FR2725532A1 - Microscope autofocus - Google Patents
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Abstract
Le mécanisme autofocus proposé fonctionne avec un microscope ayant un trajet optique principal, un objectif (10), une surface objet (16) et un plan image (14). Le mécanisme autofocus comprend de préférence un système d'imagerie de configuration, un unique détecteur d'image (70) et un analyseur de mise au point de configuration. Le système d'imagerie de configuration forme une image d'au moins une configuration à travers l'objectif le long du trajet optique principal, et forme cette image sur la surface objet. L'image de la configuration est ensuite combinée à une image de l'objet et réfléchie le long du trajet optique principal en direction du plan image. Le détecteur d'image (70) détecte l'image réfléchie et l'analyseur (72) de mise au point de configuration détermine l'amplitude de la netteté de la configuration en analysant la sortie du détecteur d'image.
Description
MICROSCOPE AUTOFOCUS
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne d'une façon générale des mécanismes autofocus et en particulier des mécanismes autofocus pour systèmes optiques à faible ouverture numérique.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Des systèmes autofocus pour systèmes optiques tels que
des microscopes, sont connus dans la technique antérieure.
Il en existe un certain nombre de types différents qui comprennent tous une unité de détection d'autofocus et un dispositif de commande autofocus. L'unité de détection délivre un signal de détection de mise au point qui est proportionnelle à l'amplitude du défaut de mise au point de l'image (par exemple proportionnelle à la distance entre le plan objet nominal et le plan réel dans lequel se trouve l'objet). Le dispositif de commande qui est typiquement un moteur d'un type quelconque fait subir un mouvement de
translation à l'objet ou au plan focal.
Les systèmes autofocus peuvent se subdiviser en deux groupes principaux, les systèmes statiques et les systèmes dynamiques, selon l'état de l'objet qui n'est pas mis au point. Un système autofocus actuel utilise l'objet qui reste
fixe et détermine l'amplitude du défaut de mise au point.
Par exemple, les systèmes autofocus des appareils photographiques analysent la précision des détails de l'objet sur l'image reçue pour déterminer l'importance du défaut de mise au point. Alors que le système optique est rapproché et éloigné de l'objet, le changement du défaut de
mise au point est mesuré.
Un microscope typique de la technique antérieure est illustré sur la figure 1, à laquelle il est maintenant fait référence. Le microscope comprend, sur le trajet optique 8, un objectif translatable 10, une lentille fixe 12, un plan image 14 qui est le plan focal de la lentille 12, et une platine ou plan 16 sur lequel un objet à observer, tel qu'un film, est placé. Le microscope comprend en outre une source lumineuse 18 pour éclairer l'objet et un séparateur de faisceau 20 pour orienter le faisceau lumineux 22 produit
par la source lumineuse 18 vers la platine porte-objet 16.
L'objet placé sur la platine 16 réfléchit la lumière vers l'objectif 10, le séparateur de faisceau 20 et la lentille
fixe 12 en direction du plan image 14.
Si le porte-objet 16 n'est pas dans le plan focal de la lentille 10, la mise au point est ajustée en déplaçant la lentille 10 dans la direction du trajet optique 8. Ou encore, le porte-objet 16 est déplacé. La profondeur de champ (DOF) de l'objectif 10 est limitée, comme le montre la
figure 1.
Les microscopes comportent typiquement des unités de détection autofocus à triangulation qui utilisent un éclairage optique et une réflexion spéculaire. Ainsi, comme le montre la figure 2, à laquelle on va se référer maintenant, une source lumineuse autofocus 19 est placée de manière à éclairer en oblique le plan objet 16 et le microscope comporte en plus un détecteur capteur de position (PSD) 28 pour capter le déplacement latéral du faisceau (comme cela sera expliqué ci-dessous) et un moteur 27 pour
déplacer l'objectif 10.
Dans le microscope de la figure 2, le faisceau lumineux, portant le repère 30, est dévié par le séparateur de faisceau 20 en un point A vers un côté du trajet optique 8. Le faisceau dévié 30 est dévié par l'objectif 10 de manière à éclairer en oblique, sous un angle a, le plan objet 16 au point de réflexion C. Le faisceau 30 est réfléchi sous forme du faisceau lumineux réfléchi 32 et dévié par le séparateur de faisceau en un point B, de l'autre côté du trajet optique 8 par rapport au point A. Le faisceau lumineux dévié 32 éclaire donc le détecteur 28 qui mesure la position dans laquelle
le faisceau 32 arrive sur ce détecteur.
Si la surface objet 16 n'est pas mise au point parce qu'elle est loin de l'objectif 10, par exemple, en une position repérée 16' et représentée en traits interrompus, le faisceau lumineux 30 avance plus loin avant d'être réfléchi, jusqu'à un point de réflexion D qui est décalé du précédent point de réflexion C. Le faisceau lumineux dévié, repéré 32', suit une trajectoire différente, en frappant le diviseur de faisceau en un point B', et en frappant de manière correspondante le
détecteur PSD 28 en un emplacement différent.
Puisque la distance entre les points de réflexion C et D est fonction de l'importance du défaut de mise au point et que cette distance réapparaît sous la forme de la distance entre les points B et B', l'importance du défaut de mise au point peut être mesurée et, en conséquence, compensée en
faisant déplacer l'objectif 10 par le moteur 27.
Les Brevets U.S. suivants décrivent différents systèmes fonctionnant sur le principe de triangulation exposé ci-dessus: 5,136,149 au nom de Fujiwara et al., et
4,577,095 au nom de Watanabe.
L'autofocus dynamique s'emploie lorsque l'on souhaite maintenir en permanence un objet focalisé en le déplaçant par rapport à l'objectif. Ces procédés sont courants dans des systèmes automatiques d'inspection optique, tels que les systèmes d'inspection des plaquettes de silicium ou des réticules qui doivent inspecter un objet de grande surface
en une courte période de temps.
Dans les systèmes d'inspection automatique, l'objet est exploré en continu (par un mouvement dans le plan de la surface de l'objet représenté par la flèche 29) et une configuration bi-dimensionnelle est typiquement tracée sur l'objet. Le Brevet U.S. 4,639,587 au nom de Chadwick et al. décrit un système qui s'affranchit des effets d'un déplacement de l'objet. Dans ce système, une grille se trouvant sur la trajectoire d'éclairage est projetée, à travers l'objectif du microscope, sur un article examiné. La grille est projetée en alternance sur l'article en présentant deux décalages différents par rapport à l'axe optique du microscope. Il en résulte que la grille est
projetée en oblique sur l'article inspecté.
Chaque faisceau réfléchi est projeté sur une grille statique qui est ajustée sur l'image nominale de grille quand l'image est mise au point sur un quart de la période de la grille. L'intensité lumineuse des grilles réfléchies à
travers les grilles statiques est mesurée.
Le déplacement de l'article à inspecter est déterminé en fonction de l'amplitude du déplacement des grilles réfléchies par rapport aux grilles statiques. Puisque les deux trajets optiques conduisent au même déplacement de la grille, mais dans des directions opposées, la différence entre les signaux correspondants est une mesure de l'erreur de mise au point et l'erreur de mise au point est insensible
à la configuration de l'article inspecté.
Puisque le signal d'erreur du Brevet U.S. 4,639,587 est produit par des détecteurs analogiques, le système est très sensible au niveau de bruit dû à la lumière parasite, au bruit et à un manque d'uniformité des deux trajets optiques. En conséquence, le système comprend des éléments
optiques électroniques supplémentaires qui assurent l'auto-
compensation et l'auto-étalonnage nécessaires.
On remarque en outre que les procédés de triangulation
nécessitent un éclairage optique sous un angle assez grand.
Sinon, le décalage latéral du faisceau ne correspondrait pas à une mesure assez sensible de l'amplitude du défaut de mise au point. Par conséquent, les procédés de triangulation ne conviennent pas bien à des objectifs ayant de petites ouvertures numériques qui entraînent des petits angles
d'incidence des faisceaux détecteurs.
Le Brevet U.S. 4,725,722 au nom de Maeda et al., décrit un procédé d'autofocus qui convient aux circuits intégrés. Le procédé projette une configuration de bande sur l'objet à mettre au point et le contraste de l'image de la
configuration de bande est utilisé pour la mise au point.
L'image est obtenue au moyen d'un système optique et détectée par deux détecteurs placés chacun en des endroits
différents par rapport au plan focal du système optique.
Lorsque les signaux de deux détecteurs correspondent à des défauts de mise au point identiques, l'objet se trouve dans
le plan focal du système optique.
RESUME DE LA PRESENTE INVENTION
C'est un objet de la présente invention de proposer un mécanisme autofocus utile à tous les objectifs mais en particulier à ceux qui ont des ouvertures numériques faibles. En outre, c'est un objet de la présente invention de proposer un mécanisme autofocus qui est utile pendant
l'exploration de l'objet.
Le mécanisme autofocus fonctionne avec un microscope comprenant un trajet optique principal, un objectif, une surface d'objet, un plan image et un dispositif pour modifier la distance entre l'objectif et la surface de l'objet de façon à mettre au point l'image de l'objet. Le mécanisme autofocus comprend de préférence un système d'imagerie de configuration, un unique détecteur d'image et un analyseur de mise au point de configuration. Le système d'imagerie de configuration forme des images d'au moins une configuration à travers l'objectif le long du trajet optique et sur la surface de l'objet. L'image de la configuration est ensuite combinée à une image de l'objet et réfléchie le long du trajet optique vers le plan image. Le détecteur d'image détecte l'image réfléchie et l'analyseur de mise au point de configuration détermine la netteté de la
configuration en analysant la sortie du détecteur d'image.
L'analyseur de mise au point de configuration peut aussi signaler au dispositif de changement de distance, de se
déplacer dans une direction qui accroît la mise au point.
Selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, le système d'imagerie de configuration comprend un appareil de configuration de fort contraste, une lentille supplémentaire, une source lumineuse autofocus et un diviseur de faisceau. La lentille supplémentaire donne une image de la configuration à travers l'objectif sur le plan objet. La source lumineuse autofocus éclaire la configuration en direction de la lentille supplémentaire et le diviseur de faisceau associe le système d'imagerie de
configuration avec le trajet optique principal.
En plus, selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, le dispositif de configuration à contraste élevé comprend une seule configuration située sur le plan objet de la lentille supplémentaire. Ou encore, il comprend deux configurations à contraste élevé placées
équidistantes du plan objet de la lentille supplémentaire.
Dans le second cas, chacune des configurations à contraste élevé forme une image sur une partie différente du plan
objet de l'objectif.
Par ailleurs, selon des formes de réalisation préférées de la présente invention, le mécanisme autofocus est combiné le long d'une trajectoire d'éclairage du microscope. Ou encore, il peut être combiné le long du
trajet optique principal.
En outre, selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, la source lumineuse autofocus délivre
une lumière invisible à l'oeil humain.
Enfin, selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, l'analyseur de mise au point de configuration comprend un extracteur de configuration pour extraire la configuration et un contrôleur de netteté pour déterminer la netteté de la configuration. Dans le dispositif utilisant deux configurations, le détecteur de netteté des configurations agit séparément sur les images de chacune des deux configurations à contraste élevé, en établissant ainsi deux valeurs de netteté. A partir des valeurs de netteté, l'analyseur de configuration détermine une direction et une amplitude de mouvement pour le dispositif qui fait varier la distance entre l'objectif et
la surface de l'objet.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise et appréciée
grâce à la description détaillée suivante considérée en
liaison avec les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une illustration schématique d'un microscope de la technique antérieure; la figure 2 est une illustration schématique d'un microscope de l'art antérieur équipé d'un mécanisme autofocus à triangulation; la figure 3 est une illustration schématique d'un microscope équipé d'un mécanisme autofocus construit et fonctionnant selon une première forme de réalisation de la présente invention; les figures 4A, 4B et 4C sont des illustrations graphiques du signal du niveau de gris d'une image de grille idéale, mise au point, et présentant un défaut de mise au point, respectivement; les figures 4D et 4E sont des illustrations graphiques des histogrammes des courbes des figures 4B et 4C, respectivement; la figure 5 est une illustration schématique d'un microscope équipé d'un mécanisme autofocus construit et fonctionnant selon une seconde forme de réalisation préférée de la présente invention; la figure 6 est une illustration schématique de l'image des configurations de la figure 5; et la figure 7 est une illustration schématique d'un microscope équipé d'un mécanisme autofocus construit et fonctionnant selon une troisième forme de réalisation
préférée de la présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE FORMES DE REALISATION PREFEREES
Il est maintenant fait référence à la figure 3, qui représente un microscope de la technique antérieure, comme celui de la figure 1, équipé d'un dispositif autofocus accessoire 40 construit et fonctionnant selon une première
forme de réalisation préférée de la présente invention.
Comme le microscope de la figure 1, le microscope de la figure 3 comprend une platine d'objet 16, un objectif 10, un diviseur de faisceau 20, une lentille 12, un plan image 14 et une source lumineuse d'éclairage 18. Comme dans le cas de la technique antérieure, l'objectif 10, le diviseur de faisceau 20 et la lentille 12 sont sur le trajet optique principal 8 et la source lumineuse 18 forme un faisceau lumineux 50 qui, à travers le diviseur de faisceau 20, est dévié sur le trajet optique 8. Comme le montre la figure 2,
l'objectif 10 est mobile au moyen d'un moteur associé 27.
Dans le cas de la première forme de réalisation de la présente invention, le dispositif autofocus 40 est un accessoire qui peut être ajouté au système optique d'un quelconque microscope de la technique antérieure. Le dispositif 40 comprend une source lumineuse secondaire 60, une lentille d'éclairage 62, un objet transparent à contraste élevé 64, un objectif d'imagerie 66, deux diviseurs de faisceaux 68 et 69, un détecteur d'image 70 et un analyseur de configuration 72. Le diviseur de faisceau 69 est ajouté sur le trajet optique 8 et sert à former une image vers le plan image 14, laquelle doit être observée par un utilisateur, et vers le détecteur d'image 70 qui est placé à la même distance du diviseur de faisceau 69 que le plan image 14, en vue d'un traitement ultérieur. Selon les procédés connus dans la technique antérieure, si le microscope comporte déjà une caméra CCD dans le plan image 14, le dispositif autofocus 40 peut utiliser cette caméra CCD et n'a pas besoin du diviseur de faisceau 69 ni du
détecteur d'image 70.
La lentille 62 de concentration de la lumière éclaire l'objet transparent 64 avec la lumière venant de la source 60. L'objet transparent 64 peut être n'importe quel objet à contraste élevé tel qu'une configuration métallique sur un substrat en verre. La configuration peut être de n'importe quel type facilement identifiable, comme par exemple une arête contrastée, une grille, une configuration circulaire
et analogue.
La lumière venant de la configuration 64 est collectée et transférée, par exemple sous la forme d'un faisceau collimaté, par la lentille d'imagerie 66, et l'image résultante est projetée à travers les diviseurs de faisceaux
68 et 20 et l'objectif 10, sur la surface objet 16.
Les images de la configuration 64 et de l'objet placé sur la surface objet 16 sont transférées à travers l'objectif 10, le diviseur de faisceau 20 et la lentille 12, et forment des images sur le détecteur d'image 70, tel qu'un dispositif à couplage de charge (CCD), grâce auquel elles sont transformées en données numériques qui seront traitées par l'analyseur de configuration 72. On remarque que, sur la figure 3, les traits pleins représentent des faisceaux lumineux tandis que les traits interrompus représentent la
circulation des données.
La lentille 66 est ajustée pour projeter la configuration 64 sur le plan objet repéré 71, de l'objectif , et de là le système optique du microscope forme des images dans le plan image 14. Donc, si la surface objet 16 se trouve dans le plan objet 71, les deux images, celle de la configuration 64 et celle de l'objet placé sur la surface 16 seront mises au point. Même si l'objet est mobile, ce qui fait paraître l'objet brouillé, la configuration 64, qui est immobile, reste nettement visible. L'objet peut soit se déplacer de lui-même, comme par exemple dans le cas de l'observation d'un être vivant, soit peut être déplacé par le microscope, par exemple en cas de balayage de la surface
objet 16.
On note que, dans le cas du microscope de la figure 3, le plan objet est également le plan focal. Toutefois, dans d'autres types de microscopes, le plan objet est différent
du plan focal.
Lorsque, comme le montre la figure 3, la surface objet 16 n'est pas le plan objet 71, la projection de la configuration 64 sur la surface objet 16 présente un défaut de mise au point. Ceci est signalé sur la figure 3 par les prolongements 74 de la lumière arrivant de l'objectif 10. Le système optique du microscope forme une image non mise au point de la configuration non mise au point 64 et de l'objet
à travers le plan image 14 et la caméra CCD 70.
On note que le défaut de mise au point de l'image de la configuration 64 est double, une première fois parce qu'elle est projetée sur la surface objet 16 et une seconde
fois parce qu'une image en est formée sur la caméra CCD 70.
Ceci donne au dispositif autofocus 40 de la présente invention une sensibilité notable à l'importance de la netteté de l'objet. Autrement dit, quand l'objectif 10 se rapproche et s'éloigne de la surface objet 16, l'image de la
configuration 64 devient nettement plus ou moins brouillée.
Une image d'une configuration en forme de grille est illustrée schématiquement sur les figures 4A, 4B et 4C auxquelles on va maintenant se référer rapidement. Trois courbes sont représentées pour illustrer l'intensité lumineuse et le signal du niveau de gris CCD en fonction de la position horizontale X. La courbe 80 représente un profil d'intensité d'une configuration idéale ayant des parties 82 qui transmettent complètement et des parties 84 sans aucune transmission (c'est-à-dire opaques). La courbe 86 représente le signal du niveau de gris reçu par la caméra CCD, lorsque la surface objet 38 se trouve dans le plan objet 71 de l'objectif 10. La courbe 86 est une courbe périodique s'étendant dans une plage qui est légèrement inférieure à la plage allant de l'intensité minimale MIN à l'intensité maximale MAX. La courbe 88 représente le signal du niveau de gris, reçu par la caméra CCD, quand la surface objet 16 est éloignée du plan objet 71. La courbe 88 est également périodique, mais sa valeur maximale est très inférieure à la valeur du signal MAX et sa valeur minimale est beaucoup
plus grande que la valeur du signal MIN.
D'après la figure 3, à nouveau, l'analyseur de configuration 72 reçoit un flux de données venant de la caméra CCD 70 et analyse sa netteté. L'analyseur 72 dispose de deux procédés d'analyses, selon que la surface objet 18
est mobile ou non pendant la durée de l'autofocus.
Quand la surface objet 16 se déplace, la caméra CCD 70 reçoit une image brouillée de l'objet. Au contraire, l'image de la configuration est fixe et immobile par rapport à l'objectif 10 et au détecteur CCD 70. Donc, l'image de la configuration contraste nettement avec celle de l'objet et
la netteté de la configuration peut être déterminée.
Par exemple, un histogramme du niveau de gris, représentant le nombre de pixels de chaque niveau de gris dans l'image reçue, peut être formé. Quand la configuration est mise au point, les pixels de la configuration qui ne sont pas adjacents aux bords auront le même niveau de gris (c'està-dire que les zones transparentes de la configuration auront la valeur maximale sur la figure 4B et que les zones opaques auront la valeur minimale). Ainsi, un histogramme, représenté sur la figure 4D, qui va être examinée rapidement, d'une image mise au point aura un seul pic ou maximum 90 pour les parties transparentes de la configuration dans lesquelles l'objet est visible et un pic
92 pour les parties opaques (noires) de la configuration.
Quand la configuration n'est pas mise au point, l'image de la configuration est brouillée et donc, un plus grand nombre de pixels ont des valeurs intermédiaires entre les valeurs maximales et minimales, comme le montre la figure 4C. Par conséquent, un histogramme, représenté sur la figure 4E, qui va maintenant être examinée rapidement, d'une image présentant un défaut de mise au point, sera semblable à celui de la figure 4D mais avec deux pics beaucoup plus rapprochés l'un de l'autre le long de l'axe des niveaux de gris. Quand l'image est complètement brouillée, il n'y a qu'un seul pic sur l'histogramme. Donc, la netteté de l'image peut être définie en fonction de la distance entre
les deux pics le long de l'axe des niveaux de gris.
On notera que, selon le procédé décrit ci-dessus, l'autofocus peut être obtenu pendant que la surface objet 16 est explorée, parce que l'image de l'objet est complètement brouillée. Donc, tous les points de l'histogramme des niveaux de gris sont décalés le long de l'axe des niveaux de gris sensiblement de la même valeur et, par conséquent, la distance entre les pics, qui définit la netteté de l'image
ne varie pas.
Lorsque la surface objet 16 est également fixe, l'image de la configuration doit être retirée de l'image combinée avant que la netteté de la configuration puisse être déterminée. Cette soustraction peut être effectuée par tout procédé convenable quelconque. Par exemple, puisque la configuration est habituellement périodique, la transformée de Fourier de l'image reçue a un pic sur la fréquence liée à la périodicité de la configuration. L'image reçue peut être filtrée pour éliminer tous les pixels qui ne correspondent pas à la fréquence de la configuration. La netteté de l'image résultante est ensuite déterminée, selon le procédé
de l'histogramme exposé précédemment.
Ou encore, si une caméra CCD est placée dans le plan image 14, elle peut être utilisée pour analyser la configuration. Puisque la configuration d'autofocus peut interférer avec l'image à examiner dans le plan image, la source lumineuse secondaire 60 peut soit être éteinte après l'autofocus, soit avoir une gamme spectrale différente de
celle qui est appliquée à la caméra CCD dans le plan image.
Dans le premier cas (extinction de la source lumineuse), une
diode luminescente convient.
Dans le deuxième cas, la gamme spectrale du trajet optique principal (arrivant à la caméra CCD dans le plan image 14) pourrait être la gamme visible (400 à 700 nm) et celle de la trajectoire autofocus pourrait se situer dans la gamme du proche infrarouge (700 à 900 nm). Dans cet exemple, le diviseur de faisceau 69 devrait être dichroïque, et devrait transmettre la lumière ayant des longueurs d'ondes inférieures à 700 nm et réfléchir la lumière ayant des
longueurs d'ondes supérieures à 700 nm.
La différence entre l'image reçue par la caméra CCD dans le plan image 14 et l'image reçue par la caméra CCD 70 forment l'image de la configuration. Sa netteté peut être
déterminée comme expliqué précédemment.
Puisqu'une faible variation de la distance entre l'objectif 10 et la surface objet 16 entraîne une grande variation de la netteté de l'image de la configuration (puisque la configuration 64 est traitée deux fois par l'objectif 10), l'analyseur de configuration 72 peut déterminer rapidement l'importance de la netteté et peut
commander le moteur 27 en conséquence.
On remarque que l'unité autofocus de la figure 3 détermine l'amplitude de la netteté (ce qui correspond à l'importance du défaut de mise au point) mais pas la direction qui permet de la réduire. Un système de direction de défaut de mise au point est prévu dans le dispositif autofocus 100 de la figure 5 à laquelle on va se référer maintenant. Le dispositif autofocus 100 de la figure 5 est semblable à celui de la figure 3 mais il comprend deux configurations 94 et 96 et son analyseur de configuration, portant le repère 102, applique un procédé d'analyse légèrement différent. Les autres éléments sont semblables à ceux de la figure 3 et, pour des questions de clarté, ils
portent donc les mêmes numéros de référence.
Dans cette seconde forme de réalisation, les deux configurations 94 et 96 sont étudiées de manière à pouvoir être séparées. Par exemple, les deux configurations peuvent être différentes ou bien elles peuvent être semblables, mais dans deux parties différentes du plan image 14. Une image
résultant du dernier cas est représentée sur la figure 6.
L'image comprend deux jeux de lignes noires 95, dont l'un est l'image 97 de la configuration 94 et l'autre est l'image 99 de la configuration 96. On remarque que les deux configurations occupent des parties différentes de l'image
totale; l'image 97 est au-dessus de l'image 99.
En revenant à la figure 5, les deux configurations sont représentées par des points (configuration 94) et par des traits (configuration 96). Les deux configurations 94 et 96 sont respectivement placées à une distance S au-dessus et au-dessous du plan objet 98 de la lentille 66. Comme dans la forme de réalisation précédente, les lentilles 66 et 10
projettent le plan objet 98 sur le plan objet 71.
Puisque les deux configurations 94 et 96 sont équidistantes du plan objet 98, elles présentent des défauts de mise au point égaux lorsque la surface objet 16 est dans le plan objet 71 de l'objectif 10. Donc, lorsque les deux configurations 94 et 96 présentent des défauts de mise au point égaux (c'est-à-dire qu'elles ont des nettetés égales),
la surface objet 16 est mise au point.
La configuration dont l'image est la mieux mise au point indique la direction dans laquelle l'objectif 10 (ou encore la surface objet 16) doit être déplacé pour obtenir
une image mise au point.
L'analyseur de configuration 102 comprend deux extracteurs de configuration 104, qui extraient chacun l'image de l'une des configurations 94 ou 96, des dispositifs correspondants 106 détecteurs de netteté qui définissent la netteté des configurations extraites et un comparateur 108 qui détermine, à partir de la sortie des dispositifs d'évaluation de netteté 106, laquelle des configurations 94 ou 96 est la mieux mise au point et de combien. Le comparateur 108 commande alors le moteur 27 pour qu'il déplace l'objectif 70 d'une quantité telle que les images des deux configurations 94 et 96 aient la même
netteté.
On notera que le mécanisme autofocus de la présente invention, dans les deux formes de réalisation, fonctionne avec des objectifs ayant n'importequelle ouverture numérique, par exemple l'objectif 10 qui sert à obtenir une image de l'objet dans le plan image 14. Ce mécanisme est particulièrement utile lorsque les objets à examiner sont mobiles, puisque la configuration fixe d'autofocus est facile à détecter. Dans le cas d'objets fixes, une analyse plus complexe des configurations qui utilise des algorithmes élaborés pour retirer la configuration d'autofocus de l'image combinée de l'objet et de la configuration
d'autofocus, doivent être mis en oeuvre.
On notera encore que le mécanisme autofocus de la présente invention peut fonctionner pendant le mouvement d'autofocus de l'objectif 10, puisque la ou les images de la ou des configurations est ou sont fixes et que seule l'amplitude de la netteté varie quand l'objectif 10 se déplace. On va maintenant se référer rapidement à la figure 7 qui représente la présente invention incorporée dans une partie d'imagerie d'un microscope. Les éléments semblables du microscope et des mécanismes autofocus sont désignés par les mêmes numéros de référence. La présente forme de réalisation peut être particulièrement utile lorsqu'un
dispositif d'éclairage de Kohler est employé.
Dans cette forme de réalisation, la lumière du dispositif d'éclairage, repéré 198, n'est pas modifiée. Le faisceau lumineux d'autofocus 210 est appliqué, à travers un diviseur de faisceau 200 sur le trajet optique principal. Le diviseur de faisceau 200 est typiquement placé entre la lentille 12 et le diviseur de faisceau 69. La lumière venant de la surface objet 16, qui contient l'image de la configuration 64, traverse le diviseur de faisceau 200 et se trouve divisé par le diviseur de faisceau 69 entre le plan image 14 et la caméra CCD 70. Comme précédemment, l'analyseur de configuration 72 analyse l'image pour déterminer l'amplitude de sa netteté et pour indiquer comment modifier la distance entre l'objectif 10 et la
surface objet 16.
Finalement, les spécialistes de la technique apprécieront que la présente invention n'est pas limitée à ce qui a été présenté et décrit ci-dessus en particulier. Le cadre de la présente invention est donc uniquement défini
par les revendications suivantes.
Claims (11)
1. Microscope autofocus comprenant: a. un système optique de microscope ayant un trajet optique principal, le système comprenant: i. un objectif ayant un plan objet; ii. une surface objet, sur laquelle est posé un objet, laquelle doit être alignée avec ledit plan objet; iii. des moyens pour modifier la distance entre ledit objectif et ladite surface objet de façon à mettre au point l'image dudit objet; et iv. au moins un plan image dans lequel l'image dudit objet est formée; b. un système d'imagerie de configuration pour obtenir une image d'au moins une configuration à travers ledit objectif le long dudit trajet optique principal et sur ladite surface objet, l'image de ladite configuration au moins devant être combinée avec une image dudit objet et réfléchie le long dudit trajet optique principal en direction dudit plan image; c. un unique détecteur d'image placé dans l'un desdits plans image au moins pour détecter ladite image réfléchie; et d. un analyseur de mise au point de configuration pour déterminer l'amplitude de la netteté de ladite configuration
au moins en analysant la sortie du détecteur d'image.
2. Microscope autofocus selon la revendication 1 dans lequel ledit système d'imagerie de configuration comprend des moyens de configuration à contraste élevé, une lentille supplémentaire pour obtenir une image de ladite configuration à travers ledit objectif sur ledit plan objet, une source de lumière autofocus pour éclairer ladite configuration en direction de ladite lentille supplémentaire et un diviseur de faisceau pour combiner ledit système d'imagerie de configuration avec ledit trajet optique
principal.
3. Mécanisme autofocus qui fonctionne avec un microscope ayant un trajet optique principal, un objectif, une surface objet, un plan image et un dispositif pour modifier la distance entre l'objectif et la surface objet de façon à mettre au point l'image de l'objet, le mécanisme autofocus comprenant: a. un système d'imagerie de configuration pour obtenir une image d'au moins une configuration à travers ledit objectif le long dudit trajet optique principal et sur ladite surface objet, l'image de ladite configuration au moins devant être combinée à une image dudit objet et réfléchie le long dudit trajet optique principal en direction dudit plan image; b. un unique détecteur d'image placé dans l'un desdits plans image au moins pour détecter ladite image réfléchie; et c. un analyseur de mise au point de configuration pour déterminer la valeur de la mise au point de ladite configuration au moins en analysant la sortie du détecteur d'image.
4. Microscope autofocus selon l'une quelconque des
revendications 2 et 3 et dans lequel ledit moyen de
configuration à contraste élevé comprend une seule configuration située dans le plan objet de ladite lentille supplémentaire.
5. Microscope autofocus selon une quelconque des
revendications 2 et 3, dans lequel ledit moyen de
configuration à contraste élevé comprend deux configurations à contraste élevé placées équidistantes du plan objet de
ladite lentille supplémentaire.
6. Microscope autofocus selon la revendication 5, dans lequel une image de chacune desdites configurations à contraste élevé est formée sur une partie différente dudit
plan objet dudit objectif.
7. Microscope autofocus selon l'une quelconque des
revendications 2 à 6 dans lequel ledit système optique du
microscope comprend en plus un dispositif d'éclairage et une trajectoire d'éclairage, et dans lequel ledit diviseur de
faisceau est placé le long dudit trajet d'éclairage.
8. Microscope autofocus selon l'une quelconque des
revendications 2 à 6 et dans lequel ledit diviseur de
faisceau est placé le long dudit trajet optique principal.
9. Microscope autofocus selon une quelconque des
revendications 2 à 8 et dans lequel ladite source lumineuse
autofocus délivre une lumière qui est invisible par l'oeil humain.
10. Microscope autofocus selon une quelconque des
revendications 2 et 3, dans lequel ledit analyseur de mise
au point de configuration comprend un extracteur de configuration destiné à retirer ladite configuration et un dispositif d'évaluation de la netteté de la configuration
qui détermine la netteté de ladite configuration.
11. Microscope autofocus selon la revendication 10 dans lequel lesdits moyens de configuration à contraste élevé comprennent deux configurations à contraste élevé placées équidistantes du plan objet de ladite lentille supplémentaire et dans lequel ledit dispositif d'évaluation de la netteté des configurations agit séparément sur les images de chacune des deux dites configurations à contraste élevé de façon à obtenir deux valeurs de netteté et dans lequel ledit analyseur de mise au point de configuration comprend en plus des moyens pour déterminer, à partir desdites valeurs de netteté, une direction et une amplitude du mouvement desdits moyens de changement de ladite distance.
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