JP6641177B2 - 顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法およびプログラムに関する。

近年、光学顕微鏡は、病理学的診断の為に、組織切片の病変部の微細な観察を実現する手段として病理医によって利用されている。光学顕微鏡には、低倍率から高倍率の複数の対物レンズを装着し、観察光路上に対物レンズを切換えるレボルバが備えられている。拡大率の異なる各対物レンズは作動距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）も異なり、対物レンズを切り換える度に、Ｚ方向にステージを移動させて、切り替えられた対物レンズと観察対象との焦点を合わせる操作が必要となる。

特許文献１、２においては、対物レンズと標本との接触を防止して、標本を保護するために、対物レンズを切り換える際にステージと対物レンズとの間隔を対物レンズの作動距離以上にステージを離れる方向に退避させる技術について記載されている。

特開平１０−２２１６１１号公報 特開平１０− ６８８８８号公報

焦点を合わせるための基準マークの光軸方向の高さと、観察対象およびカバーガラスが載せられたスライドガラスの光軸方向の高さは必ずしも同一でない。このため、対物レンズの焦点を基準マークに合わせた後に、スライドガラス上の観察対象を観察する場合、対物レンズの焦点が合わなくなり、観察画像にぼけが発生し得る。このような場合、スライドガラス上の観察対象の領域で、再度、焦点を合わせる操作が必要となり操作性が損なわれる。

特許文献１、２では、接触を防止するためステージを退避する位置に制御する技術について記載されているが、作動距離以上にステージを退避させた後、焦点を再度合わせる操作が必要となるため操作性が損なわれる。特許文献１、２においては、対物レンズが切り換えられたり、対物レンズの焦点を合わせた後に観察領域にステージを移動させた場合であっても、観察光路上に配置されている対物レンズの焦点が合うようにステージの位置制御を行うことは考慮されていない。

上記課題に鑑み、本発明は、観察光路上に配置されている対物レンズの焦点が合うようにステージの位置制御を行うことが可能な顕微鏡システムを提供する。

上記の目的を達成するための本発明の一つの態様による顕微鏡システムは、
複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを切り換えて観察光路上に配置するレボルバを備えた顕微鏡本体と、
前記顕微鏡本体に装着され、互いに交差するＸ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成され、観察対象のスライドガラスおよび前記スライドガラス上に載置されたカバーガラスが載置されるステージであって、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む面内に、前記面内における前記ステージの位置管理用のスケールと前記面内における前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の位置合わせの基準として使用する基準マークとを有するステージと、
前記スケールを読み取るセンサと、
前記センサによる前記スケールの読み取り結果により、前記ステージの前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向を含む二次元の位置情報を検知する位置検知手段と、
前記複数の対物レンズの焦点を前記基準マークに合わせたときの前記Ｚ軸方向における前記ステージの作動位置情報を取得する位置取得手段と、
前記Ｚ軸方向における前記スライドガラスの対物レンズ側表面から前記カバーガラスの対物レンズ側表面までの距離情報を取得する距離取得手段と、
前記二次元の位置情報に基づいて、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向における前記ステージの位置制御を行い、前記作動位置情報および前記距離情報に基づいて前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、観察光路上に配置されている対物レンズの焦点が合うようにステージの位置制御を行うことが可能になる。

実施形態による顕微鏡システムの構成を示す図。 顕微鏡本体の概略構成およびコントローラの構成を示す図。 実施形態によるステージ装置の概略構成を示す図。 対物レンズの倍率、作動距離、Ｚ軸方向の位置情報の関係を示す図。 Ｚステージの位置制御を説明する図。 顕微鏡システムが実行する処理の流れを示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

本発明の顕微鏡システムは、観察が可能なＸＹスケールの第３のマークによって焦点を合わせたＺ位置を記録するＺ位置記録手段と、非観察物に応じてＺ軸方向の任意の距離を入力し移行させるシフト手段の情報と、ＸＹスケールのＸＹ座標情報に基づいてＺ軸方向の位置を制御する。

[位置管理顕微鏡システムの構成]
図１は本実施形態による位置管理顕微鏡システム（以下、顕微鏡システム１０）の基本構成を示す図である。顕微鏡システム１０は、顕微鏡本体１０１、ステージ装置５０（ＸＹＺステージ）、カメラ装着用のアダプタ部３００、デジタルカメラ４００、制御ユニット５００を備える。制御ユニット５００は、コントローラ５２０と表示部５３０を有する。

顕微鏡本体１０１を構成する鏡基１２１は、顕微鏡の各種構造物を取り付けるための堅牢な本体フレームである。接眼鏡基１２２は鏡基１２１に固定され、接眼鏡筒１２３（本例では双眼）を接続する。接眼鏡筒１２３には接眼レンズ２００が設けられている。光源ボックス１２４は、透過観察用の光源（たとえば、ハロゲンランプまたはＬＥＤなど）を収納し、鏡基１２１に取り付けられる。Ｚ摘み１２５は、基台１３０をＺ軸方向（上下方向：鉛直方向）へ移動させるための摘みである。

基台１３０には、位置管理機能を提供するステージ装置５０が載置される。基台１３０は、Ｚ摘み１２５の回転に応じて基台１３０をＺ方向に移動する基台移動機構１３１により鏡基１２１に装着されている。１２６は対物レンズであり、光学倍率に応じた複数種類の対物レンズが存在する。電動レボルバ１２７は、複数種類の対物レンズ３を取り付けられる構造を有し、電動レボルバ１２７を回転させることにより、観察光路上に所望の対物レンズを顕微鏡による観察のために選択することが出来る。顕微鏡本体１０１は、複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを切り換えて観察光路上に配置する電動レボルバ１２７を備える。

ステージ装置５０は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能なＸＹＺステージを有する。ステージ装置５０は、たとえばＵＳＢインタフェースケーブル１１２によりコントローラ５２０（制御装置）と接続され、コントローラ５２０からの移動指示に応じてステージ位置をＸＹＺ方向に移動し、そのステージ位置をコントローラ５２０に通知する。また、Ｘ摘み２０１、Ｙ摘み２０２により手動操作によりステージ位置を移動することができる。アダプタ部３００は、接眼鏡基１２２に鏡基マウント１２８を介してデジタルカメラ４００を装着するための装着部として機能する、カメラ装着用のアダプタである。

デジタルカメラ４００は、アダプタ部３００及び鏡基マウント１２８により、接眼鏡基１２２と所定の位置関係を保って、着脱可能に顕微鏡本体１０１に取り付けられる。デジタルカメラ４００は、顕微鏡本体１０１により得られる顕微鏡画像を撮像する。デジタルカメラ４００は、エビデンス記録を目的とするもので、例えば、ＵＳＢインタフェースケーブル１１１を介してコントローラ５２０に接続され、コントローラ５２０からの指示により顕微鏡下の観察像を撮影する。撮影された観察像は、コントローラ５２０の制御下で表示部５３０（表示部）に表示される。

デジタルカメラ４００の撮像機能は、イメージセンサの出力をリアルタイムでモニタに表示するライブビューを行うためのライブ画像撮像機能と、静止画撮像機能を含む。ライブ画像撮像機能は静止画撮像機能よりも低解像度である。また、ライブ画像撮像機能および静止画撮像機能は、撮影された画像（動画、静止画）を所定のインタフェース（本実施形態ではＵＳＢインタフェース）を介して外部装置へ送信することが可能となっている。

ステージ装置５０のＸＹステージは、Ｘステージ５５およびＹステージ５４により構成される二次元の移動機構として機能する。本実施形態では、Ｙステージ５４上にＸステージ５５が配置された構成を例示的に説明しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、この逆の配置順でＸＹステージを構成してもよい。

図２は顕微鏡本体１０１の概略構成および顕微鏡本体１０１を制御する制御ユニット５００の構成を示す図である。顕微鏡システム１０において、顕微鏡本体１０１の全体構成は図１に示したとりであり、顕微鏡本体１０１は、ステージ装置５０（ＸＹＺステージ）、接眼レンズ２００、カメラ装着用のアダプタ部３００、デジタルカメラ４００を有する。制御ユニット５００の各制御部（５０７〜５１０）における処理はプログラムを実行することにより、後述する各種処理を実行することが可能である。顕微鏡制御部５１０は表示部５３０の表示制御を行う表示制御部としても機能する。

（顕微鏡光路の説明）
図２に示す撮像光学系の光路６００には、アダプタ部３００とデジタルカメラ４００の装着により、デジタルカメラ４００内に配設されたイメージセンサ（不図示）の撮像面に観察像が形成され、デジタルカメラ４００による顕微鏡画像の撮像が可能となる。光路をプリズム等で変更することで接眼レンズ２００により観察可能となる。

（レボルバの説明）
顕微鏡本体１０１には電動レボルバ１２７が設けられている。電動レボルバ１２７には、低倍率から高倍率の複数の対物レンズ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・）が装着される。電動レボルバ１２７は光路６００に対して回転自在に設けられ、電動レボルバ１２７の回転により、対物レンズ３を観察対象の上方に配置することが可能である。

電動レボルバ１２７は、例えば、回転式スイングレボルバ等を用いて構成することが可能である。電動レボルバ１２７の内部には電動レボルバ１２７の回転位置を検知できるロータリーエンコーダ等で構成されたレボルバ位置検知部５０１が設けられている。レボルバ制御部５０７はレボルバ位置検知部５０１からの情報に基づいて、電動レボルバ１２７の回転位置、回転方向の情報、観察光路上（光路６００）に配置されている対物レンズを識別することが可能である。

レボルバ制御部５０７は、レボルバ位置検知部５０１の検知結果に基づいて、レボルバドライバ５０２を介して電動レボルバ１２７のモータ（不図示）を駆動して、電動レボルバ１２７の回転駆動を制御する。電動レボルバ１２７の回転駆動よって、複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズが選択的に光路上に切換えられる。接眼レンズ２００により選択した対物レンズの倍率で観察対象を観察することができる。

（対物レンズの説明）
電動レボルバ１２７に装着される、複数の対物レンズ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・）の作動距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）は異なる。各対物レンズの作動距離（ＷＤ）に応じたＺ方向の焦点位置に合わせるようにステージ装置５０のＺステージ５７の位置が制御される。

顕微鏡制御部５１０は、レボルバ制御部５０７、ＸＹステージ制御部５０８、Ｚステージ制御部５０９およびＺ位置記録部５１１の動作を全体的に管理する。顕微鏡制御部５１０の制御の下に、ＸＹステージ制御部５０８、Ｚステージ制御部５０９は、ステージ装置５０のＸＹ平面内の位置制御およびＺ方向（光軸方向）の位置制御を行う。また、顕微鏡制御部５１０の制御の下に、レボルバ制御部５０７は電動レボルバ１２７を回転させて、対物レンズ３を観察対象の上方に配置する。

ＸＹステージ制御部５０８の制御によりＸステージ５５、Ｙステージ５４が移動し、レボルバ制御部５０７の制御により電動レボルバ１２７が回転して、後述する図３のＸＹスケール８のＸＹクロスハッチマーク８ａ面の上方に対物レンズが配置される。Ｚステージ制御部５０９はＺステージ５７を制御して、対物レンズの焦点を図３のＸＹスケール８のＸＹクロスハッチマーク８ａ面に合わせる。このときのＺステージ５７のＺ軸方向の位置情報が、Ｚ位置記録部５１１に記録される。各対物レンズに関するＺ軸方向の位置情報がＺ位置記録部５１１に記録される。

焦点合わせについては、デジタルカメラ４００を用いた画像処理の結果より、顕微鏡制御部５１０は最適な焦点位置（Ｚ軸方向の位置）を決定することが可能である。本実施形態では顕微鏡の誤差を低減する目的でデジタル画像処理の結果を用いるが、正確な対物レンズの作動距離（ＷＤ）、その他のレンズ特性の情報が明らかな場合、顕微鏡制御部５１０は、操作入力部５１５を介して対物レンズの作動距離（ＷＤ）やレンズ特性の情報を外部装置（システム、データベース）から取得することも可能である。

図４は、Ｚ位置記録部５１１が記録している、レボルバ位置（Ｒ１〜Ｒ６）と各レボルバ位置に装着されている各対物レンズ（３ａ〜３ｆ）の倍率、作動距離（ＷＤ）、Ｚ軸方向の位置を対応付けたルックアップテーブルである。レボルバ位置Ｒ１〜Ｒ６に対して、対物レンズ３ａ〜３ｆの作動距離（ＷＤ）と、測定されたＺ軸方向の位置情報Ｚａ〜Ｚｆが対応付けられている。

例えば、レボルバ位置Ｒ１に装着されている対物レンズ３ａの拡大率は１００倍であり、作動距離（ＷＤ）は、例えば、０．１７ｍｍである。対物レンズ３ａの焦点がＸＹクロスハッチマーク８ａ面に合うように、Ｚステージ制御部５０９はＺステージ５７の位置制御を行う。位置制御に基づくＺ軸方向の位置情報（作動位置情報）がＺａとしてＺ位置記録部５１１へ記録される。

この対物レンズ３ａが選択的に光路６００上に切換えられた場合、顕微鏡制御部５１０は、Ｚ位置記録部５１１からＺ軸方向の位置情報（作動位置情報：Ｚａ）を取得して、Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０が取得したＺ軸方向の位置情報（作動位置情報：Ｚａ）に基づいて、Ｚステージ５７の位置制御を行う。Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡本体の観察に使用される対物レンズが切り換わると、切換後の対物レンズに対応付けて記憶されているＺ軸方向の位置情報（作動位置情報：Ｚａ）をルックアップテーブルから取得する。Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡本体の観察に使用される対物レンズが切り換わると、切り換わるたびに位置制御を行うことが可能である。

（ＸＹＺステージの説明）
顕微鏡本体１０１の中央部にはステージ装置５０（ＸＹＺステージ）が搭載されている。Ｙステージ５４、およびＸステージ５５は、対物レンズの光軸に対して交差（直交）する方向に移動でき、Ｚステージ５７は光軸方向へ電動駆動により移動できる。対物レンズの光軸に対して交差（直交）する平面において、Ｘステージ５５は平面内の第１の方向（Ｘ方向）に移動可能であり、Ｙステージ５４は、第１の方向に対して面内方向において交差する第２の方向（Ｙ方向）に移動可能に構成されている。Ｚステージ５７は、第１の方向（Ｘ方向）および第２の方向（Ｙ方向）に交差する第３の方向（Ｚ方向：顕微鏡光軸方向）に移動可能である。

図３（ａ）は、ステージ装置５０（ＸＹＺステージ）の構成例を示す図であり、Ｙステージ５４はＸステージ５５上に配置されている。Ｙステージ５４は、Ｘステージ５５上において矢印Ｙ方向に移動可能に支持され、並進移動することができる。Ｘステージ５５はＸＹベース５６上に配置されている。Ｘステージ５５は、ＸＹベース５６上において矢印Ｘ方向に移動可能に支持され、並進移動することができる。ＸＹベース５６は、Ｚステージ５７上において矢印Ｚ方向に移動可能に支持されていて、光路６００方向へ移動することができる。Ｚステージ５７は顕微鏡本体１０１に対して移動可能に支持されている。ステージ装置５０（ＸＹＺステージ）は、顕微鏡本体に装着され、互いに交差するＸ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成され、観察対象のスライドガラスが載置されるステージであって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の面内に面内の位置管理用のスケール（ＸＹスケール８スケール）と面内の軸合せの基準として使用するＸＹクロスハッチマーク８ａ（基準マーク）とを有する。

ＸＹステージ制御部５０８は、ＸＹステージ位置検知部５０３の検知結果に基づいて、ＸＹステージドライバ５０４を介して、Ｘステージ５５およびＹステージ５４の各モータ（不図示）を駆動して、Ｘステージ５５およびＹステージ５４の並進移動を制御する。尚、実施形態では、電動駆動によりＸステージ５５およびＹステージ５４を駆動する構成を説明したが、例えば、Ｘ摘み２０１、Ｙ摘み２０２（図１）により手動操作によりステージ位置を移動することも可能である。

位置管理用のスケール（ＸＹスケール８）の材質は熱膨張係数が極めて小さい材質、たとえば、合成石英が使用され、Ｙステージ５４上に構成されている。

ＸＹスケール８には上面にＸ方向とＹ方向の二次元の長さを測定する目盛８ｂ、８ｃが設けられている。目盛８ｂは、Ｙ方向移動時の位置管理に使われるＹ方向の位置情報を計測するためのＹ方向のスケール（目盛）である。目盛８ｃは、Ｘ方向移動時の位置管理に使われるＸ方向の位置情報を計測するためのＸ方向のスケール（目盛）である。

Ｘ方向の目盛８ｃを読み取るＸ方向センサ（不図示）、およびＹ方向の目盛８ｂを読み取るＹ方向センサ（不図示）が、顕微鏡本体１０１に配置されている。Ｘ方向センサおよびＹ方向センサによる目盛の読み取り結果に基づいて、ＸＹステージ位置検知部５０３は、Ｘステージ５５およびＹステージ５４における二次元の位置を検知する。ＸＹステージ位置検知部５０３の検知結果は、ＸＹステージ制御部５０８に入力される。ＸＹステージ制御部５０８は、ＸＹステージ位置検知部５０３の検知結果に基づいて、ＸＹステージドライバ５０４を介して、Ｘステージ５５およびＹステージ５４の並進移動を位置制御する。

Ｚステージ５７においては、一次元の長さを測定するＺ方向のスケール（目盛）が設けられている。Ｚ方向のスケール（目盛）は、Ｚ方向移動時の位置管理に使われるＺ方向の位置情報を計測するためのスケール（目盛）である。Ｚ方向のスケール（目盛）は、位置管理用のスケール（ＸＹスケール８）の材質と同様に、熱膨張係数が極めて小さい材質、たとえば、合成石英が使用され、Ｚステージ５７上に構成されている。

また、Ｚ方向の目盛を読み取るＺ方向センサ（不図示）が顕微鏡本体１０１に配置されている。Ｚ方向センサによる目盛の読み取り結果に基づいて、Ｚステージ位置検知部５０５は、Ｚステージ５７における一次元の位置を検知する。Ｚステージ位置検知部５０５の検知結果は、Ｚステージ制御部５０９に入力される。Ｚステージ制御部５０９は、Ｚステージ位置検知部５０５の検知結果に基づいて、Ｚステージドライバ５０６を介して、Ｚステージ５７のモータ（不図示）を駆動して、Ｚステージ５７の鉛直方向の移動を位置制御する。

（ＸＹスケールクロスハッチの説明）
ＸＹスケール８には、目盛８ｂ、８ｃと同一平面には、Ｘ方向スケールとＹ方向スケールとが交差するように形成されたＸＹクロスハッチマーク８ａ（基準マーク）が極めて高精度に形成されている。ＸＹクロスハッチマーク８ａ（基準マーク）は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の軸合せの基準として使用される。

Ｙステージ５４上のＸＹクロスハッチマーク８ａ（基準マーク）は、Ｘステージ５５またはＹステージ５４の移動により光路６００（光軸）に位置合わせされ、Ｚステージ５７の移動により光路６００（光軸）上を移動することが可能である。スライドガラス９上の被観察物１１と同様にＸＹクロスハッチマーク８ａを観察することができる。スライドガラス９およびＸＹクロスハッチマーク８ａが観察対象領域に入るようにしている。すなわち、スライドガラス９のみならずＸＹクロスハッチマーク８ａも、撮像部であるデジタルカメラ４００により撮影可能に配置されている。

ＸＹクロスハッチマーク８ａは、Ｘステージ５５およびＹステージ５４の位置の初期化において、Ｘ方向およびＹ方向の軸合せの基準座標（ステージ基準位置）を得るために使用され、位置ズレや、異なるデジタル顕微鏡間のステージの特性の影響を受けない、普遍的な位置管理を可能としている。

スライドガラス上には被観察物１１が配置され、被観察物上にカバーガラス１２が配置されている。スライドガラス９は、ステージ基準位置となるＸＹクロスハッチマーク８ａに対してＹステージ５４上に、高い位置精度で載せることができる。

（クロスハッチ領域の説明）
図３（ｂ）は、Ｙステージ５４を対物レンズ側から見た拡大概略図である。図中のＸ方向可動範囲とＹ方向可動範囲は、ステージ装置５０を構成するＸステージ５５およびＹステージ５４が光路６００上を移動できる範囲を示している。この範囲はデジタルカメラ４００で画像の撮影および接眼レンズ２００により観察可能な範囲である。図中のＣ１はＸＹクロスハッチマーク８ａ（基準マーク）が配置されているクロスハッチマーク領域（第１領域）であり、Ｇ１はスライドガラス９が配置されているスライドガラス領域（第２領域）である。ＸＹステージ制御部５０８は、ＸＹステージ位置検知部５０３から入力される、Ｘステージ５５およびＹステージ５４における二次元の位置情報に基づいて、スライドガラス領域Ｇ１およびクロスハッチマーク領域Ｃ１のうち、どちらの領域が光路６００上に位置しているかを判定することが可能である。

図５は、Ｚステージの位置制御を説明する図であり、光路６００を軸にした対物レンズ３とＸＹクロスハッチマーク８ａとスライドガラス９の近傍を示す拡大断面図である。図５（ａ）は、クロスハッチマーク領域Ｃ１で観察している状態を示しており、図５（ｂ）は、スライドガラス領域Ｇ１で観察している状態を示している。Ｙステージ５４上のＸＹクロスハッチマーク８ａの近傍には、平面部５４ｂおよび斜面部５４ｃが形成されている。ＸＹクロスハッチマーク８ａ近傍におけるＹステージ５４の構造をコンパクトにすることにより、対物レンズ３とステージ装置５０の下方に配置されているコンデンサレンズ（不図示）との間の限られた空間内にステージ装置５０をコンパクトに配置することが可能になる。また、Ｙステージ５４の構造をコンパクトにすることにより、電動レボルバ１２７により対物レンズ３が切替えられる際に、対物レンズの先端とＹステージ５４の上面とが干渉しないようにすることができる。

図５（ａ）は、クロスハッチマーク領域Ｃ１において電動レボルバ１２７によって対物レンズ３ａが選択的に光路６００上に切換えられた状態を示している。図４に示すルックアップテーブルに記録されている対物レンズ３ａの作動距離（ＷＤ）は、例えば、０．１７ｍｍであり、Ｚ軸方向の位置情報はＺａである。

レボルバ制御部５０７はレボルバ位置検知部５０１からの情報に基づいて、切り換えられた対物レンズを識別する。レボルバ制御部５０７は切り換えられた対物レンズの識別結果を、顕微鏡制御部５１０に入力する。顕微鏡制御部５１０は、レボルバ制御部５０７の識別結果に基づいて、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）をＺ位置記録部５１１から取得する。顕微鏡制御部５１０は、取得したＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）を、Ｚステージ制御部５０９に入力する。Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０を介して、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）を取得する。Ｚステージ制御部５０９は、取得したＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）に基づいて、Ｚステージ５７の位置制御を行う。Ｚ位置記録部５１１で記録されているＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）に基づいて、Ｚステージ５７の位置制御を行うことにより、対物レンズを切換えてもジャスト焦点の状態を維持することができる。

一方、スライドガラス９の厚さは約１ｍｍであり、スライドガラス９の面はＸＹクロスハッチマーク８ａの面と同一のＺ軸方向の位置（Ｚａ）に合うようにＹステージ５４の載置部５４ａに載せられている。また、スライドガラス９上の被観察物１１の厚さは約３μｍであり、カバーガラス１２の厚さは、約１５μｍである。カバーガラス１２の上面の位置Ｈは、ＸＹクロスハッチマーク８ａに対して、被観察物１１の厚さ（ｔ１）とカバーガラス１２の厚さ（ｔ２）の分だけ高くなる（図５（ａ）のｈ１＝ｔ１＋ｔ２）。スライドガラス領域Ｇ１において、スライドガラス９上の被観察物１１をジャスト焦点で観察する場合、作動距離（ＷＤ）にｈ１の移行距離（距離情報）を加える必要がある。

オペレータは、あらかじめ、被観察物１１およびカバーガラス１２の厚さのばらつきを見込んだ任意の距離情報（厚さ量）を設定部５１２から設定し、距離記録部５１４に記録する。距離記録部５１４に記録された距離情報（厚さ量）は、スライドガラス領域Ｇ１におけるＺステージ５７の位置制御に使用される。

図５（ｂ）は、スライドガラス領域Ｇ１において電動レボルバ１２７によって対物レンズ３ａが選択的に光路６００上に切換えられた状態を示している。図４に示すルックアップテーブルに記録されている対物レンズ３ａの作動距離（ＷＤ）は、例えば、０．１７ｍｍであり、Ｚ軸方向の位置情報はＺａである。また、距離記録部５１４に記録されている距離情報（厚さ量）はｈ１である。

レボルバ制御部５０７はレボルバ位置検知部５０１からの情報に基づいて、切り換えられた対物レンズを識別する。レボルバ制御部５０７は対物レンズの識別結果を、顕微鏡制御部５１０に入力する。顕微鏡制御部５１０は、レボルバ制御部５０７の識別結果に基づいて、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）をＺ位置記録部５１１から取得する。

Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０を介して、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）を取得し、距離記録部５１４から距離情報（厚さ量）ｈ１を取得する。Ｚステージ制御部５０９は、取得したＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）および距離情報（厚さ量）ｈ１に基づいて、Ｚステージ５７の位置制御を行う。

図５（ｂ）において、紙面の下向きを＋、紙面の上向きを−とすると、Ｚステージ制御部５０９は、Ｚステージ５７のＺ軸方向の位置がＺａ＋ｈ１となるように位置制御を行う。Ｚステージ制御部５０９の位置制御により、スライドガラス９の上面から対物レンズ３ａの先端までの距離が作動距離（例えば、ＷＤ＝０．１７ｍｍ）となるようＺステージ５７の位置が制御される。この場合、Ｚステージ制御部５０９は、Ｚ軸方向の位置（Ｚａ）に対して距離情報（厚さ量）ｈ１の分だけＺステージ５７を降下させる（＋Ｚ方向にＺステージ５７を移動させる）。このように、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）および距離情報（厚さ量）ｈ１に基づいて、Ｚ軸方向の位置制御を行うことにより、スライドガラス領域Ｇ１において、対物レンズを切換えてもカバーガラス１２の上面に対物レンズ３ａの焦点をシフトさせることができる。

対物レンズ３ａの切換え動作後のステージ装置５０（ＸＹスＺテージ）の位置情報は、顕微鏡制御部５１０に入力されており、顕微鏡制御部５１０は、スライドガラス領域Ｇ１に光路６００（光軸）が位置するか、クロスハッチマーク領域Ｃ１に光路６００（光軸）が位置するかを判定することができる。

Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０の判定結果を用いて、対物レンズの切替えに応じて実行するＺ軸方向の位置制御で使用する情報を決定する。

すなわち、クロスハッチマーク領域Ｃ１において、対物レンズが切替えられる場合、上述のように、Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０を介してＺ位置記録部５１１からＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）を取得して、Ｚステージ５７の位置制御を行う。

また、クロスハッチマーク領域Ｃ１において焦点が合った状態でステージを移動させて、スライドガラス領域Ｇ１において、スライドガラスの観察を行う場合、Ｚステージ制御部５０９は、更に、距離記録部５１４から距離情報（厚さ量）ｈ１を取得して、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）および距離情報（厚さ量）ｈ１に基づいて、Ｚステージ５７の位置制御を行う。

スライドガラス領域Ｇ１において、対物レンズが切替えられる場合、Ｚステージ制御部５０９は、Ｚ位置記録部５１１からＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）を取得する。更に、Ｚステージ制御部５０９は、距離記録部５１４から距離情報（厚さ量）ｈ１を取得して、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）および距離情報（厚さ量）ｈ１に基づいて、Ｚステージ５７の位置制御を行う。

また、スライドガラス領域Ｇ１において焦点が合った状態でステージを移動させて、クロスハッチマーク領域Ｃ１において、前記基準マークの観察を行う場合、Ｚステージ制御部５０９は、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）に基づいてＺステージ５７の位置制御を行う。この場合、Ｚステージ制御部５０９は、スライドガラス領域Ｇ１におけるＺ軸方向の位置（Ｚａ＋ｈ１）を基準として、距離情報（厚さ量）ｈ１だけＺステージ５７を上昇させて、Ｚ軸方向の位置をＺａに制御する。このような位置制御により、スライドガラス領域Ｇ１およびクロスハッチマーク領域Ｃ１において、ステージを移動させて、対物レンズを切替えても、対物レンズの焦点を合わせることができる。ステージ装置５０（ＸＹＺステージ）を移動させてもＷＤを一定に保つようにＺ軸方向の位置を制御するので対物レンズの目標とする物体面の焦点がずれること無く、ジャスト焦点を維持することが可能となる。

図６は、顕微鏡システムが実行する処理の流れを示す図である。ステップＳ１で、顕微鏡制御部５１０は操作入力部５１５から対物レンズの切換えを指示する指示信号の入力を受け付ける。顕微鏡制御部５１０は入力された指示信号に基づいて切り換えるレボルバ位置を指定する。レボルバ制御部５０７は、顕微鏡制御部５１０で指定されたレボルバ位置に基づいて、レボルバドライバ５０２を介して電動レボルバ１２７のモータ（不図示）を駆動して、電動レボルバ１２７の回転駆動を制御する。

ステップＳ２で、ＸＹステージ位置検知部５０３は、Ｘ方向センサによるＸ方向の目盛８ｃの読み取り結果、およびＹ方向センサによるＹ方向の目盛８ｂの読み取り結果に基づいて、Ｘステージ５５およびＹステージ５４における二次元の位置情報（ＸＹ位置情報）を取得する。

ステップＳ３で、ＸＹステージ制御部５０８は、ＸＹステージ位置検知部５０３から入力される、Ｘステージ５５およびＹステージ５４における二次元の位置情報（ＸＹ位置情報）に基づいて、スライドガラス領域Ｇ１およびクロスハッチマーク領域Ｃ１のうち、どちらの領域が光路６００上に位置しているかを判定する。

ステップＳ３の判定で、クロスハッチマーク領域Ｃ１に光路６００が位置していれば（Ｓ３−Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４に進められる。ステップＳ４で、クロスハッチマーク領域Ｃ１において、光路上に切り換える対物レンズについて、Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０を介してＺ位置記録部５１１からＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）を取得する。そして、ステップＳ５で、Ｚステージ制御部５０９は、取得したＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）に基づいて、Ｚステージ５７の位置を制御して、Ｚ軸方向の位置決めを完了する（Ｓ６）。

一方、ステップＳ３の判定で、クロスハッチマーク領域Ｃ１に光路６００が位置していない場合（Ｓ３−Ｎｏ）、すなわち、スライドガラス領域Ｇ１に光路６００が位置している場合、処理はステップＳ７に進められる。

ステップＳ７で、スライドガラス領域Ｇ１において、光路上に切り換える対物レンズについて、Ｚステージ制御部５０９は、顕微鏡制御部５１０を介してＺ位置記録部５１１からＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）を取得する。

また、ステップＳ８で、Ｚステージ制御部５０９は、距離記録部５１４から距離情報（厚さ量）ｈ１を取得する。

ステップＳ９で、Ｚステージ制御部５０９は、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）と距離情報（厚さ量）ｈ１との加算情報を取得する。そして、ステップＳ１０で、Ｚステージ制御部５０９は、取得したＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）および距離情報（厚さ量）ｈ１の加算情報に基づいて、Ｚステージ５７の位置を制御して、Ｚ軸方向の位置決めを完了する（Ｓ６）。本実施形態ではＺ軸方向の位置制御をステージ装置５０（ＸＹＺステージ）により行っているが、この構成例に限定されず、電動レボルバ１２７を支持する鏡基１２１にＺ方向の移動機構を設け、Ｚ軸方向の位置情報（Ｚａ）、またはＺ軸方向の位置情報（Ｚａ）および距離情報（厚さ量）ｈ１の加算情報に基づいて、対物レンズ３のＺ方向の位置を制御することも可能である。

本実施形態の顕微鏡システムによれば、観察光路上に配置されている対物レンズの焦点が合うようにステージの位置制御を行うことが可能になる。

本実施形態の顕微鏡システムによれば、クロスハッチの領域から観察領域にＸＹステージを移動して観察しても対物レンズの焦点がずれること無く、ジャスト焦点を維持することが可能である。

また、複数の対物レンズの切換えを行っても、それぞれの対物レンズの作動距離（ＷＤ）を一定に保ち、ジャスト焦点を維持することが可能である。

対物レンズの焦点位置は、顕微鏡システムのＺ軸方向の基準となる安定した精度の高いＸＹクロスハッチマークに対して測定され、測定されたＺ軸方向の焦点位置は、Ｚ位置記録部によって記録することができる。電動レボルバによって選択的に光路上に切換えられる対物レンズについて、焦点位置は、各対物レンズの焦点位置に対応した作動距離情報に基づいて、高い精度で再現することができる。また、スライドガラスに対するＺ軸方向の距離情報（スライドガラスに載せられた非観察物およびカバーガラスの厚み量）をＺ軸方向におけるステージの位置制御に反映することができる。

以上の構成により、クロスハッチマークにおいて対物レンズの焦点が合った状態でステージを移動させて、スライドガラス領域においてスライドガラスの観察を行う場合、Ｚステージ制御部は、作動位置情報および距離情報に基づいて、ステージの位置制御を行うことができる。

また、スライドガラス領域において対物レンズの焦点が合った状態でステージを移動させて、クロスハッチマークにおいてＸＹクロスハッチマーク（基準マーク）の観察を行う場合、Ｚステージ制御部は、作動位置情報に基づいて、ステージの位置制御を行うことが可能である。

対物レンズの作動距離が一定となるように、Ｚ方向の位置を制御することが可能となるため、焦点合わせの操作性が向上する。また、作動距離の短い対物レンズを切り換える際でも、対物レンズの先端と観察対象（カバーガラス）との干渉を防止することが可能になる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

３：対物レンズ、８：ＸＹスケール、１２７：電動レボルバ、
５０：ステージ装置、５４：Ｙステージ、５５：Ｘステージ、
５６：ＸＹベース、５７：Ｚステージ、 ５０１：レボルバ位置検知部、
５０３：ＸＹステージ位置検知部、５０５：Ｚステージ位置検知部、
５０７：レボルバ制御部、５０８：ＸＹステージ制御部、
５０９：Ｚステージ制御部、５１０：顕微鏡制御部、５１１：Ｚ位置記録部

Claims (23)

1. 複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを切り換えて観察光路上に配置するレボルバを備えた顕微鏡本体と、
   前記顕微鏡本体に装着され、互いに交差するＸ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成され、観察対象のスライドガラスおよび前記スライドガラス上に載置されたカバーガラスが載置されるステージであって、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む面内に、前記面内における前記ステージの位置管理用のスケールと前記面内における前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の位置合わせの基準として使用する基準マークとを有するステージと、
   前記スケールを読み取るセンサと、
   前記センサによる前記スケールの読み取り結果により、前記ステージの前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向を含む二次元の位置情報を検知する位置検知手段と、
   前記複数の対物レンズの焦点を前記基準マークに合わせたときの前記Ｚ軸方向における前記ステージの作動位置情報を取得する位置取得手段と、
   前記Ｚ軸方向における前記スライドガラスの対物レンズ側表面から前記カバーガラスの対物レンズ側表面までの距離情報を取得する距離取得手段と、
   前記二次元の位置情報に基づいて、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向における前記ステージの位置制御を行い、前記作動位置情報および前記距離情報に基づいて前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
2. 前記二次元の位置情報に基づいて前記基準マークが配置されている前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む面内の第１領域で前記対物レンズが切り換えられる場合、前記制御手段は、切り換えられた対物レンズに対応する前記作動位置情報に基づいて、前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
3. 前記第１領域において前記対物レンズの焦点が合った状態で前記ステージを移動させて、前記スライドガラスが配置されている前記面内の第２領域において前記スライドガラスの観察を行う場合、前記制御手段は、前記作動位置情報および前記距離情報に基づいて、前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡システム。
4. 前記二次元の位置情報に基づいて前記スライドガラスが配置されている前記面内の第２領域で前記対物レンズが切り換えられる場合、前記制御手段は、切り換えられた対物レンズに対応する前記作動位置情報および前記距離情報に基づいて、前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
5. 前記第２領域において前記対物レンズの焦点が合った状態で前記ステージを移動させて、前記基準マークが配置されている前記面内の第１領域において前記基準マークの観察を行う場合、前記制御手段は、前記作動位置情報に基づいて、前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
6. 前記レボルバの回転位置、回転方向の情報、光路上に配置されている対物レンズを検知するレボルバ位置検知手段と、
   前記検知の結果に基づいて、前記レボルバの回転駆動を制御して、前記複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを選択的に前記光路上に切換えるレボルバ制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
7. 前記ステージは、Ｚ軸方向における前記ステージの位置管理用のスケールを有し、
   前記スケールの目盛りを読み取るＺ軸センサと、
   前記Ｚ軸センサによるスケールの読み取り結果により、前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置情報を検知するステージ位置検知手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記ステージ位置検知手段の検知結果に基づいて、前記ステージの位置制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
8. 前記位置取得手段は、前記複数の対物レンズのそれぞれに対応した作動位置情報を記憶したルックアップテーブルを有することを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡システム。
9. 前記位置取得手段は、前記ステージ位置検知手段により検知された前記作動位置情報を、前記複数の対物レンズのそれぞれに対応付けて前記ルックアップテーブルに記憶することを特徴とする請求項８に記載の顕微鏡システム。
10. 前記位置取得手段は、外部装置から取得した前記作動位置情報を前記複数の対物レンズのそれぞれに対応付けて前記ルックアップテーブルに記憶することを特徴とする請求項８に記載の顕微鏡システム。
11. 前記制御手段は、前記対物レンズに対応する前記作動位置情報を前記ルックアップテーブルから取得することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
12. 前記制御手段は、前記顕微鏡本体の観察に使用される対物レンズが切り換わると、切換後の対物レンズに対応付けて記憶されている前記作動位置情報を前記ルックアップテーブルから取得することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
13. 前記制御手段は、前記顕微鏡本体の観察に使用される対物レンズが切り換わると、切り換わるたびに前記位置制御を行うことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
14. 前記位置管理用のスケールには、前記Ｘ軸方向の位置情報を提供するスケールおよび前記Ｙ軸方向の位置情報を提供するスケールが含まれることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
15. 前記距離取得手段は、スライドガラス上の被観察物および被観察物上のカバーガラスの厚さの情報を前記Ｚ軸方向の距離情報として取得することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
16. 前記制御手段は、前記二次元の位置情報に基づいて、前記対物レンズの観察光路が位置する領域が、前記基準マークが配置されている前記面内の第１領域であるか、前記スライドガラスが配置されている前記面内の第２領域であるかを判定し、前記判定の結果に基づいて前記位置制御を行うことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
17. 複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを切り換えて観察光路上に配置するレボルバを備えた顕微鏡本体と、
    前記顕微鏡本体に装着され、互いに交差するＸ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成され、観察対象のスライドガラスおよび前記スライドガラス上に載置されたカバーガラスが載置されるステージであって、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む面内に、前記面内における前記ステージの位置管理用のスケールと前記面内における前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の位置合わせの基準として使用する基準マークとを有するステージと、
    前記スケールを読み取るセンサと、
    前記センサによる前記スケールの読み取り結果により、前記ステージの前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向を含む二次元の位置情報を検知する位置検知手段と、
    前記複数の対物レンズの焦点を前記基準マークに合わせたときの前記Ｚ軸方向における前記ステージの作動位置情報を取得する位置取得手段と、
    前記Ｚ軸方向における前記スライドガラスの対物レンズ側表面から前記カバーガラスの対物レンズ側表面までの距離情報を取得する距離取得手段と、を備えた顕微鏡システムを制御するコントローラによる顕微鏡システムの制御方法であって、
    前記二次元の位置情報に基づいて、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向における前記ステージの位置制御を行い、前記作動位置情報および前記距離情報に基づいて前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行う制御工程を有することを特徴とする顕微鏡システムの制御方法。
18. 請求項１７に記載の顕微鏡システムの制御方法の工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
19. 複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを切り換えて観察光路上に配置するレボルバを備えた顕微鏡本体と、
    前記顕微鏡本体に装着され、互いに交差するＸ軸方向およびＹ軸方向を含む面内に観察対象のスライドガラスおよび前記スライドガラス上に載置されたカバーガラスが載置され、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向と互いに交差するＺ軸方向に移動可能に構成されるステージであって、前記複数の対物レンズの焦点を合わせて前記Ｚ軸方向における位置合わせの基準として使用する基準マークを有するステージと、
    前記複数の対物レンズの焦点を前記基準マークに合わせたときの前記Ｚ軸方向における前記ステージの作動位置情報を取得する取得手段と、
    前記Ｚ軸方向における前記スライドガラスの対物レンズ側表面から前記カバーガラスの対物レンズ側表面までの距離情報を取得する距離取得手段と、
    前記作動位置情報および前記距離情報に基づいて前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置制御を行う制御手段と、
    を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
20. 前記レボルバの回転位置、回転方向の情報、光路上に配置されている対物レンズを検知するレボルバ位置検知手段と、
    前記検知の結果に基づいて、前記レボルバの回転駆動を制御して、前記複数の対物レンズのうちいずれか一つの対物レンズを選択的に前記光路上に切換えるレボルバ制御手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１９に記載の顕微鏡システム。
21. 前記ステージは、Ｚ軸方向における前記ステージの位置管理用のスケールを有し、
    前記スケールの目盛りを読み取るＺ軸センサと、
    前記Ｚ軸センサによるスケールの読み取り結果により、前記Ｚ軸方向における前記ステージの位置情報を検知するステージ位置検知手段と、を更に備え、
    前記制御手段は、前記ステージ位置検知手段の検知結果に基づいて、前記ステージの位置制御を行うことを特徴とする請求項１９または２０に記載の顕微鏡システム。
22. 前記取得手段は、前記複数の対物レンズのそれぞれに対応した作動位置情報を記憶したルックアップテーブルを有することを特徴とする請求項２１に記載の顕微鏡システム。
23. 前記距離取得手段は、スライドガラス上の被観察物および被観察物上のカバーガラスの厚さの情報を前記Ｚ軸方向の距離情報として取得することを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。

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