JP2005274609A - 自動合焦方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズの倍率に応じた最速のＡＦスピードを実現でき、かつ対物レンズの倍率に関わらずに常に安定したＡＦ性能を持つこと。
【解決手段】ラフにピント合わせ込みを行った後、受光センサ２１の出力信号に基づいて取得される合焦判定信号Ｅｆと合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１との大小関係から試料Ｓが合焦位置にあるか否かを判別し、合焦位置にあることの判別を各対物レンズ５の各倍率に応じて設定される設定合焦判定回数Ｎfocus連続した場合に初めて合焦完了と判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば顕微鏡における試料に対するピント合わせを行う自動合焦方法及びその装置に関する。

現在、顕微鏡は、生物分野の研究をはじめ工業分野の検査工程まで幅広く利用されている。顕微鏡を使用する際は、通常、焦準ハンドルを操作することによって試料に対する焦点合わせ作業を行う。顕微鏡に用いられる高倍率の対物レンズは、浅い焦点深度で、狭い合焦範囲を有する。このような高倍率の対物レンズを取り付けて素早く焦点合わせ操作を行うには、かなりの熟練を要する。この場合、顕微鏡の操作性が悪いと、生産効率の低下という悪影響を及ぼす。特に、検査工程などのルーチン作業の中では、焦点合わせ操作を素早く行って検査時間を短縮することが非常に重要になる。このような実情から焦点合わせ操作を自動的に行える顕微鏡用のオートフォーカス（ＡＦ）装置が種々提案され、これらの改善を図った提案も数多くされている。

工業分野のＡＦ装置は、上記操作性やスループットの向上のニーズのみならず、例えば多層形成された半導体ウエハのような段差のある試料に対して各層の欠陥やパターン間の線幅を洩れなく検出・測定したり、試料上の微小な段差を高精度で測定するような用途へのニーズがある。これら検査・測定に適した性能を有するＡＦ装置も提案されている。このような事から工業分野のＡＦ装置は、試料への対応性、ＡＦ時間の短縮等を考慮して、赤外光レーザ等の光を試料に投射し、その反射光の状態を検出して合焦動作を行うアクティブ型ＡＦ方式が多い。

生物分野のＡＦ装置は、より正確に合焦位置に合わせることが要求される事と、アクティブ方式では不可能な反射率の低い透過型の試料を観察する事などから、観察画像のコントラストを検出してＡＦ動作を行うパッシブ型ＡＦ方式が主流となっている。

何れのＡＦ方式においても要求されることは、試料の状態に関わらず、常に安定したＡＦ性能を確保することである。

顕微鏡に装着される対物レンズは、低倍率から高倍率まで複数ある。低倍率の対物レンズを顕微鏡に装着したときの試料の観察像から合焦している（ピントが合っている）と判断される光軸（デフォーカス）方向の範囲は広い、すなわち焦点深度は深い。これに対して高倍率の対物レンズを顕微鏡に装着したときの試料の観察像から合焦していると判断されるときは、焦点深度が浅くなる。これにより、ＡＦでは、対物レンズの倍率、すなわち焦点深度に応じて合焦と判断するデフォーカス範囲を変更することになる。

ＡＦ動作時に発生する僅かな試料の振動は、低倍率の対物レンズを装着した場合であれば、合焦のずれとして観察されないが、高倍率の対物レンズを装着した場合では、大きな合焦のずれとして判定され、合焦位置であるにも関わらず、ＡＦ動作が完了しないことがある。このため、高倍率の対物レンズの装着時のＡＦ動作時には、低倍率の対物レンズと異なる合焦判定方法を必要とする。

これに対して特許文献１には、ビデオカメラのＡＦにおいて、手ぶれによる合焦位置の変化と、被写体の移動による合焦位置の変化とを区別し、安定したＡＦ性能を確保するために合焦と判定される回数が所定の回数になるまでＡＦ動作を完了させない。又ＡＦ動作後に合焦状態に変化があった場合に所定の時間だけ再ＡＦ動作を行わないことでＡＦ追従性能の劣化や手ぶれによるＡＦ動作の劣化等を回避することが開示されている。この特許文献１の技術を利用すれば、顕微鏡におけるＡＦにおいても、高倍率の対物レンズを装着した場合に、合焦判定回数を複数回とすることで、振動が収まるまでのＡＦ誤動作を回避することが可能になる。
特開昭６１−６００８０号公報

しかしながら、合焦判定回数を複数回とすることで、振動が収まるまでのＡＦ誤動作を回避する方法では、低倍率の対物レンズを装着した場合でも合焦判定回数を複数回とすることになる。低倍率の対物レンズを装着した場合は、上述したようにＡＦ動作時に発生する僅かな試料の振動でも合焦ずれとして観察されないため、合焦判定回数を複数回としてＡＦ完了を判定すれば、ＡＦ完了を判定するまでの時間が長くなり、結果としてＡＦスピードの低下に繋がる。

本発明は、試料と対物レンズを有する観察光学系との間隔を変化させながら試料からの光束を観察光学系を通して受光素子で受光し、この受光素子から出力される受光量に応じた検出信号に基づいて合焦判定信号を求め、この合焦判定信号に基づいて試料に対して観察光学系を合焦させる自動合焦方法において、合焦判定信号の値が予め設定された合焦の基準となる閾値内であるか否かを判定する合焦判定動作を行い、合焦判定信号の値が閾値内であれば、当該合焦判定した回数をカウントして合焦判定回数又は当該合焦判定回数の確率を求め、これら合焦判定回数又は合焦判定回数の確率が対物レンズの倍率に応じて予め設定された設定合焦判定回数又は設定合焦判定回数の確率に一致すると、合焦完了と判定する自動合焦方法である。

本発明は、試料と対物レンズを有する観察光学系との間隔を焦準制御機構により変化させながら試料からの光束を観察光学系を通して受光素子で受光し、この受光素子から出力される受光量に応じた検出信号に基づいて合焦判定信号を求め、この合焦判定信号に基づいて試料に対して観察光学系を合焦させる自動合焦装置において、対物レンズの倍率を検出する対物レンズ検出部と、合焦判定信号の値が予め設定された合焦の基準となる閾値内であるか否かを判定する合焦判定手段と、合焦判定部の判定の結果、合焦判定信号の値が閾値内であれば、当該合焦判定した回数をカウントして合焦判定回数又は当該合焦判定回数の確率を求める合焦カウント部と、複数の対物レンズの各倍率に応じて予め設定された複数の設定合焦判定回数又は設定合焦判定回数の確率を保持し、試料の観察に用いる対物レンズの倍率に応じた設定合焦判定回数又は設定合焦判定回数の確率を設定する合焦回数・確率設定部と、合焦判定部により合焦判定信号の値が閾値内であると判定すると、合焦カウント部により求められた合焦判定回数又は合焦判定回数の確率が合焦回数・確率設定部により設定された設定合焦判定回数又は設定合焦判定回数の確率に一致するか否かを判定し、一致していれば、合焦完了と判定する合焦完了判定部とを具備し自動合焦装置である。

本発明は、対物レンズの倍率に応じた最速のＡＦスピードを実現でき、かつ対物レンズの倍率に関わらずに常に安定したＡＦ性能を持つことができる自動合焦方法及びその装置を提供できる。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は自動合焦装置を用いた顕微鏡の全体構成図である。この顕微鏡は、一度、試料Ｓに対して合焦した後にＡＦ動作を完了する、いわゆるワンショットＡＦの自動合焦装置を搭載する。ステージ１上には、試料Ｓが載置されている。このステージ１には、焦準用モータ２が設けられている。このステージ１は、焦準用モータ２の駆動により光軸ｐ_１方向に上下動する。この焦準用モータ２は、合焦用モータ駆動部３によって駆動される。

ステージ１の上方には、電動レボルバ４が設けられている。この電動レボルバ４は、回転可能でかつ複数の対物レンズ５を取り付け可能とするレボルバ本体６と、このレボルバ本体６を回転させて任意の対物レンズ５を光軸ｐ_１上に挿入するための電気的な駆動を行うレボルバ用モータ７と、レボルバ本体６における複数の対物レンズ取付位置のうち光軸ｐ_１上に配置されている対物レンズ取付位置を検出するためのレボルバ穴位置検出部８とを有する。レボルバ用モータ７は、レボルバ用モータ駆動部９によって駆動される。

次に、オートフォーカス（ＡＦ）の光学系について説明する。このＡＦでは、アクティブ型瞳分割法を用いる。ＡＦに用いる基準光源１０は、赤外線レーザ等の可視外光波長領域の光を出力する光源を用いる。この基準光源１０は、レーザ駆動部１１によってパルス点灯でかつその光強度が駆動制御される。

この基準光源１０から出力されるレーザ光の光路上には、コリメートレンズ１２、投光側ストッパＳＴ、偏光ビームスプリッタ１３が配置されている。コリメートレンズ１２は、基準光源１０から出力されたレーザ光を平行光に整形する。投光側ストッパＳＴは、レーザ光の光束径の半分をカットする。偏光ビームスプリッタ１３は、投光側ストッパＳＴによりカットされたレーザ光のうちＰ偏光成分のみを反射し、かつこの反射した方向から入射したＳ偏光成分の光を透過する。

この偏光ビームスプリッタ１３の反射光路上には、集光レンズ群１４、色収差補正レンズ群１５、λ／４板１６及びダイクロイックミラー１７が配置されている。集光レンズ群１４は、偏光ビームスプリッタ１３からのレーザ光を集光する。色収差補正レンズ群１５は、色収差の補正をするもので、色収差補正レンズ駆動用モータ１８の駆動により光軸ｐ_２の方向に移動する。色収差補正レンズ駆動用モータ１８は、色収差補正レンズ駆動部１９によって駆動される。λ／４板１６は、色収差補正レンズ群１５からのレーザ光を４５°偏光する。ダイクロイックミラー１７は、λ／４板１６により偏光されたレーザ光のうち赤外領域の光のみを下方側に反射し、かつ試料Ｓ側からの光束をλ／４板１６側と図示しない接眼レンズ又はＣＣＤ等の撮像装置側との２方向に分岐する。このダイクロイックミラー１７の下方側の反射光路（光軸ｐ_１）上には、対物レンズ５が設けられる。

偏光ビームスプリッタ１３の透過光路（光軸ｐ_２方向）上には、集光レンズ群２０を介して受光センサ２１が設けられている。この受光センサ２１は、例えば２分割フォトダイオード、２分割ディテクタである。この受光センサ２１は、例えば後続の信号処理部２６で信号の処理する領域を２等分することで２つの受光素子２１ａ、２１ｂを有するものとなる。この受光センサ２１は、各受光素子２１ａ、２１ｂの境界を光軸ｐ_２上に配置する。この受光センサ２１の各受光素子２１ａ、２１ｂは、それぞれ集光レンズ群２０により結像されたスポットを受光し、この受光強度に応じたセンサ信号を出力する。

この受光センサ２１上に結像されるスポットは、試料Ｓが合焦位置（ピント位置）に配置されていれば、図２（ａ）（ｂ）に示すように各受光素子２１ａ、２１ｂの境界位置で受光され、狭い領域でかつ高い光強度を有する。試料Ｓがピント位置から下側（後ピン位置）に配置されていれば、図３（ａ）（ｂ）に示すように受光素子２１ｂ側に偏った強度分布で受光される。試料Ｓがピント位置から上側（前ピン位置）に配置されていれば、図４（ａ）（ｂ）に示すように受光素子２１ａ側に偏った強度分布で受光される。

照明用光源２２は、試料Ｓを観察するための照明光を出力する。この照明用光源２２から出力された照明光の光路上には、レンズ２３、ハーフミラー２４が設けられている。このハーフミラー２４は、光軸ｐ_１上に設けられ、照明用光源２２から出力された照明光を下方に反射して試料Ｓを上方から照明する。

コントロール部２５は、顕微鏡の合焦動作を制御するもので、合焦用モータ駆動部３、レボルバ用モータ駆動部９、レーザ駆動部１１及び色収差補正レンズ駆動部１９に対して各駆動制御指令を送出し、かつ信号処理部２６、操作部２７及びパルスカウンタ２８からの各信号を入力する。

操作部２７は、各種操作スイッチを有し、例えばＡＦ開始／停止、対物レンズ５の切り替え等の操作を観察者によって行えるようになっている。パルスカウンタ２８には、ＪＯＧエンコーダ２９が接続されている。このＪＯＧエンコーダ２９の出力パルスがパルスカウンタ２８によりカウントされ、そのカウント値がコントロール部２５に送られる。これにより、ＪＯＧダイヤルによるステージ１の上下移動が可能になる。

信号処理部２６は、受光センサ２１から出力されたセンサ信号を入力し、このセンサ信号を２つの受光素子２１ａ、２１ｂの各範囲別に分割し、これら範囲別に受光強度の総和のＡ信号、Ｂ信号を出力する。図５は各受光素子２１ａ、２１ｂのＡ信号、Ｂ信号別のステージ１の上下方向位置（デフォーカス）に対する入射光強度を示す。これらＡ信号、Ｂ信号は、ピント位置Ｆを挟んで左右対称な変化を示す。

コントロール部２５は、信号処理部２６から出力されたＡ信号、Ｂ信号を入力し、これらＡ信号、Ｂ信号から図６に示す加算信号Ａ＋Ｂと、図７に示す合焦判定信号（Ｅｆ値）｛＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝と、光量信号値ｍａｘ（Ａ，Ｂ）とをそれぞれ算出し、これら信号に基づいて合焦動作を実行する。なお、光量信号値ｍａｘ（Ａ，Ｂ）は、Ａ信号、Ｂ信号のうち信号値の大きな方の値を示す。

コントロール部２５は、Ａ信号、Ｂ信号により試料Ｓの有無を判定し、合焦判定信号Ｅｆの符号によって合焦方向を判定し、かつ合焦判定信号Ｅｆを「０」とすることで試料Ｓを合焦位置へ導く合焦動作を行う。

具体的にコントロール部２５は、図８に示すようにＣＰＵ本体３０に対してデータバスやコントロールバス、アドレスバスを含むバス３１を介してＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３及びＩ／Ｏポート３４を接続している。

ＲＯＭ３２には、例えば顕微鏡システムを制御するためのプログラムや自動合焦プログラムが格納されている。又、ＲＯＭ３２には、図７に示す合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１、図６に示す受光センサ２１での受光量の基準となる第２の閾値ＴＨ２、後述する対物レンズ５の各倍率に応じて予め設定された複数の設定合焦判定回数Ｎfocusが格納されている。

ＲＡＭ３３には、顕微鏡システム等の制御に必要なデータを格納する揮発性メモリ等からなる。Ｉ／Ｏポート３４には、合焦用モータ駆動部３、レボルバ用モータ駆動部９、レーザ駆動部１１及び色収差補正レンズ駆動部１９が接続されてこれらに対して各駆動制御を送出し、かつ信号処理部２６、操作部２７及びパルスカウンタ２８が接続されてこれらからの各信号を入力する。又、コントロール部２５は、内部カウンタやＣＰＵ本体３０を制御するために必要な発振器、アドレスデコーダ等の周辺回路を有する。

このコントロール部２５は、ＲＯＭ３２に格納された自動合焦プログラムを実行することにより次の機能を有する。図９は自動合焦プログラムを実行したときの機能をブロック化した図である。合焦判定部３５は、図７に示す合焦判定信号（Ｅｆ値）｛＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝の値が予め設定された合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１内であるか否かを判定する。ここで、合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１は、複数の対物レンズの各倍率に応じてそれぞれ異なる値に設定され、かつ各対物レンズの各焦点深度に応じた値に設定されている。

合焦カウント部３６は、合焦判定部３５の判定の結果、合焦判定信号（Ｅｆ値）の値が閾値ＴＨ１内であれば、当該合焦と判定した回数をカウントして合焦判定回数Ｎを求める。

合焦回数・確率設定部３７は、複数の対物レンズ５の各倍率に応じて予め設定された複数の設定合焦判定回数ＮfocusをＲＯＭ３２内に格納し、試料Ｓの観察に用いる対物レンズ５の倍率に応じた設定合焦判定回数ＮfocusをＲＯＭ３２から選択して設定する。ここで、合焦判定回数は、対物レンズの倍率が高倍率になるに従って大きい値に設定されている。

合焦完了判定部３８は、合焦判定部３５により合焦判定信号（Ｅｆ値）の値が第１の閾値ＴＨ１内であると判定すると、合焦カウント部３６により求められた合焦判定回数Ｎが合焦回数・確率設定部３７により設定された設定合焦判定回数Ｎfocusに一致するか否かを判定し、一致していれば、合焦完了と判定する。この場合、合焦完了判定部３８は、合焦判定部３５により合焦判定を連続してカウントした合焦判定回数Ｎが予め設定された設定合焦判定回数Ｎfocusに一致すると、合焦完了と判定する。

次に、上記の如く構成された顕微鏡における自動合焦装置の動作について説明する。

基準光源１０がパルス点灯されると、この基準光源１０から赤外線レーザ等の可視外光波長領域のレーザ光が出力される。この基準光源１０から出力されるレーザ光の強度は、レーザ駆動部１１によって制御される。この基準光源１０から出力されたレーザ光は、コリメートレンズ１２により平行光に整形され、投光側ストッパＳＴによりその光束径の半分がカットされる。この投光側ストッパＳＴによりカットされなかったレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１３に入射し、ここでＰ偏光成分のみが反射される。

この偏光ビームスプリッタ１３で反射されたＰ偏光成分のレーザ光は、集光レンズ群１４により集光され、色収差補正レンズ群１５により色収差補正され、λ／４板１６により４５°偏光されてダイクロイックミラー１７に入射し、ここでλ／４板１６により偏光されたレーザ光のうち赤外領域の光のみが下方側に反射される。このダイクロイックミラー１７で反射されたレーザ光は、ハーフミラー２４を透過し、対物レンズ５により試料Ｓ上にスポット形状の像を形成する。

試料Ｓで反射された光束は、当該試料Ｓにレーザ光を照射する光路と逆光路、すなわち対物レンズ５、ハーフミラー２３、ダイクロイックミラー１７を介してλ／４板１６に入射し、ここで更に４５°偏光されてＳ偏光成分に偏光される。このλ／４板１６で偏光された光束は、色収差補正レンズ群１５、集光レンズ群１４、偏光ビームスプリッタ１３を透過し、集光レンズ群２０により集光されて受光センサ２１上に結像される。

この受光センサ２１の各受光素子２１ａ、２１ｂは、それぞれ集光レンズ群２０により結像されたスポットを受光し、この受光強度に応じたセンサ信号を出力する。

この受光センサ２１から出力されたセンサ信号は、信号処理部２６に入力され、当該信号処理部２６により積分処理され、この後にディジタル値に変換される。これにより、信号処理部２６からは、受光センサ２１の各受光素子２１ａ、２１ｂの各範囲別の各受光強度の総和のＡ信号、Ｂ信号が出力される。

コントロール部２５は、信号処理部２６から出力されたＡ信号、Ｂ信号を入力し、これらＡ信号、Ｂ信号から図６に示す加算信号Ａ＋Ｂ及び図７に示す合焦判定信号Ｅｆ｛＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝を算出する。

一方、試料Ｓを観察するために照明用光源２２から照明光が出力される。この照明光は、レンズ２３を通ってハーフミラー２４に入射し、ここで下方に反射されて試料Ｓを上方から照明する。試料Ｓからの反射光（観察光）は、対物レンズ５、ハーフミラー２４、ダイクロイックミラー１７を透過して図示しない接眼レンズ、ＣＣＤ等の撮像装置に入射する。

次に、ＡＦ動作について図１０に示すＡＦフローチャートに従って説明する。

試料Ｓがピント位置から離れている状態（試料Ｓの像がぼけている状態）において、観察者が操作部２７におけるＡＦ開始スイッチを押し操作すると、コントロール部２５は、ＡＦ開始スイッチが押された（操作された）ことを判断し、次のステップ＃１において、内部カウンタの変数である合焦判定回数Ｎをクリア（Ｎ＝０）し、次のステップ＃２において、レボルバ穴位置検出部８により検出される現在において光軸ｐ_１上に配置されている対物レンズ取付位置の情報を取得する。

なお、レボルバ本体６の各対物レンズ取付位置に装着される各対物レンズ５の各倍率は、予め観察者によって設定され、かつその情報は予めコントロール部２５に入力されているので、コントロール部２５は、レボルバ穴位置検出部８により検出される対物レンズ取付位置の情報を受け取ることにより、当該対物レンズ５の倍率を認識する。

次に、コントロール部２５は、ステップ＃３において、認識した対物レンズ５の倍率に応じた合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１及び受光センサ２１での受光量の基準となる第２の閾値ＴＨ２をＲＯＭ３２内から選択する。

次に、コントロール部２５の合焦回数・確率設定部３７は、ステップ＃４において、同対物レンズ５の倍率に応じた設定合焦判定回数ＮfocusをＲＯＭ３２内から選択して設定する。

次に、コントロール部２５は、ステップ＃５において、ステージ１の現在位置が観察者により予め設定されたＡＦ動作範囲（以下、ＡＦ−Ｚoneと称する）内にあるか否かを判断する。このＡＦ−Ｚoneは、試料Ｓの厚みや対物レンズ５のＷＤを考慮して、ピント位置の存在するＺ方向範囲を大まかに決めておくものである。この判断の結果、ステージ１の現在位置がＡＦ−Ｚone外であれば、コントロール部２５は、ステップ＃６に移り、合焦用モータ駆動部３に駆動制御指令を送出し、ステージ１を現在位置からＡＦ−Ｚoneの近い側の端まで移動させる。

ステージ１がＡＦ−Ｚoneの端部又はＡＦ−Ｚone内に最初から位置していれば、コントロール部２５は、ステップ＃７において、ステージ１の移動方向、すなわち合焦位置のサーチ方向を上側に仮設定し、次のステップ＃８において、現在位置における信号処理部２６から出力されたＡ信号、Ｂ信号を入力し、次のステップ＃９において、図６に示す加算信号Ａ＋Ｂを算出する。

次に、コントロール部２５は、ステップ＃１０において、加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２よりも大きいか否かを判断し、この判断の結果、加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２よりも小さければ、試料Ｓからのレーザ光の戻り光の強度が不十分、すなわち合焦位置から遠い位置に試料Ｓが存在すると判定し、ステップ＃１１に移って試料Ｓのサーチ動作を行う。すなわち、コントロール部２５は、既にステップ＃７において設定したステージ１の移動方向、例えば上方に向ってステージ１を移動する駆動制御指令を合焦用モータ駆動部３に送出することによりステージ１を上方に移動させながら、信号処理部２６から出力された各Ａ信号、Ｂ信号を入力してその加算信号Ａ＋Ｂを逐次算出し、第２の閾値ＴＨ２以上となる加算信号Ａ＋Ｂとなる範囲を検索する。

この検索において、コントロール部２５は、ステップ＃１２において、観察者によって予め設定されたＡＦ−Ｚoneの上側リミットにステージ１が到達したか否かを判断し、ステージ１がＡＦ−Ｚoneの上側リミットに到達したならば、ステップ＃１３に移ってステージ１の移動方向を反転させる駆動制御指令を合焦用モータ駆動部３に送出する。次に、コントロール部２５は、ステップ＃１４において、合焦用モータ駆動部３にステージ１を下方に移動させる駆動制御指令を送出してステージ１を下方に移動させ、再びステップ＃８に戻る。

これにより、設定したＡＦ−Ｚone内の全範囲で加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２以上となる範囲が検索される。なお、ＡＦ−Ｚone内の全範囲で加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２以上となる範囲が検索されなければ、コントロール部２５は、ステップ＃１１からステップ＃１５に移り、低反射率の試料Ｓであることに起因するＡＦ不能と判断し、合焦判定回数Ｎをクリア（＝０）した後、ステップ＃１６においてＡＦ動作を中断する。

一方、ステップ＃１０での判断の結果、加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２よりも大きければ、コントロール部２５は、試料Ｓからのレーザ反射光強度が十分あり、試料Ｓがピント位置近辺にいると判断し、ステップ＃１７に移って合焦判定信号Ｅｆ｛＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝を算出する。

次に、コントロール部２５の合焦判定部３５は、ステップ＃１８において、合焦判定信号Ｅｆの絶対値が図７に示す第１の閾値ＴＨ１内にあるか否かを判断する。この判断では、合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１と等しいときも含む。この第１の閾値ＴＨ１の範囲は、対物レンズ５の焦点深度から決められる値であるので、合焦判定信号Ｅｆの絶対値が第１の閾値ＴＨ１内にあれば、合焦状態にあり、第１の閾値ＴＨ１外であれば、合焦状態から外れていることになる。

この判断の結果、合焦判定信号Ｅｆの絶対値が第１の閾値ＴＨ１外であれば、コントロール部２５は、ステップ＃１９に移って合焦判定回数Ｎをクリア（＝０）し、次のステップ＃２０において合焦判定信号Ｅｆが「０」よりも大きいか否か、すなわち合焦判定信号Ｅｆ値の符号「＋」「−」を判断する。この判断の結果、合焦判定信号Ｅｆが「０」よりも大きければ、コントロール部２５は、ステップ＃２１に移ってステージ１の移動方向を下方に設定し、ステップ＃１４に移って合焦用モータ駆動部３にステージ１を下方に移動させる駆動制御指令を送出してステージ１を下方に移動させ、再びステップ＃８に戻る。

又、合焦判定信号Ｅｆが「０」よりも小さければ、コントロール部２５は、ステップ＃２２に移ってステージ１の移動方向を上方に設定し、ステップ＃１４に移って合焦用モータ駆動部３にステージ１を上方に移動させる駆動制御指令を送出してステージ１を上方に移動させ、再びステップ＃８に戻る。これにより、合焦の合わせ込み動作が行なわれる。

上記ステップ＃１８での判断の結果、合焦判定信号Ｅｆの絶対値が第１の閾値ＴＨ１内であれば、合焦状態にあるので、コントロール部２５の合焦カウント部３６は、ステップ＃２３において、合焦判定回数Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）する。

次に、コントロール部２５の合焦完了判定部３８は、ステップ＃２４において、合焦カウント部３６により求められた合焦判定回数Ｎが合焦回数・確率設定部３７により設定された設定合焦判定回数Ｎfocusに一致するか否かを判定する。この判定の結果、合焦判定回数Ｎが設定合焦判定回数Ｎfocusに一致しなければ、コントロール部２５は、再びステップ＃８に戻り、合焦判定回数Ｎが設定合焦判定回数Ｎfocusに一致するまで、合焦判定回数Ｎを繰り返しカウントする。そして、例えば合焦判定回数Ｎが連続して設定合焦判定回数Ｎfocus繰り返すことにより、合焦判定回数Ｎが設定合焦判定回数Ｎfocusに一致すると、合焦完了判定部３８は、ステップ＃２５において、合焦完了と判定する。

次に、対物レンズ５と設定合焦判定回数Ｎfocusとの関係について図１１（ａ）（ｂ）に示す合焦判定信号Ｅｆ値の図を参照して説明する。なお、図１１（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ部の拡大図である。デーフォーカスに伴なって信号処理部２６から出力されるＡ信号、Ｂ信号、加算信号Ａ＋Ｂ、合焦判定信号Ｅｆ｛＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝は、低倍率の対物レンズ５と高倍率の対物レンズ５とでそれぞれデフォーカス軸のレンジが非常に異なる。例えば倍率５倍の対物レンズ５と倍率１００倍の対物レンズ５との各合焦判定信号Ｅｆのカーブは、同一のデフォーカス上に表すと、図１１（ａ）に示すような各波形形状となる。同図中のＡ部分の範囲を拡大すると、同図（ｂ）に示すように高倍率の対物レンズ５である程、デフォーカス量に伴う合焦判定信号Ｅｆカーブの傾きが大きい事が分かる。

しかるに、同図（ｂ）に示す例えばＡＦ動作時の試料Ｓの振動、すなわち対物レンズ５に関わらず同レベルのデフォーカス変位ｄに対して、倍率５倍の対物レンズ５を用いたときの合焦判定信号Ｅｆ値の変動は僅かなｅ１である。これに対して倍率１００倍の対物レンズ５を用いたときの合焦判定信号Ｅｆ値の変動はｅ２に激変する。

このような事から、実際のＡＦ動作時、合焦判定の基準となる第１の閾値ＴＨ１内に入る合焦判定信号Ｅｆ値を判定する際、微少な振動による合焦判定信号Ｅｆ値の変動が殆どない低倍率の対物レンズ５と、振動により大きく変動してしまう高倍率の対物レンズ５とでの合焦判定の各設定合焦判定回数Ｎfocusをそれぞれ異なる値とすることにより有効なＡＦ安定化の手法とすることができる。

すなわち、低倍率の対物レンズ５では振動の影響がほぼないため第１の閾値ＴＨ１内の合焦判定信号Ｅｆ値を検出したステージ１の位置を合焦位置と判断してよい。これにより、低倍率の対物レンズ５を装着した場合、設定合焦判定回数Ｎfocusを例えば「１」とすることで、不要な繰り返し判定を省き、ＡＦスピードを向上できる。これに対して高倍率の対物レンズ５を装着したときは、振動の影響による合焦判定信号Ｅｆ値の変動を考慮し、設定合焦判定回数Ｎfocusを低倍率の対物レンズ５を装着した場合よりも多くして例えば「１０」とすることで、合焦位置以外でのＡＦ動作終了を回避し、低倍率の対物レンズ５を装着したときと同様な精度で、より正確なピント合わせを行うことが可能である。

このように上記第１の実施の形態によれば、各対物レンズ５の各倍率によって個別に設定されている受光センサ２１での受光量の基準となる定数の第２の閾値ＴＨ２と加算信号Ａ＋Ｂとの大小関係から試料Ｓが合焦位置付近にあるか否かを判別してラフにピント合わせ込みを行い、合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１と合焦判定信号Ｅｆ値との大小関係から試料Ｓが合焦位置にあるか否かを判別し、合焦位置にあることの判別を各対物レンズ５の各倍率に応じて設定される設定合焦判定回数Ｎfocusが連続した場合に初めて合焦完了と判断する。

これにより、現在の対物レンズ５の倍率における最も効率の良いＡＦ動作と、安定した性能を得ることができる。特に対物レンズ５の倍率に応じた設定合焦判定回数Ｎfocusに基づいて最終的なピント合わせ込み動作を行うので、対物レンズ５の倍率に関わらす、常に安定したＡＦ精度を得ることが可能となる。又、対物レンズ５の倍率に応じた設定合焦判定回数Ｎfocusによって最適な合焦判定を行うので、低倍率の対物レンズ５を装着した場合の設定合焦判定回数Ｎfocusを少なく設定することで、低倍率の対物レンズ５を装着した場合の合焦スピードを速くできる。

なお、上記第１の実施の形態では、試料Ｓに対する合焦完了の判定を、合焦判定信号Ｅｆ値が第１の閾値ＴＨ１内となる判定を連続して設定合焦判定回数Ｎfocusとなることで行っているが、かかる合焦完了の判定を、例えば所定の合焦判定回数に対する設定合焦判定回数Ｎfocusの割合、すなわち合焦判定確率を求め、この確率が所定の確率を上回った場合に試料Ｓが合焦位置にあると判断するように構成としても同様の効果を得ることができる。

又、上記第１の実施の形態では、試料Ｓと対物レンズ５との間の距離の調節は、ステージ１の駆動によって行っているが、例えば対物レンズ５を装着するレボルバ本体６を上下駆動する方式等に変更しても、全く同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、顕微鏡の構成は、上記第１の実施の形態と同一構成であるので、図１及び図８を参照する。本実施の形態の顕微鏡は、上記第１の実施の形態の顕微鏡のようなワンショットＡＦではなく、合焦を行った後、引き続き試料Ｓに対する合焦位置を追従し続ける、いわゆるリアルタイムＡＦの自動合焦装置を搭載する。従って、初回に合焦を行うまでの動作は、上記第１の実施の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

ＲＯＭ３２には、図７に示す合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１、図６に示す受光センサ２１での受光量の基準となる第２の閾値ＴＨ２、対物レンズ５の各倍率に応じて予め設定された複数の設定合焦判定回数Ｎfocus、各対物レンズ５の各倍率に応じて予め設定された複数の設定非合焦判定回数Ｎretryが格納されている。これら設定非合焦判定回数Ｎretryは、対物レンズ５の倍率が高倍になるに従って大きい値に設定されている。

図１２はコントロール部２５がＲＯＭ３２に格納された自動合焦プログラムを実行したときの機能をブロック化した図である。合焦判定部３５は、合焦完了判定部３８により合焦完了と判定した後、合焦判定信号Ｅｆ｛＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝の値が予め設定された第１の閾値ＴＨ１内であるか否かを判定する。

非合焦カウント部４０は、合焦判定部３５の判定の結果、合焦判定信号Ｅｆの値が第１の閾値ＴＨ１外であれば、合焦位置から外れていると判定して当該非合焦判定した回数をカウントして非合焦判定回数Ｍを求める。

非合焦回数・確率設定部４１は、試料Ｓの観察に用いる対物レンズ５の倍率に応じた設定非合焦判定回数ＮretryをＲＯＭ３２から読み取り、試料Ｓの観察に用いる対物レンズ５の倍率に応じた設定非合焦判定回数Ｎretryを設定する。

合焦動作再開判定部４２は、合焦判定部３５により合焦判定信号Ｅｆの値が第１の閾値ＴＨ１外であると判定すると、非合焦カウント部４０により求められた非合焦判定回数Ｍが非合焦回数・確率設定部４１により設定された設定非合焦判定回数Ｎretryに一致するか否かを判定し、一致すれば、焦準制御機構を構成する合焦用モータ駆動部３に対して駆動制御指令を発して合焦動作を再開する。この場合、合焦動作再開判定部４２は、合焦判定部３５により非合焦判定を連続して設定非合焦判定回数Ｎretryだけカウントしたときに、合焦動作を再開する。

次に、ＡＦ動作について図１３に示すＡＦフローチャートに従って説明する。

試料Ｓがピント位置から離れている状態（試料Ｓの像がぼけている状態）において、観察者が操作部２７におけるＡＦ開始スイッチを押し操作すると、コントロール部２５は、ＡＦ開始スイッチの押された（操作された）ことを判断し、次のステップ＃１において、内部カウンタの変数である合焦判定回数Ｎをクリア（Ｎ＝０）し、次のステップ＃２において、レボルバ穴位置検出部８により検出される現在において光軸ｐ_１上に配置されている対物レンズ取付位置の情報を受け取て、光軸ｐ_１上に配置されている対物レンズ５の倍率を認識する。

次に、コントロール部２５は、ステップ＃３において、認識した対物レンズ５の倍率に応じた合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１及び受光センサ２１での受光量の基準となる第２の閾値ＴＨ２をＲＯＭ３２内から選択する。

次に、コントロール部２５の合焦回数・確率設定部３７は、ステップ＃３０において、同対物レンズ５の倍率に応じた設定合焦判定回数ＮfocusをＲＯＭ３２内から選択すると共に、非合焦回数・確率設定部４１は、対物レンズ５の倍率に応じた設定非合焦判定回数ＮretryをＲＯＭ３２から読み取り、当該対物レンズ５の倍率に応じた設定非合焦判定回数Ｎretryを設定する。

この後、コントロール部２５は、ステップ＃３１において、上記第１の実施の形態と同様のシーケンスによってワンショットＡＦ動作を行う。すなわち、受光センサ２１での受光量の基準となる第２の閾値ＴＨ２と加算信号Ａ＋Ｂとの大小関係から試料Ｓが合焦位置付近（ＡＦ−Ｚone内）にあるか否かを判別してラフにピント合わせ込みを行い、合焦の基準となる第１の閾値ＴＨ１と合焦判定信号Ｅｆ値との大小関係から試料Ｓが合焦位置にあるか否かを判別し、合焦位置にあることの判別を各対物レンズ５の各倍率に応じて設定される設定合焦判定回数Ｎfocus連続した場合に初めて合焦完了と判断する。

試料Ｓに対する合焦が完了した後、コントロール部２５は、ステップ＃３２において、試料Ｓに対する合焦位置を追従する追従モードに移行する。以下、追従モードについて説明する。

先ず、コントロール部２５は、ステップ＃３３において、内部カウンタの変数である非合焦判定回数Ｍをクリア（Ｍ＝０）する。

次に、コントロール部２５は、ステップ＃３４において、観察者がＡＦを停止するか否かを確認し、ＡＦを停止しなければ、次のステップ＃３５において、信号処理部２６から出力されたＡ信号、Ｂ信号を入力し、次のステップ＃３６において、図６に示す加算信号Ａ＋Ｂを算出する。

次に、コントロール部２５は、ステップ＃３７において、加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２よりも大きいか否かを判断する。なお、追従モード中、試料Ｓの移動等により各Ａ信号、Ｂ信号のレベルが低下し、加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２を下回った場合、コントロール部２５は、ステップ＃３７からステップ＃３８に移り、ウエイト状態（ＡＦ動作停止状態）とし、再びステップ＃３４に戻り、ステップ＃３４〜＃３７を繰り返す。これにより、加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２よりも大きくなるまで、ピント合わせを行う。

上記ステップ＃３７において、例えば試料Ｓの位置が観察光の光軸に直交する面内で移動し、戻り光が上がる等して加算信号Ａ＋Ｂが第２の閾値ＴＨ２よりも大きいと判断すると、コントロール部２５は、ステップ＃３７からステップ＃３９に移り、Ａ信号、Ｂ信号から合焦判定信号Ｅｆ値を算出する。次に、合焦判定部３５は、ステップ＃４０において、合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１内にあるか否かを判断する。この判断では、合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１と等しいときも含む。

この判断の結果、合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１内にあれば、コントロール部２５は、試料Ｓが合焦位置にあると判断し、ステップ＃４１に移って非合焦判定回数Ｍをクリア（Ｍ＝０）し、ステップ＃３４に戻ってステップ＃４０までのシーケンスを繰り返す。

これに対して合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１外にあれば、コントロール部２５は、試料Ｓが合焦位置からずれたと判断し、これにより非合焦カウント部４０は、ステップ＃４２において、非合焦判定回数Ｍをインクリメント（Ｍ＝Ｍ＋１）する。

次に、合焦動作再開判定部４２は、ステップ＃４３において、非合焦判定回数Ｍが非合焦回数・確率設定部４１により設定された設定非合焦判定回数Ｎretryに一致するか否かを判定する。この判定の結果、非合焦判定回数Ｍが設定非合焦判定回数Ｎretryに一致していなければ、コントロール部２５は、再びステップ＃３４に戻り、ステップ＃３４に戻ってステップ＃４０までのシーケンスを繰り返す。そして、再び合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値が第１の閾値ＴＨ１外にあれば、非合焦カウント部４０は、ステップ＃４２において、非合焦判定回数Ｍをインクリメント（Ｍ＝Ｍ＋１）する。このとき、ステージ１は、上下方向に移動しない。

上記ステップ＃４３の判定の結果、非合焦判定回数Ｍが設定非合焦判定回数Ｎretryに一致すれば、コントロール部２５は、試料Ｓが合焦位置に存在しないと判断する。これにより、合焦動作再開判定部４２は、ステップ＃４４において、合焦判定信号Ｅｆ値が「０」以上であるか否か、すなわち合焦判定信号Ｅｆ値の符号「＋」「−」を判断する。この判断の結果、合焦判定信号Ｅｆが「０」よりも大きければ、コントロール部２５は、ステップ＃４５に移ってステージ１の移動方向を下方に設定し、ステップ＃４７に移って合焦用モータ駆動部３にステージ１を下方に移動再開させる駆動制御指令を送出してステージ１を下方に移動させ、再びステップ＃３４に戻る。又、合焦判定信号Ｅｆが「０」よりも小さければ、コントロール部２５は、ステップ＃４６に移ってステージ１の移動方向を上方に設定し、ステップ＃４７に移って合焦用モータ駆動部３にステージ１を上方に移動再開させる駆動制御指令を送出してステージ１を上方に移動させ、再びステップ＃３４に戻る。

このように非合焦判定回数Ｍが設定非合焦判定回数Ｎretryと合致するまで繰り返して実行し、設定非合焦判定回数Ｎretry連続して合焦判定信号Ｅｆ値が第１の閾値ＴＨ２を上回った場合、すなわち、所定値以上の確率で非合焦とみなされた場合、試料Ｓが合焦位置にないと判断し、合焦動作を再開する。

なお、上記一連の追従モードＡＦ中に、例えば観察者によりＡＦが中断された場合、コントロール部２５は、ステップ＃３４で当該ＡＦの中断を判断し、その時点でのステージ１の駆動方向をクリアし（ステップ＃４８）、ステージ１を停止させ、ＡＦ動作を終了する（ステップ＃４９）。この後、再びＡＦ動作を行う場合は、ステップ＃１からのシーケンスとなる。

このように一旦、試料Ｓを合焦位置に移動させた後、各対物レンズ５の倍率によって個別に設定される第１の閾値ＴＨ１と合焦判定信号Ｅｆ値との大小関係を判定することによって試料Ｓが合焦位置から外れたか否かを判断し、この判断回数が設定非合焦判定回数Ｎretry回連続して発生した場合に、始めて再合焦動作を再開することで、追従動作中のＡＦ性能の安定化を可能にしている。

以下、対物レンズ５と設定非合焦判定回数Ｎretryとの関係について図１１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。試料Ｓが合焦位置にある場合、Ａ信号、Ｂ信号から算出される合焦判定信号Ｅｆ値の絶対値は第１の閾値ＴＨ１内に収まり、「０」付近の値となっている。このとき例えば外部からの僅かな振動や試料Ｓを移動した際に発生する振動により合焦判定信号Ｅｆ値に与える影響は、上記第１の実施の形態において説明したのと同様に、高倍率の対物レンズ５である程、変動が激しい。従って、高倍率の対物レンズ５が装着されている場合、試料Ｓが合焦位置にあっても合焦判定信号Ｅｆ値が瞬間的に第１の閾値ＴＨ１から外れ、合焦位置を外れたと判断されることがある。

この検出結果に基づき直ちに再ＡＦ動作を行った場合、合焦動作が発振してしまう現象（ハンチングと呼ぶ）が発生し、ＡＦ完了に時間がかかるか、若しくは動作不安定に陥る場合が少なくない。これに対して低倍率の対物レンズ５を装着した場合では、振動による合焦判定信号Ｅｆ値の変動がごく僅かであるので、第１の閾値ＴＨ１から外れる合焦判定信号Ｅｆ値が検出された場合、それは振動ではなく試料Ｓの移動による合焦位置のズレであると言える。

このような事から上記第２の実施の形態では、合焦ずれの基準となる第１の閾値ＴＨ１から外れる合焦判定信号Ｅｆ値を判定する際、微少な振動による合焦判定信号Ｅｆ値の変動が殆どない低倍率の対物レンズ５と、振動により大きく変動してしまう高倍率の対物レンズ５とでの合焦ずれの判定の各設定非合焦判定回数Ｎretryを異なる値に設定することで、ＡＦ追従動作の性能向上が図れる。

すなわち、低倍率の対物レンズ５の装着時では、振動の影響がほぼ無いので、第１の閾値ＴＨ１から外れる合焦判定信号Ｅｆ値を検出したステージ１の位置が合焦位置と判断しても問題ない。従って、設定非合焦判定回数Ｎretryは例えば「１」に設定し、不要な繰り返し判定を省くことで追従動作のレスポンスを向上できる。

これに対して高倍率の対物レンズ５の装着時には、振動の影響による合焦判定信号Ｅｆ値の変動を考慮し、設定非合焦判定回数Ｎretryを例えば「１０」に設定することで、追従モード中の振動によるハンチング等のＡＦ誤動作を回避し、安定した追従性能を確保することが可能である。

このように上記第２の実施の形態によれば、ＡＦ追従動作中に、対物レンズ５の倍率に応じた設定非合焦判定回数Ｎretryに基づいて再ＡＦ動作を行うので、対物レンズ５の倍率に関わらす、常に安定した追従動作が可能となる。又、対物レンズ５の倍率に応じて最適な設定非合焦判定回数Ｎretryを設定するので、例えば低倍率の対物レンズ５の設定非合焦判定回数Ｎretryを少ない回数に設定でき、追従動作のレスポンスを向上できる。

なお、上記第２の実施の形態では、試料Ｓが合焦位置を外れたという判定を、合焦判定信号Ｅｆ値が第１の閾値ＴＨ１から外れるという判定が連続し、設定非合焦判定回数Ｎretryになることで行うが、これを例えば設定非合焦判定回数Ｎretryに対する非合焦判定回数Ｍの割合、すなわち非合焦判定確率を求め、この非合焦判定確率が所定の値を上回った場合に、再ＡＦ動作を行うような構成にしても同様の効果を得ることができる。

又、試料Ｓと対物レンズ５と間の距離の調節は、ステージ１の駆動によって行っているが、上記第１の実施の形態と同様に、例えば対物レンズ５を装着するレボルバ本体６を上下駆動する方式等に変更しても、全く同様の効果が得られる。

上記第１及び第２の実施の形態では、レーザ光を試料Ｓに照射し、その反射光の状態に基づいてＡＦ動作を行う、いわゆるアクティブ型ＡＦについて説明を行ったが、試料Ｓの像をＣＣＤラインセンサ等で検出し、コントラスト値に基づいてＡＦ動作を行う、いわゆるパッシブ型ＡＦにしても、その効果は同様である。

上記第１及び第２の実施の形態では、合焦位置付近か否かの判断に使用した第２の閾値ＴＨ２の値は、レーザ光の強度（加算信号Ａ＋Ｂ）に対して設定したが、これに限らず、例えばコントラスト方式などのパッシブ型ＡＦの場合、ＣＣＤラインセンサ等で検出された試料Ｓの像のコントラストの総和値に対して設定すれば、同様のシーケンスにより上記効果と同様の効果を奏することができる。

又、上記第１及び第２の実施の形態では、共にＡＦ開始、ＡＦ停止等の操作を操作部２７に設けられた各スイッチによりおこなっているが、これを例えばコントロール部２５に接続したホストパーソナルコンピュータ（ＨｏｓｔＰＣ）による通信コマンドにより設定する方式をとっても、その効果になんら変わりはない。

なお、上述した実施の形態において、対物レンズ５の検出手段は、レボルバ穴位置検出部８により対物レンズ５の取り付け位置の情報を検出し、その情報を基に当該対物レンズ５の倍率を認識していたが、これに限られるものでなく、例えば、予めＣＰＵ内に記憶されている各レボルバ穴に装着された対物レンズ５と操作部からのレボルバ穴指示情報とに基づいて現在の対物レンズ倍率を認識するように構成することもできる。

本発明に係る自動合焦装置の第１の実施の形態を用いた顕微鏡を示す構成図。 同装置における試料がピント位置に配置された場合の受光センサ上に結像されるスポットの強度分布を示す図。 同装置における試料が後ピント位置に配置された場合の受光センサ上に結像されるスポットの強度分布を示す図。 同装置における試料が前ピント位置に配置された場合の受光センサ上に結像されるスポットの強度分布を示す図。 同装置における受光センサでの各範囲別の入射光強度の各範囲信号を示す図。 同装置における各範囲信号の加算信号Ａ＋Ｂを示す図。 同装置における合焦判定信号Ｅｆ値を示す図。 同装置におけるコントロール部の具体的な構成図。 同装置におけるコントロール部の機能ブロック図。 同装置におけるＡＦフローチャート。 同装置において対物レンズと設定合焦判定回数Ｎfocusとの関係を説明するための合焦判定信号Ｅｆ値を示す図。 本発明に係る自動合焦装置の第２の実施の形態を用いた顕微鏡におけるコントロール部の機能ブロック図。 同装置におけるＡＦフローチャート。

符号の説明

Ｓ：試料、１：ステージ、２：焦準用モータ、３：合焦用モータ駆動部、４：電動レボルバ、５：対物レンズ、６：レボルバ本体、７：レボルバ用モータ、８：レボルバ穴位置検出部、９：レボルバ用モータ駆動部、１０：基準光源、１１：レーザ駆動部、１２：コリメートレンズ、ＳＴ：投光側ストッパ、１３：偏光ビームスプリッタ、１４：集光レンズ群、１５：色収差補正レンズ群、１６：λ／４板、１７：ダイクロイックミラー、１８：色収差補正レンズ駆動用モータ、１９：色収差補正レンズ駆動部、２０：集光レンズ群、２１：受光センサ、２１ａ，２１ｂ：受光素子、２２：照明用光源、２３：レンズ、２４：ハーフミラー、２５：コントロール部、２６：信号処理部、２７：操作部、２８：パルスカウンタ、２９：ＪＯＧエンコーダ、３０：ＣＰＵ本体、３１：バス、３２：ＲＯＭ、３３：ＲＡＭ、３４：Ｉ／Ｏポート、３５：合焦判定部、３６：合焦カウント部、３７：合焦回数・確率設定部、３８：合焦完了判定部、４０：非合焦カウント部、４１：非合焦回数・確率設定部、４２：合焦動作再開判定部。

Claims (17)

1. 試料と対物レンズを有する観察光学系との間隔を変化させながら前記試料からの光束を前記観察光学系を通して受光素子で受光し、この受光素子から出力される受光量に応じた検出信号に基づいて合焦判定信号を求め、この合焦判定信号に基づいて前記試料に対して前記観察光学系を合焦させる自動合焦方法において、
   前記合焦判定信号の値が予め設定された合焦の基準となる閾値内であるか否かを判定する合焦判定動作を行い、前記合焦判定信号の値が前記閾値内であれば、当該合焦判定した回数をカウントして合焦判定回数又は当該合焦判定回数の確率を求め、これら合焦判定回数又は合焦判定回数の確率が前記対物レンズの倍率に応じて予め設定された設定合焦判定回数又は設定合焦判定回数の確率に一致すると、合焦完了と判定することを特徴とする自動合焦方法。
2. 前記合焦完了と判定した後、前記合焦判定信号の値が予め設定された前記閾値内であるか否かの前記合焦判定動作を行い、前記合焦判定信号の値が前記閾値外であれば、当該非合焦判定した回数をカウントして非合焦判定回数又は当該非合焦判定回数の確率を求め、これら非合焦判定回数又は非合焦判定回数の確率が前記対物レンズの倍率に応じて予め設定された設定非合焦回数又は設定非合焦判定回数の確率に一致すると、前記試料と前記観察光学系との間隔を相互に変化させて合焦動作を再開することを特徴とする請求項１記載の自動合焦方法。
3. 前記閾値は、前記対物レンズの倍率に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の自動合焦方法。
4. 前記閾値は、前記対物レンズの焦点深度に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の自動合焦方法。
5. 前記設定合焦判定回数又は前記設定合焦判定回数の確率は、それぞれ前記対物レンズの倍率が高倍になるに従って大きい値に設定されることを特徴とする請求項１記載の自動合焦方法。
6. 前記設定非合焦判定回数又は前記設定非合焦判定回数の確率は、前記対物レンズの倍率が高倍になるに従って大きい値に設定されることを特徴とする請求項２記載の自動合焦方法。
7. 前記合焦判定を連続してカウントして当該合焦判定回数が前記設定合焦判定回数に一致すると、前記合焦完了と判定することを特徴とする請求項１記載の自動合焦方法。
8. 前記非合焦判定を連続してカウントして当該非合焦判定回数が前記設定非合焦判定回数に一致すると、前記合焦動作を再開することを特徴とする請求項２記載の自動合焦方法。
9. 試料と対物レンズを有する観察光学系との間隔を焦準制御機構により変化させながら前記試料からの光束を前記観察光学系を通して受光素子で受光し、この受光素子から出力される受光量に応じた検出信号に基づいて合焦判定信号を求め、この合焦判定信号に基づいて前記試料に対して前記観察光学系を合焦させる自動合焦装置において、
   前記対物レンズの倍率を検出する対物レンズ検出手段と、
   前記合焦判定信号の値が予め設定された合焦の基準となる閾値内であるか否かを判定する合焦判定部と、
   前記合焦判定部の判定の結果、前記合焦判定信号の値が前記閾値内であれば、当該合焦判定した回数をカウントして合焦判定回数又は当該合焦判定回数の確率を求める合焦カウント部と、
   複数の前記対物レンズの各倍率に応じて予め設定された複数の設定合焦判定回数又は設定合焦判定回数の確率を保持し、前記試料の観察に用いる前記対物レンズの倍率に応じた前記合焦判定回数又は前記合焦判定回数の確率を設定する合焦回数・確率設定部と、
   前記合焦判定部により前記合焦判定信号の値が前記閾値内であると判定すると、前記合焦カウント部により求められた前記合焦判定回数又は前記合焦判定回数の確率が前記合焦回数・確率設定部により設定された前記設定合焦判定回数又は前記設定合焦判定回数の確率に一致するか否かを判定し、一致していれば、合焦完了と判定する合焦完了判定部と、
   を具備したことを特徴とする自動合焦装置。
10. 前記合焦完了判定部により合焦完了と判定した後、前記合焦判定部は、前記合焦判定信号の値が予め設定された閾値内であるか否かを判定し、
    前記合焦判定部の判定の結果、前記合焦判定信号の値が前記閾値外であれば、非焦判定した回数をカウントして非合焦判定回数又は当該非合焦判定回数の確率を求める非合焦カウント部と、
    複数の前記対物レンズの各倍率に応じて予め設定された複数の設定非合焦判定回数又は設定非合焦判定回数の確率を保持し、前記試料の観察に用いる前記対物レンズの倍率に応じた前記設定非合焦判定回数又は前記設定非合焦判定回数の確率を設定する非合焦回数・確率設定部と、
    前記非合焦判定部により前記合焦判定信号の値が前記閾値外であると判定すると、前記非合焦カウント部により求められた前記非合焦判定回数又は前記非合焦判定回数の確率が前記非合焦回数・確率設定部により設定された前記設定非合焦判定回数又は前記設定非合焦判定回数の確率に一致するか否かを判定し、一致すれば、前記焦準制御機構を動作させて合焦動作を再開する合焦動作再開判定部と、
    を有することを特徴とする請求項９記載の自動合焦装置。
11. 前記合焦回数・確率設定部は、前記対物レンズの倍率が高倍になるに従って大きい値となる前記設定合焦判定回数又は前記設定合焦判定回数の確率を保持することを特徴とする請求項９記載の自動合焦装置。
12. 前記非合焦回数・確率設定部は、前記対物レンズの倍率が高倍になるに従って大きい値となる前記設定非合焦判定回数又は前記設定非合焦判定回数の確率を設定することを特徴とする請求項１０記載の自動合焦装置。
13. 前記合焦完了判定部は、前記合焦判定部により前記合焦判定を連続してカウントした前記合焦判定回数が予め設定された前記合焦判定回数に一致すると、前記合焦完了と判定することを特徴とする請求項９記載の自動合焦装置。
14. 前記合焦動作再開判定部は、前記合焦判定部により前記非合焦判定を連続してカウントした前記非合焦判定回数が前記設定非合焦判定回数に一致すると、前記合焦動作を再開することを特徴とする請求項１０記載の自動合焦装置。
15. 前記合焦判定部は、前記対物レンズの倍率に応じて設定された前記閾値を用いることを特徴とする請求項９記載の自動合焦装置。
16. 前記合焦判定部は、前記対物レンズの焦点深度に応じて設定された前記閾値を用いることを特徴とする請求項９記載の自動合焦装置。
17. 請求項９乃至１６記載の自動合焦装置は、前記試料からの光束を前記観察光学系を通すことにより拡大した前記試料の像を取得する顕微鏡に備えられる。

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