JPH0469609A - 顕微鏡の自動焦点調整装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、顕微鏡における光学系の焦点を自動調整す
るための顕微鏡の自動焦点調整装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の顕微鏡は、ＸＹＺの各方向へ移動可能なステージ
を備え、このステージの背後に照明用の光源を、真上に
光学系を、それぞれ位置させたもので、ステージ上に観
測対象であるスライドガラスを固定し、光学系の焦点調
整を行って観測を行うものである。

第９図に示す光学系１は、対物レンズ２とビームスプリ
ッタ３とを含み、光路長さが異なる２個の光路４．５に
ＣＣＤラインセンサ６．７が配置される。図中、破線は
各ＣＣＤラインセンサ６．７の合焦位置を示し、一方の
ＣＣＤラインセンサ６は合焦位置に対し距離−ｌたけ離
れた位置に、他方のＣＣＤラインセンサ７は合焦位置に
対し距離＋βだけ離れた位置に、それぞれ光軸と垂直に
配置される。

各ＣＣＤラインセンサ６．７で得た画像信号は、第１０
図に示す構成の焦点検出回路】７に与えられる。

同図の焦点検出回路】７は、各ＣＣＤラインセン→Ｊ゛
６７からの映像信号を微分処理する微分回路８．９と、
各微分回路８，９による微分出力を整流する整流回路Ｌ
ｏｌｌと、各整流回路１．０．１１による整流出力をタ
イミング制御回路１４による制御下で積分処理する積分
回路１．２．１３とを含んでいる。

第１１図に示すタイムチャートでは、ＡがＣＣＤライン
センサ６．７からの映像信号を、Ｂが微分回路８，９に
よる微分出力を、Ｃが整流回路１０．１１による整流出
力を、Ｅが積分回路１２．１３による積分出力を、それ
ぞれ示している。またＤはタイミング回路１４が出力す
るゲート信号であって、このゲート信号りがオンする期
間のみ積分処理が行われる。

第１０図に戻って、Ａ／Ｄ変換器１５は各積分回路１２
．１３の積分出力をディジタル量に変換してＣＰＵＬ６
へ与える。ＣＰＵ１６は両積分出力の差を求め、その値
がゼロとなるようステージをＺ方向へ駆動させて対物レ
ンズ２に対するスライドガラスの距離（以下「対物距離
」という）を変化杢せ、焦点位置合わせを行う。

第１２図は、対物距離ｄに対する各積分回路１２．１．
３による積分出力の出力ａ、ｂの変化状況を示している
。

図中、ｄ、は合焦位置であって、各積分回路１．２，１
．３による積分出力の出力レベルａ、　　ｂが一致し、
その差はゼロである。図中、破線で示す曲線１８は、出
力レベルａ、ｂの差（ａｂ）を示すもので、ａ−ｂ＞０
であれば対物距離ｄを小さくする方向に合焦位置ｄ、が
存在し、ａ−ｂ＜Ｏであれば対物距離ｄを大きくする方
向に合焦位置ｄＦが存在する。

上記構成において、まずステージ上に観測対象であるス
ライドガラスを載せて固定した後、スライドガラスのフ
ロスト部を利用して上記焦点検出回路１７により合焦位
置を求めかつ合焦動作を実行した後、光学系１に対しス
テージをＸＹ軸方向に移動させて走査し、観測したい物
体（以下、「観測希望物体」という）を検出したとき、
その位置にて再度焦点調整を行って観測希望物体の観測
を行うものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこのような焦点調整方法の場合、スライド
ガラス上での観測希望物体の出現が少ないとき、ステー
ジが傾いていたり、スライドガラスが歪んでいたりする
と、走査中に光学系Ｉが合焦位置からずれ、観測希望物
体が検出できなくなるという問題がある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、観測
希望物体の出現が少なく、しかもステージが傾いていた
り、スライドガラスが歪んでいたりしても、観測希望物
体の検出を可能とした顕微鏡の自動焦点調整装置を提供
することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、顕微鏡における光学系の焦点を自動調整す
るための自動焦点調整装置であって、観測対象の一部分
を光学系で拡大して観測する観測手段と、観測手段から
の観測信号を処理して前記光学系の合焦位置を検出して
合焦動作する焦点調整手段と、観測対象に対し前記光学
系を相対移行させて走査する走査手段と、観測手段から
の観測信号に基づき焦点調整が可能な物体を検出して検
出信号を出力する物体検出手段と、所定の走査範囲毎に
合焦回数を計数する計数手段と、物体検出手段による検
出動作に応じて前記焦点調整手段による合焦動作を実行
させ、計数手段による計数値が設定値に達したとき前記
合焦動作を禁止する制御手段とを備えたものである。

〈作用〉 物体検出手段が焦点調整が可能な物体を検出したとき、
焦点調整手段はその都度、自動的に合焦動作を実行する
ので、ステージの傾きやスライドガラスの歪に起因する
焦点ずれが発生しても、それが極力補正されるため、観
測希望物体の検出が可能となる。しかも所定の走査範囲
において、合焦回数が設定値に達すると、合焦動作が禁
止されるので、焦点調整が可能な物体が多数存在してい
ても、頻繁な合焦動作による観測作業の遅れを防止でき
、円滑な観測を実現できる。

〈実施例〉 第１図は、この発明の一実施例にかかる顕微鏡の自動焦
点調整装置の全体構成を示すもので、観測部３８．焦点
検出回路３２．Ｚ軸駆動部３３、ＸＹ軸馳駆動部３４モ
ータコントローラ３５、物体検出回路３６．ＣＰＵ３７
などを含んでいる。

前記観測部３８は、第２図に示すような構成の光学系２
１と、ステージ２２と、２個のＣＣＤラインセンサ３０
，３１とを含んでいる。

ステージ２２は、ＸＹＺの各方向へ移動可能な構成とな
っており、その１面に観測対象であるスライドガラス２
３が固定可能である。このステージ２２のＺ軸方向の駆
動はＺ軸駆動部３３が、ＸＹ軸方向の駆動゛ばＸＹ軸馳
駆動部３４、それぞれ担当するもので、ステージ２２を
Ｚ軸方向に駆動することにより焦点調整が、またステー
ジ２２をＸＹ軸方向に駆動することにより観測部３８に
よるスライドガラス２３の走査が、それぞれ実現される
。ステージ２２の背後には照明用の光源２４が位置し、
また真上には光学系２１の対物レンズ２５が位置する。

この光学系２１は２個のビームスプリッタ２６．２７を
含み、光路長さが異なる２個の光路２８．２９にＣＣＤ
ラインセンサ３０，３１がそれぞれ配置される。図中、
破線は各ＣＣＤラインセンサ３０，３１の合焦位置を示
し、方のＣＣＤラインセンサ３０はこの合焦位置に対し
距離−ｌだけ離れた位置に、他方のＣＣＤラインセンサ
３１は合焦位置に対し距離＋ｌだけ離れた位置に、それ
ぞれ光軸と垂直に配置される。なお図中、３９は接眼レ
ンズである。

各ＣＣＤラインセンサ３０，３１で得た画像の映像信号
は焦点検出回路３２に与えられ、また一方のＣＣＤライ
ンセンサ３０で得た映像信号は物体検出回路３６にも与
えられる。なお焦点検出回路３２は、第１０図に示した
従来例と同様の回路構成であり、ここではその説明を省
略する。

前記物体検出回路３６は、第３図にそのタイムチャート
のみを示すが、ＣＣＤラインセンサ３０からの映像信号
Ａをパルス幅Ｔのゲート信号により通過させるゲート回
路と、ゲート回路を通過した映像信号Ａを微分処理する
微分回路と、微分回路の微分出力Ｂが所定のしきい値Ｔ
Ｈを越えるとき物体検出信号ＳをＣＰＵ３７へ出力する
比較回路と、後記するＣＰＵ３７の内部カウンタｎの計
数値が所定の設定値に達したとき、前記物体検出信号Ｓ
の出力を規制するゲート回路とを含むものである。

ＣＰＵ３７は、物体検出回路３６より物体検出信号Ｓを
入力すると、焦点検出回路３２に対し合焦点の検出を実
行させる共に、モータコントローラ３５を介してＺ軸駆
動部３３の駆動を制御してステージ２２をＺ軸方向に移
動させ、合焦動作を実行させる。

またＣＰＵ３７は、モータコントローラ３５を介してＸ
Ｙ軸馳駆動部３４駆動を制御してステージ２２をＸＹ軸
方向に移動させ、これにより観測系３８によるスライド
ガラス２３の走査を実行させる。

第４図は、スライドガラス２３の構成とその走査方法を
具体的に示している。

スライドガラス２３は、観測領域４２と、文字などが記
入されるフロスト部４１とから成るもので、前記観測領
域４２が観測部３８により走査されて観測希望物体の検
出および観測が実行される。

この観測領域４２は走査に際して複数の矩形状のブロッ
ク４３に区画される。各ブロック４３はＸ方向の幅りが
光学系２１の視野、すなわちＣＣＤラインセンサ３０，
３１の長さに応じて決まり、Ｘ方向の幅Ｈは任意の所定
値に設定される。

図中、破線の矢印４４は各ブロック４３の走査順序を示
すもので、ステージ２２をＸ方向に沿って移動させて最
初の一列の各ブロック４３を走査した後、ステージ２２
をＸ方向に沿って幅したけ移動させてつぎの一列の各ブ
ロック４３を前記と反対方向に走査し、以下同様に走査
を進めるものである。

第５図は、各ブロック４３毎のＣＰＵ３７による焦点調
整の制御手順を示している。

同図のステップ１　（図中ｒｓＴＩＪで示す）において
、ＣＰＵ３７は合焦回数を計数する内部カウンタｎをク
リアした後、モータコントローラ３５を介してＸＹ駆動
部３４を駆動してステージ２２を移行させることにより
対象とするブロック４３につき観測部３８による走査を
開始させる。

ある走査位置において、物体検出回路３６が焦点調整が
可能な物体を検出して物体検出信号をＣＰＵ３７へ出力
したとき、ステップ２が“ＹＥＳ”　となり、ＣＰＵ３
７は現走査位置を合焦位置として一旦記憶した後、っぎ
のステップ３でこの合焦位置が前回の合焦位置から設定
距離にだけ離れているか否かを判断する。

第７図は、現走査中のブロック４３を拡大して例示した
もので、図中、Ｐ、−Ｐ、はＣＣＤラインセンサ３０の
走査位置を示している。なお同図は細胞を表し、４６が
核、４７が血球、４８が分裂中の観測希望物体である。

いま前回の合焦位置がＰ、であるとし、今回、焦点調整
を実行しようとする位置がＰ２であるとすると、両者間
の距離ｙ１は設定距離により小さいから、ステップ３の
判定がＮＯ゛となり、ステップ４以下の合焦動作がスキ
ップされると共に、今回の合焦位置データの記憶内容は
クリアされる。また今回、焦点調整を実行しようとする
位置がＰ３であるとすると、両者間の距離ｙ２は設定距
離により大きいから、ステップ３の判定が“Ｙ［！Ｓ”
となってステップ４へ進み、ＣＰＵ３７は焦点検出回路
３２に対し焦点検出を実行させると共に、モータコント
ローラ３５を介してＺ軸駆動部３３の駆動を制御してス
テージ２２をＺ軸方向に移動させ、合焦動作を実行させ
る。

その結果、合焦が行われると、ステップ５がＹＥＳ″と
なり、つぎのステップ６で前記カウンタｎの内容がイン
クリメントされ、続くステップ７でカウンタｎの内容が
設定値Ｎに達したか否かが判断される。もしその判定が
“’Ｎｏ”であれば、ステップ９を経てステップ２へ戻
り、前記と同様の手順が実行される。

もしステップ７の判定が“ＹＥＳ″であれば、ＣＰＵ３
７は物体検出回路３６に対し物体検出信号の出力を禁止
することにより、そのブロック４３の走査完了に至るま
で合焦動作の実行が規制される（ステップ８）。

上記の手順において、もしカウンタｎの内容がゼロのま
まそのブロック４３の走査が完了した場合、そのブロッ
ク４３には焦点調整が可能な物体が存在していなかった
か、或いはステージ２２の傾きなどに起因して焦点がず
れているかのいずれかであると考えられ、この場合は第
６図に示す手順に従って合焦点の探索が実行される。

第８図は、最初のブロック４３ａの各破線位置で合焦動
作が実行されたが、つぎのブロック４３ｂでば合焦動作
が行われないままつぎのブロック４３ｃへ走査が移行し
た状態を示している。

まず第６図のステップ１０では、カウンタｎの内容がゼ
ロか否かを判定する。第８図の例ではステップ１０の判
定は’ＹＥＳ”であるから、ステップ１１へ進み、ＣＰ
Ｕ３７はモータコントローラ３５を介してＺ軸駆動部３
３を駆動し、対物距離を一定の範囲内で所定ピッチＨ６
ずつ変化させ、各位置で物体検出回路３６が焦点調整が
可能な物体を検出するか否かをチエツクし、物体検出信
号を入力すれば、焦点検出回路３２に対し合焦点を検出
させ、合焦動作を実行させる。

その結果、合焦が行われなかったか、或いは合焦が行わ
れたが合焦回数がいまだ所定回数に到達していない場合
には、ステップ１２は“Ｎｏ”となり、ＣＰＵ３７はモ
ータコントローラ３５を介してＸＹ軸馳駆動部３４駆動
し、走査位置を第８図中、Ｑ、からＱｌへ所定ピッチＹ
。たけ移行させた後、前記と同様、対物距離を一定の範
囲内で所定ピッチＩ］。ずつ変化させて焦点調整の可能
な物体の検出および合焦動作を実行させる。

かくして合焦回数が所定回数′に到達した場合はステッ
プ１２が“ＹＥＳ”となり、或いはピッチＹｏ毎の移行
距離が所定の距離Ｒに達した場合はステップ１３が“Ｙ
ＥＳ”となり、走査位置をブロック４３Ｃの最初の位置
Ｑ。に戻した後、再度、通常の走査を開始する（ステッ
プ１４）。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如（、物体検出手段が焦点調整が可能
な観測物体を検出したとき、焦点調整手段がその都度、
自動的に合焦動作を実行するから、ステージの傾きやス
ライドガラスの歪に起因する焦点ずれが発生しても、そ
れを極力補正し得、観測希望物体の検出が可能となる。

しかも所定の走査範囲において、合焦回数が設定値に達
した場合は合焦動作を禁止するから、焦点調整が可能な
物体が多数存在していても、頻繁な合焦動作による観測
作業の遅れを防止でき、円滑な観測を実現できるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図、第２図は観測部の構成を示す説明図、第３図は物体
検出回路の動作を示すタイムチャート、第４図はスライ
ドガラスの構成とその走査方法を示す説明図、第５図お
よび第６図は焦点調整の手順を示すフローチャー１・、
第７図は走査中のブロックを拡大して示す説明図、第８
図はブロック毎の焦点調整の実行状態を示ず説明図、第
９図は顕微鏡の光学系を示す説明図、第１０図は焦点検
出回路の構成を示すブロック図、第１１図は焦点検出回
路の動作を示すタイムチャート、第１２図は対物距離に
対する積分出力の変化を示す説明図である。 ２１・・・・光学系　　　　　　２２・・・・ステージ
３０、３１・・・・ＣＣＤラインセンサ３２・・・・焦
点検出回路　　　３３・・・・Ｚ軸駆動部３４・・・・
ＸＹ軸駆動部 ３５・・・・モータコントローラ ３６・・・・物体検出回路　　　３７．・、、ＣＰＵ３
８・・・・観測部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 顕微鏡における光学系の焦点を自動調整するための自動
   焦点調整装置であって、 観測対象の一部分を光学系で拡大して観測する観測手段
   と、 観測手段からの観測信号を処理して前記光学系の合焦位
   置を検出して合焦動作する焦点調整手段と、 観測対象に対し前記光学系を相対移行させて走査する走
   査手段と、 観測手段からの観測信号に基づき焦点調整が可能な物体
   を検出する物体検出手段と、 所定の走査範囲毎に合焦回数を計数する計数手段と、 物体検出手段による検出動作に応じて前記焦点調整手段
   による合焦動作を実行させ、計数手段による計数値が設
   定値に達したとき前記合焦動作を禁止する制御手段とを
   備えてなる顕微鏡の自動焦点調整装置。