JPH0516566B2

JPH0516566B2 -

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Publication number: JPH0516566B2
Application number: JP58053170A
Authority: JP
Inventors: Masami Kawasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-03-29
Filing date: 1983-03-29
Publication date: 1993-03-04
Also published as: JPS59177508A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自動焦点装置を備えた顕微鏡に関す
る。

従来顕微鏡における自動焦点装置としては、対
物レンズと試料表面との距離をレーザー光線等で
測定することにより焦点合せを行なう方式や対物
レンズ先端部から試料面に向けてエアーを噴出さ
せてその圧力変化により距離を測定して焦点合せ
を行なう方式等が知られている。しかしながらこ
れらの方式においては、特に生物用顕微鏡の場合
に例えばカバーガラスの厚さのバラツキ等により
合焦位置のずれが生じるため、正確な焦点合せが
困難となり、また対物レンズの同焦の違いによる
バラツキも問題になる。

さらに、撮像素子を用いた方式の顕微鏡の場合
には、複雑な顕微鏡操作により条件設定した後、
撮像素子に必要な条件を満たして初めて焦点合せ
が可能になるため、自動焦点方式とするには不適
当であつた。

また、焦点合わせの後も、複雑な顕微鏡操作を
行うことで再び観察に応じた状態に光学系を設定
しなければならないため観察者にとつて、非常な
負担となる。

また、合焦操作を自動化する場合にも、自動化
するためにデータを得るが、撮像素子に入射され
る光や出力されるデータにノイズが含まれるため
に合焦の精度が低いという欠点もある。

本発明は、以上の点に鑑み、複雑な顕微鏡操作
により焦点合わせや、観察状態に応じた条件を設
定するなどの複雑な操作なく使用でき、しかも焦
点制御を自動化した場合に生じる光学系等による
データのノイズ問題を解消して精度の高い焦点制
御を行い得る、自動焦点装置を備えた顕微鏡を提
供することを目的とする。

本発明による自動焦点装置を備えた顕微鏡は、
対物レンズの倍率及び種別を入力する対物レンズ
データ入力部と、光路に挿入された対物レンズを
検出する検出手段と、複数個の対物レンズデータ
を記憶する記憶部と、電気的に駆動され得る少な
くともNDフイルターを含む調光手段を有する光
学系と、この光学系からの投影像を受光する撮像
素子と、光学系の設定位置を記憶する光学系記憶
手段と、光路中に観察試料を挿入しない状態で光
学系から撮像素子へ入射する像の明るさ分布のば
らつきを記憶する記憶手段と、合焦検出時に光学
系から撮像素子へ入射する投影像の明るさ分布か
ら記憶手段に記憶されている明るさ分布のばらつ
きを補正する補正手段と、この明るさ分布のばら
つきが補正された光量に基づき合焦制御された後
で、検出手段により検出した現在光路に挿入され
ている対物レンズに基づき記憶部から得た対物レ
ンズデータに応じた適する観察光量を得られるよ
うに光学系記憶手段の設定位置に前述の光学系を
駆動・制御する駆動制御部とを有することを特徴
とするものである。

このような構成によつて、上述した目的を達成
できる。

以下図面に基づき本発明の概略について説明す
る。第１図は本発明の基礎となる顕微鏡の光学系
を示しており、１は例えばハロゲンランプの如き
光源、２はこコレクターレンズ、３は光源１の色
温度を変えずに調光するための複数枚のNDフイ
ルターから成るNDフイルターユニツト、４は視
野絞り、５は開口絞り、６は光路中に選択的に挿
入され得る複数のユニツト６ａ，６ｂ，６ｃから
成るコンデンサーレンズ、７はステージ、８は
各々レボルバー９に取付けられたユニツト８ａ，
８ｂ，８ｃから成る対物レンズ、１０，１１は必
要に応じて光路を観察系または写真撮影系に切換
えるために光路中に挿脱可能に配設されたビーム
スプリツタ、１２は接眼光学系、１３は写真撮影
用光路中に選択的に挿入され得る複数のユニツト
１３ａ，１３ｂ，１３ｃから成る撮影レンズ、１
４は写真撮影のために結像レンズ、フレアー等の
有害光除去用スリツトを介して測光用受光素子１
５に一定の割合で光量を分割するビームスプリツ
タ、１６は結像レンズ及びカメラ用シヤツタ１７
を介してカメラ１８のフイルム面にそして他の結
像レンズを介してピント検出用撮像素子１９に光
量を分割するビームスプリツタ、２０は自動焦準
用の光束分割チヨツパである。次に第２図には第
１図の光学系を有する顕微鏡の制御システムのブ
ロツク図が示されている。２１はピント検出用撮
像素子１９の制御及びその出力信号を処理する撮
像信号処理回路、２２は写真撮影の際にシヤツタ
１７を駆動しまたカメラ１８のフイルム巻上げを
行なう駆動回路、２３は受光素子１５からの出力
によりダイレクト測光を行なう測光回路、２４は
撮影レンズ１３の倍率選択を行なう切換駆動部、
２５はビームスプリツタ１０，１１の挿脱を行な
う光路切換駆動部、２６は対物レンズ８を切換え
る切換駆動部、２７はステージ７を上下動せしめ
る焦準駆動部、２８はコンデンサーレンズ６の切
換えを行なう切換駆動部、２９は開口絞り５及び
視野絞り４のための制御駆動部、３０はNDフイ
ルター３の選択切換を行なう切換駆動部、３１は
光源１の調光を行なう光源装置である。ここで各
駆動部２４乃至３０は同時に切換状態、制御状態
等を検出し得るように構成されている。３２は
CPU、３３はマイクロコンピユータを含む自動
露出演算制御部、３４は写真撮影に必要なフイル
ムデータまたはレリーズ等の操作ボタンを含む撮
影操作表示部、３５は対物レンズデータ、フイル
ムデータ、自動焦準用データ等を記憶する記憶部
で、必要に応じてバツテリーによりバツクアツプ
されている。３６は各駆動部に対して必要な操作
スイツチ、自動焦準用スイツチ、対物レンズデー
タセツトに必要な操作スイツチ等を含む操作表示
部である。

このように構成された顕微鏡に関して、次にそ
の動作を説明する。先づ電源が投入されると、
CPU３２は対物レンズ切換駆動部２６から光路
中に挿入されている対物レンズ８に関する信号が
入力されることにより該対物レンズについての倍
率及び種別（開口数）を記憶部３５から読み出
し、これらのデータから適正なコンデンサーレン
ズ６を選定しコンデンサーレンズ切換駆動部２８
を介してコンデンサーレンズ６の切換えを行な
い、同時に開口絞り５、視野絞り４の適正な絞り
径を演算し絞り制御駆動部を介して絞り径の設定
を行なう。さらにCPU３２は読み出した対物レ
ンズデータに基づき光源１の光量、NDフイルタ
ー３の組合せを選定し、光源装置３１、NDフイ
ルター切換駆動部３０を介して所定の標準的な明
るさに設定する。かくして、電源を投入すると自
動的に照明光は標準状態に設定され得る。また、
対物レンズ、撮影レンズ等を切換えた場合にも、
これらの切換情報がCPU３２に入力され、同様
に自動設定が行なわれ得る。さらに、カメラのフ
イルムデータ（ASA値等）が記憶部３５に記憶
されており、電源投入と同時に撮影可能状態にあ
るフイルムのデータが記憶部３５から読み出され
自動露出演算制御部３３において演算されて、撮
影操作表示部３４にて表示を行ない且つ露出を決
定する。一方、ピント検出用撮像素子１９からの
撮像信号がCPU３２に入力されると、CPU３２
はそのとき光路中にある対物レンズデータに基づ
き該撮像信号から合焦状態を演算判別し焦準駆動
部２７を介してステージ７を駆動し、かくして自
動焦点合せが行なわれる。

以上が本発明の概要であるが、次に本発明の一
実施例について図面に基づき詳しく説明する。

第３図は本発明による顕微鏡の制御装置５０を
示しており、５１はCPU、５２はバツテリー５
３により電源遮断時にバツクアツプされる
RAM、５４はプログラムメモリとしてのROM、
５５は演算精度及び時間短縮のために使用される
演算器、５６は制御装置５０のコントロールを外
部から行なう外部制御装置５７のためのインター
フエース、５８は写真撮影装置５９のためのイン
ターフエース、６０は光路切換、レボルバー等の
すべての駆動部とCPU５１とのデータ及び信号
の受渡しを行なうＩ／Ｏポート、６１は自動焦点
合せのための一次元イメージセンサーを使用した
撮像素子、６２は撮像素子６１の駆動及び撮像信
号処理回路、６３はＡ／Ｄ変換器、６４は操作ス
イツチ及び表示器を含む操作パネルで、対物レン
ズに関するデータの入出力信号、各駆動部への切
換信号等をインターフエース６５を介してＩ／Ｏ
ポート６０に入出力する。６６は撮影レンズ６７
を切換えるための駆動部、６８は観察系と写真撮
影系に光路を切換えるビームスプリツタ６９の駆
動部で、同時に光路が何れであるかを検出してそ
の検出信号をCPU５１に出力し得る。７０はレ
ボルバー７１を回転駆動させる対物レンズ切換駆
動部で、同時にレボルバー７１の位置即ち光路に
挿入されている対物レンズを検出し得る。７２は
ステージ７３を上下動させて焦点合せを行なう焦
準ステージ駆動部、７４はコンデンサーレンズ７
５を対物レンズの倍率に応じて切換える切換駆動
部、７６は開口絞り７７の絞り径を制御する制御
駆動部、７８は視野絞り７９の絞り径を制御する
制御駆動部、８０は調光のために使用するNDフ
イルターユニツト８１を切換えて透過光量比を調
整する切換駆動部、８２は光源８３を調光するた
めの調光回路、８４は自動焦点合せのために使用
される瞳分割用チヨツパ８５のための駆動部であ
る。第４図は操作パネル６４の一例を示してお
り、８６は操作パネル、８７は対物レンズの倍率
及び種別（SPLAN、SPLAN APO、DPLAN
等）を入力するためのスイツチ、８８は対物レン
ズの倍率表示器、８９は対物レンズの種別表示
器、９０は光路を観察系、写真撮影光学系等に切
換えるためのスイツチ、９１は使用状態に切換え
られている光路の種別を示す表示器、９２，９３
は各々視野絞り７９、開口絞り７７を手動により
適当な絞り径に調整するためのスイツチ、９４は
調光用のスイツチ、９５は撮影レンズ６７の倍率
切換スイツチ、９６は撮影レンズの倍率表示器、
９７は焦準ステージ駆動のためのステージ、９８
はレボルバー起動スイツチ、９９は自動焦点合せ
起動スイツチである。

本実施例は以上のように構成されており、最初
に対物レンズのデータセツト及びそれに関連する
動作について説明する。

ここで一例としてレボルバー７１の光路上に対
物レンズSPLAN 10×が切換挿入されている場
合について説明すれば、操作パネル８６上におい
てスイツチ８７により倍率10×、種別SPLANを
選択しセツト入力すると、この情報はインターフ
エース６５及びＩ／Ｏポート６０を介してCPU
５１に入力される。CPU５１はレボルバー７１
の光路上の対物レンズ位置を対物レンズ切換駆動
部７０により読み出し、そのレボルバー位置と操
作パネル８６からの情報とにより対物データテー
ブル１００（第５図）を作成し、RAM５２に記
憶させる。この対物データテーブル１００は、レ
ボルバー位置データに対応して対物レンズの倍率
及び種別を含み、第５図の場合六ケ所のレボルバ
ー位置に関して対物データテーブル１００が作成
されるようになつている。そしてCPU５１は常
に対物データテーブル１００をモニターして次の
演算及び制御を行なう。即ちCPU５１は対物デ
ータテーブル１００により第６図のテーブルから
コンデンサーレンズ７５の倍率を決定してコンデ
ンサーレンズ切換駆動部７４へ切換データを出力
し、適正なコンデンサーレンズへの切換が行なわ
れる。ここでコンデンサーレンズ７０は対物レン
ズの倍率によつて三段階に切換えられる。その
後、さらに最良の観察条件を設定するために、対
物データテーブル１００から視野絞り７９、開口
絞り７７の絞り径が決定されるが、先づ視野絞り
７９の絞り径の求め方を説明する。視野絞りの絞
り径d₁は次式により演算される。

d₁＝FNo.（視野数）／対物レンズ倍率×FS投影倍率×K1
… ここで、FNo.（視野数）は第７図のテーブルに
示されているように光路が観察系（Bi）である
か又は写真撮影系（FK）光路における撮影レン
ズ６７の倍率により決まり、FS投影倍率は前出
の第６図のテーブルに示されているようにコンデ
ンサーレンズ７５の倍率により決まる。またK1
は視野に対する比率で、K1＝１ならば式で演
算された値d₁は視野外接の絞り径を与えるが、本
実施例では対物レンズのデータセツト時及び電源
投入時はK1＝１として視野絞り７９の絞り径d₁
が決定されるようになつており、従つて光路が観
察系であつても写真撮影系であつても視野絞りは
常に式により視野外接の絞り径d₁に設定される
ことになる。次に開口絞り７７の絞り径d₂は次式
により演算される。

d₂＝NA×２×ｆ×K2 … ここでNAは第６図のテーブルに示したように
対物レンズの倍率及び種別により決まる開口値、
ｆは同様に第６図のテーブルから求められるコン
デンサーレンズ７５の焦点距離である。またK2
は瞳径に対する比率で、K2＝１ならば式から
得られた値d₂は瞳径の100％の絞り径を与えるが、
本実施例では対物レンズのデータセツト時及び電
源投入時はK2＝0.8として開口絞り７７の絞り径
d₂が観察時に最適とされている対物レンズの瞳径
の80％に初期設定されるようになつている。尚、
第６図及び第７図のテーブルはROM５４に記憶
されている。ここで対物レンズがSPLAN 10×
で光路が観察系である場合、自動設定される各絞
り径d₁，d₂は以下のように演算される。第６図及
び第７図のテーブルよりFNo.＝28、FS投影倍率
＝0.133が得られ、またK1＝１とすれば、式よ
り d₁＝28／10×0.133×１≒21.1（mm）となり、同様にして第６図のテーブルからNA＝
0.3、ｆ＝12が得られ、またK2＝0.8とすれば式
から、 d₂＝0.3×２×12×0.8≒5.8（mm）が求められる。以上の演算はCPU５１及び演算
器５５によつて行なわれ、その演算結果により視
野絞り制御駆動部７８及び開口絞り制御駆動部７
６を介して視野絞り７９及び開口絞り７７が前記
絞り径d₁，d₂に設定される。第８図は視野絞り７
９または開口絞り７７の制御を示すブロツク図で
あり、１１０はＤ／Ａ変換器、１１１，１１２は
アンプ、１１３はモータ駆動回路、１１４はモー
タ、１１５はギヤを介してモータ１１４により開
閉される絞り機構、１１６は絞り機構１１５の位
置をギヤにより検出するポテンシヨメータであ
る。前述のように演算された絞り径は、デジタル
変換されるが、ここで８ビツトのデジタル変換を
行なう場合絞り径の範囲を０〜34mmとすると、Ｄ／Ａデータ＝視野絞り径×7.5 ∴Ｄ／Ａデータ＝FNo.（視野数）
／対物レンズ倍率×FS投影倍率×K1×7.5… となるから、分解能は0.13mm／ビツトとなる。８
ビツトにデジタル変換されたデータはCPU５１
からＩ／Ｏポート６０を介してＤ／Ａ変換器１１
０に入力され、ここでアナグロ信号に変換されア
ンプ１１１により増幅されてモータ駆動回路１１
３によつてモータ１１４を駆動する。従つて絞り
機構１１５が開閉され得るが、その位置がポテン
シヨメータ１１６により常にモニターされアンプ
１１２を介してアンプ１１１にフイードバツクさ
れているので、所定の絞り径に制御され得る。

次に対物レンズデータセツト時に観察に対して
最適な明るさにするための自動設定の動作につい
て説明する。

観察光の像面における照度Ｌは次のように表わ
される。

Ｌ＝LA×ND×AS×Ob×Bi（lx） … ここで、NDは例えば第９図に示されているよ
うな複数枚（ここでは４枚）のNDフイルター
ND０，ND１，ND２，ND３の組合せにより透
過率を変更するようにしたNDフイルターユニツ
ト１２０（実願昭57−34645号）によつて与えら
れる光量比で、各NDフイルターがモータ１２１
により駆動されるカム１２２によりレバー１２３
を介して光路に挿脱されることにより第１０図に
示すように１１段階に制御され、第９図ではND
０及びND２が光路中に挿入されており、第１０
図より光量比ND＝１／16が与えられている。
ASは開口絞り７７の明るさ比で、瞳径の80％を
標準値とすると明るさ比ASは、0.8²＝0.64とな
る。Biは第１１図に示されているようにBi100％
の光路を１としたときの光量比、Obは第１２図
で示されているように対物レンズの倍率及び種別
から参照する光量比であり対物レンズSPLAN10
×を基準として１にとつている。LAは対物レン
ズSPLAN10×、光量比ND＝１、明るさ比AS＝
１、Bi100％の光路における像面照度であり、本
実施例ではLA＝189lxを定数として使用する。こ
の状態で像面照度Ｌを常に0.5〜1lxの範囲に維持
するには、Ｌ＝0.5√２×２±１／２＝0.07×２
±１／２（lx）なる目標値により式からＬ＝189×0.64×ND×Ob×Bi＝ 0.707×２±１／２従つて ND＝0.707／189×0.64×Ob×Bi ＝5.84×10^-3／Ob×Bi … が得られ、NDフイルターの光量比の目標値が与
えられる。ところで、NDフイルターユニツト１
２０は４枚のNDフイルターの組合せで構成され
ているので、式によるNDの目標値は2^1/2の分
解能で与えられなければならない。そこで式に
おいて2^1/2を底とする対数をとると、 log_aND＝−30−log_aOb−log_aBi … となる。従つて実際のNDフイルターの組合せを
求めるためには、第１２図のテーブルから対物レ
ンズに対応してlog_aObを求め、また第１１図の
テーブルからlog_aBiを求めて式よりlog_aNDが
得られる。かくしてこのlog_aNDに対応して第１
３図に示されているテーブルに基づき光量比ND
が得られ、この光量比NDを与えるようなNDフ
イルターの制御が第１０図に従つてNDフイルタ
ー切換駆動部８０により行なわれる。尚、第１０
図乃至第１３図のテーブルは必要に応じて読み出
されるデータとしてROM５４に記憶されてい
る。ここで、対物レンズSPLAN10×、Bi20％の
光路の場合には、第１１図及び第１２図よりlog_a
Bi＝−９、log_aOb＝０となり、式から log_aND＝−30−０−（−９）＝−21 が得られ、第１３図のテーブルよりND＝１／32
となり、第１０図のテーブルによれば、ND０及
びND３が光路に挿入されれば適正な明るさが得
られる。従つて、CPU５１はNDフイルター切換
駆動部８０に信号を出力してNDフイルターND
０及びND３を光路内に挿入せしめ、観察系の明
るさが最適に而も一定に設定され得る。

かくして、対物レンズのデータセツト時の一連
の関連動作が行なわれるが、複数の対物レンズの
データセツトをする場合各対物レンズについて上
記動作が行なわれる。また一度セツトされた対物
レンズのデータは第５図の対物データテーブル１
００としてレボルバー位置と共にRAM５２に記
憶され、RAM５２はバツテリー５３により電源
遮断時にもバツクアツプされているので、最初に
一回だけセツト操作すればよい。さらに、対物レ
ンズデータテーブル１００が記憶されているか
ら、例えばレボルバー７１を切換えると、そのレ
ボルバー位置が検出され、対物データテーブル１
００により対物レンズの倍率及び種別が読み出さ
れ、CPU５１が前述の如く演算し又はROMに記
憶されたテーブルのデータを参照して自動的に最
適なコンデンサーレンズ７５、視野絞り７９及び
開口絞り７７の絞り径、NDフイルターユニツト
８１の組合せを決定して各駆動部に信号を出力し
自動設定を行なう。尚、対物レンズの切換時だけ
でなく、観察系（Bi）光路の切換、撮影レンズ
６７の切換等の場合にも全く同様に上記自動設定
が行なわれるので、観察者は顕微鏡の複雑な操作
から解放され且つ操作ミスのない検鏡を行なうこ
とができる。

以上のようにデータセツト及びその関連動作が
行なわれた後に、自動焦点合せのための光学系バ
ツクグラウンドデータが入力されるが、これはス
テージ７３の試料面に何も置かない状態で撮像素
子６１に投影される像の照明ムラ及び光学系のム
ラ並びに撮像素子６１に固定的に存在するノイズ
パターンを自動焦点合せに対して補正するために
行なわれる。而もこの補正データ入力シーケンス
は、RAM５２の対物データテーブル１００によ
り最適の投影像データとして入力するようにND
フイルターユニツト８１、視野絞り７９、開口絞
り７７のデータを設定する。瞳分割用チヨツパ８
５により瞳分割された二つの投影像データＡ，Ｂ
は撮像素子６１により第１４図の如く得られ、こ
のデータが補正データとして使用される。ここ
で、ｘ軸は撮像素子のビツトを、ｙ軸は撮像素子
の各ビツトの出力信号即ち光量を示している。こ
のデータに基づき各ビツトの補正係数を求める
と、補正データＡ，Ｂに対する補正係数A′，
B′は第１５図のように表わされ、該補正係数A′，
B′をRAM５２に入力して対物データテーブル１
００と対比させることにより、レボルバー７１に
接続される対物レンズの各々についての補正係数
を順次RAM５２に記憶させて、自動焦点合せの
際に撮像素子６１からの投影像データが入力され
るときには該投影像データを補正係数演算して、
投影像データの精度が向上せしめられる。この補
正データ入力シーケンスの後、NDフイルター８
１、視野絞り７９、開口絞り７７は各々観察に対
して最良の条件を示すように決定された前述の値
に設定される。

対物レンズのデータセツト及びそれに関連する
動作は以上のように行なわれるが、これをまとめ
ると第１６図のフローチヤートに示す通りであ
る。

次に自動焦点合せについて説明する。

第１７図は、自動焦点合せのための制御回路の
ブロツク図であり、１３０はアンプ、１３１はサ
ンプルホールド回路である。撮像素子６１に投影
された像に対する撮像信号は、アンプ１３０で増
幅されサンプルホールド回路１３１を介してＡ／
Ｄ変換器６３により512ビツトの画素情報信号か
らデジタル信号に変換され、CPU５１に入力さ
れた後、RAM５２内に記憶される。このとき、
前述した通り予めRAM５２に記憶されている
（対物レンズ切換駆動部７０により検出された対
物レンズに対応する）補正係数により演算器５５
で補正係数演算が行なわれてから、撮像信号は
RAM５２に記憶されるようになつている。また
CPU５１は、チヨツパ駆動部８４を介して瞳分
割用チヨツパを駆動せしめることにより第１８図
に示すように光学系瞳位置をＡ，Ｂに分割切換す
るので、瞳位置Ａ，Ｂに対する撮像素子６１から
の撮像信号に基づき合焦算出のための演算が演算
器５５で行なわれ、その演算の結果ステージ７３
の移動量が求められ、これがCPU５１に入力さ
れることにより、CPU５１は焦準ステージ駆動
部７２を介してステージ７３を合焦位置に駆動せ
しめる。尚こゝで瞳分割による焦点合せの光学的
原理を説明しておく。第１８図において、１３２
は結像レンズ、１３３は結像レンズ１３２の前側
で瞳の近傍に配設された開口１３３ａを有する遮
光板、１３４は像面であり、遮光板１３３の開口
１３３ａが第１８図ａの如く位置Ａにある場合、
合焦時には像面３上に像Ｑが結像され、非合焦時
には像Ｑに関して光軸Ｏに垂直方向にずれた像面
１３４上の位置にボケた像Q₁，Q₂が形成され、
また遮光板１３３の開口１３３ａが第１８図ｂの
如く位置Ｂにある場合、合焦時には像面３上に像
Q′が結像され、非合焦時には同様にボケた像
Q₁′，Q₂′が形成される。かくして遮光板１３３
の開口１３３ａを位置ＡからＢまたはその逆に移
動させたとき、合焦時の像Ｑ及びQ′は全く同一
で移動しないが、非合焦時の像はQ₁からQ₁′へ又
はその逆にもしくはQ₂からQ₂′へ又はその逆に移
動する。従つて、像面１３４上に撮像素子を配設
して像の移動状態を検出することにより、合焦か
否か、また非合焦の場合前ピンか後ピンか、そし
てその場合のピントのずれ量を知ることができ
る。この原理に基づき、瞳分割用チヨツパで分割
された二つの瞳位置に関する撮像信号は第１９図
ａにおいて各々f_A，f_Bにより示され、このf_A，f_B
から相関演算式Ｒ（δ）＝_o2 〓^x=n1 ABS｛f_A（ｘ）−f_B（ｘ＋δ）｝ … によりf_Aに対してf_Bをδだけずらした相関演算を
行ない、Ｒ（δ）の最小値を与えるδ′（第１９図ｂ
参照）がこの場合の位相差となる。但し、ABS
｛α｝はαの絶対値を示す。尚第１９図にて斜線
で示された部分の面積は式でδ＝０としたＲ
（０）で表わされる。かくして自動焦点合せはこ
のδ′を０にするように制御することにより行なわ
れる。第２０図は瞳分割用チヨツパの一実施例を
示しており、１３５はチヨツパで、回転軸１３６
の周りに回動可能に配設されていて、ａの位置で
は瞳１３７の下半分を通る光束のみが開口部１３
５ａを通過して撮像素子に達し、ｂ位置では１３
７の上半分を通る光束のみがチヨツパ１３５の外
側を通つて撮像素子に達するようにして瞳分割が
行なわれ得、瞳分割を行なわない場合にはｃの如
く全体が瞳１３７の外側に退避せしめられる。さ
らに後述するコントラスト値を求める場合には、
チヨツパ１３５は第２０図ａまたはｂの位置に設
定されればよいが、この実施例ではａの位置に設
定されるようになつている。また撮像素子は例え
ば512個の電荷蓄積モードで動作するフオトダイ
オードから成るフオトダイオードアレイにより構
成されていて、その出力信号は入射光量（ft−
Cd）×繰返し走査時間（秒）に比例し第２１図に
示す通りである。尚、この出力信号は飽和点を有
するため、撮像素子に対して適切な光量が与えら
れるように、対物データテーブル１００に基づき
CPU５１が光源８３のための調光回路８２及び
NDフイルターユニツト切換駆動部８０を制御す
ると共に、撮像素子駆動回路６１に適当な繰返し
走査時間に対する情報を与えることにより、最適
な電荷蓄積時間に設定され得る。

ここで照明光学系の自動制御の説明において簡
単に述べたバツクグラウンドデータ入力について
第２２図のフローチヤートに従いさらに詳しく説
明する。

操作パネル６４により対物レンズのデータが入
力されると、対物レンズに応じたコンデンサーレ
ンズ７５、開口絞り７７、視野絞り７９、NDフ
イルター８１が最適に切換及び制御されると同時
にバツクグラウンドデータの入力シーケンスが開
始される。先づ、ステージ７３が焦準ステージ駆
動部７２により理論的なピント位置より下方に設
定された基準位置に駆動せしめられる。この基準
位置は以下のように設定される。第２３図におい
て、１４０は対物レンズ、１４１はステージ７３
の上限位置、１４２はステージ７３の下限位置、
１４３は理論的なピント位置、１４４は基準位置
で、ピント位置１４３よりスライドグラス７３ａ
及びカバーグラス７３ｂの最大厚だけ下方に在
る。１４５，１４６，１４７は位置１４１，１４
２，１４４を検出するためのフオトセンサーの如
き位置センサーである。従つて、位置センサー１
４７により検出が行なわれたときに駆動部７２を
停止させれば、ステージ７３は基準位置１４４に
停止せしめられ、カバーグラス７３ｂ及びスライ
ドグラス７３ａの厚さのバラツキにより実際のピ
ント位置を与えるステージ７３の位置は必らず基
準位置１４４の上方に在ることになる。またステ
ージ７３が上限位置１４１または下限位置１４２
に持ち来たされると、各センサー１４５，１４６
がこれを検出して駆動部７２を停止せしめ、自動
焦点合せの際には好ましくは同時に非合焦の表示
が行なわれ得る。かくしてステージ７３が基準位
置に駆動せしめられると同時に、ビームスプリツ
タ１６（第１図及び第２図）が切換駆動されて、
撮像素子１９への光路が構成される。また対物レ
ンズデータに基づき開口絞り７７及び視野絞り７
９が各制御駆動部７６及び７８により最適な絞り
径に駆動され、さらに光源８３のための調光装置
８２及びNDフイルターユニツト８１のための切
換駆動部８０が、撮像素子６１に対して最適な光
量を得るように制御される。同時に撮影レンズ６
７を５倍にするようにその駆動部６６が制御され
る。なお、撮影レンズ６７を５倍にするのは、撮
像素子６１上に結像された投影像の分解能と撮像
素子自体の分解能を整合させるためであり、撮影
レンズの分解能Δxは Δx＝ΔZ×NA＝0.5λ／NA （但し ΔZ＝λ／2NA²（焦点深度））で表わされ、５倍拡大系の場合には、対物レンズ
後側のNAを一般的に0.04とすれば、５倍拡大系
の像側ではNA＝0.008となり、λ≒0.5とすると、
Δx＝31.25（μm）となる。ここで使用されている
撮像素子の各センサー間のピツチは28μmである
から、この５倍拡大系による投影像に対して十分
な撮像データ分解能を得ることができる。かくし
てレンズ６７が５倍に切換えられた後、対物レン
ズデータから撮像素子６１のダイナミツクレンジ
を有効に使うために適当な撮像素子電荷蓄積時間
が演算され、駆動及び撮像信号処理回路６２にコ
ントロールデータとして送られる、各駆動部６
６，６８，７４，７６，７８，８０，８２が各々
指定された状態に作動したことをCPU５１が確
認した後、チヨツパ駆動部８４により瞳分割用チ
ヨツパ８５が第一の瞳分割位置（例えば第２０図
ａの位置）Ａに駆動せしめられ、このときの撮像
素子６１からの撮像データがCPU５１及び演算
部５５で演算処理され、各ビツトの補正係数とし
てRAM５２に記憶される。次に該チヨツパ８５
が第二の瞳分割位置（例えば第２０図ｂの位置）
Ｂに駆動せしめられ、同様にしてこのときの補正
係数がRAM５２に記憶される。これは、対物レ
ンズを切換えた場合各対物レンズに対して行なわ
れ得る。かくして補正係数がRAM５２に入力さ
れた後、撮影レンズ６７、光源８３、NDフイル
ターユニツト８１、開口絞り７７、視野絞り７９
及びビームスプリツタ１６は最初の位置または設
定状態に復帰せしめられ、チヨツパ８５は光路外
（第２０図ｃの位置）にハネノケられる。以上の
ようにバツクグラウンドデータ入力のシーケンス
が実行されることにより、この後行なわれる自動
焦準の際に得られる試料像の撮像データがバツク
グラウンドデータとして記憶された補正係数によ
り演算処理されて、より高い精度の自動焦点合せ
が可能になる。

次に自動焦点合せの動作を第２４図のフローチ
ヤートに従つて対物レンズSPLAN 10×の場合
について説明する。先づ自動焦点合せのための光
学系の条件設定を行なう。操作パネル８６のスイ
ツチ９９を押すと、CPU５１は、その時どのよ
うな光路であつても、各ビームスプリツタの切換
状態をRAM５２に記憶させると共に、光路切換
駆動部によりビームスプリツタ１６（第１図）を
駆動することにより撮像素子６１に至る光路が形
成される。また、その時の開口絞り７７及び視野
絞り７９の絞り値、NDフイルターユニツト８１
の切換状態、光源８３の調光状態が各々RAM５
２に記憶されると共に、バツクグラウンドデータ
入力の際になされたように開口絞り７７、視野絞
り７９、NDフイルターユニツト８１及び光源８
３は各々撮像素子６１上の投影像が最適となるよ
うに設定される。即ち、対物データテーブル１０
０に基づき光路中に挿入されている対物レンズに
従つて、開口絞り７７の絞り径は式でK2＝１
としたときに得られる（瞳径に対して100％の）
絞り径、視野絞り７９の絞り径は式でK1＝１
としたときに得られる（視野外接の）絞り径、
NDフイルターユニツト８１及び光源８３は式
から得られる像面照度Ｌ＝0.707×２±１／２の係数0.707を１とするような値に、各々CPU５
１及び演算器５５により演算されて、各駆動部及
び調光回路により設定される。さらに、撮像素子
６１に対する投影像の分解能を上げるために、撮
影レンズ６７が５倍に切換設定される。以上の設
定が行なわれた後これをCPU５１が確認すると、
瞳分割用チヨツパ８５がチヨツパ駆動部８４によ
り第一の瞳分割位置（第２０図ａ）Ａに移動せし
められ、同時にステージ７３の位置が検出され
る。ステージ７３が基準位置１４４より上方にあ
るときは、瞳分割位置Ａにおける撮像データが撮
像素子６１からCPU５１に入力され、CPU５１
はこの撮像データをバツクグラウンドデータとし
てRAM５２に記憶されている補正係数により演
算処理してf_Aを得、これをRAM５２に記憶する
と共に、コントラスト値を演算する。ここでコン
トラスト値の演算は例えば第２５図により次のよ
うに行なわれる。撮像素子６１上の512ビツトの
センサーをａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの五群に分け、ｆ
（ｘ）をｘビツト目の信号としｘを４つおきに計
算すれば、コントラストＣはＣ＝〓^X ｜ｆ（ｘ）−ｆ（ｗ＋５）｜，（ｘ＝4n） … で表わされる。これは、各々５ビツト離れたセン
サーの信号の差の絶対値を４ビツト毎に計算して
いることになる。従つてａ群のコントラストCa
は Ca＝₁₈₄ 〓^x=64 ｜ｆ(X)−ｆ（ｘ＋５）｜，（ｘ＝4n）＝｜ｆ（64）−ｆ（69）｜＋｜ｆ（68） −ｆ（73）｜＋…＋｜ｆ（184）−ｆ（189）｜となる。同様にして各群のコントラストを演算し
て全体のコントラスト値を演算する。このように
して演算されたコントラスト値が予め設定された
しきい値以下であるとき、そしてステージ７３が
基準位置１４４より下方にある場合には、ステー
ジ７３がステージ駆動部７２により基準位置１４
４に移動せしめられ、再び瞳位置Ａにおける撮像
データが演算処理され、RAM５２に記憶される
と共にコントラスト値が演算される。ここでコン
トラスト値がしきい値以下であれば、ステージ７
３が100μmだけ上方へ移動せしめられ、このとき
のステージ７３の位置が上限位置１４１でないこ
とを確認した後再び瞳位置Ａにおける撮像データ
が演算処理され、RAM５２に記憶されると共に
コントラスト値が演算され、この動作はコントラ
スト値がしきい値以上になるまで繰返されるが、
途中でステージ７３がその上限位置１４１に達す
ると位置センサー１４５によりこれが検出される
ことによつて上記動作は中断され、さらに操作パ
ネル６４上に非合焦の表示が行なわれる。コント
ラスト値がしきい値以上になると、瞳分割用チヨ
ツパ８５がチヨツパ駆動部８４により第二の瞳分
割位置（第２０図ｂ）に移動せしめられ、瞳分割
位置Ｂにおける撮像データが撮像素子６１から
CPU５１に入力され、CPU５１はこの撮像デー
タをバツクグラウンドデータとしてRAM５２に
記憶されている補正係数により演算処理してf_Bを
得、先にRAM５２に記憶されたf_Aを読み出して
演算器５５により式に示した相関演算を行なつ
てＲ（δ）の最小値を与えるδ′（位相差）を求め、
この位相差δ′に基づき、ステージ７３の移動量を
決定してステージ駆動部７２によりステージ７３
を移動せしめる。続いて再び瞳分割用チヨツパ８
５を駆動せしめて瞳分割Ａ，Ｂにおける撮像デー
タf_A、f_Bを演算してその相関演算によるＲ（δ）
の最小値を与えるδ′を求め、δ′が０になるまで相
関演算の動作は繰返される。δ′が０になることに
より合焦が確認され上記動作が中断され、操作パ
ネル６４上に合焦の表示が行なわれる。かくして
操作パネル６４上に合焦または非合焦の表示が行
なわれた後、自動焦点合せの動作の最初にRAM
５２に記憶されたデータに基づいて、各光学系要
素は、自動焦点合せ以前の状態に復帰せしめられ
る。即ち、瞳分割用チヨツパ８５は光路外（第２
０図ｃ）に退避せしめられ、撮影レンズ６７が元
の倍率に切換えられ、開口絞り７７、視野絞り７
９、NDフイルターユニツト及び光源８３が元の
制御及び切換状態に戻される。さらにビームスプ
リツタ１６が光路内に挿入されて写真撮影系の光
路が構成される。以上で自動焦点合せの動作が完
了する。

上述の如く本実施例によれば、１焦点合せの操作が自動化されたことにより検
鏡者の操作が容易となり操作ミスが防止され且
つ所要時間が短縮され、また焦点合せの精度が
向上する。

２撮像データの補正係数がバツクグラウンドデ
ータとしてRAMに記憶されていることにより
焦点合せ精度が向上し、さらに該補正係数の入
力が簡単に行なわれることにより操作性が向上
する。

３自動焦点合せの際に各光学系要素は自動的に
これに適した状態に設定され、自動焦点合せ終
了後は各光学系要素は自動的にそれ以前の状態
に復帰せしめられる。

４自動焦点合せの際に絞り、明るさ等の光学的
条件が対物レンズデータに基づき最適値に演算
され自動的に設定されることにより、撮像デー
タの精度が向上する。

５自動焦点合せのためにステージの基準位置を
設けることにより、焦点合せ時間が大幅に短縮
され、特に高倍の対物レンズにおける焦点合せ
の場合に有効であつて、ステージの位置をモニ
ターしながら自動焦点合せの動作が行なわれる
ので、撮像データ以外のデータを含めて自動焦
点合せがなされるため、合焦精度が向上する。

６焦点合せのための演算処理として、相関演算
式、コントラスト値が併用されていることによ
り、処理時間が短縮され且つ合焦精度が向上す
る。

という効果が得られ、極めて便利である。

上述のように本発明は、顕微鏡の対物レンズを
含む光学系から撮像素子へ入射する像の照明ムラ
や光学系のムラ並びに撮像素子のノイズパターン
等の明るさ分布のばらつきを、補正係数として自
動的に補正して、これを撮像データとして合焦制
御がなされるから、焦点合わせ精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は顕微鏡の光学系の一例を示す概略図、
第２図は第１図の顕微鏡のための本発明による制
御システムのブロツク図、第３図は本発明による
顕微鏡の一実施例の制御装置を示す詳細なブロツ
ク図、第４図は第３図の制御装置における操作パ
ネルの一例を示す正面図、第５図は対物データテ
ーブルを示す図表、第６図は対物レンズとコンデ
ンサーレンズの対照を示す図表、第７図は光路の
FNo。（視野数）を示す図表、第８図は絞り制御
のブロツク図、第９図はNDフイルターユニツト
の一例を示す図、第１０図はNDフイルターの組
合せによる光量比を示す図表、第１１図は光路に
よる光量比Biを示す図表、第１２図は対物レン
ズによる光量比Obを示す図表、第１３図はNDフ
イルターによる光量比NDを示す図表、第１４図
及び第１５図は撮像素子上の投影像の補正データ
及び補正係数を示すグラフ、第１６図は対物レン
ズデータセツト時の制御のフローチヤート、第１
７図は自動焦点合せのための制御回路のブロツク
図、第１８図は瞳分割による焦点合せの原理を示
す概略図、第１９図は瞳分割による撮像データと
その相関演算による位相差を示すグラフ、第２０
図は瞳分割用チヨツパの一実施例を各作動状態に
て示す図、第２１図は撮像素子の出力を示すグラ
フ、第２２図は自動焦点合せのためのバツクグラ
ウンドデータ入力のフローチヤート、第２３図は
ステージの基準位置を示す図、第２４図は自動焦
点合せのフローチヤート、第２５図はコントラス
トを求めるときの各群を示す図である。１……光源、２……コレクターレンズ、３……
NDフイルターユニツト、４……視野絞り、５…
…開口絞り、６……コンデンサーレンズ、７……
ステージ、８……対物レンズ、９……レボルバ
ー、１０，１１，１４，１６……ビームスプリツ
タ、１２……接眼光学系、１３……撮影レンズ、
１５……受光素子、１７……カメラ用シヤツタ、
１８……カメラ、１９……撮像素子、２０……光
束分割チヨツパ、２１……撮像信号処理回路、２
２……駆動回路、２３……測光回路、２４……写
真撮影用接眼レンズ切換駆動部、２５……光路切
換駆動部、２６……対物レンズ切換駆動部、２７
……焦準駆動部、２８……コンデンサーレンズ切
換駆動部、２９……絞り制御駆動部、３０……
NDフイルタ切換駆動部、３１……光源装置、３
２……CPU、３３……自動露出演算制御部、３
４……撮影操作表示部、３５……記憶部、３６…
…操作表示部、５０……制御装置、５１……
CPU、５２……RAM、５３……バツテリー、５
４……ROM、５５……演算器、５６，……５
８，６５……インターフエース、５７……外部制
御装置、５９……写真撮影装置、６０……Ｉ／Ｏ
ポート、６１……撮像素子、６２……駆動及び撮
像信号処理回路、６３……Ａ／Ｄ変換器、６４…
…操作パネル、６６……駆動部、６７……写真撮
影用接眼レンズ、６８……光路切換駆動部、６９
……ビームスプリツタ、７０……対物レンズ切換
駆動部、７１……レボルバー、７２……焦準ステ
ージ駆動部、７３……ステージ、７４，８０……
切換駆動部、７５……コンデンサーレンズ、７
６，７８……制御駆動部、７７……開口絞り、７
９……照野絞り、８１……NDフイルターユニツ
ト、８２……調光回路、８３……光源、８４……
チヨツパ駆動部、８５，１３５……瞳分割用チヨ
ツパ、１００……対物データテーブル、１３０…
…アンプ、１３１……サンプルホールド回路、１
４０……対物レンズ、１４１……上限位置、１４
２……下限位置、１４３……ピント位置、１４４
……基準位置、１４５，１４６，１４７……位置
センサー。

Claims

【特許請求の範囲】１対物レンズの倍率及び種別を入力する対物レ
ンズデータ入力部と、光路に挿入された対物レン
ズを検出する検出手段と、複数個の対物レンズデ
ータを記憶する記憶部と、電気的に駆動され得る
少なくともNDフイルターを含む調光手段を有す
る光学系と、該光学系からの投影像を受光する撮
像素子と、該光学系の設定位置を記憶する光学系
記憶手段と、光路中に観察試料を挿入しない状態
で前記光学系から撮像素子へ入射する像の明るさ
分布のばらつきを記憶する記憶手段と、合焦検出
時に前記光学系から撮像素子へ入射する投影像の
明るさ分布から前記記憶手段に記憶されている明
るさ分布のばらつきを補正する補正手段と、該明
るさ分布のばらつきが補正された光量に基づき合
焦制御された後で、前記検出手段により検出した
現在光路に挿入されている対物レンズに基づき前
記記憶部から得た対物レンズデータに応じた適す
る観察光量を得るように前記光学系記憶手段で記
憶された設定位置に前記光学系を駆動・制御する
駆動制御部とを有する、自動焦点装置を備えた顕
微鏡。２前記光学系に照明光学系を含むことを特徴と
する、特許請求の範囲１に記載の顕微鏡。３前記光学系が結像光学系であることを特徴と
する、特許請求の範囲１に記載の顕微鏡。４前記自動焦点装置は、前記光学系と、前記撮
像素子と、該光学系の瞳位置を遮光する遮光板
と、前記撮像素子へ入射する光量を判断してコン
トラスト法及び瞳分割法による合焦検出を行い得
る合焦状態検出手段と、該合焦状態検出手段の検
出結果に応じて前記遮光板を移動する移動手段と
を有することを特徴とする、特許請求の範囲１乃
至３のいずれかに記載の顕微鏡。５前記自動焦点装置は、前記光学系の瞳を二分
割してその一方について光束を通過させる第一の
瞳分割位置と第二の瞳分割位置とをとり得る前記
遮光板と、該遮光板を第一の瞳分割位置と第二の
瞳分割位置とに移動させ得る移動制御手段と、を
有する瞳分割手段を備えたことを特徴とする、特
許請求の範囲４に記載の顕微鏡。６前記遮光板が瞳分割チヨツパであることを特
徴とする、特許請求の範囲４又は５に記載の顕微
鏡。７前記合焦状態検出手段は、コントラスト法に
よる合焦検出を行うために、前記撮像素子に入力
する投影光のコントラスト値を演算する演算手段
と、該コントラスト値を所定のしきい値と比較す
る比較手段と、該比較手段の出力に基づいて合焦
か否かの判断をする判断手段とを有することを特
徴とする、特許請求の範囲４乃至６のいずれかに
記載の顕微鏡。８前記合焦状態検出手段は、瞳分割法による合
焦検出を行うために、前記第一の瞳分割位置及び
第二の瞳分割位置にある遮光板を介して撮像素子
で得られた投影光のデータから位相差を演算する
演算手段と、該演算手段の出力から合焦か否かの
判断をする判断手段とを有することを特徴とする
特許請求の範囲４乃至６のいずれかに記載の顕微
鏡。