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JP2006030304A - Focus detector for microscope - Google Patents

Focus detector for microscope

Info

Publication number
JP2006030304A
JP2006030304A JP2004205110A JP2004205110A JP2006030304A JP 2006030304 A JP2006030304 A JP 2006030304A JP 2004205110 A JP2004205110 A JP 2004205110A JP 2004205110 A JP2004205110 A JP 2004205110A JP 2006030304 A JP2006030304 A JP 2006030304A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light amount
focus detection
data string
focus
microscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2004205110A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukitaka Yoneyama
幸貴 米山
Tatsuro Otaki
達朗 大瀧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2004205110A priority Critical patent/JP2006030304A/en
Publication of JP2006030304A publication Critical patent/JP2006030304A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus detector for a microscope accurately detecting a focusing position even when a peak shape obtained when relation between the intensity of a light quantity signal and a relative position is made a graph, is flat. <P>SOLUTION: Based on a data row showing the relation between the position of an objective and the intensity of the light quantity signal, a position Z<SB>0</SB>corresponding to the maximum intensity MAX of the light quantity signal is obtained and is set as a reference position. Positions Z<SB>1</SB>and Z<SB>-1</SB>separate from the reference position by a 1st distance D<SB>1</SB>and positions Z<SB>2</SB>and Z<SB>-2</SB>separate from the reference position by a 2nd distance D<SB>2</SB>different from the 1st distance are set. Then, the intersection (k) of a line La linking two points corresponding to the position Z<SB>1</SB>and the position Z<SB>2</SB>and a line Lb linking two points corresponding to the position Z<SB>-1</SB>and the position Z<SB>-2</SB>out of respective points in the data row is obtained, and the position at the intersection is decided as the focusing position Z<SB>f</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、観察対象物から発生する微弱な光を取り込んで焦点検出を行う顕微鏡の焦点検出装置に関し、特に、蛍光観察の対象物から発生する微弱な蛍光を取り込んで焦点検出を行う場合に好適な顕微鏡の焦点検出装置に関する。   The present invention relates to a focus detection apparatus for a microscope that performs focus detection by capturing weak light generated from an observation object, and is particularly suitable for performing focus detection by capturing weak fluorescence generated from an object for fluorescence observation. The present invention relates to a focus detection apparatus for a microscope.

蛍光顕微鏡では、観察対象物の鮮明な蛍光像を所定の結像面(例えばイメージセンサの撮像面)に形成するために、オートフォーカス機構を用いることがある。オートフォーカス機構には焦点検出装置が組み込まれ、顕微鏡の観察光学系によって形成される蛍光像と所定の結像面との位置ずれ(焦点ずれ)の検出が行われる。この検出結果は、オートフォーカス機構において観察光学系の対物レンズと観察対象物との相対位置を調整する際の指標として用いられる。   In a fluorescence microscope, an autofocus mechanism may be used to form a clear fluorescent image of an observation object on a predetermined imaging surface (for example, an imaging surface of an image sensor). A focus detection device is incorporated in the autofocus mechanism, and a position shift (focus shift) between a fluorescent image formed by an observation optical system of a microscope and a predetermined image plane is detected. This detection result is used as an index when adjusting the relative position between the objective lens of the observation optical system and the observation object in the autofocus mechanism.

また、蛍光顕微鏡の焦点検出装置は、センサ部と演算部とで構成され、観察対象物から発生する微弱な蛍光をセンサ部で電気信号(以下「光量信号」)に変換する。そして、対物レンズと観察対象物との相対位置を変更しながら、センサ部による光量信号を演算部に取り込み、光量信号の最大強度に対応する相対位置を合焦位置に決定している(例えば特許文献1を参照)。
特開2004−4634号公報
The focus detection apparatus of the fluorescence microscope includes a sensor unit and a calculation unit, and converts weak fluorescence generated from the observation object into an electrical signal (hereinafter referred to as “light amount signal”). Then, while changing the relative position between the objective lens and the observation object, the light amount signal from the sensor unit is taken into the calculation unit, and the relative position corresponding to the maximum intensity of the light amount signal is determined as the in-focus position (for example, patent) Reference 1).
JP 2004-4634 A

しかしながら、上記した従来の焦点検出装置は、光量信号の強度と相対位置との関係をグラフ化したときに明確なピーク形状が現れることを前提としている。このため、観察対象物の周囲(例えば溶剤や培養液)から発生する蛍光の影響によって、光量信号のバックグラウンド成分の強度が大きくなり、上記のピーク形状が相対的に平坦になると、光量信号の最大強度の特定が難しく、合焦位置を正確に検出できないことがあった。   However, the conventional focus detection apparatus described above is based on the premise that a clear peak shape appears when the relationship between the intensity of the light amount signal and the relative position is graphed. For this reason, the intensity of the background component of the light amount signal increases due to the influence of fluorescence generated from the periphery of the observation object (for example, a solvent or a culture solution), and when the above peak shape becomes relatively flat, It was difficult to specify the maximum intensity, and the focus position could not be detected accurately.

本発明の目的は、光量信号の強度と相対位置との関係をグラフ化したときのピーク形状が平坦な場合でも、合焦位置を正確に検出できる顕微鏡の焦点検出装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a focus detection device for a microscope that can accurately detect a focus position even when the peak shape when the relationship between the intensity of a light amount signal and the relative position is graphed is flat.

請求項1に記載の顕微鏡の焦点検出装置は、観察対象物から発生する焦点検出用の光を検知して、前記対象物と対物レンズとの相対位置に応じた光量信号を出力するセンサ部と、複数の前記相対位置における前記光量信号を前記センサ部から取り込み、前記相対位置と前記光量信号の強度との関係を表すデータ列を生成する生成部と、前記データ列に基づいて、前記光量信号の最大強度に対応する前記相対位置を求め、該相対位置を基準位置に設定する第1の設定部と、前記基準位置より前記相対位置が近づく方向において、前記基準位置から第1間隔だけ離れた第1位置と、前記基準位置から前記第1間隔とは異なる第2間隔だけ離れた第2位置とを設定すると共に、前記基準位置より前記相対位置が離れる方向において、前記基準位置から前記第1間隔だけ離れた第3位置と、前記基準位置から前記第2間隔だけ離れた第4位置とを設定する第2の設定部と、前記データ列の各点のうち、前記第1位置と前記第2位置に対応する2点を結ぶ直線と、前記第3位置と前記第4位置に対応する2点を結ぶ直線との交点を求め、該交点における前記相対位置を合焦位置に決定する決定部とを備えたものである。   The microscope focus detection apparatus according to claim 1, wherein a sensor unit that detects focus detection light generated from an observation object and outputs a light amount signal corresponding to a relative position between the object and the objective lens; A light generation signal that captures the light amount signals at a plurality of the relative positions from the sensor unit and generates a data string representing a relationship between the relative position and the intensity of the light amount signal, and the light amount signal based on the data string A first setting unit that obtains the relative position corresponding to the maximum intensity and sets the relative position as a reference position; and is spaced apart from the reference position by a first interval in a direction in which the relative position approaches the reference position. A first position and a second position separated from the reference position by a second interval different from the first interval are set, and in the direction in which the relative position is separated from the reference position, A second setting unit for setting a third position separated by the first interval and a fourth position separated by the second interval from the reference position; and the first position among the points of the data string And the straight line connecting the two points corresponding to the second position and the straight line connecting the third point and the two points corresponding to the fourth position are determined, and the relative position at the intersection is determined as the in-focus position And a determination unit.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記データ列をグラフ化したときのピーク形状を判断する判断部をさらに備え、前記第1の設定部と前記第2の設定部と前記決定部とは、前記判断部による判断の結果、前記ピーク形状が平坦なときに、それぞれ、前記基準位置の設定処理と、前記第1位置と前記第2位置と前記第3位置と前記第4位置の設定処理と、前記合焦位置の決定処理とを実行するものである。   According to a second aspect of the present invention, in the focus detection apparatus for a microscope according to the first aspect, the microscope further includes a determination unit that determines a peak shape when the data string is graphed, and the first setting unit and the first setting unit When the peak shape is flat as a result of the determination by the determination unit, the second setting unit and the determination unit, respectively, the reference position setting process, the first position, the second position, and the A setting process for the third position and the fourth position and a determination process for the in-focus position are executed.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記判断部は、前記データ列の前記光量信号の最大強度MAXとバックグラウンド成分の強度MINとが、次の条件式を満足するときに、前記ピーク形状が平坦と判断するものである。
MAX / MIN < 1.05
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記生成部は、前記センサ部から複数の前記相対位置における前記光量信号を取り込み、前記相対位置が隣接する複数の前記光量信号の強度の移動平均処理を行うことにより、前記データ列を生成するものである。
According to a third aspect of the present invention, in the focus detection apparatus for a microscope according to the second aspect, the determination unit determines that the maximum intensity MAX of the light amount signal and the intensity MIN of the background component of the data string are as follows: When the conditional expression is satisfied, the peak shape is determined to be flat.
MAX / MIN <1.05
According to a fourth aspect of the present invention, in the microscope focus detection apparatus according to any one of the first to third aspects, the generation unit outputs the light amount signals at the plurality of relative positions from the sensor unit. The data string is generated by performing a moving average process of the intensities of the plurality of light quantity signals that are captured and the relative positions are adjacent to each other.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、前記生成部は、前記センサ部の感度の設定値に基づいて、前記移動平均処理の実行回数を定めるものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the microscope focus detection apparatus according to the fourth aspect, the generation unit determines the number of executions of the moving average process based on a sensitivity setting value of the sensor unit. is there.

本発明の顕微鏡の焦点検出装置によれば、光量信号の強度と相対位置との関係をグラフ化したときのピーク形状が平坦な場合でも、合焦位置を正確に検出することができる。   According to the focus detection apparatus for a microscope of the present invention, it is possible to accurately detect the in-focus position even when the peak shape is flat when the relationship between the intensity of the light amount signal and the relative position is graphed.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の焦点検出装置10(図1)は、蛍光顕微鏡の焦点検出装置であり、蛍光観察の対象物(標本21)から発生する微弱な蛍光を取り込んで焦点検出を行う。標本21は、例えば、蛍光物質で標識された生物標本(DNAや蛋白質など)である。
本実施形態の焦点検出装置10は、図1に示す通り、蛍光顕微鏡の筐体20の内部に配置された光量検出回路11,駆動回路12と、筐体20の外部に配置された記憶回路13,合焦位置演算回路14,位置制御回路15とで構成されている。光量検出回路11には、不図示の光電子増倍管が設けられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The focus detection apparatus 10 (FIG. 1) of the present embodiment is a focus detection apparatus of a fluorescence microscope, and performs focus detection by capturing weak fluorescence generated from an object (specimen 21) for fluorescence observation. The specimen 21 is, for example, a biological specimen (DNA, protein, etc.) labeled with a fluorescent substance.
As shown in FIG. 1, the focus detection apparatus 10 according to the present embodiment includes a light amount detection circuit 11 and a drive circuit 12 that are arranged inside a casing 20 of a fluorescence microscope, and a storage circuit 13 that is arranged outside the casing 20. , An in-focus position calculation circuit 14 and a position control circuit 15. The light quantity detection circuit 11 is provided with a photomultiplier tube (not shown).

筐体20の内部には、その他、標本21を支持する固定のステージ22、可動の対物レンズ23、これを上下方向に移動させる移動機構24、光源25、ダイクロイックミラー26、ハーフミラー27が設けられ、さらに不図示の第2対物レンズおよび波長選択フィルタが設けられる。第2対物レンズおよび波長選択フィルタは、ダイクロイックミラー26およびハーフミラー27と同様、対物レンズ23の光軸23a上に配置される。   In addition, a fixed stage 22 that supports the specimen 21, a movable objective lens 23, a moving mechanism 24 that moves the sample up and down, a light source 25, a dichroic mirror 26, and a half mirror 27 are provided inside the housing 20. Further, a second objective lens and a wavelength selection filter (not shown) are provided. Similar to the dichroic mirror 26 and the half mirror 27, the second objective lens and the wavelength selection filter are disposed on the optical axis 23a of the objective lens 23.

ちなみに、ダイクロイックミラー26の光学特性は、光源25からの照明光(つまり標本21内の蛍光物質に対する励起光)を選択的に反射すると共に、蛍光物質から発生する蛍光を選択的に透過するような特性である。波長選択フィルタの光学特性は、励起光を選択的に遮断して、蛍光を選択的に透過するような特性である。波長選択フィルタは、例えば、ダイクロイックミラー26とハーフミラー27との間に配置される。   Incidentally, the optical characteristics of the dichroic mirror 26 are such that the illumination light from the light source 25 (that is, the excitation light for the fluorescent material in the specimen 21) is selectively reflected and the fluorescence generated from the fluorescent material is selectively transmitted. It is a characteristic. The optical characteristics of the wavelength selective filter are such that the excitation light is selectively blocked and the fluorescence is selectively transmitted. The wavelength selection filter is disposed between the dichroic mirror 26 and the half mirror 27, for example.

本実施形態の焦点検出装置10は、蛍光顕微鏡の観察光学系(つまり対物レンズ23と不図示の第2対物レンズ)によって形成される標本21の蛍光像と所定の結像面28との位置ずれ(焦点ずれ)を検出する装置である。この検出結果は、対物レンズ23の位置(つまり対物レンズ23と標本21との相対位置)を調整する際の指標として用いられる。対物レンズ23が合焦位置にあれば、標本21の鮮明な蛍光像を所定の結像面28に形成することができる。結像面28には例えばイメージセンサの撮像面が配置される。   The focus detection apparatus 10 of the present embodiment has a positional deviation between the fluorescence image of the specimen 21 formed by the observation optical system of the fluorescence microscope (that is, the objective lens 23 and the second objective lens (not shown)) and the predetermined imaging plane 28. This is a device for detecting (defocus). This detection result is used as an index when adjusting the position of the objective lens 23 (that is, the relative position between the objective lens 23 and the specimen 21). If the objective lens 23 is in the in-focus position, a clear fluorescent image of the specimen 21 can be formed on the predetermined image plane 28. For example, an imaging surface of an image sensor is disposed on the imaging surface 28.

焦点検出時、光源25からの照明光(標本21内の蛍光物質に対する励起光)は、ダイクロイックミラー26と対物レンズ23とを介して、ステージ22上の標本21に照射される。このとき、照明光の照射方向を対物レンズ23の光軸23aに対して斜めの方向とすることが好ましい。このような斜光照明については、例えば特開2004−4634号公報の技術を採用することができる。また、斜光照明に限らず、光軸23aに平行な照明光を標本21に照射してもよい。   At the time of focus detection, illumination light from the light source 25 (excitation light for the fluorescent substance in the specimen 21) is irradiated to the specimen 21 on the stage 22 via the dichroic mirror 26 and the objective lens 23. At this time, it is preferable that the irradiation direction of the illumination light is an oblique direction with respect to the optical axis 23 a of the objective lens 23. For such oblique illumination, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-4634 can be employed. In addition to the oblique illumination, the specimen 21 may be irradiated with illumination light parallel to the optical axis 23a.

上記の照明によって標本21から発生した焦点検出用の蛍光は、対物レンズ23とダイクロイックミラー26とハーフミラー27と不図示の波長選択フィルタとを介して、光量検出回路11の光電子増倍管に入射する。光電子増倍管は、微弱光の検知に適したセンサ部であり、ハーフミラー27からの反射光を効率良く受光面に導くための集光レンズを備えている。上記の斜光照明を採用した場合、光電子増倍管の受光面は、所定の結像面28と共役な面の後方に配置される。   The focus detection fluorescence generated from the specimen 21 by the illumination is incident on the photomultiplier tube of the light amount detection circuit 11 through the objective lens 23, the dichroic mirror 26, the half mirror 27, and a wavelength selection filter (not shown). To do. The photomultiplier tube is a sensor unit suitable for detecting weak light, and includes a condensing lens for efficiently guiding the reflected light from the half mirror 27 to the light receiving surface. When the oblique illumination described above is employed, the light receiving surface of the photomultiplier tube is disposed behind a surface conjugate with a predetermined imaging surface 28.

光量検出回路11の光電子増倍管は、受光面に入射する焦点検出用の蛍光を一括で検知して、その光量に比例した電圧信号(以下「光量信号」)を後段の記憶回路13に出力する。記憶回路13は、光量検出回路11から出力される光量信号の強度(電圧値)を一時的に記憶する。このような光量検出回路11と記憶回路13による一連の処理(つまり光量信号の強度の記憶処理)は、次に説明する位置制御回路15と駆動回路12よる対物レンズ23の移動処理と同期して繰り返し行われる。   The photomultiplier tube of the light amount detection circuit 11 collectively detects the focus detection fluorescence incident on the light receiving surface and outputs a voltage signal (hereinafter referred to as “light amount signal”) proportional to the light amount to the storage circuit 13 at the subsequent stage. To do. The storage circuit 13 temporarily stores the intensity (voltage value) of the light amount signal output from the light amount detection circuit 11. Such a series of processing by the light amount detection circuit 11 and the storage circuit 13 (that is, storage processing of the intensity of the light amount signal) is synchronized with the movement processing of the objective lens 23 by the position control circuit 15 and the drive circuit 12 described below. Repeatedly.

位置制御回路15は、焦点検出時、対物レンズ23の位置(つまり対物レンズ23と標本21との相対位置)を光軸23aに沿って上下方向に変化させるために、対物レンズ23の位置に関する数値情報を生成して、この数値情報に基づく制御信号を後段の駆動回路12に出力する。駆動回路12は、位置制御回路15からの制御信号に基づいて、移動機構24への駆動信号を生成する。そして、この駆動信号を用いて移動機構24を駆動し、対物レンズ23の位置(つまり対物レンズ23と標本21との相対位置)を光軸23aに沿って変化させる。   The position control circuit 15 is a numerical value related to the position of the objective lens 23 in order to change the position of the objective lens 23 (that is, the relative position between the objective lens 23 and the sample 21) in the vertical direction along the optical axis 23a during focus detection. Information is generated and a control signal based on the numerical information is output to the drive circuit 12 at the subsequent stage. The drive circuit 12 generates a drive signal for the moving mechanism 24 based on the control signal from the position control circuit 15. Then, the moving mechanism 24 is driven using this drive signal, and the position of the objective lens 23 (that is, the relative position between the objective lens 23 and the specimen 21) is changed along the optical axis 23a.

本実施形態の焦点検出装置10では、対物レンズ23の位置(つまり対物レンズ23と標本21との相対位置)を変化させながら、異なる複数の位置の各々で、光量検出回路11の光電子増倍管から出力される光量信号の強度(電圧値)を記憶回路13に記憶させていく。そして、このようなスキャン動作が終了すると、多数の光量信号の強度に基づく演算処理(後述)が合焦位置演算回路14にて行われる。なお、記憶回路13と合焦位置演算回路14は総じて請求項の「生成部」に対応する。合焦位置演算回路14は、請求項の「第1の設定部」「第2の設定部」「決定部」に対応する。   In the focus detection apparatus 10 of the present embodiment, the photomultiplier tube of the light amount detection circuit 11 is changed at each of a plurality of different positions while changing the position of the objective lens 23 (that is, the relative position between the objective lens 23 and the specimen 21). The intensity (voltage value) of the light amount signal output from is stored in the storage circuit 13. When such a scanning operation is completed, calculation processing (described later) based on the intensity of a large number of light quantity signals is performed by the in-focus position calculation circuit 14. The storage circuit 13 and the in-focus position calculation circuit 14 generally correspond to a “generation unit” in the claims. The in-focus position calculation circuit 14 corresponds to “first setting unit”, “second setting unit”, and “determination unit” in the claims.

次に、本実施形態の焦点検出装置10の検出動作について、図2のフローチャートを用いて説明する。
ステップS1では、プリスキャンを行い、対物レンズ23の合焦位置を含むように、対物レンズ23の移動範囲(次のステップS2の本スキャンの範囲)を決定する。本実施形態では、対物レンズ23の移動範囲の上限端と下限端において、光量検出回路11の光電子増倍管から出力される光量信号の強度が、バックグラウンド成分の強度と等しい場合を説明する。バックグラウンド成分とは、標本21から発生する蛍光ではなく、標本21の周囲(例えば溶剤や培養液)から発生する蛍光に応じた成分である。なお、本実施形態における対物レンズ23の移動範囲の上限端と下限端との間隔は、少なくとも240μm以上(例えば300μm程度)である。
Next, the detection operation of the focus detection apparatus 10 of this embodiment will be described using the flowchart of FIG.
In step S1, pre-scanning is performed, and the movement range of the objective lens 23 (the range of the main scan in the next step S2) is determined so as to include the in-focus position of the objective lens 23. In the present embodiment, the case where the intensity of the light amount signal output from the photomultiplier tube of the light amount detection circuit 11 is equal to the intensity of the background component at the upper limit end and the lower limit end of the movement range of the objective lens 23 will be described. The background component is not a fluorescence generated from the sample 21 but a component corresponding to the fluorescence generated from the periphery of the sample 21 (for example, a solvent or a culture solution). In the present embodiment, the distance between the upper limit end and the lower limit end of the movement range of the objective lens 23 is at least 240 μm (for example, about 300 μm).

ステップS2では、上記ステップS1で決定した範囲にしたがって本スキャンを行う。つまり、対物レンズ23の移動範囲の下限端から上限端(または上限端から下限端)まで、対物レンズ23の位置を変化させながら、異なる複数の位置の各々で、光量検出回路11の光電子増倍管から出力される光量信号の強度(電圧値)を記憶回路13に記憶させていく。このとき、対物レンズ23の移動範囲内において位置が一定の間隔だけ変化するごとに、光電子増倍管から光量信号を取り込むことが好ましい。   In step S2, the main scan is performed according to the range determined in step S1. In other words, the photomultiplier of the light quantity detection circuit 11 at each of a plurality of different positions while changing the position of the objective lens 23 from the lower limit end to the upper limit end (or from the upper limit end to the lower limit end) of the movement range of the objective lens 23. The intensity (voltage value) of the light amount signal output from the tube is stored in the storage circuit 13. At this time, it is preferable to capture a light amount signal from the photomultiplier tube every time the position changes by a certain interval within the movement range of the objective lens 23.

対物レンズ23の位置が終点に到達し、終点における光量信号の取り込みが終了した時点で、記憶回路13には、対物レンズ23の位置が異なる複数の光量信号が一時的に記憶されたことになる。各光量信号の強度(電圧値)は、対物レンズ23の位置に応じて異なる大きさを持つ。これらの各光量信号は、対物レンズ23の合焦位置を決定するために、後段の合焦位置演算回路14に出力される。   When the position of the objective lens 23 reaches the end point, and when the capturing of the light amount signal at the end point is finished, the storage circuit 13 temporarily stores a plurality of light amount signals with different positions of the objective lens 23. . The intensity (voltage value) of each light quantity signal has a different magnitude depending on the position of the objective lens 23. Each of these light quantity signals is output to the subsequent focus position calculation circuit 14 in order to determine the focus position of the objective lens 23.

ステップS3において、合焦位置演算回路14は、対物レンズ23の位置が異なる複数の光量信号を記憶回路13から取り込むと、対物レンズ23の位置と光量信号の強度との関係を表すデータ列を生成し、このデータ列(生データ)をグラフ化する。つまり、マトリクスグラフを作成する。マトリクスグラフの一例を図3(a)に示す。図3(a)の横軸は対物レンズ23の位置、縦軸は光量信号の強度(V)を表す。マトリクスグラフには1つの凸部が現れる。   In step S <b> 3, when the in-focus position calculation circuit 14 takes in a plurality of light amount signals with different positions of the objective lens 23 from the storage circuit 13, it generates a data string representing the relationship between the position of the objective lens 23 and the intensity of the light amount signal. Then, this data string (raw data) is graphed. That is, a matrix graph is created. An example of the matrix graph is shown in FIG. In FIG. 3A, the horizontal axis represents the position of the objective lens 23, and the vertical axis represents the intensity (V) of the light amount signal. One convex portion appears in the matrix graph.

次に(ステップS4)、ステップS3で生成したデータ列(生データ)の移動平均処理を行う。つまり、データ列の各点において、対物レンズ23の位置が隣接する複数の光量信号を用い、その強度の移動平均値Vaveを計算する。そして、移動平均値Vaveを現在の値と置き換える。移動平均値Vaveの計算に用いる光量信号の数をfとすると、移動平均値Vaveは、次の式(1),(2)により計算できる。   Next (step S4), moving average processing of the data string (raw data) generated in step S3 is performed. That is, the moving average value Vave of the intensity is calculated using a plurality of light quantity signals adjacent to the position of the objective lens 23 at each point in the data string. Then, the moving average value Vave is replaced with the current value. If the number of light quantity signals used for calculating the moving average value Vave is f, the moving average value Vave can be calculated by the following equations (1) and (2).

Vave =〔 V(n−f0)+…+V(n)+…+V(n+f0) 〕/f …(1)
0=(f−1)/2 …(2)
このような移動平均処理の結果、データ列(生データ)の高周波成分が除去され、SN比の良好なデータ列が新たに生成される。また、図3(a)のマトリクスグラフは、平滑化され、例えば図3(b)の太線のようになる。
Vave = [V (n-f 0) + ... + V (n) + ... + V (n + f 0) ] / f ... (1)
f 0 = (f−1) / 2 (2)
As a result of such moving average processing, the high-frequency component of the data string (raw data) is removed, and a data string with a good SN ratio is newly generated. Further, the matrix graph of FIG. 3A is smoothed and becomes, for example, a thick line of FIG.

次に(ステップS5)、移動平均処理を経た後のデータ列のSN判定を行う。この判定には、例えば、光量検出回路11の光電子増倍管の印加電圧(つまり感度)の設定値を用いればよい。光電子増倍管の感度が低ければノイズの影響は小さく、感度が高ければノイズの影響を受けやすいと考えられるので、感度の設定値に応じてデータ列のSN判定を行うことができる。   Next (step S5), the SN determination of the data string after the moving average process is performed. For this determination, for example, a set value of the applied voltage (that is, sensitivity) of the photomultiplier tube of the light amount detection circuit 11 may be used. If the sensitivity of the photomultiplier tube is low, the influence of noise is small, and if the sensitivity is high, it is considered that the influence of noise is likely to occur. Therefore, the SN determination of the data string can be performed according to the sensitivity setting value.

そして、SN判定の結果、さらなるノイズ除去が必要な場合(S5がNo)、2回目の移動平均処理を行うためにステップS4の処理に戻る。処理の方法は1回目と同じである。2回目の移動平均処理の結果、データ列(1回目の移動平均処理後)の高周波成分が除去され、SN比のさらに良好なデータ列が新たに生成される。図3(b)のマトリクスグラフは、さらに平滑化され、例えば図3(c)の太線のようになる。   And as a result of SN determination, when further noise removal is necessary (S5 is No), the process returns to step S4 to perform the second moving average process. The processing method is the same as the first time. As a result of the second moving average process, the high-frequency component of the data string (after the first moving average process) is removed, and a data string with a better SN ratio is newly generated. The matrix graph in FIG. 3B is further smoothed, for example, as shown by the thick line in FIG.

ステップS4,S5による移動平均処理の実行回数は、光電子増倍管の感度の設定値に応じて定めればよい。必要な回数(1回以上)の移動平均処理を行った後、SN判定がOKになると(S5がYes)、合焦位置演算回路14は、最後に生成したデータ列(1回以上の移動平均処理後)を用いて、次のステップS6以降の処理を行う。なお、最後に生成したデータ列(以下の説明では単に「データ列」という)は、高周波成分が十分に除去されたSN比の良好なものであり、請求項の「データ列」に対応する。   The number of executions of the moving average process in steps S4 and S5 may be determined according to the set value of the sensitivity of the photomultiplier tube. After the required number of times (one or more times) of moving average processing is performed, if the SN determination is OK (Yes in S5), the in-focus position calculation circuit 14 generates the last generated data string (one or more times of moving average) The process after the next step S6 is performed using (after process). Note that the last generated data string (simply referred to as “data string” in the following description) has a good SN ratio from which high-frequency components have been sufficiently removed, and corresponds to the “data string” in the claims.

データ列をグラフ化したときのピーク形状(例えば図3(b),(c)に示すマトリクスグラフのピーク形状)において、対物レンズ23の移動範囲の両端における光量信号の強度(つまり最小強度MIN)は、バックグラウンド成分(標本21の周囲(例えば溶剤や培養液)から発生する蛍光に応じた成分)の強度と等しい。さらに、データ列の光量信号の最小強度MINと最大強度MAXとの差は、標本21から発生する蛍光に応じた成分である。   In the peak shape when the data string is graphed (for example, the peak shape of the matrix graph shown in FIGS. 3B and 3C), the intensity of the light amount signal at the both ends of the movement range of the objective lens 23 (that is, the minimum intensity MIN). Is equal to the intensity of the background component (the component corresponding to the fluorescence generated from the periphery of the specimen 21 (for example, solvent or culture medium)). Further, the difference between the minimum intensity MIN and the maximum intensity MAX of the light amount signal in the data string is a component corresponding to the fluorescence generated from the specimen 21.

ステップS6では、データ列をグラフ化したときのピーク形状(例えば図3(b),(c)に示すマトリクスグラフのピーク形状)の高低(平坦さ)を判断するため、データ列の光量信号の最大強度MAXと最小強度MINとの比率(MAX/MIN)を計算する。そして、このピーク比率MAX/MINが次の条件式(3)を満足するときに(S6がYes)、ピーク形状が低い(平坦)と判断し、ステップS7の処理(4点式計算)に進む。逆に、ピーク比率MAX/MINが条件式(3)を満足しないときは、ピーク形状が高いと判断し、ステップS8の処理(通常計算)に進む。   In step S6, in order to determine the level (flatness) of the peak shape (for example, the peak shape of the matrix graph shown in FIGS. 3B and 3C) when the data row is graphed, the light amount signal of the data row is determined. A ratio (MAX / MIN) between the maximum intensity MAX and the minimum intensity MIN is calculated. When the peak ratio MAX / MIN satisfies the following conditional expression (3) (Yes in S6), it is determined that the peak shape is low (flat), and the process proceeds to step S7 (four-point expression calculation). . Conversely, when the peak ratio MAX / MIN does not satisfy the conditional expression (3), it is determined that the peak shape is high, and the process proceeds to step S8 (normal calculation).

MAX / MIN < 1.05 …(3)
ステップS7の処理(4点式計算)について説明する。この場合のデータ列は、グラフ化したときのピーク形状が低く、ピーク比率MAX/MINが1.05未満となっている。合焦位置演算回路14は、このようなデータ列(図4)に基づいて、光量信号の最大強度MAXに対応する対物レンズ23の位置Z0を求め、この位置Z0を基準位置に設定する。基準位置Z0は、4点式計算の基準であり、対物レンズ23の合焦位置とは限らない。
MAX / MIN <1.05 (3)
The process of step S7 (4-point calculation) will be described. The data string in this case has a low peak shape when graphed, and the peak ratio MAX / MIN is less than 1.05. The focus position calculation circuit 14 obtains the position Z 0 of the objective lens 23 corresponding to the maximum intensity MAX of the light quantity signal based on such a data string (FIG. 4), and sets this position Z 0 as a reference position. . The reference position Z 0 is a reference for four-point calculation and is not necessarily the in-focus position of the objective lens 23.

次に、基準位置Z0より前ピン側(対物レンズ23が標本21に近づく方向)において、基準位置Z0から間隔D1だけ離れた位置Z1と、基準位置Z0から間隔D2(>D1)だけ離れた位置Z2とを設定する。さらに、基準位置Z0より後ピン側(対物レンズ23が標本21に離れる方向)において、基準位置Z0から間隔D1だけ離れた位置Z-1と、基準位置Z0から間隔D2だけ離れた位置Z-2とを設定する。 Then, the reference position Z 0 from front focus side (direction where the objective lens 23 approaches the sample 21), the reference position and Z 0 position Z 1 separated by intervals D 1 from the reference position Z 0 from spacing D 2 (> A position Z 2 separated by D 1 ) is set. Further, the rear focus side from the reference position Z 0 (direction objective lens 23 is away the specimen 21), and a position Z -1 from the reference position Z 0 apart intervals D 1, from the reference position Z 0 by a distance D 2 away Set the position Z- 2 .

本実施形態では、例えば、間隔D1を60μm、間隔D2を120μmとする。この場合、上記の基準位置Z0と4つの位置Z-2,Z-1,Z1,Z2とは、互いに60μm間隔で設定されたことになる。両端の位置Z-2と位置Z2との間隔は、240μmである。なお、ステップS1で決定される対物レンズ23の移動範囲(本スキャンの範囲)は、上記の位置Z-2と位置Z2との間隔(240μm)以上となっている。 In the present embodiment, for example, the interval D 1 is 60 μm and the interval D 2 is 120 μm. In this case, the reference position Z 0 and the four positions Z −2 , Z −1 , Z 1 , Z 2 are set at intervals of 60 μm. Distance between the position Z -2 across the position Z 2 is 240 .mu.m. Note that the movement range (the range of the main scan) of the objective lens 23 determined in step S1 is equal to or greater than the interval (240 μm) between the position Z −2 and the position Z 2 .

4つの位置Z-2,Z-1,Z1,Z2の設定が終わると、合焦位置演算回路14は、データ列の各点のうち、位置Z1と位置Z2に対応する2点E1,E2を選択し、この2点E1,E2を結ぶ直線Laを求める。また、位置Z-1と位置Z-2に対応する2点E-1,E-2を選択し、この2点E-1,E-2を結ぶ直線Lbを求める。そして、直線Laと直線Lbとの交点Kを求め、この交点Kに対応する対物レンズ23の位置を“合焦位置(Zf)”とする。 Four positions Z -2, Z -1, when Z 1, Z 2 of the setting is completed, the focusing position calculating circuit 14, of each point of data row, point 2 corresponding to the position Z 1 to the position Z 2 E 1 and E 2 are selected, and a straight line La connecting the two points E 1 and E 2 is obtained. Further, two points E −1 and E −2 corresponding to the position Z −1 and the position Z −2 are selected, and a straight line Lb connecting the two points E −1 and E −2 is obtained. Then, an intersection point K between the straight line La and the straight line Lb is obtained, and the position of the objective lens 23 corresponding to the intersection point K is defined as “focus position (Z f )”.

具体的な計算は、次の式(4)にしたがって行われる。式(4)に、データ列から選択された4つの点E1,E2,E-1,E-2に関する情報(つまり位置Z1,Z2,Z-1,Z-2と各位置に対応する光量信号の強度P1,P2,P-1,P-2)を代入することにより、合焦位置(Zf)を得ることができる。 The specific calculation is performed according to the following equation (4). In equation (4), information about four points E 1 , E 2 , E −1 , E −2 selected from the data string (that is, positions Z 1 , Z 2 , Z −1 , Z −2 and each position) The in-focus position (Z f ) can be obtained by substituting the corresponding light intensity signal intensities P 1 , P 2 , P −1 , P −2 ).

Figure 2006030304
次に、ステップS8の処理(通常計算)について説明する。この場合のデータ列は、グラフ化したときのピーク形状が高く、ピーク比率MAX/MINが1.05以上となっている。合焦位置演算回路14は、このようなデータ列(図5)に基づいて、光量信号の最大強度MAXより小さい強度Q(=(1−n%)×MAX)に対応する2点EQ1,EQ2を選択し、この2点EQ1,EQ2の中点EQCを求め、中点EQCに対応する対物レンズ23の位置を“合焦位置(Zf)”とする。n=2〜4%程度が好ましい。なお、ステップS8の処理(通常計算)は、2点EQ1,EQ2のみを計算に用いるので、上記ステップS7の処理(4点式計算)と比較して短時間で計算を行える。
Figure 2006030304
Next, the process (normal calculation) in step S8 will be described. The data string in this case has a high peak shape when graphed, and the peak ratio MAX / MIN is 1.05 or more. Based on such a data string (FIG. 5), the in-focus position calculation circuit 14 has two points E Q1 , corresponding to an intensity Q (= (1−n%) × MAX) smaller than the maximum intensity MAX of the light amount signal. E Q2 is selected, the midpoint E QC of these two points E Q1 and E Q2 is obtained, and the position of the objective lens 23 corresponding to the mid point E QC is set as the “focus position (Z f )”. n = 2 to 4% is preferable. In addition, since only the two points E Q1 and E Q2 are used for the calculation in step S8 (normal calculation), the calculation can be performed in a shorter time compared to the process in step S7 (four-point calculation).

このようにして、ピーク形状が低い(平坦な)場合にはステップS7の処理(4点式計算)を行い、ピーク形状が高い場合にはステップS8の処理(通常計算)を行い、データ列から合焦位置(Zf)を算出し終えると、合焦位置演算回路14は、次のステップS9において、その演算結果が適切か否かの判別を行う。この判別は、演算結果(つまり合焦位置(Zf))が、対物レンズ23の移動範囲(本スキャンの範囲)内か否かの判別に相当する。 In this way, when the peak shape is low (flat), the process of step S7 (4-point calculation) is performed, and when the peak shape is high, the process of step S8 (normal calculation) is performed, When the calculation of the in-focus position (Z f ) has been completed, the in-focus position calculation circuit 14 determines whether or not the calculation result is appropriate in the next step S9. This determination corresponds to determination of whether or not the calculation result (that is, the in-focus position (Z f )) is within the movement range (main scan range) of the objective lens 23.

そして、適切な演算結果を得ることができた場合(S9がYes)、次のステップS10で、その演算結果を“合焦位置(Zf)”に決定する。また、演算結果が適切でなかった場合は(S9がNo)、リトライするためにステップS11の処理に進む。リトライが必要な場合とは、ピーク形状が非常に小さい場合(マトリクスグラフが平坦な場合)や、手違いで標本21が存在しない場合や、ピーク形状に2つの凸部が含まれる場合などである。2つの凸部のうち一方は標本21からの蛍光に起因するものであるが、他方は標本21の周囲(例えば溶剤や培養液)からの蛍光に起因すると考えられる。 If an appropriate calculation result can be obtained (Yes in S9), the calculation result is determined as “focus position (Z f )” in the next step S10. If the calculation result is not appropriate (S9 is No), the process proceeds to step S11 to retry. Retry is required when the peak shape is very small (when the matrix graph is flat), when the sample 21 does not exist by mistake, or when the peak shape includes two convex portions. One of the two convex portions is attributed to fluorescence from the specimen 21, while the other is considered to be attributed to fluorescence from the periphery of the specimen 21 (for example, a solvent or a culture solution).

ステップS11では、今回のリトライが1回目か否かの判別を行い、1回目のリトライ(S11がYes)の場合に限り、ステップS12を経て、再びステップS2の処理(本スキャン)に戻る。ステップS12では、2回目の本スキャンにおける対物レンズ23の移動速度の設定を低速に変更する。
このため、ステップS2では、1回目と同じ範囲(対物レンズ23の移動範囲)内において、1回目より細かいサンプリング間隔で、光量検出回路11の光電子増倍管から光量信号を取り込むことができる。その結果、次のステップS3では、1回目よりも高精度なデータ列(生データ)を生成することができる。その後、上記と同様のステップS4〜S6とS7(またはS8)の処理を繰り返すことにより、1回以上の移動平均処理後の高精度なデータ列に基づいて合焦位置(Zf)を算出することができる。
In step S11, it is determined whether or not this retry is the first time. Only in the case of the first retry (S11 is Yes), the process returns to step S2 (main scan) again through step S12. In step S12, the setting of the moving speed of the objective lens 23 in the second main scan is changed to a low speed.
For this reason, in step S2, the light quantity signal can be taken from the photomultiplier tube of the light quantity detection circuit 11 at a sampling interval finer than the first time within the same range (movement range of the objective lens 23) as the first time. As a result, in the next step S3, a data string (raw data) with higher accuracy than the first time can be generated. Thereafter, the same steps S4 to S6 and S7 (or S8) as described above are repeated to calculate the in-focus position (Z f ) based on a highly accurate data string after one or more moving average processes. be able to.

次のステップS9では、このようなリトライによる演算結果(つまり合焦位置(Zf))が適切か否かの判別を行い、適切な場合には(S9がYes)、その演算結果を“合焦位置(Zf)”に決定する(S10)。通常、ピーク形状が非常に小さい場合(マトリクスグラフが平坦な場合)には、この段階で、合焦位置(Zf)を決定することができる。
しかし、手違いで標本21が存在しない場合や、ピーク形状に2つの凸部が含まれる場合には、1回目のリトライを行っても、適切な演算結果を得ることができない(S9がNo)。この場合、ステップS11の処理に進み、2回目のリトライ(S11がNo)であるため、検出不能のエラー処理(ステップS13)を行う。
In the next step S9, it is determined whether or not the calculation result (that is, the in-focus position (Z f )) by such a retry is appropriate. If it is appropriate (S9 is Yes), the calculation result is “matched”. The focal position ( Zf ) "is determined (S10). Usually, when the peak shape is very small (when the matrix graph is flat), the focus position (Z f ) can be determined at this stage.
However, if the sample 21 is not present by mistake or if the peak shape includes two convex portions, an appropriate calculation result cannot be obtained even if the first retry is performed (No in S9). In this case, the process proceeds to step S11, and since it is the second retry (S11 is No), an undetectable error process (step S13) is performed.

上記のように、本実施形態の焦点検出装置10では、光量信号の強度と対物レンズ23の位置との関係をグラフ化したときのピーク形状(例えば図3(b),(c)に示すマトリクスグラフのピーク形状)が低い場合に、ステップS7の処理(4点式計算)を行うため、ピーク形状が低い場合でも、合焦位置(Zf)を正確に検出することができる。また、ステップS7の処理(4点式計算)によれば、基準位置Z0(図4)を挟んで前ピン側と後ピン側との各々で傾きの異なる直線La,Lbを求めるため、ピーク形状が左右非対称な場合であっても、正確に合焦位置(Zf)を検出できる。 As described above, in the focus detection apparatus 10 of the present embodiment, the peak shape (for example, the matrix shown in FIGS. 3B and 3C) when the relationship between the intensity of the light amount signal and the position of the objective lens 23 is graphed. Since the processing of step S7 (four-point calculation) is performed when the peak shape of the graph is low, the in-focus position (Z f ) can be accurately detected even when the peak shape is low. Further, according to the processing of step S7 (four-point calculation), the straight lines La and Lb having different inclinations on the front pin side and the rear pin side across the reference position Z 0 (FIG. 4) are obtained. Even when the shape is asymmetrical, the in-focus position (Z f ) can be detected accurately.

さらに、本実施形態の焦点検出装置10では、ピーク形状が高い場合には、簡略化したステップS8の処理(通常計算)を行うことにより、短時間で正確に合焦位置(Zf)を検出することができる。ここで、ピーク形状が高い場合に、ステップS7の処理(4点式計算)を行って合焦位置(Zf)を検出することも可能である。しかし、ピーク比率MAX/MINが1.05以上の場合には、ステップS7の処理(4点式計算)を行っても、ステップS8の処理(通常計算)を行っても、ほぼ同じ正確さで合焦位置(Zf)を検出可能である。検出誤差は10〜20μm程度であり、標本21の厚みより小さい。したがって、ピーク比率MAX/MINが1.05以上の場合に、ステップS8の処理(通常計算)を行うことにより、短時間で正確に合焦位置(Zf)を検出できる。 Furthermore, in the focus detection apparatus 10 of the present embodiment, when the peak shape is high, the focused position (Z f ) is accurately detected in a short time by performing the simplified processing (normal calculation) in step S8. can do. Here, when the peak shape is high, it is possible to detect the in-focus position (Z f ) by performing the process of step S7 (four-point calculation). However, when the peak ratio MAX / MIN is 1.05 or more, the processing of step S7 (4-point calculation) and the processing of step S8 (normal calculation) are performed with substantially the same accuracy. The in-focus position (Z f ) can be detected. The detection error is about 10 to 20 μm, which is smaller than the thickness of the specimen 21. Therefore, when the peak ratio MAX / MIN is 1.05 or more, the in-focus position (Z f ) can be accurately detected in a short time by performing the processing in step S8 (normal calculation).

また、本実施形態の焦点検出装置10では、1回以上の移動平均処理後のデータ列(高周波成分が十分に除去されたSN比の良好なもの)を用いるため、ピーク形状の高低を判断するための指標(ピーク比率MAX/MIN)を簡単に算出することができる。さらに、合焦位置(Zf)の算出も簡単に行える。また、光電子増倍管の印加電圧(センサ部の感度)の設定値を用いることにより、移動平均処理の実行回数を簡単かつ適切に定めることができる。 In addition, since the focus detection apparatus 10 of the present embodiment uses a data string after one or more moving average processes (a high SN ratio from which high-frequency components have been sufficiently removed), the level of the peak shape is determined. Therefore, the index (peak ratio MAX / MIN) can be easily calculated. Furthermore, the in-focus position (Z f ) can be easily calculated. In addition, by using the set value of the voltage applied to the photomultiplier tube (the sensitivity of the sensor unit), the number of executions of the moving average process can be determined easily and appropriately.

さらに、本実施形態の焦点検出装置10では、ステップS7の処理(4点式計算)において、間隔D1を60μm、間隔D2を120μmとするため、基準位置Z0(図4)を挟んで前ピン側と後ピン側との各々で、適切な傾きの直線La,Lbを求めることができる。また、ステップS1で決定される対物レンズ23の移動範囲(本スキャンの範囲)も適切な間隔(少なくとも240μm以上(例えば300μm程度))となる。したがって、焦点検出に要する時間を適切に保ちながら、ピーク形状が低い場合でも、正確に合焦位置(Zf)を検出できる。 Furthermore, in the focus detection apparatus 10 of the present embodiment, in the process of Step S7 (four-point calculation), the interval D 1 is set to 60 μm and the interval D 2 is set to 120 μm, so that the reference position Z 0 (FIG. 4) is interposed therebetween. Straight lines La and Lb having appropriate inclinations can be obtained on each of the front pin side and the rear pin side. Further, the movement range (main scan range) of the objective lens 23 determined in step S1 is also an appropriate interval (at least 240 μm or more (for example, about 300 μm)). Therefore, it is possible to accurately detect the in-focus position (Z f ) even when the peak shape is low while keeping the time required for focus detection appropriately.

そして、本実施形態の焦点検出装置10では、合焦位置演算回路14から位置制御回路15に焦点検出の結果(ステップS11で決定した合焦位置(Zf))を出力し、位置制御回路15と駆動回路12と移動機構24を介して対物レンズ23を実際に移動させることで、標本21からの微弱な蛍光による高精度なオートフォーカスが実現する。
(変形例)
なお、上記した実施形態では、ピーク形状の高低を判断し、ピーク形状が低いときに、ステップS7の処理(4点式計算)を行ったが、本発明はこれに限定されない。ピーク形状の高低に拘わらず、ステップS7の処理(4点式計算)を行う場合にも、本発明を適用できる。
In the focus detection apparatus 10 of the present embodiment, the focus detection result (focus position (Z f ) determined in step S11) is output from the focus position calculation circuit 14 to the position control circuit 15, and the position control circuit 15 In addition, by actually moving the objective lens 23 via the drive circuit 12 and the moving mechanism 24, high-accuracy autofocus is realized by weak fluorescence from the specimen 21.
(Modification)
In the above-described embodiment, the level of the peak shape is determined, and when the peak shape is low, the processing of step S7 (four-point calculation) is performed, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to the case where the process of step S7 (four-point calculation) is performed regardless of the height of the peak shape.

また、上記した実施形態では、ピーク形状の高低の判断指標としてピーク比率MAX/MINを用い、判断基準を「1.05」としたが、本発明はこれに限定されない。判断基準は「1.05」以外の値でも構わない。判断基準を決めるに当たっては、標本21の厚さと許容できる検出誤差を考慮することが好ましい。
さらに、上記した実施形態では、ピーク形状が高いときに、ステップS6の処理(通常計算)を行ったが、本発明はこれに限定されない。ステップS6の処理に代えて、例えば、光量信号の最大強度MAXに対応する対物レンズ23の位置を合焦位置に決定する場合にも、本発明を適用できる。
Further, in the above-described embodiment, the peak ratio MAX / MIN is used as the determination index of the peak shape, and the determination criterion is “1.05”, but the present invention is not limited to this. The determination criterion may be a value other than “1.05”. In determining the judgment criteria, it is preferable to consider the thickness of the specimen 21 and the allowable detection error.
Furthermore, in the above-described embodiment, when the peak shape is high, the process of step S6 (normal calculation) is performed, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to the case where the position of the objective lens 23 corresponding to the maximum intensity MAX of the light amount signal is determined as the in-focus position instead of the process of step S6.

また、上記した実施形態では、ステップS8の処理(通常計算)の後にステップS9の処理に進む例を説明したが、本発明はこれに限定されない。ステップS8の演算結果は常に適切であるため、ステップS8の後にステップS10の処理に進んでも構わない。
さらに、上記した実施形態では、対物レンズ23の移動範囲の上限端と下限端において、光量検出回路11の光電子増倍管から出力される光量信号の強度(最小強度MIN)が、バックグラウンド成分の強度と等しい場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。対物レンズ23の移動範囲を上記より狭く設定する場合(最小強度MIN>バックグラウンド成分の強度)にも、本発明を適用できる。このとき、ピーク形状の高低の判断基準は上記の値(1.05)より小さくなる。
In the above-described embodiment, the example in which the process proceeds to the process in step S9 after the process (normal calculation) in step S8 has been described, but the present invention is not limited to this. Since the calculation result in step S8 is always appropriate, the process may proceed to step S10 after step S8.
Furthermore, in the above-described embodiment, the intensity (minimum intensity MIN) of the light amount signal output from the photomultiplier tube of the light amount detection circuit 11 at the upper limit end and the lower limit end of the movement range of the objective lens 23 is the background component. Although the case where it is equal to intensity | strength was demonstrated, this invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a case where the moving range of the objective lens 23 is set narrower than the above (minimum intensity MIN> background component intensity). At this time, the criterion for determining the peak shape is smaller than the above value (1.05).

また、上記した実施形態では、ステップS7の処理(4点式計算)において、間隔D1を60μm、間隔D2を120μmとしたが、本発明はこれに限定されない。間隔D1と間隔D2が異なる値であれば、本発明を適用できる。間隔D1と間隔D2の値を標本21に応じて変更可能としても構わない。
さらに、上記した実施形態では、受光面に入射する光量を一括で検知する光電子増倍管の例で説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光量を分割して検知し、後段の信号処理系で総和を取る構成などが考えられる。
In the embodiment described above, in the process of step S7 (4-point calculation), the interval D 1 is set to 60 μm and the interval D 2 is set to 120 μm. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be applied if the interval D 1 and the interval D 2 are different values. The values of the interval D 1 and the interval D 2 may be changed according to the sample 21.
Furthermore, in the above-described embodiment, the example of the photomultiplier tube that collectively detects the amount of light incident on the light receiving surface has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which the amount of light is divided and detected, and the sum is obtained by a signal processing system at a later stage can be considered.

また、上記した実施形態では、標本21のステージ22を固定して対物レンズ23を上下方向に移動させる構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。対物レンズ23を固定してステージ22を上下方向に移動させる場合にも本発明を適用できる。
さらに、上記した実施形態では、蛍光観察の対象物(標本21)から発生する微弱な蛍光を取り込んで焦点検出を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。観察対象物の標本から発生する微弱な光(例えば標本自体の化学発光など)を取り込んで焦点検出を行う場合にも本発明を適用できる。
In the embodiment described above, the configuration in which the stage 22 of the specimen 21 is fixed and the objective lens 23 is moved in the vertical direction has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to the case where the objective lens 23 is fixed and the stage 22 is moved in the vertical direction.
Furthermore, in the above-described embodiment, the case has been described in which weak fluorescence generated from the object (specimen 21) for fluorescence observation is taken to perform focus detection, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied when focus detection is performed by taking in weak light (for example, chemiluminescence of the specimen itself) generated from the specimen of the observation object.

本実施形態の焦点検出装置10の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the focus detection apparatus 10 of this embodiment. 焦点検出装置10の検出動作の手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a procedure of a detection operation of the focus detection device 10. マトリクスグラフの一例と移動平均処理を説明する図である。It is a figure explaining an example of a matrix graph and a moving average process. ピーク形状が低い場合の4点式計算を説明する図である。It is a figure explaining 4 point type | formula calculation in case a peak shape is low. ピーク形状が高い場合の通常計算を説明する図である。It is a figure explaining normal calculation in case a peak shape is high.

符号の説明Explanation of symbols

10 焦点検出装置
11 光量検出回路
12 駆動回路
13 記憶回路
14 合焦位置演算回路
15 位置制御回路
20 筐体
21 標本
22 ステージ
23 対物レンズ
24 移動機構
25 光源
26 ダイクロイックミラー
27 ハーフミラー
28 所定の結像面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Focus detection apparatus 11 Light quantity detection circuit 12 Drive circuit 13 Memory circuit 14 Focus position calculation circuit 15 Position control circuit 20 Case 21 Sample 22 Stage 23 Objective lens 24 Moving mechanism 25 Light source 26 Dichroic mirror 27 Half mirror 28 Predetermined imaging surface

Claims (5)

観察対象物から発生する焦点検出用の光を検知して、前記対象物と対物レンズとの相対位置に応じた光量信号を出力するセンサ部と、
複数の前記相対位置における前記光量信号を前記センサ部から取り込み、前記相対位置と前記光量信号の強度との関係を表すデータ列を生成する生成部と、
前記データ列に基づいて、前記光量信号の最大強度に対応する前記相対位置を求め、該相対位置を基準位置に設定する第1の設定部と、
前記基準位置より前記相対位置が近づく方向において、前記基準位置から第1間隔だけ離れた第1位置と、前記基準位置から前記第1間隔とは異なる第2間隔だけ離れた第2位置とを設定すると共に、前記基準位置より前記相対位置が離れる方向において、前記基準位置から前記第1間隔だけ離れた第3位置と、前記基準位置から前記第2間隔だけ離れた第4位置とを設定する第2の設定部と、
前記データ列の各点のうち、前記第1位置と前記第2位置に対応する2点を結ぶ直線と、前記第3位置と前記第4位置に対応する2点を結ぶ直線との交点を求め、該交点における前記相対位置を合焦位置に決定する決定部とを備えた
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
A sensor unit that detects light for focus detection generated from the observation object and outputs a light amount signal corresponding to a relative position between the object and the objective lens;
A generation unit that captures the light amount signals at a plurality of the relative positions from the sensor unit, and generates a data string representing a relationship between the relative position and the intensity of the light amount signal;
A first setting unit that obtains the relative position corresponding to the maximum intensity of the light amount signal based on the data string, and sets the relative position as a reference position;
In the direction in which the relative position approaches the reference position, a first position that is separated from the reference position by a first interval and a second position that is separated from the reference position by a second interval different from the first interval are set. And a third position that is separated from the reference position by the first interval and a fourth position that is separated from the reference position by the second interval in a direction in which the relative position is separated from the reference position. Two setting sections;
Of each point of the data string, an intersection of a straight line connecting two points corresponding to the first position and the second position and a straight line connecting two points corresponding to the third position and the fourth position is obtained. And a determining unit that determines the relative position at the intersection as the in-focus position.
請求項1に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記データ列をグラフ化したときのピーク形状を判断する判断部をさらに備え、
前記第1の設定部と前記第2の設定部と前記決定部とは、前記判断部による判断の結果、前記ピーク形状が平坦なときに、それぞれ、前記基準位置の設定処理と、前記第1位置と前記第2位置と前記第3位置と前記第4位置の設定処理と、前記合焦位置の決定処理とを実行する
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
In the focus detection apparatus of the microscope according to claim 1,
A judgment unit for judging a peak shape when the data string is graphed;
The first setting unit, the second setting unit, and the determination unit, when the peak shape is flat as a result of the determination by the determination unit, respectively, A focus detection apparatus for a microscope, comprising: setting processing of a position, the second position, the third position, and the fourth position, and determination processing of the in-focus position.
請求項2に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記判断部は、前記データ列の前記光量信号の最大強度MAXとバックグラウンド成分の強度MINとが、次の条件式を満足するときに、前記ピーク形状が平坦と判断する
MAX / MIN < 1.05
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
The focus detection apparatus for a microscope according to claim 2,
The determination unit determines that the peak shape is flat when the maximum intensity MAX of the light amount signal in the data string and the intensity MIN of the background component satisfy the following conditional expression:
MAX / MIN <1.05
The focus detection apparatus of the microscope characterized by the above-mentioned.
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記生成部は、前記センサ部から複数の前記相対位置における前記光量信号を取り込み、前記相対位置が隣接する複数の前記光量信号の強度の移動平均処理を行うことにより、前記データ列を生成する
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
In the focus detection apparatus of the microscope of any one of Claims 1-3,
The generating unit takes in the light amount signals at a plurality of the relative positions from the sensor unit, and generates the data string by performing a moving average process of the intensities of the plurality of light amount signals adjacent to the relative positions. Microscope focus detection device characterized by the above.
請求項4に記載の顕微鏡の焦点検出装置において、
前記生成部は、前記センサ部の感度の設定値に基づいて、前記移動平均処理の実行回数を定める
ことを特徴とする顕微鏡の焦点検出装置。
The focus detection apparatus for a microscope according to claim 4,
The generation unit determines the number of executions of the moving average process based on a sensitivity setting value of the sensor unit.
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