(57)【要約】【課題】ＡＦ光の反射光量が小さい場合あっても、焦点位置誤差を検出してＡＦ制御を行うことができるＡＦ装置と、これを有する顕微鏡装置を提供すること。【解決手段】被検物体からのＡＦ光を検出するＡＦ光検出装置と、前記ＡＦ光検出装置の信号に基づき焦点位置誤差を検出する焦点位置検出手段と、前記焦点位置誤差信号に基づき前記被検物体の所定位置に対物レンズの焦点位置を合焦させる合焦動作手段と、前記ＡＦ光の像が有する空間周波数成分を通過するフィルタ手段を有することを特徴とするＡＦ装置。【選択図】図１
2012093581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体からのＡＦ光を検出するＡＦ光検出装置と、
前記ＡＦ光検出装置の信号に基づき焦点位置誤差を検出する焦点位置検出手段と、
前記焦点位置誤差信号に基づき前記被検物体の所定位置に対物レンズの焦点位置を合焦させる合焦動作手段と、
前記ＡＦ光の像が有する空間周波数成分を通過するフィルタ手段を有することを特徴とするＡＦ装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、バンドパスフィルタ回路とオートゲイン回路を含むことを特徴とする請求項１に記載のＡＦ装置。
【請求項３】
前記バンドパスフィルタ回路は、ローパスフィルタ回路と引き算回路とで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＡＦ装置。
【請求項４】
前記フィルタ手段は、前記ＡＦ光の反射光量に応じて切り替え可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＡＦ装置。
【請求項５】
前記ＡＦ光は、赤外光であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＡＦ装置。
【請求項６】
照明光源で照明された被検物体の像を対物レンズを介して結像する結像光学系と、
前記被検物体からの光を検出して当該被検物体の所定位置に前記対物レンズの焦点位置を合焦させる前記ＡＦ装置と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス装置と、これを有する顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物標本を観察する場合、底に穴を開けカバーガラスを貼り付けたガラスボトムディッシュに培養液を入れ、その中のカバーガラスの近くに対象物を置いたものを標本とし、開口数を大きくするためカバーガラスと対物レンズの間にイマージョンオイル等の液体を注入して観察する事が行われている。このような観察を行う顕微鏡として焦点検出用の補助光（以後ＡＦ光と記す）を用いたオートフォーカス装置（以後、ＡＦ装置と記す）を搭載した顕微鏡装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記標本の場合、屈折率はイマージョンオイルが１.５１、カバーガラスが１.５１であり屈折率が同じなのでこの界面では光の反射は起きない。一方、対象物である生体標本は水に近い屈折率の培養液にある場合が多く屈折率が１.３３でありカバーガラスの屈折率１.５１との差によってＡＦ光が反射する。結局、フォーカス用光源からのＡＦ光は対物レンズを通過してカバーガラスと培養液の界面で反射して、再度対物レンズを通過して戻ってＡＦ用の光検出器上に反射像を結像する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−２３４０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近、培養液に屈折率が１.４７のグリセロールを使う場合がある。この場合培養液の屈折率がカバーガラスの屈折率１.５１と近いため、両者の界面での反射率が小さく、ＡＦ光の反射光量が非常に小さくなる。この結果、ＡＦ光の信号レベルが小さくなり光学系を構成するレンズ等の部材から発生する迷光レベルとの差が小さくなり、ＡＦ装置の要である焦点位置誤差（所謂フォーカスエラー信号）の検出が難しくなり、ＡＦ制御が困難になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、ＡＦ光の反射光量が小さい場合あっても、焦点位置誤差を検出してＡＦ制御を行うことができるＡＦ装置と、これを有する顕微鏡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】
上記課題を解決するため、本発明は、被検物体からのＡＦ光を検出するＡＦ光検出装置と、前記ＡＦ光検出装置の信号に基づき焦点位置誤差を検出する焦点位置検出手段と、前記焦点位置誤差信号に基づき前記被検物体の所定位置に対物レンズの焦点位置を合焦させる合焦動作手段と、前記ＡＦ光の像が有する空間周波数成分を通過するフィルタ手段を有することを特徴とするＡＦ装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、照明光源で照明された被検物体の像を対物レンズを介して結像する結像光学系と、前記被検物体からの光を検出して当該被検物体の所定位置に前記対物レンズの焦点位置を合焦させる前記ＡＦ装置と、を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＡＦ光の反射光量が小さい場合あっても、焦点位置誤差を検出してＡＦ制御を行うことができるＡＦ装置と、これを有する顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るＡＦ装置を有する顕微鏡装置の概略構成図。
【図２】生物標本の観察状態を示す図。
【図３】実施の形態に係るＡＦ制御ブロック図。
【図４】ＡＦ光の反射光量が小さい場合の信号処理の流れを示す図。
【図５】ＡＦ光の反射光量が大きい場合と小さい場合の焦点位置誤差信号の模式図。
【図６】実施の形態のＡＦ制御ブロック図の変形例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願の一実施の形態にかかるＡＦ装置を有する顕微鏡装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解を容易にするためのものに過ぎず、本願発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。
【００１２】
図１において、顕微鏡２の光学系は、標本の上部に配置されている観察光学系３と、その側方に配置されたＡＦ装置の光学系であるフォーカス用照明光学系５およびフォーカス用結像光学系７により構成されている。
【００１３】
フォーカス用照明光学系５は、ＬＥＤ光源（以後、単にＬＥＤと記す）２０側から順に、第１コレクタレンズ２１、スリット板２２、第２コレクタレンズ２３、第１瞳制限マスク２４、第１ハーフミラー２５、焦点位置調節レンズ８及び可視光カットフィルタ１０が配設されて構成されている。スリット板２２の中央部には長方形の細長いスリット開孔２２ａが形成されており、スリット板２２は、スリット開孔２２ａの長手方向が図１において紙面に垂直方向に延びるように光軸を中心に配設されている。
【００１４】
ＬＥＤ２０から出射されたＡＦ光である赤外光（例えば、近赤外光）は第１コレクタレンズ２１で集光されてスリット板２２に入射し、標本面（カバーガラス１４と標本が浸された媒質との境界面）と共役位置に配置したスリット板２２のスリット開孔２２ａを通り、第２コレクタレンズ２３で平行光に変換され、第１瞳制限マスク２４に照射される。
【００１５】
第１瞳制限マスク２４は、瞳の半分を遮光するものであり、光軸を中心にスリット状の赤外光の長手方向の中心線にそって半分が遮光されるように配設されている。第１瞳制限マスク２４を通過した赤外光Ｌａは、第１ハーフミラー２５を透過する。なお、第１ハーフミラー２５は、フォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７の光軸が交差する位置に配設されており、赤外光の一部を反射して、他の一部を透過するものであり、後述するように、フォーカス用結像光学系７でも共用されている。
【００１６】
フォーカス用照明光学系５と観察光学系３の光軸が交差する点には、ダイクロイックミラー１６が配設されており、後述するように観察光学系３でも共用されている。ダイクロイックミラー１６は、観察光学系３の観察光路上のアフォーカル系に配設され、赤外光を反射して可視光や蛍光を透過する作用をする。第１ハーフミラー２５を透過した赤外光Ｌａは焦点位置調節レンズ８を透過した後、可視光カットフィルタ１０で赤外光Ｌａに含まれる可視光成分が除去された後、ダイクロイックミラー１６で反射されて第１対物レンズ１２（以後、単に対物レンズと記す）方向に反射され（赤外光Ｌｂ）、対物レンズ１２によって標本（培養液（あるいは生物標本）とカバーガラス１４との界面）に集光される。
【００１７】
なお、本顕微鏡装置２は、図２に示す培養液を注入した標本を上方から観察光で照明して下方から観察、およびＡＦ光を照射する倒立型生物顕微鏡であるが、図１は説明のために光学系の配置を上下反転して示している。また、対物レンズ１２は、後述するように観察光学系３でも共用されている。また、焦点位置調節レンズ８については後述する。
【００１８】
観察光学系３は、標本側から順に、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー１６、赤外光カットフィルタ１８、第２ハーフミラー１７および第２対物レンズ１３が配設されて構成されており、さらに第２対物レンズ１３の先には図示しないが接眼レンズが配設されて構成されている。
【００１９】
また、図示しないが、ステージ１１上に載置された標本を照明する照明装置が設けられている。この照明装置は、透過型または落射型であり、透過型の照明装置の場合はステージ１１の下方に配置され、落射型の照明装置の場合はステージ１１の上方に配置される。
【００２０】
照明装置から照射された光は標本を透過して観察光となり、対物レンズ１２を経て、ダイクロイックミラー１６を透過し、赤外光カットフィルタ１８で赤外光が除去されて、第２ハーフミラー１７に入射する。
【００２１】
第２ハーフミラー１７に入射した観察光は、一部が反射され第２対物レンズ１３および不図示の接眼レンズで標本の観察像が結像され、観察に供される。また、第２ハーフミラー１７を透過した一部の観察光を、カメラ用対物レンズ３６とカメラ用リレーレンズ３７を通し、カメラ用ＣＣＤセンサ３８の撮像面に結像させ、カメラ用信号処理部３９で処理して標本の画像をモニタ（図示せず）に投影する。
【００２２】
光学装置１を構成するフォーカス用結像光学系７は、フォーカス用照明光学系５によりステージ１１上の標本に照射されて反射するスリット状の赤外光を受光するものである。ここで、ステージ１１上の標本はカバーガラス１４によって覆われているため、対物レンズ１２で結像された焦点検出用の赤外光は、カバーガラス１４の表面やカバーガラス１４と標本の境界面（標本面）で反射する。カバーガラス１４や標本面等で反射した赤外光は、対物レンズ１２で平行光に変換され（赤外光Ｌｃ）、ダイクロイックミラー１６で反射され（赤外光Ｌｄ）、さらに可視光カットフィルタ１０及び焦点位置調節レンズ８を通り、フォーカス用照明光学系５の光軸に対して略４５度傾けて配設された第１ハーフミラー２５に入射し、第１ハーフミラー２５で一部が反射されフォーカス用結像光学系７に入射する。なお、対物レンズ１２とカバーガラス１４との間を屈折率が１．５１程度のイマ−ジョンオイルで満たしている場合にはカバーガラス１４とイマージョンオイルとの界面でのＡＦ光の反射は、ほぼゼロになる。
【００２３】
フォーカス用結像光学系７は、フォーカス用照明光学系５側から光軸に沿って順に、第１ハーフミラー２５、ＡＦ用対物レンズ２６、ＡＦ用リレーレンズ２７、第２瞳制限マスク２８、ＡＦ用リレーレンズ２７、シリンドリカルレンズ２９およびＡＦ用ＣＣＤセンサ（以後、単にＡＦ用ＣＣＤとも記す）３０が配設されて構成されている。
【００２４】
第１ハーフミラー２５で反射された赤外光Ｌｄは、ＡＦ用対物レンズ２６で集光して結像光に変換されスリット像を結像する。ＡＦ用リレーレンズ２７，２７は、ＡＦ用対物レンズ２６によって結像されたスリット像（赤外光Ｌｅ）をリレーし、シリンドリカルレンズ２９を経て、ＡＦ用ＣＣＤ３０の撮像面にスリット像を再結像する。
【００２５】
なお、第２瞳制限マスク２８は、瞳の半分を遮光するように配設されており、遮光される領域は、第１瞳制限マスク２４によって遮光される領域に対応している。また、シリンドリカルレンズ２９は、所定方向のみに屈折作用を持つレンズであり、赤外光Ｌｅを図１において紙面に対して垂直方向（スリット像の長手方向）に圧縮して、ＡＦ用ＣＣＤ３０の撮像面に結像させる作用をする。なお、ＡＦ用ＣＣＤ３０は、複数の受光部が１次元に配列されたラインセンサ、または、２次元に配列されたエリアセンサで構成することが可能である。
【００２６】
なお、フォーカス用照明光学系５において、ＬＥＤ２０から出射したＡＦ光をスリット板２２のスリット開孔２２ａを通してスリット状にしてスリット開孔２２ａの像を標本に照射している。これは、スポット光とした場合、標本面等に段差部分があると、その反射光が散乱して理想的な光量信号を得ることができないためであるが、標本面等の状態によってはこのスリット板２２を無くし、上述の方法でＬＥＤ２０の像を標本に照射してＡＦ制御をすることも可能である。また、第１コレクタレンズ２１はなくても実現可能である。
【００２７】
ＡＦ装置において使用する焦点位置調節レンズ８について説明する。焦点位置調節レンズ８は図１に示すように、ダイクロイックミラー１６と第１ハーフミラー２５の間のフォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７との共通光路上に位置しアフォーカル系に配設されている。
【００２８】
また、焦点位置調節レンズ８には焦点位置調節レンズ駆動部９が取り付けられており、図示しないが、焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って前後に移動可能とする焦点位置調節レンズ用ＤＣモータと、倍率の異なる複数の焦点位置調節レンズ８を交換可能とする焦点位置調節レンズ用電動ターレットで構成されている。焦点位置調節レンズ駆動部９は後述するＣＰＵ４１の焦点位置調節レンズ移動制御部を介して移動が制御されている。
【００２９】
また、顕微鏡の入力部４３には焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って移動させる焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１と不図示の焦点位置調節レンズ切り替えスイッチが配設されおり、観察者は焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１を操作すると、これに結合されたエンコーダ（不図示）からの信号に基づき焦点位置調節レンズ８を光軸にそって往復移動させることができる。また、焦点位置調節レンズ切り替えスイッチにより、焦点位置調節レンズ用電動ターレットに装着された複数の焦点位置調節レンズ８から任意の焦点位置調節レンズ８を選択して切り替えることができる。
【００３０】
焦点位置調節レンズ８は、対物レンズ１２で標本とカバーガラス１４との界面に集光照射されるスリット像（ＡＦ用照明光）の結像位置を光軸に沿って焦点方向にずらし、同時に、標本とカバーガラス１４との界面で反射し、ＡＦ用ＣＣＤ３０の撮像面に再結像するスリット像の結像位置を光軸に沿って焦点方向にずらす働きをする。
【００３１】
なお、焦点位置調節レンズ８を操作したときのＡＦ制御については公知であり説明を省略する。
【００３２】
ここで、顕微鏡装置のＡＦ制御系について説明する。顕微鏡装置２のＡＦ制御系は、焦点位置検出（フォーカス位置検出とも記す）のためのＡＦ用信号処理部３１、ステージ１１を上下動させるステージ駆動部３４、対物レンズ１２を交換するための電動レボルバを駆動する電動レボルバ駆動部３５およびそれらを制御するためのＣＰＵ４１、メモリ４２、入力部４３で構成されている。なお、ステージ１１の上下動に代わり対物レンズ１２を上下動するように構成しても同様の効果を奏することができる。
【００３３】
まず、スリット投影式ＡＦ制御の手順であるが、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０において検出したスリット像の信号は、ＡＦ用信号処理部３１に出力されて処理され、対物レンズ１２に対する標本の焦点位置情報が検出される。この焦点情報に関する信号は、ステージ駆動部３４に送られ、ステージ１１の位置を光軸に沿って上下動させることにより第１対物レンズ１２の焦点位置に標本を位置決めする。なお、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の撮像面の中でスリット像が形成される位置は、ステージ１１の光軸に沿った上下動によって、標本やカバーガラス１４の位置が変わると、それに合わせて、スリット像の短手方向に移動する。このようなＡＦ用ＣＣＤセンサ３０で検出されたスリット像からステージ１１を制御するＡＦ用の制御信号の求め方について、以下に説明する。
【００３４】
本実施形態に係るＡＦ装置のＡＦ制御のブロック図を図３に示し、ＡＦ制御に使用される焦点位置誤差信号（Ｓ字カーブとも言う）の例を図５に示す。ここで、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に結像するスリット像の位置として、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の手前で結像する状態をＦ（図５参照）、後ろで結像する状態をＲ（図５参照）、さらにＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の撮像面で結像する状態をＪ（図５参照）としている。また、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０は複数の受光部から構成されるがその出力は撮像面に沿って順に走査される。ここでは説明を簡単にするためにラインセンサを想定し、端から順に走査をすることとし、走査を開始する位置（ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の一端）をｔ＝０とし、中間点（状態Ｊに相当）をｔ＝ｔ１、走査を終了する位置（ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の他端）をｔ＝ｔ２として説明する。
【００３５】
図３におけるｔ３は、ＡＦ光の反射光量によって微小信号処理回路６０を使用するか否かをＣＰＵ４１から指示するための信号である。この信号は、観察者が生物標本で使用する培養液の屈折率により入力部４３を介してＣＰＵ４１に指示することで、図３のＳＷ１及びＳＷ２により切り替えが行われる。なお、ＳＷ１、ＳＷ２の切り替えは、ＣＰＵ４１を介して行うように構成しても良いし、観察者がＳＷ１、ＳＷ２を切替るように切り替えスイッチを配置しても良い。また、ＳＷ１，ＳＷ２を配置することなく常時微小信号処理回路６０を使って焦点位置検出を行うように構成することも可能である。
【００３６】
以下ＡＦ光の反射光量が大きい場合と、小さい場合について図３と図５を参照しつつ説明する。始めに、ＡＦ光の反射光量が大きい場合について説明する。この場合、ＳＷ１、ＳＷ２は、大反射像側（図３のｓ１側）が選択されている。なお、ＡＦ光の反射光量が大きい場合は、従来の処理と同様の処理を行っても良い。
【００３７】
ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０から出力されたスリット像の信号（以後、スリット信号と記す）と迷光信号（ノイズ信号）とからなるＡＦ信号（Ｓｉｇ）はＡＦ可否判別回路１１１に入力される。ＡＦ可否判別回路１１１は、入力されたＡＦ信号に対して設定されている閾値により、閾値より大きい場合はＡＦ処理可能とし、閾値より小さい場合はＡＦ処理不可能と判断する。
【００３８】
ＡＦ可否判別回路１１１からの出力は、オートゲイン回路（ＡＧＣ回路）１１２に入力され所定レベルの信号に変換（増幅または減衰）される。ＡＧＣ回路１１２の出力は積分回路１１４に入力されＡＦ用ＣＣＤセンサ３０上におけるスリット信号を上記ｔ０からｔ２に亘って順次積分した結果が出力される。
【００３９】
積分回路１１４の出力信号Ｓは、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０のｔ１の位置で第１のサンプルホールド回路１１６にてサンプリングされホールドされる。このとき、第１のサンプルホールド回路１１６からは、積分回路１１４からの出力Ｓのｔ０〜ｔ１までの積分出力ＳＡが得られる。
【００４０】
積分された出力信号Ｓは、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の終端ｔ２で第２のサンプルホールド１１５にてサンプリングされホールドされる。サンプルホールド回路１１５からは、積分回路１１４でｔ０〜ｔ２まで積分された信号ＳＣが出力される。
【００４１】
サンプルホールド回路１１５、１１６からのそれぞれの出力ＳＣ、ＳＡは、引算回路１１７に入力されて第２のサンプルホールド１１５の出力ＳＣと第１のサンプルホールド１１６の出力ＳＡが減算され出力ＳＢ（＝ＳＣ−ＳＡ）が得られる。この出力ＳＢとサンプルホールド回路１１６からの出力ＳＡは、引算／割算回路１１８にて減算／割算されて焦点位置誤差信号である（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号が引算／割算回路１１８から出力される。また、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路１１９にも入力され、デジタル信号化されてＣＰＵ４１に入力される。
【００４２】
そして、モータドライブ回路３４ｂは、この（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号を制御信号として使用してステージ１１を光軸に沿って上下に動かすステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動し、焦点位置誤差信号である（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（図５のＪ位置）になるように制御する。
【００４３】
図５は、ＡＦ制御をＯＦＦにしてステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動し、ステージ１１を上下に動かした時のステージ１１の位置（焦点方向の位置）と焦点位置誤差信号（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）との関係を表したグラフ（Ｓ字カーブという）を示している。
【００４４】
このように、ＡＦ制御は、図５においてＡＦ用ＣＣＤ３０から取得される（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（Ｊ点）になるようにステージ１１を上下にＤＣモータ３４ａで駆動することで達成できる。
【００４５】
例えば、ＡＦ制御にて所定の標本面に対物レンズ１２の焦点位置を合わせる場合は、標本面が対物レンズ１２の焦点上にあるときに、（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（Ｊ点）となるようにＡＦ制御すれば、その位置に合焦し維持することが可能である。
【００４６】
次に、培養液の屈折率がカバーガラスの屈折率に近く、ＡＦ光の反射光量が小さくてスリット像の信号が小さくなり迷光信号の影響が大きく、ＡＦ制御信号の取得が難しい場合について説明する。
【００４７】
図３に示すように、本実施の形態に係るＡＦ装置では、微小信号処理回路６０が配置されており、この微小信号処理回路６０を用いることで上記のＡＦ光の反射光量が小さい場合のＡＦ制御信号取得を可能にしている。
【００４８】
以下、微小信号処理回路６０の構成、および作用について図３〜図５を参照しつつ説明する。
【００４９】
図３において、観察者は培養液の屈折率を知っていてＡＦ用ＣＣＤ３０からのスリット信号（Ｓｉｇ）が小さくなる、すなわちＡＦ光の反射光量が小さくなる、ことが分かっているとき、ＳＷ１、ＳＷ２の小反射像側（図３のＳ２側）を選択する。
【００５０】
ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０から出力されたスリット像の信号と迷光信号とからなるＡＦ信号（Ｓｉｇ、図４の（ａ）信号処理前）はオートゲイン回路（ＡＧＣ回路）１１２に入力され所定レベルの信号に変換（増幅または減衰）される（図４の（ａ１）〜（ａ３）参照）。ＡＧＣ回路１１２からの出力は微小信号処理回路６０のバンドパスフィルタ回路２１０に入力され、スリット像の空間周波数成分信号のみを通過させる。これにより迷光信号成分はカットされ、スリット像の信号のみが出力される（図４の（ｂ１）〜（ｂ３）参照。
【００５１】
図４（ｂ１）〜（ｂ３）に示すように、バンドパスフィルタ回路２１０の出力は、ＡＦ可否判別回路２１１に入力される。ＡＦ可否判別回路２１１は、入力されたスリット信号に対して設定されている閾値により、閾値より大きい場合はＡＦ処理可能とし、閾値より小さい場合はＡＦ処理不可能と判断する。
【００５２】
ＡＦ可否判別回路２１１からの出力は、ＡＧＣ回路２１２に入力され所定の信号レベルになるように増幅される（図４（ｃ１）〜（ｃ３）参照）。
【００５３】
ＡＧＣ回路２１２からの出力は、ノイズ除去回路２１３に入力され、スリット信号から不要なノイズが除去される（図４（ｄ１）〜（ｄ３）参照）。
【００５４】
ノイズ除去回路２１３の出力は積分回路１１４に入力されＡＦ用ＣＣＤ３０上におけるスリット像を走査した結果が出力される。
【００５５】
積分回路１１４の出力信号Ｓは、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０のｔ１の位置で第１のサンプルホールド回路１１６にてサンプリングされホールドされる。このとき、第１のサンプルホールド回路１１６からは、積分回路１１４からの出力Ｓのｔ０〜ｔ１までの積分出力ＳＡが得られる。さらに積分された出力信号Ｓは、ＡＦ用ＣＣＤセンサ３０の終端ｔ２で第２のサンプルホールド１１５にてサンプリングされホールドされる。サンプルホールド回路１１５からは、積分回路１１４でｔ０〜ｔ２まで積分された信号ＳＣが出力される。
【００５６】
サンプルホールド回路１１５、１１６からのそれぞれの出力ＳＣ、ＳＡは、引算回路１１７に入力されて第２のサンプルホールド１１５の出力ＳＣと第１のサンプルホールド１１６の出力ＳＡが減算され出力ＳＢ（＝ＳＣ−ＳＡ）が得られる。この出力ＳＢとサンプルホールド回路１１６からの出力ＳＡは、引算／割算回路１１８にて減算／割算されて焦点位置誤差信号である（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号が引算／割算回路１１８から出力される。また、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路１１９にも入力され、デジタル信号化されてＣＰＵ４１に入力される。
【００５７】
そして、モータドライブ回路３４ｂは、この（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号を制御信号として使用してステージ１１を光軸に沿って上下に動かすステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動し、焦点位置誤差信号である（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（図５のＪ位置）になるように制御する。
【００５８】
図５の太い実線のグラフは、ＡＦ光の反射光量が小さい場合で、ＡＦ制御をＯＦＦにしてステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動し、ステージ１１を上下に動かした時のステージ１１の位置（焦点方向の位置）と焦点位置誤差信号（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）との関係を表したグラフ（Ｓ字カーブという）を示している。ＡＦ光の反射光量が小さい場合には、デフォーカス量が所定値以上に大きくなると（図５のｄ１より左側、ｄ２より右側）上記回路において焦点誤差信号（スリット像の信号）が検出できなくなるため（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）信号が通常のＳ字カーブのように飽和するところまで得られず、図５の太い実線のようになる。しかし、この状態でも合焦位置であるＪ点（ゼロクロス点）を検出でき、ＡＦ制御を行うことができる。
【００５９】
このように、本ＡＦ制御は、図５の太い実線の範囲においてＡＦ用ＣＣＤ３０から取得される（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロ（Ｊ点）になるようにステージ１１を上下にＤＣモータ３４ａで駆動することで達成できる。
【００６０】
以上より、ＡＦ光の反射光量が小さい標本でも、ＡＦ制御にて所定の標本面に第１対物レンズ１２の焦点位置を合わせる場合、標本面が第１対物レンズ１２の焦点上にあるときに、（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）値がゼロとなるようにＡＦ制御し、その位置に合焦させることが可能になる。
【００６１】
なお、微小信号処理回路６０は、ＡＦ光の反射光量が小さい時のみならず、通常のＡＦ光の反射光量が得られる場合に用いても良く、この時、微小信号処理回路６０のＡＧＣ回路２１２のゲインをＡＦ光の反射光量が小さい場合に比べて低くすれば良い。また、この場合、図３の切り替えＳＷ１、ＳＷ２、及びＡＦ可否判別回路１１１は不要となる。また、ＡＦ光の反射光量が通常レベルの場合に本微小信号処理回路６０を適用すると、図５に示すＳ字カーブの制御範囲（図５の±Ｐ２）が、微小信号処理回路６０を適用しない場合（図５の±Ｐ１）に比べ狭くなる（フォーカスの調整範囲が狭くなる）が、ＡＦ制御は通常と同様に行える。
【００６２】
また、図６に示すように、微小信号処理回路６０のバンドパスフィルタ回路２１０は、ローパスフィルタ回路２１０ａと引算回路２１０ｂで構成することも可能である。これはＡＦ用ＣＣＤ３０からのスリット像の信号と迷光信号との合成信号から、ローパスフィルタ回路２１０ａでスリット像の空間周波数成分以下の信号である迷光信号成分を通過させ、引算回路２１０ｂにローパスフィルタ回路２１０ａからの出力と合成信号とを入力して合成信号から迷光成分を引算することでスリット像の信号成分のみを取り出すことができる。このようにローパスフィルタ回路と引算回路とを用いることで、バンドパスフィルタ回路２１０と同等の作用効果を奏することができる。なお、バンドパスフィルタ回路２１０以外の構成は、前述の構成と同様であり詳細な説明を省略する。
【００６３】
ステージ駆動部３４は、図１には図示しないがステージ１１に取り付けられたステージ駆動用ＤＣモータ３４ａと、ステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを回転させるステージ駆動用モータドライブ回路３４ｂと、ステージ駆動用ＤＣモータ３４ａの回転角を検出するロータリエンコーダと、ロータリエンコーダの検出結果に基づいてステージ１１の上下動をカウントするアップ／ダウンカウンタとで構成されている。
【００６４】
なお、上述したＡＦ制御は、ＣＰＵ４１で処理され、制御信号は上下動制御信号と速度制御信号としてステージ駆動用モータドライバ３４ｂに出力され、この信号に基づいてステージ駆動用ＤＣモータ３４ａを駆動するように構成することもできる。
【００６５】
アップ／ダウンカウンタのカウント結果は、上下動位置信号としてＣＰＵ４１に出力される。ステージ１１はステージ駆動用ＤＣモータ３４ａが回転すると、その回転角に応じて光軸に沿って上下動する。そして、ステージ１１に載置された標本もカバーガラス１４、スライドガラス１５とともに上下動し、標本と対物レンズ１２との位置関係が調節される。また、ステージ駆動部３４には、図示しないがリミットセンサが設けられている。リミットセンサは、ステージ１１の上下動の限界点を検出するセンサであり、対物レンズ１２とカバーガラス１４との接触を回避するために設けたものである。
【００６６】
図１には１本の対物レンズ１２のみを示したが、本実施形態の顕微鏡は、倍率が異なる複数の対物レンズ１２によって構成可能である。複数の対物レンズ１２は、図示しないが電動レボルバに装着されており、電動レボルバはこれを回転駆動する電動レボルバ駆動部３５に接続される。電動レボルバ駆動部３５には、図示しないが電動レボルバに取り付けられた電動レボルバ駆動用ＤＣモータと、ＣＰＵ４１からの回転制御信号に基づいて電動レボルバ駆動用ＤＣモータを回転させる電動レボルバ駆動用モータドライバとが設けられている。電動レボルバは、上記した電動レボルバ駆動用ＤＣモータの回転に応じて回転する。そして、電動レボルバに装着された複数の対物レンズ１２も共に回転し、いずれか１つの対物レンズ１２が顕微鏡の観察光路上に位置決めされる。電動レボルバ駆動部３５には、電動レボルバのレボルバ穴（例えば６個）のうち、顕微鏡の観察光路上に位置決めされたレボルバ穴の番号（１〜６）を検知するセンサ（図示せず）が設けられている。
【００６７】
入力部４３には、図示しないが、キーボード、対物レンズ切り替えスイッチ、ＡＦ制御開始スイッチ、合焦位置記憶スイッチ、微小信号処理回路切り替えスイッチ、アップ／ダウン微調整スイッチ及び上述の焦点位置調節レンズ８を操作するスイッチ５１等が設けられている。
【００６８】
キーボードは、第１対物レンズ１２の情報を入力する時に使用される。キーボードから入力された対物レンズ１２に関するデータは、メモリ４２に記憶される。また、合焦位置記憶スイッチによって取得された合焦位置情報もメモリ４２に記憶される。
【００６９】
対物レンズ切り替えスイッチは、顕微鏡の観察光路上に位置決めされた対物レンズ１２を別の対物レンズ１２に切り替えるときに使用される。ＣＰＵ４１は、対物レンズ切り替えスイッチから入力された切り替え信号に基づいて電動レボルバ駆動部３５を制御し、切り替え信号によって指定されたレボルバ穴を顕微鏡の観察光路上に位置決めする。また、ＣＰＵ４１は、レボルバ穴の番号を検出して光路中に配置された対物レンズ１２を不図示のテーブル情報から知ることができる。
【００７０】
ＡＦ制御開始スイッチは、顕微鏡におけるＡＦ制御の開始を指示する時に使用される。ＣＰＵ４１は、ＡＦ制御開始スイッチが操作されると、既に説明したスリット投影式ＡＦ制御の実行を開始し、標本が第１対物レンズ１２の焦点に位置決めされる。
【００７１】
アップ／ダウン微調整スイッチは、手動操作によってステージ１１の上下動を微調整する時に使用される。ＣＰＵ４１は、アップ／ダウン微調整スイッチから入力された微調整信号に基づいてステージ１１を位置決めする。なお、アップ／ダウン微調整スイッチの操作は、操作者が顕微鏡の接眼用第２対物レンズ１３および接眼レンズを介して標本の像を観察しながら行うものである。そして操作者にとってコントラストの高い像が良好に観察できた時点で、アップ／ダウン微調整スイッチの操作を終了し、ステージ１１が位置決めされる。この時、本実施形態の顕微鏡では、標本の中の任意の面が対物レンズ１２の焦点面に一致している。
【００７２】
以上述べたように、本ＡＦ装置を有する顕微鏡装置によれば、ＡＦ制御部に微小信号処理回路６０を有することによりＡＦ光の反射光量の大小によらず、焦点位置調節レンズ８を前記オフセットゼロの位置からＡＦ制御をさせながら光軸に沿って移動させることにより、第１対物レンズ１２の焦点の位置を自由に、且つ、標本面１４ｂでのＡＦ用スリット像の反射量に関わりなく任意の位置までずらすことが可能である。また、このような構成によれば、標本面１４ｂから常に一定の距離だけ光軸方向に離れたところに第１対物レンズ１２の焦点を合わせることができるため、標本１８をステージ上で移動して標本１８の別の部分を観察する場合や、別の標本１８に交換して観察をする場合等に効率の良い作業が可能となる。
【００７３】
なお、ＡＦ制御部の微小信号処理回路６０は上記実施の形態に限定するものではない。本微小信号処理回路に他の回路を付加することも可能である。また、上記ＡＦ装置では、焦点位置調節レンズ８を有する場合について説明したが、他のＡＦ装置のＡＦ制御部に本微小信号検出回路を付加することで、本願と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００７４】
また、上記実施例では対物レンズ１２の焦点に標本１８を合焦させるために、ステージ１１を光軸に沿って上下に移動していたが、ステージ１１は固定とし、第１対物レンズ１２を含む観察光学系３を光軸に沿って上下に移動するような構成とすることも可能である。
【００７５】
また、上記実施例では、ＡＦ光として補助光を使用した場合について説明したが、観察する標本像からの光を使用し像のコントラストを検出してＡＦ制御を行うコントラスト検出方式でも良いことは言うまでもない。
【００７６】
以上、本発明によれば、ＡＦ用の照明光を観察の対象物に照射し、その反射光を利用して第１対物レンズの焦点に観察の対象物を位置決めするＡＦ装置において、ＡＦ制御部に微小信号処理回路を有することによりＡＦ光の反射光量の大小によらず、ＡＦ用の照明光とその反射光のいずれか一方または両方の結像位置を調節してＡＦ制御をしながら、第１対物レンズの焦点に観察の対象物の任意の位置を合わせることが可能となる。
【符号の説明】
【００７７】
１  光学装置
２  顕微鏡装置（ＡＦ顕微鏡）
３  観察光学系
５  フォーカス用照明光学系
７  フォーカス用結像光学系
８  焦点位置調節レンズ
９  焦点位置調節レンズ駆動部
１０  可視光カットフィルタ
１１  ステージ
１２  対物レンズ
１３  第２対物レンズ
１４  カバーガラス
１５  スライドガラス
１６  ダイクロイックミラー
１７  第２ハーフミラー
１８  標本
２０  ＬＥＤ光源
２１  ＬＥＤ光源（ＬＥＤ）
２２  スリット板
２３  第２コレクタレンズ
２４  第１瞳制限マスク
２５  第１ハーフミラー
２６  ＡＦ用対物レンズ
２７  ＡＦ用リレーレンズ
２８  第２瞳制限マスク
２９  シリンドリカルレンズ
３０  ＡＦ用ＣＣＤセンサ（ＣＣＤ）
３１  ＡＦ用信号処理部
３４  ステージ駆動部
３５  電動リボルバ駆動部
３６  カメラ用対物レンズ
３７  カメラ用リレーレンズ
３８  カメラ用ＣＣＤセンサ
４１  ＣＰＵ
４２  メモリ
４３  入力部
４５  光量調整ドライバー
５１  焦点位置調節レンズ操作ダイアル
６０  微小信号処理回路
【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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