JP2017009820A - 焦準装置および光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象物の観察位置を高精度に制御可能な焦準装置を提供すること。
【解決手段】顕微鏡の対物レンズの光軸に直交するステージと、ステージを光軸に直交する回転軸を中心に回転可能に保持する調節手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学顕微鏡の焦準装置に関する。

近年、光学顕微鏡は、病理医にとって重要なツールとなっている。光学顕微鏡の焦準装置は、ラックとピニオンを用いて被観察試料と顕微鏡との間隔を変化させることで焦準を行っている。特許文献１の実体顕微鏡は、観察効率を向上させるために、ダイアルを内蔵している。特許文献２の正立型顕微鏡は、試料を載置するステージの下部に操作部を配置する。

特許第４４６１５３０号明細書 特許第４８１２３３４号明細書

光学顕微鏡で組織片の特定部を鮮明に観察するには、日本工業規格のＪＩＳ Ｂ ７１３２：２００９等で規格化されている鏡筒長さに対応する対物レンズを揃え、各レンズの最も画像が鮮明に見える距離（焦点距離）に合ったＺ座標位置で組織を観察する。特許文献１，２では、Ｚ座標位置の精度は、顕微鏡の焦点深度幅程度である。

図７（ａ）は、スライド２００上の組織片１００に対物レンズ３００の焦点が合っている状態を示している。このとき、スライド２００と対物レンズ３００の光軸は直交している。スライド２００は、スライド２００を保持する部材の弾性変形や光学系の取り付け精度によって、図７（ｂ）に示されるように対物レンズ３００の光軸に対して傾く場合がある。このとき、組織構成要素１０１のＸＹ平面上の位置を図７（ａ）における位置にしても、組織構成要素１０２，１０３のＺ座標位置は図７（ａ）のＺ座標位置と異なる。しかしながら、特許文献１，２では、図７（ａ）と同じ位置に戻すことができない。病理診断では画像の記録を行う必要があり、ＸＹ面座標にＺ座標と合わせて３次元的に位置を制御する必要がある。

このような課題を鑑みて、観察対象物の観察位置を高精度に制御可能な焦準装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての焦準装置は、顕微鏡の対物レンズの光軸に直交するステージと、前記ステージを前記光軸に直交する回転軸を中心に回転可能に保持する調節手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、観察対象物の観察位置を高精度に制御可能な焦準装置を提供することができる。

実施例１の光学顕微鏡の説明図である。 調節手段の説明図である。 回転調節によるズレを示す図である。 調節手段の取り付け位置の説明図である。 調節機構の説明図である。 実施例２の光学顕微鏡の説明図である。 スライドの傾きによる組織片のＺ座標位置の変化についての説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１（ａ）は、本実施例の光学顕微鏡の側面図である。顕微鏡フレーム１３は、光学系、照明系、および焦準系（焦準装置）を備える。光学系は、接眼レンズ１、鏡筒２、および対物レンズ３で構成される。レボルバ７には、複数の対物レンズ３が取り付けられている。レボルバ７を回転し、対物レンズ３の種類を変えることで、拡大倍率を変更する。照明系において、照明光源１０は観察対象物を照射する。焦準系は、ステージキャリア９に保持されたステージ８上の試料の位置が対物レンズ３の合焦位置となるように調節する。ステージキャリア９は、ステージキャリアアーム１６に取り付けられる。ステージキャリアアーム１６は、着脱可能に摺動部１１に固着される。コンデンサホルダ（保持部材）６は、ステージキャリア９に保持されるとともに、コンデンサホルダハンドル５を操作することでコンデンサレンズ４を移動可能に保持する。リニアガイド等の直動機構（ガイド）１７は、ガイドレール１８とガイドテーブル１９を備える。ステージキャリアアーム１６にはガイドテーブル１９が固着され、ステージキャリア９にはガイドレール１８が回転軸２０ａを中心に回転可能に固着される。

図１（ｂ）は顕微鏡の正面図である。この図において、剛性を高め精度を上げるために、ステージキャリアアーム１６には２個のガイドテーブル１９ａ，１９ｂが固着されている。ステージ８の手動操作用の操作つまみ１４ａ，１４ｂのうち一方はステージ８をＸ軸に沿って移動させ、他方はＹ軸に沿って移動させる。

図２は、調節手段の説明図である。摺動部１１とステージキャリアアーム１６はネジ２１ａによって固定され、直動機構１７およびステージキャリア９を介して回転軸２０ａ、すなわち回転軸Ｙを中心にステージ８が回転する。また、ステージキャリアアーム１６と直動機構１７はネジ２１ｂによって固定され、ステージキャリアアーム１６、直動機構１７、およびステージキャリア９を介して回転軸２０ｂ、すなわち回転軸Ｘを中心にステージ８が回転する。ステージ８が回転軸Ｘ，Ｙを中心に回転することで、対物レンズ３の光軸と観察対象物との関係、すなわち、対物レンズ３の光軸とステージ８が直交する関係が保たれる。回転軸Ｘ，Ｙは、互いに直交する。

また、観察前にコンデンサレンズ４の光軸は、対物レンズ３の光軸と一致するように調節されている。対物レンズ３の光軸とステージ８との直交性が保持されなくなった場合、コンデンサレンズ４の光軸と対物レンズ３の光軸とが一致しなくなってしまう。本実施例では、コンデンサホルダ６はステージキャリア９に保持されているため、ステージキャリア９が対物レンズ３の光軸とステージ８が直交するように回転すると、コンデンサホルダ６もステージキャリア９と一体となって回転する。コンデンサホルダ６はコンデンサレンズ４を保持しているため、コンデンサホルダ６が回転することでコンデンサレンズ４の光軸が対物レンズ３の光軸と一致するように調節される。したがって、対物レンズ３の光軸とステージ８が直交するように調節することで、コンデンサレンズ４の光軸が対物レンズ３の光軸と一致するように調節される。そのため、例えば、病理診断の際に病理医の手間を省くことが可能となり、診断が迅速化する。

駆動源となるモータと、位置を検出するエンコーダと、ネジやボールネジなどの直動減速機構を具備したリニアアクチュエータ２２が、ステージキャリアアーム１６に取り付けられる。リニアアクチュエータ２２は、ステージキャリア焦準ハンドル１２の回転量に応じて発生するパルス信号のパルス数に基づいてステージキャリア９を押し出すことで、ステージ８を光軸に沿って駆動する。すなわち、リニアアクチュエータ２２の駆動軸とステージキャリア９は分離しているため、一般的に用いられるリンクやカップリングなどの伝達変換機構が不要になる。リニアアクチュエータ２２がガイドレール１８の近傍でステージキャリア９を押し出すことで、剛性による変形の影響を防止することが可能となる。また、ステージキャリア９は、リニアアクチュエータ２２に押し出されているため、曲げ力が加わらない、または微小な曲げ力しか加わっていない。そのため、ステージ８の位置決め精度を向上することが可能となる。さらに、ステージキャリア９はリニアアクチュエータ２２の駆動軸から分離し、拘束されないため全方向の傾き調整が可能になり、装置全体を小型化できる。

本実施例では、対物レンズ３の光軸が回転軸Ｘ，Ｙの交点を通る。例えば、対物レンズ３の光軸が回転軸２０ａ，２０ｂの交点を通らない場合、ステージ８が対物レンズ３の光軸と直交する位置から傾いた場合、図３に示されるように、光軸のズレが発生してしまう。対物レンズ３の光軸が回転軸２０ａ，２０ｂの交点を通ることで、このような光軸のズレは発生しないため、観察対象物の観察位置は高精度に制御される。観察位置を高精度に制御することで、例えば、病理診断の質を向上させることが可能となる。

次に、調節手段の取り付け位置について、図４を参照して説明する。図４に示されるように、光軸がステージ８の中心Ｏを通り、ガイドレール１８は回転軸２０ａ，２０ｂのいずれか一方の回転軸上（図中位置Ａまたは位置Ｂ）に取り付けられる。そうすることで、観察範囲を最大限にすることができ、かつモーメントによる弾性変形も抑制可能となる。位置Ａ，Ｂ以外の位置（例えば、位置Ｃ）にガイドレール１８を取り付けると、中心Ｏからの距離が長くなり、弾性変形が大きくなってしまう。位置Ｃは既存の顕微鏡で一般的に中心Ｏからの距離が最短となるが、図中に示されるように制約を受ける空間が存在するため、本実施例ではガイドレール１８を位置Ａに配置している。ガイドレール１８を位置Ｂに取り付けることで、装置を小型化することが可能になる。

次に、調節手段の調節機構について、図５を用いて説明する。本実施例では、ガイドレール１８に偏芯軸用穴３１を形成し、ステージキャリア９に偏芯軸用穴と対向する偏芯用長溝３２を形成する。偏芯軸用穴３１は、偏芯用長溝３２の中央に位置するように形成されている。図５（ｃ）に示される偏芯ピン３３は、図５（ａ）に示されるように偏芯軸用穴３１と偏芯用長溝３２に組み込まれる。偏芯ピン３３を回すことで偏芯軸用穴３１と偏芯用長溝３２との相対的な位置関係を変化させることで、図５（ｂ）に示されるように微小で精確にステージ８のＺ座標位置を調整できる。ガイドレール１８に偏芯用長溝３２を形成し、ステージキャリア９に偏芯軸用穴３１を形成してもよい。また、一枚部材をガイドレール１８に固着して形成してもよい。さらに、偏芯ピンを電動化することで実施例２の回転用固定モータの出力軸に装着することもできる。

以上説明したように、対物レンズ３とステージ８とを直交させる手段を備えることで、Ｚ座標位置を高精度に制御することが可能となる。特に、組織切片内に分散する構成要素の観察において組織切片を３次元的に確実に捉えることが可能である。そのため、病理診断において広く活用することが可能となる。

本実施例の構成について、図６を参照して説明する。実施例１と同一の構成については、同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の顕微鏡は、光干渉計測用光源２７、マウント鏡筒２８、マウント鏡筒２８に装着され、観察対象物の画像を映し出す撮像機２９を備える。光断層測定器などで知られている光干渉法は、スライドの表面の光軸方向の形状を計測することができ、傾斜すると干渉縞でスライドの基準位置からの傾斜量を検出可能である。レーザ測長器等で使われているレーザ光を光干渉計測用光源２７に組込み、戻りの反射光を撮像機２９や他の検出器が捉えることで光干渉法と同等の効果を得られる。

ステージキャリア９は、回転固定用モータ（以下、モータという）２４を備える。モータ２４の駆動力は、出力軸２５を介して伝達機構（減速機）２６に伝わり、回転軸２０ａを中心にガイドレール１８とステージキャリア９が相対的に移動する。モータ２４を停止すると、モータの保持力によりその位置を保持する。スライドの基準位置からの傾斜量に関する情報は、制御信号線３４ａを伝わって統合コントローラ３５に入力される。統合コントローラ３５は、傾斜量に関する情報を変換し、制御信号線３４ｂによりスライドを基準位置に補正するようにモータ２４を駆動させる。また、ダイアルゲージなどを複数本使って差分計算して傾斜量を検出してもよい。

また、ガイドレールの形状精度は完全ではないため、直進性を考慮する必要がある。そこで、ステージ８を統合コントローラ３５で焦準動作と同期してガイド形状のＸＹ方向の変動量を事前に補正をしながら移動させてもよい。

以上説明したように、対物レンズ３とステージ８とを直交させる手段を備え、更にステージ８の傾斜を補正する手段を備えることで、より簡便にＺ座標位置を高精度に制御することが可能となる。結果として、例えば、病理診断の際に病理医の手間を省くことが可能となり、診断が迅速化する
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

８ ステージ
９ ステージキャリア（調節手段）
１６ ステージキャリアアーム（調節手段）
１７ 直進機構（調節手段）

Claims (9)

1. 顕微鏡の対物レンズの光軸に直交するステージと、
   前記ステージを前記光軸に直交する回転軸を中心に回転可能に保持する調節手段と、を有することを特徴とする焦準装置。
2. 前記調節手段は、前記ステージを、前記光軸に直交するとともに、互いに直交する第１および第２の回転軸を中心に回転可能に保持することを特徴とする請求項１に記載の焦準装置。
3. 前記光軸は、前記第１および第２の回転軸の交点を通ることを特徴とする請求項２に記載の焦準装置。
4. 前記光軸は、前記ステージの中心を通り、
   前記調節手段は、光軸方向から見て、前記第１の回転軸上または第２の回転軸上に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の焦準装置。
5. 前記ステージを押し出すことで、前記ステージを光軸方向に沿って移動させる駆動手段と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の焦準装置。
6. コンデンサレンズを光軸方向に沿って移動可能に保持するとともに、前記ステージの回転に応じて回転するように前記調節手段に保持された保持部材を更に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の焦準装置。
7. 前記光軸と前記ステージとの傾斜量を検出する検出手段と、
   前記傾斜量に基づいて、前記調節手段を介して前記ステージを回転させる補正手段と、を更に有することを特徴とする請求項１から６に記載の焦準装置。
8. 前記調節手段は、溝が形成された第１の部材と、前記溝に対向する穴が形成された第２の部材と、前記第１および第２の部材に組み込まれ、前記第１および第２の部材の相対的な位置関係を変化させる第３の部材を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の焦準装置。
9. 請求項１から８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光学顕微鏡。