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JP3645625B2 - Microscope automatic focus detection method, microscope automatic focus detection device, and microscope using the same - Google Patents

Microscope automatic focus detection method, microscope automatic focus detection device, and microscope using the same Download PDF

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JP3645625B2
JP3645625B2 JP23575495A JP23575495A JP3645625B2 JP 3645625 B2 JP3645625 B2 JP 3645625B2 JP 23575495 A JP23575495 A JP 23575495A JP 23575495 A JP23575495 A JP 23575495A JP 3645625 B2 JP3645625 B2 JP 3645625B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像エリアを分割する方式の顕微鏡自動焦点検出方法及び顕微鏡自動焦点検出装置及びそれを用いた顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、顕微鏡等の光学機器の焦点検出に関する技術は多方面に渡り発明されており、その中の1つに目的の被写体に高精度に合焦制御する技術としてエリア分割による測距方式(以下エリア分割方式と略す)が発明されている。
【0003】
このエリア分割方式は、測距範囲内を複数のブロックに分割して求めた複数の焦点検出の演算結果から、被写体と対物レンズの相対距離を制御し合焦させるものである。
【0004】
例えば、特開平2−109008号公報ではエリア分割方式において、エリアごとの複数の焦点検出の演算結果を多数決によって選定し、合焦制御(以下AF制御と略す)する方法が発明されている。
【0005】
また特開平2−297514号公報では測距範囲を水平、垂直方向にエリアを固定した2つのセンサが配置されたものが発明されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの手法を顕微鏡に適用した場合、実用上、不十分な点がある。
【0007】
顕微鏡に用いられている自動焦点検出において合焦精度を悪化させる要因の1つにスライドガラスやカバーガラスに付着するゴミが挙げられる。すなわち、被写体画像に数千〜数百[μm]離れたゴミの画像が混入し、被写体のみの合焦精度を著しく低下することになる。
【0008】
この合焦精度の悪化に対する改善策として、エリア分割による合焦制御を常に行うと、制御が複雑化しオートフォーカス性能の重要な1つである合焦時間が低下してしまう。
【0009】
また、顕微鏡では被写体観察に対物レンズ倍率は、1×などの極低倍から200×まで可変するため、ゴミの画像の大きさも変化し、被写体画像に対するゴミの画像混入の割合が変化する。例えば図9は対物レンズ測距エリアにゴミが混入しているモデルである。同図(a)は対物レンズ倍率1×、同図(b)は4×での測距エリアとゴミの画像割合の関係を示している。また、同図中の(ア)〜(キ)は、撮像エリアの分割の分割区分を示している。同図(a)の対物レンズ倍率が1×の時には分割エリアの(ウ)のみにゴミなどのノイズ画像が混入しているが、同図(b)では分割エリアの(イ),(ウ),(エ)に混入しており、このノイズエリアを排除し、制御を安定化させるために、さらに複雑な制御が必要となる。従って、合焦時間が低下してしまう。
【0010】
そこで本発明の目的は、被写体に被写体以外のゴミ等に代表されるノイズ画像が存在する場合でも、高精度かつ高速に焦点検出を可能とする顕微鏡自動焦点検出方法及び顕微鏡自動焦点検出装置及びそれを用いた顕微鏡を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、対物レンズと、ステージ上に載置した複写体の光像を前記対物レンズを介して取り込み所定位置に被写体像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を読み取る複数の受光素子からなる撮像手段と、前記撮像手段で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割手段と、前記エリア分割手段により区分された光像の各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力手段と、前記対物レンズの倍率の大きさにより前記エリア分割手段における各エリアの受光素子の数を可変あるいは撮像エリアの分割数を可変するエリア可変手段と、を具備したことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出装置である。
請求項1に対応する発明は、対物レンズの倍率の大きさによってエリア分割のエリアの大きさを可変している。このため、測距エリア中のゴミなどのノイズ画像の割合を安定させることが可能となり、複雑な制御を行うことが省けるため合焦時間が短縮され、かつ高精度なAFを行うことができる。
【0013】
前記目的を達成するため、請求項に対応する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前記エリア分割合焦信号出力手段は、対象撮像エリアの隣合う前後の 2 つの撮像エリアにおいて後ピンコントラストと前ピンコントラストの差分値が逆符号となった場合に対象撮像エリアを除いた他の撮像エリアを用いて合焦信号を得ることを特徴とした請求項 1 項記載の顕微鏡自動焦点検出装置である。
請求項に対応する発明によれば、エリア分割によるAF制御において、隣り合う前後2つのエリアが逆方向の合焦信号となった場合に逆になった2つのエリアを除いた他のエリアを用いて合焦信号を得る様な制御をするため、厚みのある被写体でも、ゴミ等が被写体画像に混入する様な場合でも、ハンチングすることなく高精度に被写体に合焦させることができる。
【0015】
前記目的を達成するため、請求項に対応する発明は、対物レンズと、ステージ上に載置した複写体の光像を前記対物レンズを介して取り込み所定位置に被写体像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を読み取る複数の受光素子からなる撮像手段と、前記撮像手段で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割機能と、前記エリア分割機能により区分された光像の各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力機能とを備え、前記対物レンズの倍率の大きさにより、前記エリア分割における各エリアの受光素子の数を可変あるいは撮像エリアの分割数を可変するようにした演算処理手段と、を具備したことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出装置である。
請求項に対応する発明によれば、対物レンズの倍率の大きさによってエリア分割のエリアの大きさを可変している。このため、測距エリア中のゴミなどのノイズ画像の割合を安定させることが可能となり、複雑な制御を行うことが省けるため合焦時間が短縮され、かつ高精度なAFを行うことができる。
【0016】
前記目的を達成するため、請求項に対応する発明は、次のように構成したものである。すなわち、前記エリア分割合焦信号出力機能は、
対象撮像エリアの隣合う前後の 2 つの撮像エリアにおいて後ピンコントラストと前ピンコントラストの差分値が逆符号となった場合に対象撮像エリアを除いた他の撮像エリアを用いて合焦信号を得る
ことを特徴とした請求項 3 記載の顕微鏡自動焦点検出装置である。
請求項に対応する発明によれば、エリア分割によるAF制御において、隣り合う前後2つのエリアが逆方向の合焦信号となった場合に逆になった2つのエリアを除いた他のエリアを用いて合焦信号を得る様な制御をするため、厚みのある被写体でも、ゴミ等が被写体画像に混入する様な場合でも、ハンチングすることなく高精度に被写体に合焦させることができる。
また、前記目的を達成するため、請求項に対応する発明は、請求項 1 乃至4記載の顕微鏡自動焦点検出装置を顕微鏡に設けたことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出装置を用いた顕微鏡である。
請求項に対応する発明によれば、対物レンズの倍率の大きさによってエリア分割のエリアの大きさを可変している。このため、測距エリア中のゴミなどのノイズ画像の割合を安定させることが可能となり、複雑な制御を行うことが省けるため顕微鏡操作中の合焦時間が短縮され、かつ高精度なAFを行うことができる

【0017】
記目的を達成するため、請求項に対応する発明は、ステージ上に載置した複写体の光像を対物レンズを介して取り込み所定位置に結像光学系で被写体像を結像させ、前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を複数の受光素子からなる撮像手段で読み取らせ、前記撮像手段で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割機能と、前記エリア分割機能により区分された光像の各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力機能とを備え、前記対物レンズの倍率の大きさにより、前記エリア分割における各エリアの受光素子の数を可変あるいは撮像エリアの分割数を可変するようにしたことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出方法である。
請求項に対応する発明によれば、対物レンズの倍率の大きさによってエリア分割のエリアの大きさを可変している。このため、測距エリア中のゴミなどのノイズ画像の割合を安定させることが可能となり、複雑な制御を行うことが省けるため顕微鏡操作中の合焦時間が短縮され、かつ高精度なAFを行うことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
<第1の実施の形態>図1に基づいて、本発明の顕微鏡自動焦点検出装置の概略構成について説明する。この概略構成として、対物レンズ3と、ステージ1上に載置した被写体Sの光像を対物レンズ3を介して取り込み所定位置に被写体像を結像させる結像光学系例えば結像レンズ4と、結像レンズ4の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を読み取る複数の受光素子からなる撮像手段例えばCCDセンサ6と、CCDセンサ6で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割手段と、前ピン像及び後ピン像に対し前記エリア分割手段により区分した区分エリアごとにコントラスト値を演算するエリア分割コントラスト演算手段と、前記エリア分割コントラスト演算手段により各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力手段と、前記撮像エリアを複数に区分することなく全範囲における前ピン像及び後ピン像のコントラスト値を演算する全範囲コントラスト演算手段と、全範囲コントラスト演算手段により合焦信号を出力する全範囲合焦信号出力手段と、エリア分割合焦信号出力手段あるいは前記全範囲合焦信号出力手段からの合焦信号を受け、ステージと対物レンズ3の光軸方向の相対値を変化させ、合焦位置へと導く駆動手段例えば駆動回路13と、対物レンズ3の焦点深度の大きさによりエリア分割合焦信号出力手段と全範囲合焦信号出力手段を切換え可能とした合焦信号出力切換え手段を具備した顕微鏡自動焦点検出装置を用いた顕微鏡である。
【0019】
具体的には、図1に示した顕微鏡の光学系は、上下方向へ移動可能なステージ1に載置した被写体(標本)Sを照明するため、落射検鏡のための落射用光源2と透過検鏡のための透過用光源2´とを備えている。落射用光源2からの落射照明光は観察光軸上に配置したハーフミラー22で被写体S側へ反射され、対物レンズ3を通って被写体Sに入射する。
【0020】
また、透過用光源2´からの透過照明光はステージ1の下方に配置したミラー23で被写体S側へ反射され、ステージ1の光路用開口部を通って被写体Sを下から照明する。
【0021】
いずれかの光源2,2´によって得られる被写体Sからの光束は対物レンズ3、ハーフミラー22を通過して光路分岐部材24に入射する。この光路分岐部材24により光束の一部が接眼レンズLへ導かれ、他の光束が結像レンズ4へ導かれる。
【0022】
結像レンズ4を通過した光束は、分割プリズム5で2分割され、その分割された2つの光束が平行な状態で撮像手段を構成するCCDセンサ6の受光面に入射する。CCDセンサ6に入射する2光束は分割プリズム5により、結像レンズ4の出射面からCCDセンサ6の受光面に至までの光路長が異なる。
【0023】
そして、結像レンズ4を含む結像光学系の予定結像面に対する前後の光学的に共役な位置(前側共役面と後側共役面)にCCDセンサ6の受光面に一致させている。従って、CCDセンサ6に予定結像面から共役な2位置に被写体像(前ピン像,後ピン像)が投影さる。この2つの被写体像は被写体Sが合焦位置に来た時に同一形状となる。
【0024】
CCDセンサ6は、投影された光像(前ピン像,後ピン像)の入射光量と蓄積時間に応じた電圧を持つアナログ信号を出力する。CCDセンサ6からのアナログ信号はアナログ処理部9に入力する。アナログ処理部9はCCDセンサ6からのアナログ信号に対して前ピン像及び後ピン像とで別々に増幅およびフィルタ処理等のアナログ処理を施しA/D変換器10へ出力する。A/D変換器10によりデジタル化されたCCDセンサ6の出力信号は、前ピン像及び後ピン像とで別々にメモリ11に格納される。
【0025】
演算回路12は、エリア分割コントラスト演算手段と、全範囲コントラスト演算手段と、エリア分割合焦信号出力手段と、全範囲合焦信号出力手段を構成し、メモリ11に格納された2つの被写体像のデジタル信号を用いて、各被写体Sのコントラスト値を算出する。そして、2つの被写体像のコントラスト値から被写体Sの合焦度を示すデフォーカス量を算出し、そのデフォーカス信号をCPU8へ送信する。
【0026】
CPU8は、CCDセンサ6から出力される被写体像のアナログ信号がアナログ処理部9のレンジに適合しているか、A/D変換器10を介して監視している。被写体Sの光像のアナログ信号がアナログ処理部9のレンジに適合していない場合には、CCDセンサ6での電荷蓄積時間をレンジに適合する様な蓄積時間とする命令をタイミングジェネレータ7へ送信する。タイミングジェネレータ7はCPU8からの命令に応じた電荷蓄積時間でCCDセンサ6に読み出しタイミング信号を入力する。
【0027】
また、CPU8は合焦信号出力切換手段を構成し、対物レンズ種別(焦点深度)に基いてエリア分割を行うかを演算回路12へ指令すると共に、演算回路12からのデフォーカス信号に基づいて被写体Sを合焦位置へ移動させるためのステージ1の移動量および移動方向の信号を算出し、駆動回路13に送信する。駆動回路13はCPU8からの信号に基づいてステージ1を上下移動させ合焦調節を行う。
【0028】
さらに、自動合焦動作のスタート/ストップ等の制御および検鏡者か対物レンズ3の倍率等を指定する外部コントローラ21を備えている。
【0029】
以上の様に構成された第1の実施の形態の動作について図2を用いて説明する。
【0030】
外部コントローラ21からの信号によりAF制御が開始されると(S1)、CCDセンサ6の前ピンと後ピンのアナログ画像信号を読み込み(S2)、CCDセンサ6のアナログ信号がアナログ処理部9のレンジに適合しているかチェックされる(S3)。レンジが適合していない場合にはタイミングジェネレータ7にレンジが適合する様な蓄積時間とする指令を出す。この動作はCCDセンサ6の信号がアナログ処理部9のレンジに適合するまで行われる。
【0031】
レンジが適合している場合には、CPU8は外部コントローラ21から現在AF制御が行われている対物レンズ3の焦点深度またはNA(開口数)を読み込む外部コントローラ21からの対物レンズ3の焦点深度またはNAの情報からCPU8はエリア分割によるAF制御が必要かどうか判断し、演算回路12へ指令する(S5)。対物レンズ3のNAが小さく、焦点深度が大きい場合にはエリア分割法を指定し、また対物レンズ3のNAが大きく、焦点深度が小さい場合には、エリア分割法を指定しない。演算回路12はこの指令に基いて所定の演算を行い、デフォーカス量を算出する(S6,S7)。
【0032】
ここで、CPU8がエリア分割法をAF制御に用いるかどうかの選択は分割プリズム5による光路差とCCDセンサ6に投影される投影倍率と対物レンズ3のNAまたは焦点深度の関係から処理される。すなわち、光路差と投影倍率が一定の場合には対物レンズ3のNAまたは焦点深度のみによってエリア分割法を行うか否かは決定される。
【0033】
さらに、CPU8は算出されたデフォーカス量に基づいて合焦か否かをチェックし(S8)、非合焦と判定した場合にはデフォーカス量に応じたステージ駆動を行い(S9)、合焦と判定した場合にはAF制御を終了する(S10)。この動作を合焦と判定されるまで繰り返す。
【0034】
ここで、本発明の第1の実施の形態の特徴である対物レンズ3の焦点深度によるエリア分割法の選択とデフォーカス量算出部について図3を用いて説明する。
【0035】
前述した様にCPU8は外部コントローラ21からの対物レンズ3の情報に基づきエリア分割法によるAF制御を行うか否か決定し、演算回路12へ指令する。エリア分割法を選択しない場合(S20,21)、演算回路12はCCDセンサ6からの信号より、前ピン像及び後ピン像のコントラスト値を所定の評価関数に従って計算する(S22,S23)。そして後ピンコントラスト値と前ピンコントラスト値の差分を計算し(S24)、差分量をデフォーカス量としてCPU8へ出力する(S25)。
【0036】
一方、CPU8がエリア分割法によるAF制御を選択した場合、演算回路12は前ピン像をエリア分割し、エリアごとの前ピンコントラスト値を算出し(S26)、次に後ピン像をエリア分割し、エリアごとの後ピンコントラスト値を算出する(S27)。エリアごとの前ピンと後ピンのコントラスト値を求めた後、対応する前ピンと後ピンエリアのエリアごとに後ピンコントラスト値と前ピンコントラスト値の差分を求め、エリアごとのデフォーカス量を算出する(S28)。さらにエリアごとのデフォーカス量から所定の処理をした後、実際に使用する総合的なデフォーカス量を決定してCPU8へ出力する(S25)。
【0037】
すなわち、エリア分割法によるAF制御が選択された場合には、エリア分割法が選択されない場合と比較してエリアごとにコントラスト値を格納する制御、エリアごとに差分計算を行い、その値を格納する制御、さらに総合判定を行う制御がエリアを増やすに従い増加する。制御が増加すればする程、制御に要する時間も増大してしまう。
【0038】
従って、エリア分割法による制御が不必要と判定できる場合には、エリア分割法を用いない本発明の実施の形態の制御によれば、エリア分割が必要な場合には、エリア分割法による合焦精度が確保され、エリア分割が不必要な場合には合焦時間を短縮してAF制御が可能となる。
【0039】
また本発明の実施の形態では、ステージ駆動により合焦動作を行っているが、ズームや無限遠対物レンズの駆動により合焦動作を行っても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0040】
<第2の実施の形態>
本実施例のAF装置の光学系とシステム構成は、図1の第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略するが、ここでは第1の実施の形態と異なる点であって、本実施の形態の特徴であるエリア分割制御について図4を用いて説明する。
【0041】
外部コントローラ21からの信号によりAF制御が開始されると(S30)、CCDセンサ6の前ピンと後ピンのアナログ画像信号を読み込み(S31)、センサ6のアナログ信号がアナログ処理部9のレンジに適合しているかチェックされる(S32)。レンジが適合されていない場合には、タイミングジェネレータ7にレンジが適合する様な蓄積時間とする指令を出す。この動作はCCDセンサ6の信号がアナログ処理部9のレンジに適合するまで行われる。
【0042】
レンジが適合している場合には、CPU8は外部コントローラ21から現在AFが行われている対物レンズ3の倍率を読み込む(S33)。外部コントローラ21からの対物レンズ3の倍率の情報からCPU8は1エリア中のセンサ6の画素数を決定する(S34)。1エリアの画素数が決定したならば、演算回路12は前ピン像を決定した画素数でエリア分割し、エリアごとの前ピンコントラスト値を算出する(S35)。
【0043】
次に演算回路12は前ピン像と同様に、後ピン像を決定した画素数でエリア分割し、エリアごとの後ピンコントラスト値を算出する(S36)。またCPU8は対応する前ピンと後ピンエリアのエリアごとに後ピンコントラスト値と前ピンコントラスト値の差分を求め、エリアごとのデフォーカス量を算出する(S37)。
【0044】
さらに、エリアごとのデフォーカス量から所定の処理をした後、実際に使用する総合的なデフォーカス量を決定してCPU8へ出力する(S38)。CPU8は、演算回路12からの出力に基いて総合的なデフォーカス量が合焦と判定された場合は処理を終了し(S41)、非合焦と判定された場合には総合的なデフォーカス量に基づいてステージを駆動させる(S40)。これらの動作を合焦と判定されるまで繰り返す。
【0045】
以上の様な構成、制御によれば、対物レンズ3の倍率に応じたエリア分割が行うため、スライドガラス、カバーガラスなどに付着したゴミや指紋などある程度大きさの決まった被写体画像以外のノイズ画像が被写体画像に混入するエリア数を安定させることが可能となり、高精度なAF制御が可能となる。
【0046】
例えば、図5はゴミとエリアの関係を示すモデルであり、同図中の(ア)〜(ク)および(ア)´〜(イ)´はエリア分割によるエリアを示す。また(a)および(a)´は対物レンズ倍率1×時、エリアとゴミの関係のモデルを示し、(b)および(b)´は対物レンズ倍率4×時でエリア中の画素を対物レンズ倍率により可変としない従来のモデルを示し、(c)および(c)´は対物レンズ4×時でエリア中の画素を対物レンズ倍率により可変した本発明のモデルを示したものである。すなわち同図(a),(a)´に対して対物レンズ倍率を1×から4×にしたことにより、同図(c),(c)´はエリア中の画素数が4倍となっている。
【0047】
同図のモデルよりゴミのノイズ画像が混入するエリアを算出すると、(a)のエリア数が(ウ),(エ)と2であるのに対し、従来のエリア不変の場合は同図(b)よりノイズ混入エリア数は同様に(ウ),(エ)の2となり、本発明のエリア可変の場合は(ア)´のみの1となっている。
【0048】
また同図(a)´のエリア数1に対しては従来のエリア不変の場合(イ),(ウ),(エ)のエリア数は3となり本発明のモデルでは(ア)´のみの1となっている。ここでゴミの位置によっては例えば(a)の(エ),(オ)間にゴミがある場合、本発明によるエリア可変でもノイズ混入エリアの個数は2となるが、エリア中のS/Nは向上していることは同図(c),(c)´より明白である。
【0049】
以上の様にエリア不変の場合、ノイズ混入エリア数が増すことに対して本発明のエリア可変の場合、ノイズ混入エリア数を少なくすることが可能となり、エリア中のS/Nも向上させることができる。
【0050】
従って、本発明の第2の実施の形態によるAF制御はノイズ混入エリア数が対物レンズ倍率によって変化することを防ぐため、複雑な制御から生じる合焦時間の増大を抑制し、エリア中のS/Nが向上するため合焦精度が高くなる。
【0051】
<第3の実施の形態>
本実施の形態のAFの光学系とシステム構成は図1の第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略し、ここでは本実施の形態の特徴であるエリア分割によるデフォーカス量演算方法について図6を用いて説明する。
【0052】
エリア分割によるAF制御が開始されると(S50)、演算回路12はエリアごとの前ピンコントラストを所定の演算で算出する(S51)。またエリアごとの後ピンコントラストを所定の演算で算出する(S52)。ここで、前ピンと後ピンのエリアごとのコントラスト値をそれぞれfCk (fC1 ,…fCn )、bCk (bC1 ,bC2 ,…bCn )とする。nはエリア数である。
【0053】
次に、演算回路12はエリアごとに後ピンコントラストと前ピンコントラストの差分値Efk (Ef1 ,Ef2 ,…Efn )を算出する(S53)。
【0054】
さらに、Efk に対しEfk-1 とEfk は同符号かチェックし(S56)、同符号の場合はさらにEfk とEfk+1 は同符号かチェックする(S57)。同符号の場合はEfk をEfj としてメモリ格納し(S58)、kをインクリメントする。また同符号でない場合は単にkをインクリメントする(S55)。この動作は全エリア数に対して行われる(S54)。すなわち対象エリアに対してその前後の2つのエリアのデフォーカス方向が対象エリアと同一の場合は対象エリアを有効エリアとしてメモリに格納する動作を全エリアに対して行う。
【0055】
この動作を全エリアに対して行った後、有効エリアのデフォーカス量の平均値をデフォーカス量として決定してCPU8へ出力する(S59,S60)。
【0056】
以上の様なエリア分割による制御を行えば被写体像以外のゴミなどノイズ成分を除去した高精度なAFを実現できる。
【0057】
図7は被写体Sのカバーガラスにゴミが付着したモデルを示したものである。同図(a)はAF制御中の被写体の断面図であり、スライド、カバーガラス間の目的の被写体のカバーガラスにゴミが付着している様子を示している。また、同図(b)は同図(a)の様なゴミに被写体がセンサに投影されている様子を示している。さらに図中の(ア)〜(ケ)はエリア分割によるエリアを表している。同図(c)はエリアごとのデフォーカスの方向を示している。
【0058】
同図(a)の状態ではエリアごとのデフォーカス方向は(c)の様なものとなり、ゴミがのっているエリア(エ)のみデフォーカス方向が逆となる。本実施の形態の制御によれば有効エリアは(イ),(カ),(キ),(ク)となり、確実に被写体像のみのエリアをAF制御に用いていることがわかる。従って、被写体像のみの画像からAF制御を行うことにより高精度なAF制御が可能となる。
【0059】
さらに図8の様にゴミがエリア間にまたがる場合でも同図中の(イ),(キ),(ク)の様に被写体像のみの画像を用いてAFを行うことが可能となる。また厚みのある被写体Sでも従来のAFと変わることなく精度を維持できることは明白である。
【0060】
すなわち、ゴミに対してエリアを最適化すれば確実に被写体像のみでAF制御を行うことが可能となる。
【0061】
従って、ゴミ等が被写体像に混入する様な場合でもハンチングすることなく高精度に被写体Sに合焦させることができる。
【0062】
<本発明の実施の形態の変形>
第3の実施の形態では、特にエリア分割法によるAF制御のみを説明したが、本実施の形態と第1または第2の実施の形態を組み合わせれば、相乗効果により高速かつ高精度なAF制御が可能となるのは明白である。
【0063】
本発明は第1〜第3の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形可能である。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体像にゴミなどのノイズ画像が存在しても高速かつ高精度なAF制御が実現可能となる顕微鏡自動焦点検出方法及び顕微鏡自動焦点検出装置及びそれを用いた顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の顕微鏡自動焦点検出装置の第1の実施の形態の概略構成を示すブロック図。
【図2】本発明の第1の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図3】本発明の第1の実施の形態の特徴である、対物レンズの焦点深度によるエリア分割法の選択とデフォーカス
量算出部を説明するためのフローチャート。
【図4】本発明の第2の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図5】本発明の第2の実施の形態の作用効果を説明するための図。
【図6】本発明の第3の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図7】本発明の第3の実施の形態の作用効果を説明するための図。
【図8】本発明の第3の実施の形態の作用効果を説明するための図。
【図9】従来の顕微鏡に用いられている自動焦点検出装置の問題点を説明するための図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a method of dividing an imaging area.Microscope automatic focus detection method, microscope automatic focus detection apparatus, and microscope using the sameAbout.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique related to focus detection of an optical device such as a microscope has been invented in many fields, and one of them is a distance measuring method (hereinafter referred to as an area) based on area division as a technique for controlling focus on a target subject with high accuracy. Abbreviated as division method).
[0003]
In this area division method, the relative distance between the subject and the objective lens is controlled and focused from the calculation results of a plurality of focus detections obtained by dividing the distance measurement range into a plurality of blocks.
[0004]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-109008 discloses a method of selecting a plurality of focus detection calculation results for each area by majority in the area division method and performing focus control (hereinafter abbreviated as AF control).
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-297514 invents a sensor in which two sensors having a fixed distance measuring range in the horizontal and vertical directions are arranged.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when these methods are applied to a microscope, there are practically insufficient points.
[0007]
microscopeUsed inOne factor that deteriorates the focusing accuracy in automatic focus detection is dust attached to the slide glass or cover glass. That is, a dust image several thousand to several hundreds [μm] apart from the subject image is mixed, and the focusing accuracy of only the subject is remarkably lowered.
[0008]
As an improvement measure against the deterioration of the focusing accuracy, if focusing control by area division is always performed, the control becomes complicated and the focusing time, which is an important autofocus performance, is reduced.
[0009]
Further, in the microscope, the objective lens magnification for subject observation is variable from an extremely low magnification such as 1 × to 200 ×, so that the size of the dust image also changes, and the ratio of the dust image mixing to the subject image changes. For example, FIG. 9 shows a model in which dust is mixed in the objective lens ranging area. FIG. 4A shows the relationship between the distance measurement area and the dust image ratio at an objective lens magnification of 1 × and FIG. 4B at 4 ×. In addition, (A) to (G) in the figure indicate the divisions of the imaging area. When the objective lens magnification in FIG. 10A is 1 ×, noise images such as dust are mixed only in the divided area (C), but in FIG. 10B, the divided areas (A) and (C). In order to eliminate this noise area and stabilize the control, more complicated control is required. Therefore, the focusing time is reduced.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to enable focus detection with high accuracy and high speed even when a noise image typified by dust other than the subject exists in the subject.Microscope automatic focus detection method, microscope automatic focus detection apparatus, and microscope using the sameIs to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention corresponding to claim 1 is an image forming method in which an optical image of a copy body placed on an objective lens and a stage is captured via the objective lens and an object image is formed at a predetermined position. An imaging system comprising an optical system and a plurality of light receiving elements for reading a front pin image and a rear pin image formed in front and rear positions optically conjugate with respect to a predetermined imaging surface of the imaging optical system; Area dividing means for dividing the imaging area captured by the means into a plurality of areas,In the area dividing means according to the size of the objective lens, the area ratio focusing signal output means for outputting a target focusing signal from the focused state of each division of the optical image divided by the area dividing means. Area variable means for changing the number of light receiving elements in each area or changing the number of divisions of the imaging areaThis is an automatic focus detection apparatus for a microscope.
  The invention corresponding to claim 1 is an object lens.MagnificationDepending on sizeThe area size of the area division is variable. For this reason, it becomes possible to stabilize the ratio of noise images such as dust in the distance measurement area, so that complicated control can be omitted.Focusing time is shortened and highly accurate AF can be performed.
[0013]
  To achieve the object, the claims2The invention corresponding toIt is as follows. That is, the area fractional focus signal output means is arranged before and after the target imaging area. 2 The focus signal is obtained using another imaging area excluding the target imaging area when the difference value between the back pin contrast and the front pin contrast is opposite in one imaging area. 1 Microscope automatic focus detection deviceIt is.
  Claim2According to the invention corresponding to the above, in the AF control by area division, when two adjacent front and rear areas become in-focus signals in the opposite direction, the other areas excluding the opposite two areas are used for the alignment. Since control is performed so as to obtain a focus signal, it is possible to focus on a subject with high accuracy without hunting even if the subject is thick or dust or the like is mixed in the subject image.
[0015]
  To achieve the object, the claims3The invention corresponding toAn objective lens, an imaging optical system that captures an optical image of a copy placed on the stage through the objective lens, and forms a subject image at a predetermined position; and a predetermined imaging plane of the imaging optical system An imaging means comprising a plurality of light receiving elements that read front and rear pin images formed at optically conjugate front and rear positions, and an area dividing function for dividing an imaging area imaged by the imaging means into a plurality of areas An area fractional focus signal output function that outputs a target focus signal from the focus state of each section of the optical image divided by the area division function, and depending on the magnification of the objective lens, An automatic microscope focus detection apparatus comprising: an arithmetic processing unit configured to change the number of light receiving elements in each area in the area division or to change the division number of the imaging area.It is.
  Claim3According to the invention corresponding to the above, the size of the area division area is varied depending on the magnification of the objective lens. For this reason, the ratio of noise images such as dust in the distance measurement area can be stabilized, and complicated control can be omitted, so that the focusing time can be shortened and highly accurate AF can be performed.
[0016]
  To achieve the object, the claims4The invention corresponding toThe configuration is as follows. That is, the area fractional focus signal output function is
Before and after the target imaging area 2 When the difference value between the rear pin contrast and the front pin contrast is opposite in one imaging area, the focus signal is obtained using the other imaging areas except the target imaging area.
Claims characterized in that Three Microscope automatic focus detection deviceIt is.
  Claim4According to the invention corresponding to the above, in the AF control by area division, when two adjacent front and rear areas become in-focus signals in the opposite direction, the other areas excluding the opposite two areas are used for the alignment. Since control is performed so as to obtain a focus signal, it is possible to focus on a subject with high accuracy without hunting even if the subject is thick or dust or the like is mixed in the subject image.
  In order to achieve the object, the claims5The invention corresponding toClaim 1 A microscope using a microscope automatic focus detection device, wherein the microscope automatic focus detection device according to any one of claims 4 to 4 is provided in a microscope.It is.
  Claim5According to the invention corresponding to the above, the size of the area division area is varied depending on the magnification of the objective lens. For this reason, it becomes possible to stabilize the ratio of noise images such as dust in the distance measurement area, and it is possible to omit complicated control, so that the focusing time during microscope operation is shortened and high-precision AF is performed. be able to
.
[0017]
  PreviousClaims to achieve the purpose6In the invention corresponding to the above, an optical image of a copy placed on a stage is taken in via an objective lens, and a subject image is formed at a predetermined position by an imaging optical system, and the image is formed on a predetermined imaging surface of the imaging optical system. On the other hand, the front pin image and the rear pin image formed at optically conjugate front and rear positions are read by an image pickup unit including a plurality of light receiving elements, and an area division for dividing the image pickup area picked up by the image pickup unit into a plurality of areas Function and an area fraction focus signal output function for outputting a target focus signal from the focus state of each section of the optical image segmented by the area division function, and depending on the magnification of the objective lens The microscope automatic focus detection method is characterized in that the number of light receiving elements in each area in the area division is variable or the number of divisions in the imaging area is variable.
  Claim6According to the invention corresponding to the above, the size of the area division area is varied depending on the magnification of the objective lens. For this reason, it becomes possible to stabilize the ratio of noise images such as dust in the distance measurement area, and it is possible to omit complicated control, so that the focusing time during microscope operation is shortened and high-precision AF is performed. be able to.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment> Based on FIG.Microscope automatic focus detection deviceThe schematic configuration of will be described. As this schematic configuration, an objective lens 3 and an imaging optical system that takes in a light image of the subject S placed on the stage 1 through the objective lens 3 and forms a subject image at a predetermined position, for example, an imaging lens 4; Imaging means comprising a plurality of light receiving elements for reading a front pin image and a rear pin image formed at front and rear positions optically conjugate with respect to a predetermined imaging surface of the imaging lens 4, for example, a CCD sensor 6 and a CCD sensor 6 An area dividing means for dividing the imaging area imaged in a plurality of areas, an area dividing contrast calculating means for calculating a contrast value for each of the divided areas divided by the area dividing means for the front pin image and the rear pin image, and the area The divided contrast calculation means divides the imaging area into a plurality of areas and the fractional focus signal output means for outputting a target focus signal from the focus state for each section. A total range contrast calculating means for calculating the contrast values of the front pin image and the rear pin image in the entire range, a full range focus signal output means for outputting a focus signal by the full range contrast calculating means, and an area fraction focus Drive means such as a drive circuit 13 for receiving a focus signal from the signal output means or the full-range focus signal output means, changing the relative value of the stage and the objective lens 3 in the optical axis direction, and leading to the focus position; Focusing signal output switching means is provided that enables switching between the area fractional focusing signal output means and the full-range focusing signal output means depending on the depth of focus of the objective lens 3.Microscope using microscope autofocus detectorIt is.
[0019]
Specifically, the optical system of the microscope shown in FIG. 1 illuminates a subject (specimen) S placed on a stage 1 that can move in the vertical direction. And a transmission light source 2 'for speculum. The epi-illumination light from the epi-illumination light source 2 is reflected to the subject S side by the half mirror 22 arranged on the observation optical axis, and enters the subject S through the objective lens 3.
[0020]
The transmitted illumination light from the transmissive light source 2 ′ is reflected toward the subject S by the mirror 23 disposed below the stage 1, and illuminates the subject S from below through the optical path opening of the stage 1.
[0021]
The light beam from the subject S obtained by one of the light sources 2 and 2 ′ passes through the objective lens 3 and the half mirror 22 and enters the optical path branching member 24. A part of the light beam is guided to the eyepiece lens L by the optical path branching member 24, and the other light beam is guided to the imaging lens 4.
[0022]
The light beam that has passed through the imaging lens 4 is divided into two by the dividing prism 5, and the two divided light beams are incident on the light receiving surface of the CCD sensor 6 constituting the image pickup means in a parallel state. The two light beams incident on the CCD sensor 6 have different optical path lengths from the exit surface of the imaging lens 4 to the light receiving surface of the CCD sensor 6 due to the splitting prism 5.
[0023]
The front and rear optically conjugate positions (the front conjugate plane and the rear conjugate plane) of the imaging optical system including the imaging lens 4 are made to coincide with the light receiving surface of the CCD sensor 6. Accordingly, the subject image (front pin image, rear pin image) is projected onto the CCD sensor 6 at two positions conjugate to the planned image plane. These two subject images have the same shape when the subject S comes to the in-focus position.
[0024]
The CCD sensor 6 outputs an analog signal having a voltage corresponding to the amount of incident light and the accumulation time of the projected light image (front pin image, rear pin image). An analog signal from the CCD sensor 6 is input to the analog processing unit 9. The analog processing unit 9 performs analog processing such as amplification and filter processing separately on the front pin image and the rear pin image on the analog signal from the CCD sensor 6 and outputs the analog signal to the A / D converter 10. The output signal of the CCD sensor 6 digitized by the A / D converter 10 is stored separately in the memory 11 as a front pin image and a rear pin image.
[0025]
The arithmetic circuit 12 is divided into areas.contrastCalculation means and full rangecontrastComputation means, area proportion focus signal output means, and full-range focus signal output means are configured, and the contrast value of each subject S is calculated using digital signals of two subject images stored in the memory 11. . Then, a defocus amount indicating the degree of focus of the subject S is calculated from the contrast values of the two subject images, and the defocus signal is transmitted to the CPU 8.
[0026]
The CPU 8 monitors whether the analog signal of the subject image output from the CCD sensor 6 is compatible with the range of the analog processing unit 9 via the A / D converter 10. If the analog signal of the light image of the subject S is not compatible with the range of the analog processing unit 9, a command to set the charge storage time in the CCD sensor 6 to the storage time suitable for the range is transmitted to the timing generator 7. To do. The timing generator 7 inputs a read timing signal to the CCD sensor 6 with a charge accumulation time corresponding to a command from the CPU 8.
[0027]
Further, the CPU 8 constitutes a focus signal output switching means, instructs the arithmetic circuit 12 whether to divide the area based on the objective lens type (depth of focus), and based on the defocus signal from the arithmetic circuit 12 the subject. The movement amount and movement direction signals of the stage 1 for moving S to the in-focus position are calculated and transmitted to the drive circuit 13. The drive circuit 13 moves the stage 1 up and down based on a signal from the CPU 8 to adjust the focus.
[0028]
Further, an external controller 21 is provided for controlling the start / stop of the automatic focusing operation and the spectroscope or the magnification of the objective lens 3.
[0029]
The operation of the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
[0030]
When AF control is started by a signal from the external controller 21 (S1), the analog image signal of the front pin and the rear pin of the CCD sensor 6 is read (S2), and the analog signal of the CCD sensor 6 falls within the range of the analog processing unit 9. It is checked whether or not it is compatible (S3). If the range is not suitable, the timing generator 7 is instructed to set the accumulation time so that the range is suitable. This operation is performed until the signal from the CCD sensor 6 matches the range of the analog processing unit 9.
[0031]
When the range is suitable, the CPU 8 reads the focal depth or NA (numerical aperture) of the objective lens 3 currently being AF-controlled from the external controller 21 or the focal depth of the objective lens 3 from the external controller 21. From the NA information, the CPU 8 determines whether AF control by area division is necessary, and instructs the arithmetic circuit 12 (S5). When the NA of the objective lens 3 is small and the focal depth is large, the area division method is designated. When the NA of the objective lens 3 is large and the focal depth is small, the area division method is not designated. The arithmetic circuit 12 performs a predetermined calculation based on this command and calculates the defocus amount (S6, S7).
[0032]
Here, the selection of whether or not the CPU 8 uses the area division method for AF control is processed from the relationship between the optical path difference by the division prism 5, the projection magnification projected onto the CCD sensor 6, and the NA or the focal depth of the objective lens 3. That is, when the optical path difference and the projection magnification are constant, whether or not to perform the area division method is determined only by the NA or the focal depth of the objective lens 3.
[0033]
Further, the CPU 8 checks whether or not the in-focus state is obtained based on the calculated defocus amount (S8). If it is determined that the in-focus state is not in focus, the stage is driven according to the defocus amount (S9). If it is determined, AF control is terminated (S10). This operation is repeated until it is determined to be in focus.
[0034]
Here, the selection of the area division method based on the focal depth of the objective lens 3 and the defocus amount calculation unit, which are the features of the first embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.
[0035]
As described above, the CPU 8 determines whether or not to perform the AF control by the area division method based on the information of the objective lens 3 from the external controller 21 and instructs the arithmetic circuit 12. When the area division method is not selected (S20, 21), the arithmetic circuit 12 calculates the contrast value of the front pin image and the rear pin image from the signal from the CCD sensor 6 according to a predetermined evaluation function (S22, S23). Then, the difference between the rear pin contrast value and the front pin contrast value is calculated (S24), and the difference amount is output to the CPU 8 as the defocus amount (S25).
[0036]
On the other hand, when the CPU 8 selects AF control by the area division method, the arithmetic circuit 12 divides the front pin image into areas, calculates a front pin contrast value for each area (S26), and then divides the rear pin image into areas. The rear pin contrast value for each area is calculated (S27). After determining the contrast value of the front pin and the rear pin for each area, the difference between the rear pin contrast value and the front pin contrast value is calculated for each area of the corresponding front pin and rear pin area, and the defocus amount for each area is calculated ( S28). Further, after predetermined processing is performed from the defocus amount for each area, the total defocus amount actually used is determined and output to the CPU 8 (S25).
[0037]
That is, when AF control based on the area division method is selected, the contrast value is stored for each area, compared with the case where the area division method is not selected, the difference is calculated for each area, and the value is stored. The control and the control for performing the comprehensive determination increase as the area increases. As the control increases, the time required for the control also increases.
[0038]
Therefore, when it can be determined that the control by the area division method is unnecessary, according to the control of the embodiment of the present invention that does not use the area division method, the focus by the area division method is obtained when the area division is necessary. When accuracy is ensured and area division is not necessary, AF control can be performed by shortening the focusing time.
[0039]
In the embodiment of the present invention, the focusing operation is performed by driving the stage. However, the same effect as the present embodiment can be obtained even if the focusing operation is performed by driving the zoom or the infinite objective lens. .
[0040]
<Second Embodiment>
The optical system and system configuration of the AF apparatus of the present embodiment are the same as those in the first embodiment shown in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. However, here, the differences are from the first embodiment. The area division control, which is a feature of the present embodiment, will be described with reference to FIG.
[0041]
When AF control is started by a signal from the external controller 21 (S30), analog image signals of the front and rear pins of the CCD sensor 6 are read (S31), and the analog signal of the sensor 6 conforms to the range of the analog processing unit 9. Is checked (S32). If the range is not adapted, the timing generator 7 is instructed to set the accumulation time so that the range is adapted. This operation is performed until the signal from the CCD sensor 6 matches the range of the analog processing unit 9.
[0042]
If the range is suitable, the CPU 8 reads the magnification of the objective lens 3 that is currently performing AF from the external controller 21 (S33). From the magnification information of the objective lens 3 from the external controller 21, the CPU 8 determines the number of pixels of the sensor 6 in one area (S34). When the number of pixels in one area is determined, the arithmetic circuit 12 divides the area by the determined number of pixels in the front pin image, and calculates a front pin contrast value for each area (S35).
[0043]
Next, similarly to the front pin image, the arithmetic circuit 12 divides the rear pin image into areas by the determined number of pixels, and calculates a rear pin contrast value for each area (S36). Further, the CPU 8 obtains a difference between the rear pin contrast value and the front pin contrast value for each corresponding front pin and rear pin area, and calculates a defocus amount for each area (S37).
[0044]
Further, after predetermined processing is performed from the defocus amount for each area, the total defocus amount actually used is determined and output to the CPU 8 (S38). The CPU 8 ends the process when it is determined that the total defocus amount is in focus based on the output from the arithmetic circuit 12 (S41), and when it is determined that it is out of focus, the total defocus is determined. The stage is driven based on the amount (S40). These operations are repeated until it is determined to be in focus.
[0045]
According to the configuration and control as described above, since the area is divided according to the magnification of the objective lens 3, noise images other than the subject image having a certain size such as dust and fingerprints attached to a slide glass, a cover glass, etc. The number of areas mixed in the subject image can be stabilized, and high-precision AF control can be performed.
[0046]
For example, FIG. 5 is a model showing the relationship between dust and areas, and (A) to (K) and (A) ′ to (A) ′ in FIG. 5 indicate areas by area division. Further, (a) and (a) ′ show models of the relationship between the area and dust when the objective lens magnification is 1 ×, and (b) and (b) ′ show the pixels in the area at the objective lens magnification 4 ×. A conventional model that is not variable according to the magnification is shown, and (c) and (c) ′ show the model of the present invention in which the pixels in the area are variable according to the objective lens magnification when the objective lens is 4 ×. That is, by changing the objective lens magnification from 1 × to 4 × with respect to FIGS. (A) and (a) ′, the number of pixels in the area of FIG. Yes.
[0047]
When the area where dust noise images are mixed is calculated from the model shown in FIG. 2, the number of areas in (a) is (c), (d) and 2, whereas in the case of the conventional area invariant (b) ), The number of areas where noise is mixed is similarly (c) and (d), and in the case of variable area according to the present invention, only (a) 'is 1.
[0048]
In the case of the conventional area invariant, the number of areas of (a), (c), and (d) is 3 for the number of areas 1 in FIG. It has become. Here, depending on the position of the dust, for example, if there is dust between (a) and (e), even if the area is variable according to the present invention, the number of noise mixed areas is 2, but the S / N in the area is The improvement is apparent from FIGS. 3 (c) and (c) ′.
[0049]
As described above, when the area is unchanged, the number of noise-introducing areas is increased. When the area of the present invention is variable, the number of noise-introducing areas can be reduced, and the S / N in the area can be improved. it can.
[0050]
Therefore, since the AF control according to the second embodiment of the present invention prevents the number of noise-containing areas from changing depending on the objective lens magnification, an increase in focusing time resulting from complicated control is suppressed, and the S / Since N is improved, the focusing accuracy is increased.
[0051]
<Third Embodiment>
Since the AF optical system and system configuration of this embodiment are the same as those of the first embodiment of FIG. 1, the description thereof is omitted, and here, the defocus amount by area division, which is a feature of this embodiment. The calculation method will be described with reference to FIG.
[0052]
When AF control by area division is started (S50), the arithmetic circuit 12 calculates the front pin contrast for each area by a predetermined calculation (S51). Further, the rear pin contrast for each area is calculated by a predetermined calculation (S52). Here, the contrast value for each area of the front pin and the rear pin is set to fCk (fC1,... FCn) and bCk (bC1, bC2,... BCn), respectively. n is the number of areas.
[0053]
Next, the arithmetic circuit 12 calculates a difference value Efk (Ef1, Ef2,... Efn) between the rear pin contrast and the front pin contrast for each area (S53).
[0054]
Further, it is checked whether Efk-1 and Efk have the same sign with respect to Efk (S56). If the same sign, Efk and Efk + 1 are further checked whether they have the same sign (S57). In the case of the same sign, Efk is stored in the memory as Efj (S58), and k is incremented. If not the same sign, k is simply incremented (S55). This operation is performed for the total number of areas (S54). That is, when the defocus direction of the two areas before and after the target area is the same as the target area, the operation of storing the target area in the memory as the effective area is performed for all the areas.
[0055]
After this operation is performed for all areas, the average value of the defocus amount in the effective area is determined as the defocus amount and output to the CPU 8 (S59, S60).
[0056]
By performing the control by area division as described above, it is possible to realize highly accurate AF in which noise components such as dust other than the subject image are removed.
[0057]
FIG. 7 shows a model in which dust adheres to the cover glass of the subject S. FIG. 4A is a cross-sectional view of a subject under AF control, and shows a state in which dust adheres to the target subject's cover glass between the slide and the cover glass. FIG. 7B shows a state in which the subject is projected on the sensor in the dust as shown in FIG. Further, (A) to (K) in the figure represent areas by area division. FIG. 4C shows the defocus direction for each area.
[0058]
In the state of FIG. 6A, the defocus direction for each area is as shown in FIG. 5C, and the defocus direction is reversed only in the area (D) where dust is present. According to the control of the present embodiment, the effective areas are (A), (F), (K), and (K), and it can be seen that the area of only the subject image is reliably used for the AF control. Therefore, highly accurate AF control can be performed by performing AF control from an image of only the subject image.
[0059]
Further, even when dust extends between areas as shown in FIG. 8, it is possible to perform AF using only the subject image as shown in (a), (ki) and (ku) in FIG. It is clear that even a thick subject S can maintain accuracy without changing from conventional AF.
[0060]
That is, if the area is optimized for dust, it is possible to reliably perform AF control using only the subject image.
[0061]
Therefore, even when dust or the like is mixed in the subject image, the subject S can be focused with high accuracy without hunting.
[0062]
<Modification of Embodiment of the Present Invention>
In the third embodiment, only the AF control based on the area division method has been described. However, if this embodiment is combined with the first or second embodiment, high-speed and high-precision AF control is achieved by a synergistic effect. It is clear that this is possible.
[0063]
The present invention is not limited to the first to third embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, high-speed and high-precision AF control can be realized even if a noise image such as dust exists in the subject image.Microscope automatic focus detection method, microscope automatic focus detection apparatus, and microscope using the sameCan provide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionMicroscope automatic focus detection deviceThe block diagram which shows schematic structure of 1st Embodiment.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows selection and defocus of an area division method based on the focal depth of an objective lens, which is a feature of the first embodiment of the present invention
The flowchart for demonstrating a quantity calculation part.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the function and effect of the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the function and effect of the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining the function and effect of the third embodiment of the present invention.
[Fig. 9] ConventionalAutomatic focus detection device used in microscopeThe figure for demonstrating the problem of.

Claims (6)

対物レンズと、
ステージ上に載置した複写体の光像を前記対物レンズを介して取り込み所定位置に被写体像を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を読み取る複数の受光素子からなる撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割手段と、
前記エリア分割手段により区分された光像の各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力手段と、
前記対物レンズの倍率の大きさにより前記エリア分割手段における各エリアの受光素子の数を可変あるいは撮像エリアの分割数を可変するエリア可変手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出装置。
An objective lens;
An imaging optical system that captures an optical image of a copy placed on a stage through the objective lens and forms a subject image at a predetermined position;
An imaging means comprising a plurality of light receiving elements for reading a front pin image and a rear pin image formed at front and rear positions optically conjugate with respect to a predetermined imaging surface of the imaging optical system;
Area dividing means for dividing the imaging area imaged by the imaging means into a plurality of areas;
An area proportion focus signal output means for outputting a target focus signal from a focus state for each section of the optical image divided by the area dividing means;
Area variable means for varying the number of light receiving elements in each area in the area dividing means or varying the number of divisions of the imaging area according to the magnification of the objective lens;
A microscope automatic focus detection apparatus characterized by comprising:
前記エリア分割合焦信号出力手段は、
対象撮像エリアの隣合う前後の 2 つの撮像エリアにおいて後ピンコントラストと前ピンコントラストの差分値が逆符号となった場合に対象撮像エリアを除いた他の撮像エリアを用いて合焦信号を得る
ことを特徴とした請求項 1 項記載の顕微鏡自動焦点検出装置
The area fraction focus signal output means includes:
Obtaining a focus signal using the other imaging area excluding the target imaging area when the difference value of the rear focus contrast and front focus contrast in two imaging areas before and after adjacent the target imaging area becomes opposite sign
2. The microscope automatic focus detection device according to claim 1, wherein :
対物レンズと、An objective lens;
ステージ上に載置した複写体の光像を前記対物レンズを介して取り込み所定位置に被写体像を結像させる結像光学系と、An imaging optical system that captures an optical image of a copy placed on the stage through the objective lens and forms a subject image at a predetermined position;
前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を読み取る複数の受光素子からなる撮像手段と、Imaging means comprising a plurality of light receiving elements for reading a front pin image and a rear pin image formed at front and rear positions optically conjugate with respect to a predetermined imaging surface of the imaging optical system;
前記撮像手段で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割機能と、前記エリア分割機能により区分された光像の各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力機能とを備え、前記対物レンズの倍率の大きさにより、前記エリア分割における各エリアの受光素子の数を可変あるいは撮像エリアの分割数を可変するようにした演算処理手段と、An area division function that divides an imaging area captured by the imaging unit into a plurality of areas, and an area proportion focus that outputs a target focus signal from a focus state for each section of the optical image divided by the area division function. A signal output function, and an arithmetic processing means configured to change the number of light receiving elements in each area in the area division or to change the number of divisions of the imaging area according to the magnification of the objective lens,
を具備したことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出装置。A microscope automatic focus detection apparatus characterized by comprising:
前記エリア分割合焦信号出力機能は、The area fraction focus signal output function is
対象撮像エリアの隣合う前後のBefore and after the target imaging area 22 つの撮像エリアにおいて後ピンコントラストと前ピンコントラストの差分値が逆符号となった場合に対象撮像エリアを除いた他の撮像エリアを用いて合焦信号を得るWhen the difference value between the back pin contrast and the front pin contrast is opposite in one imaging area, the focus signal is obtained using the other imaging areas excluding the target imaging area.
ことを特徴とした請求項Claims characterized in that 3Three 記載の顕微鏡自動焦点検出装置。The automatic microscope focus detection apparatus described.
請求項Claim 11 乃至4記載の顕微鏡自動焦点検出装置を顕微鏡に設けたことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出装置を用いた顕微鏡。A microscope using a microscope automatic focus detection device, wherein the microscope automatic focus detection device according to any one of claims 4 to 4 is provided in a microscope. ステージ上に載置した複写体の光像を対物レンズを介して取り込み所定位置に結像光学系で被写体像を結像させ、前記結像光学系の予定結像面に対して光学的に共役な前後の位置に形成される前ピン像及び後ピン像を複数の受光素子からなる撮像手段で読み取らせ、前記撮像手段で撮像された撮像エリアを複数に区分するエリア分割機能と、前記エリア分割機能により区分された光像の各区分ごとの合焦状態から目的の合焦信号を出力するエリア分割合焦信号出力機能とを備え、前記対物レンズの倍率の大きさにより、前記エリア分割における各エリアの受光素子の数を可変あるいは撮像エリアの分割数を可変するようにしたことを特徴とする顕微鏡自動焦点検出方法 The optical image of the copy placed on the stage is taken in via the objective lens, and the subject image is formed at a predetermined position by the imaging optical system, and optically conjugated with the planned imaging surface of the imaging optical system. An area dividing function for reading a front pin image and a rear pin image formed at a front and rear position by an image pickup unit including a plurality of light receiving elements and dividing an image pickup area picked up by the image pickup unit into a plurality of areas, and the area division An area fractional focus signal output function that outputs a target focus signal from the focus state of each section of the optical image sectioned by function, and according to the magnification of the objective lens, A microscope automatic focus detection method characterized in that the number of light receiving elements in an area is variable or the number of divisions of an imaging area is variable .
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