JP2009116271A - Focusing arrangement and microscope apparatus - Google Patents

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愛一 石川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focusing arrangement enabling preferable focusing, and a microscope apparatus having it. <P>SOLUTION: The arrangement includes: a first detecting means for producing a first defocusing signal showing displacement of the focal position of an objective lens and an imaging position of a transmission object; a determination means for determining whether focusing is executed for a desired surface out of a plurality of reflection surfaces based on an output signal of the focus sensing light receiving element and the reference position by preliminarily storing a reference position on a focus sensing light receiving element for equally dividing the light receiving amount of the pattern image at the time of being focused in the lateral displacement direction of a pattern image for at least one reflection surface out of a plurality of reflection surfaces, and an adjusting means for monitoring a first evaluation value showing goodness/badness of the first defocusing signal and adjusting the interval between the objective lens and the transmission object based on the first defocusing signal in the case where the determination means determines that the evaluation value exceeds a first threshold value and that the focusing operation is carried out to the desired surface. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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)。
特開2002−277729号公報
Lens focus detection methods include a slit projection method mainly mounted on an industrial microscope and a contrast detection method mainly mounted on a biological microscope. An optical system that can switch the focus detection method between two types has already been proposed (see Patent Document 1).
JP 2002-277729 A

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 LED 7 emits infrared light for slit projection. Hereinafter, this infrared light is referred to as “slit projection AF light”. The slit projection AF light emitted from the LED 7 includes a slit plate 8, a collector lens 9, a pupil mask 10, a half mirror 11, a half mirror 16, a dichroic mirror 4, a first objective lens 3, a sample 2, and a first objective lens. 3, the dichroic mirror 4, the half mirror 16, the second objective lens 17, and the three-divided prism 18, followed by branching into three lights La, Lb, and Lc, and different regions 22 a, 22 b, and 22 c of the line sensor 22. Incident individually.

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 prism 18 branches incident slit projection AF light into two lights at the first semi-transmissive surface 19, and splits one light into two lights at the second semi-transmissive surface 20. And the one light after the branching is reflected on the reflecting surface 21. Therefore, an optical path difference is given between the three lights La, Lb, and Lc before entering the line sensor 22. Among these, the optical path difference between the light La and the light Lb and the optical path difference between the light Lb and the light Lc are equal to each other.

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 line sensor 22 is shared for detecting the light La, Lb, and Lc, but three line sensors that individually detect the light La, Lb, and Lc may be used. An image sensor may be used instead of the line sensor.

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 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 sample plane 2a). At this time, the slit projection type AF light reflected by the sample surface 2 a forms a slit-like infrared image in each of the regions 22 a, 22 b, and 22 c of the line sensor 22. Hereinafter, this infrared image is referred to as a “slit image”. The slit width direction of the slit image and the line direction of the line sensor 22 intersect each other.

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 pupil mask 10 transmits one of two lights obtained by dividing the slit projection AF light on a plane including the optical axis and shields the other. Therefore, when the slit projection type AF light reciprocates through the first objective lens 3, it passes through different positions on the pupil of the first objective lens 3 in the forward path and the backward path. Therefore, the slit image formed in each of the regions 22a, 22b, and 22c corresponds to the defocus amount of the first objective lens 3 (the shift in the optical axis direction between the focal position of the first objective lens 3 and the sample surface 2a). Slip sideways. Therefore, a defocus signal of the slit projection method can be generated from the lateral shift amount of the slit image formed in any one of the regions (preferably the region 22a). It is assumed that the center of gravity position of the slit image formed in the region 22a when the defocus amount of the first objective lens 3 is zero is measured in advance.

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 LED 14 emits infrared light for a contrast detection method. Hereinafter, this infrared light is referred to as “contrast detection AF light”. The contrast detection AF light emitted from the LED 14 includes a slit plate 13, a collector lens 12, a half mirror 11, a half mirror 16, a dichroic mirror 4, a first objective lens 3, a sample 2, a first objective lens 3, and a dichroic mirror. 4. After passing through the half mirror 16, the second objective lens 17, and the three-divided prism 18 in order, it is branched into three lights La, Lb, and Lc, and individually into different regions 22 a, 22 b, and 22 c of the line sensor 22. Incident. That is, the contrast detection type focus detection optical system shares the half mirror 16, the second objective lens 17, the three-divided prism 18, and the line sensor 22 with the slit projection type focus detection optical system.

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 slit plate 13 as shown in FIG. Therefore, the contrast detection AF light forms a striped infrared image in the vicinity of the sample surface 2a. At this time, the contrast detection AF light reflected by the sample surface 2 a forms a stripe-shaped infrared image in each of the regions 22 a, 22 b, and 22 c of the line sensor 22. Hereinafter, this infrared image is referred to as a “striped image”. The stripe image pitch direction and the line sensor 22 line direction intersect each other.

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 line sensor 22, the stripe image by the light La is formed on the back side of the line sensor 22, and the stripe image by the light Lc is on the front side of the line sensor 22. It is formed. Therefore, the degree of blur (that is, contrast) differs between the stripe image formed in the region 22a of the line sensor 22, the stripe image formed in the region 22b, and the stripe image formed in the region 22c.

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 objective lens 3. Therefore, the contrast detection method defocus signal is obtained from the contrast relationship of the stripe images formed in the regions 22a, 22b, and 22c (preferably, the contrast relationship of the stripe images formed in the regions 22a and 22c). Can be generated.

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 slit plate 13, that is, the number of stripes of the stripe image can be changed according to the pattern of the specimen 2. The combination of the reflectance of the semi-transmissive surface 19 of the three-divided prism 18, the reflectance of the semi-transmissive surface 20, and the reflectance of the reflective surface 21 is optimal in advance so that the light amounts of the three lights La, Lb, and Lc are substantially equal. It has become. Further, the positional relationship between the second objective lens 17 and the line sensor 22 is adjusted in advance so that a stripe image by the light Lb is formed on the line sensor 22 when the defocus amount of the first objective lens 3 is zero. Has been.

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 CPU 24 can perform switching control between the LED 7 that is a slit projection type light source and the LED 14 that is a contrast detection type light source via the LED switching unit 26. Since the slit projection type slit image is formed during the period in which the LED 7 is lit, it is possible to generate a slit projection type defocus signal from the output signal of the line sensor 22. On the other hand, since the contrast detection type stripe image is formed during the period when the LED 14 is lit, it is possible to generate a contrast detection type defocus signal from the output signal of the line sensor 22. Hereinafter, the state in which the slit projection type light source is lit is referred to as “slit projection mode”, and the state in which the contrast detection type light source is lit is referred to as “contrast detection mode”.

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 line sensor 22 is taken into the signal processing unit 23. When the signal processing unit 23 generates some signals based on the captured signals, the signal processing unit 23 gives them to the CPU 24. When the CPU 24 generates a slit projection type or contrast detection type defocus signal based on the given signal, the CPU 24 designates a drive direction and a drive speed in accordance with the defocus signal to the vertical movement drive unit (pulse motor or the like) 25. . The vertical movement drive unit 25 adjusts the focus of the first objective lens 3 by driving the first objective lens 3 in the optical axis direction at a designated drive direction and drive speed. Although the vertical movement drive unit 25 may be driven by the stage 1 instead of the first objective lens 3, the following description is based on the assumption that the first objective lens 3 is used.

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 CPU 24 can also control the light amount of the LED 7 and the light amount of the LED 14 via the LED switching unit 26, and can also switch the charge accumulation time (scanning time) of the line sensor 22 as necessary.

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 signal processing unit 23 and the CPU 24 in the slit projection mode will be described.

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 objective lens 3 and the sensor signal in the region 22b. (A) shows the defocus amount, (b) shows the behavior of the light La, Lb, and Lc, (c) shows the sensor signal of the region 22b, and (d) shows the integrated value of the sensor signal.

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 signal processing unit 23 includes a peak voltage signal V 102 which is obtained by peak-holding the sensor signals in the region 22b, the integrated signal V F which is obtained by integrating the sensor signal region 22b from one end (F side) to the center of gravity position 100 Then, an integrated signal V R obtained by integrating the sensor signal of the region 22b from the center of gravity position 100 to the other end (R side) is acquired and given to the CPU 24.

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 CPU 24 generates a difference signal (V F −V R ) between the integration signal V F and the integration signal V R given from the signal processing unit 23 as a defocus signal of the slit projection method. The peak voltage signal V 102 supplied from the signal processing unit 23 is used as an evaluation value for evaluating the generation state of defocus signals slit projecting system.

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 objective lens 3 is on the back side (rear pin position) from the sample surface 2a, the sensor signal in the region 22b is as shown in FIG. It is distributed on the R side from the center of gravity position 100. At this time, as shown in FIG. 2D, since the magnitude relationship between the integration signal V F and the integration signal V R is V F <V R , the defocus signal (V F −V R ) is negative.

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 objective lens 3 is at the sample surface 2a (in-focus position), the sensor signal in the region 22b is the center of gravity position 100 as shown in FIG. Distributed. At this time, as shown in FIG. 3D , the magnitude relationship between the integration signal V F and the integration signal V R is V F = V R , so the defocus signal (V F −V R ) is zero.

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 objective lens 3 is in front of the sample surface 2a (front pin position), the sensor signal in the region 22b is as shown in FIG. 4C. It is distributed on the F side from the center of gravity position 100. At this time, as shown in FIG. 4D, since the magnitude relationship between the integration signal V F and the integration signal V R is V F > V R , the defocus signal (V F −V R ) is positive.

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 objective lens 3 and the slit projection type defocus signal (V F −V R ). As shown in FIG. 5, when the first objective lens 3 is in the front pin state, the defocus signal (V F −V R ) becomes positive, and the defocus signal (V F −V R ) becomes zero as the focus state is approached. Get closer to. When the first objective lens 3 is in the rear pin state, the defocus signal (V F −V R ) becomes negative, and the defocus signal (V F −V R ) approaches zero as the focus state is approached.

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 objective lens 3 when the case of performing the focus adjustment by the defocus signal (V F -V R), the polarity of the defocus signal (V F -V R) is negative 2), when the polarity of the defocus signal (V F −V R ) is positive, the driving direction of the first objective lens 3 may be the downward direction (the direction approaching the sample 2).

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 signal processing unit 23 and the CPU 24 in the contrast detection mode will be described.

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 objective lens 3 and the sensor signals of the regions 22a, 22b and 22c. (A) is the defocus amount, (b) is the behavior of the light La, Lb, and Lc, (c) is the contrast signal of the regions 22a, 22b, and 22c, and (d) is the integral value of these contrast signals. .

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 signal processing unit 23 removes a DC component from the sensor signal of each region, and acquires a contrast signal of each region. Then, the peak voltage signal V 110 which is obtained a contrast signal of the entire area and a peak hold, the integral signal V a of the contrast signal region 22a, and the integrated signal V b of the contrast signal region 22b, contrast signal region 22c It acquires the integrated signal V c gives it to the CPU 24.

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 CPU 24 generates a difference signal (V a −V c ) between the integration signal V a and the integration signal V c given from the signal processing unit 23 and further normalizes the difference signal (V a −V c ) ( V a −V c ) / (V a + V c ) is generated as a defocus signal of the contrast detection method. Note that the peak voltage signal V 110 and the integration signals V a and V c given from the signal processing unit 23 are used as evaluation values for evaluating the generation state of the contrast detection type defocus signal.

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 objective lens 3 is on the back side (rear pin position) from the sample surface 2a, the contrast signal in the region 22c is displayed as shown in FIG. 6C. A peak appears. At this time, as shown in FIG. 6D, the magnitude relationship between the integrated signals V a and V c is V a <V c , so that the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c). ) Is negative.

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 objective lens 3 is at the sample surface 2a (in-focus position), a peak appears in the contrast signal of the region 22b as shown in FIG. 7C. To do. At this time, as shown in FIG. 7D, the magnitude relationship between the integration signals V a and V c is V a = V c , so that the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c). ) Is zero.

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 objective lens 3 is on the front side (front pin position) with respect to the sample surface 2a, a peak appears in the contrast signal of the region 22a as shown in FIG. 8C. A signal appears. At this time, as shown in FIG. 8D, the magnitude relationship between the integrated signals V a and V c is V a > V c , so that the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c). ) Is positive.

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。 Reference numeral 42 in FIG. 5 indicates the relationship between the defocus amount of the first objective lens 3 and the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) of the contrast detection method. As shown in FIG. 5, when the first objective lens 3 is in the front pin state, the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) becomes positive, and the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) approaches zero. When the first objective lens 3 is in the rear-pin state, the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) is negative, and the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) approaches zero.

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 objective lens 3 is the upward direction (the direction away from the sample 2), and when the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) is positive, the first objective lens 3 is positive. The driving direction may be a downward direction (a direction approaching the sample 2).

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 CPU 24 when the first focus adjustment mode is executed will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the CPU 24 when the first focus adjustment mode is executed.

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 objective lens 3 and the sample 2 is secured to some extent.

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 CPU 24 turns on the LED 14 which is a contrast detection type light source and turns off the LED 7 which is a slit projection type light source. Further, the CPU 24 operates the signal processing unit 23 in the contrast detection mode.

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: CPU 24, the charge accumulation time (scan time) standard values of the line sensor 22 (e.g., 2.7 ms) is set to, refer to peak voltage signal V 110 supplied from the signal processing unit 23 at this time. The CPU24 adjusts the amount of light LED14 order to the peak voltage signal V 110 to or higher than the threshold V 201.

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: CPU 24 refers to the peak voltage signal V 110 supplied from the signal processing unit 23 after adjusting, if the peak voltage signal V 110 has been a threshold V 201 or proceeds to step S5, less than the threshold V 201 If it is, it is determined that the defocus signal of the contrast detection method cannot be generated satisfactorily (focus detection by the contrast detection method is impossible), and the process proceeds to step S11.

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: CPU 24, in order to integrate the signal supplied from the signal processing unit 23 V a, the value of V c equal to or higher than the threshold V 202, adjusts the gain thereof integral signal V a, V c.

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: CPU 24, the gain-adjusted in the integrated signal V a, compared with the V c and the threshold V 202, the integrated signal V a, defocus contrast detection method as long as at least one of the threshold value V 202 or more V c it is determined that signal can be generated satisfactorily (can focus detection by the contrast detection method), the process proceeds to step S7, the integrated signal V a, the focus detection by the contrast detection method if both V c is less than the threshold value V 202 not It judges that it is possible and progresses to step S11.

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 CPU 24 generates a contrast detection type defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) based on the integrated signals V a and V c after gain adjustment.

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 CPU 24 refers to the absolute value of the generated defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) and compares it with the threshold value V 70 . If there were less than the threshold value V 70, it is determined that contains the sample surface 2a in a first focus depth of the objective lens 3 proceeds to step S9, when was the threshold V 70 above, the first objective lens It is determined that the sample surface 2a is not within the focal depth of 3, and the process proceeds to step S10.

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 CPU 24 sets the driving speed of the first objective lens 3 to zero and ends the flow.

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: CPU 24 refers to the polarity of 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 If the driving direction of the first objective lens 3 is set to the upward direction and the polarity of the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) is positive, The driving direction of the objective lens 3 is set downward. When the absolute value of the defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ) is less than the threshold value V 71 , the absolute value of the driving speed of the first objective lens 3 is set to a small value V 74 . and, if there was a threshold V 71 or set to the value V 73 of moderate absolute value of the drive speed of the first objective lens 3, the flow returns to step S3. The values V 74 and V 73 satisfy the relationship V 74 <V 73 .

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 CPU 24 turns on the LED 7 which is a slit projection type light source and turns off the LED 14 which is a contrast detection type light source. Further, the CPU 24 operates the signal processing unit 23 in the slit projection mode.

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 signal processing unit 23 at this time. Further CPU24 adjusts the amount of LED7 order to the peak voltage signal V 102 to or higher than the threshold V 200.

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: CPU 24 refers to the peak voltage signal V 102 supplied from the signal processing unit 23 after adjusting, if the peak voltage signal V 102 has been a threshold V 200 or more, a defocus signal of the slit projection system proceeds is determined that can be satisfactorily produced (possible focus detection by the slit projection system) to step S14, if less than the threshold value V 200, it can not be satisfactorily generate the defocus signals slit projection system by (a slit projection type It is determined that focus detection is impossible), and the process proceeds to step S16.

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: CPU 24, in order accommodate integrated signal supplied from the signal processing unit 23 V R, the value of V F within the allowable range, performing their integrated signal V R, the gain adjustment of the V F.

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: CPU 24 is integrated signal V R after the gain adjustment to produce a defocus signal of the slit projection system (V F -V R) by V F, the polarity of the defocus signal (V F -V R) refer. If the polarity of the defocus signal (V F −V R ) is negative, the CPU 24 sets the driving direction of the first objective lens 3 upward, and the polarity of the defocus signal (V F −V R ) is If it is positive, the driving direction of the first objective lens 3 is set downward. Further, to set the absolute value of the drive speed of the first objective lens 3 to a large value V 72. This value V 72 satisfy the relationship of V 74 <V 73 <V 72 .

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: CPU 24, the charge accumulation time slower speed than the standard value (scanning time) (for example, 7 ms) to change the peak voltage signal V 102 is the threshold value V 200 supplied from the signal processing unit 23 after the change of the line sensor 22 If the was the above, and determined to be the focus detection slit projection type process proceeds to step S14, if less than the threshold value V 200, to step S17 it is determined that not the focus detection slit projection type move on.

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 CPU 24 determines that the focal position of the first objective lens 3 is out of the adjustable range, and ends the flow. The above is the description of the flow of FIG.

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 objective lens 3 and the motor. In particular, the threshold value V70 is determined according to the depth of focus of the first objective lens 3, and the value V74 is determined according to the self-starting frequency of the motor.

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 CPU 24 of this embodiment repeatedly refers to the signal state of the contrast detection method during one focus adjustment period in which the defocus amount of the first objective lens 3 is driven to the depth of focus. (Steps S4 and S6) During the period in which focus detection by the contrast detection method is impossible (Step S4NO, Step S6NO), the first objective lens 3 is driven according to the polarity of the defocus signal of the slit projection method. (Steps S11 to S15) The first objective lens 3 is driven according to the polarity of the defocus signal of the contrast detection method during a period in which focus detection by the contrast detection method is possible (YES in Step S6).

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 objective lens 3 does not deviate from the adjustable range of the slit projection method, the CPU 24 of this embodiment performs the adjustment of the contrast detection method only once by performing the focus position search operation. Focus adjustment can be performed with accuracy.

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 CPU 24 when the second focus adjustment mode is executed will be described. Here, the focus adjustment for the glass having the front surface and the back surface as the reflection surface will be described as an example.

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 line sensor 22 of a slit image (reflected light image) from glass having a front surface and a back surface. FIG. 10A shows the state of the slit image when focused on the back surface, FIG. 10C shows the state of the slit image when focused on the front surface, and FIG. The state of the slit image when focused in the middle between the back surface and the back surface is shown. When focused on the back surface, as shown in FIG. 10 (a), it has a rectangular peak on the F side and a weak image on the R side. On the other hand, when focused on the surface, as shown in FIG. 10C, it has a rectangular peak on the R side and a weak image on the F side. Further, when focusing on the middle between the front surface and the back surface, as shown in FIG. 10B, there is a weak image on both the F side and the R side. In general, the reflected light on the front surface is stronger than the reflected light on the back surface, so the image on the F side is a little stronger.

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 objective lens 3 and the sample surface). It is a figure which shows the relationship with 2a (shift of the optical axis direction). As shown in FIG. 11, (Vx−Vy) / (Vx + Vy) is zero only at the back surface position, and the focus is in the vicinity of the back surface no matter where the focus adjustment is started from any position other than the back surface position.

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 CPU 24 when the second focus adjustment mode is executed. Below, the case where it selectively focuses on a back surface among a front surface and a back surface is demonstrated. The same can be applied to selectively focusing on the surface. The surface to be selectively focused is selected in advance by the user via an operation unit (not shown). Furthermore, it is good also as a structure which performs focus adjustment in order with respect to the front surface and the back surface. That is, the back surface is the second in-focus position. In the case of selectively focusing on the back surface, a reference position (reference position P1 described above) corresponding to the back surface is obtained in advance and recorded.

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 CPU 24 calculates the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy based on the reference position P1 corresponding to the back surface described above.

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: CPU 24, the absolute value calculated in step S25 | Vx-Vy | determines whether less than a predetermined threshold value V 300. The threshold value V300 is a predetermined threshold value, and can be estimated that the absolute value | Vx−Vy | is sufficiently close to zero, which is a value corresponding to the back surface, as shown in FIG. Absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | is, if not below the predetermined threshold value V 300, it is determined that not yet sufficiently close to the focus position proceeds to step S27. On the other hand, | Vx-Vy | When falls below a predetermined threshold value V 300, it is determined that close enough to focus position proceeds to step S28.

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 objective lens 3 | Vx-Vy.

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 CPU 24 performs the focus adjustment of the slit projection method described in FIG.

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 CPU 24 determines whether or not the sample surface 2a is within the focal depth of the first objective lens 3 based on the slit projection type defocus signal (V a −V c ) / (V a + V c ). If it is determined and it is determined that it is within the depth of focus, the process proceeds to step S30.

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 CPU 24 sets the driving speed of the first objective lens 3 to zero and ends the flow.

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 objective lens 3 are repeatedly performed until the sample surface 2 a enters the depth of focus of the first objective lens 3.

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 CPU 24 calculates the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy based on the reference position P1 corresponding to the back surface described above.

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: CPU 24, the absolute value calculated in step S54 | Vx-Vy | determines whether less than a predetermined threshold value V 300. The threshold value V300 is a predetermined threshold value, and can be estimated that the absolute value | Vx−Vy | is sufficiently close to zero, which is a value corresponding to the back surface, as shown in FIG. Absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | is, if not below the predetermined threshold value V 300 is the focusing of it slit projection scheme determined not close enough to the back surface of the focus position Continue (return to step S54). On the other hand, the absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | When falls below a predetermined threshold value V 300, it is determined that sufficiently close to the back surface of the focus position, the step in order to switch the focusing of a contrast detection method Proceed to S56.

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 CPU 24 calculates the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy based on the reference position P1 corresponding to the back surface described above.

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: CPU 24, the absolute value calculated in step S69 | Vx-Vy | determines whether less than a predetermined threshold value V 300. The threshold value V300 is a predetermined threshold value, and can be estimated that the absolute value | Vx−Vy | is sufficiently close to zero, which is a value corresponding to the back surface, as shown in FIG. Absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | is, if not below the predetermined threshold value V 300 is has entered in-focus depth in step S68, the focus on the surface (surface) is not a back Therefore, the focus control is switched to the slit projection method (proceeding to step S73). On the other hand, the absolute value of the difference between Vx and Vy | Vx-Vy | When falls below a predetermined threshold value V 300, it is determined that focus on the back surface, the process proceeds to step S71.

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 CPU 24 sets the driving speed of the first objective lens 3 to zero and ends the flow.

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 CPU 24 sets the driving direction and the driving speed of the first objective lens 3 in the same manner as step S10 in FIG. 9, and returns to step S63.

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 line sensor 22 is shown in FIG. 15A shows the state of the slit image when focused on the back surface, FIG. 15C shows the state of the slit image when focused on the front surface, and FIG. The state of the slit image when focused in the middle between the back surface and the back surface is shown.

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 line sensor 22. Further, when focusing on the front surface, the slit image from the back surface is too blurred and does not appear as an output signal of the line sensor 22. And when the thickness of the glass is thicker or when the magnification of the objective lens is higher, this tendency becomes more prominent, and when focusing on the middle between the front surface and the back surface, the line sensor 22 The output signal does not appear.

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 objective lens 3, the absolute value for the first time | focusing against the surface even below a predetermined threshold value V 300 | Vx-Vy It can be determined that the focus adjustment is not performed on the desired surface. Accordingly, the first absolute value | Vx-Vy | when falls below a predetermined threshold value V 300 is an amount corresponding first objective of glass thickness without going to a contrast detection method (corresponding to the distance between the surface and the back surface) The lens 3 is driven and adjusted to the vicinity of the back surface. Then, again performs focus adjustment of the projected slit type, then (second time) the absolute value | Vx-Vy | is When lower than a predetermined threshold value V 300, the process proceeds to a contrast detection method. Incidentally, in the case of driving the first objective lens 3 from the rear focus side, the absolute value | Vx-Vy | is lower than a predetermined threshold value V 300 for the first time at the back side near a predetermined threshold value a second time near the surface V Below 300 . Accordingly, the first absolute value | Vx-Vy | may be determined that the focus adjustment is made to the desired surface Once below a predetermined threshold value V 300. Further, the above control may be executed by a contrast detection method.

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 objective lens 3 is driven from the front pin side and the focus adjustment is switched from the slit projection method to the contrast detection method. If it is determined that the depth of focus has been entered (S70 YES), the first objective lens 3 is driven by the glass thickness (corresponding to the distance between the front surface and the back surface), and is adjusted to the vicinity of the back surface. This is because the focus adjustment is performed on the surface when it is determined for the first time that the depth of focus is entered (S70 YES). Then, the focus adjustment of the contrast detection method is performed again, and if it is determined that it has entered the depth of focus again (S70 YES), it is determined that the back surface is in focus, and the driving speed of the first objective lens 3 is set to zero. End the process. In this process, the back surface can be selectively focused without using the absolute value | Vx−Vy | of the difference between Vx and Vy. When the first objective lens 3 is driven from the rear pin side, if it is determined that the first depth of focus is entered (S70 YES), it may be determined that focus adjustment is performed on a desired surface. .

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 half mirror 16 shown in FIG. 1) is omitted.

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 light source 31 that emits visible light for observation, an illumination optical system 32 that projects an image of the light source 31 onto the pupil of the first objective lens 3, and the illumination optical system 3. A half mirror 33 that guides visible light to the first objective lens 3, an observation optical system 34 that forms an image of visible light (observation light) from the specimen 2 captured by the first objective lens 3, and the observation optical system 34 are formed. An image sensor 35 that captures a visible image is provided. If the focus adjustment apparatus of this embodiment is applied to this microscope apparatus, it is possible to perform focus adjustment with a short required time while effectively using two types of focus detection methods, so that the performance of the microscope apparatus is also improved.

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 sample 2 and a defocus signal is generated based on the AF light reflected by the sample 2. However, the AF light is applied to the sample 2. Instead of projecting light, a passive system that generates a defocus signal based on observation light from the specimen 2 may be used.

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 sample 2 is slit) as the pattern projection type focus detection optical system. The shape of the pattern to be projected may be replaced with another shape such as a dot shape. However, the slit shape has an advantage that the optical elements such as the line sensor 22 can be easily aligned.

焦点調節装置の構成図である。It is a block diagram of a focus adjustment apparatus. スリット投影方式の後ピン状態を説明する図である。It is a figure explaining the back pin state of a slit projection system. スリット投影方式の合焦状態を説明する図である。It is a figure explaining the focusing state of a slit projection system. スリット投影方式の前ピン状態を説明する図である。It is a figure explaining the front pin state of a slit projection system. デフォーカス量とデフォーカス信号との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a defocus amount and a defocus signal. コントラスト検出方式の後ピン状態を説明する図である。It is a figure explaining the back pin state of a contrast detection system. コントラスト検出方式の合焦状態を説明する図である。It is a figure explaining the focus state of a contrast detection system. コントラスト検出方式の前ピン状態を説明する図である。It is a figure explaining the front pin state of a contrast detection system. 第1焦点調節モードのフローチャートである。6 is a flowchart of a first focus adjustment mode. 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。It is a figure which shows the mode on the line sensor 22 of the slit image (reflected light image) from the glass which has a surface and a back surface. (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を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between (Vx−Vy) / (Vx + Vy) and a defocus amount of the first objective lens 3. 第2焦点調節モードのフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd focus adjustment mode. 第2焦点調節モードの変形例のフローチャートである。It is a flowchart of the modification of a 2nd focus adjustment mode. 第2焦点調節モードの別の変形例のフローチャートである。It is a flowchart of another modification of a 2nd focus adjustment mode. 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別の図である。It is another figure which shows the mode on the line sensor 22 of the slit image (reflected light image) from the glass which has a surface and a back surface. (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を示す別の図である。FIG. 6 is another diagram showing the relationship between (Vx−Vy) / (Vx + Vy) and the defocus amount of the first objective lens 3. 焦点調節装置を適用可能な顕微鏡装置の構成図である。It is a block diagram of the microscope apparatus which can apply a focus adjustment apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 ... Stage, 2 ... Sample, 3 ... 1st objective lens, 4 ... Dichroic mirror, 7 ... LED, 8 ... Slit plate, 9 ... Collector lens, 10 ... Pupil mask, 11 ... Half mirror, 12 ... Collector lens, 13 ... Slit plate, 14 ... LED, 16 ... Half mirror, 17 ... Second objective lens, 18 ... 3-divided prism, 22 ... Line sensor, 23 ... Signal processing unit, 24 ... CPU, 25 ... Vertical motion drive unit, 26 ... LED switching part

Claims (7)

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.
請求項1に記載の焦点調節装置において、
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.
請求項2に記載の焦点調節装置において、
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.
請求項2に記載の焦点調節装置において、
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.
請求項2に記載の焦点調節装置において、
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.
請求項2に記載の焦点調節装置において、
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.
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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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