JPH1152221A - 顕微鏡用焦点検出装置および顕微鏡用焦点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】極低倍率の対物レンズを使用する場合でも高精
度な焦点検出ができ、疑合焦を避けることができる顕微
鏡用焦点検出装置を得る。 【解決手段】顕微鏡で観察している試料の光像を予定焦
点位置前後のコントラスト値を比較して両者がある規定
値以内に入るように焦点調節をする光路差方式の焦点検
出装置において、繰り返し焦点からのずれ量を検出しつ
つ前記試料と前記対物光学系との相対的距離を焦点に近
づけて行き、焦点ずれ量が予め決められた規定値以内に
入ったと判断された場合でも、光学的条件または試料の
特性によってさらに焦点に近づく方向に試料と対物光学
系との相対的距離を調節し、焦点位置を通り越す位置ま
で調整し続ける手段を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低倍率の対物レン
ズを使用した場合でも高精度な焦点検出が可能となる顕
微鏡用焦点検出装置および顕微鏡用焦点検出方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来顕微鏡等の合焦点検出技術に関する
公知例として、以下に述べる第１〜第３の公知例があ
る。第１の公知例は、特開昭５６−６４３２３号公報に
示すものであり、これは次のような技術である。すなわ
ち、結像レンズの合焦面と光学的に共役な面を挟んで一
定の光学的距離をもって前後して配置された、それぞれ
Ｋ個の光電変換素子からなる一対の受光素子列に、結像
レンズにより物体像に光強度分布に応じた照度信号とし
ての光電変換信号を発生させて、この照度信号に基づい
て各受光素子列に投影された物体像の鮮明度の評価関数
値を算出し、この両評価関数値を比較することによって
合焦状態を判別するようにした合焦検出方法において、
各受光素子列ごとにあらかじめ定められた評価関数に従
って微調整用の評価関数を算出し、各受光素子列を互い
に隣り合うｍ個の光電変換素子よりなる組に分け、この
各組を実行的な１つの光電変換素子とみなし、各組の光
電変換素子からの照度信号を合計して、その合計照度信
号をその組の照度信号とし、評価関数に従って粗調整用
の評価関数値を算出し、微調整用の評価関数値が前もっ
て設定されたあるしきい値以下であるときには、粗調整
用の評価関数値を互いに比較して合焦状態を判別し、微
調整用の評価関数値がしきい値以上であるときには、こ
の微調整用の評価関数値を互いに比較して合焦状態を判
別する合焦検出方法である。

【０００３】第２の公知例は、特開昭５６−５４４１８
号公報に示すものであり、この第２の公知例において
も、第１の公知例と同様に粗調整用の評価関数と微調整
用の評価関数を用いて合焦度評価レベルによって両評価
関数を使い分ける合焦検出方式である。

【０００４】さらに、第３の公知例は、特開昭６１−２
４５１２３号公報に示すものであり、これは次のような
技術である。すなわち、対象物の光像を形成する結像光
学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置において、
光電変換素子が多数配列された一対の光電変換素子アレ
イと、一対の光電変換素子アレイに対象物の略同一部分
の光像をそれぞれ投影する焦点検出光学系と、一対の光
電変換素子アレイの光電出力から高次の周波数成分を除
去する第１のフィルタ手段と、一対の光電変換素子アレ
イの光電出力から低次の周波数成分を除去する第２のフ
ィルタ手段と、第１のフィルタ手段の出力に基づいて焦
点調節状態を表す第１の信号を生成するとともに、第２
のフィルタ手段の出力に基づいて焦点調節状態を表す第
２の信号を生成する演算処理手段と、第１の信号及び、
または第２の信号に基づいて最適デフォーカス量を決定
する決定手段とを有し、決定手段は、前回決定されたデ
フォーカス量が基準値以上の場合には第１の信号に基づ
いて最適デフォーカス量を決定し、前回決定されたデフ
ォーカス量が基準値未満の場合には第１及び第２の信号
に基づいて最適デフォーカス量を決定する焦点検出装置
である。

【０００５】この場合、第１の信号は、低次な周波数成
分のデータに基づいた第１のデフォーカス量及び第１の
情報量を含み、第２の信号は高次な周波数成分のデータ
に基づいた第２のデフォーカス量及び第２の情報量を含
み、決定手段は前回決定されたデフォーカス量が基準値
以上の場合には第１のデフォーカス量を最適デフォーカ
ス量として選択し、前回決定されたデフォーカス量は基
準値未満の場合には第１及び第２情報量、及び第１及び
第２のデフォーカス量のそれぞれの量における基準値に
対する大小関係に基づいて第１または第２のデフォーカ
ス量を最適デフォーカス量として選択する焦点検出装置
である。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】以上述べた第１及び第
２の公知例は、いずれも顕微鏡で観察している試料の光
像を予定焦点位置前後のコントラスト値を比較して両者
がある規定値以内に入るように焦点調節をする光路差方
式の自動焦点検出方法であり、この光路差方式では、次
のような問題点がある。

【０００７】予定焦点面前側（前ピン）、予定焦点面後
側（後ピン）のコントラスト値は、図８に示すようにス
テージ位置に対して変化する特徴を有している。図８の
前ピンコントラスト値を示すカーブと後ピンコントラス
ト値を示すカーブの相対的位置は、対物レンズの倍率に
よって変化し、高倍率では、図９のように互いに接近
し、また低倍率では図１０のように互いに離れる。

【０００８】通常、焦点調整動作を行う場合には前ピン
コントラスト値と後ピンコントラスト値の差を焦点から
のずれ量とし、前ピンコントラストと後ピンコントラス
ト値との大小関係を焦点からのずれ方向として制御を行
う。

【０００９】ところが、対物レンズが低倍率の場合には
焦点深度が深くなることと、図１０のように前ピンコン
トラストカーブと後ピンコントラストカーブが離れてし
まうことから、焦点付近で特にステージ位置に対する焦
点ずれ量演算結果の変化が非常に緩やかになる。

【００１０】図１１は前ピンコントラスト値と後ピンコ
ントラスト値を差し引いた結果を表したもので、符号が
焦点の存在する方向を示し、差の絶対値がずれ量を表す
ことになる。

【００１１】従って、通常行われているように焦点から
のずれ量を繰り返し演算しながら焦点に近づく方向にス
テージを駆動し、焦点からのずれ量が予め決められた規
定値以内に入ったところでステージを停止させるという
制御を行うと、焦点からのずれ量は規定値以内であるが
規定値内でもずれ量の大きい位置に停止する確率が非常
に高くなる。

【００１２】また、図１１で示すように焦点からステー
ジが離れていても焦点からのずれ量演算結果は規定値か
らの差は小さくなってしまうので、外乱によって誤った
位置で合焦と判断してしまう恐れがある。

【００１３】さらに、焦点付近では図１１に示すように
コントラスト特性の直線性が損なわれるので、直線近似
による焦点位置の予測をしたとしても誤差が大きくなっ
てしまい精度を充分とれなくなる。

【００１４】前述の第３の公知例では、光像の合焦度を
評価するのに、光像の高域成分に着目する手段例えばフ
ィルタ、低域成分に着目する手段例えばフィルタを設
け、それらをデフォーカス量や高域、低域の割合によっ
て選択的に用いるようにしている。

【００１５】このような合焦度評価でも、光路差方式、
山登り上り方式などの方式に関係なく、対物レンズの倍
率や観察物の光像の特性によって、ピントからのずれ量
に対するコントラストなどの合焦度評価値の変化（コン
トラストカーブ）が異なるので、第１および第２の公知
例と同様の不具合が発生してしまう。

【００１６】そこで、本発明の目的は、低倍率の対物レ
ンズを使用する場合でも高精度な焦点検出ができ、疑合
焦を避けることができる顕微鏡用自動焦点検出装置およ
び顕微鏡用焦点検出方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、試料の光像をとらえる
対物光学系と、前記試料の光像を予定焦点面に結像させ
る結像光学系と、前記結像光学系により予定焦点面また
は予定焦点面前後の光像が投影され、光電変換された画
像情報を出力するイメージセンサと、前記イメージセン
サからの画像情報に所定の処理を加え、前記イメージセ
ンサ上の光像の合焦度レベルを出力する合焦度演算回路
と、前記演算回路の出力に基づいて前記試料と前記対物
光学系との相対的距離を調節することにより焦点調整を
する顕微鏡用焦点検出装置において、焦点からのずれ量
を繰り返し検出しつつ前記試料と前記対物光学系との相
対的距離を焦点に近づけて行き、焦点ずれ量が予め決め
られた規定値以内に入ったと判断された場合でも、光学
的条件または試料の特性によってさらに焦点に近づく方
向に試料と対物光学系との相対的距離を調節し、焦点位
置を通り越す位置まで調整し続ける手段を具備したこと
を特徴とする顕微鏡用焦点検出装置である。

【００１８】請求項１に対応する発明によれば、焦点深
度の深い低倍率の対物レンズを使用した場合において
も、繰返し焦点調整動作を行った結果が焦点ずれ量０付
近に集中させることができ、低倍率の対物レンズを使用
する場合でも高精度な焦点検出ができ、疑合焦を避ける
ことができる。

【００１９】また請求項１に対応する発明によれば、低
倍率でも試料の光像の周波数分布によっても例えば低域
の成分が大きい場合は低域の成分が小さい場合に比べ、
試料と対物レンズの相対的距離を大きくしてもコントラ
スト値が下がりにくい。このため、所定の周波数よりも
低域の成分が大きい場合は高倍率の対物レンズと同様の
制御をしても焦点調節の精度を充分確保でき、不必要な
動作を避けることができる。

【００２０】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、請求項１に対応する発明に、光学的条件ま
たは試料の特性を、条件設定値として入力可能な外部入
力手段を備えた顕微鏡用焦点検出装置である。

【００２１】請求項２に対応する発明によれば、極低倍
率の対物レン使用時やその他顕微鏡の光学系の状況によ
ってステージまたは対物レンズ上下方向に対するコント
ラスト値などの合焦度評価結果の変化の度合いは異なる
ことから、観察している顕微鏡の光学系の状態や試料の
特徴の情報を入力できる外部入力手段を付加したので、
焦点調節時の追い込み量を適正にすることができる。

【００２２】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、顕微鏡で観察している試料の光像を予定焦
点位置前後のコントラスト値を比較して両者がある規定
値以内に入るように焦点調節をする光路差方式の焦点検
出方法において、対物レンズが低倍率の場合、焦点位置
検出動作において、前記予定焦点位置前後のコントラス
ト値から、所定の演算式による焦点ずれ量が規定値に入
ってもそのまま追い込みを続け、焦点方向が反転するの
を確認したところで、焦点検出を完了するようにした顕
微鏡用焦点検出方法である。

【００２３】請求項３に対応する発明によれば、請求項
１と同様に低倍率の対物レンズを使用する場合でも高精
度な焦点検出ができ、疑合焦を避けることができる。さ
らに請求項３に対応する発明によれば、請求項１と同様
に、低倍率でも試料の光像の周波数分布によっても例え
ば低域の成分が大きい場合は低域の成分が小さい場合に
比べ、試料と対物レンズの相対的距離を大きくしてもコ
ントラスト値が下がりにくい。このため、所定の周波数
よりも低域の成分が大きい場合は高倍率の対物レンズと
同様の制御をしても焦点調節の精度を充分確保でき、不
必要な動作を避けることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について、
図面を参照して説明するが、本発明の概要について説明
する。すなわち、対物レンズが低倍率の場合、焦点位置
検出動作において、前ピン、後ピンのコントラスト値か
ら次の演算式による焦点ずれ量が規定値に入ってもその
まま追い込みを続け、焦点方向が反転するのを確認した
ところで、焦点検出を完了する。つまり、焦点からのず
れ量が小さくなる方向に追い込んできて、ずれ量０点の
存在を確認してから停止する制御を行うものである。こ
のような方式で焦点検出を行うことで、極低倍率の対物
レンズに対しても高精度な制御が実現できる。 焦点からのずれ量＝［（後ピン）−（前ピン）］／
［（後ピン）＋（前ピン）］ ＜第１の実施形態＞ （構成）図１は第１の実施形態の概略構成を示すブロッ
ク図である。試料１を載せるステージ２と、試料１の光
像をとらえる対物光学系例えば対物レンズ３と、試料１
の光像を予定焦点面に投影する結像光学系例えば結像レ
ンズ４と、予定焦点面または予定焦点面前後に配置され
結像レンズ４によって投影された画像を光電変換された
画像情報を出力するイメージセンサ５と、イメージセン
サ５によって電気信号に変換された試料１の画像データ
を所定の評価関数によって処理し焦点からのずれ量・焦
点の存在する方向を出力する合焦度評価回路６と、対物
レンズ３の倍率などの光学条件を認識し合焦度評価回路
６から出力された焦点方向・ずれ量演算結果に基づいて
焦点調節を行うためのステージ駆動指令を算出するＣＰ
Ｕ（中央演算処理回路）７と、ＣＰＵ７からのステージ
駆動指令によりステージ２の駆動量・方向・速度などＣ
ＰＵ７から指定された条件に従ってステージ２を上下駆
動するステージ駆動回路８から構成される。

【００２５】試料１の光像は対物レンズ３、結像レンズ
４を介してイメージセンサ５上に投影される。イメージ
センサ５は投影された試料１の画像を光電変換し、画像
情報を電気信号として合焦度評価回路６に対して出力す
る。合焦度評価回路６は、受信した試料１の画像情報に
所定の演算処理を加え、焦点からのずれ量、焦点の存在
する方向を演算結果としてＣＰＵ７に対して出力する。

【００２６】ＣＰＵ７は合焦度評価回路６からの演算結
果と対物レンズ３などの光学条件に基づいて焦点からの
ずれ量が所定量以内に入るようにステージ２の駆動量、
駆動方向、駆動速度などを算出し、ステージ駆動指令を
ステージ駆動回路８に出力することで試料１に対する焦
点状態を調節するようになっている。

【００２７】焦点からのずれ量が所定の範囲以内に入っ
たら、ＣＰＵ７は対物レンズ３の倍率を確認して高倍率
であればその位置で焦点調節を完了し、また、対物レン
ズ３が低倍率であれば焦点の存在する方向を確認しなが
らにステージ２を駆動し、焦点の存在する方向が反転す
る（焦点ずれ量が０の点を通過する）位置に到達したと
ころで焦点調節を完了する。

【００２８】（動作）実際の動作の流れについて図２の
フローチャートを参照して説明する。焦点調節動作を開
始すると（Ｓ０）、先ず焦点からのずれ量をＣＰＵ７が
読みとる（Ｓ１）。

【００２９】次にＣＰＵ７は読みとった焦点からのずれ
量（焦点ずれ量）が所定の範囲以内であるかを判別し
（Ｓ２）、判別した結果、焦点からのずれ量が所定範囲
以内である場合は、Ｓ５に移る。また、Ｓ２において判
別した結果、焦点からのずれ量が所定量よりも大きい場
合、焦点の存在する方向を読みとり（Ｓ３）、焦点の存
在する方向にステージ２を駆動する（Ｓ４）。そして、
再度Ｓ１に戻り、焦点からのずれ量を確認しながら焦点
方向にステージ２を駆動する動作を繰り返し（Ｓ１〜Ｓ
４）、焦点からのずれ量が所定の範囲以内に入ったらＳ
５に移る。

【００３０】Ｓ５では、ＣＰＵ７が対物レンズ３の倍率
を確認して（Ｓ５）、対物レンズ３の倍率が所定の倍率
より高倍かどうかを判別し（Ｓ６）、高倍率であればそ
の位置で焦点調節を完了する（Ｓ１１）。

【００３１】また、対物レンズ３の倍率が所定の倍率よ
りも低倍率であれば、焦点の存在する方向を読み込み
（Ｓ７）、焦点の存在する方向にステージ２を駆動して
（Ｓ８）、ＣＰＵ７は再度焦点の存在する方向を読み込
み（Ｓ９）、焦点の存在する方向が前回とは反転したか
どうかを判別する（Ｓ１０）。

【００３２】Ｓ１０において、焦点の存在する方向が前
回と一致していれば再度Ｓ７に戻り、焦点の存在する方
向にステージ２を駆動する動作を繰り返す（Ｓ７〜Ｓ１
０）。

【００３３】Ｓ１０において、焦点の存在する方向が前
回とは反転したことが判別された場合、その位置で焦点
調節を完了する（Ｓ１１）。このようなステップで焦点
調節を行うことにより、特に焦点深度の深い極低倍率の
対物レンズを使用した場合においても、繰り返し焦点調
整動作を行った結果が焦点ずれ量０付近に集中させるこ
とができる。

【００３４】＜第２の実施形態＞図３に基づいて本発明
の第２の実施形態を説明する。図１の実施形態とは、次
に述べる周波数分布演算回路９を新たに追加し、合焦度
評価回路６に対して並列に接続した点のみが異なる。周
波数分布演算回路９は、イメージセンサ５によって光電
変換された画像情報を所定の評価関数によって処理し、
試料１の光像の周波数分布を算出するものである。

【００３５】ＣＰＵ（中央演算処理回路）１０は、対物
レンズ３の倍率などの光学条件と周波数分布演算回路９
から出力された周波数分布情報を認識し合焦度評価回路
６から出力された焦点方向・ずれ量演算結果に基づいて
焦点調節を行うためのステージ駆動指令を算出するを行
うものである。

【００３６】焦点からのずれ量が所定の範囲以内に入っ
たら、ＣＰＵ１０は対物レンズ３の倍率を確認して高倍
率であればその位置で焦点調節を完了する。また、低倍
率であれば周波数分布演算回路９から試料１の光像の周
波数分布を読みとり、所定の周波数より低域の成分が規
定値よりも大きい場合はその位置で焦点調節を完了し、
規定値よりも小さい場合は焦点の存在する方向を確認し
ながらステージ２を駆動し、焦点の存在する方向が反転
する（焦点ずれ量が０の点を通過する）位置に到達した
ところで焦点調節を完了する。以上述べた点以外の構成
は、図１と同一であるので、ここではその説明を省略す
る。

【００３７】次に、図４のフローチャートに基づいて実
際の動作の流れについて説明する。焦点調節動作を開始
する（Ｓ０）と、先ず焦点からのずれ量をＣＰＵ１０が
読み込む（Ｓ１）。次にＣＰＵ１０は焦点からのずれ量
が所定の範囲以内であるかを判別し（Ｓ２）、Ｓ２で判
別した結果、焦点からのずれ量が所定範囲以内である場
合は、Ｓ３に移り、焦点からのずれ量が所定量よりも大
きい場合、焦点の存在する方向を読みとり、焦点の存在
する方向にステージ２を駆動し（Ｓ４）、再度Ｓ１に戻
り、焦点からのずれ量を確認しながら焦点方向にステー
ジ２を駆動する動作を繰り返し（Ｓ１〜Ｓ４）、焦点か
らのずれ量が所定の範囲以内に入ったら、Ｓ５に移る。

【００３８】次にＣＰＵ１０は対物レンズ３の倍率を確
認し（Ｓ５）、対物レンズ３の倍率が所定の倍率より高
倍かどうかを判別する（Ｓ６）。Ｓ６において、対物レ
ンズ３の倍率が高倍率であると判別すれば、その位置で
焦点調節を完了する（Ｓ１１）。また、Ｓ６において対
物レンズ３の倍率が低倍率であれば、周波数分布演算回
路９から周波数分布情報を読み込み（Ｓ１２）、この周
波数分布情報で所定の周波数より低域の成分が規定値よ
り大きいか判別する（Ｓ１３）。

【００３９】Ｓ１３において、周波数分布の低域成分が
規定値より大きいと判別した場合はその位置で焦点調節
を完了する（Ｓ１１）。また、Ｓ１３において周波数分
布の低域成分が規定値よりも小さい場合は焦点の存在す
る方向を読み込み（Ｓ７）、焦点の存在する方向にステ
ージ２を駆動して（Ｓ８）、ＣＰＵ１０は再度焦点の存
在する方向を読み込み（Ｓ９）、焦点の存在する方向が
前回と反転しているかどうかを判別する（Ｓ１０）。Ｓ
１０において、焦点の存在する方向が一致していれば再
度Ｓ７に戻り、焦点の存在する方向にステージ２を駆動
する動作を繰り返す（Ｓ７〜Ｓ１０）。

【００４０】Ｓ１０で焦点の存在する方向が前回と反転
することが判別された場合、その位置で焦点調節を完了
する（Ｓ１１）。このようなステップで焦点調節を行う
ことにより、特に焦点深度の深い極低倍率の対物レンズ
を使用した場合においても、繰り返し焦点調整動作を行
った結果が焦点ずれ量０付近に集中させることができ
る。また、極低倍率でも試料の光像の周波数分布によっ
ても例えば低域の成分が大きい場合は低域の成分が小さ
い場合に比べ、試料１と対物レンズ３の相対的距離を大
きくしてもコントラスト値が下がりにくい特徴を有す
る。

【００４１】従って、図５に示すように所定の周波数よ
りも低域の成分が大きい場合は高倍率の対物レンズと同
様の制御をしても焦点調節の精度を充分確保でき、不必
要な動作を避けることができる。

【００４２】＜第３の実施形態＞図６に基づいて本発明
の第３の実施形態を説明する。図１の実施形態に以下に
述べる外部入力装置１２を新たに追加し、これをＣＰＵ
１１に入力させるように構成した点が、図１の実施形態
とは異なる点である。外部入力装置１２は、使用してい
る対物レンズ３の光学的特性および観察している試料１
の特徴などの情報を入力するものである。ＣＰＵ１１
は、外部入力装置１２から入力された対物レンズ３の光
学的特性、観察している試料１の特徴を認識し、合焦度
評価回路６から出力された焦点方向・ずれ量演算結果に
基づいて焦点調節、すなわち焦点からのずれ量が所定量
以内に入るようにステージ２の駆動量、駆動方向、駆動
速度などを含むステージ駆動指令を算出する。該ステー
ジ駆動指令をステージ駆動回路８に出力することで試料
１に対する焦点状態を調節するようになっている。

【００４３】これ以外の点は、図１の実施形態と同一で
ある。このような構成のものにおいて、試料１の光像は
対物レンズ３、結像レンズ４を介してイメージセンサ５
上に投影される。イメージセンサ５は投影された試料１
の画像を光電変換し、画像情報を電気信号として合焦度
評価回路６に対して出力する。合焦度評価回路６は、受
信した試料１の画像情報に所定の演算処理を加え、焦点
からのずれ量、焦点の存在する方向を演算としてＣＰＵ
１１に対して出力する。ＣＰＵ１１は合焦度評価回路６
からの演算結果と対物レンズ３などの光学的条件に基づ
いて焦点からのずれ量が所定量以内に入るようにステー
ジ２の駆動量、駆動方向、駆動速度などを算出し、ステ
ージ駆動指令をステージ駆動回路８に出力することで試
料１に対する焦点状態を調節するようになっている。

【００４４】焦点からのずれ量が所定の範囲以内に入っ
たら、ＣＰＵ１１は対物レンズ３の光学的特性・観察し
ている試料１の特徴などの情報を外部入力装置１２から
受け取り、その情報に基づいてさらに真の焦点位置に追
い込む必要があるかどうかを判断し、追い込みが充分倍
率を確認して高倍率であればその位置で焦点調節を完了
する。

【００４５】また、追い込みが不十分と判断された場合
には、焦点の存在する方向を確認しながらにステージ２
を駆動し、焦点の存在する方向が反転する（焦点ずれ量
が０の点を通過する）位置に到達したところで焦点調節
を完了する。

【００４６】次に、図７のフローチャートに基づいて実
際の動作の流れについて説明する。焦点調節動作を開始
すると（Ｓ０）、先ず焦点からのずれ量をＣＰＵ１１が
読みとる（Ｓ１）。次にＣＰＵ１１は焦点からのずれ量
が所定の範囲以内であるかを判別し（Ｓ２）、判別した
結果、焦点からのずれ量が所定範囲以内である場合はＳ
１４に移る。Ｓ２において、焦点からのずれ量が所定量
よりも大きいと判別した場合、焦点の存在する方向を読
みとり（Ｓ３）、焦点の存在する方向にステージ２を駆
動し（Ｓ４）、再度Ｓ１に戻り、焦点からのずれ量を確
認しながら焦点方向にステージ２を駆動する動作を繰り
返す（Ｓ１〜Ｓ４）。このようにして、焦点からのずれ
量が所定の範囲以内に入ったら、Ｓ１４に移る。

【００４７】次にＣＰＵ１１は、Ｓ１４において外部入
力装置１２から使用している対物レンズ３の光学的特性
・観察している試料１の特徴などの情報を受け取る（Ｓ
１４）。その情報に基づいてさらに真の焦点位置に追い
込む必要があるかどうかを判別し（Ｓ１５）、追い込む
必要がないと判別すればその位置で焦点調節を完了する
（Ｓ１１）。また、さらにＳ１５において、追い込む必
要があると判別すれば焦点の存在する方向を読み込む
（Ｓ７）。そして、焦点の存在する方向にステージ２を
駆動し（Ｓ８）、ＣＰＵ１１は再度焦点の存在する方向
を読み込み（Ｓ９）。次に、焦点の存在する方向が前回
と一致しているかどうかを判別し（Ｓ１０）、焦点の存
在する方向が前回と一致していれば、再度Ｓ７に戻り、
焦点の存在する方向にステージ２を駆動する動作を繰り
返す（Ｓ８〜Ｓ１０）。

【００４８】Ｓ１０で焦点の存在する方向が前回と反転
することが判別された場合、その位置で焦点調節を完了
する（Ｓ１１）。このようなステップで焦点調節を行う
ことにより、特に焦点深度の深い極低倍率の対物レンズ
を使用した場合においても、繰り返し焦点調整動作を行
った結果が焦点ずれ量０付近に集中させることができ
る。

【００４９】また、極低倍率の対物レンズ使用時やその
他顕微鏡の光学系の状況によってステージ上下方向に対
するコントラスト値などの合焦度評価結果の変化の度合
いは異なるので、外部入力装置１２によって観察してい
る顕微鏡の光学系の状態や試料１の特徴の情報を入力で
きるようにしたことで、焦点調節時の追い込み量を適正
にすることができる。

【００５０】＜他の実施形態＞以上述べた実施形態は、
いずれも対物レンズ３を固定とし、試料１の載置された
ステージ２を上下動させて試料１の焦点を合わせる構成
について説明したが、ステージ２を固定とし、対物レン
ズ３を上下動可能な構成とし、これにより試料１の焦点
を合わせる構成の顕微鏡であっても同様に実施できる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、次のような
作用効果が得られる顕微鏡用焦点検出装置および顕微鏡
用焦点検出方法を提供できる。 （１）焦点深度の深い低倍率の対物レンズを使用した場
合においても、繰返し焦点調整動作を行った結果が焦点
ずれ量０付近に集中させることができる。

【００５２】（２）所定の周波数よりも低域の成分が大
きい場合は高倍率の対物レンズと同様の制御をしても焦
点調節の精度を充分確保でき、不必要な動作を避けるこ
とができる。

【００５３】（３）焦点深度の深い低倍率の対物レン使
用時やその他顕微鏡の光学系の状況によってステージ上
下方向に対するコントラスト値などの合焦度評価結果の
変化の度合いは異なるので、外部入力手段によって観察
している顕微鏡の光学系の状態や試料の特徴の情報を入
力できるようにしたことで、焦点調節時の追い込み量を
適正にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の顕微鏡用自動焦点検出装置の第１の実
施形態を概略構成を示すブロック図。

【図２】図１の実施形態の動作を説明するためのフロー
チャート。

【図３】本発明の顕微鏡用自動焦点検出装置の第２の実
施形態を概略構成を示すブロック図。

【図４】図３の実施形態の動作を説明するためのフロー
チャート。

【図５】図３の実施形態の作用効果を説明するための低
域成分の大小による特性の変化を示す図。

【図６】本発明の顕微鏡用自動焦点検出装置の第３の実
施形態を概略構成を示すブロック図。

【図７】図６の実施形態の動作を説明するためのフロー
チャート。

【図８】従来の光路差方式の顕微鏡用自動焦点検出装置
の問題点を説明するためのコントラスト特性を示す図。

【図９】従来の顕微鏡用自動焦点検出装置の問題点を説
明するための高倍対物レンズのコントラストカーブを示
す図。

【図１０】従来の顕微鏡用自動焦点検出装置の問題点を
説明するための低倍対物レンズのコントラストカーブを
示す図。

【図１１】従来の光路差方式の顕微鏡用自動焦点検出装
置の問題点を説明するため倍率による焦点ずれ特性を示
す図。

【符号の説明】

１…試料 ２…ステージ ３…対物レンズ ４…結像レンズ ５…イメージセンサ ６…合焦度評価回路 ７…ＣＰＵ ８…ステージ駆動回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の光像をとらえる対物光学系と、前
   記試料の光像を予定焦点面に結像させる結像光学系と、
   前記結像光学系により予定焦点面または予定焦点面前後
   の光像が投影され、光電変換された画像情報を出力する
   イメージセンサと、前記イメージセンサからの画像情報
   に所定の処理を加え、前記イメージセンサ上の光像の合
   焦度レベルを出力する合焦度演算回路と、前記演算回路
   の出力に基づいて前記試料と前記対物光学系との相対的
   距離を調節することにより焦点調整をする顕微鏡用焦点
   検出装置において、 焦点からのずれ量を繰り返し検出しつつ前記試料と前記
   対物光学系との相対的距離を焦点に近づけて行き、焦点
   ずれ量が予め決められた規定値以内に入ったと判断され
   た場合でも、光学的条件または試料の特性によってさら
   に焦点に近づく方向に試料と対物光学系との相対的距離
   を調節し、焦点位置を通り越す位置まで調整し続ける手
   段を具備したことを特徴とする顕微鏡用焦点検出装置。
2. 【請求項２】 前記光学的条件または前記試料の特性
   を、条件設定値として入力可能な外部入力手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用焦点検出装
   置。
3. 【請求項３】 顕微鏡で観察している試料の光像を予定
   焦点位置前後のコントラスト値を比較して両者がある規
   定値以内に入るように焦点調節をする光路差方式の焦点
   検出方法において、 対物レンズが低倍率の場合、焦点位置検出動作におい
   て、前記予定焦点位置前後のコントラスト値から、所定
   の演算式による焦点ずれ量が規定値に入ってもそのまま
   追い込みを続け、焦点方向が反転するのを確認したとこ
   ろで、焦点検出を完了するようにした顕微鏡用焦点検出
   方法。