JP2007187810A - Microscope observation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡観察装置に関するものである。 The present invention relates to a microscope observation apparatus.
近年、生物学の研究においては、光学顕微鏡を用いて蛍光プローブによるイオン濃度、膜電位などの可視化が行われるようになっており、例えば、標本として実験動物の一個体を用い、生きたままその臓器等を観察するいわゆるin-vivo観察が行われるようになっている。in-vivo観察においては、観察対象が拍動、呼吸動などの動きをもつので観察位置のズレや焦点のボケが生じやすい。
このような観察位置のズレや焦点ボケを解消する方法としては、撮像手段を備えた顕微鏡全体を観察対象の動きに合わせて追従させる装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
As a method for eliminating such observation position deviation and out-of-focus blur, an apparatus is known in which an entire microscope including an imaging unit is made to follow the movement of an observation target (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の装置では、撮像手段を備え、大きな重量を有する顕微鏡全体を駆動する必要があるので、高速で動作させることができないという問題がある。例えば、心臓を観察する場合には、ラットの心拍数は約350回/分、マウスの心拍数は約620回/分であり、これらの心拍数に特許文献1の装置を追従させることは極めて困難である。 However, the apparatus of Patent Document 1 has a problem that it cannot be operated at high speed because it is necessary to drive an entire microscope having an imaging means and having a large weight. For example, when observing the heart, the heart rate of the rat is about 350 times / minute and the heart rate of the mouse is about 620 times / minute, and it is extremely difficult for the device of Patent Document 1 to follow these heart rates. Have difficulty.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、動的な挙動を示す、特に短い周期で動く生体から鮮明な画像を得ることのできる顕微鏡画像撮影装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a microscope image capturing apparatus that can obtain a clear image from a living body that exhibits dynamic behavior and moves in a particularly short cycle.
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、光源と、該光源からの光を資料に導く照明光学系と、試料からの戻り光をコリメートする対物レンズと、対物レンズによりコリメートされた試料からの戻り光を結像させる結像レンズと、該結像レンズにより結像された戻り光を検出する光検出部とを備え、前記対物レンズが、前記光源、照明光学系、結像レンズおよび光検出部を含む顕微鏡本体に対して、少なくとも対物レンズの光軸に交差する方向に変位可能に設けられるとともに、前記試料の変位に基づく像ズレを補正する方向に前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動装置を備える顕微鏡観察装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a light source, an illumination optical system that guides light from the light source to a material, an objective lens that collimates the return light from the sample, and an image that forms an image of the return light from the sample collimated by the objective lens. A microscope, and a light detection unit that detects return light imaged by the imaging lens, the objective lens including a light source, an illumination optical system, an imaging lens, and a light detection unit. And a microscope observation device provided with an objective lens driving device which is provided so as to be displaceable at least in a direction crossing the optical axis of the objective lens and which drives the objective lens in a direction for correcting an image shift based on the displacement of the sample. .
本発明によれば、動的な挙動を示すために観察位置にズレを生じるような試料に対して、対物レンズ駆動装置を作動させて像ズレを補正する方向に対物レンズが駆動される。光源や結像レンズ等を含む顕微鏡本体を固定したままで、対物レンズのみを変位させることにより、特に短い周期で動く生体等の試料の挙動に追従させて、像ズレを補正し、鮮明な画像を得ることができる。 According to the present invention, the objective lens is driven in a direction to correct the image deviation by operating the objective lens driving device with respect to the sample that causes deviation in the observation position in order to show dynamic behavior. By displacing only the objective lens while keeping the microscope body including the light source and imaging lens fixed, it follows the behavior of a specimen such as a living body that moves with a particularly short period, and corrects image misalignment. Can be obtained.
上記発明においては、前記対物レンズが、その光軸に交差する方向に並進移動可能に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、試料が対物レンズの光軸に交差する方向に変位しても、対物レンズ駆動装置の作動により、対物レンズを試料の変位に追従させて移動させることができる。その結果観察位置のズレを補正し、ブレのない鮮明な画像を取得することができる。
In the above invention, the objective lens may be provided so as to be capable of translational movement in a direction intersecting the optical axis.
In this way, even if the sample is displaced in a direction intersecting the optical axis of the objective lens, the objective lens can be moved following the displacement of the sample by the operation of the objective lens driving device. As a result, the deviation of the observation position can be corrected and a clear image without blur can be obtained.
また、上記発明においては、前記対物レンズが、前記光軸に交差する軸線回りに揺動可能に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、試料が対物レンズに交差する軸線回りに変位して、観察面の傾斜が変化しても、対物レンズ駆動装置の作動により、対物レンズの光軸が観察面に対して略直交するように対物レンズを移動させ、いわゆる片ボケ等の発生を防止して鮮明な画像を取得することができる。
In the above invention, the objective lens may be provided so as to be swingable about an axis that intersects the optical axis.
In this way, even if the sample is displaced around the axis intersecting the objective lens and the tilt of the observation surface changes, the optical axis of the objective lens is moved relative to the observation surface by the operation of the objective lens driving device. By moving the objective lens so as to be substantially orthogonal, it is possible to prevent the occurrence of so-called one-sided blur and obtain a clear image.
また、上記発明においては、前記対物レンズが、該対物レンズの主点を中心として揺動可能に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、観察面と光検出部の検出面とを共役な状態に維持したまま対物レンズの光軸を傾斜させることができる。その結果、片ボケの発生を防止できる。さらに、主点を中心とした対物レンズの揺動は結像位置に影響しない。したがって、像ズレを防止することができる。
In the above invention, the objective lens may be provided so as to be able to swing around the principal point of the objective lens.
By doing in this way, the optical axis of an objective lens can be inclined, maintaining the observation surface and the detection surface of a light detection part in the conjugate state. As a result, the occurrence of one-sided blur can be prevented. Furthermore, the swing of the objective lens around the principal point does not affect the imaging position. Therefore, image shift can be prevented.
また、上記発明においては、前記対物レンズが、該対物レンズの物点を中心として揺動可能に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、観察面と光検出部の検出面とを共役な状態に維持したまま対物レンズの光軸を傾斜させることができる。その結果、片ボケの発生を防止できる。さらに、物点を中心とした対物レンズの揺動によれば、常に対物レンズの軸上領域で試料の観察中心を観察することができ、対物レンズの光学性能を損なわない状態での観察が可能となる。したがって、対物レンズの揺動による収差の劣化を防止することができる。
In the above invention, the objective lens may be provided so as to be swingable about an object point of the objective lens.
By doing in this way, the optical axis of an objective lens can be inclined, maintaining the observation surface and the detection surface of a light detection part in the conjugate state. As a result, the occurrence of one-sided blur can be prevented. Furthermore, by swinging the objective lens around the object point, the observation center of the sample can always be observed in the on-axis region of the objective lens, and observation without damaging the optical performance of the objective lens is possible. It becomes. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of aberration due to the swing of the objective lens.
また、上記発明においては、前記対物レンズの揺動による光軸のズレを補正する補正光学系を備えることが好ましい。対物レンズをその物点を中心として揺動させる場合には、常に対物レンズの軸上領域で試料の観察中心を観察できる反面、光検出部における検出面において像ズレを生ずるため、補正光学系の作動により像ズレを補正することによって、ブレのない画像を取得することが可能となる。 In the above invention, it is preferable that a correction optical system for correcting a shift of the optical axis due to the swing of the objective lens is provided. When the objective lens is swung around its object point, the observation center of the sample can always be observed in the axial region of the objective lens, but an image shift occurs on the detection surface of the light detection unit. By correcting the image shift by the operation, it is possible to obtain a blur-free image.
本発明によれば、動的な挙動を示す、特に短い周期で動く生体から鮮明な画像を得ることができるという効果を奏する。また、大きな振幅で動く生体から視野外れなしに連続的、継続的に画像を得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that a clear image can be obtained from a living body that exhibits dynamic behavior and moves in a short cycle. Further, there is an effect that images can be obtained continuously and continuously from a living body moving with a large amplitude without losing the field of view.
以下、本発明の第1の実施形態に係る顕微鏡観察装置1について、図1〜図6を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡観察装置1は、図1に示されるように、試料Sを搭載するステージ2と、励起光Eを出射する励起光源3と、該励起光源3からの励起光Eを導く照明レンズ(照明光学系)4と、該照明レンズ4により導かれた励起光Eを試料Sに導く一方、試料Sにおいて発生した蛍光Fをコリメートする対物レンズ5と、該対物レンズ5によりコリメートされた蛍光Fを励起光Eから分岐するダイクロイックミラー6と、分岐された蛍光Fをさらに分岐するビームスプリッタ7と、分岐された蛍光Fを検出する2つのCCDのような撮像装置(光検出部)8,9とを備えている。図中符号20は結像レンズである。
Hereinafter, a microscope observation apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment guides the excitation light E from the
前記励起光源3、照明レンズ4、ダイクロイックミラー6、ビームスプリッタ7および2つの撮像装置8,9は、顕微鏡本体10に備えられている。一方、前記対物レンズ5は、顕微鏡本体10から切り離され、対物レンズ駆動装置11により支持されている。
The
対物レンズ駆動装置11は、前記対物レンズ5をステージ2と顕微鏡本体10との間に配置するアーム12と、該アーム12により保持された対物レンズ5を鉛直方向に移動させる第1の駆動機構13と、前記対物レンズ5を水平2方向に移動させる第2、第3の駆動機構14,15と、前記対物レンズ5を該対物レンズ5の光軸に直交する2方向に沿う軸線回りに揺動させる第4、第5の駆動機構16,17とを備えている。第1〜第3の駆動機構13〜15は、例えば、モータ13a〜15aと、該モータ13a〜15aに接続された図示しないボールネジ等の直線移動機構とを備えている。第4、第5の駆動機構16,17は、例えば、モータ16a,17aと、該モータ16a,17aに接続された減速機構16b,17bとを備えている。減速機構16b,17bとしては、例えば、図2に示されるように、固定側に備えられた送りねじ16c,17cとナット16d,17dと、移動側に設けられナット16d,17dの動作を伝達する爪部16e,17eとを備えるもの、あるいは、図3に示されるように、ウォームギヤ16f,17fを備えるもの等が挙げられる。
The objective
前記撮像装置9には、該撮像装置9により取得された画像を処理して試料Sの変位量とその方向を算出するとともに、前記対物レンズ駆動装置11の各駆動機構13〜17に対し、試料Sの変位による対物レンズ5の光軸のズレを補正する方向に対物レンズ5を駆動する駆動指令を出力する制御装置18が接続されている。
The image pickup device 9 processes the image acquired by the image pickup device 9 to calculate the displacement amount and direction of the sample S, and also sends the sample to the
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡観察装置1においては、図4に示されるように、対物レンズ駆動装置11の作動により、対物レンズ5が、光軸に沿うZ軸方向、光軸に直交するX軸,Y軸方向および、X軸およびY軸回りのA,B方向にそれぞれ移動できるようになっている。
さらに、詳細には、図5(a),(b)に示されるように、X軸,Y軸,Z軸方向には、対物レンズ5の姿勢を維持したまま並進移動させることができるようになっている。また、X軸およびY軸回りのA,B方向には、図5(c)に示されるように、対物レンズ5をその主点H回りに揺動させることができるようになっている。
In the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above, as shown in FIG. 4, the
More specifically, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
対物レンズ5をその主点H回りに揺動させる場合には、図6(a),(b)に示されるように、試料Sの観察面と、撮像装置8,9の撮像面とが常に共役な位置関係に配置される。したがって、試料Sの傾斜に応じて対物レンズ5を主点H回りに揺動させても、試料Sの観察面と撮像装置8,9の撮像面との共役な位置関係は失われることがなく、焦点位置のズレを防止でき、また、片ボケの発生も防止することができる。
When the
この場合において、対物レンズ5を主点H回りに揺動させると、図6(b)に示されるように、試料Sの観察範囲の中心位置O0から発せられた蛍光Fは、対物レンズ5の主点H,H′を通過するとともに、図に実線で示した経路を経て撮像装置8,9の視野範囲の中心位置I0に入射されるようになる。したがって、撮像装置8,9においては、観察対象である試料Sの観察範囲の中心位置O0が常に視野範囲の中心位置I0に維持されることとなり、像ズレの問題を発生させずに済むという利点がある。図中、符号O1は物点である。
In this case, when the
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡観察装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡観察装置1によれば、励起光源3から発せられた励起光Eが照明レンズ4およびダイクロイックミラー6を介して、顕微鏡本体10から出射され、対物レンズ5に入射される。対物レンズ5に入射された励起光Eは、該対物レンズ5を介してステージ2上に載置されている試料Sに照射される。励起光Eが試料Sに照射されると、試料S内の蛍光物質が励起されて蛍光Fが発せられる。
The operation of the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
According to the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment, the excitation light E emitted from the
試料Sにおいて発生した蛍光Fは、対物レンズ5によってコリメートされ、略平行光となって顕微鏡本体10に入射される。顕微鏡本体10に入射された蛍光Fは、ダイクロイックミラー6によって励起光Eから分岐され、さらにビームスプリッタ7により分岐されて別個の撮像装置8,9により検出される。
The fluorescence F generated in the sample S is collimated by the
一方の撮像装置9により撮像されることにより取得された画像情報は、制御装置18に送られ、制御装置18において画像処理されることにより、対物レンズ駆動装置11の各駆動機構13〜17に送られる指令信号が演算され、該指令信号に基づいて各駆動機構13〜17が駆動させられる。
Image information acquired by being imaged by one imaging device 9 is sent to the
試料Sが水平方向に変位している場合には、画像処理により変位の方向および変位量が検出され、同一方向に同一の変位量だけ対物レンズ5を水平方向に並進移動させるように、制御装置18から第2,第3の駆動機構14,15に対して、それぞれ指令信号が送られる。これにより、試料Sの変位に対して対物レンズ5が追従するように並進移動させられるので、ブレの少ない画像を取得することが可能となる。
When the sample S is displaced in the horizontal direction, the direction and amount of displacement are detected by image processing, and the control device is configured to translate the
また、試料Sが光軸方向に変位している場合には、画像処理によりその変位量が検出され、同一の変位量だけ対物レンズ5を光軸方向に並進移動させるように、制御装置18から第1の駆動機構13に対して指令信号が送られる。これにより、試料Sの変位に対して対物レンズ5が追従するように光軸方向に並進移動させられるので、ピントのあった鮮明な画像を取得することが可能となる。
When the sample S is displaced in the optical axis direction, the amount of displacement is detected by image processing, and the
さらに、試料Sが水平な軸線回りに傾斜している場合には、画像処理によりその方向および揺動角度が検出され、同一の揺動角度だけ同一の方向に対物レンズ5を揺動させるように、制御装置18から第4,第5の駆動機構16,17に対して指令信号が送られる。これにより、試料Sの傾斜に対して対物レンズ5が追従するように揺動させられるので、片ボケの少ない鮮明な画像を取得することが可能となる。
Further, when the sample S is tilted around the horizontal axis, the direction and the swing angle are detected by image processing, and the
この場合において、本実施形態に係る顕微鏡観察装置1によれば、対物レンズ5がその主点H回りに揺動させられるので、撮像装置8,9によって撮像される画像は揺動によって像ズレが生ずることがなく、特別に像ズレの補正装置を設ける必要がない。したがって装置を簡易に構成することができるという利点がある。
このように、本実施形態に係る顕微鏡観察装置1によれば、比較的重量の大きな顕微鏡本体10を固定し、比較的軽量の対物レンズ5を並進移動および揺動させることで、試料Sの変位によるブレや焦点ズレや視野外れを補償し、ブレの少ない鮮明な画像を取得することができる。また、視野外れによる画像取得の中断をなくし、連続的、継続的な観察を可能とする。
In this case, according to the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment, the
Thus, according to the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment, the
なお、本実施形態に係る顕微鏡観察装置1においては、対物レンズ駆動装置11の対物レンズ5を揺動させる機構として、送りネジ16c,17cあるいはウォームギヤ16f,17fを備えるものを例示したが、これに代えて、図7に示されるように、アーム12に取り付けた球体21の周囲に複数の超音波モータ22を接触配置させた多自由度球面超音波モータ23を使用してもよい。
また、多自由度球面超音波モータ23を用いる場合、図8に示されるように、球体21を中空に形成し、内部に対物レンズ5を配置し、球体21内に試料Sを収容して観察を行うこととしてもよい。
In the microscope observation apparatus 1 according to the present embodiment, the mechanism provided with the feed screws 16c and 17c or the worm gears 16f and 17f is exemplified as the mechanism for swinging the
When the multi-degree-of-freedom spherical
また、対物レンズ5を揺動させる機構としては、図9に示されるように、2軸の台形リンク機構24,25を採用することとしてもよい。各台形リンク機構24,25に設けられた図示しないアクチュエータを用いて台形リンク機構24,25を揺動させることで、台形リンク機構24,25の先端に固定した対物レンズ5を直交する2軸(X軸,Y軸)回りにさせることができる。
As a mechanism for swinging the
また、対物レンズ駆動装置11としては、図10に示されるように2つの鍔状部26a,26bを円筒部26cにより連結したボビン部材26を外部のケース27内にコイルスプリング等の弾性部材28によって移動可能に支持するとともに、図11に示されるように、各鍔状部26a,26bに内外2つのリング状のコイル29a,29bをそれぞれ配置し、各コイル29a,29bを挟む磁石30a,30bを鍔状部26a,26bの直径方向に対向する位置に配置してなる電磁気リニアモータ31を採用することとしてもよい。対物レンズ5の光軸方向に沿う並進移動については、電磁気リニアモータ31とは別個に設けたZ軸ステージ13により行うこととする。
Further, as shown in FIG. 10, the objective
対物レンズ5をX軸およびY軸方向に並進移動させる場合、および、A,B方向に揺動動作させる場合のコイル29a(内側)およびコイル29b(外側)の通電状態を、図12に示す。例えば、対物レンズ5をX軸方向に並進移動させるためには、上下の鍔状部26a,26bの外側コイル29bにそれぞれ同一方向に電流を流すことで、磁石30bとコイル29bとのローレンツ力を利用して、ボビン部材26の上下の鍔状部26a,26bに対しX軸方向同方向に同時に力を作用させて対物レンズ5を並進移動させることができる。コイル29bに流す電流の方向を切り替えることで、X軸方向に沿う対物レンズ5の並進移動方向を切り替えることができる。Y軸方向の並進移動の場合には、同様にして、上下の鍔状部26a,26bの内側コイル29aにそれぞれ通電する。
FIG. 12 shows the energized state of the
また、対物レンズ5をX軸回りのA方向に揺動させるには、上下の鍔状部26a,26bの内側コイル29aにそれぞれ逆方向に電流を流すことで、ボビン部材26の上下の鍔状部26a,26bに対しY軸方向逆方向に同時に力を作用させて回転力を発生させ、対物レンズ5をA方向に揺動させることができる。Y軸回りのB方向揺動させるには、同様にして、上下の鍔状部26a,26bの外側コイル29bに逆方向の電流を流す。これにより、単一の電磁気リニアモータ31により、対物レンズ5のX軸、Y軸の並進移動およびA,B方向の揺動動作を行うことができ、装置をコンパクトに構成できるという利点がある。
Further, in order to swing the
また、本実施形態においては、対物レンズ5を顕微鏡本体10から切り離して独立に制御することとしたが、図13に示されるように、パラレルリンク型ステージ32により顕微鏡本体10に取り付けることとしてもよい。
In the present embodiment, the
パラレルリンク型ステージ32は、6本のリニアアクチュエータ33を組み合わせたもので、対物レンズ5をX軸,Y軸,Z軸方向に並進移動させ、また、X軸およびY軸回りのA,B方向に揺動させることができる。リニアアクチュエータ33としては圧電素子を用いたものや、ボイスコイルモータを用いたものが挙げられる。また、圧電素子の急速伸縮を繰り返す方式(例えば、特開平11−90867号公報)のリニアアクチュエータ33を採用することができる。
また、この圧電素子の急速伸縮を繰り返す方式を利用して、図14に示されるように、球面状のガイドレール34に沿って、対物レンズ5を揺動させることとしてもよい。図中符号35は圧電素子、符号36は慣性要素としての錘、符号37は、ガイドレール34に摩擦接触するスライダである。
The parallel
Further, the
また、本実施形態に係る光軸方向の変位量や傾斜方向および揺動角度の検出方法としては画像処理による方法を説明したが、これに代えて、結像光学系の瞳と共役な面に複数の光検出器を配置してその出力信号により合焦点情報を得る、いわゆる瞳分割法を用いてもよい。また、光学的三角測量法による位置検出器を配置して、これにより試料の表面位置情報を取得することとしてもよい。 In addition, as a method for detecting the amount of displacement in the optical axis direction, the tilt direction, and the swing angle according to the present embodiment, the method based on image processing has been described, but instead, a surface conjugate with the pupil of the imaging optical system is used. A so-called pupil division method may be used in which a plurality of photodetectors are arranged and in-focus information is obtained from output signals thereof. Further, a position detector by optical triangulation method may be arranged to acquire the surface position information of the sample.
次に、本発明の第2の実施形態に係る顕微鏡観察装置40について、図15および図16を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る顕微鏡観察装置1と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
Next, a
In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the microscope observation apparatus 1 according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.
本実施形態に係る顕微鏡観察装置40は、図15(a)に示されるように、対物レンズ5をその物点O1を中心として揺動させる点で、第1の実施形態に係る顕微鏡観察装置1と相違している。
この場合にも、図15(b)に示されるように、試料Sにおける焦点面と撮像装置8,9の撮像面とが共役な位置関係となるため、対物レンズ5を揺動させても片ボケを生ずることなく全体的にピントの合った鮮明な画像を取得することができる。
Also in this case, as shown in FIG. 15B, the focal plane of the sample S and the imaging planes of the
しかしながら、本実施形態の場合には、対物レンズ5を揺動させると、焦点面における中心位置O0が、撮像面における中心位置I0からずれる、いわゆる像ズレを生ずるため、これを補正する像ズレ補正機構41を備えている。像ズレ補正機構41としては、図16に示されるように、対物レンズ5と撮像装置8,9との間に、結像レンズ42および瞳リレーレンズ43を配置するとともに、瞳リレーレンズ43の後側焦点位置近傍に配置した揺動可能な補正ミラー44を配置することが考えられる。補正ミラー44は光軸と直交する軸を中心として揺動可能なものを利用し、対物レンズ5の傾斜方向とは逆方向に以下の角度ACMで揺動させることで、像ズレを補正することができる。
ACM=fTL/2fPL×ASP (1)
ここで、fTLは結像レンズ42の焦点距離、fPLは瞳リレーレンズ43の焦点距離、ASPは対物レンズ5の揺動角度である。
However, in the case of the present embodiment, when pivoting the
A CM = f TL / 2f PL × A SP (1)
Here, f TL is the focal length of the
補正ミラー44の駆動は、制御装置18の作動により、図示しないアクチュエータを用いて行うこととしてもよく、また、2つの回転軸を持ち、3次元的に自由に揺動可能なものとしてもよい。また、図17および図18に示されるように機械的な伝達機構45を用いて、対物レンズ5の揺動に連動させることとしてもよい。
The drive of the
図17および図18をさらに詳しく説明すると、対物レンズ5を保持するアーム12に設けた長孔46a,46b内に、円柱状の端部47a,48aを有するリンク47,48の一端を挿入状態に配置する。各リンク47,48の他端には、それぞれユニバーサルジョイント49を介してベベルギヤ50a,50bの回転軸51a,51bが接続されている。図中、符号52a,52bは、リンク47,48の動作方向を制限する長孔である。
17 and FIG. 18 will be described in more detail. One end of each of the
このように構成することで、アーム12が水平方向に並進移動する場合には、長孔46a,46b内での円柱状の端部47a,48aの変位を許容し、アーム12が鉛直方向に並進移動する際には、長孔46a,46b内での円柱状の端部47a,48aの変位を許容しつつユニバーサルジョイント49を曲げる。これにより、X,Y,Z方向の並進移動によってはベベルギヤ50a,50bの回転軸に回転力が何ら伝達されないようになっている。
With this configuration, when the
各ベベルギヤ50a,50bに噛み合う他のベベルギヤ53a,53bには、シャフト54a,54bおよび歯車列55a,55bを介して、それぞれ補正ミラー44a,44bが接続されている。
これにより、アーム12がX軸回りに回転すると、X軸方向に延びるリンク47がその軸線回りに回転させられるので、その回転力がベベルギヤ50aの回転軸51aに伝達され、ベベルギヤ53a、シャフト54aおよび歯車列55aを介して第1の補正ミラー44aが揺動させられる。このとき、他方のリンク48には、回転力は発生せず、第2の補正ミラー44bは静止状態に維持される。
Correction mirrors 44a and 44b are connected to the
Thereby, when the
逆に、アーム12がY軸回りに回転すると、Y軸方向に延びるリンク48がその軸線回りに回転させられるので、その回転力がベベルギヤ50bの回転軸51bに伝達され、ベベルギヤ53b、シャフト54bおよび歯車列55bを介して第2の補正ミラー44bが揺動させられる。このとき、他方のリンク47には、回転力は発生せず、第1の補正ミラー44aは静止状態に維持される。
Conversely, when the
アーム12の傾き角度と各補正ミラー44a,44bの揺動角度との関係は、ベベルギヤ50a,50b,53a,53bや歯車列55a,55bの歯数を調節することで、上記式(1)の関係となるように設定されている。
2つの補正ミラー44a,44bをそれぞれ揺動させることで、X軸およびY軸回りの対物レンズ5の揺動を補正することができる。
The relationship between the tilt angle of the
By swinging the two
このように、本実施形態に係る顕微鏡観察装置40によれば、対物レンズ5を物点O1回りに揺動させることで、像ズレ補正機構41,45が必要となるものの、対物レンズ5の物点O1、すなわち、対物レンズ5の物体側の視野範囲の中心位置を常に観察範囲の中心位置O0に一致させたままの状態で、試料Sを観察することができるので、対物レンズ5の光学性能を損なうことがなく、対物レンズ5を揺動させても収差が劣化することを防止して鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
Thus, according to the
なお、本実施形態に係る顕微鏡観察装置40は、CCDのような撮像装置8,9を有する場合について説明したが、これに代えて、励起光Eを2次元的に走査するガルバノミラーのような光走査部を備え、光検出部としては光電子増倍管のような光検出器を有するものに適用することとしてもよい。この場合に、物点O1を中心として対物レンズ5を揺動させることによる像ズレを補正するためには、ガルバノミラーの揺動範囲の中心位置をオフセットさせることとすればよい。
Note that the
また、画像の取得タイミングとしては、対物レンズ5の揺動および補正ミラー44,44a,44bの揺動を高速駆動のアクチュエータにより行い、所望の位置に対物レンズ5および補正ミラー44,44a,44bが静止した状態で行うことが、ブレを少なくすることができる点で好ましい。
また、試料Sの変動を検出して対物レンズ5を駆動するので、試料Sの変動を検出するための光検出部9としては、画像取得のための光検出部8よりも高速のものを採用することが好ましい。
As the image acquisition timing, the
Further, since the
また、上記実施形態においては、励起光源3から、波長の異なる2種類の光を出射し、例えば、長波長の光を試料Sの変位検出用に使用し、短波長の励起光Eにより蛍光観察を行うこととしてもよい。この場合、ビームスプリッタ7は、ダイクロイックミラーとすればよい。
In the above-described embodiment, two types of light having different wavelengths are emitted from the
また、試料Sの変動が周期的である場合には、例えば、オッシレータのような周波数発振器からの信号によって、対物レンズ5を、X,Y,Z,A,B方向にそれぞれ連続的に周期的に駆動させ、モニタを観ながら各振動方向の駆動周波数と振幅を調節することとしてもよい。
When the fluctuation of the sample S is periodic, for example, the
S 試料
E 励起光(光)
F 蛍光(戻り光)
H 主点
O1 物点
1,40 顕微鏡観察装置
3 励起光源(光源)
4 照明レンズ(照明光学系)
5 対物レンズ
8,9 撮像装置(光検出部)
10 顕微鏡本体
11 対物レンズ駆動装置
41,45 像ズレ補正機構(補正光学系)
44 補正ミラー(補正光学系)
S Sample E Excitation light (light)
F fluorescence (return light)
H principal point O 1 object point 1,40
4 Illumination lens (illumination optical system)
5
DESCRIPTION OF
44 Correction mirror (correction optical system)
Claims (6)
該光源からの光を資料に導く照明光学系と、
試料からの戻り光をコリメートする対物レンズと、
対物レンズによりコリメートされた試料からの戻り光を結像させる結像レンズと、
該結像レンズにより結像された戻り光を検出する光検出部とを備え、
前記対物レンズが、前記光源、照明光学系、結像レンズおよび光検出部を含む顕微鏡本体に対して、少なくとも対物レンズの光軸に交差する方向に変位可能に設けられるとともに、前記試料の変位に基づく像ズレを補正する方向に前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動装置を備える顕微鏡観察装置。 A light source;
An illumination optical system for guiding the light from the light source to the material;
An objective lens that collimates the return light from the sample;
An imaging lens for imaging the return light from the sample collimated by the objective lens;
A light detection unit that detects return light imaged by the imaging lens;
The objective lens is provided so as to be displaceable at least in a direction intersecting the optical axis of the objective lens with respect to the microscope main body including the light source, the illumination optical system, the imaging lens, and the light detection unit. A microscope observation apparatus provided with an objective lens driving device that drives the objective lens in a direction for correcting an image shift based thereon.
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