JPH04221917A - 顕微鏡の自動焦点調節方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡観察視野におけ
る焦点調節を自動的に行なう方法および装置に関する。 特に、透過照明を用いる顕微鏡の自動焦点調節の方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に顕微鏡による物体の観察に
おいて焦点を自動的に定めることが行われているが、焦
点の自動調節は、主に透過光または反射光によって再生
した画像を処理するか、測距用落射光の反射を使用する
ものに大別される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、透過照明によ
る場合、自動焦点調節は画像信号を処理する方法しかな
く試料を透過光で観察する事から倍率が大きくなれば、
透かして見る物体が対象のため映像のコントラストが薄
くなり焦点の自動調節が、例えば、倍率４０を超える観
察を要する場合は手動で行ない、倍率４０以下の場合に
限り自動焦点調節可能としている製品も販売されている
ように、困難であった。また、対象物が不確定であり、
信号対雑音（含疑似信号）比により安定度に問題があっ
た。

【０００４】一方、落射照明による自動焦点調節方法を
透過照明を用いる生物顕微鏡に適用した場合、透かして
見る物体が対象となるので物体からの反射率が小さく、
また、スライドガラス面からの反射もガラスが透明のた
め反射率が小さい。特に、油浸型対物レンズを使用した
場合には、油の屈折率がガラスとほぼ同じであるため落
射光の反射光は極めて少なく、パターンの反射が得られ
ないこと、透過光で観察する試料のため透明部が多くコ
ントラストが少ないこと、透明で厚さがある試料ではレ
ンズ作用により合焦の位置が判りにくいこと、などの理
由により、十分な制御用信号が得られなかった。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決する自
動焦点調節装置を提供することを目的とする。特に、透
過照明を用いる顕微鏡のため、落射光によるパターンの
反射を得て信号対雑音（含疑似信号）比が大きくて安定
した合焦用の信号を得ることができ、倍率が大きくても
自動焦点調節可能であり、油浸型対物レンズを使用して
も、透明な試料であっても形状に関係なく合焦の位置を
判別し制御用信号を得ることのできる自動焦点調節装置
の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、透明部材としてのスライドガラスの表面に反射膜
を設ければ落射光に対する反射率は高くなる。しかしな
がら、単なる反射膜では観察用の透過光もスライドガラ
スの膜で反射され試料の観察に支障が生ずるとともに落
射による、自動焦点調節に必要とする情報、例えば、縞
パターン、を含む光束も観察に妨害を与える。

【０００７】本発明は、これらの問題点を解決し、且つ
上記目的を達成するための観察用の光線の波長域と自動
焦点調節用の光線の波長域を分離し各々の作用に関係が
ないようにした。そして、この発明に基づく顕微鏡の自
動焦点調節装置を下記のように構成している。

【０００８】すなわち、本発明の自動焦点調節装置は、
落射光源と、第１半透過鏡光学系と、落射光源からの光
線を反射するための光学処理を施した、観察試料を置く
ための透明部材と、透明部材を定置するためのステージ
とを備え、更に、透明部材、観察試料及び第１半透鏡光
学系を透過した透過光源からの光線と透明部材によって
反射された光線を分岐する第２半透鏡光学系と、第２半
透鏡光学系によって分岐された一方の光線から合焦情報
信号を得るための変換部と、ステージを駆動するための
ステージ駆動部と、合焦情報信号を処理しステージを駆
動するためステージ駆動部に制御信号を送出する制御部
とを備えている。

【０００９】また、落射光源と前記第１半透過鏡光学系
との間に、所定の波長域の光線を選択するための第１光
線選択部材を含むことが望ましい。

【００１０】更に、落射光源と前記第１半透鏡光学系と
の間に、所与のパターンを含むパターン部材を備え、変
換部としてイメージセンサと前記第２半透鏡光学系とそ
のイメージセンサとの間に位置する光路分割プリズムを
備えている。そしてイメージセンサと前記第２半透鏡光
学系との間に、前記第２半透鏡光学系によって分岐され
た一方の光線から、所定の波長域の光線を選択するため
の第２光線選択部材を備えることが好ましい。

【００１１】更にまた、本発明の望ましい実施例では上
記自動焦点調節装置を備えた顕微鏡が、照明用光源と観
察試料の光路上に所定の波長域以外の光線を選択するた
めの第３光線選択部材を備えている。

【００１２】

【作用】本発明によれば、観察用の光束の波長域と自動
焦点調節用の光束の波長域を分離し各々の作用に関係が
ないようにしたので、観察用の透過光がスライドガラス
の膜で反射されても試料の観察に支障が生ずることはな
い。更に、落射による自動焦点調節に必要とする情報、
例えば、縞パターン、を含む光束も観察に妨害を与えな
い。

【００１３】また、本発明によれば、観察試料が透明度
の高い物体であり透過光で観察するので、透明部材とし
てのスライドガラスの面に合焦する。従って、油浸型対
物レンズを使用しても、落射光によるパターンの反射に
より、観察試料の形状に関係なく合焦の位置を判別し制
御用信号を得ることができる。

【００１４】更に、本発明の顕微鏡の自動焦点調節装置
の構成によれば、自動焦点調節用の専用の映像光を得る
ことができ、その映像光を光路分割プリズムとイメージ
センサとを含む変換部材により得られる情報信号を処理
する場合に所定の信号のみを選択し増幅することができ
るので、信号対雑音（含疑似信号）比が大きくて安定し
た合焦用の信号を得ることができ、観察倍率が大きくて
も自動焦点調節可能である。

【００１５】更にまた、本発明では、所定の領域の光線
を反射するための光学処理を施した観察試料を定置する
透明部材を用いているので、所定の領域の光線として、
赤外線または紫外線を選べば自動焦点調節用に処理され
る光線は赤外線または紫外線であり、また、本発明の構
成から明らかなように、観察は可視光によることとなる
ので、自動焦点調節用のパターンと観察とを別に考える
ことができる。従って、観察と自動焦点調節が同時に行
える。また観察点と自動焦点調節のための測定点が同じ
箇所なので、自動焦点調節調整誤差が非常に少なくなる
。また、視野内に観察試料がなくても透明部材上に自動
焦点調節しているので、透明部材を移動すれば観察試料
にすぐ焦点調節できる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の顕微鏡自動焦点調節装置を
透過照明型の生物顕微鏡に適用した実施例の概略構成図
である。図１には、従来の透過照明型の生物顕微鏡と同
様な機能を有する、透過照明用光源としてのハロゲンラ
ンプ１、ミラー３、対物レンズ６及び観察用像面１５が
示されると共に、透過照明型の生物顕微鏡に用いる本発
明の顕微鏡自動焦点調節装置機構を示すものとして、ス
テージ４、ステージ上に定置され赤外線（７００ｎｍ　
（ナノメータ）以上の波長の光線）を反射する特性を有
する膜を蒸着させたスライドガラス５、パターン照射の
ための落射光源としてのハロゲンランプ７、４００　〜
７００ｎｍ　の可視光を透過せず赤外線を透過する特性
を有する膜を蒸着させた光線選択部材としての第１光線
フィルター８、パターンフィルター９、第１ハーフミラ
ー１０、第２ハーフミラー１１が示されている。

【００１７】更に、第１光線フィルター８と同等性能で
あり、可視光を透過せず赤外線を透過する特性を有する
膜を蒸着させた光線選択部材としての第２光線フィルタ
ー１２、光路分離プリズム１３とイメージセンサ１４を
含む変換部５０、焦点検出回路を有し、コントラストを
検出し合焦信号を出力する制御部１６と、制御部からの
出力信号により駆動されるステージ駆動部としてのモー
タ１７が示されている。また、本発明の好ましい実施例
として、更に、照明用光源１と観察試料を置くスライド
ガラスの光路上に位置する赤外線を透過しない特性を有
する第３光線フィルター２が図示されている。

【００１８】図１に示す本発明の顕微鏡自動焦点調節装
置を備えた透過照明型顕微鏡の好ましい実施例では、照
明用光源１を出た光は光線選択部材としての第３フィル
ター２により選択的にろ過され、可視光線のみ第３フィ
ルター２を通過する。通過した可視光線はミラー３によ
り反射され、ステージ４上にある観察試料が置かれたス
ライドガラス５を照射した後スライドガラス５を通過し
、対物レンズを経て、第１ハーフミラー１０および第２
ハーフミラー１１を透過して観察用像面１５に達する。

【００１９】一方光源７を出た光は、第１フィルター８
により赤外線のみがパターン９を照射する。このパター
ンは、例えば縞パターンであり、パターンフィルター９
は対物レンズ６に関して観察試料が置かれたスライドガ
ラス５と共役な位置に設置されている。パターンフィル
ター９を通過した赤外線は第１ハーフミラー１０によっ
て反射され光路を対物レンズ６の光軸に一致させ、対物
レンズを経てスライドガラス５で反射した後、再び対物
レンズ６を経て第１ハーフミラー１０を透過し第２ハー
フミラー１１で反射される。第２ハーフミラー１１で反
射された光束は第２フィルター１２で選択的にろ過され
て赤外線のみとなり、更に、光路分割プリズム１３で２
つの光束に分割されてイメージセンサ１４に入射する。

【００２０】イメージセンサ１４は、光路分割プリズム
１３で分割された光束に対してそれぞれ後ピン（Ｂ）、
前ピン（Ａ）の位置にあり、コントラスト検出の周知の
方法により、信号を取出す。制御部１６はコントラスト
検出により取出された信号を検出比較することにより焦
点検出回路より合焦信号を出力しこの信号に基づいてス
テージ駆動部としてのモータ１７が駆動し合焦状態が達
成される。

【００２１】本発明に基づく他の実施例では、上記した
本発明の好ましい実施例に限られることなく、例えばパ
ターン部材としてのパターンフィルターは、第１光線選
択部材としての第１フィルターと第１半透鏡光学系とし
ての第１ハーフミラーの間に位置するだけでなく、照射
照明としてのハロゲンランプと第１半透鏡光学系の光路
間に位置していればよく、あるいはパターンが第１光線
フィルターと一体でもよい。

【００２２】また、第１フィルターと第２光線選択部材
としての第２フィルターの選択する光線の波長域は正確
には一致しなくてもよく、あるいは第２光線選択部材を
設けなくてもよい。更に、観察試料を置くための透明部
材はガラス製に限られることなく、プラスチックその他
光線の透過率が高くて光学処理可能な材料から成ってい
ればよい。そして透明部材のコーティングは蒸着に限る
ことなく、光学特性を形成するのに適した方法であれば
よい。更にまた、第１半透過鏡光学系および第２半透過
鏡光学系はハーフミラーに限ることなく、プリズムでも
よく、また、特定の波長域の光線とそれ以外の光線を反
射または／および透過する部材であればよい。照明用光
源１と観察試料を置くスライドガラスの光路上に位置す
る第３光線選択部材としての第３フィルターはなくても
よいし、光源はハロゲンランプに限られることなく、種
々の広い波長域の光線を含むものであればよい。更にま
た、落射光源として特定波長域、例えば赤外線ランプ又
は紫外線ランプを用いても良い。この場合、第１光線選
択部材としての第１フィルターは省略してもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、観察用の光束の波長域と自動
焦点調節用の光束の波長域を分離し各々の作用に関係が
ないようにしたので、観察用の透過光がスライドガラス
の膜で反射されても試料の観察に支障が生ずることはな
い。また、落射による、自動焦点調節に必要とする情報
、例えば、縞パターン、を含む光束も観察に妨害を与え
ない。

【００２４】また、本発明の顕微鏡の自動焦点調節装置
によれば、信号対雑音（含疑似信号）比が大きくて安定
した合焦用の信号を得ることができ、倍率が大きくても
自動焦点調節可能であり、油浸型対物レンズを使用して
も、落射光によるパターンの反射を得てコントラストを
得ることができ、透明な試料であっても形状に関係なく
合焦の位置を判別し制御用信号を得ることができる。

【００２５】更に、本発明の顕微鏡の自動焦点調節装置
によれば、自動焦点調節用の照射パターンが可視光線で
はなく、一方、観察が可視光であり観察点と自動焦点調
節の測定点が同じ箇所なので焦点調節誤差は非常に少な
い。更に、視野内に観察試料がなくても、例えばスライ
ドガラス上に自動焦点調節しているので、スライドガラ
スの移動により観察試料にすぐ焦点を調節できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の透過照明型の生物顕微鏡に適用し
た本発明の実施例の概略構成図である。

【符号の説明】

１　　ハロゲンランプ（透過光源） ２　　第３光線フィルター（第３光線選択部材）３　　
ミラー ４　　ステージ ５　　スライドガラス（透明部材） ６　　対物レンズ ７　　ハロゲンランプ（落射光源） ８　　第１光線フィルター（第１光線選択部材）９　　
パターンフィルター（パターン部材）１０　　第１ハー
フミラー（第１半透鏡光学系）１１　　第２ハーフミラ
ー（第２半透鏡光学系）１２　　第２光線フィルター（
第２光線選択部材）１３　　光路分割プリズム １４　　イメージセンサ １５　　観察用像面 １６　　制御部 １７　　モータ（ステージ駆動部） ５０　　変換部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　落射光による自動焦点調節方法を透過
   照明を用いる顕微鏡に適用する方法であって、落射光源
   から所定の波長域の光線を得る段階と、上記所定の波長
   域の光線の光路を変えて、その光線が観察試料を透過す
   るようにする段階と、観察試料を透過した上記所定の領
   域の光線を、その所定の領域の光線を反射するための光
   学処理を施した部材により反射する段階と、透過光源か
   らの光線が、上記光学処理を施した部材及び観察試料を
   透過する段階と、上記透過光源からの光線と上記光学処
   理を施した部材によって反射された光線とを分岐し、分
   岐した一方の光束から所定の波長域の光線を分離する段
   階と、所定の波長域の光線から合焦情報信号を含む信号
   を取り出す段階と、上記合焦情報信号を処理して観察試
   料を定置するステージを駆動するため、ステージ駆動部
   に制御信号を送出する段階を含む顕微鏡の自動焦点調節
   方法。
2. 【請求項２】　　落射光源から所定の波長域の光線を得
   る段階が、所定の波長域の光線を選択する段階を含む請
   求項１記載の顕微鏡の自動焦点調節方法。
3. 【請求項３】　　前記所定の波長域の光線を選択する段
   階が、前記所定の波長域の光線に所与のパターンを与え
   る段階を含む請求項２記載の顕微鏡の自動焦点調節方法
   。
4. 【請求項４】　　落射光源と、第１半透過鏡光学系と、
   上記落射光源からの光線を反射するための光学処理を施
   した、観察試料を置くための透明部材と、上記透明部材
   を定置するためのステージと、上記透明部材、観察試料
   及び上記第１半透鏡光学系を透過した透過光源からの光
   線と透明部材によって反射された光線を分岐する第２半
   透鏡光学系と、上記第２半透鏡光学系によって分岐され
   た一方の光線から合焦情報信号を得るための変換部材と
   、ステージを駆動するためのステージ駆動部と、上記合
   焦情報信号を処理してステージを駆動するためステージ
   駆動部に制御信号を送出する制御部とを備えた顕微鏡の
   自動焦点調節装置。
5. 【請求項５】　　前記落射光源と前記第１半透過鏡光学
   系との間に、所定の波長域の光線を選択するための第１
   光線選択部材を含む請求項４記載の顕微鏡の自動焦点調
   節装置。
6. 【請求項６】　　更に、前記落射光源と前記第１半透鏡
   光学系との間に、所与のパターンを含むパターン部材を
   有する請求項５記載の顕微鏡の自動焦点調節装置。
7. 【請求項７】　　前記第１光線選択部材が所与のパター
   ンを含む請求項５記載の顕微鏡の自動焦点調節装置。
8. 【請求項８】　　前記変換部が、イメージセンサと、前
   記第２半透鏡光学系とそのイメージセンサとの間に位置
   する光路分割プリズムを含む請求項４乃至７の何れか１
   項に記載の顕微鏡の自動焦点調節装置。
9. 【請求項９】　　更に、前記変換部と前記第２半透鏡光
   学系との間に、前記第２半透鏡光学系によって分岐され
   た一方の光線から、所定の波長域の光線を選択するため
   の第２光線選択部材を有する請求項４乃至８の何れか１
   項に記載の顕微鏡の自動焦点調節装置。
10. 【請求項１０】　　上記第１半透過鏡部材および第２半
    透過鏡部材がハーフミラーまたはプリズムである請求項
    ４乃至９の何れか１に記載の顕微鏡の自動焦点調節装置
    。
11. 【請求項１１】　　請求項４乃至１０の何れか１項に記
    載の顕微鏡の自動焦点調節装置を備えた自動焦点調節顕
    微鏡。
12. 【請求項１２】　　前記自動焦点調節顕微鏡が、照明用
    光源と観察試料の光路上に、前記所定の領域以外の光線
    を選択するための第３光線選択部材を含む請求項１１記
    載の自動焦点調節顕微鏡。