(57)【要約】【課題】顕微鏡が受ける上下振動による焦点ずれを補正し、焦点ずれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる光学装置を提供すること。【解決手段】対物レンズ１７と結像レンズ１８との間に配置された屈折力可変手段５０と、顕微鏡１に設けられて前記対物レンズの光軸方向の変位を検出する少なくとも１つの位置検出センサーＳ１と、像面Ｉ１，Ｉ２における焦点ずれを前記位置検出センサーの信号に基づき前記屈折力可変手段を介して補正する制御装置２２と、を有することを特徴とする顕微鏡１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと結像レンズとの間に配置された屈折力可変手段と、
顕微鏡に設けられて前記対物レンズの光軸方向の変位を検出する少なくとも１つの位置検出センサーと、
像面における焦点ずれを前記位置検出センサーの信号に基づき前記屈折力可変手段を介して補正する制御装置と、
を有することを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記顕微鏡はステージを有し、
前記位置検出センサーは、前記ステージに配設されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記顕微鏡は前記対物レンズを支持するレボルバを有し、
前記位置検出センサーは、前記レボルバに配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記位置検出センサーは、加速度センサーを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の顕微鏡。
【請求項５】
光学的に透明な媒質を封入した観察試料からの光の光路上にある少なくとも一部の部材が光学的に透明な密閉容器と、
前記密閉容器の一部に形成され、前記媒質を加減圧する加減圧手段とを有し、
前記密閉容器は、観察試料からの光の光路上にある隔壁の少なくとも一方が変形可能に形成され、
前記媒質の加減圧により前記隔壁を変形することで前記観察試料からの光に対する屈折力を可変することを特徴とする光学装置。
【請求項６】
前記加減圧手段は、ピストンを含むことを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記媒質は、水を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記媒質は、油を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光学装置。
【請求項９】
前記媒質は、気体を更に含み、前記加減圧手段は前記気体を加減圧することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡と、これに使用される光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡が設置されている建造物自体が外部から受ける振動や、顕微鏡近傍における歩行者によるわずかな振動でさえも、顕微鏡の上下動を生じさせ高倍率の観察になるほど大きな焦点ずれを生じ、観察像の鮮明度に影響を与える。そこで重量の大きな定盤や除振台などの上に顕微鏡を設置して上下振動による焦点ずれを防いでいた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１８１３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の定盤や除振台を設置する場合、設置スペースを広く設ける必要があるとともに、観察中はこれら防振部材に触れないよう注意する必要があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、顕微鏡が受ける振動による焦点ずれを補正し、焦点ずれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、対物レンズと結像レンズとの間に配置された屈折力可変手段と、顕微鏡に設けられて前記対物レンズの光軸方向の変位を検出する少なくとも１つの位置検出センサーと、像面における焦点ずれを前記位置検出センサーの信号に基づき前記屈折力可変手段を介して補正する制御装置と、を有することを特徴とする顕微鏡を提供する。
【０００６】
また、本発明は、光学的に透明な媒質を封入した観察試料からの光の光路上にある少なくとも一部の部材が光学的に透明な密閉容器と、前記密閉容器の一部に形成され、前記媒質を加減圧する加減圧手段とを有し、前記密閉容器は、観察試料からの光の光路上にある隔壁の少なくとも一方が変形可能に形成され、前記媒質の加減圧により前記隔壁を変形することで前記観察試料からの光に対する屈折力を可変することを特徴とする光学装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、顕微鏡が受ける振動による焦点ずれを補正し、焦点ずれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態にかかる顕微鏡について図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
図１は、実施の形態にかかる顕微鏡の側面図を示す。図２は、ステージを対物レンズ側から見た図を示す。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。この点に関しては補正・訂正後においても同様である。
【００１０】
図１において、透過照明用のランプ光源１１からの照明光は、ベース部１２の内部の照明光学系を通じてコンデンサーレンズ１３に入射し、コンデンサーレンズ１３を介してステージ１４上に置かれた標本１５を照明する。
【００１１】
標本１５からの光束は、レボルバ１６に搭載された対物レンズ１７で集光され光学装置５０を通過して結像レンズ１８により像面Ｉ１、Ｉ２に結像する。像面Ｉ１に結像された標本の像は、接眼レンズ１９を介して観察者に眼視される。また像面Ｉ２に結像された標本の像は、不図示のカメラにより撮像され不図示のモニタで観察される。
【００１２】
また標本１５への焦点調節は、焦準ハンドル２０を回転することでステージ１４を上下動し達成する。また、スタンド部２１には、制御装置２２が内蔵され、顕微鏡１の各種動作を制御可能に構成されている。例えば、顕微鏡１が電動顕微鏡の場合には、レボルバ１６の回転、焦準ハンドル２０の回転によるステージ１４の上下動などを制御装置２２で制御する。また、制御装置２２は、後述する焦点ずれ補正処理にも用いられる。
【００１３】
また、図１に示すようにステージ１４の上面、及びレボルバ１６の内側に１軸加速度センサーＳ１、Ｓ２がそれぞれ配設されている。この１軸加速度センサーＳ１，Ｓ２は、対物レンズ１７の光軸方向（上下方向）の変位を検出可能に配置されている。
【００１４】
また図２において、１軸加速度センサーＳ１は、ステージ１４の上面で標本１５をスライドする試料スライド３１の近傍に配置されている。符号３２はＸ移動ブロック、３３は標本押え爪、３４はステージ板、３５はＹステージ板、３６は開口部をそれぞれ示す。なお、図２においてＸＹ軸を図示のように決める。
【００１５】
次に、焦点ずれ補正のために使用される実施の形態にかかる光学装置５０について図を参照しつつ説明する。
【００１６】
図３は、焦点ずれ補正に用いられる実施の形態にかかる光学装置の一例を示し、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＸ軸に沿った断面をそれぞれ示す。なお、図示のようにＸＹ軸を紙面内に、Ｚ軸を光軸方向に定める。図４は、図３に示す光学装置において、光路に配置された隔壁の変形状態を示し、（ａ）は凹面に、（ｂ）は平面に、（ｃ）は凸面に変形した状態をそれぞれ示す、図５は、光路中における光学装置の働きを示し、（ａ）は屈折力が無い場合、（ｂ）は負屈折力を発生した場合、（ｃ）は正屈折力を発生した場合をそれぞれ示す。
【００１７】
図３において、光学装置５０は、光軸Ｚを同軸とする略円筒状の外壁５０ａと内壁５０ｂと、外壁５０ａの底面を形成する光学的に透明な底面隔壁５０ｃと、内壁５０ｂの底面を形成する光学的に透明、かつ柔軟で変形可能な変形隔壁５０ｄと、外壁５０ａと内壁５０ｂとを気密にする壁５０ｅ、及び外壁５０ａと内壁５０ｂに接合されたシリンダ部５０ｆと、シリンダ部５０ｆの内部に配置されたピストン５０ｇを上下動させるモータ５０ｈとから構成される。また、外壁５０ａ、内壁５０ｂ、底面隔壁５０ｃ、変形隔壁５０ｄ、壁５０ｅ、ピストン５０ｇで形成される空間は気密状態の媒質容器５１を構成する。
【００１８】
媒質容器５１には水、或いは油等の光学的に透明な媒質５２を一定量と空気５３を蓄えている。ピストン５０ｇはモータ５０ｈによりシリンダ５０ｆへの挿入深さを調節できる。なお、モータ５０ｈには、ボイスコイルモータ等が使用出来る。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、ピストン５０ｇを紙面上方に移動して媒質容器５１内部を減圧すれば変形隔壁５０ｄが凹形状となり、通過する光束に対して負屈折力を与えることが出来る。
【００２０】
また、図４（ｃ）に示すように、ピストン５０ｇを紙面下方に移動して媒質容器５１内部を加圧すれば変形隔壁５０ｄが凸形状となり、通過する光束に対して正屈折力を与えることが出来る。
【００２１】
また、図４（ｂ）に示すように、媒質容器５１内部を加圧も減圧もしてない状態では、変形隔壁５０ｄは平面になり、底面隔壁５０ｃと上面隔壁５０ｄとは平行平面板の状態になり、通過する光束に対して何も作用しない。
【００２２】
この様に、光学装置５０は、モータ５０ｈを駆動しピストン５０ｇの位置を制御することで、変形隔壁５０ｄの形状を凹形状から凸形状まで可変することが出来る。この結果、通過する光束に対して負屈折力から正屈折力までの作用を及ぼすことが出来る。
【００２３】
なお、容器内の空間には空気の代わりに窒素等の不活性ガスを封入しても良い。不活性ガスを封入することで油等の劣化を防止することが出来る。また、空気を含まず媒質容器５１内部を水或いは油等の媒質５２で満たしても良い。
【００２４】
次に、図５を参照しつつ光学装置５０の焦点位置調節作用について説明する。図５は、結像光学系中に光学装置５０を配置した光路図を示し、（ａ）は屈折力が作用しないとき、（ｂ）は負屈折力が作用するとき、及び（ｃ）は正屈折力作用したときをそれぞれ示す。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、顕微鏡１に上下振動が無く標本１５と対物レンズ１７とが合焦状態にある場合、対物レンズ１７から射出する光束は平行光となる。この結果、結像レンズ１８により像面Ｉ１、Ｉ２に標本像が結像される。
【００２６】
図５（ｂ）に示すように、顕微鏡１の上下振動により標本１５と対物レンズ１７との距離が増大した場合、対物レンズ１７から射出する光束は平行光から僅かに収斂する収斂光となる。この結果、結像レンズ１８による焦点距離が短くなり像面Ｉ１，Ｉ２上の標本像には焦点ぼけが発生する。
【００２７】
また図５（ｃ）に示すように、顕微鏡１の上下振動により標本１５と対物レンズ１７との距離が減少した場合、対物レンズ１７から射出する光束は平行光から僅かに発散する発散光となる。この結果、結像レンズ１８による焦点距離が長くなり像面Ｉ１，Ｉ２上の像がぼける。この様に、標本１５と対物レンズ１７との距離が顕微鏡１の上下振動により変化することで像面Ｉ１、Ｉ２上における標本像には焦点ぼけが発生する。
【００２８】
本実施の形態にかかる顕微鏡１では、結像光学系の対物レンズ１７と結像レンズ１８との間に、通過する光束に対する屈折力を可変できる光学装置５０を配置すると共に、図１に示す制御装置２２が顕微鏡１に配置されてる１軸加速度センサーＳ１、Ｓ２からの信号に基づき、像面Ｉ１、Ｉ２における焦点ずれ量を算出し、この焦点ずれを相殺するように光学装置５０のモータ５０ｈを介して変形隔壁５０ｄを変形させる。
【００２９】
これにより、図５（ｂ）に示すように、標本１５と対物レンズ１７の距離が離れた場合、対物レンズ１７から射出する平行光束から僅かに収斂した収斂光束を光学装置５０で平行光束に変換するために媒質の形状を負屈折力を有する凹形状にする。この結果、焦点ずれは補正され標本１５の像が像面Ｉ１、Ｉ２上に結像する。
【００３０】
また、図５（ｃ）に示すように、標本１５と対物レンズ１７の距離が近づいた場合、対物レンズ１７から射出する平行光束から僅かに発散した発散光束を光学装置５０で平行光束に変換するために媒質の形状を正屈折力を有する凸形状にする。この結果、焦点ずれは補正され標本１５の像が像面Ｉ１、Ｉ２上に結像する。
【００３１】
なお、光学収差の補正など、より詳細な光路調節が必要な場合は、該光学装置５０を複数段直列に配置しても良い。また、１軸加速度センサーＳ１、Ｓ２は少なくとも一方が配置されていれば焦点ずれを補正することが出来る。また、１軸加速度センサーを複数配置することで、より高精度に焦点ずれを補正することが可能になる。また、１軸加速度センサーに限らず顕微鏡１の上下振動を検出できる手段であれば良い。
【００３２】
図６は、焦点ずれ補正の制御ブロック図である。
【００３３】
図６において、１軸加速度センサーＳ１、Ｓ２からの上下振動に基づく信号は、制御装置２２の信号入力部４１に入力される。入力されたそれぞれの信号から演算部４２で標本１５と対物レンズ１７との距離が演算され、かつ像面Ｉ１、Ｉ２における焦点ずれが演算される。更に、光学装置５０のモータ５０ｈによる変形隔壁５０ｄの変形量が結像倍率などのパラメータに基づき演算される。これらの演算結果に基づき、駆動部４３を介してモータ５０ｈを駆動し、対物レンズ１７から射出される発散光束或いは収斂光束を平行光束に変換することが出来る。以上の処理を行うことにより１軸加速度センサーＳ１、Ｓ２で検出された上下振動に基づく焦点ずれ量を光学装置５０でキャンセルし像面Ｉ１，Ｉ２における焦点ずれを補正することが出来る。
【００３４】
なお、変形隔壁５０ｄの変形量と結像倍率、加速度センサーＳ１，Ｓ２の検出値の関係は、予めテーブルとして記憶しておけば演算処理を行うことなく変形隔壁５０ｄを制御することもできる。
【００３５】
（光学装置の変形例）
図７は、光学装置の変形例を示す。
【００３６】
図７において、光学装置６０は、前記した光学装置５０のシリンダ５０ｆ、ピストン５０ｇ、及びモータ５０ｈの代わりに通気管６１を配置し、通気管６１の先のポンプ６２を配設している。その他の構成は上記光学装置５０のピストン５０ｇの作用と同様の構成であり同じ構成には同じ符号を付し説明を省略する。また、ポンプ６２の作用、効果も上記光学装置５０と同様であり説明を省略する。
【００３７】
なお、光学装置５０と、光学装置６０の説明では、変形隔壁５０ｄが変形する場合について説明したが、変形隔壁５０ｄと底面隔壁５０ｃの両方が変形するようにしても良いし、変形隔壁５０ｄは固定とし底面隔壁５０ｃが変形するようにしても良い。
【００３８】
（光学装置の別の変形例）
図８は、光学装置の別の変形例を示す。
【００３９】
図８において、光学装置７０は、略円筒状の外壁５０ａと、同軸の略円筒状の内壁５０ｂと、外壁５０ａの底面に形成された光学的に透明な底面隔壁５０ｃと、内壁５０ｂの底面に形成された光学的に透明で、かつ変形可能な変形隔壁５０ｄと、外壁５０ａと内壁５０ｂとを結合して、内部を気密状態にする壁部５０ｅとからなる第１の気密室を形成する媒質容器５１が形成されている。
【００４０】
また、内壁５０ｂと、変形隔壁５０ｄと、内壁５０ｂの上部に形成された光学的に透明な上部蓋部７１と、内壁５０ｂに配設されたシリンダ５０ｆと、シリンダ５０ｆのピストン５０ｇとで第２の気密室７２が形成されている。
【００４１】
本光学装置７０は、ピストン５０ｇに結合されたモータ５０ｈでピストン５０ｇを移動させ、第２の気密室７２内を加減圧することで、媒質容器５１と第２の気密室７２との境界である変形隔壁５０ｄを凹凸形状に変形させることができる。この変形に応じて媒質容器５１内の媒質５２が負屈折力から正屈折力までの作用を通過する光束に与えることが出来る。その他の構成、作用、効果は、上記光学装置５０と同様であり詳細な説明を省略する。
【００４２】
なお、実施の形態の説明では１軸加速度センサーＳ１，Ｓ２が配設されている場合について説明したが、１軸加速度センサーは、顕微鏡１に少なくとも１つ配設してあれば像ぶれ補正を達成することが出来ることは言うまでもない。
【００４３】
また、像ぶれに影響する複数の位置に１軸加速度センサーをそれぞれ配置し、制御装置２２で合成処理することで、上下動による焦点ずれをより効果的に補正することが出来る。例えば、観察に影響を与える顕微鏡の振動を検知する為のセンサーの設置位置は、図１に示すようにステージ１４、レボルバ１６が最も好ましいが、これ以外のアーム部２３のレボルバ１６の近傍Ｓ３など３箇所に配置することでより効果的に焦点ずれを補正することが出来る。
【００４４】
また、上記説明における光学装置では、気密室を加減圧することで空気に作用する圧力を変化させ変形隔壁を凹形状から凸形状に変化し、光束に対する屈折力を変化しているが、これに限定されないことは言うまでもない。例えば、電界で上記変形隔壁に相当する２つの異なる媒質の境界を変化させて光束に対する屈折力を可変するレンズなどを使用することが出来る。
【００４５】
また顕微鏡１は、透過型顕微鏡に限らず倒立型顕微鏡や走査型共焦点顕微鏡などであっても同様の効果を奏する。
【００４６】
以上述べたように、実施の形態にかかる顕微鏡によれば、顕微鏡に加えられた振動によって生じる像面上の焦点ずれを補正することが出来、常に合焦した状態の標本像を観察することが出来る。
【００４７】
また、顕微鏡本体で焦点ずれ補正が出来るため、除振台が不要となり設置スペースを削減することが出来る。
【００４８】
また、顕微鏡本体で焦点ずれ補正が出来るため、顕微鏡の重量や体積を少なくすることが出来、顕微鏡本体の軽量化を達成することが出来る。
【００４９】
また、光学装置の一部の隔壁を変形することで焦点ずれ補正が可能であり、高い周波数成分の上下振動による焦点ずれを補正することが出来ると共に、小型のモータで隔壁の変形を達成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態にかかる顕微鏡の側面図を示す。
【図２】標本ステージを対物レンズ側から見た図を示す。
【図３】焦点ずれ補正に用いられる光学装置を示し、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＸ軸に沿った断面をそれぞれ示す。
【図４】図３に示す光学装置において、光路に配置された隔壁の変形状態を示し、（ａ）は凹面に、（ｂ）は平面に、（ｃ）は凸面に変形した状態をそれぞれ示す、
【図５】光路中における光学装置の働きを示し、（ａ）は屈折力が無い場合、（ｂ）は負屈折力を発生した場合、（ｃ）は正屈折力を発生した場合をそれぞれ示す。
【図６】制御ブロック図を示す。
【図７】光学装置の変形例を示す。
【図８】光学装置の別の変形例を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１    顕微鏡
１１  ランプ光源
１２  ベース部
１３  コンデンサーレンズ
１４  ステージ
１５  標本
１６  レボルバ
１７  対物レンズ
１８  結像レンズ
１９  接眼レンズ
２０  焦準ハンドル
２１  スタンド部
２２  制御装置
２３  アーム部
３１  試料スライド
３２  Ｘ移動ブロック
３３  標本押え爪
３４  ステージ板
３５  Ｙステージ板
３６  開口部
４１  信号入力部
４２  演算部
４３  ボイスモータ駆動部
５０、６０、７０  光学装置
５０ｄ  変形隔壁
５０ｇ  ピストン
５１  媒質容器
５２  媒質
５３  空気
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  １軸加速度センサー
６１  通気管
６２  ポンプ
７１  上部蓋部
７２  気密室
Ｉ１，Ｉ２  像面
【図１】
2009186604.tif 000003
【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】
2009186604.tif 000009
【図８】
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