JP2001311866A - 顕微鏡のオートフォーカス方法及び装置 - Google Patents
顕微鏡のオートフォーカス方法及び装置Info
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- JP2001311866A JP2001311866A JP2000129873A JP2000129873A JP2001311866A JP 2001311866 A JP2001311866 A JP 2001311866A JP 2000129873 A JP2000129873 A JP 2000129873A JP 2000129873 A JP2000129873 A JP 2000129873A JP 2001311866 A JP2001311866 A JP 2001311866A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テレビカメラ顕微鏡において、視野内の所望
の位置の焦点合わせを高精度かつ高速に行うこと。 【解決手段】 平行レーザー光線を顕微鏡光路に入射
し、これを試料面に結像させ、該試料面からの戻り光を
フォトダイオードに入射する。このフォトダイオードの
入射光量から、焦点ずれの方向と、ずれ量を検出して、
レンズまたは試料をその合焦点方向にずれ量だけ補正す
るように移動させる合焦点動作を行う。一方、この合焦
点動作中に、前記試料面顕微鏡画像を撮像するテレビカ
メラからの画像を画像処理により、予め登録しておいた
試料面の被測定位置の画像と、前記撮像画像とのマッチ
ングを図り、被測定ポイントと、フォーカスポイントを
一致させるように前期試料を載置するステージを移動し
て視野内の任意の点にオートフォーカスするようにし
た。
の位置の焦点合わせを高精度かつ高速に行うこと。 【解決手段】 平行レーザー光線を顕微鏡光路に入射
し、これを試料面に結像させ、該試料面からの戻り光を
フォトダイオードに入射する。このフォトダイオードの
入射光量から、焦点ずれの方向と、ずれ量を検出して、
レンズまたは試料をその合焦点方向にずれ量だけ補正す
るように移動させる合焦点動作を行う。一方、この合焦
点動作中に、前記試料面顕微鏡画像を撮像するテレビカ
メラからの画像を画像処理により、予め登録しておいた
試料面の被測定位置の画像と、前記撮像画像とのマッチ
ングを図り、被測定ポイントと、フォーカスポイントを
一致させるように前期試料を載置するステージを移動し
て視野内の任意の点にオートフォーカスするようにし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はテレビカメラを用い
た顕微鏡のオートフォーカス装置に関するものである。
た顕微鏡のオートフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のテレビ顕微鏡のオートフォーカス
装置には、合焦点時には物体像の輪郭がくっきりするこ
と、すなわち、テレビ信号の水平走査期間内の信号レベ
ルの変化（微分値）が大きくなることを利用して対物レ
ンズまたは試料を遠近方向（フォーカス方向:Ｚ方向）
に位置を変えながら、映像信号を監視して、映像信号の
微分値を水平走査期間積分した値が大きくなる方向へ移
動させ、映像信号の微分値の水平方向積分値が最大とな
る位置を合焦点位置として位置決めする方法があった。
装置には、合焦点時には物体像の輪郭がくっきりするこ
と、すなわち、テレビ信号の水平走査期間内の信号レベ
ルの変化（微分値）が大きくなることを利用して対物レ
ンズまたは試料を遠近方向（フォーカス方向:Ｚ方向）
に位置を変えながら、映像信号を監視して、映像信号の
微分値を水平走査期間積分した値が大きくなる方向へ移
動させ、映像信号の微分値の水平方向積分値が最大とな
る位置を合焦点位置として位置決めする方法があった。
【０００３】この方法は、テレビ信号を検出して合焦点
位置を検出する為に正確に合焦点できる特徴があるが、
対物レンズ、または、試料を１ステップづつＺ方向に移
動させる必要がある。また、映像信号のサンプリング周
期が１テレビ画面でＮＴＳＣ方式で１／３０秒である為
に、オートフォーカス時間が２〜３秒〜数秒かかってし
まう欠点があった。
位置を検出する為に正確に合焦点できる特徴があるが、
対物レンズ、または、試料を１ステップづつＺ方向に移
動させる必要がある。また、映像信号のサンプリング周
期が１テレビ画面でＮＴＳＣ方式で１／３０秒である為
に、オートフォーカス時間が２〜３秒〜数秒かかってし
まう欠点があった。
【０００４】また、別の方法として、レーザダイオード
で作る点光源をコリメートレンズの焦点に置き、この点
光源とコリメートレンズとの間に、光束をミラー背面で
半分遮光するナイフエッジ付ミラーを設置し、点光源か
ら出射し、コリメートレンズを通って平行になった光
を、レーザダイオードの波長域のみ反射するダイクロイ
ックミラーで対物レンズに導いて、試料に結像させ、試
料面で反射して反射してくる戻り光を、ダイクロイック
ミラーでコリメートレンズに戻し、さらに戻り光をナイ
フエッジ付ミラーで反射して２分割ダイオードに入れ、
２分割ダイオードの各々のダイオードへの入射光量から
焦点ずれの方向と、ずれ量を検出し、この焦点ずれ量か
ら対物レンズ、または試料を合焦点位置に位置決めする
方法があった。この方法は、常に焦点ずれの方向と、ず
れ量を検出できるためにオートフォーカス動作を数十ｍ
秒という高速で行えるという特徴がある。しかしこの方
法は、レーザダイオード点光源の像が結像する視野内の
１点のみの光でオートフォーカス動作をする為に、例え
ば視野内の試料面に段差があって、点光源の結像位置と
被測定ポイントがずれている場合には、測定ポイントで
の焦点合わせができないという重大な欠点があった。
で作る点光源をコリメートレンズの焦点に置き、この点
光源とコリメートレンズとの間に、光束をミラー背面で
半分遮光するナイフエッジ付ミラーを設置し、点光源か
ら出射し、コリメートレンズを通って平行になった光
を、レーザダイオードの波長域のみ反射するダイクロイ
ックミラーで対物レンズに導いて、試料に結像させ、試
料面で反射して反射してくる戻り光を、ダイクロイック
ミラーでコリメートレンズに戻し、さらに戻り光をナイ
フエッジ付ミラーで反射して２分割ダイオードに入れ、
２分割ダイオードの各々のダイオードへの入射光量から
焦点ずれの方向と、ずれ量を検出し、この焦点ずれ量か
ら対物レンズ、または試料を合焦点位置に位置決めする
方法があった。この方法は、常に焦点ずれの方向と、ず
れ量を検出できるためにオートフォーカス動作を数十ｍ
秒という高速で行えるという特徴がある。しかしこの方
法は、レーザダイオード点光源の像が結像する視野内の
１点のみの光でオートフォーカス動作をする為に、例え
ば視野内の試料面に段差があって、点光源の結像位置と
被測定ポイントがずれている場合には、測定ポイントで
の焦点合わせができないという重大な欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、前述の従
来技術には焦点を合わせるための時間、すなわち、合焦
点のための時間が長いか、または、視野内の所望の位置
に焦点合わせをすることができないという欠点があっ
た。本発明はこれらの欠点を除去し、視野内に段差のあ
る試料でも、視野内の所望の位置に、高速で、高精度に
焦点合わせをできる顕微鏡用オートフォーカス方法及び
装置を提供することを目的とする。
来技術には焦点を合わせるための時間、すなわち、合焦
点のための時間が長いか、または、視野内の所望の位置
に焦点合わせをすることができないという欠点があっ
た。本発明はこれらの欠点を除去し、視野内に段差のあ
る試料でも、視野内の所望の位置に、高速で、高精度に
焦点合わせをできる顕微鏡用オートフォーカス方法及び
装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成する為に、レーザーによる点光源をコリメートレ
ンズで平行光にして顕微鏡光路に入射し、試料面に結像
させ、その戻り光をフォトダイオードに入射して、該フ
ォトダイオードの入射光量から、焦点ずれの方向と、ず
れ量を検出して、レンズまたは試料をその合焦点方向に
ずれ量だけ移動させると共に、この合焦点動作に合わ
せ、テレビカメラと、画像処理部とを働かせて、あらか
じめ登録しておいた被測定位置の画像と、撮像画像との
マッチングを図り、被測定ポイントの位置合わせを行
い、被測定ポイントと、フォーカスポイントを一致させ
るようにして視野内の任意の点に高速で高精度にオート
フォーカスできるようにしたものである。
を達成する為に、レーザーによる点光源をコリメートレ
ンズで平行光にして顕微鏡光路に入射し、試料面に結像
させ、その戻り光をフォトダイオードに入射して、該フ
ォトダイオードの入射光量から、焦点ずれの方向と、ず
れ量を検出して、レンズまたは試料をその合焦点方向に
ずれ量だけ移動させると共に、この合焦点動作に合わ
せ、テレビカメラと、画像処理部とを働かせて、あらか
じめ登録しておいた被測定位置の画像と、撮像画像との
マッチングを図り、被測定ポイントの位置合わせを行
い、被測定ポイントと、フォーカスポイントを一致させ
るようにして視野内の任意の点に高速で高精度にオート
フォーカスできるようにしたものである。
【０００７】更に詳しくは、本発明はこの目的を達成す
る為に、点光源をコリメートレンズで平行光にして顕微
鏡光路に入射し、ダイクロイックミラーで対物レンズに
導き、対物レンズで試料面に結像させ、その戻り光をダ
イクロイックミラーでコリメートレンズに戻して、コリ
メートレンズを通過した戻り光をナイフエッジ付ミラー
で反射し、ナイフエッジ付ミラーで反射した光の焦点面
に設けた２分割フォトダイオードに入射して、２つのフ
ォトダイオードの入射光量から、焦点ずれの方向と、ず
れ量を検出して、対物レンズまたは試料を合焦点方向に
ずれ量だけ移動させると共に、合焦点動作中にテレビカ
メラと、画像処理部とを働かせて、あらかじめ登録して
おいた被測定位置の画像と、だんだん焦点が合って来た
撮像画像とをマッチング探査を行わせて、視野内の被測
定ポイントの位置を検出してコンピュータに送り、コン
ピュータがこの被測定ポイントの位置とあらかじめ視野
中央に設定しておいたフォーカス用点光源の結像位置と
のずれ量を算出し、このずれ量を打消すように試料を搭
載したステージを移動させるようにステージ制御部を動
作させて、被測定ポイントと、フォーカスポイントを一
致させるようにして視野内の任意の点に高速で高精度に
オートフォーカスできるようにしたものである。
る為に、点光源をコリメートレンズで平行光にして顕微
鏡光路に入射し、ダイクロイックミラーで対物レンズに
導き、対物レンズで試料面に結像させ、その戻り光をダ
イクロイックミラーでコリメートレンズに戻して、コリ
メートレンズを通過した戻り光をナイフエッジ付ミラー
で反射し、ナイフエッジ付ミラーで反射した光の焦点面
に設けた２分割フォトダイオードに入射して、２つのフ
ォトダイオードの入射光量から、焦点ずれの方向と、ず
れ量を検出して、対物レンズまたは試料を合焦点方向に
ずれ量だけ移動させると共に、合焦点動作中にテレビカ
メラと、画像処理部とを働かせて、あらかじめ登録して
おいた被測定位置の画像と、だんだん焦点が合って来た
撮像画像とをマッチング探査を行わせて、視野内の被測
定ポイントの位置を検出してコンピュータに送り、コン
ピュータがこの被測定ポイントの位置とあらかじめ視野
中央に設定しておいたフォーカス用点光源の結像位置と
のずれ量を算出し、このずれ量を打消すように試料を搭
載したステージを移動させるようにステージ制御部を動
作させて、被測定ポイントと、フォーカスポイントを一
致させるようにして視野内の任意の点に高速で高精度に
オートフォーカスできるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図１〜図
６によって説明する。これらの図において、図１は本発
明の一実施例を示す全体構成図、図２は特にフォーカス
光学系光路図について詳細に示した構成図、図３は本発
明の実施例における視野内の測定ポイントとフォーカス
ポイント、画像処理登録エリアの関係を示す説明図。図
４は本発明の実施例におけるオートフォーカス後の測定
ポイントとフォーカスポイントを示す視野内画像説明。
図５は登録パターンを示す図、図６はフォーカス動作の
動作ブロック図である。
６によって説明する。これらの図において、図１は本発
明の一実施例を示す全体構成図、図２は特にフォーカス
光学系光路図について詳細に示した構成図、図３は本発
明の実施例における視野内の測定ポイントとフォーカス
ポイント、画像処理登録エリアの関係を示す説明図。図
４は本発明の実施例におけるオートフォーカス後の測定
ポイントとフォーカスポイントを示す視野内画像説明。
図５は登録パターンを示す図、図６はフォーカス動作の
動作ブロック図である。
【０００９】図１〜図６において、同一の参照符号は同
一物を示す。次に参照符号について説明する。１は顕微
鏡対物レンズ、２は顕微鏡結像レンズ、３は顕微鏡光
軸、４は資料を照らすための照明装置、５は照明装置４
の光を反射し、試料に導くと共に試料の像を顕微鏡決像
レンズ側に供給するハーフミラー、６は顕微鏡の像を電
気信号に変換、出力するテレビカメラ、７はテレビカメ
ラ６の出力の画像処理部、８は全体の動作を制御するた
めのコンピュータ、９はコンピュータ８からの指令に基
づき、資料を所定の位置に位置決めするＸＹステージ、
１０はＸ−Ｙステージ制御部、１１は焦点を求めるため
のレーザー光を発生するレーザダイオードで、例えば、
波長７８５ｎｍの近赤外レーザダイオードである。１２
はレーザーダイオード１１からのレーザー光を平行レー
ザー光に変換するコリメートレンズ、１３はダイクロイ
ックミラー、１４はナイフエッジ付ミラー、１５はレー
ザーダイオード１１の点光源光軸、１６は戻りレーザー
光の光軸、１７は戻りレーザー光の焦点面、１９はフォ
トダイオード１８のアンプ、２０はフォーカス制御部、
２１は試料である。
一物を示す。次に参照符号について説明する。１は顕微
鏡対物レンズ、２は顕微鏡結像レンズ、３は顕微鏡光
軸、４は資料を照らすための照明装置、５は照明装置４
の光を反射し、試料に導くと共に試料の像を顕微鏡決像
レンズ側に供給するハーフミラー、６は顕微鏡の像を電
気信号に変換、出力するテレビカメラ、７はテレビカメ
ラ６の出力の画像処理部、８は全体の動作を制御するた
めのコンピュータ、９はコンピュータ８からの指令に基
づき、資料を所定の位置に位置決めするＸＹステージ、
１０はＸ−Ｙステージ制御部、１１は焦点を求めるため
のレーザー光を発生するレーザダイオードで、例えば、
波長７８５ｎｍの近赤外レーザダイオードである。１２
はレーザーダイオード１１からのレーザー光を平行レー
ザー光に変換するコリメートレンズ、１３はダイクロイ
ックミラー、１４はナイフエッジ付ミラー、１５はレー
ザーダイオード１１の点光源光軸、１６は戻りレーザー
光の光軸、１７は戻りレーザー光の焦点面、１９はフォ
トダイオード１８のアンプ、２０はフォーカス制御部、
２１は試料である。
【００１０】次に図２のフォーカス光学系光路図の参照
符号を説明する。１８Ａ，１８Ｂは２分割フォトダイオ
ード、２２は試料２１の合焦点位置、２３は対物レンズ
１と試料２１が近すぎたときの試料面の位置、２４は対
物レンズ１と試料２１が遠すぎたときの位置、２５は合
焦点時の戻り光の光路、２６は前記近すぎ時の戻り光
路、２７は同じく遠すぎ時の戻り光路を示す。
符号を説明する。１８Ａ，１８Ｂは２分割フォトダイオ
ード、２２は試料２１の合焦点位置、２３は対物レンズ
１と試料２１が近すぎたときの試料面の位置、２４は対
物レンズ１と試料２１が遠すぎたときの位置、２５は合
焦点時の戻り光の光路、２６は前記近すぎ時の戻り光
路、２７は同じく遠すぎ時の戻り光路を示す。
【００１１】次に図３、図４、図５を参照する。３０は
レーザー光線が照射されているフォーカスポイント、３
１は試料２１の被測定ポイント、３２はパターン幅を測
定する場合の測定位置、３３は測定ポイント３１とは高
さの異るパターン、破線で示す３４は登録パターン（図
５参照）である。図３は試料２１の位置が登録パターン
３４とずれている状態であり、図４が、登録パターンと
試料２１の位置が一致し、測定ポイント３１とフォーカ
スポイント３０が合致した状態を示す。
レーザー光線が照射されているフォーカスポイント、３
１は試料２１の被測定ポイント、３２はパターン幅を測
定する場合の測定位置、３３は測定ポイント３１とは高
さの異るパターン、破線で示す３４は登録パターン（図
５参照）である。図３は試料２１の位置が登録パターン
３４とずれている状態であり、図４が、登録パターンと
試料２１の位置が一致し、測定ポイント３１とフォーカ
スポイント３０が合致した状態を示す。
【００１２】次にこの動作を動作ブロック図、図６に従
い説明する。コンピュータ８のスタート５１後、フォー
カス制御開始命令５２によって、フォーカス制御５３を
開始する。つまり、顕微鏡対物レンズ１と結像レンズ
２、照明装置４、ハーフミラー５等で構成される顕微鏡
光学系に、コリメートレンズ１２で平行光にされたレー
ザダイオード１１で形成したレーザー光線を入射する。
このレーザー光線は顕微鏡光軸３上に設けたダイクロイ
ックミラー１３で、対物レンズ１に導かれる。そして、
対物レンズ１で試料２１上に、例えば直径２μｍの点光
源像を結像させる。その戻り光をダイクロイックミラー
１３でコリメートレンズ１２に戻し、コリメートレンズ
１２を通った戻り光をさらにナイフエッジ付ミラー１４
で、コリメートレンズ１２の焦点面１７上でかつ戻り光
の光軸１６上に分割線のある２分割フォトダイオード１
８上に導く。この時に試料２１から反射して戻る点光源
からの光は図２に詳しく示すように、試料２１が対物レ
ンズの焦点面２２にある場合には実線で示す光路２５を
通る。そして、２分割フォトダイオード１８Ａと１８Ｂ
の中間に結像する。試料２１の面が焦点より対物レンズ
１に近い位置２３にずれた場合には破線で示す光路２６
を通ってフォトダイオード１８Ｂ側に結像する。また、
反対に遠い位置２４にずれた時には一点鎖線で示す光路
２７を通ってフォトダイオード１８Ａ側に結像する。従
って、フォトダイオード１８Ａ及び１８Ｂは試料２１の
合焦点の度合いに応じてそれぞれ光電流が発生する。ア
ンプ１９は、この合焦点度に応じて発生する光電流をＺ
軸制御部２０に送る。Ｚ軸制御部２０はこの光電流に基
づいて、光軸方向（Ｚ方向）の位置決め制御信号を発生
する。そして、試料２１が合焦点位置に来るように対物
レンズ１を顕微鏡の光軸方向に位置決めする。
い説明する。コンピュータ８のスタート５１後、フォー
カス制御開始命令５２によって、フォーカス制御５３を
開始する。つまり、顕微鏡対物レンズ１と結像レンズ
２、照明装置４、ハーフミラー５等で構成される顕微鏡
光学系に、コリメートレンズ１２で平行光にされたレー
ザダイオード１１で形成したレーザー光線を入射する。
このレーザー光線は顕微鏡光軸３上に設けたダイクロイ
ックミラー１３で、対物レンズ１に導かれる。そして、
対物レンズ１で試料２１上に、例えば直径２μｍの点光
源像を結像させる。その戻り光をダイクロイックミラー
１３でコリメートレンズ１２に戻し、コリメートレンズ
１２を通った戻り光をさらにナイフエッジ付ミラー１４
で、コリメートレンズ１２の焦点面１７上でかつ戻り光
の光軸１６上に分割線のある２分割フォトダイオード１
８上に導く。この時に試料２１から反射して戻る点光源
からの光は図２に詳しく示すように、試料２１が対物レ
ンズの焦点面２２にある場合には実線で示す光路２５を
通る。そして、２分割フォトダイオード１８Ａと１８Ｂ
の中間に結像する。試料２１の面が焦点より対物レンズ
１に近い位置２３にずれた場合には破線で示す光路２６
を通ってフォトダイオード１８Ｂ側に結像する。また、
反対に遠い位置２４にずれた時には一点鎖線で示す光路
２７を通ってフォトダイオード１８Ａ側に結像する。従
って、フォトダイオード１８Ａ及び１８Ｂは試料２１の
合焦点の度合いに応じてそれぞれ光電流が発生する。ア
ンプ１９は、この合焦点度に応じて発生する光電流をＺ
軸制御部２０に送る。Ｚ軸制御部２０はこの光電流に基
づいて、光軸方向（Ｚ方向）の位置決め制御信号を発生
する。そして、試料２１が合焦点位置に来るように対物
レンズ１を顕微鏡の光軸方向に位置決めする。
【００１３】この合焦点位置決めの動作は、フォトダイ
オード１８Ａ及び１８Ｂが常に戻り光から焦点ずれの方
向とずれ量とを測定している為に非常に早く（例えば、
数十ｍ秒）で合焦させることができる。一方、この合焦
点動作中にも、テレビカメラ６は試料２１を撮像してい
る。従って、テレビカメラ６は焦点が合ってくるに従っ
て、次第に試料２１のパターンを明瞭に捉えるようにな
ってくる。すると画像処理部７はコンピュータ８の測定
位置抽出命令５４によって、テレビカメラ６から送られ
た画像データから、あらかじめ登録しておいた図５に示
す測定エリアのパターン３４とそのパターンが対応する
試料２１の位置（Ｘ―Ｙ座標値を得る５５。コンピュー
タ８はこのようにして得た測定点位置に基づき、測定点
位置決定命令５６を出力する。なお、このような測定位
置を求める技術は周知のパターンマッチングにより十分
可能である。コンピュータ８は登録パターン３４の位置
データから、測定ポイント３１のずれ量（ｘ１、ｙ１）
を算出する。つまり、図３に示す測定ポイント３１と、
あらかじめ視野の中央に設定してある点光源が結像する
点（フォーカスポイント）３０との位置ずれ方向と位置
ずれ量とを算出し、その位置ずれを打消すべく測定店位
置決め指令５７を出力し、ＸＹステージ９を移動させる
移動データをステージ制御部１０に送る。ステージ制御
部１０はこの移動データに基づきＸＹステージ９を位置
決めする。このときの状況を図４示す。ＸＹステージ９
を移動すると試料２１高さが変化するため、フォーカス
ポイント３０でのＺ方向位置が若干ずれる。しかし、先
に説明したとおり、この方向のずれは直ちに２分割フォ
トダイオード１８Ａ，１８Ｂが検知し、これを受けてＺ
軸制御部２０が対物レンズ１をＺ方向に位置決めし直
し、オートフォーカス動作を完了する。
オード１８Ａ及び１８Ｂが常に戻り光から焦点ずれの方
向とずれ量とを測定している為に非常に早く（例えば、
数十ｍ秒）で合焦させることができる。一方、この合焦
点動作中にも、テレビカメラ６は試料２１を撮像してい
る。従って、テレビカメラ６は焦点が合ってくるに従っ
て、次第に試料２１のパターンを明瞭に捉えるようにな
ってくる。すると画像処理部７はコンピュータ８の測定
位置抽出命令５４によって、テレビカメラ６から送られ
た画像データから、あらかじめ登録しておいた図５に示
す測定エリアのパターン３４とそのパターンが対応する
試料２１の位置（Ｘ―Ｙ座標値を得る５５。コンピュー
タ８はこのようにして得た測定点位置に基づき、測定点
位置決定命令５６を出力する。なお、このような測定位
置を求める技術は周知のパターンマッチングにより十分
可能である。コンピュータ８は登録パターン３４の位置
データから、測定ポイント３１のずれ量（ｘ１、ｙ１）
を算出する。つまり、図３に示す測定ポイント３１と、
あらかじめ視野の中央に設定してある点光源が結像する
点（フォーカスポイント）３０との位置ずれ方向と位置
ずれ量とを算出し、その位置ずれを打消すべく測定店位
置決め指令５７を出力し、ＸＹステージ９を移動させる
移動データをステージ制御部１０に送る。ステージ制御
部１０はこの移動データに基づきＸＹステージ９を位置
決めする。このときの状況を図４示す。ＸＹステージ９
を移動すると試料２１高さが変化するため、フォーカス
ポイント３０でのＺ方向位置が若干ずれる。しかし、先
に説明したとおり、この方向のずれは直ちに２分割フォ
トダイオード１８Ａ，１８Ｂが検知し、これを受けてＺ
軸制御部２０が対物レンズ１をＺ方向に位置決めし直
し、オートフォーカス動作を完了する。
【００１４】なお、本実施例では、波長７８５ｎｍのレ
ーザー点光源を用いており、レーザー光がテレビ画像に
写り込むことが無いようにでき、測定への影響を無くす
ことができる。但し、この場合、可視光の焦点位置がわ
ずかにずれる為に、画面から判断して、予め、最適フォ
ーカス位置で２分割フォトダイオードへの入力光量が等
しくなるよう２分割ダイオードの位置を調整しておく必
要がある。
ーザー点光源を用いており、レーザー光がテレビ画像に
写り込むことが無いようにでき、測定への影響を無くす
ことができる。但し、この場合、可視光の焦点位置がわ
ずかにずれる為に、画面から判断して、予め、最適フォ
ーカス位置で２分割フォトダイオードへの入力光量が等
しくなるよう２分割ダイオードの位置を調整しておく必
要がある。
【００１５】このオートフォーカス動作は視野内の被測
定点とフォーカスポイントを完全に一致させることがで
きるため、例え段差のある試料であっても測定ポイント
を任意の位置に指定できるため高精度な測定ができる。
また、動作時間はフォーカス動作の途中からの画像処理
と、ＸＹ位置決め時間と、フォーカス時間の加算値であ
り０．５秒程度と比較的高速なオートフォーカスが実現
できる。
定点とフォーカスポイントを完全に一致させることがで
きるため、例え段差のある試料であっても測定ポイント
を任意の位置に指定できるため高精度な測定ができる。
また、動作時間はフォーカス動作の途中からの画像処理
と、ＸＹ位置決め時間と、フォーカス時間の加算値であ
り０．５秒程度と比較的高速なオートフォーカスが実現
できる。
【００１６】さらに装置構成も、自動測定にはもともと
必要な画像処理装置とステージ制御装置が付加されてい
るのみであるから、低コストで高精度、高速なオートフ
ォーカス装置が構成できる。
必要な画像処理装置とステージ制御装置が付加されてい
るのみであるから、低コストで高精度、高速なオートフ
ォーカス装置が構成できる。
【００１７】なお、この実施例では１１は波長７８５ｎ
ｍの近赤外レーザダイオードとしたがこれに限られるも
のではない。
ｍの近赤外レーザダイオードとしたがこれに限られるも
のではない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
合焦点時間を大幅に短縮することができる。さらに、測
定対象の視野内における所望の位置に焦点を合わせるこ
とができる。したがって、本発明は視野内に段差のある
試料でも、視野内の所望の位置に、高速、高精度に焦点
合わせをできる顕微鏡用オートフォーカス装置を提供す
ることができる。
合焦点時間を大幅に短縮することができる。さらに、測
定対象の視野内における所望の位置に焦点を合わせるこ
とができる。したがって、本発明は視野内に段差のある
試料でも、視野内の所望の位置に、高速、高精度に焦点
合わせをできる顕微鏡用オートフォーカス装置を提供す
ることができる。
【図１】本発明の実施例における全体構成図。
【図２】本発明の実施例におけるフォーカス光学系光路
図。
図。
【図３】本発明の実施例における視野内の測定ポイント
とフォーカスポイント、画像処理登録エリアの関係を示
す説明図。
とフォーカスポイント、画像処理登録エリアの関係を示
す説明図。
【図４】本発明の実施例におけるオートフォーカス後の
測定ポイントとフォーカスポイントを示す視野内画像説
明。
測定ポイントとフォーカスポイントを示す視野内画像説
明。
【図５】本発明の実施例における登録パターンの説明
図。
図。
【図６】本発明の実施例の動作ブロック図。
１：対物レンズ、６：カメラ、７：画像処理部、８：コ
ンピュータ、９：ＸＹステージ、１０：ＸＹステージ制
御部、１１：レーザダイオード、１２：コリメートレン
ズ、１３：ダイクロイックミラー、１４：ナイフエッジ
付ミラー、１８Ａ，１８Ｂ：２分割フォトダイオード、
２０：フォーカス制御部、２１：試料。
ンピュータ、９：ＸＹステージ、１０：ＸＹステージ制
御部、１１：レーザダイオード、１２：コリメートレン
ズ、１３：ダイクロイックミラー、１４：ナイフエッジ
付ミラー、１８Ａ，１８Ｂ：２分割フォトダイオード、
２０：フォーカス制御部、２１：試料。
Claims (5)
- 【請求項１】 平行レーザー光線を顕微鏡光路に入射
し、これを試料面に結像させ、該試料面からの戻り光を
フォトダイオードに入射し、該フォトダイオードの入射
光量から、焦点ずれの方向と、ずれ量を検出して、該焦
点ずれの方向と量を補正するように対物レンズと試料面
との距離を移動し、合焦点動作を行うと同じに、前記試
料面顕微鏡画像を撮像するテレビカメラからの画像を基
に、試料面の被測定ポイントと、前記合焦点動作のフォ
ーカスポイントを一致させるように前記試料を載置する
ステージを移動して視野内の任意の点にオートフォーカ
スするようにしたことを特徴とする顕微鏡のオートフォ
ーカス方法。 - 【請求項２】 平行レーザー光線を顕微鏡光路に入射
し、これを試料面に結像させ、該試料面からの戻り光を
フォトダイオードに入射し、該フォトダイオードの入射
光量から、焦点ずれの方向と、ずれ量を検出して、レン
ズまたは試料をその合焦点方向にずれ量だけ補正するよ
うに移動させる合焦点動作を行うと共に、前記試料面顕
微鏡画像を撮像するテレビカメラからの画像を画像処理
により、予め登録しておいた試料面の被測定位置の画像
と、前記撮像画像とのマッチングを図り、被測定ポイン
トと、フォーカスポイントを一致させるように前記試料
を載置するステージを移動して視野内の任意の点にオー
トフォーカスするようにしたことを特徴とする顕微鏡の
オートフォーカス方法。 - 【請求項３】 試料側に設けた対物レンズと、結像レン
ズと、照明装置とテレビカメラを備えたテレビ顕微鏡装
置において、 点光源と、この点光源が焦点に一致するように配設した
コリメートレンズと、前記テレビ顕微鏡の光軸上に配設
された前記コリメートレンズを通過した光を前記対物レ
ンズに向けて反射しかつ前記試料側からの戻り光を前記
コリメートレンズに戻すダイクロイックミラーと、戻り
光を反射するナイフエッジ付反射鏡と、該反射鏡を通過
した戻り光の焦点面に配設されたフォトダイオードと、
フォトダイオードの出力を受けて前記対物レンズと前記
試料との距離を調整し合焦点方向に位置決めするフォー
カス制御部と、該フォーカス制御部による位置決め制御
中に、前記テレビカメラからの画像から被測定部の画面
内位置を検出する画像処理部と、画像処理部からの被測
定位置データを受けて前記オートフォーカス用点光源の
結像位置と前記試料の被測定点とのずれ量を補正するよ
うに前記試料を位置決めするＸＹステージ制御部と、前
記資料を載置し前記ＸＹステージ制御部により制御され
るＸＹステージより成ることを特徴とする顕微鏡オート
フォーカス装置。 - 【請求項４】 対物レンズと結像レンズと照明装置とテ
レビカメラを備えたテレビ顕微鏡装置において、 点光源とこの点光源が焦点に一致するように配設したコ
リメートレンズと、前記テレビ顕微鏡の光軸上に配設さ
れて前記コリメートレンズを通過した平行光を前記対物
レンズに向けて反射し、かつこの反射した平行光が前記
対物レンズを通して試料面に結像、反射して戻った、戻
り平行光のみを選択的に反射して前記コリメートレンズ
に戻すダイクロイックミラーと、前記点光源と前記コリ
メートレンズ間に配設され、かつエッジラインが戻り光
の光軸を通って、戻り光の略半分を反射するナイフエッ
ジ付反射鏡と、この反射鏡を通過した戻り光の焦点面と
戻り光光軸に分割面が一致するように配設された２分割
フォトダイオードと、この２分割フォトダイオードの出
力を受けて、前記対物レンズまたは試料を合焦点方向に
位置決めしてフォーカス制御をするオートフォーカス制
御部と、このオートフォーカス制御部の働きによって前
記テレビカメラによって、画像処理可能なテレビ画像が
得られると直ちに、被測定部の画面内位置を検出する画
像処理部と、画像処理部からの被測定位置データを受け
て、既知のオートフォーカス用点光源の結像位置とのず
れ量を算出し、この位置ずれを打消すよう試料を位置決
めさせるべく位置決めデータを出力し位置決め終了後直
ちにフォーカス制御部にフォーカス制御命令を出すコン
ピュータと、このコンピュータからの位置決めデータを
受けて試料を位置決め制御する位置決め制御部と、位置
決め制御部からの制御を受けて試料を位置決めする位置
決めステージで構成されることを特徴とする顕微鏡オー
トフォーカス装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の顕微鏡オートフォーカス
装置において、 前記点光源が近赤外レーザダイオードであり、近赤外光
と、可視光の試料面での結像位置の収差に基ずく、２分
割フォトダイオード上の、最適フォーカス位置のずれ量
を２分割フォトダイオードの位置をずらせて補正するこ
とを特徴とする顕微鏡オートフォーカス装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000129873A JP3794670B2 (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 顕微鏡のオートフォーカス方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000129873A JP3794670B2 (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 顕微鏡のオートフォーカス方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001311866A true JP2001311866A (ja) | 2001-11-09 |
| JP3794670B2 JP3794670B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=18639080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000129873A Expired - Lifetime JP3794670B2 (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 顕微鏡のオートフォーカス方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3794670B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007034878A1 (ja) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | 光学計測システム |
| JP2013508746A (ja) * | 2009-10-19 | 2013-03-07 | ベンタナ メディカル システムズ， インコーポレイテッド | 撮像システムおよび技法 |
| US20140204196A1 (en) * | 2011-09-09 | 2014-07-24 | Ventana Medical Systems, Inc. | Focus and imaging system and techniques using error signal |
| JP2016541027A (ja) * | 2013-10-25 | 2016-12-28 | アイシス イノベーション エルティーディー． | 小型顕微鏡 |
| US20170315341A1 (en) * | 2012-12-13 | 2017-11-02 | Vala Sciences, Inc. | Continuous-Scanning Image Acquisition In Automated Microscopy Using Reflective Autofocus |
| EP2495592A4 (en) * | 2009-07-13 | 2018-04-18 | Nikon Corporation | Three-dimensional directional drift control device and microscope device |
| US10962755B2 (en) | 2015-04-24 | 2021-03-30 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
| CN113029919A (zh) * | 2021-03-13 | 2021-06-25 | 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 | 一种细胞富集与荧光计数的检测装置以及检测、计数方法 |
| CN114994896A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-02 | 合肥埃科光电科技股份有限公司 | 用于微纳台阶样品的显微镜自动对焦系统及其对焦方法 |
-
2000
- 2000-04-28 JP JP2000129873A patent/JP3794670B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007086470A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Mitaka Koki Co Ltd | 光学計測システム |
| AU2006293071B2 (en) * | 2005-09-22 | 2010-12-16 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Optical measuring system |
| US7982864B2 (en) | 2005-09-22 | 2011-07-19 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Optical measuring system |
| WO2007034878A1 (ja) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | 光学計測システム |
| EP2495592A4 (en) * | 2009-07-13 | 2018-04-18 | Nikon Corporation | Three-dimensional directional drift control device and microscope device |
| US10613311B2 (en) | 2009-07-13 | 2020-04-07 | Nikon Corporation | Three-dimensional drift control apparatus and microscope apparatus |
| JP2013508746A (ja) * | 2009-10-19 | 2013-03-07 | ベンタナ メディカル システムズ， インコーポレイテッド | 撮像システムおよび技法 |
| KR101420030B1 (ko) | 2009-10-19 | 2014-07-15 | 벤타나 메디컬 시스템즈, 인코포레이티드 | 이미징 시스템 및 기법 |
| US9036255B2 (en) | 2009-10-19 | 2015-05-19 | Ventana Medical Systems, Inc. | Method and device for slide caching |
| US20150153555A1 (en) * | 2009-10-19 | 2015-06-04 | Ventana Medical Systems, Inc. | Imaging system and techniques |
| US20140204196A1 (en) * | 2011-09-09 | 2014-07-24 | Ventana Medical Systems, Inc. | Focus and imaging system and techniques using error signal |
| US20170315341A1 (en) * | 2012-12-13 | 2017-11-02 | Vala Sciences, Inc. | Continuous-Scanning Image Acquisition In Automated Microscopy Using Reflective Autofocus |
| US10330904B2 (en) | 2013-10-25 | 2019-06-25 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
| JP2016541027A (ja) * | 2013-10-25 | 2016-12-28 | アイシス イノベーション エルティーディー． | 小型顕微鏡 |
| US11169366B2 (en) | 2013-10-25 | 2021-11-09 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
| US10962755B2 (en) | 2015-04-24 | 2021-03-30 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
| US11703673B2 (en) | 2015-04-24 | 2023-07-18 | Oxford University Innovation Limited | Compact microscope |
| CN113029919A (zh) * | 2021-03-13 | 2021-06-25 | 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 | 一种细胞富集与荧光计数的检测装置以及检测、计数方法 |
| CN113029919B (zh) * | 2021-03-13 | 2024-04-02 | 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 | 一种细胞富集与荧光计数的检测装置以及检测、计数方法 |
| CN114994896A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-02 | 合肥埃科光电科技股份有限公司 | 用于微纳台阶样品的显微镜自动对焦系统及其对焦方法 |
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