JP2006053197A

JP2006053197A - 探査に先立ちオートフォーカス（ａｆ）範囲の縮小および探査方向の最適化を行う顕微鏡ａｆシステム、ａｆ方法および同システムを備えた顕微鏡装置

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Publication number: JP2006053197A
Application number: JP2004232909A
Authority: JP
Inventors: Chika Nakajima; 千賀中島; Hideaki Endo; 英明遠藤; Takashi Yoneyama; 貴米山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】所与のＡＦ範囲の縮小および探査方向の最適化によりオートフォーカス動作の効率を上げる。
【解決手段】顕微鏡のオートフォーカスシステムにおいて、利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、対物レンズの動作距離を記憶手段から取得する手段と、所与のＡＦゾーンの遠方の境界である遠端およびステージのＡＦ動作開始時の開始位置を求める手段と、遠端、開始位置および動作距離に基づいて、遠端の位置を調整する手段を備える。遠端と開始位置との差が動作距離より大きい場合、対物レンズから見て開始位置より動作距離だけ前方に遠端を変更する。使用中の対物レンズに関係付けられた対物レンズ情報を記憶手段から取得する手段と、所与のＡＦゾーンにおいて、取得した対物レンズ情報に基づいて、焦準駆動手段のＡＦ開始時の駆動方向を決定する手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、概してオートフォーカス機能を備えた顕微鏡システムに関し、さらに詳細には、そのような顕微鏡システムにおいて観察対象（観察体または標本とも言う）に自動的に焦点を合わせる技術に関する。

現在、微細な資料を観察したり、観察像をビデオ画像として記録したりすることのできる顕微鏡は、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、焦準ハンドル操作により観察試料の焦点調節を行いピント合わせ作業を行う。ところが、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、素早くピント合わせ操作を行うためにはかなりの熟練を要する。

こ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。特に検査工程などルーチン作業の中では、この操作を素早く行い検査時間を短縮することが非常に重要となる。

そこで、このようなピント合わせ操作を自動的に行うことの出来る顕微鏡用のオートフォーカス（ＡＦ）装置が種々提案され、しかも、それらの改善を目的とした提案も数多くなされてきた。

工業分野でのＡＦ装置については、先述のような操作性や検査効率の向上が望まれる一方で、例えば多層形成された半導体ウェハーのような段差のある標本に対して、それぞれの層の欠陥やパターン間の線幅を漏れなく検出・測定したり、標本上の微少な段差を高精度で測定したりする、といった用途へのニーズもある。これらの検査・測定に適した性能を持つＡＦ装置が提案されている。このような工業分野のＡＦ装置では、標本への対応性、ＡＦ時間の短縮等の理由から、赤外光レーザ等の光を標本に投射し、反射した光の状態を検出して合焦動作を行う、いわゆるアクティブ型ＡＦ方式が多い。

一方、生物分野では、より正確なピント位置が要求されること、アクティブ方式では検出不可能な、反射率の低い、透過性の標本を使用することなどから、観察画像のコントラストを検出してＡＦ動作を行う、いわゆるパッシブ型ＡＦ方式が主流である。

いずれのタイプのＡＦにおいても、合焦時間の短縮は重要な課題である。いかに短時間で合焦位置を検出し、ＡＦ動作を完了させるか、という観点から考えた場合、ＡＦアルゴリズムは、ＡＦ装置や顕微鏡装置の性能を決定する大きな要因である。

上記ＡＦアルゴリズムの中でも、標本からの信号が検出されない時のピント位置検索動作、いわゆるＡＦサーチ動作は、ＡＦ時間に多大な影響を与える。
ＡＦでは、ＡＦゾーンと呼ばれるＡＦ動作範囲を予め設定し、この範囲内において標本からの所定値以上の信号を検索する。従って、様々な厚みをもつ標本に対してＡＦを動作可能とするには、ＡＦゾーンを広く設定する必要がある。

しかし、標本が検出できない場合には、設定されているＡＦゾーン内をくまなく検索した後、元の位置に戻ってＡＦ失敗の判定をすることになるが、ＡＦゾーンが広く設定されている場合には、かなりの時間を要することになる。

ＡＦサーチ動作のスピードは、対物レンズの倍率によって変える必要がある。これは、低倍率では比較的に速めに設定してもピント位置付近であることを検出できるが、高倍率では、高速にてサーチ動作を行うと、ピント位置付近を飛び越してしまうからである。したがって、高倍率の場合、ＡＦゾーンが広く設定されていると、さらに多くの時間がかかる事になり、検査工程等でのタイムロスにつながる。

これに対し、ピント状態の悪化を検出する事で、リミット位置より手前で駆動方向を切り替え、不要な範囲のサーチを軽減する手法も提案されている（特許文献１）。しかし、これには標本（被写体）からの所定値以上の信号が不可欠であり、信号が検出されない場合のサーチ動作には、やはり時間を費やしてしまう。

また、このＡＦゾーン内で、標本とピント位置が離れていたり、標本自体が低反射率や低コントラストであったりするために検出信号のレベル不足が発生している場合、予め設定した所定の方向へステージもしくはレボルバを駆動して、信号検出可能範囲を探す方法がある。例えば、上記の場合に、標本と対物レンズが接近する方向（近接方向）へと、ステージまたはレボルバを駆動する例がある（特許文献２）。標本からの信号を検出できないまま近接方向に設けられたリミット位置に達した場合、駆動方向を逆転させる。従ってステージ駆動の場合、ピント位置が現在のステージＺ位置よりも下方に離れている場合、逆方向である上側へ向かってサーチを開始し、上限リミットに達し、元の位置まで戻り、さらに下方へサーチを行い、ようやく標本からの信号を検出、ピント合わせ動作に入る、といったように、無駄な範囲をサーチする故、合焦時間が長くなる。

また、以上のように、対物レンズと標本が近接する方向（NEAR方向）および対物レンズと標本が遠ざかる方向（FAR方向）のうち、予め設定したどちらか一方の固定方向への駆動では、以下のような不具合が生じることがある。

NEAR方向への固定駆動では、ユーザーによるＡＦ動作範囲（ＡＦゾーンと呼ぶ）の誤設定等により、対物レンズと標本が接触して、観察位置がずれたり標本を破損する恐れがある。たとえば、倒立顕微鏡で培養細胞のような容器に入った標本を観察する場合、標本位置が容器底面より離れているため、NEAR方向へ駆動をするとピント位置を検出する前に、容器に接触して標本の観察位置がずれる可能性がある。

一方、FAR方向への固定駆動で問題となるケースもある。対物レンズと標本との間にオイルを必要とするオイル対物レンズ使用時では、FAR方向へ駆動すると標本と対物レンズの隙間が大きくなるため、広範囲に分散していた気泡が観察視野内に集中するようになり、標本Ｓの観察が困難になる可能性がある。対物レンズがさらにFAR方向へ駆動すると、標本と対物レンズの間にあるオイルが途切れてしまい、再接触時に大きな気泡が混入する恐れもある。

逆に、FAR方向へ駆動する場合、ＡＦゾーンの幅が広く設定されていると、対物レンズの倍率によりＡＦ動作に非常に時間がかかることがある。ＡＦゾーンは通常、NEAR方向側よりも標本のピント位置からFAR方向側に広く設定される。ＡＦ開始時には標本と対物レンズの距離はピント位置付近にある場合が多いので、FAR方向への駆動ではＡＦサーチの際に細かいピッチで駆動するため非常に時間がかかり、合焦位置を検出できずタイムアウトによるＡＦ失敗になる可能性がある。

このようにサーチ動作に要する時間は、一般にＡＦゾーンの長さおよび初期サーチ方向に依存すると考えられる。
特開昭５９−２０４８０９特開２００２−３５０７３８

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明は、利用者が設定したＡＦゾーンをＡＦサーチ動作に先立ち自動的に狭めることにより、合焦時間が短く、且つ安定したピント合わせが可能な顕微鏡ＡＦ方法、顕微鏡ＡＦシステムおよび顕微鏡装置を提供することを目的とする。

また、本発明は対物レンズの種類、ＡＦゾーンの幅またはこれらの組み合わせによって、ＡＦ開始時の駆動方向を最適化することで、合焦時間が短縮でき、かつ確実にＡＦを行うことができる、顕微鏡ＡＦ方法、顕微鏡ＡＦシステムおよび顕微鏡装置を提供することを目的とする。

本発明は、一面では、顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、対物レンズを有する前記試料の観察像を得る観察光学系と、前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、前記ステージまたは前記対物レンズの位置を検出する検出手段とを備えた顕微鏡装置において、前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御する顕微鏡オートフォーカスシステムを提供する。本発明のオートフォーカスシステムは、利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、対物レンズの動作距離を記憶手段から取得する手段と、所与のＡＦゾーンの遠方の境界である遠端およびステージのＡＦ動作開始時の開始位置を求める手段と、遠端、開始位置および動作距離に基づいて、遠端の位置を調整する手段を備える。このような構成をとることにより、標本の厚みに対するＡＦの対応性能はそのままに、適切なＡＦ動作範囲での合焦動作が可能となる。

遠端の位置を調整する手段は、遠端と開始位置との間隔が動作距離より大きい場合、対物レンズから見て開始位置より動作距離だけ遠方に遠端を変更する手段からなる。このような構成をとることにより、標本の厚みに対するＡＦの対応性能はそのままに、所与の動作範囲より狭めたＡＦ動作範囲での合焦動作が可能となる為、合焦時間の短縮が可能となる。

本オートフォーカスシステムは、探査方向をデフォルトでステージと対物レンズとが接近するNEAR方向に設定する手段をさらに含む。
本オートフォーカスシステムは、ＡＦゾーンの中間点と開始位置との相対位置に基づいて、ＡＦゾーンを全て探査する場合の探査距離が最小となるようにＡＦ開始時の探査方向を決定する手段をさらに備える。このような構成により、ＡＦ動作範囲内の全検索に要する時間を最小限にとどめることができ、ＡＦ不能の判定時間のさらなる短縮が可能となる。

ＡＦ開始時の探査方向を決定する手段は、開始位置が、対物レンズから見てＡＦゾーンの中間点より遠方にある場合、ＡＦ開始時の探査方向をステージと対物レンズとが遠ざかるFAR方向に設定する手段からなる。この構成の場合も、ＡＦ動作範囲内の全検索に要する時間を最小限にとどめることができ、ＡＦ不能の判定時間のさらなる短縮が可能となる。

本オートフォーカスシステムは、ＡＦゾーンを残らず探査したことを検出する完了検出手段と、上述の検出手段の動作完了の前に前記完了検出手段が作動した場合、ＡＦ動作に失敗したと判断してＡＦ動作を終了する手段とをさらに備えてもよい。この構成の場合、ＡＦ動作範囲内の全検索に要する時間が短縮され、ＡＦ不能の判定時間が短縮される。

本発明は、別の面では、顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、対物レンズを有する試料の観察像を得る観察光学系と、ステージと対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、対物レンズまたはステージの位置を検出する検出手段とを備えた顕微鏡装置において、検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、焦準駆動手段を介して距離を合焦状態に制御する顕微鏡オートフォーカスシステムを与える。本発明のオートフォーカスシステムは、利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、使用中の対物レンズに関係付けられた対物レンズ情報を記憶手段から取得する手段と、所与のＡＦゾーンにおいて、取得した対物レンズ情報に基づいて、焦準駆動手段のＡＦ開始時の駆動方向を決定する手段とを備える。

対物レンズ情報は、ドライ対物レンズまたは液浸対物レンズの対物レンズ種別情報を含む。
初期駆動方向決定手段は、対物レンズがドライ対物レンズである場合、ＡＦ開始時の駆動方向をステージと対物レンズとが遠ざかるFAR方向に設定する手段を含む。

初期駆動方向決定手段は、ＡＦ開始時の駆動方向を、ＡＦゾーンの幅および対物レンズ情報に含まれる各種情報に基づき決定する手段を含む。
対物レンズ情報に含まれる各種情報は、対物レンズ種別情報および前記幅の判定に用いる閾値を含む。

各種情報に基づき決定する手段は、前記幅が閾値より小さい場合、ＡＦ開始時の駆動方向をFAR方向に設定する手段を含む。
各種情報に基づき決定する手段は、前記幅が閾値より大きく、かつ対物レンズがドライ対物レンズでない場合、ＡＦ開始時の駆動方向をNEAR方向に設定する手段を含む。

対物レンズ情報に含まれる各種情報は、対物レンズの倍率をさらに含み、各種情報に基づき決定する手段は、前記幅が閾値より大きく、かつ対物レンズがドライ対物レンズである場合、ＡＦ開始時の駆動方向を倍率に基づいて設定する手段を含む。

本発明によれば、標本の厚みに対するＡＦの対応性能はそのままに、対物レンズやＡＦ開始位置などの状況を考慮して縮小したＡＦ動作範囲での合焦動作が可能となるため、合焦時間の短縮、及びＡＦ不能時の判定時間の短縮が可能となる。

また、対物レンズの種類または、対物レンズの種類とＡＦゾーンの幅によって駆動方向を最適化することにより、確実にＡＦを行うことができ、かつ合焦時間が短縮できる。

以下、本発明の実施形態と添付図面とにより本発明を詳細に説明する。なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。
第１図は、本発明の一実施形態による顕微鏡システムの全体構成を示す。図１において、顕微鏡システム１００は、観察対象Ｓ（これは、上記のガラスＳｇ、培養液Ｓｃおよび細胞Ｓｓなどをまとめて示したものである）を乗せるステージ１、照明用光源２７、平行光生成レンズ２８，ミラー２９、複数の対物レンズ３、これらの対物レンズ３を取り付け回転可能な電動レボルバ２、任意の対物レンズ３を光路中に挿入できるようにレボルバ２を回転させるレボルバ用モータ１７、レボルバ２のどの対物レンズ取り付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出する為のレボ穴位置検出部１８、およびステージ１を光軸方向に移動させる焦準用モータ２１を備えている。さらに、顕微鏡システム１００は、使用者が入力するための操作部２３、操作部２３からの入力情報とレボ穴位置検出部１８からの使用中の対物レンズ３の情報に基づきシステム全体を制御するコントロール部１５、コントロール部１５からの制御信号に基づいてレボルバ用モータ１７と焦準用モータ２１を駆動するレボルバ用モータ駆動部１６および焦準用モータ駆動部２０を備える。

観察対象Ｓは、ステージ１の上に乗せられ、対物レンズ３で上側から観察できるようになっている。
コントロール部１５は周知のＣＰＵ回路であり、第２図に示す如く、ＣＰＵ本体３０と、システムを制御するためのプログラムを格納するＲＯＭ３１と、制御に必要なデータを格納するＲＡＭ３２と、制御信号の入出力を行うＩ／Ｏポート３３、及びＣＰＵを制御する為に必要な図示しない発振器、アドレスデコーダー等の周知の周辺回路から構成される。このＩ／Ｏポート３３やデータバス３４から、各々の周辺装置の制御を行うことになる。また、コンロトール部１５は、システム導入後に発生する種々の設定データが保存できるように、不揮発性メモリ（図示せず）を備えてもよい。

また、操作部２３は、各種操作スイッチを備え、ＡＦ開始／停止や対物レンズの切り替え等の操作やガラス厚などのＡＦに関する必要情報の入力を、観察者が行えるようになっている。さらに、操作部２３は、ＪＯＧダイアル２４を備え、これにより周知の要領でレボルバ２の上下移動の微調整が半手動で容易にできるようにすることが好ましい。

顕微鏡システム１００は、オートフォーカス手段として、レーザ駆動部１９、基準光源４、コリメートレンズ５、投光側ストッパ６、変更ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７，集光レンズ群８，色収差補正レンズ群９、λ／４版１０、ダイクロックミラー１１、ＰＢＳ７を通過した戻り光を集光する集光レンズ群１２、集光レンズ群１２からの光を受光する受光センサ１３、受光センサ１３の出力を後述のように処理してコントロール部１５に渡す信号処理部１４、色収差補正レンズ群９を光軸方法に動かす色収差補正レンズ駆動モータ２６、および色収差補正レンズ駆動部２５を備える。

オートフォーカスに使用される基準光源４としては、赤外線レーザ等の可視外光波長領域の光源が使用される。レーザ駆動部１９は、基準光源４の強弱を制御しながら、光源４をパルス点灯させる。基準光源４からのレーザ光は、平行光を保つ為のコリメートレンズ５を通り、光束径の半分を投光側ストッパ６によりカットされる。その後、ＰＢＳ７でＰ偏光成分のみが反射され、標本側に導かれる。

集光レンズ群８により一旦集光された光束は、色収差補正レンズ群９を通過する。この色収差補正レンズ群９は、色収差補正レンズ群駆動用モータ２６により光軸方向に移動することにより、観察光と赤外線レーザの色収差補正を可能とし、ＡＦを行うとピントのあった目視観察が可能となる。

色収差補正レンズ群９を通過した光は、λ／４板１０を通過する時に４５°偏光され、ダイクロイックミラー１１に入射する。ダイクロイックミラー１１では、赤外域のみ反射されるため、レーザ光束は反射される。

反射された光束は、対物レンズ３により観察対象Ｓにスポット形状の像を形成する。そして、観察対象Ｓにより反射された光束は、逆に対物レンズ３、ダイクロイックミラー１１を通り、λ／４板１０を再び通過する時に更に４５°偏光され、Ｓ偏光成分に切り換わる。さらに、色収差補正レンズ群９、集光レンズ群８を経て、ＰＢＳ７に入射される。この時、光束は、Ｓ偏光成分になっているので、そのままＰＢＳ７を透過し、集光レンズ群１２を通過した後に受光センサ１３に結像する。

受光センサ１３は、光軸を中心に設置された２分割フォトダイオードからなる。受光センサ１３に結像されたスポットは、観察対象Ｓが対物レンズ３のピント位置にある場合は、図３Ｂに示すように、範囲が狭く高い信号強度となり、ピント位置より下側（後ピン位置）にある場合は図３Ａのように、Ｂの範囲に偏った強度分布となり、上側（前ピン位置）にある場合は図３Ｃのように、Ａの範囲に偏った強度分布となり、それぞれ図４（ａ）に示したセンサ信号に変換される。変換された検出信号は、信号処理部１４で、ＡとＢの範囲に分割され、それぞれの範囲における強度の総和が算出される。従って図４(ａ)に示すように、横軸を対物レンズ３のピント位置に対する観察対象Ｓの相対位置、縦軸をそれぞれの受光センサに入射する光強度とすると、ピント位置を挟んで左右対称なＡ，Ｂ２つのカーブが検出できる。

この信号はコントロール部１５に入力される。コントロール部１５は、入力されたＡ，Ｂ信号から、図４(ｂ)に示すような
Ａ＋Ｂ・・・・・（１）
及び、(ｃ)に示すような
Ｋ・（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）・・・・（２）
を算出する。ただし、Ｋは、式（２）の値が適当な範囲に収まるような定数である。特に図４（ｃ）の信号は、Ｓ字カーブのような特性を示し、その値を評価関数値（以下、Ｅｆ値と略す）と称する。図４（ｂ）および（ｃ）は、対物レンズ３の焦点に対する観察対象Ｓの相対位置により式（１）および（２）の値が変化するようすを示すグラフ（ｂ）および（ｃ）である。コントロール部１５は、Ｅｆ値の符号により合焦位置方向を判定する。例えば、図４のＰ１の位置からＡＦ動作を開始した場合には、Ｅｆ値の符号が正であるから、ステージを下降させる制御を行い、Ｐ２の位置からＡＦ動作を開始した場合には、Ｅｆ値の符号が負であるから、ステージを上昇させる制御を行い、最終的にＥｆ値が０となるように合焦制御を行い、観察対象Ｓを合焦へと導く。

このように、レーザ光が点灯制御され、標本に投影したレーザ光束の反射光を検出する事で、アクティブ型のＡＦ光学系が実現する。
また、観察のための照明光は照明用光源２７からレンズ２８を通り、ミラー２９で反射され、観察対象Ｓを上側から照射する。標本からの反射光は、対物レンズ３を通り、ハーフミラー２９を透過した後、ダイクロイックミラー１１を通過して観察光となる。
〔第１の実施形態----ＡＦゾーンの自動縮小〕
以上のような構成の顕微鏡装置において、本発明の種々の実施形態によるＡＦ動作を説明する。

図６は、ＡＦ動作開始時におけるステージ１と対物レンズ３との相対位置の３様態を示す図である。図６において、ＷＤは、対物レンズの枠の先端からピント位置（ＦＰ）までの距離、すなわち作動距離である。ＡＦＺは、利用者が予め設定したＡＦ動作範囲（ＡＦゾーンと呼ぶ）であり、様々な標本の厚みに対してＡＦ動作を可能とする為、広範囲に設定してある。従ってＡＦ動作は、この範囲ＡＦＺで制限される遠方リミット（以降、遠端と称する）ＦＬと近接リミット（以降、近端と称する）ＮＬとの間が、動作可能範囲となる。ピント（FP）位置に標本があった場合、この位置を極大として先述したＡ＋Ｂの信号が検出される。この信号が所定の閾値ＴＨ以上となる範囲Ｗが、ピント位置を検出可能な範囲となる。以下の説明では、対物レンズ３の表面を原点とする光軸方向の座標を念頭に置くこととする。ＡＦ動作開始時のステージの座標位置をｄとする。上述のＡＦＺの遠端ＦＬおよび近端ＮＬも前記座標の値である。

なお、以下の例では、ステージ１と対物レンズ３の相対位置は、ステージ１を移動することにより調整するものと仮定する。勿論、ステージ１の代わりに対物レンズ３を移動してもよい。

図５は、本発明の第１の実施形態によりＡＦ動作開始時に所与のＡＦゾーンを自動的に縮小する動作を示すフローチャートである。光軸方向の任意の位置に標本がある状態で、観察者が図１の操作部２３に配された図示しないＡＦ開始スイッチを押すと、コントロール部１５は、図５の動作を制御するプログラムを呼び出して実行する。コントロール部１５はレボ穴検出部１８を介して現在光路中にあるレボ穴を検出し、予め設定されている対物レンズ装着情報から、現在光路中に挿入されている対物レンズを判定し、その対物レンズのＷＤをＲＯＭ３１から取得する（Ｓ１）。

次にコントロール部１５は、現在のステージ１の光軸方向の位置ｄを検出し（Ｓ２）、ＡＦゾーン内に入っているか否かを判断する（Ｓ３）。ＡＦゾーン外である場合は、現在のステージ位置から近い側のＡＦゾーン端までステージ１を駆動する（Ｓ４）。例えば、図６の開始位置Ｑ１の例では、ステージ１の開始位置Ｑ１を遠端ＦＬまたはその僅か内側まで移動する。

ＡＦゾーン内にステージが移動した場合、または最初から入っていた場合、コントロール部１５は、例えばサーチ方向を示すフラグDirFlgを近接方向に設定するなどしてサーチ方向をデフォルトの近接方向（図中NEARで表す）に設定する（Ｓ５）。次に、現在のステージ位置（ｄとする）と、設定されているＡＦゾーンの遠端ＦＬとの位置関係を判定する。すなわち、現在位置ｄから遠端ＦＬまでの距離ｄ−ＦＬが現在の対物レンズのＷＤより大きいか否かを判定する（Ｓ６）。距離ｄ−ＦＬがＷＤより大きい場合、遠端ＦＬを最大でも現在位置ｄからＷＤだけ遠方側まで、即ち、ｄ−ＷＤに制限する（Ｓ７）。

このように本発明によれば、現在位置ｄから遠端ＦＬまでの距離ｄ−ＦＬがＷＤより大きい場合、遠端ＦＬをｄ−ＷＤに移動する（図６の開始位置Ｑ２およびＱ３の場合）ことによりＡＦゾーンＡＦＺをＡＦＺ’へと縮小する（図６の開始位置Ｑ２およびＱ３の場合）。しかし、ｄ−ＦＬがＷＤより小さい場合は、このようなＡＦゾーンＡＦＺの縮小は行わない（図６の開始位置Ｑ１の場合）。

図７は、ＡＦＺ縮小後の図６のステージ１位置に対する図５のステップＳ８およびＳ９によるサーチ方向決定動作を説明するための図である。
再び、図５において、ステージ１（ｄ）と遠端ＦＬとの距離ｄ−ＦＬはステージ１と近端ＮＬとの距離ＮＬ−ｄより大きい（ステージ１が遠端ＦＬより近端ＮＬの方に近い）か否かを判断する（Ｓ８）。ステージ１が遠端ＦＬより近端ＮＬの方に近い（ＹＥＳの）場合（図７の開始位置Ｑ３に相当）、ステップＳ５で設定したサーチ方向、即ちNEAR方向をそのまま採用するので、何もせずステップＳ３０に進む。判断ステップＳ８において、対物レンズ３から見てステージ１の位置ｄが遠端ＦＬと近端ＮＬとの中間点（ＡＦＺ／２）より遠くにある（すなわち、ステージ１が遠端ＦＬ寄りである）と判断した（ＮＯの）場合（例えば、図７の開始位置Ｑ１および２の場合）、サーチ方向指示フラグDirFlgをFAR方向に設定することによりサーチ方向をFAR方向（ステージ１と対物レンズ３が遠ざかる方向）に設定し（Ｓ９）、ステップＳ３０に進む。

このように、第１の実施形態によれば、デフォルトの探査方向をNEARに設定しておき、ＡＦゾーン縮小動作を行った後、ステージ１位置ｄが縮小動作後のＡＦＺの中間点より対物レンズ３よりにある場合には、探査方向をNEARのままとし、そうでない場合は、探査方向をFARとする。このようにＡＦゾーンとサーチ方向を最適化した後、以下のように実際のサーチを行う。なお、Ｓ８およびＳ９によるサーチ方向を最適化は、必ずしも実行する必要はなく、省略可能である。

即ち、コントロール部１５は、現在位置でのＡ，Ｂ信号を検出し（Ｓ３０）、この値より（Ａ＋Ｂ）およびＥｆ値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を算出する（Ｓ３１，Ｓ３２）。
（Ａ＋Ｂ）の値が所定の閾値ＴＨ１より高いか否か判断する（Ｓ３３）。（Ａ＋Ｂ）の値が閾値ＴＨ１より高い場合（ＹＥＳの場合）、標本からの信号、すなわちレーザ反射光強度が十分あり標本がピント位置近辺にあると判断し、Ｅｆ値の絶対値が各対物レンズの焦点深度から決められる第２の閾値ＴＨ２より小さいか否かの評価を行う（Ｓ３４）。Ｅｆ値の絶対値｜Ｅｆ｜が閾値ＴＨ２よりも小さくなった場合（ＹＥＳの場合）、この時のステージ１位置ｄをピント位置とし、図５の処理を終了する。ステップＳ３４において、Ｅｆ値の絶対値｜Ｅｆ｜が閾値ＴＨ２よりも小さくない場合（ＮＯの場合）、Ｅｆが正であるか否かを判断する（Ｓ４０）。Ｅｆが正なら（ＹＥＳの場合）探査方向をFARに設定して（Ｓ４１）、ステージ駆動により合焦点探査を行い（Ｓ３８）、逆に、ステップＳ４０においてＥｆが正でないなら（ＮＯの場合）探査方向をNEARに設定して（Ｓ４2）、ステージ駆動により合焦点探査を行（Ｓ３８）。

一方、ステップＳ３３において、（Ａ＋Ｂ）の値が閾値ＴＨ１より低い場合、標本サーチ動作を行う。
すなわち、Ｓ５またはＳ９において設定した探査方向（即ち、近接側）へステージ１を駆動し、ステップＳ３１での算出値（Ａ＋Ｂ）が閾値ＴＨ１となる点を探すこれまでの過程でＡＦゾーンを全て探査し尽くしたかを判断する（Ｓ３５）。判断ステップＳ３５においてＮＯと判断した場合（ＡＦＺに未探査の領域がある場合）、ＡＦゾーンの遠端ＦＬまたは近端ＮＬに達したか否かを判断する（Ｓ３７）。ステップＳ３７において遠端ＦＬまたは近端ＮＬに達していない場合、現在の探査方向にステージ１を駆動する（Ｓ３８）。ステップＳ３７において、遠端ＦＬまたは近端ＮＬに達した場合DirFlgを反転させることにより探査方向を反転して（Ｓ３９）、ステージ１を駆動する（Ｓ３８）ことにより、設定したＡＦゾーン内の全範囲を検索するようにする。

ところで、全範囲を検索してもＴＨ１以上となる算出値（Ａ＋Ｂ）が検出されなかった場合（Ｓ３５）、標本の低反射率に起因するＡＦ不能と判断しＡＦ動作を中断する（Ｓ３６）。

このようなＡＦ動作を行うシステムにおいて、図６に示したＡＦ開始位置からＡＦを開始する場合について、その具体的動作を説明する。
まず、ＡＦ開始時にステージ１が図６の開始位置Ｑ１に示すような位置１にある場合、ピント合わせをすべく、操作部２３内に配された図示しないＡＦ開始スイッチを押すと、コントロール部１５は、図６のＡＦゾーンの遠端ＦＬ（またはＦＬの僅か下方の「１'」で示した位置）までステージ１を下降させる。ＡＦ開始位置よりもＡＦゾーンの遠端ＦＬが下側であった為、ＡＦゾーンは検鏡者により予め設定されている範囲ＡＦＺとし、ＦＬの位置からＮＬの位置へ向かってステージを下降させながらＡＦ動作を行う。すなわち、Ａ，Ｂ信号を検出し、算出したＡ＋Ｂが所定値ＴＨ１を上回る範囲Ｗ内であれば、Ｅｆ値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の符号及び大きさに基づいて、最終的にピント位置ＦＰにてＡＦ動作を完了させる。

一方、標本の反射率が低いか又は標本がないような場合、閾値ＴＨ１を超える計算値（Ａ＋Ｂ）が得られないので、Ｗの範囲は存在しないことになる。この場合コントロール部１５は、ほぼ遠端ＦＬの位置からＡ，Ｂ信号の検出、及びＡ＋Ｂの算出をしながら下降し、近端ＮＬまでＡ＋Ｂ＞ＴＨ１となる位置が無かったと判断し（Ｓ３５）た後、ＡＦ失敗とし（Ｓ３６）て終了する。ここでコントロール部１５は、ステージ１を開始位置に戻しても、ＦＬ位置に戻しても、ＮＬ位置で停止したままでも良いものとする。

この場合、ステージ１のＡＦ開始位置が予め設定したＡＦゾーンの、遠方側の範囲外であった為、標本ピント位置の存在する範囲はＡＦゾーン内の全域にあり得ると判断し、ＡＦゾーン内を全て検索した事になる。

次に、図６の開始位置Ｑ２のステージ位置においてＡＦを開始した場合を説明する。
ＡＦ開始位置Ｑ２は予め設定されているＡＦゾーンの範囲内であるので、ＡＦゾーン端への移動は行わず、ＡＦ開始位置ｄから遠方側に対物レンズの動作距離ＷＤだけ離れた位置ｄ−ＷＤと、ＦＬ位置の比較を行う。その結果、ｄ−ＷＤ＞ＦＬならば、新たな遠端をＦＬ＝ｄ−ＷＤとし、新たな遠端ＦＬと近端ＮＬによる新たなＡＦゾーンをＡＦＺ’として、この新たなＡＦＺ’の範囲内でＡＦ動作を行う。

ステージ１がＱ２の位置にある時、対物レンズ３とステージ１の間に挿入できる標本の厚みは最大でも図中ａの高さである。それ以上厚い標本では対物レンズと干渉してしまう為、ステージ位置はＱ２より遠方になっているはずである。Ｑ２の位置からａの厚みのある標本のピント位置は、この位置から遠方側に作動距離ＷＤだけ移動した位置にある。従って、ＡＦ開始位置がＱ２である場合、この位置から遠方側にＷＤだけ離れた位置をＡＦゾーンの遠端ＦＬとしておけば、ピント位置は必ずＦＬよりも近接側に存在することになる。

このように、初期設定であったＡＦゾーンの遠方リミットをＦＬからＦＬ＝ａ＋ＷＤとしＡＦゾーンをＡＦＺからＡＦＺ’に制限する事で、ＡＦ動作を行う範囲を狭めて無駄な検索範囲を除外し、ＡＦ精度はそのままに、素早いピント合わせ動作、もしくは素早いＡＦ失敗判定が可能となる。

図６の開始位置Ｑ３の場合も同様である。
以上のように、ピント位置を含むＡＦゾーンをさらに狭く設定する事で、高速なＡＦ動作が可能となる。

以上説明したように、本実施例によれば、標本の厚みに応じて予め設定してあるＡＦゾーンを、対物レンズのＷＤと、ＡＦ開始位置・ＡＦゾーンの関係から制限し、より狭いＡＦゾーン内の検索で確実に標本のピント位置を検出、あるいはより短時間でＡＦが不能である事を検出できるため、ＡＦ時間の短縮に伴い作業時間の短縮するので検鏡者の疲労軽減につながる。

次に、図６のようなＡＦゾーン縮小（遠端ＦＬの移動）に続いて実行されるステップＳ８およびＳ９の動作の効果を、図７を参照しながら説明する。
検鏡者が、図７のＱ１のステージ位置からＡＦを開始した場合、取得しているＡＦ開始位置ｄとＦＬ、及びＮＬの大小関係を判定する（Ｓ８）。ｄ−ＦＬ（≒０）は、ＮＬ−ｄ（図７ではｄＮで示す）より大きくない値である為（Ｓ８）、サーチ方向を遠方方向と設定し（Ｓ９）、ＡＦサーチを行うが、現在位置はＦＬに達している為（Ｓ３７）、サーチ方向を近接方向に反転する（Ｓ３９）。すなわち、ＦＬの位置からＮＬの位置へ向かってステージを下降させながら、標本からの反射光に基づいてＡ＋Ｂを算出、これが閾値ＴＨ１を上回る範囲Ｗ内へとステージを移動させる。探査領域がＷ内であれば、Ｅｆ値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の符号及び大きさに基づいて、最終的にピント位置ＦＰにてＡＦ動作を完了させる。

一方、標本の反射率が低いか又は標本がないような場合、Ｗの範囲は存在しない為、コントロール部１５は、ＮＬ位置までＡ，Ｂ信号の検出、及びＡ＋Ｂの算出をしながら下降し、ＮＬ位置までにＡ＋Ｂ＞ＴＨ１となる位置が無かったと判断し（Ｓ３５）た後、ＡＦ失敗とし（Ｓ３６）て終了する。ここでコントロール部１５は、ステージ１を開始位置に戻しても、ＦＬ位置に戻しても、ＮＬ位置で停止したままでも良いものとする。

次に、ステップＳ６およびＳ７によるＡＦＺ縮小の後にステージ位置がＱ２にある場合の処理を説明する。
コントロール部１５は、取得しているＡＦ開始位置とＦＬ、及びＮＬの大小関係を判定する（Ｓ８）。この時のｄとＦＬ間の距離ＦＬ−ｄ（＝ＷＤ）は、ステージ１とＮＬ間の距離ｄ−ＮＬより大きくない、即ち、ステージ１位置ｄはＡＦゾーンの中間点（ＮＬ＋AFZ／２）より対物レンズ３から見て遠方にある（Ｓ８においてＮＯ）。従ってサーチ方向を遠方方向に設定し（Ｓ９）、ＡＦサーチを行う。すなわちＡＦ開始位置Ｑ２からＦＬの位置へ向かってステージを上昇させながら、（Ａ＋Ｂ）＞ＴＨとなる範囲Ｗを検索する。Ｑ２からＦＬまでの範囲にはＷが存在しない為、ＦＬに達し（Ｓ３７）た後、サーチ方向を反転し（Ｓ３９）、ＦＬの位置からＮＬの位置へ向かってステージを下降させながらＡＦサーチを行う。

ところで、標本の反射率が低いか又は標本がない場合、ＡＦゾーン内の全範囲を行う事になるが、ＡＦサーチのスピードは、同一対物レンズにおいて一定速度である為、ＡＦゾーン全範囲を検索するのに要する時間は、ステージの移動距離に比例する。従ってこの場合、移動距離（最長探査距離ＬＳＤ）は、
ＷＤ×２＋ｄＮ（＝ＷＤ＋ＡＦＺ）
となり、ＡＦ開始時のＡＦサーチ方向を近接方向にした場合のＡＦゾーン全範囲サーチに要する移動距離
ｄＮ×２＋ＷＤ（＝ｄＮ＋ＡＦＺ）
よりも短くなる（ＷＤ＜ｄＮ）。

ステップＳ６およびＳ７によるＡＦＺ縮小の後にステージ位置がＱ３にある場合のＳ８およびＳ９の処理を説明する。Ｑ３の位置からＡＦ開始した場合には、ＦＬ−ｄ（＝ＷＤ）はｄ−ＮＬ（ｄＮ）より大きい、即ち、ステージ１位置ｄはＡＦゾーンの中間点（ＮＬ＋AFZ／２）より対物レンズ３よりにある（Ｓ８）から、サーチ方向は、ステップＳ５で設定されたとおり近接方向となり、ＡＦゾーン全範囲サーチに要する移動距離ＬＳＤは
ｄＮ×２＋ＷＤ（＝ｄＮ＋ＡＦＺ）
であり、遠方方向に全範囲サーチをする場合の移動距離
ＷＤ×２＋ｄＮ
よりも短くなる。

このように、ＡＦゾーンの全範囲を検索する際の全移動距離ＬＳＤを、ＡＦ開始位置ｄから該当するＡＦゾーンのＦＬまでの距離（＝ＷＤ）、及びｄとＮＬまでの距離との大小関係に基づい探査方向を制御することにより、短くすることで、ＡＦゾーン全範囲検索に要する時間を減らすことが可能となる。

また、検鏡者が、図１の操作部２３内に配された図示しないＡＦサーチ方向固定スイッチ、及びＡＦサーチ方向選択スイッチを押すと、上述のようなＡＦサーチ方向の判定は行わず、検鏡者によって選択された固定のサーチ方向でＡＦサーチを行うように構成することが好ましい。

これにより、例えば必ず遠方方向にサーチを行う事で、不用意な近接リミット設定による対物レンズと標本との接触や標本破壊の可能性を低減させたり、必ず近接方向にサーチを行う事で、ピント位置の方向が常に近接方向にある事が明確である場合などのＡＦ速度の向上を狙う事ができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、標本の厚みに応じて予め設定してあるＡＦゾーンを、対物レンズの動作距離ＷＤと、ＡＦ開始位およびＡＦゾーンの関係から制限し、さらにＡＦ開始位置と、に新たに制限したＡＦゾーンの遠端と近端との距離の内、どちらまでの距離が短いかを判定してＡＦサーチ方向を決定するため、確実に標本のピント位置が含まれる最小限のＡＦゾーン内を、効率的に検索する事ができるので、ＡＦ時間の短縮に伴い作業時間が短縮し、検鏡者の疲労軽減につながる。

また任意のＡＦサーチ方向を指定する事も可能であるため、検鏡者の都合に応じた、効率の良いＡＦ動作が可能となる。
〔第２の実施形態----探査方向の簡易的決定方法〕
図８は、本発明の第２の実施形態による探査方向の最適化を含むＡＦ動作を示すフローチャートである。図８のフローチャートは、Ｓ５〜Ｓ９をＳ１０で置き換えた点を除けば、図５のフローチャートと同じである。したがって、相違点であるＳ１０に付いてのみ説明する。

上述のようにＡＦ動作が開始され、ステップＳ４までの処理によりステージ１がＡＦゾーン内にあることが保証された後、Ｓ１で取得した対物レンズ３の情報よりドライ対物レンズかオイル対物レンズかを判断し（Ｓ１１）、ドライ対物レンズなら探査方向をFAR方向に設定し（Ｓ１２）、オイル対物レンズならば探査方向をNEAR方向に設定する（Ｓ１３）。これらの設定は焦準用モータ駆動部２０に対して行われる。これにより、ステップ１０における探査方向設定処理が完了する。この後、前述のようにステップＳ３０以降の処理によりＡＦ動作が続行される。

本実施形態において、標本Ｓをサーチする方向は、光路中に挿入されている対物レンズ３の種類がオイル対物レンズの場合（Ｓ１１においてＮＯの場合）に、対物レンズと標本Ｓとの接触回避よりもタイムアウトとオイル途切れ防止を優先させて NEAR方向へＺ軸駆動する（Ｓ１３）ことで、対物レンズ３と標本Ｓの間のオイルが途切れることがない。一方、ドライ対物レンズの場合（Ｓ１１においてＹＥＳの場合）には、タイムアウト防止よりも対物レンズと標本Ｓとの接触回避を優先させて FAR方向へＺ軸駆動する（Ｓ１２）ことで、対物レンズ３と標本Ｓの接触を防ぐ。

これにより、対物レンズ情報によって、最適なＡＦサーチ動作のＺ軸駆動方向が選択される。
また、ＡＦ開始時のＺ軸駆動方向は、オイル対物レンズとドライ対物レンズによって決定していたが、対物レンズごとにユーザーが任意にNEAR方向とFAR方向の設定することも可能である。オイル対物レンズにおいて、オイル切れよりも標本Ｓとの接触を絶対に防ぎたい場合には、FAR方向へ、ドライ対物レンズにおいて、標本Ｓとの接触よりもタイムアウトを絶対に防ぎたい場合には、NEAR方向へ駆動することで、より安全に合焦位置を検出することができる。
〔好ましい実施形態----探査方向の最適化〕
図９は、図８のステップＳ１０の代わりに実行できる、本発明の好ましい実施形態による探査方向決定動作Ｓ１０ａを示すフローチャートである。本実施形態による駆動方向の決定は、対物レンズの種類とＡＦゾーンの幅ＡＦＺに基づいて行う。

図１０は、上述のステップＳ１においてＲＯＭ３１から読み出される対物レンズ情報の構成を示す図である。図１０において、レボルバ２のレボ穴またはレボ穴に取り付けられた対物レンズ３の各々に関係付けられた対物レンズ情報は、対物レンズＩＤ（またはレボ穴ＩＤ）、対物レンズの種類、対物レンズの動作距離ＷＤ，およびＡＦＺ幅判定値Ｗｏｂを含む。

図１１は、本発明の好ましい実施形態により対物レンズの種類、ＡＦゾーン幅ＡＦＺおよびＡＦＺ幅判定値Ｗｏｂに基づいて探査方向を決定する規則を収容するテーブルである。即ち、本実施形態によれば、ＡＦＺがＷｏｂより小さければ、対物レンズの種類の関わらず探査方向をFARと設定する。逆に、ＡＦＺがＷｏｂより大きく、オイル対物レンズを使用する場合は、探査方向をNEAR方向に設定し、ＡＦＺがＷｏｂより大きく、ドライ対物レンズを使用する場合は、対物レンズの倍率が高ければ、NEAR方向に設定し、対物レンズの倍率が低ければ、FAR方向に設定する。

図９のフローチャートにより、具体的に説明する。図９のフローチャートは、Ｓ１１とＳ１２の間にＳ２３を挿入し、Ｓ２１およびＳ２２を追加したことを除けば、図８のＳ１０の処理と同じである。図９において、まず、図１０の対物レンズ情報からＷｏｂ値を読み出す（Ｓ２１）。続いて、ＡＦゾーンの幅ＡＦＺがＡＦＺ幅判定値Ｗｏｂより狭いか否かを判断する（Ｓ２２）。幅ＡＦＺがＡＦＺ幅判定値Ｗｏｂより狭い場合、上述のステップＳ１２において探査方向をFAR方向に設定する。ＡＦゾーン幅ＡＦＺがＷｏｂより狭くない場合（Ｓ２２においてＮＯの場合）、対物レンズ３がドライ対物レンズであるかどうか判断する（Ｓ１１）。ドライ対物レンズである場合（ＹＥＳ）、ＡＦゾーンの幅が広いことを考慮し、さらに高倍の対物レンズか否かを判断し（Ｓ２４）、高倍の場合には、上述のステップ１３によりNEAR方向に駆動方向を決定し、低倍の場合（即ち、Ｓ２３においてＮＯの場合）にはFAR方向に駆動方向を決定する（Ｓ１２）。

また、Ｓ１１においてＮＯ、即ち、オイル対物レンズであった場合、実際に設定したＡＦゾーンの幅がＷｏｂの値よりも大きい（Ｓ２２でＮＯと判断した）ので、NEAR方向に駆動方向を決定する（Ｓ１３）。

なお、図１１の表は、対物レンズの種類、ＡＦＺとＷｏｂとの大小関係の何れを重視して解釈するかにより、２とおりのフローチャートが可能である。図９のフローチャートではＡＦＺとＷｏｂとの大小関係を先に判断した（Ｓ２２）が、図１３のように対物レンズの種類を先に判断することも可能である。即ち、図１３において、オイル対物レンズ使用時で（Ｓ５２でＮＯの場合）、ＡＦゾーン＜Ｗｏｂであれば（Ｓ５４でＮＯの場合）ＡＦ開始時にFAR方向へ（Ｓ５６）駆動をする。また、Ｓ５４においてＡＦゾーンＡＦＺ＞Ｗｏｂであれば、ＡＦ開始時に倍率に関係なくNEAR方向（Ｓ５７）へＺ軸駆動をする。一方、ドライ対物レンズ使用時（Ｓ５２においてＹＥＳの場合）には、ＡＦゾーン＜Ｗｏｂであれば（Ｓ５３においてＮＯの場合）ＡＦ開始時にFAR方向（Ｓ５６）へＺ軸駆動をする。高倍のドライ対物レンズ使用時（Ｓ５５においてＹＥＳの場合）でＡＦゾーンが広い場合には、ＡＦ開始時にNEAR方向（Ｓ５７）へＺ軸駆動をする。また、低倍のドライ対物レンズ使用時には（Ｓ５５においてＮＯの場合）、ＡＦ開始時にFAR方向へＺ軸駆動を示している。

図９および１３のフローチャートは何れも図１１に示した同一のテーブルに基づいて作成されたものであるから、本質的な相違はない。しかし、図９のフローチャートの方が簡単で、図８のＳ１０の拡張版であることが分かりやすいので、以下の説明では図９を参照することにする。

すなわち、対物レンズの種類にかかわらずＡＦゾーンが比較的狭い場合（即ち、Ｓ２２でＹＥＳの場合）には、ＡＦ開始時にFAR方向（Ｓ１２）へＺ軸駆動をすることで、ＡＦタイムアウトとオイル途切れ防止よりも対物レンズと標本Ｓとの接触回避を優先させる。対物レンズ３と標本Ｓが接触して、観察位置がずれたり標本を破損する恐れもない。さらに、オイル対物レンズは対物レンズ３と標本Ｓの間にオイルを必要とし、そのオイルによって標本Ｓを押し上げてしまうことを防ぐことが可能である。

なお、一般に、ＡＦＺ幅判定値Ｗｏｂは、対物レンズの倍率が高いほど、Ｗｏｂは小さい値に設定される。たとえば、６０倍のオイル対物レンズではＷｏｂ＝１００μｍと設定されているのが最適である。

一方、ＡＦゾーンが広い場合（即ち、Ｓ２２においてＮＯの場合）にはＡＦ開始時にNEAR方向へＺ軸駆動をすることで、対物レンズと標本Ｓとの接触回避よりもＡＦタイムアウトとオイル途切れ防止を優先させる。通常、FAR方向よりもNEAR方向の方がリミット位置までの距離が短いので、ＡＦ開始時にNEAR方向へＺ軸駆動をすることで、合焦までに非常に時間がかかったり、合焦位置を検出できずにタイムアウトによりＡＦエラーとなったりする可能性を低くすることができる。また、これにより、オイル中の気泡が中心方向に引き寄せられて観察視野内に入り込み、標本Ｓの観察が困難になることもない。

ドライ対物レンズ使用時には（即ち、Ｓ１１においてＹＥＳの場合）、ＡＦ開始時にFAR方向（Ｓ１２）へＺ軸駆動をすることで、ＡＦタイムアウト防止よりも対物レンズと標本Ｓとの接触回避を優先させ、対物レンズ３と標本Ｓとが接触して観察位置がずれたり標本を破損することを回避することができる。たとえば、固定ステージを備えて対物レンズを移動して合焦動作を行う倒立顕微鏡で培養細胞のような容器に入った標本Ｓを観察する場合、標本Ｓの位置が容器底面より離れているので、FAR方向へ駆動をすることで、ピント位置を検出するまえに、容器が接触し、標本Ｓの観察位置がずれることを回避することができる。

ＡＦゾーンを広く設定し、高倍のドライ対物レンズを使用している場合（即ち、Ｓ２３においてＹＥＳの場合）には、ＡＦ開始時にFAR方向へＺ軸駆動をすると、焦点深度が浅いのでＡＦサーチの際に細かいピッチで駆動するためピント位置を検出するまでに非常に時間がかかる。そのため、ＡＦ開始時のＺ軸駆動方向は FAR方向とすると合焦位置を検出する前にタイムアウトによりＡＦエラーとなる可能性があるので、NEAR方向（Ｓ１３）とする。つまり、ＡＦゾーンが広く高倍のドライ対物レンズ使用時にはＡＦ開始時にNEAR方向へＺ軸駆動をすることで、対物レンズと標本Ｓとの接触回避よりもＡＦタイムアウト防止を優先させ、合焦位置を検出できずにタイムアウトによるＡＦエラーとなる可能性を低くすることができる。

一方、低倍のドライ対物レンズ使用時（即ち、Ｓ２３においてＮＯの場合）はＡＦ開始時にFAR方向（Ｓ１２）へＺ軸駆動をしても、高倍のドライ対物レンズよりも焦点深度が深いため、ＡＦサーチの駆動のピッチを粗くすることができ、ＡＦタイムアウト防止よりも対物レンズと標本Ｓとの接触回避を優先させても、合焦位置を検出する前のタイムアウトによるＡＦエラーとなる可能性が低い。そのため、低倍のドライ対物レンズを使用する時はＡＦ開始時にFAR方向へＺ軸駆動をする。

ＡＦ開始時のＺ軸駆動方向は、光路中にある対物レンズ３の種類とＡＦゾーンの幅によって決定されるが、図１１のテーブルによりＡＦのＺ軸駆動方向を自動的に決定するだけでなく、ユーザーが操作部２３よりＺ軸駆動方向を指定することも可能である。また、対物レンズの種類とＡＦゾーンの幅に応じて決定できるだけでなく、以下のようなユーザーの優先事項に応じてＡＦ開始時のＺ軸駆動方向の変更ができる。

たとえば、標本Ｓに接触して位置がずれたり破損する可能性があり、標本Ｓをサーチできなくなることを避けたい場合にはＡＦ開始時にFAR方向へＺ軸駆動をする。一方、標本Ｓに接触する可能性がなく、標本Ｓのサーチ時間をより短縮したい場合には、ＡＦ開始時にNEAR方向へＺ軸駆動をする。

また、ユーザーによりＡＦゾーン幅判定値Ｗｏｂや高倍、低倍のしきい値等を任意の値に変更することで、Ｚ軸駆動方向の決定条件が変わるので、ＡＦ開始時のＺ軸駆動方向を変更することも可能である。標本の厚みや対物レンズの倍率等によりユーザーがＡＦゾーン幅判定値Ｗｏｂを任意の値に変更することで、ＡＦゾーンを広いと認識する幅が変わり、ＡＦ開始時のＺ軸駆動方向を変更することも可能である。これにより、より安全を考慮して合焦位置を検出することができる。

以上は、本発明の説明のために実施例を挙げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施例に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。

また、正立型顕微鏡の例を示したが、倒立型顕微鏡でも同様の効果が得られる。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ８およびＳ９から構成される部分を、図８のＳ１０、図９のＳ１０ａまたは図１３のＳ１０ｂのいずれかで置き換えてもよい。

また、上述の実施形態では、レーザ光を標本に照射し、反射光の状態に基づいてＡＦ動作を行う、いわゆるアクティブ型ＡＦについて説明を行ったが、標本像をＣＣＤラインセンサ等で検出し、コントラスト値に基づいてＡＦ動作を行う、いわゆるパッシブ型ＡＦにしても、その効果は同様である。

なお、上述の実施形態では、ピント位置付近か否かの判断に使用した閾値ＴＨ１の値を、レーザ光の強度（Ａ＋Ｂ）に対して設定したが、例えばコントラスト方式などのパッシブ型ＡＦの場合は、ＣＣＤラインセンサ等で検出された標本像のコントラストの総和値に対して閾値を設定すれば、同様のシーケンスにて同様の効果が得られる。

また、対物レンズ情報の検出は操作部２３の設定により対物レンズ情報を得る方法だけでなく、電動レボルバ２に取り付けられた対物レンズより直接、対物レンズの種類を判断し、コントロール部１５に対物レンズ情報が伝達される方法でも同様の効果が得られる。たとえば、対物レンズにＩＣチップが付いており、対物レンズより直接、情報を読み取りコントロール部１５でその対物レンズ情報を取得する。そして、取得した情報によって、対物レンズの種類を判断し、ステージ１又は電動レボルバ２を所定の方向へＺ軸駆動する。

また、上述の実施形態においてＡＦ開始や対物レンズ情報をコントロール部１５に伝える手段は、操作部２３であったが、ＰＣ等によってコントロール部１５を直接、制御することも可能である。

さらに、ドライ対物レンズやオイル対物レンズだけでなく、水浸対物レンズでも同様の方法により、ＡＦ開始時のＺ軸駆動方向を決定することができる。
上述の実施形態において、標本と対物レンズ間の距離の調節は、ステージ駆動によって説明したが、例えば対物レンズを装着するレボルバを上下駆動する方式等に変更しても、全く同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡オートフォーカス装置の全体構成を示す図である。コントロール部の回路構成を示す図である。観察試料と対物レンズの位置関係の違いによる受光センサ上でのレーザスポットの違いを示す図である。観察試料と対物レンズの位置関係の違いによる受光センサ上でのレーザスポットの違いを示す図である。観察試料と対物レンズの位置関係の違いによる受光センサ上でのレーザスポットの違いを示す図である。受光センサの出力信号から算出する和信号とフォーカスエラー信号を示す図である。本発明の第１の実施形態によりＡＦ動作開始時に所与のＡＦゾーンを自動的に縮小する動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態によりＡＦ動作開始時に所与のＡＦゾーンを自動的に縮小するようすを３つの開始位置を例にとって示す図である。ＡＦＺ縮小後の図６のステージ１位置に対する図５のステップＳ８およびＳ９によるサーチ方向決定動作を説明するための図である。本発明の第２の実施形態によりサーチ方向を決定する動作を含むＡＦ動作を示すフローチャートである。図８のステップ１０の代わりに実行できる、本発明の好ましい実施形態による探査方向決定動作Ｓ１０ａを示すフローチャートである。利用可能な対物レンズ３に関する情報を含む対物レンズ情報テーブルの構造を示す図である。本発明の好ましい実施形態により対物レンズの種類、ＡＦゾーン幅ＡＦＺおよびＡＦＺ幅判定値Ｗｏｂに基づいて探査方向を決定する規則を収容するテーブルである。正立型顕微鏡の場合のＡＦゾーン自動縮小動作を説明する図である。図９のフローチャートの変形例である。

符号の説明

１ステージ
２レボルバ
３、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偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
８集光レンズ群
９色収差補正レンズ群
１０ λ/４板
１１ダイクロイックミラー
１２集光レンズ群
１３受光センサ
１４信号処理部
１５コントロール部
１６レボルバ用モータ駆動部
１７レボルバ用モータ
１８レボ穴位置検出部
１９レーザ駆動部
２０焦準用モータ駆動部
２１焦準用モータ
２３操作部
２４ＪＯＧダイアル
２５色収差補正レンズ駆動部
２６色収差補正レンズ群駆動用モータ
２７照明用光源
２８、４０レンズ
２９ミラー
３０ＣＰＵ本体
３１ＲＯＭ
３２ＲＡＭ
３３Ｉ／Ｏポート
３４データバス
Ｓ観察試料

Claims

顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、対物レンズを有する前記試料の観察像を得る観察光学系と、前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、前記ステージまたは前記対物レンズの位置を検出する検出手段とを備えた顕微鏡装置において、前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御するオートフォーカスシステムであり、
利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、
前記対物レンズの動作距離を前記記憶手段から取得する手段と、
所与のＡＦゾーンの遠方の境界である遠端および前記ステージのＡＦ動作開始時の開始位置を求める手段と、
前記遠端、前記開始位置および前記動作距離に基づいて、前記遠端の位置を調整する手段を備えた
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記遠端の位置を調整する手段は、
前記遠端と前記開始位置との間隔が前記動作距離より大きい場合、前記対物レンズから見て前記開始位置より前記動作距離だけ遠方に前記遠端を変更する手段からなる
ことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
探査方向をデフォルトで前記ステージと前記対物レンズとが接近するNEAR方向に設定する手段をさらに含む
ことを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記ＡＦゾーンの中間点と前記開始位置との相対位置に基づいて、前記ＡＦゾーンを全て探査する場合の探査距離が最小となるようにＡＦ開始時の探査方向を決定する手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記のＡＦ開始時の探査方向を決定する手段は、
前記開始位置が、前記対物レンズから見て前記ＡＦゾーンの前記中間点より遠方にある場合、前記のＡＦ開始時の探査方向を前記ステージと前記対物レンズとが遠ざかるFAR方向に設定する手段からなる
ことを特徴とする請求項４記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記ＡＦゾーンを残らず探査したことを検出する手段と、
前記検出手段の動作完了の前に前記の探査したことを検出する手段が作動した場合、ＡＦ動作に失敗したと判断してＡＦ動作を終了する手段とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項４または５記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、対物レンズを備え前記試料の観察像を得る観察光学系と、前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、前記対物レンズまたは前記ステージの位置を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御する制御手段とを備えた顕微鏡装置におけるオートフォーカス方法であり、
利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する手段から前記対物レンズの動作距離を取得するステップと、
所与のＡＦゾーンの遠方の境界である遠端および前記ステージのＡＦ動作開始時の開始位置を求めるステップと、
前記遠端、前記開始位置および前記動作距離に基づいて、前記遠端の位置を調整するステップを備えた
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカス方法。
顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、
対物レンズを備え前記試料の観察像を得る観察光学系と、
前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、
前記対物レンズまたは前記ステージの位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御する制御手段とを備え、
前記制御手段が、
利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、
前記対物レンズの動作距離を前記記憶手段から取得する手段と、
所与のＡＦゾーンの遠方の境界である遠端および前記ステージのＡＦ動作開始時の開始位置を求める手段と、
前記遠端、前記開始位置および前記動作距離に基づいて、前記遠端の位置を調整する手段とを含む
ことを特徴とする顕微鏡装置。
顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、対物レンズを有する前記試料の観察像を得る観察光学系と、前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、前記対物レンズと前記ステージの位置を検出する検出手段とを備えた顕微鏡装置において、前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御するオートフォーカスシステムであり、
利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、
使用中の対物レンズに関係付けられた前記対物レンズ情報を前記記憶手段から取得する手段と、
所与のＡＦゾーンにおいて、前記の取得した対物レンズ情報に基づいて、前記焦準駆動手段のＡＦ開始時の駆動方向を決定する手段とを備えた
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記対物レンズ情報は、ドライ対物レンズまたは液浸対物レンズの対物レンズ種別情報を含む
ことを特徴とする請求項９記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記初期駆動方向決定手段は、
前記対物レンズがドライ対物レンズである場合、前記のＡＦ開始時の駆動方向を前記ステージと前記対物レンズとが遠ざかるFAR方向に設定する手段を含む
ことを特徴とする請求項１０記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記初期駆動方向決定手段は、
前記のＡＦ開始時の駆動方向を、前記ＡＦゾーンの幅および前記対物レンズ情報に含まれる各種情報に基づき決定する手段を含む
ことを特徴とする請求項１１記載の顕微鏡オートフォーカスシステム
前記対物レンズ情報に含まれる各種情報は、対物レンズ種別情報および前記幅の判定に用いる閾値を含む
ことを特徴とする請求項１２記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記の各種情報に基づき決定する手段は、
前記幅が前記閾値より小さい場合、前記のＡＦ開始時の駆動方向を前記FAR方向に設定する手段を含む
ことを特徴とする請求項１３記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記の各種情報に基づき決定する手段は、
前記幅が前記閾値より大きく、かつ前記対物レンズがドライ対物レンズでない場合、前記のＡＦ開始時の駆動方向を前記NEAR方向に設定する手段を含む
ことを特徴とする請求項１３記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
前記対物レンズ情報に含まれる各種情報は、前記対物レンズの倍率をさらに含み、
前記の各種情報に基づき決定する手段は、
前記幅が前記閾値より大きく、かつ前記対物レンズがドライ対物レンズである場合、前記のＡＦ開始時の駆動方向を前記倍率に基づいて設定する手段を含む
ことを特徴とする請求項１３記載の顕微鏡オートフォーカスシステム。
顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、対物レンズを備え前記試料の観察像を得る観察光学系と、前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、前記対物レンズまたは前記ステージの位置を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御する制御手段とを備えた顕微鏡装置におけるオートフォーカス方法であり、
利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段から使用中の対物レンズに関係付けられた前記対物レンズ情報を取得するステップと、
所与のＡＦゾーンにおいて、前記の取得した対物レンズ情報に基づいて、前記焦準駆動手段のＡＦ開始時の駆動方向を決定するステップとを備えた
ことを特徴とする顕微鏡オートフォーカス方法。
顕微鏡観察対象である試料を乗せるステージと、
対物レンズを備え前記試料の観察像を得る観察光学系と、
前記ステージと前記対物レンズとの距離を光軸方向に変化させる焦準駆動手段と、
前記対物レンズまたは前記ステージの位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の出力信号に基づき合焦状態を判断し、前記焦準駆動手段を介して前記距離を合焦状態に制御する制御手段とを備え、
前記制御手段が、
利用可能な対物レンズの各々に関する対物レンズ情報を格納する記憶手段と、
使用中の対物レンズに関係付けられた前記対物レンズ情報を前記記憶手段から取得する手段と、
所与のＡＦゾーンにおいて、前記の取得した対物レンズ情報に基づいて、前記焦準駆動手段のＡＦ開始時の駆動方向を決定する手段とを含む
ことを特徴とする顕微鏡装置。