(57)【要約】【課題】  耐ノイズ性に優れた顕微鏡の焦点検出装置を提供する。【解決手段】  顕微鏡の筐体２０の内部に配置され、観察対象物２１からの微弱光を検知して、観察対象物と顕微鏡の観察光学系２３との相対位置に応じたアナログ信号を出力するセンサ部１６と、筐体の内部でセンサ部の直後に配置され、センサ部からのアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する変換部１７と、筐体の外部に配置され、変換部からのデジタル信号を取り込み、該デジタル信号を演算処理して焦点検出を行う演算部１３,１４と、デジタル信号の経路上に配置され、演算部を筐体の内部から電気的に絶縁すると共に、前記デジタル信号を光電的に伝達する信号伝達部４１とを備える。【選択図】      図１
2005275156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡の筐体の内部に配置され、観察対象物からの微弱光を検知して、前記観察対象物と前記顕微鏡の観察光学系との相対位置に応じたアナログ信号を出力するセンサ部と、
前記筐体の内部で前記センサ部の直後に配置され、前記センサ部からの前記アナログ信号をデジタル信号に変換して出力する変換部と、
前記筐体の外部に配置され、前記変換部からの前記デジタル信号を取り込み、該デジタル信号を演算処理して焦点検出を行う演算部と、
前記デジタル信号の経路上に配置され、前記演算部を前記筐体の内部から電気的に絶縁すると共に、前記デジタル信号を光電的に伝達する信号伝達部とを備えた
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記信号伝達部は、前記デジタル信号の経路上に配置され、前記演算部を前記筐体の内部から電気的に絶縁する１個以上のフォトカプラを備えた
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記センサ部は、光電子増倍管であり、前記観察対象物から発生する焦点検出用の蛍光を検知して前記アナログ信号を出力する
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記筐体の内部に配置され、前記観察対象物と前記観察光学系との相対位置を変化させる駆動部と、
前記筐体の外部に配置され、前記演算部の演算処理結果に基づいて、前記駆動部に対して制御用のデジタル信号を出力する位置制御部と、
前記制御用のデジタル信号の経路上に配置され、前記位置制御部を前記筐体の内部から電気的に絶縁する１個以上のフォトカプラとをさらに備えた
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記演算部は、前記観察対象物と前記観察光学系との相対位置が異なる複数の前記デジタル信号を前記変換部から取り込み、前記複数のデジタル信号の強度と前記相対位置との関係を表す凸状のグラフを作成し、該グラフの最大強度より小さい第１強度に対応する前記グラフ上の２点から第１中点を求め、前記第１強度より小さい第２強度に対応する前記グラフ上の２点から第２中点を求め、前記第１中点と前記第２中点とを結ぶ直線と前記グラフとの交点に対応する前記相対位置を合焦位置とすることで、前記焦点検出を行う
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡の焦点検出装置に関し、特に、観察対象物からの微弱光を取り込んで焦点検出を行う場合に好適な顕微鏡の焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡では、観察対象物の鮮明な像を所定の結像面（例えばイメージセンサの撮像面）に形成するために、オートフォーカス機構を用いることがある。オートフォーカス機構には焦点検出装置が組み込まれ、顕微鏡の観察光学系によって形成される像と所定の結像面との位置ずれ（焦点ずれ）の検出が行われる。この検出結果は、オートフォーカス機構において顕微鏡の観察光学系と観察対象物との相対位置を調整する際の指標として用いられる。
【０００３】
また、従来の焦点検出装置は、センサ部と制御部とで構成され、観察対象物から発生する焦点検出用の光をセンサ部で電気信号に変換し、この焦点検出用の電気信号をアナログ信号のまま制御部に出力している。そして、制御部においてデジタル信号に変換した後、焦点検出のための演算処理を行っている（例えば特許文献１を参照）。一般に、焦点検出装置のセンサ部は顕微鏡の筐体の内部に配置され、制御部は筐体の外部に配置される。
【特許文献１】特許第３４１８２４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の焦点検出装置では、焦点検出用の電気信号をアナログ信号のままセンサ部から制御部に出力する（つまり顕微鏡の筐体の内部から外部に出力する）ため、外来ノイズの影響を受けやすいという問題があった。特に、観察対象物から発生する焦点検出用の光が微弱光の場合には、焦点検出用の電気信号も微弱信号となり、外来ノイズの混入によりＳＮ比が大きく低下するため、ノイズ除去のためのソフト的処理に時間がかかり、蛍光の退色の問題があった（蛍光を用いた焦点検出では焦点検出時間を短くすることは大きなメリットとなる）。さらに、従来の焦点検出装置には、筐体の内部で発生するノイズの影響により焦点検出の精度が低下するという問題もあった。
【０００５】
本発明の目的は、耐ノイズ性に優れた顕微鏡の焦点検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の顕微鏡の焦点検出装置は、顕微鏡の筐体の内部に配置され、観察対象物からの微弱光を検知して、前記観察対象物と前記顕微鏡の観察光学系との相対位置に応じたアナログ信号を出力するセンサ部と、前記筐体の内部で前記センサ部の直後に配置され、前記センサ部からの前記アナログ信号をデジタル信号に変換して出力する変換部と、前記筐体の外部に配置され、前記変換部からの前記デジタル信号を取り込み、該デジタル信号を演算処理して焦点検出を行う演算部と、前記デジタル信号の経路上に配置され、前記演算部を前記筐体の内部から電気的に絶縁すると共に、前記デジタル信号を光電的に伝達する信号伝達部とを備えたものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記信号伝達部は、前記デジタル信号の経路上に配置され、前記演算部を前記筐体の内部から電気的に絶縁する１個以上のフォトカプラを備えたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記センサ部は、光電子増倍管であり、前記観察対象物から発生する焦点検出用の蛍光を検知して前記アナログ信号を出力するものである。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記筐体の内部に配置され、前記観察対象物と前記観察光学系との相対位置を変化させる駆動部と、前記筐体の外部に配置され、前記演算部の演算処理結果に基づいて、前記駆動部に対して制御用のデジタル信号を出力する位置制御部と、前記制御用のデジタル信号の経路上に配置され、前記位置制御部を前記筐体の内部から電気的に絶縁する１個以上のフォトカプラとをさらに備えたものである。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記演算部は、前記観察対象物と前記観察光学系との相対位置が異なる複数の前記デジタル信号を前記変換部から取り込み、前記複数のデジタル信号の強度と前記相対位置との関係を表す凸状のグラフを作成し、該グラフの最大強度より小さい第１強度に対応する前記グラフ上の２点から第１中点を求め、前記第１強度より小さい第２強度に対応する前記グラフ上の２点から第２中点を求め、前記第１中点と前記第２中点とを結ぶ直線と前記グラフとの交点に対応する前記相対位置を合焦位置とすることで、前記焦点検出を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐ノイズ性に優れた顕微鏡の焦点検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、蛍光顕微鏡に組み込まれた焦点検出装置１０（図１）の例を説明する。蛍光顕微鏡は、標本２１（観察対象物）の蛍光観察に用いられる顕微鏡である。標本２１は、例えば、蛍光物質で標識された生物標本（ＤＮＡや蛋白質など）である。
【００１２】
第１実施形態の焦点検出装置１０は、図１(ａ)に示す通り、蛍光顕微鏡の筐体２０の内部に配置された光量検出回路１１,駆動回路１２と、筐体２０の外部に配置された記憶回路１３,合焦位置演算回路１４,位置制御回路１５とで構成されている。以下の説明では外部の構成要素を総じて適宜「制御部(１３〜１５)」という。記憶回路１３と合焦位置演算回路１４は総じて請求項の「演算部」に対応する。光量検出回路１１は、図１(ｂ)に示す通り、光電子増倍管１６とＡＤ変換素子１７と出力バッファ１８とで構成される。
【００１３】
筐体２０の内部には、その他、標本２１を支持する固定のステージ２２、可動の対物レンズ２３、これを上下方向に移動させる移動機構２４、光源２５、ダイクロイックミラー２６、ハーフミラー２７が設けられ、さらに不図示の第２対物レンズおよび波長選択フィルタが設けられる。第２対物レンズおよび波長選択フィルタは、ダイクロイックミラー２６およびハーフミラー２７と同様、対物レンズ２３の光軸２３ａ上に配置される。
【００１４】
ちなみに、ダイクロイックミラー２６の光学特性は、光源２５からの照明光（つまり標本２１内の蛍光物質に対する励起光）を選択的に反射すると共に、蛍光物質から発生する蛍光を選択的に透過するような特性である。波長選択フィルタの光学特性は、励起光を選択的に遮断して、蛍光を選択的に透過するような特性である。波長選択フィルタは、例えば、ダイクロイックミラー２６とハーフミラー２７との間に配置される。
【００１５】
第１実施形態の焦点検出装置１０は、蛍光顕微鏡の観察光学系（つまり対物レンズ２３と不図示の第２対物レンズ）によって形成される標本２１の蛍光像と所定の結像面２８との位置ずれ（焦点ずれ）を検出する装置である。この検出結果は、対物レンズ２３の位置（つまり対物レンズ２３と標本２１との相対位置）を調整する際の指標として用いられる。対物レンズ２３が合焦位置にあれば、標本２１の鮮明な蛍光像を所定の結像面２８に形成することができる。結像面２８には例えばイメージセンサの撮像面が配置される。
【００１６】
焦点検出時、光源２５からの照明光（標本２１内の蛍光物質に対する励起光）は、ダイクロイックミラー２６と対物レンズ２３とを介して、ステージ２２上の標本２１に照射される。このとき、照明光の照射方向を対物レンズ２３の光軸２３ａに対して斜めの方向とすることが好ましい。このような斜光照明については、例えば特開２００４−４６３４号公報の技術を採用することができる。また、斜光照明に限らず、光軸２３ａに平行な照明光を標本２１に照射してもよい。
【００１７】
上記の照明によって標本２１から発生した焦点検出用の蛍光は、対物レンズ２３とダイクロイックミラー２６とハーフミラー２７と不図示の波長選択フィルタとを介して、光量検出回路１１の光電子増倍管１６（図１(ｂ)）に入射する。光電子増倍管１６は、微弱光の検知に適したセンサ部であり、ハーフミラー２７に反射された観察光束を効率良くセンサ部の受光面に導く集光レンズを備え、受光面に入射する焦点検出用の蛍光を一括で検知して、その光量に比例したアナログ信号（電圧信号）を出力する。上記の斜光照明を採用した場合、光電子増倍管１６の受光面は、所定の結像面２８と共役な面の後方に配置される。
【００１８】
ここで、光電子増倍管１６から出力されるアナログ信号の強度（電圧値）は、対物レンズ２３の位置（つまり対物レンズ２３と標本２１との相対位置）に応じて変化する。対物レンズ２３が合焦位置にあれば、光電子増倍管１６から出力されるアナログ信号の強度は最大となる。そして、対物レンズ２３が合焦位置から遠ざかると、その強度は徐々に小さくなる。なお、対物レンズ２３の上下動は、移動機構２４が駆動回路１２からの駆動信号にしたがって行う（後述）。
【００１９】
第１実施形態の焦点検出装置１０では、筐体２０の内部で光電子増倍管１６の直後にＡＤ変換素子１７（変換部）を配置した。すなわち、両者(１６,１７)の物理的な距離を短くすることで、電気的ノイズによる影響を防止している。ＡＤ変換素子１７は、光電子増倍管１６からのアナログ信号を所定ビット(例えば１２ビット)のデジタル信号に変換して出力する。つまり、光電子増倍管１６からのアナログ信号は、光電子増倍管１６の直後に配置されたＡＤ変換素子１７に入力されるため、直ぐにデジタル信号に変換され、電気的ノイズがアナログ信号にのるのを防げる。そして、ＡＤ変換素子１７からのデジタル信号が出力バッファ１８を介して筐体２０の外部に（記憶回路１３に対して）出力される。
【００２０】
次に、筐体２０の内部に配置された光量検出回路１１（上記の光電子増倍管１６とＡＤ変換素子１７と出力バッファ１８とを含む）と、筐体２０の外部に配置された記憶回路１３との接続方法について、図２を用いて説明する。図２には、光量検出回路１１と記憶回路１３との接続部分を拡大して示した。なお図２には、他に駆動回路１２と位置制御回路１５との接続部分も併せて示したが、その説明は後で行う。
【００２１】
図２に示す通り、光量検出回路１１の出力バッファ１８は、トランジスタと電流制御抵抗（Ｒ）とで構成され、前段のＡＤ変換素子１７からのデジタル信号を増幅して、トランジスタのオンまたはオフの２値信号を筐体２０の外部に出力する。また、出力バッファ１８は、外部の信号線３１を介して、記憶回路１３の入力段のフォトカプラ４１に接続されている。
【００２２】
記憶回路１３のフォトカプラ４１は、発光ダイオードとフォトトランジスタとで構成され、発光ダイオードには筐体２０の内部（光量検出回路１１）から定電圧が供給される。フォトカプラ４１は、記憶回路１３および後述の合焦位置演算回路１４を筐体２０の内部から電気的に絶縁するための回路素子である。
光量検出回路１１の出力バッファ１８から出力されたデジタル信号（トランジスタのオンまたはオフの２値信号）は、外部の信号線３１を介してシリアル伝送され、フォトカプラ４１を介して電気的に絶縁された状態で、記憶回路１３の内部に取り込まれる。ちなみに、出力バッファ１８のトランジスタがオフの期間、フォトカプラ４１もオフとなる。逆にトランジスタがオンの期間、フォトカプラ４１もオンとなる。記憶回路１３は、入力段のフォトカプラ４１を介してデジタル信号を取り込み、このデジタル信号を一時的に記憶する。
【００２３】
また、上記のような光量検出回路１１および記憶回路１３による一連の処理、つまり、光電子増倍管１６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して記憶回路１３に一時的に記憶させる処理は、次に説明する駆動回路１２および位置制御回路１５よる移動処理と同期して繰り返し行われる。すなわち、筐体２０の内部で移動機構２４により対物レンズ２３を移動させながら繰り返し行われる。
【００２４】
次に、筐体２０の外部に配置された位置制御回路１５の機能について説明し、この位置制御回路１５と筐体２０の内部に配置された駆動回路１２との接続方法（図２参照）について説明する。なお、位置制御回路１５は請求項の「位置制御部」に対応し、駆動回路１２は「駆動部」に対応する。
位置制御回路１５は、焦点検出時、対物レンズ２３の位置（つまり対物レンズ２３と標本２１との相対位置）を光軸２３ａに沿って上下方向に変化させるために、対物レンズ２３の位置に関する数値情報を生成して、この数値情報に基づく制御用のデジタル信号を後段の駆動回路１２に対して出力する。例えば、対物レンズ２３の合焦位置を含む所定の広い範囲内で対物レンズ２３の位置を変化させる場合には、その範囲の下限(または上限)端から上限(または下限)端までの各位置に関する制御用のデジタル信号を順に出力する。
【００２５】
また、図２に示す通り、位置制御回路１５の出力段には出力バッファ４２が配置されている。出力バッファ４２は、トランジスタと電流制御抵抗（Ｒ）とで構成され、上記した制御用のデジタル信号を増幅して、トランジスタのオンまたはオフの２値信号を後段の駆動回路１２に対して出力する。
さらに、位置制御回路１５の出力バッファ４２は、外部の信号線３２を介して、筐体２０の内部に配置された駆動回路１２のフォトカプラ４３に接続されている。フォトカプラ４３は、発光ダイオードとフォトトランジスタとで構成され、発光ダイオードには筐体２０の外部（位置制御回路１５）から定電圧が供給される。駆動回路１２のフォトカプラ４３は、位置制御回路１５を筐体２０の内部から電気的に絶縁するための回路素子である。
【００２６】
位置制御回路１５の出力バッファ４２から出力された制御用のデジタル信号（トランジスタのオンまたはオフの２値信号）は、外部の信号線３２を介してシリアル伝送され、フォトカプラ４３を介して電気的に絶縁された状態で、駆動回路１２の内部に取り込まれる。ちなみに、出力バッファ４２のトランジスタがオフの期間、フォトカプラ４３もオフとなる。逆にトランジスタがオンの期間、フォトカプラ４３もオンとなる。
【００２７】
駆動回路１２は、入力段のフォトカプラ４３を介して制御用のデジタル信号を取り込み、このデジタル信号に基づいて移動機構２４への駆動信号を生成する。そして、この駆動信号を用いて移動機構２４を駆動し、対物レンズ２３の位置（つまり対物レンズ２３と標本２１との相対位置）を光軸２３ａに沿って変化させる。
第１実施形態の焦点検出装置１０では、上記した通り、駆動回路１２,位置制御回路１５よる対物レンズ２３の移動処理と同期して、光量検出回路１１,記憶回路１３による一連の処理が繰り返し行われる。つまり、対物レンズ２３の位置を変化させながら、異なる複数の位置の各々で、光電子増倍管１６からのアナログ信号をデジタル信号に変換して記憶回路１３に一時的に記憶させる。
【００２８】
ちなみに、対物レンズ２３が合焦位置にあれば、光電子増倍管１６から出力されるアナログ信号の強度（∝焦点検出用の蛍光の光量）が最大となるため、記憶回路１３に記憶されるデジタル信号の強度も最大となる。そして、対物レンズ２３が合焦位置から遠ざかると、その強度は徐々に小さくなる。
上記した駆動回路１２,位置制御回路１５と光量検出回路１１,記憶回路１３とによる並列処理は、対物レンズ２３の移動範囲を対物レンズ２３の合焦位置を含む広い範囲に設定し、その広い範囲内で対物レンズ２３の位置が一定の間隔だけ変化するごとに、光量検出回路１１から記憶回路１３へ焦点検出用のデジタル信号を取り込むようにすることが好ましい。
【００２９】
対物レンズ１３の位置が終点に到達し、終点における焦点検出用のデジタル信号の取り込みが終了した時点で、記憶回路１３には、対物レンズ２３の位置が異なる複数の焦点検出用のデジタル信号が一時的に記憶されたことになる。各デジタル信号の強度は、対物レンズ２３の位置に応じた大きさを持つ。これらのデジタル信号は、対物レンズ２３の合焦位置を決定するために、後段の合焦位置演算回路１４に出力される。
【００３０】
次に、合焦位置演算回路１４の説明を行う。
合焦位置演算回路１４は、対物レンズ２３の位置が異なる複数の焦点検出用のデジタル信号を記憶回路１３から取り込むと、これらのデジタル信号を演算処理して焦点検出を行う。具体的には、次の手順[１]〜[４]にしたがって演算処理を行い、対物レンズ２３の合焦位置を決定する。
【００３１】
[１]  まず、対物レンズ２３の位置が異なる複数の焦点検出用のデジタル信号を用い、その強度と位置との関係を表すマトリクスグラフを作成する。マトリクスグラフは凸状のグラフである。その一例を図３(ａ)に示す。図３(ａ)の横軸は対物レンズ２３の位置、縦軸は焦点検出用のデジタル信号の強度（∝焦点検出用の蛍光の光量）を表す。マトリクスグラフの最大強度Ｐの付近を拡大すると例えば図３(ｂ)のようになる。図３(ｂ)の“・”は測定点に相当する。
【００３２】
[２]  次に、マトリクスグラフの最大強度Ｐの付近（図３(ｂ)）を切り出し、移動平均処理を行う。つまり、各測定点において前後の測定点を用いた移動平均値Ｖaveを計算し、その値Ｖaveを測定点の値に置き換える。移動平均値Ｖaveを計算する際の測定点の数をｆとすると、移動平均値Ｖaveは、次の式(１),(２)により計算できる。移動平均処理の結果、図３(ｂ)のマトリクスグラフ（最大強度Ｐの付近）が平滑化され、例えば図４(ａ)のようになる。
【００３３】
Ｖave ＝〔 Ｖ(ｎ−ｆ0)＋…＋Ｖ(ｎ)＋…＋Ｖ(ｎ＋ｆ0) 〕／ｆ  …(１)
ｆ0＝(ｆ−１)／２  …(２)
[３]  次に、２回目の移動平均処理を行うか否かを判断する。この判断には、例えば、筐体２０の内部に配置された光電子増倍管１６の印加電圧の設定値を用いればよい。光電子増倍管１６の印加電圧の設定値は、通常、明るい標本２１ほど小さくなる。したがって、その設定値が所定の閾値より小さい場合、１回目の移動平均処理のみで十分に平滑と考えられるため、２回目の移動平均処理を省略する。
【００３４】
そして、光電子増倍管１６の印加電圧の設定値が所定の閾値より大きい場合は、２回目の移動平均処理を行う。処理の方法は１回目と同じである。例えば図４(ａ)のマトリクスグラフ（最大強度Ｐの付近）は、２回目の移動平均処理の結果、さらに平滑化され、図４(ｂ)のようになる。
[４]  そして、第１実施形態の焦点検出装置１０では、１回目の移動平均処理後のマトリクスグラフ(図４(ａ))または２回目の移動平均処理後のマトリクスグラフ(図４(ｂ))から最大強度Ｐを検出し、最大強度Ｐに対応する対物レンズ２３の位置を“合焦位置”として決定する。図４(ａ),(ｂ)の例では、図４(ａ)の状態で十分に平滑と考えられるため、その最大強度Ｐに基づいて合焦位置を決定することが好ましい。
【００３５】
第１実施形態の焦点検出装置１０によれば、光電子増倍管１６からのアナログ信号を直後に配置されたＡＤ変換素子１７を介してデジタル信号に変換し、デジタル信号を光量検出回路１１から制御部(１３〜１５)に出力する（つまり筐体２０の内部から外部に出力する）ため、外来ノイズに対する耐性が確実に向上する。
また、第１実施形態の焦点検出装置１０によれば、光量検出回路１１から記憶回路１３へのデジタル信号の経路上（例えば図２では記憶回路１３の入力段）に、フォトカプラ４１を配置し、記憶回路１３および合焦位置演算回路１４を筐体２０の内部から電気的に絶縁するようにしたため、筐体２０の内部（光量検出回路１１）で発生したノイズが記憶回路１３および合焦位置演算回路１４に伝達されることはない。
【００３６】
つまり、第１実施形態の焦点検出装置１０は、外来ノイズに対する耐性が高く、筐体２０の内部のノイズに対する耐性も高く、対ノイズ性に優れた装置と言える。したがって、標本２１から発生する焦点検出用の蛍光が微弱光の場合でも、焦点検出用の電気信号のＳＮ比を所望のレベルに保つことができ、精度よく焦点検出を行える。
そして、高精度な焦点検出の結果を位置制御回路１５に出力し、位置制御回路１５と駆動回路１２と駆動機構２４を介して対物レンズ２３を実際に移動させることで、標本２１からの微弱光による高精度なオートフォーカスが実現する。
【００３７】
さらに、第１実施形態の焦点検出装置１０によれば、位置制御回路１５から駆動回路１２への制御用のデジタル信号の経路上（例えば図２では駆動回路１２の入力段）に、フォトカプラ４３を配置し、位置制御回路１５を筐体２０の内部から電気的に絶縁するようにしたため、筐体２０の内部（駆動回路１２）で発生したノイズが位置制御回路１５に伝達されることはない。
【００３８】
したがって、筐体２０の内部（駆動回路１２）で発生したノイズが、筐体２０の外部に配置された制御部(１３〜１５)内において位置制御回路１５から記憶回路１３や合焦位置演算回路１４に伝達されるという事態（ノイズの回り込み）を確実に回避できる。その結果、焦点検出装置１０の対ノイズ性がさらに向上し、標本２１から発生する焦点検出用の蛍光が微弱光の場合でも、焦点検出演算速度を向上でき（退色を防ぎ）、さらに精度よく焦点検出を行える。
【００３９】
また、第１実施形態の焦点検出装置１０によれば、光量検出回路１１→記憶回路１３の経路上に１つのフォトカプラ４１を配置し、それを記憶回路１３の入力段に配置するため、簡単に作ることができる。同様に、位置制御回路１５→駆動回路１２の経路上に１つのフォトカプラ４３を配置し、それを駆動回路１２の入力段に配置するため、簡単に作ることができる。
【００４０】
また、電動化された顕微鏡では、焦点検出装置１０や駆動回路１２以外に、対物レンズの切り換えを自動化する電動レボルバ装置(不図示)や、光学フィルタの切り換えを自動化する電動フィルタ装置(不図示)などを含んでいる。このような電動化された顕微鏡において、微弱信号を扱う回路すなわち焦点検出装置１０や駆動回路１２を含むＡＦ回路基板にフォトカプラ(４１,４３)を用いることは、ノイズ対策上、非常に有効な手段である。さらに、ＡＦ回路基板は、上記の他の電動化装置の回路基板とは電気的に別々の電源,グランドとなっている。上記の他の回路基板にはフォトカプラを必要としない。
【００４１】
尚、顕微鏡の筐体側のセンサ部,位置制御部などの電源系統と、筐体外の演算部の電源系統とを電気的に絶縁するために、電源とアースとが独立している。すなわち、筐体側の電源系統のアースは筐体のフレームなどに接続され、筐体外の演算部の電源系統のアースは筐体のフレームから絶縁された演算部のグランド部に接続される。そして、両者間の信号伝達はフォトカプラを使用する。
（第２実施形態）
ここでは、合焦位置演算回路１４における演算処理（上記の手順[１]〜[４]）のうち、手順[４]における“対物レンズ２３の合焦位置の決定方法”について他の例を説明する。
【００４２】
第２実施形態でも、まず、１回目の移動平均処理後のマトリクスグラフ(図４(ａ))または２回目の移動平均処理後のマトリクスグラフ(図４(ｂ))から最大強度Ｐを検出する。
次に、図５(ａ)に示す通り、最大強度Ｐより小さい強度Ｑ（例えばＱ＝Ｐ−Ｐ×ｎ％）に対応するマトリクスグラフ３６上の２点ＺQ1,ＺQ2を選択し、この２点ＺQ1,ＺQ2から中点ＺQCを求める（式(３)）。さらに、強度Ｑより小さい強度Ｒ（例えばＲ＝Ｐ−Ｐ×ｍ％ ，ｍ＞ｎ）に対応するマトリクスグラフ３６上の２点ＺR1,ＺR2を選択し、この２点ＺR1,ＺR2から中点ＺRCを求める（式(４)）。
【００４３】
ＺQC＝(ＺQ1＋ＺQ2)／２  …(３)
ＺRC＝(ＺR1＋ＺR2)／２  …(４)
そして次に、中点ＺQCと中点ＺRCとを直線３５で結び、直線３５とマトリクスグラフ３６との交点Ｚ0を求め、交点Ｚ0に対応する対物レンズ２３の位置を“合焦位置”として決定する。
【００４４】
このような第２実施形態によれば、図５(ａ)のように、最大強度Ｐの付近のマトリクスグラフ３６が最大強度Ｐを中心に左右非対称な場合であっても、精度よく対物レンズ２３の合焦位置を決定できる。
なお、図５(ｂ)のように、マトリクスグラフ３６が最大強度Ｐを中心に左右対称な場合は、最大強度Ｐより小さい強度Ｑ（例えばＱ＝Ｐ−Ｐ×ｎ％）に対応する２点ＺQ1,ＺQ2を選択し、この２点ＺQ1,ＺQ2の中点ＺQCを求め（式(３)）、中点ＺQCに対応する対物レンズ２３の位置を“合焦位置”として決定してもよい。
【００４５】
以上の実施形態のように、焦点検出用センサとして光電子増倍管を用い、コントラスト式の焦点検出を行うシステムにおいては（元々、光電子増倍管はノイズを拾い易い性質がある）、ノイズ除去を演算処理の前段で行うことで、ノイズ除去処理をソフト的に実行する必要がなくなり、焦点処理速度を高速化でき、蛍光の退色を防ぐと共に、焦点検出精度を向上できる。
（変形例）
なお、信号伝達部はフォトカプラに限定されるものではなく、例えば、顕微鏡の筐体内部にデジタル信号に応じて発光する発光素子を設け、筐体から焦点演算部には光ファイバを介して光信号を伝達し、焦点演算部においてその光信号を受光する受光素子を設けてもよい。また、フォトカプラ４１を、上記した実施形態と異なり、顕微鏡の筐体側に設けてもよい。
【００４６】
なお、上記した実施形態では、光量検出回路１１→記憶回路１３の経路上に１つのフォトカプラ４１を配置し、位置制御回路１５→駆動回路１２の経路上に１つのフォトカプラ４３を配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば図６に示すように、各々の経路上にフォトカプラを２個ずつ配置しても、同様の効果が得られる。追加するフォトカプラの具体的な配置箇所としては、光量検出回路１１→記憶回路１３の経路の場合、光量検出回路１１の出力段が考えられる（フォトカプラ５１）。位置制御回路１５→駆動回路１２の経路の場合、位置制御回路１５の出力段が考えられる（フォトカプラ５２）。
【００４７】
図６のように構成した場合、記憶回路１３のフォトカプラ４１の発光ダイオードと、光量検出回路１１のフォトカプラ５１の発光ダイオードには、各々、電流制御抵抗（Ｒ）を介して光量検出回路１１から定電圧が供給される。また、駆動回路１２のフォトカプラ４３の発光ダイオードと、位置制御回路１５のフォトカプラ５２の発光ダイオードには、各々、電流制御抵抗（Ｒ）を介して位置制御回路１５から定電圧が供給される。
【００４８】
また、上記した実施形態では、受光面に入射する光量を一括で検知する光電子増倍管１６の例で説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光量を分割して検知し、後段の信号処理系で総和を取る構成などが考えられる。
さらに、上記した実施形態では、標本２１のステージ２２を固定して対物レンズ２３を上下方向に移動させる構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。対物レンズ２３を固定してステージ２２を上下方向に移動させる場合にも本発明を適用できる。
【００４９】
また、上記した実施形態では、蛍光顕微鏡を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。その他の光学顕微鏡にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態の焦点検出装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】光量検出回路１１と記憶回路１３との接続部分、駆動回路１２と位置制御回路１５との接続部分の拡大図である。
【図３】マトリクスグラフの一例を示す図である。
【図４】マトリクスグラフの移動平均処理を説明する図である。
【図５】第２実施形態における合焦位置の決定方法を説明する図である。
【図６】光量検出回路１１と記憶回路１３との接続部分、駆動回路１２と位置制御回路１５との接続部分の他の例を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  焦点検出装置
１１  光量検出回路
１２  駆動回路
１３  記憶回路
１４  合焦位置演算回路
１５  位置制御回路
１６  光電子増倍管
１７  ＡＤ変換素子
１８，４２  出力バッファ
２０  筐体
２１  標本
２２  ステージ
２３  対物レンズ
２４  移動機構
２５  光源
２６  ダイクロイックミラー
２７  ハーフミラー
２８  所定の結像面
３１，３２  信号線
４１，４３，５１，５２  フォトカプラ
【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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