JP2001042205A - 顕微鏡用の焦点検出装置 - Google Patents
顕微鏡用の焦点検出装置Info
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- JP2001042205A JP2001042205A JP11213300A JP21330099A JP2001042205A JP 2001042205 A JP2001042205 A JP 2001042205A JP 11213300 A JP11213300 A JP 11213300A JP 21330099 A JP21330099 A JP 21330099A JP 2001042205 A JP2001042205 A JP 2001042205A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 顕微鏡の対物レンズに光軸非対称な光束を入
射させ、被検物体上に投影される光像（ボケ像）の横ず
れに基づいて、顕微鏡の焦点ずれを検出する顕微鏡用の
焦点検出装置において、階調変化や凹凸を有する被検物
体に対して高い焦点検出精度を得ることを目的とする。 【解決手段】 被検物体を撮像して得た画像信号を輝度
制限することにより、被検物体の階調変化や凹凸などに
起因する光量分布の変化を抑圧する。その結果、被検物
体の階調変化や凹凸などによる焦点検出誤差を的確に排
除することが可能となる。また、輝度制限に先立って、
画像信号の黒レベル変動を補正する。そのため、輝度制
限によって黒レベル変動の影響が大きくあらわれるなど
の不具合もなくなり、さらに高い焦点検出精度を得るこ
とが可能となる。
射させ、被検物体上に投影される光像（ボケ像）の横ず
れに基づいて、顕微鏡の焦点ずれを検出する顕微鏡用の
焦点検出装置において、階調変化や凹凸を有する被検物
体に対して高い焦点検出精度を得ることを目的とする。 【解決手段】 被検物体を撮像して得た画像信号を輝度
制限することにより、被検物体の階調変化や凹凸などに
起因する光量分布の変化を抑圧する。その結果、被検物
体の階調変化や凹凸などによる焦点検出誤差を的確に排
除することが可能となる。また、輝度制限に先立って、
画像信号の黒レベル変動を補正する。そのため、輝度制
限によって黒レベル変動の影響が大きくあらわれるなど
の不具合もなくなり、さらに高い焦点検出精度を得るこ
とが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡の対物レン
ズに光軸非対称な光束を投射し、被検物体上に投影され
るボケ像の横ずれに基づいて、顕微鏡の焦点ずれを検出
する顕微鏡用の焦点検出装置（いわゆる『横ずれ式焦点
検出装置』）に関する。
ズに光軸非対称な光束を投射し、被検物体上に投影され
るボケ像の横ずれに基づいて、顕微鏡の焦点ずれを検出
する顕微鏡用の焦点検出装置（いわゆる『横ずれ式焦点
検出装置』）に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、落射照明型の顕微鏡７１に搭載
される、従来の横ずれ式焦点検出装置を示す図である。
される、従来の横ずれ式焦点検出装置を示す図である。
【０００３】《従来例の構成》図３において、顕微鏡７
１は、観察光学系と照明光学系と焦点検出光学系とから
構成されている。まず、観察光学系は、接眼レンズ１２
と、プリズム１３と、副対物レンズ１４と、ハーフミラ
ー１５と、ハーフミラー１６と、対物レンズ１７とから
構成される。この対物レンズ１７の物空間側には、被検
物体Ｓが置かれたステージ１８が設けられる。照明光学
系は、可視光線を発する観察用光源２０と、照明レンズ
２１とから構成される。この照明レンズ２１を通過した
照明光は、ハーフミラー１５に反射されて観察光学系に
導かれ、被検物体Ｓを照明する。一方、焦点検出光学系
は、焦点検出用光源３０と、遮光板３１と、ハーフミラ
ー３２と、レンズ３３と、撮像素子３４とから構成され
る。この撮像素子３４の画像信号は、ＡＧＣ回路（オー
トゲインコントロール回路）３５および積分回路３６を
介した後、比較回路３７に与えられる。この比較回路３
７の出力は、モータ駆動回路３８を介して電流増幅さ
れ、モータ３９に供給される。このモータ３９の駆動力
は、ステージ１８を上下方向に駆動する。
１は、観察光学系と照明光学系と焦点検出光学系とから
構成されている。まず、観察光学系は、接眼レンズ１２
と、プリズム１３と、副対物レンズ１４と、ハーフミラ
ー１５と、ハーフミラー１６と、対物レンズ１７とから
構成される。この対物レンズ１７の物空間側には、被検
物体Ｓが置かれたステージ１８が設けられる。照明光学
系は、可視光線を発する観察用光源２０と、照明レンズ
２１とから構成される。この照明レンズ２１を通過した
照明光は、ハーフミラー１５に反射されて観察光学系に
導かれ、被検物体Ｓを照明する。一方、焦点検出光学系
は、焦点検出用光源３０と、遮光板３１と、ハーフミラ
ー３２と、レンズ３３と、撮像素子３４とから構成され
る。この撮像素子３４の画像信号は、ＡＧＣ回路（オー
トゲインコントロール回路）３５および積分回路３６を
介した後、比較回路３７に与えられる。この比較回路３
７の出力は、モータ駆動回路３８を介して電流増幅さ
れ、モータ３９に供給される。このモータ３９の駆動力
は、ステージ１８を上下方向に駆動する。
【０００４】《従来例の焦点検出動作》以下、このよう
な従来例の焦点検出動作について説明する。まず、焦点
検出用光源３０から射出された光束は、遮光板３１で一
部遮光されて、対物レンズ１７の光軸に対して非対称な
光束に整形される。この光軸非対称な光束は、ハーフミ
ラー３２およびレンズ３３を通過した後、ハーフミラー
１６に反射されて観察光学系に導かれる。対物レンズ１
７は、この光束を収束させて、被検物体Ｓ上に所定パタ
ーン（スポット、線など）の光像を形成する。
な従来例の焦点検出動作について説明する。まず、焦点
検出用光源３０から射出された光束は、遮光板３１で一
部遮光されて、対物レンズ１７の光軸に対して非対称な
光束に整形される。この光軸非対称な光束は、ハーフミ
ラー３２およびレンズ３３を通過した後、ハーフミラー
１６に反射されて観察光学系に導かれる。対物レンズ１
７は、この光束を収束させて、被検物体Ｓ上に所定パタ
ーン（スポット、線など）の光像を形成する。
【０００５】この光像は、光軸非対称な光束から形成さ
れるため、対物レンズ１７が合焦状態から一旦外れる
と、非対称形のボケ（スポット像の場合には半円状のボ
ケなど）を発生する。このとき、合焦面を境に光軸非対
称な光束が交差するので、前ピン状態と後ピン状態とで
は、ボケの非対称形状が反転する。このようなボケの形
状変化により、光像には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うな、焦点ずれに対応した光量分布の変位（横ずれ）が
生じる。
れるため、対物レンズ１７が合焦状態から一旦外れる
と、非対称形のボケ（スポット像の場合には半円状のボ
ケなど）を発生する。このとき、合焦面を境に光軸非対
称な光束が交差するので、前ピン状態と後ピン状態とで
は、ボケの非対称形状が反転する。このようなボケの形
状変化により、光像には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うな、焦点ずれに対応した光量分布の変位（横ずれ）が
生じる。
【０００６】撮像素子３４は、この被検物体Ｓ上の光像
を、対物レンズ１７、ハーフミラー１６、レンズ３３、
ハーフミラー３２を介して撮像し、画像信号を生成す
る。ＡＧＣ回路３５は、信号ゲインを自動調整して、こ
の画像信号のピークレベルを所定値に揃える。このよう
に処理された画像信号は、積分回路３６において積分処
理される。
を、対物レンズ１７、ハーフミラー１６、レンズ３３、
ハーフミラー３２を介して撮像し、画像信号を生成す
る。ＡＧＣ回路３５は、信号ゲインを自動調整して、こ
の画像信号のピークレベルを所定値に揃える。このよう
に処理された画像信号は、積分回路３６において積分処
理される。
【０００７】比較回路３７は、積分回路３６の積分出力
に基づいて、光量分布の中心（図４中に示すＪＦ）を検
出する。比較回路３７は、この光量分布の変位に対応し
た電圧を、焦点検出結果として出力する。この焦点検出
結果は、モータ駆動回路３８およびモータ３９を介し
て、ステージ１８の上下方向の位置制御にフィードバッ
クされ、顕微鏡７１を合焦状態に導く。
に基づいて、光量分布の中心（図４中に示すＪＦ）を検
出する。比較回路３７は、この光量分布の変位に対応し
た電圧を、焦点検出結果として出力する。この焦点検出
結果は、モータ駆動回路３８およびモータ３９を介し
て、ステージ１８の上下方向の位置制御にフィードバッ
クされ、顕微鏡７１を合焦状態に導く。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな横ずれ式焦点検出装置では、被検物体Ｓの輝度階調
の変化や、被検物体Ｓの微小な凹凸などにより、光像の
光量分布が変調されるおそれがあった。図４（ａ），
（ｂ）に点線で示す光量分布は、このように変調された
光量分布の一例を示す図である。この場合、光量分布の
中心ＪＦ′は、光量分布の変調の影響を受けて、本来の
中心ＪＦからはずれてしまう。したがって、その分だ
け、焦点検出結果に誤差が生じてしまうという問題点が
あった。そこで、本発明では、上述した問題点を解決す
るために、階調変化や凹凸を有する被検物体を観察する
場合においても、高い焦点検出精度を維持することが可
能な焦点検出装置を提供することを目的とする。
うな横ずれ式焦点検出装置では、被検物体Ｓの輝度階調
の変化や、被検物体Ｓの微小な凹凸などにより、光像の
光量分布が変調されるおそれがあった。図４（ａ），
（ｂ）に点線で示す光量分布は、このように変調された
光量分布の一例を示す図である。この場合、光量分布の
中心ＪＦ′は、光量分布の変調の影響を受けて、本来の
中心ＪＦからはずれてしまう。したがって、その分だ
け、焦点検出結果に誤差が生じてしまうという問題点が
あった。そこで、本発明では、上述した問題点を解決す
るために、階調変化や凹凸を有する被検物体を観察する
場合においても、高い焦点検出精度を維持することが可
能な焦点検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以下、実施形態の符号を
対応付けながら、課題を解決するための手段を説明す
る。なお、ここでの対応付けは、参考のためであり、本
発明を特に限定するものではない。
対応付けながら、課題を解決するための手段を説明す
る。なお、ここでの対応付けは、参考のためであり、本
発明を特に限定するものではない。
【００１０】《請求項１》請求項１に記載の発明は、顕
微鏡の対物レンズに対し光軸非対称に光束を入射させ
て、顕微鏡の被検物体に光像（ボケ像も含む）を投影す
る光束入射手段（３０，３１，３３，１６）と、被検物
体上の光像を撮像する光電変換部（３４）と、光電変換
部の画像信号から光像の光量分布を判定し、被検物体上
の光像の横ずれを検出する信号処理部（１，２，３６，
３７）とを備えて、信号処理部により検出された横ずれ
に対応して、顕微鏡の焦点ずれを検出する焦点検出装置
において、信号処理部は、画像信号に基づく光量分布の
判定に先立って、画像信号の輝度を制限する輝度制限手
段（２）を備えることを特徴とする。上記構成では、輝
度制限手段を新たに設けて、画像信号の輝度を制限す
る。その結果、被検物体の階調変化や凹凸などによって
生じていた光量分布の変化が抑圧される。その結果、光
量分布の変調に起因する焦点検出誤差は、確実に軽減さ
れる。
微鏡の対物レンズに対し光軸非対称に光束を入射させ
て、顕微鏡の被検物体に光像（ボケ像も含む）を投影す
る光束入射手段（３０，３１，３３，１６）と、被検物
体上の光像を撮像する光電変換部（３４）と、光電変換
部の画像信号から光像の光量分布を判定し、被検物体上
の光像の横ずれを検出する信号処理部（１，２，３６，
３７）とを備えて、信号処理部により検出された横ずれ
に対応して、顕微鏡の焦点ずれを検出する焦点検出装置
において、信号処理部は、画像信号に基づく光量分布の
判定に先立って、画像信号の輝度を制限する輝度制限手
段（２）を備えることを特徴とする。上記構成では、輝
度制限手段を新たに設けて、画像信号の輝度を制限す
る。その結果、被検物体の階調変化や凹凸などによって
生じていた光量分布の変化が抑圧される。その結果、光
量分布の変調に起因する焦点検出誤差は、確実に軽減さ
れる。
【００１１】《請求項２》請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の顕微鏡用の焦点検出装置において、信号
処理部は、画像信号の輝度制限に先立って、画像信号の
黒レベルを補正する黒レベル補正手段（１）を備えるこ
とを特徴とする。通常、画像信号の輝度制限によって、
黒レベル側のゲインは相対的に大きくなる。そのため、
黒レベルに変動が生じていた場合、光量分布の判定に与
える影響は従来よりも大きく、焦点検出時の新たな誤差
要因となってしまう。しかしながら上記構成では、輝度
制限に先立って、画像信号の黒レベルを補正するので、
このような誤差要因を的確に回避することが可能とな
る。
求項１に記載の顕微鏡用の焦点検出装置において、信号
処理部は、画像信号の輝度制限に先立って、画像信号の
黒レベルを補正する黒レベル補正手段（１）を備えるこ
とを特徴とする。通常、画像信号の輝度制限によって、
黒レベル側のゲインは相対的に大きくなる。そのため、
黒レベルに変動が生じていた場合、光量分布の判定に与
える影響は従来よりも大きく、焦点検出時の新たな誤差
要因となってしまう。しかしながら上記構成では、輝度
制限に先立って、画像信号の黒レベルを補正するので、
このような誤差要因を的確に回避することが可能とな
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。なお、本実施形態は、請求
項１，２に記載の発明に対応する実施形態である。図１
は、本実施形態の構成を示す図である。本実施形態の構
成上の特徴は、次の点である。 （１）ＡＧＣ回路３５の出力は、黒レベル補正回路１に
入力される。 （２）黒レベル補正回路１の出力は、リミッタ回路２を
介して、積分回路３６に供給される。 なお、その他の構成については、従来例（図３）と同じ
ため、ここでの説明を省略する。
ける実施の形態を説明する。なお、本実施形態は、請求
項１，２に記載の発明に対応する実施形態である。図１
は、本実施形態の構成を示す図である。本実施形態の構
成上の特徴は、次の点である。 （１）ＡＧＣ回路３５の出力は、黒レベル補正回路１に
入力される。 （２）黒レベル補正回路１の出力は、リミッタ回路２を
介して、積分回路３６に供給される。 なお、その他の構成については、従来例（図３）と同じ
ため、ここでの説明を省略する。
【００１３】図２は、本実施形態における各部の動作波
形を示す図である。図２（ａ）は、撮像素子３４から出
力される画像信号の波形である。この画像信号には、黒
レベル側にオフセット変動が生じている。黒レベル補正
回路１は、このオフセット変動をＤＣクランプ動作によ
り除去し、黒レベルの補正を行う。
形を示す図である。図２（ａ）は、撮像素子３４から出
力される画像信号の波形である。この画像信号には、黒
レベル側にオフセット変動が生じている。黒レベル補正
回路１は、このオフセット変動をＤＣクランプ動作によ
り除去し、黒レベルの補正を行う。
【００１４】図２（ｂ）は、黒レベル補正回路１から出
力される画像信号である。この画像信号には、被検物体
Ｓの階調変化や凹凸などに起因する変調成分が依然残っ
ている。リミッタ回路２は、この画像信号を増幅した上
で最大輝度レベルを制限し、画像信号の輝度変調を抑制
する。
力される画像信号である。この画像信号には、被検物体
Ｓの階調変化や凹凸などに起因する変調成分が依然残っ
ている。リミッタ回路２は、この画像信号を増幅した上
で最大輝度レベルを制限し、画像信号の輝度変調を抑制
する。
【００１５】図２（ｃ）は、リミッタ回路２から出力さ
れた画像信号である。積分回路３６および比較回路３７
は、このように輝度制限された画像信号に基づいて、光
量分布の中心ＪＦを正確に検出する。
れた画像信号である。積分回路３６および比較回路３７
は、このように輝度制限された画像信号に基づいて、光
量分布の中心ＪＦを正確に検出する。
【００１６】したがって、本実施形態では、被検物体Ｓ
の階調変化や凹凸などにより光量分布が変調されるよう
なケースにおいても、変調による影響を極力排除して、
正確な中心ＪＦを求めることができる。したがって、横
ずれ式焦点検出装置の検出精度を高めることが可能とな
る。
の階調変化や凹凸などにより光量分布が変調されるよう
なケースにおいても、変調による影響を極力排除して、
正確な中心ＪＦを求めることができる。したがって、横
ずれ式焦点検出装置の検出精度を高めることが可能とな
る。
【００１７】
【発明の効果】《請求項１》請求項１に記載の発明で
は、画像信号の輝度制限を行うことにより、被検物体の
階調変化や凹凸などによって生じていた光量分布の変化
が抑圧される。したがって、階調変化や凹凸を有する被
検物体を観察する場合においても、高い焦点検出精度を
得ることが可能となる。
は、画像信号の輝度制限を行うことにより、被検物体の
階調変化や凹凸などによって生じていた光量分布の変化
が抑圧される。したがって、階調変化や凹凸を有する被
検物体を観察する場合においても、高い焦点検出精度を
得ることが可能となる。
【００１８】《請求項２》請求項２に記載の発明では、
輝度制限に先立って、画像信号の黒レベルを補正する。
したがって、輝度制限によって黒レベル側のゲインが相
対的に大きくなったとしても、黒レベル変動に起因する
焦点検出誤差を的確に防ぎ、さらに高い焦点検出精度を
得ることが可能となる。
輝度制限に先立って、画像信号の黒レベルを補正する。
したがって、輝度制限によって黒レベル側のゲインが相
対的に大きくなったとしても、黒レベル変動に起因する
焦点検出誤差を的確に防ぎ、さらに高い焦点検出精度を
得ることが可能となる。
【図１】本実施形態の構成を示す図である。
【図２】本実施形態における各部の動作波形を示す図で
ある。
ある。
【図３】落射照明型の顕微鏡７１に搭載される、従来の
横ずれ式焦点検出装置を示す図である。
横ずれ式焦点検出装置を示す図である。
【図４】横ずれ式焦点検出装置の焦点検出動作を説明す
るための図である。
るための図である。
１ 黒レベル補正回路 ２ リミッタ回路 １１，７１ 顕微鏡 １２ 接眼レンズ １３ プリズム １４ 副対物レンズ １５，１６，３２ ハーフミラー １７ 対物レンズ １８ ステージ ２０ 観察用光源 ２１ 照明レンズ ３０ 焦点検出用光源 ３１ 遮光板 ３３ レンズ ３４ 撮像素子 ３５ ＡＧＣ回路 ３６ 積分回路 ３７ 比較回路 ３８ モータ駆動回路 ３９ モータ Ｓ 被検物体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H051 AA11 BA47 BA49 BA72 CB05 CB11 CC02 CD01 CD30 CE14 DA22 2H052 AC04 AD09
Claims (2)
- 【請求項１】 顕微鏡の対物レンズに対し光軸非対称に
光束を入射させて、顕微鏡の被検物体に光像（ボケ像も
含む）を投影する光束入射手段と、 前記被検物体上の光像を撮像する光電変換部と、 前記光電変換部の画像信号から前記光像の光量分布を判
定し、前記被検物体上の光像の横ずれを検出する信号処
理部とを備え、 前記信号処理部により検出された前記横ずれに対応し
て、前記顕微鏡の焦点ずれを検出する焦点検出装置にお
いて、 前記信号処理部は、前記画像信号に基づく前記光量分布
の判定に先立って、前記画像信号の輝度を制限する輝度
制限手段を備えることを特徴とする顕微鏡用の焦点検出
装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の顕微鏡用の焦点検出装
置において、 前記信号処理部は、前記画像信号の輝度制限に先立っ
て、前記画像信号の黒レベルを補正する黒レベル補正手
段を備えることを特徴とする顕微鏡用の焦点検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11213300A JP2001042205A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 顕微鏡用の焦点検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11213300A JP2001042205A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 顕微鏡用の焦点検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001042205A true JP2001042205A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16636852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11213300A Pending JP2001042205A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 顕微鏡用の焦点検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001042205A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005070537A (ja) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Olympus Corp | 顕微鏡像撮像装置及び顕微鏡像撮像方法 |
-
1999
- 1999-07-28 JP JP11213300A patent/JP2001042205A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005070537A (ja) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Olympus Corp | 顕微鏡像撮像装置及び顕微鏡像撮像方法 |
| JP4504644B2 (ja) * | 2003-08-26 | 2010-07-14 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡像撮像装置及び顕微鏡像撮像方法 |
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