JP2001091821A - 顕微鏡用オートフォーカスシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高速性・高精度にＡＦ制御を実現
することにある。 【構成】 ガラス標本の反射膜に関する光学像を受光す
るアクティブＡＦ受光系２０およびこの受光系２０の出
力に基づいて前記反射膜に対する合焦制御を行うアクテ
ィブＡＦ制御手段と、標本に関する光学像であるコント
ラスト情報を受光するパッシブＡＦ受光系４０およびこ
の受光系４０の出力に基づいて前記標本に対する合焦制
御を行うパッシブＡＦ制御手段とを併設し、各受光系の
出力に基づき、高速性に適するアクティブＡＦ制御手段
と標本を高精度に観察可能な前記パッシブＡＦ制御手段
を切換えて使用するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察体である標本
を検査する検査装置等に利用される顕微鏡用オートフォ
ーカスシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、顕微鏡を用いた検査装置は、各種
機能面の自動化が進んでいるが、標本にピント合わせを
行うオートフォーカス機能も自動化の１つであり、検査
装置にとって必須の機能である。

【０００３】一般的にオートフォーカスは、標本から得
られる像のコントラストによりピント合わせを行う，い
わゆるパッシブ方式と、標本までの距離を算出しピント
合わせを行う，いわゆるアクティブ方式とに分類分けさ
れる。

【０００４】このパッシブ方式は、標本の明るさなどの
条件やコントラストの算出等を考慮すると、アクティブ
方式に比べて合焦速度の面で不利となる。

【０００５】特に、顕微鏡用オートフォーカス（以下、
ＡＦと略称する）では、標本にピント合わせをしたとき
の標本側の焦点深度が非常に狭いので、コントラストを
算出するステージのステップ数が大きくなり、合焦速度
の面から考えれば、パッシブ方式はさらに不利となる。

【０００６】そこで、顕微鏡用ＡＦの高速化を図る観点
から、標本にピント合わせを行うアクティブ方式が有効
であると言える。

【０００７】従来、スライドガラスに標本を封入したス
ライドガラス標本の該ガラス内側下面に赤外光反射膜を
施し、この反射膜から反射される赤外反射光を用いてピ
ント合わせを行うアクティブＡＦ方式が提供されている
（Bioimaging Society．August 1995．101〜105
頁）。

【０００８】この方式を顕微鏡に適用した顕微鏡アクテ
ィブＡＦでは、図９に示すように通常のスライドガラス
５１面上に赤外光反射膜５２を施し、この反射膜５２面
上の標本Ｓをカバーガラス５３で封入し、標本Ｓに対し
て赤外光を投射し、前記赤外光反射膜５２から反射され
る赤外反射光を用いて、標本Ｓにピント合わせを行う構
成である。

【０００９】他の１つの顕微鏡アクティブＡＦは、通常
のスライドガラス上に設定される標本Ｓをカバーガラス
で封入するとともに、カバーガラス下面に赤外光反射膜
を施し、この反射膜から反射される赤外反射光を用い
て、標本Ｓにピント合わせを行うものである（特開昭５
８−６３９０６号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な顕微鏡アクティブＡＦは、標本Ｓにピント合わせわ行
う手段として、標本Ｓに代えて赤外光反射膜５２面にピ
ントを合わせる方式であることから、標本Ｓがスライド
ガラス５１或いはカバーガラス５３の赤外光反射膜面に
密接して封入されていることが条件となるので、例えば
次のような場合には、赤外光反射膜面にピントを合わせ
ても、標本Ｓに的確にピントを合わせることは不可能で
ある。

【００１１】（１） 標本Ｓの形態に応じ、スライドガ
ラス５１と標本Ｓとの間に隙間５４が存在する場合、反
射膜５２面にピント合わせをしても、実際に標本Ｓにピ
ントが合っていない。

【００１２】（２） また、図１０に示すように、標本
Ｓが例えば細胞のごとき核５５の周りに透明な物質５６
で覆われている場合、その透明な物質５６にピント合わ
せをしてしまい、核５５が的確に観察できない状態とな
る。

【００１３】従って、以上のようにスライドガラス５１
の赤外光反射膜５２にピント合わせする方式では、標本
Ｓの本来の合焦位置とずれる可能性が高くなり、特に焦
点深度が狭い対物レンズでは対応できなくなる。

【００１４】そこで、以上の不具合を解決する１つの方
策として、標本Ｓの封入に圧力を加えることにより、ス
ライドガラス５１と標本Ｓとの間の隙間を埋めることが
考えられるが、この場合には標本Ｓ自体に存在する核５
４などが破壊されてしまう恐れがあり、ひいては標本Ｓ
を高精度に観察できない問題がある。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、高い合焦速度を維持しつつ、標本に対して確実にピ
ント合わせを可能とする顕微鏡用オートフォーカスシス
テムを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る顕微鏡用オートフォーカスシステム
は、光反射膜を施したスライドガラスまたはカバーガラ
スと、これらスライドガラスとカバーガラスとの間に封
入された観察体を載置するステージと、このステージに
載置された観察体と対峙するように配置された対物レン
ズと、測距光または投影光を投光し、前記スライドガラ
スまたはカバーガラスに施した反射膜および前記観察体
に関する光学像を発生させる投光手段と、前記ステージ
と前記対物レンズの少なくとも一方を上下動させる駆動
手段をもった顕微鏡に対し、前記対物レンズを介して得
られる前記反射膜に関する光学像を受光するアクティブ
ＡＦ受光系と、前記対物レンズを介して得られる前記観
察体に関する光学像であるコントラスト情報を受光する
パッシブＡＦ受光系と、前記アクティブＡＦ受光系の出
力に基づいて前記駆動手段を駆動し、前記反射膜に対す
る合焦制御を行うアクティブＡＦ制御手段と、前記パッ
シブＡＦ受光系の出力に基づいて前記駆動手段を駆動
し、前記観察体に対する合焦制御を行うパッシブＡＦ制
御手段と、前記アクティブＡＦ受光系の出力および前記
パッシブＡＦ受光系の出力に基づき、前記アクティブＡ
Ｆ制御手段と前記パッシブＡＦ制御手段の何れかに切換
えるＡＦ制御切換手段とを備えた構成である。

【００１７】本発明は、以上のような構成としたことに
より、アクティブＡＦ制御手段では、アクティブＡＦ受
光系にて取込んだスライドガラスまたはカバーガラスの
反射膜に関する光学像の受光出力から高速度に反射膜に
ピント合わせ可能であり、一方、パッシブＡＦ制御手段
では、パッシブＡＦ受光系にて取込んだ標本に関するコ
ントラスト情報から精度良く標本にピント合わせ可能で
あるので、ＡＦ制御切換手段では、適宜な合焦切換条件
のもとにアクティブＡＦ制御手段とパッシブＡＦ制御手
段とを切換えてＡＦ制御を行えば、高速度、かつ、高精
度に標本にピント合わせ可能である。

【００１８】なお、ＡＦ制御切換手段の合焦切換条件と
しては、次の中から１つの条件を用いて切換えことが望
ましい。

【００１９】（１） パッシブＡＦ制御手段の合焦制御
による前記反射膜に対するピント合わせ完了。

【００２０】（２） 対物レンズの倍率。

【００２１】（３） アクティブＡＦ制御手段による合
焦制御中の前記ステージの駆動方向。

【００２２】さらに、オートフォーカス制御切換手段
は、オートフォーカス追従時には、観察体に関する光学
像であるコントラスト情報を合焦切換条件として、前記
アクティブオートフォーカス制御手段と前記パッシブオ
ートフォーカス制御手段との切換えを行ってもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２４】（第１の実施の形態）図１は本発明に係る
顕微鏡用ＡＦシステムの一実施の形態を示す構成図であ
る。

【００２５】このＡＦシステムは、システム基台となる
ベース１上にアーム２が立設され、そのうちベース１の
後部側には観察体である標本Ｓを下方から照明するため
の光源３が配置され、またアーム２の一側部には載置さ
れる標本Ｓを所要の高さ位置に位置決めするために上下
方向に移動可能なステージ４が設けられている。

【００２６】前記ベース１側には、光の強さを減少させ
るＮＤフィルタ５、結像性能上から視野を限定する視野
絞り６、反射ミラー７およびコンデンサレンズ８等の光
学系が配列され、光源３からの照明光がＮＤフィルタ
５，視野絞り６、反射ミラー７、コンデンサレンズ８を
介してステージ４上の標本Ｓに入射する構成となってい
る。

【００２７】この光源３および光学系を含む投光手段
は、標本Ｓに対して投映像を投光する例であるが、その
他傾斜照明法や垂直照明法を用いた投光手段であっても
よい。

【００２８】前記アーム２端部側には標本Ｓからの光学
像となる光束を取り込む対物レンズ１１が配置され、ま
たアーム２上には本発明システムの重要構成部分となる
ＡＦユニット１２が設けられ、標本Ｓからの光束が対物
レンズ１１およびＡＦユニット１２を通過し、その一部
が接眼レンズ１３に導かれ、他の一部が例えばＴＶカメ
ラ，写真撮影装置などの結像装置１４に入射するように
なっている。

【００２９】１５は入力信号に基づいて所要の処理を実
行するＣＰＵで構成された制御処理部である。この制御
処理部１５は、ＡＦユニット１２から出力される信号に
基づいてステージ駆動装置１６およびモータ１７を介し
てステージ１４を上下方向に移動させることにより、標
本Ｓと対物レンズ１１との相対距離を変化させる合焦調
節を行ったり、ユーザが操作する外部コントローラ１８
からの指示に基づいてＡＦユニット１２に切換え指令を
通知したり、現在光路中に挿入されている対物レンズ１
１の倍率情報を取得したり、その他ユーザが要求する種
々の処理を実行する機能をもっている。

【００３０】前記ステージ駆動装置１６は、半自動式と
し、外部から人手によりステージ調節可能な構成として
もよい。

【００３１】図２は図１に示す投光手段を含むＡＦユニ
ット１２の一詳細例を示す構成図である。

【００３２】このＡＦユニット１２は投光手段を含むア
クティブＡＦ受光系２０と同じく投光手段を含むパッシ
ブＡＦ受光系４０とからなり、投光手段を含むアクティ
ブＡＦ受光系２０は、例えばレーザ光源２１から発光さ
れるＰ偏光のレーザ光を平行光束に変換するコリメート
レンズ２２、このレンズ２２からの平行光束の半分を遮
断する遮蔽板２３、この遮蔽板２３で遮断されなかった
光束のうち、Ｐ偏光成分を９０°反射させ、Ｓ偏光成分
を透過させる特性をもつ偏向ビームスプリッタ２４の
他、この偏向ビームスプリッタ２４から結像系レンズ２
５を介して入力されるレーザ光を楕円偏光とする１／４
波長板２６、この１／４波長板２６を通ってくるレーザ
光の波長のみを反射させて対物レンズ１１を介して標本
Ｓに入射するとともに、この標本Ｓから反射されてくる
レーザ光を反射させて１／４波長板２６、結像系レンズ
２５および偏光ビームスプリッタ２４に導くダイクロイ
ックミラー２７等が配置されている。

【００３３】さらに、アクティブＡＦ受光系２０には、
標本Ｓから反射され偏光ビームスプリッタ２４を透過し
てくるＳ偏光成分のみの反射光像を結像させるための結
像レンズ２９およびこの結像レンズ系２９を通ってくる
反射光像を結像するアクティブ２分割ディテクタ３０が
設けられている。

【００３４】これら光学要素２４〜２７、２９および３
０は同一光軸上に設置され、またダイクロイックミラー
２７は対物レンズ１１の光軸上に設置されている。

【００３５】なお、図中において右下がり斜線のハッチ
ング経路は標本Ｓへのレーザ光入射経路を示し、また左
下がり斜線のハッチング経路は標本Ｓからのレーザ光反
射経路を示している。

【００３６】また、観察対象となる標本Ｓは、図３に示
すようにスライドガラス３１とカバーガラス３２との間
に封入され、そのうちスライドガラス３１にはレーザ光
の波長を反射する反射膜３３が蒸着されている。

【００３７】よって、アクティブＡＦ受光系２０は、以
上のような構成としたので、レーザ光源２１から発光さ
れたＰ偏光のレーザ光は、コリメートレンズ２２にて平
行光束とされ、さらに遮蔽板２３で遮断された半分が偏
光ビームスプリッタ２４に入射される。この偏光ビーム
スプリッタ２４は、入射されてくる光束を９０°で反射
するようにＰ偏光成分を反射し、Ｓ偏光成分を透過す
る。

【００３８】この偏光ビームスプリッタ２４で反射され
たレーザ光は、結像系レンズ２５を介して１／４波長板
２６を通過し、楕円偏光となってダイクロイックミラー
２７に入射される。ここで、ダイクロイックミラー２７
は、レーザ光の波長のみを反射し、対物レンズ１１を介
して標本Ｓに入射するとともに、図３に示すスライドガ
ラス３１の反射膜３３である図示（ア）の面で反射され
てくるレーザ光のみの波長を反射し、１／４波長板２６
および結像系レンズ２５を介して偏光ビームスプリッタ
２４に導く。

【００３９】この偏光ビームスプリッタ２４は、レーザ
光成分のＳ偏光成分を透過し、結像レンズ系２９を介し
て２分割ディテクタ３０に入射する。

【００４０】一方、パッシブＡＦ受光系４０は、ダイク
ロイックミラー２７を透過してくる標本Ｓからの反射光
像を分割し、その一方を接眼レンズ１３へ、他方をパッ
シブ観察系に導くハーフミラー４１と、このハーフミラ
ー４１の出力光束を集光する結像レンズ４２と、この結
像レンズ４２から得られる標本Ｓの反射光像を結像する
パッシブＡＦ用センサ４３とによって構成されている。

【００４１】そして、前記アクティブ２分割ディテクタ
３０およびパッシブＡＦ用センサ４３の出力側にはそれ
ぞれ個別にアクティブＡＦ信号生成部４６およびパッシ
ブＡＦ信号生成部４７が接続され、さらにこれらの生成
部４６，４７を切換えるＡＦ信号切換部４８が設けられ
ている。

【００４２】前記アクティブＡＦ信号生成部４６は、２
分割ディテクタ３０からの２つの出力信号ＰＤ−Ａ、Ｐ
Ｄ−Ｂを処理し、２つの信号の大きさおよび差分に基づ
いてデフォーカス量およびデフォーカス方向を示すアク
ティブＡＦ信号を生成する。

【００４３】前記パッシブＡＦ信号生成部４７は、パッ
シブＡＦ用センサ４３からの出力信号を処理し、標本Ｓ
の反射光像のコントラストに基づいて算出されるデフォ
ーカス量を示すパッシブＡＦ信号を生成する。

【００４４】前記ＡＦ信号切換部４８は、制御処理部１
５からの指示に基づいて、アクティブＡＦ信号とパッシ
ブＡＦ信号との何れかを切換えて制御処理部１５に出力
する。

【００４５】次に、制御処理部１５によるＡＦ切換制御
の動作について図４を参照して説明する。

【００４６】制御処理部１５は、ＡＦが開始されると
（Ｓ１）、パッシブＡＦセンサ４３の出力から標本Ｓの
コントラストが所定量検出されたか否かを判断する（Ｓ
２）。コントラストは次の演算式から算出する。

【００４７】 コントラストＣ＝Σ|Ｄ_ｋ−Ｄ_{（ｋ−１）}|^２ ……（１） 但し、上式においてＤ_ｋは画素出力信号を意味する。

【００４８】ステップＳ２においてコントラストが所定
量検出されていると判断された場合には後述するステッ
プＳ１１に移行するが、所定量検出されていないと判断
された場合にはアクティブＡＦ受光系２０側に切換え
（Ｓ３）、アクティブＡＦ制御手段を実行する。

【００４９】ここで、制御処理部１５におけるアクティ
ブＡＦ制御手段は、アクティブＡＦ受光系２０の出力で
ある反射レーザ光の出力，つまり２分割ディテクタ３０
の出力信号の和が所定量に達するまでステージ駆動装置
１６およびモータ１７を介してステージ４を駆動制御す
る（Ｓ４，Ｓ５）。ディテクタ出力の和が所定量に達し
たとき、２分割ディテクタ３０の各出力信号ＰＤ−Ａ，
ＰＤ−Ｂが等しくなるように、同様に駆動装置１６，モ
ータ１７にてステージ４を駆動することにより、アクテ
ィブＡＦ制御手段による合焦制御を実行する（Ｓ６，Ｓ
７）。

【００５０】以上のような一連の処理により、スライド
ガラス３１の反射膜３３面に対するピント合わせを完了
させることができる。

【００５１】引き続き、制御処理部１５は、スライドガ
ラス表面にピント合わせが完了した後、パッシブＡＦ受
光系４０側に切換え（Ｓ８）、前述同様にパッシブＡＦ
制御手段による合焦制御を行う。すなわち、パッシブＡ
Ｆ制御手段は、パッシブＡＦセンサ４３の出力から標本
Ｓのコントラストが所定量検出したか否かを判断し（Ｓ
９）、所定量検出されていない場合には、標本Ｓが封入
されている方向，すなわちステージ４を降下させる方向
に駆動する（Ｓ１０）。

【００５２】一方、標本Ｓのコントラストが所定量検出
された場合には、当該標本Ｓのコントラストが最大とな
るようにステージ４を駆動する，いわゆる山登りＡＦサ
ーボを実行し、図９に示す標本Ｓの下面にピント合わせ
るといったパッシブＡＦ制御手段による合焦の探索制御
を行う（Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、コントラストの最
大値検出により、ＡＦ制御を終了する（Ｓ１３）。

【００５３】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、アクティブＡＦ受光系を含むアクティブＡＦ制御手
段を用いて、標本Ｓの大まかな合焦位置検出をスライド
ガラス面にピント合わせする高速ピント合わせ制御を行
い、一方、高精度な合焦位置検出をパッシブＡＦ受光系
を含むパッシブＡＦ制御手段で行うので、標本Ｓがスラ
イドガラス３１から離れている場合でも、高速、かつ、
的確に標本Ｓにピント合わせを行うことが可能である。

【００５４】しかも、パッシブＡＦ制御手段によるステ
ージ駆動制御は、ステージ４を下降させる方向であって
既知と言えるので、従来までのパッシブＡＦ手段のみに
よるＡＦよりも更に高速制御が可能となる。

【００５５】よって、本システムにおいては、不定形状
の標本Ｓにピント合わせをするに際し、従来困難とされ
ていた高速性と高精度化の両方を両立させつつ標本Ｓに
自動的、かつ、高精度にピント合わせできる。

【００５６】なお、上記実施の形態は、アクティブＡＦ
受光系２０を含むアクティブＡＦ制御手段およびパッシ
ブＡＦ受光系４０を含むパッシブＡＦ制御手段による合
焦探索に際し、それぞれ図２に示す瞳分割方式、山登り
サーボ方式を用いたが、スライドガラス３１にピント合
わせを行った後、標本Ｓのコントラストによる制御を行
う構成であることから、例えば三角測量・像投影方式や
像瞳分割方式・光路差方式その他従来周知の各種探索方
式を適宜選択して使用可能である。

【００５７】また、本実施の形態では、アクティブＡＦ
信号とパッシブＡＦ信号の信号生成部４６，４７をそれ
ぞれ独立して設けた例を示したが、アクティブＡＦとパ
ッシブＡＦの処理をどこで切り分けるかは適宜選択する
ことが出来る。例えば２分割ディテクタ３０とパッシブ
ＡＦ用センサ４３からの各出力信号を共通に処理する信
号処理部を設け、その内部処理によってどちらかのＡＦ
信号を用いるかを選択するようにしても良い。

【００５８】（第２の実施の形態）この顕微鏡用ＡＦシ
ステムは、前記第１の実施の形態と同様な構成（図１お
よび図２）であるので、ここではその構成の説明は省略
し、以下、同一構成部分については図１，図２で付した
符号を用いて説明する。

【００５９】この実施の形態は、対物レンズの倍率に応
じたＡＦ制御を行う例である。

【００６０】先ず、対物レンズ１１の倍率に応じたＡＦ
制御を必要とする理由について述べる。一般に、ＡＦ制
御は、対物レンズ１１の合焦範囲である，いわゆる焦点
深度と密接不可分の関係にある。

【００６１】今、被写体位置における対物レンズ１１の
焦点深度は次の（２）式で表すことができる。

【００６２】 λ／（ＮＡ）² …（２） 但し、λは波長、ＮＡは対物レンズの開口数である。

【００６３】一方、対物レンズ１１の倍率、ＮＡおよび
焦点深度は下記の第１表に示すような値になる（但し、
波長λ＝５５０［ｎｍ］の場合）。

【００６４】

【表１】

【００６５】従って、表１から明らかなように、例えば
対物レンズ１１の倍率が１．２５倍のとき焦点深度は３
４４（μｍ）となり、同様に倍率が１０倍のとき焦点深
度は８．８となる。これらの倍率から言えることは、低
倍率の場合には多少の合焦精度を落としても問題はない
が、高倍率の場合には焦点深度が小さいので、合焦精度
を高める必要がある。

【００６６】そこで、本実施の形態におけるシステムで
は、低倍率対物レンズ１１の使用時にはアクティブＡＦ
制御手段を用いて必要な精度を確保しつつ高速度にＡＦ
制御を実施し、高倍率対物レンズ使用時には第１の実施
の形態で用いたアクティブＡＦ制御手段とパッシブＡＦ
制御手段とを切換えることによって高速、かつ、高精度
なＡＦ制御を行うことにある。

【００６７】次に、以上のようなＡＦ制御切換機能をも
つシステムの動作について図５を参照して説明する。

【００６８】制御処理部１５は、ＡＦが開始されると
（Ｓ２０）、光路中に挿入されている対物レンズ１１の
倍率が予め定める所定倍率（例えば５倍）以下であるか
否かを判断し（Ｓ２１）、対物レンズ倍率が所定倍率以
下であるとき、アクティブ受光系２０側に切換え（Ｓ２
２）、アクティブＡＦ制御手段を実行する。

【００６９】すなわち、アクティブＡＦ制御手段は、ア
クティブＡＦ受光系２０の出力である２分割ディテクタ
３０の出力信号の和が所定量に達するまでステージ駆動
装置１６およびモータ１７を介してステージ４を駆動制
御する（Ｓ２３，Ｓ２４）。そして、ディテクタ出力の
和が所定量に達したとき、２分割ディテクタ３０の各出
力信号ＰＤ−Ａ，ＰＤ−Ｂが等しくなるように、同様に
駆動装置１６，モータ１７にてステージ４を駆動するこ
とにより、アクティブＡＦ制御手段による合焦制御を行
う（Ｓ２５，Ｓ２６）。よって、以上のような一連の処
理により、スライドガラス３１の反射膜３３面に対する
ピント合わせが完了し、ここでアクティブＡＦ制御手段
によるＡＦ制御を終了する（Ｓ２７）。

【００７０】一方、光路中の対物レンズ１１の倍率が所
定倍率以上であるとき、第１の実施の形態で説明した図
４のステップＳ２〜Ｓ１２と同様な処理を実行するの
で、図４の説明に譲り、ここではその説明は省略する。

【００７１】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、対物レンズ１１の倍率に応じ、例えば低倍率時には
自動的にアクティブＡＦ受光系２０を選択すれば、アク
ティブＡＦ制御手段は合焦制御の精度を落とさずに最高
速ＡＦ制御を実現でき、高倍率時のみだけ第１の実施の
形態におけるＡＦ制御の選択方式とすれば、第１の実施
の形態よりも更に高速性を図ることができ、不定形状の
標本であっても高精度にピント合せを行うことができ
る。

【００７２】なお、この実施の形態では、対物レンズ１
１の倍率に応じたＡＦ制御の切換えタイミングを説明し
たが、例えば顕微鏡の検鏡法に応じたＡＦ制御の切換え
も併用すれば、より最適なＡＦ制御を実現できる。

【００７３】（第３の実施の形態）この顕微鏡用ＡＦシ
ステムは、前記第１の実施の形態と同様な構成（図１お
よび図２）であるので、ここではその構成の説明は省略
し、以下、同一構成部分については図１，図２で付した
符号を用いて説明する。

【００７４】この実施の形態は、ステージ駆動方向に基
づいてアクティブＡＦ受光系２０とパッシブＡＦ受光系
４０とを切換えてＡＦ制御を行う例である。

【００７５】通常、スライドガラス３１の反射膜３３面
に対するＡＦ制御のステージ駆動方向は、図示Ａ矢印の
ように対物レンズ１１とステージ４とが近づく方向と、
図示Ｂ矢印のように遠ざかる方向との２通りが存在す
る。

【００７６】ここで、スライドガラス反射膜面に対し
て、ステージ駆動方向Ａと標本Ｓとは同一方向であり、
ステージ駆動方向Ｂと標本Ｓとは反対方向に位置する。
よって、アクティブＡＦ制御手段によるスライドガラス
３１への合焦制御時において、予めパッシブＡＦ制御手
段による標本Ｓの合焦位置の方向は予測可能であるの
で、ステージ駆動方向に基づき、アクティブＡＦ受光系
２０を含むアクティブＡＦ制御手段とパッシブＡＦ受光
系４０を含むパッシブＡＦ制御手段との切換えを可変さ
せ、パッシブＡＦ制御手段のコントラスト検出駆動時間
を短縮させることにある。

【００７７】すなわち、本実施の形態は、アクティブＡ
Ｆ制御手段においてステージ駆動方向が図示Ａ矢印の方
向であれば、アクティブＡＦ制御においてスライドガラ
ス３１のピント位置を通過時点と判断でき、図示Ｂ矢印
の方向であれば、スライドガラス３１のピント位置に到
達する直前をもって切換えタイミングとし、パッシブ受
光系４０を含むパッシブＡＦ制御手段に切換えれば、標
本Ｓへの合焦時間が短縮可能である。

【００７８】次に、以上のようなＡＦ制御切換機能をも
つシステムの動作について図７を参照して説明する。

【００７９】制御処理部１５は、ＡＦが開始されると
（Ｓ３０）、パッシブＡＦセンサ４３の出力から標本Ｓ
のコントラストが所定量であるか否かを判断する（Ｓ３
１）。

【００８０】ステップＳ３１においてコントラストが所
定量検出されている場合には後述するステップＳ４５に
移行するが、所定量検出されない場合にはアクティブＡ
Ｆ受光系２０側に切換え（Ｓ３２）、アクティブＡＦ制
御手段を実行する。

【００８１】ここで、制御処理部１５のアクティブＡＦ
制御手段は、アクティブＡＦ受光系２０の出力である反
射レーザ光の出力，つまり２分割ディテクタ３０の出力
信号の和が所定量検出されるまでステージ駆動装置１６
およびモータ１７を介してステージ４を駆動制御する
（Ｓ３３，Ｓ３４）。ディテクタ出力の和が所定量検出
された場合、以後のＡＦ制御については、パッシブＡＦ
受光系４０に切換わるまでの間、ステージ４の駆動方向
によって分岐する（Ｓ３５）。

【００８２】すなわち、ステージ４が対物レンズ１１と
接近する駆動方向であるとき、スライドガラス３１のピ
ント位置となる直前のデフォーカス条件となるまで駆動
し（Ｓ３６，Ｓ３７）、パッシブＡＦ受光系４０に切換
え（Ｓ４２）、パッシブＡＦ制御手段を実行する。

【００８３】一方、ステージ４が対物レンズ１１と遠ざ
かる駆動方向であるとき、スライドガラス３１のピント
位置を通り過ぎるまで駆動し（Ｓ３８，Ｓ３９）、さら
にデフォーカス条件となるまで駆動し（Ｓ４０，Ｓ４
１）、パッシブＡＦ受光系４０に切換え（Ｓ４２）、パ
ッシブＡＦ制御手段を実行する。

【００８４】パッシブＡＦ制御手段に切換わった後は、
第１の実施の形態を説明する図４に示すステップＳ９〜
Ｓ１２と同様の制御となり（Ｓ４３，Ｓ４４）、標本Ｓ
のコントラストが最大となるようにステージ４を駆動す
る，例えば山登りＡＦサーボを実施し（Ｓ４５，Ｓ４
６）、ＡＦ制御を終了する。

【００８５】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、アクティブＡＦ受光系２０およびアクティブＡＦ制
御手段によるスライドガラス３１に対する合焦制御にあ
って、ステージ駆動方向とデフォーカス条件とに基づい
て切換えタイミングを決定しパッシブＡＦ制御手段に切
換えので、標本Ｓに対して、常に高精度、かつ、高速度
にＡＦ制御が可能である。

【００８６】なお、この実施の形態は、スライドガラス
３１に反射膜３３を蒸着した例で説明したが、例えばカ
バーガラス３２の標本封入面側に反射膜３３を蒸着した
場合でも、ステージ駆動方向が反対となるだけで、本実
施の形態と同様の効果が得られるものである。

【００８７】（第４の実施の形態）この顕微鏡用ＡＦシ
ステムは、前記第１の実施の形態と同様な構成（図１お
よび図２）であるので、ここではその構成の説明は省略
し、以下、同一構成部分については図１，図２で付した
符号を用いて説明する。

【００８８】この実施の形態は、標本にピントが合うよ
うにＡＦ追従制御を実施する例である。

【００８９】次に、制御処理部１５によるＡＦ追従制御
の動作について図８を参照して説明する。

【００９０】この追従モードは標本Ｓのデフォーカスを
検出すると、標本Ｓに合焦させるようにステージ駆動制
御を実施し、常に標本Ｓにピントが合うようにステージ
４を駆動するモードである。

【００９１】制御処理部１５は、具体的には、ステップ
Ｓ５０の追従中においてパッシブＡＦセンサ４３の出力
から標本Ｓのコントラストが所定量以上か否かを判断す
る（Ｓ５１）。コントラストが所定量以上の場合には、
ステージ４を標本Ｓのピント位置とするように制御する
（Ｓ５２，Ｓ５３）。一方、ステップＳ５１においてコ
ントラストが所定量以下の場合には、アクティブＡＦ受
光系２０に切換え（Ｓ５４）、アクティブＡＦ制御手段
を実行する。

【００９２】このアクティブＡＦ制御手段では、標本Ｓ
からの反射レーザ光出力が所定量以上であるか否かを判
断し（Ｓ５５）、所定量以下の場合にはパッシブＡＦ制
御手段に戻り（Ｓ５６）、コントラストが所定量検出さ
れるまで待機する（Ｓ５７）。反射レーザ光の出力が所
定量以上の場合には、アクティブＡＦ制御手段による合
焦制御を行う（Ｓ５８，Ｓ５９）。

【００９３】ここで、アクティブＡＦ制御手段による合
焦が完了すると、パッシブＡＦ受光系４０に切換え（Ｓ
６０）、パッシブＡＦ制御手段を実行する。このパッシ
ブＡＦ制御手段は、標本Ｓのコントラストが所定量検出
されるまでステージ４を駆動する（Ｓ６１，Ｓ６２）。
コントラストが所定量検出されると、ステップＳ５１に
移行しパッシブＡＦ制御手段による追従制御に移行す
る。

【００９４】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、アクティブＡＦ制御手段による標本Ｓの追従範囲が
大きくなり、使い勝手の良好なＡＦ制御機能を構築でき
る。

【００９５】なお、本実施の形態を含む上述する各実施
の形態では、図２のようなダイクロイックミラー２７と
ハーフミラー４１とを別々に設置したが、これらのミラ
ーに代えて例えばダイクロイックミラー２７とハーフミ
ラー４１の特性をもつプリズムと可視波長領域に反射
し、かつ、赤外波長領域を透過するプリズムとを用いて
同様の特性を出力するようにしても、同様の効果を奏す
るものであり、またシステムの小型化に貢献する。

【００９６】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クティブＡＦ受光系およびパッシブＡＦ受光系を併設
し、これら受光系出力に基づいてＡＦ制御切換手段がス
ライドガラスまたはカバーガラスにピント合せするアク
ティブＡＦ制御手段と標本にピント合わせするパッシブ
ＡＦ制御手段を切換えてＡＦ制御を行うので、高い合焦
速度を維持しつつ、標本に対して確実にピント合わせで
き、高速、かつ、高精度なＡＦ制御を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る顕微鏡用オートフォーカスシス
テムの一実施の形態を示す構成図。

【図２】 図１に示すＡＦユニットの光学受光系の一構
成例図。

【図３】 スライドガラス標本の断面構成図。

【図４】 本発明システムにおける第１の実施の形態に
関する処理動作を説明するフローチャート。

【図５】 本発明システムにおける第２の実施の形態に
関する処理動作を説明するフローチャート。

【図６】 ＡＦ制御におけるステージ駆動方向を説明す
る図。

【図７】 本発明システムにおける第３の実施の形態に
関する処理動作を説明するフローチャート。

【図８】 本発明システムにおける第４の実施の形態に
関する処理動作を説明するフローチャート。

【図９】 標本に対する従来の顕微鏡アクティブＡＦを
説明する図。

【図１０】 標本に対する従来の別の顕微鏡アクティブ
ＡＦを説明する図。

【符号の説明】

３…光源 ４…ステージ １１…対物レンズ １２…ＡＦユニット １４…撮像装置 １５…制御処理部 １６…ステージ駆動装置 ２０…アクティブＡＦ受光系 ３０…アクティブ２分割ディテクタ ３１…スライドガラス ３２…カバーガラス ３３…反射膜 Ｓ…標本 ４０…パッシブＡＦ受光系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光反射膜を施したスライドガラスまたは
   カバーガラスと、これらスライドガラスとカバーガラス
   との間に封入された観察体を載置するステージと、この
   ステージに載置された観察体と対峙するように配置され
   た対物レンズと、測距光または投影光を投光し、前記ス
   ライドガラスまたはカバーガラスに施した反射膜および
   前記観察体に関する光学像を発生させる投光手段と、前
   記ステージと前記対物レンズの少なくとも一方を上下動
   させる駆動手段をもった顕微鏡において、 前記対物レンズを介して得られる前記反射膜に関する光
   学像を受光するアクティブオートフォーカス受光系と、 前記対物レンズを介して得られる前記観察体に関する光
   学像であるコントラスト情報を受光するパッシブオート
   フォーカス受光系と、 前記アクティブオートフォーカス受光系の出力に基づい
   て前記駆動手段を駆動し、前記反射膜に対する合焦制御
   を行うアクティブオートフォーカス制御手段と、 前記パッシブオートフォーカス受光系の出力に基づいて
   前記駆動手段を駆動し、前記観察体に対する合焦制御を
   行うパッシブオートフォーカス制御手段と、 前記アクティブオートフォーカス受光系の出力および前
   記パッシブオートフォーカス受光系の出力に基づき、前
   記アクティブオートフォーカス制御手段と前記パッシブ
   オートフォーカス制御手段の何れかに切換えるオートフ
   ォーカス制御切換手段とを備えたことを特徴とする顕微
   鏡用オートフォーカスシステム。
2. 【請求項２】 前記オートフォーカス制御切換手段は、
   前記パッシブオートフォーカス制御手段の合焦制御によ
   る前記反射膜に対するピント合わせ完了後、前記対物レ
   ンズの倍率および前記アクティブオートフォーカス制御
   手段による合焦制御中の前記ステージの駆動方向の何れ
   か１つを合焦切換条件としたことを特徴とする請求項１
   記載の顕微鏡用オートフォーカスシステム。
3. 【請求項３】 前記オートフォーカス制御切換手段は、
   オートフォーカス追従時、前記観察体に関する光学像で
   あるコントラスト情報を合焦切換条件として、前記アク
   ティブオートフォーカス制御手段と前記パッシブオート
   フォーカス制御手段との切換えを行うことを特徴とする
   請求項１記載の顕微鏡用オートフォーカスシステム。