光源１４と照明光学系１５とは、試料に向けて均一に光を照射するケーラー照明を構成している。
【００４３】
照明光学系１５は、軸方向を水平にして配置される円筒状の照明ケース１６を備えている。支持枠体１１の上方には接続アダプタ１７と上側ミラーユニット１８とが固定され、照明ケース１６は、その一端において上側ミラーユニット１８に固定されている。
【００４４】
光源１４は、照明ケース１６の上側ミラーユニット１８とは反対側となる端部に取り付けられている。本実施の形態においては、光源１４として、基板１４ａに搭載された発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）１４ｂを用いるようにしているが、フィラメントを用いた電球などを用いることもできる。
【００４５】
図３に示すように、照明ケース１６の内部には、光源１４に隣接する光源レンズ１９とフィールドレンズ２０とが配置され、光源レンズ１９とフィールドレンズ２０との間には板状の視野絞り２１が配置されている。また、ステージ１２の上方には、軸方向を垂直つまり照明ケース１６の軸方向と直交するようにコンデンサレンズ２２が配置されている。このコンデンサレンズ２２は接続アダプタ１７に固定されている。照明光学系１５は、このように、光源レンズ１９、視野絞り２１、フィールドレンズ２０およびコンデンサレンズ２２を備えて、光源１４とステージ１２との間に設けられている。
【００４６】
上側ミラーユニット１８には、ステージ１２に垂直な方向と照明ケース１６の軸方向との双方に対して４５度傾けられた上側ミラー２３が設けられている。光源１４から照明ケース１６内に向けて水平に照射された光の光軸は、光源１４とステージ１２との間で、上側ミラー２３で反射して、下方に向けて９０度曲げられる。したがって、光源１４から照射された光は、上側ミラー２３で反射されてステージ１２に配置された試料に垂直に照射される。
【００４７】
このように、照明装置７は、光源１４とステージ１２との間で、その光軸の方向が上側ミラー２３により９０度曲げられたＬ字形状のケーラー照明に構成されている。
【００４８】
図２、図３に示すように、観察光学系である観察光学装置８は、対物レンズ２４と倍率変更機能を有する結像レンズ２５とを備え、ステージ１２の下方に配置されている。
【００４９】
対物レンズ２４は、ステージ１２の下方側にコンデンサレンズ２２と同軸に配置されている。対物レンズ２４は支持枠体１１に固定され、コンデンサレンズ２２との距離が一定とされている。
【００５０】
結像レンズ２５は、対物レンズ２４で得られた像を撮像素子９に拡大倍率を変更して結像させるためのズーム光学系を採用したリレーレンズとなっている。この光学系としては、例えば、第１群レンズ２８を固定とし、第２群レンズ２９Ａと第３群レンズ２９Ｂとをそれぞれ第１群レンズ２８に対して軸方向に相対移動自在とした、３群ズーム構造のズームレンズを採用することができる。この結像レンズ２５は、第１群レンズ２８を位置固定した固定鏡枠２５ｃと、変倍操作に応じて軸方向所望の位置に移動可能に第２群レンズ２９Ａと第３群レンズ２９Ｂとを保持したカム枠２５ｂとを備えている。そして、この結像レンズ２５には、更に撮像素子９を端部に固定し変倍操作に応じて軸方向に移動可能な撮像素子取付枠２５ａが組み込まれている。図示しない電動モータにより駆動されてカム枠２５ｂが回転すると、希望する倍率に応じて第２群レンズ２９Ａと第３群レンズ２９Ｂとが相対的に移動すると共に、撮像素子９も撮像素子取付枠２５ａが移動調整され、対物レンズ２４を通過した試料の像を任意の倍率にて撮像素子９に結像させることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、結像レンズ２５を、第１群レンズ２８を固定とし、第２群レンズ２９Ａおよび第３群レンズ２９Ｂを可動とした構成としているが、これに限らず、第１群レンズ２８、第２群レンズ２９Ａおよび第３群レンズ２９Ｂの全てを可動とした構成とすることもできる。
【００５２】
支持枠体１１の下方には下側ミラーユニット２６が固定され、結像レンズ２５は、軸方向を水平として、その一端において下側ミラーユニット２６に固定されている。このように、結像レンズ２５は、その軸方向を水平としてステージ１２の下方であってケース２の最下部に配置されている。
【００５３】
下側ミラーユニット２６には、ステージ１２に垂直な方向と結像レンズ２５の軸方向との双方に対して４５度傾けられた下側ミラー２７が配置されている。対物レンズ２４を通過した光の光軸は、この下側ミラー２７で反射して、対物レンズ２４と結像レンズ２５との間で９０度曲げられ、結像レンズ２５の軸方向に沿った方向に向けられる。なお、前述の第１群レンズ２８は下側ミラー２７に隣接して配置されている。
【００５４】
撮像素子９は、鏡枠２５ａの末端つまり下側ミラーユニット２６とは反対側となる端部に固定されている。撮像素子９としては、例えば、基板３０に搭載されたＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられるが、他の撮像素子を用いることもできる。
【００５５】
このように端部に撮像素子９が固定された観察光学装置８は、ステージ１２と撮像素子９との間で、その光軸の方向が下側ミラー２７により９０度曲げられたＬ字形状に構成されている。
【００５６】
ここで、この顕微鏡１は、下側ミラー２７で光軸を９０度曲げることにより、結像レンズ２５を水平配置するようにしているので、結像レンズ２５の端部に固定される撮像素子９とこれを搭載する基板３０とを垂直に立てた配置とすることができる。撮像素子９を垂直に立てた配置とすることにより、撮像素子９や基板３０を水平に寝かせて配置した場合に比べて、撮像素子９への塵等の異物の付着を抑制することができる。
【００５７】
なお、撮像素子９は、結像レンズ２５の端部に固定する構成に限らず、対物レンズ２４に対して、光軸に沿った距離が一定となる（固定される）ように、ケース２の内面等に固定することもできる。撮像素子９をケース２の内面等に固定する構造とすることにより、結像レンズ２５の作動時に生じる振動等が撮像素子９に加わることを抑制して、この顕微鏡１の耐久性を高めることができる。
【００５８】
照明光学系１５にはリング絞り３１が配置され、観察光学装置８には位相板３２が配置されている。リング絞り３１は上側ミラー２３とコンデンサレンズ２２との間の、コンデンサレンズ２２の焦点と一致する位置に配置されている。一方、位相板３２は、対物レンズ２４の射出瞳位置に固定されており、当該対物レンズ２４と下側ミラー２７との間の、リング絞り３１に対して光学的に共役となる位置に配置されている。したがって、ケーラー照明に構成された照明装置７、リング絞り３１および位相板３２を用いることにより、この顕微鏡１で試料を位相差観察することができる。つまり、この顕微鏡１を、位相差顕微鏡として使用することができる。顕微鏡１を位相差顕微鏡として使用することにより、皮膚から採取した角質等の細胞を、染色することなく、光の位相差をコントラストに変換して明瞭に観察することができる。
【００５９】
通常、位相差顕微鏡に使用する対物レンズ２４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３２に加えて位相差リング３３を備えている。そして結像レンズ２５には、この位相差リング３３の存在が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。
【００６０】
一方、本発明の顕微鏡１における変倍機能を有する結像レンズ２５は、対物レンズ２４との間に光軸を９０度曲げるためのミラー２７を有しているために、この配置空間を確保しつつ、上述した位相差リング３３の影響を防止することが必要となる。そこで、結像レンズ２５の入射瞳位置Ｐ１を、ミラー２７に対して対物レンズ２４の側であって、対物レンズ２４に設けられた位相差リング３３に略一致させて位置づけると共に、位相板３２の共役点Ｐ２を撮像素子９の撮像面よりも図中右側、つまり結像レンズ２５とは反対側に位置づけるように設計することが望ましい。本実施例では、結像レンズ２５として、焦点距離２３ｍｍから１６０ｍｍのズーム光学系を使用し、第１群レンズ２８の物体側（対物レンズ２４側）レンズ前面より２０ｍｍの位置に当該結像レンズ２５の入射瞳位置を位置づけるよう設計している。なお、位相差リング３３は、対物レンズ２４の射出瞳位置に設けられており、したがって、結像レンズ２５の入射瞳位置Ｐ１は対物レンズ２４の射出瞳位置と一致もしくは略一致している。
【００６１】
このような構成により、撮像素子９として１／４インチサイズの小型のものを使用し、結像レンズ２５の焦点距離が短かい分、結像レンズ２５の入射瞳を長くしつつ、変倍動作によってもその入射瞳位置が変動しないようにして、この顕微鏡１の小型化と幅広い変倍率の確保とを両立させることができる。
【００６２】
また、顕微鏡１の倍率は、対物レンズ２４の光学倍率と結像レンズ２５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、それをモニタ５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９の大きさや使用するモニタ５の大きさとの総合的な関係で決まる。
【００６３】
それゆえ、本発明では例えば対物レンズ２４として２０倍のものを使用し、結像レンズ２５の変倍率（ズーム比）を７倍程度（焦点距離を約２３ｍｍから１６０ｍｍ）とし、その光学倍率を３から２０倍に設計し、撮像素子９として１／４インチ（５００万画素）のＣＣＤもしくはＣＭＯＳに取り込んで１４インチのモニタ５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。さらに、対物レンズ２４の倍率を２０倍から４０倍に変更し、結像レンズ２５と撮像素子９との間に、２倍のコンバージョンレンズを装着することで、最大５６００倍程度の拡大率を得ることが可能となる。
【００６４】
コンデンサレンズ２２とリング絞り３１との間には一対の明視野用透過光源３４が設けられており、照明装置７を用いず、明視野用透過光源３４のみを用いることにより、この顕微鏡１で試料を明視野で観察することができる。また、ステージ１２の上側には一対の暗視野用透過光源３５ａが設けられ、ステージ１２の下側には一対の暗視野用反射光源３５ｂが設けられており、照明装置７を用いず、これらの暗視野用の光源３５ａ，３５ｂのみを用いることにより、この顕微鏡１で試料を暗視野で観察することができる。このように、この顕微鏡１は、観察環境を、位相差観察、明視野観察または暗視野観察に切替えて試料の観察を行うことができるようになっている。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、観察環境を、位相差観察、明視野観察、暗視野観察に切り替えることができる構成とされているが、少なくともいずれか１つの観察ができればよく、例えば、この顕微鏡１を位相差顕微鏡に構成することもできる。
【００６６】
制御基板１０は、この顕微鏡１を構成する各装置等を制御するものであり、ケース２の内面に沿って縦に配置されている。制御基板１０には、照明装置７の光源１４、ステージ１２を駆動する駆動ユニット１３、結像レンズ２５を駆動する電動モータおよび撮像素子９等が接続されている。また、制御基板１０は、図示しない配線により、商用電源等の外部電源に接続されている。なお、制御基板１０に電力を供給するためのバッテリ等の電源をケース２内に設けるようにしてもよい。
【００６７】
表示装置であるモニタ５は、ケーブル３６（図１参照）により制御基板１０に接続される。撮像素子９が撮像した試料の拡大画像は、制御基板１０とケーブル３６とを介してモニタ５に出力される。制御基板１０にはモニタ５と接続されるコネクタユニット３７が設けられるが、このコネクタユニット３７は、照明装置７、ステージ装置６および結像レンズ２５に囲まれたコの字の内側のスペースに配置されている。
【００６８】
本実施の形態においては、モニタ５として、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、メモリやハードディスク等の記憶媒体とを備えてコンピュータとしての機能を有するタブレット端末（タブレットコンピュータ）が用いられている。タブレット端末に代えて、デスクトップ型やノート型のコンピュータを用い、これらのコンピュータに接続されたモニタに拡大画像を表示させることもできる。
【００６９】
モニタ５の画面はタッチパネルとなっている。タッチパネル（タッチスクリーンやタッチ画面などとも呼ばれる）は、液晶パネルのような表示パネルにタッチパッドのような位置入力装置を組み合わせたものである。図４に示すように、モニタ５の画面は、試料の拡大画像を表示する画像表示領域３８に加えて、顕微鏡１を操作する操作キーを表示する領域を有している。操作キーとしては、例えば、ステージ１２をＸ方向に移動させて視野をＸ方向に移動させる一対のＸ方向位置調整キー４１ａ，４１ｂ、ステージ１２をＹ方向に移動させて視野をＹ方向に移動させる一対のＹ方向位置調整キー４２ａ，４２ｂ、ステージ１２を光軸方向に沿ったＺ方向に移動させて画像のフォーカスを調整する一対のフォーカス調整キー４３ａ，４３ｂ、結像レンズ２５を作動させて倍率を所定の倍率に変更する４つの倍率変更キー４４ａ〜４４ｄ、拡大画像をタブレット端末であるモニタ５の記憶媒体等に記憶させる撮影キー４５などが設けられている。これらのキーを指先でタッチ操作することにより、顕微鏡１の倍率、試料の視野位置、フォーカス等を調整することができる。なお、結像レンズ２５を作動させて倍率を変更する倍率変更キー４４ａ〜４４ｄは、予め設定された４つの倍率変更キーを設けるに限らず、倍率を増加させる拡大キーと、倍率を低下させる縮小キーとで構成することもできる。
【００７０】
モニタ５に設けた電子ズーム機能により、モニタ５に入力された拡大画像をさらに拡大して画像表示領域３８に表示させることができる。本実施の形態では、拡大画像は電子ズームにより最大５６００倍にまで拡大して表示するようにしている。
【００７１】
このような構成により、試料差込口３にプレパラート４を差し込むと、照明装置７により試料に光が照射され、これにより生じた試料の像が観察光学装置８により拡大されて撮像素子９に結像される。撮像素子９はこれに結像した試料の像を撮像し、モニタ５に向けて出力する。そして、撮像素子９により撮像された試料の拡大画像がモニタ５に表示される。
【００７２】
タブレット端末であるモニタ５は、公衆回線等を用いて研究所等に設置された解析装置とデータ通信可能に構成することもできる。この場合、顕微鏡１により得られた試料の拡大画像を、モニタ５から解析装置に送信することができ、また、解析装置による当該画像の解析結果をモニタ５で受け取ることができる。
【００７３】
さらに、ステージ装置６に設けたオートフォーカスユニット４６を用いて、画像のフォーカスを自動的に調整する構成とすることもできる。オートフォーカスユニット４６としては、例えば、フォーカス位置を検出するセンサとして撮像素子９を用い、駆動ユニット１３によりステージ１２を光軸に沿った方向に移動させてフォーカス位置を調整する構成とすることもできる。
【００７４】
図２、図３に示すように、本発明では、ステージ１２と撮像素子９との間において、光源１４が発した光の経路つまり光軸を、下側ミラー２７を用いてＬ字状に曲げることにより、ステージ１２と観察光学装置８とをＬ字状に配置するようにしている。したがって、観察光学装置８をステージ１２に対して垂直に配置した場合に比べて、この顕微鏡１の高さ寸法を小さくすることができる。また、高さ寸法が小さくされることにより、大きくて重い土台を設ける必要がないので、観察光学装置８をステージ１２に対して垂直に配置した場合に比べて、顕微鏡１を軽量化することができる。
【００７５】
このように、本発明では、ステージ１２と観察光学装置８とをＬ字状に配置するようにしたので、顕微鏡１を軽量コンパクトにして、その持ち運びを容易にすることができる。
【００７６】
また、本発明では、ステージ１２と観察光学装置８とをＬ字状に配置するのに加えて、光源１４とステージ１２との間において、上側ミラー２３を用いて光軸の経路をＬ字状に曲げて、ステージ１２と照明装置７とをＬ字状に配置するようにしている。これにより、光源１４からステージ１２を経て撮像素子９に至るまでの間において、照明装置７、ステージ１２および観察光学装置８をコの字状に配置するようにしている。つまり、ステージ１２に対してケーラー照明である照明装置７と結像レンズ２５とを水平配置して、これらをコの字状に配置するようにしている。したがって、観察光学装置８と照明装置７とをステージ１２に対して垂直に配置した場合に比べて、この顕微鏡１の高さ寸法を小さくして、当該顕微鏡１をコンパクトな形状にすることができる。また、高さ寸法が小さくされることにより、大きくて重い土台を設ける必要がないので、観察光学装置８と照明装置７とをステージ１２に対して垂直に配置した場合に比べて、顕微鏡１を軽量化することができる。
【００７７】
このように、本発明では、照明装置７、ステージ１２および観察光学装置８をコの字状に配置するようにしたので、顕微鏡１をさらに軽量コンパクトにして、その持ち運びを容易にすることができる。
【００７８】
さらに、本発明では、照明装置７よりも重量が重い観察光学装置８と撮像素子９とをステージ１２の下方に配置するようにしているので、観察光学装置８と撮像素子９とをステージ１２の上方に配置し、照明装置７をステージ１２の下方に配置する場合に比べて、顕微鏡１の重心を低くすることができる。これにより、顕微鏡１の重心が安定するので、大きくて重い土台を不要として、この顕微鏡１をさらに軽量コンパクトにすることができる。
【００７９】
さらに、本発明では、対物レンズ２４を支持枠体１１に固定し、ステージ１２を支持枠体１１に対して光軸方向に移動させてフォーカスを調整する構成としたので、ステージ１２に対して、対物レンズ２４とともに観察光学装置８、撮像素子９等を移動させる必要を無くすことができる。したがって、この顕微鏡１の構成を簡素化して、当該顕微鏡１をより軽量コンパクトにすることができる。
【００８０】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、種々の変形または変更が可能である。
【００８１】
例えば、上記実施の形態においては、タッチパネル式のモニタ５に表示された各種の操作キーを操作することにより、顕微鏡１を操作することができるようにしているが、これに限らず、モニタ５とは別に設けられた操作端末により顕微鏡１を操作する構成とすることもできる。
【００８２】
次に、上記＜７＞〜＜１１＞に記載の本発明に対応する、本発明の他の実施の形態に係る顕微鏡１０１について、図５〜図７に基づいて説明する。なお、本実施の形態における顕微鏡１０１には、これを構成する各部の構成に代えて、上記した実施の形態の顕微鏡１の各部の構成を適用することもできる。
【００８３】
図５に示す本発明の他の実施の形態である顕微鏡１０１は光学式の顕微鏡であり、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。この顕微鏡１０１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ケース（筐体）１０２に収容されて１つのユニットとされており、ケース２ごと持ち運びが可能な可搬タイプとなっている。
【００８４】
ケース１０２の側面カバー１０２ａには試料差込口１０３が設けられている。この試料差込口１０３にはプレパラート１０４に構成された試料が差し込まれる。プレパラート１０４が差し込まれると、顕微鏡１０１は試料の像を拡大し、試料の拡大画像が表示装置であるモニタ１０５に表示される。このように、この顕微鏡１０１は、モニタ１０５上で試料の拡大画像を観察することができるモニタタイプとなっている。
【００８５】
図６に示すように、この顕微鏡１０１は、ステージ装置１０６、照明装置１０７、観察光学装置１０８、撮像素子１０９および制御基板１１０を備えている。
【００８６】
ステージ装置１０６は、ケース１０２に固定された支持枠体１１１と、支持枠体１１１に収容されたステージ１１２とを備えている。支持枠体１１１の側面にはケース１０２の試料差込口１０３に連なる開口１１１ａが設けられ、ケース１０２の試料差込口１０３から差し込まれたプレパラート１０４は、この開口１１１ａを通ってステージ１１２に配置される。つまり、試料差込口１０３からプレパラート１０４を差し込むことで、試料がステージ１１２に配置される。
【００８７】
支持枠体１１１には駆動ユニット（駆動手段）１１３が取り付けられている。ステージ１１２は、この駆動ユニット１１３により駆動されて、ＸＹ方向とＺ軸方向とに移動することができる。ＸＹ方向とは、後述する照明装置１０７から照射されてステージ１１２を通過する光の光軸に対して垂直な方向であり、Ｚ方向はＸＹ方向に垂直つまり光軸に平行な方向である。ステージ１１２が移動すると、当該ステージ１１２に載せられたプレパラート１０４もステージ１１２とともに移動する。駆動ユニット１１３としては、例えば、ＸＹＺの各方向に対応した３つの電動モータ（不図示）を備え、これらの電動モータの回転運動をねじ機構により各方向の直線運動に変換してステージ１１２に伝達する構成のものを用いることができるが、他の構造の駆動ユニットを用いてもよい。
【００８８】
照明装置１０７は、光源１１４と照明光学系１１５とを備え、ステージ１１２の上方に配置されている。本実施の形態においては、照明装置１０７は、試料に向けて均一に光を照射するケーラー照明とされている。光源１１４が生じた光は、照明光学系１１５により均一に調整されるとともに、光源１１４とステージ１１２との間に設けられた上側ミラー１１６により下方に向けて９０度曲げられ、ステージ１１２に上方から垂直に照射される。光源１１４としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられる。この光源１１４としては発光ダイオードに限らず、フィラメントを用いた電球などを用いることもできる。
【００８９】
観察光学系である観察光学装置１０８は、対物レンズ１１７とズームチューブレンズ１１８とを備え、ステージ１１２の下方に配置されている。
【００９０】
対物レンズ１１７は、ステージ１１２の下方に配置され、支持枠体１１１に固定されている。
【００９１】
ズームチューブレンズ１１８は、例えば２群構成のズームレンズであり、第１群レンズを位置固定した鏡枠１１８ｃと第２群レンズを所望の位置に移動自在に保持したカム枠１１８ｂとを備えている。そして、このズームチューブレンズ１１８のカム枠１１８ｂには、更に撮像素子１０９を端部に固定し変倍操作に応じて軸方向に移動可能な撮像素子取付枠１１８ａが組み込まれている。図示しない電動モータにより駆動されてカム枠１１８ｂが回転すると、希望する倍率に応じて第２群レンズが移動すると共に、撮像素子１０９も撮像素子取付枠１１８ａが移動調整され、対物レンズ１１７を通過した試料の像を任意の倍率にて撮像素子１０９に結像させることができる。
【００９２】
対物レンズ１１７とズームチューブレンズ１１８との間には下側ミラー１１９が配置され、対物レンズ１１７を通過した光の光軸は、この下側ミラー１１９で反射されて、対物レンズ１１７とズームチューブレンズ１１８との間で９０度曲げられ、ズームチューブレンズ１１８の軸方向に沿った方向に向けられるようになっている。
【００９３】
撮像素子１０９は、ズームチューブレンズ１１８の末端つまり下側ミラー１１９とは反対側を向く端部に固定されている。撮像素子１０９としては、例えば、基板１２０に搭載されたＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられるが、他の撮像素子を用いることもできる。
【００９４】
ズームチューブレンズ１１８は対物レンズ１１７を通過した試料の像を拡大して撮像素子１０９に結像させる。また、ズームチューブレンズ１１８は、カム機構の作動によって結像レンズの間隔が変えられることにより、撮像素子１０９に結像する像の倍率を変更することができる。例えば、本実施の形態においては、ズームチューブレンズ１１８は、この顕微鏡１０１の倍率を１２０倍、３００倍、７００倍の３段階に変更することができる。このように、ズームチューブレンズ１１８は、試料の像を結像させる観察光学系としての機能と、観察光学系の倍率を変更する倍率変更手段としての機能とを有している。
【００９５】
この顕微鏡１０１は、照明装置１０７に設けられたリング絞り（不図示）と、観察光学装置１０８に設けられた位相板（不図示）とを備えている。リング絞りと位相板は互いに共役な位置に配置されている。つまり、この顕微鏡１０１は、ケーラー照明に構成された照明装置１０７、リング絞りおよび位相板を備えた位相顕微鏡に構成されている。顕微鏡１０１を位相差顕微鏡として構成することにより、皮膚から採取した角質等の細胞を、染色することなく、光の位相差をコントラストに変換して明瞭に観察することができる。
【００９６】
なお、本実施の形態においては、顕微鏡１０１を位相差観顕微鏡に構成するようにしているが、顕微鏡１０１を明視野観察用や暗視野観察用の顕微鏡に構成し、これに本発明を適用することもできる。
【００９７】
制御手段である制御基板１１０は、ステージ装置１０６、照明装置１０７、ズームチューブレンズ１１８および撮像素子１０９に接続されており、これらの作動を制御する。制御基板１１０は、図示しない配線により商用電源等の外部電源に接続され、当該外部電源から供給された電力により各装置等の制御を実行する。なお、配線を外部電源に接続する構成に代えて、制御基板１１０に電力を供給するためのバッテリ等の電源をケース１０２内に設けるようにしてもよい。
【００９８】
表示装置であるモニタ１０５は、ケーブル１２１により制御基板１１０に接続されている。本実施の形態においては、モニタ１０５として、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、メモリやハードディスク等の記憶媒体とを備えてコンピュータとしての機能を有するタブレット端末（タブレットコンピュータ）が用いられている。
【００９９】
モニタ１０５の画面は、液晶パネル等の表示パネルにタッチパッドのような位置入力装置を組み合わせたタッチパネル（タッチスクリーンやタッチ画面などとも呼ばれる）となっている。図７に示すように、モニタ１０５の画面は、試料の拡大画像を表示する画像表示領域１２２に加えて、顕微鏡１０１を操作する操作キーを表示する領域を有している。
【０１００】
モニタ１０５の画面には、操作キーとして、ステージ１１２をＸ方向に移動させて視野をＸ方向に移動させる一対のＸ方向位置調整キー１２３ａ，１２３ｂ、ステージ１１２をＹ方向に移動させて視野をＹ方向に移動させる一対のＹ方向位置調整キー１２４ａ，１２４ｂ、一対のフォーカス調整キー１２５ａ，１２５ｂおよび４つの倍率変更キー１２６ａ〜１２６ｄが表示されている。倍率変更キー１２６ａはズームチューブレンズ１１８の倍率１２０倍に対応し、倍率変更キー１２６ｂはズームチューブレンズ１１８の倍率３００倍に対応し、倍率変更キー１２６ｃはズームチューブレンズ１１８の倍率７００倍に対応している。モニタ１０５は、顕微鏡１０１から送られた７００倍の拡大画像をさらに拡大して１４００倍で表示する電子ズーム機能を有しており、倍率変更キー１２６ｄは、この電子ズーム機能による倍率１４００倍に対応している。また、モニタ１０５の画面には、拡大画像をタブレット端末であるモニタ１０５の記憶媒体等に記憶させる撮影キー１２７や各種調整用のボタン等が表示されている。
【０１０１】
モニタ１０５に表示された各キーが指先でタッチ操作されると、その操作に対応した指示情報がモニタ１０５に入力され、当該指示情報に対応した指令信号が制御基板１１０に向けて出力される。指令信号を入力した制御基板１１０は、入力された指令信号に基づいて顕微鏡１０１の各装置等の作動を制御する。このように、モニタ１０５は、顕微鏡１０１により拡大された試料の拡大画像を表示する機能に加えて、顕微鏡１０１の作動を指示する指示情報が入力される入力手段としての機能をも有している。モニタ１０５の画面をタッチパネルとし、当該画面に操作キーを表示させて入力手段を構成することにより、モニタ１０５とは別に入力手段を設けることを不要として、この顕微鏡１０１の構成を簡素化することができる。
【０１０２】
試料差込口１０３にプレパラート１０４が差し込まれると、照明装置１０７により試料に光が照射され、これにより生じた試料の像が観察光学装置１０８により拡大されて撮像素子１０９に結像される。撮像素子１０９はこれに結像した試料の像を撮像し、モニタ１０５に向けて出力する。これにより、撮像素子１０９により撮像された試料の拡大画像がモニタ１０５の画像表示領域１２２に表示される。
【０１０３】
モニタ１０５に表示された倍率変更キー１２６ａ〜１２６ｄの何れかを選択的に押すことで、モニタ１０５に表示される試料の拡大画像の倍率を、試料の解析に適した所望の倍率に変更することができる。また、モニタ１０５に表示されたフォーカス調整キー１２５ａ，１２５ｂを押すことで、ステージ１１２を光軸に沿った方向に移動させて、モニタ１０５に表示された試料の画像のフォーカスを調整することができる。
【０１０４】
一方、モニタ１０５に表示されたＸ方向位置調整キー１２３ａ，１２３ｂおよび／またはＹ方向位置調整キー１２４ａ，１２４ｂを押すことにより、モニタ１０５に表示された試料の画面内における位置を調整することができる。例えば、Ｘ方向位置調整キー１２３ａ，１２３ｂの何れか一方を押すと、ステージ１１２のＸ方向への移動を指示する指示情報がモニタ１０５に入力され、その指示情報に対応した指令信号がモニタ１０５から制御基板１１０に入力される。指令信号が入力されると、制御基板１１０は、入力された指令信号に基づいた方向にステージ１１２を移動させるように駆動ユニット１１３の作動を制御する。これにより、モニタ１０５に入力されたＸ方向への移動指示にしたがって駆動ユニット１１３が作動し、ステージ１１２は駆動ユニット１１３により駆動されてＸ方向に移動する。同様に、モニタ１０５のＹ方向位置調整キー１２４ａ，１２４ｂが操作された場合においても、ステージ１１２のＹ方向への移動を指示する指示情報がモニタ１０５に入力され、制御基板１１０がその指令信号に基づいて駆動ユニット１１３の作動を制御し、ステージ１１２は駆動ユニット１１３により駆動されてＹ方向に移動する。
【０１０５】
ここで、制御基板１１０は、モニタ１０５に表示された画像の倍率が変更されたときには、ステージ１１２の移動速度が当該倍率に反比例した移動速度となるように、駆動ユニット１１３の作動を制御する。つまり、制御基板１１０は、モニタ１０５に表示される試料の画像の倍率が高められたときには、その倍率が低い場合よりも、ステージ１１２の移動速度が遅くなるように駆動ユニット１１３の作動を制御する。倍率が１２０倍、３００倍、７００倍、１４００倍と高められるにつれて、ステージ１１２の移動速度は、当該倍率に反比例して低減される。例えば、倍率が３００倍のときのステージ１１２のＸＹ方向への移動速度は、倍率が１２０倍のときのステージ１１２のＸＹ方向への移動速度の０．４倍の速度に設定される。したがって、モニタ１０５に表示される画像の倍率が変更されても、Ｘ方向位置調整キー１２３ａ，１２３ｂやＹ方向位置調整キー１２４ａ，１２４ｂを操作してモニタ１０５の画面内に表示される試料の位置を移動させるときの、当該試料の画面内における移動速度は、倍率に拘わらず一定となる。当該制御を行うために、制御基板１１０には、モニタ１０５から当該モニタ１０５に表示された画像の倍率の情報が入力される。
【０１０６】
このように、本発明の顕微鏡１０１では、モニタ１０５に表示される試料の画像の倍率が変更されたときには、駆動ユニット１１３に駆動されるステージ１１２の移動速度が当該倍率に反比例した速度に設定されるようにしている。したがって、モニタ１０５に表示される試料の画像の倍率が変更されても、ステージ１１２の移動速度が倍率に反比例した速度に設定されることにより、モニタ１０５の画面内における試料の移動速度は倍率に拘わらず常に一定となる。これにより、倍率の大小に拘わらず、ステージ１１２を移動させたときの、モニタ１０５の画面内における試料の移動速度を一定として、モニタ１０５に表示させる試料の位置調整を容易にすることができる。また、倍率を変更する操作を行いながら、試料の位置を移動させる操作を行っても、モニタ１０５の画面内における試料の移動速度は常に一定となるので、その位置調整は容易である。
【０１０７】
上記実施の形態では、モニタ１０５として、画面がタッチパネルに構成されたものを用い、その画面に、Ｘ方向位置調整キー１２３ａ，１２３ｂおよびＹ方向位置調整キー１２４ａ，１２４ｂを表示して入力手段を構成するようにしている。しかしながら、入力手段としては、このような構成に限らず、以下の構成とすることもできる。
【０１０８】
すなわち、モニタ１０５として画面がタッチパネルに構成されたものを用いるとともに、その画面に表示された試料の画像上を、指先等でドラッグ操作することにより、ステージ１１２の移動方向および移動速度を指示する指示情報が入力される構成とすることができる。この場合、画面上での指先等のドラッグ操作の速度および方向と、画面上での試料の移動速度および方向とが同一となるように、ステージ１１２の移動速度および方向が制御基板１１０により設定される。この場合においても、画面上での指先等のドラッグ操作の速度に対するステージ１１２の移動速度は、画面に表示される試料の倍率に反比例した速度に設定されることになる。したがって、モニタ１０５が表示する試料の倍率に拘わらず、モニタ１０５に表示された試料を、モニタ１０５の画面上における指先等でのドラッグ操作に常に追従させながら移動させることができる。
【０１０９】
このように、モニタ１０５の画面をドラッグ操作してステージ１１２の移動速度および移動方向を指示する構成とした場合には、モニタ１０５に表示された試料の画像を見ながら、視覚的に画面内における試料の位置を移動させることができるので、倍率の大小に拘わらず、その移動操作をさらに容易に行うことができる。
【０１１０】
タッチパネルを備えたモニタ１０５を用いた場合には、画面を指先等でピンチアウト操作することにより、モニタ１０５の画面に表示される試料の画像の倍率を高めるとともに、画面を指先等でピンチイン操作することにより当該倍率を低減させる構成とすることもできる。このような構成とすることにより、モニタ１０５に表示された試料の倍率の変更操作を、モニタ１０５に表示された試料の画像を確認しながら容易に行うことができる。
【０１１１】
また、タッチパネルを備えたモニタ１０５を用いた場合には、モニタ１０５に表示された試料の拡大画像の所望の位置を指先等で指示することにより、当該指示された部分を画面の中心に移動させるとともに自動的に所定の倍率にまで拡大して表示させることもできる。これにより、試料の解析等に必要な画像を容易に得ることができるので、その作業が容易となる。
【０１１２】
入力手段としては、タッチパネルに構成されたモニタ１０５の画面を用いた構成に限らず、モニタ１０５の画面とは別に設けた機械的に動作する十字キー等の操作キーを用いることもできる。このような操作キーは、モニタ１０５の画面以外の部分に設けられていてもよく、モニタ１０５とは別体に設けられてモニタ１０５ないし顕微鏡１０１の制御基板１１０に接続される構成とすることもできる。このような操作キーを用いることにより、タッチパネルではない安価なモニタを用いて、この顕微鏡１０１のコストを低減することができる。
【０１１３】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、種々の変形または変更が可能である。
【０１１４】
例えば、上記実施の形態においては、モニタ１０５としてタブレット端末を用いるようにしているが、これに限らず、デスクトップ型のコンピュータに接続されたモニタやノート型コンピュータのモニタを用いることもできる。
【０１１５】
次に、上記＜１２＞〜＜１５＞に記載の本発明に対応する、本発明のさらに他の実施形態に係る顕微鏡である位相差顕微鏡２１０について説明する。なお、本実施の形態における位相差顕微鏡２１０には、これを構成する各部の構成に代えて、上記した実施の形態の顕微鏡１および顕微鏡１０１の各部の構成を適用することもできる。
【０１１６】
図８は、本実施形態に係る撮像装置の外観図である。位相差顕微鏡２１０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２１０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２１１に収容されて１つのユニットとして構成され、筐体２１１ごと持ち運び可能である。
【０１１７】
筐体２１１の側面２１２には試料差込口２１３が設けられる。試料差込口２１３にはプレパラート２１４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２１４が差込まれているとき、位相差顕微鏡２１０は試料の像を拡大し、試料の拡大画像を表示装置２１５に表示させる。
【０１１８】
位相差顕微鏡２１０は、図８に示すように、側面２１２が鉛直方向に平行となり、試料差込口２１３に差込まれたプレパラート２１４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２１０が正規姿勢に維持されているものとする。
【０１１９】
図９に示すように、位相差顕微鏡２１０は、光源ユニット２１６、第１のミラー２１７、開口絞り２１８、コンデンサレンズ２１９、明視野用透過光源２２０、暗視野用透過光源２２１、ステージユニット２２２、対物レンズ２２３、暗視野用反射光源２２４、位相板２２５、第２のミラー２２６、変倍機能を有する結像光学系２２７、撮像素子２２８、画像処理部２２９、および制御部２３０を含んで構成される。
【０１２０】
光源ユニット２１６は、光源２３１および照明光学系２３２を有する。光源ユニット２１６は、位相差顕微鏡２１０の上方において、照明光学系２３２の光軸が水平になるように配置される。照明光学系２３２は光源２３１から出射される照明光を、プレパラート２１４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２１６はケーラ照明として機能する。
【０１２１】
第１のミラー２１７は、平面ミラーであって、光源ユニット２１６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２１７は、光源ユニット２１６から出射する照明光を鉛直下方に屈折させる。
【０１２２】
開口絞り２１８は、コンデンサレンズ２１９の前側焦点位置に配置される。開口絞り２１８は、例えばリング状の開口を有する。開口絞り２１８は、照明光を絞り、鉛直下方に出射する。
【０１２３】
コンデンサレンズ２１９は、開口絞り２１８の鉛直下方に配置される。コンデンサレンズ２１９は、開口絞り２１８を通過した照明光をプレパラート２１４に集光するように出射する。
【０１２４】
明視野用透過光源２２０は、開口絞り２１８およびコンデンサレンズ２１９の間に設けられる。明視野用透過光源２２０は、コンデンサレンズ２１９を介してプレパラート２１４に照射する照明光を出射する。
【０１２５】
暗視野用透過光源２２１は、コンデンサレンズ２１９およびステージユニット２２２の間に設けられる。暗視野用透過光源２２１は、プレパラート２１４に直接照射する照明光を出射する。
【０１２６】
ステージユニット２２２は、コンデンサレンズ２１９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２２２は、支持枠体２３３、ステージ２３４、およびステージ駆動機構２３５を有する。
【０１２７】
支持枠体２３３は、筐体２１１に固定される。支持枠体２３３の側面には筐体２１１の試料差込口２１３に連なる開口２３６が形成される。試料差込口２１３から差込まれたプレパラート２１４は、開口２３６を通過してステージ２３４上に載置される。
【０１２８】
ステージ２３４は、載置面がコンデンサレンズ２１９の光軸と直交するように、支持枠体２３３内で収容される。ステージ２３４は、コンデンサレンズ２１９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２３４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。
【０１２９】
ステージ駆動機構２３５は、制御部２３０の指示に基づいて、ステージ２３４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２３５がステージ２３４を変位させることにより、ステージ２３４に載置したプレパラート２１４もステージ２３４とともに変位する。
【０１３０】
対物レンズ２２３は、コンデンサレンズ２１９と同軸であって、コンデンサレンズ２１９との間にステージユニット２２２を挟む位置に配置される。
【０１３１】
暗視野用反射光源２２４は、ステージユニット２２２および対物レンズ２２３の間に設けられる。暗視野用反射光源２２４は、プレパラート２１４に直接照射する照明光を出射する。
【０１３２】
位相板２２５は、対物レンズ２２３の射出瞳位置に配置される。位相板２２５は、開口絞り２１８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２１６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２２５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２２５以外の領域を通過する。
【０１３３】
第２のミラー２２６は、対物レンズ２２３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２１７に対して９０°傾斜する姿勢で固定される。第２のミラー２２６は、試料の光学像を水平方向に屈折させる。
【０１３４】
変倍機能を有する結像光学系２２７は、第２のミラー２２６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２２７の光軸は、照明光学系２３２の光軸と平行である。結像光学系２２７はチューブレンズを含む複数のレンズ２３７を有し、各レンズ２３７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２２７は対物レンズ２２３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２２７は対物レンズ２２３と協働して、位相差顕微鏡２１０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。
【０１３５】
撮像素子２２８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２２８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２２８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２２８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。
【０１３６】
通常、位相差顕微鏡に使用する対物レンズ２２３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２２５と位相差リング２４５を備えている。そして結像光学系２２７には、この位相差リング２４５の存在が撮像素子２２８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。
【０１３７】
一方、本発明の位相差顕微鏡２１０における変倍機能を有する結像光学系２２７は、対物レンズ２２３との間に光軸を９０度曲げるためのミラー２２６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２４５の影響を防止することが必要となるため、結像光学系２２７の入射瞳位置２４６を、反射ミラー２２６に対して対物レンズ２２３側に位置づけると共に、位相板２２５の共役点２４７を撮像素子２２８よりも図中右側、つまり結像光学系２２７の反対側に位置づけるように設計することが望ましい。
【０１３８】
また、位相差顕微鏡２１０の倍率は、対物レンズ２２３の光学倍率と結像光学系２２７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２１５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２２８の大きさや使用する表示装置２１５の大きさとの総合的な関係で決まる。
【０１３９】
それゆえ、本発明では例えば２０倍の対物レンズ２２３を使用し、結像光学系２２７の変倍率（ズーム比）を７倍程度とし光学倍率を３から２０倍に設計し、撮像素子２２８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。
【０１４０】
画像処理部２２９は、撮像素子２２８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２２９は、画像処理を施した撮像画像を表示装置２１５に送信する。また、画像処理部２２９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２３０に送信する。
【０１４１】
制御部２３０は、位相差顕微鏡２１０を構成する各部位を制御する。例えば、制御部２３０は、光源ユニット２１６、明視野用透過光源２２０、暗視野用透過光源２２１、および暗視野用反射光源２２４の発光および消灯の切替を制御する。また、制御部２３０は、ステージ２３４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２３０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２３４のＺ方向への変位を制御する。
【０１４２】
表示装置２１５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２１０と通信する。前述のように、表示装置２１５は、画像処理部２２９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２１５は、タッチパネルを有しており、位相差顕微鏡２１０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２１５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。
【０１４３】
表示装置２１５は、図１０に示すように、位相差顕微鏡２１０から取得する撮像画像２３８に加えて、位相差顕微鏡２１０を操作する複数の操作キーを表示する。表示装置２１５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２３０に送信する。操作キーは、例えばＸ方向位置調整キー２３９、Ｙ方向位置調整キー２４０、倍率選択キー２４１、観察モード選択キー２４２、オートフォーカスキー２４３、および手動フォーカスキー２４４を含む。
【０１４４】
Ｘ方向位置調整キー２３９は、当該キーへの入力を検出すると、ステージ２３４をＸ方向に沿って変位させる。Ｙ方向位置調整キー２４０は、当該キーへの入力を検出すると、ステージ２３４をＹ方向に沿って変位させる。倍率選択キー２４１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２２７を構成するレンズが変位される。観察モード選択キー２４２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２１６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２２０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２２１および暗視野用反射光源２２４のみが発光する。オートフォーカスキー２４３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２３４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２４４は、当該キーへの入力を検出すると、ステージ２３４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。
【０１４５】
次に、位相差顕微鏡２１０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２４３への入力を検出すると、制御部２３０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２３０は、撮像した画像のコントラスト値を画像処理部２２９に算出させる。次に、制御部２３０は、ステージ２３４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２３５を制御する。制御部２３０は、ステージ２３４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２２９に算出させる。制御部２３０は、コントラスト値が最大となるまで、ステージ２３４の変位およびコントラスト値の比較を繰返す。制御部２３０は、コントラスト値が最大となる位置に、ステージ２３４を配置させオートフォーカス機能を完了する。
【０１４６】
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２１４を載置するステージ２３４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２３４の変位によるオートフォーカスが可能である。
【０１４７】
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２４４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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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】
【０１５０】
１    顕微鏡
２    ケース（筐体）
２ａ  側面カバー
３    試料差込口
４    プレパラート
５    モニタ（表示装置）
６    ステージ装置
７    照明装置
８    観察光学装置
９    撮像素子
１０    制御基板
１１    支持枠体
１１ａ  開口
１２    ステージ
１３    駆動ユニット（駆動手段）
１４    光源
１５    照明光学系
１６    照明ケース
１７    接続アダプタ
１８    上側ミラーユニット
１９    光源レンズ
２０    フィールドレンズ
２１    視野絞り
２２    コンデンサレンズ
２３    上側ミラー
２４    対物レンズ
２５    結像レンズ
２５ａ  鏡枠
２５ｂ  可動鏡枠
２５ｃ  固定鏡枠
２６    下側ミラーユニット
２７    下側ミラー
２８    固定レンズ系
２９    可動レンズ系
３０    基板
３１    リング絞り
３２    位相板
３３    位相差リング
３４    明視野用透過光源
３５ａ  暗視野用透過光源
３５ｂ  暗視野用反射光源
３６    ケーブル
３７    コネクタユニット
３８    画像表示領域
４１ａ，４１ｂ  Ｘ方向位置調整キー
４２ａ，４２ｂ  Ｙ方向位置調整キー
４３ａ，４３ｂ  フォーカス調整キー
４４ａ〜４４ｄ  倍率変更キー
４５    撮影キー
４６    オートフォーカスユニット
Ｐ１    入射瞳位置
Ｐ２    共役点
１０１    顕微鏡
１０２    ケース
１０２ａ  側面カバー
１０３    試料差込口
１０４    プレパラート
１０５    モニタ（表示装置）
１０６    ステージ装置
１０７    照明装置
１０８    観察光学装置（観察光学系）
１０９    撮像素子
１１０    制御基板
１１１    支持枠体
１１１ａ  開口
１１２    ステージ
１１３    駆動ユニット（駆動手段）
１１４    光源
１１５    照明光学系
１１６    上側ミラー
１１７    対物レンズ
１１８    ズームチューブレンズ
１１８ａ  固定チューブ
１１８ｂ  可動チューブ
１１９    下側ミラー
１２０    基板
１２１    ケーブル
１２２    画像表示領域
１２３ａ，２３ｂ  Ｘ方向位置調整キー
１２４ａ，２４ｂ  Ｙ方向位置調整キー
１２５ａ，２５ｂ  フォーカス調整キー
１２６ａ〜２６ｄ  倍率変更キー
１２７    撮影キー
２１０    位相差顕微鏡
２１１    筐体
２１２    側面
２１３    試料差込口
２１４    プレパラート
２１５    表示装置
２１６    光源ユニット
２１７    第１のミラー
２１８    開口絞り
２１９    コンデンサレンズ
２２０    明視野用透過光源
２２１    暗視野用透過光源
２２２    ステージユニット
２２３    対物レンズ
２２４    暗視野用反射光源
２２５    位相板
２２６    第２のミラー
２２７    結像光学系
２２８    撮像素子
２２９    画像処理部
２３０    制御部
２３１    光源
２３２    照明光学系
２３３    支持枠体
２３４    ステージ
２３５    ステージ駆動機構
２３６    開口
２３７    レンズ
２３８    撮像画像
２３９    Ｘ方向位置調整キー
２４０    Ｙ方向位置調整キー
２４１    倍率選択キー
２４２    観察モード選択キー
２４３    オートフォーカスキー
２４４    手動フォーカスキー
２４５    位相差リング
２４６    入射瞳位置
２４７    共役点
【図１】
2015072303.tif 000003
【図２】
2015072303.tif 000004
【図３】
2015072303.tif 000005
【図４】
2015072303.tif 000006
【図５】
2015072303.tif 000007
【図６】
2015072303.tif 000008
【図７】
2015072303.tif 000009
【図８】
2015072303.tif 000010
【図９】
2015072303.tif 000011
【図１０】
2015072303.tif 000012