(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の交換可能な対物レンズと、
上記各対物レンズのうちの１つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、
上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段と
を有し、
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記各対物レンズの倍率に応じて上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする自動焦点顕微鏡。
【請求項２】
上記補正手段は、上記合焦検出光学系の光軸方向の所定の範囲内における任意の位置に上記補正レンズ群を移動可能な補正レンズ群移動機構と、この補正レンズ群移動機構を観察者が操作する入力部からの信号に応じて駆動する駆動手段とを具備し他ことを特徴とする請求項１記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項３】
複数の交換可能な対物レンズと、
上記各対物レンズのうちの１つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、
上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段と
を有し、
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする自動焦点顕微鏡。
【請求項４】
上記補正手段は、上記各対物レンズの倍率または開口数に応じて上記補正レンズ群の焦点距離を調整することを特徴とする請求項３記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項５】
上記補正手段は、上記検出光及び上記照明光の使用波長に応じて上記レンズ群の焦点距離を調整することを特徴とする請求項３記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項６】
上記補正手段は、観察者が操作する入力部からの信号に応じて上記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項３記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項７】
上記補正手段は、上記合焦検出光学系の光軸方向に沿った任意の位置に上記補正レンズ群を移動可能な補正レンズ群移動機構と、上記補正レンズ群移動機構を駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項３乃至６いずれかに記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項８】
対物レンズを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、
上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に移動可能な補正レンズ群を有し、上記反射光の結像位置を光軸方向に移動させて上記対物レンズを介した観察光学系の結像位置と上記合焦検出光学系の結像位置とのオフセット量を調整する補正手段と
を具備したことを特徴とする自動焦点顕微鏡。
【請求項９】
上記補正手段は、上記合焦検出光学系の光軸方向に上記補正レンズ群を移動可能な補正レンズ群移動機構と、上記補正レンズ群移動機構を観察者が操作する入力部からの信号に応じて駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項８記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項１０】
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を変更する焦点距離調整機構と、上記焦点距離調整機構を観察者が操作する入力部からの信号に応じて駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする請求項８記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項１１】
上記補正手段は、上記各対物レンズの倍率または開口数に応じて上記補正レンズ群の焦点距離を調整することを特徴とする請求項８乃至１０いずれかに記載の自動焦点顕微鏡。
【請求項１２】
複数の交換可能な対物レンズのうちの１つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を観察する観察光学系と、上記試料を載置するためのステージと、上記試料と上記対物レンズとの相対距離を調整する焦準機構とを有する顕微鏡に用いられる自動合焦検出装置において、
上記照明光とは異なる波長の検出光を射出する光源と、
上記光源からの検出光を上記対物レンズを介して上記試料に照射し、上記検出光の照射による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記焦準機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段と
を有し、
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする自動合焦検出装置。
【請求項１３】
対物レンズを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を観察する観察光学系と、上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、上記試料を載置するためのステージと、上記試料と上記対物レンズとの相対距離を調整する焦準機構とを有する顕微鏡に用いられる自動合焦検出装置において、
上記照明光とは異なる波長の検出光を射出する光源と、
上記光源からの検出光を上記対物レンズを介して上記試料に照射し、上記検出光の照射による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記焦準機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に沿って移動可能な補正レンズ群を有し、上記反射光の結像位置を光軸方向に移動させることで上記対物レンズを介した観察光学系の結像位置と上記合焦検出光学系の結像位置とのオフセット量を調整する補正手段と
を具備したことを特徴とする自動合焦検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察試料のピント位置の調整を自動的に行なうことの可能な自動焦点顕微鏡及び自動合焦検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、微細な資料を観察し、あるいは観察像をビデオ画像として記録することのできる顕微鏡が生物分野の研究をはじめ、工業分野の検査工程まで幅広く利用されている。このような顕微鏡を使用する場合、通常は焦準ハンドル操作により観察試料の焦点調節を行なうことでピント合わせ作業を実行する。しかるに、該作業は手動操作であるため、特に高倍対物レンズのように焦点深度が浅く合焦範囲が狭い場合には、素早くピント合わせ操作を行なうためにかなりの習熟を必要とする。
【０００３】
そして、このピント合わせ作業の操作性が悪いと、作業者の疲労、生産効率の低下という悪影響を及ぼすことになる。特に検査工程などのルーチン作業においては、この操作を素早く行なって検査時間を短縮することが非常に重要な課題となる。
【０００４】
そこで、このようなピント合わせ操作を自動的に行なうことのできる自動合焦機能を有した顕微鏡が種々提案され、またそれらの改善を目的とした提案も数多くなされてきた。
【０００５】
特許番号第２６１４８４３号では、合焦検出用の赤外光と実際に観察する可視光の波長差を補正すると共に、複数の対物レンズを使用した場合の各対物レンズの色収差により、自動焦点検出位置がバラつくことを補償するための手段が記載され、操作性の改善と製造コストの低減が提案されている。
【０００６】
また、多層形成された半導体ウェハのように段差のある標本に対して、それぞれの層の欠陥を漏れなく検出するために、特開平６−２８１４０９号のような提案がなされている。
【０００７】
さらに特開平８−４３７１７号では、検出側の光路を２分割し、各々倍率の異なる２種類の結像レンズを用いて異なる受光素子より検出信号を得ることで合焦位置の判定をより広範囲な領域において行ない、標本への対応性を向上させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明した特許番号第２６１４８４３号で提案されている方式は、対物レンズ毎に各々調整部が設けられ、それら対物レンズ毎に合焦位置からのオフセット値を設定、再現できるので対物レンズの色収差の補正には充分効果を発揮するものである。
【０００９】
しかしながら、標本自体のバラツキによる焦点の位置ずれに対しては考慮がなされていない。これは例えば、半導体ウェハなどのように表面に段差のある標本の段差の上下を各々観察したい場合に、そのいずれか一方の合焦位置に対しては有効であるが、もう片方の合焦位置にはピントが合わないという欠点が生ずるものである。この場合、他方の合焦位置を観察するためには、対物レンズ毎に設けられた調整部を操作して最適合焦位置をずらして観察を行なうか、自動焦点検出動作を一時中断し、手動でのピント合わせ操作を強いられる結果となっている。
【００１０】
また、上記特開平６−２８１４０９号では複数の焦点位置を観察するための検査装置が記載されており、ある特定の標本の完全なルーチン検査に対しては効果的である。すなわち、多層面の段差が予め分かっている単一標本の検査では有効な手段である。しかしながら、段差が異なる別の標本を観察する場合や標本の厚さが不明な場合など、標本の形状が変化した場合には迅速な対応を採ることができないという欠点がある。つまり、観察可能にするためにはフォーカスオフセット値を変更あるいは新規に登録し直す作業が必要となるが、その設定方法等に関する配慮がなされておらず、最悪の場合には設定操作が観察者とは別の、装置に精通した技術者が行なわなければならないケースも発生しかねない。したがって、複数の標本を観察しなければならない場合には適応することができないものとなっていた。
【００１１】
ところでこの種の焦点検出装置においては、その光学特性上、合焦位置判定の可能な範囲は対物レンズが高倍率になるほど狭くなる。これは検出側の結像レンズが固定倍率であることに起因しているため、上記特許番号第２６１４８４３号と特開平６−２８１４０９号の２つの発明においては、対物レンズ毎のオフセットや焦点位置の補正が可能であっても、対物レンズ等の光学系の倍率にともなって合焦判定の範囲やスピード、精度等の性能が変動してしまうことになる。
【００１２】
また上記特開平８−４３７１７号においては、上述した問題を回避するために検出側の光路を２分割し、各々倍率の異なる２種類の結像レンズを用いて結像された光電変換素子からの２種類の検出信号に基づき合焦判定を行なっている。しかしながら、このような構成とすることで同時に光学系、受光素子等の増加に伴う装置全体の大型化、価格の上昇等を招いてしまうことは避けられない。また、それぞれの結像レンズはやはり固定倍率なので、様々な倍率に応じた、最適な合焦動作を確保するまでには至らない。
【００１３】
さらに検出側の結像レンズの位置を移動させてフォーカスオフセットを行なう場合についても、結像レンズが低倍率の場合と高倍率の場合とではその移動幅が異なってオフセットの調整幅にも制限が生じてしまうため、上記特開平６−２８１４０９号にて明示されているような構成では、満足なフォーカスオフセット値の設定ができない虞がある。
【００１４】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、自動焦点検出を行なう際に対物レンズの倍率や標本の厚みに拘わらず、常に広範囲の合焦判定範囲を確保しながら使用者が観察したい任意の光軸方向位置へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことを可能とする一方、対物レンズの倍率等に拘わらず、常に余裕を持った調整幅にて自動合焦可能なあらゆる標本に対して合焦位置のオフセット調整を簡単、確実に設定できる、操作性に優れた自動焦点顕微鏡及び自動合焦検出装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数の交換可能な対物レンズと、上記各対物レンズのうちの１つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段とを有し、上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記各対物レンズの倍率に応じて上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする。
【００１６】
このような構成とした結果、自動焦点検出を行なう際に、各対物レンズの倍率により異なる焦点深度や試料の厚みに拘わらず、広範囲の合焦判定範囲を確保しながら使用者が観察したい任意の光軸方向位置へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことが可能となる一方、合焦位置のオフセット調整に際しても、対物レンズ倍率等に拘わらず、自動合焦可能なあらゆる標本に対して常に余裕を持った調整幅にて簡単且つ確実に設定することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はその全体構成を示しており、複数の対物レンズ３ａ，３ｂ、これら複数の対物レンズ３ａ，３ｂを取付可能なレボルバ本体２、このレボルバ本体２を回転させ、任意の対物レンズ３を光路中に挿入させるために電気的な駆動を行なうレボルバ用モータ１５、及びレボルバ本体２のどの対物レンズ取付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出するためのレボ穴位置検出部２１から電動レボルバが構成されている。
【００２１】
しかるにこの電動レボルバにおいて、コントロール部２５からの信号を受けるレボルバ用モータ駆動部１８の駆動制御により上記レボルバ用モータ１５が回転駆動され、またレボルバ本体２のどの穴位置に対物レンズ３が装着されているかを検出する設定するレボ穴位置検出部２１で検出された内容はそのままコントロール部２５へ送られる。
【００２２】
コントロール部２５は周知のＣＰＵ回路であり、図２に示す如くＣＰＵ本体２８、システムを制御するためのプログラムを格納したＲＯＭ２９と、制御に必要なデータを随時格納する揮発性メモリであるＲＡＭ３０、制御信号の入出力を行なうＩ／Ｏポート３１、及びこれらを接続するデータバス３２と、図示しない発振器、アドレスデコーダ等の周知の周辺回路から構成されるもので、このＩ／Ｏポート３１やデータバス３２から各々の周辺装置の制御を行なうことになる。
【００２３】
観察対象となる観察試料Ｓは、試料移動ステージ１上に載置されて対物レンズ３で観察できるようになっている。上記試料移動ステージ１は焦準用モータ１６に接続されており、電気的に試料移動ステージ１を光軸と垂直方向に上下動させることが可能となっている。この焦準用モータ１６は、焦準用モータ駆動部１９により駆動されるもので、焦準用モータ駆動部１９は上記Ｉ／Ｏポート３１を介してコントロール部２５からの制御を受ける。
【００２４】
オートフォーカスに使用される基準光源４としては、赤外線等の可視外光波長領域の光源が使用される。この基準光源４は、光源のパルス点灯等を行ない、光源の強弱をコントロールする光源駆動部２２より制御されるもので、基準光源４から発せられたレーザ光は平行光を保つためのコリメートレンズ５を通り、光束の半分をカットする投光側ストッパ６を介してＰＢＳ７でＰ偏光成分のみが反射され、標本側に導かれる。すなわち、集光レンズ群８により一旦集光された光束は色補正レンズ群９を通り、λ／４板１０を通過する時に４５°偏光され、ダイクロックミラー１１により反射される。
【００２５】
上記色補正レンズ群９は、色補正レンズ用モータ１７により焦点距離を変更するズーム機構と、光軸に対して垂直方向への移動を行なう機構の両方を兼ね備えた構成になっており、色補正レンズ用モータ駆動部２０によって駆動される。また、色補正レンズ群９の光軸方向における所定の範囲の両端にはリミット検出部３３が設けられており、上記色補正レンズ群９の光軸方向の移動範囲を制限している。
【００２６】
上記ダイクロックミラー１１は、赤外域のみが反射され、可視域は通過する性質をもっている。これにより、オートフォーカス用の赤外光はダイクロックミラー１１で反射し、標本を視察するための可視光すなわち観察光及び照明光が光路中に挿入された対物レンズ３を介してここでは図示しない接眼レンズに至って、観察することが可能になる。ダイクロックミラー１１により反射された光束は、対物レンズ３により観察試料Ｓにスポット状の像を形成する。そして、観察試料Ｓにより反射された光束は、今度は逆に対物レンズ３、ダイクロックミラー１１を介し、λ／４板１０を再び通過する時にさらに４５°偏光され、Ｓ偏光成分に切換わる。その後、色補正レンズ群９、集光レンズ群８を戻り、ＰＢＳ７へ入射する。ここで光束は上述した如くＳ偏光成分になっているので、そのままＰＢＳ７を透過し、受光側ストッパー１２、集光レンズ群１３を通過した後にフォトダイオード（以下「Ｐ．Ｄ．」と略称する）１４に結像される。Ｐ．Ｄ．１４は、光軸を中心に２個のフォトダイオード（センサＡ，Ｂ）が並ぶ光検出器である。Ｐ．Ｄ．１４で結像されたスポットの光強度に応じた電流信号は増幅器２３で電流／電圧変換された後に所定の増幅率をもって増幅され、その後Ａ／Ｄ変換器２４にてデジタル値に変換されてからコントロール部２５で演算処理される。
【００２７】
また、観察を行なうものが直接操作する操作部としては、レボルバ本体２を回転させて光路に挿入されている対物レンズ３を任意倍率のものに変更するための図示しない対物レンズ変換ＳＷ、オートフォーカス動作の設定／解除を行なうオートフォーカススイッチ、及び焦準部の上下動、及び色補正レンズ群９の移動を指示するためのＪＯＧエンコーダ（Ｅ）２７が設けられ、このうちＪＯＧエンコーダ２７のエンコーダ信号はパルスカウンタ２６にてパルス数に変換されてコントロール部２５に送られる。コントロール部２５はこのパルスカウンタ２６からのパルス数を読込むことで上記ＪＯＧエンコーダ２７がどちらの方向にどれだけ回転されたかを判断し、ＪＯＧエンコーダ２７の回転量に応じて各々の駆動部を動かすようになっている。
【００２８】
次に上記第１の実施の形態の特にオートフォーカス動作を行なった場合について説明する。図１では示さなかったオートフォーカススイッチが押下されると、コントロール部２５はオートフォーカス用の赤外光のスポットを観察試料Ｓに照射させるために光源駆動部２２に信号を与え、基準光源４の発振を開始する。
【００２９】
基準光源４からの光束で観察試料Ｓにスポットを照射し、その反射がＰ．Ｄ．１４に投影されるもので、この投影されたスポットの位置により実際のオートフォーカス制御を行なう。
【００３０】
ここで、今回の実施の形態に記載されているオートフォーカス動作の原理を簡単に説明する。いま、仮に試料移動ステージ１の位置が合焦位置より上、すなわち対物レンズ３に近い場合を想定すると、基準光源４からのスポットは観察試料Ｓから早く反射され、Ｐ．Ｄ．１４に結像されるスポット像は、図３（ａ）のようになり中心位置からセンサＢ寄りに、且つ強度が弱まって結像される。
【００３１】
反対に、試料移動ステージ１が合焦位置より下にある場合、すなわち対物レンズ３から遠い場合には、スポットは図３（ｃ）のようにセンサＡ寄りに結像される。
【００３２】
また、試料移動ステージ１が正確に合焦位置にある場合のスポットの形状は、図３（ｂ）に示すようにセンサＡ，Ｂ共に均等な範囲でほぼ光軸の中心に結像する。しかも、この場合は焦点位置にあるために中心の光強度は最も高くなっている。
【００３３】
このようなスポットの動き、強さを判断しながらコントロール部２５は次式  ∫｛（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝＝０
となる点に試料移動ステージ１を移動することによりオートフォーカス動作を行なう。センサＡの出力が大きい場合は試料移動ステージ１を上に駆動し、センサＢの出力が大きい場合は下に移動する。かくして、観察試料１の表面に正確に合焦できることになる。
【００３４】
ところが、ここで一つ大きな不具合が発生する。すなわち、オートフォーカス動作を行なう基準光源４は赤外光であり、実際の可視光とは波長が異なるため、色収差によりオートフォーカス装置が合焦と判断していても可視光領域ではピントがずれるという事態が生ずる。そこで設置されるのが色補正レンズ群９である。コントロール部２５は、補正レンズ用駆動部２０に駆動指示を与え、色補正レンズ用モータ１７を駆動して色補正レンズ群９の光軸方向に対する移動量を調整し、Ｐ．Ｄ．１４の結像位置の補正を行なう。この補正移動量は対物レンズ３の特性、基準光源４の使用波長によりある程度限定できることから、装置組立て、調整時に予め対物レンズ毎の補正移動値をＲＯＭ２９あるいはその他の記憶媒体、例えば不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ等に記憶しておくことで、そのデータに基づき補正作業が可能となる。また、この補正移動量は各対物レンズ３により各々異なるので、使用される対物レンズ３毎に記憶されている。
【００３５】
また色補正レンズ群９には、もう一つ重要な役割がある。以下、この役割について説明する。
コントロール部２５に入力される光検出器からのセンサＡ，Ｂの両出力信号は図４（ａ）に示すような特性となり、上記コントロール部２５において演算処理された信号は図４（ｂ）に示すような特性となる。すなわち、高倍の対物レンズ装着時と低倍の対物レンズ装着時との信号の形状は大きく異なり、高倍になる程、非測定面の変位、すなわちステージの上下方向における、信号が現れる範囲が狭くなる。この原因は、対物レンズ毎のＮＡの違いによるものであり、ＮＡの大きい高倍の対物レンズを用いて検出した信号は、各々の信号におけるピーク間の距離が狭くなり、さらに急峻な上昇、下降を呈することとなる。
【００３６】
一般に合焦位置検出装置では、図４（ａ）または図４（ｂ）に示すような信号のどちらか一方、または両方を用いて合焦位置の判定を行なうため、これらの信号の検出可能な範囲が狭いと上記範囲を検索するために時間を費やし、結果として合焦判定に時間がかかることとなる。
【００３７】
この問題は、色補正レンズ群９に焦点距離調節手段としてズーム機能を持たせることで回避できる。すなわち、低倍の対物レンズには色補正レンズ群９の焦点距離を小さく、逆に高倍対物レンズ装着時には焦点距離を大きくすることで、各対物レンズ間のＮＡの違いによる上記検出信号の形状のばらつきを解消し、常に十分な合焦判定範囲を確保することが可能となる。この色補正レンズ群９の焦点距離補正値についても、先述の補正移動量と同様、対物レンズの種類によりその値を特定できるため、予め対物レンズ毎の焦点距離補正値をＲＯＭ２９あるいはその他の記憶媒体、例えば不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ等に使用される対物レンズ３毎に記憶設定するものとすれば、記憶されているデータに基いた補正作業が可能となる。これにより観察像へのピント合わせが完了する。
【００３８】
したがって、本実施の形態においてオートフォーカス動作が開始される前に、上記色補正レンズ群９は装着されている各対物レンズ３毎に応じた補正移動値、及び焦点距離補正値に基づいて補正を行ない、各対物レンズ３に応じた最適なオートフォーカス動作の環境を設定するものとする。
【００３９】
以上のような色補正レンズ自動調整がなされた状態で、最終的に観察像へのピント合わせが完了する。
最後に、オートフォーカス動作中の対物レンズ変換時の動作について説明する。
【００４０】
オートフォーカス動作中に図示されない対物レンズ３の切換えスイッチが押下された場合、コントロール部２５はまず対物変換動作を行なうに当たり、光源駆動部２２の発振を停止し、Ａ／Ｄ変換器２４からのデータ取得及び演算処理を停止すると共に、実行中のオートフォーカス動作を一時中断する。その上で、レボルバ用モータ駆動部１８を駆動し、レボルバ用モータ１５によりレボルバ本体２へ回転指示を与える。レボルバ本体２の回転が完了して新しい対物レンズ３が光路中に挿入されると、コントロール部２５はレボ穴位置検出部２１からの情報を読込み、現在光路中に挿入されている対物レンズ３の倍率を確認し、それに対応した色収差補正レンズ群９の各補正値をＲＯＭ２９もしくは図示しない不揮発性メモリから読込み、その値に従って補正レンズ用駆動部２０を駆動して色補正レンズ用モータ１７を回転させ、色補正レンズ群９の焦点距離及び位置を調整した後に、あらためて上記オートフォーカス動作を再開する。
【００４１】
かくして、本実施の形態によれば、自動焦点検出を行なう際に対物レンズの倍率や標本の厚みに関わらず、広範囲の合焦判定範囲を確保しながら、使用者が観察したい任意の位置（Ｚ方向）へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことが可能となるものである。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
この第２の実施の形態については、オートフォーカス動作中のオフセット機構について説明する。なお、オートフォーカス動作自体については上記第１の実施の形態と同様であり、全体の構成は上記図１及び図２と同様であるものとして、同一部分には同一符号を用いて、ここではその図示及び説明を省略する。
【００４３】
しかるに上述した第１の実施の形態と同様のオートフォーカス動作を行なってピント合わせが終了した際に生じる、実際に作業者の観察したい部位にピントが合っているかどうかという懸念について考える。すなわち、観察試料Ｓに照射されるスポット径は非常に小さく、実際の作業者が観察した部位にスポットが当たっているとは限らない。また、スポット内にいくつもの段差がある場合などは、Ｐ．Ｄ．１４から正確な出力が得られない場合が発生する。これを解決するために本実施の形態では、オートフォーカス動作中に以下のような動作を行なうものとする。
【００４４】
オートフォーカス動作中、コントロール部２５はＰ．Ｄ．１４からの入力により合焦検出動作を行なうのと同時に、パルスカウンタ２６のデータを読込んでＪＯＧエンコーダ２７の監視を行なう。ＪＯＧエンコーダ２７で回転指示による信号が発生した場合、これを受けたコントロール部２５は補正レンズ用駆動部２０に駆動指示を与え、色補正レンズ群９の焦点距離を固定したまま、その位置のみを移動させる。これにより、オートフォーカス動作中に色補正レンズ群９が移動すると、当然ながらＰ．Ｄ．１４へのスポット形状が変化する。それに対応すべくコントロール部２５は、今度は焦準用モータ駆動部１９に駆動信号を与え、試料移動ステージ１を移動させる。このような動作を繰返し実行することで結果的に装置が検出した合焦位置からオフセット値が付加設定され、作業者が観察したい部位へ合焦させることができる。また、作業者による上記オフセット動作により色補正レンズ群９の光軸方向の位置があらかじめ制限されている範囲の両端のいずれか一方に達した場合、リミット検出部３３によりコントロール部２５に信号が送られ、コントロール部２５はこれを受けて図示しない操作部の警告ランプやブザー等の手段を用いて、作業者にその旨を通知するものとする。
【００４５】
ここで操作して決定したオフセット値、すなわち色補正レンズ群９の光軸方向の移動量は、対物レンズ変更後もＲＡＭ３０内に対物レンズ毎に記憶され、同一の対物レンズに戻した場合などは、上述の説明と同様に対物レンズを所望の倍率に変更した後に色補正レンズ群９を対応するオフセット値の位置まで移動し、それからオートフォーカス動作が再開されるので、対物レンズを変更した場合でも常に観察したい位置に正確にピントの合った観察を行なうことが可能である。
【００４６】
ここで考慮すべきことに、対物レンズ毎のオフセット調整幅、及び分解能がある。すなわち、従来の固定倍率による色補正レンズでは、上述した通り対物レンズの倍率、特にＮＡによって検出信号の形状が異なるため、対物レンズ毎のオフセット調整に際する色補正レンズの移動量が非常に異なる。例えばある標本において現在のピント位置から１μｍずらした位置にオートフォーカスをかけたい場合、低倍の対物レンズでは色補正レンズをμｍオーダーで移動させれば良いのに対して、高倍の対物レンズではｍｍオーダーの移動量を要する、といったことが起こり得る。その結果、高倍対物レンズではオフセット調整に費やす時間の増加、及びオフセット可能な範囲が制限され、満足な機能を果たすことができなくなってしまうことが考えられる。
【００４７】
しかしながら本実施の形態の装置においては、色補正レンズ群９に焦点距離調節機構を備え、対物レンズの倍率毎に最適な調整がなされているため、対物レンズの種類に拘わらず常に一定のレンズ移動量でオフセット動作を行なうことができる。したがってオフセット可能な範囲についても、対物レンズの倍率に依存することなく、色補正レンズ群９の移動範囲を広くとれば、その分だけどの倍率の対物レンズに対しても余裕のあるオフセット動作が可能となっている。
【００４８】
ただし、ここでの移動量はあくまでも標本や観察場所に左右される場合のオフセット値であるので、上記第１の実施の形態において説明した、色収差による装置自体に必ず持っている固有のオフセット値とは基本的には別のものであることを付け加えておく。したがって、ＲＡＭ３０へのデータ記憶の際には各々別のデータとして記憶、保存しておくことが望ましい。
【００４９】
かくして、本実施の形態によれば、オートフォーカス動作中のピント位置のオフセット調整に際しても、対物レンズ倍率等に拘わらず常に余裕を持った調整幅にて、自動合焦可能なあらゆる標本に対して簡単且つ確実に設定できる手段を設けたこと、及びオフセット動作におけるリミット警告機能を付加したことにより、作業者に分かり易く、操作性に優れた顕微鏡が提供できることとなる。属部品が両端部に取り付けられていても、ファイバーを開口部に確実に挿通させることができる。
【００５０】
なお、上記第１及び第２の実施の形態においては、試料移動ステージ１を光軸に沿って上下させる場合の装置構成で説明を行なったが、これに代えてレボルバを上下させる方式あるいはその他の方式であってもその効果は損なわれない。
【００５１】
また、色補正レンズ群の焦点調節機構としてはズーム方式や複数のレンズの着脱方式等、焦点距離の変更の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。さらに、本実施の形態において説明したオートフォーカスは、アクティブ方式のうちの瞳分割方式に属するものであるが、発明の趣旨を逸脱しない限り、他の方式を用いたオートフォーカス装置にも容易に転用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、自動焦点検出を行なう際に、各対物レンズの倍率により異なる焦点深度や試料の厚みに拘わらず、広範囲の合焦判定範囲を確保しながら使用者が観察したい任意の光軸方向位置へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことが可能となる一方、合焦位置のオフセット調整に際しても、対物レンズ倍率等に拘わらず、自動合焦可能なあらゆる標本に対して常に余裕を持った調整幅にて簡単且つ確実に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る全体構成を示す図。
【図２】図１のコントロール部の詳細な回路構成を示すブロック図。
【図３】同実施の形態に係るフォトダイオードへのスポット光の結像状態を示す図。
【図４】同実施の形態に係る光検出器からの信号の特性を示す図。
【符号の説明】
１…試料移動ステージ
２…レボルバ本体
３ａ，３ｂ…対物レンズ
４…基準光源
５…コリメートレンズ
６…投光側ストッパ
７…ＰＢＳ
８…集光レンズ群
９…色補正レンズ群
１０…λ／４板
１１…ダイクロックミラー
１２…受光側ストッパー
１３…集光レンズ群
１４…フォトダイオード（Ｐ．Ｄ．）
１５…レボルバ用モータ
１６…焦準用モータ
１７…色補正レンズ用モータ
１８…レボルバ用モータ駆動部
１９…焦準用モータ駆動部
２０…色補正レンズ用モータ駆動部
２１…レボ穴位置検出部
２２…光源駆動部
２３…増幅器
２４…Ａ／Ｄ変換器
２５…コントロール部
２６…パルスカウンタ
２７…ＪＯＧエンコーダ（Ｅ）
２８…ＣＰＵ本体
２９…ＲＯＭ
３０…ＲＡＭ
３１…Ｉ／Ｏポート
３２…データバス
３３…リミット検出部
Ｓ…観察試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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