(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと標本との相対位置を変化させて合焦調整を行う自動焦点調整方法において、
前記標本に対して視野絞り像を投影し、
基準となる屈折率、厚さを有する基準標本を用いたときの前記基準標本の合焦位置かつ前記視野絞り像の像面位置に対する、前記標本に投影された前記視野絞り像のデフォーカス量を検出し、
前記デフォーカス量に基づいて前記標本の厚さを算出し、この標本の厚さと前記基準標本との厚さの差に基づいて前記対物レンズと前記標本との相対位置を調整して合焦調整を行うことを特徴とする自動焦点調整方法。
【請求項２】
対物レンズと標本との相対位置を変化させて合焦調整を行う自動焦点調整装置において、
前記標本に対して視野絞り像を投影する光学系と、
基準となる屈折率、厚さを有する基準標本を用いたときの前記基準標本の合焦位置かつ前記視野絞り像の像面位置に対する、前記標本に投影された前記視野絞り像のデフォーカス量を検出する検出手段と、
この検出手段により検出された前記デフォーカス量に基づいて前記標本の厚さを算出し、この標本の厚さと前記基準標本との厚さの差に基づいて前記対物レンズと前記標本との相対位置を調整して合焦位置に合わせる焦準手段と、を具備したことを特徴とする自動焦点調整装置。
【請求項３】
照明光をコンデンサレンズを通して標本に照射する透過照明光学系と、
前記対物レンズの観察倍率に応じて前記コンデンサレンズの焦点距離を変更するコンデンサレンズ変更手段とをさらに有し、
前記デフォーカス量の検出時に、前記コンデンサレンズ変更手段により前記コンデンサレンズの焦点距離を変更した場合は、前記視野絞り像を標本に投影させることを特徴とする請求項２記載の自動焦点調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医学、生物学などの分野において生物組織等の状態を観察するときに利用される光学機器、例えば顕微鏡における自動焦点調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡等の光学機器の焦点検出に関する技術は、多方面に渡って開発されており、この中の技術の１つとして、被写体に対して高精度に合焦するためのエリア分割による測距方式（以下、エリア分割方式と称する）がある。
【０００３】
このエリア分割方式は、測距範囲内を複数のエリアに分割してそれぞれ焦点を検出し、これら焦点検出の演算結果から被写体と対物レンズとの相対距離を制御して合焦させる技術である。
【０００４】
このエリア分割方式を採用した技術としては、例えば特開平２−１０９００８号公報及び特開平２−２９７５１４号公報がある。
【０００５】
このうち特開平２−１０９００８号公報の技術は、例えばビデオカメラや電子スチルカメラに適用するもので、撮像光学系を通して撮像される被写体像内を複数のエリアに分割してそれぞれ焦点を検出し、これら焦点検出の演算結果のうち多数決によって焦点位置を選定し、この焦点位置に従って合焦制御するものである。
【０００６】
又、特開平２−２９７５１４号公報の技術は、例えばカメラの自動焦点に適用するもので、被写体を焦点検出光学系を通して観察したときの測距範囲の被写体像を２像に分割して一対の光電変換素子列に投影し、これら光電変換素子列のブロック毎の出力信号が焦点調整情報に適しているレベルにあるかを判定し、適切レベルと判定された光電変換素子列の出力信号に基づいて焦点調整情報を演算するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、やはり前者の技術はビデオカメラや電子スチルカメラに適用するものであり、後者の技術はカメラの自動焦点に適用するものであり、これら技術を顕微鏡に適用すると、実用上不十分な点がある。
【０００８】
すなわち、顕微鏡用の自動焦点検出において、その合焦精度を低下させる要因の１つとしては、標本を載せるスライドガラスやカバーガラス、標本に照明を投光するコンデンサレンズに付着するゴミによる影響が挙げられる。
【０００９】
このように標本やスライドガラスにゴミ等の付着物があると、例えば標本像に対して数千〜数百［μｍ］離れてゴミの画像が混入していると、標本よりもゴミの方がコントラストが高くなり、自動焦点を実行すると、標本よりもゴミの方に焦点が合ってしまい、標本に対する合焦精度が著しく低下する。なお、不特定の標本の画像処理を行う装置を用いると高価になる。
【００１０】
このような合焦精度の低下に対する改善策としては、上記の如くエリア分割による合焦制御を常に行うことが挙げられるが、このような合焦制御では、その制御処理が複雑化し、自動焦点検出性能として重要な１つである合焦時間に影響を与えてしまう。
【００１１】
そこで本発明は、顕微鏡の光学系に付着物が存在しても、この付着物の影響を受けずにコントラストの低い標本でも高精度に合焦調整できる安価な自動焦点調整方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対物レンズと標本との相対位置を変化させて合焦調整を行う自動焦点調整方法であり、前記標本に対して視野絞り像を投影し、基準となる屈折率、厚さを有する基準標本を用いたときの前記基準標本の合焦位置かつ前記視野絞り像の像面位置に対する、前記標本に投影された前記視野絞り像のデフォーカス量を検出し、前記デフォーカス量に基づいて前記標本の厚さを算出し、この標本の厚さと前記基準標本との厚さの差に基づいて前記対物レンズと前記標本との相対位置を調整して合焦調整を行うことを特徴とする。
本発明は、対物レンズと標本との相対位置を変化させて合焦調整を行う自動焦点調整装置であり、前記標本に対して視野絞り像を投影する光学系と、基準となる屈折率、厚さを有する基準標本を用いたときの前記基準標本の合焦位置かつ前記視野絞り像の像面位置に対する、前記標本に投影された前記視野絞り像のデフォーカス量を検出する検出手段と、この検出手段により検出された前記デフォーカス量に基づいて前記標本の厚さを算出し、この標本の厚さと前記基準標本との厚さの差に基づいて前記対物レンズと前記標本との相対位置を調整して合焦位置に合わせる焦準手段とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明の自動焦点調整方法は、対物レンズと標本との相対位置を変化させて合焦調整を行う場合、標本に対して視野絞り像又は指標像を投影し、これら視野絞り像又は指標像と基準合焦位置とのデフォーカス量を検出して合焦距離を求め、この合焦距離に基づいて合焦調整を行うものである。
【００１５】
図１はかかる自動焦点調整方法を顕微鏡に適用した自動焦点調整装置の構成図である。
【００１６】
顕微鏡のステージ１には、標本２が載置されている。このステージ１は、矢印（イ）方向に沿って上下方向に移動自在となっている。
【００１７】
この顕微鏡には、標本２を照明するための光学系が備えられている。すなわち、光源３から放射される照明光の光路ｓ1 上には、コレクタレンズ４、リレーレンズ５、視野絞り６及び反射鏡７が配置されている。このうち視野絞り６は、視野絞りドライバ８により絞りの大きさが変化するものとなっている。
【００１８】
反射鏡７の反射方向、すなわち反射鏡７により上方に向けられた照明光の光路ｓ2 上には、リレーレンズ９、明るさ絞り１０及びコンデンサレンズ１１が配置され、このコンデンサレンズ１１により標本２を均一に照明するようになっている。
【００１９】
一方、標本２の上方には、標本２に対して対物レンズ１２を対向配置し、さらに標本２からの光束ｓ3 上に結像レンズ１３、光路分岐部材１４が配置されている。
【００２０】
この光路分岐部材１４は、標本２からの光束ｓ3 の一部を接眼レンズ１５に導き、他の光束をミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導く作用を有している。
【００２１】
この分割プリズム１８は、入射する光束を２分割し、これら２つの光束を平行な状態でＣＣＤセンサ１９に送る作用を有している。
【００２２】
この分割プリズム１８により２分割された２つの光束は、結像レンズ１７の出射面からＣＣＤセンサ１９の受光面に至るまでの各光路長が異なっている。そして、ＣＣＤセンサ１９の受光面は、結像レンズ１７を含む結像光学系の予定結像面に対する前後の光学的な共役な位置（前側共役面と後側共役面）に一致している。
【００２３】
従って、ＣＣＤセンサ１９の受光面には、予定結像面から共役な２位置に被写体像（前ピン像、後ピン像）が投影される。これら２つの被写体像は、被写体が合焦位置にあったときに同一形状となる。
【００２４】
なお、第１の実施の形態では、標本２上に投影された視野絞り６の像を被写体としている。
【００２５】
ＣＣＤセンサ１９は、投影された光像（前ピン像、後ピン像）の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力する機能を有している。
【００２６】
このＣＣＤセンサ１９の出力端子には、アナログ処理部２０、Ａ／Ｄ変換器２１を介してメモリ２２が接続されている。
【００２７】
アナログ処理部２０は、ＣＣＤセンサ１９から出力されたアナログ信号に対して前ピン像と後ピン像とに対して別々に増幅及びフィルタ処理等のアナログ処理を施す機能を有している。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器２１はアナログ処理部２０の出力信号をディジタル化する機能を有し、メモリ２２はディジタル化されたＣＣＤセンサ１９からの信号を前ピン像と後ピン像とで別々に格納するものとなっている。
【００２９】
演算回路２３は、メモリ２２に格納された２つの被写体像、つまり前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を読み出し、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出し、そのデフォーカス信号をＣＰＵ２４に送出する機能を有している。
【００３０】
このＣＰＵ２４は、演算回路２３により算出されたデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて視野絞り６の像を合焦位置に合わせる際のステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する機能を有している。
【００３１】
又、ＣＰＵ２４は、ステージ１を上下方向に移動したときのステージ１の移動量をエンコーダ２６から取り込んで、このステージ１の移動量を視野絞り６の像のデフォーカス量Δａとして算出し、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求め、この標本２ｐの厚さｔと基準標本との厚さｔo の差ΔＺに基づいてステージ１の移動量を求める機能を有している。
【００３２】
なお、エンコーダ２６は、ステージ１の移動量に応じたパルス信号を発生し、これをステージ１の移動量信号として出力する機能を有している。
【００３３】
上記駆動回路２５は、ＣＰＵ２４から送出された移動量及び移動方向の信号を入力し、これら移動量及び移動方向の信号に基づいてステージ１を矢印（イ）方向に上下移動して合焦調整する機能を有している。
【００３４】
又、ＣＰＵ２４は、ＣＣＤセンサ１９から出力される被写体像のアナログ信号がアナログ処理部２０のレンジに適合しているか否かをＡ／Ｄ変換器２１を通して監視し、被写体像のアナログ信号がアナログ処理部２０のレンジに適合していない場合には、タイミングジェネレータ２７に対してＣＣＤセンサ１９での電荷蓄積時間をレンジに適合する蓄積時間に変更する命令を送出する機能を有している。
【００３５】
このタイミングジェネレータ２７は、ＣＣＤセンサ１９に対して読み出しタイミング信号を送出するもので、ＣＰＵ２４からの命令を受け、この命令に応じた電荷蓄積時間に変更してＣＣＤセンサ１９に対して読み出しタイミング信号を送出する機能を有している。
【００３６】
なお、ＣＰＵ２４には外部コントローラ２８が接続されており、この外部コントローラ２８は、自動合焦動作のスタート／ストップ等の制御及び検鏡者が対物レンズ１２の倍率等を指定するための機能を有している。
【００３７】
次に上記の如く構成された装置の作用について図２に示す動作手順を参照して説明する。
【００３８】
ステージ１上には、ステップ＃１において、基準標本２ｓが載せられる。この基準標本２ｓのスライドガラスは、一般に屈折率ｎs で、厚さｔo に形成されたものとする。
【００３９】
光源３から放射された照明光は、コレクタレンズ４からリレーレンズ５、視野絞り６を通って反射鏡７に至り、この反射鏡７で上方に向けて反射してリレーレンズ９、明るさ絞り１０を通ってコンデンサレンズ１１に至り、このコンデンサレンズ１１により標本２ｓを均一に照明する。
【００４０】
この標本２ｓからの光束ｓ3 は、対物レンズ１２、結像レンズ１３を通って光路分岐部材１４に至り、この光路分岐部材１４で標本２ｓからの光束ｓ3 の一部を接眼レンズ１５に導き、他の光束をミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導く。
【００４１】
この分割プリズム１８は、入射する光束を２分割し、これら２つの光束を平行な状態でＣＣＤセンサ１９に送る。
【００４２】
このＣＣＤセンサ１９は、投影された光像（前ピン像、後ピン像）の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力する。
【００４３】
アナログ処理部２０は、ＣＣＤセンサ１９から出力されたアナログ信号に対して前ピン像と後ピン像とに対して別々に増幅及びフィルタ処理等のアナログ処理を施す。
【００４４】
そして、アナログ処理部２０の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２１によりディジタル化されてメモリ２２に送られ、このメモリ２２に前ピン像と後ピン像とで別々に格納される。
【００４５】
演算回路２３は、メモリ２２に格納された前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を読み出し、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から標本の合焦状態や視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【００４６】
ＣＰＵ２４は、演算回路２３により算出されたデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて視野絞り６の像を合焦位置に合わせるためのステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する。
【００４７】
これにより、ステージ１は、ステップ＃２において上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になると、基準標本２ｓが合焦位置となる。
【００４８】
又、ステップ＃３においてコンデンサレンズ１１を上下移動して基準標本２ｓに対して視野絞り６の像のピントを合わせる。
【００４９】
図３(a) はかかる基準標本２ｓをステージ１上に載せて、作動距離ＷＤo の対物レンズ１２の焦点位置と、照明光が視野絞り６からリレーレンズ９を通り、コンデンサレンズ１１により基準標本２ｓ上に投影されたときの視野絞り６の像とが同一位置になった状態を示す。なお、同図においてｈはテーブル１の上面位置を示している。
【００５０】
そして、これら対物レンズ１２の焦点位置と視野絞り６の像とが同一となった位置を、基準合焦位置とする。
【００５１】
次にステップ＃４において、基準標本２ｓに代えて、観察する標本２ｐをステージ１上に載置する。
【００５２】
この標本２ｐのスライドガラスは、例えば屈折率ｎs で、厚さｔに形成されているものとする。
【００５３】
このような標本２ｐをステージ１上に載せた場合、この標本２ｐの厚さｔの変化により、対物レンズ１２の焦点位置と視野絞り６の像との距離が変化する。
この状態に、観察する標本２ｐからの光束ｓ3 は、上記同様に、対物レンズ１２から結像レンズ１３を通って光路分岐部材１４に至り、この光路分岐部材１４で標本２ｐからの光束ｓ3 の一部を接眼レンズ１５に導き、他の光束をミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導く。
【００５４】
そして、標本２ｐからの光束は、分割プリズム１８により２分割されて２つの平行な光束としてＣＣＤセンサ１９に投影され、このＣＣＤセンサ１９からこれら前ピン像、後ピン像の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号として出力される。
【００５５】
このアナログ信号は、アナログ処理部２０により前ピン像と後ピン像とで別々にアナログ処理され、Ａ／Ｄ変換器２１によりディジタル化されてメモリ２２に格納される。
【００５６】
演算回路２３は、メモリ２２に格納された前ピン像と後ピン像とのディジタル信号からそのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【００５７】
なお、このデフォーカス量の検出時、ＣＰＵ２４は、視野絞り６の像を認識できるように視野絞りドライバ８に対して所定の絞りの大きさを示す信号を送出する。
【００５８】
このときの視野絞り６の大きさは、予め決められた固定の絞り値に絞る、又は対物レンズ１２の倍率と視野絞り６の絞り値との対応したテーブルを予め用意し、使用する対物レンズ１２に対応する絞り値を読み出して絞るようにしている。決まった固定値に絞る場合は、使用する最高倍率の対物レンズ１２で検出できる大きさに設定しておけばよい。
【００５９】
そして、デフォーカス量の検出が終了すると、視野絞り６の絞り値は、元の絞り値に戻る。
【００６０】
ＣＰＵ２４は、ステップ＃５において、演算回路２３からのデフォーカス信号に基づいてステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する。
【００６１】
これにより、ステージ１が上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になると、図３(b) に示すように視野絞り６の像が合焦位置となる。
【００６２】
このとき、エンコーダ２６は、ステージ１の移動量Δａを検出し、その移動量信号をＣＰＵ２４に送る。
【００６３】
このＣＰＵ２４は、ステップ＃６において、エンコーダ２６からの移動量信号を取り込み、このステージ１の移動量Δａを視野絞り６の像のデフォーカス量Δａとし、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求める。
【００６４】
すなわち、基準標本２ｓの厚さｔo 、対物レンズ１２の作動距離ＷＤo 、観察する標本２ｐの場合の対物レンズ１２の作動距離をＷＤとすると、
ｔo ＋ＷＤo ＋Δａ＝ｔ＋ＷＤ                                          …(1)
ＷＤo ＝ＷＤ＋（ｔ−ｔo ）／ｎs                                       …(2)
となる。
【００６５】
これら式(1) 及び(2) により標本２ｐの厚さｔは、
ｔ＝ｔo ＋Δａ／（１−１／ｎs ）                                      …(3)
となる。このように標本２ｐの厚さｔは、視野絞り６の像のデフォーカス量Δａを検出することにより求められる。
【００６６】
次にＣＰＵ２４は、ステップ＃７において、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺを求め、これをステージ１の移動量ΔＺとして求める。
【００６７】
すなわち、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺ
ΔＺ＝ｔ−ｔo                                                         …(4)
から上記式(3) を代入して、
ΔＺ＝Δａ／（１−１／ｎs ）                                          …(5)
を求める。
【００６８】
ＣＰＵ２４は、ステップ＃８において、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺをステージ１の移動量ΔＺとしてその移動方向とともに、再び駆動回路２５に送出する。
【００６９】
これにより、ステージ１は、上下方向に移動し、図３(c) に示すように標本２ｐに対して合焦調整される。
【００７０】
このように上記第１の実施の形態においては、観察する標本２ｐに対して視野絞り６の像を投影し、この視野絞り６の像と基準合焦位置とのデフォーカス量Δａを検出して、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求め、この標本２ｐの厚さｔと基準標本との厚さｔo の差ΔＺに基づいてステージ１の移動量を求めるようにしたので、標本２を載せるスライドガラスやカバーガラス、コンデンサレンズ１１にゴミ等の付着物が付着していても、視野絞り６の像の方がゴミ等の付着物よりもコントラストが格段に高く、かつ視野絞り６の像の形状が予め判っており、実質的に視野絞り６の像のみで高精度に標本２に対する自動焦点調整ができる。
【００７１】
又、特定形状の像である視野絞り６の像の画像処理を行えばよいので、複雑な画像処理は行わなくてよく、安価な顕微鏡用の自動焦点調整装置とすることができる。
【００７２】
(3) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００７３】
図４は顕微鏡に適用した自動焦点調整装置の構成図である。
【００７４】
対物レンズ１２は、駆動回路４０の駆動により矢印（ロ）方向である上下方向に移動自在に配置されている。
【００７５】
エンコーダ４１は、対物レンズ１２の移動量に応じたパルス信号を発生し、これを対物レンズ１２の移動量信号として出力する機能を有している。
【００７６】
ＣＰＵ４２は、対物レンズ１２を上下方向に移動したときの対物レンズ１２の移動量をエンコーダ４１から取り込んで、この対物レンズ１２の移動量を視野絞り６の像のデフォーカス量Δａとして算出し、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２の厚さｔを求め、この標本２の厚さｔと基準標本との厚さｔo の差ΔＺに基づいて対物レンズ１２の移動量を求める機能を有している。
【００７７】
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【００７８】
ステージ１上には、基準標本２ｓが載せられる。この基準標本２ｓは、スライドガラスの屈折率ｎs で、厚さｔo に形成されたものである。
【００７９】
光源３から放射された照明光は、コレクタレンズ４、リレーレンズ５、視野絞り６を通って反射鏡７に至り、この反射鏡７で上方に向けて反射してリレーレンズ９、明るさ絞り１０、コンデンサレンズ１１を通って基準標本２ｓを均一に照明する。
【００８０】
この基準標本２ｓからの光束ｓ3 は、対物レンズ１２を通って結像レンズ１３、光路分岐部材１４に至り、さらにミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導かれ、ここで平行な光束に２分割されてＣＣＤセンサ１９に入射する。
【００８１】
以下、上記第１の実施の形態と同様に、ＣＣＤセンサ１９は、投影された光像（前ピン像、後ピン像）の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力し、このアナログ信号は、アナログ処理部２０により増幅等のアナログ処理が施され、前ピン像と後ピン像とで別々にメモリ２２に格納される。
【００８２】
演算回路２３は、メモリ２２に格納された前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を用いてそのコントラスト値から視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【００８３】
ＣＰＵ４２は、演算回路２３からのデフォーカス信号に基づいて視野絞り６の像を合焦位置に合わせるための対物レンズ１２の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路４０に送出する。
【００８４】
これにより、対物レンズ１２は、上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になると、基準標本２ｓが合焦位置となる。又、コンデンサレンズ１１を上下移動して基準標本２ｓに対して視野絞り６の像のピントを合わせる。
【００８５】
図５(a) はかかる基準標本２ｓをステージ１上に載せて、作動距離ＷＤo の対物レンズ１２の焦点位置と、照明光が視野絞り６からリレーレンズ９を通り、コンデンサレンズ１１により基準標本２ｓ上に投影されたときの視野絞り６の像とが同一位置になった状態、すなわち基準合焦位置を示す。なお、同図においてｆは対物レンズ１２の下面位置を示している。
【００８６】
次に基準標本２ｓに代えて、観察する標本２ｐをステージ１上に載置する。
【００８７】
この標本２ｐは、例えば屈折率ｎs で、厚さｔに形成されている。
【００８８】
このような標本２ｐをステージ１上に載せた場合、この標本２ｐの厚さｔの変化により、図５(b) に示すように対物レンズ１２の焦点位置と視野絞り６の像との距離が変化する。
【００８９】
この状態に、観察する標本２ｐからの光束ｓ3 は、上記同様に、対物レンズ１２から結像レンズ１３、光路分岐部材１４、ミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導かれてＣＣＤセンサ１９に投影される。
【００９０】
このＣＣＤセンサ１９は、前ピン像、後ピン像の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力し、これらがディジタル化されてメモリ２２に格納される。
【００９１】
演算回路２３は、メモリ２２に格納された前ピン像と後ピン像とのディジタル信号からそのコントラスト値により視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【００９２】
ＣＰＵ４２は、算出されたデフォーカス信号に基づいて対物レンズ１２の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路４０に送出する。
【００９３】
これにより、対物レンズ１２が上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になると、視野絞り６の像が合焦位置となる。
【００９４】
このとき、エンコーダ４１は、対物レンズ１２の移動量Δａを検出し、その移動量信号をＣＰＵ４２に送る。
【００９５】
このＣＰＵ４２は、エンコーダ４１から出力された移動量信号を取り込み、この対物レンズ１２の移動量Δａを視野絞り６の像のデフォーカス量Δａとし、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求める。
【００９６】
すなわち、基準標本２ｓの厚さｔo 、対物レンズ１２の作動距離ＷＤo 、観察する標本２ｐの場合の対物レンズ１２の作動距離をＷＤとすると、標本２ｐの厚さｔは、上記式(1) 〜(3) から、
ｔ＝ｔo ＋Δａ／（１−１／ｎs ）                                      …(6)
となる。
【００９７】
次にＣＰＵ４２は、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺを求め、これを対物レンズの移動量ΔＺとして求める。
【００９８】
すなわち、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺは、上記式(4) 及び(5) から、
ΔＺ＝Δａ／（１−１／ｎs ）                                          …(7)
となる。
【００９９】
ＣＰＵ４２は、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺを対物レンズ１２の移動量ΔＺとしてその移動方向とともに、再び駆動回路４０に送出する。
【０１００】
これにより、対物レンズ１２は、上下方向に移動し、図５(c) に示すように標本２ｐに対して合焦調整される。
【０１０１】
このように上記第２の実施の形態においては、観察する標本２ｐに対して視野絞り６の像を投影し、この視野絞り６の像と基準合焦位置とのデフォーカス量Δａを検出して、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求め、この標本２ｐの厚さｔと基準標本との厚さｔo の差ΔＺに基づいて対物レンズ１２の移動量を求めるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【０１０２】
(5) 次に本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１０３】
図６は顕微鏡に適用した自動焦点調整装置の構成図である。
【０１０４】
光源３から放射される照明光の光路ｓ1 上には、コレクタレンズ４、リレーレンズ５、視野絞り６及びハーフミラー５０が配置されている。
【０１０５】
このハーフミラー５０の反射方向、すなわちハーフミラー５０により上方に向けられた照明光の光路ｓ2 上には、リレーレンズ９、明るさ絞り１０及びコンデンサレンズ１１が配置され、このコンデンサレンズ１１により標本２を均一に照明するようになっている。
【０１０６】
又、指標光源５１が配置され、指標光源ドライバ５２から送出される点灯制御信号により点灯される。
【０１０７】
この指標光源５１から放射される指標光の光路上（照明光の光路ｓ2 と一致）には、指標板５３が配置されている。
【０１０８】
この指標板５３は、視野絞り６と共役な位置に配置されている。
【０１０９】
演算回路５４は、メモリ２２に格納される基準標本２ｓに対するＣＣＤセンサ１９の出力信号と観察する標本２ｐに対するＣＣＤセンサ１９の出力信号との偏差から指標板５３の像のみの信号を求める機能を有している。
【０１１０】
又、演算回路５４は、メモリ２２に格納された指標板５３の像に対する前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を読み出し、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から指標板５３の合焦度を示すデフォーカス量を算出する機能を有している。
【０１１１】
ＣＰＵ５５は、演算回路５４からのデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて指標板５３の像を合焦位置に合わせる際のステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する機能を有している。
【０１１２】
又、ＣＰＵ５５は、ステージ１を上下方向に移動したときのステージ１の移動量をエンコーダ２６から取り込んで、このステージ１の移動量を指標板５３の像のデフォーカス量Δａとして算出し、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求め、この標本２ｐの厚さｔと基準標本との厚さｔo の差ΔＺに基づいてステージ１の移動量を求める機能を有している。
【０１１３】
タイミングジェネレータ５６は、ＣＰＵ５５からのタイミング信号に基づいてＣＣＤセンサ１９に読み出しタイミング信号を送出する機能を有している。
【０１１４】
指標光源ドライバ５２は、ＣＰＵ５５からのタイミング信号に基づいて点灯制御信号を指標光源５１に送出して点灯制御する機能を有している。
【０１１５】
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【０１１６】
ステージ１上には、基準標本２ｓが載せられる。
【０１１７】
光源３から放射された照明光は、コレクタレンズ４からリレーレンズ５、視野絞り６を通ってハーフミラー５０に至り、ここで上方に向けて反射してリレーレンズ９、明るさ絞り１０を通ってコンデンサレンズ１１に至り、このコンデンサレンズ１１により基準標本２ｓを均一に照明する。
【０１１８】
この基準標本２ｓからの光束ｓ3 は、対物レンズ１２、結像レンズ１３を通って光路分岐部材１４に至り、さらにミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導かれ、ここで平行な２つの光束に２分割されてＣＣＤセンサ１９に入射する。
【０１１９】
このＣＣＤセンサ１９は、投影された光像の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力するので、このアナログ信号は、アナログ処理部２０により増幅及びフィルタ処理等され、Ａ／Ｄ変換器２１によりディジタル化されてメモリ２２に格納される。
【０１２０】
このときにメモリ２２に格納されるＣＣＤセンサ１９のディジタル出力信号は、基準標本２ｓに対して照明光のみを照射したものであり、例えば図７にその波形を示す。
【０１２１】
次に指標光源５１が点灯されると、この指標光源５１から放射される指標光は、指標板５３を通って指標像となり、この指標像がハーフミラー５０、リレーレンズ９、明るさ絞り１０を通ってコンデンサレンズ１１に至り、このコンデンサレンズ１１により基準標本２ｓに投影される。
【０１２２】
そして、指標像の投影された基準標本２ｓからの光束ｓ3 は、対物レンズ１２、結像レンズ１３を通って光路分岐部材１４に至り、さらにミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導かれ、ここで平行な２つの光束に２分割されてＣＣＤセンサ１９に入射する。
【０１２３】
このＣＣＤセンサ１９は、指標像を含んだ光像の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力するので、このアナログ信号は、アナログ処理部２０により増幅及びフィルタ処理等され、Ａ／Ｄ変換器２１によりディジタル化されてメモリ２２に格納される。
【０１２４】
このときにメモリ２２に格納されるＣＣＤセンサ１９のディジタル出力信号は、基準標本２ｓに対して指標像を投影したものであり、例えば図８にその波形を示す。
【０１２５】
演算回路５４は、メモリ２２に格納される基準標本２ｓに指標像を投影したときと投影しないときの各ＣＣＤセンサ１９の出力信号との偏差から図９に示す指標像のみの信号を求める。
【０１２６】
ところで、ＣＣＤセンサ１９に入射する指標像は、分割プリズム１８により平行な２つの光束に２分割されるので、指標像に対する前ピン像と後ピン像となっている。
【０１２７】
従って、演算回路５４は、指標像の前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を読み出し、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から指標板５３の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【０１２８】
ＣＰＵ２４は、演算回路５４からのデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて指標板５３の像を合焦位置に合わせるためのステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する。
【０１２９】
これにより、ステージ１は、上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になり、指標像が合焦位置となる。
【０１３０】
次に基準標本２ｓに代えて、観察する標本２ｐをステージ１上に載置する。
【０１３１】
標本２ｐをステージ１上に載せた場合、この標本２ｐの厚さｔの変化により、対物レンズ１２の焦点位置と指標像との距離が変化する。
【０１３２】
しかるに、上記同様に、観察する標本２ｐに指標像を投影しないときと指標像を投影したときのＣＣＤセンサ１９の各ディジタル出力信号がメモリ２２に格納される。
【０１３３】
演算回路５４は、メモリ２２に格納される標本２ｐに指標像を投影したときと投影しないときの各ＣＣＤセンサ１９の出力信号との偏差から指標像のみの信号を求める。
【０１３４】
次に演算回路５４は、指標像の前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を読み出し、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から指標板５３の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【０１３５】
ＣＰＵ２４は、演算回路５４からのデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて指標板５３の像を合焦位置に合わせるためのステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する。
【０１３６】
これにより、ステージ１は、上下方向に移動し、標本２ｐに投影される指標像が合焦位置となる。
【０１３７】
このとき、エンコーダ２６は、ステージ１の移動量Δａを検出し、その移動量信号をＣＰＵ５５に送る。
【０１３８】
このＣＰＵ５５は、エンコーダ２６から出力された移動量信号を取り込み、このステージ１の移動量Δａを指標像のデフォーカス量Δａとし、このデフォーカス量Δａに基づいて上記式(1) 〜(3) に従って標本２ｐの厚さｔを求める。
【０１３９】
次にＣＰＵ５５は、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺを上記式(4) 及び(5) を演算して求め、これをステージ１の移動量ΔＺとする。
【０１４０】
次にＣＰＵ５５は、標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓの厚さｔo との差ΔＺをステージ１の移動量ΔＺとしてその移動方向とともに、再び駆動回路２５に送出する。
【０１４１】
これにより、ステージ１は、上下方向に移動し、標本２ｐに対して合焦調整される。
【０１４２】
このように上記第３の実施の形態によれば、観察する標本２ｐに対して指標像を投影し、この指標像と基準合焦位置とのデフォーカス量Δａを検出して、このデフォーカス量Δａに基づいて標本２ｐの厚さｔを求め、この標本２ｐの厚さｔと基準標本２ｓとの厚さｔo の差ΔＺに基づいてステージ１の移動量を求めるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもなく、そのうえ視野絞り６の絞りを調整する必要がない。
【０１４３】
(6) 次に本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１４４】
対物レンズの観察倍率を切り換える顕微鏡としては、図１０に示す構成のものがある。
【０１４５】
光源３から放射される照明光の光路ｓ1 上には、コレクタレンズ４、視野絞り（ＦＳ）６及び反射鏡７が配置されている。
【０１４６】
この反射鏡７の反射方向の照明光の光路ｓ2 には、リレーレンズ９、明るさ絞り１０、及びコンデンサレンズ１１ａとその先玉１１ｂ（コンデンサレンズ１１）が配置されている。
【０１４７】
一方、標本２からの光束ｓ3 上には、レボルバ６０に設けられた複数の対物レンズ６１ａ、６１ｂのうち例えば対物レンズ６１ａが挿入されている。
【０１４８】
このレボルバ６０は、レボルバ駆動装置６２により駆動されて複数の対物レンズ６１ａ、６１ｂのうち一方の対物レンズ６１ａ又は６１ｂを光束ｓ3 上に挿脱するものとなっている。
【０１４９】
しかるに、ＣＰＵ２４は、光束ｓ3 上に挿入された対物レンズ６１ａ又は６１ｂの倍率、ＮＡ（開口率）に応じてコンデンサレンズ駆動装置６３を駆動し、コンデンサレンズ１１の先玉１１ｂを照明光の光路ｓ2 上に挿脱して、コンデンサレンズ１１の焦点距離を変更し、適切な照明を標本２に投光するものとなっている。
【０１５０】
ここで、照明光の光路ｓ1 、ｓ2 による照明光学系について図１１を参照して詳しく説明すると、光源３から出射された照明光は、コレクタレンズ４及びリレーレンズ９により集光され、コンデンサレンズ１１の入射瞳位置である明るさ絞り１０面上に光源３の像が投影される。
【０１５１】
一方、光源３、コレクタレンズ４により照明され、視野絞り６から出射された照明光は、反射鏡７で反射され、リレーレンズ９により平行光となり、コンデンサレンズ１１により標本２面に集光され、視野絞り６の像が投影される、いわゆるケーラー照明が行われる。
【０１５２】
すなわち、コンデンサレンズ１１は、視野絞り６を標本２面に投影するための結像レンズとなっており、例えば対物レンズ６１ａ、６１ｂを切り換えて低倍の対物レンズで広い視野を照明するためには、コンデンサレンズ１１の焦点距離を長くし、視野絞り６の投影倍率を大きくしなければならない。
【０１５３】
ところが、１つのコンデンサレンズで入射瞳となる明るさ絞り１０の位置を変えずに、かつ視野絞り６の投影面となる後側焦点位置を標本２面上に保った状態において、コンデンサレンズの焦点距離のみを可変することは困難であり、たとえ仮に実現したとしてもレンズ枚数が多くなり、高価なものとなってしまう。
【０１５４】
このような事から、図１２に示すようにコンデンサレンズ１１の先玉１１ｂを光路ｓ2 から外すことにより、コンデンサレンズ１１の焦点距離を長くしているが、これでは完全なケーラー照明を保てず、視野絞り６が標本２面に投影されないことが多い。
【０１５５】
このことは、１つのコンデンサレンズで低倍対物レンズから高倍対物レンズまで最適な照明を行う場合に限らず、１×対物レンズ等の極低倍対物レンズに対して最適な照明を行う場合でも、コンデンサレンズの焦点距離が長くなり、これによりコンデンサレンズがリレーレンズ９及び反射鏡７に近付き、スペース的な制約により視野絞り６が標本２面に投影されない場合が多い。
【０１５６】
このため、視野絞り６の像（ＦＳ像）のコントラストを検出して自動焦点調整を行っても、視野絞り６の像を標本２面上に合焦できない。
【０１５７】
このような実情に基づいて視野絞り６の像を標本２面上に投影できない場合でも、コントラストを検出して自動焦点調整ができる第４の実施の形態について以下説明する。
【０１５８】
本発明の自動焦点調整方法は、図１３及び図１４に示すように対物レンズ６１ａ又は６１ｂの観察倍率に応じてコンデンサレンズ１１の焦点距離を変更した場合、このコンデンサレンズ１１に対して標本２と共役な位置に、合焦調整用の指標７０を配置したものである。
【０１５９】
すなわち、図１３はかかる自動焦点調整方法を適用した顕微鏡の全体構成図であり、図１４は顕微鏡における低倍対物レンズ照明時のコンデンサレンズの先玉１１ｂを光路ｓ2 から外した状態のコンデンサレンズ１１ａを含む透過照明光学系の構成図である。
【０１６０】
コンデンサレンズの先玉１１ｂが光路ｓ2 に挿入された状態では、視野絞り６の像が標本２面に投影されるが、この先玉１１ｂが光路ｓ2 から外されると、コンデンサレンズ１１の焦点距離が長くなり、視野絞り６の像は、標本２の上方、すなわち対物レンズ６１ａ又は６１ｂ側に投影され、標本２面上には投影されない。
【０１６１】
この先玉１１ｂが光路ｓ2 から外された状態では、コンデンサレンズ１１の焦点距離が長くなるので、標本２と共役な面は、視野絞り６よりもコレクタレンズ４側の位置となる。
【０１６２】
従って、この標本２と共役な位置に指標７０を配置すれば、この指標７０の像が標本２面上に投影され、この指標７０の像のコントラストを検出することにより自動焦点調整を行い、標本２に対して合焦にできる。
【０１６３】
ここで、指標７０が、例えば円形のような標本２の視野の周辺部に投影される形状で、かつ先球１１ｂが光路ｓ2 に挿入されてコンデンサレンズ１１が高倍対物レンズ用の照明になった場合でも、照明のための有効光線が指標７０によりけられて遮光されることはない。
【０１６４】
又、先球１１ｂが光路ｓ2 から外れた状態でも、指標７０の像が自動焦点調整のためのＣＣＤセンサ１９に十分かかる大きさの観察倍率で投影される場合、指標７０は、固定位置で、常時光路ｓ2 に挿入された状態でもよい。
【０１６５】
ところが、指標７０により先玉１１ｂの光路ｓ2 への挿入時における照明のための有効光線がけられたり、又指標７０の投影像の大きさが適当でなくＣＣＤセンサ１９にかからない場合には、対物レンズ１６ａ又は１６ｂによる観察倍率の変更に応じて指標７０を光路ｓ2 から挿脱するものとなる。
【０１６６】
以下、図１３に示す顕微鏡の全体構成図を参照して対物レンズ１６ａ又は１６ｂによる観察倍率の変更に応じた指標７０の挿脱の機構について説明する。
【０１６７】
ＣＰＵ７１は、外部コントローラ２８から送られてくる対物レンズ６１ａ又は６１ｂの種類、倍率の選択信号を受け、この選択信号に基づいてレゾルバ駆動装置６２に対物レンズ変換の信号を送出するコンデンサレンズ変更手段としての機能を有している。
【０１６８】
又、ＣＰＵ７１は、対物レンズ変換信号をレボルバ駆動装置６２に送出すると共に、この対物レンズ６１ａ又は６１ｂによる観察倍率に応じたコンデンサレンズ１１の先玉１１ｂの挿脱の判定信号、すなわち高倍対物レンズの場合に先球１１ｂを光路ｓ2 に挿入する判定信号をコンデンサレンズ駆動装置６３に送出し、又低倍対物レンズの場合に先球１１ｂを光路ｓ2 から外す判定信号をコンデンサレンズ駆動装置６３に送出する機能を有している。
【０１６９】
又、ＣＰＵ７１は、対物レンズの交換、先玉１１ｂの挿脱と共に、コンデンサレンズ１１の先玉１１ｂが光路ｓ2 に挿入されている場合に指標７０を光路ｓ1から外す信号を指標駆動装置７２に送出し、又先玉１１ｂが光路ｓ2 から外れている場合に指標７０を光路ｓ1 に挿入する信号を指標駆動装置７２に送出する指標挿脱手段としての機能を有している。
【０１７０】
次に上記の如く構成された顕微鏡の作用について説明する。
【０１７１】
対物レンズによる観察倍率を変更する場合、外部コントローラ２８において所望の観察倍率に適した対物レンズ６１ａ又は６１ｂが選択される。
【０１７２】
この外部コントローラ２８からＣＰＵ７１に対し、選択された対物レンズ６１ａ又は６１ｂの種類、倍率の選択信号が送られると、ＣＰＵ７１は、この選択信号に基づいてレボルバ駆動装置６２に対物レンズ変換の信号、例えば高倍率であれば対物レンズ６１ａの対物レンズ変換信号、低倍率であれば対物レンズ６１ｂの対物レンズ変換信号を送出する。
【０１７３】
これにより、所望観察倍率の対物レンズ６１ａ又は６１ｂが、レボルバ駆動装置６２の駆動によるレボルバ６０の動作により光束ｓ3 上に配置される。
【０１７４】
これと共にＣＰＵ７１は、高倍対物レンズ６１ａを選択した場合にコンデンサレンズ１１の先球１１ｂを光路ｓ2 に挿入する判定信号、又低倍対物レンズ６１ｂを選択した場合に先球１１ｂを光路ｓ2 から外す判定信号をコンデンサレンズ駆動装置６３に送出する。
【０１７５】
これにより、コンデンサレンズ１１の先球１１ｂが、コンデンサレンズ駆動装置６３の駆動により高倍対物レンズ６１ａの場合に光路ｓ2 に挿入され、又低倍対物レンズ６１ｂの場合に光路ｓ2 から外される。
【０１７６】
さらに、ＣＰＵ７１は、対物レンズの交換、先玉１１ｂの挿脱と共に、コンデンサレンズ１１の先玉１１ｂが光路ｓ2 に挿入されている場合に指標７０を光路ｓ1 から外す信号、又先玉１１ｂが光路ｓ2 から外れている場合に指標７０を光路ｓ1 に挿入する信号を指標駆動装置７２に送出する。
【０１７７】
これにより指標７０が、指標駆動装置７２の駆動により高倍対物レンズ６１ａの場合に光路ｓ1 から外され、又低倍対物レンズ６１ｂの場合に光路ｓ1 に挿入される。
【０１７８】
従って、高倍率の対物レンズ６１ａが選択された場合、コンデンサレンズ１１の先玉１１ｂが光路ｓ2 に挿入されるとともに指標７０が光路ｓ1 から外されるので、図１１に示すように視野絞り６の像が標本２面に投影される。
【０１７９】
この標本２からの光束ｓ3 は、対物レンズ６１ａ、結像レンズ１３を通って光路分岐部材１４に至り、この光路分岐部材１４で標本２からの光束ｓ3 の一部を接眼レンズ１５に導き、他の光束をミラー１６、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導く。
【０１８０】
この分割プリズム１８は、入射する光束を２分割し、これら２つの光束を平行な状態でＣＣＤセンサ１９に送る。
【０１８１】
このＣＣＤセンサ１９は、投影された光像（前ピン像、後ピン像）の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力する。
【０１８２】
アナログ処理部２０は、ＣＣＤセンサ１９から出力されたアナログ信号に対して前ピン像と後ピン像とに対して別々に増幅及びフィルタ処理等のアナログ処理を施す。
【０１８３】
そして、アナログ処理部２０の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２１によりディジタル化されてメモリ２２に送られ、このメモリ２２に前ピン像と後ピン像とで別々に格納される。
【０１８４】
演算回路２３は、メモリ２２に格納された前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を読み出し、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【０１８５】
ＣＰＵ２４は、演算回路２３により算出されたデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて視野絞り６の像を合焦位置に合わせるためのステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出する。
【０１８６】
これにより、ステージ１は、上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になると、視野絞り６の像が合焦位置となる。
【０１８７】
一方、低倍率の対物レンズ６１ｂが選択された場合、コンデンサレンズ１１の先玉１１ｂが光路ｓ2 から外されるとともに指標７０が光路ｓ1 に挿入されるので、図１４に示すように指標７０の像が標本２面に投影される。
【０１８８】
この標本２からの光束ｓ3 は、上記高倍率の対物レンズ６１ａの場合と同様に、対物レンズ６１ａから結像レンズ１３を通り、結像レンズ１７を通して分割プリズム１８に導かれ、ここで２分割されてＣＣＤセンサ１９に入射する。
【０１８９】
このＣＣＤセンサ１９は、投影された光像（前ピン像、後ピン像）の入射光量と蓄積時間に応じた電圧レベルのアナログ信号を出力するので、アナログ処理部２０の処理により前ピン像と後ピン像とのディジタル信号を別々にメモリに格納される。
【０１９０】
演算回路２３は、これら前ピン像及び後ピン像のディジタル信号を用いて前ピン像と後ピン像とのコントラスト値を算出し、これらコントラスト値から視野絞り６の合焦度を示すデフォーカス量を算出する。
【０１９１】
ＣＰＵ２４は、演算回路２３により算出されたデフォーカス信号を取り込み、このデフォーカス信号に基づいて視野絞り６の像を合焦位置に合わせるためのステージ１の移動量及びその移動方向を求め、これら移動量及び移動方向の信号を駆動回路２５に送出するので、ステージ１は、上下方向に移動し、ＣＣＤセンサ１９の受光面に投影される前ピン像、後ピン像が同一形状になると、指標７０の像が合焦位置となる。
【０１９２】
なお、視野絞り６は、先玉１１ｂが光路ｓ2 に挿入されている場合、対物レンズ６１ａの観察倍率に応じて、ＣＰＵ７１からの指令を基に、視野絞りドライバ８の駆動により適正な大きさに設定されるが、先玉１１ｂが光路ｓ2 から外れた状態で、視野絞り６により照明光の有効光線がけられて遮光されるようであれば、対物レンズの切り換えと連動して、照明光の有効光線がけられない大きさまで視野絞り６を広げればよい。
【０１９３】
又、先玉１１ｂが光路ｓ2 に入った状態に指標７０の像が観察の邪魔になる場合には、外部コントローラ２８から入力される自動焦点調整動作のスタート／ストップの信号に連動して、ＣＰＵ７１及び指標駆動装置７２を介して自動焦点調整動作時のみ指標７０が光路ｓ1 に挿入されるようにすればよい。
【０１９４】
ここで、各種動作と連動してＣＰＵ７１及び指標駆動装置７２を介して指標７０が光路ｓ1 に挿脱されるが、指標７０を例えば概略円形の径が可変の開閉式の指標とし、指標７０が不要な場合は、その径を大きくすることで有効光線束から外れるように構成してもよい。
【０１９５】
このように上記第４の実施の形態においては、焦点距離の異なるコンデンサレンズ１１に対して標本２の面と共役な位置に指標７０を配置したので、視野絞り６を標本２の面に投影できない場合のコンデンサレンズ１１であっても、指標７０の像を標本２の面に投影し、そのコントランスを検出することにより、低倍観察から高倍観察まで自動焦点調整ができる。
【０１９６】
又、対物レンズ６１ａ、６１ｂの切り換えに連動してコンデンサレンズ１１の先玉１１ｂの挿脱、視野絞り６の径の開閉、指標７０の挿脱が行われるので、指標７０又は視野絞り６に照明の有効光線をけられることなく、低倍観察から高倍観察まで最適な照明が得られ、又操作も単純化されて煩雑な操作がなくなり、顕微鏡像の検鏡に専念できる。
【０１９７】
さらに、指標７０の投影光学系は、専用の光路を必要とせず、透過照明光学系と共軸に構成しているので、自動焦点調整作動時に、ミラーやレンズ等の光学素子を挿脱する必要がなく、構成が単純で、１つの光源３で安価に構成できる。
【０１９８】
又、専用の指標投影光学系を、ハーフミラー等で透過照明光学系と同軸的に導く必要が無いので、指標７０の像、観察像共に明るさの損失がなく、照明効率がよく、明るい指標像、観察像が得られる。
【０１９９】
(7) 次に本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、図１３に示す顕微鏡の全体構成と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、本発明の特徴とするコンデンサレンズ１１を含む指標投影及び透過照明光学系の各部品を中心として説明する。
【０２００】
図１５及び図１６は自動焦点調整装置を適用した顕微鏡における指標投影及び透過照明光学系の第５の実施の形態を示す構成図であって、図１５は低倍対物レンズ６１ｂを照明する場合、図１６は高倍対物レンズ６１ａに適した照明の場合を示す。
【０２０１】
図１５に示すように光源３から明るさ絞り１０までは、上記図１３に示す顕微鏡と同一構成のケーラー照明となっている。
【０２０２】
コンデンサレンズ１１は、凸レンズのコンデンサレンズ１１ａと凹レンズの先玉１１ｃとから構成され、このうち先玉１１ｃは対物レンズ６１ａ、６１ｂの観察倍率に応じて光路ｓ2 に対して挿脱可能となっている。
【０２０３】
図１５に示すように低倍対物レンズ６１ｂで先玉１１ｃが光路ｓ2 に挿入されている場合、光源３、コレクタレンズ４により照明された視野絞り６の像は、標本２面上に投影され、上記第４の実施の形態と同様に、視野絞り６の像のコントラストを検出することにより自動焦点調整ができる。
【０２０４】
一方、図１６に示すように低倍対物レンズ６１ｂの照明の際の先玉１１ｃが光路ｓ2 に挿入された状態から光路ｓ2 から外れた状態を示す。
【０２０５】
この先玉１１ｃは凹レンズの為、光路ｓ2 から外れることにより、コンデンサレンズ１１としての焦点距離が短くなり、高倍対物レンズに適したクリティカル照明となる。
【０２０６】
この場合、標本２と光学的に共役な面が明るさ絞り１０上と一致し、この明るさ絞り１０の像が標本２に投影される。
【０２０７】
従って、この明るさ絞り１０の像が標本２面上に投影されるので、上記同様に、明るさ絞り１０の像のコントラストを検出することにより自動焦点調整ができ、標本２に対して合焦となる。
【０２０８】
このように上記第５の実施の形態においては、２つの異なる焦点距離のコンデンサレンズ１１に対して標本２と共役な位置に２つの指標、すなわち、視野絞り６及び明るさ絞り１０を配置したので、コンデンサレンズ１１が凸レンズのコンデンサレンズ１１ａと凹レンズの先玉１１ｃとから構成され、低倍対物レンズ又は高倍対物レンズに切り換えられても、視野絞り６又は明るさ絞り１０の像を標本２の面上に投影でき、標本２に対して合焦にできる。
【０２０９】
そのうえ、指標として視野絞り６又は明るさ絞り１０を用いるので、指標投影の為の専用の指標を設ける必要がなく、安価に構成できる。
【０２１０】
なお、本発明の第５の実施の形態は、上記第４の実施の形態と同様に、必要に応じて対物レンズ６１ａ、６１ｂの切り換えに連動して、先玉１１ｃの挿脱及び視野絞り６及び明るさ絞り１０の開閉を行うようにしてもよい。
【０２１１】
これにより、低倍観察から高倍観察まで最適な照明が得られ、又操作も単純化されて煩雑な操作がなくなり、顕微鏡像の検鏡に専念できる。
【０２１２】
(8) 次に本発明の第８の実施の形態について説明する。なお、図１３に示す顕微鏡の全体構成と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略し、本発明の特徴とするコンデンサレンズ１１を含む指標投影及び透過照明光学系の各部品を中心として説明する。
【０２１３】
図１７及び図１８は自動焦点調整装置を適用した顕微鏡における指標投影及び透過照明光学系の第８の実施の形態を示す構成図であって、図１７は先玉を外した場合、図１８は先玉を挿入した場合を示す。
【０２１４】
この顕微鏡は、１×対物レンズ等の極低倍対物レンズ用の照明系を用いたものである。
【０２１５】
光源３から明るさ絞り１０までは、上記第５の実施の形態の構成及び作用と同一である。
【０２１６】
コンデンサレンズ１１は、極低倍照明専用の為、１群構成で、焦点距離が非常に長く形成され、視野絞り６の投影像は図１７に示すように標本２の上方（対物レンズ側）に投影されている。
【０２１７】
視野絞り投影レンズ（以下、ＦＳ投影レンズと称する）７３は、コンデンサレンズ１１の上方の光路ｓ2 に対して挿脱可能に配置されている。
【０２１８】
又、このＦＳ投影レンズ７３が図１８に示すように光路ｓ2 に対して挿入された状態においては、視野絞り６は標本２面上に投影される。
【０２１９】
なお、このＦＳ投影レンズ７３が光路ｓ2 に対して挿入された状態においては、必ずしも照明性能が維持される必要はなく、視野絞り６の像を標本２面上に鮮明に投影されればよい。
【０２２０】
このような構成であれば、通常の検鏡時には、図１７に示すようにＦＳ投影レンズ７３が光路ｓ2 から外れており、極低倍対物レンズの照野ＮＡを満たす十分な照明性能を維持している。
【０２２１】
自動焦点調整作動時のみ図１８に示すように、この自動焦点調整作動に連動し、ＦＳ投影レンズ７３が光路ｓ2 に挿入され、このＦＳ投影レンズ７３により視野絞り６の像が標本２面上に投影され、この視野絞り６の像のコントラストを検出することにより、自動焦点調整が行われる。
【０２２２】
この自動焦点調整が終了すると、ＦＳ投影レンズ７３は再度光路ｓ2 から外れた状態となり、通常の観察が行われる。
【０２２３】
このように上記第８の実施の形態においては、自動焦点調整動作に連動して照明系のＦＳ投影レンズ７３を光路ｓ2 に挿脱し、自動焦点調整動作時にのみに視野絞り６の像を標本２の面に投影して、この視野絞り６の像のコントラストを検出して自動焦点調整動作を行うので、通常観察時には十分な照明性能を維持することが可能であり、かつ標本２と共役な位置に指標を配置したとしても、スペース的な問題や標本２と共役な位置が光源３の近くになり熱による破損の問題で所望む位置に指標を配置できない場合でも、ＦＳ投影レンズ７３の挿脱により視野絞り６の像を標本２面に投影したり、挿脱するＦＳ投影レンズ７３の位置、パワーとの組み合わせにより指標の位置を所望位置に配置して、指標を標本２面に投影することができる。
【０２２４】
又、ＦＳ投影レンズ７３の挿脱を自動焦点調整動作に連動するので、誤って自動焦点調整動作の状態のコンデンサレンズ１１で標本２の観察を行うことがなくなる。
【０２２５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、顕微鏡の光学系に付着物が存在しても、この付着物の影響を受けずにコントラストの低い標本でも高精度に合焦調整できる安価な自動焦点調整方法及びその装置を提供できる。
【０２２６】
又、本発明によれば、焦点距離の異なるコンデンサレンズを用いたときに視野絞りを標本面に投影できない場合でも、指標の像を標本の面に投影し、そのコントランスを検出することにより、低倍観察から高倍観察まで自動焦点調整ができる自動焦点調整方法及びその装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる自動焦点調整装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】  自動焦点調整の動作手順を示す図。
【図３】  自動焦点調整の作用を示す図。
【図４】  本発明に係わる自動焦点調整装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図５】  自動焦点調整の作用を示す図。
【図６】  本発明に係わる自動焦点調整装置の第３の実施の形態を示す構成図。
【図７】  標本上に指標像を投影しないときのＣＣＤセンサ出力を示す図。
【図８】  標本上に指標像を投影したときのＣＣＤセンサ出力を示す図。
【図９】  指標像のみのＣＣＤセンサ出力を示す図。
【図１０】  対物レンズの観察倍率を切り換える顕微鏡の構成図。
【図１１】  同顕微鏡の照明光学系の拡大構成図。
【図１２】  先球を外した照明光学系の拡大構成図。
【図１３】  本発明に係わる自動焦点調整装置を適用した顕微鏡の第４の実施の形態を示す構成図。
【図１４】  低倍対物レンズ照明時のコンデンサレンズの先玉を外した透過照明光学系の構成図。
【図１５】  本発明に係わる自動焦点調整装置を適用した顕微鏡の低倍対物レンズの場合の第５の実施の形態を示す構成図。
【図１６】  同顕微鏡の高倍対物レンズの場合の構成図。
【図１７】  本発明に係わる自動焦点調整装置を適用した顕微鏡の１×対物レンズの第８の実施の形態を示す構成図。
【図１８】  同顕微鏡での先玉を挿入したときを示す図。
【符号の説明】
１…ステージ、
２…標本（基準標本２ｓ，観察する標本２ｐ）、
３…光源、
６…視野絞り、
１０…明るさ絞り、
１１…コンデンサレンズ、
１１ｂ，１１ｃ…先玉、
１２，６１ａ，６１ｂ…対物レンズ、
１９…ＣＣＤセンサ、
２３，５４…演算回路、
２４，４２，５５，７１…ＣＰＵ、
２６，４１…エンコーダ、
５１…指標光源、
５３…指標板、
６０…レボルバ、
７０…指標、
７３…ＦＳ投影レンズ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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