JPH11271623A - 顕微鏡用オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来装置による合焦は、光学系に変倍機能が必
要であり、コストアップや大型化及び複雑な調整が必要
になり信頼度を損なう。センサのサンプリングピッチを
変化させてもセンサの物理的な限界により、極低倍設定
では、高倍時の有効な画像検出範囲に極端な制限を受
け、安定したＡＦ動作を得られない。 【解決手段】本発明は、極低倍を含む任意の倍率に切換
可能な対物レンズ７と、標本を積載し３次元的に移動可
能なスキャニングステージ１とを備える顕微鏡に搭載さ
れ、極低倍の対物レンズが装填され標本に合焦できなか
った際に、標本の観察箇所をステージ平面の座標として
記憶させ、スキャニングステージ１を任意範囲内でステ
ージ駆動部１４，１５で移動させて所定の閾値以上の光
束のレベルが得られた位置で合焦させた後、観察箇所に
復帰させる顕微鏡用オートフォーカス装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡に搭載さ
れ、観察する際の標本や試料へのピント位置調整（合
焦）を自動的に行う自動焦点調整機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】近来、顕微鏡には、オートフォーカス
（以下、ＡＦと称する）機能、標本を積載するステージ
の上下方向、または平面（Ｘ，Ｙ軸）方向への移動、調
光、対物レンズ切り換え機能の他、自動化されている構
成部位が多く搭載されている。

【０００３】これらの技術の中でも、観察する際の試料
への焦点検出に関する技術は、多方面に渡り提案されて
おり、前述した電動ステージ（以下、スキャニングステ
ージと称する）と組み合わされたＡＦ装置は、最近の医
療分野におけるテレパソロジー等の遠隔操作による顕微
鏡観察、及びこれに基づいた診断には欠かせないものと
なっている。

【０００４】また最近では、顕微鏡に装着する対物レン
ズにおいて、極低倍へのニーズが高まっており、これに
伴って光路差方式のＡＦの装置においても、１倍以下の
ような極低倍から１００倍以上の高倍率の対物レンズま
でに幅広く対応する性能が要求されている。

【０００５】顕微鏡の焦点検出装置として、例えば光路
差方式を用いたＡＦ装置は、標本の予定結像面に対して
均等な距離に配置した２つの画像センサにより検出され
たコントラスト信号に基づいて、自動合焦検出動作を行
うものであり、これまでに種々の提案や改善が成されて
いる。

【０００６】この光路差方式ＡＦ装置では、標本のコン
トラスト検出手段として、ＣＣＤ等の画像センサを採用
しているが、極低倍の対物レンズを用いた場合に、標本
の形状や分布が超微細になる場合が多くなり、ＣＣＤ等
の画像センサの分解能を越えてしまい、結果として低コ
ントラストと判断されて、ＡＦ動作が不可能、あるいは
ＡＦ精度の低下につながる、という問題を抱えている。

【０００７】つまり、標本自体にはコントラストがある
にも関わらず、ＡＦ動作によるピント調整ができないと
いった事態になる。この問題を解決するものとして、特
開昭６３−２４２０９号公報では、対物レンズ倍率の変
更に伴い、センサに投影される標本の画像の倍率を変更
可能な光学素子を光路中に設け、対物レンズの変更と同
時に、これを駆動して、標本の画像倍率をセンサの分解
能以上にすることで上記問題を解決している。

【０００８】また、この公報において、画像センサのサ
ンプリングピッチ、すなわち画素サイズを可変にするこ
とで、上記問題を解決する方法も提案されている。すな
わち、センサへの投影倍率を低倍対物レンズ時の標本に
合わせておき、高倍対物レンズ使用時には、センサの画
素サイズを電気的に広げることで、上記問題を回避可能
としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した特開昭６３−
２４２０９号公報に記載される技術においては、以下の
問題が生じる。第１に、変倍機能を持つ光学系を付加し
なければならないため、装置全体のコストアップ、大型
化を招くだけでなく、光学系の複雑な調整が必要とな
り、結果として装置の信頼度を著しく低下させてしま
う。

【００１０】第２に、センサのサンプリングピッチを変
化させても、センサの物理的大きさには限界があり、例
えば極低倍の対物レンズ用に設定すると、高倍では有効
な画像検出範囲の極端な制限を受け、結果として全ての
倍率に対して、安定したＡＦ動作を確保することは不可
能である。

【００１１】遠隔操作が可能な顕微鏡はその必要性が近
年増加しているが、スキャニングステージやＡＦ装置
等、全て自動化される為、そのコストアップは否めな
い。従って全体的なコストの低減を考えた場合、当然Ａ
Ｆ装置単体においてもコストパフォーマンスが優れてい
なければならない。

【００１２】これらの問題点を鑑みると、特開昭６３−
２４２０９号公報に記載の方法では、前述した問題が新
たな発生するため、ＡＦ装置全体のコストアップを招
き、且つ対物レンズ倍率への対応性は不十分であるとい
える。

【００１３】そこで本発明は、装置全体の大型化やコス
トアップを防止しつつ、極低倍から高倍までの対物レン
ズに対しても高い合焦精度を実現して、さらに信頼性の
高い顕微鏡用オートフォーカス装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、任意の倍率に切換可能な対物レンズと、標
本を積載し３次元的に移動可能なステージと、前記標本
の光像を形成するための光学系と、この光学像を観察若
しくは撮影するための観察手段とを備える顕微鏡に搭載
され、前記光学系が照射した前記光像を含む光束に光路
差を設けて受光して光電変換し、光電変換された信号に
基づき、前記ステージに移動をさせ、前記標本に前記対
物レンズを合焦させる合焦手段と、前記ステージ上の観
察位置を平面の座標として記憶するステージ位置記憶手
段と、極低倍の前記対物レンズが装填され前記標本に合
焦できなかった際に、前記ステージ位置記憶手段に前記
標本の観察箇所を座標として記憶させ、前記ステージを
任意範囲内で移動させて予め設定された閾値以上の前記
光束のレベルが得られた位置で前記合焦手段により合焦
させた後、前記ステージを前記観察箇所に平面移動させ
て復帰させる制御手段とを備えた顕微鏡用オートフォー
カス装置を提供する。

【００１５】以上のような構成の顕微鏡用オートフォー
カス装置は、極低倍の対物レンズを使用している場合、
ステージを所定範囲内で移動させながら合焦検出を行
い、ある閾値以上のコントラスト信号が得られる位置に
おいてＡＦ動作を行い、合焦した後、再び元の位置にス
テージを移動させる様な制御が行なわれて、ＡＦ動作を
行いたい標本の箇所が低コントラスト、若しくはコント
ラストはあるが標本の形状が微細でセンサが検出できな
い様な箇所においても、別の箇所でＡＦ動作をかけ、極
低倍故の焦点深度の深さによって保証されたＡＦ精度を
確保しつつ元の箇所に戻すことを可能としたため、１倍
以下の対物レンズ使用時にも、安定したＡＦ動作が行わ
れる。

【００１６】また、極低倍以外の対物レンズ装着時には
通常の光路差、若しくは極低倍の対物レンズにおけるＡ
Ｆ開始時に、ＡＦ動作を行いたい標本の箇所がセンサか
ら見て十分なコントラストを持っていると判断された場
合、ステージの移動は行わず、即その位置でピントを合
わせる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１には、本発明によ
る第１の実施形態に係る顕微鏡用オートフォーカス（Ａ
Ｆ）装置の構成例を示し説明する。

【００１８】このＡＦ装置は、３次元方向に移動可能な
スキャニングステージ１と、スキャニングステージ１に
積載した被写体Ｓを照明するための光源２と、光源２か
らの照明光を観察に好適するように処理するＮＤフィル
タ３、視野絞り４、ミラー５及びコンデンサ６と、被写
体Ｓを通過若しくは反射した光束が入射する対物レンズ
７と、分岐した対物レンズ７からの光束の一部を肉眼に
より観察するための接眼レンズ８と、その他の光束から
ＡＦ動作状態を検出するための被写体像信号（コントラ
スト信号）を生成するオートフォーカスセンサヘッド９
と、前記コントラスト信号による合焦判定及びこの判定
に基づく各構成部位の動作制御を行うＣＰＵ１３と、Ｃ
ＰＵ１３の制御によりスキャニングステージ１を３次元
的に移動するステージ駆動装置（Ｚ）１４及びステージ
駆動装置（Ｘ，Ｙ）１５と、ユーザーが操作により、各
種設定や現在光路に挿入されている対物レンズの種類等
をＣＰＵ１３に指示する外部コントローラ１６とで構成
される。

【００１９】また前記オートフォーカスセンサヘッド９
は、入射した光束を結像する結像レンズ１０と、結像さ
れた光束を２つの光路に分岐する光路差プリズム１１
と、それぞれの光路の光束を光電変換し、被写体の合焦
状態を検出するための２つのコントラスト信号を生成す
るイメージセンサ１２とで構成される。

【００２０】このように構成されたＡＦ装置において、
ＣＰＵ１３からの制御信号に基づき、被写体Ｓを積載し
たスキャニングステージ１は、ステージ駆動装置（Ｚ）
１４により上下（Ｚ軸）方向、及びステージ駆動装置
（Ｘ，Ｙ）１５により平面（Ｘ，Ｙ軸）方向の３次元方
向に移動可能に構成されている。観察の際には、光源２
による照明光（光束）が 減光のためのＮＤフィルタ３
と視野絞り４、ミラー５、及びコンデンサ６を介してス
テージ上の標本となる被写体Ｓに入射する。

【００２１】この被写体Ｓを通過若しくは反射した光束
は、対物レンズ７を通過して、その一部が接眼レンズ８
へ導かれ、その他の光束は、オートフォーカスセンサヘ
ッド９に入射する。オートフォーカスセンサヘッド９に
入射した光束は、結像レンズ１０及び光路差プリズム１
１を経て、光路差を持つ２つの光束として生成され、イ
メージセンサ１２上に照射される。

【００２２】前記イメージセンサ１２では、これらの２
つの光束を光電変換して、２つのコントラスト信号（こ
こでは、Ａコントラスト信号、Ｂコントラスト信号と称
する）を出力する。これらのコントラスト信号は、図示
しないアナログ処理回路を経て、Ａ／Ｄ変換され、ＣＰ
Ｕ１３に入力される。

【００２３】そして、ＣＰＵ１３は、イメージセンサ１
２からのＡ，Ｂコントラスト信号に基づき後述するよう
な合焦判定を行い、その判定結果に応じて、被写体Ｓを
合焦位置へと移動させるためのスキャニングステージ１
の移動量及び方向を算出し、ステージ駆動装置１４，１
５に駆動制御信号を送出する。

【００２４】ここで、ステージ駆動装置（Ｚ）１４は、
ＣＰＵ１３からの駆動制御信号に基づいてスキャンニン
グステージ１を上下させ、合焦調節を行う。またステー
ジ駆動装置（Ｘ，Ｙ）１５は、ＣＰＵ１３からの駆動制
御信号に基づいて、スキャンニングステージ１を平面内
で自由に移動させる。

【００２５】次に図２（ａ）には、イメージセンサ１２
で検出されたＡ，Ｂコントラスト信号の特性を示す。図
中、縦軸にはコントラストのレベル、横軸にはスキャン
ニングステージ１の上下方向に対する変位を示してい
る。

【００２６】前記イメージセンサ１２は、前記Ａ，Ｂコ
ントラスト信号の交差する中心位置Ｏがピント位置（合
焦位置）となるよう、光学的に調整されている。そして
ＣＰＵ１３では、前記Ａ，Ｂコントラスト信号から、
（Ｂ−Ａ／Ａ＋Ｂ）の評価式に基づき、図２（ｂ）に示
される様なＡＦ特性信号を算出する。図中、縦軸は前記
評価式によって正規化された、ＡＦ特性信号のレベル
（Ｍａｘ＝１、Ｍｉｎ＝−１）であり、横軸は、図２
（ａ）と同様に、スキャンニングステージ１の上下方向
に対する変位を示している。また図２（ａ）、（ｂ）の
横軸は同一のスケールである。

【００２７】前記ＣＰＵ１３は、図２（ｂ）に示したＡ
Ｆ特性信号レベルの符号から、ピント位置へ移動させる
スキャンニングステージ１の方向、またそのレベルから
現在の合焦状態を検出し、スキャンニングステージ１の
移動速度や合焦判定等、これに対応した種々の動作を行
うことでＡＦ動作による合焦を可能にしている。

【００２８】次に図３に示すフローチャートを参照し
て、本実施形態のＡＦ装置によるＡＦ動作について詳し
く説明する。まず、ユーザーの操作により外部コントロ
ーラ１６からＣＰＵ１３へＡＦ動作開始を示唆する信号
が送信される（ステップＳ１）。この信号によりＣＰＵ
１３は、予め設定されるＡＦ動作を行うステージ１上下
方向の範囲（ＡＦゾーンと称する）内に、スキャンニン
グステージ１があるか否か判断し（ステップＳ２）、Ａ
Ｆゾーン範囲外にスキャンニングステージ１があった場
合は（ＮＯ）、ステージ駆動装置（Ｚ）１４を駆動させ
てスキャニングステージ１をその範囲内の所定位置まで
移動させる（ステップＳ３）。

【００２９】次に、ＣＰＵ１３は、外部コントローラ１
６による設定状態から現在光路中に挿入されている対物
レンズの倍率を検出し、極低倍の対物レンズか否かを判
定する（ステップＳ４）。

【００３０】この判定で、現在の対物レンズが０．５倍
等の極低倍の対物レンズではなかった場合（ＮＯ）、通
常の光路差方式のＡＦ動作を行う。すなわち、前記Ａ，
Ｂコントラスト信号を検出し（ステップＳ５）、前記評
価式にて、ＡＦ特性信号のレベルを算出し（ステップＳ
６）、この値が各対物レンズの焦点深度等の特性によっ
て予め設定された、合焦と見なせるステージＺ軸範囲に
相当するＡＦ特性信号レベルと所定レベルαとを比較し
て（ステップＳ７）、ＡＦ特性信号レベルが閾値となる
所定レベルα以上と判定された場合（ＮＯ）、前記信号
の符号やレベルに応じた移動方向、移動スピードでスキ
ャニングステージ１を駆動しながら、ＡＦ動作を繰り返
し行う（ステップＳ８，Ｓ９）。

【００３１】そして前記ＡＦ特性信号のレベルが所定レ
ベルα未満となった時点で（ＹＥＳ）、ＣＰＵ１３はこ
の時のステージ上下方向の位置を合焦位置と見なし、Ａ
Ｆ動作が終了する。

【００３２】また前記ステップＳ４の判定において、現
在光路中に挿入されている対物レンズが極低倍であると
判定した場合（ＹＥＳ）、ＣＰＵ１３は現在のスキャニ
ングステージ１の位置として、光軸に垂直な平面内での
Ｘ，Ｙ座標をステージ駆動装置（Ｘ，Ｙ）１５を介して
検出し、図示しないＣＰＵ１３内部のメモリに記憶する
（ステップＳ１０）。

【００３３】次に、ＣＰＵ１３は、ステージ駆動装置
（Ｘ，Ｙ）１５に駆動制御信号を与え、スキャニングス
テージ１を所定の範囲内で平面移動させながら（ステッ
プＳ１１）、前記Ａ，Ｂコントラスト信号を検出する
（ステップＳ１２）。

【００３４】この時、前記Ａ，Ｂコントラスト信号に基
づくコントラストレベルの片方、若しくは両方のコント
ラストレベルの和分が閾値となる所定レベルβ以上か否
か判定し（ステップＳ１３）、コントラストレベルの和
分が所定レベルβ以上となるステージ位置を検索する。

【００３５】この判定において、コントラストレベルが
所定レベルβ以上となった場合に（ＹＥＳ）、ＣＰＵ１
３は、その座標位置でスキャニングステージ１の平面移
動を停止して、通常のＡＦ動作と同様に、コントラスト
信号からＡＦ特性信号レベルを算出し（ステップＳ１
４）、算出されたレベルと対物レンズ毎に設定されてい
る前記所定レベルαとを比較する（ステップＳ１５）。

【００３６】この比較で算出されたレベルが前記所定レ
ベルα以上であった場合には（ＮＯ）、ステージ駆動装
置（Ｚ）１４を使用してスキャニングステージ１を上下
方向に駆動させながらＡＦ動作を行い（ステップＳ１
６，Ｓ１７）、ステップＳ１２に戻りコントラスト信号
を再度、検出する。

【００３７】そして、極低倍以外のＡＦ動作と同様に、
前記ＡＦ特性信号のレベルが前記所定レベルα未満とな
った場合に（ＹＥＳ）、ＣＰＵ１３は、この時のステー
ジ上下方向の位置を合焦位置と見なす。

【００３８】さらに、最初に記憶していた光軸に垂直な
平面内でのＸ，Ｙ座標に基づき、スキャニングステージ
１をＡＦ開始時の位置に復帰させた後（ステップＳ１
８）、ＡＦ動作を終了する。

【００３９】次に前述した極低倍の対物レンズにおける
コントラスト特性信号、及びＡＦ特性信号について、図
４に示す特性図を参照して説明する。図４（ａ）は、図
２（ａ）と同様にＡ，Ｂコントラスト信号のコントラス
ト特性を示すもので、図中、ａ：高倍対物レンズ装着
時、ｂ：低倍倍率レンズ装着時、ｃ：極低倍対物レンズ
装着時のそれぞれの特性を示している。図４（ｂ）は前
記評価式に基づく、ＡＦ特性信号を示している。それぞ
れの信号線は図４（ａ）と同様である。また図４
（ａ）、（ｂ）の縦軸は信号電圧（Ｖ）を示し、横軸は
同一のスケールで距離を示している。

【００４０】図４に示されるように、使用する対物レン
ズの倍率が低くなる程、図４（ａ）のコントラスト特性
におけるＡ，Ｂコントラスト信号のそれぞれのピーク値
に相当するステージＺ方向の範囲は広くなる。

【００４１】つまり、高倍、低倍、極低倍の各対物レン
ズを装着した場合、センサからみて十分なコントラスト
が確保されているものとして、ＡＦ動作を行えて合焦判
定が可能である範囲（合焦判定範囲と呼ぶ）は、図中に
示すとおり、極低倍では非常に広範囲となっている。

【００４２】言い換えれば、極低倍の対物レンズ装着時
においては、本来の合焦位置から非常に離れていて、他
の高い倍率の対物レンズでは画像成分に相当するコント
ラストが検出されないステージ位置（大ぼけ位置）であ
っても、極低倍であれば十分合焦判定を行うことが可能
である。

【００４３】従って、前述したＡＦゾーンを極低倍の合
焦判定範囲（図４中のＡで示す範囲）以内とすれば、本
実施形態のシーケンスの様に、最初にスキャニングステ
ージ１をＡＦゾーン以内に移動させることで、極低倍対
物レンズの場合、ピントは合っていなくても、コントラ
ストが検出されることになる。

【００４４】すなわち、適正に設定したＡＦゾーンの最
下端、若しくは最上端において、スキャニングステージ
１で所定範囲に対してスキャン動作を行えば、例えば標
本のエッヂやスライドガラス、カバーガラスの端面等の
十分なコントラストを持つ場所を検出することができ、
これにピントを合わせる。

【００４５】この後、元の標本位置にスキャンニングス
テージ１を戻しても、極低倍では、焦点深度が非常に深
いため、標本の厚みやカバーガラスの厚み等、多少の段
差による標本のピントズレは、光学的な分解能以下であ
るため、影響を受けない。

【００４６】本実施形態では、以上の様な構成をとるこ
とにより、０．５倍などの極低倍の対物レンズに対す
る、画像センサの分解能に起因するＡＦ不能、誤動作を
回避し、且つ特別な光学系を付加することなく、低コス
トで精度の高い、しかも極低倍から高倍率の対物レンズ
まで、安定した精度を確保したＡＦ動作が可能となる。

【００４７】次に、本発明による第２実施形態に係る顕
微鏡用オートフォーカス装置について説明する。本実施
形態の構成は、前述した第１の実施形態の構成と同等で
あるが作用が異なっている。ここでの本実施形態の構成
部位には第１の構成部位と同じ参照符号を付して、詳細
な説明は省略する。

【００４８】図５に示すフローチャートを参照して、本
実施形態における極低倍対物レンズ装着時のＡＦ動作に
ついて説明する。まず、ユーザーの操作により、外部コ
ントローラ１６からＣＰＵ１３へＡＦ動作開始を示唆す
る信号が送信される（ステップＳ２１）。この信号によ
りＣＰＵ１３は、図３のステップＳ２と同様に、ＡＦゾ
ーン内にスキャンニングステージ１があるか否か判定し
（ステップＳ２２）、ＡＦゾーン範囲外にスキャンニン
グステージ１がある場合には（ＮＯ）、ステージ駆動装
置（Ｚ）１４を駆動してスキャニングステージ１をＡＦ
ゾーン範囲内の所定位置に移動させる（ステップＳ２
３）。

【００４９】次に、ＣＰＵ１３において、フラグ（ＦＬ
Ｇ）に「０」を設定し（ステップＳ２４）、外部コント
ローラ１６の設定状態から現在光路中に挿入されている
対物レンズの倍率を検知して、極低倍の対物レンズか否
かを判定する（ステップＳ２５）。

【００５０】この判定で、挿入されている対物レンズ
が、０．５倍等の極低倍の対物レンズではなかった場合
（ＮＯ）、通常の光路差方式のＡＦ動作を行い（ステッ
プＳ２６）、合焦位置にスキャニングステージ１を移動
させ、ＡＦ動作を終了させる（ステップＳ２７）。そし
て、ＦＬＧが「２」か否か判定し（ステップＳ２８）、
「２」が設定されていたならば（ＹＥＳ）、最初に記憶
していた光軸に垂直な平面内でのＸ，Ｙ座標に基づき、
スキャニングステージ１をＡＦ開始時の位置に復帰させ
て（ステップＳ２９）、若しくはＦＬＧが「２」でなけ
れば（ＮＯ）、一連の動作を終了する。

【００５１】前記ステップＳ２５の判定において、現在
光路中に挿入されている対物レンズが極低倍であった場
合（ＹＥＳ）、ＦＧＬに「１」を立てた後（ステップＳ
３０）、ＣＰＵ１３は、イメージセンサ１２で現在のス
テージ位置におけるＡ，Ｂコントラスト信号を検出して
各コントラストレベルを求め（ステップＳ３１）、前記
コントラストレベルの片方、あるいは両方のコントラス
トレベルの和分が所定レベルβ以上であるか否かを判定
する（ステップＳ３２）。

【００５２】この判定で前記コントラストレベルが所定
レベルβ以上であれば（ＹＥＳ）、前記ステップＳ２６
に移行して、通常のシーケンスによるＡＦ動作を行う。
しかし、この判定で前記コントラストレベルが所定レベ
ルβ未満であれば（ＮＯ）、ＦＬＧに「１」が設定され
ているか否か判定し（ステップＳ３３）、「１」であれ
ば（ＹＥＳ）、ＣＰＵ１３は、現在のスキャニングステ
ージ１の光軸に垂直な平面内でのＸ，Ｙ座標をステージ
駆動装置（Ｘ，Ｙ）１５を介して検出し、図示しないＣ
ＰＵ１３内部のメモリに記憶する（ステップＳ３４）。
その後、ＦＬＧに「２」を立てて（ステップＳ３５）、
ステージ駆動装置（Ｘ，Ｙ）１５に駆動制御信号を与
え、スキャニングステージ１を所定の範囲内で平面移動
させる（ステップＳ３６）。そして前記ステップＳ３１
に戻り、平面移動させながら、前記Ａ、Ｂ両信号のコン
トラストを再度検出する。また、ステップＳ３３の判定
で、ＦＬＧが「１」でなければ（ＮＯ）、そのままステ
ップＳ３６に移行する。

【００５３】以上のように本実施形態によれば、極低倍
の対物レンズが使用されている場合でも、最初の標本位
置でＡＦ動作を行うため、十分なコントラストが検出さ
れてれば、極低倍用の特別な処理を行うことなく標本に
ピントを合わせることができ、ステージ位置の記憶や移
動等にかかる時間が短縮化され、標本の持つコントラス
トによってフレキシブルに対応でき、高速、且つ高精度
のＡＦ動作を行うことが実現できる。

【００５４】次に、本発明による第３実施形態に係る顕
微鏡用オートフォーカス装置について説明する。本実施
形態における顕微鏡システムの構成は、図１に示した第
１の実施形態と同様であり、作用が異なっているため、
本実施形態の構成部位には同じ参照符号を付して、ここ
での説明は省略する。

【００５５】図６に示すフローチャートを参照して、本
実施形態における極低倍対物レンズ装着時のＡＦ動作に
ついて説明する。まず、極低倍以外の対物レンズが選択
されており、すでにＡＦ動作が終了し、ピントが合って
いる状態、もしくは前記条件において常にＡＦ制御（追
従型ＡＦ）が行われている場合を想定する（ステップＳ
４１）。

【００５６】このＡＦ制御状態において、ユーザーの操
作により、外部コントローラ１６からＣＰＵ１３へ極低
倍の対物レンズの選択が指示されると（ステップＳ４
２）、ＣＰＵ１３は、ＡＦ動作が追従モード中であるか
否かを判定し（ステップＳ４３）、追従モード中であれ
ば（ＹＥＳ）、ＡＦ動作が追従モード中であることを記
憶した後（ステップＳ４４）、そのＡＦ動作を停止させ
る（ステップＳ４５）。

【００５７】その後、ＣＰＵ１３は、図示しないメモリ
に予め記憶されている極低倍対物レンズと切り換え以前
の対物レンズとの光学的、若しくは機械的な同焦補正の
データを読み出す（ステップＳ４６）。またステップＳ
４３において、追従モードでなかった場合も（ＮＯ）、
ステップＳ４６に移行し、補正データを読み出す。

【００５８】そして読み出された補正データに基づい
て、ステージ駆動装置（Ｚ）１４を駆動して、スキャニ
ングステージ１を所定のＺ軸方向位置まで移動させる
（ステップＳ４７）。

【００５９】ここで、極低倍対物レンズの選択以前にピ
ントが合っていた場合、極低倍であるため非常に深い焦
点深度であり、前記対物レンズ間の同焦補正に基づくス
テージ移動を行っただけで、極低倍対物レンズ選択後の
標本のピントは光学的な分解能以下の誤差となり、再度
ＡＦ動作を行う必要はない。

【００６０】従って、本実施形態では、これまでのＡＦ
動作で、極低倍対物レンズにおけるピント合わせを終了
する（ステップＳ４８）。この後、極低倍以外の対物レ
ンズが選択された場合、以前に追従モードであった場合
には、記憶されている種々のデータを元にＡＦ動作を再
開する。

【００６１】従って本実施形態においては、極低倍以外
の対物レンズですでにピントが合っている状態から極低
倍対物レンズが選択された場合、ＡＦ動作を行わず、対
物レンズ間の同焦補正のみを行うことにより、極低倍に
おいても十分な精度でピント合わせを可能にしているた
め、ＡＦ動作にかかる時間を短縮することがなくすこと
が可能となる。

【００６２】さらに、対物レンズが極低倍以外に切り替
わった場合においては、以前に記憶しているモードに基
づいて追従型ＡＦ動作を再開させるため、頻繁な対物レ
ンズ切り換えに伴うＡＦ動作についても、安定した合焦
精度を確保し、且つ時間的に無駄のないＡＦ動作を可能
にしている。

【００６３】以上説明した本発明の顕微鏡用オートフォ
ーカス装置によれば、スキャニングステージと組み合わ
せることにより、０．５倍などの極低倍の対物レンズに
対する、画像センサの分解能に起因するＡＦ不能、誤動
作を回避し、且つ特別な光学系を付加することなく、低
コストで精度の高い、しかも極低倍から高倍率の対物レ
ンズまで、安定した精度を確保したＡＦ動作が可能とな
る。

【００６４】また、極低倍の対物レンズが使用されてい
る場合でも、最初の標本位置でＡＦ動作を行うために十
分なコントラストが検出されている場合は、極低倍用の
特別な処理を行うことなく標本にピントを合わせること
ができるため、ステージ位置の記憶や移動等に費やされ
る時間を省略でき、標本の持つコントラストによってフ
レキシブルに対応できる高速なＡＦ動作を行うことが可
能となる。

【００６５】さらに、極低倍以外の対物レンズですでに
ピントが合っている状態から極低倍対物レンズが選択さ
れた場合、ＡＦ動作を行わず、対物レンズ間の同焦補正
のみを行うことでＡＦに費やす時間をなくし、対物レン
ズが極低倍以外に切り替わった場合、以前に記憶してい
るモードに基づいて追従型ＡＦを再開させるため、頻繁
な対物レンズ切り換えに伴うＡＦ動作についても、安定
した合焦精度を確保し、且つ時間的にロスのないＡＦ動
作を可能にして、頻繁な対物レンズ変換にも柔軟に対応
した汎用性の高いＡＦ装置を実現する。

【００６６】尚、説明したいずれの実施形態において
も、その趣旨を逸脱しない限り、種々の変形は勿論可能
である。例えば、焦準手段としての標本と対物レンズ間
の距離の調節は、ステージ移動によって説明したが、逆
に対物レンズを装着するレボルバーを上下駆動する方式
等に変更しても、全く同様の効果が得られる。

【００６７】また、同様に標本の観察位置を選択する視
野選択手段としても、各実施形態では、ステージを光軸
に直交する平面内で移動させる方式として説明している
が、ステージは固定で、対物レンズを光軸に直交する平
面内で移動する方式、またはステージ及び対物レンズを
前記平面内で交差する方向にそれぞれ直線または円弧状
等に一軸移動させる方式を採用することもできる。ま
た、対物レンズ情報やＡＦ動作状態等の情報は、外部入
力手段から得られるよう記述されているが、例えばレボ
ルバー付近に、対物レンズ種類の検出手段を設け、前記
検出手段からの情報に基づいて種々の制御を行っても、
本発明の効果に変わりはない。

【００６８】以上の実施形態について説明したが、本明
細書には以下のような発明も含まれている。 （１） 複数の切り換え可能な対物レンズと、被写体と
する標本を積載するステージと、前記ステージを光軸に
垂直な平面内で移動させるステージ移動手段と、前記対
物レンズを介して被写体像を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系を介して被写体からの光像を受ける撮像
手段と、前記撮像手段からの被写体情報より被写体の合
焦度を演算する演算手段と、前記演算手段からの被写体
合焦度を出力する合焦度出力手段と、前記対物レンズま
たは前記ステージの少なくとも一方を駆動する駆動手段
と、対物レンズ情報、あるいはオートフォーカス動作状
態等の情報を検出する検出手段と、前記合焦度出力手段
からの合焦度信号により前記駆動手段を動作させ、被写
体を合焦へ導く顕微鏡用オートフォーカス装置におい
て、前記オートフォーカス装置は、前記ステージの前記
平面内での座標を記憶するステージ座標記憶手段と、前
記ステージ移動手段によりステージを前記平面内で移動
させながら、前記合焦度出力手段からの合焦度信号を検
出し、前記合焦度信号が所定値以上であることを検出し
た時点で前記ステージ移動手段の動作を停止させる合焦
度信号サーチ手段と、前記合焦度信号サーチ手段からの
信号を受けて前記駆動手段を動作させ、現在のステージ
位置における被写体の合焦位置を検出する合焦位置検出
手段と、前記合焦位置検出手段からの合焦判定信号を受
けて、前記ステージ座標記憶手段において記憶されたス
テージ位置にステージを復帰させるステージ復帰手段と
を備え、 さらに、前記対物レンズ情報に基づいて、前
記ステージ座標記憶手段、前記合焦度信号サーチ手段、
前記合焦位置検出手段、及び前記ステージ復帰手段を動
作させるか否かを判定するＡＦモード判定手段と、を具
備したことを特徴とする顕微鏡用オートフォーカス装
置。

【００６９】（２）前記ＡＦモード判定手段は、オート
フォーカス動作の開始直後、前記合焦度出力手段からの
合焦度信号がすでに所定値以上である場合、前記ステー
ジ座標記憶手段、前記合焦度信号サーチ手段、前記合焦
位置検出手段、及び前記ステージ復帰手段動作を行わな
いことを特徴とした請求項１記載の顕微鏡用オートフォ
ーカス装置。

【００７０】（３）前記ＡＦモード判定手段は前記合焦
度出力手段からの合焦度信号に基づいて、前記駆動手段
を動作させるか否かを判定することを特徴とした前記
（１）項または前記（２）項に記載の顕微鏡用オートフ
ォーカス装置。

【００７１】（４）任意な倍率に切換可能で光軸方向に
移動可能な対物レンズと、標本を積載し、前記光軸方向
に対して垂直な平面で移動可能なステージと、前記標本
の光像を形成するための光学系と、この光学像を観察若
しくは撮影するための観察手段とを備える顕微鏡に搭載
され、前記光学系が照射した前記光像を含む光束に光路
差を設けて受光して光電変換し、光電変換された信号に
基づき、前記ステージに移動をさせ、前記標本に前記対
物レンズを合焦させる合焦手段と、前記ステージ上の観
察位置を平面の座標として記憶するステージ位置記憶手
段と、極低倍の前記対物レンズが装填され前記標本に合
焦できなかった際に、前記ステージ位置記憶手に前記標
本の観察箇所を座標として記憶させ、前記ステージを任
意範囲内で移動させて前記合焦手段によって予め設定さ
れた閾値以上の前記光束のレベルが得られた位置で合焦
させた後、前記ステージを前記観察箇所に平面移動させ
て復帰させる制御手段と、を具備したことを特徴とする
顕微鏡用オートフォーカス装置。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、極
低倍の対物レンズに対する、画像センサの分解能に起因
するＡＦ不能、誤動作を回避し、且つ特別な光学系を付
加することなく、低コストで精度の高い、しかも極低倍
から高倍率の対物レンズまで、安定した精度を確保した
ＡＦ動作が可能となる顕微鏡用オートフォーカス装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施形態に係る顕微鏡用オ
ートフォーカス（ＡＦ）装置の構成例を示し

【図２】実施形態におけるイメージセンサで検出された
コントラスト信号の特性及びＡＦ動作に用いる信号の特
性を示す図である。

【図３】第１の実施形態のＡＦ装置によるＡＦ動作につ
いて説明するためのフローチャートである。

【図４】高倍、低倍及び極低倍の各対物レンズにより得
られるコントラスト信号及びＡＦ動作に用いる信号の特
性を示す図である。

【図５】第２の実施形態のＡＦ装置によるＡＦ動作につ
いて説明するためのフローチャートである。

【図６】第３の実施形態のＡＦ装置によるＡＦ動作につ
いて説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…スキャニングステージ ２…光源 ３…ＮＤフィルタ ４…視野絞り ５…ミラー ６…コンデンサ ７…対物レンズ ８…接眼レンズ ９…オートフォーカスセンサヘッド １０…結像レンズ １１…光路差プリズム １２…イメージセンサ １３…ＣＰＵ １４…移動するステージ駆動装置（Ｚ）１ １５…ステージ駆動装置（Ｘ，Ｙ） １６…外部コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の倍率に切換可能な対物レンズと、
   標本を積載し、３次元的に移動可能なステージと、前記
   標本の光像を形成するための光学系と、この光学像を観
   察若しくは撮影するための観察手段とを備える顕微鏡に
   搭載され、 前記光学系が照射した前記光像を含む光束に光路差を設
   けて受光して光電変換し、光電変換された信号に基づ
   き、前記ステージに移動をさせ、前記標本に前記対物レ
   ンズを合焦させる合焦手段と、 前記ステージ上の観察位置を平面の座標として記憶する
   ステージ位置記憶手段と、 極低倍の前記対物レンズが装填され前記標本に合焦でき
   なかった際に、前記ステージ位置記憶手段に前記標本の
   観察箇所を座標として記憶させ、前記ステージを任意範
   囲内で移動させて予め設定された閾値以上の前記光束の
   レベルが得られた位置で前記合焦手段により合焦させた
   後、前記ステージを前記観察箇所に平面移動させて復帰
   させる制御手段と、を具備したことを特徴とする顕微鏡
   用オートフォーカス装置。
2. 【請求項２】 倍率が切り換え可能な対物レンズと、被
   写体とする標本を積載するステージと、前記ステージを
   光軸に垂直な平面内で移動させるステージ移動手段と、
   前記対物レンズを介して被写体像を結像させる結像光学
   系と、前記結像光学系を介して被写体からの光像を受け
   る撮像手段と、前記撮像手段からの被写体情報より被写
   体の合焦度を演算する演算手段と、前記演算手段からの
   被写体合焦度を出力する合焦度出力手段と、前記対物レ
   ンズ、若しくは前記ステージの少なくとも一方を駆動す
   る駆動手段と、対物レンズ情報、若しくはオートフォー
   カス動作状態等の情報を検出する検出手段と、前記合焦
   度出力手段からの合焦度信号により前記駆動手段を動作
   させ、被写体を合焦へ導く顕微鏡用オートフォーカス装
   置において、 前記ステージ上の被写体位置をステージ座標として記憶
   するステージ座標記憶手段と、 前記ステージ移動手段によりステージを前記平面内で移
   動させながら、前記合焦度出力手段からの合焦度信号を
   検出し、前記合焦度信号が所定値以上であることを検出
   した時点で前記ステージ移動手段の動作を停止させる合
   焦度信号サーチ手段と、 前記合焦度信号サーチ手段からの信号を受けて前記駆動
   手段を動作させ、現在のステージ位置における被写体の
   合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、 前記合焦位置検出手段からの合焦判定信号を受けて、前
   記ステージ座標記憶手段に記憶されたステージ位置にス
   テージを復帰させるステージ復帰手段と、 前記対物レンズ情報に基づいて、前記ステージ座標記憶
   手段、前記合焦度信号サーチ手段、前記合焦位置検出手
   段及び前記ステージ復帰手段を動作させるか否かを判定
   するＡＦモード判定手段と、を具備したことを特徴とす
   る顕微鏡用オートフォーカス装置。
3. 【請求項３】 前記ＡＦモード判定手段は、オートフォ
   ーカス動作の開始直後、前記合焦度出力手段からの合焦
   度信号がすでに所定値以上である場合、前記ステージ座
   標記憶手段、前記合焦度信号サーチ手段、前記合焦位置
   検出手段、及び前記ステージ復帰手段動作を行わないこ
   とを特徴とした請求項１記載の顕微鏡用オートフォーカ
   ス装置。