JPH1184252A - 自動焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合焦が必要な対物レンズを指示したときだ
け、自動的の焦点検出を行い、無駄な焦点検出を省く。 【解決手段】 複数の対物レンズを保持し、観察光路内
に挿入すべき対物レンズを切り換える対物レンズ切換え
機６構と、試料ステージ９又は対物レンズ切り換え機構
６の少なくとも一方を光軸方向へ移動させる焦準機１１
と、合焦信号により焦点検出を行う自動焦点機構と、各
対物レンズの焦点検出のＯＮ／ＯＦＦデータを記憶する
対物レンズデータ記憶手段と、観察光路内に挿入される
対物レンズを指示する対物レンズ指示手段１２と、観察
光路内に挿入される対物レンズのデータに基づき焦点検
出のＯＮ／ＯＦＦの作動を制御する制御手段を具備する
ことによって無駄な作動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動焦点装置を備
えた自動焦点顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動合焦可能な顕微鏡は、生物分野の研
究を初めとして工業分野の検査の広い範囲で使用されて
いる。これらの顕微鏡においては、通常、拡大倍率の異
なる複数の対物レンズを回転式のレボルバーに取り付け
ており、このレボルバーを電動で回転させて、任意の対
物レンズを指定し、自動合焦動作を行っている。

【０００３】ところが、この種の自動焦点顕微鏡では、
取り付けられた対物レンズの倍率の幅が広く、全ての対
物レンズの倍率に対応した自動合焦は難しく、自動合焦
できない倍率の対物レンズに切り換えた場合は、対物レ
ンズの切り換え後に自動合焦動作のスイッチ等を使って
ＯＦＦにするか、自動合焦動作を行い検出不能と判断し
てＯＦＦにするによって自動合焦を停止する必要があ
る。

【０００４】これに対し、特開平３−１５０１５号公報
には、各対物レンズ毎の同焦データを記憶する記憶手段
と、切換え前後の二つの対物レンズの同焦データに基づ
いて結像状態を補正する補正手段を備えた顕微鏡が記載
されている。この顕微鏡によれば、レボルバーや対物レ
ンズの精度誤差により発生する対物レンズ切換え時のピ
ントボケをなくすことが可能となっている。

【０００５】特開昭６２−１３１２９号公報及び特開昭
５８−２１７０９号公報には、可視外の光像位置に検出
器を設け、この検出器からの合焦信号により焦点検出を
行う自動焦点顕微鏡が記載されている。この顕微鏡で
は、観察用の可視光と検出用の可視外光との色収差の補
正用機構を具備していると共に、色収差の補正を対物レ
ンズ毎に行うための記憶手段と、対物レンズを指示する
指示手段と、この指示により補正を行う補正手段を有す
ることにより合焦を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の顕微鏡
では、対物レンズの各々のデータを記憶し、対物レンズ
切換え時に、このデータに基づいて処理を行うことはな
されている。しかしながら、実際の自動焦点顕微鏡で
は、高倍率の合焦を確保するため、試料の明るさを検出
する場合に、検出できる明るさを得る必要性があると共
に、焦点深度が非常に浅いため、より細かく高精度に準
焦送りを行う必要がある。また試料の明るさをレーザ光
で検出する場合、瞳径の小さい高倍率の対物レンズでは
レーザ光の透過効率が悪く、合焦に十分なＳ／Ｎ比を得
るのは難しい。

【０００７】一方、低倍率の対物レンズは、焦点深度が
深いために、接眼部、写真撮影部では逆に深度が浅くな
り、写真撮影のピントに耐え得る合焦精度を確保するの
は難しい。以上のことから、低倍率から高倍率の全ての
対物レンズに対応した焦点検出を行うことが難しいとい
う問題を有している。

【０００８】従って、従来では、対物レンズの切り換え
後、自動合焦できない場合は、スイッチ等で焦点検出を
ＯＦＦにするか、対物レンズ切り換え時にユーザ判断で
焦点検出をＯＮにするか、全ての対物レンズに対しての
焦点検出は行うが、合焦検出できないと判断した場合
は、合焦動作を断念している。このため、ユーザがその
都度、合焦操作を行わなくてはならないばかりか、合焦
の際に操作ミスを起こし易いものとなっている。また従
来では、合焦できない対物レンズまでも合焦検出の対象
となっており、検出のための時間ロスが大きい問題を有
している。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、対物レンズの切り換え時に合
焦が必要な対物レンズの合焦だけを行うことにより、無
駄な合焦作動をなくし、ロス時間をなくすことが可能な
自動焦点顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、複数の対物レンズを保持し、観
察光路内に挿入すべき対物レンズを切り換える対物レン
ズ切換え機構と、試料ステージ又は対物レンズ切り換え
機構の少なくとも一方を光軸方向へ移動させる焦準機
と、合焦信号により焦点検出を行う自動焦点機構とを具
備した自動焦点顕微鏡において、前記各対物レンズの焦
点検出のＯＮ／ＯＦＦデータを記憶する対物レンズデー
タ記憶手段と、前記観察光路内に挿入される対物レンズ
を指示する対物レンズ指示手段と、観察光路内に挿入さ
れる対物レンズのデータに基づき焦点検出のＯＮ／ＯＦ
Ｆの作動を制御する制御手段を具備していることを特徴
とする。

【００１１】この発明では、対物レンズ指示手段から対
物レンズが指示されると対物レンズデータ記憶手段の記
憶データを参照して試料ステージまたは対物レンズ切換
え機構の移動と、自動焦点機構による焦点検出を行うか
否かが決定される。そして、記憶データによって焦点検
出がＯＮとなったときは試料ステージまたは対物レンズ
切換え機構が移動して合焦が行われる。一方、記憶デー
タによって焦点検出がＯＦＦとなったときは、対物レン
ズの切換え作動だけであり、焦点検出を行うことがな
い。このため、必要な対物レンズだけの合焦を行うこと
ができ、無駄な作動をなくすことができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明であっ
て、前記各対物レンズ毎の焦点検出のＯＮ／ＯＦＦを、
高倍率の対物レンズの時がＯＮ、低倍率の対物レンズの
時がＯＦＦに設定されていることを特徴とする。

【００１３】この発明では、低倍率の対物レンズを指示
した場合は、焦点検出を行うことなく対物レンズ切換え
作動だけとなり、高倍率の対物レンズを指示した場合
は、焦点検出を行う。このため、高倍率の対物レンズの
焦点を精度良く、迅速に検出することができる。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１の発明であっ
て、前記各対物レンズ毎の焦点検出のＯＮ／ＯＦＦを、
倍率５×以下の対物レンズの時にＯＮ、高倍率の対物レ
ンズの時にＯＦＦに設定されていることを特徴とする。

【００１５】この発明では、高倍率の対物レンズを指示
したとき、焦点検出を行わないが、低倍率の対物レンズ
を指示したとき焦点検出を行う。この発明では、低倍率
で行う写真撮影のピント合わせを精度良く行うことがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係る自動焦点顕微鏡の全体構成を示し、図２はそのメ
インコントロール部１１を示し、図３はその操作ＳＷ部
１２を示している。

【００１７】この自動焦点顕微鏡は、図１に示すように
外部からのコントローラによって回転される電動レボル
バ６が、顕微鏡本体１に着脱自在に取り付けて、顕微鏡
本体１の観察光軸上に位置している。この電動レボルバ
６には、複数の対物レンズ７が取り付けられている。こ
れらの対物レンズ７との対向位置には、試料８を光軸方
向に保持すると共に、光軸と垂直方向に移動可能なステ
ージ９が配置されている。このステージ９は、Ｚドライ
ブモータ１０の駆動により光軸方向に移動可能な準焦部
（図示せず）を備えている。

【００１８】一方、顕微鏡本体１の上方側の観察光軸上
には、鏡筒２が取り付けられている。この鏡筒２によっ
て接眼レンズ３を通して眼４によって試料８の観察可能
な光路及び焦点検出等を行うことができる焦点検出機５
が取り付けられる光路に２分割されている。

【００１９】さらに、焦点検出機５、電動レボルバ６、
Ｚドライブモータ部１０は、これらをコントロールする
メインコントローラ部１１と通信ケーブル１３、１５、
１４を介して電気的に接続されている。又、メインコン
トローラ部１１には、通信ケーブルを介して操作ＳＷ部
１２に接続されている。

【００２０】図２はメインコントロール部１１の内部構
造を示す。メインコントロール部１１は、自動焦点顕微
鏡全体の動作を管理するものであり、焦点検出機コント
ロール部２４、電動レボルバコントロール部２５、Ｚド
ライブモータコントロール部２６が専用シリアルバス駆
動回路１７に接続されている。

【００２１】焦点検出機コントロール部２４は、図１に
示す焦点検出機５内のピント検知用受光素子（図示省
略）から出力されたデータに基づいて所定の演算を行
い、その演算に応じてＺモータドライブ１０を駆動して
ステージ９を光軸方向に移動させて自動合焦点検知を行
う。電動レボルバーコントロール部２５は、操作ＳＷ部
１２上の対物レンズ変換ボタン２７（図３参照）のいず
れかを押すことにより、その対物レンズが光軸に入るよ
うに駆動する。Ｚドライブモータ部コントロール部２６
は上述した自動合焦点検知の際の指示により駆動を行
う。

【００２２】専用シリアルバス駆動回路１７はＣＰＵ２
１を接続されている。ＣＰＵ２１には、ＲＯＭ１８、Ｒ
ＡＭ１９がＣＰＵバス２８を介して接続されている。Ｒ
ＯＭ１８には制御を行うためのプログラムが記憶されて
おり、ＲＡＭ１９には制御演算用のデータが格納されて
いる。また、各種設定状態を記憶するための不揮発性メ
モリ２０がＣＰＵ２１に接続されている。

【００２３】各種操作スイッチを設けた操作ＳＷ部１２
には、図３に示すように対物レンズの切り換えボタン２
７、対物倍率入力ボタン３０、３１、設定ボタン３２及
び表示パネル２９が設けられている。この操作ＳＷ部１
２内のＳＷ入力部２２、表示部２３はＣＰＵ２１に接続
されている。

【００２４】次に、この第１の実施の形態の動作につい
て説明する。電動レボルバ６に取り付けられている複数
の対物レンズ７の取付穴位置と、操作ＳＷ部１２上の対
物切り換えボタン２７とが一致した点で、倍率入力ボタ
ン３０、３１により倍率を合わせ、この状態で設定ボタ
ン３２を押すことにより、その情報がＣＰＵ２１を介し
ＲＯＭ１８に記憶される。なお、ＲＯＭ１８には、対物
倍率による焦点検知のＯＮ／ＯＦＦデータが予め記憶さ
れている。

【００２５】この設定により、対物レンズ切換えボタン
２７のいずれかを押すことにより、その対物レンズに関
するデータがＲＯＭ１８より取り出される。そして、焦
点検知ＯＮの場合は、ＣＰＵ２１により専用シリアルバ
ス駆動回路１７を介し、焦点検出機コントロール部２４
と電動レボルバコントロール部２５とＺドライブモータ
部コントロール部とにより、それぞれ焦点検出機５、電
動レボルバ６、Ｚドライブモータ部１０を駆動し、合焦
を行う。また焦点検出ＯＦＦの場合は、ＣＰＵ２１によ
り専用シリアルバス回路１７を介し電動レボルバ６のみ
が切り換えられる。このとき入力されたデータは不揮発
性メモリ２０にも記憶される。

【００２６】このように初期設定として対物レンズの倍
率をレボルバ穴位置に基づいて入力することにより、焦
点検出できる対物レンズとできない対物レンズの判断を
し、焦点検出動作のＯＮ／ＯＦＦを自動的に切り換える
ことができるため、操作性に優れる。又、ＯＦＦ時に
は、その都度、焦点検出動作を行わないため、時間を短
縮することができる。

【００２７】また、ＯＦＦ時には１ｍｍ程度退避し、同
焦補正機能により復帰する機能を付加することによっ
て、特に低倍対物レンズから高倍対物レンズにランダム
に切り換えた場合、試料から対物レンズ先端までの距離
の違い（低倍率が長く、高倍率が短い）による試料との
干渉を防止できる。

【００２８】（第２の実施の形態）図４は第２の実施の
形態における対物レンズの焦点検出のＯＮ／ＯＦＦデー
タを、図５はこのＯＮ／ＯＦＦデータが最も有効なレー
ザーを使用した自動焦点顕微鏡の光学原理図を示す。

【００２９】この自動焦点顕微鏡は、図５に示すよう
に、対物レンズ３３、瞳５５、鏡筒レンズ３４、１／４
波長板５２、ダイクロイックミラー３５、縮小レンズ３
６、赤外光スポット投射用レンズ３７、ビームスプリッ
タ３８、検出用レンズ３９、ＰＳＤ（受光素子）４０、
プリズム４１、微小レンズ４２、４３及びレーザダイオ
ード等の赤外光発光素子４４、４５によって焦点検出系
を構成している。

【００３０】発光素子４４及び４５から交互に発光され
る赤外光は微小レンズ４２、４３を通りプリズム４１で
反射され、ビームスプリッタ３８を通り、投射レンズ３
７により像面Ａ上に投射される。この赤外光は、更に縮
小レンズ３６、ダイクロイックミラー３５、鏡筒レンズ
３４、対物レンズ３３を通り試料Ｂ上に投射される。試
料Ｂで反射された赤外光は再び対物レンズ３３、鏡筒レ
ンズ３４、ダイクロイックミラー３５、縮小レンズ３
６、投射レンズ３７を通り、ビームスプリッタ３８で反
射されて検出レンズ３９によりＰＳＤ４０上にスポット
を生じる。

【００３１】一方、非合焦時の場合はＰＳＤ４０上の発
光素子４４及び４５のスポット像はそれぞれ異なった位
置に形成され、発光素子４４及び４５の点滅によってス
ポット像が交互に移動する。これに対し、合焦時の場合
は発光素子４４及び４５のスポット像が両者とも同じ位
置に形成されるため、両者の点滅によってもスポット像
の移動が生じることがなく、その結果、スポット像の移
動が生じないように試料Ｂを移動することにより合焦操
作を行うことができる。又、合焦操作に伴うスポット像
の移動方向及び量から前ピン、後ピンの判定及びデフォ
ーカス量の測定が可能となる。

【００３２】この実施の形態では、ハーフミラー面を有
するプリズム５３、赤外光カットフィルター５６、接眼
レンズ４６、フィルム面５４が設けられ、これらが対物
レンズ３３、鏡筒レンズ３４と共に観察、撮影光学系を
構成している。又、ハーフミラー４７、コンデンサーレ
ンズ４８、照明光源４９を有しており、これらが対物レ
ンズ３３、鏡筒レンズ３４と共に照明光学系を構成して
いる。

【００３３】さらに、ステージ５０はラック及びピニオ
ン（図示省略）を介して光軸と垂直方向に移動可能とな
っていると共に、ピニオン（図示省略）を介して駆動モ
ータ５１に連結されることによって光軸方向に電動で移
動可能となっている。縮小レンズ３６は光軸方向に移動
制御されるものであり、この移動によって赤外光による
異なる対物レンズ毎の色収差補正を行うことができる。

【００３４】この実施の形態では、図４に示すように、
倍率５×、１０×の低倍率の対物レンズの時は焦点検出
をＯＦＦ、倍率２０×〜２５０×の高倍率の対物レンズ
の時はＯＮとなるようにメインコントロール部１１（図
２参照）の回路に記憶されている。従って、倍率５×、
１０×の対物レンズに切り換えた場合はＲＯＭ１８の記
憶からＣＰＵ２１に指示されて対物レンズ切り換えのみ
の動作を行い、焦点検出動作は行わない。一方、倍率２
０×〜２５０×の対物レンズに切り換えた場合には、同
様ＲＯＭ１８の記憶よりＣＰＵ２１に指示され、これに
より合焦操作と、試料Ｂを伴ったステージ５０の移動に
より光軸方向に移動が合わせて行われる。このため、試
料Ｂに合焦され、上述した照明光学系及び観察光学系に
より観察が可能となる。

【００３５】このように第２の実施例の形態によれば、
第１の実施の形態を具体化することにより、瞳の大きい
５×、１０×では、レーザー光（発光素子）の出力がな
いため、対物レンズ先端から出射されるレーザー光の量
が少なくなり、人体に与える被爆量を現象させることが
でき、安全性に優れる。実際においては、倍率５×、１
０×を１００％とした場合、倍率２０×では瞳面積がこ
の約６０％となり、対物レンズ先端からのレーザ光束の
減少（ケラレ）により減少する。また更に倍率５０×で
は、瞳面積が５×、１０×の約３０％となり、対物レン
ズ先端からのレーザ光量も更に減少する。このため、よ
り高倍に設定することでレーザー光量が減少して安全性
がさらに増す。

【００３６】この実施の形態は、倍率５×、１０×での
合焦を行わないことにより、その分レーザーの出力を増
大することもでき、高倍である１５０×、２５０×での
光量が増し、より精度良く合焦できる。なお、実際に
は、低倍対物レンズの焦点深度が深く、特公平３−１５
０１５公報のような対物レンズ毎の同焦補正を行うだけ
で深度内に入るため、焦点検出は不要となる。また電気
回路の観点からは、受光素子が受光する試料からのレー
ザー反射光量の幅が少なくなるため、負担が軽減され、
設計上も価格的にも有利となる。

【００３７】（第３の実施の形態）図６は、第３の実施
の形態の焦点検出のＯＮ／ＯＦＦデータであり、倍率１
５０×、２５０×の超高倍の対物レンズでは焦点検出動
作をＯＦＦとし、倍率５×〜１００×の対物レンズでは
焦点検出動作をＯＮとしている。このテーブルはＲＯＭ
１８に書き込まれるものである。なお、倍率５×以下の
極低倍のみＯＮにすることもできる。

【００３８】この第３の実施の形態では、超高倍の対物
レンズでは焦点検知を行わず、試料の微妙な段差部の観
察が行え、ラフに観察する低倍の対物レンズでは焦点検
知を行い、効率の良い焦点検知ができる。特に、倍率５
×以下の極低倍対物レンズに光学、ＥＬ設計を行うこと
で、像面側深度が浅く、フィルム面との同焦差をとる時
の目視誤差の影響が大きいため、肉眼でのピント合わせ
が難しいとされている倍率５×以下の写真撮影の精度を
確保することができる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、対物レンズデ
ータ記憶手段の記憶データを参照して試料ステージまた
は対物レンズ切換え機構の移動と、自動焦点機構による
焦点検出を行うか否かを決定し、記憶データによって焦
点検出がＯＮとなったときは試料ステージまたは対物レ
ンズ切換え機構が移動して合焦を行い、記憶データによ
って焦点検出がＯＦＦとなったときは、対物レンズの切
換え作動だけであり、焦点検出を行うことがない。この
ように対物レンズ交換する場合に、焦点検出のＯＮ／Ｏ
ＦＦを自動的に行うため、検出できない対物レンズでの
煩わしい作業や、検出動作をしてからの判断が不要とな
るため、操作性に優れ、切り換えの高速化を図ることが
可能となる。

【００４０】請求項２の発明によれば、低倍率の対物レ
ンズを指示した場合は、焦点検出を行うことなく対物レ
ンズ切換え作動だけとなり、高倍率の対物レンズを指示
した場合は、焦点検出を行うため、高倍率の対物レンズ
の焦点を精度良く、迅速に検出することができる。

【００４１】請求項３の発明によれば、高倍率の対物レ
ンズを指示したとき、焦点検出を行わないが、低倍率の
対物レンズを指示したとき焦点検出を行うため、低倍率
で行う写真撮影のピント合わせを精度良く行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の全体の斜視図である。

【図２】メインコントロール部のブロック図である。

【図３】操作ＳＷ部の正面図である。

【図４】第２の実施の形態の自動合焦のテーブル図であ
る。

【図５】第２の実施の形態の光路図である。

【図６】第３の実施の形態のテーブル図である。

【符号の説明】

１ 顕微鏡本体 ２ 鏡筒 ３ 接眼レンズ ４ 眼 ５ 焦点検出機 ６ 電動レボルバ ７ 対物レンズ ８ 試料 ９ ステージ １０ Ｚドライブモータ １１ メインコントローラ部 １２ 操作ＳＷ部 １３，１４，１５ 通信ケーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の対物レンズを保持し、観察光路内
   に挿入すべき対物レンズを切り換える対物レンズ切換え
   機構と、試料ステージ又は対物レンズ切り換え機構の少
   なくとも一方を光軸方向へ移動させる焦準機と、合焦信
   号により焦点検出を行う自動焦点機構とを具備した自動
   焦点顕微鏡において、 前記各対物レンズの焦点検出のＯＮ／ＯＦＦデータを記
   憶する対物レンズデータ記憶手段と、前記観察光路内に
   挿入される対物レンズを指示する対物レンズ指示手段
   と、観察光路内に挿入される対物レンズのデータに基づ
   き焦点検出のＯＮ／ＯＦＦの作動を制御する制御手段を
   具備していることを特徴とする自動焦点顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記各対物レンズ毎の焦点検出のＯＮ／
   ＯＦＦを、高倍率の対物レンズの時がＯＮ、低倍率の対
   物レンズの時がＯＦＦに設定されていることを特徴とす
   る請求項１記載の自動焦点顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記各対物レンズ毎の焦点検出のＯＮ／
   ＯＦＦを、倍率５×以下の対物レンズの時にＯＮ、高倍
   率の対物レンズの時にＯＦＦに設定されていることを特
   徴とする請求項１記載の自動焦点顕微鏡。