JP5070696B2 - Autofocus device and microscope having the same - Google Patents

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Description

本発明は、顕微鏡のオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡に関する。   The present invention relates to a microscope autofocus device and a microscope having the same.

従来、生物顕微鏡において、スリット状の光像を照明光を標本に照射し、その反射光を用いて対物レンズの前側焦点に標本の観察位置を位置決めし、かつ焦点検出光学系に設けられた焦点位置調節レンズを焦点検出光学系の光軸に沿って移動させることにより、対物レンズの前側焦点を標本に対して移動するオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−７０２７６号公報 Conventionally, in a biological microscope, a specimen is irradiated with illumination light with a slit-shaped light image, the observation position of the specimen is positioned at the front focal point of the objective lens using the reflected light, and the focus provided in the focus detection optical system An autofocus device that moves the front focal point of the objective lens relative to the sample by moving the position adjustment lens along the optical axis of the focus detection optical system and a microscope having the same are known (for example, Patent Document 1). reference).
JP 2004-70276 A

しかしながら、特許文献１に開示されているオートフォーカス装置では、焦点位置調節レンズを焦点検出光学系の光軸に沿って移動させた際、オートフォーカス制御に使用するカバーガラスやカバーガラスと標本との境界面における反射像以外の別の光像（本明細書中では以後、迷光と記す）を生じる対物レンズがあることが判明した。このような対物レンズを使用してオートフォーカス制御を行うと、誤った焦点検出情報に基づきオートフォーカス制御を行うため、対物レンズが標本に衝突する虞がある。   However, in the autofocus device disclosed in Patent Document 1, when the focus position adjustment lens is moved along the optical axis of the focus detection optical system, the cover glass used for autofocus control or the cover glass and the specimen are used. It has been found that there is an objective lens that generates another light image (hereinafter referred to as stray light) other than the reflected image at the boundary surface. When autofocus control is performed using such an objective lens, autofocus control is performed based on erroneous focus detection information, and thus there is a possibility that the objective lens may collide with the specimen.

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、オートフォーカス制御時に対物レンズと標本の衝突を防止する機能を有する焦点位置調節レンズを備えたオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides an autofocus device including a focal position adjusting lens having a function of preventing a collision between an objective lens and a sample during autofocus control, and a microscope having the same. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明は、
フォーカス用の光源と、
前記光源からの光に基づく光像を対物レンズを介し観察対象物上に結像させるフォーカス用照明光学系と、
前記観察対象物からの前記光像の反射光を前記対物レンズを介して受光し前記光像の反射像を光電変換器の受光面に結像させるフォーカス用結像光学系と、
前記フォーカス用結像光学系の光軸上に設置され、前記光軸方向に移動可能な焦点位置調節レンズを有し、
前記光電変換器の信号により前記対物レンズの焦点位置を調節するオートフォーカス装置において、
前記光軸上に選択的に挿入される異なる種類の対物レンズ毎に前記対物レンズの前記光像以外の迷光が発生しない範囲と迷光が発生する範囲の境界値に基づき予め定められた前記迷光が発生しない範囲である前記焦点位置調節レンズの移動範囲に、前記焦点位置調節レンズの前記フォーカス用結像光学系の光軸方向の移動を制限することで前記対物レンズが前記観察対象物に衝突することを防止することを特徴とするオートフォーカス装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides:
A light source for focusing;
A focusing illumination optical system that forms an optical image based on light from the light source on an observation object via an objective lens;
A focusing imaging optical system that receives reflected light of the optical image from the observation object via the objective lens and forms a reflected image of the optical image on a light receiving surface of a photoelectric converter;
A focal position adjusting lens which is installed on the optical axis of the focusing imaging optical system and is movable in the optical axis direction;
In an autofocus device that adjusts the focal position of the objective lens according to a signal of the photoelectric converter,
Selectively inserted are different types of the stray light range and stray light stray light does not occur other than said light image of the objective lens for each objective lens is predetermined based on the boundary value of the range to be generated on the optical axis The objective lens collides with the object to be observed by restricting the movement of the focusing position adjusting lens in the optical axis direction of the focusing imaging optical system to a moving range of the focusing position adjusting lens that does not occur. providing an autofocus device comprising a benzalkonium be prevented.

また、本発明は、前記オートフォーカス装置を有することを特徴とする顕微鏡を提供する。   The present invention also provides a microscope having the autofocus device.

本発明によれば、オートフォーカス制御時に対物レンズと標本の衝突を防止する機能を有する焦点位置調節レンズを備えたオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the autofocus apparatus provided with the focus position adjustment lens which has a function which prevents the collision of an objective lens and a sample at the time of autofocus control, and a microscope which has this can be provided.

以下、本発明の一実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明にかかるオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡の概略構成図である。この顕微鏡は、観察の対象物である標本の拡大像を形成して観察に使用するものであり、図３等に示すように観察の対象物である標本１８は水等の媒質に浸された状態でカバーガラス１４およびスライドガラス１５に挟まれてステージ１１上に載置されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microscope equipped with an autofocus device according to the present invention. This microscope forms an enlarged image of a specimen that is an observation object, and is used for observation. As shown in FIG. 3 and the like, the specimen 18 that is an observation object is immersed in a medium such as water. In this state, it is placed between the cover glass 14 and the slide glass 15 and placed on the stage 11.

図１において、本発明に係る顕微鏡の光学系は、標本の上部に配置されている観察光学系３と、その側方に配置された本発明に係るオートフォーカス装置の光学系であるフォーカス用照明光学系５およびフォーカス用結像光学系７により構成されている。   In FIG. 1, an optical system of a microscope according to the present invention includes an observation optical system 3 disposed at the top of a specimen, and a focus illumination which is an optical system of an autofocus device according to the present invention disposed on the side thereof. An optical system 5 and a focusing imaging optical system 7 are included.

フォーカス用照明光学系５は、その光軸上に、ＬＥＤ光源２０側から順に、第１コレクタレンズ２１、スリット板２２、第２コレクタレンズ２３、第１瞳制限マスク２４、第１ハーフミラー２５、焦点位置調節レンズ８及び可視光カットフィルタ１０が配設されて構成されている。スリット板２２の中央部には長方形の細長いスリット開孔２２ａが形成されており、スリット板２２は、スリット開孔２２ａの長手方向が図１において紙面に垂直方向に延びるように光軸を中心に配設されている。   The focusing illumination optical system 5 includes, on its optical axis, in order from the LED light source 20 side, a first collector lens 21, a slit plate 22, a second collector lens 23, a first pupil limiting mask 24, a first half mirror 25, A focal position adjusting lens 8 and a visible light cut filter 10 are arranged. A rectangular elongated slit aperture 22a is formed at the center of the slit plate 22, and the slit plate 22 is centered on the optical axis so that the longitudinal direction of the slit aperture 22a extends in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. It is arranged.

ＬＥＤ光源２０から出射された赤外光（近赤外光）は第１コレクタレンズ２１で集光されてスリット板２２に入射し、標本面（カバーガラス１４と標本が浸された媒質との境界面）と共役位置に配置したスリット板２２のスリット開孔２２ａを通り、第２コレクタレンズ２３で平行光に変換され、第１瞳制限マスク２４に照射される。   Infrared light (near infrared light) emitted from the LED light source 20 is collected by the first collector lens 21 and enters the slit plate 22, and the specimen surface (the boundary between the cover glass 14 and the medium in which the specimen is immersed). The second collector lens 23 converts the light into parallel light and irradiates the first pupil restriction mask 24.

第１瞳制限マスク２４は、瞳の半分を遮光するものであり、光軸を中心にスリット状の赤外光の長手方向の中心線にそって半分が遮光されるように配設されている。第１瞳制限マスク２４を通過した赤外光Ｌａは、第１ハーフミラー２５を透過する。なお、第１ハーフミラー２５は、フォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７の光軸が交差する点に配設されており、赤外光の一部を反射して、他の一部を透過するものであり、後述するように、フォーカス用結像光学系７でも共用されている。   The first pupil restriction mask 24 shields half of the pupil, and is arranged so that half of the pupil is shielded along the longitudinal center line of the slit-shaped infrared light with the optical axis as the center. . The infrared light La that has passed through the first pupil restriction mask 24 passes through the first half mirror 25. The first half mirror 25 is disposed at a point where the optical axes of the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7 intersect, and reflects a part of the infrared light, and the other A part of the light is transmitted through the focusing imaging optical system 7 as will be described later.

フォーカス用照明光学系５と観察光学系３の光軸が交差する点には、ダイクロイックミラー１６が配設されており、後述するように観察光学系３でも共用されている。ダイクロイックミラー１６は、観察光学系３の観察光路上のアフォーカル系に配設され、赤外光を反射して可視光や蛍光を透過する作用をする。第１ハーフミラー２５を透過した赤外光Ｌａは焦点位置調節レンズ８を透過した後、可視光カットフィルタ１０で赤外光Ｌａに含まれる可視光成分が除去された後、ダイクロイックミラー１６で反射されて対物レンズ１２方向に反射され（赤外光Ｌｂ）、対物レンズ１２によって標本に集光されて照射される。なお、対物レンズ１２は、後述するように観察光学系３でも共用されている。また、焦点位置調節レンズ８については後述する。   A dichroic mirror 16 is disposed at a point where the optical axes of the focusing illumination optical system 5 and the observation optical system 3 intersect, and is shared by the observation optical system 3 as described later. The dichroic mirror 16 is disposed in an afocal system on the observation optical path of the observation optical system 3 and functions to reflect infrared light and transmit visible light and fluorescence. The infrared light La that has passed through the first half mirror 25 passes through the focal position adjusting lens 8, and then the visible light component contained in the infrared light La is removed by the visible light cut filter 10, and then reflected by the dichroic mirror 16. Then, it is reflected in the direction of the objective lens 12 (infrared light Lb), and is collected and irradiated on the sample by the objective lens 12. The objective lens 12 is shared by the observation optical system 3 as will be described later. The focus position adjusting lens 8 will be described later.

観察光学系３は、標本側から順に、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー１６、赤外光カットフィルタ１８、第２ハーフミラー１７および第２対物レンズ１３が配設されて構成されており、さらに第２対物レンズ１３の先には図示しないが接眼レンズが配設されて構成されている。   The observation optical system 3 includes an objective lens 12, a dichroic mirror 16, an infrared light cut filter 18, a second half mirror 17, and a second objective lens 13 arranged in this order from the sample side. Although not shown, an eyepiece lens is disposed at the tip of the objective lens 13.

また、図示しないが、ステージ１１上に載置された標本を照明する照明装置が設けられている。この照明装置は、透過型または落射型であり、透過型の照明装置の場合はステージ１１の下方に配置され、落射型の照明装置の場合はステージ１１の上方に配置される。   Although not shown, an illumination device that illuminates the specimen placed on the stage 11 is provided. This illuminating device is of a transmission type or an epi-illumination type, and is disposed below the stage 11 in the case of the transmissive illumination device, and is disposed above the stage 11 in the case of the epi-illumination type illumination device.

照明装置から照射された光は標本を透過して観察光となり、対物レンズ１２を経て、ダイクロイックミラー１６を透過し、赤外光カットフィルタ１８で赤外光が除去されて、第２ハーフミラー１７に入射する。   The light emitted from the illumination device passes through the specimen to become observation light, passes through the objective lens 12, passes through the dichroic mirror 16, and the infrared light is removed by the infrared light cut filter 18, and the second half mirror 17. Is incident on.

第２ハーフミラー１７に入射した観察光は、一部が反射され第２対物レンズ１３および接眼レンズで標本の観察像が結像され、観察に供せれる。また、第２ハーフミラー１７を透過した一部の観察光を、カメラ用対物レンズ３６とカメラ用リレーレンズ３７を通し、カメラ用ＣＣＤセンサ３８の撮像面に結像させ、カメラ用信号処理部３９で処理して標本の画像をモニタ（図示せず）に投影する。   A part of the observation light incident on the second half mirror 17 is reflected, and an observation image of the specimen is formed by the second objective lens 13 and the eyepiece, and is used for observation. Further, a part of the observation light transmitted through the second half mirror 17 passes through the camera objective lens 36 and the camera relay lens 37 to form an image on the imaging surface of the camera CCD sensor 38, and the camera signal processing unit 39. The sample image is projected onto a monitor (not shown).

フォーカス用結像光学系７は、フォーカス用照明光学系５によりステージ１１上の標本に照射されて反射するスリット状の赤外光を受光するものである。ここで、ステージ１１上の標本はカバーガラス１４によって覆われているため、対物レンズ１２で結像された焦点検出用の赤外光は、カバーガラス１４の表面やカバーガラス１４と標本の境界面（標本面）で反射する。カバーガラス１４や標本面等で反射した赤外光は、対物レンズ１２で平行光に変換され（赤外光Ｌｃ）、ダイクロイックミラー１６で反射され（赤外光Ｌｄ）、さらに可視光カットフィルタ１０及び焦点位置調節レンズ８を通り、フォーカス用照明光学系５の光軸に対して略４５度傾けて配設された第１ハーフミラー２５に入射し、第１ハーフミラー２５で一部が反射されフォーカス用結像光学系７に入射する。   The focusing imaging optical system 7 receives slit-like infrared light that is irradiated and reflected from the specimen on the stage 11 by the focusing illumination optical system 5. Here, since the specimen on the stage 11 is covered with the cover glass 14, the infrared light for focus detection imaged by the objective lens 12 is the surface of the cover glass 14 or the boundary surface between the cover glass 14 and the specimen. Reflected at (sample surface). The infrared light reflected by the cover glass 14 or the sample surface is converted into parallel light by the objective lens 12 (infrared light Lc), reflected by the dichroic mirror 16 (infrared light Ld), and further, the visible light cut filter 10. And is incident on the first half mirror 25 that is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the focusing illumination optical system 5 and is partially reflected by the first half mirror 25. The light enters the focusing imaging optical system 7.

フォーカス用結像光学系７は、フォーカス用照明光学系５側から光軸に沿って順に、第１ハーフミラー２５、オートフォーカス用対物レンズ２６、オートフォーカス用リレーレンズ２７、第２瞳制限マスク２８、オートフォーカス用リレーレンズ２７、シリンドリカルレンズ２９およびオートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０が配設されて構成されている。   The focusing imaging optical system 7 includes a first half mirror 25, an autofocus objective lens 26, an autofocus relay lens 27, and a second pupil restriction mask 28 in order from the focusing illumination optical system 5 side along the optical axis. An autofocus relay lens 27, a cylindrical lens 29, and an autofocus CCD sensor 30 are provided.

第１ハーフミラー２５で反射された赤外光Ｌｄは、オートフォーカス用対物レンズ２６で集光して結像光に変換されスリット像を結像する。オートフォーカス用リレーレンズ２７，２７は、オートフォーカス用対物レンズ２６によって結像されたスリット像（赤外光Ｌｅ）をリレーし、シリンドリカルレンズ２９を経て、オートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面にスリット像を再結像する。   The infrared light Ld reflected by the first half mirror 25 is condensed by the autofocus objective lens 26 and converted into imaging light to form a slit image. The autofocus relay lenses 27, 27 relay the slit image (infrared light Le) formed by the autofocus objective lens 26, pass through the cylindrical lens 29, and slit on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30. Reimage the image.

なお、第２瞳制限マスク２８は、瞳の半分を遮光するように配設されており、遮光される領域は、第１瞳制限マスク２４によって遮光される領域に対応している。また、シリンドリカルレンズ２９は、所定方向のみに屈折作用を持つレンズであり、赤外光Ｌｅを図１において紙面に対して垂直方向（スリット像の長手方向）に圧縮して、オートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に結像させる作用をする。なお、オートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０は、複数の受光部が１次元に配列されたラインセンサ、または、２次元に配列されたエリアセンサで構成することが可能である。   The second pupil restriction mask 28 is disposed so as to shield half of the pupil, and the light-shielded area corresponds to the area shielded by the first pupil restriction mask 24. The cylindrical lens 29 is a lens having a refractive action only in a predetermined direction, and compresses the infrared light Le in a direction perpendicular to the paper surface (longitudinal direction of the slit image) in FIG. It functions to form an image on 30 imaging surfaces. The autofocus CCD sensor 30 can be composed of a line sensor in which a plurality of light receiving units are arranged one-dimensionally or an area sensor arranged in a two-dimensional manner.

なお、フォーカス用照明光学系５において、ＬＥＤ光源２０から出射した光をスリット板２２のスリット開孔２２ａを通してスリット状にしてスリット開孔２２ａの像を標本に照射している。これは、スポット光とした場合、標本面等に段差部分があると、その反射光が散乱して理想的な光量信号を得ることができないためであるが、標本面等の状態によってはこのスリット板２２を無くし、上述の方法でＬＥＤ光源２０の像を標本に照射してオートフォーカス制御をすることも可能である。また、第１コレクタレンズ２１はなくても実現可能である。   In the illumination optical system 5 for focusing, the light emitted from the LED light source 20 is formed into a slit shape through the slit aperture 22a of the slit plate 22, and the image of the slit aperture 22a is irradiated onto the sample. This is because when spot light is used, if there is a step on the sample surface, the reflected light is scattered and an ideal light quantity signal cannot be obtained. It is also possible to eliminate the plate 22 and perform autofocus control by irradiating the sample with the image of the LED light source 20 by the method described above. Further, this can be realized without the first collector lens 21.

本発明に係るオートフォーカス装置において使用する焦点位置調節レンズ８について説明する。焦点位置調節レンズ８は図１に示すように、ダイクロイックミラー１６と第１ハーフミラー２５の間のフォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７との共通光路上に位置しアフォーカル系に配設されている。   The focus position adjusting lens 8 used in the autofocus device according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the focal position adjusting lens 8 is positioned on the common optical path of the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7 between the dichroic mirror 16 and the first half mirror 25, and is an afocal system. It is arranged.

また、焦点位置調節レンズ８には焦点位置調節レンズ駆動部９が取り付けられており、図示しないが、焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って前後に移動可能とする焦点位置調節レンズ用ＤＣモータと、倍率の異なる複数の焦点位置調節レンズ８を交換可能とする焦点位置調節レンズ用電動ターレットで構成されている。焦点位置調節レンズ駆動部９は後述するＣＰＵ４１の焦点位置調節レンズ移動制御部を介して移動が制御されている。また、焦点位置調節レンズ８を光軸方向に移動した時に、対物レンズ１２と標本１８との衝突を防止するためのリミットセンサーＨＬ１（−）及びＨＬ２（＋）（図５参照）が配設されている。   A focal position adjusting lens driving unit 9 is attached to the focal position adjusting lens 8, and although not shown, a DC motor for the focal position adjusting lens that allows the focal position adjusting lens 8 to move back and forth along the optical axis. And an electric turret for a focus position adjusting lens that can exchange a plurality of focus position adjusting lenses 8 having different magnifications. The movement of the focal position adjusting lens driving unit 9 is controlled via a focal position adjusting lens movement control unit of the CPU 41 described later. Further, limit sensors HL1 (−) and HL2 (+) (see FIG. 5) for preventing collision between the objective lens 12 and the sample 18 when the focal position adjusting lens 8 is moved in the optical axis direction are provided. ing.

また、後述する顕微鏡の入力部には焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って移動させる焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１と不図示の焦点位置調節レンズ切り替えスイッチが配設されおり、観察者は焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１を操作すると、これに結合されたエンコーダ６１（図６参照）からの信号に基づき焦点位置調節レンズ８を光軸にそって往復移動させることができる。また、焦点位置調節レンズ切り替えスイッチにより、焦点位置調節レンズ用電動ターレットに装着された複数の焦点位置調節レンズ８から任意の焦点位置調節レンズ８を選択して切り替えることができる。   Further, a focus position adjusting lens operation dial 51 for moving the focus position adjusting lens 8 along the optical axis and a focus position adjusting lens switching switch (not shown) are disposed in the input section of the microscope, which will be described later. When the position adjustment lens operation dial 51 is operated, the focal position adjustment lens 8 can be reciprocated along the optical axis based on a signal from an encoder 61 (see FIG. 6) coupled thereto. Further, an arbitrary focal position adjusting lens 8 can be selected and switched from a plurality of focal position adjusting lenses 8 mounted on the focal position adjusting lens electric turret by the focal position adjusting lens switching switch.

焦点位置調節レンズ８の作用について、図２及び図３を用いて説明する。なお、図２及び図３では説明に必要な構成部品のみを図示している。また、図においてオートフォーカス用照明光を直線で示し、観察光学系３における観察光を点線で示している。   The operation of the focus position adjusting lens 8 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 show only components necessary for the description. In the figure, the illumination light for autofocus is indicated by a straight line, and the observation light in the observation optical system 3 is indicated by a dotted line.

焦点位置調節レンズ８は、対物レンズ１２で標本１８に集光照射されるスリット像（オートフォーカス用照明光）の結像位置ａを光軸に沿ってずらし、同時に、標本１８で反射し、オートフォーカス用ＣＣＤセンサー３０の撮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ずらす働きをする。   The focal position adjustment lens 8 shifts the imaging position a of the slit image (autofocus illumination light) focused and irradiated on the sample 18 by the objective lens 12 along the optical axis, and at the same time, reflects the sample 18 to reflect the auto image. It functions to shift the imaging position of the slit image re-imaged on the imaging surface of the focusing CCD sensor 30 along the optical axis.

以下、オートフォーカス制御を行いながら、標本１８における実際に観察したい位置に対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆを合わす方法について説明する。焦点位置調節レンズ８は凸レンズ８ａと凹レンズ８ｂとを有し、一方のレンズが光軸上に固定され、他方のレンズが光軸に沿って移動可能に配置されて構成することができる。なお、変形例としては、凸レンズ８ａと凹レンズ８ｂを光軸に沿って移動可能に構成しても良い。なお、以降の説明では、凸レンズ８ａが物体側に固定され、その後方に凹レンズ８ｂが光軸に沿って移動可能に配置されている場合について説明する。   Hereinafter, a method for adjusting the focus f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 to a position where the specimen 18 is actually observed while performing autofocus control will be described. The focal position adjusting lens 8 includes a convex lens 8a and a concave lens 8b, and one lens is fixed on the optical axis, and the other lens is arranged to be movable along the optical axis. As a modification, the convex lens 8a and the concave lens 8b may be configured to be movable along the optical axis. In the following description, the case where the convex lens 8a is fixed on the object side and the concave lens 8b is arranged behind the convex lens 8b so as to be movable along the optical axis will be described.

図２（ａ）に示すように、対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆがカバーガラス１４と標本１８の境界面（以下、「標本面１４ｂ」と呼ぶ）に合っている状態で、スリット開孔２２ａを通して標本１８に照射されるオートフォーカス用スリット像の結像位置ａが同じく標本面１４ｂに合い、且つ、その反射像の焦点がオートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に合うように焦点位置調節レンズ８（凹レンズ８ｂ）の位置を調節する（この位置を焦点位置調節レンズ８によるスリット像の「オフセットゼロの位置」と呼ぶ）。この状態ではスリット像が対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆつまり標本面１４ｂに結像し、その反射光はオートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に結像している状態である。また、この状態では焦点位置調節レンズ８は単に望遠系となっており、焦点位置調節レンズ８の前後ではオートフォーカス用照明光は共に平行光束となっている。この状態で後述するオートフォーカス制御をかけると常に標本面１４ｂに対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆが合っている状態に制御される。   As shown in FIG. 2A, the slit f in a state where the focus f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 is aligned with the boundary surface between the cover glass 14 and the sample 18 (hereinafter referred to as “sample surface 14 b”). The focus position a of the autofocus slit image irradiated to the specimen 18 through the aperture 22a is also focused on the specimen surface 14b, and the reflected image is focused on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30. The position of the position adjusting lens 8 (concave lens 8b) is adjusted (this position is referred to as the “offset zero position” of the slit image by the focal position adjusting lens 8). In this state, the slit image is focused on the focal point f of the observation optical system 3 of the objective lens 12, that is, the sample surface 14 b, and the reflected light is focused on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30. In this state, the focal position adjusting lens 8 is simply a telephoto system, and the autofocus illumination light is a parallel light beam before and after the focal position adjusting lens 8. When auto focus control described later is applied in this state, the specimen surface 14b is always controlled so that the focus f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 is in focus.

次に焦点位置調節レンズ８（凹レンズ８ｂ）を光軸に沿って前後に移動し、オートフォーカス用スリット像を移動させて、オートフォーカス用スリット像の結像位置ａと対物レンズ１２の観察光学系３の焦点位置ｆをずらす（オフセットさせる）。例えば、図２（ｂ）に示すように凹レンズ８ｂを後方（凸レンズ８ａから離れる方向）に距離ｘだけ移動させると、オートフォーカス用スリット像の結像位置ａは標本面１４ｂより対物レンズ１２側に所定の距離（この距離を「オフセット量ＯＳ」と呼ぶ）だけ移動する。この状態で、後述するオートフォーカス制御を行うと、ステージ１１が移動するために標本面１４ｂが移動して、図２（ｃ）に示すように、オートフォーカス用スリット像の結像位置ａが標本面１４ｂに一致する。この時、対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆはオフセット量ＯＳだけ標本の中に移動し、例えば、図３に示すように標本１８内の点Ｐに一致させることができる。   Next, the focal position adjusting lens 8 (concave lens 8b) is moved back and forth along the optical axis to move the autofocus slit image, and the imaging position a of the autofocus slit image and the observation optical system of the objective lens 12 are moved. 3 is shifted (offset). For example, as shown in FIG. 2B, when the concave lens 8b is moved backward (in a direction away from the convex lens 8a) by a distance x, the imaging position a of the autofocus slit image is closer to the objective lens 12 than the sample surface 14b. It moves by a predetermined distance (this distance is called “offset amount OS”). In this state, when autofocus control, which will be described later, is performed, the sample surface 14b moves because the stage 11 moves, and the imaging position a of the autofocus slit image is set to the sample position as shown in FIG. It coincides with the surface 14b. At this time, the focal point f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 moves into the sample by the offset amount OS, and can be made to coincide with a point P in the sample 18, for example, as shown in FIG.

このとき、焦点位置調節レンズ８を構成する凹レンズ８ｂの移動量ｘと、標本面１４ｂでのオフセット量ＯＳは、対物レンズ１２の倍率（焦点距離）に応じて決まる。顕微鏡装置として必要なオフセット量ＯＳは、標本の構成上、５０μｍ程度必要とされる。液浸対物レンズの場合、カバーガラスの下面の反射率は、媒質がオイルの場合ほぼ０であり、水の場合も上面（標本面）と同じ反射率となり、一般に４０倍以上の高倍で開口数も大きく標本側の焦点深度は非常に浅いためカバーガラス下面の反射はオートフォーカス制御にとって妨げとはならない。また、本発明に係るオートフォーカス装置は一般的ないわゆる乾燥系対物レンズにも対応可能であるが、乾燥系の場合は、カバーガラス下面の反射率は上面の１０倍以上となり焦点深度が比較的深いことから本来のカバーガラス上面をオートフォーカス基準面とするのは困難となる。従って、信号として１０倍以上大きいカバーガラス下面を基準面とするのが適当となる。この場合、オフセット量は高倍／液浸対物レンズのオフセット量（５０μｍ）に比べて非常に大きくなる（例えば、カバーガラス厚１７０μｍ＋５０μｍ）が、焦点位置調節レンズ８の適当な設定によりカバーガラス下面を基準とするような大きなオフセット量の設定が可能となる。   At this time, the moving amount x of the concave lens 8b constituting the focal position adjusting lens 8 and the offset amount OS on the specimen surface 14b are determined according to the magnification (focal length) of the objective lens 12. The offset amount OS necessary for the microscope apparatus is required to be about 50 μm due to the configuration of the specimen. In the case of an immersion objective lens, the reflectance of the lower surface of the cover glass is almost 0 when the medium is oil, and the same reflectance as that of the upper surface (specimen surface) is obtained when water is used. However, since the focal depth on the specimen side is very shallow, the reflection on the lower surface of the cover glass does not hinder the autofocus control. In addition, the autofocus device according to the present invention can cope with a general so-called dry objective lens, but in the case of a dry system, the reflectance of the lower surface of the cover glass is 10 times or more of the upper surface, and the depth of focus is relatively high. Since it is deep, it is difficult to set the upper surface of the original cover glass as the autofocus reference surface. Therefore, it is appropriate to use the lower surface of the cover glass 10 times or more as a signal as a reference surface. In this case, the offset amount is much larger than the offset amount (50 μm) of the high magnification / immersion objective lens (for example, the cover glass thickness 170 μm + 50 μm). A large offset amount can be set.

以上のように、焦点位置調節レンズ８を凸レンズ８ａと凹レンズ８ｂとで構成することにより、従来よりあるオートフォーカス装置にこの焦点位置調節レンズ８を組み込むことにより簡単な構成でオートフォーカス用照明光の結像位置ａと対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆをオフセットさせることができる。   As described above, the focal position adjusting lens 8 is composed of the convex lens 8a and the concave lens 8b, so that the focusing position adjusting lens 8 can be incorporated into a conventional autofocus device and the autofocus illumination light can be simply configured. The imaging position a and the focus f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 can be offset.

なお、上述の焦点位置調節レンズ８でずらす（オフセットさせる）ことが可能な距離は、焦点位置調節レンズ８の焦点距離により物理的な制限があるため、その物理的な制限以上にずらしたい場合には、焦点位置調節レンズ８を交換することで対応可能である。例えば、焦点距離の長いものに交換することにより長いずらし量を実現することができる。なお、焦点位置調節レンズ８を焦点距離の違うレンズに交換した場合、オフセットゼロの位置を決めるために、焦点位置調節レンズ８の位置を調節する必要がある。   Note that the distance that can be shifted (offset) by the focal position adjusting lens 8 is physically limited by the focal length of the focal position adjusting lens 8, so that it is desired to shift beyond the physical limit. Can be handled by exchanging the focal position adjusting lens 8. For example, it is possible to realize a long shift amount by exchanging with a long focal length. When the focal position adjusting lens 8 is replaced with a lens having a different focal length, it is necessary to adjust the position of the focal position adjusting lens 8 in order to determine the position of zero offset.

また、上記構成では焦点位置調節レンズ８をダイクロイックミラー１６と第１ハーフミラー２５の間、すなわちフォーカス用照明光学系５とフォーカス用結像光学系７の共通光路上に配設し、標本１８に集光照射されるスリット像と標本１８（標本面１４ｂ）で反射してオートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に再結像するスリット像の両方の焦点位置を光軸方向にずらしていたが、第１ハーフミラー２５と第１瞳制限マスク２４の間、すなわち、フォーカス用照明光学系５に焦点位置調節レンズを配設して標本１８に集光照射されるスリット像の焦点位置ａを光軸方向にずらすことで実現することも可能である。また、第１ハーフミラー２５とオートフォーカス用第２対物レンズ２６の間、すなわち、フォーカス用結像光学系７に焦点位置調節レンズを配設して、オートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面に再結像するスリット像の焦点位置ａを光軸方向にずらすことで実現することも可能である。   In the above configuration, the focal position adjusting lens 8 is disposed between the dichroic mirror 16 and the first half mirror 25, that is, on the common optical path of the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7. The focal positions of the focused slit image and the slit image reflected by the sample 18 (sample surface 14b) and re-imaged on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 are shifted in the optical axis direction. The focal position a of the slit image that is focused and irradiated on the specimen 18 between the first half mirror 25 and the first pupil limiting mask 24, that is, the focal position adjusting lens in the focusing illumination optical system 5, is the optical axis. It can also be realized by shifting in the direction. In addition, a focus position adjusting lens is disposed between the first half mirror 25 and the second autofocus objective lens 26, that is, in the focusing image forming optical system 7, so that the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 is re-applied. It can also be realized by shifting the focal position a of the slit image to be formed in the optical axis direction.

顕微鏡の制御系は、フォーカス位置検出のためのオートフォーカス用信号処理部３１、ステージ１１を上下動させるステージ駆動部３４、対物レンズ１２を交換するための電動レボルバを駆動する電動レボルバ駆動部３５およびそれらを制御するためのＣＰＵ４１、メモリ４２、入力部４３で構成されている。   The control system of the microscope includes an autofocus signal processing unit 31 for detecting a focus position, a stage driving unit 34 for moving the stage 11 up and down, an electric revolver driving unit 35 for driving an electric revolver for exchanging the objective lens 12, and It comprises a CPU 41, a memory 42, and an input unit 43 for controlling them.

オートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０が検出したスリット像の信号は、オートフォーカス用信号処理部３１に出力され、ＣＰＵ４１により処理され、対物レンズ１２に対する標本１８の焦点情報が検出される。この焦点情報に関する信号は、ＣＰＵ４１によりステージ駆動部３４に送られ、ステージ１１の位置を光軸に沿って上下動させることにより対物レンズ１２の観察光学系３の焦点ｆに標本を位置決めする。   The slit image signal detected by the autofocus CCD sensor 30 is output to the autofocus signal processing unit 31 and processed by the CPU 41 to detect the focus information of the sample 18 with respect to the objective lens 12. A signal related to this focus information is sent to the stage drive unit 34 by the CPU 41, and the specimen is positioned at the focus f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 by moving the position of the stage 11 up and down along the optical axis.

なお、オートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０の撮像面の中でスリット像が形成される位置は、ステージ１１の光軸に沿った上下動によって、標本１８やカバーガラス１４の位置が変わると、それに合わせて、スリット像の短手方向に移動する。このようなオートフォーカス用ＣＣＤセンサ３０で検出されたスリット像からステージ１１の移動方向を制御する。   It should be noted that the position where the slit image is formed on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 corresponds to the position of the specimen 18 or the cover glass 14 that changes due to the vertical movement along the optical axis of the stage 11. Move in the short direction of the slit image. The moving direction of the stage 11 is controlled from the slit image detected by the autofocus CCD sensor 30.

ステージ駆動部３４は、図１には図示しないがステージ１１に取り付けられたステージ駆動用ＤＣモータと、ステージ駆動用ＤＣモータを回転させるステージ駆動用モータドライバと、ステージ駆動用ＤＣモータの回転角を検出するロータリエンコーダと、ロータリエンコーダの検出結果に基づいてステージ１１の上下動をカウントするアップ／ダウンカウンタとで構成されている。   Although not shown in FIG. 1, the stage drive unit 34 includes a stage drive DC motor attached to the stage 11, a stage drive motor driver that rotates the stage drive DC motor, and a rotation angle of the stage drive DC motor. A rotary encoder to be detected and an up / down counter to count the vertical movement of the stage 11 based on the detection result of the rotary encoder.

オートフォーカス制御はＣＰＵ４１で処理され、制御信号は上下動制御信号と速度制御信号としてステージ駆動用モータドライバに出力され、この信号に基づいてステージ駆動用ＤＣモータは駆動される。アップ／ダウンカウンタのカウント結果は、上下動位置信号としてＣＰＵ４１に出力される。ステージ１１はステージ駆動用ＤＣモータが回転すると、その回転角に応じて光軸に沿って上下動する。そして、ステージ１１に載置された標本もカバーガラス１４、スライドガラス１５とともに上下動し、標本と対物レンズ１２との位置関係が調節される。   The autofocus control is processed by the CPU 41, and the control signals are output to the stage drive motor driver as a vertical movement control signal and a speed control signal, and the stage drive DC motor is driven based on these signals. The count result of the up / down counter is output to the CPU 41 as a vertical movement position signal. When the stage driving DC motor rotates, the stage 11 moves up and down along the optical axis according to the rotation angle. The specimen placed on the stage 11 also moves up and down together with the cover glass 14 and the slide glass 15, and the positional relationship between the specimen and the objective lens 12 is adjusted.

図１には１本の対物レンズ１２のみを示したが、本実施形態の顕微鏡は、倍率が異なる複数の対物レンズ１２によって構成可能である。複数の対物レンズ１２は、図示しないが電動レボルバに装着されており、電動レボルバはこれを回転駆動する電動レボルバ駆動部３５に接続される。電動レボルバ駆動部３５には、図示しないが電動レボルバに取り付けられた電動レボルバ駆動用ＤＣモータと、ＣＰＵ４１からの回転制御信号に基づいて電動レボルバ駆動用ＤＣモータを回転させる電動レボルバ駆動用モータドライバとが設けられている。電動レボルバは、上記した電動レボルバ駆動用ＤＣモータの回転に応じて回転する。そして、電動レボルバに装着された複数の対物レンズ１２もともに回転し、いずれか１つの対物レンズ１２が顕微鏡の観察光路上に位置決めされる。電動レボルバ駆動部３５には、電動レボルバのレボルバ穴（例えば６個）のうち、顕微鏡の観察光路上に位置決めされたレボルバ穴の番号（１〜６）を検知するセンサ（図示せず）が設けられている。   Although only one objective lens 12 is shown in FIG. 1, the microscope of the present embodiment can be configured by a plurality of objective lenses 12 having different magnifications. Although not shown, the plurality of objective lenses 12 are attached to an electric revolver, and the electric revolver is connected to an electric revolver driving unit 35 that rotationally drives the objective lens. Although not shown, the electric revolver driving unit 35 includes an electric revolver driving DC motor attached to the electric revolver, and an electric revolver driving motor driver that rotates the electric revolver driving DC motor based on a rotation control signal from the CPU 41. Is provided. The electric revolver rotates according to the rotation of the electric revolver driving DC motor. Then, the plurality of objective lenses 12 attached to the electric revolver also rotate, and any one objective lens 12 is positioned on the observation optical path of the microscope. The electric revolver driving unit 35 is provided with a sensor (not shown) for detecting the number (1 to 6) of the revolver holes positioned on the observation optical path of the microscope among the revolver holes (for example, six) of the electric revolver. It has been.

入力部４３には、焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１、図示しないが、キーボード、対物レンズ切り替えスイッチ、オートフォーカス制御開始スイッチ、合焦位置記憶スイッチ、アップ／ダウン微調整スイッチ及び上述の焦点位置調節レンズ８を操作するスイッチ等が設けられている。   The input unit 43 includes a focus position adjustment lens operation dial 51, although not shown, a keyboard, an objective lens changeover switch, an autofocus control start switch, a focus position storage switch, an up / down fine adjustment switch, and the above-described focus position adjustment lens. The switch etc. which operate 8 are provided.

キーボードは、電動リボルバにセットされている複数の対物レンズ１２の情報を入力する時等に使用される。キーボードから入力された複数の対物レンズ１２のそれぞれのデータは、メモリ４２に記憶される。また、合焦位置記憶スイッチによって取得された合焦位置情報もメモリ４２に記憶される。   The keyboard is used when inputting information of the plurality of objective lenses 12 set in the electric revolver. Each data of the plurality of objective lenses 12 input from the keyboard is stored in the memory 42. In-focus position information acquired by the in-focus position storage switch is also stored in the memory 42.

対物レンズ切り替えスイッチは、顕微鏡の観察光路上に位置決めされた対物レンズ１２を別の対物レンズ１２に切り替えるときに使用される。ＣＰＵ４１は、対物レンズ切り替えスイッチから入力された切り替え信号に基づいて電動レボルバ駆動部３５を制御し、切り替え信号によって指定された対物レンズを顕微鏡の観察光路上に位置決めする。   The objective lens switching switch is used when switching the objective lens 12 positioned on the observation optical path of the microscope to another objective lens 12. The CPU 41 controls the electric revolver driving unit 35 based on the switching signal input from the objective lens switching switch, and positions the objective lens specified by the switching signal on the observation optical path of the microscope.

オートフォーカス制御開始スイッチは、顕微鏡におけるオートフォーカス制御の開始を指示する時に使用される。ＣＰＵ４１は、オートフォーカス制御開始スイッチが操作されると、既に説明したスリット投影式オートフォーカス制御の実行を開始し、標本１８が対物レンズ１２の焦点に位置決めされる。   The autofocus control start switch is used when instructing the start of autofocus control in the microscope. When the autofocus control start switch is operated, the CPU 41 starts executing the slit projection type autofocus control described above, and the sample 18 is positioned at the focal point of the objective lens 12.

アップ／ダウン微調整スイッチは、手動操作によってステージ１１の上下動を微調整する時に使用される。ＣＰＵ４１は、アップ／ダウン微調整スイッチから入力された微調整信号に基づいてステージ１１を位置決めする。なお、アップ／ダウン微調整スイッチの操作は、操作者が顕微鏡の第２対物レンズ１３および接眼レンズを介して標本の像を観察しながら行うものである。そして操作者にとってコントラストの高い像が良好に観察できた時点で、アップ／ダウン微調整スイッチの操作を終了し、ステージ１１が位置決めされる。この時、本実施形態の顕微鏡では、標本の中の任意の面が対物レンズ１２の焦点ｆに一致している。   The up / down fine adjustment switch is used to finely adjust the vertical movement of the stage 11 by manual operation. The CPU 41 positions the stage 11 based on the fine adjustment signal input from the up / down fine adjustment switch. The up / down fine adjustment switch is operated while the operator observes the image of the specimen through the second objective lens 13 and the eyepiece of the microscope. Then, when an image with high contrast can be satisfactorily observed for the operator, the operation of the up / down fine adjustment switch is finished, and the stage 11 is positioned. At this time, in the microscope of the present embodiment, an arbitrary surface in the sample coincides with the focal point f of the objective lens 12.

このような構成によれば、焦点位置調節レンズ８を前記オフセットゼロの位置からオートフォーカス制御をさせながら光軸に沿って移動させることにより、対物レンズ１２の焦点の位置を自由に、且つ、標本面１４ｂでのオートフォーカス用スリット像の反射量に関わりなく任意の位置までずらすことが可能である。また、標本面１４ｂから常に一定の距離だけ光軸方向に離れたところに対物レンズ１２の焦点ｆを合わせることができるため、標本１８をステージ上で移動して標本１８の別の部分を観察する場合や、別の標本１８に交換して観察をする場合等に効率の良い作業が可能となる。   According to such a configuration, the focal position adjusting lens 8 is moved along the optical axis while performing autofocus control from the zero offset position, so that the focal position of the objective lens 12 can be freely adjusted and the specimen can be moved. Regardless of the amount of reflection of the autofocus slit image on the surface 14b, it can be shifted to an arbitrary position. Further, since the focal point f of the objective lens 12 can be focused at a position that is always away from the specimen surface 14b in the optical axis direction, the specimen 18 is moved on the stage and another part of the specimen 18 is observed. In this case, it is possible to perform an efficient work when the observation is performed after exchanging with another specimen 18.

しかしながら、焦点位置調節レンズ８を光軸に沿って移動させることによってオフセット量ＯＳを与える際に、光路中に挿入された対物レンズ１２の種類によって焦点検出用スリット像からの反射光（図４のＳ１）以外の反射光（図４のＳ２）が迷光となって焦点検出光学系７に入射しオートフォーカス用ＣＣＤセンサー３０で検出され、その結果オートフォーカス制御が誤動作し、対物レンズ１２と標本１８とが衝突する虞があることが判明した。ここで図４はオートフォーカス用ＣＣＤセンサーからの出力を模式的に示している。   However, when the offset position OS is given by moving the focus position adjusting lens 8 along the optical axis, the reflected light from the focus detection slit image (see FIG. 4) depends on the type of the objective lens 12 inserted in the optical path. Reflected light other than S1) (S2 in FIG. 4) enters the focus detection optical system 7 as stray light and is detected by the autofocus CCD sensor 30. As a result, the autofocus control malfunctions, and the objective lens 12 and the sample 18 are detected. It has been found that there is a risk of collision. Here, FIG. 4 schematically shows an output from the autofocus CCD sensor.

対物レンズ１２の違いによる迷光の発生の仕方は、以下の３つに分類される。
（１）焦点位置調節レンズ８の移動範囲の全域にわたって迷光が発生しない対物レンズ。
（２）焦点位置調節レンズ８の限られた移動範囲では迷光が発生せず、この範囲を超えて移動すると迷光が発生する対物レンズ。
（３）焦点位置検出レンズ８の全移動範囲で迷光が発生する対物レンズ。 The method of generating stray light due to the difference in the objective lens 12 is classified into the following three types.
(1) An objective lens that does not generate stray light over the entire moving range of the focal position adjusting lens 8.
(2) An objective lens in which stray light is not generated in a limited movement range of the focal position adjusting lens 8, and stray light is generated when the focal position adjusting lens 8 moves beyond this range.
(3) An objective lens that generates stray light in the entire movement range of the focal position detection lens 8.

上記分類（１）から分類（３）の対物レンズのうち、分類（３）の対物レンズは本オートフォーカス制御では使用できないものである。   Among the objective lenses of the above classification (1) to classification (3), the objective lens of classification (3) cannot be used in the present autofocus control.

一方、分類（１）の対物レンズは、本オートフォーカス制御に好適な対物レンズであり、これまではこのような対物レンズを選択して使用することで、誤動作による衝突を防止していた。しかし、このように対物レンズを選別して使用するため、使える対物レンズが限定されてしまうと言う問題がある。   On the other hand, the objective lens of category (1) is an objective lens suitable for this autofocus control, and until now, such an objective lens has been selected and used to prevent collision due to malfunction. However, since the objective lenses are selected and used in this way, there is a problem that the usable objective lenses are limited.

分類（２）の対物レンズは限られた移動範囲では使用可能なものである。そこで、この分類（２）の対物レンズを使用可能にすることによって対物レンズの選択の幅を広げることが可能になる。本実施の形態に係るオートフォーカス装置は、分類（１）に加えて分類（２）の対物レンズをも使用可能にするものである。   The objective lens of classification (2) can be used in a limited range of movement. Therefore, by making the objective lens of this classification (2) usable, it becomes possible to widen the selection range of the objective lens. The autofocus device according to the present embodiment makes it possible to use the objective lens of classification (2) in addition to classification (1).

本実施の形態にかかるオートフォーカス装置では、光路中に挿入された対物レンズ１２の種類（分類（１）〜（３））を判定して、迷光によって焦点検出が誤動作し対物レンズ１２と標本１４とが衝突することを防止することを可能にしている。これは、対物レンズ１２の種類によって焦点位置調節レンズ８の光軸上での移動範囲を迷光の発生しない範囲に制限することで可能にしている。   In the autofocus device according to the present embodiment, the type (classification (1) to (3)) of the objective lens 12 inserted in the optical path is determined, and the focus detection malfunctions due to stray light, causing the objective lens 12 and the specimen 14 to malfunction. It is possible to prevent a collision with the. This is made possible by limiting the range of movement of the focal position adjustment lens 8 on the optical axis to a range where stray light does not occur, depending on the type of the objective lens 12.

図５は、焦点位置調節レンズの移動に伴う焦点検出誤動作を防止するための処理を概念的に示す図であり、
図５において、焦点位置調節レンズ８を移動した際、迷光が発生しない範囲（図５中の範囲Ｃ）と迷光が発生する範囲（図５中の範囲Ｂ及びＤ）の境界値ＳＬ１、及びＳＬ２を対物レンズ毎に前もって測定してメモリ４２中に記憶させておき、対物レンズが選択された時にこれらの値をメモリ４２から読み出して焦点位置調節レンズ８の移動範囲を制限することで、オートフォーカス制御の誤動作を防止することを可能にしている。ここで、ＳＬ１、ＳＬ２はソフトリミット値を表し、焦点位置調節レンズ８の移動をソフト的に制限する値である。ＳＬ１とＳＬ２との間の範囲Ｃは迷光が存在せず良好にオートフォーカス制御を行える範囲である。ＨＬ１、ＨＬ２はハードリミット値を表し、顕微鏡に設けられているセンサーの位置で決められている。メカリミットは機械的に移動を制限するものであり、これ以上は焦点位置調節レンズ８を移動することができない。 FIG. 5 is a diagram conceptually showing processing for preventing a focus detection malfunction due to the movement of the focus position adjusting lens.
In FIG. 5, when the focus position adjusting lens 8 is moved, boundary values SL1 and SL2 between a range where stray light is not generated (range C in FIG. 5) and a range where stray light is generated (ranges B and D in FIG. 5). Is measured in advance for each objective lens and stored in the memory 42, and when the objective lens is selected, these values are read from the memory 42 to limit the movement range of the focal position adjusting lens 8, thereby autofocusing. It is possible to prevent malfunction of control. Here, SL1 and SL2 represent soft limit values that limit the movement of the focal position adjusting lens 8 in terms of software. A range C between SL1 and SL2 is a range in which stray light does not exist and autofocus control can be performed satisfactorily. HL1 and HL2 represent hard limit values, which are determined by the positions of sensors provided in the microscope. The mechanical limit mechanically restricts movement, and the focal position adjusting lens 8 cannot be moved beyond this limit.

なお、焦点位置調節レンズ８のオフセットゼロ位置を原点として、ＳＬ１をマイナス側、ＳＬ２をプラス側のソフトリミット値としている。例えば、対物レンズ１２にＰｌａｎＡｐｏ ＤＭ２０Ｘ（位相差観察用対物レンズ）を用いた場合、オフセットゼロの位置に対し、ＳＬ１はマイナス２．１ｍｍ、ＳＬ２はプラス２．２ｍｍとなる。   The offset zero position of the focus position adjusting lens 8 is set as the origin, and SL1 is set to the minus side and SL2 is set to the plus side soft limit value. For example, when the PlanApo DM20X (phase difference observation objective lens) is used as the objective lens 12, SL1 is minus 2.1 mm and SL2 is plus 2.2 mm with respect to the zero offset position.

図６は制御ブロック図である。ＣＰＵ４１からの対物レンズ交換信号に基づいて電動リボルバが回転し選択された対物レンズ１２を光路上に挿入する。この時ＣＰＵ４１はレボルバ穴に設けられたセンサーによって選択した対物レンズ１２のソフトリミット値ＳＬ１、ＳＬ２等の情報をメモリ４２から読み取り焦点位置調節レンズ８のソフトリミット値を設定する。また、焦点位置調節レンズ駆動部９からの位置情報に基づき焦点位置調節レンズ８の光軸上の位置が判断される。ＣＰＵ４１は焦点位置調節レンズ８の位置が範囲Ｃ内にあるときには、回転信号ＯＮ／ＯＦＦ６２をＯＮにして、焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１に接続されたエコーダ６１からの信号に基づき焦点位置調節レンズ８を光軸に沿ってプラス方向またはマイナス方向に移動する。そして、焦点位置調節レンズ８の位置がソフトリミットＳＬ１またはＳＬ２に一致した時、回転信号ＯＮ／ＯＦＦ６２をＯＦＦにして焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１の操作にかかわらず焦点位置調節レンズ８の移動を停止する。また、焦点位置調節レンズ８が移動可能範囲を超えることをアラーム（赤色燈などの点滅）で検察者に知らせるようにする。   FIG. 6 is a control block diagram. Based on the objective lens replacement signal from the CPU 41, the electric revolver rotates and the selected objective lens 12 is inserted into the optical path. At this time, the CPU 41 reads the information such as the soft limit values SL1 and SL2 of the objective lens 12 selected by the sensor provided in the revolver hole from the memory 42 and sets the soft limit value of the focal position adjusting lens 8. Further, the position of the focal position adjusting lens 8 on the optical axis is determined based on the position information from the focal position adjusting lens driving unit 9. When the position of the focal position adjusting lens 8 is within the range C, the CPU 41 turns on the rotation signal ON / OFF 62 and based on the signal from the echoer 61 connected to the focal position adjusting lens operation dial 51, the focal position adjusting lens 8. Are moved in the plus or minus direction along the optical axis. When the position of the focal position adjusting lens 8 coincides with the soft limit SL1 or SL2, the rotation signal ON / OFF 62 is turned OFF and the movement of the focal position adjusting lens 8 is stopped regardless of the operation of the focal position adjusting lens operation dial 51. To do. In addition, the prosecutor is notified by an alarm (flashing of red light etc.) that the focal position adjusting lens 8 exceeds the movable range.

ここで、ソフトリミットＳＬ１の位置では、焦点位置調節レンズ８が範囲Ｃから範囲Ｂ方向に移動する操作に対して焦点位置調節レンズ８の移動が停止され、範囲Ｃ方向に戻る操作に対して移動可能に制御される。一方、ソフトリミットＳＬ２の位置では、焦点位置調節レンズ８が範囲Ｃから範囲Ｄ方向に移動する操作に対して焦点位置調節レンズ８の移動が停止され、範囲Ｃ方向に戻る操作に対して移動可能に制御される。また、範囲Ｂや範囲Ｄに焦点位置調節レンズ８が存在する場合にはアラームを表示して観察者に知らせる。   Here, at the position of the soft limit SL1, the movement of the focal position adjusting lens 8 is stopped with respect to the operation of moving the focal position adjusting lens 8 from the range C in the range B direction, and the moving is performed with respect to the operation of returning to the range C direction. Control possible. On the other hand, at the position of the soft limit SL2, the movement of the focal position adjusting lens 8 is stopped with respect to the operation of moving the focal position adjusting lens 8 from the range C in the range D direction, and is movable with respect to the operation of returning to the range C direction. Controlled. When the focus position adjusting lens 8 exists in the range B or the range D, an alarm is displayed to notify the observer.

この結果、光路に挿入された対物レンズ１２に対応して焦点位置調節レンズ８の移動範囲を迷光の発生しない領域（範囲Ｃ）に制限することができるので、オートフォーカス制御の誤動作による対物レンズ１２と標本１８との衝突を防止することができる。   As a result, the moving range of the focal position adjusting lens 8 can be limited to a region where no stray light is generated (range C) corresponding to the objective lens 12 inserted in the optical path, so that the objective lens 12 due to a malfunction of autofocus control. And the specimen 18 can be prevented from colliding with each other.

図７は、対物レンズ１２を切替えた時の焦点位置調節レンズ８の連動を説明するフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart for explaining the interlocking of the focal position adjusting lens 8 when the objective lens 12 is switched.

（ステップＡ１）
ＣＰＵ４１から電動レボルバに信号を送り、電動レボルバ駆動部３５を介して電動レボルバを回動し対物レンズ１２を光路から外す。 (Step A1)
A signal is sent from the CPU 41 to the electric revolver, and the electric revolver is rotated via the electric revolver driving unit 35 to remove the objective lens 12 from the optical path.

（ステップＡ２）
電動レボルバ駆動部３５を介して別の対物レンズ１２が光路に挿入されたことを検出する。 (Step A2)
It is detected that another objective lens 12 is inserted into the optical path via the electric revolver driving unit 35.

（ステップＡ３）
電動レボルバ上のレボルバ穴の番地（センサー）からの信号を読み出し、ＣＰＵ４１はメモリ４２に予め記憶されているレボルバ穴と対物レンズ１２の関係を読み出し、対物レンズ１２の種類が未知か既知かの判断をする。 (Step A3)
The signal from the address (sensor) of the revolver hole on the electric revolver is read, and the CPU 41 reads the relationship between the revolver hole and the objective lens 12 stored in advance in the memory 42, and determines whether the type of the objective lens 12 is unknown or known. do.

（ステップＡ４）
対物レンズ１２が未知のものである（焦点位置調節レンズの可動範囲（範囲Ｃ）が未設定）場合は、オートフォーカス制御不可としてその表示をし対物レンズ１２の切替処理を終了する。 (Step A4)
If the objective lens 12 is unknown (the movable range (range C) of the focal position adjusting lens is not set), the display is made as indicating that autofocus control is impossible, and the switching process of the objective lens 12 is terminated.

（ステップＡ５）
切替えられた対物レンズ１２が既知のものである場合、焦点位置調節レンズ８の可動範囲（範囲Ｃ）が設定されているか、設定されていないかを判断ずる。 (Step A5)
When the switched objective lens 12 is known, it is determined whether or not the movable range (range C) of the focal position adjusting lens 8 is set.

（ステップＡ６）
焦点位置調節レンズ８の可動範囲（範囲Ｃ）が設定されていない場合は、焦点位置調節レンズ８を初期位置（オフセットゼロ位置）に移動し、対物レンズ１２の切替処理を終了する。 (Step A6)
When the movable range (range C) of the focal position adjusting lens 8 is not set, the focal position adjusting lens 8 is moved to the initial position (offset zero position), and the switching process of the objective lens 12 is ended.

（ステップＡ７）
焦点位置調節レンズ８の可動範囲（範囲Ｃ）が設定されている場合は、焦点位置調節レンズ８を対物レンズ１２の切替前に記憶した焦点位置調節レンズ８の位置に設定し、さらに焦点位置調節レンズ８の可動範囲を変更して対物レンズ１２の切替処理を終了する。 (Step A7)
When the movable range (range C) of the focal position adjustment lens 8 is set, the focal position adjustment lens 8 is set to the position of the focal position adjustment lens 8 stored before switching of the objective lens 12, and further the focal position adjustment is performed. The movable range of the lens 8 is changed and the switching process of the objective lens 12 is ended.

以上のような処理を行うことにより対物レンズ１２の交換に伴う焦点位置調節レンズ８の可動範囲を自動で設定でき、対物レンズ１２と標本の衝突を防止することができると共に、対物レンズ１２の交換を迅速に行うことが可能になる。   By performing the processing as described above, the movable range of the focal position adjusting lens 8 accompanying the replacement of the objective lens 12 can be automatically set, the collision between the objective lens 12 and the specimen can be prevented, and the replacement of the objective lens 12 can be performed. Can be performed quickly.

この様に、本発明によれば、焦点位置調節レンズを移動した時に、迷光を生じない移動範囲を有する対物レンズをオートフォーカス制御に使用することが可能になり、対物レンズの選択の幅を広げることを可能にするオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡を提供することが可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to use an objective lens having a moving range in which stray light is not generated when the focal position adjusting lens is moved, and the range of selection of the objective lens is widened. It becomes possible to provide an autofocus device and a microscope having the same.

また、本発明によれば、対物レンズ毎に焦点位置調節レンズの移動範囲を決めることができ、焦点位置調節レンズの移動過多による対物レンズと標本との衝突を防止することを可能にするオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡を提供することが可能になる。   In addition, according to the present invention, it is possible to determine the movement range of the focal position adjustment lens for each objective lens, and it is possible to prevent collision between the objective lens and the specimen due to excessive movement of the focal position adjustment lens. It becomes possible to provide an apparatus and a microscope having the same.

なお、本発明は上記実施形態に限定するものではない。本発明の実施例では焦点位置調節レンズ操作ダイアル５１により焦点位置調節レンズ８の位置を移動していたが、手動で操作するようにすることも可能である。また、焦点位置をずらす量を調節するために焦点位置調節レンズ８を交換可能としていたが、固定の焦点位置調節レンズ８だけで実現することも可能である。このような構成によれば、焦点位置調節のための構造が簡単になり、制御系も簡単にすることができ、オートフォーカス装置を小型化し、また、コストを低くすることができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment. In the embodiment of the present invention, the position of the focus position adjusting lens 8 is moved by the focus position adjusting lens operation dial 51, but it is also possible to operate it manually. Further, although the focal position adjusting lens 8 can be replaced in order to adjust the amount of shifting the focal position, it can also be realized with only the fixed focal position adjusting lens 8. According to such a configuration, the structure for adjusting the focal position can be simplified, the control system can be simplified, the autofocus device can be miniaturized, and the cost can be reduced.

また、上記実施の形態では対物レンズ１２の焦点ｆに標本１８を合焦させるために、ステージ１１を光軸に沿って上下に移動していたが、ステージ１１は固定とし、対物レンズ１２を含む観察光学系３を光軸に沿って上下に移動するような構成とすることも可能である。   In the above embodiment, the stage 11 is moved up and down along the optical axis in order to focus the specimen 18 on the focal point f of the objective lens 12. However, the stage 11 is fixed and includes the objective lens 12. The observation optical system 3 may be configured to move up and down along the optical axis.

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。   The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration and shape, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.

本発明に係る顕微鏡の光学系および制御系の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the optical system and control system of the microscope which concerns on this invention. 焦点位置調節レンズを移動した時のスリット像の合焦状態を表す図であり、（ａ）はオフセット量０の状態であり、（ｂ）は焦点位置調節レンズを移動したときの状態であり、（ｃ）は焦点位置が調節された状態である。It is a figure showing the focusing state of a slit image when moving a focus position adjustment lens, (a) is a state of offset amount 0, (b) is a state when moving a focus position adjustment lens, (C) is a state in which the focal position is adjusted. 焦点位置調節レンズにより、合焦位置が調整された状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state by which the focus position was adjusted with the focus position adjustment lens. オートフォーカス用ＣＣＤセンサにおける、結像信号Ｓ１と迷光信号Ｓ２を模式的に示す。2 schematically shows an image formation signal S1 and a stray light signal S2 in an autofocus CCD sensor. 焦点位置調節レンズの移動可能範囲を模式的に示す。Fig. 4 schematically shows a movable range of a focus position adjustment lens. 焦点位置調節レンズ駆動のブロック図。The block diagram of a focus position adjustment lens drive. 対物レンズ１２を切替えた時の焦点位置調節レンズ８の連動を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the interlocking of the focus position adjustment lens 8 when the objective lens 12 is switched.

符号の説明Explanation of symbols

３ 観察光学系
５ フォーカス用照明光学系
７ フォーカス用結像光学系
８ 焦点位置調節レンズ
９ 焦点位置調節レンズ駆動部
１０ 可視光カットフィルタ
１１ ステージ
１２ 対物レンズ
１３ 第２対物レンズ
１４ カバーガラス
１５ スライドガラス
１６ ダイクロイックミラー
１７ 第２ハーフミラー
１８ 標本
２０ ＬＥＤ光源
２１ ＬＥＤ光源
２２ スリット板
２３ 第２コレクタレンズ
２４ 第１瞳制限マスク
２５ 第１ハーフミラー
２６ オートフォーカス用対物レンズ
２７ オートフォーカス用リレーレンズ
２８ 第２瞳制限マスク
２９ シリンドリカルレンズ
３０ オートフォーカス用ＣＣＤセンサ
３１ オートフォーカス用信号処理部
３４ ステージ駆動部
３５ 電動リボルバ駆動部
３６ カメラ用対物レンズ
３７ カメラ用リレーレンズ
３８ カメラ用ＣＣＤセンサー
４１ ＣＰＵ
４２ メモリ
４３ 入力部
５１ 焦点位置調節レンズ操作ダイアル
６１ エンコーダ
６２ 回転信号ＯＮ／ＯＦＦ DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Observation optical system 5 Focusing illumination optical system 7 Focusing imaging optical system 8 Focus position adjustment lens 9 Focus position adjustment lens drive part 10 Visible light cut filter 11 Stage 12 Objective lens 13 Second objective lens 14 Cover glass 15 Slide glass 16 dichroic mirror 17 second half mirror 18 specimen 20 LED light source 21 LED light source 22 slit plate 23 second collector lens 24 first pupil restriction mask 25 first half mirror 26 autofocus objective lens 27 autofocus relay lens 28 second Eye limit mask 29 Cylindrical lens 30 Autofocus CCD sensor 31 Autofocus signal processing unit 34 Stage drive unit 35 Electric revolver drive unit 36 Camera objective lens 37 Camera relay lens 38 Camera CCD sensor Sensor 41 CPU
42 Memory 43 Input section 51 Focal position adjustment lens operation dial 61 Encoder 62 Rotation signal ON / OFF

Claims (5)

フォーカス用の光源と、
前記光源からの光に基づく光像を対物レンズを介し観察対象物上に結像させるフォーカス用照明光学系と、
前記観察対象物からの前記光像の反射光を前記対物レンズを介して受光し前記光像の反射像を光電変換器の受光面に結像させるフォーカス用結像光学系と、
前記フォーカス用結像光学系の光軸上に設置され、前記光軸方向に移動可能な焦点位置調節レンズを有し、
前記光電変換器の信号により前記対物レンズの焦点位置を調節するオートフォーカス装置において、
前記光軸上に選択的に挿入される異なる種類の対物レンズ毎に前記対物レンズの前記光像以外の迷光が発生しない範囲と迷光が発生する範囲の境界値に基づき予め定められた前記迷光が発生しない範囲である前記焦点位置調節レンズの移動範囲に、前記焦点位置調節レンズの前記フォーカス用結像光学系の光軸方向の移動を制限することで前記対物レンズが前記観察対象物に衝突することを防止することを特徴とするオートフォーカス装置。 A light source for focusing;
A focusing illumination optical system that forms an optical image based on light from the light source on an observation object via an objective lens;
A focusing imaging optical system that receives reflected light of the optical image from the observation object via the objective lens and forms a reflected image of the optical image on a light receiving surface of a photoelectric converter;
A focal position adjusting lens which is installed on the optical axis of the focusing imaging optical system and is movable in the optical axis direction;
In an autofocus device that adjusts the focal position of the objective lens according to a signal of the photoelectric converter,
The stray light predetermined based on a boundary value between a range in which stray light other than the optical image of the objective lens is not generated and a range in which stray light is generated is different for each of different types of objective lenses selectively inserted on the optical axis. The objective lens collides with the object to be observed by restricting the movement of the focusing position adjusting lens in the optical axis direction of the focusing imaging optical system to a moving range of the focusing position adjusting lens that does not occur. An autofocus device characterized by preventing this. 制限された前記焦点位置調節レンズの移動範囲は、前記焦点位置調節レンズの光軸方向の移動を機械的に制限するメカリミットの範囲内であ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。   2. The autofocus according to claim 1, wherein the limited movement range of the focal position adjustment lens is within a range of a mechanical limit that mechanically limits movement of the focal position adjustment lens in the optical axis direction. apparatus. 前記オートフォーカス装置に使用する前記異なる種類の対物レンズは、前記光軸上に挿入された対物レンズに対応する前記焦点位置調節レンズの移動範囲の全域にわたって迷光が発生するか、または前記焦点位置調節レンズの限られた移動範囲で迷光が発生しないものであることを特徴とする請求項１または２に記載のオートフォーカス装置。   The different types of objective lenses used in the autofocus device may generate stray light over the entire moving range of the focal position adjusting lens corresponding to the objective lens inserted on the optical axis, or adjust the focal position. 3. The autofocus device according to claim 1, wherein stray light is not generated in a limited movement range of the lens. 複数の前記対物レンズ毎の前記移動範囲を記憶する記憶手段と、
前記複数の対物レンズを光軸上に交換可能にする対物レンズ交換手段と、
前記光軸上に配置された前記対物レンズを検知する検知手段とを有し、
前記検知手段で検知された前記対物レンズに対応する前記移動範囲を前記記憶手段から取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置。 Storage means for storing the movement range for each of the plurality of objective lenses;
Objective lens exchanging means for exchanging the plurality of objective lenses on the optical axis;
Detecting means for detecting the objective lens arranged on the optical axis,
Before SL autofocus device according to the moving range corresponding to the sensed the objective lens by the detection means in any one of claims 1 to 3, and acquires from the storage unit. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を有することを特徴とする顕微鏡。   A microscope having the autofocus device according to any one of claims 1 to 4.
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