JP2009116271A - Focusing arrangement and microscope apparatus - 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と、主に生物顕微鏡に搭載されるコントラスト検出方式とがある。また、2種類の方式の間で焦点検出方式を切り替えることのできる光学系も既に提案されている(特許文献1等を参照)。
ところで、ガラスのように複数の反射面(例えば、表面と裏面)を有する透過物体においては、複数の反射面により反射光が発生する。そのため、合焦させたい面に合焦できない場合がある。また、観察場所を変えるべく焦点調節の対象であるガラスなどの物体をX
Y方向に移動させた場合に、たわみ、厚さムラ、ステージの平面度等のため簡単に合焦位置がずれ、所望の面でない面に合焦してしまう場合がある。
By the way, in a transmissive object having a plurality of reflecting surfaces (for example, a front surface and a back surface) such as glass, reflected light is generated by the plurality of reflecting surfaces. Therefore, there is a case where the surface to be focused cannot be focused. In addition, an object such as glass that is the subject of focus adjustment to change the observation location
When moved in the Y direction, the focus position may easily shift due to deflection, thickness unevenness, stage flatness, and the like, and a surface that is not a desired surface may be focused.
そこで本発明は、複数の反射面を有する透過物体において好適な焦点調節が可能な焦点調節装置及び顕微鏡装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a focus adjustment apparatus and a microscope apparatus that can perform suitable focus adjustment on a transmissive object having a plurality of reflecting surfaces.
本発明の焦点調節装置は、複数の反射面を有する透過物体に対する焦点調節を行う焦点調節装置であって、対物レンズの瞳の一部を介して前記透過物体へパターンを投影するパターン投影手段と、前記透過物体から反射されたパターン像を受光するライン状の複数の焦点検出用受光素子を備える第1受光手段と、前記第1受光手段の出力に基づいて、前記パターン像の横ずれ量を求め、前記横ずれ量に基づいて、前記対物レンズの焦点位置と前記透過物体の結像位置との光軸方向のズレを示す第1デフォーカス信号を生成する第1検出手段と、前記複数の反射面のうち少なくとも1つの反射面に関して、前記パターン像の横ずれ方向において、合焦時の前記パターン像の受光量を等分する前記焦点検出用受光素子上の基準位置をあらかじめ記憶し、前記焦点検出用受光素子の出力信号と前記基準位置とに基づいて、前記複数の反射面のうち所望の面に対して焦点調節が行われているか否かを判定する判定手段と、前記第1デフォーカス信号の良否を示す第1の評価値を監視し、その評価値が第1の閾値を上回り、かつ、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定すると、前記第1デフォーカス信号に基づき前記対物レンズと前記透過物体との間隔調節を行う調節手段とを備える。 The focus adjustment apparatus of the present invention is a focus adjustment apparatus that performs focus adjustment on a transmission object having a plurality of reflection surfaces, and a pattern projection unit that projects a pattern onto the transmission object via a part of the pupil of an objective lens. A lateral deviation amount of the pattern image is obtained on the basis of a first light receiving means having a plurality of linear focus detection light receiving elements for receiving the pattern image reflected from the transmission object, and an output of the first light receiving means. First detection means for generating a first defocus signal indicating a deviation in the optical axis direction between the focal position of the objective lens and the imaging position of the transmission object based on the lateral deviation amount; and the plurality of reflection surfaces The reference position on the focus detection light-receiving element that equally divides the received light amount of the pattern image at the time of focusing in the lateral shift direction of the pattern image with respect to at least one of the reflection surfaces is previously recorded. And determining means for determining whether or not focus adjustment is performed on a desired surface among the plurality of reflection surfaces based on an output signal of the light receiving element for focus detection and the reference position; When a first evaluation value indicating whether the first defocus signal is good or not is monitored, the evaluation value exceeds a first threshold value, and focus adjustment is performed on the desired surface by the determination unit. When the determination is made, adjustment means is provided for adjusting the distance between the objective lens and the transmission object based on the first defocus signal.
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焦点調節装置とを備える。 The microscope apparatus of the present invention includes a microscope optical system for observing an image captured by an objective lens, and the above-described focus adjustment apparatus that performs focus adjustment of the objective lens.
本発明によれば、複数の反射面を有する透過物体において好適な焦点調節が可能な焦点調節装置及び顕微鏡装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the focus adjustment apparatus and microscope apparatus which can perform suitable focus adjustment in the transmissive object which has several reflective surfaces can be provided.
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と、コントラスト検出方式の焦点検出光学系との双方が搭載されたハイブリッド型の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 hybrid type focus adjustment apparatus in which both a slit projection type focus detection optical system and a contrast detection type focus detection optical system are mounted.
先ず、スリット投影方式の焦点検出光学系を説明する。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11、ハーフミラー16、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、ハーフミラー16、第2対物レンズ17、3分割プリズム18を順に経由してから3つの光La,Lb,Lcに分岐され、ラインセンサ22の互いに異なる領域22a,22b,22cへ個別に入射する。
First, a slit projection type focus detection optical system will be described. In FIG. 1, an
このうち3分割プリズム18は、入射したスリット投影方式のAF光を第1の半透過面19において2つの光に分岐し、分岐後の一方の光を第2の半透過面20において2つの光に分岐し、分岐後の一方の光を反射面21において反射する。したがって、ラインセンサ22へ入射するまでに3つの光La,Lb,Lcの間には、光路差が付与される。このうち光Laと光Lbとの間の光路差と、光Lbと光Lcとの間の光路差とは互いに等しい。
Of these, the three-divided
なお、ここでは光La,Lb,Lcの検出に1つのラインセンサ22を共用したが、光La,Lb,Lcを個別に検出する3つのラインセンサを使用しても良い。また、ラインセンサの代わりに撮像素子を使用しても良い。
Here, one
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の領域22a,22b,22cの各々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
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、領域22a,22b,22cの各々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の焦点位置と標本面2aとの光軸方向のずれ)に応じて横ずれする。よって、このうち何れか1つの領域(好ましくは領域22a)に形成されるスリット像の横ずれ量から、スリット投影方式のデフォーカス信号を生成することができる。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領域22a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
次に、コントラスト検出方式の焦点検出光学系を説明する。図1においてLED14は、コントラスト検出方式用の赤外光を発する。以下、この赤外光を「コントラスト検出方式のAF光」という。LED14から発せられたコントラスト検出方式のAF光は、スリット板13、コレクタレンズ12、ハーフミラー11、ハーフミラー16、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、ハーフミラー16、第2対物レンズ17、3分割プリズム18を順に経由してから、3つの光La,Lb,Lcに分岐され、ラインセンサ22の互いに異なる領域22a,22b,22cへ個別に入射する。つまり、コントラスト検出方式の焦点検出光学系は、ハーフミラー16、第2対物レンズ17、3分割プリズム18、ラインセンサ22を、スリット投影方式の焦点検出光学系と共用している。
Next, a contrast detection type focus detection optical system will be described. In FIG. 1, an
ここで、上述したスリット板13の中央には、図1(b)に示すとおり18本のスリット開口が形成されている。よって、コントラスト検出方式のAF光は、標本面2aの近傍にストライプ状の赤外像を形成する。また、このとき標本面2aで反射したコントラスト検出方式のAF光は、ラインセンサ22の領域22a,22b,22cの各々にストライプ状の赤外像を形成する。以下、この赤外像を「ストライプ像」という。このストライプ像のピッチ方向と、ラインセンサ22のライン方向とは、互いに交差する。
Here, 18 slit openings are formed in the center of the
但し、光La,Lb,Lcの間には光路差が付与されているので、光Laによるストライプ像と、光Lbによるストライプ像と、光Lcによるストライプ像の形成位置は、光軸方向にずれる。例えば、図1に示すとおり光Lbによるストライプ像がラインセンサ22上に存在するときには、光Laによるストライプ像はラインセンサ22の後ろ側に形成され、光Lcによるストライプ像はラインセンサ22の前側に形成される。したがって、ラインセンサ22の領域22aに形成されるストライプ像と、領域22bに形成されるストライプ像と、領域22cに形成されるストライプ像との間では、ボケの程度(つまりコントラスト)が互いに異なる。
However, since an optical path difference is given between the light La, Lb, and Lc, the formation position of the stripe image by the light La, the stripe image by the light Lb, and the stripe image by the light Lc is shifted in the optical axis direction. . For example, as shown in FIG. 1, when the stripe image by the light Lb exists on the
また、これらストライプ像のコントラストの大小関係は、第1対物レンズ3のデフォーカス量に応じて変化する。よって、領域22a,22b,22cの各々に形成されるストライプ像のコントラストの大小関係(好ましくは領域22a,22cに形成されるストライプ像のコントラストの大小関係)から、コントラスト検出方式のデフォーカス信号を生成することができる。
Further, the contrast relationship of the stripe images changes according to the defocus amount of the first
なお、スリット板13に形成されるスリット開口の本数、つまりストライプ像のストライプ本数は、標本2の持つパターンに応じて変えることができる。また、3分割プリズム18の半透過面19の反射率、半透過面20の反射率、反射面21の反射率の組み合わせは、3つの光La,Lb,Lcの光量が略等しくなるよう予め最適化されている。また、第2対物レンズ17とラインセンサ22との位置関係は、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、光Lbによるストライプ像がラインセンサ22上に形成されるよう予め調整されている。
Note that the number of slit openings formed in the
以上の焦点調節装置において、CPU24は、LED切替部26を介してスリット投影方式の光源であるLED7と、コントラスト検出方式の光源であるLED14との切り替え制御を行うことができる。LED7の方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の出力信号からスリット投影方式のデフォーカス信号を生成することが可能となる。一方、LED14の方が点灯している期間には、コントラスト検出方式のストライプ像が形成されるので、ラインセンサ22の出力信号からコントラスト検出方式のデフォーカス信号を生成することが可能となる。以下、スリット投影方式の光源が点灯される状態を「スリット投影モード」といい、コントラスト検出方式の光源が点灯される状態を「コントラスト検出モード」という。
In the above focus adjustment apparatus, 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又はコントラスト検出方式のデフォーカス信号を生成すると、そのデフォーカス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、LED切替部26を介してLED7の光量と、LED14の光量とをそれぞれ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、スリット投影モードにおける信号処理部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、スリット投影モードにおける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、領域22b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)は光La,Lb,Lcの振る舞い、(c)は、領域22bのセンサ信号、(d)はそのセンサ信号の積分値を示している。
2, 3 and 4 are diagrams for explaining the signal generation operation in the slit projection mode. 2, 3 and 4 show the relationship between the defocus amount of the first
信号処理部23は、領域22bの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、領域22bのセンサ信号を一端(F側)から重心位置100まで積分して得られる積分信号VFと、領域22bのセンサ信号を重心位置100から他端(R側)まで積分して得られる積分信号VRとを取得し、CPU24へ与える。
The
CPU24は、信号処理部23から与えられる積分信号VFと積分信号VRとの差分信号(VF−VR)を、スリット投影方式のデフォーカス信号として生成する。なお、信号処理部23から与えられるピーク電圧信号V102は、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される。
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、領域22bのセンサ信号は、図2(c)に示すように重心位置100よりもR側に分布する。このとき、図2(d)に示すように、積分信号VFと積分信号VRの大小関係はVF<VRとなるので、デフォーカス信号(VF−VR)は負となる。
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、領域22bのセンサ信号は、図3(c)に示すように重心位置100に分布する。このとき、図3(d)に示すように、積分信号VF,積分信号VRの大小関係はVF=VRとなるので、デフォーカス信号(VF−VR)はゼロとなる。
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、領域22bのセンサ信号は、図4(c)に示すように重心位置100よりもF側に分布する。このとき、図4(d)に示すように、積分信号VF,積分信号VRの大小関係はVF>VRとなるので、デフォーカス信号(VF−VR)は正となる。
As shown in FIG. 4A, when the focal position of the first
図5の符号41は、第1対物レンズ3のデフォーカス量とスリット投影方式のデフォーカス信号(VF−VR)との関係を示している。図5に示すとおり、第1対物レンズ3が前ピン状態にあるときにはデフォーカス信号(VF−VR)が正となり、合焦状態に近づくにつれてデフォーカス信号(VF−VR)はゼロに近づく。第1対物レンズ3が後ピン状態にあるときにはデフォーカス信号(VF−VR)が負となり、合焦状態に近づくにつれてデフォーカス信号(VF−VR)はゼロに近づく。
Reference numeral 41 in FIG. 5 indicates the relationship between the defocus amount of the first
したがって、このデフォーカス信号(VF−VR)により焦点調節を行う場合、デフォーカス信号(VF−VR)の極性が負であるときには第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、デフォーカス信号(VF−VR)の極性が正であるときには第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。
Thus, upward (specimen driving direction of the first
次に、コントラスト検出モードにおける信号処理部23及びCPU24の信号生成動作を説明する。
Next, signal generation operations of the
図6,図7,図8は、コントラスト検出モードにおける信号生成動作を説明する図である。図6,図7,図8は、第1対物レンズ3のデフォーカス量と、領域22a,22b,22c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)は光La,Lb,Lcの振る舞い、(c)は、領域22a,22b,22cのコントラスト信号、(d)はそれらコントラスト信号の積分値を示している。
6, 7 and 8 are diagrams for explaining the signal generation operation in the contrast detection mode. 6, 7 and 8 show the relationship between the defocus amount of the first
信号処理部23は、各領域のセンサ信号からDC成分を除去し、各領域のコントラスト信号を取得する。そして、全領域のコントラスト信号をピークホールドして得られるピーク電圧信号V110と、領域22aのコントラスト信号の積分信号Vaと、領域22bのコントラスト信号の積分信号Vbと、領域22cのコントラスト信号の積分信号Vcとを取得してCPU24へ与える。
The
CPU24は、信号処理部23から与えられる積分信号Vaと積分信号Vcとの差分信号(Va−Vc)を生成し、さらに差分信号(Va−Vc)を正規化したもの(Va−Vc)/(Va+Vc)を、コントラスト検出方式のデフォーカス信号として生成する。なお、信号処理部23から与えられるピーク電圧信号V110や積分信号Va,Vcは、コントラスト検出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される。
The
図6(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、図6(c)に示すように、領域22cのコントラスト信号にピークが出現する。このとき、図6(d)に示すように、積分信号Va,Vcの大小関係は、Va<Vcとなるので、デフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)は負となる。
As shown in FIG. 6A, when the focal position of the first
図7(b)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、図7(c)に示すように、領域22bのコントラスト信号にピークが出現する。このとき、図7(d)に示すように、積分信号Va,Vcの大小関係は、Va=Vcとなるので、デフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)はゼロとなる。
As shown in FIG. 7B, when the focal position of the first
図8(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より前側(前ピン位置)にあるとき、図8(c)に示すように、領域22aのコントラスト信号にピーク信号が出現する。このとき、図8(d)に示すように、積分信号Va,Vcの大小関係は、Va>Vcとなるので、デフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)は正となる。
As shown in FIG. 8A, when the focal position of the first
図5の符号42は、第1対物レンズ3のデフォーカス量とコントラスト検出方式のデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)との関係を示している。図5に示すとおり、第1対物レンズ3が前ピン状態にあるときにはデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)が正となり、合焦状態に近づくにつれてデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)はゼロに近づく。第1対物レンズ3が後ピン状態にあるときにはデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)が負となり、合焦状態に近づくにつれてデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)はゼロに近づく。
したがって、このデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)により焦点調節を行う場合、デフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)の極性が負であるときには第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、デフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)の極性が正であるときには第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。
Therefore, when adjusting the focus by the defocus signal (V a -V c) / ( V a + V c) , the polarity of the defocus signal (V a -V c) / ( V a + V c) is negative Sometimes, the driving direction of the first
以上説明した構成の焦点調節装置は、通常の焦点調節を行う第1焦点調節モードと、ガラスのように複数の反射面(例えば、表面と裏面)を有する透過物体に対する焦点調節を行う第2焦点調節モードとを備える。第1焦点調節モード及び第2焦点調節モードは、ユーザにより不図示の操作部等を介して選択される。なお、焦点調節の対象である物体からの反射光等に応じて、第1焦点調節モード及び第2焦点調節モードの何れかを自動で選択する構成としても良い。または、第2焦点調節モードだけを備え、かつ、所望の反射面を指定するスイッチ等の操作部材を備える構成としても良い。 The focus adjustment apparatus having the above-described configuration includes the first focus adjustment mode for performing normal focus adjustment, and the second focus for performing focus adjustment on a transmissive object having a plurality of reflecting surfaces (for example, front and back surfaces) such as glass. And an adjustment mode. The first focus adjustment mode and the second focus adjustment mode are selected by the user via an operation unit (not shown). In addition, it is good also as a structure which selects either 1st focus adjustment mode and 2nd focus adjustment mode automatically according to the reflected light etc. from the object which is the object of focus adjustment. Or it is good also as a structure provided with operation members, such as a switch which provides only a 2nd focus adjustment mode and designates a desired reflective surface.
先ず、第1焦点調節モード実行時のCPU24の動作を説明する。図9は、第1焦点調節モード実行時のCPU24の動作を示すフローチャートである。
First, the operation of 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、コントラスト検出方式の光源であるLED14を点灯し、スリット投影方式の光源であるLED7を消灯する。また、CPU24は、信号処理部23をコントラスト検出モードで動作させる。
Step S2: The
ステップS3:CPU24は、ラインセンサ22の電荷蓄積時間(走査時間)を標準値(例えば、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V110を参照する。そしてCPU24は、そのピーク電圧信号V110を閾値V201以上にするべくLED14の光量を調節する。
Step S3:
ステップS4: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V110を参照し、そのピーク電圧信号V110が閾値V201以上となっていた場合はステップS5へ進み、閾値V201未満であった場合は、コントラスト検出方式のデフォーカス信号を良好に生成できない(コントラスト検出方式による焦点検出が不可能)と判断してステップS11へ進む。
Step S4:
ステップS5:CPU24は、信号処理部23から与えられる積分信号Va,Vcの値を閾値V202以上にするべく、それら積分信号Va,Vcのゲイン調整を行う。
Step S5:
ステップS6:CPU24は、ゲイン調整後の積分信号Va,Vcと閾値V202とを比較し、積分信号Va,Vcの少なくとも一方が閾値V202以上であればコントラスト検出方式のデフォーカス信号を良好に生成できる(コントラスト検出方式による焦点検出が可能)と判断してステップS7へ進み、積分信号Va,Vcの双方が閾値V202未満であればコントラスト検出方式による焦点検出が不可能と判断してステップS11へ進む。
Step S6:
ステップS7:CPU24は、ゲイン調整後の積分信号Va,Vcによりコントラスト検出方式のデフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)を生成する。
Step S7: The
ステップS8:CPU24は、生成されたデフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)の絶対値を参照し、閾値V70と比較する。閾値V70未満であった場合には、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S9へ進み、閾値V70以上であった場合には、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S10へ進む。
Step S8: 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、デフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)の極性を参照し、デフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)の極性が負であったならば、第1対物レンズ3の駆動方向を上方向に設定し、デフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)の極性が正であったならば、第1対物レンズ3の駆動方向を下方向に設定する。また、デフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)の絶対値が閾値V71未満であった場合は第1対物レンズ3の駆動速度の絶対値を小さい値V74に設定し、閾値V71以上であった場合は第1対物レンズ3の駆動速度の絶対値を中程度の値V73に設定し、ステップS3へ戻る。なお、値V74,V73はV74<V73の関係を満たす。
Step S10:
ステップS11:CPU24は、スリット投影方式の光源であるLED7を点灯し、コントラスト検出方式の光源であるLED14を消灯する。また、CPU24は、信号処理部23をスリット投影モードで動作させる。
Step S11: The
ステップS12:ラインセンサ22の電荷蓄積時間(走査時間)を標準値(例えば、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 S12: the charge accumulation time of the line sensor 22 (scan time) standard value (e.g., 2.7 ms) is set to, refer to peak voltage signal V 102 supplied from the
ステップS13: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S14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S16へ進む。
Step S13:
ステップS14:CPU24は、信号処理部23から与えられる積分信号VR,VFの値を許容範囲内に収めるべく、それら積分信号VR,VFのゲイン調整を行う。
Step S14:
ステップS15:CPU24は、ゲイン調整後の積分信号VR,VFによりスリット投影方式のデフォーカス信号(VF−VR)を生成し、そのデフォーカス信号(VF−VR)の極性を参照する。デフォーカス信号(VF−VR)の極性が負であったならば、CPU24は第1対物レンズ3の駆動方向を上方向に設定し、デフォーカス信号(VF−VR)の極性が正であったならば、第1対物レンズ3の駆動方向を下方向に設定する。また、第1対物レンズ3の駆動速度の絶対値を大きい値V72に設定する。この値V72は、V74<V73<V72の関係を満たす。
Step S15:
ステップS16:CPU24は、ラインセンサ22の電荷蓄積時間(走査時間)を標準値より遅い速度(例えば、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S14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S17へ進む。
Step S16:
ステップS17: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。以上が、図9のフローの説明である。
Step S17: The
なお、上述した閾値V70,V71,V200,V202や値V72,V73,V74は、第1対物レンズ3やモータの種類に応じて予め決められる。特に、閾値V70は、第1対物レンズ3の焦点深度の深さに応じて決定され、値V74は、モータの自起動周波数に応じて決定される。
The threshold values V 70 , V 71 , V 200 , V 202 and the values V 72 , V 73 , V 74 described above are determined in advance according to the type of the first
以上、本実施形態のCPU24は、第1焦点調節モードにおいて、第1対物レンズ3のデフォーカス量を焦点深度相当まで追い込む1回の焦点調節期間中に、コントラスト検出方式の信号の状態を繰り返し参照し(ステップS4,S6)、コントラスト検出方式による焦点検出が不可能である期間(ステップS4NO,ステップS6NO)には、スリット投影方式のデフォーカス信号の極性に応じて第1対物レンズ3を駆動し(ステップS11〜S15)、コントラスト検出方式による焦点検出が可能である期間(ステップS6YES)には、コントラスト検出方式のデフォーカス信号の極性に応じて第1対物レンズ3を駆動する。
As described above, in the first focus adjustment mode, the
したがって、第1対物レンズ3の焦点位置がスリット投影方式の調節可能範囲から外れてさえいなければ、本実施形態のCPU24は合焦位置の探索動作を1回行うだけで、コントラスト検出方式の調節精度で焦点調節を行うことができる。
Therefore, if the focal position of the first
次に、第2焦点調節モード実行時のCPU24の動作を説明する。ここでは、反射面として表面及び裏面を有するガラスに対する焦点調節を例に挙げて説明する。
Next, the operation of the
表面及び裏面を有するガラスに対する焦点調節を行う場合、表面及び裏面の両方から反射光が返ってくる。したがって、表面及び裏面のうち、現地点から近い方の任意の面に合焦するように焦点調節が行われることになる。第2焦点調節モードは、このような不具合を回避するための焦点調節モードである。 When focus adjustment is performed on a glass having a front surface and a back surface, reflected light returns from both the front surface and the back surface. Therefore, focus adjustment is performed so as to focus on an arbitrary surface closer to the local point among the front surface and the back surface. The second focus adjustment mode is a focus adjustment mode for avoiding such a problem.
図10は、表面及び裏面を有するガラスからのスリット像(反射光像)のラインセンサ22上における様子を示す図である。図10(a)は、裏面に合焦した場合のスリット像の様子を示し、図10(c)は、表面に合焦した場合のスリット像の様子を示し、図10(b)は、表面と裏面との中間に合焦した場合のスリット像の様子を示す。裏面に合焦した場合には、図10(a)に示すように、F側に矩形のピークを有すると共に、R側にも弱い像を有する。逆に、表面に合焦した場合には、図10(c)に示すように、R側に矩形のピークを有すると共に、F側にも弱い像を有する。また、表面と裏面との中間に合焦した場合には、図10(b)に示すように、F側とR側との両方に弱い像を有する。一般的には、表面の反射光の方が裏面の反射光よりも強いため、F側の方が少し強い像になっている。
FIG. 10 is a diagram illustrating a state on the
ここで、ガラスの裏面に選択的に合焦させる場合を考える。図10(a)において、スリット像に相当する受光量を等分する位置を基準位置P1とする。図10(a)において、基準位置P1でスリット像を分割すると(F側の領域の面積Vx)=(R側の領域の面積Vy)となる。同様に、図10(b)及び図10(c)では、Vx≠Vyとなり、Vx−Vy≠0となる。したがって、このVxとVyとの差分(Vx−Vy)に基づいて、ガラスの裏面に選択的に合焦させることができる。 Here, consider a case where the back surface of the glass is selectively focused. In FIG. 10A, a position that equally divides the amount of received light corresponding to the slit image is defined as a reference position P1. In FIG. 10A, when the slit image is divided at the reference position P1, (F-side area Vx) = (R-side area Vy). Similarly, in FIGS. 10B and 10C, Vx ≠ Vy and Vx−Vy ≠ 0. Therefore, the back surface of the glass can be selectively focused based on the difference (Vx−Vy) between Vx and Vy.
図11は、上述した差分(Vx−Vy)を正規化した値である(Vx−Vy)/(Vx+Vy)と第1対物レンズ3のデフォーカス量(第1対物レンズ3の焦点位置と標本面2aとの光軸方向のずれ)との関係を示す図である。図11に示すように、(Vx−Vy)/(Vx+Vy)は、裏面位置においてのみゼロとなり、裏面位置以外のどの位置から焦点調節を開始しても裏面近傍に合焦する。
FIG. 11 shows (Vx−Vy) / (Vx + Vy) obtained by normalizing the above-described difference (Vx−Vy) and the defocus amount of the first objective lens 3 (the focal position of the first
図12は、第2焦点調節モード実行時のCPU24の動作を示すフローチャートである。以下では、表面と裏面とのうち、裏面に選択的に合焦させる場合について説明する。表面に選択的に合焦させる場合にも同様に適用することができる。選択的に合焦させる面の選択は、ユーザにより不図示の操作部等を介して予め行われるものとする。さらに、表面及び裏面に対して順番に焦点調節を行う構成としても良い。すなわち、裏面は2つめの合焦位置となる。また、裏面に選択的に合焦させる場合には、裏面に対応する基準位置(上述した基準位置P1)を予め求め、記録しておくものとする。
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the
以下の処理では、スリット投影方式のみを用いて焦点調節を行う。すなわち、スリット投影方式のみを備える(コントラスト検出方式を備えない)焦点調節装置にも適用可能である。 In the following processing, focus adjustment is performed using only the slit projection method. That is, the present invention can also be applied to a focus adjustment apparatus having only a slit projection system (not having a contrast detection system).
ステップS21〜ステップS24:図9のステップS1〜ステップS4と同様の処理を行う。 Steps S21 to S24: The same processing as Steps S1 to S4 in FIG. 9 is performed.
ステップS25:CPU24は、上述した裏面に対応する基準位置P1に基づいて、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|を演算する。
Step S25: The
ステップS26:CPU24は、ステップS25で算出した絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回るか否かを判定する。閾値V300は、予め定められた閾値であり、図11に示すように、絶対値|Vx−Vy|が裏面に相当する値であるゼロに十分近づいていると推定できる閾値である。VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回らない場合には、まだ合焦位置に十分近づいていないと判断してステップS27へ進む。一方、|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回ると、合焦位置に十分近づいたと判断してステップS28へ進む。
Step S26:
ステップS27:図9のステップS15と同様の処理を行う。つまり、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回るまで、絶対値|Vx−Vy|の演算と第1対物レンズ3の駆動とを繰り返し行う。
Step S27: The same processing as step S15 in FIG. 9 is performed. That is, the absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | is, to below the predetermined threshold value V 300, the absolute value | repeatedly performing operations and the driving of the first
ステップS28:CPU24は、図9で説明したスリット投影方式の焦点調節を行う。
Step S28: The
ステップS29:CPU24は、スリット投影方式のデフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)に基づいて、第1対物レンズ3の焦点深度内に標本面2aが入ったか否かを判定し、焦点深度内に入ったと判断するとステップS30へ進み、焦点深度内に入っていないと判断するとステップS31へ進む。
Step S29: The
ステップS30: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 S30: The
ステップS31:図9のステップS15と同様の処理を行う。つまり、第1対物レンズ3の焦点深度内に標本面2aが入るまで、スリット投影方式の焦点調節と第1対物レンズ3の駆動とを繰り返し行う。
Step S31: The same processing as step S15 in FIG. 9 is performed. That is, the slit projection type focus adjustment and the driving of the first
以上図12のフローで説明したように、焦点調節を、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|に基づいて、スリット投影方式の焦点調節を行うことにより、裏面に選択的に合焦させることができる。 As described above with reference to the flowchart of FIG. 12, the focus adjustment is selectively performed on the back surface by performing the focus adjustment of the slit projection method based on the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy. Can be burnt.
なお、図12で説明したフローでは、スリット投影方式のデフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)に基づいて、焦点調節を行う場合を例に挙げて説明したが、差分(Vx−Vy)をデフォーカス信号として焦点調節を行っても良いし、スリット投影方式のデフォーカス信号(Va−Vc)/ (Va +Vc)と差分(Vx−Vy)とを組み合わせて焦点調節を行っても良い。 In the flow described with reference to FIG. 12, the case where the focus adjustment is performed based on the slit projection type defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) has been described as an example. Focus adjustment may be performed using (Vx−Vy) as a defocus signal, or a slit projection type defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) and a difference (Vx−Vy) are combined. You may adjust the focus.
次に、図13のフローチャートを用いて、第2焦点調節モードの変形例を説明する。この変形例は、差分(Vx−Vy)に基づいて、スリット投影方式とコントラスト検出方式とを切り替える焦点調節方法である。 Next, a modified example of the second focus adjustment mode will be described using the flowchart of FIG. This modification is a focus adjustment method for switching between the slit projection method and the contrast detection method based on the difference (Vx−Vy).
ステップS41〜ステップS53:図9のステップS1〜ステップS13と同様の処理を行う。 Steps S41 to S53: Processing similar to that in steps S1 to S13 in FIG. 9 is performed.
ステップS54:CPU24は、上述した裏面に対応する基準位置P1に基づいて、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|を演算する。
Step S54: The
ステップS55:CPU24は、ステップS54で算出した絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回るか否かを判定する。閾値V300は、予め定められた閾値であり、図11に示すように、絶対値|Vx−Vy|が裏面に相当する値であるゼロに十分近づいていると推定できる閾値である。VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回らない場合には、裏面の合焦位置に十分近づいていないと判断してそのままスリット投影方式の焦点調節を続行する(ステップS54に戻る)。一方、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回ると、裏面の合焦位置に十分近づいたと判断して、コントラスト検出方式の焦点調節に切り替えるためにステップS56へ進む。
Step S55:
ステップS56〜ステップS59:図9のステップS14〜ステップS17と同様の処理を行う。 Step S56 to Step S59: The same processing as Step S14 to Step S17 in FIG. 9 is performed.
以上図13のフローで説明したように、焦点調節をスリット投影方式からコントラスト検出方式へと切り替える条件として、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|を用いることにより、裏面に選択的に合焦させることができる。 As described above with reference to the flow of FIG. 13, the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy is used as a condition for switching the focus adjustment from the slit projection method to the contrast detection method. Can be in focus.
次に、図14のフローチャートを用いて、第2焦点調節モードの別の変形例を説明する。この変形例は、図13を用いて説明した変形例と同様に、差分(Vx−Vy)に基づいて、スリット投影方式とコントラスト検出方式とを切り替える別の焦点調節方法である。 Next, another modification of the second focus adjustment mode will be described using the flowchart of FIG. Similar to the modification described with reference to FIG. 13, this modification is another focus adjustment method that switches between the slit projection method and the contrast detection method based on the difference (Vx−Vy).
ステップS61〜ステップS68:図9のステップS1〜ステップS8と同様の処理を行う。 Step S61 to Step S68: The same processing as Step S1 to Step S8 of FIG. 9 is performed.
ステップS69:CPU24は、上述した裏面に対応する基準位置P1に基づいて、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|を演算する。
Step S69: The
ステップS70:CPU24は、ステップS69で算出した絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回るか否かを判定する。閾値V300は、予め定められた閾値であり、図11に示すように、絶対値|Vx−Vy|が裏面に相当する値であるゼロに十分近づいていると推定できる閾値である。VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が、所定の閾値V300を下回らない場合には、ステップS68で焦点深度内には入っているが、裏面でない面(表面)に合焦しているものと判断して、スリット投影方式の焦点調節に切り替える(ステップS73へ進む)。一方、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回ると、裏面に合焦したと判断して、ステップS71へ進む。
Step S70:
ステップS71: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 S71: The
ステップS72:CPU24は、図9のステップS10と同様に、第1対物レンズ3の駆動方向と駆動速度とを設定してステップS63へ戻る。
Step S72: The
ステップS73〜ステップS79:図9のステップS11〜ステップS17と同様の処理を行う。 Step S73 to Step S79: The same processing as Step S11 to Step S17 of FIG. 9 is performed.
以上図14のフローで説明したように、焦点調節を、スリット投影方式からコントラスト検出方式へと切り替えた後に、コントラスト検出方式により焦点深度内に入ったか否かを判定する。そして、さらにVxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|に基づいて所望の面に合焦したか否かを確認することにより、裏面に選択的に合焦させることができる。 As described above with reference to the flow of FIG. 14, after the focus adjustment is switched from the slit projection method to the contrast detection method, it is determined whether or not the focus adjustment is within the depth of focus by the contrast detection method. Further, by confirming whether or not the desired surface is focused based on the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy, the back surface can be selectively focused.
最後に、図10に示した場合よりもガラスの厚みが厚い場合、又は、図10に示した場合よりも対物レンズの倍率が高倍である場合について説明する。 Finally, a case where the glass is thicker than that shown in FIG. 10 or a case where the magnification of the objective lens is higher than that shown in FIG. 10 will be described.
図10に示した場合よりもガラスの厚みが厚い場合、又は、図10に示した場合よりも対物レンズの倍率が高倍である場合の表面及び裏面を有するガラスからのスリット像(反射光像)のラインセンサ22上における様子を図15に示す。図15(a)は、裏面に合焦した場合のスリット像の様子を示し、図15(c)は、表面に合焦した場合のスリット像の様子を示し、図15(b)は、表面と裏面との中間に合焦した場合のスリット像の様子を示す。
A slit image (reflected light image) from a glass having a front surface and a back surface when the glass is thicker than that shown in FIG. 10 or when the magnification of the objective lens is higher than that shown in FIG. A state on the
図15に示すように、図10に示した場合よりもガラスの厚みが厚い場合、又は、図10に示した場合よりも対物レンズの倍率が高倍である場合には、裏面のスリット像と表面のスリット像とが分離する。そして、分離するにつれ、合焦していない面のスリット像は弱くなる。 As shown in FIG. 15, when the glass is thicker than the case shown in FIG. 10, or when the magnification of the objective lens is higher than that shown in FIG. The slit image is separated. And as it separates, the slit image of the surface that is not in focus becomes weaker.
また、ガラスの厚みがさらに厚い場合、又は、対物レンズの倍率がさらに高倍である場合には、合焦している面のスリット像のみが現れ、合焦していない面のスリット像は現れなくなる。すなわち、裏面に合焦している場合には、表面からのスリット像はボケすぎてラインセンサ22の出力信号として現れない。また、表面に合焦している場合には、裏面からのスリット像はボケすぎてラインセンサ22の出力信号として現れない。そして、ガラスの厚みがさらに厚い場合、又は、対物レンズの倍率がさらに高倍である場合には、この傾向がさらに顕著になり、表面と裏面との中間に合焦した場合にはラインセンサ22の出力信号が現れなくなる。
Further, when the thickness of the glass is thicker or when the magnification of the objective lens is higher, only the slit image of the focused surface appears, and the slit image of the non-focused surface does not appear. . That is, when the back surface is focused, the slit image from the front surface is too blurred and does not appear as an output signal of the
また、図15に示したように、図10に示した場合よりもガラスの厚みが厚い場合、又は、図10に示した場合よりも対物レンズの倍率が高倍である場合における(Vx−Vy)/(Vx+Vy)と第1対物レンズ3のデフォーカス量との関係(図11に相当)は、図16に示すようになる。すなわち、表面及び裏面のそれぞれに対応して、2本の曲線が独立して存在する。この現象は、図5に示したデフォーカス信号(VF−VR)及びデフォーカス信号(Va−Vc)/(Va+Vc)に関しても同様であり、表面及び裏面のそれぞれに対応して、2本の曲線が独立して存在する。 Further, as shown in FIG. 15, when the thickness of the glass is thicker than that shown in FIG. 10, or when the magnification of the objective lens is higher than that shown in FIG. 10 (Vx−Vy). The relationship between / (Vx + Vy) and the defocus amount of the first objective lens 3 (corresponding to FIG. 11) is as shown in FIG. That is, two curves exist independently corresponding to each of the front surface and the back surface. This phenomenon is the same for the defocus signal (V F −V R ) and the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) shown in FIG. Then, two curves exist independently.
このような場合には、上述した第2焦点調節モードを、以下のように変形すれば良い。第1の方法は、図13のフローで説明したもの変形例である、すなわち、先ず、焦点調節をスリット投影方式で行う。そして、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回ると、所望の面に対して焦点調節が行われているか否かを判定する。VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|は、表面と裏面との計2回、所定の閾値V300を下回る。そこで、前ピン側から第1対物レンズ3を駆動して裏面に合焦させる場合には、1回目に絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回っても表面に対して焦点調節が行われており、所望の面に対して焦点調節が行われていないと判定することができる。したがって、1回目に絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回った場合には、コントラスト検出方式に移行せずガラス厚(表面と裏面との距離に相当)の分だけ第1対物レンズ3を駆動し、裏面近傍に合わせる。そして、再びスリット投影方式の焦点調節を行い、次に(2回目に)絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回ったら、コントラスト検出方式へと移行する。なお、後ピン側から第1対物レンズ3を駆動する場合には、絶対値|Vx−Vy|は裏面近傍で1回目に所定の閾値V300を下回り、表面近傍で2回目に所定の閾値V300を下回る。したがって、1回目に絶対値|Vx−Vy|が所定の閾値V300を下回ったら所望の面に対して焦点調節が行われていると判定すれば良い。また、以上の制御を、コントラスト検出方式により実行しても良い。
In such a case, the second focus adjustment mode described above may be modified as follows. The first method is a modified example described in the flow of FIG. 13, that is, first, focus adjustment is performed by the slit projection method. Then, the absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | When falls below a predetermined threshold value V 300, determines whether the focus adjustment is made to the desired surface. Absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy |, the total of two times the surface and the back surface, below a predetermined threshold value V 300. Therefore, when focusing on the back from the front focus side by driving the first
第2の方法は、図14のフローで説明したもの変形例である、すなわち、前ピン側から第1対物レンズ3を駆動して、スリット投影方式からコントラスト検出方式へと焦点調節を切り替えた後に、焦点深度内に入った(S70YES)と判定すると、ガラス厚(表面と裏面との距離に相当)の分だけ第1対物レンズ3を駆動し、裏面近傍に合わせる。これは、1回目に焦点深度内に入った(S70YES)と判定した際には、表面に対して焦点調節が行われているためである。そして、再びコントラスト検出方式の焦点調節を行い、再び焦点深度内に入った(S70YES)と判定すると、裏面に合焦したと判断して、第1対物レンズ3の駆動速度をゼロに設定して処理を終了する。この処理においては、VxとVyとの差分の絶対値|Vx−Vy|を用いずに裏面に選択的に合焦させることができる。なお、後ピン側から第1対物レンズ3を駆動する場合には1回目に焦点深度内に入った(S70YES)と判定したら所望の面に対して焦点調節が行われていると判定すれば良い。
The second method is a modified example described in the flow of FIG. 14, that is, after the first
上述した2つの方法は、裏面に選択的に合焦させる場合の例であるが、表面に選択的に合焦させたい場合にも同様の思想にしたがって、処理を行えば良い。 The two methods described above are examples in which the back surface is selectively focused, but the processing may be performed in accordance with the same idea when it is desired to selectively focus on the front surface.
以上説明したように、本実施形態によれば、複数の反射面を有する透過物体において好適な焦点調節が可能である。特に、観察場所を変えるべく焦点調節の対象であるガラスなどの物体をXY方向に移動させた場合に、たわみ、厚さムラ、ステージの平面度等のため
簡単に合焦位置がずれ、所望の面でない面に合焦してしまうのを防ぐことができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform suitable focus adjustment on a transmissive object having a plurality of reflecting surfaces. In particular, when an object such as glass that is the subject of focus adjustment is moved in the XY direction to change the observation location, the in-focus position easily shifts due to deflection, thickness unevenness, stage flatness, etc. It is possible to prevent focusing on a surface that is not a surface.
また、本実施形態の焦点調節装置は、工業用又は生体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17に示すとおりである。図17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 device of the present embodiment can be applied to an industrial or biological microscope device or the like. The configuration of the microscope apparatus is, for example, as shown in FIG. In FIG. 17, most of the focus adjustment device (the tip of the
図17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、2種類の焦点検出方式を有効利用しながら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. 17, the microscope apparatus includes a
また、本実施形態の焦点調節装置では、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が受光側の光学系を共用し、スリット投影方式の信号とコントラスト検出方式の信号とを時分割で生成したが、受光側の光学系を独立させ、スリット投影方式の信号とコントラスト検出方式の信号とを同時並行的に生成しても良い。 In the focus adjustment apparatus of the present embodiment, the slit projection type focus detection optical system and the contrast detection type focus detection optical system share the light receiving side optical system, and the slit projection type signal and the contrast detection type signal are used. However, the light receiving side optical system may be made independent and the slit projection method signal and the contrast detection method signal may be generated simultaneously in parallel.
また、本実施形態のコントラスト検出方式の焦点検出光学系は、2種類の像のコントラストに基づき極性を持つデフォーカス信号を生成したが、1種類の像のコントラストに基づき極性を持たないデフォーカス信号を生成しても良い。因みに、極性を持たないデフォーカス信号による焦点調節は、例えば山登り方式によって行われる。 Further, the focus detection optical system of the contrast detection method of the present embodiment generates a defocus signal having polarity based on the contrast of two types of images, but has no polarity based on the contrast of one type of image. May be generated. Incidentally, the focus adjustment by the defocus signal having no polarity is performed by, for example, a mountain climbing method.
また、本実施形態のコントラスト検出方式は、AF光を標本2へ投光し、その標本2で反射したAF光に基づきデフォーカス信号を生成するアクティブ方式であったが、AF光を標本2へ投光せずに、標本2からの観察光に基づきデフォーカス信号を生成するパッシブ方式に代えても良い。
The contrast detection method of the present embodiment is an active method in which AF light is projected onto the
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,11…ハーフミラー,12…コレクタレンズ,13…スリット板,14…LED,16…ハーフミラー,17…第2対物レンズ,18…3分割プリズム,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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
対物レンズの瞳の一部を介して前記透過物体へパターンを投影するパターン投影手段と、
前記透過物体から反射されたパターン像を受光するライン状の複数の焦点検出用受光素子を備える第1受光手段と、
前記第1受光手段の出力に基づいて、前記パターン像の横ずれ量を求め、前記横ずれ量に基づいて、前記対物レンズの焦点位置と前記透過物体の結像位置との光軸方向のズレを示す第1デフォーカス信号を生成する第1検出手段と、
前記複数の反射面のうち少なくとも1つの反射面に関して、前記パターン像の横ずれ方向において、合焦時の前記パターン像の受光量を等分する前記焦点検出用受光素子上の基準位置をあらかじめ記憶し、前記焦点検出用受光素子の出力信号と前記基準位置とに基づいて、前記複数の反射面のうち所望の面に対して焦点調節が行われているか否かを判定する判定手段と、
前記第1デフォーカス信号の良否を示す第1の評価値を監視し、その評価値が第1の閾値を上回り、かつ、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定すると、前記第1デフォーカス信号に基づき前記対物レンズと前記透過物体との間隔調節を行う調節手段と
を備えたことを特徴とする焦点調節装置。 A focusing device that performs focusing on a transmissive object having a plurality of reflecting surfaces,
Pattern projection means for projecting a pattern onto the transmission object through a part of the pupil of the objective lens;
First light receiving means comprising a plurality of line-shaped focus detection light receiving elements for receiving a pattern image reflected from the transmission object;
Based on the output of the first light receiving means, the amount of lateral deviation of the pattern image is obtained, and based on the amount of lateral deviation, the deviation in the optical axis direction between the focal position of the objective lens and the imaging position of the transmission object is indicated. First detection means for generating a first defocus signal;
With respect to at least one of the plurality of reflecting surfaces, a reference position on the focus detection light-receiving element that equally divides the received light amount of the pattern image at the time of focusing in the lateral shift direction of the pattern image is stored in advance. Determining means for determining whether focus adjustment is performed on a desired surface among the plurality of reflection surfaces based on an output signal of the light receiving element for focus detection and the reference position;
A first evaluation value indicating the quality of the first defocus signal is monitored, the evaluation value exceeds a first threshold value, and focus adjustment is performed on the desired surface by the determination unit. A focus adjustment device comprising: an adjustment unit that adjusts a distance between the objective lens and the transmission object based on the first defocus signal.
前記透過物体から反射されたパターン像を受光するライン状の複数の焦点検出用受光素子を備える第2受光手段と、
前記第2受光手段により受光した前記パターン像のコントラスト量に基づいて、前記対物レンズの焦点位置と前記透過物体の結像位置との光軸方向のズレを示す第2デフォーカス信号を生成する第2検出手段とをさらに備え、
前記調節手段は、前記第1デフォーカス信号と前記第2デフォーカス信号との少なくとも一方に基づき前記間隔調節を行う
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focus adjustment apparatus according to claim 1,
Second light receiving means comprising a plurality of line-shaped focus detection light receiving elements for receiving a pattern image reflected from the transmission object;
Based on the contrast amount of the pattern image received by the second light receiving means, a second defocus signal that indicates a deviation in the optical axis direction between the focal position of the objective lens and the imaging position of the transmission object is generated. 2 detecting means,
The focus adjustment apparatus, wherein the adjustment unit performs the interval adjustment based on at least one of the first defocus signal and the second defocus signal.
前記調節手段は、
前記第1の評価値が前記第1の閾値を上回り、かつ、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていないと判定される場合には、前記第1デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行い、
前記第1の評価値が前記第1の閾値を上回り、かつ、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定され、かつ、前記第2デフォーカス信号の良否を示す第2の評価値が前記第2の閾値を上回る場合には、前記第2デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行う
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focusing apparatus according to claim 2, wherein
The adjusting means is
When the first evaluation value exceeds the first threshold value and the determination unit determines that focus adjustment is not performed on the desired surface, the first defocus signal is Based on the interval adjustment,
The first evaluation value exceeds the first threshold value, and it is determined by the determination means that focus adjustment is performed on the desired surface, and the quality of the second defocus signal is determined. When the second evaluation value shown exceeds the second threshold value, the interval adjustment is performed based on the second defocus signal.
前記調節手段は、
前記第2デフォーカス信号の良否を示す第2の評価値が前記第2の閾値を上回る場合には、前記第2デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行い、
前記第2デフォーカス信号に基づいて合焦状態に近づいたか否かを判定し、前記合焦状態に近づいたと判定すると、前記第1の評価値を監視し、前記第1の評価値が前記第1の閾値を上回り、かつ、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていないと判定される場合には、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定されるまで前記第1デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行い、
前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定されると、前記第2デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行う
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focusing apparatus according to claim 2, wherein
The adjusting means is
When the second evaluation value indicating the quality of the second defocus signal exceeds the second threshold, the interval adjustment is performed based on the second defocus signal,
It is determined whether or not the in-focus state is approached based on the second defocus signal. When it is determined that the in-focus state is approached, the first evaluation value is monitored, and the first evaluation value is If the threshold value of 1 is exceeded and the determination means determines that focus adjustment is not performed on the desired surface, the determination means performs focus adjustment on the desired surface. Performing the interval adjustment based on the first defocus signal until it is determined that
The focus adjustment apparatus, wherein when the determination unit determines that focus adjustment is performed on the desired surface, the interval adjustment is performed based on the second defocus signal.
前記複数の反射面のうち、何れかの面に合焦した状態で、その面を前記所望の面として指定するユーザ操作をあらかじめ受け付ける受付手段をさらに備え、
前記調節手段は、前記判定手段によって、前記受付手段により指定された前記所望の面に対して焦点調節が行われていないと判定される場合には、前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定されるまで前記第1デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行い、
前記判定手段により前記所望の面に対して焦点調節が行われていると判定されると、前記第2デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行う
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focusing apparatus according to claim 2, wherein
In a state in which any one of the plurality of reflective surfaces is in focus, the image processing device further includes a reception unit that receives in advance a user operation for designating the surface as the desired surface,
When the determination unit determines that focus adjustment is not performed on the desired surface specified by the reception unit, the adjustment unit applies the adjustment to the desired surface. Performing the interval adjustment based on the first defocus signal until it is determined that the focus adjustment is performed,
The focus adjustment apparatus, wherein when the determination unit determines that focus adjustment is performed on the desired surface, the interval adjustment is performed based on the second defocus signal.
合焦状態から離れた状態において、前記複数の反射面のうち、前記所望の面が何番目かを指定するユーザ操作をあらかじめ受け付ける受付手段をさらに備え、
前記調節手段は、前記第2デフォーカス信号に基づいて合焦状態に近づいたか否かを判定し、前記合焦状態に近づいたと判定すると、前記合焦状態に近づいた回数をカウントし、そのカウント数が前記受付手段により指定された指定内容に合致すると、前記第2デフォーカス信号に基づいて前記間隔調節を行う
ことを特徴とする焦点調節装置。 The focusing apparatus according to claim 2, wherein
In a state away from the in-focus state, the apparatus further comprises an accepting unit that accepts in advance a user operation that designates what number the desired surface is out of the plurality of reflective surfaces;
The adjusting means determines whether or not the in-focus state is approached based on the second defocus signal, and determines that the in-focus state is approached, and counts the number of times that the in-focus state is approached. When the number matches the designated content designated by the accepting means, the interval adjustment is performed based on the second defocus signal.
前記対物レンズの焦点調節を行う請求項1から請求項6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, wherein the focus adjustment of the objective lens is performed.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007292278A JP2009116271A (en) | 2007-11-09 | 2007-11-09 | Focusing arrangement and microscope apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007292278A JP2009116271A (en) | 2007-11-09 | 2007-11-09 | Focusing arrangement and microscope apparatus |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014235237A (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 株式会社ニコン | Focus detection device and focus adjustment device |
CN114585958A (en) * | 2019-10-19 | 2022-06-03 | 美国赛库莱特生物有限公司 | Virtual reference |
-
2007
- 2007-11-09 JP JP2007292278A patent/JP2009116271A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022552743A (en) * | 2019-10-19 | 2022-12-19 | シークライト ゲノミクス ユーエス,インコーポレイテッド | virtual reference |
CN114585958B (en) * | 2019-10-19 | 2024-05-28 | 美国赛库莱特生物有限公司 | Microscope and method for imaging fluorescent markers in a fluid channel |
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