(57)【要約】【課題】短波長の光に応じた焦点深度に対しても短時間で確実に焦点合わせをすることができること。【解決手段】自動合焦装置１０１は、標本１と対物レンズ３との相対距離を変化させる焦準機構９と、対物レンズ３に対する標本１のデフォーカス量に応じた信号強度を有する合焦判別信号としてのＡＦ信号を生成するＡＦユニット８および制御ユニット１０と、ＡＦ信号の信号強度に応じ、焦準機構９による相対距離の可変速度としてのＺステージ速度を変化させる制御ユニット１０と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準機構を備え、前記標本に対して前記対物レンズの焦点合わせをする自動合焦装置において、
前記対物レンズに対する前記標本のデフォーカス量に応じた信号強度を有する合焦判別信号を生成する信号生成手段と、
前記合焦判別信号の信号強度に応じ、前記焦準機構による前記相対距離の可変速度を変化させる焦準制御手段と、
を備えたことを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】
前記焦準制御手段は、前記合焦判別信号の信号強度の増減にともない前記可変速度を増減させることを特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
【請求項３】
前記合焦判別信号の信号強度に対応付けて前記可変速度をあらかじめ記憶する記憶手段を備え、
前記焦準制御手段は、前記焦準機構による前記可変速度を、前記記憶手段に記憶された前記可変速度のうち前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に対応する前記可変速度以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の自動合焦装置。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記合焦判別信号の信号強度に対して定められた複数の強度範囲ごとに前記可変速度を記憶し、
前記焦準制御手段は、前記焦準機構による前記可変速度を、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度を含む前記強度範囲のうち最小の強度範囲に対応付けられた前記可変速度以下とすることを特徴とする請求項３に記載の自動合焦装置。
【請求項５】
前記焦準制御手段は、複数の前記強度範囲のうち第１の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とするとともに、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度が前記第１の強度範囲内にあるか否かを判別し、該第１の強度範囲内にあると判定した場合、前記第１の強度範囲よりも小さい第２の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とすることを特徴とする請求項４に記載の自動合焦装置。
【請求項６】
前記焦準制御手段は、複数の前記強度範囲のうち所定の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とするとともに、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度が前記所定の強度範囲内にあるか否かを判別し、該所定の強度範囲内にあると判定した場合、前記焦準機構による前記可変速度を維持させることを特徴とする請求項５に記載の自動合焦装置。
【請求項７】
前記焦準制御手段は、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度が前記所定の強度範囲内にあるか否かを判別し、該所定の強度範囲外にあると判定した場合、前記所定の強度範囲よりも大きい第３の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とすることを特徴とする請求項６に記載の自動合焦装置。
【請求項８】
前記所定の強度範囲は、複数の前記強度範囲のうち最小の強度範囲であることを特徴とする請求項６または７に記載の自動合焦装置。
【請求項９】
複数の前記強度範囲は、それぞれ異なる波長に対する前記対物レンズの焦点深度をもとに定められることを特徴とする請求項４〜８のいずれか一つに記載の自動合焦装置。
【請求項１０】
情報入力をする情報入力手段と、
前記情報入力手段によって入力された情報をもとに、前記記憶手段が記憶する前記強度範囲および該強度範囲に対応付けられた前記可変速度の少なくとも一方を更新する更新制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項４〜８のいずれか一つに記載の自動合焦装置。
【請求項１１】
前記デフォーカス量に対して定められた１以上の合焦判定範囲を報知する報知手段と、
前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に相当する前記デフォーカス量を含む前記合焦判定範囲を前記報知手段に報知させる報知制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の自動合焦装置。
【請求項１２】
前記報知手段は、前記合焦判定範囲ごとに該合焦判定範囲を明示する表示部を有し、
前記報知制御手段は、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に相当する前記デフォーカス量を含む前記合焦判定範囲のうち少なくとも最小の合焦判定範囲を前記報知手段に明示させることを特徴とする請求項１１に記載の自動合焦装置。
【請求項１３】
所定の指示入力をする指示入力手段を備え、
前記焦準制御手段は、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に相当する前記デフォーカス量が１以上の前記合焦判定範囲のうち最小の合焦判定範囲に含まれる場合、前記指示入力手段を入力可能状態にすることを特徴とする請求項１１または１２に記載の自動合焦装置。
【請求項１４】
１以上の前記合焦判定範囲は、それぞれ異なる波長に対する前記対物レンズの焦点深度をもとに定められることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の自動合焦装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準機構を備え、標本に対して対物レンズの焦点合わせをする自動合焦装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡は、生物分野の研究をはじめ工業分野の検査工程などで幅広く利用されており、その検査工程等においてルーチン作業を行う場合、標本に対する対物レンズの焦点合わせを短時間に完了することは、検査時間短縮の上で非常に重要とされている。これに対して焦点合わせを自動化した自動合焦装置（オートフォーカス装置／ＡＦ装置）が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたＡＦ装置では、標本の観察に用いる対物レンズの倍率に応じて合焦判定信号の閾値を設定することで、倍率が異なる対物レンズごとに安定した焦点合わせを実現できるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７４６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、顕微鏡や半導体検査装置では、半導体ウェハ上に形成された回路パタン等の標本の微細化および複雑化にともない、紫外光等、従来よりも短波長の光によって標本を観察することが必要とされている。しかしながら、この場合、対物レンズにおける焦点深度が波長に応じて狭くなるため、焦点合わせのために標本と対物レンズとの相対距離を変化させる速度（以下、焦準移動速度と呼ぶ。）を波長に応じて小さくしなければならず、焦点合わせに費やす時間が増大するという問題があった。
【０００５】
これに対し、焦準移動速度を高速化した場合には、標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準移動機構にハンチングが生じる恐れがあるという問題があった。すなわち、例えば対物レンズに対して標本を焦準移動させる場合、その焦準移動速度が焦点深度に比して大きいことで標本を過剰に移動させることとなり、焦点深度内に標本を停止させることができず、焦点深度を挟んで標本を何度も往復移動させてしまう恐れがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、波長によらず焦点深度に対して短時間で確実に焦点合わせをすることができる自動合焦装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる自動合焦装置は、標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準機構を備え、前記標本に対して前記対物レンズの焦点合わせをする自動合焦装置において、前記対物レンズに対する前記標本のデフォーカス量に応じた信号強度を有する合焦判別信号を生成する信号生成手段と、前記合焦判別信号の信号強度に応じ、前記焦準機構による前記相対距離の可変速度を変化させる焦準制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記焦準制御手段は、前記合焦判別信号の信号強度の増減にともない前記可変速度を増減させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記合焦判別信号の信号強度に対応付けて前記可変速度をあらかじめ記憶する記憶手段を備え、前記焦準制御手段は、前記焦準機構による前記可変速度を、前記記憶手段に記憶された前記可変速度のうち前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に対応する前記可変速度以下とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記記憶手段は、前記合焦判別信号の信号強度に対して定められた複数の強度範囲ごとに前記可変速度を記憶し、前記焦準制御手段は、前記焦準機構による前記可変速度を、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度を含む前記強度範囲のうち最小の強度範囲に対応付けられた前記可変速度以下とすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記焦準制御手段は、複数の前記強度範囲のうち第１の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とするとともに、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度が前記第１の強度範囲内にあるか否かを判別し、該第１の強度範囲内にあると判定した場合、前記第１の強度範囲よりも小さい第２の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記焦準制御手段は、複数の前記強度範囲のうち所定の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とするとともに、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度が前記所定の強度範囲内にあるか否かを判別し、該所定の強度範囲内にあると判定した場合、前記焦準機構による前記可変速度を維持させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記焦準制御手段は、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度が前記所定の強度範囲内にあるか否かを判別し、該所定の強度範囲外にあると判定した場合、前記所定の強度範囲よりも大きい第３の強度範囲に対応付けられた前記可変速度を前記焦準機構による前記可変速度とすることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記所定の強度範囲は、複数の前記強度範囲のうち最小の強度範囲であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、複数の前記強度範囲は、それぞれ異なる波長に対する前記対物レンズの焦点深度をもとに定められることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、情報入力をする情報入力手段と、前記情報入力手段によって入力された情報をもとに、前記記憶手段が記憶する前記強度範囲および該強度範囲に対応付けられた前記可変速度の少なくとも一方を更新する更新制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記デフォーカス量に対して定められた１以上の合焦判定範囲を報知する報知手段と、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に相当する前記デフォーカス量を含む前記合焦判定範囲を前記報知手段に報知させる報知制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記報知手段は、前記合焦判定範囲ごとに該合焦判定範囲を明示する表示部を有し、前記報知制御手段は、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に相当する前記デフォーカス量を含む前記合焦判定範囲のうち少なくとも最小の合焦判定範囲を前記報知手段に明示させることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、所定の指示入力をする指示入力手段を備え、前記焦準制御手段は、前記信号生成手段が生成した前記合焦判別信号の信号強度に相当する前記デフォーカス量が１以上の前記合焦判定範囲のうち最小の合焦判定範囲に含まれる場合、前記指示入力手段を入力可能状態にすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、１以上の前記合焦判定範囲は、それぞれ異なる波長に対する前記対物レンズの焦点深度をもとに定められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる自動合焦装置によれば、波長によらず焦点深度に対して短時間で確実に焦点合わせをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる自動合焦装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付して示している。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる自動合焦装置について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１０１を備えた顕微鏡１００の要部構成を示す図である。この図に示すように、顕微鏡１００は、標本１が載置されたＸＹステージ２と、標本１の上部に配置された対物レンズ３と、照明用光源としての波長選択ユニット４と、照明光学系５と、結像レンズ６と、カメラ７と、対物レンズ３に対する標本１のデフォーカス量に応じた信号を検出するためのＡＦユニット８と、焦準機構９と、制御ユニット１０とを備える。制御ユニット１０は、波長選択ユニット４、カメラ７、ＡＦユニット８および焦準機構９等と電気的に接続されており、この各部の処理および動作を制御する。自動合焦装置１０１は、ＡＦユニット８、焦準機構９および制御ユニット１０を用いて構成されている。
【００２４】
ＸＹステージ２は、制御ユニット１０からの制御に基づき、図示しない駆動機構によって対物レンズ３の光軸ＯＡ１と垂直に２次元移動されることで、標本１の観察位置を移動させる。波長選択ユニット４は、ファイバライトガイド４ａを有し、制御ユニット１０からの制御に基づいて複数波長の照明光、具体的には波長２４８ｎｍ、３１３ｎｍ、３６５ｎｍまたは４０５ｎｍである照明光をファイバライトガイド４ａから択一的に射出させる。照明光学系５は、照明レンズ５ａおよびハーフミラー５ｂを有し、波長選択ユニット４が射出させた照明光を、対物レンズ３を介して標本１に照射する。照明光学系５は、対物レンズ３の瞳上にファイバライトガイド４ａの射出端面像を結像させ、標本１をケーラー照明する。
【００２５】
対物レンズ３および結像レンズ６は、照明された標本１から発せられる観察光を協働して集光し、標本１の観察像を結像させる。カメラ７は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子が用いられ、標本１の観察像を撮像して観察画像を生成するとともに、その観察画像データを制御ユニット１０へ出力する。制御ユニット１０は、この観察画像データをもとに観察画像を表示し、検鏡者は、表示された観察画像をもとに標本１を観察することができる。
【００２６】
ＡＦユニット８は、ＡＦ光源１１、光源駆動部１２、コリメートレンズ１３および遮光板１４を備える。ＡＦ光源１１は、例えば半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）が用いられ、波長選択ユニット４が射出する照明光とは異なる波長（例えば７８５ｎｍ）のレーザ光を計測光として射出させる。光源駆動部１２は、制御ユニット１０と電気的に接続されており、制御ユニット１０からの制御に基づきＡＦ光源１１を駆動して計測光を射出させる。コリメートレンズ１３は、ＡＦ光源１１が射出させた計測光を平行光束に変換し、遮光板１４は、コリメートレンズ１３を透過した計測光の一部を遮光する。遮光板１４は、コリメートレンズ１３を透過して円形の光束断面を有した計測光のほぼ半分を遮光し、半円形の光束断面を有した平行光束として通過させる。
【００２７】
また、ＡＦユニット８は、偏向ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５、集光レンズ１６、色収差補正レンズ１７、レンズ移動機構１８、λ／４板１９およびダイクロイックミラー２０を備える。ＰＢＳ１５は、遮光板１４を通過したＳ偏光としての計測光を、光軸ＯＡ２に沿って集光レンズ１６へ向けて反射させる。集光レンズ１６は、自身の焦点面ＦＰ上に計測光を集光させ、色収差補正レンズ１７は、焦点面ＦＰを通過した計測光を再び平行光束あるいは略平行な光束に変換する。
【００２８】
レンズ移動機構１８は、制御ユニット１０と電気的に接続されており、制御ユニット１０からの制御に基づき色収差補正レンズ１７を光軸ＯＡ２方向に移動させる。具体的には、波長選択ユニット４が射出した照明光に対する対物レンズ３の焦点面と、集光レンズ１６の焦点面ＦＰとが共役になるように、色収差補正レンズ１７を適宜移動させる。
【００２９】
λ／４板１９は、色収差補正レンズ１７を透過した計測光を円偏光に変換し、ダイクロイックミラー２０は、λ／４板１９を透過した計測光を、光軸ＯＡ１に沿って対物レンズ３へ向けて反射させる。対物レンズ３は、ダイクロイックミラー２０が反射させた計測光を、波長選択ユニット４が射出した照明光に対する自身の焦点面上に集光させ、標本１上にスポット光として照射する。
【００３０】
標本１上に照射された計測光は、標本１によって反射された後、光軸ＯＡ１に対して照射光路と対称な光路を逆方向にたどる。すなわち、対物レンズ３を透過し、ダイクロイックミラー２０によってλ／４板１９へ向けて反射され、λ／４板１９によって再び直線偏光に変換された後、色収差補正レンズ１７によって焦点面ＦＰ上に集光される。その後、集光レンズ１６によって再び平行光束あるいは略平行な光束に変換され、Ｐ偏光としてＰＢＳ１５を透過する。
【００３１】
さらに、ＡＦユニット８は、遮光板２１、集光レンズ２２、２分割センサ２３、増幅器２４およびＡ／Ｄ変換器２５をさらに備える。遮光板２１は、フレアーおよびゴースト等を防止し、所望の計測光のみ通過させ、集光レンズ２２は、遮光板２１を通過した計測光を集光する。２分割センサ２３は、例えば２分割フォトダイオードが用いられ、集光レンズ２２が集光させた計測光を受光して光電変換する。２分割センサ２３は、その各受光部２３ａ，２３ｂの受光強度に応じた電流信号ＳＡ１，ＳＢ１を増幅器２４へ出力する。増幅器２４は、この電流信号ＳＡ１，ＳＢ１を電流／電圧変換して増幅した電圧信号ＳＡ２，ＳＢ２をＡ／Ｄ変換器２５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器２５は、電圧信号ＳＡ２，ＳＢ２をＡ／Ｄ変換し、Ａ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３として制御ユニット１０へ出力する。
【００３２】
図２は、制御ユニット１０の要部構成を示すブロック図である。この図に示すように、制御ユニット１０は、入力部３１、出力部３２、記憶部３３、表示部３４および制御部３５を備える。入力部３１は、マウス、タッチパネル等を用いて構成され、制御部３５に対して各種情報の入力を行う。入力部３１は、特に、焦点合わせの実行を指示する指示入力を行うＡＦ指示入力部３１ａと、焦点合わせに用いる各種パラメータとしてのＡＦパラメータの設定入力を行うＡＦパラメータ入力部３１ｂとを備える。
【００３３】
出力部３２は、データ通信用の各種インターフェースを用いて構成され、波長選択ユニット４、カメラ７、ＡＦユニット８および焦準機構９等の各部に対して各種指示情報の出力を行う。また、出力部３２は、外部機器に対し、観察画像データや各種処理データ等を出力することもできる。
【００３４】
記憶部３３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を用いて構成され、入力部３１から入力された各種入力情報、制御部３５によって処理された各種処理情報、制御部３５が実行する各種処理プログラム等を記憶する。記憶部３３は、特に、各種ＡＦパラメータを記憶するルックアップテーブル（ＬＵＴ）としてのＡＦパラメータテーブル３３ａを有する。
【００３５】
表示部３４は、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ表示器等を用いて構成され、観察画像やＡＦパラメータ等の各種情報の表示、入力部３１と連動して機能するＧＵＩ（Graphical User Interface）の表示等を行う。表示部３４は、特に、焦点合わせの実行を指示する指示入力やＡＦパラメータの設定入力を行うためのＧＵＩ表示をするＡＦ操作表示部３４ａを有する。
【００３６】
制御部３５は、ＣＰＵによって実現され、記憶部３３に記憶された各種処理プログラムを実行することで各種制御処理および演算処理を行う。制御部３５は、特に、ＸＹステージ２、波長選択ユニット４およびカメラ７等、標本１の観察に用いる各部の処理および動作を制御する観察制御部３５ａと、ＡＦユニット８および焦準機構９等、焦点合わせに用いる各部の処理および動作を制御する合焦制御部３５ｂと、各種情報を外部に報知するために用いる表示部３４等の処理および動作を制御する報知制御部３５ｃとを備える。
【００３７】
観察制御部３５ａは、入力部３１から入力される波長情報をもとに、観察波長としての照明光の波長を波長選択ユニット４に指示し、この指示した波長の照明光を射出させる。また、観察制御部３５ａは、カメラ７に対して観察像の撮像を指示するとともに、その観察画像データを出力させる。
【００３８】
合焦制御部３５ｂは、ＡＦ指示入力部３１ａから焦点合わせの実行を指示する指示入力がされた場合、ＡＦユニット８を作動させ、Ａ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３を取得する。また、合焦制御部３５ｂは、取得したＡ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとに、対物レンズ３の焦点面に対する標本１のデフォーカス量に応じた信号強度を有する合焦判別信号としてのＡＦ信号を生成する。
【００３９】
具体的には、合焦制御部３５ｂは、指示入力がされた場合、光源駆動部１２によってＡＦ光源１１を点灯させ、レンズ移動機構１８によって色収差補正レンズ１７を観察波長に応じてあらかじめ定められた位置に移動させる。これによって、合焦制御部３５ｂは、観察波長に応じた対物レンズ３の焦点面上にＡＦ光源１１からの計測光をスポット光として投射させる。そして、この状態でＡ／Ｄ変換器２５から出力されるＡ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとにＡＦ信号を演算して生成する。
【００４０】
さらに、合焦制御部３５ｂは、この生成したＡＦ信号をもとに、そのＡＦ信号強度があらかじめ定められた強度判定範囲内にあるか否かを判別し、これによって、標本１がその強度判定範囲に対応する合焦判定範囲内にあるか否かを判別する。ＡＦ信号強度がその強度判定範囲内にないと判定した場合、合焦制御部３５ｂは、判別に用いたＡＦ信号強度をもとに焦準機構９を駆動し、ＸＹステージ２を昇降移動させることで、標本１を光軸ＯＡ１方向へ焦準移動させ、合焦判定範囲へ近づける。
【００４１】
合焦制御部３５ｂは、この一連の処理、すなわちＡＦ信号の生成と、ＡＦ信号強度の判別と、標本１の焦準移動とを適宜繰り返すことで、標本１を合焦判定範囲内に移動させる。その際、合焦制御部３５ｂは、判定したＡＦ信号強度に応じ、焦準機構９による標本１の焦準移動速度、つまり焦準機構９による標本１と対物レンズ３との相対距離の可変速度を適宜変化させ、例えば、ＡＦ信号強度の増減にともない焦準移動速度を増減させる。
【００４２】
なお、焦準機構９は、図１に示したように、ステッピングモータ９ａと、このステッピングモータ９ａによって昇降移動されるＺステージ９ｂとを用いて構成されており、合焦制御部３５ｂは、ステッピングモータ９ａを駆動制御してＺステージ９ｂを昇降移動させることで標本１を焦準移動させる。ここで、焦準移動とは、焦点合わせをするために標本１を対物レンズ３の光軸ＯＡ１方向に移動させ、対物レンズ３と標本１との相対距離を光軸ＯＡ１方向に変化させることを意味する。
【００４３】
つづいて、ＡＦユニット８を用いた標本１のデフォーカス量の検出と合焦判定との原理について説明する。図３−１〜図３−３は、その検出および判定原理を模式的に示す図である。この各図は、ＡＦユニット８における遮光板２１から２分割センサ２３までの部分構成と、２分割センサ２３の受光面２３ｃとを示している。各図における（ａ）は部分構成図であり、（ｂ）は受光面２３ｃの正面図である。
【００４４】
まず、標本１が対物レンズ３の焦点面上にある場合、図３−１に示すように、遮光板２１を通過した計測光Ｌ１は、集光レンズ２２によって受光面２３ｃ上の２分割ライン２３ｄ上に集光される。このとき、２分割ライン２３ｄ上には、微小なスポット像ＳＰ１が形成される。なお、２分割センサ２３は、標本１が対物レンズ３の焦点面上にある場合、標本１と受光面２３ｃとが共役となるように、かつ光軸ＯＡ２と２分割ライン２３ｄとが交差するように、あらかじめ配置されている。
【００４５】
これに対し、標本１がファーフォーカス位置にある場合、つまり対物レンズ３の焦点面よりも対物レンズ３から遠い位置にある場合には、図３−２に示すように、遮光板２１を通過した計測光Ｌ２は、集光レンズ２２によって受光面２３ｃのニア側、つまり集光レンズ２２と受光面２３ｃとの間に集光される。これによって、受光面２３ｃ上には、受光部２３ｂ側に偏ったスポット像ＳＰ２が形成される。この２分割ライン２３ｄに対するスポット像ＳＰ２の偏り量は、標本１のデフォーカス量に応じて変化する。
【００４６】
また、標本１がニアフォーカス位置にある場合、つまり対物レンズ３の焦点面と対物レンズ３との間にある場合には、図３−３に示すように、遮光板２１を通過した計測光Ｌ３は、集光レンズ２２によって受光面２３ｃのファー側、つまり受光面２３ｃよりも集光レンズ２２から遠い位置に集光される。これによって、受光面２３ｃ上には、受光部２３ａ側に偏ったスポット像ＳＰ３が形成される。この２分割ライン２３ｄに対するスポット像ＳＰ３の偏り量は、標本１のデフォーカス量に応じて変化する。
【００４７】
このように、ＡＦユニット８では、標本１のデフォーカス量に応じて異なる偏りを有したスポット像が受光面２３ｃ上に形成されるため、このスポット像の偏り量と偏り方向とを検出することで、標本１のデフォーカス量とデフォーカス方向とを求めることができる。また、このデフォーカス量があらかじめ定められた合焦判定範囲内にあるか否かを判別することで、標本１が対物レンズ３に対して合焦されたか否かを判定することができる。
【００４８】
自動合焦装置１０１では、合焦制御部３５ｂは、２分割センサ２３の各受光部２３ａ，２３ｂが出力する電流信号ＳＡ１，ＳＢ１から生成されたＡ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとに、受光面２３ｃ上のスポット像の偏り量に応じた信号強度を有するＡＦ信号を生成し、このＡＦ信号強度に基づいて、標本１が対物レンズ３に対して合焦されたか否かを判定する。また、ＡＦ信号強度の符号に基づいて、標本１が対物レンズ３の焦点面に対してどちら側に位置しているかを判定するようにしている。
【００４９】
つづいて、その合焦制御部３５ｂによるＡＦ信号の生成と、ＡＦ信号に基づく合焦判定とについて説明する。図４−１は、Ａ／Ｄ変換器２５から出力されるＡ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３を標本１のデフォーカス量に対して示す図である。また、図４−２は、Ａ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとに合焦制御部３５ｂが生成するＡＦ信号を標本１のデフォーカス量に対して示す図である。
【００５０】
まず、合焦制御部３５ｂは、Ａ信号ＳＡ３とＢ信号ＳＢ３との加算信号を演算し、その加算信号強度があらかじめ定められたノイズ判定閾値ＮＴＨ（図４−１参照）より大きいか否かを判別する。そして、加算信号強度がノイズ判定閾値ＮＴＨより小さい場合、２分割センサ２３が計測光を受光していないものと判定し、加算信号強度がノイズ判定閾値ＮＴＨより大きくなるように焦準機構９によって標本１を焦準移動させる。
【００５１】
一方、加算信号強度がノイズ判定閾値ＮＴＨより大きい場合には、合焦制御部３５ｂは、Ａ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとにＡＦ信号を演算する。具体的には、Ａ信号強度ＩＳＡおよびＢ信号強度ＩＳＢをもとに、次式（１）によってＡＦ信号強度ＩＡＦを算出する。
ＩＡＦ＝（ＩＳＡ−ＩＳＢ）／（ＩＳＡ＋ＩＳＢ）              ・・・（１）
【００５２】
そして、合焦制御部３５ｂは、算出したＡＦ信号強度ＩＡＦが所定の強度判定範囲内にあるか否かを判別する。具体的には、その強度判定範囲の境界値を示す強度判定閾値＋ＦＴＨ，−ＦＴＨ（図４−２参照）をもとに、次式（２）が満足されるか否かによって判別する。
−ＦＴＨ＜ＩＡＦ＜＋ＦＴＨ                                  ・・・（２）
【００５３】
式（２）が満足されていない場合、合焦制御部３５ｂは、焦準機構９によって標本１を式（２）が満足される方向へ焦準移動させる。具体的には、合焦制御部３５ｂは、ＡＦ信号強度ＩＡＦの符号を判別し、その符号がマイナスの場合、ＡＦ信号強度ＩＡＦがプラス方向へ変化するように標本１を焦準移動させる。また、ＡＦ信号強度ＩＡＦの符号がプラスの場合には、ＡＦ信号強度ＩＡＦがマイナス方向へ変化するように標本１を焦準移動させる。一方、式（２）が満足されている場合には、合焦制御部３５ｂは、強度判定範囲に対応する合焦判定範囲内に標本１が移動され、対物レンズ３に対して合焦されたものと判定する。
【００５４】
ここで、焦準機構９による標本１の焦準移動速度は、合焦判定範囲に応じてあらかじめ定められており、合焦判定範囲内に標本１を移動させる際に焦準機構９にハンチングが生じない程度に高速に設定されている。また、その合焦判定範囲と、合焦判定範囲に対応する強度判定範囲とは、観察波長に対する対物レンズ３の焦点深度をもとにあらかじめ定められている。
【００５５】
特に、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１０１では、顕微鏡１００で用いる観察波長が複数であるため、その複数の観察波長ごとに合焦判定範囲、強度判定範囲および焦準移動速度があらかじめ定められている。合焦判定範囲および強度判定範囲は、対応する波長の対物レンズ３における焦点深度をもとに定められ、焦準移動速度は、対応する合焦判定範囲をもとに定められており、これによって焦準移動速度は、合焦判定範囲が広いほど高速に、また狭いほど低速にされている。このように定められた合焦判定範囲、強度判定範囲および焦準移動速度は、観察波長ごとに互いに対応付けられ、ＡＦパラメータとしてＡＦパラメータテーブル３３ａに記憶されている。なお、合焦判定範囲、強度判定範囲および焦準移動速度は、後述のように、その値が適宜更新可能とされている。
【００５６】
図５は、ＡＦパラメータテーブル３３ａを示す図である。この図に示すように、ＡＦパラメータテーブル３３ａでは、観察波長２４８ｎｍ、３１３ｎｍ、３６５ｎｍおよび４０５ｎｍごとに波長番号Ｍとして異なる番号「１」〜「４」が設定され、この波長番号Ｍごとに合焦判定範囲と、強度判定範囲と、焦準移動速度としてのＺステージ９ｂの駆動速度（以下、Ｚステージ速度と呼ぶ。）とが記憶されている。
【００５７】
図５において、例えば合焦判定範囲「±０．１９」は、波長２４８ｎｍに対する対物レンズ３の焦点深度に相当し、合焦判定範囲が−０．１９〜＋０．１９［μｍ］であることを示している。また、強度判定範囲「±０．４３」は、合焦判定範囲「±０．１９」に対応する強度判定範囲が−０．４３〜＋０．４３であることを示すとともに、その強度判定閾値−ＦＴＨおよび＋ＦＴＨがそれぞれ−０．４３および＋０．４３であることを示している。この強度判定閾値は、ＡＦ信号強度のピーク値を基準に規格化された値として示されている。なお、ＡＦパラメータテーブル３３ａには、観察波長の波長番号Ｍごとに、ＡＦパラメータとして少なくとも強度判定閾値＋ＦＴＨ，−ＦＴＨ（以下、強度判定閾値±ＦＴＨと略記する。）と、焦準移動速度とが記憶されていればよい。
【００５８】
図６−１および図６−２は、ＡＦ信号と、強度判定範囲および合焦判定範囲との関係を示す図である。図６−１は、ＡＦ信号に対して観察波長２４８ｎｍ、３１３ｎｍ、３６５ｎｍおよび４０５ｎｍごとの強度判定閾値±ＦＴＨを示し、図６−２は、ＡＦ信号に対して波長２４８ｎｍおよび４０５ｎｍの強度判定閾値±ＦＴＨと合焦判定範囲ＤＦ１，ＤＦ４とを示している。図６−２は、図６−１におけるＡＦ信号の一部を抜粋し、デフォーカス軸（横軸）方向に拡張して示している。
【００５９】
これら図５、図６−１および図６−２に示すように、自動合焦装置１０１では、観察波長が長く対物レンズ３における焦点深度が深いほど、合焦判定範囲および強度判定範囲は広く設定され、合焦判定範囲および強度判定範囲が広く設定されるほど、焦準移動速度としてのＺステージ速度は高速に設定されている。
【００６０】
合焦制御部３５ｂは、例えば、観察波長２４８ｎｍについて標本１の焦点合わせをするため、標本１を観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲ＤＦ１内に焦準移動するにあたり、まず観察波長４０５ｎｍの強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足されるか否かを判別する。そして、式（２）が満足されていないと判定した場合、観察波長４０５ｎｍの強度判定範囲に対応付けられた焦準移動速度としてのＺステージ速度（２０００［pulse/sec］）で、焦準機構９により標本１を焦準移動させる。
【００６１】
一方、式（２）が満足されていると判定した場合には、合焦制御部３５ｂは、観察波長４０５ｎｍよりもひとつ短い観察波長３６５ｎｍの強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足されるか否かをさらに判別する。そして、式（２）が満足されていないと判定した場合、観察波長３６５ｎｍの強度判定範囲に対応付けられたＺステージ速度（１８０２［pulse/sec］）で標本１を焦準移動させる。一方、式（２）が満足されている場合には、さらに順次同様に、観察波長３１３ｎｍおよび２４８ｎｍの強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）による判別を繰り返し、最終的に観察波長２４８ｎｍの強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足された場合、標本１が観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲ＤＦ１内に焦準移動され、焦点合わせされたものと判定する。
【００６２】
このように、自動合焦装置１０１では、合焦制御部３５ｂは、ＡＦパラメータテーブル３３ａに記憶されたＡＦパラメータをもとに、合焦判定範囲ごとにＡＦ信号強度ＩＡＦに応じて標本１の焦準移動速度としてのＺステージ速度を変化させ、特にＡＦ信号強度ＩＡＦが大きいほど焦準移動速度を高速化し、ＡＦ信号強度ＩＡＦの減小にともない焦準移動速度を減小させ低速化させている。これによって、自動合焦装置１０１では、標本１が複数の合焦判定範囲のうち最小の合焦判定範囲から遠いとき、つまり最短波長である波長２４８ｎｍの合焦判定範囲から遠いときには高速に焦準移動させ、標本１が最小の合焦判定範囲に近づくにともない比較的低速に焦準移動させることができる。このため、自動合焦装置１０１では、従来技術にかかる自動合焦装置のように低速で一定の焦準移動速度で焦点合わせを行う場合に比して、短時間に焦点合わせをすることができる。
【００６３】
また、自動合焦装置１０１では、合焦判定範囲ごとに対応付けられた焦準移動速度が、その合焦判定範囲内に標本１を焦準移動させる場合に焦準機構９にハンチングが生じない程度に高速に設定されているため、焦準機構９にハンチングを生じさせることなく標本１を確実にその合焦判定範囲内に焦準移動させることができ、焦点合わせをすることができる。
【００６４】
つづいて、報知制御部３５ｃからの制御に基づき表示部３４が表示するＧＵＩについて説明する。図７−１および図７−２は、表示部３４が有する表示画面上に表示されるＧＵＩ３６を示す図である。図７−１は、ＧＵＩ３６の全体表示構成を示し、図７−２は、ＧＵＩ３６中に表示されるＡＦ操作表示部３４ａの詳細表示構成を示している。
【００６５】
ＧＵＩ３６は、図７−１に示すように、ＡＦ操作表示部３４ａ、観察操作表示部３４ｂ、波長選択ボタン３４ｃおよびカメラ画像表示部３４ｄによって構成されている。観察操作表示部３４ｂは、標本１の観察開始を指示する指示入力や観察に用いる各種パラメータの設定入力などを行うための図示しない操作ボタン等が表示される。波長選択ボタン３４ｃは、観察波長を指定するためのボタンであって、波長選択ユニット４が射出可能な照明光の波長２４８ｎｍ、３１３ｎｍ、３６５ｎｍおよび４０５ｎｍごとにボタンが設けられている。検鏡者は、所望する観察波長のボタンを、入力部３１が備えるマウス等によって選択入力することで、その波長の照明光を波長選択ユニット４から射出させることができる。カメラ画像表示部３４ｄは、制御ユニット１０がカメラ７から取得した観察画像を表示する。
【００６６】
ＡＦ操作表示部３４ａは、図７−２に示すように、サーチＡＦボタン３７、追従ＡＦボタン３８およびＡＦパラメータ設定部３９によって構成されている。サーチＡＦボタン３７および追従ＡＦボタン３８は、それぞれ後述するサーチＡＦ処理および追従ＡＦ処理を開始させるためのボタンであり、検鏡者は、このいずれかのボタンをマウス等によって選択入力することで、その選択したボタンに対応するＡＦ処理を実行させることができる。なお、図２に示したＡＦ指示入力部３１ａは、サーチＡＦボタン３７および追従ＡＦボタン３８と、マウス等、選択入力をする機構とを連動させて構成されている。
【００６７】
ＡＦパラメータ設定部３９は、ＡＦパラメータテーブル３３ａが記憶するＡＦパラメータとしての強度判定閾値およびＺステージ速度を新規設定または更新するための操作領域である。ＡＦパラメータ設定部３９には、観察波長ごとに強度判定閾値とＺステージ速度との設定可能範囲を示すスケールと、このスケール上を移動自在なスライダとが表示されている。検鏡者は、スケールごとにマウス等によって各スライダをスケール内で適宜移動させることで、そのスライダに対応するＡＦパラメータをスライダの移動位置に応じて変更し、ＡＦパラメータテーブル３３ａ内の記録を更新することができる。
【００６８】
なお、スケール中央部に対応するＡＦパラメータの値は、上述のように観察波長ごとに対物レンズ３の焦点深度に応じて定められた初期値（デフォルト値）に相等する。また、Ｚステージ速度に対応する各スケールは、観察波長ごとのＺステージ速度の大小関係が入れ替わらないように設定可能範囲があらかじめ規定されている。なお、図２に示したＡＦパラメータ入力部３１ｂは、ＡＦパラメータ設定部３９と、マウス等、選択入力をする機構とを連動させて構成されている。
【００６９】
つづいて、自動合焦装置１０１が行うＡＦ処理（焦点合わせ処理）の処理手順について説明する。図８は、合焦制御部３５ｂが制御するＡＦ処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、合焦制御部３５ｂは、まずサーチＡＦボタン３７がオンされたか否かを判断し（ステップＳ１０１）、オンされていない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、この判断処理を適宜繰り返す。サーチＡＦボタン３７がオンされている場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、サーチＡＦ処理を実行する（ステップＳ１０２）。
【００７０】
サーチＡＦ処理が完了した後、合焦制御部３５ｂは、追従ＡＦボタン３８がオンされているか否かを判断し（ステップＳ１０３）、オンされていない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、この判断処理を適宜繰り返す。追従ＡＦボタン３８がオンされている場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、追従ＡＦ処理を実行する（ステップＳ１０４）。追従ＡＦ処理が完了した後、合焦制御部３５ｂは、例えば自動合焦装置１０１の電源がオフされるなど、所定のＡＦ処理終了の指示入力がされるまでステップＳ１０１からの処理を繰り返す。
【００７１】
ここで、サーチＡＦ処理とは、標本１を観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲内に焦準移動させて焦点合わせをする処理である。また、追従ＡＦ処理とは、サーチＡＦ処理の後、標本１が観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲から外れた場合に再びその合焦判定範囲内に焦準移動させる処理であって、標本１を観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲内に捕捉し続けるための処理である。なお、図８に示した処理手順では、サーチＡＦ処理が完了した後、ステップＳ１０３において追従ＡＦボタンがオンされるまで待機するものとしたが、サーチＡＦ処理の完了後、ただちに追従ＡＦ処理を実行するようにしてもよい。さらに、待機するか、ただちに実行するかをあらかじめ選択できるようにしてもよい。
【００７２】
つづいて、ステップＳ１０２のサーチＡＦ処理について説明する。図９は、サーチＡＦ処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、合焦制御部３５ｂは、まずＡＦ光源１１を点灯させ（ステップＳ１１１）、観察波長の波長番号を示す変数Ｍに最長の観察波長４０５ｎｍの波長番号である「４」を設定する（ステップＳ１１２）。そして、変数Ｍが示す波長番号（以下、波長番号Ｍと略称する。）の強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得する（ステップＳ１１３）。
【００７３】
つぎに、合焦制御部３５ｂは、Ａ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとにＡＦ信号を生成し（ステップＳ１１４）、そのＡＦ信号強度ＩＡＦが、ステップＳ１１３で取得した強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）を満足するか否かを判別する（ステップＳ１１５）。式（２）が満足されていないと判定した場合（ステップＳ１１５：Ｎｏ）、合焦制御部３５ｂは、ＡＦ信号強度ＩＡＦの符号を判別し、その判別した符号に応じて標本１を焦準機構９により、ステップＳ１１３において取得したＺステージ速度で焦準移動させ（ステップＳ１１６）、ステップＳ１１４からの処理を繰り返す。
【００７４】
式（２）が満足されていると判定した場合には（ステップＳ１１５：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、波長番号Ｍが「１」であるか否かをさらに判断し（ステップＳ１１７）、波長番号Ｍが「１」ではない場合（ステップＳ１１７：Ｎｏ）、波長番号Ｍを１つ繰り下げ（ステップＳ１１８）、その繰り下げた波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得し（ステップＳ１１９）、ステップＳ１１５からの処理を繰り返す。波長番号Ｍが「１」である場合には（ステップＳ１１７：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、サーチＡＦ処理を終了し、ステップＳ１０２へリターンする。なお、合焦制御部３５ｂは、ステップＳ１０２へリターンした後も、ステップＳ１１９で最後に取得した強度判定閾値±ＦＴＨおよびＺステージ速度を維持している。
【００７５】
なお、図９に示したサーチＡＦ処理手順では、すべての観察波長のＺステージ速度に順次切り換えることとしたが、その切り換えるＺステージ速度の数を適宜間引いてもよく、例えば、観察波長４０５ｎｍのＺステージ速度を用いた後、観察波長２４８ｎｍのＺステージ速度に切り換えても構わない。ただし、サーチＡＦ処理の高速化を図る上では、すべての観察波長のＺステージ速度を順次切り換えて用いることが好ましい。
【００７６】
また、図９に示したサーチＡＦ処理手順では、ステップＳ１１３においてはじめに最長の観察波長４０５ｎｍのＺステージ速度を取得するものとしたが、必ずしも最長の観察波長のＺステージ速度である必要はなく、例えば２番目に長い観察波長のＺステージ速度を取得してもよい。その場合、ステップＳ１１２において、波長番号Ｍに「３」を設定すればよい。
【００７７】
また、図９に示したサーチＡＦ処理手順では、標本１を最短の観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲内に焦準移動させることとして説明したが、最短の観察波長に限定して解釈する必要はなく、例えば２番目に短い観察波長の合焦判定範囲内に焦準移動させることを目的とした処理とすることもできる。その場合、ステップＳ１１７において、波長番号Ｍが「２」であるか否かを判断すればよい。
【００７８】
つづいて、ステップＳ１０４の追従ＡＦ処理について説明する。図１０は、追従ＡＦ処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、合焦制御部３５ｂは、まずＡ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとにＡＦ信号を生成し（ステップＳ１２１）、そのＡＦ信号強度ＩＡＦが、サーチＡＦ処理の完了時から維持している強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）を満足するか否かを判別する（ステップＳ１２２）。これによって、合焦制御部３５ｂは、標本１が観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲から外れたか否かを判別している。
【００７９】
式（２）が満足されていないと判定した場合（ステップＳ１２２：Ｎｏ）、合焦制御部３５ｂは、波長番号「４」の強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得し（ステップＳ１２３）、この取得した強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足されているか否かをさらに判別する（ステップＳ１２４）。これによって、合焦制御部３５ｂは、標本１が観察波長４０５ｎｍの合焦判定範囲内にあるか否か、すなわち標本１が対物レンズ３の焦点面から大きく外れているか否かを判別している。
【００８０】
そして、合焦制御部３５ｂは、式（２）が満足されていると判定した場合（ステップＳ１２４：Ｙｅｓ）、波長番号Ｍを１つ繰り上げ（ステップＳ１２５）、その繰り上げた波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得するとともに（ステップＳ１２６）、この取得した強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足されているか否かをさらに判別する（ステップＳ１２７）。
【００８１】
ここで、合焦制御部３５ｂは、式（２）が満足されていないと判定した場合（ステップＳ１２７：Ｎｏ）、ステップＳ１２５からの処理を繰り返し、式（２）が満足されていると判定した場合には（ステップＳ１２７：Ｙｅｓ）、波長番号Ｍを１つ繰り下げ（ステップＳ１２８）、その繰り下げた波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得する（ステップＳ１２９）。一方、合焦制御部３５ｂは、ステップＳ１２４において、式（２）が満足されていないと判定した場合には（ステップＳ１２４：Ｎｏ）、波長番号Ｍを「４」に設定する（ステップＳ１３１）。
【００８２】
ステップＳ１２９またはＳ１３１の後、合焦制御部３５ｂは、ＡＦ信号強度ＩＡＦの符号を判別し、その判別した符号に応じて標本１を焦準機構９により、ステップＳ１２９またはＳ１２３において取得したＺステージ速度で焦準移動させる（ステップＳ１３０）。その後、合焦制御部３５ｂは、再びＡＦ信号を生成し（ステップＳ１３２）、そのＡＦ信号強度ＩＡＦが、ステップＳ１２９またはＳ１２３で取得した強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）を満足するか否かを判別し（ステップＳ１３３）、式（２）が満足されていないと判定した場合（ステップＳ１３３：Ｎｏ）、ステップＳ１３０からの処理を繰り返す。
【００８３】
一方、式（２）が満足されていると判定した場合には（ステップＳ１３３：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、波長番号Ｍが「１」であるか否かをさらに判断し（ステップＳ１３４）、波長番号Ｍが「１」ではない場合（ステップＳ１３４：Ｎｏ）、波長番号Ｍを１つ繰り下げ（ステップＳ１３５）、その繰り下げた波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得し（ステップＳ１３６）、ステップＳ１３３からの処理を繰り返す。
【００８４】
波長番号Ｍが「１」である場合には（ステップＳ１３４：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、追従ＡＦボタン３８がオフされたか否かを判断し（ステップＳ１３７）、オフされていない場合には（ステップＳ１３７：Ｎｏ）、ステップＳ１２１からの処理を繰り返す。一方、追従ＡＦボタン３８がオフされている場合には（ステップＳ１３７：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、ＡＦ光源１１を消灯し（ステップＳ１３８）、追従ＡＦ処理を終了してステップＳ１０４へリターンする。なお、合焦制御部３５ｂは、ステップＳ１２２において式（２）が満足されていると判定した場合には（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、ただちにステップＳ１３７からの処理を実行する。
【００８５】
以上説明したように、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１０１は、標本１と対物レンズ３との相対距離を変化させる焦準機構９と、対物レンズ３に対する標本１のデフォーカス量に応じた信号強度を有する合焦判別信号としてのＡＦ信号を生成する信号生成手段としてのＡＦユニット８および合焦制御部３５ｂと、ＡＦ信号のＡＦ信号強度に応じ、焦準機構９による標本１と対物レンズ３との相対距離の可変速度としてのＺステージ速度を変化させる焦準制御手段としての合焦制御部３５ｂとを備え、合焦制御部３５ｂは、ＡＦ信号強度の増減にともないＺステージ速度を増減させ、特に、ＡＦ信号強度が大きいほどＺステージ速度を高速化し、ＡＦ信号強度の減小にともないＺステージ速度を減小させて低速化させている。このため、自動合焦装置１０１では、観察波長２４８ｎｍ等の短波長の光に応じた焦点深度に対し、従来技術にかかる自動合焦装置のように低速で一定の焦準移動速度で焦点合わせを行う場合に比して短時間に焦点合わせをすることができるとともに、焦準機構９にハンチングを生じさせることなく確実に焦点合わせをすることができる。これによって、自動合焦装置１０１では、波長によらず焦点深度に対して短時間で確実に焦点合わせをすることができる。
【００８６】
（変形例）
つぎに、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１０１の変形例について説明する。本変形例にかかる自動合焦装置１０１では、合焦制御部３５ｂは、図１０に示した処理手順とは異なる処理手順によって追従ＡＦ処理を行うものとしている。すなわち、上述した追従ＡＦ処理では、合焦制御部３５ｂは、はじめに標本１が観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲外にあると判定し、かつ標本１が観察波長４０５ｎｍの合焦判定範囲内にあると判定した場合、強度判定閾値±ＦＴＨを観察波長が短い方から順次切り換えることで標本１の位置を捕捉していたが、本変形例にかかる追従ＡＦ処理では、はじめに標本１が観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲外にあると判定した場合、強度判定閾値±ＦＴＨを観察波長が長い方から順次切り換えることで標本１の位置を捕捉するようにしている。
【００８７】
図１１は、本変形例にかかる追従ＡＦ処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、合焦制御部３５ｂは、まずＡ信号ＳＡ３およびＢ信号ＳＢ３をもとにＡＦ信号を生成し（ステップＳ１４１）、そのＡＦ信号強度ＩＡＦが、サーチＡＦ処理の完了時から維持している強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）を満足するか否かを判別する（ステップＳ１４２）。
【００８８】
式（２）が満足されていないと判定した場合（ステップＳ１４２：Ｎｏ）、合焦制御部３５ｂは、波長番号Ｍを「４」に設定し（ステップＳ１４３）、その波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得した後（ステップＳ１４４）、この取得した強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足されているか否かをさらに判別する（ステップＳ１４５）。
【００８９】
そして、合焦制御部３５ｂは、式（２）が満足されていると判定した場合（ステップＳ１４５：Ｙｅｓ）、波長番号Ｍを１つ繰り下げ（ステップＳ１４６）、その繰り下げた波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得するとともに（ステップＳ１４７）、この取得した強度判定閾値±ＦＴＨをもとに式（２）が満足されているか否かをさらに判別する（ステップＳ１４８）。
【００９０】
ここで、合焦制御部３５ｂは、式（２）が満足されていないと判定した場合（ステップＳ１４８：Ｎｏ）、ステップＳ１４６からの処理を繰り返し、式（２）が満足されていると判定した場合には（ステップＳ１４８：Ｙｅｓ）、つぎのステップＳ１４９以降の処理を実行する。一方、合焦制御部３５ｂは、ステップＳ１４５において、式（２）が満足されていないと判定した場合には（ステップＳ１４５：Ｎｏ）、ただちにステップＳ１４９以降の処理を実行する。合焦制御部３５ｂは、このステップＳ１４９以降、ステップＳ１５６までの各処理を、図１０に示したステップＳ１３０〜Ｓ１３２の各処理と同様に実行する。なお、合焦制御部３５ｂは、ステップＳ１４２において式（２）が満足されていると判定した場合には（ステップＳ１４２：Ｙｅｓ）、ただちにステップＳ１５５からの処理を実行する。
【００９１】
このように追従ＡＦ処理を行うことによっても、自動合焦装置１０１では、図１０に示した追従ＡＦ処理と同様に、サーチＡＦ処理の後、標本１が観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲から外れた場合に再びその合焦判定範囲内に焦準移動させることができ、標本１を観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲内に捕捉し続けることができる。
【００９２】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２にかかる自動合焦装置について説明する。本実施の形態２にかかる自動合焦装置では、上述した実施の形態１にかかる自動合焦装置１０１をもとに、ワンショット撮影可能な観察波長を報知する機能がさらに付加されている。ここで、ワンショット撮影とは、顕微鏡１００において、比較的長波長の観察波長で標本１の観察を行っている際に、一時的に短波長の観察波長に切り換えて１フレームだけ標本１の撮影を行い、その後ただちに元の長波長の観察波長による観察に復帰することをいう。
【００９３】
本実施の形態２にかかる自動合焦装置は、上述した自動合焦装置１０１に替えて顕微鏡１００に搭載されるものであり、自動合焦装置１０１の構成をもとに制御ユニット１０に替えて、図１２に示す制御ユニット４０を備えるものである。また、制御ユニット４０は、制御ユニット１０の構成をもとに、入力部３１、表示部３４および制御部３５に替えて、入力部４１、表示部４４および制御部４５を備えている。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００９４】
入力部４１は、入力部３１の構成をもとに、ワンショット指示入力部４１ｃをさらに備える。ワンショット指示入力部４１ｃは、制御部４５に対し、ワンショット撮影の実行を指示する指示入力を行う。このワンショット指示入力部４１ｃは、後述のサーチＡＦ処理の処理結果に応じて入力可能状態（イネーブル状態）とされる。
【００９５】
表示部４４は、表示部３４の構成をもとに、ワンショット操作表示部４４ａをさらに備える。ワンショット操作表示部４４ａは、制御部４５からの制御に基づき、後述のようにワンショット撮影可能な観察波長を報知するとともに、ワンショット撮影を実行させるためのＧＵＩを表示する。
【００９６】
図１３−１および図１３−２は、表示部４４が有する表示画面上に表示されるＧＵＩ４６を示す図である。図１３−１は、ＧＵＩ４６の全体表示構成を示し、図１３−２は、ＧＵＩ４６中に表示されるワンショット操作表示部４４ａの詳細表示構成を示している。ＧＵＩ４６は、図１３−１に示すように、上述のＧＵＩ３６の構成をもとにワンショット操作表示部４４ａがさらに設けられ、ワンショット操作表示部４４ａは、図１３−２に示すように、ワンショット可能ランプ４７およびワンショットボタン４８によって構成されている。
【００９７】
ワンショット可能ランプ４７は、ワンショット撮影が可能とされた観察波長を報知するための点灯領域「Ｃｈ１」〜「Ｃｈ４」が観察波長ごとに設けられており、後述のサーチＡＦ処理の処理結果に応じ、点灯領域「Ｃｈ１」〜「Ｃｈ４」を適宜点灯させることで、ワンショット撮影が可能とされた観察波長を明示する。なお、ワンショット撮影が可能な観察波長を報知する手段は、ワンショット可能ランプ４７のように点灯表示するものに限定されず、例えばその観察波長を文字あるいは固有の記号等によって明示するものであってもよい。
【００９８】
ワンショットボタン４８は、ワンショット撮影を実行させるためのボタンであり、検鏡者は、このボタンをマウス等によって選択入力することでワンショット撮影を実行させることができる。なお、図１２に示したワンショット指示入力部４１ｃは、このワンショットボタン４８と、マウス等、選択入力をする機構とを連動させて構成されている。また、ワンショットボタン４８は、ワンショット指示入力部４１ｃがイネーブル状態とされた場合、後述の報知制御部４５ｃからの制御に応じ、例えば所定の点灯表示をすることで、イネーブル状態であることを報知する。
【００９９】
制御部４５は、制御部３５の構成をもとに、報知制御部３５ｃに替えて報知制御部４５ｃを備える。報知制御部４５ｃは、報知制御部３５ｃと同様に、表示部４４の処理および動作を制御するとともに、特にワンショット可能ランプ４７に対し、後述のサーチＡＦ処理の処理結果あるいは処理経過に応じてワンショット撮影が可能となった観察波長を点灯表示させる制御をする。
【０１００】
つづいて、本実施の形態２にかかるサーチＡＦ処理について説明する。このサーチＡＦ処理は、合焦制御部３５ｂが、図９に示したサーチＡＦ処理に替え、図８に示したステップＳ１０２として実行する処理である。図１４は、そのサーチＡＦ処理手順を示すフローチャートである。合焦制御部３５ｂは、この図に示すステップＳ２１１〜Ｓ２１６の各処理を、図９に示したステップＳ１１１〜Ｓ１１６の各処理と同様に実行する。そして、合焦制御部３５ｂがステップＳ２１５において式（２）が満足されていると判定した場合（ステップＳ２１５：Ｙｅｓ）、報知制御部４５ｃは、波長番号Ｍに対応するワンショット可能ランプ４７を点灯させる（ステップＳ２１７）。
【０１０１】
このステップＳ２１５では、合焦制御部３５ｂは、標本１が波長番号Ｍの合焦判定範囲内に焦準移動されたか否かを判別しており、言い換えると、ＡＦ信号強度ＩＡＦに相等する標本１のデフォーカス量が波長番号Ｍの合焦判定範囲に含まれているか否かを判別している。そしてステップＳ２１７では、報知制御部４５ｃは、標本１が波長番号Ｍの合焦判定範囲内に焦準移動され、波長番号Ｍについてワンショット撮影が可能な状態になったことを、波長番号Ｍに対応するワンショット可能ランプ４７を点灯させることで報知している。これは言い換えると、ＡＦ信号強度ＩＡＦに相等する標本１のデフォーカス量を含んだ合焦判定範囲としての波長番号Ｍの合焦判定範囲を、波長番号Ｍに対応付けられたワンショット可能ランプ４７を点灯させることで報知しているといえる。
【０１０２】
ステップＳ２１７の後、合焦制御部３５ｂは、波長番号Ｍが「１」であるか否かをさらに判断し（ステップＳ２１８）、波長番号Ｍが「１」ではない場合（ステップＳ２１８：Ｎｏ）、波長番号Ｍを１つ繰り下げ（ステップＳ２１９）、その繰り下げた波長番号Ｍの強度判定閾値±ＦＴＨとＺステージ速度とをＡＦパラメータテーブル３３ａから取得し（ステップＳ２２０）、ステップＳ２１５からの処理を繰り返す。
【０１０３】
波長番号Ｍが「１」である場合には（ステップＳ２１８：Ｙｅｓ）、合焦制御部３５ｂは、ワンショットボタン４８をイネーブル状態とさせ、報知制御部４５ｃは、ワンショットボタン４８を点灯表示させる（ステップＳ２２１）。その後、合焦制御部３５ｂは、サーチＡＦ処理を終了し、ステップＳ１０２へリターンする。なお、合焦制御部３５ｂは、ステップＳ１０２へリターンした後も、ステップＳ２２０で最後に取得した強度判定閾値±ＦＴＨおよびＺステージ速度を維持している。
【０１０４】
なお、ここで説明したサーチＡＦ処理では、報知制御部４５ｃは、ワンショット撮影が可能になった波長番号Ｍに対応するワンショット可能ランプ４７、つまりＡＦ信号強度ＩＡＦに相等する標本１のデフォーカス量を含んだ合焦判定範囲に対応するワンショット可能ランプ４７を順次すべて点灯することとしたが、必ずしもすべて点灯させる必要はなく、ワンショット撮影が可能になった波長番号Ｍのうち少なくとも最短の観察波長に対応するワンショット可能ランプ４７を点灯させればよい。言い換えると、ＡＦ信号強度ＩＡＦに相当する標本１のデフォーカス量を含んだ合焦判定範囲のうち少なくとも最小の合焦判定範囲に対応するワンショット可能ランプ４７を点灯させればよい。
【０１０５】
以上説明したように、本実施の形態２にかかる自動合焦装置では、自動合焦装置１０１の構成をもとに、対物レンズ３に対する標本１のデフォーカス量に対して定められた１以上の合焦判定範囲を報知する報知手段としてのワンショット可能ランプ４７と、ＡＦ信号強度に相等する標本１のデフォーカス量を含む合焦判定範囲をワンショット可能ランプ４７によって報知させる報知制御部４５ｃとをさらに備えているため、自動合焦装置１０１が奏する効果に加え、ワンショット撮影が可能な観察波長を検鏡者に対して常に報知することができるという効果をさらに奏する。これによって検鏡者は、ワンショット可能ランプ４７によって明示された観察波長のうち所望の観察波長によるワンショット撮影を適宜実施させることができる。
【０１０６】
従来技術にかかる自動合焦装置では、あらかじめ指定された観察波長についてのみ焦点合わせが行われるため、例えば観察波長４０５ｎｍが指定された場合、標本１は、この観察波長の合焦判定範囲を目標として焦準移動および焦点合わせされるだけであり、必ずしも観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲に対して焦点合わせされている保証はない。このため、観察波長４０５ｎｍについて焦点合わせされた状態で観察波長２４８ｎｍによるワンショット撮影の実行を指示しても、その指示時点から改めて観察波長２４８ｎｍについて焦点合わせをする必要があり、ワンショット撮影ごとに余計な待機時間を費やさざるを得ず、所望のタイミングでワンショット撮影をすることができないという問題があった。
【０１０７】
これに対して、本実施の形態２にかかる自動合焦装置では、サーチＡＦ処理によって常に最短の観察波長２４８ｎｍの合焦判定範囲内に焦点合わせされた状態とすることができるとともに、ワンショット撮影が可能な観察波長、すなわち標本１が焦準移動された合焦判定範囲を報知することができる。このため、ワンショット撮影のために待機時間を費やす必要がなく、所望のタイミングでただちにワンショット撮影をすることができる。
【０１０８】
ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態１および２として説明したが、本発明は、上述した実施の形態１および２に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。
【０１０９】
例えば、上述した実施の形態１および２では、合焦制御部３５ｂは、ＡＦ信号強度ＩＡＦに応じて合焦判定範囲ごとにＡＦパラメータテーブル３３ａに記憶された焦準移動速度としてのＺステージ速度で標本１を焦準機構９によって焦準移動させることとしたが、このようにあらかじめ記憶された焦準移動速度を用いる代わりに、ＡＦ信号強度ＩＡＦをもとに所定演算を行って焦準移動速度を随時算出するようにしてもよい。この場合、離散的な境界値によって定められた合焦判定範囲によらず、ＡＦ信号強度ＩＡＦに応じてほぼ連続的に焦準移動速度を変化させることができ、より短時間に焦点合わせを行えるようにすることが可能となる。
【０１１０】
また、上述した実施の形態１および２では、合焦判定範囲および強度判定範囲を観察波長ごとに対物レンズ３の焦点深度に基づいて定めるものとしたが、必ずしも観察波長ごとに焦点深度に基づいて定める必要はなく、随意に定めたものであって構わない。また、あらかじめ設定される合焦判定範囲および強度判定範囲は、４つに限定して解釈する必要はなく、１以上であれば任意数でよい。ただし、実施の形態２において説明したようにワンショット撮影可能な観察波長もしくは合焦判定範囲を報知させる場合には、上述のように観察波長ごとの焦点深度に応じた合焦判定範囲および強度判定範囲を含めることが好ましい。なお、観察波長も４つに限定されるものではなく、任意数の観察波長を利用するものとして構わない。
【０１１１】
また、上述した実施の形態１および２では、標本１に対して対物レンズ３の焦点合わせをするために焦準機構９によって標本１を焦準移動させることとしたが、対物レンズ３をその光軸ＯＡ１方向に移動させることで焦点合わせをしても構わない。なお、顕微鏡１００は、正立顕微鏡であるものとして説明したが、倒立顕微鏡とすることもできる。また、顕微鏡１００は、標本１に対して落射照明をするものとして説明したが、透過照明をするものであってもよい。
【０１１２】
また、上述した実施の形態１および２では、ＡＦ信号を生成する信号生成手段としてＡＦユニット８および合焦制御部３５ｂを用いたが、標本１のデフォーカス量に応じた信号強度を有する合焦判定信号としてのＡＦ信号を生成できるものであれば、その構成に制限はなく、例えば、光路差方式の焦点検出装置など他の方式のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる自動合焦装置を備えた顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】図１に示した制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３−１】合焦判定の原理を説明する図である。
【図３−２】合焦判定の原理を説明する図である。
【図３−３】合焦判定の原理を説明する図である。
【図４−１】ＡＦユニットが検出するＡ信号およびＢ信号を示す図である。
【図４−２】Ａ信号およびＢ信号から生成されるＡＦ信号を示す図である。
【図５】ＡＦパラメータテーブルを示す図である。
【図６−１】ＡＦ信号と観察波長ごとの強度判定閾値との関係を示す図である。
【図６−２】図６−１の一部を拡張して示す図である。
【図７−１】制御ユニットが示すＧＵＩの全体表示構成を示す図である。
【図７−２】図７−１に示したＡＦ操作表示部の詳細表示構成を示す図である。
【図８】自動合焦装置が行うＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【図９】自動合焦装置が行うサーチＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】自動合焦装置が行う追従ＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１の変形例にかかる追従ＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２にかかる自動合焦装置が備える制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図１３−１】実施の形態２にかかる制御ユニットが示すＧＵＩの全体表示構成を示す図である。
【図１３−２】図１３−１に示したワンショット操作表示部の詳細表示構成を示す図である。
【図１４】実施の形態２にかかるサーチＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１４】
１    標本
２    ＸＹステージ
３    対物レンズ
４    波長選択ユニット
４ａ    ファイバライトガイド
５    照明光学系
５ａ    照明レンズ
５ｂ    ハーフミラー
６    結像レンズ
７    カメラ
８    ＡＦユニット
９    焦準機構
９ａ    ステッピングモータ
９ｂ    Ｚステージ
１０    制御ユニット
１１    ＡＦ光源
１２    光源駆動部
１３    コリメートレンズ
１４    遮光板
１５    偏光ビームスプリッタ
１６    集光レンズ
１７    色収差補正レンズ
１８    レンズ移動機構
１９    λ／４板
２０    ダイクロイックミラー
２１    遮光板
２２    集光レンズ
２３    ２分割センサ
２３ａ，２３ｂ    受光部
２３ｃ    受光面
２３ｄ    ２分割ライン
２４    増幅器
２５    Ａ／Ｄ変換器
３１    入力部
３１ａ    ＡＦ指示入力部
３１ｂ    ＡＦパラメータ入力部
３２    出力部
３３    記憶部
３３ａ    ＡＦパラメータテーブル
３４    表示部
３４ａ    ＡＦ操作表示部
３４ｂ    観察操作表示部
３４ｃ    波長選択ボタン
３４ｄ    カメラ画像表示部
３５    制御部
３５ａ    観察制御部
３５ｂ    合焦制御部
３５ｃ    報知制御部
３６    ＧＵＩ
３７    サーチＡＦボタン
３８    追従ＡＦボタン
３９    ＡＦパラメータ設定部
４０    制御ユニット
４１    入力部
４１ｃ    ワンショット指示入力部
４４    表示部
４４ａ    ワンショット操作表示部
４５    制御部
４５ｃ    報知制御部
４６    ＧＵＩ
４７    ワンショット可能ランプ
４８    ワンショットボタン
１００    顕微鏡
１０１    自動合焦装置
ＤＦ１，ＤＦ４    合焦判定範囲
ＦＰ    焦点面
Ｌ１〜Ｌ３    計測光
ＯＡ１，ＯＡ２    光軸
ＳＡ１，ＳＢ１    電流信号
ＳＡ２，ＳＢ２    電圧信号
ＳＡ３    Ａ信号
ＳＢ３    Ｂ信号
ＳＰ１〜ＳＰ３    スポット像
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008250238.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
2008250238.tif 000019
【図１３−１】
2008250238.tif 000020
【図１３−２】
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【図１４】
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