JPH0516565B2

JPH0516565B2 -

Info

Publication number: JPH0516565B2
Application number: JP58053169A
Authority: JP
Inventors: Masami Kawasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-03-29
Filing date: 1983-03-29
Publication date: 1993-03-04
Also published as: JPS59177507A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自動焦点装置を備えた顕微鏡に関す
る。

従来、顕微鏡における自動焦点装置としては、
対物レンズと試料表面との距離をレーザー光線等
で測定することにより焦点合せを行なう方式や、
対物レンズ先端部から試料面に向けてエアーを噴
出させてその圧力変化により距離を測定して焦点
合せを行なう方式等が知られている。しかしなが
ら、これらの方式においては、特に生物用顕微鏡
の場合に例えばカバーガラスの厚さのバラツキ等
により合焦位置のずれが生じるため、正確な焦点
合せが困難となり、また対物レンズの同焦の違い
によるバラツキも問題になる。

このため撮像素子を用いた方式の顕微鏡がある
が、この場合複雑な顕微鏡操作により条件設定し
た後、撮像素子に必要な条件を満たして初めて焦
点合せが可能になるため、自動焦点方式とするに
は不適当であつた。特に撮像素子は、その特性か
ら、光学像として入射する光量及び撮像素子自体
の感度（電荷蓄積時間）が適度に設定されなけれ
ばならなかつた。撮像素子への入射光量は、光源
光量、対物レンズの開口数（NA値）、試料の状
態、NDフイルターの切換及び開口絞りの絞り値
等により変化する。従つて、撮像素子の電荷蓄積
時間等を制御するためにその撮像信号を撮像素子
の駆動回路へフイードバツクして再び撮像信号を
得る方法が考えられるが、これは、データ入力の
回数が多く処理時間が長くなる、撮像素子のダイ
ナミツクレンジが十分に使用され得ない、撮像信
号のＳ／Ｎ比が入射光量により変化する等の欠点
を有している。

本発明は、以上の点に鑑み、各光学系要素の駆
動を自動制御する機構を有しており、自動焦点合
せの際に焦点合せ用撮像素子に入射する光量が適
度に自動調整されるようにした自動焦点装置を備
えた顕微鏡を提供することを目的としており、本
発明によれば、対物レンズの倍率及び種別が入力
された対物レンズデータ入力部と、光路に挿入さ
れた対物レンズを検出する検出手段と、複数個の
対物レンズデータを記憶する記憶部と、電気的に
駆動され得る少なくともNDフイルターを含む調
光手段を有する光学系と、この光学系からの投撮
像を受光する焦点合せ用撮像素子と、撮像素子の
出力信号に基づく合焦制御信号により駆動制御さ
れる焦準部と、検出手段により検出された対物レ
ンズに対応して記憶部から読みだされる対物レン
ズデータに基づいて撮像素子に入射する受光量が
撮像素子のダイナミツクレンジ内に入るように調
光手段を駆動・制御する駆動制御部とを有する、
自動焦点装置を備えた顕微鏡により、達成され
る。

以下図面に基づき本発明の概略について説明す
る。第１図は本発明の基礎となる顕微鏡の光学系
の一例を示しており、１は例えばハロゲンランプ
の如き光源、２はコレクターレンズ、３は光源１
の色温度を変えずに調光するための複数枚のND
フイルターから成るNDフイルターユニツト、４
は視野絞り、５は開口絞り、６は光路中に選択的
に挿入され得る複数のユニツト６ａ，６ｂ，６ｃ
から成るコンデンサーレンズ、７はステージ、８
は各々レボルバー９に取付けられたユニツト８
ａ，８ｂ，８ｃから成る対物レンズ、１０，１１
は必要に応じて光路を観察系または写真撮影系に
切換えるために光路中に挿脱可能に配設されたビ
ームスプリツタ、１２は接眼光学系、１３は写真
撮影用光路中に選択的に挿入され得る複数のユニ
ツト１３ａ，１３ｂ，１３ｃから成る撮影レン
ズ、１４は写真撮影のために結像レンズ、フレア
ー等の有害光除去用スリツトを介して測光用受光
素子１５に一定の割合で光量を分割するビームス
プリツタ、１６は結像レンズ及びカメラ用シヤツ
タ１７を介してカメラ１８のフイルム面にそして
他の結像レンズを介してピント検出用撮像素子１
９の光量を分割するビームスプリツタ、２０は自
動焦準用の光束分割チヨツパである。次に第２図
には第１図の光学系を有する顕微鏡の制御システ
ムのブロツク図が示されている。２１はピント検
出用撮像素子１９の制御及びその出力信号を処理
する撮像信号処理回路、２２は写真撮影の際にシ
ヤツタ１７を駆動しまたカメラ１８のフイルム巻
上げを行なう駆動回路、２３は受光素子１５から
の出力によりダイレクト測光を行なう測光回路、
２４は撮影レンズ１３の倍率選択を行なう切換駆
動部、２５はビームスプリツタ１０，１１の挿脱
を行なう光路切換駆動部、２６は対物レンズ８を
切換える切換駆動部、２７はステージ７を上下動
せしめる焦準駆動部、２８はコンデンサーレンズ
６の切換えを行なう切換駆動部、２９は開口絞り
５及び視野絞りのための制御駆動部、３０はND
フイルターの選択切換を行なう切換駆動部、３１
は光源１の調光を行なう光源装置である。ここで
各駆動部２４乃至３０は同時に切換状態、制御状
態等を検出し得るように構成されている。３２は
CPU、３３はマイクロコンピユータを含む自動
露出演算制御部、３４は写真撮影に必要なフイル
ムデータまたはレリーズ等の操作ボタンを含む撮
影操作表示部、３５は対物レンズデータ、フイル
ムデータ、自動焦準用データ等を記憶する記憶部
で、必要に応じてバツテリーによりバツクアツプ
されている。３６は各駆動部に対して必要な操作
スイツチ、自動焦準用スイツチ、対物レンズデー
タセツトに必要な操作スイツチ等を含む操作表示
部である。

このように構成された顕微鏡に関して、次にそ
の動作を説明する。先ず電源が投入されると、
CPU３２は対物レンズ切換駆動部２６から光路
中に挿入されている対物レンズ８に関する信号が
入力されることにより該対物レンズについての倍
率及び種別（開口数）を記憶部３５から読み出
し、これらのデータから適正なコンデンサーレン
ズ６を選定したコンデンサーレンズ切換駆動部２
８を介してコンデンサーレンズ６の切換えを行な
い、同時に開口絞り５、視野絞り４の適正な絞り
径を演算し絞り制御駆動部を介して絞り径の設定
を行なう。さらにCPU３２は読み出した対物レ
ンズデータに基づき光源１の光量、NDフイルタ
ー３の組合せを選定し光源装置３１、NDフイル
ター切換駆動部３０を介して所定の標準的な明る
さに設定する。かくして、電源を投入すると自動
的に照明光は標準状態に設定され得る。また、対
物レンズ、撮影レンズ等を切換えた場合にも、こ
れらの切換情報がCPU３２に入力され、同様に
自動設定が行なわれ得る。さらに、カメラのフイ
ルムデータ（ASA値等）が記憶部３５に記憶さ
れており、電源投入と同時に撮影可能状態にある
フイルムのデータが記憶部３５から読み出され自
動露出演算制御部３３において演算されて、撮影
操作表示部３４にて表示を行ない且つ露出を決定
する。また操作表示部３６の自動焦準用スイツチ
が操作されると、先ずその時光路中に挿入されて
いる対物レンズのデータに基づき電源投入時と同
様にして撮像素子１９に最適な光量が入射するよ
うに光源装置３１、NDフイルター切換駆動部３
０、絞り制御駆動部２９が制御された後に、ピン
ト検出用撮像素子１９からの撮像信号がCPU３
２に入力されると、CPU３２はそのとき光路中
にある対物レンズのデータに基づき該撮像信号か
ら合焦状態を演算判別し焦準駆動部２７を介して
ステージ７を駆動し、かくして自動焦点合せが行
なわれる。

以上が本発明の概要であるが、次に本発明の一
実施例について図面に基づき詳しく説明する。

第３図は本発明による顕微鏡の制御装置５０を
示しており、５１はCPU、５２はバツテリー５
３により電源遮断時にバツクアツプされる
RAM、５４はプログラムメモリとしてのROM、
５５は演算精度及び時間短縮のために使用される
演算器、５６は制御装置５０のコントロールを外
部から行なう外部制御装置５７のためのインター
フエース、５８は写真撮影装置５９のためのイン
ターフエース、６０は光路切換、レボルバー等の
すべての駆動部とCPU５１とのデータ及び信号
の受渡しを行なうＩ／Ｏポート、６１は自動焦点
合せのための一次元イメージセンサーを使用した
撮像素子、６２は撮像素子６１の駆動及び撮像信
号処理回路、６３はＡ／Ｄ変換器、６４は操作ス
イツチ及び表示部を含む操作パネルで、対物レン
ズに関するデータの入出力信号、各駆動部への切
換信号等をインターフエース６５を介してＩ／Ｏ
ポート６０に入出力する。６６は撮影レンズ６７
を切換えるための駆動部、６８は観察系と写真撮
影系に光路を切換えるビームスプリツタ６９の駆
動部で、同時に光路が何れであるかを検出してそ
の検出信号をCPU５１に出力し得る。７０はレ
ボルバー７１を回転駆動させる対物レンズ切換駆
動部で、同時にレボルバー７１の位置即ち光路に
挿入されている対物レンズを検出し得る。７２は
ステージ７３を上下動させて焦点合せを行なう焦
準ステージ駆動部、７４はコンデンサーレンズ７
５を対物レンズの倍率に応じて切換える切換駆動
部、７６は開口絞り７７の絞り径を制御する制御
駆動部、７８は視野絞り７９の絞り径を制御する
制御駆動部、８０は調光のために使用するNDフ
イルターユニツト８１を切換えて透過光量比を調
整する切換駆動部、８２は光源８３を調光するた
めの調光回路、８４は自動焦点合せのために使用
される瞳分割用チヨツパ８５のための駆動部であ
る。第４図は操作パネル６４の一例を示してお
り、８６は操作パネル、８７は対物レンズの倍率
及び種別（SPLAN，SPLAN APO，DPLAN
等）を入力するためのスイツチ、８８は対物レン
ズの倍率表示器、８９は対物レンズの種別表示
器、９０は光路を観察系、写真撮影光学系等に切
換えるためのスイツチ、９１は使用状態に切換え
られている光路の種別を示す表示器、９２，９３
は各々視野絞り７９開口絞り７７を手動により適
当な絞り径に調整するためのスイツチ、９４は調
光用のスイツチ、９５は撮影レンズ６７の倍率切
換スイツチ、９６は撮影レンズの倍率表示器、９
７は焦準ステージ駆動のためのスイツチ、９８は
レボルバー起動スイツチ、９９は自動焦点合せ起
動スイツチである。

本実施例は以上のように構成されており、最初
に対物レンズのデータセツト及びそれに関連する
動作について説明する。

ここで一例としてレボルバー７１の光路上に対
物レンズSPLAN10×が切換挿入されている場合
について説明すれば、操作パネル８６上において
スイツチ８７により倍率10×、種別SPLANを選
択しセツト入力すると、この情報はインターフエ
ース６５及びＩ／Ｏポート６０を介してCPU５
１に入力される。CPU５１はレボルバー７１の
光路上の対物レンズ位置を対物レンズ切換駆動部
７０により読み出し、そのレボルバー位置と操作
パネル８６からの情報とにより対物データテーブ
ル１００（第５図）を作成しRAM５２に記憶さ
せる。この対物データテーブル１００は、レボル
バー位置データに対応して対物レンズの倍率及び
種別を含み、第５図の場合六ケ所のレボルバー位
置に関して対物データテーブル１００が作成され
るようになつている。そしてCPU５１は常に対
物データテーブル１００をモニターして次の演算
及び制御を行なう。即ちCPU５１は対物データ
テーブル１００により第６図のテーブルからコン
デンサーレンズ７５の倍率を決定してコンデンサ
ーレンズ切換駆動部７４へ切換データを出力し、
適正なコンデンサーレンズへの切換が行なわれ
る。ここでコンデンサーレンズ７０は対物レンズ
の倍率によつて三段階に切換えられる。その後、
さらに最良の観察条件を設定するために、対物デ
ータテーブル１００から視野絞り７９、開口絞り
７７の絞り径が決定されるが、先ず視野絞り７９
の絞り径の求め方を説明する。視野絞りの絞り径
d₁は次式により演算される。

d₁＝ＦNo.（視野数）／対物レンズ倍率×FS投影倍率
×K1 …… ここで、ＦNo.（視野数）は第７図のテーブルに
示されているように光路が観察系（Bi）である
かまたは写真撮影系（FK）光路における撮影レ
ンズ６７の倍率により決まり、FS投影倍率は前
出の第６図のテーブルに示されているようにコン
デンサーレンズ７５の倍率により決まる。また
K1は視野に対する比率で、K1＝１ならば式で
演算された値d₁は視野外接の絞り径を与えるが、
本実施例では対物レンズのデータセツト時及び電
源投入時はK1＝１として視野絞り７９の絞り径
d₁が決定されるようになつており、従つて光路が
観察系であつても写真撮影系であつても視野絞り
は常に式により視野外接の絞り径d₁に設定され
ることになる。次に開口絞り７７の絞り径d₂は次
式により演算される。

d₂＝NA×２×ｆ×K2 …… ここでNAは第６図のテーブルに示したように
対物レンズの倍率及び種別により決まる開口値、
ｆは同様に第６図のテーブルから求められるコン
デンサーレンズ７５の焦点距離である。またK2
は瞳径に対する比率で、K2＝１ならば式から
得られた値d₂は瞳径の100％の絞り径を与えるが、
本実施例では対物レンズのデータセツト時及び電
源投入時はK2＝0.8として開口絞り７７の絞り径
d₂が観察時に最適とされている対物レンズの瞳径
の80％に初期設定されるようになつている。尚、
第６図及び第７図のテーブルはROM５４に記憶
されている。ここで対物レンズがSPLAN10×で
光路が観察系である場合、自動設定される各絞り
径d₁，d₂は以下のように演算される。第６図及び
第７図のテーブルよりＦNo.＝28、FS投影倍率＝
0.133が得られまたK1＝１とすれば式より d₁＝28／10×0.133×１≒21.1（mm）となり同様にして第６図のテーブルからNA＝
0.3，ｆ＝12が得られまたK2＝0.8とすれば式か
ら、 d₂＝0.3×２×12×0.8≒5.8（mm）が求められる。以上の演算はCPU５１及び演算
器５５によつて行なわれ、その演算結果により視
野絞り制御駆動部７８及び開口絞り制御駆動部７
６を介して視野絞り７９及び開口絞り７７が前記
絞り径d₁，d₂に設定される。第８図は視野絞り７
９または開口絞り７７の制御を示すブロツク図で
あり、１１０はＤ／Ａ変換器、１１１，１１２は
アンプ、１１３はモータ駆動回路、１１４はモー
タ、１１５はギヤを介してモータ１１４により開
閉される絞り機構、１１６は絞り機構１１５の位
置をギヤにより検出するポテンシヨメータであ
る。前述のように演算された絞り径は、デジタル
変換されるが、ここで８ビツトのデジタル変換を
行なう場合絞り径の範囲を０〜34mmとすると、Ｄ／Ａデータ＝視野絞り径×7.5 ∴Ｄ／Ａデータ＝ＦNo.（視野数
）／対物レンズ倍率×FS投影倍率×K1×7.5…… となるから、分解能は0.13mm／ビツトとなる。８
ビツトにデジタル変換されたデータはCPU５１
からＩ／Ｏポート６０を介してＤ／Ａ変換器１１
０に入力され、ここでアナログ信号に変換されア
ンプ１１１により増幅されてモータ駆動回路１１
３によつてモータ１１４を駆動する。従つて絞り
機構１１５が開閉され得るが、その位置がポテン
シヨメータ１１６により常にモニターされアンプ
１１２を介してアンプ１１１にフイードバツクさ
れているので、所定の絞り径に制御され得る。

次に対物レンズデータセツト時に観察に対して
最適な明るさにするための自動設定の動作につい
て説明する。

観察光の像面における照度Ｌは次のように表わ
される。

Ｌ＝LA×ND×AS×Ob×Bi（lx） …… ここでNDは例えば第９図に示されているよう
な複数枚（ここでは４枚）のNDフイルター
ND0，ND1，ND2，ND3の組合せにより透過率
を変更するようにしたNDフイルターユニツト１
２０（実願昭57−34645号）によつて与えられる
光量比で、各NDフイルターがモニター１２１に
より駆動されるカム１２２によりレバー１２３を
介して光路に挿脱されることにより第１０図に示
すように11段階に制御され、第９図ではND0及
びND2が光路中に挿入されており第１０図より
光量比ND＝１／16が与えられている。ASは開
口絞り７７の明るさ比で、瞳径の80％を標準値と
すると明るさ比ASは0.8²＝0.64となる。Biは第１
１図に示されているようにBi100％の光路を１と
したときの光量比、Obは第１２図で示されてい
るように対物レンズの倍率及び種別から参照する
光量比であり対物レンズSPLAN10×を基準とし
て１にとつている。LAは対物レンズSPLAN10
×、光量比ND＝１、明るさ比AS＝１、Bi100％
の光路における像面照度であり、本実施例では
LA＝189lxを定数として使用する。この状態で像
面照度Ｌを常に0.5〜1lxの範囲に維持するには、
Ｌ＝0.5×√２×２±１／２＝0.707×２±１／２
（lx）なる目標値により式からＬ＝189×0.64×ND×Ob×Bi ＝0.707×２±１／２従つて ND＝0.707／189×0.64×Ob×Bi ＝5.84×10^-3／Ob×Bi …… が得られ、NDフイルターの光量比の目標値が与
えられる。ところで、NDフイルターユニツト１
２０は４枚のNDフイルターの組合せで構成され
ているので、式によるNDの目標値は2^1/4の分
解能で与えられなければならない。そこで式に
おいて2^1/4を底とする対数をとると、 log_aND ＝−30−log_aOb−log_aBi …… となる。従つて実際のNDフイルターの組合せを
求めるためには、第１２図のテーブルから対物レ
ンズに対してlog_aObを求め、また第１１図のテ
ーブルからlog_aBiを求めて式よりlog_aNDが得
られる。かくしてこのlog_aNDに対応して第１３
図に示されているテーブルに基づき光量NDが得
られ、この光量比NDを与えるようなNDフイル
ターの制御が第１０図に従つてNDフイルター切
換駆動部８０により行なわれる。尚、第１０図乃
至第１３図のテーブルは必要に応じて読み出され
るデータとしてROM５４に記憶されている。こ
こで、対物レンズSPLAN10×、Bi20％の光路の
場合には第１１図及び第１２図よりlog_aBi＝−
９，log_aOb＝０となり式から log_aND＝−30−０−（−９）＝−21 が得られ、第１３図のテーブルよりND＝１／32
となり、第１０図のテーブルによればND0及び
ND3が光路に挿入されれば適正な明るさが得ら
れる。従つてCPU５１はNDフイルター切換駆動
部８０に信号を出力してNDフイルターND0及び
ND3を光路内に挿入せしめ、観察系の明るさが
最適に而も一定に設定され得る。

かくして、対物レンズのデータセツト時の一連
の関連動作が行なわれるが、複数の対物レンズの
データセツトをする場合各対物レンズについて上
記動作が行なわれる。また一度セツトされた対物
レンズのデータは第５図の対物データテーブル１
００としてレボルバー位置と共にRAM５２に記
憶され、RAM５２はバツテリー５３により電源
遮断時にもバツクアツプされているので、最初に
一回だけセツト操作すればよい。さらに、対物デ
ータテーブル１００が記憶されているから、例え
ばレボルバー７１を切換えると、そのレボルバー
位置が検出され、対物データテーブル１００によ
り対物レンズの倍率及び種別が読み出され、
CPU５１が前述の如く演算しまたはROMに記憶
されたテーブルのデータを参照して自動的に最適
なコンデンサーレンズ７５、視野絞り７９及び開
口絞り７７の絞り径、NDフイルターユニツト８
１の組合せを決定して各駆動部に信号を出力し自
動設定を行なう。尚、対物レンズの切換時だけで
なく、観察系（Bi）光路の切換、撮影レンズ６
７の切換等の場合にも全く同様に上記自動設定が
行なわれるので、観察者は顕微鏡の複雑な操作か
ら開放され且つ操作ミスのない検鏡を行なうこと
ができる。

以上のようにデータセツト及びその関連動作が
行なわれた後、自動焦点合せのための光学系バツ
クグラウンドデータが入力されるが、これはステ
ージ７３の試料面に何も置かない状態で撮像素子
６１に投影される像の照明ムラ及び光学系のムラ
並びに撮像素子６１に固定的に存在するノイズパ
ターンを自動焦点合せに対して補正するために行
なわれる。而もこの補正データ入力シーケンスは
RAM５２の対物データテーブル１００により最
適の投影像データとして入力するようにNDフイ
ルターユニツト８１、視野絞り７９、開口絞り７
７のデータを設定する。瞳分割用チヨツパ８５に
より瞳分割された二つの投影像データＡ，Ｂは撮
像素子６１により第１４図の如く得られ、このデ
ータが補正データとして使用される。ここでｘ軸
は撮像素子のビツトをｙ軸は撮像素子の各ビツト
の出力信号即ち光量を示している。このデータに
基づき各ビツトの補正係数を求めると、補正デー
タＡ，Ｂに対する補正係数A′，B′は第１５図の
ように表わされ、該補正係数A′，B′はRAM５２
に入力して対物データテーブル１００と対比させ
ることにより、レボルバー７１に接続される対物
レンズの各々についての補正係数を順次RAM５
２に記憶させて、自動焦点合せの際に撮像素子６
１からの投影像データが入力されるときには該投
影像データを補正係数演算して、投影像データの
精度が向上せしめられる。この補正データ入力シ
ーケンスの後、NDフイルター８１、視野絞り７
９、開口絞り７７は各々観察に対して最良の条件
を示すように決定された前述の値に設定される。

対物レンズのデータセツト及びそれに関連する
動作は以上のように行なわれるが、これをまとめ
ると第１６図のフローチヤートに示す通りであ
る。

次に自動焦点合せについて説明する。第１７図
は自動焦点合せのための制御回路のブロツク図で
あり、１３０はアンプ、１３１はサンプルホール
ド回路である。先づ、操作パネル（第４図）の自
動焦点合せ起動スイツチ９９が操作されると、
CPU５１により各ビームスプリツタが駆動され
自動焦点合せのために撮像素子６１への光路が形
成されると共に、撮像素子６１上に結像された投
影像の分解能を撮像素子自体の分解能と整合させ
るために撮影レンズが５倍に切換えられ、対物レ
ンズ切換駆動部７０で検出された光路中に挿入さ
れている対物レンズに対応してRAM５２から読
み出された対物レンズの倍率及び種別に基づき
CPU５１は、撮像素子６１上に適当な光量の像
が投影されるような光源光量、NDフイルターの
光量比及び開口絞りの絞り値を演算器５５により
演算し、各駆動部８２，８０及び７６を介して光
源８３、NDフイルターユニツト８１及び開口絞
り７７を制御する。かくして、撮像素子６１上に
は、光路に挿入されている対物レンズに対応して
適宜な光源光量、NDフイルター光量比及び開口
絞り値により適当な光量の投影像が結像される。
撮像素子６１に投影された像に対する撮像信号は
アンプ１３０で増幅されサンプルホールド回路１
３１を介してＡ／Ｄ変換器６３により512ビツト
の画素情報信号からデジタル信号に変換され
CPU５１に入力された後RAM５２内に記憶され
る。このとき、前述した通り予めRAM５２に記
憶されている（対物レンズ切換駆動部７０により
検出された対物レンズに対応する）補正係数によ
り演算器５５で補正係数演算が行なわれてから、
撮像信号はRAM５２に記憶されるようになつて
いる。またCPU５１は、チヨツパ駆動部８４を
介して瞳分割用チヨツパを駆動せしめることによ
り第１８図に示すように光学系瞳位置をＡ，Ｂに
分割切換するので、瞳位置Ａ，Ｂに対する撮像素
子６１からの撮像信号に基づき合焦算出のための
演算が演算器５５で行なわれ、その演算の結果ス
テージ７３の移動量が求められ、これがCPU５
１に入力されることにより、CPU５１は焦準ス
テージ駆動部７２を介してステージ７３を合焦位
置に駆動せしめる。尚ここで瞳分割による焦点合
せの光学的原理を説明しておく。第１８図におい
て１３２は結像レンズ、１３３は結像レンズ１３
２の前側で瞳の近傍に配設された開口１３３ａを
有する遮光板、１３４は像面であり、遮光板１３
３の開口１３３ａが第１８図ａの如く位置Ａにあ
る場合、合焦時には像面３上に像Ｑが結像される
非合焦時には像Ｑに関して光軸Ｏに垂直方向にず
れた像面１３４上の位置にボケた像Q₁，Q₂が形
成され、また遮光板１３３の開口１３３ａが第１
８図ｂの如く位置Ｂにある場合、合焦時には像面
３上に像Q′が結像され非合焦時には同様にボケ
た像Q₁′，Q₂′が形成される。かくして遮光板１
３３の開口１３３ａを位置ＡからＢまたはその逆
に移動させたとき、合焦時の像Ｑ及びQ′は全く
同一で移動しないが非合焦時の像はQ₁からQ₁′へ
またはその逆にもしくはQ₂からQ₂′へまたはその
逆に移動する。従つて像面１３４上に撮像素子を
配設し像の移動状態を検出することにより、合焦
か否か、また非合焦の場合前ピンか後ピンかそし
てその場合のピントのずれ量を知ることができ
る。この原理に基づき、瞳分割用チヨツパで分割
された二つの瞳位置に関する撮像信号は第１９図
ａにおいて各々f_A，f_Bにより示され、このf_A，f_B
から相関演算式Ｒ（δ）＝_o2 〓^x=n1 ABS｛f_A(X)−f_B（Ｘ＋δ）｝ …… によりf_Aに対してf_Bをδだけずらした相関演算を
行ない、Ｒ（δ）の最少値を与えるδ′（第１９図ｂ
参照）がこの場合の位相差となる。但しABS
｛α｝はαの絶対値を示す。尚第１９図にて斜線
で示された部分の面積は式でδ＝０としたＲ
（０）で表わされる。かくして自動焦点合せはこ
のδを０にするように制御することにより行なわ
れる。

自動焦点合せの動作は以上のようにして行なわ
れるが、このうち前半の撮像素子への入射光量の
調整は第２０図のフローチヤートに示されてい
る。

以上述べたように、本発明によれば、焦点合せ
の際に焦点合せ用撮像素子に入射する光量がその
ダイナミツクレンジ内にあるように適度に自動調
整されるようにしたことにより、光路内に挿入さ
れている対物レンズに対応してNDフイルター、
開口絞り、焦準部等の光学系が自動的に駆動・制
御され、撮像素子への入射光量が調整されるの
で、観察光量を適正に調整し得ると共に、対物レ
ンズによる光量のバラツキが解消し撮像素子から
適正な撮像信号が出力されるため、撮像信号の
Ｓ／Ｎ比が向上し、従つて撮像素子のダイナミツ
クレンジが十分に利用され得、焦点合せの精度が
著しく向上する等の効果が得られる。尚、この場
合試料の状態による光量のバラツキは、必要に応
じて撮像信号のレベルを検出して撮像素子の駆動
回路にフイードバツクせしめて電荷蓄積時間を制
御することにより十分にカバーされ、最適な撮像
信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は顕微鏡の光学系の一例を示す概略図、
第２図は第１図の顕微鏡のための本発明による制
御システムのブロツク図、第３図は本発明による
顕微鏡の一実施例の制御装置を示す詳細なブロツ
ク図、第４図は第３図の制御装置における操作パ
ネルの一例を示す正面図、第５図は対物データテ
ーブルを示す図表、第６図は対物レンズとコンデ
ンサーレンズの対照を示す図表、第７図は光路の
ＦNo.（視野数）を示す図表、第８図は絞り制御の
ブロツク図、第９図はNDフイルターユニツトの
一例を示す図、第１０図はNDフイルターの組合
せによる光量比を示す図表、第１１図は光路によ
る光量比Biを示す図表、第１２図は対物レンズ
による光量比Obを示す図表、第１３図はNDフイ
ルターによる光量比NDを示す図表、第１４図及
び第１５図は撮像素子上の投影像の補正データ及
び補正係数を示すグラフ、第１６図は対物レンズ
データセツト時の制御のフローチヤート、第１７
図は自動焦点合せのための制御回路のブロツク
図、第１８図は瞳分割による焦点合せの原理を示
す概略図、第１９図は瞳分割による撮像データと
その相関演算による位相差を示すグラフ、第２０
図は自動焦点合せのための入射光量調整のフロー
チヤートである。１……光源、２……コレクターレンズ、３……
NDフイルターユニツト、４……視野絞り、５…
…開口絞り、６……コンデンサーレンズ、７……
ステージ、８……対物レンズ、９……レボルバ
ー、１０，１１，１４，１６……ビームスプリツ
タ、１２……接眼光学系、１３……撮影レンズ、
１５……受光素子、１７……カメラ用シヤツタ、
１８……カメラ、１９……撮像素子、２０……光
束分割チヨツパ、２１……撮像信号処理回路、２
２……駆動回路、２３……測光回路、２４……写
真撮影用接眼レンズ切換駆動部、２５……光路切
換駆動部、２６……対物レンズ切換駆動部、２７
……焦準駆動部、２８……コンデンサーレンズ切
換駆動部、２９……絞り制御駆動部、３０……
NDフイルタ切換駆動部、３１……光源装置、３
２……CPU、３３……自動露出演算制御部、３
４……撮影操作表示部、３５……記憶部、３６…
…操作表示部、５０……制御装置、５１……
CPU、５２……RAM、５３……バツテリー、５
４……ROM、５５……演算器、５６，５８，６
５……インターフエース、５７……外部制御装
置、５９……写真撮影装置、６０……Ｉ／Ｏポー
ト、６１……撮像素子、６２……駆動及び撮像信
号処理回路、６３……Ａ／Ｄ変換器、６４……操
作パネル、６６……駆動部、６７……写真撮影用
接眼レンズ、６８……光路切換駆動部、６９……
ビームスプリツタ、７０……対物レンズ切換駆動
部、７１……レボルバー、７２……焦準ステージ
駆動部、７３……ステージ、７４，８０……切換
駆動部、７５……コンデンサーレンズ、７６，７
８……制御駆動部、７７……開口絞り、７９……
照野絞り、８１……NDフイルターユニツト、８
２……調光回路、８３……光源、８４……チヨツ
パ駆動部、８５……瞳分割用チヨツパ、１００…
…対物データテーブル、１３０……アンプ、１３
１……サンプルホールド回路。

Claims

【特許請求の範囲】１対物レンズの倍率及び種別が入力される対物
レンズデータ入力部と、光路に挿入された対物レ
ンズを検出する検出手段と、複数個の対物レンズ
データを記憶する記憶部と、電気的に駆動され得
る少なくともNDフイルターを含む調光手段を有
する光学系と、該光学系からの投影像を受光する
焦点合わせ用撮像素子と、該撮像素子の出力信号
に基づく合焦制御信号により駆動制御される焦準
部と、前記検出手段により検出された対物レンズ
に対応して前記記憶部から読みだされる対物レン
ズデータに基づいて前記撮像素子に入射する受光
量が前記撮像素子のダイナミツクレンジ内に入る
ように前記調光手段を駆動制御する駆動制御部と
を有する、自動焦点装置を備えた顕微鏡。２前記対物レンズの倍率を変えた直後は、前記
検出手段により光路に挿入された対物レンズが検
出され、変倍後の対物レンズデータに応じて適す
る観察光量が得られるように前記調光手段を駆
動・制御することを特徴とする、特許請求の範囲
第１項記載の自動焦点装置を備えた顕微鏡。３前記駆動制御部は、検出手段により検出され
た現在光路に挿入されている対物レンズデータに
応じた適する観察光量が得られるように前記調光
手段を駆動・制御することを特徴とする、特許請
求の範囲第１項記載の自動焦点装置を備えた顕微
鏡。４電源投入時には、前記検出手段により対物レ
ンズが検出され、該対物レンズに対応して前記記
憶部から読みだされた対物レンズデータに応じて
適する観察光量が得られるように前記調光手段を
駆動・制御することを特徴とする、特許請求の範
囲第１項記載の自動焦点装置を備えた顕微鏡。５前記記憶部にはRAMが使用され、電源遮断
時にも対物レンズデータが保持されることを特徴
とする、特許請求の範囲第１項記載の自動焦点装
置を備えた顕微鏡。