(57)【要約】【課題】少ない計算リソースで高速且つ精度の高いコントラストAFを実現する技術を提供する。【解決手段】顕微鏡装置１は、合焦制御処理を行う処理部４０を備える。処理部４０は、合焦制御処理において、試料Ｓの画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、その画像のコントラストと合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出する。処理部４０は、さらに、その評価値を、合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、その合焦対象領域のサイズと正の相関を有する少なくとも１つの閾値と、比較する。【選択図】図１
2019070737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合焦制御処理を行う処理部を備える観察装置であって、
前記処理部は、前記合焦制御処理において、
試料の画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、前記画像のコントラストと前記合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出し、
前記評価値を、前記合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、前記合焦対象領域のサイズと正の相関を有する前記少なくとも１つの閾値と、比較する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観察装置において、
前記処理部は、前記合焦制御処理において、
前記合焦対象領域のサイズに関するサイズ情報を取得し、
前記サイズ情報に基づいて前記少なくとも１つの閾値を算出する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の観察装置において、
前記少なくとも１つの閾値は、ノイズレベルに関する第１の閾値を含み、
前記処理部は、前記合焦制御処理において、少なくとも前記評価値と前記第１の閾値との第１の比較結果に応じてピーク判定に用いられる最大評価値を更新する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の観察装置において、さらに、
前記試料が載置されるステージと前記観察装置の撮像対象面との距離を変更する準焦装置を備え、
前記少なくとも１つの閾値は、合焦評価値レベルに関する第２の閾値を含み、
前記処理部は、前記合焦制御処理において、前記評価値と前記第２の閾値との第２の比較結果に応じて前記準焦装置を制御する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項５】
請求項４に記載の観察装置において、
前記処理部は、前記合焦制御処理において、前記第２の比較結果に応じて前記準焦装置の移動速度又は移動量を変更する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の観察装置において、さらに、
前記試料の光学像を前記画像のデータに変換する撮像装置と、を備え、
前記処理部は、前記撮像装置から出力された前記画像のデータを用いて前記評価値を算出する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記処理部は、前記少なくとも１つの閾値のうちの１つの閾値をEthとし、前記画像のデータのダイナミックレンジをΔIとし、前記合焦対象領域に対応する画素の行数をMとし、前記合焦対象領域に対応する画素の列数をNとし、kを閾値係数とするとき、前記１つの閾値を下式
2019070737.tif 000007
により算出することを特徴とする観察装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記処理部は、前記評価値をEとし、前記画像のデータに含まれている前記合焦対象領域に対応する各画素の画素値をIとし、前記合焦対象領域に対応する画素の行数をM、前記合焦対象領域に対応する画素の列数をNとするとき、前記評価値を下式
2019070737.tif 000008
により算出することを特徴とする観察装置。
【請求項９】
観察装置の処理部が行う合焦制御方法であって、
試料の画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、前記画像のコントラストと前記合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出し、
前記評価値を、前記合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、前記合焦対象領域のサイズと正の相関を有する前記少なくとも１つの閾値と、比較する
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
観察装置が有する合焦制御処理を行う処理部に、
試料の画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、前記画像のコントラストと前記合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出し、
前記評価値を、前記合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、前記合焦対象領域のサイズと正の相関を有する前記少なくとも１つの閾値と、比較する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の開示は、コントラストAF方式でオートフォーカス（以降、AFと記す。）を行う観察装置、合焦制御方法、及び、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の顕微鏡システムは、観察作業を効率的に行うために、AF機能を搭載している。AFには様々な方式が存在するが、CCDやCMOS等の撮像デバイスを備える顕微鏡システムに採用されるAF方式としては、コントラストAFと呼ばれるAF方式が代表的である。
【０００３】
コントラストAFでは、画像のコントラストと正の相関があるAF評価値を画像データから算出してそのAF評価値が最も高くなる位置を合焦位置として検出する。このようなコントラストAFは、顕微鏡システムだけではなく、カメラなどでも採用されている。例えば、特許文献１には、コントラストAFを行う顕微鏡が、特許文献２には、コントラストAFを行うカメラが、記載されている。
【０００４】
コントラストAFにおけるAF評価値の算出方法としては様々な方法が提案されているが、隣接画素の画素値の差分の二乗の総和、つまり、シフト量１のBrenner gradient、を用いて算出する方法が一般的である。
【０００５】
ただし、Brenner gradientは、計算対象とする画素（以降、AF対象画素と記す。）が増えるほど大きな値になることから、コントラストAFでは、多くの場合、Brenner gradientそのものをAF評価値として使用するのではなく、Brenner gradientをAF対象画素の画素数を用いて正規化した値をAF評価値として使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８８１４４５号公報明細書
【特許文献２】特許第５４７８２１３号公報明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したBrenner gradient算出処理や正規化処理には、“二乗”や“除算”といった計算リソースを比較的多く消費する演算が含まれている。AFの高速化にあたっては、画像を取得する度に行われるこれらの処理が高速化を制限する一要因となり得る。
【０００８】
以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、少ない計算リソースで高速且つ精度の高いコントラストAFを実現する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る観察装置は、合焦制御処理を行う処理部を備える観察装置である。前記処理部は、前記合焦制御処理において、試料の画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、前記画像のコントラストと前記合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出し、前記評価値を、前記合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、前記合焦対象領域のサイズと正の相関を有する前記少なくとも１つの閾値と、比較する。
【００１０】
本発明の一態様に係る合焦制御方法は、観察装置の処理部が行う合焦制御方法であり、試料の画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、前記画像のコントラストと前記合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出し、前記評価値を、前記合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、前記合焦対象領域のサイズと正の相関を有する前記少なくとも１つの閾値と、比較する。
【００１１】
本発明の一態様に係るプログラムは、観察装置が有する合焦制御処理を行う処理部に、試料の画像のデータのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、前記画像のコントラストと前記合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出し、前記評価値を、前記合焦対象領域のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、前記合焦対象領域のサイズと正の相関を有する前記少なくとも１つの閾値と、比較する処理を実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
上記の態様によれば、少ない計算リソースで高速且つ精度の高いコントラストAFを実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。
【図２】ピーク検出AF方式について説明するための図である。
【図３】偽合焦について説明するための図である。
【図４】ノイズ判定閾値について説明するための図である。
【図５】合焦点位置近傍判定閾値について説明するための図である。
【図６】合焦対象領域のサイズと評価値の関係を説明するための図である。
【図７】合焦制御処理のフローチャートである。
【図８】合焦判定処理のフローチャートである。
【図９】第２の実施形態に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。
【図１０】コンピュータ９０の構成を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。図１に示す顕微鏡システムは、コントラストAFを行う観察装置の一例である顕微鏡装置１と、顕微鏡装置１が取得した画像を表示する表示装置７０と、顕微鏡装置１へ命令を入力する入力装置８０を備えている。
【００１５】
顕微鏡装置１は、試料Ｓが載置されるステージ１０と、試料Ｓの光学像を形成する光学系２０と、試料Ｓの光学像を画像データへ変換する撮像装置３０を備えている。顕微鏡装置１は、さらに、合焦制御処理を行う処理部４０と、準焦装置６０を動かす駆動装置５０と、ステージ１０と顕微鏡装置１の撮像対象面との距離を変更する準焦装置６０を備えている。
【００１６】
光学系２０は、例えば、対物レンズと結像レンズを含む結像光学系であり、試料Ｓの光学像を撮像装置３０の受光面に投影する。撮像装置３０は、例えば、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサなどの撮像素子を含むデジタルカメラである。撮像装置３０は、試料Ｓの画像データを処理部４０へ出力する。
【００１７】
処理部４０は、例えば、顕微鏡装置１の筐体内に実装された電子回路であり、例えば、FPGA（Field Programmable Gate Array）である。処理部４０は、画像伝送部４１と合焦制御部４２を備えている。画像伝送部４１は、撮像装置３０から出力された画像データを表示装置７０へ伝送する。合焦制御部４２は、後述する合焦制御処理を行う。
【００１８】
駆動装置５０は、例えば、処理部４０から出力されたパルス信号により駆動するモータである。準焦装置６０には、光学系２０と撮像装置３０が保持されている。準焦装置６０は、駆動装置５０の動力により、光学系２０に含まれる対物レンズの光軸方向に沿って移動する。
【００１９】
表示装置７０は、例えば、液晶ディスプレイであるが、有機ＥＬ（OLED）ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどであってもよい。入力装置８０は、例えば、キーボードであるが、マウス、ジョイスティック、タッチパネルなどであってもよい。
【００２０】
以上のように構成された顕微鏡装置１は、準焦装置６０を動かしながら準焦装置６０の各位置において試料Ｓの画像を取得する。そして、最も高いコントラストの画像を取得したときの準焦装置６０の位置を合焦位置として検出し、準焦装置６０を合焦位置へ動かす。これにより、コントラストAFが実現される。なお、以降では、合焦位置を検出するために準焦装置６０を動かしながら画像を取得する処理をAFサーチと記す。
【００２１】
顕微鏡装置１で行われるコントラストAFについてさらに具体的に説明する。まず、コントラストAFで用いられるAF評価値の算出方法について説明する。
【００２２】
コントラストAFでは、画像のコントラストは、画像データを用いて算出されるAF評価値（以降、単に評価値と記す。）の高低で判断される。評価値は、画像のコントラストと正の相関を有する値であり、撮像装置３０がAFサーチにおいて画像を取得する毎に算出される。画像を取得する度に行われる評価値算出処理が計算リソースを多く使用する重たい処理であると、AFの高速化が制限されてしまう。
【００２３】
そこで、顕微鏡装置１では、処理部４０は、合焦制御処理において、画像データのうちの合焦対象領域に対応するデータに基づいて、画像のコントラストと合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有する評価値を算出する。なお、合焦対象領域とは、関心領域（ROI）を指定してAFが行われる場合であればその関心領域のことである。関心領域は、利用者が入力装置８０を用いて指定しても良く、顕微鏡装置１が自動的に指定してもよい。関心領域を指定せずにAFが行われる場合であれば顕微鏡装置１の視野範囲のことである。
【００２４】
処理部４０では、合焦対象領域のサイズと正の相関を有する評価値が算出されるため、従来の評価値を算出する場合とは異なり、評価値の算出過程で正規化処理（除算）が行われない。このため、計算リソースの消費を抑えることができる。また、評価値が画像のコントラストと正の相関を有することで、従来の評価値と同様に、画像のコントラストの高低を評価値により判断することができる。
【００２５】
具体的には、処理部４０は、下式（１）を用いて、評価値を算出してもよい。ここで、Eは評価値である。Ｉは画像データに含まれている合焦対象領域に対応する各画素の画素値である。N,Mは合焦対象領域に対応する画素（AF対象画素ともいう）の行数、列数である。
2019070737.tif 000003
【００２６】
合焦対象領域が８×８の画素に投影される場合であれば、式（１）は下式（１−１）のように展開される。
2019070737.tif 000004
【００２７】
式（１）を用いて評価値を算出することで、“二乗”や“除算”といった演算を行うことがなく評価値を算出することができる。
【００２８】
また、処理部４０は、下式（２）を用いて、評価値を算出してもよい。即ち、評価値は、所謂、シフト量１のBrenner gradientであってもよい。
2019070737.tif 000005
【００２９】
なお、式（１）と式（２）を比較すると、“二乗”演算を含まない式（１）の方が、計算リソースの消費が小さく、より計算の高速化が可能であるという点で望ましい。
【００３０】
図２は、ピーク検出AF方式について説明するための図である。図３は、偽合焦について説明するための図である。図４は、ノイズ判定閾値について説明するための図である。図５は、合焦点位置近傍判定閾値について説明するための図である。次に、図２から図５を参照しながら、コントラストAFに用いられる閾値について説明する。この閾値は、評価値に関する閾値であり、AFの性能、主にAFの精度とAFの速度を改善するために用いられる。なお、以降では、コントラストAFの一種であるピーク検出AF方式を例にして説明する。
【００３１】
ピーク検出AF方式は、AFサーチ中に検出される、評価値のピーク位置を合焦位置として検出するコントラストAFの方式である。より詳細には、準焦装置６０が予め決められたサーチ範囲を開始位置Zstartから終了位置Zendへ向かって移動しながら各位置（サンプリングポイントという。）で画像を取得し評価値を算出する。算出した最新の評価値とその時点における最大の評価値を比較し、最新の評価値がその時点における最大の評価値よりも大きい場合には最大の評価値を最新の評価値で更新する。そして、最新の評価値がその時点における最大の評価値に対して所定の割合（例えば、25%）を越えて低くなったときにその時点における最大の評価値が算出された画像を取得したときの準焦装置６０の位置を合焦位置として検出する、というものである。
【００３２】
図２には、開始位置Zstartから終了位置Zendに向かって準焦装置６０が移動中に位置Z1（サンプリングポイントP1参照）で最大値に対して25%を越えて評価値が低下した例が示されている。この場合、その時点における最大の評価値Epeakを示す位置Zpeak（サンプリングポイントPp参照）を合焦位置として検出し、AFサーチを終了する。ピーク検出AF方式は、準焦装置６０が終了位置Zendに達する前にAFサーチを打ち切ることができるため、終了位置ZendまでAFサーチを継続する場合に比べてAFの高速化が可能である。
【００３３】
その一方で、ピーク検出AF方式では、電気回路で外乱光を原因とするノイズが発生しそのノイズにより偽合焦と呼ばれる事象が発生し得る。これは、コントラストAFはサンプリングポイントが合焦位置に近づくほど大きな評価値が算出されることを前提としているが、ノイズにより合焦位置以外の位置に評価値のピーク（極大値）が生じ得るからである。
【００３４】
図３には、位置Z2（サンプリングポイントP2）での評価値が位置Zfake（サンプリングポイントPf）での評価値Efakeに対して25%を超えて低下した例が示されている。この場合、ノイズの影響により生じたピーク位置Zfakeを合焦位置として誤検出し、AFサーチを終了する。このような偽合焦は、特に合焦位置から離れた位置で生じやすい。これは、合焦位置から離れた位置でノイズの影響を受けると、隣接するサンプリングポイントで算出される評価値が小さい又は評価値が算出できないため、大きく突出したピークとなりやすいからである。そのため、所定の割合を十分に大きく取っていた場合であっても、誤った位置を合焦位置として検出してしまう。
【００３５】
そこで、顕微鏡装置１では、処理部４０は、合焦制御処理において、評価値とノイズ判定閾値Eth1とを比較し、比較結果（第１の比較結果）に応じてピーク判定に用いられる最大の評価値を更新してもよい。なお、ノイズ判定閾値Eth1は、ノイズレベルに関する顕微鏡装置１の第１の閾値であり、偽合焦を抑制してAFの精度を改善するための閾値である。
【００３６】
より具体的には、処理部４０は、合焦制御処理において、最新の評価値がノイズ判定閾値Eth1を上回っている場合には、その最新の評価値がその時点での最大の評価値よりも大きければ最大の評価値をその最新の評価値で更新する。一方で、最新の評価値がノイズ判定閾値Eth1以下である場合には、最大の評価値を最新の評価値で更新しない。つまり、合焦検出を行わない。
【００３７】
これにより、図４に示すように、評価値がノイズ判定閾値Eth1よりも大きい範囲が実際のピーク探索範囲となる。このため、合焦位置から離れた位置で生じ得る小さな評価値によるピークを合焦位置として誤検出することを回避することができるため、偽合焦の発生を大幅に抑制することができる。
【００３８】
また、顕微鏡装置１では、処理部４０は、合焦制御処理において、評価値と合焦近傍判定閾値Eth2とを比較し、比較結果（第２の比較結果）に応じて準焦装置６０を制御してもよい。具体的には、比較結果に応じて準焦装置６０の移動速度又は移動量を変更する。なお、合焦近傍判定閾値Eth2は、合焦評価値レベルに関する顕微鏡装置１の第２の閾値であり、AFの精度と速度を改善するための閾値である。合焦近傍判定閾値Eth2は、ノイズ判定閾値Eth1より大きな値であることが望ましい。
【００３９】
より具体的には、処理部４０は、合焦制御処理において、評価値が合焦近傍判定閾値Eth2を上回っている場合には、準焦装置６０は合焦位置近傍に位置すると判断し、準焦装置６０を小さな移動速度又は移動量で制御する。つまり、サンプリングポイントを密に設ける。一方、評価値が合焦近傍判定閾値Eth2以下である場合には、準焦装置６０は合焦位置から遠くに位置すると判断し、準焦装置６０を大きな移動速度又は移動量で制御する。つまり、サンプリングポイントを粗く設ける。
【００４０】
これにより、図５に示すように、合焦位置近傍は準焦装置６０がゆっくりと動く低速サーチ範囲となるため、合焦位置近傍でより多くのサンプリングが行われることになる。このため、評価値のピーク位置をより高い精度で検出することが可能となり、AFの精度が向上する。また、合焦位置から離れた領域は準焦装置６０が速く動く高速サーチ範囲となるため、合焦位置が存在しない領域での処理時間を短縮してAFの高速化を図ることができる。
【００４１】
なお、図５には、合焦近傍判定閾値Eth2を用いて低速サーチ範囲を設けることで、低速サーチ範囲を設けない場合よりも、より高い評価値Epeak’が算出される合焦位置Zpeak’を検出した例が示されている。
【００４２】
図６は、合焦対象領域のサイズと評価値の関係を説明するための図である。次に、図６を参照しながら、コントラストAFで用いられる閾値の算出方法について説明する。
【００４３】
上述したように閾値を適切に設定することで、コントラストAFの精度及び速度を改善することができる。しかしながら、処理部４０が算出する評価値は、画像のコントラストと合焦対象領域のサイズの両方と正の相関を有しているため、図６に示すように、同じ試料Ｓに対してAFを行う場合であっても合焦対象領域のサイズに応じて評価値が大きくなってしまう。従って、合焦対象領域のサイズによらず一定の閾値を用いると、合焦対象領域があるサイズの場合には適切であっても、他のサイズの場合には適切ではないといった事態が生じてしまう。
【００４４】
そこで、顕微鏡装置１では、処理部４０は、合焦制御処理において、合焦対象領域のサイズに応じた閾値を算出する。具体的には、合焦対象領域のサイズと正の相関を有する少なくとも１つの閾値（例えば、ノイズ判定閾値、合焦位置近傍判定閾値）を算出する。より具体的には、処理部４０は、合焦制御処理において、合焦対象領域のサイズに関するサイズ情報を取得し、そのサイズ情報に基づいて少なくとも１つの閾値を算出する。
【００４５】
処理部４０は、合焦対象領域のサイズと正の相関を有する閾値を算出することで、合焦対象領域のサイズと正の相関を有する評価値に対して適切な閾値を設定することができる。
【００４６】
なお、評価値が例えば上述した式（１）で算出される場合であれば、閾値の算出式としては、例えば、下式（３）が用いられてもよい。ここで、Ethは少なくとも１つの閾値のうちの１つの閾値である。ΔIは、画像データのダイナミックレンジである。Mは合焦対象領域に対応する画素の行数である。Nは合焦対象領域に対応する画素の列数である。Kは閾値係数である。
2019070737.tif 000006
【００４７】
式（３）を用いて閾値を算出することで、評価値と閾値の両方が合焦対象領域のサイズと比例関係を有する。このため、評価値と閾値の関係も合焦対象領域のサイズによらず一定に維持されるため、評価値に対して適切な閾値を設定することが可能となる。
【００４８】
図７は、合焦制御処理のフローチャートである。図８は、合焦判定処理のフローチャートである。図７及び図８を参照しながら、処理部４０が行う合焦制御処理について具体的に説明する。
【００４９】
顕微鏡システムの利用者が入力装置８０を用いてコントラストAFの開始を指示すると、処理部４０（合焦制御部４２）は、図７に示す合焦制御処理を開始する。
【００５０】
まず、処理部４０は、関心領域（ROI）の設定を行う（ステップＳ１０）。ここでは、処理部４０は、例えば、利用者が表示装置７０に表示されている画像を見ながら入力装置８０を用いて指定した試料Ｓ上の領域を関心領域として設定してもよい。
【００５１】
次に、処理部４０は、閾値を算出する（ステップＳ２０）。ここでは、処理部４０は、関心領域（合焦対象領域）のサイズに応じた少なくとも１つの閾値であって、関心領域（合焦対象領域）のサイズと正の相関を有する少なくとも１つの閾値を算出する。処理部４０は、例えば、関心領域のサイズに関するサイズ情報（例えば、関心領域が投影された撮像装置３０上の領域の画素数）を取得し、そのサイズ情報に基づいて少なくとも１つの閾値を算出してもよい。より具体的には、上述したノイズ判定閾値Eth1と合焦位置近傍判定閾値Eth2を、上述した式（３）を用いて算出してもよい。例えば、ノイズ判定閾値Eth1は閾値計数k1を用いて算出され、合焦位置近傍判定閾値Eth2は閾値計数k2を用いて算出されてもよい。閾値計数k1,k2は、k1<k2の関係を有している。それぞれ例えば10,30などであってもよい。
【００５２】
閾値が算出されると、処理部４０は、図８に示す合焦判定処理を開始する（ステップＳ３０）。合焦判定処理では、処理部４０は、まず、準焦装置６０を移動する（ステップＳ３１）。ここでは、処理部４０は、設定に応じた速度又は移動量で準焦装置６０を動かす。なお、初期状態の設定は、比較的高速に動かす設定であり、処理部４０は準焦装置６０をAFサーチの開始位置へ動かす。
【００５３】
準焦装置６０が移動すると、処理部４０は、撮像装置３０を制御して試料を撮像する（ステップＳ３２）。そして、処理部４０は、撮像装置３０から画像データを受け取ると、評価値を算出する（ステップＳ３３）。ここでは、処理部４０は、ステップＳ３２で受信した画像データの関心領域に対応するデータに基づいて、例えば、式（１）を用いて評価値を算出する。
【００５４】
評価値が算出されると、処理部４０は、評価値と閾値を比較し（ステップＳ３４）、比較結果に応じた処理を行う（ステップＳ３５）。処理部４０は、例えば、ステップＳ３３で算出した評価値がステップＳ２０で算出したノイズ判定閾値Eth1よりも大きい場合には、その評価値がその時点での最大評価値よりも大きければ、ピーク判定に用いられる最大評価値を更新する。一方、評価値がノイズ判定閾値Eth1以下であれば最大評価値を更新しない。また、処理部４０は、例えば、評価値とステップＳ２０で算出した合焦位置近傍判定閾値Eth2の比較結果に応じて準焦装置６０の移動速度又は移動量の設定を変更する。具体的には、評価値が合焦位置近傍判定閾値Eth2よりも大きい場合には、準焦装置６０の移動速度又は移動量が小さくなるように設定を変更する。
【００５５】
その後、処理部４０は、ステップＳ３３で算出された評価値がその時点における最大評価値よりも一定の割合を超えて低くない場合には、評価値のピークが検出されていないと判定し（ステップＳ３６ＮＯ）、ステップＳ３１からステップＳ３６の処理を繰り返す。一方、ステップＳ３３で算出された評価値がその時点における最大評価値よりも一定の割合を超えて低い場合には、評価値のピークが検出されたと判定し（ステップＳ３６ＹＥＳ）、そのピークの位置を合焦位置として検出し（ステップＳ３７）、合焦判定処理を終了する。
【００５６】
合焦判定処理を終了すると、処理部４０は、準焦装置６０をステップＳ３７で検出された合焦位置へ動かすことで試料Ｓにフォーカスを合わせて（ステップＳ４０）、合焦制御処理を終了する。
【００５７】
以上のように動作する顕微鏡装置１では、合焦対象領域のサイズと正の相関を有する評価値が算出されるため、AFサーチ中に画像を取得する度に行われる評価値算出処理において除算を含む正規化が行われない。このため、少ない計算リソースで高速に評価値を算出することができる。
【００５８】
また、顕微鏡装置１では、合焦対象領域のサイズと正の相関を有する閾値が算出されるため、合焦対象領域のサイズによらず評価値に対して適切な閾値を設定することができる。このため、閾値を用いて偽合焦を抑制しAF精度を向上させること、閾値を用いて準焦装置６０を制御することでAF精度とAF速度を両立させること、などを実現することができる。
【００５９】
さらに、顕微鏡装置１では、閾値算出処理は、合焦対象領域のサイズ情報を用いた乗算処理を含むが、サイズ情報を用いた除算を含まない。また、閾値算出処理は、評価値算出処理とは異なり、合焦制御処理中に１回だけ行われる。このため、閾値算出処理に起因するAF速度の低下を回避することができる。
【００６０】
従って、顕微鏡装置１によれば、少ない計算リソースで高速且つ精度の高いコントラストAFを実現することができる。
［第２の実施形態］
【００６１】
図９は、本実施形態に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。本実施形態に係る顕微鏡システムは、顕微鏡装置１の代わりに顕微鏡装置２を備える点が、第１の実施形態に係る顕微鏡システムとは異なっている。
【００６２】
顕微鏡装置２は、光学系２０の代わりに光学系１２０を備える点、撮像装置３０の代わりに光検出器１３０を備える点、処理部４０の代わりに処理部１４０を備える点、準焦装置６０の代わりに準焦装置１６０を備える点が、顕微鏡装置１とは異なる。
【００６３】
顕微鏡装置２は、走査型顕微鏡であり、光学系１２０は、試料Ｓを走査するスキャナ１２１を備える走査光学系である。光検出器１３０は、例えば、フォトマルチプライヤ（PMT）、アバランシェフォトダイオード（APD）などである。準焦装置１６０には、光学系１２０と光検出器１３０が保持されている。準焦装置１６０は、ステージ１０と顕微鏡装置２の撮像対象面との距離を変更する
【００６４】
処理部１４０は、例えば、顕微鏡装置２の筐体内に実装された電子回路であり、例えば、FPGA（Field Programmable Gate Array）である。処理部１４０は、画像伝送部４１と合焦制御部４２に加えて、画像構築部１４１を備えている点が、処理部４０とは異なる。画像構築部１４１は、光検出器１３０からの信号とスキャナ１２１の同期信号に基づいて、画像を構築し、画像伝送部４１及び合焦制御部４２に画像データを出力する。
【００６５】
以上のように構成された顕微鏡装置２でも、処理部１４０（合焦制御部４２）が処理部４０と同様の合焦制御処理を行うことで、少ない計算リソースで高速且つ精度の高いコントラストAFを実現することができる。
【００６６】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。観察装置、合焦制御方法、及び、プログラムは、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【００６７】
上述した実施形態では、処理部がFPGAで構成される例を示したが、処理部は、FPGAに限られない。処理部は顕微鏡装置に組み込まれたマイコンなどであってもよい。また、顕微鏡システムが、顕微鏡装置に加えて制御用のコンピュータを備えている場合であれば、処理部は、制御用のコンピュータ９０に含まれても良い。上述した合焦制御処理は、少ない計算リソースでコントラストAFを行うことができるため、コンピュータよりも一般的に計算リソースが乏しいFPGAなどでも行うことができるが、コンピュータでプログラムを実行することにより行われてもよい。
【００６８】
図１０は、コンピュータ９０のハードウェアの構成を例示した図である。コンピュータ９０は、例えば、標準的なコンピュータであり、図１０に示すように、プロセッサ９１、メモリ９２、ストレージ９３、インターフェース装置９４、及び、可搬記憶媒体９６が挿入される可搬記憶媒体駆動装置９５を備える。そして、これらの構成要素はバス９７によって相互に接続されている。なお、図１０は、コンピュータ９０のハードウェア構成の一例であり、コンピュータ９０はこの構成に限定されるものではない。
【００６９】
プロセッサ９１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、MPU（Micro Processing Unit）、DSP（Digital Signal Processor）などであり、プログラムを実行してプログラムされた合焦制御処理を行う。メモリ９２は、例えば、RAM（Random Access Memory）であり、プログラムの実行の際に、ストレージ９３または可搬記憶媒体９６に記録されているプログラムまたはデータを一時的に記憶する。ストレージ９３は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリであり、主に各種データやプログラムの記録に用いられる。インターフェース装置９４は、コンピュータ９０以外の装置（例えば、顕微鏡装置１、表示装置７０、入力装置８０など）と信号をやり取りする回路である。可搬記憶媒体駆動装置９５は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記憶媒体９６を収容するものである。可搬記憶媒体９６は、ストレージ９３を補助する役割を有する。
【００７０】
上述した実施形態では、観察装置の一例として顕微鏡装置を例示したが、観察装置は、顕微鏡装置に限らない。観察装置は、合焦制御処理を行う処理部を備えていればよく、例えば、デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラであってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１、２                顕微鏡装置
１０                  ステージ
２０、１２０          光学系
３０                  撮像装置
４０、１４０          処理部
４１                  画像伝送部
４２                  合焦制御部
５０                  駆動装置
６０、１６０          準焦装置
７０                  表示装置
８０                  入力装置
９０                  コンピュータ
９１                  プロセッサ
９２                  メモリ
９３                  ストレージ
９４                  インターフェース装置
９５                  可搬記憶媒体駆動装置
９６                  可搬記憶媒体
９７                  バス
１２１                スキャナ
１３０                光検出器
１４１                画像構築部
Ｓ                    試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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