JP2012103616A - オートフォーカス装置、顕微鏡装置、プログラムを記録した媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＦ動作制御に必要な対物レンズのＡＦ制御情報を自動で設定可能なＡＦ装置と、これを有する顕微鏡装置、及びＡＦ装置の制御プログラムを記憶する媒体を提供すること。
【解決手段】被検物体からの光を検出する光検出装置３０と、前記光検出装置の信号に基づき焦点位置誤差信号を検出する焦点位置検出手段３１と、前記焦点位置誤差信号に基づき前記被検物体の所定位置に対物レンズの焦点位置を合焦させる合焦動作手段９と、予め測定された複数の対物レンズの前記焦点位置誤差信号の情報に対応するフォーカス制御情報を記憶したテーブル４２と、前記合焦動作手段を駆動して、光路中に配置された対物レンズの焦点位置誤差信号の情報を前記焦点位置検出手段を介して検出して、前記テーブルに記憶された前記フォーカス制御情報を前記合焦動作手段の制御情報として設定する制御手段４１と、を有することを特徴とするＡＦ装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、オートフォーカス装置と、これを有する顕微鏡装置、及びプログラムを記録した媒体に関する。

従来、顕微鏡観察において、標本の所定位置に合焦状態を維持し続けるためのオートフォーカス装置（以後、ＡＦ装置と略記する）を搭載した顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような顕微鏡では、顕微鏡のレボルバに搭載されている複数の対物レンズのＡＦ動作に必要なＡＦ情報（例えば、合焦速度情報、焦点深度情報等）を事前にＡＦ装置に記憶させる必要がある。

特開平０８−２３４０９３号公報

しかしながら、従来のＡＦ装置では、上記対物レンズのＡＦ情報入力は、対物レンズを顕微鏡のレボルバに装着した時だけでなく対物レンズを交換したときにも行わなければならず煩雑であると同時に、対物レンズの種類を間違えて入力すると合焦動作が正常に行われず標本を破損するおそれがあるという問題がある。例えば、誤って１００倍の対物レンズに５倍の対物レンズのＡＦ情報を設定をしてしまうと、１００倍は焦点深度が浅く合焦可能範囲が狭いため合焦速度を遅くして制御する必要があるのに対して、５倍の対物レンズのＡＦ情報では、焦点深度が深く作動距離が長いため合焦速度を高速に設定して上下動させ合焦制御するため、ＡＦ動作が正しく行われず対物レンズが標本に衝突してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、ＡＦ動作制御に必要な対物レンズのＡＦ制御情報を自動で設定可能なＡＦ装置と、これを有する顕微鏡装置、及びＡＦ装置の制御プログラムを記憶する媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、被検物体からの光を検出する光検出装置と、前記光検出装置の信号に基き焦点位置誤差信号を検出する焦点位置検出手段と、前記焦点位置誤差信号に基づき前記被検物体の所定位置に対物レンズの焦点位置を合焦させる合焦動作手段と、予め測定された複数の対物レンズの前記焦点位置誤差信号の情報に対応するフォーカス制御情報を記憶したテーブルと、前記合焦動作手段を駆動して、光路中に配置された対物レンズの焦点位置誤差信号の情報を前記焦点位置検出手段を介して検出して、前記テーブルに記憶された前記フォーカス制御情報を前記合焦動作手段の制御情報として設定する制御手段と、を有することを特徴とするＡＦ装置を提供する。

また、本発明は、照明光源で照明された被検物体の像を対物レンズを介して結像する結像光学系と、前記被検物体からの光を検出して当該被検物体の所定位置に前記対物レンズの焦点位置を合焦させる前記ＡＦ装置と、を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。

また、本発明は、ＣＰＵに、少なくとも１つの対物レンズを光軸中に挿入するステップと、前記対物レンズと被検物体との相対距離を可変して焦点位置誤差信号を光検出器により検出するステップと、取得した前記焦点位置誤差信号から当該焦点位置誤差信号の傾きを算出するステップと、複数の対物レンズの前記傾きと当該対物レンズのフォーカス制御情報とを記録したテーブルから前記算出した傾きに対応するフォーカス制御情報を読み取るステップと、読み取った前記フォーカス制御情報をＡＦ装置に設定するステップと、を実行させることを特徴とするプログラムを記録した媒体を提供する。

本発明によれば、ＡＦ動作制御に必要な対物レンズのＡＦ制御情報を自動で設定可能なＡＦ装置と、これを有する顕微鏡、及びＡＦ装置の制御プログラムを記憶する媒体を提供することができる。

本発明の第１実施の形態にかかるＡＦ装置を有する顕微鏡装置の概略構成図。 実施の形態にかかるＡＦ装置のＡＦ制御ブロック図。 オートフォーカス装置で使用される焦点位置誤差信号（Ｓ字カーブ）の模式図。 対物レンズによる焦点誤差信号の傾きの違いを示す模式図。 フォーカス制御情報テーブル（ＡＦ制御情報テーブル）の一例を示す。 対物レンズ毎のＳ字カーブの傾きを検出するフローを示す。

以下、本願の一実施の形態にかかるＡＦ装置を有する顕微鏡装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解を容易にするためのものに過ぎず、本願発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。

図１において、顕微鏡２の光学系は、標本の上部に配置されている観察光学系３と、その側方に配置されたＡＦ装置の光学系であるフォーカス用照明光学系５およびフォーカス用結像光学系７により構成されている。

フォーカス用照明光学系５は、ＬＥＤ光源（以後、単にＬＥＤと記す）２０側から順に、第１コレクタレンズ２１、スリット板２２、第２コレクタレンズ２３、第１瞳制限マスク２４、第１ハーフミラー２５、焦点位置調節レンズ８及び可視光カットフィルタ１０が配設されて構成されている。スリット板２２の中央部には長方形の細長いスリット開孔２２ａが形成されており、スリット板２２は、スリット開孔２２ａの長手方向が図１において紙面に垂直方向に延びるように光軸を中心に配設されている。

ＬＥＤ２０から出射されたＡＦ光である赤外光（例えば、近赤外光）は第１コレクタレンズ２１で集光されてスリット板２２に入射し、標本面（カバーガラス１４と標本が浸された媒質との境界面）と共役位置に配置したスリット板２２のスリット開孔２２ａを通り、第２コレクタレンズ２３で平行光に変換され、第１瞳制限マスク２４に照射される。

第１瞳制限マスク２４は、瞳の半分を遮光するものであり、光軸を中心にスリット状の赤外光の長手方向の中心線にそって半分が遮光されるように配設されている。第１瞳制限マスク２４を通過した赤外光Ｌａは、第１ハーフミラー２５を透過する。なお、第１ハーフミラー２５は、フォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７の光軸が交差する位置に配設されており、赤外光の一部を反射して、他の一部を透過するものであり、後述するように、フォーカス用結像光学系７でも共用されている。

フォーカス用照明光学系５と観察光学系３の光軸が交差する点には、ダイクロイックミラー１６が配設されており、後述するように観察光学系３でも共用されている。ダイクロイックミラー１６は、観察光学系３の観察光路上のアフォーカル系に配設され、赤外光を反射して可視光や蛍光を透過する作用をする。第１ハーフミラー２５を透過した赤外光Ｌａは焦点位置調節レンズ８を透過した後、可視光カットフィルタ１０で赤外光Ｌａに含まれる可視光成分が除去された後、ダイクロイックミラー１６で反射されて第１対物レンズ１２（以後、単に対物レンズと記す）方向に反射され（赤外光Ｌｂ）、対物レンズ１２によって標本（培養液（あるいは生物標本）とカバーガラス１４との界面）に集光される。なお、本顕微鏡装置２は、培養液を注入した標本を上方から観察光で照明して下方から観察、およびＡＦ光を照射する倒立型生物顕微鏡であるが、図１は説明のために光学系の配置を上下反転して示している。また、対物レンズ１２は、後述するように観察光学系３でも共用されている。また、焦点位置調節レンズ８については後述する。

観察光学系３は、標本側から順に、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー１６、赤外光カットフィルタ１８、第２ハーフミラー１７および第２対物レンズ１３が配設されて構成されており、さらに第２対物レンズ１３の先には図示しないが接眼レンズが配設されて構成されている。

また、図示しないが、ステージ１１上に載置された標本を照明する照明装置が設けられている。この照明装置は、透過型または落射型であり、透過型の照明装置の場合はステージ１１の下方に配置され、落射型の照明装置の場合はステージ１１の上方に配置される。

照明装置から照射された光は標本を透過して観察光となり、対物レンズ１２を経て、ダイクロイックミラー１６を透過し、赤外光カットフィルタ１８で赤外光が除去されて、第２ハーフミラー１７に入射する。

第２ハーフミラー１７に入射した観察光は、一部が反射され第２対物レンズ１３および不図示の接眼レンズで標本の観察像が結像され、観察に供せれる。また、第２ハーフミラー１７を透過した一部の観察光を、カメラ用対物レンズ３６とカメラ用リレーレンズ３７を通し、カメラ用ＣＣＤセンサ３８の撮像面に結像させ、カメラ用信号処理部３９で処理して標本の画像をモニタ（図示せず）に投影する。

光学装置１を構成するフォーカス用結像光学系７は、フォーカス用照明光学系５によりステージ１１上の標本に照射されて反射するスリット状の赤外光を受光するものである。ここで、ステージ１１上の標本はカバーガラス１４によって覆われているため、対物レンズ１２で結像された焦点検出用の赤外光は、カバーガラス１４の表面やカバーガラス１４と標本の境界面（標本面）で反射する。カバーガラス１４や標本面等で反射した赤外光は、対物レンズ１２で平行光に変換され（赤外光Ｌｃ）、ダイクロイックミラー１６で反射され（赤外光Ｌｄ）、さらに可視光カットフィルタ１０及び焦点位置調節レンズ８を通り、フォーカス用照明光学系５の光軸に対して略４５度傾けて配設された第１ハーフミラー２５に入射し、第１ハーフミラー２５で一部が反射されフォーカス用結像光学系７に入射する。

フォーカス用結像光学系７は、フォーカス用照明光学系５側から光軸に沿って順に、第１ハーフミラー２５、ＡＦ用対物レンズ２６、ＡＦ用リレーレンズ２７、第２瞳制限マスク２８、ＡＦ用リレーレンズ２７、シリンドリカルレンズ２９およびＡＦ用ＣＣＤセンサ（以後、単にＣＣＤと記す）３０が配設されて構成されている。

第１ハーフミラー２５で反射された赤外光Ｌｄは、ＡＦ用対物レンズ２６で集光して結像光に変換されスリット像を結像する。ＡＦ用リレーレンズ２７，２７は、ＡＦ用対物レンズ２６によって結像されたスリット像（赤外光Ｌｅ）をリレーし、シリンドリカルレンズ２９を経て、ＣＣＤ３０の撮像面にスリット像を再結像する。

なお、第２瞳制限マスク２８は、瞳の半分を遮光するように配設されており、遮光される領域は、第１瞳制限マスク２４によって遮光される領域に対応している。また、シリンドリカルレンズ２９は、所定方向のみに屈折作用を持つレンズであり、赤外光Ｌｅを図１において紙面に対して垂直方向（スリット像の長手方向）に圧縮して、ＣＣＤ３０の撮像面に結像させる作用をする。なお、ＣＣＤ３０は、複数の受光部が１次元に配列されたラインセンサ、または、２次元に配列されたエリアセンサで構成することが可能である。

なお、フォーカス用照明光学系５において、ＬＥＤ２０から出射したＡＦ光をスリット板２２のスリット開孔２２ａを通してスリット状にしてスリット開孔２２ａの像を標本に照射している。これは、スポット光とした場合、標本面等に段差部分があると、その反射光が散乱して理想的な光量信号を得ることができないためであるが、標本面等の状態によってはこのスリット板２２を無くし、上述の方法でＬＥＤ２０の像を標本に照射してＡＦ制御をすることも可能である。また、第１コレクタレンズ２１はなくても実現可能である。

ＡＦ装置において使用する焦点位置調節レンズ８について説明する。焦点位置調節レンズ８は図１に示すように、ダイクロイックミラー１６と第１ハーフミラー２５の間のフォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７との共通光路上に位置しアフォーカル系に配設されている。

また、焦点位置調節レンズ８には焦点位置調節レンズ駆動部９が取り付けられており、図示しないが、焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って前後に移動可能とする焦点位置調節レンズ用ＤＣモータと、倍率の異なる複数の焦点位置調節レンズ８を交換可能とする焦点位置調節レンズ用電動ターレットで構成されている。焦点位置調節レンズ駆動部９は後述するＣＰＵ４１の焦点位置調節レンズ移動制御部を介して移動が制御されている。

また、顕微鏡の入力部４３には焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って移動させる焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１と不図示の焦点位置調節レンズ切り替えスイッチが配設されおり、観察者は焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１を操作すると、これに結合されたエンコーダ（不図示）からの信号に基づき焦点位置調節レンズ８を光軸にそって往復移動させることができる。また、焦点位置調節レンズ切り替えスイッチにより、焦点位置調節レンズ用電動ターレットに装着された複数の焦点位置調節レンズ８から任意の焦点位置調節レンズ８を選択して切り替えることができる。

焦点位置調節レンズ８は、対物レンズ１２で標本とカバーガラス１４との界面に集光照射されるスリット像（ＡＦ用照明光）の結像位置を光軸に沿って焦点方向にずらし、同時に、標本とカバーガラス１４との界面で反射し、ＣＣＤ３０の撮像面に再結像するスリット像の結像位置を光軸に沿って焦点方向にずらす働きをする。

なお、焦点位置調節レンズ８を操作したときのＡＦ制御については公知であり説明を省略する。

ここで、顕微鏡装置のＡＦ制御系について説明する。顕微鏡装置１のＡＦ制御系は、焦点位置検出（フォーカス位置検出とも記す）のためのＡＦ用信号処理部３１、ステージ１１を上下動させるステージ駆動部３４、対物レンズ１２を交換するための電動レボルバを駆動する電動レボルバ駆動部３５およびそれらを制御するためのＣＰＵ４１、メモリ４２、入力部４３で構成されている。なお、ステージ１１の上下動に代わり対物レンズ１２を上下動するように構成しても同様の効果を奏することができる。

まず、スリット投影式ＡＦ制御の手順であるが、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０において検出したスリット像の信号は、ＡＦ用信号処理部３１に出力されて処理され、対物レンズ１２に対する標本の焦点位置情報が検出される。この焦点情報に関する信号は、ステージ駆動部３４に送られ、ステージ１１の位置を光軸に沿って上下動させることにより第１対物レンズ１２の焦点位置に標本を位置決めする。なお、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の撮像面の中でスリット像が形成される位置は、ステージ１１の光軸に沿った上下動によって、標本やカバーガラス１４の位置が変わると、それに合わせて、スリット像の短手方向に移動する。このようなＡＦ用ＣＣＤセンサ３０で検出されたスリット像からステージ１１を制御するＡＦ用の制御信号の求め方について、以下に説明する。

ＡＦ制御のブロック図を図２に示し、ＡＦ制御に使用される焦点位置誤差信号（Ｓ字カーブとも言う）の例を図３に示す。ここで、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に結像するスリット像の位置として、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の手前で結像する状態をＦ（図３参照）、後ろで結像する状態をＲ（図３参照）、さらにＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の撮像面で結像する状態をＪ（図３参照）としている。また、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０は複数の受光部から構成されるがその出力は撮像面に沿って順に走査される。ここでは説明を簡単にするためにラインセンサを想定し、端から順に走査をすることとし、走査を開始する位置（ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の一端）をｔ＝０とし、中間点（状態Ｊに相当）をｔ＝ｔ１、走査を終了する位置（ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の他端）をｔ＝ｔ２として説明する。

ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０から出力されたスリット像の信号（以後、スリット信号と記す）と迷光信号（ノイズ信号）とからなるＡＦ信号（Ｓｉｇ）はＡＦ可否判別回路１１１に入力される。ＡＦ可否判別回路１１１は、入力されたＡＦ信号に対して設定されている閾値により、ＡＦ可否を判別している。閾値より大きい場合のみＡＦ可とし、閾値より小さい場合は、ＡＦ不可としてＡＦ処理を中止する。

ＡＦ可否判別回路１１１からの出力は、オートゲイン回路（ＡＧＣ回路）１１２に入力され所定レベルの信号に変換（増幅または減衰）される。ＡＧＣ回路１１２の出力は積分回路１１４に入力されＡＦ用ＣＣＤセンサ３０上におけるスリット信号を上記ｔ０からｔ２に亘って順次積分した結果が出力される。

積分器１１４の出力信号Ｓは、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０のｔ１の位置で第１のサンプルホールド回路１１６にてサンプリングされホールドされる。このとき、第１のサンプルホールド回路１１６からは、積分回路１１４からの出力Ｓのｔ０〜ｔ１までの積分出力ＳＡが得られる。さらに積分された出力信号Ｓは、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の終端ｔ２で第２のサンプルホールド１１５にてサンプリングされホールドされる。サンプルホールド回路１１５からは、積分回路１１４でｔ０〜ｔ２まで積分された信号ＳＣが出力される。

サンプルホールド回路１１５、１１６からのそれぞれの出力ＳＣ、ＳＡは、引算回路１１７に入力されて第２のサンプルホールド１１５の出力ＳＣと第１のサンプルホールド１１６の出力ＳＡが引算され出力ＳＢ（＝ＳＣ−ＳＡ）が得られる。この出力ＳＢとサンプルホールド回路１１６からの出力ＳＡは、引算／割算回路１１８にて引算／割算されて要点位置誤差信号である（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号が引算／割算回路１１８から出力される。

そして、モータドライブ回路３４ｂは、この（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号を制御信号として使用してステージ１１を光軸に沿って上下に動かすステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動し、焦点位置誤差信号である（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（図３のＪ位置）になるように制御する。

図３は、ＡＦ制御をＯＦＦにしてステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動し、ステージ１１を上下に動かした時のステージ１１の位置（焦点方向の位置）と焦点位置誤差信号（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）との関係を表したグラフ（Ｓ字カーブという）を示している。

このように、ＡＦ制御は、図３においてＡＦ用ＣＣＤ３０から取得される（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（Ｊ点）になるようにステージ１１を上下にＤＣモータ３４ａで駆動することで達成できる。

例えば、ＡＦ制御にて所定の標本面に対物レンズ１２の焦点位置を合わせる場合は、（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（Ｊ点）となるようにＡＦ制御すれば、その位置に合焦し維持することが可能である。

ステージ駆動部３４は、図１には図示しないがステージ１１に取り付けられたステージ駆動用ＤＣモータ３４ａと、ステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを回転させるステージ駆動用モータドライブ回路３４ｂと、ステージ駆動用ＤＣモータ３４ａの回転角を検出するロータリエンコーダと、ロータリエンコーダの検出結果に基づいてステージ１１の上下動をカウントするアップ／ダウンカウンタとで構成されている。

上述したＡＦ制御はＣＰＵ４１で処理され、制御信号は上下動制御信号と速度制御信号としてステージ駆動用モータドライバ３４ｂに出力され、この信号に基づいてステージ駆動用ＤＣモータ３４ａは駆動される。

アップ／ダウンカウンタのカウント結果は、上下動位置信号としてＣＰＵ４１に出力される。ステージ１１はステージ駆動用ＤＣモータ３４ａが回転すると、その回転角に応じて光軸に沿って上下動する。そして、ステージ１１に載置された標本もカバーガラス１４、スライドガラス１５とともに上下動し、標本と対物レンズ１２との位置関係が調節される。また、ステージ駆動部３４には、図示しないがリミットセンサが設けられている。リミットセンサは、ステージ１１の上下動の限界点を検出するセンサであり、対物レンズ１２とカバーガラス１４との接触を回避するために設けたものである。

図１には１本の対物レンズ１２のみを示したが、本実施形態の顕微鏡は、倍率が異なる複数の対物レンズ１２によって構成可能である。複数の対物レンズ１２は、図示しないが電動レボルバに装着されており、電動レボルバはこれを回転駆動する電動レボルバ駆動部３５に接続される。電動レボルバ駆動部３５には、図示しないが電動レボルバに取り付けられた電動レボルバ駆動用ＤＣモータと、ＣＰＵ４１からの回転制御信号に基づいて電動レボルバ駆動用ＤＣモータを回転させる電動レボルバ駆動用モータドライバとが設けられている。電動レボルバは、上記した電動レボルバ駆動用ＤＣモータの回転に応じて回転する。そして、電動レボルバに装着された複数の対物レンズ１２も共に回転し、いずれか１つの対物レンズ１２が顕微鏡の観察光路上に位置決めされる。電動レボルバ駆動部３５には、電動レボルバのレボルバ穴（例えば６個）のうち、顕微鏡の観察光路上に位置決めされたレボルバ穴の番号（１〜６）を検知するセンサ（図示せず）が設けられている。

入力部４３には、図示しないが、キーボード、対物レンズ切り替えスイッチ、ＡＦ制御開始スイッチ、合焦位置記憶スイッチ、Ｓ字カーブの傾き検出開始スイッチ、アップ／ダウン微調整スイッチ及び上述の焦点位置調節レンズ８を操作するスイッチ５１等が設けられている。

キーボードは、第１対物レンズ１２の情報を入力する時に使用される。キーボードから入力された対物レンズ１２に関するデータは、メモリ４２に記憶される。また、合焦位置記憶スイッチによって取得された合焦位置情報もメモリ４２に記憶される。また、Ｓ字カーブの傾き検出開始スイッチによって取得された後述するレボルバ穴番号対傾き値情報もメモリ４２に記憶される。さらに、メモリ４２には、Ｓ字カーブの傾き値に対応付けられた複数の対物レンズ１２のＡＦ制御情報（合焦速度、焦点深度など）テーブルが記憶されている。

対物レンズ切り替えスイッチは、顕微鏡の観察光路上に位置決めされた対物レンズ１２を別の対物レンズ１２に切り替えるときに使用される。ＣＰＵ４１は、対物レンズ切り替えスイッチから入力された切り替え信号に基づいて電動レボルバ駆動部３５を制御し、切り替え信号によって指定されたレボルバ穴を顕微鏡の観察光路上に位置決めする。また、ＣＰＵ４１は、レボルバ穴の番号を検出して光路中に配置された対物レンズ１２を不図示のテーブル情報から知ることができる。

ＡＦ制御開始スイッチは、顕微鏡におけるＡＦ制御の開始を指示する時に使用される。ＣＰＵ４１は、ＡＦ制御開始スイッチが操作されると、既に説明したスリット投影式ＡＦ制御の実行を開始し、標本が第１対物レンズ１２の焦点に位置決めされる。

アップ／ダウン微調整スイッチは、手動操作によってステージ１１の上下動を微調整する時に使用される。ＣＰＵ４１は、アップ／ダウン微調整スイッチから入力された微調整信号に基づいてステージ１１を位置決めする。なお、アップ／ダウン微調整スイッチの操作は、操作者が顕微鏡の接眼用第２対物レンズ１３および接眼レンズを介して標本の像を観察しながら行うものである。そして操作者にとってコントラストの高い像が良好に観察できた時点で、アップ／ダウン微調整スイッチの操作を終了し、ステージ１１が位置決めされる。この時、本実施形態の顕微鏡では、標本の中の任意の面が対物レンズ１２の焦点面に一致している。

図４は、ＡＦ制御がＯＦＦ状態で倍率が異なる３つの対物レンズ１２について、ＤＣモータ３４ａを駆動してステージ１１を上下に動かした時のステージ１１の位置（横軸）と焦点検出信号（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）（縦軸）との関係を表したグラフを示している。また、図５の表は、本実施形態にかかるＡＦ装置のＣＰＵ４１のメモリ４２に予め記憶させておいた複数の対物レンズ１２の種類、倍率、ＡＦ制御情報である合焦速度、焦点深度及びＳ字カーブの傾きの組み合わせデータを示している。

図４に示すように、開口数が大きい対物レンズ１２ではＳ字カーブの傾きがきつく、開口数が小さい対物レンズ１２ではＳ字カーブの傾きが緩くなっており、開口数によってカーブの傾きが異なっている。ＣＰＵ４１のメモリ４２に予め対物レンズ１２のＡＦ制御データを記憶しておけば、Ｓ字カーブの傾きを検出することで、記憶しているＡＦ制御データより、現在使用している対物レンズ１２の種類、倍率等を特定できると共に、光路中に配置された対物レンズ１２のＡＦ制御情報をＡＦ装置に設定することができる。

本ＡＦ装置におけるＡＦ制御は、対物レンズ１２に応じたＡＦ制御情報（例えば、焦点深度（ＤＯＦ）、合焦速度（Ｖ））をＡＦ制御部に記憶させて制御を行う構成である。そこで、光路中に配置されている対物レンズ１２のＡＦ制御情報が必要となる。

本実施形態にかかる顕微鏡では、観察に使用する対物レンズ１２をレボルバに配置した後、上述のＳ字カーブの傾きをＡＦ用信号処理部３１、ＣＰＵ４１を介して対物レンズ１２毎に検出し、レボルバ穴の番号と対応させてメモリ４１に傾き検出テーブルとして記憶する。そしてＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶されている図５に示すＡＦ制御情報テーブルから上記検出した傾きに対応するＡＦ制御情報をＡＦ装置に設定することで対物レンズ１２に対応するＡＦ制御を行うことができる。ＡＦ制御情報は、図５に示す、合焦速度Ｖと焦点深度ＤＯＦとかで構成されている。なお、これ以外のＡＦ制御情報としては、例えばステージ１１を駆動する際の１ステップあたりの駆動量やＬＥＤの発光光量の上限値等が挙げられる。

次に、対物レンズ１２のＳ字カーブの傾きの求め方を図６のフローを参照しつつ説明する。なお、Ｓ字カーブの傾きを検出する時、ＡＦ制御はＯＦＦにする。

（ステップＳ１）
観察者が、１個以上の対物レンズをレボルバ穴にセットし、そのうちの１つの対物レンズを光路中にセットし、ステージ１１にＡＦ光を反射する焦点検出用標本（例えば、ラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓ）が形成されたスライドガラス等）を載置する。

（ステップＳ２）
観察者は、ステージ１１を光軸に沿って上下に移動しＬ／Ｓパターンに対物レンズ１２の焦点を合焦させる。

（ステップＳ３）
観察者は、入力部４３を介してＣＰＵ４１に焦点位置誤差信号の傾き検出開始を指示する（Ｓ字カーブの傾き検出開始スイッチを操作する）。また、ＣＰＵ４１は、光路中に配置されている対物レンズ１２のレボルバ穴の番号を記憶する。

（ステップＳ４）
ＣＰＵ４１は、ＡＦ用信号処理部３１を介して前述の焦点位置誤差信号（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）の値を取得し、この（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）の値とステージ１１の位置座標を記憶する。

（ステップＳ５）
ＣＰＵ４１は、標本と対物レンズ１２との相対距離が合焦位置から離れる方向にステージ１１を所定の距離移動させ、ＡＦ用信号処理部３１を介して（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）の値を取得し、この（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）の値とステージ１１の位置座標を記憶する。標本と対物レンズ１２との相対距離が合焦位置から離れる方向にステージ１１を移動する理由は、標本と対物レンズ１２との衝突を回避するためである。なお、衝突回避用のリミットスイッチがステージ移動部に配置されている場合は、上記方向と逆方向に移動することも可能である。

（ステップＳ６）
ＣＰＵ４１は、現在の（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）の値と１ステップ前の（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）の値との差分ΔＳを算出し、この差分ΔＳの値が閾値δ以下になったら、Ｓ字カーブが直線から曲線になったと判断してステージ１１の上下動を停止する。差分ΔＳの値が閾値δ以上の場合はステップＳ５を実行する。

（ステップＳ７）
ステップＳ４、Ｓ５により取得したデータに基づき、ＣＰＵ４１はＳ字カーブのほぼ直線部分の傾きを算出しレボルバ穴の番号と共に記憶する。

（ステップＳ８）
ＣＰＵ４１は、対物レンズ１２が複数個レボルバ穴に配置されている場合、対物レンズ１２とステージ１１との距離を離した後、レボルバを回転して新たな対物レンズについてステップＳ２からステップＳ７を繰り返す。

そしてＣＰＵ４１は、レボルバに配置されている全ての対物レンズ１２についてステップＳ２からステップＳ７の処理が終了したらＳ字カーブの傾き検出を終了する。

以上の処理により、メモリ４１には、対物レンズ１２を装着したレボルバ穴の番号と検出されたＳ字カーブの傾きとを対応付けた傾き検出テーブルが記憶される。

以上で、レボルバに配置された複数の対物レンズ１２のＳ字カーブの傾き検出が完了する。

なお、上記ステップでは、標本への合焦動作を観察者が行っているが、本顕微鏡のようにステージ駆動部が上下リミットスイッチを有している場合、Ｓ字カーブの傾き検出を自動で行うことも可能である。自動の場合、観察者は対物レンズ１２をレボルバにセットしたのち、Ｓ字カーブ傾き検出開始スイッチを操作することで、レボルバにセットされた複数の対物レンズの傾きを検出することが可能である。

対物レンズ１２の傾き検出が完了したら、ＣＰＵ４１はメモリ４１の傾き検出テーブルから、レボルバ穴番号を参照して対応するＳ字カーブの傾きを読み出し、この傾きに対応するＡＦ制御情報をメモリ４１に記憶されている図５に示すＡＦ制御情報テーブルから読み出してＡＦ装置（例えば、ステージ駆動部３４）に設定する。以後、ＡＦ制御は、設定されたＡＦ制御情報を用いてステージ駆動部３４を介してステージ１１の上下動を行い、標本の所定位置に第１対物レンズ１２の焦点位置を維持するようにする。

以上により、本実施の形態にかかる顕微鏡２は、観察者がＣＰＵ４１を介してレボルバ駆動部３６を駆動して光路中に配置する対物レンズを変更した時、光路中に配置された対物レンズのレボルバ穴の番号に対応する対物レンズの傾きをメモリ４１に記憶されている傾き検出テーブルから読み出し、この傾きに対応するＡＦ制御情報をメモリ４１のＡＦ制御情報テーブルから読み出しＡＦ装置に設定することで、光路中に配置された対物レンズに対応したＡＦ制御情報に基づきＡＦ制御を行うことができる。

この結果、従来のように観察者が対物レンズのＡＦ制御情報を手動で設定する必要がなくなる。また、観察の途中で対物レンズを新たなものに交換した時にも上記Ｓ字カーブの傾きを検出する処理を行うことで、交換した対物レンズに対応したＡＦ制御情報がＡＦ装置に設定されるので、従来のように誤ったＡＦ制御情報を入力するようなミスを防ぐことができる。

このような構成によれば、以上の説明から示されるように、観察者が光路中に配置する対物レンズ１２を交換した際、光路中に配置された対物レンズ１２のレボルバ穴の番号から、対物レンズ１２に対応したＡＦ制御情報がＡＦ装置にセットすることができる。これにより、対物レンズ１２を交換して焦点位置調節レンズ８を前記オフセットゼロの位置からＡＦ制御をさせながら光軸に沿って移動させることにより、対物レンズ１２の焦点の位置を自由に任意の位置までずらすことが可能である。また、このような構成によれば、標本面１４ｂから常に一定の距離だけ光軸方向に離れたところに対物レンズ１２の焦点を合わせることができるため、標本１８をステージ上で移動して標本１８の別の部分を観察する場合や、別の標本１８に交換して観察をする場合等に効率の良い作業が可能となる。

なお、上記実施例では対物レンズ１２の焦点に標本１８を合焦させるために、ステージ１１を光軸に沿って上下に移動していたが、ステージ１１は固定とし、第１対物レンズ１２を含む観察光学系３を光軸に沿って上下に移動するような構成とすることも可能である。

また、上記実施例では、ＡＦ光として補助光を使用した場合について説明したが、観察する標本像からの光を用い像のコントラストを検出してＡＦ制御を行うコントラスト方式でも良いことは言うまでもない。また、フォーカス用光源２０は、ＬＥＤ以外の例えばレーザ光源８でも良い。また、スリット２２とレンズ２１を省略して、光源２０を直接スリット２２の位置に配置しても良い。

以上、本発明によれば、ＡＦ用の照明光を観察の対象物に照射し、その反射光を利用して対物レンズの焦点に観察の対象物を位置決めするＡＦ装置において、顕微鏡に搭載可能な対物レンズのＳ字カーブの傾きとＡＦ制御情報を関連付けたテーブルを記憶しておき、且つレボルバに配置されている対物レンズのＳ字カーブの傾きをレボルバ穴の番号と対応付けて観察前に検出することで、光路中に配置された対物レンズに対応するＡＦ制御情報を誤ることなくＡＦ装置に設定することができる。また、ＡＦ制御情報テーブルに対物レンズの倍率などの情報を併せて記憶しておくことで、光路中に配置されている対物レンズの倍率などの情報を読み込むことも可能である。

また、新たな対物レンズを光路中に配置した際、この対物レンズのＳ字カーブの傾きを検出する操作を行うことで、対応する対物レンズのＡＦ制御情報を誤ることなくＡＦ装置に設定することができる。

１ 光学装置
２ 顕微鏡装置（ＡＦ顕微鏡）
３ 観察光学系
５ フォーカス用照明光学系
７ フォーカス用結像光学系
８ 焦点位置調節レンズ
９ 焦点位置調節レンズ駆動部
１０ 可視光カットフィルタ
１１ ステージ
１２ 対物レンズ
１３ 第２対物レンズ
１４ カバーガラス
１５ スライドガラス
１６ ダイクロイックミラー
１７ 第２ハーフミラー
１８ 標本
２０ ＬＥＤ光源
２１ ＬＥＤ光源（ＬＥＤ）
２２ スリット板
２３ 第２コレクタレンズ
２４ 第１瞳制限マスク
２５ 第１ハーフミラー
２６ ＡＦ用対物レンズ
２７ ＡＦ用リレーレンズ
２８ 第２瞳制限マスク
２９ シリンドリカルレンズ
３０ ＡＦ用ＣＣＤセンサ（ＣＣＤ）
３１ ＡＦ用信号処理部
３４ ステージ駆動部
３５ 電動リボルバ駆動部
３６ カメラ用対物レンズ
３７ カメラ用リレーレンズ
３８ カメラ用ＣＣＤセンサ
４１ ＣＰＵ
４２ メモリ
４３ 入力部
４５ 光量調整ドライバー
５１ 焦点位置調節レンズ操作ダイアル

Claims (8)

1. 被検物体からの光を検出する光検出装置と、
   前記光検出装置の信号に基づき焦点位置誤差信号を検出する焦点位置検出手段と、
   前記焦点位置誤差信号に基づき前記被検物体の所定位置に対物レンズの焦点位置を合焦させる合焦動作手段と、
   予め測定された複数の対物レンズの前記焦点位置誤差信号の情報に対応するフォーカス制御情報を記憶したテーブルと、
   前記合焦動作手段を駆動して、光路中に配置された対物レンズの焦点位置誤差信号の情報を前記焦点位置検出手段を介して検出して、前記テーブルに記憶された前記フォーカス制御情報を前記合焦動作手段の制御情報として設定する制御手段と、
   を有することを特徴とするＡＦ装置。
2. 前記焦点位置誤差信号は、予め測定された複数の対物レンズの前記焦点位置誤差信号の傾きであることを特徴とする請求項１に記載のＡＦ装置。
3. 前記フォーカス制御情報は、前記対物レンズ毎の合焦速度情報と焦点深度情報の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２に記載のＡＦ装置。
4. 前記光検出器が検出する前記光は、焦点検出用の光であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＡＦ装置。
5. 前記焦点検出用の光は、赤外光であ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ＡＦ装置。
6. 前記焦点検出用の光は、可視光であ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ＡＦ装置。
7. 照明光源で照明された被検物体の像を対物レンズを介して結像する結像光学系と、
   前記被検物体からの光を検出して当該被検物体の所定位置に前記対物レンズの焦点位置を合焦させる前記ＡＦ装置と、
   を有することを特徴とする顕微鏡装置。
8. ＣＰＵに、
   少なくとも１つの対物レンズを光軸中に挿入するステップと、
   前記対物レンズと被検物体との相対距離を可変して焦点位置誤差信号を光検出器により検出するステップと、
   取得した前記焦点位置誤差信号から当該焦点位置誤差信号の傾きを算出するステップと、
   複数の対物レンズの前記傾きと当該対物レンズのフォーカス制御情報とを記録したテーブルから前記算出した傾きに対応するフォーカス制御情報を読み取るステップと、
   読み取った前記フォーカス制御情報をＡＦ装置に設定するステップと、
   を実行させることを特徴とするプログラムを記録した媒体。

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