专利名称：三维方向漂移控制装置以及显微镜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维方向漂移(drift)控制装置以及显微镜装置，特别涉及能够更加迅速且可靠地校正物镜和标本在平面方向的相对位置偏离的三维方向漂移控制装置以及显微镜装置。
背景技术：
最近，具有自动对焦功能的显微镜的有用性在市场上得到了认可。若使用对标本始终持续对焦的主动控制的自动对焦功能，则能够有效地去除在长时间的延时(time lapse)观察时、向容器投入试剂时所产生的观察图像的模糊、晃动。作为实现这种自动对焦功能的方法，大致分为被动方式和主动方式两种。例如，在被动方式中，根据标本的观察图像的对比度最大的物镜的位置变化来检测出观察图像的模糊，将该位置的变化量反馈到载物台、物镜的驱动部，以此维持对标本的对焦。在该方式中，由于不仅能够求出向物镜的光轴方向的物镜和标本的相对位置变化，而且能够求出向与光轴方向垂直的方向(以下，称为平面方向)的物镜和标本的相对位置变化，因此能够校正(补偿)相对位置向平面方向的偏离。相对于此，在以狭缝投影式为代表的主动方式中，根据向保持标本的罩玻璃照射的红外光的反射光的像的位置变化来检测出物镜和标本的相对位置向光轴方向的偏离，因此能够迅速调节焦点(例如，参照专利文献1)。但是，通过近年来的超分辨率技术等的发展，超过光学显微镜的分辨率的纳米精度的显微镜观察受到瞩目。但是，在该分辨率区域的观察中，不能忽视目前尚未成为问题的、因装置的机械性漂移、罩玻璃的热膨胀等而产生的观察视野内的标本的观察位置的微小变化。因此，需要一种能够在三维方向上维持物镜和标本的相对位置的技术。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2008-122857号公报
发明内容
发明要解决的问题但是，在上述技术中，在物镜和标本的相对位置关系上产生了偏离的情况下，难以迅速且可靠地校正该偏离。例如，在被动方式中，虽然能够在三维方向上补偿物镜和标本的相对位置变化，但对于亮度、对比度较低的标本，在图像解析上会花费时间，从而产生焦点调节的延迟、错误。 另外，在主动方式中，从原理上无法检测出平面方向上的物镜和标本的相对位置的变化。本发明是鉴于这种情况而做出的，其目的在于能够更加迅速且可靠地校正物镜和标本的相对位置的偏离。用于解决问题的手段
本发明的三维方向漂移控制装置的特征在于，具备物镜，用于观察观察对象；光源，经由上述物镜将照射光照射到上述观察对象；第一遮光部，将从上述光源入射到上述物镜的上述照射光的一部分遮光；第一受光部，经由上述物镜接受在被照射了上述一部分被遮光的上述照射光的上述观察对象上正反射的正反射光；第一控制部，基于上述第一受光部接受上述正反射光而获得的信号，使上述物镜和上述观察对象的相对位置关系向上述物镜的光轴方向变化；第二受光部，经由上述物镜接受因上述一部分被遮光的上述照射光被照射到保持上述观察对象的观察对象以外的保持部件而产生的散射光；以及第二控制部， 基于上述第二受光部接受上述散射光而获得的信号，使上述物镜和上述观察对象的相对位置关系向垂直于上述光轴的方向变化。本发明的显微镜装置，用于观察包括罩玻璃的保持部件中的观察对象，其特征在于，具有观察光学系统，在与上述观察对象共轭的位置具有成像面；成像光学系统，在与上述罩玻璃的表面共轭的位置具有成像面；拍摄单元，配置于上述成像光学系统的成像面； 以及控制单元，检测由上述拍摄单元拍摄的上述罩玻璃的表面的像的变化。发明效果根据本发明，能够更加迅速且可靠地校正物镜和标本的相对位置的偏离。
图1是表示适用了本发明的显微镜的一个实施方式的构成例的图。图2是表示适用了本发明的显微镜的另一实施方式的构成例的图。图3是表示适用了本发明的显微镜的另一实施方式的构成例的图。附图标记说明11 显微镜；12 标本；21 载物台；22 物镜；30 光源；33 半透明反射镜；34 刃状物(knife-edge)；35 补偿透镜组；37:线性传感器；39: 二维光电转换器；40 对焦控制部；41 夹持处理部；42 驱动部；71:二维光电转换器；72:刃状物；73 驱动部；101 光源；102 全反射镜；
103 分色镜(dichroic mirror)。
具体实施例方式下面，参照
适用了本发明的实施方式。<第一实施方式>[显微镜的构成]图1是表示适用了本发明的显微镜的一个实施方式的构成例的图。显微镜11是用于形成观察对象的标本12的放大像而进行观察的光学显微镜。标本12在浸渍于水等媒介中的状态下被罩玻璃以及滑动玻璃夹住并被放置于载物台21上。 此外，保持标本12的罩玻璃、滑动玻璃等也称为观察对象以外的保持部件。在显微镜11上设置有未图示的照明装置，照明装置射出作为照明光的可见光而对标本12照明。例如，在照明装置为透射式的情况下，照明装置配置在图中的载物台21的上侧，在照明装置为落射式的情况下，照明装置配置在图中的载物台21的下侧。若来自照明装置的照明光照射到标本12，则标本12发出观察光，该观察光由显微镜11的观察光学系统成像。即，来自标本12的观察光通过物镜22、分色镜23以及红外截止滤光器M而入射到半透明反射镜25。入射到半透明反射镜25的观察光的一部分直接透过半透明反射镜25而由相机用第二物镜沈聚光，观察光的像被CCD (Charge Coupled Devices 电荷耦合元件)传感器27 所拍摄。由CCD传感器27拍摄而获得的标本12的观察图像被供给至未图示的监视器，而显示观察图像。另外，入射到半透明反射镜25的观察光的一部分在半透明反射镜25中被反射，并由接目用第二物镜观以及目镜四聚光而成像。该观察光的像被提供给窥视目镜四的操作人员进行观察。在这种显微镜11中，通过由物镜22至目镜四构成的观察光学系统形成观察光的像、即标本12的放大像。此外，分色镜23配置在观察光的远焦系统中。此外，也可以替代半透明反射镜25而配置按规定的分配比分离所入射的观察光的棱镜。在这种情况下，例如入射到棱镜的观察光被反射规定比例的光量并入射到接目用第二物镜观，剩余的观察光透过棱镜而入射到相机用第二物镜26。另外，显微镜11具有用于将物镜22的焦点位置始终维持在标本12上的特定位置的自动夹持机构。该自动夹持机构由照明光学系统、成像光学系统以及控制系统等构成，其中，照明光学系统用于对保持标本12的罩玻璃表面照射近红外光，成像光学系统用于对将近红外光照射到罩玻璃表面而生成的光进行成像，控制系统根据对由成像光学系统所成的像受光而获得的信号，来移动载物台21。具体而言，在显微镜11中设置有由LED (Light Emitting Diode :发光二极管)等构成的光源30，从光源30射出的近红外光通过透镜31被整形成其截面成为圆形状并入射到半透明反射镜32。入射到半透明反射镜32的近红外光在半透明反射镜32上被反射，进而在半透明反射镜33中又被反射。此外，在半透明反射镜32和半透明反射镜33之间设置有刃状物34，从半透明反射镜32入射到半透明反射镜33的近红外光一部分被刃状物34遮光。因此，入射到半透明反射镜33的近红外光由刃状物34整形成其截面成为半月状。另外，在半透明反射镜33中反射的近红外光通过由多个透镜构成的补偿透镜组 35并在分色镜23中被反射，进而由物镜22聚光并照射到载物台21上的罩玻璃等上。在此，分色镜23的反射面设置成使来自标本12的观察光直接透过并反射近红外光。由此，在显微镜11中，近红外光通过由光源30至补偿透镜组35、分光镜23以及物镜22构成的照明光学系统照射到载物台21上的罩玻璃等上。此外，在图1中，实线表示近红外光的光路。此外，光源30不限定于LED，也可以为激光器等其他光源。另外，从光源30 射出的近红外光的截面不限定于圆形，也可以为长方形。例如，在显微镜11中设置成近红外光成像于保持标本12的罩玻璃表面、罩玻璃和标本12的边界面。入射到罩玻璃表面的近红外光基本上在其表面上正反射，但在罩玻璃表面上通常存在多个微小的瑕疵(凹凸)，因此近红外光的一部分因罩玻璃表面的凹凸而散射。因此，若近红外光照射到罩玻璃表面，则产生近红外光的正反射光和散射光、衍射光，这些正反射光以及散射光(以后，将散射光、衍射光统称为散射光)回收(入射)到物镜22中。以下，将从罩玻璃入射到物镜22的近红外光中的、在罩玻璃上正反射的近红外光称为正反射光，将入射到物镜22的近红外光中的、除了正反射光之外的光称为散射光。从罩玻璃入射到物镜22的正反射光在分色镜23中被反射，进而通过补偿透镜组 35入射到半透明反射镜33。入射到半透镜反射镜33的正反射光的一部分在半透镜反射镜 33中被反射并被刃状物34遮光。因此，在半透镜反射镜33中反射的正反射光不入射到半透镜反射镜32。此外，为了更加可靠地将正反射光遮光，优选将刃状物34配置成将来自光源30的近红外光遮光稍多于一半的光量。另外，为了更加可靠地将正反射光遮光，也可以在半透镜反射镜32和透镜38之间配置狭缝。另外，入射到半透镜反射镜33的正反射光的一部分直接透过半透明反射镜33，由透镜36聚光并入射到线性传感器37中。在此，透镜36配置在与物镜22共轭的位置，使正反射光的像(狭缝像)成像。在正反射光的成像位置即与近红外光的像共轭的位置配置线性传感器37的受光面。 线性传感器37接受从透镜36入射的正反射光而进行光电转换，从而获得电信号。 该电信号用于物镜22和标本12的相对位置向物镜22的光轴方向(以下，称为ζ方向)的偏离的校正，即物镜22的自动对焦控制。此外，在图1中，点划线表示来自罩玻璃的正反射光的光路。以下，将物镜22和标本12(罩玻璃)向ζ方向的相对位置偏离简称为ζ方向的偏离。再有，线性传感器37也可以由CCD、PSD (Position Sensitive Detector 位置敏感探测器)等位置检测器构成。另一方面，从罩玻璃入射到物镜22的近红外光的散射光在分色镜23中被反射，并且通过补偿透镜组35而入射到半透明反射镜33。另外，入射到半透镜反射镜33的散射光的一部分在半透明反射镜33中被反射并入射到半透明反射镜32。此时，入射到半透镜反射镜32的散射光的一部分被刃状物34遮光。入射到半透明反射镜32的散射光的一部分直接透过半透明反射镜32，由透镜38 聚光并入射到二维光电转换器39中。在此，透镜38配置于与物镜22共轭的位置，并设置成散射光的像通过透镜38成像于二维光电转换器39的受光面上。该散射光的像为罩玻璃表面的像。即，散射光所形成的罩玻璃表面的像成像于透镜38的成像面上。二维光电转换器39例如由CXD等构成，通过接受从透镜38入射的散射光并进行光电转换而获得电信号。该电信号是表示罩玻璃表面上的近红外光的散射图案的、散射像的图像的图像数据。电信号被用于物镜22和标本12的相对位置向与ζ方向垂直的方向 (以下，称为xy方向)的偏离的校正、即物镜22的xy方向的夹持处理。以下，将基于从二维光电转换器39输出的电信号的图像也称为散射图像。另外， 在图1中，虚线表示散射光的光路。由于散射光是在罩玻璃表面上散射的光，因此与正反射光相比光量较少，但散射光的光束粗于正反射光的光束。再有，将物镜22和标本12(罩玻璃)向xy方向的相对位置偏离简称为xy方向的偏离。由此，在显微镜11中，通过由物镜22、分色镜23、补偿透镜组35至半透明反射镜 32、透镜36以及透镜38构成的成像光学系统，形成近红外光的正反射光的像、和因罩玻璃表面的凹凸而引起的红外光的散射像。另外，由在成像光学系统中将散射光引导至二维光电转换器39的光学系统、即由物镜22、分色镜23、补偿透镜组35至半透镜反射镜32以及透镜38构成的光学系统、和照明光学系统构成一个光学系统。通过该光学系统，将近红外光照射到罩玻璃表面，并从由此产生的正反射光以及散射光中抽出散射光。即，从正反射光以及散射光中去除在xy方向的夹持处理中不需要的正反射光。再有，作为构成显微镜11的自动夹持机构的载物台21的控制系统，在显微镜11 上设置有对焦控制部40、夹持处理部41以及驱动部42。对焦控制部40基于从线性传感器37供给的电信号来检测物镜22和标本12向ζ 方向的相对位置的变化量，并根据其检测结果控制驱动部42，由此控制载物台21向ζ方向的移动。另外，夹持处理部41基于从二维光电转换器39供给的电信号来检测物镜22和标本12向xy方向的相对位置的变化量，并根据其检测结果控制驱动部42，由此控制载物台 21向xy方向的移动。驱动部42按照对焦控制部40、夹持处理部41的控制而驱动，使载物台21移动。 此外，在显微镜11中说明了通过使载物台21向Z方向移动而使物镜22和标本12向Z方向的相对位置关系发生变化，但也可以是物镜22相对于载物台21移动。[显微镜的动作]接着，说明显微镜11的动作。若操作人员操作显微镜11而指示观察标本12，则显微镜11的未图示的照明装置对标本12照射照明光。从而，通过照明光的照射从标本12发出观察光，观察光通过物镜22 至红外截止滤光器M而入射到半透明反射镜25。此时，来自标本12的光中与观察光不同波长的光、例如来自光源30的近红外光被红外截止滤光器M去除。另外，入射到半透明反射镜25的观察光的一部分透过半透明反射镜25，由相机用第二物镜沈聚光并入射到CXD传感器27中。然后，由CXD传感器27拍摄的观察图像显示于监视器中。再有，入射到半透明反射镜25的观察光的一部分在半透明反射镜25上被反射，并由接目用第二物镜观以及目镜四聚光而成像。由此，操作人员通过观察显示于监视器的观察图像或窥视目镜四，能够观察标本12。此时，显微镜11从光源30射出近红外光。在开始观察标本12时，来自光源30的近红外光的聚光位置和物镜22的焦点位置为相同位置。因此，通过对焦控制部40的自动对焦控制，物镜22的对焦位置在罩玻璃的表面上。因此，操作人员操作显微镜11而移动补偿透镜组35，以便对焦到标本12。由此， 显微镜11对应于操作人员的操作等，使构成补偿透镜组35的透镜向与补偿透镜组35的光轴(近红外光的光路)平行的方向移动。若补偿透镜组35的透镜移动，则正反射光、散射光的成像位置不变，而只有照射到罩玻璃的近红外光的成像位置向ζ方向移动。另外，在此情况下，照明光的成像位置也不变。若这样移动补偿透镜组35，则近红外光不成像于罩玻璃的表面。由此，对焦控制部40通过自动对焦控制来移动载物台21，以便近红外光的像继续成像于罩玻璃上的预先规定的位置。因此，若操作人员适当移动补偿透镜组35，则近红外光成像于罩玻璃的表面上且成为对焦于标本12的状态。若这样使近红外光成像于罩玻璃的特定位置，则显微镜11维持物镜22和标本12 的相对位置关系，以便近红外光继续成像于该特定位置。S卩，来自光源30的近红外光由透镜31聚光并整形，通过半透镜反射镜32至分色镜23而入射到物镜22。物镜22使来自分色镜23的近红外光聚光到物镜22的前焦点。在此，由于入射到物镜22的近红外光的一部分被刃状物34遮光，因此罩玻璃由近红外光斜射照明。若近红外光照射到罩玻璃的表面，则产生近红外光的正反射光和散射光，这些光通过物镜22、分色镜23以及补偿透镜组35而入射到半透明反射镜33。并且，透过了半透明反射镜33的正反射光以及散射光由透镜36聚光并入射到线性传感器37中。另外，在半透明反射镜33中被反射的正反射光和散射光中的、正反射光和一部分散射光被刃状物34遮光，剩余的散射光透过半透明反射镜32，并由透镜38聚光而入射到二维光电转换器39中。在此，线性传感器37的受光面中的正反射光的像的位置，根据物镜22和罩玻璃表面(标本12)的ζ方向的距离而变化。因此，对焦控制部40预先记录近红外光成像于罩玻璃表面上时的、线性传感器37的受光面上的正反射光的成像位置(以下，称为基准成像位置)。然后，对焦控制部40根据所记录的基准成像位置和由线性传感器37供给的电信号来检测物镜22的ζ方向的偏离。例如，物镜22和标本12的相对位置关系的偏离，在保持标本12的罩玻璃以及滑动玻璃的位置在载物台21上稍微偏离或倾斜时产生。在检测出物镜22的ζ方向的偏离后，对焦控制部40根据线性传感器37的受光面上的正反射光的像的位置相对于基准成像位置偏离的方向和其偏离量，求出用于校正ζ方向的偏离的载物台21的移动方向以及移动量。对焦控制部40根据所求出的移动方向以及移动量，控制驱动部42而使载物台21向ζ方向移动。由此，ζ方向的偏离被校正，来自物镜22的近红外光成像到罩玻璃的表面上。此外，虽然不仅正反射光而且散射光的一部分也入射到线性传感器37，但由于散射光的光量与正反射光的光量相比甚微，因此不影响正反射光的像的位置的检测。如上所述，若ζ方向的偏离被校正，则夹持处理部41基于来自二维光电转换器39 的电信号来检测物镜22的xy方向的偏离，并根据其检测结果校正xy方向的偏离。S卩，夹持处理部41通过使用拍摄时刻不同的两个散射图像进行图案匹配，来检测物镜22的xy方向的偏离。例如，夹持处理部41通过将在当前时刻之前(过去)所拍摄的散射图像作为参照图像暂时保持并进行图案匹配，来确定参照图像上的散射像的位置和该散射像在新拍摄的散射图像上的位置。另外，夹持处理部41根据散射像的位置的确定结果，求出散射像在xy平面上的移动方向以及移动量而作为xy方向的偏离。由于该散射图像是罩玻璃表面的像的图像，因此在夹持处理部41中检测出罩玻璃表面的像的位置变化。再有，夹持处理部41基于所检测的xy方向的偏离，求出用于校正该偏离的载物台 21的移动方向以及移动量，控制驱动部42而使载物台21向该移动方向移动所求出的移动量。由此，成为来自物镜22的近红外光成像于罩玻璃的特定位置的状态。如上所述校正ζ方向的偏离之后、即成为焦点对准到标本12的状态之后，进行xy 方向的偏离的检测和校正，从而能够在散射图像上的散射像的对比度最大的状态下检测xy 方向的偏离。因此，能够更加迅速且可靠地检测出xy方向的偏离并校正该偏离。此外，保持于夹持处理部41的参照图像可以在每当进行图案匹配时更新为最新时刻所拍摄的散射图像，或者成为在标本12的观察开始时所拍摄的散射图像。若以一定程度的时间间隔更新参照图像，则即使在散射图像上的散射像经时变化的情况下，也能够防止图案匹配的精度下降。另外，在校正物镜22的xy方向的偏离时，也可以限制一次校正中移动载物台21 的量。在这种情况下，夹持处理部41在预先规定的移动量的范围内移动载物台21。由此， 能够避免因异常的图案匹配结果而产生的极端的误动作。另外，在通过该操作限制了载物台21的移动量的情况下，夹持处理部41废弃所保持的参照图像，并将新拍摄的散射图像作为参照图像。由此，能够防止通过图案匹配进行的 xy方向偏离的检测精度下降。若如上所述地检测并校正xy方向的偏离，则成为近红外光成像于罩玻璃的特定位置的状态。之后，为了维持该状态，在显微镜11中交替反复进行以下处理检测物镜22 的ζ方向的偏离并基于其检测结果校正ζ方向的偏离的处理；和检测物镜22的xy方向的偏离并基于其检测结果校正xy方向的偏离的处理。其结果，物镜22和标本12的相对位置关系在三维方向上被固定维持。即，物镜22 的焦点位置始终位于标本12的所期望的部位，因此操作人员能够在物镜22的观察视野内长时间在相同位置观察所期望的标本12的部位。如上所述，分别抽出将近红外光照射到罩玻璃而产生的正反射光和散射光，而检测物镜22的ζ方向的偏离和xy方向的偏离，因此能够更加迅速且可靠地校正物镜22和标本12的相对位置的偏离。具体而言，通过抽出近红外光的正反射光、即通过主动方式检测出ζ方向的偏离， 与被动方式相比能够更加迅速地检测以及校正ζ方向的偏离。另外，通过抽出近红外光的散射光而检测出xy方向的偏离，与被动方式相比能够更加可靠地检测出xy方向的偏离。在被动方式中，由于使用观察图像检测xy方向的偏离，因此在观察图像的亮度较低的情况下等，因观察对象的标本自身、标本的观察环境，而无法获得充分的检测精度。另夕卜，在标本相对于滑动玻璃移动的情况下，无法判别是标本自身移动还是滑动玻璃相对于物镜偏离。
相对于此，在显微镜11中，基于保持标本12的罩玻璃表面的凹凸图案的移动，即基于近红外光的散射像的移动来检测xy方向的偏离，因此能够与标本12自身、标本12的观察环境无关地更加可靠地检测出偏离。还有，在通过散射图像的图案匹配来检测xy方向的偏离时，与使用观察图像自身的图案匹配相比，能够减少处理量，能够更加迅速地进行偏离的检测。另外，在显微镜11中，移动载物台21以使近红外光始终聚光到罩玻璃的规定位置，因此能够知道是标本12自身移动还是标本12不移动而滑动玻璃相对于物镜22移动。此外，说明了使用因罩玻璃的瑕疵等表面的凹凸而产生的近红外光的散射像来检测Xy方向的偏离，但也可以预先将用于夹持的标记、散射物质设置于罩玻璃表面，使用由这些标记、散射物质所散射的近红外光的像。另外，在将标本12放入到盘子等容器中而载置于载物台21上的情况下，对该容器的底部照射近红外光，并利用近红外光的正反射光、 散射光来检测ζ方向、xy方向的偏离即可。〈第二实施方式〉[显微镜的构成]另外，在显微镜11中也可以通过一个摄像元件来交替拍摄正反射光的像(狭缝像)和散射像。在这种情况下，显微镜11如图2所示构成。此外，在图2中，对于与图1中的情况相对应的部分标上相同的附图标记而适当省略其说明。在图2的显微镜11中未设置图1的透镜38、二维光电转换器39以及夹持处理部 41，并替代图1的线性传感器37而设置有二维光电转换器71。该二维光电转换器71例如由CCD等构成，配置于与照射到罩玻璃的近红外光的成像位置共轭的位置。另外，在显微镜11中，在透镜36和半透明反射镜33之间配置有刃状物72，该刃状物72用于将从半透明反射镜33入射到二维光电转换器71的正反射光和散射光的一部分
^^ J {λ ο刃状物72由驱动部73驱动而移动，成为配置于透镜36和半透明反射镜33之间的状态(以下称为插入状态)或未配置于透镜36和半透明反射镜33之间的状态(以下称为非插入状态)中的任一种状态。在刃状物72为插入状态的情况下，来自半透明反射镜33 的正反射光和散射光的一部分被刃状物72遮光。另外，在刃状物72为非插入状态的情况下，来自半透明反射镜33的正反射光和散射光由透镜36聚光并入射到二维光电转换器71 中。此外，在图2中，实线、点划线以及虚线是分别表示近红外光、正反射光以及散射光的光路。[显微镜的动作]接着，说明图2的显微镜11的动作。开始标本12的观察时，驱动部73使刃状物72处于非插入状态。由此，来自半透明反射镜33的正反射光由透镜36聚光并入射到二维光电转换器71的一部分的受光面。二维光电转换器71拍摄所入射的正反射光的像，并将所获得的电信号供给至对焦控制部40。对焦控制部40基于所供给的电信号检测物镜22的ζ方向的偏离，并且基于该偏离而控制驱动部42，使载物台21移动以便抵消ζ方向的偏离。在刃状物72处于非插入状态的情况下，正反射光入射到二维光电转换器71的受光面的一部分。此时，正反射光入射的二维光电转换器71的受光面起到图1的线性传感器37的作用。若检测并校正ζ方向的偏离，则驱动部73移动刃状物72而使其处于插入状态。由此，来自半透明反射镜33的正反射光被刃状物72遮光，因此仅来自半透明反射镜33的散射光的一部分由透镜36聚光并入射到二维光电转换器71。二维光电转换器71拍摄来自透镜36的散射光的像，并将所获得的散射图像的电信号供给至对焦控制部40。对焦控制部40基于来自二维光电转换器71的散射图像，通过图案匹配检测物镜22的xy方向的偏离，并根据其检测结果控制驱动部42，使载物台21移动。由此，物镜22的xy方向的偏离被抵消。此时，对焦控制部40将当前时刻之前所拍摄的散射图像作为用于图案匹配的参照图像进行保持，而适当进行参照图像的更新。若如上所述地校正xy方向的偏离，则交替重复进行以下处理检测物镜22相对于标本12的ζ方向的相对位置的偏离并校正该偏离的处理；和检测物镜22相对于标本12的 xy方向的相对位置的偏离并校正该偏离的处理。从而维持近红外光继续成像于罩玻璃的特定位置的状态。如上所述，通过驱动部73驱动刃状物72并以时间分割交替进行ζ方向的偏离的检测以及xy方向的偏离的检测，也能够更加迅速且可靠地校正物镜22和标本12的相对位置的偏离。尤其是，在图2的显微镜11中，由于不需要图1的透镜38、二维光电转换器39， 因此能够实现显微镜11的小型化。〈第三实施方式〉[显微镜的构成]此外，说明了为了检测xy方向和ζ方向各方向的偏离而使用近红外光的例子，但也可以按每个方向使用不同波长的光。在此情况下，显微镜11例如构成为如图3所示。在图3中，对于与图1中的情况相对应的部分标上了相同的附图标记而适当省略其说明。在图3的显微镜11中，与射出近红外光的光源30独立地设置光源101，该光源101 例如由LD(Laser Diode 激光二极管)等构成，射出与近红外光不同波长的参照光。另外， 在图3的显微镜11上设置有全反射镜102以及分色镜103。分色镜103配置于补偿透镜组35和半透明反射镜33之间，将参照光和近红外光分离。即，分色镜103使入射的近红外光直接透过，而将入射的参照光反射。另外，全反射镜102全反射来自光源101的参照光而使其入射到分色镜103。再有，在图3的显微镜11中，在连接全反射镜102和分色镜103的参照光的光路的延长线上配置透镜38以及二维光电转换器39。此外，在图3中，实线、点划线以及虚线分别表示近红外光和参照光、近红外光的正反射光以及参照光的散射光的光路。[显微镜的动作]接着，说明图3的显微镜11的动作。若开始标本12的观察，则光源30以及光源101分别射出近红外光以及参照光。来自光源30的近红外光通过透镜31至半透明反射镜33而入射到分色镜103中。然后，近红外光直接透过分色镜103，并通过补偿透镜组35至物镜22而聚光于保持标本12的罩玻璃上的特定位置。在罩玻璃上正反射的近红外光即正反射光通过物镜22至补偿透镜组35，并且透过分色镜103而入射到半透明反射镜33。另外，正反射光的一部分透过半透明反射镜33并由透镜36聚光而入射到线性传感器37中。对焦控制部40基于线性传感器37拍摄正反射光的像而获得的电信号，检测物镜22的ζ方向的偏离，并根据其检测结果控制驱动部42而使载物台21向ζ方向移动。另一方面，来自光源101的参照光在较小的全反射镜102上全反射而入射到分色镜103中。然后，参照光在分色镜103中反射并通过补偿透镜组35至物镜22而入射到保持标本12的罩玻璃表面。例如，参照光在成为平行光的状态下入射到罩玻璃表面。参照光如上入射到罩玻璃表面后，参照光的一部分在其表面上散射且剩余的参照光在表面上正反射。产生于罩玻璃表面的参照光的正反射光以及散射光通过物镜22至补偿透镜组35而在分色镜103上被反射。在此，与近红外光的情况相同地，由于参照光的散射光是在罩玻璃表面上散射的光，因此与参照光的正反射光相比光量较少，但散射光的光束粗于正反射光的光束。在分色镜103上反射的参照光的正反射光在全反射镜102上被反射。该参照光的正反射光在全反射镜102的位置聚光而可靠地被遮光。另外，在分色镜103上反射的参照光的散射光的一部分在全反射镜102上被反射，剩余的散射光由透镜38聚光而入射到二维光电转换器39中。S卩，在分色镜103中被反射的参照光的正反射光和参照光的散射光的一部分被全反射镜102遮光。二维光电转换器39拍摄在分色镜103上反射的参照光的散射光的像，夹持处理部 41使用由二维光电转换器39拍摄获得的散射图像进行图案匹配，检测物镜22的xy方向的偏离。然后，夹持处理部41基于xy方向的偏离的检测结果控制驱动部42，而移动载物台 21以便抵消xy方向的偏离。此外，xy方向的偏离的检测在ζ方向的偏离的检测以及校正之后进行。若如上所述地校正xy方向的偏离，则交替反复进行以下处理检测物镜22的ζ方向的偏离并校正该偏离的处理；和检测物镜22的xy方向的偏离并校正该偏离的处理。如上所述，使用波长相互不同的近红外光以及参照光进行ζ方向的偏离的检测以及xy方向的偏离的检测，从而能够更加迅速且可靠地校正物镜22和标本12的相对位置的偏离。尤其是，在图3的显微镜11中，对于xy方向偏离的检测使用与ζ方向偏离检测用的近红外光不同波长的参照光，因此能够将参照光设为任意的光学系统，能够进一步提高 xy方向的偏离的检测精度。例如，可以采用能够获得更大的散射图像的光学系统等。另外，只要用波长与近红外光不同的参照光来检测xy方向偏离，就能够任意改变参照光的光量，因此不仅能够防止散射光的光量的下降，而且能够进一步提高显微镜11中的光学系统的设计自由度。此外，在图3的显微镜11中，补偿透镜组35配置于近红外光和参照光共同的光路上，因此能够使近红外光以及参照光的成像位置同时向ζ方向移动相同距离。另外，以上说明了近红外光的正反射面和参照光的散射面为罩玻璃表面即同一面，但并非必须为同一面。相同地，在图1以及图2所示的例子中，近红外光的正反射面和散射面也可以不是同一面。例如，也可以使近红外光的正反射面为罩玻璃和标本12的边界面，使近红外光的散射面为罩玻璃上的与该边界面不同的表面。
13
另外，本发明的实施方式不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内可以进行各种变更。
权利要求
1.一种三维方向漂移控制装置，其特征在于，具备 物镜，用于观察观察对象；光源，经由上述物镜将照射光照射到上述观察对象； 第一遮光部，将从上述光源入射到上述物镜的上述照射光的一部分遮光； 第一受光部，经由上述物镜接受在被照射了上述一部分被遮光的上述照射光的上述观察对象上正反射的正反射光；第一控制部，基于上述第一受光部接受上述正反射光而获得的信号，使上述物镜和上述观察对象的相对位置关系向上述物镜的光轴方向变化；第二受光部，经由上述物镜接受因上述一部分被遮光的上述照射光被照射到保持上述观察对象的观察对象以外的保持部件而产生的散射光；以及第二控制部，基于上述第二受光部接受上述散射光而获得的信号，使上述物镜和上述观察对象的相对位置关系向垂直于上述光轴的方向变化。
2.根据权利要求1所述的三维方向漂移控制装置，其特征在于，上述第一控制部以及上述第二控制部改变上述位置关系以校正上述物镜和上述观察对象的相对位置关系的偏离。
3.根据权利要求2所述的三维方向漂移控制装置，其特征在于，上述第一遮光部将从上述观察对象以及上述保持部件入射到上述第二受光部的上述正反射光和上述散射光的一部分遮光。
4.根据权利要求2所述的三维方向漂移控制装置，其特征在于，构成上述第一受光部的上述正反射光的受光面为构成上述第二受光部的上述散射光的受光面的一部分区域，上述三维方向漂移控制装置还具备第二遮光部，在配置于上述物镜和上述第二受光部之间的状态下，将入射到上述第二受光部的上述正反射光和上述散射光的一部分遮光；以及驱动部，使上述第二遮光部移动，以成为上述第二遮光部配置在上述物镜和上述第二受光部之间的状态或者上述第二遮光部未配置在上述物镜和上述受光部之间的状态中的任一种状态。
5.一种三维方向漂移控制装置，其特征在于，具备 物镜，用于观察观察对象；光源，经由上述物镜将照射光照射到上述观察对象； 第一遮光部，将从上述光源入射到上述物镜的上述照射光的一部分遮光； 第一受光部，经由上述物镜接受在被照射了上述一部分被遮光的上述照射光的上述观察对象上正反射的正反射光；第一控制部，基于上述第一受光部接受上述正反射光而获得的信号，使上述物镜和上述观察对象的相对位置关系向上述物镜的光轴方向变化；第二受光部，经由上述物镜接受因波长与上述照射光不同的参照光被照射到保持上述观察对象的观察对象以外的保持部件而产生的散射光；第二遮光部，配置于上述物镜和上述第二受光部之间，而将从上述保持部件入射到上述第二受光部的、在上述保持部件上正反射的上述参照光和上述散射光的一部分遮光；分离部，配置于上述物镜和上述第二遮光部之间，而将从上述观察对象入射的上述正反射光、和上述正反射的上述参照光及上述散射光分离；以及第二控制部，基于上述第二受光部接受上述散射光而获得的信号，使上述物镜和上述观察对象的相对位置关系向垂直于上述光轴的方向变化。
6.根据权利要求5所述的三维方向漂移控制装置，其特征在于，还具备补偿部，该补偿部由一个或多个透镜构成，并且配置于入射到上述物镜的上述照射光和上述参照光共同的光路上，用于使上述物镜的上述照射光以及上述参照光的聚光位置向上述光轴方向变化。
7.—种显微镜装置，用于观察包括罩玻璃的保持部件中的观察对象，其特征在于，具有观察光学系统，在与上述观察对象共轭的位置具有成像面； 成像光学系统，在与上述罩玻璃的表面共轭的位置具有成像面； 拍摄单元，配置于上述成像光学系统的成像面；以及控制单元，检测由上述拍摄单元拍摄的上述罩玻璃的表面的像的变化。
8.根据权利要求7所述的显微镜装置，其特征在于， 还具备照明上述罩玻璃的照明光学系统，上述成像光学系统具备遮光单元，该遮光单元用于对从上述照明光学系统照射的照明光中的、在上述罩玻璃上正反射的光进行遮光。
9.根据权利要求7或8所述的显微镜装置，其特征在于， 上述控制单元检测上述罩玻璃的表面的像的位置变化。
10.根据权利要求9所述的显微镜装置，其特征在于， 具有保持上述保持部件的载物台，上述控制单元基于由上述控制单元获得的上述罩玻璃的表面的像的变化，来控制上述载物台。
全文摘要
本发明涉及迅速且可靠地校正物镜和标本的相对位置偏离的三维方向漂移控制装置及显微镜装置。从光源(30)射出的近红外光照射到载物台(21)上的保持标本(12)的玻璃罩表面。近红外光的一部分被刃状物(34)遮光。若近红外光照射到玻璃罩，则产生近红外光的正反射光和散射光，正反射光和散射光经由物镜(22)至补偿透镜组(35)而入射到半透明反射镜(33)。在半透明反射镜(33)被反射的正反射光被刃状物(34)遮光。夹持处理部(41)基于在半透明反射镜(33)反射而入射到二维光电转换器(39)的散射光的像，检测物镜(22)相对于标本(12)在图中横向的偏离，根据其检测结果控制驱动部(42)而使载物台(21)移动。本发明能够适用于显微镜。
文档编号G02B7/28GK102483509SQ201080040703
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者西川宗 申请人:株式会社尼康