(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察体を載置する載置手段と、
この載置手段に載置する観察体と対峙させる対物レンズと、
前記載置手段と対物レンズとの少なくとも一方を駆動する駆動手段と、
前記対物レンズを介して観察体像を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系の結像点に関して共役な前方位置及び後方位置に光路差をつける光路差光学系と、
前記光路差光学系を介して観察体像を撮像する撮像手段と、
この撮像手段による撮像情報を基に観察体の合焦度を求めて前記駆動手段を動作させ、載置手段に載置する観察体を合焦位置へ導く制御手段と、
を有する顕微鏡用のオートフォーカス装置において、
前記制御手段は、
観察体の有無を前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値の和及びデフォーカス値に関する閾値により判断する観察体サーチモードと、
観察体を前記対物レンズの焦点深度より大きい合焦判定幅を用いた低合焦精度でラフピント位置へ合わせ込むラフフォーカスモードと、
このラフフォーカスモードにより合わせたラフピント位置に対して、少なくとも２箇所の観察体の前後合焦度を求める前後デフォーカス検出モードと、
この前後デフォーカス検出モードにより求めた少なくとも前後合焦度から観察体の高合焦精度の合焦度を直線近似し、観察体を前記対物レンズの焦点深度よりも小さいゼロクロスポイントであるピント位置へ合わせ込むファインフォーカスモードと、
この４モードのオートフォーカス制御モードを具備したことを特徴とする顕微鏡用のオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記対物レンズの倍率を検出し、該対物レンズの倍率が１０倍以上で焦点深度が通常用いられる観察体の厚みより十分大きい場合は前記ラフピント位置にてオートフォーカス動作を終了することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記対物レンズの倍率を検出し、該対物レンズの倍率が１倍以下の超極低倍である場合、又は、前記載置手段と対物レンズとの少なくとも一方の駆動可能範囲が十分でない場合に、前記サーチモードを省略することが可能であることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記前後デフォーカス検出モードにおいて、前記対物レンズが１倍以下のような超極低倍の場合に、観察体のコントラスト値の判定を行い、コントラスト値が所定値以上の場合のみファインフォーカスモードに移行することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記前後デフォーカス検出モードにおいて、前記ラフフォーカスモードにより合わせたラフピント位置に対して、前後２箇所または、前後いずれか片方の２箇所のデフォーカス値を検出することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡用のオートフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡等の光学機器の焦点検出に関する技術は多方面に亘り提案されており、その中の一つに光路差方式を用いたオートフォーカス装置がある。
【０００３】
光路差方式を用いた顕微鏡のオートフォーカス装置では、特に以下の２点が課題となっている。
【０００４】
１．顕微鏡の対物レンズは、１倍以下のような超極低倍率から、１００倍のような高倍率までのものが存在するため、このような対物レンズの倍率範囲に合わせたオートフォーカス制御が必要となる。
【０００５】
２．観察体である標本のコントラストが低い場合、標本（物体）の合焦度を示すデフォーカス信号のピント位置でのＳ／Ｎ比が悪化し、合焦精度が低下する。
【０００６】
このような従来の課題について以下に説明する。対物レンズの倍率の変化に伴うコントラスト値（デフォーカス信号）の特性を図７（ａ）乃至（ｃ）に示す。
図７の縦軸は標本のコントラスト値を示し、横軸はステージのＺ方向（光軸方向）の位置を示している。
【０００７】
図７に示すように、対物レンズの倍率が高低に変化する場合、標本面の位置に対する光路差は対物レンズの倍率の２乗に反比例する。即ち、対物レンズが低倍率の時には、前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値の両特性が、図７（ｂ）に示すように理想的な場合に比べて図７（ａ）に示すように離れすぎ、実際のピント位置でのコントラスト値が低下してしまうため、Ｓ／Ｎ比が悪化してしまう。
【０００８】
これに対して、対物レンズの倍率が高倍率の場合には、図７（ｃ）に示すように、前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値の特性が近すぎて、前ピント位置と後ピント位置との差が出にくくなる。このため、オートフォーカス制御を実行する場合の光路差が出にくくなってしまう。
【０００９】
即ち、従来の顕微鏡用のオートフォーカス装置では、低倍率では標本のコントラスト値のＳ／Ｎ比の悪化により、また、高倍率では光路差が出にくいことにより、いずれもオートフォーカス制御が困難となるという課題が生じる。
【００１０】
また、低コントラスト値の標本に対しては、光路差方式の特性上、標本のコントラスト値が最大値よりも低い部分で合焦判定が行われるため、合焦精度が落ちてしまう。この合焦精度の悪化は、低倍率になるほど大きく影響することは明白である。
【００１１】
上述したような従来の課題に対して、例えば特開昭５９−１０９１３号公報に開示された焦点検出装置においては、対物レンズの倍率に反比例したズーム機構を光路中に挿入し、対物レンズ倍率による光路差の変化を相殺している。
また、特開昭６３−７８１１３号公報に開示された顕微鏡の自動焦点調整機構では、対物レンズの倍率に応じて同じく光路差を可変とするプリズムを挿入し、同様に光路差の変化を抑制している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したようなオートフォーカス装置は、いずれもズーム機構やプリズムの切換機構等の光路差可変機構を必要とするため、顕微鏡の大型化や、コストアップを生じるばかりでなく、ズーム機構の同焦やプリズムの調整が不可欠となり、顕微鏡としての信頼度を著しく低下させてしまう。
【００１３】
また、低コントラスト値の標本に対しては、同一標本内でもコントラスト値が高い部分と低い部分が存在するため、上述のように光路差を切り換えることによって合焦精度を確保する対応は不可能である。
【００１４】
そこで、本発明は、装置の大型化やコストアップを招くことなく、対物レンズの倍率の変化や低コントラスト値の標本に対しても高い合焦精度を確保し、かつ、信頼性の高い顕微鏡用オートフォーカス装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、観察体を載置する載置手段と、この載置手段に載置する観察体と対峙させる対物レンズと、前記載置手段と対物レンズとの少なくとも一方を駆動する駆動手段と、前記対物レンズを介して観察体像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の結像点に関して共役な前方位置及び後方位置に光路差をつける光路差光学系と、前記光路差光学系を介して観察体像を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像情報を基に観察体の合焦度を求めて前記駆動手段を動作させ、載置手段に載置する観察体を合焦位置へ導く制御手段と、を有する顕微鏡用のオートフォーカス装置において、前記制御手段は、観察体の有無を前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値の和及びデフォーカス値に関する閾値により判断する観察体サーチモードと、観察体を前記対物レンズの焦点深度より大きい合焦判定幅を用いた低合焦精度でラフピント位置へ合わせ込むラフフォーカスモードと、このラフフォーカスモードにより合わせたラフピント位置に対して、少なくとも２箇所の観察体の前後合焦度を求める前後デフォーカス検出モードと、この前後デフォーカス検出モードにより求めた少なくとも前後合焦度から観察体の高合焦精度の合焦度を直線近似し、観察体を前記対物レンズの焦点深度よりも小さいゼロクロスポイントであるピント位置へ合わせ込むファインフォーカスモードと、この４モードのオートフォーカス制御モードを具備したことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、まず観察体の有無を前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値の和及びデフォーカス値に関する閾値により判断する観察体サーチモードにより観察体をサーチした後、観察体を前記対物レンズの焦点深度より大きい合焦判定幅を用いた低合焦精度でラフピント位置へ合わせ込むラフフォーカスモードによりラフに観察体像のピント合わせをしてから、前後デフォーカス検出モードによりラフピント位置に対して、少なくとも２箇所の観察体の前後合焦度を求め、さらにファインフォーカスモードにより前後合焦度から観察体の高合焦精度の合焦度を直線近似し、観察体を前記対物レンズの焦点深度よりも小さいゼロクロスポイントであるピント位置へ合わせ込むように構成しているので、装置の大型化やコストアップを招くことなく、対物レンズの倍率の変化や低コントラスト値の標本に対しても高い合焦精度を確保し、かつ、信頼性の高い顕微鏡用のオートフォーカス制御が可能となる。
【００１７】
請求項２記載の発明は請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置において、前記制御手段は、前記対物レンズの倍率を検出し、該対物レンズの倍率が１０倍以上で焦点深度が通常用いられる観察体の厚みより十分大きい場合は前記ラフピント位置にてオートフォーカス動作を終了することを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、対物レンズの倍率やＮＡ（開口数）等の結像性能の変化に伴う焦点深度と通常用いられる標本厚の相関関係を考慮し、前記対物レンズの倍率を検出し、該対物レンズの倍率が１０倍以上で焦点深度が前記観察体の厚みより十分大きい場合は前記ラフピント位置にてオートフォーカス動作を終了するようにしているので、対物レンズ倍率に代表される結像性能の変化に応じた早い合焦速度を確保できる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置において、前記制御手段は、前記対物レンズの倍率を検出し、該対物レンズの倍率が１倍以下の超極低倍である場合、又は、前記載置手段と対物レンズとの少なくとも一方の駆動可能範囲が十分でない場合に、前記サーチモードを省略することが可能であることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、上述した各場合にサーチモードを省略することから、早い合焦速度を確保できる。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置において、前記前後デフォーカス検出モードにおいて、前記対物レンズが１倍以下のような超極低倍の場合に、観察体のコントラスト値の判定を行い、コントラスト値が所定値以上の場合のみファインフォーカスモードに移行することを特徴とするものである。
この発明によれば、対物レンズが１倍以下のような超極低倍の場合には、Ｓ／Ｎ比を確保するために行う前後デフォーカス検出モード時に、標本の低コントラスト値の判定をも行うものであるから、超極低倍のためにステージストロークが確保できず、標本のサーチが困難な場合でも、確実にオートフォーカス制御を実行できる。
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の顕微鏡用のオートフォーカス装置において、前記前後デフォーカス検出モードにおいて、前記ラフフォーカスモードにより合わせたラフピント位置に対して、前後２箇所または、前後いずれか片方の２箇所のデフォーカス値を検出することを特徴とする。
この発明によれば、標本が低コントラストの場合や、対物レンズの倍率を種々変化させた場合でも、特殊な光学系を用いることなく安定し、かつ、高い合焦精度を得ることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
（実施の形態１）
まず、図１を参照して本発明の顕微鏡用のオートフォーカス装置の実施の形態１を説明する。
【００２２】
本実施の形態１のオートフォーカス装置を含む顕微鏡は、図１に示すように、上下方向に移動可能なステージ１に積載した観察体である標本Ｓを下方から照明するための光源２を備えており、光源２からの照明光は、減光のためのＮＤフィルタ３、視野絞り４、コンデンサレンズ５を介して標本Ｓに入射するようになっている。この標本Ｓからの光束は、レボルバ方式の鏡筒部１６に回転可能に配置された対物レンズ６を通過して、その一部が接眼レンズ７へ導かれ、その他の光束はオートフォーカスセンサヘッド８に入射するようになっている。オートフォーカスセンサヘッド８に入射した光束は、結像レンズ９及び光路差プリズム１０を介して、撮像手段である撮像素子１１の入射面に結像する。
【００２３】
そして、制御手段であるＣＰＵ１２が、撮像素子１１からの標本像信号から合焦判定を行い、状態に応じて標本Ｓを合焦位置へと移動させるために前記ステージ１の移動量及び方向を示す駆動信号を算出し、ステージ駆動装置１３に送信して、このステージ駆動装置１３により例えばステージ上下機構部１５を駆動し、ステージ１を図１において上下方向に移動するようになっている。
【００２４】
また、前記鏡筒部１６には、詳細説明は省略するが対物レンズ６の種類（倍率）を検出する検出部が内蔵され、この検出部の検出結果、即ち、現在標本Ｓに対峙する光路にどのような倍率の対物レンズ６が挿入されているかを意味する検出結果がＣＰＵ１２に送られるようになっている。
【００２５】
さらに、ＣＰＵ１２には、外部コントローラ１４からのユーザー操作による対物レンズ６の倍率設定信号等が入力され、これによりＣＰＵ１２は、やはり詳細説明は省略するが前記倍率設定信号に基づき前記レボルバ方式の鏡筒部１６を駆動して、種々の倍率の対物レンズ６を前記ステージ１上の標本６に臨ませるようになっている。
【００２６】
ここで、本実施の形態１のオートフォーカス装置における合焦制御について詳しく説明する。本オートフォーカス装置の合焦制御は、以下のような４種の制御モードに区別することができる。
【００２７】
ａ．標本Ｓをサーチするサーチモード。
ｂ．標本Ｓに対する合焦精度を落とした状態で、一旦ピント合わせを行うラフフォーカスモード。
ｃ．ラフフォーカスモードでの処理後のステージ位置に対して、前後（前ピント位置、後ピント位置）の合焦状態を検出する前後デフォーカス検出モード。
ｄ．前後デフォーカス検出モードからの標本合焦度を直線近似し、標本Ｓを高精度にピント位置へと導くファインフォーカスモード。
【００２８】
以上のａ乃至ｄの各モードを、光路差方式で実行する動作を、図２を参照して説明する。
【００２９】
図２（ａ）は前ピント位置、後ピント位置の標本像のコントラスト値の特性を示したものであり、横軸は標本のステージ１上の位置を、縦軸はコントラスト値を示すものである。
【００３０】
また、コントラスト値は下記数１で示すように、撮像素子１１により検出した標本像の隣り合う画素信号Ｄk 、Ｄk-1 の差分信号の絶対値を積和して求めたものである。
【００３１】
【数１】
0004322971.tif 000002
【００３２】
また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す後ピント位置のコントラスト値の特性曲線から前ピント位置のコントラスト値の特性曲線の差分を求めたものであり、一般的にＳ字カーブと呼ばれるものである。
【００３３】
また、図２（ｃ）は、前ピント位置のコントラスト値の特性曲線と、後ピント位置のコントラスト値の特性曲線とを加算処理した特性曲線を示す。
【００３４】
図２（ｄ）は、図２（ｂ）に示すピント位置付近の特性を拡大して示すものである。図２（ｄ）に示すように、ピント位置付近では標本が低コントラストの場合、そのコントラスト値が非直線状にばらついたものとなる。
【００３５】
次に、本実施の形態１におけるオートフォーカス（ＡＦ）制御モードの動作を図３をも参照して説明する。
【００３６】
サーチモードでは、図２（ｃ）中に示す前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値の和が所定値ＴＨｃ以上となり、かつ、デフォーカス値が図２（ｂ）中に示す所定値ＴＨｂ以上となっているか判断する（ステップＳ１）。前記コントラスト値の和が所定値ＴＨｃ、ＴＨｂ以下の場合は、ステージ１をコントラスト値の和が所定値ＴＨｃ、ＴＨｂ以上となるまで駆動する（ステップＳ２）。
【００３７】
ラフフォーカスモードでは、デフォーカス値が図２（ｄ）中に示す所定値ＴＨｄ1 内かチェックし（ステップＳ３）、所定値ＴＨｄ1 以内になるようにステージ１を駆動する（ステップＳ４）。
【００３８】
前後デフォーカス検出モードでは、ステージ１を対物レンズ６の種類ごとに異なる駆動量Ｓｄ分上げ、Ｓ字カーブのデフォーカス値ＤＶｕをストアする（ステップＳ５）。
【００３９】
次にステージ１を所定量（２×Ｓｄ）下げ、Ｓ字カーブのデフォーカス値ＤＶｄをストアする（ステップＳ６）。ファインフォーカスモードでは、デフォーカス値ＤＶｕとＤＶｄ及び駆動量Ｓｄから下記数２で求もるゼロクロスポイントであるピント位置までの距離Ｄを算出する（ステップＳ７）。
【００４０】
【数２】
0004322971.tif 000003
【００４１】
そして、ステージ１を距離Ｄだけピント位置まで駆動し（ステップＳ８）、ＡＦ動作を終了する（ステップＳ９）。
【００４２】
以上の様に制御される本実施の形態１のオートフォーカス装置は、従来の装置では得られなかった合焦精度を得ることが可能となる。
【００４３】
例えば、図４に示すようなピント位置でデフォーカス値がばらつく様な標本Ｓでは、従来のオートフォーカス装置では、デフォーカス値がα以下なら合焦と判断するような制御のため、デフォーカス値のばらつきの影響を受け、本来の追い込むべき図４に示す合焦範囲Ｐ1 より手前のステージ位置（図４中Ｎ1 ）で合焦と判断してしまったり、ピント位置付近でステージサーボが異常となるいわゆるハンチングが起きてピントが甘くなったり、オートフォーカス装置が誤動作してしまったりする。
【００４４】
一方、本実施の形態１のオートフォーカス装置では、デフォーカス値のばらつきの影響がないステージ位置を用いての合焦判定を行うため、ハンチングが生じる可能性はない。また従来装置のような合焦と判断するデフォーカス値α等がないため、標本Ｓの低コントラストの影響がなく安定して合焦精度を得ることが可能となる。
【００４５】
従って、本実施の形態１のオートフォーカス装置は、標本Ｓが低コントラストの場合や、対物レンズ６の倍率を種々変化させた場合でも、特殊な光学系を用いることなく安定し、かつ、高い合焦精度を得ることが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態１では、ステージ駆動装置１３によるステージ１の駆動によって標本Ｓに対する合焦動作を行っているが、図示しないズーム光学系や前記対物レンズ６の合焦駆動による合焦動作を行っても、本実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
さらに本発明の前後デフォーカス検出モードでは、ラフフォーカスモード位置の前後のデフォーカス値を採用しているが、これを前後いずれか片方の２点のデフォーカス値を検出し、直線近似してファインフォーカスモードを実行するようにしても上述した場合と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２の顕微鏡用オートフォーカス装置の構成は、既述した実施の形態１と同様であるため、ここでは本実施の形態２の特徴である対物レンズ６の倍率の変化に応じたオートフォーカス制御について説明する。
【００４９】
オートフォーカス制御は、対物レンズ６の合焦範囲であるいわゆる焦点深度と密接な関係がある。標本位置における対物レンズ６の焦点深度は、波長をλ、開口数をＮＡとするとき、下記数３のように表すことができる。
【００５０】
【数３】
0004322971.tif 000004
【００５１】
例えば、対物レンズ６の倍率とＮＡと焦点深度との関係は下記表１のようになる。尚、表１は波長λ＝５５５［ｎｍ］の光を用いて測定した。
【００５２】
【表１】
0004322971.tif 000005
【００５３】
表１によると、例えば対物レンズ６の倍率が１．２５倍の場合には、焦点深度は３４３［μｍ］となり、対物レンズの倍率が１０倍の場合には、焦点深度は３．４［μｍ］となる。
【００５４】
一方、標本Ｓの厚みは、通常１０［μｍ］程度である。前記対物レンズ６の焦点深度に対する標本Ｓの厚みを比較すると、対物レンズ６の倍率が１倍の場合には焦点深度の１／３０に合焦制御を行わなければならないのに対し、対物レンズの倍率が１０倍の場合には、焦点深度の３倍となり、合焦制御は倍率が１倍の場合に比べラフにすればよいことがわかる。
【００５５】
そこで、本実施の形態２では標本の厚みを考慮し、対物レンズ６の種類により合焦制御モードを可変させている。本実施の形態２の動作を図５を参照して説明する。
【００５６】
本発明の実施の形態２において、オートフォーカス動作が開始すと（ステップＳ１１）、実施の形態１の場合と同様にサーチモードとなり、前ピント位置と後ピント位置のコントラスト値の和が所定値Ｔｈｃ以上、かつ、Ｓ字カーブが所定値ＴＨｂ以上となるまで（ステップＳ１２）、ステージ１が駆動される（ステップＳ１２Ａ）。次にラフデフォーカスモードとなり、Ｓ字カーブが所定値Ｔｈｄ1 以内になるように（ステップＳ１３）、ステージ１が駆動される（ステップＳ１３Ａ）。
【００５７】
ここで、現在の対物レンズ６の倍率を検出しその倍率が１０倍以上で（ステップＳ１４）、その焦点深度に対して標本Ｓの厚みが十分大きい場合には、ここでオートフォーカス動作が終了する（ステップＳ１５）。
【００５８】
また、焦点深度に対して標本Ｓの厚みが小さい場合には、前後デフォーカス検出モード（ステップＳ１６）、ファインフォーカスモードを実行した後（ステップＳ１７）、オートフォーカス動作を終了する（ステップＳ１８）。
【００５９】
ところで、対物レンズ６の倍率が、１倍以下のような超極低倍の場合のＳ字カーブは、表１の焦点深度の値でわかるように非常に広範囲でＳ字カーブを得ることができる。一方、ステージ１の上下できる可動範囲は通常２０［ｍｍ］程度であるため、標本Ｓをステージ１上に載せるだけでＳ字カーブを得られることになる。
【００６０】
従って、標本Ｓをサーチする必要がなく、オートフォーカス制御の順序を以下のようにすることが可能となる。
１．ラフフォーカスモード。
２．前後デフォーカス検出モード。
３．ファインフォーカスモード。
【００６１】
上記のように、超極低倍の倍率の対物レンズ６の使用時にサーチモードを省略することにより、合焦速度を高めることができる。また、上記の制御はサーチモードにおいて、十分なステージストローク（ステージ１が駆動可能な範囲）を確保できない場合にも有効である。
【００６２】
上述したように動作する本実施の形態２のオートフォーカス装置は、対物レンズ６の種類（倍率）に応じてその制御方法を省略したり変更するため、従来のように光路差を可変するような特殊な光学系、光学要素を必要とせず、超極低倍から高倍まで高精度でのオートフォーカスが可能となる。
【００６３】
また、本実施の形態２では、特に対物レンズ６の倍率に応じて、上述のような動作モードの省略、変更を行っているが、これは対物レンズ６の倍率とＮＡは密接な関係があるためであり、この他対物レンズ６のＮＡや照明系のＮＡで制御を可変するような制御にすれば、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３のオートフォーカス装置の構成は、実施の形態１、２と同様であるため、ここでは本実施の形態３の特徴である超極低倍率の対物レンズ６におけるオートフォーカス制御について図６を参照して説明する。
【００６５】
既に実施の形態２において、超極低倍率の対物レンズ６のオートフォーカス動作はサーチモードを省略することを述べた。しかし、超極低倍率の対物レンズ６の広視野にもかかわらず前記撮像素子１１に標本像が結像されない場合には、前後デフォーカス検出モード時及びファインフォーカスモード時に標本Ｓが存在しない状態で検出を行うため不具合を生じる可能性がある。
【００６６】
本実施の形態３では、図６に示すような動作により上述のような不具合を解消している。
【００６７】
本実施の形態３において、オートフォーカス動作が開始すると（ステップＳ２１）、顕微鏡の光路中に存在する対物レンズ６の倍率が検出される（ステップＳ２２）。現在の対物レンズ６が超極低倍率の場合には（ステップＳ２３）、ラフデフォーカスモードとなり、Ｓ字カーブが所定値以内になるようにステージを駆動する（ステップＳ２４）。超極低倍率でない場合は、通常動作を行う（ステップＳ２５）。
【００６８】
次に前後デフォーカス検出モードでは、ステージ１を対物レンズ６の種類ごとに異なる駆動量Ｓｄ上げ、Ｓ字カーブのデフォーカス値ＤＶｕをストアし、その位置での標本のコントラスト値Ｃｕもストアする（ステップＳ２６）。
【００６９】
次に、ステージ１を所定量（２Ｓｄ）下げ、Ｓ字カーブのデフォーカス値ＤＶｄをストアし、さらに、その位置での標本Ｓのコントラスト値Ｃｄもストアする（ステップＳ２７）。
【００７０】
次に、コントラスト値Ｃｕ及びＣｄが、所定値Ｃｃ以上であるか否かが判定され（ステップＳ２８）、所定値Ｃｃ以下の場合には標本Ｓが低コントラストであると判定し、ユーザーに対してエラー表示を行い、オートフォーカス制御を終了する（ステップＳ２９）。
【００７１】
一方、コントラスト値Ｃｕ及びＣｄが、ともに所定値Ｃｃ以上である場合にはファインフォーカスモードを実行し（ステップＳ３０）、デフォーカス値ＤＶｕとＤＶｄ及び前記Ｓｄから前述の数２で求まるゼロクロスポイントであるピント位置を算出し、合焦動作を完了する（ステップＳ３１）。
【００７２】
以上のように動作し、制御される本実施の形態３のオートフォーカス装置によれば、超極低倍率の対物レンズ６の使用時において標本サーチがステージストローク不足により不可能な状態で、標本Ｓの像が撮像素子１１に結像されない場合において、これを他の対物レンズ６使用時と同様に使用者に対して警告を発することが可能である。
【００７３】
また、本実施の形態３のオートフォーカス装置は、前後デフォーカス検出モード時に、ステージ１の上下方向の両方の場合において低コントラスト判定値をクリアしているか否か判定しているが、これをどちらか一方のみとしてもよい。
【００７４】
本発明によれば、以下の構成を付記することができる。
【００７５】
（１）標本を載置する載置手段と、この載置手段に載置する標本と対峙させる対物レンズと、前記載置手段と対物レンズとの少なくとも一方を駆動する駆動手段と、前記対物レンズを介して標本像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の結像点に関して共役な前方位置及び後方位置に光路差をつける光路差光学系と、前記光路差光学系を介して標本像を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像情報を基に標本の合焦度を求めて前記駆動手段を動作させ、載置手段に載置する標本を合焦位置へ導く制御手段とを有する顕微鏡用のオートフォーカス装置において、前記制御手段は、標本をサーチする標本サーチモードと、標本を低合焦精度でラフピント位置へ合わせ込むラフフォーカスモードと、このラフフォーカスモードにより合わせたラフピント位置に対して、少なくとも前後２箇所の標本の前後合焦度を求める前後デフォーカス検出モードと、このデフォーカス検出モードにより求めた少なくとも前後合焦度から標本の高合焦精度の合焦度を直線近似し、標本をピント位置へ合わせ込むファインフォーカスモードとの４モードからなるオートフォーカス制御モードを具備したことを特徴とする顕微鏡用のオートフォーカス装置。この構成によれば、装置の大型化やコストアップを招くことなく、対物レンズの倍率の変化や低コントラスト値の標本に対しても高い合焦精度を確保し、信頼性の高い顕微鏡用のオートフォーカス装置を提供できる。
【００７６】
（２）上記オートフォーカス制御モード手段は、対物レンズの倍率変化のような結像光学系の変化により、上述の４つのモードの実行順の可変又はモードの省略をすることを特徴とする付記１記載の顕微鏡用オートフォーカス装置。この構成によれば、前記４モードのオートフォーカス制御モードの実行に際して、これらの実行順の変更又は省略を行うようにしたものであるから、対物レンズ倍率に代表される結像性能の変化に応じた高い合焦精度及び早い合焦速度を確保できるオートフォーカス装置を提供できる。
【００７７】
（３）上記前後デフォーカス検出モードは、対物レンズが１倍以下のような超極低倍率の場合には、標本の低コントラスト判定も行うことを特徴とした付記１又は２記載の顕微鏡用オートフォーカス装置。この構成により、超極低倍率のためにステージストロークが確保できず、標本のサーチが困難な場合でも、確実にオートフォーカス制御を実行できるオートフォーカス装置を提供できる。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、装置の大型化やコストアップを招くことなく、対物レンズの倍率の変化や低コントラスト値の観察体に対しても高い合焦精度を確保し、かつ、信頼性の高い顕微鏡用のオートフォーカス装置を提供できる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、対物レンズ倍率に代表される結像性能の変化に応じた早い合焦速度を確保できる顕微鏡用のオートフォーカス装置を提供できる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、対物レンズの倍率が超極低倍である場合や、載置手段と対物レンズとの少なくとも一方の駆動可能範囲が十分でない場合のような結像性能の変化に応じた早い合焦速度を確保できる顕微鏡用のオートフォーカス装置を提供できる。
請求項４記載の発明によれば、超極低倍率のためにステージストロークが確保できず、標本のサーチが困難な場合でも、確実にオートフォーカス制御を実行できる顕微鏡用のオートフォーカス装置を提供できる。
請求項５記載の発明によれば、標本が低コントラストの場合や、対物レンズの倍率を種々変化させた場合でも、特殊な光学系を用いることなく安定し、かつ、高い合焦精度を得ることが可能な顕微鏡用のオートフォーカス装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のオートフォーカス装置を含む顕微鏡の概略構成図である。
【図２】本実施の形態１の標本像の前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値特性、コントラスト値の差分特性、コントラスト値の和特性、コントラスト値の差分の部分拡大特性を示す図である。
【図３】本実施の形態１のオートフォーカス制御モードの動作を示すフローチャートである。
【図４】本実施の形態１のステージの位置と、デフォーカス値との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施の形態２のオートフォーカス制御モードの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３のオートフォーカス制御モードの動作を示すフローチャートである。
【図７】従来のオートフォーカス装置における標本像の前ピント位置と後ピント位置とのコントラスト値特性を示す図である。
【符号の説明】
１  ステージ
２  光源
３  ＮＤフィルタ
４  視野絞り
５  コンデンサレンズ
６  対物レンズ
７  接眼レンズ
８  オートフォーカスセンサヘッド
９  結像レンズ
１０  光路差プリズム
１１  撮像素子
１２  ＣＰＵ
１３  ステージ駆動装置
１４  外部コントローラ
Ｓ  標本
【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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