(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非点収差像検出素子として２次元受光素子を用いた自動焦点制御システムにおいて、
前記２次元受光素子が撮像した焦点誤差検出画像における楕円形状固有の特性に基づいて対物レンズを移動させて自動合焦を行うために、前記対物レンズを移動させて焦点位置に位置づける制御信号を出力する画像検出部を備え、
さらに前記画像検出部は、
あらかじめキャリブレーションを行って求めた非点収差像の長軸と短軸の長さの比と対物レンズの焦点位置から試料までの距離に対応した焦点調整データと、前記２次元受光素子で得られた非点収差像の長軸と短軸の長さの比に基づき、前記対物レンズを移動させる方向および前記焦点調整距離を算出し、前記対物レンズを光軸方向に沿って所定の方向に前記焦点調整距離だけ移動させる制御信号を出力することを特徴とする自動焦点制御システム。
【請求項２】
焦点誤差検出光を前記試料に照射する焦点誤差検出用光源と、
前記試料からの反射光を観察光および前記焦点誤差検出光に分離してそれぞれ観察光学系および非点収差光学系に入射させる光分離手段と、
前記試料からの観察光を遮断するフィルタと、
前記非点収差光学系に発生する前記非点収差像を撮像する２次元受光素子と、
前記観察光が入射される顕微鏡と、
前記画像検出部から出力される制御信号に基づいてアクチュエータを制御し前記対物レンズを光軸方向に沿って移動させる位置制御部
を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動焦点制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点制御システムに関し、特に、非点収差像検出素子として２次元受光素子を用いた自動焦点制御システムの改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、顕微鏡や創薬装置などの細胞の画像を取得するような分野では、自動的に焦点を調整するのにあたり、受光像の縦横比が変化することを利用した非点収差法により焦点誤差を検出する自動焦点制御システムが用いられている。
【０００３】
このような自動焦点制御システムは、一般には４分割フォトダイオードで受光した像の形状に基づいて焦点誤差を検出し、この焦点誤差に基づき対物レンズをたとえばアクチュエータで光軸方向に移動させて被測定対象と対物レンズとの距離を調整することにより、対物レンズの焦点を合わせている。
【０００４】
従来の自動焦点制御システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。特許文献１は非点収差法を応用してカバーガラスを被せた観察試料に焦点を調整する技術が記載され、特許文献２は４分割フォトダイオードを用いて焦点誤差を検出し自動焦点制御を行う技術が記載され、特許文献３は２次元受光素子を用いて焦点誤差を検出し自動焦点制御を行う技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７１９７９号公報
【特許文献２】特開平６−１９５７２９号公報
【特許文献３】特開２００６−１５３６２２号公報
【０００６】
図３は従来の自動焦点制御システムの構成例を示すブロック図である。図３において、自動焦点制御システムは、光学系１と焦点調整部２と位置制御部３で構成されている。
【０００７】
光学系１は、細胞などの観察試料（以下、試料という）４からの観察光を観察する観察光学系１００および観察光学系１００の焦点誤差を検出する焦点誤差検出光学系２００で構成されている。
【０００８】
観察光学系１００は、試料４と対向するように設けられている対物レンズ１１、位置制御部３に制御され光軸に沿って対物レンズ１１の位置を調整するアクチュエータ１２、試料４からの光を観察光および焦点誤差検出光に分離するダイクロイックミラー１３、焦点誤差検出光の入射を防止するフィルタ１４、ダイクロイックミラー１３およびフィルタ１４を透過した観察光を観察する顕微鏡１５から構成されている。
【０００９】
焦点誤差検出光学系２００は、観察光学系１００の一部を共用して構成されている。すなわち、レーザーダイオード１６は焦点誤差検出用の光源であり、その出力光はレンズ群１７、ハーフミラー１８およびフィルタ１９を通過してダイクロイックミラー１３に入射され、対物レンズ１１を介して試料４に照射される。
【００１０】
非点収差光学系３００は、焦点誤差検出光学系２００の一部であってコリメータレンズなどの集光用レンズ２１およびシリンドリカルレンズ２２から構成され、焦点誤差検出光の非点収差（像）を発生させる。
【００１１】
試料４に照射されたレーザー光は試料４で反射し、再び対物レンズ１１を介してダイクロイックミラー１３に入射される。ダイクロイックミラー１３は、入射されたレーザー光を観察光および焦点誤差検出光に分離する。
【００１２】
観察光は、フィルタ１４を介して顕微鏡１５に入射される。顕微鏡１５は、試料４からの観察光に基づいて試料４の観察像を得る。
【００１３】
一方、焦点誤差検出光は、フィルタ１９に入射される。フィルタ１９は、ダイクロイックミラー１３で除去しきれなかった試料４からの観察光を遮断する。フィルタ１９を通過した焦点誤差検出光は、ハーフミラー１８で反射されてミラー２０に入射され、さらに集光用レンズ２１およびシリンドリカルレンズ２２を通過して４分割フォトダイオード２３に入射される。
【００１４】
集光用レンズ２１およびシリンドリカルレンズ２２は、集光用レンズ２１およびシリンドリカルレンズ２２によって焦点位置ｆａに集光する光束と集光用レンズ２１のみによって焦点位置ｆｂに集光する光束とが光軸に対して垂直な面で互いに直交するように出射する。これにより、４分割フォトダイオード２３に入射されるレーザー光の画像は所定形状（たとえば、円状、楕円状など）に成形され、非点収差法に基づく焦点誤差検出信号が生成される。
【００１５】
４分割フォトダイオード２３の出力端子は、焦点調整部２に接続されている。また、焦点調整部２は位置制御部３に接続され、位置制御部３はアクチュエータ１２に接続されている。
【００１６】
ところで、試料４と対物レンズ１１との距離が変化すると、焦点誤差検出光学系２００の４分割フォトダイオード２３に入射されるレーザー光（焦点誤差検出光）の画像は、円から縦長の楕円または横長の楕円へと試料４と対物レンズ１１との距離の変化した方向に応じて変化する。
【００１７】
図４は、４分割フォトダイオード２３に入射されるレーザー光（焦点誤差検出光）の画像形状例である。（Ａ）は対物レンズ１１の焦点位置に試料４が設置されている合焦時の形状で、円形状の像となる。（Ｂ）は対物レンズ１１の焦点位置より試料４が近い位置にある場合の形状で、縦長の楕円像となる。（Ｃ）は対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置にある場合の形状で、横長の楕円像となる。
【００１８】
４分割フォトダイオード２３は、図４のように４つの領域２３ａ〜２３ｄに分割されており、各領域の出力レベルに応じた焦点誤差検出信号を出力する。
【００１９】
ここで、４分割フォトダイオード２３の領域２３ａの出力レベルを「Ａ」、領域２３ｂの出力レベルを「Ｂ」、領域２３ｃの出力レベルを「Ｃ」、領域２３ｄの出力レベルを「Ｄ」として、式（１）の演算を行うことにより焦点誤差検出信号を得ることができ、式（１）の結果が「０」でなければ誤差を検出したものとして焦点調整部４に焦点誤差検出信号を出力する。
（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）・・・（１）
【００２０】
また、４分割フォトダイオード２３の出力に基づいて式（２）の演算を行うことにより４分割フォトダイオード２３の受光画像の縦横比Ｈを求め、受光画像の受光画像を判別する。
Ｈ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）・・・（２）
【００２１】
なお、４分割フォトダイオード２３の受光画像形状は、縦横比Ｈの値がＨ＜０の時は横長の楕円となり、Ｈ＝０の時は円で、Ｈ＞０の時は縦長の楕円となる。すなわち、Ｈ＝０の時（焦点誤差検出信号強度が「０」の時）に合焦状態が得られることになる。
【００２２】
焦点調整部４は、焦点誤差検出信号に基づいて４分割フォトダイオード２３の受光画像形状が縦長であるか横長であるかを把握して対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置か近い位置かを判定し、焦点を合わせる(合焦)にはどの程度対物レンズ１１を移動させればよいかを計算して位置制御部３に制御信号を出力する。
【００２３】
位置制御部３は、制御信号に基づいてアクチュエータ１２を制御し、対物レンズ１１を光軸方向に沿って移動させて合焦状態が得られる位置に調整する。なお、非点収差法による焦点誤差検出は周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００２４】
このように、従来の自動焦点制御システムは、焦点誤差検出信号に基づき対物レンズの位置を調整して焦点位置を補正することができる。
【００２５】
しかし、試料４が光軸に対して傾いている場合は、たとえば図５に示すように４分割フォトダイオード２３の受光画像の中心がずれてしまうことがある。
【００２６】
図５のように焦点誤差検出光が４分割フォトダイオードの中心に入射しない場合には、焦点が合った位置で上述の式（２）における縦横比Ｈが０にならないので、従来の自動焦点制御システムでは、焦点を正確に合わせることができないという問題点がある。
【００２７】
このような問題点に対して、特許文献２に記載の発明のように、演算制御部は、４分割フォトダイオードのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ出力に基づいて、フォーカス誤差成分Ｚ0＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）と、Ｘ軸方向ずれ成分Ｘ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）と、Ｙ軸方向ずれ成分Ｙ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）とを求め、定数「−α（たとえば、α＝π／４Ｓ（ここでＳ＝πｒ２、半径ｒとする））」とＸとＹとを乗算して、フォーカス誤差信号ＦＥ0＝Ｚ0−α・Ｘ・Ｙを求めることにより、焦点誤差検出光が４分割フォトダイオードの中心に入射するにはどの程度対物レンズを移動させればよいかを計算し制御信号を送るものがある。
【００２８】
しかし、試料が光軸に対して傾いている場合には、光学系によっては、図６に示すように４分割フォトダイオードの受光画像は楕円形状でかつ中心がずれ、さらに長軸または短軸が受光素子のＸ軸またはＹ軸に平行とはならずに傾く場合がある。このような場合は、特許文献２のような自動焦点制御システムでは焦点誤差を正しく検出できず、焦点を合わせることができない。
【００２９】
また特許文献３のように、受光部を４分割フォトダイオードに代えてＣＣＤ（Charge Coupled Devices）のような２次元受光素子としたものがある。具体的には、画像処理部はＣＣＤでの受光状態で検出した結果を４分割フォトダイオードが受光したのと同等の信号として演算部に送り出し、演算部は上述の式（２）と同様の計算を行うことにより、対物レンズの位置を調整して焦点位置を補正するものである。
【００３０】
しかし特許文献３の技術では、焦点誤差検出光がＣＣＤの中心に入射しない場合には、焦点が合った位置で上述の式（２）における縦横比Ｈが０にならないので、従来の自動焦点制御システムでは焦点を正確に合わせることができないといった問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、その目的は、焦点を合わせる対象が光軸に対して傾いて２次元受光素子における受光画像の中心位置がずれていても、的確に焦点を合わせることができる自動焦点制御システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
非点収差像検出素子として２次元受光素子を用いた自動焦点制御システムにおいて、
前記２次元受光素子が撮像した焦点誤差検出画像における楕円形状固有の特性に基づいて対物レンズを移動させて自動合焦を行うために、前記対物レンズを移動させて焦点位置に位置づける制御信号を出力する画像検出部を備え、
さらに前記画像検出部は、
あらかじめキャリブレーションを行って求めた非点収差像の長軸と短軸の長さの比と対物レンズの焦点位置から試料までの距離に対応した焦点調整データと、前記２次元受光素子で得られた非点収差像の長軸と短軸の長さの比に基づき、前記対物レンズを移動させる方向および前記焦点調整距離を算出し、前記対物レンズを光軸方向に沿って所定の方向に前記焦点調整距離だけ移動させる制御信号を出力することを特徴とする。
【００３６】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の自動焦点制御システムにおいて、
焦点誤差検出光を前記試料に照射する焦点誤差検出用光源と、
前記試料からの反射光を観察光および前記焦点誤差検出光に分離してそれぞれ観察光学系および非点収差光学系に入射させる光分離手段と、
前記試料からの観察光を遮断するフィルタと、
前記非点収差光学系に発生する前記非点収差像を撮像する２次元受光素子と、
前記観察光が入射される顕微鏡と、
前記画像検出部から出力される制御信号に基づいてアクチュエータを制御し前記対物レンズを光軸方向に沿って移動させる位置制御部
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、自動焦点制御システムは、焦点を合わせる対象が光軸に対して傾き、受光面における像の位置がずれても焦点を合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は本発明に係る自動焦点検出装の一実施例を示す構成ブロック図であり、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図３との相違点は、図１では、受光部を４分割フォトダイオード２３に代えてＣＣＤのような２次元受光素子２４としていること、２次元受光素子２３が撮像したデータを解析して観察光学系の焦点位置を調整する画像検出部５を設けていることである。なお、以降の説明では、２次元受光素子２４については、ＣＣＤを例として説明する。
【００３９】
図１において、画像検出部５は、ＣＣＤ２４の出力に基づき観察光学系２００の焦点位置を調整する。
【００４０】
画像検出部５は、特に図示しないが、ＯＳや画像検出部として動作するためのプログラムやアプリケーション、各種情報などを格納する記憶部と、各部の動作を制御する演算制御部（たとえば、ＣＰＵ）と、通信ネットワークなどを介して外部機器とデータ通信しネットワークインターフェース等により構成される通信部などのハードウェアから構成される。具体的には、通信部はＣＣＤ２４の撮像データを受信し、位置制御部３に焦点を調整するための制御信号を送信する処理を行う。
【００４１】
また画像検出部５の演算制御部は、記憶部に格納されているＯＳなどを起動して、このＯＳ上で格納されたプログラムを読み出し実行することにより、画像検出部５全体を制御し、画像検出部５固有の動作を行う。
【００４２】
ＣＣＤ２４は、ケーブルなどを介して画像検出部５に接続されている。また、画像検出部５は位置制御部３に接続され、位置制御部３はアクチュエータ１２に接続されている。
【００４３】
ＣＣＤ２４は、集光用レンズ２１およびシリンドリカルレンズ２２を通過したレーザー光（焦点誤差検出光）を受光しレーザー光の非点収差像を撮像する。
【００４４】
図２は、ＣＣＤ２４に入射されるレーザー光（焦点誤差検出光）の画像形状例である。（Ａ）は対物レンズ１１の焦点位置に試料４が設置されている合焦時の形状で、円形状の像となる。（Ｂ）は対物レンズ１１の焦点位置より試料４が近い位置にある場合の形状であり、縦長の楕円像となる。（Ｃ）は対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置にあり像の中心がＣＣＤ２４の中心からずれていてさらに試料４が光軸に対して傾いている場合の形状であり、横長で傾斜した楕円像となる。（Ｄ）は対物レンズ１１の焦点位置より試料４が近い位置にあり像の中心がＣＣＤ２４の中心からずれていてさらに試料４が光軸に対して傾いている場合の形状であり、縦長で傾斜した楕円像となる。
【００４５】
これらのレーザー光の画像形状はＣＣＤ２４によって撮像され、信号処理されて画像検出部５に送信される。画像検出部５は、ＣＣＤ２４で撮像されたレーザー光（焦点誤差検出光）の画像形状に基づいて、その形状の特徴を把握し焦点位置推測する。
【００４６】
試料４が対物レンズ１１の焦点位置より近い位置にある場合におけるＣＣＤ２４で得られる非点収差像の長軸をＡとしてその長さをＬＡとし、短軸をＢとしてその長さをＬＢとすると（つまりＬＡ＞ＬＢ）、試料４が対物レンズ１１の焦点位置より遠い位置にある場合では長軸と短軸の長さの比はＬＡ／ＬＢ＞１となる。
【００４７】
これに対して、試料４が対物レンズ１１の焦点位置より遠い位置にある場合では、Ａの方が短くＢの方が長くなるため（つまりＬＡ＜ＬＢ）、長軸と短軸の長さの比はＬＡ／ＬＢ＜１となる。
【００４８】
画像検出部５は、このような原理を用い、レーザー光の受光画像の長軸と短軸の長さの比に基づいて試料と焦点位置との位置関係を把握し、焦点を合わせるためにはどの方向にどの程度の距離だけ対物レンズ１１を移動させればよいかを算出して位置制御部３に制御信号を送信する。
【００４９】
具体的には、画像検出部５は、長軸と短軸の長さの比がＬＡ／ＬＢ＞１であるときは試料４から遠ざける方向に対物レンズ１１を移動させるものと判定し、ＬＡ／ＬＢ＜１であるときは試料４に近づける方向に対物レンズ１１を移動させるものと判定する。
【００５０】
たとえばＣＣＤ２４で得られる非点収差像が図２（Ｃ）のような形状の場合は、画像検出部５は、ＣＣＤ２４の撮像データに基づき長軸ＬＡと短軸ＬＢの長さを求め、算出した長軸と短軸の長さの比を算出する。
【００５１】
そして画像検出部５は、長軸と短軸の長さの比がＬＡ／ＬＢ＞１であることから試料４は対物レンズ１１の対物レンズ１１の焦点位置より試料４が近い位置にあると推測して、試料４から遠ざける方向に対物レンズ１１を移動させるものと判定する。
【００５２】
また、ＣＣＤ２４で得られる非点収差像が図２（Ｄ）のような形状の場合は、画像検出部５は、長軸と短軸の長さの比がＬＡ／ＬＢ＜１であるため、試料４は対物レンズ１１の対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置にあると推測して、試料４から近づける方向に対物レンズ１１を移動させるものと判定する。
【００５３】
そして画像検出部５は、対物レンズ１１の焦点位置とのずれを把握し、対物レンズ１１の現在の位置から焦点が合う位置までの焦点調整距離を求めて、この焦点調整距離だけ対物レンズ１１を移動させるための制御信号を送信する。
【００５４】
ここで、画像検出部５は、あらかじめキャリブレーションを行い、ＣＣＤ２４で得た非点収差像の長軸と短軸の長さの比と試料４の位置が対物レンズ１１の焦点位置までどれぐらい離れているかの関係を表した焦点調整データテーブルを記憶しているものでよい。
【００５５】
この場合、画像検出部５は、焦点調整データテーブルおよび長軸と短軸の長さの比（ＬＡ／ＬＢ）に基づき、対物レンズ１１を移動させる方向および焦点調整距離を算出し、対物レンズ１１を試料４から遠ざける方向または近づける方向に焦点調整距離だけ対物レンズ１１を移動させるための制御信号を位置制御部３に出力する。
【００５６】
位置制御部３は、画像検出部５から入力される制御信号に基づいてアクチュエータ１２を制御し、合焦状態が得られるように対物レンズ１１を光軸方向に沿って所定方向に所定量移動させる。すなわち位置制御部３は、制御信号に基づいて観察光学系２００の焦点が合うように対物レンズ１１の位置を調整する。対物レンズ１１が移動した後に再度像の形状を演算して把握し、像が円形になるまでこれを繰り返すことで焦点を合わせることができる。
【００５７】
このように、自動焦点制御システムは、画像検出部５がＣＣＤ２４などの微小な画素が２次元方向に配列された２次元受光素子で得られた受光画像に基づいて対物レンズ１１の位置を調整して試料４と対物レンズ１１との距離を調整することにより、受光面における受光画像の位置がずれていても焦点を合わせることができる。
【００５８】
なお、上記実施例では、画像検出部５は、ＣＣＤ２４で得られた撮像に基づいて対物レンズ１１の位置を調整しているが、試料にカバーガラスを被せて細胞などを観察する場合などには、画像検出部５は輝度変化の分布を把握してカバーガラスの表面と裏面からの反射光を分離するものであってもよい。また、カバーガラスを利用した場合であっても焦点を試料に合わせることを可能とするものであってもよい。
【００５９】
たとえば、生物観察用に用いる場合には試料にカバーガラスを被せて細胞などの観察を行うことや、カバーガラスのような薄いガラスあるいはフィルムの上にある細胞などの観察を行うことがある。
【００６０】
このとき、照射するレーザー光は薄いガラスの表面と裏面で反射し、これらの反射光が重なり合った像がＣＣＤ２４上に得られる。画像検出部５は、ＣＣＤ２４で得た撮像データに基づいて、輝度変化の分布を調べることで表面と裏面からの反射光を分離することができるものであってもよい。
【００６１】
このような場合では、焦点誤差検出光学系２００は、ＣＣＤ２４で得た撮像データに基づき、カバーガラスの表面および裏面からの反射光による輝度変化の分布を互いに分離できるような光学パラメータをあらかじめ定められる。
【００６２】
画像検出部５は、撮像データに基づいて観察光学系１００の焦点をカバーガラスの裏面に位置づける。具体的には位置制御部３は、画像検出部５からの制御信号に基づいてアクチュエータ５２を制御して対物レンズ１１を光軸方向に沿って移動させることで、焦点をカバーガラスの裏面に位置づける。
【００６３】
そして、位置制御部３は、対物レンズ１１を光軸方向に予め定められた調整距離（ΔＺ）だけ押し込むことにより、焦点を試料に位置づける。具体的には位置制御部３は、アクチュエータ５２により、対物レンズ１１を現在の位置から光軸方向に沿ってΔＺだけ移動させて焦点を試料に位置づける。
【００６４】
これにより試料にカバーガラスを被せる場合であっても、画像検出部５は輝度変化の分布を把握してガラスの表面と裏面からの反射光を分離し、カバーガラスの裏面を基準としてΔＺだけ観察光学系１００の焦点を深くすることにより焦点を試料に合わせることができる。
【００６５】
また、上記実施例では、画像検出部５は、ＣＣＤ２４で得られたレーザー光の受光画像の長軸と短軸の長さの比に基づいて試料と焦点位置との位置関係を把握し、焦点が合うにはどの方向にどの程度の距離だけ対物レンズを移動させればよいかを算出して位置制御部３に制御信号を出力するものとして説明したが、特にこれに限定するものではなく、長軸と短軸の基準軸に対する角度を計算し、縦長の楕円形であるのか横長の楕円形であるのかを把握して対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置、もしくは近い位置にあるのかを判定するものでもよい。
【００６６】
たとえば、画像検出部５は、レーザー光の受光画像の長軸とＸ軸との角度および短軸とＹ軸との角度が４５度以下の場合には、受光画像は横長であるものと判定して対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置にあるものと判定する。また画像検出部５は、長軸とＹ軸との角度および短軸とＸ軸との角度が４５度未満の場合には受光画像は縦長であるものと判定して対物レンズ１１の焦点位置より試料４が近い位置にあるものと判定する。
【００６７】
具体的には図２（Ｃ）のような像の場合では、画像検出部５は、レーザー光の受光画像の長軸とＸ軸との角度がたとえば３０度であると受光画像は横長であるものと判定し、対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置にあるものと判定する。
【００６８】
また図２（Ｄ）のような像の場合では、画像検出部５は、レーザー光の受光画像の長軸とＹ軸との角度がたとえば３０度であると、受光画像は縦長であるものと判定し、対物レンズ１１の焦点位置より試料４が遠い位置にあるものと判定する。
【００６９】
このため、画像検出部５は、試料が光軸に対して傾いてＣＣＤ２４で得られる像の中心がＣＣＤ２４の中心からずれる場合であっても、画像の形状が縦長か横長かを把握することができる。いいかえれば、画像検出部５は、非点収差像の長軸と短軸の基準軸に対する角度を算出して試料と焦点位置との位置関係を把握することができる。
【００７０】
また、レーザー光の受光画像が縦長であるのか横長であるのかを把握するための長軸と短軸の基準軸に対する角度の閾値は、対物レンズ１１の焦点位置と試料４の位置とが把握できるものであればどのようなものであっても構わない。
【００７１】
以上説明したように、本発明によれば、非点収差像検出素子として２次元受光素子を用いた自動焦点制御システムにおいて、焦点を合わせる対象が光軸に対して傾いて２次元受光素子における受光画像の中心位置がずれていても的確に焦点を合わせることができ、顕微鏡や創薬装置などの細胞の画像を取得する観察光学系の自動焦点制御システムとしても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る自動焦点検出装の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】ＣＣＤ２４に照射されるレーザー光（焦点誤差検出光）の受光画像の一例である。
【図３】従来の自動焦点制御システムの構成を示すブロック図である。
【図４】４分割フォトダイオード２３に照射されるレーザー光（焦点誤差検出光）の受光画像の一例である。
【図５】４分割フォトダイオードの中心からずれて入射する焦点誤差検出光の受光画像の一例である。
【図６】４分割フォトダイオードなどに照射されるレーザー光（焦点誤差検出光）の受光画像が楕円形状で中心がずれている場合の一例である。
【符号の説明】
【００７３】
１  光学系
２  焦点調整部
３  位置制御部
４  試料
５  画像検出部
１１  対物レンズ
１２  アクチュエータ
１３  ダイクロイックミラー
１４、１９  フィルタ
１５  顕微鏡
１６  レーザーダイオード
１７  レンズ群
１８  ハーフミラー
２０  ミラー
２１  レンズ
２２  シリンドリカルレンズ
２３  ４分割フォトダイオード
２４  ＣＣＤ
１００  観察光学系
２００  焦点誤差検出光学系
【図１】
0004974059.tif 000002
【図２】
0004974059.tif 000003
【図３】
0004974059.tif 000004
【図４】
0004974059.tif 000005
【図５】
0004974059.tif 000006
【図６】
0004974059.tif 000007