(57)【要約】【課題】送り機構のバックラッシュやステッピングモータの脱調、あるいはピエゾアクチュエータのヒステリシス等の影響を受けることなく、対物レンズの焦点位置を精度よく数μｍ移動させる。【解決手段】所定の波長の光を出射する光源３と、該光源３から出射された光を観察対象Ａに照射する照明光学系４と、該照明光学系４により観察対象Ａに照射された光の観察対象Ａにおける透過光を集光する検出光学系５と、該検出光学系５により集光された透過光を撮影する撮像素子６とを備え、検出光学系５が、光軸Ｃに交差する方向に移動可能に支持された可動部材１２と、光軸Ｃ方向に焦点位置をずらした状態で可動部材１２に固定された略同一の光学性能を有する２以上の対物レンズ１３とを備える観察装置１を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の光を出射する光源と、
該光源から出射された光を観察対象に照射する照明光学系と、
該照明光学系により観察対象に照射された光の観察対象における透過光を集光する検出光学系と、
該検出光学系により集光された透過光を撮影する撮像素子とを備え、
前記検出光学系が、光軸に交差する方向に移動可能に支持された可動部材と、光軸方向に焦点位置をずらした状態で前記可動部材に固定された略同一の光学性能を有する２以上の対物レンズとを備える観察装置。
【請求項２】
前記対物レンズが３以上備えられている請求項１に記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象に対して焦点位置をずらした複数の画像から観察対象の厚さ寸法を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。観察対象に対して焦点位置をずらした複数の画像を取得する場合には、観察対象を搭載したステージ、あるいは、該ステージに対向する対物レンズを光軸方向に移動させる必要がある。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第００／２６６２２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、厚さ寸法を測定するためにずらす焦点位置のずれ量は、数μｍと非常に小さいため、ステージや対物レンズを光軸方向に精度よく移動させる必要がある。顕微鏡においては、手動式の粗動ハンドルや微動ハンドルを用いて焦点位置を合わせることが行われるが、焦点位置をずらすために手動により正確に数μｍ移動させることは困難である。また、ステージや対物レンズの移動をステッピングモータやピエゾアクチュエータにより行う方法も考えられるが、光軸方向に送りをかけるための送り機構のバックラッシュやステッピングモータの脱調、あるいはピエゾアクチュエータのヒステリシス等により、焦点位置を繰り返し精度よく移動させることが困難であるという不都合がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、送り機構のバックラッシュやステッピングモータの脱調、あるいはピエゾアクチュエータのヒステリシス等の影響を受けることなく、対物レンズの焦点位置を精度よく数μｍ移動させることができる観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、所定の波長の光を出射する光源と、該光源から出射された光を観察対象に照射する照明光学系と、該照明光学系により観察対象に照射された光の観察対象における透過光を集光する検出光学系と、該検出光学系により集光された透過光を撮影する撮像素子とを備え、前記検出光学系が、光軸に交差する方向に移動可能に支持された可動部材と、光軸方向に焦点位置をずらした状態で前記可動部材に固定された略同一の光学性能を有する２以上の対物レンズとを備える観察装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、光源から発せられた所定の波長の光が、照明光学系により観察対象に照射され、観察対象における透過光が検出光学系により集光されて撮像素子により撮影される。この場合において、可動部材を光軸に交差する方向に移動させることにより、検出光学系に備えられ焦点位置の異なる２以上の対物レンズを光軸上に配置し、光軸方向に精度よく合焦位置をずらした２以上の画像を取得することができる。そして、このようにして取得された２以上の画像から位相差画像を取得することができる。
【０００８】
可動部材を光軸に交差する方向に移動させるので、送り機構にバックラッシュやヒステリシスが存在しても、それが光軸方向の繰り返し位置決め精度に影響することはなく、数μｍだけ焦点位置をずらした２以上の画像を簡易に取得することができる。その結果、観察対象の厚さ寸法を精度よく算出することが可能となる。
【０００９】
上記発明においては、前記対物レンズが３以上備えられていることが好ましい。
このようにすることで、ステージや対物レンズを備える検出光学系を光軸方向に移動させて、いずれかの対物レンズの焦点位置を観察対象に一致させた後に、他の２以上の対物レンズを光軸に交差する方向に移動させて、それぞれ光軸上に配置することにより、焦点位置が光軸方向に精度よくずれた２以上の画像を簡易に取得することが可能となる。これにより、さらに簡易かつ精度よく、観察対象の厚さ寸法を算出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、送り機構のバックラッシュやステッピングモータの脱調、あるいはピエゾアクチュエータのヒステリシス等の影響を受けることなく、対物レンズの焦点位置を精度よく数μｍ移動させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る観察装置１について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置１は、図１に示されるように、試料（観察対象）Ａを搭載するステージ２と、該ステージ２の鉛直上方に配置され、所定の波長の光、例えば、近赤外光を発生する光源３と、該光源３から発せられた近赤外光を鉛直方向に配される光軸Ｃに沿って試料Ａに照射する照明光学系４と、試料Ａを下方に透過した透過光を集光する検出光学系５と、該検出光学系５により集光された透過光を撮影するＣＣＤのような撮像素子６と、これらを支持するフレーム７とを備えている。
【００１２】
図中、符号８は、撮像素子６に接続され、取得された輝度情報を処理して２次元的な画像を形成する画像処理部、符号９は、形成された画像を表示するモニタ、符号１０は、形成された画像を記憶する記憶部である。
【００１３】
試料Ａは、例えば、透明なシャーレ１１の底面に接着して培養されている細胞群である。
ステージ２は、図示しない粗動ハンドルおよび微動ハンドルにより上下方向に移動可能に設けられている。
【００１４】
照明光学系４は、コンデンサレンズであって、光源３から発せられた近赤外光を略平行光にして試料Ａの鉛直上方から試料Ａに照射するようになっている。
検出光学系５は、図１に示されるように、フレーム７に対して水平方向に移動可能に支持された可動部材１２と、該可動部材１２に固定された３つの対物レンズ１３とを備えている。
【００１５】
可動部材１２は、図２に示されるように、平板状に形成され、鉛直方向すなわち板厚方向に貫通する３つの貫通ネジ孔１２ａを備えている。そして、可動部材１２は、水平な上面１２ｂに沿う方向に移動可能に、図示しないガイド機構等によって支持されている。
３つの対物レンズ１３は、それぞれ異なる貫通ネジ孔１２ａの上端に上向きに締結されることにより固定されている。これら３つの対物レンズ１３は、全く同一の光学性能、すなわち、同一の倍率、開口数、口径および焦点距離を有している。
【００１６】
各対物レンズ１３の前側焦点位置ｆ１，ｆ２，ｆ３は、ステージ２の上下動によって、ステージ２上に載置されているシャーレ１１の底面近傍おいて上下方向の所定範囲に配置することができるようになっている。３つの対物レンズ１３の前側焦点位置は、上下方向に、例えば、５μｍずつ正確にずれた位置に配置されている。
前側焦点位置の位置ズレ量は、例えば、可動部材１２の上面１２ｂと対物レンズ１３の胴付きの肩部１３ａとの間に挟まれるシム１４の厚さを調節することにより精度よく設定されている。
【００１７】
このように構成された本実施形態に係る観察装置１を用いて、試料Ａである細胞の厚さ寸法を測定するには、底面に試料Ａを接着させたシャーレ１１をステージ２上に載置し、可動部材１２をスライドさせて、中央の対物レンズ１３を光軸Ｃ上に配置する。
この状態で、光源３から近赤外光を出射させる。
【００１８】
光源３から発せられた近赤外光は、その鉛直下方に配置されている照明光学系４によって略平行光とされてシャーレ１１内の試料Ａに照射される。
試料Ａに照射された近赤外光は試料Ａを透過して対物レンズにより集光され、撮像素子により撮影される。これにより、撮影された試料Ａ各部の輝度信号が画像処理部８において処理されて試料Ａの２次元的な画像が形成され、モニタ９に表示される。
【００１９】
ユーザはモニタ９を見ながら図示しない粗動ハンドルおよび微動ハンドルにより、ステージ２を上下動させて、シャーレ１１の底面に存在する試料Ａの所望の（光軸Ｃ方向の）観察位置に、対物レンズ１３の焦点位置ｆ２を一致させる。
【００２０】
この状態で、ユーザは可動部材１２を水平方向にスライドさせて、隣接する２つの対物レンズ１３をそれぞれ光軸Ｃ上に配置して、撮像素子６により試料Ａを撮影し、２枚の２次元的な画像を取得する。異なる対物レンズ１３を光軸Ｃ上に配置することで、焦点位置ｆ１，ｆ３を焦点位置ｆ２に対して光軸Ｃ方向に沿って上下にずらすことができる。
【００２１】
これにより、所望の観察位置に対して光軸Ｃに沿う方向にずれた焦点位置ｆ１，ｆ３による異なる２枚の画像を取得することができ、記憶部１０に記憶される。したがって、これら２枚の画像を用いて、公知の方法により、試料Ａの厚さ寸法を精度よく測定することができる。
【００２２】
本実施形態に係る観察装置１によれば、焦点位置を光軸Ｃ方向に精度よくずらした３つの対物レンズ１３を光軸Ｃに直交する水平方向に移動させて切り替えるので、対物レンズ１３の移動方向と焦点位置の移動方向とが異なる。したがって、可動部材１２の移動方向の位置決め精度が悪くても、焦点位置の光軸Ｃ方向への移動を極めて精度よく行うことができる。
【００２３】
その結果、従来、対物レンズ１３やステージ２を光軸Ｃ方向に移動させることで焦点位置をずらしていた場合と比較して、極めて短時間で精度よく焦点位置を５μｍ程度の微細なズレ量だけずらすことができ、観察作業を容易にすることができる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、３つの対物レンズ１３を固定した可動部材１２を水平方向に手動で移動させることとしたが、これに代えて、何らかのアクチュエータや送り機構によって水平方向に移動させることにしてもよい。この場合において、送り機構のバックラッシュやアクチュエータのヒステリシスが発生しても、焦点位置の移動方向には影響しないので、精度よく焦点位置をずらすことができる。
【００２５】
また、本実施形態においては、３つの対物レンズ１３を固定したが、これに代えて、２つの対物レンズあるいは４つ以上の対物レンズ１３を固定することにしてもよい。
また、本実施形態においては、同一の対物レンズ１３を採用し、間に挟むシム１４の厚さの調節により焦点位置をずらすこととしたので、対物レンズ１３としては１種類のものを３つ用意すれば足り、部品管理も容易である。また、シム１４の厚さを調節するだけで済むので、微細に寸法の異なる部品加工を行わずに済むという利点もある。
【００２６】
ただし、微細な部品加工が可能であれば、シム１４に代えて、図３に示されるように、可動部材１２に予め正確な段差を有する段差を形成することにしてもよい。また、図４に示されるように、対物レンズ１３を可動部材１２に固定するアダプタ１５の厚さ寸法を精度よく異ならせて加工したものを使用することにしてもよい。
【００２７】
また、水平方向に直線移動させられる可動部材１２を例示したが、これに代えて、水平方向に旋回させられるレボルバを可動部材１２として採用してもよい。
また、撮像素子６としては、ＣＣＤに代えてＣＭＯＳ等、他の任意の撮像素子を採用してもよい。
また、対物レンズ１３の焦点位置のズレ量を５μｍとしたが、任意の値に設定してよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の観察装置の検出光学系を示す拡大縦断面図である。
【図３】図１の観察装置の検出光学系の第１の変形例を示す拡大縦断面図である。
【図４】図１の観察装置の検出光学系の第２の変形例を示す拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ  試料（観察対象）
１  観察装置
３  光源
４  照明光学系
５  検出光学系
６  撮像素子
１２  可動部材
１３  対物レンズ
【図１】
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【図２】
2009186679.tif 000004
【図３】
2009186679.tif 000005
【図４】
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