JP2009098437A - Focus adjustment device and microscope device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡装置などに適用される焦点調節装置、及びそれを備えた顕微鏡装置に関する。 The present invention relates to a focus adjustment apparatus applied to a microscope apparatus and the like, and a microscope apparatus including the same.
レンズの焦点検出方式には、主に工業顕微鏡に搭載されるスリット投影方式がある。スリット投影方式の焦点検出は、対物レンズの瞳の一部を介して物体へパターンを投影し、ラインセンサ上に結像される反射光に基づきデフォーカス信号(差分信号)を生成して焦点検出を行っている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながらこの方法によると、焦点制御曲線は横軸にデフォーカス量、縦軸にデフォーカス信号の出力レベルを取ると、S字カーブとなる。そして、このデフォーカス信号から求められるのはデフォーカス方向のみであり、このデフォーカス方向に従い、S字カーブに沿った焦点調節速度で制御される。そのため、デフォーカス量が大きくなると、デフォーカス信号の出力レベルが小さくなり、結果として駆動速度も遅くなり焦点調節の所要時間が長期化される傾向にある。 However, according to this method, the focus control curve becomes an S-curve when the horizontal axis indicates the defocus amount and the vertical axis indicates the output level of the defocus signal. Then, only the defocus direction is obtained from the defocus signal, and control is performed at a focus adjustment speed along the S-curve according to the defocus direction. For this reason, when the defocus amount increases, the output level of the defocus signal decreases, and as a result, the drive speed also decreases and the time required for focus adjustment tends to be prolonged.
そこで本発明は、パターン投影方式の焦点検出において、所要時間の短い焦点調節装置を提供することを目的とする。また、高性能な顕微鏡装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a focus adjustment apparatus that requires a short time for pattern projection focus detection. It is another object of the present invention to provide a high-performance microscope apparatus.
本発明の焦点調節装置は、対物レンズの瞳の一部を介して被測定対象物へパターンを投影する投影手段と、前記被測定対象物から反射した前記パターン像を受光する複数の焦点検出用受光素子からなる受光素子列を備える受光手段と、前記受光手段からの受光信号に基づいて、前記受光素子列上に投影された前記パターン像の位置を検出し、前記パターン像の位置と、前記受光素子列上の予め決められた位置との横ずれ量を求める焦点検出手段と、前記焦点検出手段により求められた前記横ずれ量に基づき、前記対物レンズと前記被測定対象物との相対的間隔を調整する調整速度を設定し、合焦状態に導く焦点調節手段とを備える。 The focus adjustment apparatus of the present invention includes a projection unit that projects a pattern onto a measurement target object through a part of a pupil of an objective lens, and a plurality of focus detection light sources that receive the pattern image reflected from the measurement target object. A light receiving means including a light receiving element array composed of light receiving elements; and a position of the pattern image projected on the light receiving element array based on a light reception signal from the light receiving means; and the position of the pattern image; A focus detection means for obtaining a lateral deviation amount with respect to a predetermined position on the light receiving element array, and a relative distance between the objective lens and the object to be measured based on the lateral deviation amount obtained by the focus detection means. Focus adjustment means for setting an adjustment speed to be adjusted and for bringing the focus into a focused state.
なお、好ましくは、前記焦点検出手段は、前記パターン像の位置を検出するために、前記受光素子列上の各画素のセンサ信号を信号処理して分布を求め、前記受光素子列上の画素位置を求めても良い。 Preferably, the focus detection unit obtains a distribution by performing signal processing on the sensor signal of each pixel on the light receiving element array in order to detect the position of the pattern image, and the pixel position on the light receiving element array. You may ask for.
また、好ましくは、前記焦点検出手段は、前記各画素のセンサ信号が閾値を超えたか否かを検出し、前記パターン像のエッジを求め、前記エッジに相当する画素位置に基づき、前記パターン像の位置を検出し、前記パターン像の位置と前記受光素子列上に予め決められた位置とから前記横ずれ量を求めても良い。 Preferably, the focus detection unit detects whether a sensor signal of each pixel exceeds a threshold, obtains an edge of the pattern image, and based on a pixel position corresponding to the edge, A position may be detected, and the lateral shift amount may be obtained from the position of the pattern image and a predetermined position on the light receiving element array.
また、好ましくは、前記焦点検出手段は、偽信号(前記被測定対象物の種類や前記対物レンズを含む光学系に起因する迷光により生じる信号)の発生する前記受光素子列上の画素位置を記憶する記憶部を有し、前記パターン像の分布する前記受光素子列上の画素位置と前記記憶部に記憶された前記偽信号の画素位置とを比較し、前記両画素位置が一致していないことを判断して前記横ずれ量を求めても良い。 Preferably, the focus detection unit stores a pixel position on the light receiving element array where a false signal (a signal generated by stray light caused by an optical system including the type of the object to be measured or the objective lens) is generated. The pixel position on the light receiving element array where the pattern image is distributed is compared with the pixel position of the false signal stored in the storage unit, and the two pixel positions do not match. The lateral deviation amount may be obtained by judging the above.
また、好ましくは、前記焦点調節手段は、前記横ずれ量に基づき段階的な駆動速度設定を行っても良い。 Preferably, the focus adjusting unit may perform stepwise driving speed setting based on the lateral shift amount.
本発明の顕微鏡装置は、対物レンズが捉えた像を観察するための顕微鏡光学系と、前記対物レンズの焦点調節を行う上述した何れかの焦点調節装置とを備える。 A microscope apparatus according to the present invention includes a microscope optical system for observing an image captured by an objective lens, and any one of the focus adjustment apparatuses described above that adjusts the focus of the objective lens.
本発明によれば、パターン投影方式の焦点検出において、所要時間の短い焦点調節装置が実現する。また、高性能な顕微鏡装置が実現する。 According to the present invention, it is possible to realize a focus adjustment apparatus that requires a short time for pattern projection focus detection. In addition, a high-performance microscope apparatus is realized.
以下、本発明の焦点調節装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the focus adjustment device of the present invention will be described.
図1は、本実施形態の焦点調節装置の構成図である。図1に示す焦点調節装置は、スリット投影方式の焦点検出光学系が搭載された焦点調節装置である。 FIG. 1 is a configuration diagram of the focus adjustment apparatus of the present embodiment. The focus adjustment apparatus shown in FIG. 1 is a focus adjustment apparatus equipped with a slit projection type focus detection optical system.
図1においてLED7は、スリット投影方式用の赤外光を発する。以下、この赤外光を「スリット投影方式のAF光」という。LED7から発せられたスリット投影方式のAF光は、スリット板8、コレクタレンズ9、瞳マスク10、ハーフミラー16、色収差補正レンズ30、ダイクロイックミラー4、第1対物レンズ3、標本2、第1対物レンズ3、ダイクロイックミラー4、色収差補正レンズ30、ハーフミラー16、第2対物レンズ17を順に経由してからラインセンサ22に入射する。
In FIG. 1, an
ここで、上述したスリット板8の中央には、図1(a)に示すとおりスリット開口が形成されている。よって、スリット投影方式のAF光は、物体面(ここでは標本面2a)の近傍にスリット状の赤外像を形成する。また、このとき標本面2aで反射したスリット投影方式のAF光は、ラインセンサ22にスリット状の赤外像を形成する。以下、この赤外像を「スリット像」という。このスリット像のスリット幅方向と、ラインセンサ22のライン方向とは、互いに交差する。
Here, a slit opening is formed in the center of the slit plate 8 as shown in FIG. Therefore, the slit projection AF light forms a slit-like infrared image in the vicinity of the object plane (here, the
また、瞳マスク10は、光軸を含む平面でスリット投影方式のAF光を分割してできる2つの光の一方を透過し、かつ他方を遮光する。したがって、スリット投影方式のAF光は第1対物レンズ3を往復する際、往路と復路とで第1対物レンズ3の瞳上の互いに異なる位置を通過する。したがって、ラインセンサ22上に形成されるスリット像は、第1対物レンズ3のデフォーカス量(第1対物レンズ3の焦点と標本面2aとの光軸方向のずれ)に応じて横ずれする。なお、第1対物レンズ3のデフォーカス量がゼロであるときにラインセンサ22に形成されるスリット像の重心位置は、予め測定されているものとする。
The
以上の焦点調節装置において、CPU24は、スリット投影方式の光源であるLED7を制御する。LED7が点灯している期間には、スリット投影方式のスリット像が形成されるので、ラインセンサ22からスリット像に対応する出力信号を得ることができる。
In the focus adjusting apparatus described above, the
ラインセンサ22の出力信号は、信号処理部23へ取り込まれる。信号処理部23は、取り込まれた信号を基に幾つかの信号を生成すると、それをCPU24へ与える。CPU24は、与えられた信号に基づきスリット投影方式の信号を生成すると、その信号に応じた駆動方向及び駆動速度を上下動駆動部(パルスモータなど)25へ指定する。上下動駆動部25は、指定された駆動方向及び駆動速度で第1対物レンズ3を光軸方向へ駆動することにより、第1対物レンズ3の焦点調節を行う。なお、その上下動駆動部25の駆動対象は、第1対物レンズ3の代わりにステージ1としても良いが、ここでは第1対物レンズ3であるという前提で説明する。
The output signal of the
また、CPU24は、LED7の光量を制御することもでき、ラインセンサ22の電荷蓄積時間(走査時間)を必要に応じて切り替えることもできる。
The
次に、信号処理部23及びCPU24の信号生成動作を説明する。
Next, signal generation operations of the
図2,図3,図4は、信号生成動作を説明する図である。図2,図3,図4は、第1対物レンズ3のデフォーカス量と、ラインセンサ22のセンサ信号との関係を示している。(a)はデフォーカス量、(b)はラインセンサ22に入射する光の振る舞い、(c)は、ラインセンサ22のセンサ信号を示している。
2, 3 and 4 are diagrams for explaining the signal generation operation. 2, 3, and 4 show the relationship between the defocus amount of the first
信号処理部23は、センサ信号をピークホールドして得られるピーク電圧信号V102と、後述する方法で得られる代表位置PXCとを取得し、CPU24へ与える。
The
CPU24は、信号処理部23から与えられるピーク電圧信号V102を、スリット投影方式のデフォーカス信号の生成状態を評価するための評価値として使用する。また、CPU24は、信号処理部23から与えられる代表位置PXCを、後述する速度設定に使用する。
The
図2(a)に示すように、第1対物レンズ3の焦点位置が標本面2aより奥側(後ピン位置)にあるとき、ラインセンサ22のセンサ信号は、図2(c)に示すように合焦位置100よりもR側に分布する。また、代表位置PXCは、合焦位置100よりもR側に分布する。
As shown in FIG. 2A, when the focal position of the first
図3(a)に示すように、第1対物レンズ3の焦点位置が標本面2a(合焦位置)にあるとき、ラインセンサ22のセンサ信号は、図3(c)に示すように合焦位置100に分布する。また、代表位置PXCは、合焦位置100と略重なる位置にある。
As shown in FIG. 3A, when the focal position of the first
図4(a)に示すように、第1対物レンズ3の焦点位置が標本面2aより手前(前ピン位置)にあるときは、ラインセンサ22のセンサ信号は、図4(c)に示すように合焦位置100よりもF側に分布する。また、代表位置PXCは、合焦位置100よりもF側に分布する。
As shown in FIG. 4A, when the focal position of the first
以上説明した傾向によれば、代表位置PXCがF側に分布するときには、第1対物レンズ3の駆動方向を上方向(標本2から離れる方向)とし、代表位置PXCがF側に分布するときには、第1対物レンズ3の駆動方向を下方向(標本2に近づく方向)とすれば良い。
According to the tendency described above, when the representative position PX C is distributed on the F side, the driving direction of the first
次に、上述した代表位置PXCの求め方について説明する。図5(a)は、ラインセンサ22のセンサ信号を表す図である。横軸はラインセンサ22上の画素位置を示し、縦軸はセンサ信号の大きさを示す。信号処理部23は、ラインセンサ22からのセンサ信号を順次閾値Tと比較する。閾値Tは第1対物レンズ3の焦点位置を認識するための閾値であり、実験などにより予め定められる。信号処理部23は、センサ信号が閾値Tと交わる最も前ピン側の画素位置PXSと、センサ信号が閾値Tと交わる最も後ピン側の画素位置PXLと求め、以下の式により代表位置PXCを算出する。
Next, how to obtain the above-described representative position PX C will be described. FIG. 5A is a diagram illustrating a sensor signal of the
代表位置PXC=(PXS+PXL)/2・・・(式1)
このようにして求めた代表位置PXCは、現在の対物レンズの焦点位置を示し、後述する速度の設定に用いられる。
Representative position PX C = (PX S + PX L ) / 2 (Expression 1)
The representative position PX C obtained in this way indicates the current focal position of the objective lens, and is used for setting the speed described later.
なお、代表位置として、上述したピーク電圧信号V102に対応する画素位置PXPを用いても良い。また、上述した代表位置PXCとピーク電圧信号V102に対応する画素位置PXPとに適宜重み付けをして加算したものを代表値として用いても良い。 Incidentally, as the representative position may be used pixel position PX P corresponding to the peak voltage signal V 102 described above. May also be used those obtained by adding to an appropriate weighting the pixel position PX P corresponding to the representative position PX C and a peak voltage signal V 102 described above as the representative value.
また、センサ信号が図5(b)に示すようになめらかな凸形状を有さない場合にも、同様に代表位置PXC及び画素位置PXPを算出することができる。すなわち、図5(b)に示すように、センサ信号が閾値Tと交わる最も前ピン側の画素位置PXSと、センサ信号が閾値Tと交わる最も後ピン側の画素位置PXLと求め、式1により代表位置PXCを算出することができる。 Further, when the sensor signal does not have a smooth convex shape as shown in FIG. 5B, the representative position PX C and the pixel position PX P can be calculated in the same manner. That is, as shown in FIG. 5B, the pixel position PX S on the most front pin side where the sensor signal intersects with the threshold value T and the pixel position PX L on the most rear pin side where the sensor signal intersects with the threshold value T are obtained. 1, the representative position PX C can be calculated.
次に、本実施形態の焦点調節時における第1対物レンズ3の駆動速度の変化パターンを詳しく説明する。
Next, a change pattern of the driving speed of the first
図6の横軸は、横軸はラインセンサ22上の画素位置を示しており、図6(a)の縦軸は、ラインセンサ22により生成されるセンサ信号を示す。また、図6(b)は、駆動速度の変化パターンを示し、図6(b)の縦軸は、駆動速度を示す。
The horizontal axis in FIG. 6 indicates the pixel position on the
図6(a)において、Tは上述した閥値Tを示す。図6(a)においてPXS(X=1〜7)は、センサ信号が閾値Tと交わる最も前ピン側の点を示し、PXL(X=1〜7)は、センサ信号が閾値Tと交わる最も後ピン側の点を示す。 In FIG. 6A, T represents the above-described threshold value T. In FIG. 6A, PX S (X = 1 to 7) indicates a point on the most front pin side where the sensor signal intersects with the threshold T, and PX L (X = 1 to 7) indicates that the sensor signal has the threshold T. The point on the back pin side that intersects is shown.
信号処理部23は、上述したように、式1を用いて代表位置PXC(X=1〜7)を算出し、代表位置PXC(X=1〜7)をCPU24に出力する。CPU24は、代表位置PXC(X=1〜7)に基づいて駆動速度を設定する。
The
図6(a)において、代表位置PXC(X=1〜3)は、図4で示したように第1対物レンズ3の焦点位置が標本面2aより手前側(前ピン位置)にあるときの代表位置である。また、代表位置P4XCは、図3に示したように第1対物レンズ3の焦点位置が標本面2a上にあるときの代表位置である。また、代表位置PXC(X=5〜7)は、図2に示したように第1対物レンズ3の焦点位置が標本面2aより奥側(後ピン位置)にあるときの代表位置である。
In FIG. 6A, the representative position PX C (X = 1 to 3) is when the focal position of the first
CPU24は、図6(b)に示すように、P1Cよりデフォーカス側の領域A1及びP7Cよりデフォーカス側の領域A7では、駆動速度の絶対値をV1に設定する。また、CPU24は、図6(b)に示すように、P1C〜P2Cの領域A2及びP6C〜P7Cの領域A6では、駆動速度の絶対値をV2に設定する。また、CPU24は、図6(b)に示すように、P2C〜P3Cの領域A3及びP5C〜P6Cの領域A5では、駆動速度の絶対値をV3に設定する。また、CPU24は、図6(b)に示すように、P3C〜P5Cの領域A4では、合焦したと判断して駆動速度をV4=0に設定する。なお、V3<V2<V1である。
CPU24, as shown in FIG. 6 (b), set in the region A7 of defocus side of the region A1 and P7 C defocus side than P1 C, the absolute value of the driving speed V1. Further, as shown in FIG. 6B, the
その結果、第1対物レンズ3の駆動速度の絶対値は、合焦状態から遠いときほど速く、合焦点状態に近いときほど小さく遅くれることになる。
As a result, the absolute value of the driving speed of the first
したがって、本実施形態の焦点調節は効率的である。因みに、従来のスリット投影方式の焦点調節装置では、デフォーカス信号が大きいときほど駆動速度を速く設定し、デフォーカス信号が小さいときほど駆動速度を遅く設定するので、合焦状態から遠くても駆動速度が低く設定される可能性があり、非効率的であった。 Therefore, the focus adjustment of this embodiment is efficient. By the way, in the conventional slit projection type focus adjustment device, the drive speed is set faster as the defocus signal is larger, and the drive speed is set slower as the defocus signal is smaller. The speed could be set low and was inefficient.
なお、本実施形態のCPU24は、図6(b)に示したとおり、駆動速度の段階数を一方向につき4としたが、4以外の数としても良い。また、その段階数を第1対物レンズ3の種類に応じて変化させても良い。
In addition, as shown in FIG. 6B, the
また、本実施形態のCPU24は、図6(b)に示したとおり、駆動速度の変化を階段状にしたが、その一部を折れ線状又は曲線状にしても良い。
Further, as shown in FIG. 6B, the
但し、代表位置PXCが領域A3又はA5から領域A4へと移行する際には、第1対物レンズ3のオーバーランを防ぐため、階段状とする(つまり急速にゼロへ移行させる)ことが望ましい。また、領域A3及びA5における駆動速度V4は、急停止時におけるモータの脱調を防ぐため、モータの特性によって決まる十分に低い速度(モータの自起動周波数相当)に設定されることが望ましい。
However, when the representative position PX C shifts from the region A3 or A5 to the region A4, it is desirable to make it stepped (that is, rapidly shift to zero) in order to prevent overrun of the first
次に、CPU24による焦点調節動作を説明する。はじめに、焦点調節動作に関連する偽信号について図7を用いて説明する。センサ信号には、図7に示すような偽信号が発生する場合がある。偽信号には、ゴースト、フレア、回折光などが含まれ、標本の種類(標本表面の反射率など)や対物レンズを含む光学系に起因して発生する迷光が原因となっている。これらの偽信号が発生すると、本来焦点調節を行うべき信号に基づかず、この偽信号に基づいて焦点調節を行ってしまう場合がある。また、この偽信号は、標本の種類や光学系にかかわらず、ラインセンサ22上の或る程度決まった画素位置に発生することが知られている。
Next, the focus adjustment operation by the
そこで、本実施形態において、CPU24のメモリ部は、予め偽信号を解析して、偽信号が発生する画素位置を記憶している。
Therefore, in the present embodiment, the memory unit of the
図8は、CPU24による焦点調節動作のフローである。
FIG. 8 is a flow of the focus adjustment operation by the
ステップS1:フローの開始時点では、第1対物レンズ3と標本2との間隔は、或る程度広く確保される。
Step S1: At the start of the flow, the distance between the first
ステップS2:CPU24は、ラインセンサ22の電荷蓄積時間(走査時間)を標準値2.7msに設定し、このときに信号処理部23から与えられるピーク電圧信号V102を参照する。さらにCPU24は、そのピーク電圧信号V102を閾値V200以上にするべくLED7の光量を調節する。
Step S2:
ステップS3:CPU24は、調節後に信号処理部23から与えられるピーク電圧信号V102を参照し、そのピーク電圧信号V102が閾値V200以上となっていた場合は、スリット投影方式のデフォーカス信号を良好に生成できる(スリット投影方式による焦点検出が可能)と判断してステップS4へ進み、閾値V200未満であった場合は、スリット投影方式のデフォーカス信号を良好に生成できない(スリット投影方式による焦点検出が不可能)と判断してステップS6へ進む。
Step S3:
ステップS4:CPU24は、信号処理部23から与えられるセンサ信号に基づいて、上述した代表位置PXCを算出することにより焦点位置を確認し、ステップS5へ進む。
Step S4: The
ステップS5:CPU24は、ステップS4で確認した焦点位置と、予め記憶した偽信号が発生する画素位置とを比較し、ステップS4で確認した焦点位置が、偽信号の位置に該当するか否かを判定する。CPU24は、偽信号の位置に該当する(偽信号に基づいて焦点調節を行っている)と判定した場合、ステップS10へ進む。一方、CPU24は、偽信号の位置に該当しない(偽信号に基づいて焦点調節を行っていない)と判定した場合、ステップS8へ進む。
Step S5: The
ステップS6:CPU24は、ラインセンサ22の電荷蓄積時間(走査時間)を7msに変更し、変更後に信号処理部23から与えられるピーク電圧信号V102が閾値V200以上であった場合は、スリット投影方式の焦点検出が可能と判断してステップS4へ進み、閾値V200未満であった場合は、スリット投影方式の焦点検出が不可能と判断してステップS7へ進む。
Step S6:
ステップS7:CPU24は、第1対物レンズ3の焦点位置が調節可能範囲から外れていると判断してフローを終了する。
Step S7: The
ステップS8:CPU24は、ステップS4で算出した代表位置PXCが、図6の領域A4内である場合には、第1対物レンズ3の焦点深度内に標本面2aが入ったと判断してステップ9に進む。一方、CPU24は、代表位置PXCが、図6の領域A4以外の領域である場合には、第1対物レンズ3の焦点深度内に標本面2aが入っていないと判断してステップ10に進む。
Step S8: If the representative position PX C calculated in step S4 is within the area A4 in FIG. Proceed to On the other hand, if the representative position PX C is an area other than the area A4 in FIG. 6, the
ステップS9:CPU24は、第1対物レンズ3の駆動速度をゼロに設定してフローを終了する。
Step S9: The
ステップS10:CPU24は、ステップS4で確認した焦点位置を参照し、図6を用いて説明したように、駆動速度を設定する。そして、CPU24は、ステップS2に戻る。
Step S10: The
以上説明したように、本実施形態によれば、いわゆるS字カーブに対応するデフォーカス信号を用いずに焦点調節が可能である。したがって、スリット投影方式の焦点検出において、所要時間の短い焦点調節装置が実現する。 As described above, according to the present embodiment, focus adjustment can be performed without using a defocus signal corresponding to a so-called S-shaped curve. Therefore, a focus adjustment device with a short required time is realized in the focus detection by the slit projection method.
また本実施形態によれば、焦点調節において偽信号を適宜回避することにより、誤検出及び誤検出に伴う焦点調節の所要時間の長期化を防ぐことができる。 In addition, according to the present embodiment, by appropriately avoiding false signals in focus adjustment, it is possible to prevent an increase in time required for focus adjustment due to erroneous detection and erroneous detection.
また、本実施形態では、スリット投影方式のみを搭載する焦点調節装置を例に挙げて説明したが、スリット投影方式の焦点検出光学系とコントラスト検出方式の焦点検出光学系との双方を搭載したいわゆるハイブリット型の焦点調節装置にも本発明を同様に適用することができる。 Further, in the present embodiment, the focus adjustment apparatus having only the slit projection method is described as an example, but a so-called focus detection optical system having a slit projection method and a focus detection optical system having a contrast detection method are both mounted. The present invention can be similarly applied to a hybrid focus adjustment apparatus.
また、本実施形態の焦点調節装置は、工業用又は生物用の顕微鏡装置などに適用することが可能である。その顕微鏡装置の構成は、例えば図9に示すとおりである。図9では、焦点調節装置の大部分(図1に示したハーフミラー16の先)を省略した。
Further, the focus adjustment apparatus of the present embodiment can be applied to an industrial or biological microscope apparatus. The configuration of the microscope apparatus is, for example, as shown in FIG. In FIG. 9, most of the focus adjusting device (the tip of the
図9に示すとおり、顕微鏡装置には、観察用の可視光を射出する光源31と、光源31の像を第1対物レンズ3の瞳へ投影する照明光学系32と、照明光学系3からの可視光を第1対物レンズ3へ導くハーフミラー33と、第1対物レンズ3が捉えた標本2からの可視光(観察光)を結像する観察光学系34と、観察光学系34が形成する可視像を撮像する撮像素子35とが備えられる。この顕微鏡装置に本実施形態の焦点調節装置が適用されれば、所要時間が短い焦点調節が可能となるので、顕微鏡装置の性能も高まる。
As shown in FIG. 9, the microscope apparatus includes a
また、本実施形態の焦点調節装置は、パターン投影方式の焦点検出光学系として、スリット投影方式の焦点検出光学系(標本2へ投影するパターンの形状がスリット状)を採用したが、標本2へ投影するパターンの形状は、点状など他の形状に代えても良い。但し、スリット状とした方が、ラインセンサ22等の光学素子の位置合わせが容易という利点がある。
In addition, the focus adjustment apparatus of the present embodiment employs a slit projection type focus detection optical system (the shape of the pattern projected onto the
1…ステージ,2…標本,3…第1対物レンズ,4…ダイクロイックミラー,7…LED,8…スリット板,9…コレクタレンズ,10…瞳マスク,16…ハーフミラー,17…第2対物レンズ,22…ラインセンサ,23…信号処理部,24…CPU,25…上下動駆動部,26…LED切替部,30…色収差補正レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記被測定対象物から反射した前記パターン像を受光する複数の焦点検出用受光素子からなる受光素子列を備える受光手段と、
前記受光手段からの受光信号に基づいて、前記受光素子列上に投影された前記パターン像の位置を検出し、前記パターン像の位置と、前記受光素子列上の予め決められた位置との横ずれ量を求める焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により求められた前記横ずれ量に基づき、前記対物レンズと前記被測定対象物との相対的間隔を調整する調整速度を設定し、合焦状態に導く焦点調節手段と
を備えたことを特徴とする焦点調節装置。 A projection means for projecting a pattern onto the object to be measured through a part of the pupil of the objective lens;
A light receiving means comprising a light receiving element array comprising a plurality of focus detection light receiving elements for receiving the pattern image reflected from the measurement object;
A position of the pattern image projected on the light receiving element array is detected based on a light receiving signal from the light receiving means, and a lateral shift between the position of the pattern image and a predetermined position on the light receiving element array Focus detection means for determining the quantity;
A focus adjusting means for setting an adjustment speed for adjusting a relative distance between the objective lens and the object to be measured based on the lateral deviation amount obtained by the focus detecting means, and for leading to a focused state. Focus adjustment device characterized by.
前記焦点検出手段は、前記パターン像の位置を検出するために、前記受光素子列上の各画素のセンサ信号を信号処理して分布を求め、前記受光素子列上の画素位置を求める
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focus adjustment apparatus according to claim 1,
In order to detect the position of the pattern image, the focus detection unit obtains a distribution by performing signal processing on a sensor signal of each pixel on the light receiving element array to obtain a pixel position on the light receiving element array. Focus adjustment device.
前記焦点検出手段は、前記各画素のセンサ信号が閾値を超えたか否かを検出し、前記パターン像のエッジを求め、前記エッジに相当する画素位置に基づき、前記パターン像の位置を検出し、前記パターン像の位置と前記受光素子列上に予め決められた位置とから前記横ずれ量を求める
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focusing apparatus according to claim 2, wherein
The focus detection means detects whether or not the sensor signal of each pixel exceeds a threshold, obtains an edge of the pattern image, detects the position of the pattern image based on the pixel position corresponding to the edge, The focus adjustment apparatus, wherein the lateral shift amount is obtained from a position of the pattern image and a predetermined position on the light receiving element array.
前記焦点検出手段は、偽信号(前記被測定対象物の種類や前記対物レンズを含む光学系に起因する迷光により生じる信号)の発生する前記受光素子列上の画素位置を記憶する記憶部を有し、前記パターン像の分布する前記受光素子列上の画素位置と前記記憶部に記憶された前記偽信号の画素位置とを比較し、前記両画素位置が一致していないことを判断して前記横ずれ量を求める
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focusing apparatus according to claim 2, wherein
The focus detection unit includes a storage unit that stores a pixel position on the light receiving element array where a false signal (a signal generated by stray light caused by the type of the measurement target object or the optical system including the objective lens) is generated. The pixel position on the light receiving element array in which the pattern image is distributed is compared with the pixel position of the false signal stored in the storage unit, and it is determined that the two pixel positions do not match. A focus adjustment device characterized by obtaining a lateral shift amount.
前記焦点調節手段は、前記横ずれ量に基づき段階的な駆動速度設定を行う
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focus adjustment apparatus according to claim 1,
The focus adjustment device, wherein the focus adjustment unit performs stepwise drive speed setting based on the lateral shift amount.
前記対物レンズの焦点調節を行う請求項1から請求項5の何れか1項に記載の焦点調節装置と
を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
A microscope optical system for observing an image captured by the objective lens;
A microscope apparatus comprising: the focus adjustment apparatus according to claim 1, which performs focus adjustment of the objective lens.
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