オートフォーカス装置及びその制御方法、プログラム、並びに顕微鏡
【課題】簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録できるようにする。
【解決手段】オートフォーカス装置は、焦点位置における最適な光量値を決定し（Ｓ３７）、焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を演算し（Ｓ３８ないしＳ４２）、決定された光量値、及び、演算された変化量により特定される対物レンズの種類を判別する（Ｓ４３）ことにより、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録できるようになる。本発明は、対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置に適用可能である。
【解決手段】オートフォーカス装置は、焦点位置における最適な光量値を決定し（Ｓ３７）、焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を演算し（Ｓ３８ないしＳ４２）、決定された光量値、及び、演算された変化量により特定される対物レンズの種類を判別する（Ｓ４３）ことにより、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録できるようになる。本発明は、対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置に適用可能である。
【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及びその制御方法、プログラム、並びに顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対物レンズを交換可能なオートフォーカス装置が用いられている。このようなオートフォーカス装置において、対物レンズを通って反射してくる検出信号は、対物レンズの倍率と開口数（N.A.（Numerical Aperture））ごとに異なっている。この検出信号のピーク強度が適切でない場合、合焦不可や暴走の原因となるため、各対物レンズに対して、光源の光量を適切に設定する必要がある。
【０００３】
また、この検出信号から差分を計算し、オートフォーカスに必要なフィードバック量を計算するために、各対物レンズに対して、フィードバックのゲイン量を設定する必要がある。
【０００４】
すなわち、オートフォーカスを行う場合には、対物レンズごとに、パラメータを設定する必要があるため、従来のオートフォーカス装置においては、対物レンズの種類ごとの各パラメータを、あらかじめ外部の入力装置を使って登録しておき、そこから光路に入った対物レンズに合わせてパラメータを設定している。これにより、対物レンズの種類に応じたオートフォーカスを行うことが可能となる。
【０００５】
また、対物レンズの判別に関する技術としては、たとえば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平３−３７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、あらかじめ登録された各対物レンズのパラメータのなかから、光路に入った対物レンズのパラメータを設定しているため、使用前に、対物レンズの種類ごとのパラメータを、外部の入力装置を用いて登録しなければならなかった。
【０００７】
そのため、登録には多大な労力を必要とし、さらには、登録ミスによる動作不良も発生することとなっていた。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のオートフォーカス装置は、対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置において、自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類を判別する判別手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の制御方法は、対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置の制御方法において、自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類を判別するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明のプログラムは、上述した本発明の制御方法に対応するプログラムである。
【００１２】
本発明の顕微鏡は、自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類を判別する判別手段を有するオートフォーカス装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用したオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡の一実施の形態の構成を示す図である。
【００１６】
顕微鏡１は、観察の対象物である試料Ｓの拡大像を形成して観察に使用するものである。図１に示すように、顕微鏡１は、対物レンズ１４、観察用光源１５、ダイクロイックミラー１６、カメラ１７、ＡＦ（Auto Focus）用光源１８、センサ１９、及びハーフミラー３６を含むように構成される倒立顕微鏡である。顕微鏡１にはまた、入力部１２からの操作信号等に応じて、顕微鏡１の各部の動作を制御するCPU（Central Processing Unit）１１、及びCPU１１からのデータを格納するメモリ１３が設けられる。
【００１７】
なお、説明を簡略化するため、図１の顕微鏡では、説明に必要な構成部品のみを図示している。また、図１には、図示していないが、試料Ｓは、たとえば、カバーガラス２１やスライドガラスに挟まれて、ステージ上に載置されている。さらに、図中の太線は、光路を表わしている。
【００１８】
まず、顕微鏡１の光学系について説明する。顕微鏡１の光学系は、試料Ｓの上部に配置されている観察光学系と、その側方に配置されているオートフォーカス装置の光学系であるフォーカス光学系から構成される。
【００１９】
フォーカス光学系は、その光軸上に、ＡＦ用光源１８と、ハーフミラー３６や図示せぬその他の光学系が配設されて構成されている。また、本実施の形態において、オートフォーカス装置は、スリット投影方式を採用しているので、フォーカス光学系には、スリット開孔が形成されたスリット板が設けられている。そして、ＡＦ用光源１８からの光をスリットに通してスリット状の照明光を作り、そのスリット状の照明光を光軸から長手方向に延びる中心線に沿って二分し、一方を遮光し、残った他方の照明光を、対物レンズ１４を通して試料Ｓに照射する。
【００２０】
フォーカス光学系にはまたＡＦ用のセンサ１９が設けられており、このセンサ１９は、ＡＦ用光源１８によりステージ上の試料Ｓに照射されて反射するスリット状の光を受光するものである。ここで、ステージ上の試料Ｓは、カバーガラス２１により覆われているため、対物レンズ１４で結像された光は、カバーガラス２１の表面や、カバーガラス２１と試料との境界面（試料面）で反射する。カバーガラス２１や試料面等で反射した光は、対物レンズ１４で平行光に変換され、ダイクロイックミラー１６に当たって側方に反射される。このダイクロイックミラー１６は、フォーカス光学系と観察光学系の光軸の交差する点に配設されており、後述するように観察光学系でも共用されている。
【００２１】
そして、ダイクロイックミラー１６により反射された光は、ハーフミラー３６や図示せぬ各種の光学系を通った後、ＡＦ用のセンサ１９に入射する。センサ１９は、たとえばラインCCD（Charge Coupled Device）や２分割センサからなり、その受光面に結像した像から得られる情報を、ＡＦ信号として、CPU１１に供給する。CPU１１は、このＡＦ信号からたとえば対物レンズ１４を、光軸方向位置へ駆動する制御（上下動位置操作）を行い、対物レンズ１４と試料Ｓとの距離を調整し、合焦位置への制御を行う。すなわち、CPU１１は、オートフォーカス制御として、ＡＦ用光源１８の位置ずれを検出し、フィードバックをかけることで、焦点を合わせる。
【００２２】
一方、観察光学系は、試料Ｓに近い方から順に、対物レンズ１４、ダイクロイックミラー１６が配設されて構成されており、さらに、ダイクロイックミラー１６の先には、ダイクロイックミラー１６を透過した光の像を撮像面で結像して撮像するカメラ１７が設けられる。また、図１に示すように、顕微鏡１には、ステージ上に載置された試料Ｓを照明するための観察用光源１５が設けられている。観察用光源１５は、透過型又は落射型であり、透過型の場合にはステージの下方に配置され、落射型の場合にはステージの上方に配置される。観察用光源１５から照射された光は、試料Ｓを透過して観察光となり、対物レンズ１４を経て、ダイクロイックミラー１６を透過し、カメラ１７の撮像面に試料Ｓの観察像が結像され、観察に供される。なお、図示はしていないが、観察光学系の光軸上に、観察光の一部を反射して、他の一部を透過するハーフミラーを設け、そのハーフミラーによって反射された観察光を対物レンズ及び接眼レンズにより入射させることで、試料Ｓの観察像が結像され、観察に供される。
【００２３】
なお、本実施の形態では、顕微鏡１は、倒立顕微鏡であるとして説明するが、本発明は、試料を上方から観察する正立顕微鏡にも適用することができる。
【００２４】
以上のようにして、顕微鏡１は構成される。
【００２５】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１のCPU１１により実行されるオートフォーカス制御処理について説明する。
【００２６】
ステップＳ１１において、CPU１１は、メモリ１３を参照して、対物レンズ１４の種類に関するデータ（以下、対物種類データという）が取得済みであるか否かを判定する。ステップＳ１１において、対物種類データが未取得であると判定された場合、ステップＳ１２において、CPU１１によって、対物レンズ種類判別シーケンスが実行される。
【００２７】
ここで、ステップＳ１２において実行される、対物レンズ種類判別シーケンスの詳細について、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
ステップＳ３１において、観察試料又は対物レンズ判定用の試料などの試料Ｓがサンプルとして、ステージ上に載置され、たとえば、利用者により入力部１２が操作されることで、CPU１１は、図３の対物レンズ種類判別シーケンスの実行を開始する。
【００２９】
このシーケンスが開始されると、まず、CPU１１は、ステップＳ３２において、ＡＦ用光源１８の光量値を最大に設定し、ステップＳ３３において、それにより得られるセンサ１９からのＡＦ信号に基づいて、ＡＦ信号強度判定を行う。より具体的には、本実施の形態において、オートフォーカス装置は、スリット投影方式を採用しているので、ＡＦ用光源１８からの光量値を最大にした光をスリットに通してスリット状の照明光を作り、ダイクロイックミラー１６、対物レンズ１４を通して試料Ｓに集光照射する。試料Ｓに集光照射された照明光は試料Ｓで反射し、対物レンズ１４、ダイクロイックミラー１６を通って、センサ１９に結像されて検出され、ＡＦ信号として、CPU１１に入力される。
【００３０】
ステップＳ３３において、センサ１９により検出されたＡＦ信号のうち、最も信号のレベルの高いところが、センサ出力の最大値の70％以下であると判定された場合、ステップＳ３４において、CPU１１は、対物レンズ１４を制御して、光軸に沿って駆動させることで、焦点位置を変更する。すなわち、ステップＳ３３及びステップＳ３４の処理によって、ＡＦ信号強度の高くなる対物レンズ１４の位置が求められ、最終的に、ステップＳ３３において、センサ出力の最大値の70％以上となったと判定されたとき、処理は、ステップＳ３５に進む。
【００３１】
ステップＳ３５において、CPU１１は、一方向に対物レンズ１４をずらしていったときに、最も検出信号強度の高い位置をピークとして検出するピーク判定を行う。その後、CPU１１は、ステップＳ３６において、ＡＦ用光源１８からの光量値が小さくなるように光量設定した後、上述した、ステップＳ３３ないしステップＳ３６の処理を繰り返し実行する。そうすると、ピーク判定によりピークが検出されるので、ステップＳ３７において、CPU１１は、ピーク判定の結果に基づいて、焦点位置における最適な光量値を判定し、決定する。すなわち、ＡＦ信号強度判定によって、たとえば、図４に示すように、検出信号の波形が、センサ最大出力の70％などのあらかじめ定められたしきい値の範囲内に入った場合において、ＡＦ用光源１８からの光量値の調節が繰り返されることで、ピークが検出され、焦点位置における最適な光量値が得られることになる。
【００３２】
図３のフローチャートに戻り、CPU１１は、ステップＳ３８において、対物レンズ１４を光軸に沿って駆動して、焦点位置から−１umずらし、ステップＳ３９において、差分信号ａを計算した後、メモリ１３に記憶する。たとえば、図５に示すように、図中の点線で示す焦点位置での検出信号は、対物レンズ１４を光軸に沿って駆動して、焦点位置から−１umずらすことで、図中の実線で示す−１umずらしたときの検出信号に示すように、その信号のレベルが低下することになる。
【００３３】
また、図６に示すように、対物レンズ１４の上下方向の移動量を水平方向の軸（Ｚ）で表わし、焦点位置からのずれ量を垂直方向の軸で表わしたとき、焦点位置−１umは、原点（0，0）で示される焦点位置から斜め下方向の第３象限の点で表わされる。CPU１１は、この第３象限の点で表わされる差分信号ａを計算し、その値をメモリ１３に記憶させる。
【００３４】
その後、CPU１１は、ステップＳ４０において、さらに、対物レンズ１４を、焦点位置から＋１umずらし、ステップＳ４１において、差分信号ｂを計算した後、メモリ１３に記憶する。たとえば、図５に示すように、焦点位置から＋１umずらされることで、図中の実線で示す＋１umずらしたときの検出信号で示すように、その信号のレベルが低下することになる。また、図６に示すように、焦点位置＋１umは、原点（0，0）で示される焦点位置から斜め上方向の第１象限の点で表わされる。CPU１１は、この第１象限の点で表わされる差分信号ｂを計算し、その値をメモリ１３に記憶させる。
【００３５】
図３のフローチャートに戻り、ステップＳ４２において、CPU１１は、メモリ１３から差分信号ａ，ｂを読み出し、差分信号ａ，ｂの変化量（ａ−ｂ）を計算する。
【００３６】
すなわち、図６に示すように、CPU１１によって、焦点位置から任意の位置までのずれ量をプロットしていったものが、差分信号計算値（Ｓ字）であって、この値から求められる変化量（傾き）が対物レンズ１４の種類ごとに異なっているので、本発明においては、その点に着目し、この変化量（傾き）を、対物レンズ１４の種類の判別に用いるのである。言い換えれば、本実施の形態において、傾きとは、焦点位置からのずれに応じて求められる変化量であると言える。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、説明の都合上、ずれ量を±１umとして説明するが、必ずしもその範囲である必要はなく、たとえば、±0.1〜10umの間の範囲であれば、如何なる範囲であってもよい。つまり、ずれ量を変えることで、図６の差分信号計算値のプロットの仕方も変化することになる。また、本実施の形態においては、一定速度で対物レンズ１４を駆動したときの差分信号をとることで、図６の対物レンズ１４の移動量を示す水平方向の軸を、時間軸とすることも可能である。
【００３８】
ステップＳ４３において、CPU１１は、判定した光量値及び差分信号の変化量（傾き）から対物レンズ１４の種類を決定する。対物レンズ１４の決定には、たとえば、図７に示すような、あらかじめ用意された換算表が用いられる。すなわち、図７に示すように、換算表は、光量［mW］と傾き（変化量）［LSB］の値を、対物レンズ１４の種類に換算するものである。なお、図７の換算表は、40 mWの光源を使用した場合の値である。また、傾きは、差分量の計算値となるため、単位は存在しない。
【００３９】
たとえば、光量が0.7〜0.9［mW］であって、傾きが20〜30［LSB］である場合には、対物レンズ１４の種類として、10倍、N.A. 0.45が求められる。同様にして、図７に示すように、光量：0.8〜1.1［mW］，傾き：110〜130［LSB］である場合には、20倍、N.A. 0.75、光量：1.8〜2.2［mW］，傾き：140〜160［LSB］である場合には、40倍、N.A. 0.95、光量：4.2〜4.6［mW］，傾き：410〜450［LSB］である場合には、60倍、N.A. 1.40、光量：26〜28［mW］，傾き：750〜800［LSB］である場合には、100倍、N.A. 1.40が、対物レンズ１４の種類として、それぞれ求められる。
【００４０】
たとえば、ステップＳ３７の処理により求められた光量値が1.0［mW］，ステップＳ４２の処理により求められた差分信号の変化量（傾き）が125［LSB］となる場合には、図７の換算表にしたがって、対物レンズ１４の種類は、20倍、N.A. 0.75の対物レンズであると決定される。
【００４１】
このように、本発明を適用したオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡１においては、焦点位置における最適な光量値、焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量などのオートフォーカス制御を行う際に検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類が判別される。
【００４２】
そして、対物レンズ種類判別シーケンスが終了すると、処理は、図２のステップＳ１２に戻り、ステップＳ１３において、CPU１１は、対物レンズ種類判別シーケンスを実行して求められた対物レンズの種類のデータを記憶する。
【００４３】
ステップＳ１４において、CPU１１は、メモリ１３に記憶されている現在の（光路に挿入されている）対物レンズ１４の種類に応じたフィードバックのゲイン量などの設定値を読み出し、設定する。なお、このフィードバックのゲイン量は、各対物レンズの種類ごとに異なる設定値の一例であって、ここでは、その他の設定値が設定されるようにしてもよい。
【００４４】
そして、CPU１１は、ステップＳ１５において、オートフォーカスを開始するか否かを判定し、オートフォーカスを開始する場合には、ステップＳ１６において、上述したような、オートフォーカスの制御を行う。
【００４５】
その後、CPU１１は、ステップＳ１７において、オートフォーカスを終了するか否かを判定し、オートフォーカスを終了すると判定された場合、オートフォーカス処理は終了する。一方、ステップＳ１５において、オートフォーカスを開始しないと判定された場合、あるいは、ステップＳ１７において、オートフォーカスが終了したと判定された場合、処理は、ステップＳ１５に戻り、ステップＳ１５ないしステップＳ１７の処理が繰り返される。
【００４６】
以上のように、顕微鏡１においては、焦点位置における最適な光量値、及び、対物レンズ１４を駆動することで得られる焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を用いて、対物レンズ１４の種類を判別できるので、顕微鏡１を使用する前に、外部の入力装置を用いて、あらかじめ対物レンズ１４に関する情報を登録しなくてよい。これにより、登録する際の労力を削減できるとともに、登録ミスによる動作不良の発生も、未然に防ぐことが可能となる。
【００４７】
次に、図８を参照して、本発明を適用したオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡の一実施の形態の他の構成について説明する。
【００４８】
なお、図８では、図１と同様の箇所には、同一の符号が付してあり、処理が同じ部分に関しては、その説明は繰り返しになるので省略する。すなわち、この例においては、複数の対物レンズを切り替えることが可能である対物レンズ切り替え部３３が設けられており、この対物レンズ切り替え部３３は、CPU１１からの指示にしたがって、対物レンズ１４1と対物レンズ１４2とを適宜切り替える。なお、本実施の形態では、説明を簡略化するため、対物レンズ１４1と対物レンズ１４2の２つの対物レンズを例にして説明するが、対物レンズの数が３つ以上となった場合でも同様に処理される。また、以下、対物レンズ１４1と対物レンズ１４2とを、特に区別する必要がない場合には、単に、対物レンズ１４と称して説明する。
【００４９】
また、対物レンズ１４1又は対物レンズ１４2の種類が判別される場合、番地検出センサ３４によって、対物レンズ１４の番地が読み取られ、CPU１１に出力される。これにより、CPU１１は、互いに異なる倍率とN.A.を有する対物レンズ１４1及び対物レンズ１４2のうちの、どちらの対物レンズ１４が現在光路に挿入されているかが認識可能となる。
【００５０】
オフセットレンズ３５は、ダイクロイックミラー１６と、ハーフミラー３６との間に設けられ、対物レンズ切り替え部３３により光路に挿入された対物レンズ１４の焦点位置に試料Ｓの任意の位置を合わせる。すなわち、オフセットレンズ３５は、対物レンズ１４で試料Ｓに集光照射されるスリット像（ＡＦ用光源１８）の結像位置を光軸に沿って焦点方向にずらし、同時に、試料Ｓで反射し、センサ１９の結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。このとき、CPU１１は、ダイアル３１により入力されるオフセット量指示にしたがって、オフセットレンズ３５の駆動を制御する。
【００５１】
なお、本出願人は、たとえば、特開２００４−７０２７６号公報などにおいて、焦点位置調節レンズを用いたオートフォーカス制御を先に提案している。かかる先願の焦点位置調節レンズが、本実施の形態におけるオフセットレンズ３５に相当する。
【００５２】
CPU１１はまた、エンコーダ３２から供給されるＺ位置読み取り信号に基づいて、対物レンズ１４を駆動する制御（上下動位置操作）を行う。
【００５３】
図８において、その他の構成は、図１における場合と同様である。
【００５４】
次に、図９のフローチャートを参照して、図８のCPU１１により実行されるオートフォーカス制御処理について説明する。
【００５５】
ステップＳ５１において、番地検出センサ３４は、光路に挿入された対物レンズ１４の番地を検出し、CPU１１に供給する。
【００５６】
ステップＳ５２において、CPU１１は、番地検出センサ３４からの対物レンズ１４の番地に関する情報に基づいて、光路に挿入されている対物レンズ１４の対物種類データを、メモリ１３を参照して確認し、かかる対物種類データが取得済みであるか否かを判定する。ステップＳ５２において、対物種類データが未取得であると判定された場合、ステップＳ５３において、CPU１１は、オフセットレンズ３５をオフセット０位置へ駆動する（オフセットレンズ制御）。
【００５７】
続いて、ステップＳ５４において、CPU１１によって、対物レンズ種類判別シーケンスが実行される。ステップＳ５４において実行される対物レンズ種類判別シーケンスは、図２のステップＳ１２の処理、すなわち、図３の対物レンズ種類判別シーケンスと同様である。したがって、ここでは、CPU１１によって、ピーク判定が行われることで、焦点位置における最適な光量値が得られ、さらに、対物レンズ１４が駆動されることで、差分信号の変化量（傾き）が演算される。そして、CPU１１によって、これらの光量値と、差分信号の変化量により特定される対物レンズ１４の種類が判別される。
【００５８】
ステップＳ５５及びステップＳ５６において、図２のステップＳ１３及びステップＳ１４と同様に、対物レンズ種類判別シーケンスを実行することで得られた対物レンズ１４の種類のデータが、メモリ１３に記憶され、その対物レンズ１４の種類に応じたフィードバック量などの設定値が設定される。
【００５９】
そして、CPU１１は、ステップＳ５７において、オートフォーカスを開始するか否かを判定し、オートフォーカスを開始する場合には、以下の処理が行われる。すなわち、ステップＳ５８において、対物レンズ１４の観察光学系の焦点位置を、試料Ｓ中の所望の位置に移動するために、ダイアル３１が回動され、ステップＳ５９において、その回動に応じたオフセット量の指示にしたがって、オフセットレンズ３５が光軸に沿って駆動される。オフセットレンズ３５を移動すると、フォーカス光学系の焦点位置が試料面からずれるため、これを補正するように対物レンズ１４が試料方向に、オフセット移動し、フォーカス光学系の焦点位置が試料面に一致することになる。
【００６０】
対物レンズ１４が試料方向にオフセット移動した結果、観察光学系の焦点位置が試料Ｓ中に移動して、所望の位置の光学像が観察可能となり、このようなオートフォーカス制御が、ステップＳ６０において行われることで、焦点位置が維持される。
【００６１】
その後、CPU１１は、ステップＳ６１において、オートフォーカスを終了するか否かを判定し、オートフォーカスを終了しないと判定した場合、処理は、ステップＳ５７に戻り、上述した、ステップＳ５７ないしステップＳ６１の処理が繰り返される。
【００６２】
一方、ステップＳ６１において、オートフォーカスを終了すると判定された場合、ステップＳ６２において、CPU１１は、対物レンズ１４の切り替えを行うか否かを判定する。ステップＳ６２において、対物レンズ１４の切り替えを行うと判定された場合、ステップＳ５１に戻り、対物レンズ切り替え部３３により光路に挿入される対物レンズ１４が切り替えられた後、ステップＳ５１の対物レンズ１４の番地検出の処理以降の処理が、再度実行される。また、ステップＳ６２において、対物レンズ１４の切り替えを行わないと判定された場合、処理は終了する。
【００６３】
以上のように、互いに異なる倍率を有する複数の対物レンズを切り替える対物レンズ切り替え部３３や、焦点位置を維持するために設けられるオフセットレンズ３５を有する図８の顕微鏡１であっても、図１の顕微鏡１と同様に、焦点位置における最適な光量値、及び、対物レンズ１４を駆動することで得られる焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を用いて、対物レンズ１４の種類を判別することができる。その結果、顕微鏡１を使用する前に、あらかじめ対物レンズ１４に関する情報を登録する必要がなくなるので、登録の手間を省くことができるとともに、登録ミスによる動作不良の発生を、未然に防止できる。
【００６４】
ところで、図８のCPU１１により実行される、図９の対物レンズ種類判別シーケンスにおいては、図３の対物レンズ種類判別シーケンスと同様にして、対物レンズ１４を駆動し、差分信号の変化量を得るとして説明したが、対物レンズ１４の代わりに、オフセットレンズ３５を駆動して、差分信号の変化量を求めることも可能である。
【００６５】
そこで、次に、図１０のフローチャートを参照して、図８の顕微鏡１において、対物レンズ１４の代わりに、オフセットレンズ３５を駆動して、差分信号の変化量を求める場合において、CPU１１により実行されるオートフォーカス制御処理について説明する。
【００６６】
ステップＳ７１ないしステップＳ７３において、図９のステップＳ５１ないしステップＳ５３の処理と同様にして、対物レンズ１４の番地が検出され、番地の検出された対物レンズ１４の対物種類データが取得済みでない場合には、オフセットレンズ３５の制御が行われる。そして、ステップＳ７４において、CPU１１によって、対物レンズ種類判別シーケンスが実行される。
【００６７】
ここで、ステップＳ７４において実行される、対物レンズ種類判別シーケンスの詳細について、図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
ステップＳ９１ないしステップＳ９７において、図３のステップＳ３１ないしステップＳ３７と同様に、CPU１１によって、ステージ上に載置された試料Ｓに対する、焦点位置における最適な光量値が求められる。
【００６９】
ステップＳ９８において、CPU１１は、オフセットレンズ３５を光軸に沿って駆動し、オフセット０位置から−１umずらし、ステップＳ９９において、差分信号ａを計算した後、メモリ１３に記憶する。また、CPU１１は、ステップＳ１００において、オフセットレンズ３５を光軸に沿って駆動し、オフセット０位置から＋１umずらし、ステップＳ１０１において、差分信号ｂを計算した後、メモリ１３に記憶する。なお、これらの計算方法は、上記の図５及び図６を参照して説明した通りである。
【００７０】
ステップＳ１０２及びステップＳ１０３において、図３のステップＳ４２及びステップＳ４３と同様に、CPU１１によって、差分信号ａ，ｂの変化量（ａ−ｂ）が計算され、判定した光量値及び差分信号の変化量により特定される対物レンズの種類が判別される。なお、この判別の方法は、上記の図７を参照して説明した通りである。
【００７１】
そして、図１１の対物レンズ種類判別シーケンスが終了すると、処理は、図１０のステップＳ７４に戻り、ステップＳ７５及びステップＳ７６において、図９のステップＳ５５及びステップＳ５６と同様に、図１１の対物レンズ種類判別シーケンスを実行することで得られた対物レンズ１４の種類のデータが、メモリ１３に記憶され、対物レンズ１４の種類に応じたフィードバック量などの設定値が設定される。
【００７２】
続いて、ステップＳ７７ないしステップＳ８２において、図９のステップＳ５７ないしステップＳ６２と同様に、CPU１１によって、オフセットレンズ３５の駆動により焦点位置が維持されるようなオートフォーカス制御が行われる。
【００７３】
以上のように、図８の顕微鏡１においては、対物レンズ１４の代わりに、オフセットレンズ３５を駆動して得られる焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を用いて、対物レンズ１４の種類を判別することができる。
【００７４】
このように、本発明によれば、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録することができる。
【００７５】
すなわち、本発明によれば、オートフォーカスに使用している検出信号及び上下動作制御を用いて光路に挿入された対物レンズ１４の種類を判別することができる。これにより、外部からの対物レンズ１４の倍率及び種別を入力する必要なく、光量値及びゲイン量の設定を行う自動焦点装置を備えた顕微鏡を提供することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態においては、スリット投影方式のオートフォーカス装置を一例にして説明したが、スリット投影方式以外の方式であってもよい。
【００７７】
また、顕微鏡１は倒立顕微鏡であるため、試料に焦点を合わせる際に、対物レンズ１４を上下動させるとして説明したが、対物レンズ１４の代わりにステージを駆動するようにしてもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態において、差分信号の変化量を求める際には、対物レンズ１４又はオフセットレンズ３５のいずれか一方を駆動すればよく、それらを同時に駆動する必要はないが、それらを同時に駆動することは原理的には可能である。
【００７９】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、たとえば汎用のパーソナルコンピュータ等に、記録媒体からインストールされる。
【００８０】
この記録媒体は、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)，DVD（Digital Versatile Disc））を含む）、光磁気ディスク、若しくは半導体メモリ等よりなるリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM（Read Only Memory）やハードディスク等で構成される。
【００８１】
また、上述した一連の処理を実行させるプログラムは、必要に応じてルータ、モデム等のインターフェースを介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線又は無線の通信媒体を介してコンピュータにインストールされるようにしてもよい。
【００８２】
なお、本明細書において、記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【００８３】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００８４】
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】オートフォーカス制御処理について説明するフローチャートである。
【図３】対物レンズ種類判別シーケンスの詳細を説明するフローチャートである。
【図４】光量判定の方法を示す図である。
【図５】差分信号の計算例を示す図である。
【図６】差分信号の計算例を示す図である。
【図７】対物レンズの種類の換算表の例を示す図である。
【図８】本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の他の構成を示す図である。
【図９】オートフォーカス制御処理について説明するフローチャートである。
【図１０】オートフォーカス制御処理について説明するフローチャートである。
【図１１】対物レンズ種類判別シーケンスの詳細を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１ 顕微鏡， １１ CPU， １２ 入力部， １３ メモリ， １４ 対物レンズ， １５ 観察用光源， １６ ダイクロイックミラー， １７ カメラ， １８ ＡＦ用光源， １９ センサ， ３１ ダイアル， ３２ エンコーダ， ３３ 対物レンズ切り替え部， ３４ 番地検出センサ， ３５ オフセットレンズ， ３６ ハーフミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス装置及びその制御方法、プログラム、並びに顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対物レンズを交換可能なオートフォーカス装置が用いられている。このようなオートフォーカス装置において、対物レンズを通って反射してくる検出信号は、対物レンズの倍率と開口数（N.A.（Numerical Aperture））ごとに異なっている。この検出信号のピーク強度が適切でない場合、合焦不可や暴走の原因となるため、各対物レンズに対して、光源の光量を適切に設定する必要がある。
【０００３】
また、この検出信号から差分を計算し、オートフォーカスに必要なフィードバック量を計算するために、各対物レンズに対して、フィードバックのゲイン量を設定する必要がある。
【０００４】
すなわち、オートフォーカスを行う場合には、対物レンズごとに、パラメータを設定する必要があるため、従来のオートフォーカス装置においては、対物レンズの種類ごとの各パラメータを、あらかじめ外部の入力装置を使って登録しておき、そこから光路に入った対物レンズに合わせてパラメータを設定している。これにより、対物レンズの種類に応じたオートフォーカスを行うことが可能となる。
【０００５】
また、対物レンズの判別に関する技術としては、たとえば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平３−３７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、あらかじめ登録された各対物レンズのパラメータのなかから、光路に入った対物レンズのパラメータを設定しているため、使用前に、対物レンズの種類ごとのパラメータを、外部の入力装置を用いて登録しなければならなかった。
【０００７】
そのため、登録には多大な労力を必要とし、さらには、登録ミスによる動作不良も発生することとなっていた。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のオートフォーカス装置は、対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置において、自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類を判別する判別手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の制御方法は、対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置の制御方法において、自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類を判別するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明のプログラムは、上述した本発明の制御方法に対応するプログラムである。
【００１２】
本発明の顕微鏡は、自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類を判別する判別手段を有するオートフォーカス装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用したオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡の一実施の形態の構成を示す図である。
【００１６】
顕微鏡１は、観察の対象物である試料Ｓの拡大像を形成して観察に使用するものである。図１に示すように、顕微鏡１は、対物レンズ１４、観察用光源１５、ダイクロイックミラー１６、カメラ１７、ＡＦ（Auto Focus）用光源１８、センサ１９、及びハーフミラー３６を含むように構成される倒立顕微鏡である。顕微鏡１にはまた、入力部１２からの操作信号等に応じて、顕微鏡１の各部の動作を制御するCPU（Central Processing Unit）１１、及びCPU１１からのデータを格納するメモリ１３が設けられる。
【００１７】
なお、説明を簡略化するため、図１の顕微鏡では、説明に必要な構成部品のみを図示している。また、図１には、図示していないが、試料Ｓは、たとえば、カバーガラス２１やスライドガラスに挟まれて、ステージ上に載置されている。さらに、図中の太線は、光路を表わしている。
【００１８】
まず、顕微鏡１の光学系について説明する。顕微鏡１の光学系は、試料Ｓの上部に配置されている観察光学系と、その側方に配置されているオートフォーカス装置の光学系であるフォーカス光学系から構成される。
【００１９】
フォーカス光学系は、その光軸上に、ＡＦ用光源１８と、ハーフミラー３６や図示せぬその他の光学系が配設されて構成されている。また、本実施の形態において、オートフォーカス装置は、スリット投影方式を採用しているので、フォーカス光学系には、スリット開孔が形成されたスリット板が設けられている。そして、ＡＦ用光源１８からの光をスリットに通してスリット状の照明光を作り、そのスリット状の照明光を光軸から長手方向に延びる中心線に沿って二分し、一方を遮光し、残った他方の照明光を、対物レンズ１４を通して試料Ｓに照射する。
【００２０】
フォーカス光学系にはまたＡＦ用のセンサ１９が設けられており、このセンサ１９は、ＡＦ用光源１８によりステージ上の試料Ｓに照射されて反射するスリット状の光を受光するものである。ここで、ステージ上の試料Ｓは、カバーガラス２１により覆われているため、対物レンズ１４で結像された光は、カバーガラス２１の表面や、カバーガラス２１と試料との境界面（試料面）で反射する。カバーガラス２１や試料面等で反射した光は、対物レンズ１４で平行光に変換され、ダイクロイックミラー１６に当たって側方に反射される。このダイクロイックミラー１６は、フォーカス光学系と観察光学系の光軸の交差する点に配設されており、後述するように観察光学系でも共用されている。
【００２１】
そして、ダイクロイックミラー１６により反射された光は、ハーフミラー３６や図示せぬ各種の光学系を通った後、ＡＦ用のセンサ１９に入射する。センサ１９は、たとえばラインCCD（Charge Coupled Device）や２分割センサからなり、その受光面に結像した像から得られる情報を、ＡＦ信号として、CPU１１に供給する。CPU１１は、このＡＦ信号からたとえば対物レンズ１４を、光軸方向位置へ駆動する制御（上下動位置操作）を行い、対物レンズ１４と試料Ｓとの距離を調整し、合焦位置への制御を行う。すなわち、CPU１１は、オートフォーカス制御として、ＡＦ用光源１８の位置ずれを検出し、フィードバックをかけることで、焦点を合わせる。
【００２２】
一方、観察光学系は、試料Ｓに近い方から順に、対物レンズ１４、ダイクロイックミラー１６が配設されて構成されており、さらに、ダイクロイックミラー１６の先には、ダイクロイックミラー１６を透過した光の像を撮像面で結像して撮像するカメラ１７が設けられる。また、図１に示すように、顕微鏡１には、ステージ上に載置された試料Ｓを照明するための観察用光源１５が設けられている。観察用光源１５は、透過型又は落射型であり、透過型の場合にはステージの下方に配置され、落射型の場合にはステージの上方に配置される。観察用光源１５から照射された光は、試料Ｓを透過して観察光となり、対物レンズ１４を経て、ダイクロイックミラー１６を透過し、カメラ１７の撮像面に試料Ｓの観察像が結像され、観察に供される。なお、図示はしていないが、観察光学系の光軸上に、観察光の一部を反射して、他の一部を透過するハーフミラーを設け、そのハーフミラーによって反射された観察光を対物レンズ及び接眼レンズにより入射させることで、試料Ｓの観察像が結像され、観察に供される。
【００２３】
なお、本実施の形態では、顕微鏡１は、倒立顕微鏡であるとして説明するが、本発明は、試料を上方から観察する正立顕微鏡にも適用することができる。
【００２４】
以上のようにして、顕微鏡１は構成される。
【００２５】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１のCPU１１により実行されるオートフォーカス制御処理について説明する。
【００２６】
ステップＳ１１において、CPU１１は、メモリ１３を参照して、対物レンズ１４の種類に関するデータ（以下、対物種類データという）が取得済みであるか否かを判定する。ステップＳ１１において、対物種類データが未取得であると判定された場合、ステップＳ１２において、CPU１１によって、対物レンズ種類判別シーケンスが実行される。
【００２７】
ここで、ステップＳ１２において実行される、対物レンズ種類判別シーケンスの詳細について、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
ステップＳ３１において、観察試料又は対物レンズ判定用の試料などの試料Ｓがサンプルとして、ステージ上に載置され、たとえば、利用者により入力部１２が操作されることで、CPU１１は、図３の対物レンズ種類判別シーケンスの実行を開始する。
【００２９】
このシーケンスが開始されると、まず、CPU１１は、ステップＳ３２において、ＡＦ用光源１８の光量値を最大に設定し、ステップＳ３３において、それにより得られるセンサ１９からのＡＦ信号に基づいて、ＡＦ信号強度判定を行う。より具体的には、本実施の形態において、オートフォーカス装置は、スリット投影方式を採用しているので、ＡＦ用光源１８からの光量値を最大にした光をスリットに通してスリット状の照明光を作り、ダイクロイックミラー１６、対物レンズ１４を通して試料Ｓに集光照射する。試料Ｓに集光照射された照明光は試料Ｓで反射し、対物レンズ１４、ダイクロイックミラー１６を通って、センサ１９に結像されて検出され、ＡＦ信号として、CPU１１に入力される。
【００３０】
ステップＳ３３において、センサ１９により検出されたＡＦ信号のうち、最も信号のレベルの高いところが、センサ出力の最大値の70％以下であると判定された場合、ステップＳ３４において、CPU１１は、対物レンズ１４を制御して、光軸に沿って駆動させることで、焦点位置を変更する。すなわち、ステップＳ３３及びステップＳ３４の処理によって、ＡＦ信号強度の高くなる対物レンズ１４の位置が求められ、最終的に、ステップＳ３３において、センサ出力の最大値の70％以上となったと判定されたとき、処理は、ステップＳ３５に進む。
【００３１】
ステップＳ３５において、CPU１１は、一方向に対物レンズ１４をずらしていったときに、最も検出信号強度の高い位置をピークとして検出するピーク判定を行う。その後、CPU１１は、ステップＳ３６において、ＡＦ用光源１８からの光量値が小さくなるように光量設定した後、上述した、ステップＳ３３ないしステップＳ３６の処理を繰り返し実行する。そうすると、ピーク判定によりピークが検出されるので、ステップＳ３７において、CPU１１は、ピーク判定の結果に基づいて、焦点位置における最適な光量値を判定し、決定する。すなわち、ＡＦ信号強度判定によって、たとえば、図４に示すように、検出信号の波形が、センサ最大出力の70％などのあらかじめ定められたしきい値の範囲内に入った場合において、ＡＦ用光源１８からの光量値の調節が繰り返されることで、ピークが検出され、焦点位置における最適な光量値が得られることになる。
【００３２】
図３のフローチャートに戻り、CPU１１は、ステップＳ３８において、対物レンズ１４を光軸に沿って駆動して、焦点位置から−１umずらし、ステップＳ３９において、差分信号ａを計算した後、メモリ１３に記憶する。たとえば、図５に示すように、図中の点線で示す焦点位置での検出信号は、対物レンズ１４を光軸に沿って駆動して、焦点位置から−１umずらすことで、図中の実線で示す−１umずらしたときの検出信号に示すように、その信号のレベルが低下することになる。
【００３３】
また、図６に示すように、対物レンズ１４の上下方向の移動量を水平方向の軸（Ｚ）で表わし、焦点位置からのずれ量を垂直方向の軸で表わしたとき、焦点位置−１umは、原点（0，0）で示される焦点位置から斜め下方向の第３象限の点で表わされる。CPU１１は、この第３象限の点で表わされる差分信号ａを計算し、その値をメモリ１３に記憶させる。
【００３４】
その後、CPU１１は、ステップＳ４０において、さらに、対物レンズ１４を、焦点位置から＋１umずらし、ステップＳ４１において、差分信号ｂを計算した後、メモリ１３に記憶する。たとえば、図５に示すように、焦点位置から＋１umずらされることで、図中の実線で示す＋１umずらしたときの検出信号で示すように、その信号のレベルが低下することになる。また、図６に示すように、焦点位置＋１umは、原点（0，0）で示される焦点位置から斜め上方向の第１象限の点で表わされる。CPU１１は、この第１象限の点で表わされる差分信号ｂを計算し、その値をメモリ１３に記憶させる。
【００３５】
図３のフローチャートに戻り、ステップＳ４２において、CPU１１は、メモリ１３から差分信号ａ，ｂを読み出し、差分信号ａ，ｂの変化量（ａ−ｂ）を計算する。
【００３６】
すなわち、図６に示すように、CPU１１によって、焦点位置から任意の位置までのずれ量をプロットしていったものが、差分信号計算値（Ｓ字）であって、この値から求められる変化量（傾き）が対物レンズ１４の種類ごとに異なっているので、本発明においては、その点に着目し、この変化量（傾き）を、対物レンズ１４の種類の判別に用いるのである。言い換えれば、本実施の形態において、傾きとは、焦点位置からのずれに応じて求められる変化量であると言える。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、説明の都合上、ずれ量を±１umとして説明するが、必ずしもその範囲である必要はなく、たとえば、±0.1〜10umの間の範囲であれば、如何なる範囲であってもよい。つまり、ずれ量を変えることで、図６の差分信号計算値のプロットの仕方も変化することになる。また、本実施の形態においては、一定速度で対物レンズ１４を駆動したときの差分信号をとることで、図６の対物レンズ１４の移動量を示す水平方向の軸を、時間軸とすることも可能である。
【００３８】
ステップＳ４３において、CPU１１は、判定した光量値及び差分信号の変化量（傾き）から対物レンズ１４の種類を決定する。対物レンズ１４の決定には、たとえば、図７に示すような、あらかじめ用意された換算表が用いられる。すなわち、図７に示すように、換算表は、光量［mW］と傾き（変化量）［LSB］の値を、対物レンズ１４の種類に換算するものである。なお、図７の換算表は、40 mWの光源を使用した場合の値である。また、傾きは、差分量の計算値となるため、単位は存在しない。
【００３９】
たとえば、光量が0.7〜0.9［mW］であって、傾きが20〜30［LSB］である場合には、対物レンズ１４の種類として、10倍、N.A. 0.45が求められる。同様にして、図７に示すように、光量：0.8〜1.1［mW］，傾き：110〜130［LSB］である場合には、20倍、N.A. 0.75、光量：1.8〜2.2［mW］，傾き：140〜160［LSB］である場合には、40倍、N.A. 0.95、光量：4.2〜4.6［mW］，傾き：410〜450［LSB］である場合には、60倍、N.A. 1.40、光量：26〜28［mW］，傾き：750〜800［LSB］である場合には、100倍、N.A. 1.40が、対物レンズ１４の種類として、それぞれ求められる。
【００４０】
たとえば、ステップＳ３７の処理により求められた光量値が1.0［mW］，ステップＳ４２の処理により求められた差分信号の変化量（傾き）が125［LSB］となる場合には、図７の換算表にしたがって、対物レンズ１４の種類は、20倍、N.A. 0.75の対物レンズであると決定される。
【００４１】
このように、本発明を適用したオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡１においては、焦点位置における最適な光量値、焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量などのオートフォーカス制御を行う際に検出される検出信号を用いて、対物レンズの種類が判別される。
【００４２】
そして、対物レンズ種類判別シーケンスが終了すると、処理は、図２のステップＳ１２に戻り、ステップＳ１３において、CPU１１は、対物レンズ種類判別シーケンスを実行して求められた対物レンズの種類のデータを記憶する。
【００４３】
ステップＳ１４において、CPU１１は、メモリ１３に記憶されている現在の（光路に挿入されている）対物レンズ１４の種類に応じたフィードバックのゲイン量などの設定値を読み出し、設定する。なお、このフィードバックのゲイン量は、各対物レンズの種類ごとに異なる設定値の一例であって、ここでは、その他の設定値が設定されるようにしてもよい。
【００４４】
そして、CPU１１は、ステップＳ１５において、オートフォーカスを開始するか否かを判定し、オートフォーカスを開始する場合には、ステップＳ１６において、上述したような、オートフォーカスの制御を行う。
【００４５】
その後、CPU１１は、ステップＳ１７において、オートフォーカスを終了するか否かを判定し、オートフォーカスを終了すると判定された場合、オートフォーカス処理は終了する。一方、ステップＳ１５において、オートフォーカスを開始しないと判定された場合、あるいは、ステップＳ１７において、オートフォーカスが終了したと判定された場合、処理は、ステップＳ１５に戻り、ステップＳ１５ないしステップＳ１７の処理が繰り返される。
【００４６】
以上のように、顕微鏡１においては、焦点位置における最適な光量値、及び、対物レンズ１４を駆動することで得られる焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を用いて、対物レンズ１４の種類を判別できるので、顕微鏡１を使用する前に、外部の入力装置を用いて、あらかじめ対物レンズ１４に関する情報を登録しなくてよい。これにより、登録する際の労力を削減できるとともに、登録ミスによる動作不良の発生も、未然に防ぐことが可能となる。
【００４７】
次に、図８を参照して、本発明を適用したオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡の一実施の形態の他の構成について説明する。
【００４８】
なお、図８では、図１と同様の箇所には、同一の符号が付してあり、処理が同じ部分に関しては、その説明は繰り返しになるので省略する。すなわち、この例においては、複数の対物レンズを切り替えることが可能である対物レンズ切り替え部３３が設けられており、この対物レンズ切り替え部３３は、CPU１１からの指示にしたがって、対物レンズ１４1と対物レンズ１４2とを適宜切り替える。なお、本実施の形態では、説明を簡略化するため、対物レンズ１４1と対物レンズ１４2の２つの対物レンズを例にして説明するが、対物レンズの数が３つ以上となった場合でも同様に処理される。また、以下、対物レンズ１４1と対物レンズ１４2とを、特に区別する必要がない場合には、単に、対物レンズ１４と称して説明する。
【００４９】
また、対物レンズ１４1又は対物レンズ１４2の種類が判別される場合、番地検出センサ３４によって、対物レンズ１４の番地が読み取られ、CPU１１に出力される。これにより、CPU１１は、互いに異なる倍率とN.A.を有する対物レンズ１４1及び対物レンズ１４2のうちの、どちらの対物レンズ１４が現在光路に挿入されているかが認識可能となる。
【００５０】
オフセットレンズ３５は、ダイクロイックミラー１６と、ハーフミラー３６との間に設けられ、対物レンズ切り替え部３３により光路に挿入された対物レンズ１４の焦点位置に試料Ｓの任意の位置を合わせる。すなわち、オフセットレンズ３５は、対物レンズ１４で試料Ｓに集光照射されるスリット像（ＡＦ用光源１８）の結像位置を光軸に沿って焦点方向にずらし、同時に、試料Ｓで反射し、センサ１９の結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。このとき、CPU１１は、ダイアル３１により入力されるオフセット量指示にしたがって、オフセットレンズ３５の駆動を制御する。
【００５１】
なお、本出願人は、たとえば、特開２００４−７０２７６号公報などにおいて、焦点位置調節レンズを用いたオートフォーカス制御を先に提案している。かかる先願の焦点位置調節レンズが、本実施の形態におけるオフセットレンズ３５に相当する。
【００５２】
CPU１１はまた、エンコーダ３２から供給されるＺ位置読み取り信号に基づいて、対物レンズ１４を駆動する制御（上下動位置操作）を行う。
【００５３】
図８において、その他の構成は、図１における場合と同様である。
【００５４】
次に、図９のフローチャートを参照して、図８のCPU１１により実行されるオートフォーカス制御処理について説明する。
【００５５】
ステップＳ５１において、番地検出センサ３４は、光路に挿入された対物レンズ１４の番地を検出し、CPU１１に供給する。
【００５６】
ステップＳ５２において、CPU１１は、番地検出センサ３４からの対物レンズ１４の番地に関する情報に基づいて、光路に挿入されている対物レンズ１４の対物種類データを、メモリ１３を参照して確認し、かかる対物種類データが取得済みであるか否かを判定する。ステップＳ５２において、対物種類データが未取得であると判定された場合、ステップＳ５３において、CPU１１は、オフセットレンズ３５をオフセット０位置へ駆動する（オフセットレンズ制御）。
【００５７】
続いて、ステップＳ５４において、CPU１１によって、対物レンズ種類判別シーケンスが実行される。ステップＳ５４において実行される対物レンズ種類判別シーケンスは、図２のステップＳ１２の処理、すなわち、図３の対物レンズ種類判別シーケンスと同様である。したがって、ここでは、CPU１１によって、ピーク判定が行われることで、焦点位置における最適な光量値が得られ、さらに、対物レンズ１４が駆動されることで、差分信号の変化量（傾き）が演算される。そして、CPU１１によって、これらの光量値と、差分信号の変化量により特定される対物レンズ１４の種類が判別される。
【００５８】
ステップＳ５５及びステップＳ５６において、図２のステップＳ１３及びステップＳ１４と同様に、対物レンズ種類判別シーケンスを実行することで得られた対物レンズ１４の種類のデータが、メモリ１３に記憶され、その対物レンズ１４の種類に応じたフィードバック量などの設定値が設定される。
【００５９】
そして、CPU１１は、ステップＳ５７において、オートフォーカスを開始するか否かを判定し、オートフォーカスを開始する場合には、以下の処理が行われる。すなわち、ステップＳ５８において、対物レンズ１４の観察光学系の焦点位置を、試料Ｓ中の所望の位置に移動するために、ダイアル３１が回動され、ステップＳ５９において、その回動に応じたオフセット量の指示にしたがって、オフセットレンズ３５が光軸に沿って駆動される。オフセットレンズ３５を移動すると、フォーカス光学系の焦点位置が試料面からずれるため、これを補正するように対物レンズ１４が試料方向に、オフセット移動し、フォーカス光学系の焦点位置が試料面に一致することになる。
【００６０】
対物レンズ１４が試料方向にオフセット移動した結果、観察光学系の焦点位置が試料Ｓ中に移動して、所望の位置の光学像が観察可能となり、このようなオートフォーカス制御が、ステップＳ６０において行われることで、焦点位置が維持される。
【００６１】
その後、CPU１１は、ステップＳ６１において、オートフォーカスを終了するか否かを判定し、オートフォーカスを終了しないと判定した場合、処理は、ステップＳ５７に戻り、上述した、ステップＳ５７ないしステップＳ６１の処理が繰り返される。
【００６２】
一方、ステップＳ６１において、オートフォーカスを終了すると判定された場合、ステップＳ６２において、CPU１１は、対物レンズ１４の切り替えを行うか否かを判定する。ステップＳ６２において、対物レンズ１４の切り替えを行うと判定された場合、ステップＳ５１に戻り、対物レンズ切り替え部３３により光路に挿入される対物レンズ１４が切り替えられた後、ステップＳ５１の対物レンズ１４の番地検出の処理以降の処理が、再度実行される。また、ステップＳ６２において、対物レンズ１４の切り替えを行わないと判定された場合、処理は終了する。
【００６３】
以上のように、互いに異なる倍率を有する複数の対物レンズを切り替える対物レンズ切り替え部３３や、焦点位置を維持するために設けられるオフセットレンズ３５を有する図８の顕微鏡１であっても、図１の顕微鏡１と同様に、焦点位置における最適な光量値、及び、対物レンズ１４を駆動することで得られる焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を用いて、対物レンズ１４の種類を判別することができる。その結果、顕微鏡１を使用する前に、あらかじめ対物レンズ１４に関する情報を登録する必要がなくなるので、登録の手間を省くことができるとともに、登録ミスによる動作不良の発生を、未然に防止できる。
【００６４】
ところで、図８のCPU１１により実行される、図９の対物レンズ種類判別シーケンスにおいては、図３の対物レンズ種類判別シーケンスと同様にして、対物レンズ１４を駆動し、差分信号の変化量を得るとして説明したが、対物レンズ１４の代わりに、オフセットレンズ３５を駆動して、差分信号の変化量を求めることも可能である。
【００６５】
そこで、次に、図１０のフローチャートを参照して、図８の顕微鏡１において、対物レンズ１４の代わりに、オフセットレンズ３５を駆動して、差分信号の変化量を求める場合において、CPU１１により実行されるオートフォーカス制御処理について説明する。
【００６６】
ステップＳ７１ないしステップＳ７３において、図９のステップＳ５１ないしステップＳ５３の処理と同様にして、対物レンズ１４の番地が検出され、番地の検出された対物レンズ１４の対物種類データが取得済みでない場合には、オフセットレンズ３５の制御が行われる。そして、ステップＳ７４において、CPU１１によって、対物レンズ種類判別シーケンスが実行される。
【００６７】
ここで、ステップＳ７４において実行される、対物レンズ種類判別シーケンスの詳細について、図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
ステップＳ９１ないしステップＳ９７において、図３のステップＳ３１ないしステップＳ３７と同様に、CPU１１によって、ステージ上に載置された試料Ｓに対する、焦点位置における最適な光量値が求められる。
【００６９】
ステップＳ９８において、CPU１１は、オフセットレンズ３５を光軸に沿って駆動し、オフセット０位置から−１umずらし、ステップＳ９９において、差分信号ａを計算した後、メモリ１３に記憶する。また、CPU１１は、ステップＳ１００において、オフセットレンズ３５を光軸に沿って駆動し、オフセット０位置から＋１umずらし、ステップＳ１０１において、差分信号ｂを計算した後、メモリ１３に記憶する。なお、これらの計算方法は、上記の図５及び図６を参照して説明した通りである。
【００７０】
ステップＳ１０２及びステップＳ１０３において、図３のステップＳ４２及びステップＳ４３と同様に、CPU１１によって、差分信号ａ，ｂの変化量（ａ−ｂ）が計算され、判定した光量値及び差分信号の変化量により特定される対物レンズの種類が判別される。なお、この判別の方法は、上記の図７を参照して説明した通りである。
【００７１】
そして、図１１の対物レンズ種類判別シーケンスが終了すると、処理は、図１０のステップＳ７４に戻り、ステップＳ７５及びステップＳ７６において、図９のステップＳ５５及びステップＳ５６と同様に、図１１の対物レンズ種類判別シーケンスを実行することで得られた対物レンズ１４の種類のデータが、メモリ１３に記憶され、対物レンズ１４の種類に応じたフィードバック量などの設定値が設定される。
【００７２】
続いて、ステップＳ７７ないしステップＳ８２において、図９のステップＳ５７ないしステップＳ６２と同様に、CPU１１によって、オフセットレンズ３５の駆動により焦点位置が維持されるようなオートフォーカス制御が行われる。
【００７３】
以上のように、図８の顕微鏡１においては、対物レンズ１４の代わりに、オフセットレンズ３５を駆動して得られる焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を用いて、対物レンズ１４の種類を判別することができる。
【００７４】
このように、本発明によれば、簡単、かつ、確実に、対物レンズに関する情報を登録することができる。
【００７５】
すなわち、本発明によれば、オートフォーカスに使用している検出信号及び上下動作制御を用いて光路に挿入された対物レンズ１４の種類を判別することができる。これにより、外部からの対物レンズ１４の倍率及び種別を入力する必要なく、光量値及びゲイン量の設定を行う自動焦点装置を備えた顕微鏡を提供することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態においては、スリット投影方式のオートフォーカス装置を一例にして説明したが、スリット投影方式以外の方式であってもよい。
【００７７】
また、顕微鏡１は倒立顕微鏡であるため、試料に焦点を合わせる際に、対物レンズ１４を上下動させるとして説明したが、対物レンズ１４の代わりにステージを駆動するようにしてもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態において、差分信号の変化量を求める際には、対物レンズ１４又はオフセットレンズ３５のいずれか一方を駆動すればよく、それらを同時に駆動する必要はないが、それらを同時に駆動することは原理的には可能である。
【００７９】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、たとえば汎用のパーソナルコンピュータ等に、記録媒体からインストールされる。
【００８０】
この記録媒体は、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)，DVD（Digital Versatile Disc））を含む）、光磁気ディスク、若しくは半導体メモリ等よりなるリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM（Read Only Memory）やハードディスク等で構成される。
【００８１】
また、上述した一連の処理を実行させるプログラムは、必要に応じてルータ、モデム等のインターフェースを介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線又は無線の通信媒体を介してコンピュータにインストールされるようにしてもよい。
【００８２】
なお、本明細書において、記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【００８３】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００８４】
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】オートフォーカス制御処理について説明するフローチャートである。
【図３】対物レンズ種類判別シーケンスの詳細を説明するフローチャートである。
【図４】光量判定の方法を示す図である。
【図５】差分信号の計算例を示す図である。
【図６】差分信号の計算例を示す図である。
【図７】対物レンズの種類の換算表の例を示す図である。
【図８】本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の他の構成を示す図である。
【図９】オートフォーカス制御処理について説明するフローチャートである。
【図１０】オートフォーカス制御処理について説明するフローチャートである。
【図１１】対物レンズ種類判別シーケンスの詳細を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１ 顕微鏡， １１ CPU， １２ 入力部， １３ メモリ， １４ 対物レンズ， １５ 観察用光源， １６ ダイクロイックミラー， １７ カメラ， １８ ＡＦ用光源， １９ センサ， ３１ ダイアル， ３２ エンコーダ， ３３ 対物レンズ切り替え部， ３４ 番地検出センサ， ３５ オフセットレンズ， ３６ ハーフミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置において、
前記自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、前記対物レンズの種類を判別する判別手段を備える
ことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記対物レンズを通って反射してくる検出信号の強度のピークを判定することで得られる焦点位置における光量値を決定する決定手段と、
前記焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を演算する演算手段と
をさらに備え、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、演算された前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記対物レンズを光軸に沿って駆動することで得られる前記変化量を演算し、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、前記対物レンズの駆動に応じて求められた前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
互いに異なる倍率と開口数を有する複数の対物レンズを切り替え可能な対物レンズ切り替え手段と、
前記複数の対物レンズのうち、前記対物レンズ切り替え手段により光路に挿入された対物レンズの焦点位置に試料の任意の位置を合わせるための焦点位置調整レンズと
をさらに備え、
前記演算手段は、光路に挿入された前記対物レンズを光軸に沿って駆動することで得られる前記変化量を演算し、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、光路に挿入された前記対物レンズの駆動に応じて求められた前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
互いに異なる倍率と開口数を有する複数の対物レンズを切り替え可能な対物レンズ切り替え手段と、
前記複数の対物レンズのうち、前記対物レンズ切り替え手段により光路に挿入された対物レンズの焦点位置に試料の任意の位置を合わせるための焦点位置調整レンズと
をさらに備え、
前記演算手段は、前記焦点位置調節レンズを光軸に沿って駆動することで得られる前記変化量を演算し、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、前記焦点位置調整レンズの駆動に応じて求められた前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置の制御方法において、
前記自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、前記対物レンズの種類を判別する
ステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行う機器を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、前記対物レンズの種類を判別する
ステップを含むことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
請求項１から５の何れか一項に記載のオートフォーカス装置を有している
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項１】
対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置において、
前記自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、前記対物レンズの種類を判別する判別手段を備える
ことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記対物レンズを通って反射してくる検出信号の強度のピークを判定することで得られる焦点位置における光量値を決定する決定手段と、
前記焦点位置からのずれ量に応じて求められる変化量を演算する演算手段と
をさらに備え、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、演算された前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記対物レンズを光軸に沿って駆動することで得られる前記変化量を演算し、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、前記対物レンズの駆動に応じて求められた前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
互いに異なる倍率と開口数を有する複数の対物レンズを切り替え可能な対物レンズ切り替え手段と、
前記複数の対物レンズのうち、前記対物レンズ切り替え手段により光路に挿入された対物レンズの焦点位置に試料の任意の位置を合わせるための焦点位置調整レンズと
をさらに備え、
前記演算手段は、光路に挿入された前記対物レンズを光軸に沿って駆動することで得られる前記変化量を演算し、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、光路に挿入された前記対物レンズの駆動に応じて求められた前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
互いに異なる倍率と開口数を有する複数の対物レンズを切り替え可能な対物レンズ切り替え手段と、
前記複数の対物レンズのうち、前記対物レンズ切り替え手段により光路に挿入された対物レンズの焦点位置に試料の任意の位置を合わせるための焦点位置調整レンズと
をさらに備え、
前記演算手段は、前記焦点位置調節レンズを光軸に沿って駆動することで得られる前記変化量を演算し、
前記判別手段は、決定された前記光量値、及び、前記焦点位置調整レンズの駆動に応じて求められた前記変化量により特定される前記対物レンズの種類を判別する
ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行うオートフォーカス装置の制御方法において、
前記自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、前記対物レンズの種類を判別する
ステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
対物レンズを通過した光を用いて自動焦点調節を行う機器を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記自動焦点調節を行うときに検出される検出信号を用いて、前記対物レンズの種類を判別する
ステップを含むことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
請求項１から５の何れか一項に記載のオートフォーカス装置を有している
ことを特徴とする顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−５４８７０（Ｐ２０１０−５４８７０Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２０６１４（Ｐ２００８−２２０６１４）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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