(57)【要約】【課題】顕微鏡視野の中心に試料を置いた状態においても、自動焦点動作を行うことのできる生物顕微鏡を簡単な構成により実現する。【解決手段】対物レンズを介して焦点基準面に焦点誤差検出光を照射するとともに、焦点基準面からの戻り光を受けて、焦点基準面への合焦状態を検出する焦点誤差検出光学系を有する生物顕微鏡において、前記焦点基準面における前記焦点誤差検出光の照射位置をこの顕微鏡の視野中心からずらした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを介して焦点基準面に焦点誤差検出光を照射するとともに、焦点基準面からの戻り光を受けて、焦点基準面への合焦状態を検出する焦点誤差検出光学系を有する生物顕微鏡において、
前記焦点基準面における前記焦点誤差検出光の照射位置をこの顕微鏡の視野中心からずらしたことを特徴とする生物顕微鏡。
【請求項２】
前記焦点誤差検出光における照射位置の変更は、前記対物レンズにおける観察光の光軸に対して、前記焦点誤差検出光の光軸を傾けることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の生物顕微鏡。
【請求項３】
前記焦点誤差検出光を前記観察光の光路に重畳するダイクロイックミラーを有し、前記焦点誤差検出光における光軸の変更は、このダイクロイックミラーの角度により調節することを特徴とする請求項２に記載の生物顕微鏡。
【請求項４】
前記ダイクロイックミラーを一定角度で支持する保持部を有し、このダイクロイックミラーにおける角度の変更は、この保持部の顕微鏡フレームへの取付角度により調節することを特徴とする請求項３に記載の生物顕微鏡。
【請求項５】
前記焦点誤差検出光を前記観察光の光路に重畳するダイクロイックミラーを有し、前記焦点誤差検出光における光軸の変更は、このダイクロイックミラーに焦点誤差検出光を入射させる前記焦点誤差検出光学系の光軸により調節することを特徴とする請求項２に記載の生物顕微鏡。
【請求項６】
前記焦点誤差検出光学系から得られる焦点誤差信号における乱れの有無を検出する焦点誤差検出状態判別手段と、この焦点誤差検出状態判別手段の判別結果に応じて前記焦点誤差信号における乱れの有無を表示する表示手段とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の生物顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点誤差信号を用いた観察光学系の自動焦点機能を有する生物顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長時間の観察を目的とした生物顕微鏡においては、温度変化などが原因で、観察像の焦点がずれてしまうために、自動焦点機能が必要である。
【０００３】
図４は、自動焦点機能を有する従来の生物顕微鏡の一例を示す構成図である。図に示すように、生物顕微鏡はプレパラート１上に置かれた試料を対物レンズ１０１および観察部１０３により拡大して観察する観察光学系１００と、焦点誤差検出光Ｌｄを使用して合焦状態を検出する焦点誤差検出光学系２００と、焦点誤差検出光Ｌｄを観察光Ｌｓの光路に重畳するダイクロイックミラー３００と、焦点誤差検出光学系２００から得られる焦点誤差信号Ｓｅに応じて自動焦点動作を行う制御手段４００とから構成されている。
【０００４】
対物レンズ１０１はレンズアクチュエータ１０２により光軸方向（Ｚ方向）に移動され、制御手段４００は焦点誤差信号Ｓｅを帰還量として、レンズアクチュエータ１０２を駆動する。
【０００５】
焦点誤差検出光学系２００において、焦点誤差検出光光源２０１から出力された焦点誤差検出光Ｌｄは、レンズ２０２を通過した後、ハーフミラー２０３で反射され、ダイクロイックミラー３００により観察光Ｌｓの光路に重畳されて、観察対象（プレパラート１）に照射される。
【０００６】
また、観察対象（プレパラート１）からの戻り光（反射光）は、焦点誤差検出光Ｌｄ成分のみがダイクロイックミラー３００により反射され、焦点誤差検出光学系２００に入射する。入射光はハーフミラー２０３を通過し、コリメータレンズ２０４およびシリンドリカルレンズ２０５を介して、４分割フォトダイオード２０６に達する。コリメータレンズ２０４、シリンドリカルレンズ２０５および４分割フォトダイオード２０６は、非点収差法による焦点誤差検出を行い、焦点誤差信号Ｓｅを発生する。
【０００７】
なお、フィルタ１０４、２０７は、観察光Ｌｓまたは焦点誤差検出光Ｌｄが他の光学系に入り込まないように挿入されたものである。
【０００８】
このように構成された生物顕微鏡において、対物レンズ１０１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させると、焦点誤差信号Ｓｅは図５に示す如く、Ｓ字カーブを描く。制御手段４００はこのＳ字カーブ上において、焦点誤差信号Ｓｅがゼロまたは任意の一定値となる点を合焦状態として、自動焦点動作を行う。
【０００９】
例えば、図に示す例では、焦点誤差検出光Ｌｄ（観察光Ｌｓ）の焦点位置がプレパラート１の表面に位置した時に焦点誤差信号Ｓｅがゼロとなるので、この面に焦点を合わせる場合には、制御手段４００は焦点誤差信号Ｓｅがゼロとなるように、レンズアクチュエータ１０２を駆動して、対物レンズ１０１の位置を制御する。以後、焦点を合わせようとする面を焦点基準面２と呼ぶ。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−８８０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
生物顕微鏡においては、観察開始時または観察中に自動焦点動作を行わせることが多く、通常、試料３を顕微鏡視野の中心に置いた状態で自動焦点動作を行なわせる。
また、一般に、焦点誤差検出光学系２００の光軸調整を行う場合、その光軸は観察光学系１００と同一に調整されるので、焦点誤差検出光Ｌｄは観察光Ｌｓと同じ位置、すなわち顕微鏡視野のほぼ中心に照射されることになる。
【００１２】
このため、プレパラート１の上に試料３を置いた状態で自動焦点動作を行なおうとすると、焦点誤差検出光Ｌｄが試料３にも照射されることになり、試料３の屈折率の影響を受けて、対物レンズ１０１の光軸方向（Ｚ方向）の動きに対する焦点誤差信号Ｓｅの変化に、図６に示すような乱れを生じてしまう可能性がある。顕微鏡の視野４と試料３の位置との関係を図６（ａ）に示し、この時の焦点誤差信号Ｓｅの様子を図６（ｂ）に示す。
【００１３】
このように、顕微鏡視野の中心に試料３があると、焦点誤差信号Ｓｅの変化に乱れを生じ、正確な自動焦点動作が行えなかったり、自動焦点動作が不安定となってしまう。
また、これを避けるためには、図７に示す如く、試料３を顕微鏡視野４の中心から外して、試料３のない所で自動焦点動作を行わなければならない。顕微鏡の視野４と試料３の位置との関係を図７（ａ）に示し、この時の焦点誤差信号Ｓｅの様子を図７（ｂ）に示す。
【００１４】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、顕微鏡視野の中心に試料を置いた状態においても、自動焦点動作を行うことのできる生物顕微鏡を簡単な構成により実現することを目的としたものである。
【００１５】
また、自動焦点動作が試料から外れた位置で行われているか否かを検出し、表示することのできる生物顕微鏡を簡単な構成により実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の生物顕微鏡は、対物レンズを介して焦点基準面に焦点誤差検出光を照射するとともに、焦点基準面からの戻り光を受けて、焦点基準面への合焦状態を検出する焦点誤差検出光学系を有する生物顕微鏡において、前記焦点基準面における前記焦点誤差検出光の照射位置をこの顕微鏡の視野中心からずらしたことを特徴とする。
【００１７】
前記焦点誤差検出光における照射位置の変更は、前記対物レンズにおける観察光の光軸に対して、前記焦点誤差検出光の光軸を傾けることにより行うことを特徴とする。
【００１８】
前記焦点誤差検出光を前記観察光の光路に重畳するダイクロイックミラーを有し、前記焦点誤差検出光における光軸の変更は、このダイクロイックミラーの角度により調節することを特徴とする。
【００１９】
前記ダイクロイックミラーを一定角度で支持する保持部を有し、このダイクロイックミラーにおける角度の変更は、この保持部の顕微鏡フレームへの取付角度により調節することを特徴とする。
【００２０】
前記焦点誤差検出光を前記観察光の光路に重畳するダイクロイックミラーを有し、前記焦点誤差検出光における光軸の変更は、このダイクロイックミラーに焦点誤差検出光を入射させる前記焦点誤差検出光学系の光軸により調節することを特徴とする。
【００２１】
前記焦点誤差検出光学系から得られる焦点誤差信号における乱れの有無を検出する焦点誤差検出状態判別手段と、この焦点誤差検出状態判別手段の判別結果に応じて前記焦点誤差信号における乱れの有無を表示する表示手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明の生物顕微鏡では、対物レンズにおける観察光の光軸に対して焦点誤差検出光の光軸を傾け、焦点基準面における焦点誤差検出光の照射位置をこの顕微鏡の視野中心からずらすようにしているので、試料を顕微鏡の視野中心に置いた状態においても、焦点誤差検出光の照射位置を試料の位置から外し、確実な自動焦点動作を行うことができる。
【００２３】
また、焦点誤差検出光学系から得られる焦点誤差信号における乱れの有無を検出する焦点誤差検出状態判別手段と、この焦点誤差検出状態判別手段の判別結果に応じて焦点誤差信号における乱れの有無を表示する表示手段とを有しているので、自動焦点動作が試料から外れた位置で行われているか否かを検出して、表示することができ、自動焦点動作の動作状況を顕微鏡の操作者に知らせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１〜図３を参照して、本発明の生物顕微鏡を説明する。
【００２５】
図１は本発明の生物顕微鏡の一実施例を示す構成図である。図において、前記図４〜図７と同様のものは、同一符号を付して示す。
【００２６】
図に示す例では、ダイクロイックミラー３００は保持部３０１に支持され、顕微鏡のフレーム１０５に取り付けられている。通常、ダイクロイックミラー３００は保持部３０１に４５°の角度に固定されており、保持部３０１とフレーム１０５との間に、シムテープなどのスペーサ部材３０２を介在させることにより、ダイクロイックミラー３００の角度を４５°から数mrad傾けている。
【００２７】
このようにすると、図２に示す如く、観察光Ｌｓの光軸に対して、焦点誤差検出光Ｌｄの光軸を傾けることができ、その照射位置Ｐｄを観察光Ｌｓの照射位置Ｐｓ（顕微鏡視野の中心）からずらすことができる。
【００２８】
したがって、試料を顕微鏡の視野中心に置いた状態においても、焦点誤差検出光Ｌｄの照射位置Ｐｄを試料の位置から外し、試料の屈折率などの影響を受けることなく、確実な自動焦点動作を行うことができる。
【００２９】
なお、ダイクロイックミラー３００の角度を変更することにより、焦点誤差検出光学系２００に入射する焦点誤差検出光Ｌｄの光軸も変化することになるが、この変化に対応して、４分割フォトダイオード２０６の位置などが調整される。
【００３０】
図１の説明においては、保持部３０１の取付角度によりダイクロイックミラー３００の角度を変更する場合を例示したが、スペーサ部材３０２などを使用せず、保持部３０１におけるダイクロイックミラー３００の支持角度を直接変更するようにしても良い。
【００３１】
また、焦点誤差検出光学系２００の光軸自体を変え、ダイクロイックミラー３００に対する焦点誤差検出光Ｌｄの入射角を変化させるようにしても良い。
【００３２】
さて、上記のような生物顕微鏡において、基準焦点面２から反射された焦点誤差検出光Ｌｄは、大部分がダイクロイックミラー３００により焦点誤差検出光学系２００方向に反射され、残りもフィルタ１０４によりカットされるので、観察部１０３に入射して、観察の邪魔をしてしまうことはない。
【００３３】
言い換えると、観察光学系１００では焦点誤差検出光Ｌｄを見ることはできず、焦点誤差検出光学系２００が基準焦点面上のどの位置に焦点誤差検出光Ｌｄを照射し、自動焦点動作を行っているのかを確認することはできない。
【００３４】
したがって、焦点誤差検出光Ｌｄが確実に資料３から外れた位置に照射され、焦点誤差信号Ｓｅに乱れを生じていないことを確認することのできる手段があると好適である。
【００３５】
図３は、焦点誤差検出光学系２００から得られる焦点誤差信号Ｓｅにおける乱れの有無を検出する焦点誤差検出状態判別手段５００と、この焦点誤差検出状態判別手段５００の判別結果に応じて焦点誤差信号Ｓｅにおける乱れの有無を表示する表示手段６００の一実施例を示す構成図である。
【００３６】
焦点誤差検出状態判別手段５００は、ＡＤ変換部５０１、メモリ部５０２、信号処理部５０３により構成される。ＡＤ変換部５０１およびメモリ部５０２により、対物レンズ１０１の光軸方向（Ｚ方向）の動きに対する焦点誤差信号Ｓｅの変化を、一定区間サンプリングするとともに、信号処理部５０３により、このデータ列をフーリエ変換し、高周波成分の大きさから焦点誤差信号Ｓｅの乱れの有無を判別する。すなわち、焦点誤差信号Ｓｅに乱れがあると、高周波成分が大きくなり、これが一定値を越えた時に、自動焦点動作への不適を判断して、判別出力を発生する。
【００３７】
表示手段６００は、発光ダイオードよりなり、焦点誤差検出状態判別手段５００の出力に応じて、その判別結果を表示する。例えば、焦点誤差信号Ｓｅに乱れがある時には点灯し、乱れがない時には消灯する。
【００３８】
なお、上記の判別動作は、自動焦点動作の開始時に対物レンズ１０１を光軸方向（Ｚ方向）にスキャンさせて、焦点誤差信号ＳｅのＳ字カーブを得るという、引込動作とともに行われるものである。
【００３９】
したがって、観察開始時または観察中において、試料３を顕微鏡視野の中心に位置させる際に、表示手段６００の表示を確認しながら、試料３の位置を調整するようにすれば、試料３が焦点誤差検出光Ｌｄの照射位置にかかっているか否かを知ることができ、試料３が焦点誤差信号Ｓｅに影響を与えることなく、確実に自動焦点動作を行なわせることのできる位置に、試料３を位置決めすることができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の生物顕微鏡では、対物レンズにおける観察光の光軸に対して焦点誤差検出光の光軸を傾け、焦点基準面における焦点誤差検出光の照射位置をこの顕微鏡の視野中心からずらすようにしているので、試料を顕微鏡の視野中心に置いた状態においても、焦点誤差検出光の照射位置を試料の位置から外し、確実な自動焦点動作を行うことができる。
【００４１】
また、焦点誤差検出光学系から得られる焦点誤差信号における乱れの有無を検出する焦点誤差検出状態判別手段と、この焦点誤差検出状態判別手段の判別結果に応じて焦点誤差信号における乱れの有無を表示する表示手段とを有しているので、自動焦点動作が試料から外れた位置で行われているか否かを検出して、表示することができ、自動焦点動作の動作状況を顕微鏡の操作者に知らせることができる。
【００４２】
なお、上記の説明においては、焦点誤差検出光学系２００として非点収差法を利用した焦点誤差検出手段を例示したが、焦点誤差の検出方法はこれに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の生物顕微鏡の一実施例を示す構成図。
【図２】観察光Ｌｓおよび焦点誤差検出光Ｌｄの光軸の様子を示す図。
【図３】焦点誤差検出状態判別手段および表示手段の一実施例を示す構成図。
【図４】従来の生物顕微鏡の一例を示す構成図。
【図５】対物レンズの移動に対する焦点誤差信号の変化の様子を示す図。
【図６】顕微鏡視野中の試料の位置と焦点誤差信号の変化の様子を示す図。
【図７】顕微鏡視野中の試料の位置と焦点誤差信号の変化の様子を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１      プレパラート
２      焦点基準面
３      試料
４      視野
１００  観察光学系
１０１  対物レンズ
１０２  レンズアクチュエータ
１０３  観察部
２００  焦点誤差検出光学系
３００  ダイクロイックミラー
４００  制御手段
５００  焦点誤差検出状態判別手段
６００  表示手段
【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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