JPS59177508A - 自動焦点装置を備えた顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 る。

従来顕微鏡における自動焦点ｉ　ＩＮ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
シ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りてば、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ノ冬うツキ
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、捷だ対物レンズの同焦の違しによるパラ
ツキも問題に々る。

さらに、撮像素子を用いた方式の顕微説の場合には、複
雑な顕微従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った。

また低倍率の対物レンズを使用した卵微鏡による写真撮
影を行なう場合には、物体側の被写界深度が深いため接
眼１７ンズを通して観察することによシ焦点会せを行々
うと焦点がどこにあっても月の調節作用により焦点が合
っているように観察され、一方体側では焦点Ｒ度が浅い
ためフィルム面においては良好なピント合せが行なわれ
得々−という欠点がある。

木ｉ１Ｑは、以上の点に鑑み、写真撮影装置を内蔵して
論て且つ各光学系の駆動を自・動制御する機構を有して
〉す、簡単な操作により自動焦点装置が行なわれ得、而
も写真撮影時及び観察時の焦点合せ操作が容易に且つ確
実に行々われ得るようにした自動焦点装置を備えた寝微
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ｌメンズの倍率及び種別のデータ入力部と、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言己憶部と、電気的に制御
し得る光源、ＮＤフィルター、開口絞り、照野絞す、コ
ンデンサーレンズ、焦準）ηＦ＋　、光路切換。

写真撮影用接眼１７ンズ等の各光学系要素のだめの駆動
制御部と、焦点合せ用の撮像素子とを含んでいて、該検
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
ら読み出された対物１７ンズデータに基づいて該撮像素
子からの撮像データにより写真撮影時及び観察時の自動
焦点會せが行なわれるようにしたことを特徴とする自動
焦点装置を備えだ顕微鏡により前記目的が達成され得る
。

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却の光学系を示しており、
１は例えばハロゲンランプの如き光源、２はコレクター
１／ンズ、３は光源１の温度妾を変えずに調光するだめ
の複数枚のＮｌ）フィルターから５ｖるＮＤフィルター
ユニット、４は照野絞り、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ット６；Ｉ、　６ｂ　
、　６ｃから成るコンデンサーレンズ、７けステージ、
８は各々レゼルパ−９に取付けられたユニット８ａ、Ｒ
ｈ。

８ｃから成る対物レンズ、１．０．１１は必要に応じて
光路を観察系捷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ッタ、１２は接眼
光学系、１３け写真撮影用光路中に選択的に挿入され得
る複数のユニッ）１３ａ。

１３１）、１３’Ｃから成る写真撮影用接眼レンズ、１
４は写真撮影のために結像レンズ、フレアー等ノ有害光
除去用スリッ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ッタ、１６は結像レン
ズ及びカメラ用シャッタ１７を介してカメラ１８のフィ
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１９に光量を分割するビームスプリッタ、２０は
自動焦準用の光束分割チョッノξ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
ック図が示されてｂる。２１はピント検出用撮像素子１
９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ャッタ１７を駆動し゛まだカ
メラ１８のフィルム巻上げを行なう駆動回路、２３は受
光素子１５からの出力にょシダイレクト測光を行なう副
光回路、２４は写真撮影用接眼レンズ１５の倍率選択を
行なう切換駆動部、２５はビームスプリッタ１ｏ、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
る態率駆動部、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、２つは開口絞り５及び照野絞Ｉ）４
のだめの制御駆動部、３０１−１：ＮＤフィルター３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。ここで各部＃ｈ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けＣＰＵ、３３けマイクロコンピュータ
を含む自動露出演算制御部、３４は写真撮影に必要なフ
ィルムデータまたはレリーズ等の操作ゼタンを含む撮影
操作表示部、３５は対物レンズデータ、フィルムデータ
、自動焦準用データ等を記憶する記憶部で、必要に応じ
てバッテリーによりパノクアッゾされて層る。３６は各
駆動部に対して必要な操作スイッチ、自・動態準用スイ
ッチ、対物レンズデータセットに必要な操作スイッチ等
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。先づ電源が投入されると、０ＰＵ３２は対物
レンズ切換駆動部２６から光路中に挿入されてｈる対物
レンズ８に関する信号が入力されることによυ該対物レ
ンズについての倍率及び種別（開ログタ）を配憶部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を選定しコンデンサーレンズ切換駆動部２８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．照野絞り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ＯＰ　
０３２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フィルター３の組合せを選定し、光源装置３
’ｌ、ＮＤフィルターーノ換駆動部３０を介して所宇の
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（票準状態に設定され得る。捷だ、
対物レンズ、写真撮影用接眼レンズ等を切換えた場合に
も、これらの切換情報がＯＰ　Ｕ　３２に入力され、同
様に自動設定が行なわれ得る。さらに、カメラのフィル
ムデータ（、、Ａ’　Ｓ　Ａ値等）が記憶部３５に記憶
されておシ、電源投入と同時に撮影可能状態にあるフィ
ルムのデータが記憶部３５から読み吊され自動露出演算
制御部３３におｚ−Ｈ’演算されて、撮影操作表示部３
４にて表示を行ない且つ露出を決定す、る。一方、ピン
ト検出用撮像素子１９からの撮像信号が０ＰＵ３２に入
力されると、ＣＰＵ３２ばそのとき光路中にある対物レ
ンズデータに基づき該撮像信号から合焦状態を演算判別
し態率駆動部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南は本発明による顕微鋭の制御部＃５０を示してお
り、５１はＣＰＵ、５２はノＳツテリー５３により心源
遮断時にバックアップされるＲ’Ａ　Ｍ　。

５４はプログラムメモリとしての１％０Ｍ、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
御部ぴ５０のコントロールを外部から行なう外部制御部
＃５７のためのインターフェース、５８は写真撮影装管
５９のだめのインターフェース、６０は光路切換、レボ
ルノ々−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／Ｃ１７１−’−）、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は操作スイッ
チ及び表示器を含む操作、ｏ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
ターフェース６５を介してＩｌｏ　　、Ｉｒ−トロｏに
入出力する。６６は写真撮影用接眼レンズ６７を切換え
るための駆動部、６８は観堅系と写真撮影系に光路を切
換えるビームスプリッタ、６つの１９ス動部で、同時に
光路が何れであるかを検出してその検出信号を０ＰＵ５
１に出力し得る。７ｏはレボルバ−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−７１の位
置即ち光路に挿入されている対物１／ンズを検出し得る
。７２はステ〜、ノア３全上下動さすて焦点合せを行な
う照準ステージ駆動部、７４はコンデンサーレンズ７５
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
照野絞り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フィルターユニット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
を調光するだめの調光回路、８４け自動焦点合せのため
に使用される瞳分割用チョッパ８５のだめの駆動部であ
る。第４図は操作、ｏネル６４の一例を示しておシ、８
６は操作ノミネル、８７け対パ吻レンズの倍率及び種別
（ＳＰＬＡＮ、５ＰＬＡＮ　ＡＰＯ，ＤＰＬＡＮ等）を
入力するだめのスイッチ、８８は対物レンズの倍率表示
器、８９け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だめのスイッチ、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、９
２，９３は各々照野絞り７９．開口絞り７７を手動によ
り適当な絞り径に調整するだめのスイッチ、９４け調光
用のスイッチ、９５は写真撮影用接眼レンズ６７の倍率
切換スイッチ、９６は写真撮影用接眼レンズの倍率表示
器、９７は態率ステージ駆動のだめのスイッチ、ｑ８は
レボルバ−起動スイッチ、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
ンズのデータセット及びそれに関連する動作について説
明する。

ここで−例としてレゼルノ！−７１の光路上に対物レン
ズ５１）ＬＡＮ　　’ＩＯＸが切換挿入されている場合
について説明すれば、操作・ξネル８６上にお込てスイ
ッチ８７により倍率１０×２種別Ｓ　Ｐ　Ｌ　Ａ、　Ｎ
を選択しセット入力すると、この情報はインターフェー
ス６５及びＩｌｏ　　ポート６０を介してＣｉ　Ｐ　Ｕ
５１に入力される。Ｃ，Ｐ　Ｕ　５１けレボルノ々−７
１の光路上の対物レンズ位置を対物レンズ切換駆動部７
０によシ読み出し、そのレゼルパー位置と操作パネル８
６からの情報とにより対・吻データテーブル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ば、レゼルノＳ−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
ヶ所のし丹？ルバー位置に関して対物データテーブル１
００が作成されるようになっている。そして０１）　Ｕ
　５１は常に対物データテーブル１．００をモニターし
て次の演算及び制御を行なう。即ち０ＰＵ５１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々われる。ここでコンデンサ
ーレンズ７０は対物レンズの倍率によって三段階に切換
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から照野絞シフ９．開
口絞り７７の絞り径が決定されるが、先づ照野絞り７９
の絞り径の求め方を説明する。照野絞りの絞り径ｄ、は
次式により演算される。

ここで、ＦＮｏ、　　（視野数）は第７図のテーブルに
示されてめるように光路が観察系（Ｂｉ）であるか又は
写真撮影系（ＦｌＯ光路における写真撮影用接眼レンズ
６７０倍率により決まり、Ｆ８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７
５０倍率により決まる。またに１　け視野に対する比率
で、１く１＝１ならば■式で演算された値ｄ１は視野外
接の絞ｐ径をカえるが、本実施例では対物１７ンズのデ
ータセット時及び電源投入時は］（１＝　１として照野
絞り７９の絞り径ｄ１が決定されるようになっており、
従って光路が観察系であっても写真撮影系であっても照
野絞りは常に■式によシ視野外接の絞り径ｄ、に設定さ
れることに々る。次に開口絞シフ７の絞り径ｄ２は次式
により演算される。

ｄ２二ＮＡ　Ｘ２Ｘ　ｆ　ＸＫ２　　　　　　　　　”
■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撞る開口値、ｒは１司イ醍
に等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Ｋ　２は瞳径に対する比率
で、に２＝１ならば０式から得られだ値ｄｚｌ−１：瞳
径の１０’Ｏ係の絞り径を与えるが、本美施例では対物
レンズのデータセット時及び電源投入時はＩ（２−０８
として開口絞Ｉ）７７の絞シ径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
ように々づている。尚、第６図及び第７図のテーブルｌ
−１：Ｒ，ＯＭ　５４に記憶されている。ここで対物レ
ンズが５ＰＬＡＮ　ＩＯＸで光路が観察系である場合、
自動設定される各絞り径ｄｌ、ｄ２は以下のように演算
される。第６図及び第７図のテーブルよシＦＮｏ、＝２
８　、　Ｆ　Ｓ投影倍率＝０．１３３が得られ、またに
１＝１とすれば、■式より となり、同様にして第６図のテーブルがらＮＡ−０，３
、ｒ＝＝１２が得られ、またに２＝０．８とすれば０式
から、 （１２＝　０．３　Ｘ２Ｘ１２　Ｘｏ、８　具５．８　
（ｒｈｍ）が求められる。以上の演算はＯＬ）　Ｕ　５
１及び演算器５５によって行なわれ、その演算結果によ
り照野絞シ制御嘔動部７８及び開口絞り制御駆動部７６
を介して照野絞り７９及び開口絞り７７が前記絞り径ｄ
ｌ＋ｄ２に設定される。第８図′は照野絞り７９または
開口絞り７７の制御を示すブロック図であり、１１０は
１）／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けギヤを介し
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ョメ
ータである。前述のように演算され／こ絞り径は、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
々う楊合絞シ径の範囲をＯ〜３４喘とすると、Ｄ／Ａデ
ーター照野照野径×７５ ・・・■ となるから、分解能’ｒＪ、’　０．１３＋ｎ＋ｉ／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’１０　　ボート６０を介してＤ／Ａ
変換器１１０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１１３
によってモータ１１４を駆動する。従って絞９ｔａ構１
１５が開閉され得るが、その位ｊ鹸がポテンショメータ
１１６により常にモニターされアンプ１１２を介してア
ンプ１１１にフィーＰバックされて因るので、所定の絞
り径に制御され得る。

次に対物レンズデータセッ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りは次のように表わされる。

Ｌ＝ＬＡＸＮＩ）ＸＡＳＸＯｂＸＢｉ　　（Ｌｘ）ｔ＋
■ここで、ＮＤは例えば第９図に示されているようｈ複
数枚（ここでは４枚）のＮ　＋’）フィルターＮＤＯ。

Ｎ　ｒ）　１’　、　Ｎ　Ｄ　２　、　Ｎ　Ｉ）３　　
の組合せにより透過率を変更するようにしたＮＤフィル
ターユニット１２０（実願昭５７−３４６４５号）によ
って与えられる光量比で、各ＮＤフィルターがモータ１
２１によ逆駆動されるカム１２２によシレパー１２３を
介して光路に挿脱されることによシ第１０図に示すよう
に１１段階に制崩１され、第９図ではＮ　Ｉ）　Ｏ及び
ＮＤ、２が光路中に挿入されており、第１０図よシ光量
比ＮＤ＝１／１６が与えられている。Ａ、９は開口絞シ
フ７の明るさ比で、瞳径の８０係を標準値とすると明る
さ比Ａｓは、　　０．８２＝０．６４となる。Ｂｉ　は
第１１図に示されているようにＢｉ　１００φの光路を
１としたときの光量比、Ｏｂ　は第１２図で示されて込
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５ＰＬＡＮ　ＩＯＸを基準として１に
とっている。ＬＡは対物レンズ８１）ＬＡＮ１０×、光
量比ＮＤ＝１．．明るさ比ＡＳ＝１　、　Ｂｉ’ｌ（’
１０係の光路における像面照度であり、本実施例ではＬ
Ａ＝　１８９　Ａｘを定数として使用する。この状態で
像面照度りを常に０５〜］、　Ａｘ　　の範囲に維持す
るには、Ｌ＝０．５　Ｘ＋’２　Ｘ　２″’ｚ　””　
０．７０７Ｘ２２　　（Ａｘ）　　ｉ　／’１目標値に
よ９０式から Ｌ＝１８９　Ｘ　Ｏ，６４ＸＮＤ　ＸＯｈ　Ｘ　［３ｉ
”’　Ｑ、７０７　Ｘ　２−’−２ が得られ、ＮＩ）フィルターの光量比の目標値が与えら
れる。ところで、ＮＤフィルター・ユニット１２０け４
枚のＮＤフィルターの組合せで構成されてめるので、０
式によるＮＤの目標値ば２４　　の分解能で与えられな
ければ々らない。そこで０式におりて２香を底とする対
数をとると、ｌｏｇ　ａＮＤ＝−３０−Ｉｏｇａｏｂ　
−１ｏｇａＢｉ　　　　　　−■となる。従って実際の
Ｎｐフィルターの胡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応してＩｏｇａＯｂを求め
、また＠１１図のテーブルからｌｏｇｌ１３ｉ　　を求
めて０式よりｌｏｇ、ＬＮＩ）が得Ｌ：）ｒＬる。かく
してこのｌｏｇａＮＤ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比ＮＤが得られ、この光量比Ｎ
ｐを与えるようなＮＤフィルターの制御が第１０図に従
ってＮ　Ｉ）フィルター切換駆・動部８０によシ行なわ
れる。尚、第１゜（Ａ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Ｉ（，０Ｍ５４に記憶
されている。

ここで、対物レンズ５ＰＬＡＮ　ＩＯＸ　、　Ｂｉ　２
０％の光路の１易合には、第１１図°及び第１２図より
ｌｏｇａＲｉ−−９、ｌｏｇａＯｂ−０となり、０式・
がら１ｏｇａ’ＮＤ＝　−３０−０−（−９）＝−２１
が得られ、第１３図のテーブルよりＮＩ）＝１／３２と
なり、第１０図のテーブルによれば、ＮＤＯ及びＮ　Ｄ
　３　　が光路に挿入されれば適正な明るさが得られる
。従って、ＣＩ）Ｕ５１ばＮＤフィルター切切部駆動部
８０信号を出力してＮ　ＤフィルターＮＤＯ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ン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ットを
する場合各対物レンズについて上記動作が行なわれる。

また一度セットされた対物レンズのデータＩ−ｊ：第５
図の対物データテーブル１００としてレボルバ−位置と
共にＩ（Ａ　Ｍ　５２に記憶きれ、Ｊ（、ＡＭ５２は〕
々ツテリー５３により屯源遮断時にもバックアップされ
ているので、最初に一回だけセット操トドすればよ−。

さらに、対物データテーブル１００が記憶されているか
ら、例えばレゼル・ぐ−７１を切換えると、そのレボル
ノ々−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、０ＰＵ５−
１が前述の如く演算し又はＲ，ＯＭに記憶されたテーブ
ルのデータ全参照して自動的に最適なコンデンサーレン
ズ７５．照野絞り７９及び開口絞り７７の絞シ径、ＮＤ
フィルターユニット８１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（Ｉｌｉ）光路の切換、写真撮影
用接眼レンズ６７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
から解放され且つ操作ミスのない検鏡を行なうことがで
きる。

？ハ 以上のようにデータセント及びその財連動作が行なわれ
た後に、自動焦点台せのための光学系パックグラウンド
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
在するノイズノミ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Ｎ　Ｉ）フィル
ターユニット８１．照野絞り７９．開口絞り７７のデー
タを設定する。瞳分割用チョツノξ８５により１閘分割
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軸は撮像素子のビットを
、ｙ軸は撮１象素子の各ビッ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ットの補正係数を求
めると、補正データＡ、Ｂに対する補正係数Ａ’　、　
Ｈ’は第１５図のようにｊ（わされ、該補正係数Ａ７　
、　Ｒ／をＩ（、Ａ　Ｍ５２に入力して対物ｌデータテ
ーブル１００と対比させることにより、レボルＡ−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ｒｔｏｊ５２に楠己憶させて、自動焦点合せの際に撮
像素子６１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。この補正データ入カンーケンスの
後、ＮＤフィルター８１．照野絞り７９、開口絞シフ７
は各々観賂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ッ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
フローチャートに示す通シである。

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ック
図であシ、１３０ｄアンプ、１３１はサンプルホールド
回路である。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
１３１を介してＡ、　／　Ｄ変換器６３によｆ）５１２
ビツトの画素情報信号からデジタル信号に変換され、０
ＰＵ５１に入力された後、几Ａ　Ｍ　ｊ２内に記憶され
る。このとき、前述した通９予めｌｌ、　Ａ　Ｍ　５２
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）補正係数によシ演算器
５５で補正係数演算が行なわれてから、撮像信号は几Ａ
Ｍ５２に記憶されるようになっている。また０ＰＵ５１
は、チョッパ駆動部８４を介して瞳分割用チョツノ々を
駆動せしめることによυ第１８図に示すように光学系瞳
位置をＡ、１３に分割切換するので、瞳位置Ａ、Ｈ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
ニジ７３の移動量が求められ、これが０ＰＵ５１に入力
されることにより、０１）ｔＪ５１は態率ステージ駆動
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Ｎ、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、１
３３は結像レンズ１３２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は像面であシ、遮
光板１３３の開口１３３ａが第１８図（樟の如く位置Ａ
、にある場合、合焦時には像面３上に像Ｑが結像され、
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Ｖ−タケた像Ｑｌ　＋　　Ｑ２　　が
形成され、また遮光板１３３の開口１３３ａが第１８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。かぐして遮光板１３３の開口１３
３ａ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ＱｌからＱ１’へ又はその逆にもしくはＱ２か
らＱ２’へ又はその逆に移動する。従って、像面１３４
上に撮像素子を配設して像の移動状態を検出することに
よシ、合焦か否か、また非合焦の場合前ピンか後ビンか
、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、瞳分割用チョッパで分割された二
つの瞳位置に関する撮像信号は第１９図（ａ）において
各々ｆＡ、　ｆｎにより示され、このｆｈ、　ｆＢから
相関演算式 によシｆＡ　　に対してｆＢをδ　だけずらした相関演
算を行ない、Ｒ（δ）の最小値を与えるδ′　（第１９
図（ｂ）参照）がこの場合の位相差となる。但し、ＡＢ
Ｓ（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け■式でδ：＝Ｏとした几（０）で
表わされる。かくして自動焦点合せはこのδ′をＯにす
るように制御することにより行なわれる。第２０図は瞳
分割用チョツ／ぐの一実施例を示して、１．−ｐ、１３
５はチョツノぐで、回転軸１３６の周りに回動可能に配
設されていて、（ａ）の位置では＠１３７の下半分を通
る光束のみが開口部１３５ａを通過して撮像素子に達し
、Φ）位置では瞳１３７の上半分を通る光束のみがチョ
ッパ１３５の外側を通って撮影素子に達するようにして
瞳分割が行なわれ得、瞳分割を行なわない場合には（Ｃ
）の如く全体が瞳１３７の外側に退避せしめられる。さ
らに後述するコントラスト値を求める場合には、チョッ
パ１３５は第２０図（ａ）または（ｂ）の位置に設定さ
れればよいが、この実施例では（ａ）の位置に設定され
るようになっている。また撮像素子は例えば５１２個の
電荷蓄積モードで動作するフォトダイオードから成るフ
ォトダイオードアレイによシ構成されていて、その出力
信号は入射光量（ｆｔ−０（１）×繰返し走査時１１］
（秒）Ｋ比例し第２１図に示す通シである。尚、この出
力信号は飽和点を有するため、撮像素子に対して適切な
光量が与えられるように、対物データテーブル１００に
基づきＣＰＵ５１が光源８３のための調光回路８２及び
ＮＤフィルターユニット切換駆動部８０を制御すると共
に、撮像素子駆動回路６１に適幽な繰返し走査時間に対
する情報を与えることにより、最適な電荷蓄積時間に設
定され得る。

ここで照明光学系の自動制御の説明において簡単に述べ
たパックグラウンドデータ入力について第２２図のフロ
ーチャートに従いさらに詳しく説明する。

操作ノミネル６４によシ対物レンズのデータが入力され
ると、対物レンズに応じたコンデンサーレンズ７５．開
口絞シフ７、照野絞シフ９．ＮＤフィルター８１が最適
に切換及び制御されると同時にパックグラウンドデータ
の入カン〜ケンスが開始される。先づ、ステージ７３が
態率ステージ駆動部７２により理論的なピント位置より
下方に設定された基準位置に駆動せしめられる。この基
準位置は以下のように設定される。第２３図において、
１４０は対物レンズ、１４１はステージ７３の上限位置
、１４２はステージ７３の下限位置。

１４３は理論的なピント位置、１４４は基準位置で、ピ
ント位置１４３よりスライドグラス７３ａ及びカバーグ
ラス７３ｂ　　の最大厚だけ下方に在る。

１４５．１４６，１４７は位置１４１．　１４．２゜１
４４を検出するためのフォトセンサ゛−の如キ位置セン
サーである。従って、位置センサー１４７によシ検出が
行なわれたときに駆動部７２を停止させれば、ステージ
７３は基準位置１４４に停止せしめられ、カバーグラス
７３”ｂ　　及びス、ライドグラス７３ａ　　の厚さの
バラツキによジ実際のピント位置を与えるステージ７３
の位置は必らず基準位置１４４の上方に在ることになる
。またステージ７３が上限位置１４１または下限位置１
４２に持ち来たされると、各センサー１’４’５，１４
６がこれを検出して、駆動部７２を停止せしめ、自動焦
点合せの際には好ましくは同時に非合焦の表示が行なわ
れ得る。かくしてステージ７３が基準位置に駆動せしめ
られると同時に、ビームスプリッタ１６（第１図及び第
２図）が切換駆動されて、撮像素子１９への光路が構成
される。また対物し／ステージに基づき開口絞シフ７及
び照野絞り７９が各制御駆動部７６及び７８により最適
な絞９径に駆動され、さらに光源８３のための調光装置
８２及びＮＤフィルターユニツ１−８１の念めの切換駆
動部８０が、撮像素子６１に対して最適な光量を得るよ
うに制御される。同時に写真撮影用接眼レンズ６７を５
倍にするようにその駆動部６６が制御される。尚、写真
撮影用接眼−レンズ６７を５倍てするのは、撮像素子６
１上に結像された投影像の分解能と撮像素子自体の分解
能を整合させるためであシ、写真撮影用接眼レンズの分
解能ΔＸは、で表わされ、５倍拡大系の場合には、対物
レンズ後側のＮＡを一般的に０．０４　　とすれば、５
倍拡大系の像側てはＮＡ＝０．００８とな９、λ埃０．
５とすると、ΔＸ　＝　３１．２５　（ｔｔｍ）　　と
なる。ここで使用されている撮像素子の各センザー間の
ピッチは２８μｍであるから、この５倍拡大系による投
影像に対して十分な撮像データ分解能を得ることができ
る。かくして写真撮影用接眼レンズ６７が５倍に切換え
られ穴径、対物レンズデータから撮像素子６１のダイナ
ミックレンジを有効に使うために適当な撮像素子電荷蓄
積時間が演算され、駆動及び撮像信号処理回路６２にコ
ントロールデータとして送られる。各駆動部６６、　６
８．　７ｊ。

７６．７８．８０，８２が各々指定された状態に作動し
たことを０ＰＵ５１が確認した後、チョツノξ駆動部８
４により瞳分割用チョツノぐ８５が第一の瞳分割位置（
例えば第２０図（ａ）の位置）Ａに駆動せしめられ、こ
のどきの撮像素子６１からの撮像データが０ＰＵ５１及
び演算部５５で演算処理され、各ビットの補正係数とし
てＲＡＭ５２に記憶される。次に該チョツノξ８５が第
二の瞳分割位置（例えば第２０図（ｂ）の位置）Ｂに駆
動せしめられ、同様にしてこのときの補正係数がＲＡＭ
５２に記憶される。これは、対物レンズを切換えた場合
各対物レンズに対して行なわれ得る。かくして補正係数
がＲＡＭ５２に入力された後、写真撮影用接眼レンズ６
７、光源８３．Ｎｌ）フィルターユニット８１．開口絞
シフ７、照り！Ｔ絞シフ９及びビ−ムスプリツク１６は
最初の位置または設定状態に復帰せしめられ、チョツノ
ぐ８５は光路外（第２０図（Ｃ）の位置）にハネノケら
れる。以上のようにパックグラウンドデータ入力のシー
ケンスが実行されることによシ、この後行なわれる自動
無薬の際に得られる試料像の撮像データがパックグラウ
ンドデータとして記憶された補正係数により演算処理さ
れて、より高い梢厩の自動焦点合せが可能になる。

次に自動焦点合せの動作を第２４図のフローチャートに
従って対物レンズ５ＰＬＡＮ　’ｌ　ＱＸの場合につい
て説明する。先づ自動焦点合せのための光学系の条件設
定を行なう。操作パネル８６のスイッチ９９を押すと、
０１）Ｕ５１は、その時どのような光路であっても、各
ビームスプリッタの切換状態を几ＡＭ５２に記憶させる
と共に、光路切換駆動部によりビームスプリッタ１６（
第１図）を駆動することによシ撮像素子６１に至る光路
が形成される。また、その時の開口絞９７７及び照野絞
ｆ）７９の絞り値、ＮＤフィルターユニット８１の切換
状態、光源８３の調光状態が各々ＲＡＭ５’２に記憶さ
れると共に、パックグラウンドデータ入力の際になされ
たように開口絞シフ７、照野絞シフ９、ＮＤフィルター
ユニット８１及び光源８３は各々撮像素子６１上の投影
像が最適となるように設定される。即ち、対物データテ
ーブル１００に基づき光路中に挿入されている対物レン
ズに従って、開口絞ｆ）７７の絞シ径は０式でに２＝１
としたときに得られる（瞳径に対して１００％の）絞９
径、照野絞９７９の絞シ径は０式でに１＝１としたとき
に得られる（視野外接の）絞り径、　ＮＤフイ／レター
ユニット８１及び光源８３は０式から得られる像面照度 十と Ｌ＝　　０．７０７Ｘ　　２　−２ の係数０．７０７を１とするような値に、各々Ｇｌ）　
Ｕ５１及び演算器５５によシ演算されて、各駆動部及び
調光回路により設定される。さらに、撮像素子６１に対
する投影像の分解能を上げるために、写真撮影用接眼し
／ズ６７が５倍に切換設定される。以上の設定が行なわ
れた後これをＣＰＵ５１が確認すると、瞳分割用チョツ
ノξ８５がチョツノξ駆動部８４によシ第一の瞳分割位
置（第２０図０））Ａに移動せしめられ、同時にステー
ジ７３の位置が検出される。ステージ７３が基準位置１
４４よフ上方にあるときは、瞳分割位置Ａにおける撮像
データが撮像素子６１からｃｐｕ５ｔに入力され、ＣＩ
）Ｕ！５１はこの撮像データをパックグラウンドデータ
としてＲ，ＡＭ５２に記憶されている補正係数によシ演
算処理してｊＡ　　を得、これをＲＡＭ５２に記憶する
と共に、コントラスト値を演算する。ここでコントラス
ト値の演算は例えば第２５図によシ次のように行なわれ
る。撮像素子６１上の５１２ビツトのセンサーをａ、ｂ
、Ｃ５ｄ、ｅの五群に分け、ｆ（Ｘ）をＸビット目の信
号としＸを４つおきに計算すれば、コントラス）０はａ
　＝　：ｉ　ｌ　ｆ　（ｘ）　−ｆ　（ｘ＋ｓ））　、
　（ｘ＝４ｎ）＝■で表わされる。これは、各々５ビツ
ト離れたセンサーの信号の差の絶対値を４ビツト毎に計
算していることになる。従ってａ群のコントラスト０ａ
Ｃａ−Σｌ　ｆ（ｘ）　−ｆ　（ｘ＋５）ｌ　、　Ｃｘ
、−＝４１１＞＝　７１（６４）−Ｖ　（６９）ｌ＋、
１ｆ（６ｓ）’ｆ、（７３，）、’ｌ十−・・＋ｊ　ｆ
、０ｓ４）　−ｆ　（１８９）　、、１となる。同様に
して各群のコントラスＦを演算して全体のコントラスト
値を演算する。このようにして演算されたコントラスト
値が予め設定されたしきい値以下であるとき、そしてス
テージ７３が基準位置１４４よシ下方にある場合には、
ステージ７３がステージ駆動部７２により基準位置１４
４に移動せ、しめられ、再び瞳位置Ａにおける撮像デー
タが演算処理され、几ＡＭ５２に記憶されるとＩｃコン
トラスト値が演算される。ここでコントラスト値がしき
い値以下であれば、ステージ７３が１００μｍ　だけ上
方へ移動せしめられ、このときのステージ７３の位置が
上限位置１４１でないことを確認した後再び瞳位置Ａに
おける撮像データが演算処理され、几Ａ　Ｍ　５２に記
憶されると共にコントラスト値が演算され、この動作は
コントラスト値がしきい値以上になるまで繰返されるが
、途中でステージ７３がその上限位置１４１に達すると
位置センサー１４５によりこれが検出されることによっ
て上記動作は中断され、さらに操作ノぐネル６４上に非
合焦の表示が行なわれる。コントラスト値がしきい値以
上になると、瞳分割用チョッパ８５がチョッパ駆動部８
４により第二の瞳分割位置（第２０図（ｂ））Ｂに移動
せしめられ、瞳分割位置Ｂにおける撮像データが撮像素
子６１から０ＰＵ５１に入力され、０ＰＵ５１はこの撮
像データをパックグラウンドデータとしてＲＡＭ５２に
記憶されている補正係数にょシ演算処理してｆＢを得、
先にＲＡＭ５２に記憶されたｆｈを読み出して演算器５
５により０式に示した相関演算を行なって几（δ）の最
小値を与えるδ′（位相差）を求め、この位相差δ′に
基づき、ステージ７３の移動量を決定してステージ駆動
部７２によシスチーシフ３を移動せしめる。続いて再び
瞳分割用チョッパ８５を駆動せしめて瞳位置Ａ、Ｂにお
ける撮像データｆｈ、　ｆＢを演算してその相関演算に
よる几（δ）の最小値を与えるδ′を求め、δ′が０に
なるまで相関演算の動作は繰返される。δ′がＯになる
ことによｐ合焦が確認され上記動作が中断され、操作、
ｏネル６４上に合焦の表示が行なわれる。かくして操作
・ぐネル６４上に合焦または非合焦の表示が行なわれた
後、自動焦点合せの動作の最初に几ＡＭ５２に記憶され
たデータに基づいて、各光学系要素は、自動焦点合せ以
前の状態に復帰せしめられる。即ち、瞳分割用チョッパ
８５は光路外（第２０図（Ｃ）　）　Ｋ退避せしめられ
、写真撮影用接眼レンズ６７が元の倍率に切換えられ、
開口絞シフ　７、　照野絞Ｄ　７９．　　ＮＤフィルタ
ーユニット及び光源８３が元の制御及び切換状態に戻さ
れる。

さらにビームスプリッタ１６が光路内に挿入されて写真
撮影系の光路が構成される。以上で自動焦点合せの動作
が完了する。

上述の如〈実施例で説明したように、本発明によれば、 １）焦点合せの操作が自動化されたことによジ検鏡者の
操作が容易となり操作ミスが防止され且つ所要時間が短
縮され、また焦点合せの８度が向上する。

２）撮像データの補正係数がパックグラウンドデータ夕
としてＲ，Ａ　Ｍに記憶されていることにょシ焦点合せ
精度が向上し、さらに該補正係数の久カが簡単に行なわ
れることにょシ操作性が向上する。

３）自動焦点合せの際に各光学系要素は自動的にこれに
適した状態に設定され、自動焦点合せ終了後は各光学系
要素は自動的にそれ以前の状態に復帰せしめられる。

４）自動焦点合せの際に絞シ、明るさ等の光学的条件が
対物レンズデータに基づき最適値ＶＣ演算され自動的に
設定されることにょフ、撮像データの精度が向上する。

５）自動焦点合せのためにステージの基準位置を設ける
ことにより、焦点合せ時間が大幅に短縮され、特に高倍
の対物レンズにおける焦点合せの場合に有効であって、
ステージの位置をモニターしながら自動焦点合せの動作
が行なわれるので、撮像データ以外のデータを倉めて自
動焦点合せがなされるため、合焦精度が向上する。

６）焦点合せのための演算処理として、相関演算式、 コントラスト値が併用されていることにょシ、処理時間
が短縮され且つ合焦精度が向上する。

という効果が得られ、極めて便利である。

【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
ロック図、第３図は本発明による顕微鏡の一実施例の制
御装置を示す詳細カブロック図、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９制御ノフ
ロック図、第９図はＮＤフィルターユニットの一例を示
す図、第１０図はＮ　Ｉ）フィ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フィ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
物レンズデータセット時の制御のフローチャート、第１
７図は自動焦点合せのための制御回路のブロック図、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図は瞳分割用チヨツ、ｏの
一実施例を各作動状態にて示す図、第２１図は撮像素子
の出力を示すグラフ、第２２図は自動焦点合せのための
パックグラウンドデータ入力のフローチャート、第２３
図はステージの基準位置を示す図、第２４図１は自動焦
点合せのフローチャート、第２５図はコントラストを求
めるときの各群を示す図である。 ■・・・ｉ源、２・・・コレクターレンズ、３・・・Ｎ
Ｄフィルターユニット、４・・・照野絞シ、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−１１，０
，１１，１４，。 １６・・・ビームスプリッタ、１２・・・接眼光学系、
１３・・・写真撮影用接眼レンズ、１５・・・受光素子
、１７・・・カメラ用シャッタ、１８・・・カメラ、１
９・・・撮像素子、２０・・・光束分割チョツ・ξ、２
１・・・撮像信号処理回路、２２・・・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・・・態率駆動部、２８・・・コン
デンサーレンズ切換駆動部、２９・・・絞ジ制御駆動部
、３０・・・ＮＤフィルタ切換駆動部、３１・・・光源
装置、３２・・・ＣＰ　Ｕ。 ３３・・・自動露出演算制御部、３４・・・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・・・几ＡＭ
、５３・・・パッチ１）−１５４−・・ＲＯＭ、５５・
・・演算器、５６．・・・、５８．６５・・・インター
フェース、５７・・・外部制御装置、５９・・・写真撮
影装置、６０・・・Ｉ１０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・・・ビームスプリッタ、７０・・
・対物レンズ切換駆動部、７１・・・レボルバ−１７２
・・・態率ステージ駆動部、７３・・・ステージ、７４
．８０・・・切換駆動部、７５・・・コンデンサーレン
ズ、７６．７８・・・制御駆動部、７７・・・開口絞９
．７９・・・照ｉｌｌ、８１・・・Ｎ　Ｉ）フィルター
ユニット、８２・・・調光回路、８３・・・光源、８４
・・・チョツノ々駆動部、８５，１３５・・・瞳分割用
チョツノξ、１００・・・対物データテーブル、１３０
・・・アンプ、１３１・・・サンプルホールド回路、１
４０・・・対物レンズ、１４１・・・上限位置、１４２
・・・下限位置、１４３・・・ピント位置、１４４・・
・基準位置、１４５，１４６，１４７・・・位置センサ
ー。 代理人　篠原秦司 オ１図 ３′２図 第４図 部 ９ 第５図 １６図 オフ図 １８図 １２３ （Ｂ） オｌＯ図 ○４林 オＵ図 第１２図 １１３図 牙１４図 −ヒ””Ｉト １１５図 ０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５１１ヒニ
゛・・ノＬ− 第１６図 第１７図 − １１８図 （Ｑ） （ｂ） 第１９図 （Ｃ１） （ｂ） Ｕ　　　σ 第２０図 （Ｑ）　−（ｂ）’　　　　　　　（Ｃ）へ 第２１図 へｊ１１梵＊　（ｆｔ−ｃｄ　−ｓ　）第２２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 写真撮影装置を含んでおシ且つ各光学系の駆動を自動制
   御する機構を有している顕微鏡において、対物レンズの
   倍率及び種別のデータ入力部と、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、電気的に制御し得る光源、ＮＤ
   フィルター。 開口絞り、照野絞り、コンデンザーレンズ、態率部、光
   路切換、写真撮影用接眼レンズ等の各光学系ガ素のだめ
   の駆動制御１部と、焦点合せ用の撮像素子とを含んでい
   て、該検出手段により検出された対物１／ンズに対応し
   て記憶部から読み出された対物レンズデータに基づいて
   該撮像素子からの撮像データにより写真撮影時及び観察
   時の自動焦点合せが行なわれるようにしたことを特徴と
   する。 自動焦点装置Ｗを備えた顕微鎌。