(57)【要約】【課題】顕微鏡の焦準ハンドルを操作することによって、焦準部の移動速度や移動量を広い範囲で変化させることができる焦準装置およびそれを備えた顕微鏡を提供すること。【解決手段】ステージ５に載置された標本７に対物レンズ１１の焦点を合わせる焦準装置において、前記ステージ５または前記対物レンズ１１を光軸方向に移動させる移動手段１５と、前記ステージ５または前記対物レンズ１１の移動を指示する操作部１７と、前記対物レンズ１１の種類に応じた前記ステージ５または前記対物レンズ１１の移動速度または移動量を制御する制御情報を有し、前記制御情報と前記操作部１７への指示とに基づいて前記移動手段１５を制御する制御手段１９とを備えていること。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージに載置された標本に対物レンズの焦点を合わせる焦準装置において、
前記ステージまたは前記対物レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記ステージまたは前記対物レンズの移動を指示する操作部と、
前記対物レンズの種類に応じた前記ステージまたは前記対物レンズの移動速度または移動量を制御する制御情報を有し、前記制御情報と前記操作部への指示とに基づいて前記移動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする焦準装置。
【請求項２】
前記制御情報は、前記操作部へ指示する前記移動速度に応じて前記ステージまたは前記対物レンズの移動速度を制御する第１の制御モードと、前記操作部へ指示する前記移動量に応じて前記ステージまたは前記対物レンズの移動量を制御する第２の制御モードを有することを特徴とする請求項１に記載の焦準装置。
【請求項３】
前記対物レンズの種類を検出する検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の焦準装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の焦準装置を備えることを特徴とする顕微鏡。
【請求項５】
前記操作部は、顕微鏡の焦準ハンドルであることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦準装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、モータを用いた顕微鏡の焦準装置において、標本交換時等にステージを高速で退避させるために、退避用のスイッチ、または上方向粗動用ボタンおよび下方向粗動用ボタンを別途用意して焦準部の高速退避を行っている
また、光軸上に配置された対物レンズの種類により対物レンズまたはステージを光軸方向に移動させる焦準部の微動、粗動範囲を予め設定しておき、外部コントローラー部に設けられたジョグを操作した際、顕微鏡本体に内蔵された位置検出器の信号に基づき設定した範囲で微動、粗動の動作を切替えることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−９８２５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記開示例では、観察する標本の厚みや、観察標本の形状によって粗動、微動の範囲が変化する場合、粗動、微動を行う範囲を再設定する必要があり、操作が煩雑となり焦点合わせ作業を効率的に行うことができないという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、顕微鏡の焦準ハンドルを操作することによって、焦準部の移動速度や移動量を広い範囲で変化させることができる焦準装置およびそれを備えた顕微鏡を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ステージに載置された標本に対物レンズの焦点を合わせる焦準装置において、前記ステージまたは前記対物レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、前記ステージまたは前記対物レンズの移動を指示する操作部と、前記対物レンズの種類に応じた前記ステージまたは前記対物レンズの移動速度または移動量を制御する制御情報を有し、前記制御情報と前記操作部への指示とに基づいて前記移動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする焦準装置を提供する。
【０００７】
また、本発明にかかる焦準装置では、前記制御情報は、前記操作部へ指示する前記移動速度に応じて前記ステージまたは前記対物レンズの移動速度を制御する第１の制御モードと、前記操作部へ指示する前記移動量に応じて前記ステージまたは前記対物レンズの移動量を制御する第２の制御モードを有することが好ましい。
【０００８】
また、本発明にかかる焦準装置では、前記対物レンズの種類を検出する検出手段をさらに備えることが好ましい
また、本発明では、前記焦準装置を備えることを特徴とする顕微鏡を提供する。
【０００９】
また、本発明にかかる顕微鏡では、前記操作部は、顕微鏡の焦準ハンドルであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態にかかる焦準装置を搭載した顕微鏡の概略構成図を示す。図２は、本発明の実施形態にかかる顕微鏡の照準装置の制御系の概略構成図を示す。図３は、制御系に保存されている単位時間あたりのパルス数と速度との関係を決める単位時間あたりのパルス数対設定速度の例を示す。図４は、制御系に保存されている駆動制御情報データの一例を示す。図５は、顕微鏡に取付けられた対物レンズと駆動制御情報との関係を示す駆動制御情報テーブルの一例を示す。図６は、本発明の実施形態にかかる顕微鏡の焦準装置の動作を示すフローチャートを示す。
【００１２】
図１において、顕微鏡本体１に設けられた光源３からの照明光は標本７を透過照明する光であり、不図示の照明光学系を介してステージ５に載置された標本７に照射される。標本からの光は、顕微鏡本体１の対物レンズ切替装置９（以後、リボルバーと記す）に取付けられた複数の対物レンズのうち選択されて光軸に取付けられた対物レンズ１１で集光されて、不図示の観察光学系を介して接眼レンズ１３に至り、観察者によって観察される。リボルバー９には取付けられた複数の対物レンズを区別するために用いる符号（番号等）が付与されており、光軸に挿入された対物レンズ１１のリボルバー９の位置は、後述の対物レンズ位置判別センサ２１で検出され上記符号と関係付けられている。
【００１３】
顕微鏡本体１の下部の側面には、ステージ５の下部に結合された焦準部１５の上下移動の指示を行う焦準ハンドル１７が設けられている。また、顕微鏡本体１には、制御部１９と、対物レンズ位置判別センサ２１と、エンコーダ２５と、ステッピングモータ２７と、モータドライバ２９が設けられている。なお、本実施形態では、ステージを移動させているが、対物レンズを移動させても構わない。
【００１４】
制御部１９には、リボルバー９の近傍に配設され、光軸上に位置する対物レンズ１１が取付けられたリボルバー９の位置を検出する対物レンズ位置判別センサ２１と、リボルバー９に装着されている複数の対物レンズの対物レンズ情報（倍率、開口数ＮＡ等）とリボルバー９のどの位置にどの対物レンズが取付けられているか等を入力する情報入力装置２３（例えば、ＰＣまたは外部端末など）と、焦準ハンドル１５に接続され焦準ハンドル１５の回転によってパルス信号を発生するエンコーダ２５と、ステージ５に結合された焦準部１５を上下に移動させるステッピングモータ２７の駆動制御を行うモータドライバ２９が接続されている。このようにして、焦準装置を搭載した顕微鏡が構成されている。
【００１５】
次に、本実施形態にかかる焦準装置の制御系１９について説明する。
【００１６】
図２において、焦準ハンドル１７を回転した際、エンコーダ２５から出力された２つの信号、エンコーダ信号Ａ（以後、Ａ信号と記す）とＡ信号に対して９０度位相がずれたエンコーダ信号Ｂ（以後、Ｂ信号と記す）とは、制御部１９の制御回路に入力する。制御回路では、Ａ信号とＢ信号とから、ステッピングモータ２７を後述する速度制御モードで駆動する際に用いる回転方向信号、回転のスタート／ストップを決める回転／停止信号、および回転速度を決める際に用いられる速度信号（単位時間あたりのパルス数）と、ステッピングモータ２５を後述するパルス制御モードで駆動する際に用いるＵＰパルス信号およびＤＯＷＮパルス信号が形成される。
【００１７】
ＣＰＵ部には、図３に示す単位時間あたりのパルス数対設定速度、図４に示す対物レンズ特性に対応する駆動制御情報データや各種の制御プログラム等が内蔵されている。そして、情報入力装置２３から対物レンズ情報（例えば、対物レンズを装着したリボルバー９の位置と対物レンズの種類や倍率やＮＡ等）が入力された際、図３に示す単位時間あたりのパルス数対設定速度や図４に示す対物レンズ特性に対応する駆動制御情報データから、図５に示すようなリボルバー９の位置と対物レンズ情報と制御モードとを関係付けた駆動情報制御情報テーブルが作成されている。
【００１８】
ＣＰＵ部に対物レンズ位置判別センサ２１からリボルバー９の位置情報が入力され、対物レンズ位置判別センサ２１の情報により図５に示す駆動情報制御情報テーブルから、対物レンズ１１に応じたステッピングモータ２７の制御モードが選択されて、制御回路に指示される。なお、対物レンズ位置判別センサ２１を使用せず、情報入力装置２３から直接使用する対物レンズ情報を入力しても構わない。
【００１９】
制御回路では、制御モードの中で速度制御モードとパルス制御モードのどちらが設定されたかに応じて上述の各信号を出力する。
【００２０】
速度制御モードとは、焦準ハンドル１７の回転速度を検出し、それを基に焦準部１５の移動速度を制御するモードである。すなわち、焦準ハンドル１７を回転したときエンコーダ２５からの単位時間当たりのパルス数によって焦準部１５の速度を決めるものである。図３に単位時間あたりのパルス数に対する設定速度のデータを示している。例えば▲１▼の曲線に従って焦準部１５を制御すると、焦準ハンドル１７をゆっくり回転させた場合には、焦準部１５は遅い速度で動き、焦準ハンドル１７を早く回転させた場合には、単位時間あたりのパルス数が増加する以上の速度で焦準部１５が動く。
【００２１】
図３には３種類の単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線（▲１▼、▲２▼、▲３▼）を示している。速度制御モード１は、図４において対物レンズのＮＡが０．１５未満の時に用いられる制御モードであり、図３の単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線▲１▼が用いられ最も高速で焦準部１５を駆動する。速度制御モード２は、対物レンズのＮＡが０．１５以上０．０３未満の場合に図３の単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線▲２▼が用いられ、速度制御モード３は対物レンズのＮＡが０．３０以上０．５０未満の場合に図３の単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線▲３▼がそれぞれ用いられる。
【００２２】
パルス制御モードとは、焦準ハンドル１７の回転数を検出し、それを基に焦準部１５の移動量を制御するモードである。すなわち、焦準ハンドル１７の回転に際してエンコーダ２５から出力されるパルス信号に応じて焦準部１５をパルス毎に所定移動量駆動するモードである。例えば、図４において、パルス制御モード１では、焦準ハンドル１７を一回転した際、焦準部１５が１００μｍだけ移動する微動モードである。同様に、パルス制御モード２では、焦準ハンドル１７を一回転した際、焦準部１５が５０μｍだけ移動する微動モードであり、パルス制御モード３では、焦準ハンドル１７を一回転した際、焦準部１５が２５μｍだけ移動する微動モードである。焦準ハンドル１７が１回転したときのエンコーダ２５から出力されるパルス数は一定であるので、パルス制御モード１から３にしたがって、１パルス当たりの焦準部１５の移動量は少なくなり微妙な焦点合わせが可能となる。
【００２３】
上記いずれのモードで動作するかは、対物レンズ位置判別センサ２１の情報により光軸に挿入されている対物レンズ１１に応じてＣＰＵ部から送られる制御モード設定信号で切替えられる。
【００２４】
対物レンズ１１が速度制御モードに対応するＮＡを有する対物レンズ（例えば、低倍の対物レンズ）である場合、ＣＰＵ部から制御モード設定信号が制御回路に送られ、制御回路からは速度制御モードに必要な、回転方向信号、回転／停止信号、および速度信号が出力され、ＣＰＵ部に入力される。ＣＰＵ部では所定のプログラムにしたがって回転方向と、図３に示されるエンコーダ２５からの単位時間あたりのパルス数対設定速度との関係に従って、回転速度信号がモータコントローラに送られ、モータコントローラからモータドライバ２９にステッピングモータ２７の回転方向信号と回転速度信号が送られて、ステッピングモータ２７が所定の速度で回転し焦準部１５を所定の速度で移動させる。このとき、ステッピングモータ２７が脱調しないようにステッピングモータ２７の回転速度が制御される。また、回転スタート時の加速特性や、回転停止時の減速特性なども所定の加速および減速プログラムに従って制御される。
【００２５】
対物レンズ１１がパルス制御モードに対応するＮＡを有する対物レンズ（例えば、高倍率の対物レンズ）である場合、ＣＰＵ部から制御モード設定信号が制御回路に送られ、制御回路からは、パルス制御モードに必要なＵＰパルス信号またはＤＯＷＮパルス信号が出力され、モータコントローラに送られ、モータコントローラからモータドライバ２９にステッピングモータ２７の制御信号が送られて、ステッピングモータ２７が１パルス当たり所定の回転量で回転し焦準部１５を設定した移動量で移動させる。
【００２６】
なお、制御回路にエンコーダ２５から高周波のパルス入力があったときに、ステッピングモータ２７の脱調を防止するために、不図示の周波数検出回路を設け高周波のパルスの入力を抑制するようにしても良い。
【００２７】
なお、ステッピングモータ２７の１ステップ当たりの焦準部１５の移動量は設計時点で定められるものであり、顕微鏡の設計により適宜変更可能である。また、上記速度制御モードおよびパスル制御モードの動作は一例を示しており、適宜変更が可能である。
【００２８】
なお、ＮＡの大きな対物レンズは焦点深度が浅いため、焦準ハンドル１７の回転量と焦準部１５の移動量が比例している方が好ましいため、図４においては、ＮＡが小さい対物レンズでは速度制御モードを設定し、ＮＡが大きい対物レンズではパスル制御モードを設定しているが、ＮＡが小さい対物レンズでパルス制御モードを設定し、ＮＡが大きい対物レンズで速度制御モードを採用しても構わない。
【００２９】
図６は、本実施形態の焦準装置の動作をフローチャートに示したものである。このフローチャートでは、リボルバー９に取付けられた複数の対物レンズの位置情報は情報入力装置２１を介してすでに入力済みとして説明している（例えば、図５に示す駆動制御情報テーブルとなっている）。
【００３０】
対物レンズ位置判定センサ２１からの情報を基に、現在光軸に挿入されている対物レンズ１１を判別する（Ｓ１）。ＣＰＵ部にある駆動制御情報から、対物レンズ１１に対応する駆動制御情報を読み出し（Ｓ２）、制御回路に送り制御モードを設定する（Ｓ３）。焦準ハンドル１７を回転してエンコーダ２５から回転指示が与えられた際（Ｓ４）、制御モードを判別して（Ｓ５）、速度制御モードの場合ステップＳ６とＳ７を実行し、パルス制御モードの場合ステップＳ８とＳ９を実行する。それぞれの制御モードで焦準部１５が駆動されて対物レンズ１１と標本７との距離が調整されて標本７に焦点合わせが行われる。
【００３１】
また、リボルバー９を回転して対物レンズ１１を交換した際、ステップＳ１から動作が開始され、上述のステップＳ２からＳ９までが実行されて、交換した対物レンズ１１に応じた駆動制御情報が選択されて焦準部１５が移動して標本に合焦が行われる。
【００３２】
一般に、標本を観察する際には、低倍率の対物レンズで観察を始め、低倍率の対物レンズで標本に焦点を合わせた後、高倍率の対物レンズに交換して標本に焦点を合わせて標本の観察が行われる。
【００３３】
低倍の対物レンズ１１を使用する場合、焦準部１５に結合されたステージ５は、図３で示す単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線▲１▼を用いて制御される。例えば、単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線▲１▼では、焦準ハンドル１７を早く回転すると曲線▲１▼の傾きの急な部分の移動速度がステージ５に与えられるため、ステージ５は高速で移動する。対物レンズ１１の位置が合焦近傍に近づくにつれて、観察者は焦準ハンドル１７の回転速度を遅くするため、曲線▲１▼の傾きが緩やかな部分の移動速度がステージ５に与えられステージ５の移動速度が遅くなり焦点合わせが行いやすくなる。選択された対物レンズ１１の特性に応じて単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線が選択されるので、観察者は容易に焦点合わせが行えるようになる。
【００３４】
低倍率の対物レンズ１１で合焦した後、リボルバー９を回動して高倍率の対物レンズ１１に交換した際（例えば、４０倍の対物レンズ）、図５に示す制御モードはパルス制御モード１に切替り、焦準部１５は焦準ハンドル１７の回転によって対物レンズ１１に応じた所定量の微動移動が可能となり、高倍率の対物レンズ１１でも標本７に容易に焦点を合わせることができるようになる。この際、低倍率の対物レンズで予め焦点合わせが行われているので、高倍率の対物レンズでは微動モードでも短時間で焦点合わせを行うことができる。このようにして、順次対物レンズの倍率を上げて行くことにより、標本を傷つけることなく焦点合わせを行うことができる。
【００３５】
標本７の観察が終わった際には、低倍率の対物レンズ１１（例えば、４倍）に切替えて制御モードを高速移動可能な速度制御モードに切替え、焦準部１５を高速で移動し標本７を素早く退避し、標本７を交換しても良い。
【００３６】
このように、本実施形態にかかる顕微鏡の焦準装置では、光軸に挿入された対物レンズの情報に応じて焦準部（ステージ）の移動モードを切替えることができるため、一般的な顕微鏡と同様に焦準ハンドルのみの操作で焦準ハンドルの操作速度より速い速度や遅い速度で焦準部を移動することができるため、迅速かつ容易に標本に焦点合わせすることが可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態では、焦準部１５がステージ５に結合されてステージ５を駆動している場合について説明したが、焦準部１５が対物レンズ部に結合されて対物レンズを駆動して焦点合わせするようにしても良い。
【００３８】
また、焦準部１５の駆動をステッピングモータ２７で行っているが、ステッピングモータ２７の代わりにＤＣモータを用いても良い。なお、ＤＣモータを用いる場合には、モータドライバ２９、制御部、およびモータコントローラ等もＤＣモータに合わせて変更することが必要である。
【００３９】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、顕微鏡の焦準ハンドルを操作することによって、焦準部の移動速度や移動量を広い範囲で変化させることができる焦準装置およびそれを備えた顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる焦準装置を搭載した顕微鏡の概略構成図を示す。
【図２】本発明の実施形態にかかる顕微鏡の照準装置の制御系の概略構成図を示す。
【図３】制御系に保存されている単位時間あたりのパルス数対設定速度との関係を決める単位時間あたりのパルス数対設定速度曲線の例を示す。
【図４】制御系に保存されている駆動制御情報データの一例を示す。
【図５】顕微鏡に取付けられた対物レンズと駆動制御情報との関係を示す駆動制御情報テーブルの一例を示す。
【図６】本発明の実施形態にかかる顕微鏡の焦準装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      顕微鏡本体
３      光源
５      ステージ
７      標本
９      対物レンズ切替装置（リボルバー）
１１    対物レンズ
１３    接眼レンズ
１５    焦準部
１７    焦準ハンドル
１９    制御部
２１    対物レンズ位置判別センサ
２３    情報入力手段
２５    エンコーダ
２７    ステッピングモータ
２９    モータドライバ
【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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