JP3349711B2 - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡のように、低倍
率から高倍率までの幅広い倍率条件による観察を行う光
学機器の自動焦点検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特公昭６１−６０４１３号公報による
と、結像面前方の光像と結像面後方の光像とをイメージ
センサでとらえ両光像の光強度に応じた電気信号の差信
号が所定値になるように対物光学系と試料との間隙を調
整する装置において、対物光学系の倍率切換にともなっ
て、結像面とイメージセンサとの間の光路長を可変にす
る手段を設けた焦点調節装置が考案されている。

【０００３】また特開昭６３−７８１１３号公報による
と、被検体側からラインセンサに向かう測距用光線を複
数の光線に分割し、分割光線の結像位置をラインセンサ
の光軸方向前後にずらし、両光像の信号を比較しながら
合焦動作を行い、測距用光線の光路中、光線の分割後ラ
インセンサに至る間に、分割光線の一方に空気と屈折率
が近似せずかつ正透過性の高い透明部材を退避可能とし
た自動焦点調整機構が考案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、予定焦
点面前後の光像をイメージセンサ上に投影し、両光像の
信号を比較することにより合焦点を検出する方法では、
高倍率の対物レンズを使用すると、予定焦点面前後の両
光像の信号に差がほとんど現れなくなってしまい合焦点
を検出できないという欠点がある。この問題を解決する
ために、特公昭６１−６０４１３号公報では、対物レン
ズの切換など光学系の倍率切換にともなって、予定焦点
面とイメージセンサとの間の光路差を可変とし、高倍率
の場合には、光路差を大きくする方法が考案されてい
る。しかしながらこの方法では、高倍率時に大きな光路
差を設けなければならないため、光路のための領域が大
きくとられ装置が大きくなってしまうとともに、光路差
を変えるための装置が必要となる欠点がある。

【０００５】さらに高倍率においては、光像の光量が非
常に少なくなるにもかかわらず２光像に分割されるため
さらに光量が減少し、合焦点検出が困難になるという欠
点もある。

【０００６】本発明は上述した課題に着目してなされた
もので、その目的とするところは、低倍率から高倍率ま
で安定した高精度な合焦点検出が可能な自動焦点検出装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明に係る自動焦点検出装置は、試料を観
察するための対物レンズとこの対物光学系によって形成
された前記試料からの光像をイメージセンサにより光電
変換し、前記光像のコントラストを評価することにより
合焦点を検出する装置において、予定焦点面前方の所定
の距離だけ離れた位置に形成される光像及び予定焦点面
後方の所定の距離だけ離れた位置に形成される光像の２
画像を前記イメージセンサ上に投影する光路差プリズム
と、予定焦点面の光像のみを前記イメージセンサ上に投
影する予定焦点面投影光学系と、前記光路差プリズムと
前記予定焦点面投影光学系とを切換える切換部と、前記
対物レンズを介して前記イメージセンサの受光面上に投
影され、光電変換された画像信号を記憶するための画像
メモリと、前記対物レンズの倍率を検出する倍率検出部
と、前記対物レンズと前記試料との相対的な距離を変化
させるＺ駆動部と、前記倍率検出部が前記対物レンズの
倍率が低いと検出した場合、前記光路差プリズムで予定
焦点面前方の所定の距離だけ離れた位置に形成され前記
イメージセンサ上に投影された光像及び予定焦点面後方
の所定の距離だけ離れた位置に形成され前記イメージセ
ンサ上に投影された光像を記憶した前記画像メモリから
２画像の画像信号を読み出し、予定焦点面前後の画像状
態を比較することにより合焦点からのずれ方向とずれ量
を算出すると共に前記Ｚ駆動部を移動させることで合焦
点検出を行ない、前記倍率検出部が前記対物レンズの倍
率が高いと検出した場合、前記切換部により前記光路差
プリズムを前記予定焦点面投影光学系に切換え、前記予
定焦点面投影光学系を介して前記イメージセンサ上に投
影された予定焦点面の光像のみを記憶した前記画像メモ
リから画像信号を読み出し、合焦度を算出すると共に前
記Ｚ駆動部を移動させ、合焦度評価レベルが最大となる
点をサーチすることにより合焦点検出を行なうＣＰＵ
と、を備えたことを特徴とするものである。また、第２
の発明に係る自動焦点検出装置は、第１の発明のＣＰＵ
が、初期設定データとして通常観察する試料を用い、前
記Ｚ駆動部により合焦位置を中心に所定間隔移動させ、
前記イメージセンサで光電変換された各位置における画
像信号を取り込み、合焦度評価レベルを演算し、前記対
物レンズと前記試料との相対 的な位置と前記合焦度評価
レベルとの関係をそれぞれの対物レンズの倍率について
算出して記憶しておくことにより、前記対物レンズが高
倍率である場合、前記対物レンズと前記試料との相対的
な位置と記憶された前記合焦度評価レベルとの位置関係
を参照して予測される合焦位置を算出し、その結果に基
づいて前記Z駆動部により前記対物レンズと前記試料と
の相対的な位置を移動させ、合焦度の最も高くなる位置
に前記対物レンズと前記試料との相対的な位置を移動さ
せることにより合焦を得ることを特徴とするものであ
る。

【０００８】また、第３の発明に係る自動焦点検出装置
は、試料を観察するための対物レンズとこの対物光学系
によって形成された前記試料からの光像をイメージセン
サにより光電変換し、前記光像のコントラストを評価す
ることにより合焦点を検出する装置において、予定焦点
面前方の所定の距離だけ離れた位置に形成される光像及
び予定焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置に形成さ
れる光像の２画像を前記イメージセンサ上に投影する光
路差プリズムと、予定焦点面の光像のみを前記イメージ
センサ上に投影する予定焦点面投影光学系と、前記光路
差プリズムと前記予定焦点面投影光学系とを切換える切
換部と、前記対物レンズを介して前記イメージセンサの
受光面上に投影され、光電変換された画像信号を記憶す
るための画像メモリと、前記対物レンズと前記試料との
相対的な距離を変化させるＺ駆動部と、前記イメージセ
ンサ上に投影される光像が明るい場合、前記光路差プリ
ズムで予定焦点面前方の所定の距離だけ離れた位置に形
成され前記イメージセンサ上に投影された光像及び予定
焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置に形成され前記
イメージセンサ上に投影された光像を記憶した前記画像
メモリから２画像の画像信号を読み出し、予定焦点面前
後の画像状態を比較することにより合焦点からのずれ方
向とずれ量を算出すると共に前記Ｚ駆動部を移動させる
ことで合焦点検出を行ない、前記イメージセンサ上に投
影される光像が暗い場合、前記切換部により前記光路差
プリズムを前記予定焦点面投影光学系に切換え、前記予
定焦点面投影光学系を介して前記イメージセンサ上に投
影された予定焦点面の光像のみを記憶した前記画像メモ
リから画像信号を読み出し、合焦度を算出すると共に前
記Ｚ駆動部を移動させ、合焦度評価レベルが最大となる
点をサーチすることにより合焦点検出を行なうＣＰＵ
と、を備えたことを特徴とするものである。

【０００９】また、第４の発明に係る自動焦点検出装置
は、試料を載置するステージと、このステージに載置さ
れた試料を観察するための対物レンズと、この対物レン
ズによって形成された前記試料からの光像を光電変換す
る少なくとも１つのイメージセンサと、前記対物レンズ
からの光像を前記イメージセンサへ投影する結像レンズ
と、前記対物レンズの倍率が低い場合、前記結像レンズ
で投影される光像を前記イメージセンサ上の予定焦点面
前方の所定距離だけ離れた位置及び予定焦点面後方の所
定距離だけ離れた位置に光路分割可能であり、前記対物
レンズの倍率が高い場合、前記結像レンズで投影される
光像を前記イメージセンサ上の予定焦点面の位置に透過
可能である光路差プリズムと、前記光路差プリズムを介
して前記イメージセンサの受光面上に投影される結像レ
ンズからの光像の光路を、予定焦点面前方と予定焦点面
後方とに分割する光路と予定焦点面にそのまま透過する
光路とに切換える光路切換部と、前記対物レンズを介し
て前記イメージセンサの受光面上に投影され、光電変換
された画像信号を記憶するための画像メモリと、前記対
物レンズの倍率を検出する倍率検出部と、前記対物レン
ズと前記試料との相対的な距離を変化させるＺ駆動部
と、前記倍率検出部が前記対物レンズの倍率が低いと検
出した場合、前記光路差プリズムで光路分割され前記イ
メージセンサ上に投影され前記画像メモリに記憶された
２画像の画像信号を読み出し、予定焦点面前後の画像状
態を比較することにより合焦点からのずれ方向とずれ量
を算出すると共に前記Ｚ駆動部を移動させることで合焦
点検出を行ない、前記倍率検出部が前記対物レンズの倍
率が高いと検出した場合、前記光路差プリズムを透過し
て前記イメージセンサ上に投影され前記画像メモリに記
憶された画像信号を読み出し、合焦度を算出すると共に
前記Ｚ駆動部を移動させ、合焦度評価レベルが最大とな
る点をサーチすることにより合焦点検出を行なうＣＰＵ
と、を備えたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】すなわち、第１の発明においては、予定焦点面
前方の所定の距離だけ離れた位置に形成される光像及び
予定焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置に形成され
る光像の２画像をイメージセンサ上に投影する光路差プ
リズムと予定焦点面の光像のみをイメージセンサ上に投
影する予定焦点面投影光学系とを切換えるようにし、倍
率検出部が前記対物レンズの倍率が低いと検出した場
合、光路差プリズムで予定焦点面前方の所定の距離だけ
離れた位置に形成されイメージセンサ上に投影された光
像及び予定焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置に形
成されイメージセンサ上に投影された光像を記憶した画
像メモリから２画像の画像信号を読み出し、予定焦点面
前後の画像状態を比較することにより合焦点からのずれ
方向とずれ量を算出すると共にＺ駆動部を移動させるこ
とで合焦点検出が行なわれ、倍率検出部が対物レンズの
倍率が高いと検出した場合、切換部により光路差プリズ
ムを予定焦点面投影光学系に切換え、予定焦点面投影光
学系を介してイメージセンサ上に投影された予定焦点面
の光像のみを記憶した画像メモリから画像信号を読み出
し、合焦度を算出すると共にＺ駆動部を移動させ、合焦
度評価レベルが最大となる点をサーチすることにより合
焦点検出が行なわれる。また、第２の発明においては、
初期設定データとして通常観察する試料を用い、Ｚ駆動
部により合焦位置を中心に所定間隔移動させ、イメージ
センサで光電変換された各位置における画像信号を取り
込み、合焦度評価レベルを演算し、対物レンズと試料と
の相対的な位置と前記合焦度評価レベルとの関係をそれ
ぞれの対物レンズの倍率について算出して記憶しておく
ことにより、対物レンズが高倍率である場合、対物レン
ズと試料との相対的な位置と記憶された合焦度評価レベ
ルとの位置関係を参照して予測される合焦位置を算出
し、その結果に基づいてZ駆動部により対物レンズと試
料との相対的な位置を移動させ、合焦度の最も高くなる
位置に対物レンズと試料との相対的な位置の移動が行な
われる。また、第３の発明においては、予定焦点面前方
の所定の距離だけ離れた位置に形成される光像及び予定
焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置に形成される光
像の２画像をイメージセンサ上に投影する光路差プリズ
ムと予定焦点面の光像のみをイメージセンサ上に投影す
る予定焦点面投影光学系とを切換え、イメージセ ンサ上
に投影される光像が明るい場合、光路差プリズムで予定
焦点面前方の所定の距離だけ離れた位置に形成されイメ
ージセンサ上に投影された光像及び予定焦点面後方の所
定の距離だけ離れた位置に形成されイメージセンサ上に
投影された光像を記憶した画像メモリから２画像の画像
信号を読み出し、予定焦点面前後の画像状態を比較する
ことにより合焦点からのずれ方向とずれ量を算出すると
共にＺ駆動部を移動させることで合焦点検出が行なわ
れ、イメージセンサ上に投影される光像が暗い場合、切
換部により光路差プリズムを予定焦点面投影光学系に切
換え、予定焦点面投影光学系を介してイメージセンサ上
に投影された予定焦点面の光像のみを記憶した画像メモ
リから画像信号を読み出し、合焦度を算出すると共にＺ
駆動部を移動させ、合焦度評価レベルが最大となる点を
サーチすることにより合焦点検出が行なわれる。また、
第４の発明においては、光路差プリズムを介してイメー
ジセンサの受光面上に投影される結像レンズからの光像
の光路を、光路切換部により予定焦点面前方と予定焦点
面後方とに分割する光路と予定焦点面にそのまま透過す
る光路とに切換えるようにし、倍率検出部が対物レンズ
の倍率が低いと検出した場合、光路差プリズムで光路分
割されイメージセンサ上に投影され画像メモリに記憶さ
れた２画像の画像信号を読み出し、予定焦点面前後の画
像状態を比較することにより合焦点からのずれ方向とず
れ量を算出すると共にＺ駆動部を移動させることで合焦
点検出が行なわれ、倍率検出部が対物レンズの倍率が高
いと検出した場合、光路差プリズムを透過してイメージ
センサ上に投影され画像メモリに記憶された画像信号を
読み出し、合焦度を算出すると共にＺ駆動部を移動さ
せ、合焦度評価レベルが最大となる点をサーチすること
により合焦点検出が行なわれる。

【００１１】

【実施例】まず、本発明にかかる自動焦点検出装置の第
１実施例の基本的概念について図１を参照して説明す
る。

【００１２】第１実施例においては、検出された対物レ
ンズ２の倍率が低倍であるときには、イメージセンサ６
の受光面上に投影された２画像の信号をアナログ処理回
路１３、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して画像メモリ１１
に記憶し、ＣＰＵ１０によって画像メモリ１１の画像信
号を読み取り、２画像のコントラスト等の差を演算する
ことによって合焦点を検出する。また、倍率が高倍であ
るときには、ＣＰＵ１０はＺ駆動部９によりステージ７
を移動させるとともに、２画像のうち１方または両方の
画像信号を入力し、ステージ７の位置の変化に対するコ
ントラスト等の合焦評価値の変化の関係から合焦点を検
出する。特に高倍の対物レンズの場合には、予定焦点面
前方と予定焦点面後方の２画像にほとんど差が出なくな
るため、２画像のコントラスト等の差により合焦点を求
めるのは困難であるので、ステージ移動と合焦度評価値
との変化関係から合焦点を求めることによって、低倍か
ら高倍までの対物レンズに対応した合焦点検出が可能と
なる。

【００１３】以下に、上記した本発明の第１実施例の動
作を説明する。

【００１４】観察標本１の光像は対物レンズ２、プリズ
ム３、結像レンズ４を透過し、光路差プリズム５によっ
て平行な２光線に分割され、予定焦点面前方の光像及び
予定焦点面後方の光像がイメージセンサ６の受光面上に
投影される。ステージ７は焦点調整のために上下に移動
可能である。対物レンズ２の倍率は倍率検出器８によっ
て検出され、ＣＰＵ１０に入力される。イメージセンサ
６の受光面上に投影された予定焦点面前後の光像は、光
電変換され、アナログ処理回路１３、Ａ／Ｄコンバータ
１２を介して画像メモリ１１に記憶される。ここで、対
物レンズ２が低倍であることが検出された場合には、Ｃ
ＰＵ１０は画像メモリ１１から予定焦点面前後の画像信
号をそれぞれ読み出し、コントラスト等の合焦度評価値
を演算し、予定焦点面前後の合焦度評価値の差から合焦
点までのずれ量、ずれ方向を検出する。また、対物レン
ズ２が高倍であることが検出された場合には、ＣＰＵ１
０はＺ駆動部９によりステージ７を移動させるととも
に、予定焦点面前後の画像信号を画像メモリ１１から読
み出し、予定焦点面前後の２画像のうち一方または両方
について、ステージ７の移動量と合焦度評価値との関係
を演算し、その演算結果によって合焦点を算出する。

【００１５】以上のように、対物レンズの倍率によって
焦点検出方法を切換えることで低倍から高倍までの倍率
に対応した自動焦点検出を実現する。

【００１６】次に、本発明の第２実施例の基本的概念を
図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図において、
２４は結像レンズ、２５は光路差プリズムでイメージセ
ンサ２７の受光面上に予定焦点面前方及び後方に同じだ
け光路差のある光像をそれぞれ投影する光学系である。
２６は予定焦点面投影光学系で、イメージセンサ２７の
受光面が予定焦点面となるように構成されている。光路
差プリズム２５と予定焦点面投影光学系２６は、ともに
図２（ａ）、（ｂ）の２８の方向に移動可能であり、対
物レンズ２２（図３）が低倍で光像が充分明るいとき
は、図２（ａ）に示すように結像レンズ２４からイメー
ジセンサ２７へ向かう光路中に光路差プリズム２５が挿
入され、対物レンズ２２が高倍であるときまたは低倍で
も光像が暗いときには、図２（ｂ）に示すように、結像
レンズ２４からイメージセンサ２７へ向かう光路中に予
定焦点面投影光学系２６が挿入される。すなわち、対物
レンズ２２（図３）の倍率が低く光像が充分明るい場合
には、図２（ａ）のように光学系を構成し、予定焦点面
前後の２画像のコントラスト等を比較することにより合
焦点を検出し、対物レンズ２２（図３）の倍率が高い場
合または低倍でも光像が暗い場合には、図２（ｂ）のよ
うに光学系を構成し、対物レンズ２２と観察標本２０
（図３）との相対的距離を変化させ、コントラスト等の
合焦度評価レベルが最大となる点をサーチすることによ
り合焦点を検出する。

【００１７】なお、低倍においては、小さな光路差でも
デフォーカス時に予定焦点面前後の光像の合焦度評価値
に差が現れやすく、デフォーカスの方向と量が１回の画
像入力で検出できるため合焦点の検出の高精度、高速化
のために有利である。反面、高倍時においては、デフォ
ーカス時にも予定焦点面前後の光像の合焦度評価値に差
が出にくいとともに、高倍または低倍でも光像が暗いと
きにおいては結像レンズ２４を透過してくる光量が非常
に少なくなるため、光路を分割するのは非常に不利とな
る。したがって、本発明のように高倍時または、低倍で
も光像が暗いときには光路分割せず、イメージセンサ２
７の受光面上を予定焦点面となるように光像を投影し、
対物レンズ２２と観察標本２０（図３）との相対的な距
離を変化させ、合焦度評価レベルの最大となる点をサー
チする方法に切換える方法により、簡単な構成で低倍か
ら高倍まで様々な倍率に対応した合焦点検出が実現でき
る。

【００１８】以下に、上記の第２実施例を図３の自動焦
点検出装置に適用した場合の動作を説明する。

【００１９】落射照明装置１９は観察標本２０を照明す
るためのものである。ステージ２１は焦点を合わせるた
めに上下に移動される。観察標本２０から反射した光像
は、対物レンズ２２、プリズム２３、結像レンズ２４を
介しイメージセンサ２７上に投影される。結像レンズ２
４からイメージセンサ２７へ向かう光路中には、光路を
平行な２光路に分割する光路差プリズム２５と光路分割
しない予定焦点面投影光学系２６の２種類の光学系が挿
入可能であり、光路切換装置２９により光路差プリズム
２５と予定焦点面投影光学系２６はともに図中２８の方
向に移動され、２種類の光学系が切換えられる。光路差
プリズム２５が光路中に挿入されると予定焦点面前方及
び予定焦点面後方の光像がイメージセンサ２７の受光面
上に投影され、予定焦点面投影光学系２６が光路中に挿
入されると予定焦点面の光像がイメージセンサ２７の受
光面上に投影される。

【００２０】次に、合焦点検出動作について説明する。
倍率検出器３６により対物レンズ２２の倍率が検出さ
れ、その検出結果に基いてＣＰＵ３４は、光路切換装置
２９を駆動し低倍率であれば光路差プリズム２５を、高
倍率であれば予定焦点面投影光学系２６を光路中に挿入
する。イメージセンサ２７は、駆動回路３３により駆動
されている。対物レンズ２２が低倍率である場合には、
光路差プリズム２５が光路中にあるため、イメージセン
サ２７の受光面上には、予定焦点面前後の光像がそれぞ
れ投影され、イメージセンサ２７により光面変換された
画像信号はアナログ処理回路３０、Ａ／Ｄコンバータ３
１を介して画像メモリ３２に入力される。ＣＰＵ３４は
画像メモリ３２から画像信号を読み出し、予定焦点面前
後の画像状態を比較することにより、合焦点からのずれ
方向とずれ量を算出し、Ｚ駆動部３５により、ステージ
２１を所定量移動させることにより、合焦を得ることが
できる。

【００２１】また、対物レンズ２２が高倍率である場合
には、予定焦点面投影光学系２６が光路中にあるためイ
メージセンサ２７の受光面上には予定焦点面の光像が投
影され、イメージセンサ２７により光電変換された画像
信号は、アナログ処理回路３０、Ａ／Ｄコンバータ３１
を介して画像メモリ３２に入力される。ＣＰＵ３４は画
像メモリ３２から画像信号を読み出し合焦度を算出する
とともにＺ駆動部３５によりステージ２１を移動させ、
合焦度の最も高くなる位置にステージを移動させること
により合焦を得る。一般に顕微鏡によって標本を観察す
る場合、低倍率の対物レンズや高倍率の対物レンズ等を
切換えて使用することが多い。このように対物レンズの
倍率を切りかえた場合、従来の装置においては焦点検出
が困難である。予定焦点面の画像を比較する方法におい
ては、たとえば特公昭６１−６０４１３号公報のように
倍率に応じて予定焦点面とイメージセンサとの間の光路
長を可変にする方法が考案されているが、高倍率に対応
するためには、光路長をかなり大きくとらなければ予定
焦点面前後の画像に差が出ないため、実現するために
は、装置が大きくなってしまうとともに、１つのイメー
ジセンサ上に２画像を投影するのも困難であり、さらに
高倍率では光像の光量が少なくなるので光路分割するの
は非常に不利である。本発明の第２実施例によれば、簡
単な装置で低倍率から高倍率までの倍率に対応した合焦
点検出が可能であり、光量が少なくなる高倍においては
光路分割しないので光像の光量を減らすことなくイメー
ジセンサ上に画像が投影できる。

【００２２】以下に、図４（ａ）、（ｂ）を参照して、
上記した第２実施例の変形例を説明する。２４は結像レ
ンズ、２５は光路差プリズムで図中２８の方向に移動可
能である。図４（ａ）に示すような場合には、結像レン
ズ２４を透過した光像は光路差プリズム２５によって光
路分割され、イメージセンサ２７の受光面上に予定焦点
面前方の光像と予定焦点面後方の光像を投影し、また光
路差プリズム２５を図中２８の方向に移動し、図４
（ｂ）のような光路に切換えると、結像レンズ２４を透
過した光像は、光路差プリズム２５をそのまま透過し、
イメージセンサ２７の受光面上に予定焦点面の光像が投
影される。

【００２３】以上により、光路差プリズム２５を図中２
８の方向に移動させることによって、予定焦点面前後の
２画像をイメージセンサ２７上に投影する光学系と、予
定焦点面の画像をイメージセンサ２７上に投影する光学
系とを切換えることができる。

【００２４】以下に、図３を参照して本発明の第３実施
例を説明する。

【００２５】一般に、顕微鏡で標本を観察する際、低倍
率から高倍率まで数種の対物レンズを切換えて観察する
ことから、同様の標本を観察していても対物レンズと標
本との距離に対する合焦度評価レベルの変化も対物レン
ズの倍率等または検鏡法により様々である。第３実施例
では第２実施例と構成を同様にして、顕微鏡に通常観察
する標本をセットし、各対物レンズの倍率等または検鏡
法について、Ｚ駆動部３５によりステ−ジ２１を合焦位
置を中心にして所定間隔で移動させ、各位置におけるイ
メ−ジセンサ２７により光電変換された画像信号をアナ
ログ処理回路３０、Ａ／Ｄコンバータ３１、画像メモリ
３２を介してＣＰＵ３４に取り込み、合焦度評価レベル
を演算することによりステージ２１の位置と合焦度評価
レベルとの関係をそれぞれの対物レンズの倍率等または
検鏡法について算出した初期設定デ−タを記憶する。

【００２６】合焦点検出動作は第２実施例と同様に行な
い、対物レンズ２２が低倍率であれば光路差プリズム２
５を、高倍率であれば予定焦点面投影光学系２６を光路
中に挿入する。対物レンズ２２が低倍率で光像が充分明
るい場合には、光路差プリズム２５が光路中にあるた
め、イメージセンサ２７の受光面上に予定焦点面前後の
光像がそれぞれ投影され、イメージセンサ２７により光
電変換された画像信号はアナログ処理回路３０、Ａ／Ｄ
コンバータ３１を介して画像メモリ３２に記憶される。
ＣＰＵ３４は画像メモリから画像信号を読み出し、予定
焦点面前後の画像状態を比較するとともに、記憶された
合焦度評価レベルとステージ２１の位置関係を参照し、
合焦点からのずれ方向、ずれ量を算出し、Ｚ駆動部３５
によりステージ２１を所定量移動させることにより合焦
を得ることができる。

【００２７】また、対物レンズ２２が高倍率である場合
または、低倍率でイメージセンサ２７の受光面における
照度が低いとＣＰＵ３４により判定された場合には、予
定焦点面投影光学系２６が光路中に挿入され、イメージ
センサ２７の受光面上には予定焦点面の光像が投影され
てイメージセンサ２７により光電変換された画像信号は
アナログ処理回路３０、Ａ／Ｄコンバータ３１を介して
画像メモリ３２に記憶される。ＣＰＵ３４は画像メモリ
３２から画像信号を読み出すとともに、記憶された合焦
度評価レベルとステージ２１の位置関係を比較参照し合
焦位置を算出してその結果に基いて、Ｚ駆動部３５によ
りステージ２１を移動させ、合焦度の最も高くなる位置
にステージ２１を移動させることにより合焦を得る。

【００２８】特に、対物レンズ２２が高倍率であるよう
な場合には、予定焦点面のみの画像を入力するために合
焦点からのずれ方向、ずれ量が１回の入力では精度良く
算出できないので、本実施例のように、対物レンズの倍
率等または検鏡法と、それらの組み合わせとの光学的条
件に応じてステージ位置と合焦度評価レベルの関係を記
憶しておくことにより、画像入力結果と記憶された初期
設定データとから合焦点検出演算することにより高倍に
おいても合焦点検出の高速化、高精度化が可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上、本発明によれば、(1) 対物レンズ
の倍率に対応して合焦点検出方法を変更することによっ
て低倍から高倍まで様々な倍率に対応した自動焦点検出
が実現可能となるとともに、(2) 対物レンズの倍率等光
学的な条件、画像の明暗等の条件に応じてイメージセン
サへの光像投影光学系を切換えることによって簡単な構
成で低倍から高倍まで様々な倍率に対応した自動焦点検
出が可能となる。特に高倍時においては、光路分割方式
では、光路差を大きくとらなければ合焦点検出が困難で
あるが、本発明によれば高倍時または低照度時には光路
分割はせず、光路分割による光量低減をなくすことがで
き特に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す自動焦点検出装置
の構成図。

【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の第２実施
例の基本的概念を説明するための光学配置図。

【図３】本発明の第２，３の実施例を示す自動焦点検出
装置の構成図。

【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明の第２の実
施例の変形例を説明するための光学配置図。

【符号の説明】

１…観察標本（試料）、２…対物レンズ、３…プリズ
ム、４…結像レンズ、５…光路差プリズム、６…イメ−
ジセンサ、７…ステ−ジ、８…倍率検出器、９…Ｚ駆動
部、１０…ＣＰＵ、１１…画像メモリ、１２…Ａ／Ｄコ
ンバ−タ、１３…アナログ処理回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高浜 康輝 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−19913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−138311（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を観察するための対物レンズとこの
   対物光学系によって形成された前記試料からの光像をイ
   メージセンサにより光電変換し、前記光像のコントラス
   トを評価することにより合焦点を検出する装置におい
   て、 予定焦点面前方の所定の距離だけ離れた位置に形成され
   る光像及び予定焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置
   に形成される光像の２画像を前記イメージセンサ上に投
   影する光路差プリズムと、 予定焦点面の光像のみを前記イメージセンサ上に投影す
   る予定焦点面投影光学系と、 前記光路差プリズムと前記予定焦点面投影光学系とを切
   換える切換部と、 前記対物レンズを介して前記イメージセンサの受光面上
   に投影され、光電変換された画像信号を記憶するための
   画像メモリと、 前記対物レンズの倍率を検出する倍率検出部と、 前記対物レンズと前記試料との相対的な距離を変化させ
   るＺ駆動部と、 前記倍率検出部が前記対物レンズの倍率が低いと検出し
   た場合、前記光路差プリズムで予定焦点面前方の所定の
   距離だけ離れた位置に形成され前記イメージセンサ上に
   投影された光像及び予定焦点面後方の所定の距離だけ離
   れた位置に形成され前記イメージセンサ上に投影された
   光像を記憶した前記画像メモリから２画像の画像信号を
   読み出し、予定焦点面前後の画像状態を比較することに
   より合焦点からのずれ方向とずれ量を算出すると共に前
   記Ｚ駆動部を移動させることで合焦点検出を行ない、前
   記倍率検出部が前記対物レンズの倍率が高いと検出した
   場合、前記切換部により前記光路差プリズムを前記予定
   焦点面投影光学系に切換え、前記予定焦点面投影光学系
   を介して前記イメージセンサ上に投影された予定焦点面
   の光像のみを記憶した前記画像メモリから画像信号を読
   み出し、合焦度を算出すると共に前記Ｚ駆動部を移動さ
   せ、合焦度評価レベルが最大となる点をサーチすること
   により合焦点検出を行なうＣＰＵと、 を備えたことを特徴とする自動焦点検出装置。
2. 【請求項２】 前記ＣＰＵは、 初期設定データとして通常観察する試料を用い、前記Ｚ
   駆動部により合焦位置を中心に所定間隔移動させ、前記
   イメージセンサで光電変換された各位置における画像信
   号を取り込み、合焦度評価レベルを演算し、前記対物レ
   ンズと前記試料との相対的な位置と前記合焦度評価レベ
   ルとの関係をそれぞれの対物レンズの倍率について算出
   して記憶しておくことにより、 前記対物レンズが高倍率である場合、前記対物レンズと
   前記試料との相対的な位置と記憶された前記合焦度評価
   レベルとの位置関係を参照して予測される合焦位置を算
   出し、その結果に基づいて前記Z駆動部により前記対物
   レンズと前記試料との相対的な位置を移動させ、合焦度
   の最も高くなる位置に前記対物レンズと前記試料との相
   対的な位置を移動させることにより合焦を得ることを特
   徴とする請求項１記載の自動焦点検出装置。
3. 【請求項３】 試料を観察するための対物レンズとこの
   対物光学系によって形成された前記試料からの光像をイ
   メージセンサにより光電変換し、前記光像のコントラス
   トを評価することにより合焦点を検出する装置におい
   て、 予定焦点面前方の所定の距離だけ離れた位置に形成され
   る光像及び予定焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置
   に形成される光像の２画像を前記イメージセンサ上に投
   影する光路差プリズムと、 予定焦点面の光像のみを前記イメージセンサ上に投影す
   る予定焦点面投影光学系と、 前記光路差プリズムと前記予定焦点面投影光学系とを切
   換える切換部と、 前記対物レンズを介して前記イメージセンサの受光面上
   に投影され、光電変換された画像信号を記憶するための
   画像メモリと、 前記対物レンズと前記試料との相対的な距離を変化させ
   るＺ駆動部と、 前記イメージセンサ上に投影される光像が明るい場合、
   前記光路差プリズムで予定焦点面前方の所定の距離だけ
   離れた位置に形成され前記イメージセンサ上に投影され
   た光像及び予定焦点面後方の所定の距離だけ離れた位置
   に形成され前記イメージセンサ上に投影された光像を記
   憶した前記画像メモリから２画像の画像信号を読み出
   し、予定焦点面前後の画像状態を比較することにより合
   焦点からの ずれ方向とずれ量を算出すると共に前記Ｚ駆
   動部を移動させることで合焦点検出を行ない、前記イメ
   ージセンサ上に投影される光像が暗い場合、前記切換部
   により前記光路差プリズムを前記予定焦点面投影光学系
   に切換え、前記予定焦点面投影光学系を介して前記イメ
   ージセンサ上に投影された予定焦点面の光像のみを記憶
   した前記画像メモリから画像信号を読み出し、合焦度を
   算出すると共に前記Ｚ駆動部を移動させ、合焦度評価レ
   ベルが最大となる点をサーチすることにより合焦点検出
   を行なうＣＰＵと、 を備えたことを特徴とする自動焦点検出装置。
4. 【請求項４】 試料を載置するステージと、 このステージに載置された試料を観察するための対物レ
   ンズと、 この対物レンズによって形成された前記試料からの光像
   を光電変換する少なくとも１つのイメージセンサと、 前記対物レンズからの光像を前記イメージセンサへ投影
   する結像レンズと、 前記対物レンズの倍率が低い場合、前記結像レンズで投
   影される光像を前記イメージセンサ上の予定焦点面前方
   の所定距離だけ離れた位置及び予定焦点面後方の所定距
   離だけ離れた位置に光路分割可能であり、前記対物レン
   ズの倍率が高い場合、前記結像レンズで投影される光像
   を前記イメージセンサ上の予定焦点面の位置に透過可能
   である光路差プリズムと、 前記光路差プリズムを介して前記イメージセンサの受光
   面上に投影される結像レンズからの光像の光路を、予定
   焦点面前方と予定焦点面後方とに分割する光路と予定焦
   点面にそのまま透過する光路とに切換える光路切換部
   と、 前記対物レンズを介して前記イメージセンサの受光面上
   に投影され、光電変換された画像信号を記憶するための
   画像メモリと、 前記対物レンズの倍率を検出する倍率検出部と、 前記対物レンズと前記試料との相対的な距離を変化させ
   るＺ駆動部と、 前記倍率検出部が前記対物レンズの倍率が低いと検出し
   た場合、前記光路差プリズムで光路分割され前記イメー
   ジセンサ上に投影され前記画像メモリに記憶された２画
   像の画像信号を読み出し、予定焦点面前後の画像状態を
   比較することに より合焦点からのずれ方向とずれ量を算
   出すると共に前記Ｚ駆動部を移動させることで合焦点検
   出を行ない、前記倍率検出部が前記対物レンズの倍率が
   高いと検出した場合、前記光路差プリズムを透過して前
   記イメージセンサ上に投影され前記画像メモリに記憶さ
   れた画像信号を読み出し、合焦度を算出すると共に前記
   Ｚ駆動部を移動させ、合焦度評価レベルが最大となる点
   をサーチすることにより合焦点検出を行なうＣＰＵと、 を備えたことを特徴とする自動焦点検出装置。