(57)【要約】【課題】厚さの変動する観察対象に対する合焦動作の際に対物レンズと標本とが接触することのない観察装置を提供する。【解決手段】光学顕微鏡１０は標本Ｓを光学的に観察するための観察光学系を有する。観察光学系中の対物レンズ１４は光軸に沿って移動可能に保持機構２８に保持されている。制御部６０は、標本Ｓに対する観察光学系の合焦状態を検出する顕微鏡制御部６２と、標本Ｓに対して観察光学系を合焦状態に維持するように保持機構２８を制御する対物レンズ制御部６４とを有する。対物レンズ制御部６４は、対物レンズ１４が標本Ｓに接触するのを避けるため、観察光学系の合焦維持動作に優先して、距離センサー７２によって測定される対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離が所定値以上に維持されるように標本Ｓと対物レンズ１４の相対移動を制限する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを含んでおり、生体組織を含む標本を光学的に観察するための観察光学系と、
前記対物レンズの光軸に沿って前記標本と前記対物レンズを相対的に移動させるための移動機構と、
前記対物レンズの先端から前記標本までの距離を取得する距離取得手段と、
前記標本に対して前記観察光学系を合焦状態に維持するように前記移動機構を制御しつつ、これに優先して前記距離取得手段により取得される前記距離が所定の値以上に維持されるように前記移動機構による前記標本と前記対物レンズの相対移動を制限する制御部とを有している、観察装置。
【請求項２】
前記距離取得手段は、前記対物レンズに取り付けられた、前記対物レンズの先端から前記標本までの前記距離を測定する距離センサーを有している、請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記移動機構は、前記対物レンズを保持する保持機構を含んでおり、
前記距離取得手段は、前記保持機構が前記対物レンズを保持する保持位置から前記標本までの距離を測定する距離センサーと、前記保持位置から前記対物レンズの先端までの前記対物レンズの長さを記憶する記憶部とを含んでおり、前記距離センサーにより測定される前記距離と前記対物レンズの前記長さとから前記対物レンズの先端から前記標本までの前記距離を求める、請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
前記標本が載置される標本ステージと、前記標本が取り得る最大の厚さを記憶する記憶部とをさらに有し、
前記距離取得手段は、前記標本ステージに対する前記対物レンズの先端の高さ位置から前記記憶部に記憶されている前記最大の厚さを減算した値を前記対物レンズの先端から前記標本までの前記距離とする、請求項１に記載の観察装置。
【請求項５】
前記標本は生体組織を含んでおり、前記生体組織が載せられるベース部材と、前記生体組織に載せられて前記生体組織の動きを抑制する抑制部材を含んでおり、前記記憶部は、前記ベース部材の厚さと前記抑制部材の厚さと前記生体組織の最大厚さとを記憶する、請求項４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、生体組織を含む標本を観察する観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡観察中に対物レンズを光軸方向に移動させながら観察対象位置に応じた合焦補正を行うようにした顕微鏡装置がある。例えば、合焦補正手段に可動範囲を制限するものとして、特開２００７−１４８１６１号公報がある。
【０００３】
これは、スライドガラスとカバーガラスとの間の限られた狭い空間に配置されている観察対象に対して、迷光などの影響により合焦距離を誤った際に対物レンズと標本がぶつかることを回避するためのものである。
【特許文献１】特開２００７−１４８１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、生体の臓器（心臓や肺）を観察対象とした場合、呼吸や拍動により観察対象が光軸方向に変位する場合など、その条件に合わせて合焦させ続けようとすると対物レンズと観察対象の衝突防止という点で不十分である。
【０００５】
すなわちスライド標本のように合焦時の対物レンズにおける標本側の先端位置がカバーガラスより上方に限られている場合には、通常の合焦動作において対物レンズがカバーガラスに接触しないので、対物レンズの動作範囲を合焦範囲から過剰に移動しないように制限するのみなので、同一高さの観察対象に対しては対物レンズとカバーガラスの接触を避けることができる。これに対して、カバーガラス面からの高さ位置関係が変化するような観察対象を高さ方向に追従しながら観察する場合は高さ方向の合焦範囲が広い範囲となり得るので通常の合焦動作において対物レンズとカバーガラスが接触してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、厚さの変動する観察対象に対する合焦動作の際に対物レンズと標本とが接触することのない観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による観察装置は、対物レンズを含んでおり、生体組織を含む標本を光学的に観察するための観察光学系と、前記対物レンズの光軸に沿って前記標本と前記対物レンズを相対的に移動させるための移動機構と、前記対物レンズの先端から前記標本までの距離を取得する距離取得手段と、前記標本に対して前記観察光学系を合焦状態に維持するように前記移動機構を制御しつつ、これに優先して前記距離取得手段により取得される前記距離が所定の値以上に維持されるように前記移動機構による前記標本と前記対物レンズの相対移動を制限する制御部とを有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、厚さの変動する観察対象に対する合焦動作の際に対物レンズと標本とが接触することのない観察装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施形態による観察装置を図１に示す。観察装置１００は、生体組織を含む標本Ｓを観察するためのものであり、生体組織としては、生きている微生物や細胞など、特にある程度規則的な動きをするものを想定している。図１に示すように、観察装置１００は、光学顕微鏡１０を含んでいる。光学顕微鏡１０は、標本Ｓが載置される標本ステージ１２と、標本Ｓの上方に配置される対物レンズ１４と、対物レンズ１４と協働して標本Ｓを結像する結像光学系を構成する結像レンズ１８と、結像光学系の光路を二本に分割する光路分割プリズム２２と、結像光学系により結像される標本像を目視可能にする接眼レンズ２４とを有している。光路分割プリズム２２は、結像レンズ１８の上方の光路上に配置されており、標本Ｓからの光の一部を透過し、一部を反射する。接眼レンズ２４は、光路分割プリズム２２によって分割された一方の光路上に配置されている。光路分割プリズム２２と接眼レンズ２４は、対物レンズ１４と結像レンズ１８から構成される結像光学系と協働して、標本Ｓを光学的に観察するための観察光学系を構成する。
【００１０】
光学顕微鏡１０はまた、対物レンズ１４を保持する保持機構２８を有している。保持機構２８は、顕微鏡本体２６に対して上下に移動可能であり、対物レンズ１４をその光軸に沿って移動させることができる。つまり、保持機構２８は、対物レンズ１４の光軸に沿って標本Ｓと対物レンズ１４を相対的に移動させるための移動機構を構成している。標本ステージ１２は、載置された標本Ｓを対物レンズ１４の光軸に直交するＸ軸およびＹ軸に沿って移動させることができる。保持機構２８が対物レンズ１４をその光軸に沿って移動可能である代わりに、標本ステージ１２が、載置された標本Ｓを対物レンズ１４の光軸に沿って移動可能であってもよい。この構成においては、標本ステージ１２が前述した移動機構を構成する。保持機構２８のアクチュエーターは、これに限らないが、たとえば、リニアモーター、ボイスコイルモーター、ＡＣモーター、超音波モーター、圧電素子などで構成されてよい。
【００１１】
観察装置１００はさらに、保持機構２８を駆動する対物レンズ駆動装置３８と、光学顕微鏡１０の結像光学系により結像される標本像を撮像するためのカメラ４２と、カメラ４２により取得される画像を表示するための表示装置５６とを有している。
【００１２】
また観察装置１００は装置全体を制御する制御部６０を有している。制御部６０は、標本Ｓに対する観察光学系の合焦状態を検出する顕微鏡制御部６２と、標本Ｓに対して観察光学系を合焦状態に維持するように対物レンズ駆動装置３８を介して保持機構２８を制御する対物レンズ制御部６４とを有している。制御部６０は、これに限らないが、たとえば、ＤＳＰやマイコン、パソコンなどで構成されてよい。
【００１３】
観察装置１００はまた、対物レンズ１４の高さ位置を検出する位置センサー３６を備えている。高さ位置は、たとえば、標本ステージ１２の上面からの対物レンズ１４の光軸に沿った位置である。位置センサー３６により得られる位置情報は対物レンズ制御部６４に供給され、対物レンズ制御部６４は、この位置情報に基づいて対物レンズ１４の位置をフィードバック制御する。これにより、対物レンズ１４の位置が外乱などに強くなり好ましい。
【００１４】
ここで、観察光学系の合焦維持動作つまりオートフォーカス動作について説明する。
【００１５】
顕微鏡制御部６２は、標本Ｓに対して観察光学系が合焦しているか否かを判断する。合焦の判断は、たとえば、カメラ４２により取得される画像に基づいて、コントラスト方式や山登り方式により行なわれてよい。あるいは、専用のセンサーを設けて、位相差検出方式により行なわれてもよい。観察光学系が合焦状態にないとき、顕微鏡制御部６２は、対物レンズ１４を上に動かすか下に動かすかの情報を対物レンズ制御部６４に与える。
【００１６】
対物レンズ制御部６４は、顕微鏡制御部６２からの情報に基づいて、対物レンズ駆動装置３２を介して保持機構２８を制御し、観察光学系が合焦状態となる位置に対物レンズ１４を移動させる。
【００１７】
また、外乱に対する耐性向上のため、常時、位置センサー３６が対物レンズ１４の先端の位置を検出し、この位置情報を用いて対物レンズ制御部６４が対物レンズ１４の位置をフィードバック制御する。対物レンズ１４の長さの情報があれば、位置センサー３６は、対物レンズ１４の先端の位置を検出する代わりに、対物レンズ１４の取り付け部の位置を検出してもよい。なぜなら、対物レンズ１４の取り付け部の位置と対物レンズ１４の長さとから対物レンズ１４の先端の位置が求められるからである。
【００１８】
本実施形態では、観察装置１００はさらに、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離を測定するための距離センサー７２と、情報を記憶しておくための記憶部７４とを有している。
【００１９】
対物レンズ１４と標本Ｓの周辺部分を図２に拡大して示す。図２に示すように、標本Ｓは、生体組織８２と、生体組織８２が載せられるベース部材８４と、生体組織８２に載せられて生体組織８２の動きを抑制する抑制部材８６とを含んでいる。ベース部材８４は、たとえばスライドガラスで構成されてよい。抑制部材８６は、一例では、生体組織８２の全体を覆うカバーガラスで構成されてよく、別の例では、生体組織８２の周縁を抑える輪帯状のスタビライザーで構成されてよい。
【００２０】
距離センサー７２は、対物レンズ１４の先端部に両者の下端面の位置を合わせて取り付けられている。距離センサー７２、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離を直接測定する。つまり、距離センサー７２は、対物レンズ１４の先端から抑制部材８６の上面までの距離を直接測定する。この構成では、距離センサー７２単体が、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離を取得する距離取得手段を構成している。
【００２１】
図２の構成に代えて適用可能な距離センサー７２の配置の変形例を図３に示す。この変形例では、距離センサー７２は保持機構２８に取り付けられている。距離センサー７２の下端面は、保持機構２８が対物レンズ１４を保持する保持位置に合わせられている。距離センサー７２は、保持機構２８が対物レンズ１４を保持する保持位置から標本Ｓまでの距離を測定する。つまり、距離センサー７２は、対物レンズ１４の保持位置から抑制部材８６の上面までの距離を直接測定する。対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離を知るには、対物レンズ１４の保持位置から対物レンズ１４の先端までの対物レンズ１４の長さＬの情報が必要である。このため、記憶部７４には、対物レンズ１４の保持位置から対物レンズ１４の先端までの対物レンズ１４の長さＬが記憶されている。対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離は、対物レンズ制御部６４により、距離センサー７２により測定される距離と対物レンズ１４の長さＬとから求められる。この構成では、距離センサー７２と記憶部７４と対物レンズ制御部６４とが協働して、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離を取得する距離取得手段を構成している。
【００２２】
本実施形態では、対物レンズ制御部６４は、対物レンズ１４が標本Ｓに接触するのを避けるため、観察光学系の合焦維持動作つまりオートフォーカス動作に優先して、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離が所定値以上に維持されるように標本Ｓと対物レンズ１４の相対移動を制限する。所定値は、対物レンズ１４の先端と標本Ｓの間に確保すべきマージンや距離センサー７２による測定誤差や保持機構２８のオーバーシュートなどを考慮して決められる。この所定値はたとえば記憶部７４にあらかじめ記憶される。
【００２３】
標本Ｓに対する本実施形態による対物レンズ１４の動きを図４と図５に示す。図４は抑制部材８６がカバーガラスである例を示し、図５は抑制部材８６がスタビライザーである例を示している。対物レンズ１４は、合焦維持動作の最中、生体組織８２の観察部位の上下動に追従して上下に移動される。しかし、対物レンズ１４の先端から抑制部材８６までの距離が前述の所定値未満になったときには、合焦動作のための対物レンズ１４の移動が停止される。これにより、対物レンズ１４が抑制部材８６に接触することが避けられる。
【００２４】
比較例として通常の合焦維持動作による対物レンズ１４の動きを図６と図７に示す。図６は抑制部材８６がカバーガラスである例を示し、図７は抑制部材８６がスタビライザーである例を示している。通常の合焦維持動作では、対物レンズ１４は常に、生体組織８２の観察部位の上下動に追従して上下に移動される。このため、生体組織８２の観察部位が大きく下方に移動したとき、対物レンズ１４がそのまま生体組織８２の観察部位を追従して下方に移動するために抑制部材８６に衝突してしまう。
【００２５】
このように、生体組織８２の観察部位が対物レンズ１４から大きく遠ざかったとき、対物レンズ１４の追従が停止される。対物レンズ１４の追従が停止されているあいだ、カメラ４２により取得される画像はピンボケになる。その状態から生体組織８２の観察部位が再び対物レンズ１４に近づくと、対物レンズ１４の追従が再び開始され観察光学系は合焦状態に戻る。
【００２６】
制御部６０は、観察光学系が合焦状態から外れているあいだ、ピンボケになる前の合焦状態の画像を表示装置５２に表示させておいてもよい。これにより表示装置５２には、ピンボケの画像は表示されず、見やすい画像が表示される。
【００２７】
ところで、対物レンズ１４は有限の範囲内で動作すると考えられるので、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離が減少して記憶部７４に記憶されている所定値に達するよりも前に、物理的な制約などによる有限の範囲の方が先に制約を与えてしまうことも考えられる。つまり、生体組織が対物レンズ１４から遠ざかりすぎたときに、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離は所定値に達するまでには余裕があるが、アクチュエーターやガイト機構の動作範囲などによる制約が先に発生し、合焦動作を行なえなくなる状況である。対物レンズ１４は物理的に最も下方に位置しながらも、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離が所定値に達していない状態である。
【００２８】
このような不所望な状況は、生体組織を対物レンズ１４に近づけることにより解決されると考えられるので、制御部６０が表示装置５２を介して使用者に標本Ｓの位置の調整を促すとよい。標本Ｓの位置を調整する代わりに、対物レンズ１４の位置（アクチュエーターやガイド機構を含めた対物レンズ１４の支持機構全体の位置）を調整してもよい。調整を促す手法としては、表示装置５２にメッセージを表示するほか、警告音や音声を発することなども考えられる。
【００２９】
生体組織８２の厚さがどのくらい変化するかが分かっているとき、生体組織８２の追従のために対物レンズ１４が移動する範囲をあらかじめ算出し、その移動範囲内において物理的な制約が生じる場合には事前に標本Ｓの位置の調整を促してもよい。
【００３０】
以下、対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離を求めることに関する変形例について説明する。
【００３１】
対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離は、距離センサー７２を使用して測定する代わりに、オートフォーカス動作において得られる対物レンズ１４の高さ位置の情報に基づいて求めてもよい。対物レンズ１４の高さ位置は、標本ステージ１２の上面からの対物レンズ１４の光軸に沿った位置である。対物レンズ１４の先端の高さ位置は、標本ステージ１２の上面を基準とした保持機構２８が対物レンズ１４を保持する保持位置と、対物レンズ１４の長さとから分かる。
【００３２】
標本Ｓの厚さは生体組織８２の動きに応じて変動する。ここで厚さとは、対物レンズ１４の光軸に沿った寸法を意味する。生体組織８２の動きが呼吸や拍動であるとき、生体組織８２が取り得る最大の厚さは予想し得る。標本Ｓが取り得る最大の厚さは予想し得る。標本Ｓが取り得る最大の厚さは、具体的には、生体組織８２が取り得る最大の厚さとベース部材８４の厚さと抑制部材８６の厚さとの和である。
【００３３】
対物レンズ１４の先端の高さ位置が標本Ｓの取り得る最大の厚さよりも大きければ、対物レンズ１４が標本Ｓに接触することが避けられる。
【００３４】
このため、記憶部７４には、対物レンズ１４の長さと、標本Ｓが取り得る最大の厚さまたは生体組織８２が取り得る最大の厚さとベース部材８４の厚さと抑制部材８６の厚さとが記憶されている。また、対物レンズ制御部６４は、対物レンズの先端の高さ位置から標本Ｓが取り得る最大の厚さを減算し、その減算値を暫定的に対物レンズ１４の先端から標本Ｓまでの距離とする。さらに、この減算値が所定値以上に維持されるように、標本Ｓと対物レンズ１４の相対移動を制限する。これにより、対物レンズ１４と標本Ｓの接触が避けられる。
【００３５】
本実施形態の観察装置によれば、対物レンズ１４と標本Ｓとが接触することが防止される。そのために対物レンズの可動範囲を標本によって個別に設定する必要もない。対物レンズ１４と標本Ｓが接触しないので、対物レンズ１４が汚れたり、標本が汚染されたり損傷したりすることがない。具体的には、対物レンズ１４に押されることにより、抑制部材が破損したり、生体組織が損傷したり、さらには抑制部材の破損により生体組織が傷付いたりすることがない。
【００３６】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による観察装置を示す。
【図２】図１に示した対物レンズと標本の周辺部分を拡大して示す。
【図３】図２の構成に代えて適用可能な距離センサーの配置の変形例を示す。
【図４】抑制部材がカバーガラスである標本に対する本発明の実施形態による対物レンズの動きを示す。
【図５】抑制部材がスタビライザーである標本に対する本発明の実施形態による対物レンズの動きを示す。
【図６】抑制部材がカバーガラスである標本に対する通常の合焦維持動作による対物レンズの動きを示す。
【図７】抑制部材がスタビライザーである標本に対する通常の合焦維持動作による対物レンズの動きを示す。
【符号の説明】
【００３８】
１０…光学顕微鏡、１２…標本ステージ、１４…対物レンズ、１８…結像レンズ、２２…光路分割プリズム、２４…接眼レンズ、２６…顕微鏡本体、２８…保持機構、３２…対物レンズ駆動装置、３６…位置センサー、３８…対物レンズ駆動装置、４２…カメラ、５２…表示装置、５６…表示装置、６０…制御部、６２…顕微鏡制御部、６４…対物レンズ制御部、７２…距離センサー、７４…記憶部、８２…カバーガラス、８２…生体組織、８４…ベース部材、８６…抑制部材、１００…観察装置。
【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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