JP2013160815A - Microscope - Google Patents

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広 渡邉
Yosuke Tamura
洋介 田村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscope capable of carrying out speedy and correct autofocus processing in accordance with the type of a sample and/or an operation mode.SOLUTION: The microscope condenses light from a sample, placed on a stage, by use of an objective lens, and picks up an image of the sample on the basis of the condensed light, thereby creating image data for observation. The microscope includes a control section that carries out autofocus such that an image of a sample is automatically focused using a target value for automatic exposure determined in accordance with the type of the sample and/or an operation mode for the microscope.

Description

本発明は、観察対象のサンプルの像を結像し、この像を撮像する機能を有する顕微鏡に関する。   The present invention relates to a microscope having a function of forming an image of a sample to be observed and capturing the image.

近年、顕微鏡の分野では、オートフォーカス(AF)機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置を搭載し、撮像装置が撮像した画像を表示部で表示する構成を有するものが知られている。撮像装置のAF処理では、CCD等の撮像素子における隣接画素を比較してコントラスト演算を行い、そのコントラスト演算値が最大となる位置を合焦位置とする方法(コントラストAF)が実用化されている。   2. Description of the Related Art In recent years, in the field of a microscope, an image pickup apparatus such as a digital camera having an autofocus (AF) function is mounted and an image captured by the image pickup apparatus is displayed on a display unit. In AF processing of an image pickup apparatus, a method (contrast AF) in which adjacent pixels in an image pickup device such as a CCD are compared and contrast calculation is performed, and a position where the contrast calculation value is maximized is used as a focus position (contrast AF) has been put into practical use. .

顕微鏡観察におけるコントラストAFでは、電気制御によって上下方向に移動するステージなどの焦準部の位置(以下、Z位置と呼ぶ)を変えて撮像を行った後、CPUなどの制御部からZ位置情報を取得し、そのZ位置情報を画像の位置情報として登録し、コントラスト演算の結果からコントラスト値が最大となる合焦位置を探す山登り法が広く実用化されている。この山登り法におけるコントラスト演算は、隣接画素の差分または隣接画素の差分の自乗を画素全体または指定した範囲で平均化することによって算出するのが一般的である。   In contrast AF in microscopic observation, the position of a focusing unit such as a stage that moves up and down by electric control (hereinafter referred to as the Z position) is changed, and then Z position information is obtained from a control unit such as a CPU. A hill-climbing method is widely put into practical use in which the Z position information is acquired and registered as image position information, and the in-focus position where the contrast value is maximized is obtained from the result of contrast calculation. The contrast calculation in this hill-climbing method is generally calculated by averaging the difference between adjacent pixels or the square of the difference between adjacent pixels over the entire pixel or a specified range.

コントラストAFの一例として、ステージをAF開始位置から細かいピッチで移動させながら、コントラストAFを行う技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。この技術では、コントラストAFを高速化するために、ステージの駆動ピッチが大きい粗フォーカス動作(以下、Roughスキャンと呼ぶ)と、ステージの駆動ピッチが小さい密フォーカス動作(以下、Fineスキャンと呼ぶ)の2種類のAF処理を行う。より具体的には、Roughスキャンで大まかな合焦位置を見つけた後に、Fineスキャンで正確な合焦位置を見つけている。この技術では、撮像装置が撮像した画像データを取得してコントラスト演算を行っているが、撮像するたびに露出時間を最適化しなければならず、AF処理に時間を要してしまうという問題がある。   As an example of contrast AF, a technique for performing contrast AF while moving the stage from the AF start position at a fine pitch is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this technique, in order to increase the contrast AF, a coarse focus operation (hereinafter referred to as Rough scan) with a large stage drive pitch and a fine focus operation (hereinafter referred to as Fine scan) with a small stage drive pitch. Two types of AF processing are performed. More specifically, after finding a rough focus position by the Rough scan, an accurate focus position is found by the Fine scan. In this technique, image data captured by the imaging device is acquired and contrast calculation is performed. However, the exposure time must be optimized every time imaging is performed, and there is a problem that AF processing takes time. .

上述した特許文献1の問題を解決するために、観察条件に適した電荷の蓄積条件を設定し、この条件と撮像素子の出力値に基づいて最適な露出時間を定める技術が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。この技術によれば、迅速かつ安定したAF処理を行うことができる。   In order to solve the problem of Patent Document 1 described above, a technique is disclosed in which a charge accumulation condition suitable for an observation condition is set, and an optimum exposure time is determined based on this condition and the output value of the image sensor ( For example, see Patent Document 2). According to this technique, a quick and stable AF process can be performed.

特開平10−197784号公報JP-A-10-197784 特開平7−13064号公報JP-A-7-13064

しかしながら、上述した従来技術のように露出時間を制御するという方法の場合、例えば以下のようなサンプルを用いる場合にAFによって合焦することができなかった。   However, in the case of the method of controlling the exposure time as in the above-described prior art, for example, when using the following sample, focusing cannot be performed by AF.

(1)ハレーションを起こしやすいサンプル
例えば金属等から成るサンプルである。この場合、ハレーションを起こすとピント位置で白飛びしてコントラストがなくなってしまい、AFによって合焦することができない。
(1) A sample that easily causes halation A sample made of metal or the like. In this case, when halation occurs, the contrast is lost due to whiteout at the focus position, and focusing cannot be performed by AF.

(2)キャリブレーションサンプル
キャリブレーションサンプルは、ズームキャリブレーションを行う際に使用されるサンプルであり、ガラスの基材の表面に予めピッチ寸法が分かっている金属のパターンを蒸着したサンプルである。キャリブレーションサンプルを用いてキャリブレーションを行う場合、ズームのストローク中の数点について、各ズーム倍率でピクセル数をカウントし、理想の倍率におけるピクセル数と比較して誤差率を算出し、測定値間を予め決まった関数で補間することにより、全ズーム領域に対してXY平面測定用の倍率誤差の補正が施される。
(2) Calibration sample The calibration sample is a sample used when zoom calibration is performed, and is a sample obtained by vapor-depositing a metal pattern whose pitch dimension is known in advance on the surface of a glass substrate. When performing calibration using calibration samples, the number of pixels is counted at each zoom magnification for several points in the zoom stroke, and the error rate is calculated by comparing with the number of pixels at the ideal magnification. Is interpolated with a predetermined function to correct the magnification error for XY plane measurement for the entire zoom region.

図13は、ズーム倍率の誤差を測定する際に使用するサンプルの構成を示す図である。同図に示すキャリブレーションサンプル201は、ガラスの基材の表面に金属のパターンを蒸着等によって形成したラインアンドスペース(L/S)サンプルである。キャリブレーションサンプル201の表面202には、高倍対物レンズ用のL/SパターンLS1、中倍対物レンズ用のL/SパターンLS2、および低倍対物レンズ用のL/SパターンLS3が形成されている。各L/Sパターンは、線幅およびピッチが互いに異なる。例えば、低倍とは5倍以下であり、中倍とは5〜20倍であり、高倍とは20倍以上である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a sample used when measuring the zoom magnification error. A calibration sample 201 shown in the figure is a line and space (L / S) sample in which a metal pattern is formed on the surface of a glass substrate by vapor deposition or the like. On the surface 202 of the calibration sample 201, an L / S pattern LS1 for a high magnification objective lens, an L / S pattern LS2 for a medium magnification objective lens, and an L / S pattern LS3 for a low magnification objective lens are formed. . Each L / S pattern has a different line width and pitch. For example, the low magnification is 5 times or less, the medium magnification is 5 to 20 times, and the high magnification is 20 times or more.

図14は、キャリブレーションサンプル201の顕微鏡画像の表示例を示す図である。同図に示す顕微鏡画像301では、ガラスと金属製のL/Sパターンとの明暗が逆転する。すなわち、顕微鏡画像301では、金属部分の反射率の高い部分の画像の輝度値は高く(白く)なり、ガラス部分の反射率の低い部分の画像の輝度値は低く(黒く)なる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a display example of a microscope image of the calibration sample 201. In the microscopic image 301 shown in the figure, the light and darkness of the glass and the metal L / S pattern are reversed. That is, in the microscope image 301, the luminance value of the image portion of the metal portion having a high reflectance is high (white), and the luminance value of the image portion of the glass portion having a low reflectance is low (black).

キャリブレーションサンプルのライン幅とスペース幅の測定は、コントラスト演算値の最大値(ピーク)からの半値幅に相当するピクセル数から求めるのが一般的である。このため、正確な線幅測定を行うためには、画像輝度値が飽和せず、自動露出のターゲット値が低め(露光アンダー)である必要がある。図15および図16は、自動露出のターゲット値が低め(70)である場合の顕微鏡画像を示す図および直線上の輝度プロファイルの一部拡大図である。また、図17および図18は、自動露出のターゲット値が高め(180)である場合の顕微鏡画像を示す図および直線上の輝度プロファイルの一部拡大図である。図17および図18に示すように画像の輝度が飽和していると、正確な線幅測定結果を得ることができない。このように、正確な線幅測定を行うためには、自動露出のターゲット値が低めであることが望ましい。   The measurement of the line width and space width of the calibration sample is generally obtained from the number of pixels corresponding to the half width from the maximum value (peak) of the contrast calculation value. For this reason, in order to perform accurate line width measurement, it is necessary that the image luminance value is not saturated and the target value for automatic exposure is low (underexposure). FIGS. 15 and 16 are a diagram showing a microscopic image when the target value of automatic exposure is low (70) and a partially enlarged view of a luminance profile on a straight line. FIGS. 17 and 18 are a diagram showing a microscopic image when the target value of automatic exposure is high (180), and a partially enlarged view of a luminance profile on a straight line. As shown in FIGS. 17 and 18, when the luminance of the image is saturated, an accurate line width measurement result cannot be obtained. Thus, in order to perform accurate line width measurement, it is desirable that the target value for automatic exposure is low.

ズームキャリブレーションを行う際には、ズーム変倍によるキャリブレーション中のピントズレを発生させないために、相対的に焦点深度が小さいズーム高倍におけるキャリブレーションを実施した後、相対的に焦点深度が大きいズーム低倍におけるキャリブレーションを実施する。この場合、最初にズーム高倍でAFを実行すると、広いサーチ範囲の中で狭い焦点深度の範囲のピントを探さなければならず、時間がかかってしまう。そこで、キャリブレーションの速度を上げるために、ズーム低倍でAFを行った後、ズーム高倍でAFをかけることが一般的である。   When performing zoom calibration, in order not to cause focus shift during calibration due to zoom magnification, after performing calibration at a zoom high magnification with a relatively small depth of focus, zoom low Perform calibration at doubling. In this case, when AF is first performed at a zoom high magnification, it is necessary to search for a focus in a narrow focal depth range within a wide search range, which takes time. Therefore, in order to increase the calibration speed, it is common to perform AF at a zoom high magnification after performing AF at a zoom low magnification.

しかし、AF処理中の露出がアンダーである場合、AF時にピントから大きく外れた位置において、撮像素子が受光する光量が激減し、顕微鏡画像が暗くなってしまう。この傾向は、更にデフォーカスした場合に顕著になる。コントラスト値を算出する際には、画像素子の隣接画素を比較しているため、顕微鏡画像が暗くなってしまうと、輝度にノイズが現れ、コントラスト値が大きくなる。図19はこのような場合の例として、ピント内外で撮像素子への入射光量が激的に変化するズーム高倍で自動露出のターゲット値が70である場合において、ピント位置から大きく外れた位置(AF開始位置に相当する位置)の直線上の輝度プロファイルを示す図である。図20は、撮像素子のシャッタスピード、ゲイン等の露出条件が図19と同様で、自動露出のターゲット値が100である場合の直線上の輝度プロファイルを示す図であり、図19に示す状態よりもピント位置に近づいた状態における直線上の輝度プロファイルを示す図である。図19と図20の比較からも明らかなように、撮像素子への入射光量はピント位置に近づくにつれ大きくなるため、画像輝度値が大きくなり、またノイズ成分も小さくなる。このため、コントラスト値は、ピント位置に近づくにつれて小さくなる。   However, when the exposure during the AF process is under, the amount of light received by the image sensor is drastically reduced at a position that is greatly out of focus during AF, and the microscope image becomes dark. This tendency becomes prominent when further defocusing is performed. When calculating the contrast value, since adjacent pixels of the image element are compared, if the microscope image becomes dark, noise appears in the luminance and the contrast value increases. As an example of such a case, FIG. 19 shows a position (AF) that deviates greatly from the focus position when the target value for automatic exposure is 70 at a zoom high magnification in which the amount of light incident on the image sensor changes dramatically in and out of focus. It is a figure which shows the brightness | luminance profile on the straight line of the position corresponding to a starting position. FIG. 20 is a diagram showing a linear luminance profile when the exposure conditions such as the shutter speed and gain of the image sensor are the same as those in FIG. 19 and the target value of automatic exposure is 100. From the state shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a luminance profile on a straight line in a state where the focus position is approached. As is clear from the comparison between FIG. 19 and FIG. 20, the amount of light incident on the image sensor increases as it approaches the focus position, so that the image luminance value increases and the noise component also decreases. For this reason, the contrast value decreases as the focus position is approached.

このように、ノイズが加わった画像でピント位置に大きく外れた場所からAFを実行すると、ピント位置に近づくにつれてコントラスト値が小さくなり、本体検出すべき合焦位置と異なる位置で合焦してしまう現象(偽合焦)が発生する。図21は、偽合焦が発生する状況を説明する図である。ズーム低倍におけるAF処理によってキャリブレーションサンプル201の表面202にピントが合った後、ズーム倍率が最大の状態でAF処理を行うと、本来のピーク位置よりもNear側でコントラストが大きくなるように立ち上がる(コントラスト曲線CH)。このため、ズーム高倍のAF処理を行う際、低コントラストの合焦位置OからNear側に移動し、移動後の位置P1からコントラスト演算処理を開始すると、コントラスト曲線CHが立ち上がった位置でサーチを行うため、ピークからのくだりに対応する変化を検出して合焦位置とは異なる位置P2で偽合焦してしまう。 As described above, when AF is performed from a position that is greatly deviated from the focus position in a noise-added image, the contrast value decreases as the focus position is approached, and the image is focused at a position different from the focus position to be detected by the main body. Phenomenon (false focus) occurs. FIG. 21 is a diagram for explaining a situation in which false focusing occurs. After focusing on the surface 202 of the calibration sample 201 by AF processing at low zoom magnification, when AF processing is performed with the zoom magnification at the maximum, the contrast rises closer to the near side than the original peak position. (Contrast curve CH). Therefore, when performing zooming high magnification AF processing, go to Near side from the position O focus low contrast, starting from the position P 1 after the transfer contrast processing, the search at a position where the contrast curve CH rises For this reason, a change corresponding to falling from the peak is detected, and false focusing is performed at a position P 2 different from the focusing position.

これに対して、自動露出のターゲット値が高め(露出オーバー)であれば、露光時間が長くなり、撮像素子が受光する光の光量は積分されるため、ノイズ成分は劇的に減少し、コントラスト値も小さくなる。図22は、ピント位置から大きく外れた位置(AF開始位置に相当する位置)で自動露出のターゲット値が200である場合の直線上の輝度プロファイルを示す図である。図22では、図19や図20に示す輝度プロファイルよりもノイズが劇的に減少していることがわかる。   On the other hand, if the target value for automatic exposure is high (overexposure), the exposure time becomes longer and the amount of light received by the image sensor is integrated, so the noise component decreases dramatically and contrast increases. The value becomes smaller. FIG. 22 is a diagram showing a luminance profile on a straight line when the target value for automatic exposure is 200 at a position far from the focus position (position corresponding to the AF start position). In FIG. 22, it can be seen that the noise is dramatically reduced as compared with the luminance profiles shown in FIGS.

以上説明したように、自動露出のターゲット値は、サンプルや動作モード等の条件に応じて最適値が変化するにも関わらず、従来の顕微鏡では、そのような条件の違いに応じた自動露出が考慮されていなかった。   As described above, the target value for automatic exposure varies depending on the conditions such as the sample and operation mode. It was not considered.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サンプル種別および/または動作モードに応じて迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することができる顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a microscope capable of executing a quick and accurate autofocus process according to a sample type and / or an operation mode.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る顕微鏡は、ステージ上に載置されたサンプルからの光を対物レンズによって集光し、この集光した光をもとに前記サンプルの像を撮像することによって観察用の画像データを生成する顕微鏡であって、前記サンプルの種類および/または当該顕微鏡の動作モードに応じて定められる自動露出のターゲット値を用いて、前記サンプルの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行う制御部を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the microscope according to the present invention condenses light from a sample placed on a stage by an objective lens, and the above-described light is collected based on the collected light. A microscope that generates image data for observation by taking an image of a sample, and using an automatic exposure target value determined according to the type of the sample and / or the operation mode of the microscope, A control unit that performs autofocusing that automatically focuses an image is provided.

また、本発明に係る顕微鏡は、上記発明において、前記サンプルの種類は、反射率によって複数の種類に分類され、前記自動露出のターゲット値は、前記反射率が大きい種類ほど小さい値を有することを特徴とする。   Further, in the microscope according to the present invention, in the above invention, the sample type is classified into a plurality of types according to reflectance, and the target value of the automatic exposure has a smaller value as the reflectance is higher. Features.

また、本発明に係る顕微鏡は、上記発明において、前記動作モードは、前記サンプルの像を自動的に合焦するオートフォーカスモードと、所定のサンプルに設けられたラインアンドスペースの線幅を測定する線幅測定モードとを有し、前記自動露出のターゲット値は、前記オートフォーカスモードに設定されている場合の値が前記線幅測定モードに設定されている値よりも大きいことを特徴とする。   In the microscope according to the present invention, in the above invention, the operation mode is an autofocus mode in which an image of the sample is automatically focused, and a line width of a line and space provided in a predetermined sample is measured. A line width measurement mode, and the target value of the automatic exposure is larger than the value set in the line width measurement mode when the auto focus mode is set.

また、本発明に係る顕微鏡は、上記発明において、前記制御部は、前記オートフォーカスにおけるコントラスト値のピーク判定を、該ピークの候補値に対してその後に得られるコントラスト値の割合に基づいて行い、前記自動露出のターゲット値は、該ターゲット値をパラメータとする以下の条件式(1)を満たす値であることを特徴とする:
ノイズによるコントラスト値×AF判定閾値<バックグラウンドノイズ ・・・(1)
ここで、前記バックグラウンドノイズは、ピント外位置で前記自動露出のターゲット値を変えた場合の前記コントラスト値の飽和値、または前記サンプルのピント面のコントラスト曲線における前記コントラスト値の最小値である。
In the microscope according to the present invention, in the above invention, the control unit performs peak determination of the contrast value in the autofocus based on a ratio of a contrast value obtained thereafter with respect to the peak candidate value, The target value of the automatic exposure is a value that satisfies the following conditional expression (1) using the target value as a parameter:
Contrast value due to noise x AF determination threshold <background noise (1)
Here, the background noise is the saturation value of the contrast value when the target value of the automatic exposure is changed at an out-of-focus position, or the minimum value of the contrast value in the contrast curve of the focus surface of the sample.

また、本発明に係る顕微鏡は、上記発明において、前記制御部は、前記オートフォーカスにおけるコントラスト値のピーク判定を、該ピークの候補値と所定の基準値との比較に基づいて行い、前記自動露出のターゲット値は、該ターゲット値をパラメータとする以下の条件式(2)を満たす値であることを特徴とする:
ノイズによるコントラスト値<ピーク値−前記基準値・・・(2)
Further, in the microscope according to the present invention, in the above invention, the control unit performs the peak determination of the contrast value in the autofocus based on a comparison between the peak candidate value and a predetermined reference value, and the automatic exposure. The target value is a value that satisfies the following conditional expression (2) using the target value as a parameter:
Contrast value due to noise <peak value−reference value (2)

本発明によれば、サンプルの種類および/または当該顕微鏡の動作モードに応じて定められる自動露出のターゲット値を用いて、前記サンプルの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行うため、サンプル種別および/または動作モードに応じて迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することができる。   According to the present invention, the auto-focus that automatically focuses the image of the sample is performed using the target value of the automatic exposure determined according to the sample type and / or the operation mode of the microscope. And / or quick and accurate autofocus processing can be executed according to the operation mode.

図1は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a microscope according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡が備える記憶部が記憶するサンプルごとのAEターゲット値を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing AE target values for each sample stored in the storage unit included in the microscope according to Embodiment 1 of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡においてキャリブレーションサンプルを用いて実験した結果得られたコントラスト曲線を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a contrast curve obtained as a result of an experiment using a calibration sample in the microscope according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡が備える記憶部が記憶するAEのステップと撮像素子のシャッタスピードとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the AE steps stored in the storage unit included in the microscope according to Embodiment 1 of the present invention and the shutter speed of the image sensor. 図5は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡が備える表示装置のモニタ画面における表示例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a display example on the monitor screen of the display device included in the microscope according to Embodiment 1 of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡が行うAF処理の概要を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an outline of AF processing performed by the microscope according to Embodiment 1 of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡が行うAF処理の概要を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an outline of AF processing performed by the microscope according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡が行うワンショットAE処理の概要を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an outline of the one-shot AE process performed by the microscope according to the first embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施の形態2に係る顕微鏡の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a microscope according to Embodiment 2 of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態2に係る顕微鏡が備える記憶部が記憶するモードごとのAEターゲット値を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating AE target values for each mode stored in the storage unit included in the microscope according to Embodiment 2 of the present invention. 図11は、本発明の実施の形態2に係る顕微鏡が備える表示装置のモニタ画面における表示例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a display example on the monitor screen of the display device included in the microscope according to the second embodiment of the present invention. 図12は、本発明の実施の形態2に係る顕微鏡が行うズームキャリブレーション処理の概要を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an overview of zoom calibration processing performed by the microscope according to the second embodiment of the present invention. 図13は、キャリブレーションサンプルの構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a calibration sample. 図14は、キャリブレーションサンプルの顕微鏡画像の表示例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a display example of a microscope image of a calibration sample. 図15は、自動露出のターゲット値が70である場合の顕微鏡画像を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a microscopic image when the target value for automatic exposure is 70. FIG. 図16は、自動露出のターゲット値が70である場合の顕微鏡画像を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a microscopic image when the target value for automatic exposure is 70. 図17は、自動露出のターゲット値が180である場合である直線上の輝度プロファイルの一部拡大図である。FIG. 17 is a partially enlarged view of a luminance profile on a straight line when the target value of automatic exposure is 180. 図18は、自動露出のターゲット値が180である場合の直線上の輝度プロファイルの一部拡大図である。FIG. 18 is a partially enlarged view of a luminance profile on a straight line when the target value of automatic exposure is 180. 図19は、ピント内外で撮像素子への入射光量が激的に変化するズーム高倍で自動露出の自動露出のターゲット値が70である場合において、ピント位置から大きく外れた位置の直線上の輝度プロファイルを示す図である。FIG. 19 shows a luminance profile on a straight line at a position greatly deviating from the focus position when the target value of the automatic exposure of the automatic exposure is 70 and the zoom is high in which the amount of incident light on the image sensor changes dramatically in and out of focus. FIG. 図20は、撮像素子のシャッタスピード、ゲイン等の露出条件が図19と同様で、図19に示す状態よりもピント位置に近づいた状態における直線上の輝度プロファイルを示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a linear luminance profile in a state where the exposure conditions such as the shutter speed and gain of the image sensor are the same as those in FIG. 19 and closer to the focus position than in the state shown in FIG. 図21は、偽合焦が発生する状況を説明する図である。FIG. 21 is a diagram for explaining a situation in which false focusing occurs. 図22は、自動露出のターゲット値が200である場合の直線上の輝度プロファイルを示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a luminance profile on a straight line when the target value of automatic exposure is 200.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings. The drawings referred to in the following description are schematic, and when the same object is shown in different drawings, the dimensions, scales, and the like may be different.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る顕微鏡の構成を示す図である。同図に示す顕微鏡1は、オートフォーカス(AF)機能を有しており、顕微鏡架台2、ステージ3、投光管4、撮像装置5、制御装置6、表示装置7を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a microscope according to Embodiment 1 of the present invention. The microscope 1 shown in FIG. 1 has an autofocus (AF) function, and includes a microscope mount 2, a stage 3, a light projection tube 4, an imaging device 5, a control device 6, and a display device 7.

顕微鏡架台2は、ステージ3を固定して支持するステージ支持部21と、投光管4を上下動可能に支持する投光管支持部22と、投光管4の上下動を制御する駆動モータ制御部23とを有する。
駆動モータ制御部23は、制御装置6から送られてくるモータ駆動量に基づいて、投光管4が有する駆動モータ45を駆動させることにより、投光管4および撮像装置5を上下動させる。
The microscope mount 2 includes a stage support portion 21 that fixes and supports the stage 3, a light projection tube support portion 22 that supports the light projection tube 4 so as to move up and down, and a drive motor that controls the vertical movement of the light projection tube 4. And a control unit 23.
The drive motor control unit 23 moves the light projecting tube 4 and the imaging device 5 up and down by driving a drive motor 45 included in the light projecting tube 4 based on the motor drive amount sent from the control device 6.

投光管4は、結像光学系41と、光源42と、光源制御部43と、ハーフミラー44と、駆動モータ45と、を有する。投光管4は、対物レンズ8を保持する。
光源42から出射した光は、ハーフミラー44で反射して対物レンズ8を経由してステージ3に載置されたサンプルSpへ照射される。これに対し、サンプルSpによって反射された光は、対物レンズ8からハーフミラー44を経由し、結像光学系41を通過して撮像素子51で集光されて電気信号へ光電変換される。
駆動モータ45は、投光管4および撮像装置5を駆動する駆動手段の機能を有する。以下、投光管4および撮像装置5をまとめて「ヘッド部」という。
The light projecting tube 4 includes an imaging optical system 41, a light source 42, a light source control unit 43, a half mirror 44, and a drive motor 45. The light projecting tube 4 holds the objective lens 8.
The light emitted from the light source 42 is reflected by the half mirror 44 and applied to the sample Sp placed on the stage 3 via the objective lens 8. On the other hand, the light reflected by the sample Sp passes from the objective lens 8 via the half mirror 44, passes through the imaging optical system 41, is condensed by the image sensor 51, and is photoelectrically converted into an electric signal.
The drive motor 45 has a function of a drive unit that drives the light projecting tube 4 and the imaging device 5. Hereinafter, the light projecting tube 4 and the imaging device 5 are collectively referred to as a “head portion”.

撮像装置5は、CCDまたはCMOS等の撮像素子51と、撮像素子51が取得した信号に対してA/D変換等の信号処理を施す信号処理部52と、撮像装置5の動作を制御する撮像制御部53とを有する。   The imaging device 5 includes an imaging device 51 such as a CCD or a CMOS, a signal processing unit 52 that performs signal processing such as A / D conversion on a signal acquired by the imaging device 51, and imaging that controls the operation of the imaging device 5. And a control unit 53.

制御装置6は、入力部61と、コントラスト演算部62と、記憶部63と、制御部64とを有する。
コントラスト演算部62は、撮像装置5から画像データを受信し、該画像データのコントラスト値を算出するコントラスト演算を行うコントラスト演算を行う。
The control device 6 includes an input unit 61, a contrast calculation unit 62, a storage unit 63, and a control unit 64.
The contrast calculation unit 62 receives image data from the imaging device 5 and performs contrast calculation for performing contrast calculation for calculating the contrast value of the image data.

記憶部63は、サンプルごとのAEターゲット値、およびAEのステップと撮像素子のシャッタスピードテーブルとの関係を記憶している。また、記憶部63は、顕微鏡1の動作を制御するプログラム(アプリケーションソフトウェア)を記憶する。   The storage unit 63 stores the AE target value for each sample and the relationship between the AE step and the shutter speed table of the image sensor. The storage unit 63 stores a program (application software) that controls the operation of the microscope 1.

図2は、記憶部63が記憶するサンプルごとのAEターゲット値を示す図である。同図に示すテーブルTb1は、サンプル反射率で分類されるサンプルごとのAEターゲット値を記録している。AEターゲット値は、各サンプルで予めコントラスト曲線を取得し、以下の条件式(1)を満足するような値が格納されている。
ノイズによるコントラスト値×AF判定閾値<バックグラウンドノイズ ・・・(1)
ここで、ピーク(候補値)に対してその後に得られるコントラスト値の割合を与えるAE判定閾値として、例えば1/2をとることができる。右辺のバックグラウンドノイズについては、図3を参照して以下に説明する。
FIG. 2 is a diagram showing AE target values for each sample stored in the storage unit 63. The table Tb1 shown in the figure records the AE target value for each sample classified by the sample reflectance. As the AE target value, a value obtained by acquiring a contrast curve in advance for each sample and satisfying the following conditional expression (1) is stored.
Contrast value due to noise x AF determination threshold <background noise (1)
Here, for example, 1/2 can be taken as the AE determination threshold value that gives the ratio of the contrast value obtained thereafter with respect to the peak (candidate value). The background noise on the right side will be described below with reference to FIG.

図3は、顕微鏡1においてキャリブレーションサンプルを用いて実験した結果得られたコントラスト曲線を示す図である。図3では、ピントから大きく外れたZ位置(AF開始時のZ位置)での露光アンダー(AE70)で、露出条件を固定した場合のコントラスト曲線C1に真のピーク値よりも大きいコントラスト値がZのNear側に生じており、偽合焦を生じる可能性がある。これに対して、ピントから大きく外れたZ位置(AF開始時のZ位置)での露光オーバー(AE210)で、露出条件を固定した場合のコントラスト曲線C2は、真のピーク値よりも大きいコントラスト値はない。このため、真のピーク値で合焦できる可能性が高い。このように、AFモードでは、移動露出のターゲット値が高め(露光オーバー)の方が、偽合焦を生じにくい。なお、図3において、バックグラウンドノイズとは、ピント外位置でAEのターゲット値を変えてコントラスト値が飽和する位置(点A)におけるコントラスト値、またはサンプルのピント面のコントラスト曲線のボトム位置(点B)におけるコントラスト値(最小値)のことである。 FIG. 3 is a diagram showing a contrast curve obtained as a result of an experiment using a calibration sample in the microscope 1. In FIG. 3, a contrast value larger than the true peak value is present in the contrast curve C 1 when the exposure condition is fixed due to underexposure (AE70) at the Z position (Z position at the start of AF) that is greatly out of focus. This occurs on the near side of Z and may cause false focus. On the other hand, the contrast curve C 2 in the case of overexposure (AE210) at a Z position (Z position at the start of AF) that is greatly out of focus, with a fixed exposure condition, has a contrast larger than the true peak value. There is no value. For this reason, there is a high possibility that focusing can be performed with a true peak value. As described above, in the AF mode, when the target value of moving exposure is high (overexposure), false focusing is less likely to occur. In FIG. 3, background noise refers to the contrast value at a position where the contrast value is saturated by changing the AE target value at an out-of-focus position (point A), or the bottom position (point of the contrast curve on the focus surface of the sample). This is the contrast value (minimum value) in B).

図4は、記憶部63が記憶するAEのステップと撮像素子のシャッタスピードとの関係を示す図である。同図に示すテーブルTb2は、AEテーブル番号が1から10の10段階の撮像素子のシャッタスピードが記録されている。   FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the AE step stored in the storage unit 63 and the shutter speed of the image sensor. In the table Tb2 shown in the figure, the shutter speeds of the image pickup elements in 10 stages of AE table numbers 1 to 10 are recorded.

制御部64は、CPU等を用いて構成され、顕微鏡1全体の動作を統括的に制御する。制御部64は、観察対象のサンプルSpの種類に応じて定められる自動露出のターゲット値を用いて、サンプルSpの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行う。制御部64は、コントラスト演算部62による演算結果の最大値および該最大値をとるときのZ座標等を記憶部63に書き込んで記憶させる。制御部64は、光源制御部43に対して光源42の明るさを調整するための指示信号を送信する。   The control unit 64 is configured using a CPU or the like, and comprehensively controls the operation of the microscope 1 as a whole. The control unit 64 performs autofocus for automatically focusing the image of the sample Sp using a target value for automatic exposure determined according to the type of the sample Sp to be observed. The control unit 64 writes and stores the maximum value of the calculation result by the contrast calculation unit 62 and the Z coordinate when the maximum value is obtained in the storage unit 63. The control unit 64 transmits an instruction signal for adjusting the brightness of the light source 42 to the light source control unit 43.

表示装置7は、顕微鏡画像等を表示するモニタ画面と、顕微鏡操作用GUIタッチパネルとを有する。タッチパネルは、モニタ画面上に積層され、外部からの接触位置に応じた入力信号を受け付ける。   The display device 7 includes a monitor screen for displaying a microscope image and the like, and a microscope operation GUI touch panel. A touch panel is laminated | stacked on a monitor screen, and receives the input signal according to the contact position from the outside.

図5は、表示装置7のモニタ画面における表示例を示す図である。同図に示す表示画像70は、顕微鏡画像を表示する顕微鏡画像表示部71と、ヘッド部を動作させてフォーカス操作を行わせる際の操作信号を入力可能なフォーカス操作入力部72と、オートフォーカスの実行を指示するAF信号を入力可能なAF操作入力部73と、光源42の明るさやオン・オフを操作する信号を入力可能な光源操作入力部74と、を有する。各操作入力部72〜74にそれぞれ表示されているアイコンの部分に外部からの接触があると、タッチパネルがその接触を検知して、接触位置に応じた信号の入力を受け付ける。   FIG. 5 is a diagram illustrating a display example on the monitor screen of the display device 7. A display image 70 shown in the figure includes a microscope image display unit 71 that displays a microscope image, a focus operation input unit 72 that can input an operation signal when operating the head unit to perform a focus operation, and an autofocusing unit. An AF operation input unit 73 capable of inputting an AF signal for instructing execution and a light source operation input unit 74 capable of inputting a signal for operating brightness and on / off of the light source 42 are provided. When there is a contact from the outside on the icon portion displayed on each of the operation input units 72 to 74, the touch panel detects the contact and receives an input of a signal corresponding to the contact position.

AF操作入力部73には、AF処理の実行を指示するAFアイコン731と、サンプルの反射率を選択するサンプル反射率アイコン732〜734が表示されている。サンプル反射率アイコン732は「60%以上」、サンプル反射率アイコン733は「10%−60%」、サンプル反射率アイコン734は「10%以下」の反射率をそれぞれ選択するためのアイコンである。サンプル反射率が60%以上のサンプルの例は金属であり、サンプル反射率が10%−60%であるサンプルの例は基板であり、サンプル反射率が10%以下のサンプルの例はガラスである。   The AF operation input unit 73 displays an AF icon 731 for instructing execution of AF processing and sample reflectance icons 732 to 734 for selecting the reflectance of the sample. The sample reflectance icon 732 is an icon for selecting a reflectance of “60% or more”, the sample reflectance icon 733 is “10% -60%”, and the sample reflectance icon 734 is a reflectance of “10% or less”. An example of a sample with a sample reflectance of 60% or more is a metal, an example of a sample with a sample reflectance of 10% -60% is a substrate, and an example of a sample with a sample reflectance of 10% or less is glass. .

図6は、以上の構成を有する顕微鏡1が行うAF処理の概要を示すフローチャートである。図7は、顕微鏡1が行うAF処理の概要を説明する図である。   FIG. 6 is a flowchart showing an outline of AF processing performed by the microscope 1 having the above configuration. FIG. 7 is a diagram for explaining the outline of the AF process performed by the microscope 1.

制御部64は、駆動モータ制御部23に対して信号を送り、ヘッド部が予め決まっているAF開始位置に移動するように駆動モータ45を駆動する(ステップS1)。   The control unit 64 sends a signal to the drive motor control unit 23 to drive the drive motor 45 so that the head unit moves to a predetermined AF start position (step S1).

続いて、制御部64は、ワンショットAE処理を実行する(ステップS2)。図8は、ワンショットAE処理の概要を示すフローチャートである。まず、制御部64は、記憶部63が記憶するテーブルTb1から、現在選択されているサンプルのAEターゲット値を取得する(ステップS21)。   Subsequently, the control unit 64 executes a one-shot AE process (step S2). FIG. 8 is a flowchart showing an outline of the one-shot AE process. First, the control unit 64 acquires the AE target value of the currently selected sample from the table Tb1 stored in the storage unit 63 (step S21).

続いて、制御部64は、記憶部63が記憶するテーブルTb2から、現在のAEテーブル番号に相当するシャッタースピードを取得し、撮像制御部53に対してシャッタースピードの設定情報を送信する(ステップS22)。なお、AEテーブル番号の初期値は5である。   Subsequently, the control unit 64 acquires a shutter speed corresponding to the current AE table number from the table Tb2 stored in the storage unit 63, and transmits shutter speed setting information to the imaging control unit 53 (step S22). ). The initial value of the AE table number is 5.

その後、制御部64は、撮像装置5から画像データを取得し、指定範囲の平均輝度値を算出する(ステップS23)。   Thereafter, the control unit 64 acquires image data from the imaging device 5 and calculates an average luminance value in the designated range (step S23).

続いて、制御部64は、ステップS23で算出した平均輝度値と、AEターゲット値 に対して予め定められているマージン値とを比較する(ステップS24)。平均輝度値が、AEターゲット値−マージン値より大きくかつAEターゲット値+マージン値よりも小さい場合(ステップS24:Yes)、制御部64はワンショットAE処理を終了する。これに対し、平均輝度値がAEターゲット値−マージン値以下であるか、またはAEターゲット値+マージン値以上である場合(ステップS24:No)、顕微鏡1はステップS25へ進む。   Subsequently, the control unit 64 compares the average luminance value calculated in step S23 with a margin value predetermined for the AE target value (step S24). When the average luminance value is larger than AE target value−margin value and smaller than AE target value + margin value (step S24: Yes), the control unit 64 ends the one-shot AE process. On the other hand, when the average luminance value is equal to or less than the AE target value−margin value or equal to or greater than the AE target value + margin value (step S24: No), the microscope 1 proceeds to step S25.

ステップS25において、制御部64は、現在平均輝度値とターゲット値の比較を行う(ステップS25)。比較の結果、平均輝度値がターゲット値より小さい場合(ステップS25:Yes)、制御部64は、AEテーブル値を1増やし(ステップS26)、ステップS22へ戻る。一方、比較の結果、平均輝度値がターゲット値以上である場合(ステップS25:No)、制御部64は、AEテーブル値を1減らし(ステップS27)、ステップS22へ戻る。   In step S25, the control unit 64 compares the current average luminance value with the target value (step S25). As a result of the comparison, when the average luminance value is smaller than the target value (step S25: Yes), the control unit 64 increases the AE table value by 1 (step S26) and returns to step S22. On the other hand, when the average luminance value is equal to or greater than the target value as a result of the comparison (step S25: No), the control unit 64 decreases the AE table value by 1 (step S27) and returns to step S22.

図6のメインルーチンを再び説明する。ステップS3において、制御部64は、駆動モータ制御部23に対して、予め決まっている粗サーチピッチで駆動モータ45を駆動する指示信号を出力する(ステップS3)。   The main routine of FIG. 6 will be described again. In step S3, the control unit 64 outputs an instruction signal for driving the drive motor 45 at a predetermined coarse search pitch to the drive motor control unit 23 (step S3).

続いて、制御部64は、撮像装置5が撮像した画像データを取得し(ステップS4)、コントラスト演算を行う(ステップS5)。   Subsequently, the control unit 64 acquires image data captured by the imaging device 5 (step S4), and performs contrast calculation (step S5).

その後、制御部64は、サーチ終了条件が成立するか否かを判定する(ステップS6)。サーチ終了条件の条件式は、以下の式(3)で与えられる。
コントラスト演算のピーク値×1/2>現在のコントラスト値 ・・・(3)
なお、左辺の1/2の代わりに1より小さい別の値を適用してもよい。また、サーチ終了条件として式(3)を適用する代わりに、例えばピーク値を超えてから所定回数連続してコントラスト演算の値が小さくなった場合にサーチを終了するようにしてもよい。
Thereafter, the control unit 64 determines whether or not a search end condition is satisfied (step S6). The conditional expression for the search end condition is given by the following expression (3).
Contrast calculation peak value × 1/2> current contrast value (3)
Note that another value smaller than 1 may be applied instead of 1/2 of the left side. Further, instead of applying the expression (3) as the search end condition, for example, the search may be ended when the value of the contrast calculation becomes smaller a predetermined number of times after the peak value is exceeded.

ステップS6でサーチ条件が成立する場合(ステップS6:Yes)、制御部64はステップS7へ移行する。一方、ステップS6でサーチ条件が成立しない場合(ステップS6:No)、制御部64はステップS3へ戻る。   When the search condition is satisfied in step S6 (step S6: Yes), the control unit 64 proceeds to step S7. On the other hand, when the search condition is not satisfied in step S6 (step S6: No), the control unit 64 returns to step S3.

ステップS7において、制御部64は、検出したピーク位置(検出ピーク位置)からFar方向へ戻した位置である微サーチ開始位置を算出する(ステップS7)。   In step S7, the control unit 64 calculates a fine search start position that is a position returned from the detected peak position (detected peak position) in the Far direction (step S7).

続いて、制御部64は、駆動モータ制御部23に信号を送り、駆動モータ45を駆動させてヘッド部を移動させる(ステップS8)。   Subsequently, the control unit 64 sends a signal to the drive motor control unit 23 to drive the drive motor 45 to move the head unit (step S8).

その後、制御部64は、駆動モータ制御部23に対して信号を送信し、予め決まっている微サーチピッチで駆動モータ45を駆動させる(ステップS9)。この後、制御部64は、撮像装置5が撮像した画像データを取得し(ステップS10)、コントラスト演算を行う(ステップS11)。   Thereafter, the control unit 64 transmits a signal to the drive motor control unit 23 to drive the drive motor 45 at a predetermined fine search pitch (step S9). Thereafter, the control unit 64 acquires image data captured by the imaging device 5 (step S10), and performs contrast calculation (step S11).

続いて、制御部64は、上記式(3)のサーチ終了条件が成立するか否かを判定する(ステップS12)。判定の結果、サーチ終了条件が成立する場合(ステップS12:Yes)、ヘッド部を検出ピーク位置へ移動させ(ステップS13)、一連のAF処理を終了する。   Subsequently, the control unit 64 determines whether or not the search end condition of the above expression (3) is satisfied (step S12). As a result of the determination, if the search end condition is satisfied (step S12: Yes), the head portion is moved to the detection peak position (step S13), and the series of AF processes is ended.

以上説明した本発明の実施の形態1によれば、各サンプルで最適な条件でAFを実行することができる。   According to the first embodiment of the present invention described above, AF can be executed under optimum conditions for each sample.

(実施の形態2)
図9は、本発明の実施の形態2に係る顕微鏡の構成を示す図である。同図に示す顕微鏡11は、AF機能を有しており、顕微鏡架台2、ステージ3、投光管9、撮像装置5、制御装置10、表示装置7を備える。投光管9および制御装置10を除く顕微鏡11の構成は、実施の形態1に係る顕微鏡1と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a microscope according to Embodiment 2 of the present invention. A microscope 11 shown in the figure has an AF function, and includes a microscope mount 2, a stage 3, a light projecting tube 9, an imaging device 5, a control device 10, and a display device 7. The configuration of the microscope 11 excluding the light projecting tube 9 and the control device 10 is the same as that of the microscope 1 according to the first embodiment.

投光管9は、結像光学系41、光源42、光源制御部43、ハーフミラー44、および駆動モータ45に加え、対物レンズ8からの光学像を拡大または縮小するズーム光学系91と、ズーム光学系91を駆動するズームモータ92と、ズームモータ92の動作を制御するズームモータ制御部93とを有する。ズームモータ制御部93は、制御部64から送られてくる駆動量に基づいてズームモータ92を駆動させることにより、ズーム光学系91を移動させる。   In addition to the imaging optical system 41, the light source 42, the light source control unit 43, the half mirror 44, and the drive motor 45, the light projecting tube 9 includes a zoom optical system 91 that enlarges or reduces the optical image from the objective lens 8, and a zoom. A zoom motor 92 that drives the optical system 91 and a zoom motor control unit 93 that controls the operation of the zoom motor 92 are included. The zoom motor control unit 93 moves the zoom optical system 91 by driving the zoom motor 92 based on the drive amount sent from the control unit 64.

制御装置10は、入力部61と、コントラスト演算部62と、記憶部101と、制御部64とを有する。制御部64は、顕微鏡1の動作モードに応じて定められる自動露出のターゲット値を用いて、サンプルSpの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行う。   The control device 10 includes an input unit 61, a contrast calculation unit 62, a storage unit 101, and a control unit 64. The control unit 64 performs autofocus for automatically focusing the image of the sample Sp using the target value of automatic exposure determined according to the operation mode of the microscope 1.

記憶部101は、設定されたモードとAEターゲット値との関係を記憶している。図10は、記憶部101が記憶するモードごとのAEターゲット値を示す図である。同図に示すテーブルTb3は、AFモードとキャリブレーションモードにおけるAEターゲット値を記憶している。AEターゲット値は、予め実験によって決められて記憶される。この実験は、ズーム倍率が最大の状態で行われる。   The storage unit 101 stores a relationship between the set mode and the AE target value. FIG. 10 is a diagram illustrating AE target values for each mode stored in the storage unit 101. A table Tb3 shown in the figure stores AE target values in the AF mode and the calibration mode. The AE target value is previously determined by experiment and stored. This experiment is performed at the maximum zoom magnification.

AFモードについては、キャリブレーションサンプルによって、予めコントラスト曲線を実験で取得しておき、上述した条件(1)を満足するAEターゲット値が格納されている。キャリブレーションモードについては、予めキャリブレーションサンプルで画像を取得し、金属部分の画像輝度値が飽和しない値が格納されている。   For the AF mode, a contrast curve is acquired in advance by an experiment using a calibration sample, and an AE target value that satisfies the above-described condition (1) is stored. As for the calibration mode, an image is acquired in advance with a calibration sample, and a value at which the image luminance value of the metal portion is not saturated is stored.

図11は、顕微鏡11が有する表示装置のモニタ画面における表示例を示す図である。同図に示す表示画像170は、顕微鏡画像を表示する顕微鏡画像表示部171と、ヘッド部を駆動させてフォーカス操作を行わせる際の操作信号を入力可能なフォーカス操作入力部172と、オートフォーカスの実行を指示するAF信号を入力可能なAF操作入力部173と、光源42の明るさやオン・オフを操作する信号を入力可能な光源操作入力部174と、キャリブレーションの実行を指示するキャリブレーション信号を入力可能なキャリブレーション操作入力部175と、ズーム倍率を変更する指示信号を入力可能なズーム操作入力部176とを有する。各操作入力部172〜176にそれぞれ表示されているアイコンの部分に外部からの接触があると、タッチパネルがその接触を検知して、接触位置に応じた信号の入力を受け付ける。   FIG. 11 is a diagram illustrating a display example on the monitor screen of the display device included in the microscope 11. The display image 170 shown in the figure includes a microscope image display unit 171 that displays a microscope image, a focus operation input unit 172 that can input an operation signal when driving the head unit to perform a focus operation, and an autofocusing unit. An AF operation input unit 173 capable of inputting an AF signal instructing execution, a light source operation input unit 174 capable of inputting a signal for operating brightness and on / off of the light source 42, and a calibration signal instructing execution of calibration Calibration operation input unit 175 and zoom operation input unit 176 capable of inputting an instruction signal for changing the zoom magnification. When there is an external contact at the icon portion displayed on each of the operation input units 172 to 176, the touch panel detects the contact and receives an input of a signal corresponding to the contact position.

図12は、顕微鏡11が行うズームキャリブレーション処理の概要を示すフローチャートである。制御部64は、ズームモータ制御部93に信号を送り、ズーム光学系91が位置合わせ用のズーム倍率(最小)となるようにズームモータ92を移動させる(ステップS31)。   FIG. 12 is a flowchart illustrating an overview of zoom calibration processing performed by the microscope 11. The control unit 64 sends a signal to the zoom motor control unit 93 to move the zoom motor 92 so that the zoom optical system 91 has a zoom magnification (minimum) for alignment (step S31).

続いて、制御部64は、記憶部63が記憶するテーブルTb1から、現在選択されているサンプルのAEターゲット値を取得し、撮像制御部53に対してAEターゲット値の設定情報を送信する(ステップS32)。   Subsequently, the control unit 64 acquires the AE target value of the currently selected sample from the table Tb1 stored in the storage unit 63, and transmits the AE target value setting information to the imaging control unit 53 (step S1). S32).

この後、制御部64は、AF処理を実行する(ステップS33)。   Thereafter, the control unit 64 performs AF processing (step S33).

ズーム倍率が最小の状態でピントが合った後、制御部64は、ズームモータ制御部93を介してズームモータ92を駆動し、ズーム光学系91のズーム倍率を、キャリブレーション開始倍率であるズーム倍率(最大)にする(ステップS34)。   After focusing in a state where the zoom magnification is minimum, the control unit 64 drives the zoom motor 92 via the zoom motor control unit 93, and the zoom magnification of the zoom optical system 91 is changed to the zoom magnification that is the calibration start magnification. (Maximum) (step S34).

その後、制御部64は、再びAF処理を実行し、ズーム倍率が最大の状態でピントを合わせる(ステップS35)。   Thereafter, the control unit 64 executes the AF process again, and focuses with the zoom magnification at the maximum (step S35).

続いて、制御部64は、ズームキャリブレーションを実行するために、記憶部101が記憶するテーブルTb3から、現在のモードに対応するAEターゲット値を取得し、撮像制御部53に対してAEターゲットの設定情報を送信する(ステップS36)。   Subsequently, in order to execute zoom calibration, the control unit 64 acquires an AE target value corresponding to the current mode from the table Tb3 stored in the storage unit 101, and sends the AE target value to the imaging control unit 53. Setting information is transmitted (step S36).

続いて、制御部64は、ズームキャリブレーション処理を実行する(ステップS37)。具体的には、顕微鏡画像を適切な画像にキャリブレーションする。この後、ズーム倍率を徐々に下げながらAE処理を実行し、L/Sの線幅を測定するキャリブレーション処理をズーム倍率が最小となるまで実行する。ここでのズームキャリブレーション処理は、キャリブレーションサンプル201の表面202のL/Sパターンを用いた公知の手法によって行われる。   Subsequently, the control unit 64 executes zoom calibration processing (step S37). Specifically, the microscope image is calibrated to an appropriate image. Thereafter, the AE process is executed while gradually reducing the zoom magnification, and the calibration process for measuring the L / S line width is executed until the zoom magnification is minimized. The zoom calibration process here is performed by a known method using the L / S pattern of the surface 202 of the calibration sample 201.

以上説明した本発明の実施の形態2によれば、動作モード(AFモード、線幅測定モード)に応じて最適な条件でAFを実行することができる。   According to the second embodiment of the present invention described above, AF can be executed under optimum conditions according to the operation mode (AF mode, line width measurement mode).

(その他の実施の形態)
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明において、AFモードでの時のワンショットAEは、予め実験で決めるのではく、AF開始時にラインプロファイルまたは指定した関心領域(ROI)をとって隣接画素にノイズがない露出時間を使うこととしてもよい。
(Other embodiments)
So far, the embodiment for carrying out the present invention has been described, but the present invention should not be limited only by the embodiment described above. For example, in the present invention, the one-shot AE in the AF mode is not determined in advance by an experiment, but takes an exposure time with no noise in adjacent pixels by taking a line profile or a designated region of interest (ROI) at the start of AF. It may be used.

また、本発明において、キャリブレーションモードでのワンショットAEは、予め実験で決めるのではく、直線上の輝度プロファイルまたは指定した関心領域(ROI)をとって飽和しない露出時間を使うこととしてもよい。   In the present invention, the one-shot AE in the calibration mode may use an exposure time that does not saturate by taking a luminance profile on a straight line or a designated region of interest (ROI), rather than preliminarily determined by experiments. .

また、本発明において、各種テーブルを更新するための上書きを行うことができるようにしてもよい。   In the present invention, overwriting for updating various tables may be performed.

また、本発明において、AF時にステージはピッチ送りとしているが、投光管を連続的に動かして、撮像毎にモータ制御部から現在の座標を取得することとしてもよい。   Also, in the present invention, the stage is pitch-pitched during AF, but the current coordinates may be acquired from the motor control unit for each imaging by continuously moving the light projection tube.

また、本発明において、AFのピーク検出方法として、オートフォーカスにおけるコントラスト値のピーク判定を、該ピークの候補値と所定の基準値との比較に基づいて行う場合、AEターゲット値は、該ターゲット値をパラメータとする以下の条件式(2)を満たすものであればよい。
ノイズによるコントラスト値<ピーク値−基準値 ・・・(2)
Further, in the present invention, when the peak determination of the contrast value in autofocus is performed based on a comparison between the peak candidate value and a predetermined reference value as an AF peak detection method, the AE target value is the target value. It is sufficient if the following conditional expression (2) is satisfied as a parameter.
Contrast value due to noise <peak value-reference value (2)

なお、本発明において、上述した3つのテーブルTb1〜Tb3を記憶部に記憶させておくことも可能である。この場合には、表示装置のモニタ画面上でオートフォーカスとキャリブレーションを選択できるとともに、サンプル反射率に応じたオートフォーカスも選択できるように表示すればよい。   In the present invention, the three tables Tb1 to Tb3 described above can be stored in the storage unit. In this case, display may be performed so that autofocus and calibration can be selected on the monitor screen of the display device, and autofocus corresponding to the sample reflectance can also be selected.

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものである。   As described above, the present invention can include various embodiments and the like not described herein.

1、11 顕微鏡
2 顕微鏡架台
3 ステージ
4、9 投光管
5 撮像装置
6、10 制御装置
7 表示装置
8 対物レンズ
21 ステージ支持部
22 投光管支持部
23 駆動モータ制御部
41 結像光学系
42 光源
43 光源制御部
44 ハーフミラー
45 駆動モータ
51 撮像素子
52 信号処理部
53 撮像制御部
61 入力部
62 コントラスト演算部
63、101 記憶部
64 制御部
70、170 表示画像
71、171 顕微鏡画像表示部
72、172 フォーカス操作入力部
73、173 AF操作入力部
74、174 光源操作入力部
91 ズーム光学系
92 ズームモータ
93 ズームモータ制御部
175 キャリブレーション操作入力部
176 ズーム操作入力部
201 キャリブレーションサンプル
202 表面
301 顕微鏡画像
732〜734 サンプル反射率アイコン
1、C2 コントラスト曲線
Sp サンプル
Tb1〜Tb3 テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Microscope 2 Microscope mount frame 3 Stages 4, 9 Projection tube 5 Imaging device 6, 10 Control device 7 Display device 8 Objective lens 21 Stage support part 22 Projection tube support part 23 Drive motor control part 41 Imaging optical system 42 Light source 43 Light source control unit 44 Half mirror 45 Drive motor 51 Imaging element 52 Signal processing unit 53 Imaging control unit 61 Input unit 62 Contrast calculation unit 63, 101 Storage unit 64 Control unit 70, 170 Display image 71, 171 Microscope image display unit 72 , 172 Focus operation input unit 73, 173 AF operation input unit 74, 174 Light source operation input unit 91 Zoom optical system 92 Zoom motor 93 Zoom motor control unit 175 Calibration operation input unit 176 Zoom operation input unit 201 Calibration sample 202 Surface 301 Microscope image 7 2-734 Sample reflectance icons C 1, C 2 contrast curve Sp sample Tb1~Tb3 table

Claims (5)

ステージ上に載置されたサンプルからの光を対物レンズによって集光し、この集光した光をもとに前記サンプルの像を撮像することによって観察用の画像データを生成する顕微鏡であって、
前記サンプルの種類および/または当該顕微鏡の動作モードに応じて定められる自動露出のターゲット値を用いて、前記サンプルの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行う制御部を備えたことを特徴とする顕微鏡。
A microscope that collects light from a sample placed on a stage by an objective lens and generates image data for observation by capturing an image of the sample based on the collected light,
A control unit that performs autofocusing that automatically focuses the image of the sample using a target value of automatic exposure determined according to the type of the sample and / or the operation mode of the microscope, Microscope.
前記サンプルの種類は、反射率によって複数の種類に分類され、
前記自動露出のターゲット値は、前記反射率が大きい種類ほど小さい値を有することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡。
The sample types are classified into a plurality of types according to reflectance,
2. The microscope according to claim 1, wherein the target value of the automatic exposure has a smaller value as the reflectance is higher.
前記動作モードは、前記サンプルの像を自動的に合焦するオートフォーカスモードと、所定のサンプルに設けられたラインアンドスペースの線幅を測定する線幅測定モードとを有し、
前記自動露出のターゲット値は、前記オートフォーカスモードに設定されている場合の値が前記線幅測定モードに設定されている値よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡。
The operation mode includes an autofocus mode for automatically focusing the image of the sample, and a line width measurement mode for measuring a line width of a line and space provided in a predetermined sample,
3. The microscope according to claim 1, wherein a target value of the automatic exposure is larger than a value set in the line width measurement mode when the auto focus mode is set.
前記制御部は、
前記オートフォーカスにおけるコントラスト値のピーク判定を、該ピークの候補値に対してその後に得られるコントラスト値の割合に基づいて行い、
前記自動露出のターゲット値は、該ターゲット値をパラメータとする以下の条件式(1)を満たす値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の顕微鏡:
ノイズによるコントラスト値×AF判定閾値<バックグラウンドノイズ ・・・(1)
ここで、前記バックグラウンドノイズは、ピント外位置で前記自動露出のターゲット値を変えた場合の前記コントラスト値の飽和値、または前記サンプルのピント面のコントラスト曲線における前記コントラスト値の最小値である。
The controller is
The peak determination of the contrast value in the autofocus is performed based on the ratio of the contrast value obtained thereafter with respect to the peak candidate value,
The microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the target value of the automatic exposure is a value that satisfies the following conditional expression (1) using the target value as a parameter:
Contrast value due to noise x AF determination threshold <background noise (1)
Here, the background noise is the saturation value of the contrast value when the target value of the automatic exposure is changed at an out-of-focus position, or the minimum value of the contrast value in the contrast curve of the focus surface of the sample.
前記制御部は、
前記オートフォーカスにおけるコントラスト値のピーク判定を、該ピークの候補値と所定の基準値との比較に基づいて行い、
前記自動露出のターゲット値は、該ターゲット値をパラメータとする以下の条件式(2)を満たす値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の顕微鏡:
ノイズによるコントラスト値<ピーク値−前記基準値・・・(2)
The controller is
The peak determination of the contrast value in the autofocus is performed based on a comparison between the peak candidate value and a predetermined reference value,
The microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the target value of the automatic exposure is a value that satisfies the following conditional expression (2) using the target value as a parameter:
Contrast value due to noise <peak value−reference value (2)
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