JP2017044975A - 顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法及び顕微鏡システムの制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】オートフォーカスユニットにおけるオートフォーカス処理用の赤外光の光路と、顕微鏡本体部の光軸とのずれを防止し、対物レンズに合わせてオートフォーカス性能を最適化できる顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法及び顕微鏡システムの制御プログラムを提供すること。【解決手段】本発明にかかる顕微鏡システムは、基準光源４からのＡＦ光を、観察光路に配置された対物レンズ３ａの光軸方向へ向けて反射するＤＭ１１と、ＤＭ１１の位置を移動させるＤＭ用モーター駆動部２９及びＤＭ用モーター３０と、標本ＳＰから反射したＡＦ光を受光する２分割ＰＤ１４とを備えたＡＦユニット１０３を有し、顕微鏡本体部１０１のコントロール部２４は、ＤＭ用モーター駆動部２９及びＤＭ用モーター３０に、対物レンズ３ａに予め対応付けられた観察光路の配置位置にＤＭ１１を移動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、顕微鏡本体部とオートフォーカスユニットとを備えた顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法及び顕微鏡システムの制御プログラムに関する。

従来、医学や生物学等の分野では、細胞等の観察に、標本を照明して観察する顕微鏡が用いられている。また、工業分野においても、金属組成等の品質管理や新素材の研究開発、電子デバイスや磁気ヘッドの検査等、種々の用途で顕微鏡が使用される。

顕微鏡のオートフォーカス（ＡＦ）処理として、標本を含む試料に、通常観察時に照射する可視光とは異なる赤外光を照射し、屈折率差を有する界面から反射される反射光を検出し、該検出した反射光の強度に基づくＡＦ信号を用いて合焦しているか否かを判断する技術が知られている。ＡＦ処理では、電気制御によって上下方向（Ｚ方向）に移動するステージなどの焦準部の位置（以下、Ｚ位置という）を変えながら赤外光の照射を行う。

例えばＡＦ処理を行う顕微鏡システムとして、ＡＦユニットを、顕微鏡本体部とは別体で構成し、顕微鏡本体部には、ＡＦユニットから出射されたＡＦ処理用の赤外光を顕微鏡本体部の対物レンズまで導くためのダイクロイックミラー（ＤＭ）が搭載された構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成において、ＡＦ処理時には、ＤＭを観察光路へ挿入し、通常観察時には、ＤＭを観察光路から退避させることで、通常観察時にＤＭの光学特性が観察光学系に影響を与えないようにしている。

特開２０１０−１５２４０９号公報

特許文献１記載の構成では、ＡＦユニット及び顕微鏡本体部の製造バラツキによって、顕微鏡本体部への装着時にＡＦユニットの光軸が顕微鏡本体部の光軸からずれてしまう場合があった。この場合には、ＡＦ処理用の赤外光の入射光路が顕微鏡本体部の観察光軸とずれてしまうため、ＡＦ処理時においてＤＭが反射した赤外光は、対物レンズの瞳中心からずれて入射してしまう。この結果、ＡＦ処理時のＡＦ信号の特性がばらついてしまい、ＡＦ性能を保持することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オートフォーカスユニットにおけるオートフォーカス処理用の赤外光の光路と、顕微鏡本体部の光軸とのずれを防止し、対物レンズに合わせてオートフォーカス性能を最適化できる顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法及び顕微鏡システムの制御プログラムを提供することを目的とする。

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システムは、観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズと観察対象物を保持するステージと前記ステージ及び前記対物レンズの少なくとも一方を前記観察光路に沿った方向に移動可能な焦準駆動部とを備えた顕微鏡本体部、並びに、オートフォーカス処理時に使用されるオートフォーカスユニットを備えた顕微鏡システムであって、前記オートフォーカスユニットは、オートフォーカス処理用の非可視光の成分を有する検出光を出射する光源と、前記観察光路に挿抜可能に配置されてなり、前記光源から出射された検出光を前記対物レンズの光軸方向へ向けて反射する一方、可視光を透過させるダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーの位置を移動させるダイクロイックミラー移動機構と、前記観察対象物で反射された前記検出光を、前記対物レンズを介して受光する検出光受光部と、を備え、前記顕微鏡本体部は、前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記観察光路に光軸を一致させて配置された前記対物レンズに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置に前記ダイクロイックミラーを移動させる制御を行うダイクロイックミラー移動制御部と、前記検出光受光部の受光結果を基に前記観察対象物に焦点が合うように前記焦準駆動部を制御する焦準駆動制御部と、を有する制御部を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記対物レンズごとに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの前記観察光路の配置位置を記憶する記憶部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、ダイクロイックミラー配置位置取得用に行われたオートフォーカス処理における前記検出光受光部の受光結果を基に演算した前記対物レンズの光軸上の焦点深度領域におけるＥＦ値が、予め設定された閾値の範囲内である前記ダイクロイックミラーの位置を、前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として、前記対物レンズごとに取得することを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記オートフォーカス処理の実行を制御するオートフォーカス処理部と、前記オートフォーカス処理ごとに前記検出光受光部の受光結果に基づいて前記焦点深度領域におけるＥＦ値を演算するＥＦ値演算部と、
前記ＥＦ値演算部が演算した前記焦点深度領域におけるＥＦ値が前記閾値の範囲内であるか否かを判定する判定部と、をさらに備え、前記ダイクロイックミラー移動制御部は、前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記ダイクロイックミラーを所定の基準位置から前記対物レンズごとに定められた移動幅で順次移動させ、前記オートフォーカス処理部は、前記ダイクロイックミラーの各位置においてそれぞれ前記オートフォーカス処理を行うように前記顕微鏡本体部及び前記オートフォーカスユニットを制御し、前記制御部は、前記ＥＦ値が前記閾値の範囲内であると前記判定部が判定した場合の前記ダイクロイックミラーの位置を前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として取得することを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記ＥＦ値が前記閾値の範囲外であると前記判定部が判定した場合、前記ＥＦ値と前記閾値の範囲との大小関係を基に前記ダイクロイックミラーの移動方向を設定する設定部をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記ＥＦ値演算部は、前記焦点深度領域におけるＥＦ値の前記対物レンズの光軸に対する傾きを演算し、前記判定部は、前記傾きが基準値と等しいか否かを判定し、前記制御部は、前記傾きが前記基準値と等しいと前記判定部が判定した場合の前記ダイクロイックミラーの位置を前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として取得することを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記制御部は、前記傾きが前記基準値と異なると前記判定部が判定した場合には、前記傾きと前記基準値との大小関係を基に前記ダイクロイックミラーの移動方向を設定する設定部をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記ダイクロイックミラーの移動幅は、前記対物レンズの瞳径に対応して前記対物レンズごとに定められていることを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムは、前記オートフォーカスユニットは、前記光源と前記ダイクロイックミラーとの間に設けられ、前記検出光の光軸方向に移動可能であるオフセットレンズと、前記オフセットレンズを前記検出光の光軸方向に所定範囲内で移動させるオフセットレンズ移動機構と、をさらに備え、前記制御部は、ダイクロイックミラー配置位置取得用に行われたオートフォーカス処理における前記検出光受光部の受光結果を基に演算した前記対物レンズの光軸上の焦点深度領域におけるＥＦ値が予め設定された閾値の範囲内である前記ダイクロイックミラーの位置のうち、前記オフセットレンズが前記所定範囲の最小位置に位置する場合の前記ダイクロイックミラーの位置を、前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として、前記対物レンズごとに取得することを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムの制御方法は、対物レンズと観察対象物を保持するとともに観察光路に沿って移動可能ステージとを備えた顕微鏡本体部、並びに、光源から出射された非可視光の成分を有する検出光を前記対物レンズの光軸方向へ向けて反射するダイクロイックミラーと前記ダイクロイックミラーの位置を移動させるダイクロイックミラー移動機構とを備えたオートフォーカスユニットを有する顕微鏡システムの制御方法であって、前記観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズを識別する対物レンズ識別処理と、各対物レンズに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を記憶する記憶部から前記対物レンズ識別処理において識別された対物レンズに対応する前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を読み出す配置位置読み出し処理と、前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記配置位置読み出し処理において読み出された前記配置位置に前記ダイクロイックミラーを移動させる制御を行うダイクロイックミラー移動制御処理と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡システムの制御プログラムは、対物レンズと観察対象物を保持するとともに観察光路に沿って移動可能ステージとを備えた顕微鏡本体部、並びに、光源から出射された非可視光の成分を有する検出光を前記対物レンズの光軸方向へ向けて反射するダイクロイックミラーと前記ダイクロイックミラーの位置を移動させるダイクロイックミラー移動機構とを備えたオートフォーカスユニットを有する顕微鏡システムに、前記観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズを識別する対物レンズ識別手順と、各対物レンズに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を記憶する記憶部から前記対物レンズ識別手順において識別された対物レンズに対応する前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を読み出す配置位置読み出し手順と、前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記配置位置読み出し手順において読み出された前記配置位置に前記ダイクロイックミラーを移動させる制御を行うダイクロイックミラー移動制御手順と、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、ダイクロイックミラー及びダイクロイックミラー駆動部をオートフォーカスユニットに設け、ダイクロイックミラーを、顕微鏡本体部の観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズに予め対応付けられたダイクロイックミラーの観察光路の配置位置に移動させることによって、オートフォーカスユニットにおけるオートフォーカス処理用の赤外光の光路と、顕微鏡本体部の光軸とのずれを防止し、対物レンズに合わせてオートフォーカス性能を最適化するという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡システムの全体の概略構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態１にかかる顕微鏡システムの要部構成を示す模式図である。 図３は、図２に示すコントロール部の内部構成を示すブロック図である。 図４は、図３に示すＤＭ位置記憶部が保持するＤＭ位置データの一例を示す図である。 図５は、図３に示す対物レンズの瞳径保持部が保持するデータの一例を示す図である。 図６は、図３に示すＤＭ駆動制御部によるＤＭの観察光路の配置位置の補正処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、図２に示す２分割ＰＤが検出する信号強度のＺ位置依存性を示す図である。 図８Ａは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図８Ｂは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図８Ｃは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図９Ａは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図９Ｂは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図９Ｃは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図１０Ａは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図１０Ｂは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図１０Ｃは、実施の形態１にかかる２分割ＰＤへの結像の様子を説明するための図である。 図１１は、実施の形態１にかかる２分割ＰＤの検出信号の強度を示すグラフである。 図１２は、実施の形態１にかかる２分割ＰＤの検出信号から算出したＥＦ値を示すグラフである。 図１３は、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。 図１４は、図１３に示すＥＦ値のＺ位置依存性が得られる場合のＤＭと対物レンズとの位置関係を説明する図である。 図１５は、図１４の位置にあるＤＭから入射するレーザー光束の対物レンズへの入射を説明する図である。 図１６は、従来の顕微鏡システムの要部構成を示す模式図である。 図１７は、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。 図１８は、図１７に示すＥＦ値のＺ位置依存性が得られる場合のＤＭと対物レンズとの位置関係を説明する図である。 図１９は、図１８の位置にあるＤＭから入射するレーザー光束の対物レンズへの入射を説明する図である。 図２０は、図３に示すコントロール部による、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭの観察光路の配置位置を取得するための処理手順を示すフローチャートである。 図２１は、図３に示すＤＭ駆動パラメータ記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。 図２２は、図３に示すＤＭ駆動パラメータ記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。 図２３は、図２に示すＤＭから入射するレーザー光束の対物レンズへの入射例を示す図である。 図２４は、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。 図２５は、図３に示すコントロール部による、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭの観察光路の配置位置を取得するための他の処理手順を示すフローチャートである。 図２６は、ＤＭ駆動パラメータ記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。 図２７は、実施の形態２にかかる顕微鏡システムの要部構成を示す模式図である。 図２８は、図２７に示すコントロール部の内部構成を示すブロック図である。 図２９は、図２８に示すオフセットレンズ移動範囲記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。 図３０は、図２８に示すコントロール部による、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭの観察光路の配置位置を取得するための処理手順を示すフローチャートである。 図３１は、図３０の処理手順を説明するための図である。 図３２は、図２７に示すオフセットレンズ群が最小位置に位置する場合にＤＭから入射するレーザー光束の対物レンズへの入射を説明する図である。 図３３は、図２７に示すオフセットレンズ群が中央位置に位置する場合にＤＭから入射するレーザー光束の対物レンズへの入射を説明する図である。 図３４は、図２７に示すオフセットレンズ群が最大位置に位置する場合にＤＭから入射するレーザー光束の対物レンズへの入射を説明する図である。 図３５は、図２７に示すオフセットレンズ群が最小位置に位置する場合の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。 図３６は、図２７に示すオフセットレンズ群が中央位置に位置する場合の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。 図３７は、図２７に示すオフセットレンズ群が最大位置に位置する場合の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。

以下、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）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は、各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡システムの全体の概略構成を示す模式図である。図１に示す顕微鏡システム１００は、倒立型であって、ステージ１及びレボルバ本体２を有する顕微鏡本体部１０１と、結像レンズ及びミラー等を介して入射された観察像を拡大する接眼レンズ１０２と、を備える。接眼レンズ１０２は、一または複数のレンズを用いて構成される。本実施の形態１では、観察対象物である標本ＳＰが、培養液とともにディッシュ２８に収容されているものとして説明する。

ステージ１は、ディッシュ２８を保持し、観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズの光軸方向に移動可能である。レボルバ本体２は、対物レンズ３ａ〜３ｃを保持するとともに、自身の回転動作によりいずれかの対物レンズを観察光路に光軸を一致させた状態で配置する。なお、実施の形態１では、対物レンズ３ａは、焦点深度が中間のＮＡ（中ＮＡ）の対物レンズであり、対物レンズ３ｂは、焦点深度が小さいＮＡ（高ＮＡ）の対物レンズ、対物レンズ３ｃは、焦点深度が大きいＮＡ（低ＮＡ）の対物レンズであるものとして説明する。

顕微鏡システム１００におけるオートフォーカス（ＡＦ）機構について、図２を参照して説明する。ＡＦ機構は、焦点を標本ＳＰに自動で合焦させる機構である。図２は、本実施の形態１にかかる顕微鏡システム１００の要部構成を示す模式図である。図２に示すように、顕微鏡システム１００においては、顕微鏡本体部１０１とオートフォーカス（ＡＦ）ユニット１０３とが別体であり、顕微鏡本体部１０１にＡＦユニット１０３が装着されてＡＦ処理が実行される。また、図２の例では、対物レンズ３ａが、観察光路に光軸を一致させて配置されている。

ＡＦユニット１０３は、基準光源４、コリメートレンズ５、投光側ストッパー６、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）７、集光レンズ群８、オフセットレンズ群９、λ／４板１０、ダイクロイックミラー（ＤＭ）１１、受光側ストッパー１２、集光レンズ群１３、２分割フォトダイオード（ＰＤ）１４、オフセットレンズ用モーター１７、オフセットレンズ用モーター駆動部２０、レーザー駆動部２２、Ａ／Ｄ変換器２３、オフセットレンズ用リミット検出部２７、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０及びＤＭ用リミット検出部３１を備える。

基準光源４は、ＡＦ処理時に用いられる光源であって、赤外線等の非可視光領域の光源が使用される。基準光源４は、レーザー駆動部２２による駆動制御によって、ＡＦを行うためのＡＦ光（検出光）として、非可視光の成分を有する赤外レーザー光を出射するレーザーダイオード（ＬＤ）である。基準光源４は、パルス点灯等を行ない、発光強度の強弱をコントロールするレーザー駆動部２２により制御される。

コリメートレンズ５は、平行光を保つために設けられる。投光側ストッパー６は、コリメートレンズ５を通過した平行光の光束の半分をカットする。ＰＢＳ７は、ＡＦ光を透過するとともに、ＡＦ光の偏光成分を反射する。集光レンズ群８は、ＰＢＳ７を透過した光の光束を一旦集光するとともに、オフセットレンズ群９を透過した光を透過する。

オフセットレンズ群９は、基準光源４とＤＭ１１との間に設けられる。オフセットレンズ群９は、オフセットレンズ用モーター１７により焦点距離を変更するズーム機構と、ＡＦ光の光軸方向への移動を行なう機構の両方を兼ね備えた構成になっており、オフセットレンズ用モーター駆動部２０によるオフセットレンズ用モーター１７の駆動により、調整される。また、オフセットレンズ群９のＡＦ光の光軸方向における所定範囲の両端には、オフセットレンズ用リミット検出部２７が設けられており、オフセットレンズ群９の光軸方向の移動範囲を制限している。図２の例では、図の左方向を＋方向、図の右方向を−方向として、オフセットレンズ群９が移動される。

λ／４板１０は、直線偏光を楕円偏光や円偏光に、また逆に楕円偏光や円偏光を直線偏光に変える。

ＤＭ１１は、赤外域の光を反射し、可視域の光を通過させる。ＤＭ１１は、ＡＦ光を反射する。ＤＭ１１は、ＡＦ処理時に、観察光路に挿抜可能に配置される。この場合には、ＤＭ１１は、基準光源４から出射されたＡＦ光を、観察光路に光軸を一致させて配置された対物レンズ３ａの光軸方向へ向けて反射する一方、可視光を透過させる。ＤＭ１１は可視光を透過するため、標本ＳＰを視察するための可視光、すなわち観察光および照明光は、観察光路に挿入された対物レンズを介して、接眼レンズ１０２に至り、標本ＳＰを観察することが可能になる。ＤＭ１１は、通常観察時には、ＤＭ１１が観察光学系に影響を与えないように、観察光路から退避される。ＤＭ１１は、ＤＭ用モーター３０により、ＤＭ１１の観察光路への挿入方向に沿って移動できる構成になっており、ＤＭ用モーター駆動部２９によるＤＭ用モーター３０の駆動により、位置が変更される。ＤＭ用モーター駆動部２９及びＤＭ用モーター３０は、ＤＭ移動機構である。また、ＤＭ１１の観察光路への挿入方向における所定範囲の端部には、ＤＭ用リミット検出部３１が設けられており、ＤＭ１１の移動範囲を制限している。図２の例では、図の左方向を＋方向、図の右方向を−方向として、ＤＭ１１が移動される。

受光側ストッパー１２は、ＰＢＳ７により反射されたＡＦ光の偏光成分の光の光束の半分をカットする。集光レンズ群１３は、ＰＢＳ７により反射されたＡＦ光の偏光成分の光を２分割ＰＤ１４に集光する。

２分割ＰＤ１４は、光軸を中心に二つの受光領域（第１領域Ｒ_Ａ、第２領域Ｒ_Ｂ）を有するフォトダイオードにより実現される光検出器である。２分割ＰＤ１４は、観察対象物で反射されたＡＦ光を、対物レンズ、ＤＭ１１、オフセットレンズ群９を含む検出光路を介して受光する。２分割ＰＤ１４で結像されたスポットの光強度に応じた電流信号は、電流／電圧変換された後に所定の増幅率をもって増幅され、その後Ａ／Ｄ変換器２３にてデジタル値に変換されてからコントロール部２４で演算処理される。

顕微鏡本体部１０１は、レボルバ用モーター１５、焦準用モーター１６、レボルバ用モーター駆動部１８、焦準用モーター駆動部１９、レボ穴位置検出部２１、コントロール部２４、パルスカウンタ２５及びＪＯＧエンコーダ２６を備える。

レボルバ用モーター１５は、レボルバ用モーター駆動部１８による制御のもと、レボルバ本体２を回転させて任意の対物レンズ（対物レンズ３ａ〜３ｃのいずれか）を光路中に挿入させるために電気的な駆動を行なう。

焦準用モーター１６は、焦準用モーター駆動部１９の制御のもと、観察対象となる標本ＳＰ（ディッシュ２８）を載置する焦準部としてのステージ１を観察光路に沿った方向（Ｚ方向）に移動する。

レボ穴位置検出部２１は、レボルバ本体２のどの対物レンズ取付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出する。レボ穴位置検出部２１は、例えば、磁気センサや光学センサ、ボタン等を用いて構成される。

このような電動レボルバにおいて、コントロール部２４からの信号を受けるレボルバ用モーター駆動部１８の駆動によりレボルバ用モーター１５が回転駆動し、レボルバ本体２のどの穴位置に対物レンズが装着されているかを検出するレボ穴位置検出部２１で検出された情報がコントロール部２４へ送られる。

また、観察者が直接操作する操作部として、レボルバ本体２を回転させて、光路上に配置する対物レンズを変更するための対物レンズ変換スイッチ（不図示）、ＡＦ動作の設定／解除を行なうＡＦスイッチ、並びにステージ１の上下動およびオフセットレンズ群９の移動を指示するためのＪＯＧエンコーダ２６が設けられている。ＪＯＧエンコーダ２６からのエンコーダ信号は、パルスカウンタ２５にてパルス数に変換されてコントロール部２４に送られる。コントロール部２４は、このパルスカウンタ２５からのパルス数を読込むことでＪＯＧエンコーダ２６がどちらの方向にどれだけ回転されたかを判断し、ＪＯＧエンコーダ２６の回転量に応じて各々の駆動部を動かすようになっている。

コントロール部２４は、周知のＣＰＵ（Central Processing Unit）回路であり、ＣＰＵ本体、制御プログラムを格納したＲＯＭ、制御に必要なデータを随時格納する揮発性メモリであるＲＡＭ、制御信号の入出力を行なうＩ／Ｏポート、およびこれらの各部を接続するデータバス、発振器、アドレスデコーダ等の周知の周辺回路から構成され、データバスおよびＩ／Ｏポートを介して周辺装置の制御を行なう。

図３は、本実施の形態１にかかる顕微鏡装置の要部の構成を示すブロック図であって、コントロール部２４の内部構成を示すブロック図である。コントロール部２４は、入出力部２４０、検出信号記憶部２４１、ＥＦ値演算部２４２、ＡＦ処理部２４３、△ＥＦ演算部２４４、ＥＦ基準データ記憶部２４５、焦準部駆動制御部２４６、レボルバ駆動制御部２４７、レーザー駆動制御部２４８、ＤＭ位置記憶部２４９、ＤＭ駆動制御部２５０（ダイクロイックミラー移動制御部）、ＤＭ基準位置記憶部２５１、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２、対物レンズの瞳径保持部２５３、判定部２５４及び設定部２５５を備える。各記憶部は、例えば、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現され、各々が個別のメモリにより構成されるものであってもよいし、一つのメモリにより構成されるものであってもよい。

入出力部２４０は、Ａ／Ｄ変換器２３にてデジタル値に変換された２分割ＰＤ１４の検出値、パルスカウンタ２５にてパルス数に変換されたＪＯＧエンコーダ２６からのエンコーダ信号、または現在光路中に挿入されているレボルバ本体２の対物レンズ取付け位置を入力する。入出力部２４０は、レボルバ用モーター駆動部１８、焦準用モーター駆動部１９、オフセットレンズ用モーター駆動部２０、レーザー駆動部２２及びＤＭ用モーター駆動部２９を駆動するための駆動信号を各駆動部に対して出力する。

検出信号記憶部２４１は、Ａ／Ｄ変換器２３にてデジタル値に変換された２分割ＰＤ１４の検出値を格納する。ＥＦ値演算部２４２は、検出信号記憶部２４１に格納された２分割ＰＤ１４の検出値に基づいて、観察光路に配置される対物レンズの光軸上の焦点深度領域におけるＥＦ値を算出する。ＡＦ処理部２４３は、ＥＦ値演算部２４２で算出した焦点深度領域におけるＥＦ値を用いて、後述するＡＦ処理、及び、図２０に示すＤＭ１１の観察光路の配置位置取得用のＡＦ処理を実行する。

△ＥＦ演算部２４４は、焦点深度領域におけるＥＦ値の、対物レンズの光軸に対する傾き△ＥＦ´値を演算する。

ＥＦ基準データ記憶部２４５は、対物レンズごとに、対物レンズの光軸上の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ軸に対する傾きの基準値を記憶する。

焦準部駆動制御部２４６は、焦準用モーター駆動部１９に焦準用モーター１６の駆動を指示する。実施の形態１では、顕微鏡本体部１０１の構成として、焦準用モーター１６及び焦準用モーター駆動部１９を設けて、ステージ１を焦準部として観察光路に沿ったＺ方向に移動可能である例を示すが、顕微鏡本体部１０１は、観察光路に配置される対物レンズを上下動するモーター及びモーター駆動部を設けて、観察光路に光軸を一致させて配置された対物レンズを観察光路に沿ったＺ方向に移動可能とした構成であってもよい。この場合には、焦準部駆動制御部２４６は、観察光路に配置される対物レンズを上下動するためのモーターの駆動を該モーターのモーター駆動部に指示する。

レボルバ駆動制御部２４７は、電動レボルバの駆動を指示する。レーザー駆動制御部２４８は、レーザー駆動部２２に基準光源４の駆動を指示する。

ＤＭ位置記憶部２４９は、対物レンズごとに予め対応付けられたＤＭ１１の観察光路の配置位置をＤＭ位置データとして記憶する。ＤＭ１１の観察光路の配置位置は、ＡＦ処理時におけるＤＭ１１の観察光路への挿入位置である。対物レンズごとに対応付けられたＤＭ１１の観察光路の配置位置は、ＡＦユニット１０３におけるＡＦ光の光路と顕微鏡本体部１０１の光軸とが一致するように、予めＤＭ位置取得用の調整処理を対物レンズごとに行うことによって取得されたものである。図４は、ＤＭ位置記憶部２４９が保持するＤＭ位置データの一例である。ＤＭ位置記憶部２４９は、テーブルＴ０に示すように、各対物レンズ３ａ〜３ｃと、各対物レンズ３ａ〜３ｃに対応するＤＭ１１の観察光路への挿入位置の基準位置に対する各補正値とをそれぞれ対応付けたデータを記憶する。

ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ１１の移動のためにＤＭ用モーター駆動部２９にＤＭ用モーター３０の駆動を指示する。ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９及びＤＭ用モーター３０に、ＡＦ処理時に、観察光路に光軸を一致させて配置される対物レンズに予め対応付けられたＤＭ１１の観察光路の配置位置にＤＭ１１を移動させる。ＤＭ駆動制御部２５０は、後述のＤＭ基準位置記憶部２５１が記憶する各基準位置と、ＤＭ位置記憶部２４９が記憶する各補正値との中から、ＤＭ１１の基準位置と、実際に観察光路に光軸を一致させて配置される対物レンズに対応付けられたＤＭ１１の補正値とを取得し、基準位置から補正値分移動させた位置に、ＤＭ用モーター駆動部２９にＤＭ用モーター３０の駆動を指示してＤＭ１１を移動させる。

ＤＭ基準位置記憶部２５１は、ＤＭ１１の所定の基準位置を対物レンズごとに記憶する。ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２は、ＤＭ位置取得用の調整処理において使用される各種パラメータを記憶する。

対物レンズの瞳径保持部２５３は、各対物レンズの瞳径を対物レンズに対応付けて記憶する。図５は、対物レンズの瞳径保持部２５３が保持するデータの一例である。対物レンズの瞳径保持部２５３は、図５のテーブルＴ１に示すように、各対物レンズ３ａ〜３ｃと、各対物レンズ３ａ〜３ｃの瞳径とをそれぞれ対応付けたデータを記憶する。

判定部２５４は、ＤＭ位置取得用の調整処理において、△ＥＦ演算部２４４が演算した傾き△ＥＦ´が、基準値と等しいか否かを判定する。コントローラ部２４は、後述の図２０に示すＤＭ１１の観察光路の配置位置取得処理において、判定部２５４が、△ＥＦ演算部２４４が演算した傾き△ＥＦ´が、基準値と等しいと判定したＤＭ１１の位置を、ＤＭ１１の観察光路の配置位置として取得する。

設定部２５５は、判定部２５４の判定結果に応じて、△ＥＦ演算部２４４が演算した傾き△ＥＦ´と基準値との大小関係を基に、ＤＭ位置取得用の調整処理におけるＤＭ１１の移動方向を設定する。

実施の形態１では、ＡＦ処理前に、ＤＭ１１の観察光路の配置位置を、観察光路に光軸を一致させて配置する対物レンズに応じた配置位置となるように補正することによって、ＡＦユニット１０３におけるＡＦ光の光路と顕微鏡本体部１０１の光軸とを一致させている。図６は、ＤＭ駆動制御部２５０によるＤＭ１１の観察光路の配置位置の補正処理の処理手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、まず、ＤＭ駆動制御部２５０は、レボ穴位置検出部２１の検出結果を基に、観察光路に位置するように選択された対物レンズ名を取得し（ステップＳ１０１）、観察光路に光軸を一致させて配置された対物レンズを識別する処理を行う。ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ基準位置記憶部２５１からＤＭ１１の基準位置を読み出すとともに、ＤＭ位置記憶部２４９が記憶するＤＭ位置データから、ステップＳ１０１において取得した対物レンズ名に対応するＤＭ１１の挿入位置の補正値を読み出して取得する（ステップＳ１０２）。言い換えると、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ基準位置記憶部２５１及びＤＭ位置記憶部２４９からステップＳ１−１において識別された対物レンズに対応するＤＭ１１の観察光路の配置位置を読み出す。ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９及びＤＭ用モーター３０に対し、ステップＳ１０２において取得した基準位置を補正値で補正した挿入位置（観察光路のＤＭ１１の配置位置）に、ＤＭ１１を移動させて（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

次に、ＡＦ処理について説明する。図２に戻り、ＡＦユニット１０３において、基準光源４から発せられたＡＦ光としての赤外レーザー光は、コリメートレンズ５を通り、投光側ストッパー６を介して標本ＳＰ側に導かれる。すなわち、集光レンズ群８により一旦集光された光束は、オフセットレンズ群９を通り、λ／４板１０を通過し、ＤＭ１１により反射される。ＤＭ１１は、ＡＦ処理前に、図６の処理手順をＤＭ駆動制御部２５０が行うことによって、ＡＦ処理時においては、光路に配置される対物レンズに予め対応付けられた補正位置に位置する。

ＤＭ１１により反射されたＡＦ光は、対物レンズにより標本ＳＰ（またはディッシュ２８）にスポット状の像を形成する。そして、標本ＳＰにより反射されたＡＦ光は、対物レンズ、ＤＭ１１を介し、λ／４板１０を通過する。その後、オフセットレンズ群９、集光レンズ群８を通過し、ＰＢＳ７へ入射する。ＰＢＳ７で反射されたＡＦ光の偏光成分は、受光側ストッパー１２、集光レンズ群１３を通過した後に２分割ＰＤ１４に結像される。

図７は、２分割ＰＤ１４が検出する信号強度のＺ位置（例えばステージ１のＺ方向の位置）依存性を示す図である。Ｚ軸は、観察光路に沿った方向を示す軸であり、観察光路に光軸を一致させて配置される対物レンズの光軸と平行である。２分割ＰＤ１４の受光領域は、反射光の光軸を中心にして二つの領域（第１領域Ｒ_Ａ、第２領域Ｒ_Ｂ）に分けられ、２分割ＰＤ１４は、分割された二つの領域に対応するセンサがそれぞれの領域の光強度を検出信号Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂとして検出する（図７参照）。そして、ＥＦ値演算部２４２が、これらの差（Ｑ_Ａ−Ｑ_Ｂ）をこれらの和（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）（図７参照）で除算した値（（Ｑ_Ａ−Ｑ_Ｂ）／（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ））をＥＦ値として算出し、ＡＦ処理部２４３が、そのＥＦ値を用いて合焦判定を行なう。図７の線Ｃ_ＥＦは、ＥＦ値のＺ位置依存性を示す。コントロール部２４は、対物レンズと標本ＳＰとの距離を相対的に変化させ、ＥＦ値がほぼ０とみなせるＺ位置を合焦位置と判定している。

次に、顕微鏡システム１００によって実行されるＡＦ処理について説明する。ＡＦ動作の設定／解除を行なうＡＦスイッチが押下されると、コントロール部２４は、ＡＦ用の赤外光のスポットを標本ＳＰに照射させるためにレーザー駆動部２２に信号を与え、基準光源４の発振を開始する。

基準光源４からの光束により標本ＳＰにスポットが照射され、その反射光が２分割ＰＤ１４に投影される。そして、この投影されたスポットの位置によりＡＦ制御が行なわれる。

図８Ａ〜８Ｃ、図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃは、２分割ＰＤ１４への結像の様子を説明するための図であり、図８Ａ〜８Ｃが中ＮＡの対物レンズ３ａを用いた場合、図９Ａ〜９Ｃが高ＮＡの対物レンズ３ｂを用いた場合、図１０Ａ〜１０Ｃが低ＮＡの対物レンズ３ｃを用いた場合である。

まず、中ＮＡの対物レンズ３ａの場合であって、ディッシュ２８の底面の位置が合焦位置より下の場合、すなわちディッシュ２８の底面が対物レンズ３ａから近い位置の場合を考える。この場合、ＡＦ光は、ディッシュ２８の底面から早く反射されるので、図８Ｂに示すように、２分割ＰＤ１４に結像されるスポット像２０１ａは、中心位置から第１領域Ｒ_Ａ側に結像される。他方、ディッシュ２８の底面が合焦位置より上にある場合、すなわちディッシュ２８の底面が対物レンズ３ａから遠い位置の場合には、図８Ａに示すように、２分割ＰＤ１４に結像されるスポット像２０２ａは、第２域Ｒ_Ｂ側に結像される。これに対し、ディッシュ２８の底面が正確に合焦位置にある場合のスポット像２０３ａは、図８Ｃに示すように、第１領域Ｒ_Ａおよび第２領域Ｒ_Ｂが共に均等な範囲でほぼ光軸の中心に結像する。さらに、この場合は焦点位置にあるために中心の光強度は最も高くなっている。

高ＮＡの対物レンズ３ｂの場合は、図９Ａ，９Ｂに示すように、合焦位置より下、上のスポット像の形状２０１ｂ，２０２ｂは、中ＮＡの対物レンズのスポット像２０１ａ，２０２ａに比べて大きくなる。低ＮＡの対物レンズ３ｃの場合は、図１０Ａ，１０Ｂに示したように、合焦位置より下、上のスポット像の形状２０１ｃ，２０２ｃは、中ＮＡの対物レンズのスポット像２０１ａ，２０２ａに比べて小さくなる。また、図９Ｃ，１０Ｃに示すように、ディッシュ２８の底面が正確に合焦位置にある場合のスポット像２０３ｂ，２０３ｃは、第１領域Ｒ_Ａおよび第２領域Ｒ_Ｂが共に均等な範囲でほぼ光軸の中心に結像する。

このように、２分割ＰＤ１４のフォトダイオードに形成されるスポットは、中ＮＡ、高ＮＡ、低ＮＡの対物レンズによって異なる。上述したように２分割ＰＤ１４は、フォトダイオードの領域を反射光の光軸を中心にして二つの領域（第１領域Ｒ_Ａ、第２領域Ｒ_Ｂ）に分け、２個のセンサとしてそれぞれの領域の光強度を検出信号として検出する。コントロール部２４は、Ｚ位置における焦点深度領域におけるＥＦ値を算出して合焦判定を行なう。

具体的には、対物レンズと標本ＳＰとの距離を相対的に変化させ、ＥＦ値が０となるようにステージ１を移動することによりＡＦ動作を行なう。すなわち、第１領域Ｒ_Ａからの出力（検出信号Ｑ_Ａ）が大きい場合はステージ１を下に駆動し、第２領域Ｒ_Ｂからの出力（検出信号Ｑ_Ｂ）が大きい場合は上に移動する。これにより、標本ＳＰに正確に合焦できることになる。

このような移動量は、対物レンズの特性、基準光源４の使用波長により異なることから、予め対物レンズ３ａ〜３ｃごとの移動値をＲＯＭあるいはその他の記憶媒体、例えば不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ等に格納しておく。

図１１は、２分割ＰＤ１４の検出信号の強度を示すグラフであり、Ｑ_Ａｍが中ＮＡの対物レンズを用いて検出した場合の検出信号Ｑ_Ａの出力値（信号強度）にかかる曲線、Ｑ_Ｂｍが中ＮＡの対物レンズを用いて検出した場合の検出信号Ｑ_Ｂの出力値（信号強度）にかかる曲線、Ｑ_Ａｈが高ＮＡの対物レンズを用いて検出した場合の検出信号Ｑ_Ａの出力値（信号強度）にかかる曲線、Ｑ_Ｂｈが高ＮＡの対物レンズを用いて検出した場合の検出信号Ｑ_Ｂの出力値（信号強度）にかかる曲線、Ｑ_Ａｌが低ＮＡの対物レンズを用いて検出した場合の検出信号Ｑ_Ａの出力値（信号強度）にかかる曲線、Ｑ_Ｂｌが低ＮＡの対物レンズを用いて検出した場合の検出信号Ｑ_Ｂの出力値（信号強度）にかかる曲線を示す。図１１に示すグラフでは、縦軸が出力値であり、横軸が光軸に対するステージ１（焦準部）位置である。図１２は、２分割ＰＤ１４の検出信号Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂから算出したＥＦ値（（Ｑ_Ａ−Ｑ_Ｂ）／（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ））を示すグラフであって、ＥＦ_Ｍが中ＮＡの対物レンズのＥＦ値にかかる曲線、ＥＦ_Ｈが高ＮＡの対物レンズのＥＦ値にかかる曲線、ＥＦ_Ｌが低ＮＡの対物レンズのＥＦ値にかかる曲線を示す図である。

ＡＦ処理部２４３は、検出信号Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂの和（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）、およびＥＦ値（（Ｑ_Ａ−Ｑ_Ｂ）／（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ））を用いて以下のように合焦位置の判定を行う。まず、対物レンズ３ａ〜３ｃごとに設定されているノイズ判定閾値（Ｎ_ＴＨ）を不揮発性メモリ（不図示）から読み出し、（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）の値と比較する。その結果、（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）の値が所定のノイズ判定閾値Ｎ_ＴＨより小さければ、すなわち、（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）＜Ｎ_ＴＨであれば、コントロール部２４は、ディッシュ２８の底面を補足していないと判定し、（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）の値がノイズ判定閾値Ｎ_ＴＨ以上になるように、すなわち（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）≧Ｎ_ＴＨが成立するように、ステージ１を駆動する。

ディッシュ２８の底面を補足する範囲は、図１１に示す通り、低ＮＡの対物レンズの場合が範囲Ｒ_１１であり、同様に中ＮＡの対物レンズが範囲Ｒ_１２、高ＮＡの対物レンズが範囲Ｒ_１３であり、高ＮＡの対物レンズが最も狭く、対物レンズの倍率が小さくなるほどこの範囲は広くなる。

そして、（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）≧Ｎ_ＴＨが成立すると、コントロール部２４は、ＥＦ値が所定の合焦範囲内に入るように、ステージ１を駆動する。すなわち、下式（１）が成立するように、コントロール部２４はステージ１を移動させ、成立したところでステージ１の動作を止める。
−Ｆ_ＴＨ＜（Ｑ_Ａ−Ｑ_Ｂ）／（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）＜＋Ｆ_ＴＨ ・・・（１）

ここで、Ｆ_ＴＨは合焦判定閾値であり、ステージ１の位置が各対物レンズの焦点深度領域内に必ず移動されるように決められており、対物レンズごとに設定されている値である。図１３及び図１７は、図７における領域Ａ_１を拡大した一例、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。領域Ａ_１は、焦点深度領域を含む範囲であって、ＥＦ値のＺ位置依存性を示す線Ｃ_ＥＦ−１，Ｃ_ＥＦ−２がほぼ直線とみなせる領域である。図１４は、ＥＦ値のＺ位置依存性として図１３に示す線Ｃ_ＥＦ−１が得られる場合のＤＭ１１と対物レンズ３ａとの位置関係を説明する図である。図１５は、図１４の位置にあるＤＭ１１から入射するレーザー光束の対物レンズ３ａへの入射を説明する図である。図１６は、従来の顕微鏡システムの要部構成を示す模式図である。図１８は、ＥＦ値のＺ位置依存性として図１７に示す線Ｃ_ＥＦ−２が得られる場合のＤＭ１１と対物レンズ３ａとの位置関係を説明する図である。図１９は、図１８の位置にあるＤＭ１１から入射するレーザー光束の対物レンズ３ａへの入射を説明する図である。図１３及び図１７の例では、合焦判定閾値Ｆ_ＴＨは、１０００に設定されている。

図１３に示す例では、コントロール部２４は、焦点深度領域におけるＥＦ値が±１０００の値となる閾値範囲Ｚ_ＴＨ−１にステージ１が入れば合焦と判定する。また、図１７に示す例では、コントロール部２４は、閾値範囲Ｚ_ＴＨ−２にステージ１が入れば合焦と判定する。ここで、図１３に示す線Ｃ_ＥＦ−１の傾きは、図１７に示す線Ｃ_ＥＦ−２の傾きと比較して急峻である。これに伴い、閾値範囲Ｚ_ＴＨ−１は、図１７に示す閾値範囲Ｚ_ＴＨ−２よりも狭くなってしまう。これは、図１４に示すように、ＡＦ処理時に観察光路に挿入されたＤＭ１１が、対挿入方向における＋側の位置Ｄ_１にずれてしまっているため、図１５に示すように、ＤＭ１１から入射するレーザー光束Ｌｉも対物レンズ３ａの瞳Ｐの中心Ｏから端部側にずれてしまうことに起因する。この場合には、コントロール部２４は、ごく狭い閾値範囲Ｚ_ＴＨ−１内にステージ１の位置を合わせ込む必要があり、ノイズや振動の影響を受けると合焦判定が収束しにくくなる。また、線Ｃ_ＥＦの傾きが緩やかである場合（不図示）には、焦点深度から外れたところで合焦判定するおそれがある。

図１６に示す従来の顕微鏡システム１００Ｐでは、顕微鏡本体部１０１Ｐ内の一定の位置にＤＭ１１Ｐが挿脱可能に搭載されている。この構成では、ＡＦユニット１０３Ｐの製造バラツキ等に起因して、ＡＦユニット１０３ＰのＡＦ光の光路が顕微鏡本体部１０１Ｐの光軸からずれてしまうと、ＡＦ処理時においては、ＤＭ１１Ｐから反射したＡＦ光が対物レンズ３ａＰの瞳中心からずれて入射してしまっていた。したがって、従来の構成においてＡＦユニットの光路が顕微鏡本体部の光軸からずれてしまう場合、図１３に示す狭い閾値範囲Ｚ_ＴＨ−１内にステージ１を合わせ込むことになってしまい、合焦判定を遅滞なく適切に実行することが難しい場合があった。

実施の形態１では、ＡＦユニット１０３に可動式のＤＭ１１を設け、標本ＳＰに対する実際のＡＦ処理前に、ＤＭ駆動制御部２５０の制御の基、ＤＭ駆動制御部２５０に、ＤＭ１１を、対物レンズに予め対応付けられた観察光路の配置位置に移動させる処理（図６参照）が行なわれている。図１４のようにＤＭ１１が挿入方向の＋側にずれた場合であっても、ＤＭ１１は、対物レンズ３ａに対応した配置位置Ｄ_０（図１８参照）に、矢印のように移動される。このため、図１９に示すように、瞳Ｐの中心Ｏからずれることなく、対物レンズ３ａの瞳ＰにＤＭ１１からのレーザー光束Ｌｉが入射する。この結果、例えば図１７のように、線Ｃ_ＥＦ−２の傾きも図１３の線Ｃ_ＥＦ−１の傾きよりも緩やかになり、閾値範囲Ｚ_ＴＨ−２が焦点深度領域と略同一の範囲まで広がる。したがって、コントロール部２４は、この閾値範囲Ｚ_ＴＨ−２にステージ１が入れば合焦と判定でき、図１３の例と比して、合焦判定が収束しやすい。

このように、実施の形態１では、ＡＦ処理時のＤＭ１１の観察光路の配置位置を、光路に光軸を一致して配置される対物レンズに応じた配置位置に移動させることによって、ＡＦ処理用の赤外光の光路と、顕微鏡本体部１０１の光軸とを一致させている。この結果、ＡＦ処理時のＡＦ信号の特性のばらつきも低減でき、ＡＦ性能を十分に保持することができる。したがって、実施の形態１によれば、ＡＦユニット１０３におけるＡＦ処理用の赤外光の光路と、顕微鏡本体部１０１の光軸とのずれを防止し、対物レンズに合わせてＡＦ性能を最適化できる。

実施の形態１では、ＡＦ処理時のＤＭ１１の観察光路の配置位置、すなわち、ＤＭ１１の基準位置及び補正値は、対物レンズごとに予め取得される。そこで、コントロール部２４による、対物レンズに応じたＡＦ処理時のＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得するための処理について説明する。

図２０は、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得するためのコントロール部２４による処理手順を示すフローチャートである。図２１及び図２２は、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２が記憶するデータの一例を示す図である。図２３は、ＤＭ１１から入射するレーザー光束の対物レンズへの入射例を示す図である。図２４は、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。

ＤＭ１１の自動補正開始ボタン（不図示）が押圧された場合にＤＭ１１の観察光路の配置位置の取得処理が開始される。図２０に示すように、コントロール部２４は、レボ穴位置検出部２１の検出結果を基に、光路に位置するように選択された対物レンズ名を取得し（ステップＳ２００）、対物レンズの瞳径保持部２５３から、選択された対物レンズの瞳径を取得する。コントロール部２４は、この対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得するために以下の処理を行う。まず、コントロール部２４は、ＤＭ基準位置記憶部２５１を参照して、選択された対物レンズに対応したＤＭ１１の基準位置を取得し、ＤＭ駆動制御部２５０にＤＭ１１を該基準位置へ移動させるとともに、選択された対物レンズに対応したオフセットレンズ群９の基準位置を取得して、オフセットレンズ群を該基準位置へ移動させる（ステップＳ２０１）。コントロール部２４は、レーザー駆動制御部２４８に、基準光源４であるＬＤを点灯させる（ステップＳ２０２）。

コントロール部２４は、各構成部を制御してＡＦ処理を実行する（ステップＳ２０３）。コントロール部２４は、コントロール部２４内の記憶部（不図示）から、選択された対物レンズに応じたＡＦ波形の取得範囲（Ｚ位置の最小値及び最大値）を読み取り、焦準部駆動制御部２４６に、焦準部（ステージ１）のＺ位置を開始位置へ移動させる（ステップＳ２０４）。開始位置は、現在位置にＺ位置の最大値を加算したＺ位置である。また、終了位置は、現在位置にＺ位置の最小値を加算したＺ位置である。

コントロール部２４は、開始位置における２分割ＰＤ１４による検出信号Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂを受信する（ステップＳ２０５）。コントロール部２４は、焦準部（ステージ１）のＺ位置が終了位置であるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。コントロール部２４は、焦準部（ステージ１）のＺ位置が終了位置でないと判断した場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、焦準部駆動制御部２４６に、焦準部（ステージ１）のＺ位置を例えば−１０ｍｍ移動させて（ステップＳ２０７）、この位置における２分割ＰＤ１４による検出信号Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂを受信する（ステップＳ２０５）。コントロール部２４は、焦準部（ステージ１）のＺ位置が終了位置となるまで、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０７の処理を繰り返す。

コントロール部２４が、焦準部（ステージ１）のＺ位置が終了位置であると判断した場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、ＥＦ値演算部２４２が、取得したＺ位置ごとの検出信号Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂから焦点深度領域におけるＥＦ値を算出し（ステップＳ２０８）、算出したＥＦ値をコントロール部２４内のＥＦ値一時保存領域（不図示）に保存する（ステップＳ２０９）。△ＥＦ演算部２４４は、ＥＦ値一時保存領域に保存されたＺ位置ごとのＥＦ値を取得し、該取得したＥＦ値から最小二乗法によって近似線を算出し、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ軸に対する傾き△ＥＦ´を算出し（ステップＳ２１０）、判定部２５４に出力する。判定部２５４は、ＥＦ基準データ記憶部２４５から、選択された対物レンズに応じた傾きの基準値△ＥＦを読み込む（ステップＳ２１１）。基準値△ＥＦは、例えば、合焦と判定できる焦準部（ステージ１）の閾値範囲Ｚ_ＴＨが焦点深度と同一範囲である場合の線Ｃ_ＥＦの傾きである。

判定部２５４及び設定部２５５は、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２から、選択された対物レンズの瞳径に対応する各種駆動パラメータを取得する（ステップＳ２１２）。図２１に示すように、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２は、判定部２５４における判定結果と、設定部２５５が設定するＤＭ１１の移動方向とを対応付けたテーブルＴ２を記憶する。図２２に示すように、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２は、対物レンズの瞳径ごとにＤＭ１１の移動ステップ（移動幅）及び移動速度を対応付けたテーブルＴ３を記憶する。判定部２５４及び設定部２５５は、テーブルＴ２，Ｔ３のデータから各種駆動パラメータを読み込み、以降の処理を行う。

判定部２５４は、ステップＳ２１０において△ＥＦ演算部２４４が算出した傾き△ＥＦ´と、ステップＳ２１１においてＥＦ基準データ記憶部２４５から読み込んだ基準値△ＥＦとの大小を比較する（ステップＳ２１３）。

傾き△ＥＦ´が基準値△ＥＦよりも大きいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ２１３：△ＥＦ＜△ＥＦ´）は、図２３の（ａ）のように、ＤＭ１１から入射するレーザー光束Ｌｉが対物レンズの瞳Ｐの中心Ｏから端部側にずれてしまっている状態であり、図２４の（ａ）の線Ｃ_ＥＦ−１のように、合焦と判定できる焦準部（ステージ１）の閾値範囲Ｚ_ＴＨ−１が焦点深度よりも狭い場合である。そこで、この場合には、Ｚ軸に対するＥＦ値の傾きを緩めるために、設定部２５５は、テーブルＴ２に示されたパラメータに従い、ＤＭ１１の移動方向を挿入方向と逆方向の−方向に設定する。これによって、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０を駆動して、ＤＭ１１を−方向に移動させる（ステップＳ２１４）。すなわち、ＤＭ駆動制御部２５０は、図２３の（ａ）のように対物レンズの瞳Ｐの端部側にずれているレーザー光束Ｌｉを対物レンズの瞳Ｐの中心Ｏに近づけて（図２３の（ｂ）参照）、合焦と判定できる焦準部（ステージ１）の閾値範囲Ｚ_ＴＨ−１を焦点深度と同等の閾値範囲Ｚ_ＴＨ−２（図２３の（ｂ）参照）まで広げるために、ＤＭ１１を−方向に移動させる（図２３及び図２４の矢印Ｙ１，Ｙ３参照）。この場合、設定部２５５は、テーブルＴ３に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズの瞳径に応じた移動ステップ（移動幅）及び移動速度でＤＭ１１を移動させる。設定部２５５は、選択された対物レンズの瞳径がφ５ｍｍである場合には、移動ステップ０．０５ｍｍ、移動速度４８００ｐｐｓで、ＤＭ１１を−方向に移動させるよう設定する。ステップＳ２１４の処理後、コントロール部２４は、新たに移動したＤＭ１１の位置が、ＤＭ１１の観察光路の配置であるか否かを検討するために、ステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０３以降の処理を実行する。

傾き△ＥＦ´よりも基準値△ＥＦが大きいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ２１３：△ＥＦ＞△ＥＦ´）は、図２３の（ｃ）のように、ＤＭ１１から入射するレーザー光束Ｌｉが対物レンズの瞳Ｐの中心Ｏ側にずれてしまっている状態であり、図２４の（ｃ）の線Ｃ_ＥＦ−３のように、合焦と判定できる焦準部（ステージ１）の閾値範囲Ｚ_ＴＨ−３が焦点深度よりも広い場合である。この場合には、Ｚ軸に対するＥＦ値の傾きを急峻とするために、設定部２５５は、テーブルＴ２に示されたパラメータに従い、ＤＭ１１の移動方向を挿入方向と同方向の＋方向に設定する。これによって、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０を駆動して、ＤＭ１１を＋方向に移動させる（ステップＳ２１５）。すなわち、ＤＭ駆動制御部２５０は、図２３の（ｃ）のように対物レンズの瞳Ｐの中央にずれているレーザー光束Ｌｉを対物レンズの瞳Ｐの中心Ｏに対応するように近づけて（図２３の（ｂ）参照）、合焦と判定できる焦準部（ステージ１）の閾値範囲Ｚ_ＴＨ−３を焦点深度と同等の閾値範囲Ｚ_ＴＨ−２（図２３の（ｂ）参照）まで狭めるために、ＤＭ１１を＋方向に移動させる（図２３及び図２４の矢印Ｙ２，Ｙ４参照）。この場合もステップＳ２１４と同様に、設定部２５５は、テーブルＴ３に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズの瞳径に応じた移動ステップ及び移動速度でＤＭ１１を移動させる。ステップＳ２１５の処理後、コントロール部２４は、新たに移動したＤＭ１１の位置が、ＤＭ１１の観察光路の配置位置であるか否かを検討するために、ステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０３以降の処理を実行する。

傾き△ＥＦ´と基準値△ＥＦとが等しいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ２１３：△ＥＦ´＝△ＥＦ）、コントロール部２４は、この場合のＤＭ１１の現在位置を、選択された対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置として取得する。コントロール部２４は、該取得したＤＭ１１の観察光路の配置を、選択された対物レンズに対応付けてＤＭ位置記憶部２４９に記憶する（ステップＳ２１６）。コントロール部２４は、レーザー駆動制御部２４８に、基準光源４であるＬＤを消灯させて（ステップＳ２１７）、選択された対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置の取得処理を終了する。コントロール部２４は、図２０に示す各処理手順を対物レンズごとに行うことによって、各対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置の補正位置を取得する。

このように、コントロール部２４では、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０に対し、ＤＭ１１を所定の基準位置から、対物レンズごとに定められた移動ステップで順次移動させ、ＡＦ処理部２４３は、ＤＭ１１の各位置においてそれぞれＡＦ処理を行うように顕微鏡本体部１０１及びＡＦユニット１０３を制御する。そして、コントローラ部２４は、△ＥＦ演算部２４４が演算した傾き△ＥＦ´が基準値△ＥＦと等しいと判定部２５４が判定した場合のＤＭ１１の位置を、選択された対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置として、自動的に取得している。

設定部２５５は、傾き△ＥＦ´が基準値△ＥＦと異なると判定部２５４が判定した場合には、傾き△ＥＦ´と基準値△ＥＦとの大小関係を基にＤＭ１１の移動方向を設定することによって、ＤＭ１１の位置を正しい配置に近づけている。

さらに、図２０のステップＳ２１４，２１５におけるＤＭ１１の移動ステップは、対物レンズの瞳径に対応して対物レンズごとに定められている。コントロール部２４は、対物レンズの瞳径に応じた移動ステップでＤＭ１１を移動させながらＤＭ１１の観察光路の配置を判断するため、対物レンズに応じてＤＭ１１の位置調整を的確に実行することが可能となる。

従来、観察光学系の光軸とＡＦ光源の光路とが一致するように、手動による光軸調整を実施する必要があったが、この調整には熟練した技術が必要であったため、出荷前に、専門のサービスマンによる調整を実施し、顕微鏡本体部１０１ＰとＡＦユニット１０３Ｐとのセットでの出荷が必要であった。すなわち、ＡＦユニット１０３Ｐの単独出荷ができず、ユーザがＡＦユニット１０３Ｐを後から導入するには、所定の工場或いはサービスセンターに顕微鏡本体部１０１Ｐを送り、該顕微鏡本体部１０１ＰとＡＦユニット１０３Ｐとに対し、専門のサービスマンによる光軸調整を行ってから、ユーザの手元に顕微鏡本体部１０１ＰとＡＦユニット１０３Ｐとが届く仕組みとなっていた。このため、ユーザのダウンタイムが発生していた。

これに対し、本実施の形態１では、ＤＭ１１の自動補正開始ボタンを押すだけで、図２０に示す処理が自動的に行われて、観察光学系の光軸とＡＦ光源の光路とを一致させることができるＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得する。このため、本実施の形態によれば、顕微鏡本体部１０１とＡＦユニット１０３との光軸調整のために、顕微鏡本体部１０１の工場等への送付が不要となり、ユーザのダウンタイムを最小限に抑制することが可能になる。

なお、本実施の形態１では、コントロール部２４は、ＤＭ１１の観察光路の配置位置をＤＭ１１の挿入方向に対して調整したが、ＤＭ１１の挿入方向と垂直な方向に対してＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得する機能を有してもよい。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１の変形例として、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得するためのコントロール部２４による処理手順の他の例を示す。図２５は、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得するためのコントロール部２４による他の処理手順を示すフローチャートである。図２６は、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２が記憶するデータの一例を示す図である。

図２５のステップＳ２００−１〜ステップＳ２０９−１は、図２０に示すステップＳ２００〜ステップＳ２０９である。ＥＦ値演算部２４２は、ＥＦ値一時保存領域に保存されたＺ位置ごとのＥＦ値を取得し、該取得したＥＦ値から最小二乗法によって近似線を算出し、焦点深度領域におけるＥＦ値（ＥＦ´）を算出し（ステップＳ２１０−１）、判定部２５４に出力する。判定部２５４は、選択された対物レンズに応じた閾値範囲を読み込む（ステップＳ２１１−１）。閾値範囲は、ＥＦ基準データ記憶部２４５において、対物レンズごとに記憶されている。ＥＦ基準データ記憶部２４５は、ＥＦ値の閾値範囲として、ＥＦ値の閾値の最小値（ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ）と、ＥＦ値の閾値の最大値（ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸ）とを記憶する。

判定部２５４及び設定部２５５は、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２から、選択された対物レンズの瞳径に対応する各種駆動パラメータを取得する（ステップＳ２１２−１）。図２６に示すように、ＤＭ駆動パラメータ記憶部２５２は、判定部２５４における判定結果と、設定部２５５が設定するＤＭ１１の次の移動方向とを対応付けたテーブルＴ４を記憶する。判定部２５４及び設定部２５５は、テーブルＴ４及び前述したテーブルＴ３のデータを読み込み、以降の処理を行う。

判定部２５４は、ステップＳ２１０−１においてＥＦ値演算部２４２が算出したＥＦ´と、ステップＳ２１１−１においてＥＦ基準データ記憶部２４５から読み込んだ閾値範囲との大小を比較する（ステップＳ２１３−１）。判定部２５４は、ＥＦ´と、ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ及びＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸとを比較する。

ＥＦ´がＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸよりも大きいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ２１３−１：ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸ＜ＥＦ´）、Ｚ軸に対するＥＦ値の傾きを緩める必要がある。このため、設定部２５５は、テーブルＴ４に示されたパラメータに従い、ＤＭ１１の移動方向を−方向に設定する。これによって、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０を駆動して、ＤＭ１１を−方向に移動させる（ステップＳ２１４−１）。この場合、設定部２５５は、ステップＳ２１４と同様に、テーブルＴ３に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズの瞳径に応じた移動ステップ及び移動速度でＤＭ１１を移動させる。ステップＳ２１４−１の処理後、コントロール部２４は、新たに移動したＤＭ１１の位置が、ＤＭ１１の観察光路の配置位置であるか否かを検討するために、ステップＳ２０３−１に戻り、ステップＳ２０３−１以降の処理を実行する。

ＥＦ´がＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮよりも小さいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ２１３−１：ＥＦ´＜ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ）、Ｚ軸に対するＥＦ値の傾きを急峻とするため必要がある。このため、設定部２５５は、テーブルＴ４に示されたパラメータに従い、ＤＭ１１の移動方向を＋方向に設定する。これによって、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０を駆動して、ＤＭ１１を＋方向に移動させる（ステップＳ２１５−１）。この場合もステップＳ２１４−１と同様に、設定部２５５は、テーブルＴ３に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズの瞳径に応じた移動ステップ及び移動速度でＤＭ１１を移動させる。ステップＳ２１５−１の処理後、コントロール部２４は、新たに移動したＤＭ１１の位置が、ＤＭ１１の観察光路の配置位置であるか否かを検討するために、ステップＳ２０３−１に戻り、ステップＳ２０３−１以降の処理を実行する。このように、設定部２５５は、ＥＦ値（ＥＦ´）が閾値の範囲外であると判定部２５４が判定した場合には、ＥＦ´と閾値の範囲との大小関係を基に、テーブルＴ４に従いＤＭ１１の移動方向を設定する。

ＥＦ´がＥＦ値の閾値範囲内であると判定部２５４が判断した場合、すなわち、ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ≦ＥＦ´≦ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸであると判断した場合（ステップＳ２１３−１：ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ≦ＥＦ´≦ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸ）、コントロール部２４は、この場合におけるＤＭ１１の現在位置を、選択された対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置として取得する。コントロール部２４は、該取得したＤＭ１１の観察光路の配置位置を、ＤＭ位置記憶部２４９に、選択された対物レンズに対応付けて記憶する（ステップＳ２１６−１）。ステップＳ２１７−１は、図２０のステップＳ２１７である。コントロール部２４は、図２５に示す各処理手順を対物レンズごとに行うことによって、各対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得する。

この実施の形態１の変形例のように、ＤＭ位置取得用に行われたオートフォーカス処理における２分割ＰＤ１４の受光結果を基にＥＦ値演算部２４２が演算した焦点深度領域におけるＥＦ値が予め設定された閾値の範囲内であるＤＭ１１の位置をＤＭ１１の観察光路の配置位置として対物レンズごとに取得してもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、さらに、オフセットレンズ群の位置ごとのバラつきもキャンセルしている。

図２７は、実施の形態２にかかる顕微鏡システムの要部構成を示す模式図である。図２７に示すように、実施の形態２にかかる顕微鏡システムは、図２に示すコントロール部２４に代えて、コントロール部２２４を有する顕微鏡本体部２１０１を備える。

図２８は、図２７に示すコントロール部２２４の内部構成を示すブロック図である。コントロール部２２４は、各構成部を制御することによって、ＤＭ位置取得用に行われたＡＦ処理における２分割ＰＤ１４の受光結果を基に演算した焦点深度領域におけるＥＦ値が予め設定された閾値の範囲内であるＤＭ１１の位置のうち、オフセットレンズ群９が所定の移動範囲の最小位置に位置する場合のＤＭ１１の位置をＤＭ１１の観察光路の配置位置として対物レンズごとに取得する。コントロール部２２４は、該取得したＤＭ１１の観察光路の配置位置を対物レンズに対応付けて、ＤＭ位置記憶部２４９に記憶させる。コントロール部２２４は、図３に示すコントロール部２４と比して、△ＥＦ演算部２４４を削除した構成を有し、オフセットレンズ駆動制御部２２５６とオフセットレンズ移動範囲記憶部２２５７とをさらに備えた構成を有する。

オフセットレンズ駆動制御部２２５６は、オフセットレンズ群９の移動のためにオフセットレンズ用モーター駆動部２０にオフセットレンズ用モーター１７の駆動を指示する。

図２９は、オフセットレンズ移動範囲記憶部２２５７が記憶するデータの一例である。図２９に示すように、オフセットレンズ移動範囲記憶部２２５７は、対物レンズごとにオフセットレンズ群９の移動範囲及び移動ステップ（移動幅）を対応付けたテーブルＴ５を記憶する。

図３０は、対物レンズにそれぞれ応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得するためのコントロール部２２４による処理手順を示すフローチャートである。図３１は、図３０の処理手順を説明するための図である。

図３０のステップＳ３００は、図２０に示すステップＳ２００である。コントロール部２２４は、ＤＭ基準位置記憶部２５１を参照して、選択された対物レンズに対応したＤＭ１１の基準位置を取得し、ＤＭ駆動制御部２５０にＤＭ１１を該基準位置へ移動させる（ステップＳ３０１）。コントロール部２２４は、オフセットレンズ移動範囲記憶部２２５７のテーブルＴ５を参照して、選択された対物レンズに対応したオフセットレンズ群９の移動範囲を取得する（ステップＳ３０２）とともに、選択された対物レンズに対応したオフセットレンズ群９の移動ステップを含む移動パラメータを取得する（ステップＳ３０３）。オフセットレンズ駆動制御部２２５６は、オフセットレンズ用モーター１７、オフセットレンズ用モーター駆動部２０に対し、取得したオフセットレンズ群９の移動範囲の最大位置へオフセットレンズ群９を移動させる制御を行う（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０５〜ステップＳ３１２は、図２０に示すステップＳ２０２〜ステップＳ２０９である。ステップＳ３１３〜ステップＳ３１６は、図２５に示すステップＳ２１０−１〜ステップＳ２１３−１である。

閾値の最大値をＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸとした場合、ＥＦ値演算部２４２が算出したＥＦ´がＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸよりも大きいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ３１６：ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸ＜ＥＦ´）（図３１の（ｃ）のマークＰ１参照）、図２５に示すステップ２１４−１と同様に、設定部２５５は、テーブルＴ４に示されたパラメータに従い、ＤＭ１１の移動方向を−方向に設定する。これによって、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０を駆動して、−方向にＤＭ１１を移動させる（ステップＳ３１７）。この場合、設定部２５５は、図２０に示すステップＳ２１４と同様に、テーブルＴ３に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズの瞳径に応じた移動ステップ及び移動速度でＤＭ１１を移動させる。ステップＳ３１７の処理後、コントロール部２２４は、新たに移動したＤＭ１１の位置が、ＤＭ１１の観察光路の配置位置であるか否かを検討するために、オフセットレンズ駆動制御部２２５６にオフセットレンズ群９を最大位置へ移動させてから（ステップＳ３１９）、ステップＳ３０６に戻り、ステップＳ３０６以降の処理を実行する。

ＥＦ値の閾値の最小値をＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮとした場合、ＥＦ´が最小値ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮよりも小さいと判定部２５４が判断した場合（ステップＳ３１６：ＥＦ´＜ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ）（図３１の（ａ）のマークＰ２参照）、図２５に示すステップ２１５−１と同様に、設定部２５５は、テーブルＴ４に示されたパラメータに従い、ＤＭ１１の移動方向を＋方向に設定する。これによって、ＤＭ駆動制御部２５０は、ＤＭ用モーター駆動部２９、ＤＭ用モーター３０を駆動して、＋方向にＤＭ１１を移動させる（ステップＳ３１８）。この場合もステップＳ３１７と同様に、設定部２５５は、テーブルＴ３に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズの瞳径に応じた移動ステップ及び移動速度でＤＭ１１を移動させる。ステップＳ３１８の処理後、コントロール部２２４は、新たに移動したＤＭ１１の位置が、ＤＭ１１の観察光路の配置位置であるか否かを検討するために、オフセットレンズ駆動制御部２２５６にオフセットレンズ群９を最大位置へ移動させてから（ステップＳ３１９）、ステップＳ３０６に戻り、ステップＳ３０６以降の処理を実行する。

ＥＦ´がＥＦ値の閾値範囲内であると判定部２５４が判断した場合、すなわち、ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ≦ＥＦ´≦ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸであると判断した場合（ステップＳ３１６：ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＩＮ≦ＥＦ´≦ＴＨ＿ＥＦ＿ＭＡＸ）（図３２の（ｂ）のマークＰ３〜Ｐ５参照）、コントロール部２２４は、オフセットレンズ群９がオフセットレンズ群９の移動範囲の最小位置であるか否かを判断する（ステップＳ３２０）。

コントロール部２２４は、オフセットレンズ群９が最小位置でないと判断した場合（ステップＳ３２０：Ｎｏ）、次のオフセットレンズ群９の位置におけるＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得する。このため、コントロール部２２４は、オフセットレンズ駆動制御部２２５６にオフセットレンズ群９を−方向に移動させてから（ステップＳ３２１）（図３１の（ｂ）の矢印Ｙ７〜Ｙ９参照）、ステップＳ３０６に戻り、ステップＳ３０６以降の処理を実行する。ステップＳ３２１では、設定部２５５は、オフセットレンズ移動範囲記憶部２２５７のテーブルＴ５に示されたパラメータに従い、選択された対物レンズに応じたオフセットレンズ移動ステップを、オフセットレンズ群９の−方向の移動ステップとして設定する。

コントロール部２２４は、オフセットレンズ群９が最小位置であると判断した場合（ステップＳ３２０：Ｙｅｓ）（図３１の（ｂ）のマークＰ６参照）、このオフセットレンズ群９が最小位置に位置する場合のＤＭ１１の現在位置を、選択された対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置として取得する。コントロール部２２４は、該取得したＤＭ１１の観察光路の配置位置を、ＤＭ位置記憶部２４９に、選択された対物レンズに対応付けて記憶する（ステップＳ３２２）。このＤＭ１１の観察光路の配置位置にＤＭ１１が配置された場合、オフセットレンズ群９が所定の移動範囲内のいずれに位置する場合であっても、ＥＦ値演算部２４２が算出した焦点深度領域におけるＥＦ値が所定の閾値の範囲内となるといえる。ステップＳ３２３は、図２０のステップＳ２１７である。コントロール部２２４は、図３０に示す各処理手順を対物レンズごとに行うことによって、オフセットレンズ群９の位置を調整しながら各対物レンズに応じたＤＭ１１の観察光路の配置位置を取得する。

図３２は、オフセットレンズ群９が最小位置に位置する場合にＤＭ１１から入射するレーザー光束の対物レンズ３ａへの入射を説明する図である。図３３は、オフセットレンズ群９が中央位置に位置する場合にＤＭ１１から入射するレーザー光束の対物レンズ３ａへの入射を説明する図である。図３４は、オフセットレンズ群９が最大位置に位置する場合にＤＭ１１から入射するレーザー光束の対物レンズ３ａへの入射を説明する図である。図３５は、オフセットレンズ群９が最小位置に位置する場合の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。図３６は、オフセットレンズ群９が中央位置に位置する場合の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。図３７は、オフセットレンズ群９が最大位置に位置する場合の焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性の一例を示す図である。

図３２〜図３４に示すように、オフセットレンズ群９の位置で、レーザー光束の対物レンズ３ａへの入射領域の大きさが変化する。オフセットレンズ群９が最小位置の場合には、レーザー光束の対物レンズ３ａへの入射領域の大きさが最大となる（図３２参照）。オフセットレンズ群９が最大位置の場合には、レーザー光束の対物レンズ３ａへの入射領域の大きさが最小となる（図３４参照）。図３５〜図３７に示すように、相対的に、レーザー光束の対物レンズ３ａへの入射領域の大きさが大きいと焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性を示す線Ｃ_ＥＦの傾きが急峻となる。そして、レーザー光束の対物レンズ３ａへの入射領域の大きさが小さいと焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性を示す線Ｃ_ＥＦの傾きが緩やかになる。したがって、図３２に示すように、レーザー光束の対物レンズ３ａへの入射領域の大きさが最も大きくなる最小位置にオフセットレンズ群９が位置する場合には、焦点深度領域におけるＥＦ値のＺ位置依存性を示す線Ｃ_ＥＦの傾きが急峻となり、合焦判定を行うための閾値範囲Ｚ_ＴＨがごく狭い範囲となってしまう場合がある。

この実施の形態２では、オフセットレンズ群９が所定の移動範囲内のいずれに位置する場合であっても、ＥＦ値演算部２４２が算出した焦点深度領域におけるＥＦ値が所定の閾値の範囲内となるように、ＤＭ１１の観察光路の配置位置を設定することによって、合焦判定を行うための閾値範囲Ｚ_ＴＨを適切な範囲に保持している。言い換えると、実施の形態２では、図３２に示すように最小位置にオフセットレンズ群９が位置する場合であっても、ＤＭ１１の観察光路の配置位置を上記のように設定することによって、合焦判定が収束可能となるように閾値範囲Ｚ_ＴＨを適正化している。

また、実施の形態２では、図３０に示すＤＭ１１の配置位置取得処理において、オフセットレンズ群９の移動ステップは、対物レンズの瞳径に対応して対物レンズごとに定められている。また、ＤＭ１１の移動ステップも、実施の形態１と同様に、対物レンズの瞳径に対応して対物レンズごとに定められている。これによって、コントロール部２２４は、対物レンズの瞳径に応じた各移動幅でオフセットレンズ群９及びＤＭ１１を移動させながらＤＭ１１の観察光路の配置位置を判断するため、対物レンズの瞳径に応じてより的確にＤＭ１１の位置調整が可能となる。

したがって、実施の形態２では、コントロール部２２４は、オフセットレンズ群９の位置も考慮して最適化したＤＭ１１の観察光路の配置位置を対物レンズに応じてそれぞれ取得し、実際の観察時に、この観察光路の配置位置にＤＭ１１を移動することによってオフセットレンズ群９の位置ごとのバラツキもキャンセルするため、コンティニュアスＡＦモード時にも安定したＡＦ性能を提供することができる。

なお、本実施の形態２では、コントロール部２２４は、ＤＭ１１の観察光路の配置位置をＤＭ１１の挿入方向に対して調整したが、ＤＭ１１の挿入方向と垂直な方向に対してＤＭ１１の観察光路の配置位置を補正する機能を有してもよい。

本実施の形態１，２に係る顕微鏡システムのコントロール部２４，２２４の制御のもと実行される各処理に対する作動プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよく、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。

１ ステージ
２ レボルバ本体
３ａ〜３ｃ，３ａＰ 対物レンズ
４ 基準光源
５ コリメートレンズ
６ 投光側ストッパー
７ 偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）
８，１３ 集光レンズ群
９ オフセットレンズ群
１０ λ／４板
１１，１１Ｐ ダイクロイックミラー（ＤＭ）
１２ 受光側ストッパー
１４ ２分割フォトダイオード（ＰＤ）
１５ レボルバ用モーター
１６ 焦準用モーター
１７ オフセットレンズ用モーター
１８ レボルバ用モーター駆動部
１９ 焦準用モーター駆動部
２０ オフセットレンズ用モーター駆動部
２１ レボ穴位置検出部
２２ レーザー駆動部
２３ Ａ／Ｄ変換器
２４，２２４ コントロール部
２５ パルスカウンタ
２６ ＪＯＧエンコーダ
２７ オフセットレンズ用リミット検出部
２８ ディッシュ
２９ ＤＭ用モーター駆動部
３０ ＤＭ用モーター
３１ ＤＭ用リミット検出部
１００，１００Ｐ 顕微鏡システム
１０１，１０１Ｐ，２１０１ 顕微鏡本体部
１０２ 接眼レンズ
１０３，１０３Ｐ オートフォーカス（ＡＦ）ユニット
２４０ 入出力部
２４１ 検出信号記憶部
２４２ ＥＦ値演算部
２４３ ＡＦ処理部
２４４ △ＥＦ演算部
２４５ ＥＦ基準データ記憶部
２４６ 焦準部駆動制御部
２４７ レボルバ駆動制御部
２４８ レーザー駆動制御部
２４９ ＤＭ位置記憶部
２５０ ＤＭ駆動制御部
２５１ ＤＭ基準位置記憶部
２５２ ＤＭ駆動パラメータ記憶部
２５３ 対物レンズの瞳径保持部
２５４ 判定部
２５５ 設定部
２２５６ オフセットレンズ駆動制御部
２２５７ オフセットレンズ移動範囲記憶部

Claims (11)

1. 観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズと観察対象物を保持するステージと前記ステージ及び前記対物レンズの少なくとも一方を前記観察光路に沿った方向に移動可能な焦準駆動部とを備えた顕微鏡本体部、並びに、オートフォーカス処理時に使用されるオートフォーカスユニットを備えた顕微鏡システムであって、
   前記オートフォーカスユニットは、
   前記オートフォーカス処理用の非可視光の成分を有する検出光を出射する光源と、
   前記観察光路に挿抜可能に配置されてなり、前記光源から出射された検出光を前記対物レンズの光軸方向へ向けて反射する一方、可視光を透過させるダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーの位置を移動させるダイクロイックミラー移動機構と、
   前記観察対象物で反射された前記検出光を、前記対物レンズを介して受光する検出光受光部と、
   を備え、
   前記顕微鏡本体部は、
   前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記観察光路に光軸を一致させて配置された前記対物レンズに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置に前記ダイクロイックミラーを移動させる制御を行うダイクロイックミラー移動制御部と、前記検出光受光部の受光結果を基に前記観察対象物に焦点が合うように前記焦準駆動部を制御する焦準駆動制御部と、を有する制御部を備えたことを特徴とする顕微鏡システム。
2. 前記対物レンズごとに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの前記観察光路の配置位置を記憶する記憶部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
3. 前記制御部は、ダイクロイックミラー配置位置取得用に行われたオートフォーカス処理における前記検出光受光部の受光結果を基に演算した前記対物レンズの光軸上の焦点深度領域におけるＥＦ値が、予め設定された閾値の範囲内である前記ダイクロイックミラーの位置を、前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として、前記対物レンズごとに取得することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
4. 前記制御部は、
   前記オートフォーカス処理の実行を制御するオートフォーカス処理部と、
   前記オートフォーカス処理ごとに前記検出光受光部の受光結果に基づいて前記焦点深度領域におけるＥＦ値を演算するＥＦ値演算部と、
   前記ＥＦ値演算部が演算した前記焦点深度領域におけるＥＦ値が前記閾値の範囲内であるか否かを判定する判定部と、
   をさらに備え、
   前記ダイクロイックミラー移動制御部は、前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記ダイクロイックミラーを所定の基準位置から前記対物レンズごとに定められた移動幅で順次移動させ、
   前記オートフォーカス処理部は、前記ダイクロイックミラーの各位置においてそれぞれ前記オートフォーカス処理を行うように前記顕微鏡本体部及び前記オートフォーカスユニットを制御し、
   前記制御部は、前記ＥＦ値が前記閾値の範囲内であると前記判定部が判定した場合の前記ダイクロイックミラーの位置を前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として取得することを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡システム。
5. 前記制御部は、前記ＥＦ値が前記閾値の範囲外であると前記判定部が判定した場合、前記ＥＦ値と前記閾値の範囲との大小関係を基に前記ダイクロイックミラーの移動方向を設定する設定部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
6. 前記ＥＦ値演算部は、前記焦点深度領域におけるＥＦ値の前記対物レンズの光軸に対する傾きを演算し、
   前記判定部は、前記傾きが基準値と等しいか否かを判定し、
   前記制御部は、前記傾きが前記基準値と等しいと前記判定部が判定した場合の前記ダイクロイックミラーの位置を前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として取得することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
7. 前記制御部は、前記傾きが前記基準値と異なると前記判定部が判定した場合には、前記傾きと前記基準値との大小関係を基に前記ダイクロイックミラーの移動方向を設定する設定部をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡システム。
8. 前記ダイクロイックミラーの移動幅は、前記対物レンズの瞳径に対応して前記対物レンズごとに定められていることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
9. 前記オートフォーカスユニットは、
   前記光源と前記ダイクロイックミラーとの間に設けられ、前記検出光の光軸方向に移動可能であるオフセットレンズと、
   前記オフセットレンズを前記検出光の光軸方向に所定範囲内で移動させるオフセットレンズ移動機構と、
   をさらに備え、
   前記制御部は、ダイクロイックミラー配置位置取得用に行われたオートフォーカス処理における前記検出光受光部の受光結果を基に演算した前記対物レンズの光軸上の焦点深度領域におけるＥＦ値が予め設定された閾値の範囲内である前記ダイクロイックミラーの位置のうち、前記オフセットレンズが前記所定範囲の最小位置に位置する場合の前記ダイクロイックミラーの位置を、前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置として、前記対物レンズごとに取得することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
10. 対物レンズと観察対象物を保持するとともに観察光路に沿って移動可能ステージとを備えた顕微鏡本体部、並びに、光源から出射された非可視光の成分を有する検出光を前記対物レンズの光軸方向へ向けて反射するダイクロイックミラーと前記ダイクロイックミラーの位置を移動させるダイクロイックミラー移動機構とを備えたオートフォーカスユニットを有する顕微鏡システムの制御方法であって、
    前記観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズを識別する対物レンズ識別処理と、
    各対物レンズに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を記憶する記憶部から前記対物レンズ識別処理において識別された対物レンズに対応する前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を読み出す配置位置読み出し処理と、
    前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記配置位置読み出し処理において読み出された前記配置位置に前記ダイクロイックミラーを移動させる制御を行うダイクロイックミラー移動制御処理と、
    を含むことを特徴とする顕微鏡システムの制御方法。
11. 対物レンズと観察対象物を保持するとともに観察光路に沿って移動可能ステージとを備えた顕微鏡本体部、並びに、光源から出射された非可視光の成分を有する検出光を前記対物レンズの光軸方向へ向けて反射するダイクロイックミラーと前記ダイクロイックミラーの位置を移動させるダイクロイックミラー移動機構とを備えたオートフォーカスユニットを有する顕微鏡システムに、
    前記観察光路に光軸を一致させて配置されてなる対物レンズを識別する対物レンズ識別手順と、
    各対物レンズに予め対応付けられた前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を記憶する記憶部から前記対物レンズ識別手順において識別された対物レンズに対応する前記ダイクロイックミラーの観察光路の配置位置を読み出す配置位置読み出し手順と、
    前記ダイクロイックミラー移動機構に対し、前記配置位置読み出し手順において読み出された前記配置位置に前記ダイクロイックミラーを移動させる制御を行うダイクロイックミラー移動制御手順と、
    を実行させることを特徴とする顕微鏡システムの制御プログラム。

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