JP3061758B2 - 顕微鏡用の自動合焦装置 - Google Patents
顕微鏡用の自動合焦装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡用の自動合焦
装置、特に挟み込み方式を用いた顕微鏡用の自動合焦装
置に関する。
装置、特に挟み込み方式を用いた顕微鏡用の自動合焦装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学機器において、フォーカスをいかに
精度よくかつ確実に検出するかは昔から検討されてきた
テーマであった。例えば、測定顕微鏡を使用する場合被
測定面にマニュアルでピントを合わせるためには、合焦
位置の検出を行う必要があるが、低倍率の顕微鏡の場合
には、焦点深度が深く検出精度が下がるため、高倍率接
眼レンズで倍率を上げるか、開口数（Numerical apertu
re，ＮＡ）の大きい高倍率の対物レンズを用い、焦点深
度を浅くして用いるのが一般的である。
精度よくかつ確実に検出するかは昔から検討されてきた
テーマであった。例えば、測定顕微鏡を使用する場合被
測定面にマニュアルでピントを合わせるためには、合焦
位置の検出を行う必要があるが、低倍率の顕微鏡の場合
には、焦点深度が深く検出精度が下がるため、高倍率接
眼レンズで倍率を上げるか、開口数（Numerical apertu
re，ＮＡ）の大きい高倍率の対物レンズを用い、焦点深
度を浅くして用いるのが一般的である。
【０００３】しかしながら、より確実にピント合せを行
うために、近年では図５に示すようなスプリットプリズ
ムを用いた線像ずれ合わせ方式が使用されるようになっ
てきている。
うために、近年では図５に示すようなスプリットプリズ
ムを用いた線像ずれ合わせ方式が使用されるようになっ
てきている。
【０００４】上記線像ずれ合わせ方式は、反射照明顕微
鏡光学系に、精密焦点合わせ機構としてターゲット７２
及びスプリットプリズム７０が組み込まれており、正し
い焦点位置では、被検面の鮮明な像の中央にターゲット
像が左右のずれなく鮮明に見られ、一方微小に焦点位置
がずれるとターゲット像の上下部分が中央で左右にずれ
て観察されるという光学原理を応用したものである。従
って、線像ずれ合わせ方式において、焦点合わせを行う
場合には、被検物の像面のボケを見るのではなくターゲ
ット像の縦線が中央で左右にずれているか（位置２０
２）、又は正しく直線に見られるか（位置２００）を判
断することによって行う。この線像ずれ合わせ方式は、
対物レンズ７６の焦点深度に関係なく、また肉眼の２点
識別力より敏感な合致差識別力を利用しているので、通
常の焦点合わせより高精度の焦点位置確認が行える。
鏡光学系に、精密焦点合わせ機構としてターゲット７２
及びスプリットプリズム７０が組み込まれており、正し
い焦点位置では、被検面の鮮明な像の中央にターゲット
像が左右のずれなく鮮明に見られ、一方微小に焦点位置
がずれるとターゲット像の上下部分が中央で左右にずれ
て観察されるという光学原理を応用したものである。従
って、線像ずれ合わせ方式において、焦点合わせを行う
場合には、被検物の像面のボケを見るのではなくターゲ
ット像の縦線が中央で左右にずれているか（位置２０
２）、又は正しく直線に見られるか（位置２００）を判
断することによって行う。この線像ずれ合わせ方式は、
対物レンズ７６の焦点深度に関係なく、また肉眼の２点
識別力より敏感な合致差識別力を利用しているので、通
常の焦点合わせより高精度の焦点位置確認が行える。
【０００５】しかしながら、線像ずれ合わせ方式に用い
るスプリットプリズムは、複雑な構造であるため、被検
物全体を覆う大きさになってしまい、ピントがずれてい
る場合（位置２０２）には、ターゲット像の縦線が中央
で左右にずれるだけでなく、焦点合わせがしにくいとい
う問題があった。
るスプリットプリズムは、複雑な構造であるため、被検
物全体を覆う大きさになってしまい、ピントがずれてい
る場合（位置２０２）には、ターゲット像の縦線が中央
で左右にずれるだけでなく、焦点合わせがしにくいとい
う問題があった。
【０００６】上記線像ずれ合わせ方式の上記問題点を解
決する方式として焦点合わせの方式が提案されている。
挟み込み方式は、ダブル線の間にシングル線を挟み込ん
で、焦点合せを行う方式である。この挟み込み方式は、
肉眼による２５０ｍｍにおける合致精度において、分離
角度の識別能力が±５秒、長さで±６．５μｍであり、
線像ずれ合わせ方式の分離角度の識別能力が±８秒、長
さで±１０μｍに比べ、更に高精度の焦点合わせをする
ことができる。
決する方式として焦点合わせの方式が提案されている。
挟み込み方式は、ダブル線の間にシングル線を挟み込ん
で、焦点合せを行う方式である。この挟み込み方式は、
肉眼による２５０ｍｍにおける合致精度において、分離
角度の識別能力が±５秒、長さで±６．５μｍであり、
線像ずれ合わせ方式の分離角度の識別能力が±８秒、長
さで±１０μｍに比べ、更に高精度の焦点合わせをする
ことができる。
【０００７】上記挟み込み方式を用いた従来の光学系を
図６を用いて説明する。
図６を用いて説明する。
【０００８】図６に示すように、光源８０からの光軸
は、ハーフミラー８２により半反射されレンズ８６によ
り集光されダブルスリットマスク９０を通過する。これ
により照準ダブル線が生成され、この照準ダブル線は、
投影レンズ９４を介し更にマスク９１により光軸の下半
分を遮光され上半分が通過し、全反射ミラー８４によっ
て全反射される。また、ハーフミラー８２を通過した光
源８０からの光は、全反射ミラー８４により全反射され
レンズ８７により集光されシングルスリットマスク９２
を通過する。これにより照準シングル線が生成され、こ
の照準シングル線は、投影レンズ９６を介し更にマスク
９３により光軸の上半分が遮光され下半分が通過し、ハ
ーフミラー８２によって半反射される。これにより、照
準ダブル線の中央に照準シングルを挟み込む像を結像さ
せることができる。
は、ハーフミラー８２により半反射されレンズ８６によ
り集光されダブルスリットマスク９０を通過する。これ
により照準ダブル線が生成され、この照準ダブル線は、
投影レンズ９４を介し更にマスク９１により光軸の下半
分を遮光され上半分が通過し、全反射ミラー８４によっ
て全反射される。また、ハーフミラー８２を通過した光
源８０からの光は、全反射ミラー８４により全反射され
レンズ８７により集光されシングルスリットマスク９２
を通過する。これにより照準シングル線が生成され、こ
の照準シングル線は、投影レンズ９６を介し更にマスク
９３により光軸の上半分が遮光され下半分が通過し、ハ
ーフミラー８２によって半反射される。これにより、照
準ダブル線の中央に照準シングルを挟み込む像を結像さ
せることができる。
【０００９】しかしながら、上述の挟み込み方式の場合
には、光学系が２系列になるため、光学系が繁雑である
ため、その調整に手間取るという問題があった。
には、光学系が２系列になるため、光学系が繁雑である
ため、その調整に手間取るという問題があった。
【００１０】また、従来から各種の自動合焦装置が提案
されているが、発光素子の光を被検物の表面に反射させ
て、この反射光を受光素子で受光することによって、被
検物が焦点より近い位置にあるのか遠い位置にあるのか
を判別する方法が一般的であった。
されているが、発光素子の光を被検物の表面に反射させ
て、この反射光を受光素子で受光することによって、被
検物が焦点より近い位置にあるのか遠い位置にあるのか
を判別する方法が一般的であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
自動合焦装置の場合には、発光素子の光を被検物の表面
に反射させるため、被検物の表面性状によって合焦精度
が影響を受けるおそれがあり、また合焦状態を目視観察
することができなかった。
自動合焦装置の場合には、発光素子の光を被検物の表面
に反射させるため、被検物の表面性状によって合焦精度
が影響を受けるおそれがあり、また合焦状態を目視観察
することができなかった。
【００１２】本発明は上記従来の課題に鑑みたものであ
り、その目的は、被検物の表面性状に依存せず高精度で
焦点合せを行うことができると共に、光学系を簡略化し
た挟み込み方式を採用した顕微鏡用の自動合焦装置を提
供することである。
り、その目的は、被検物の表面性状に依存せず高精度で
焦点合せを行うことができると共に、光学系を簡略化し
た挟み込み方式を採用した顕微鏡用の自動合焦装置を提
供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る顕微鏡用の自動合焦装置は、
以下の特徴を有する。
するために、本発明に係る顕微鏡用の自動合焦装置は、
以下の特徴を有する。
【００１４】（１）照準ダブル線と照準シングル線を顕
微鏡光学系の像面に結像させ、観察する被検物にその像
を投影して、照準ダブル線の中央に照準シングル線を挟
み込むように調整し焦点合せを行う顕微鏡用の自動合焦
装置において、第１光源と第１光源からの光軸上に前記
照準ダブル線を形成するように配置されたダブルスリッ
トマスクと、第２光源と第２光源からの光軸上に前記照
準シングル線を形成するように配置されたシングルスリ
ットマスクと、任意角度の稜を形成する第１側面及び第
２側面と前記稜に対向する平面とにより三角柱を構成
し、それぞれ第１側面と第２側面に入射された前記照準
ダブル線と照準シングル線を前記稜前方に反射させるプ
リズムと、前記プリズムの稜前方に配設され反射された
前記照準ダブル線と照準シングル線とを結像させ、観察
する被検物に前記照準ダブル線と照準シングル線の像を
投影する投影レンズと、前記投影レンズによる両照準線
結像を一定の角度に反射させる全反射ミラーと、全反射
ミラーからの両照準線結像を半反射させるハーフミラー
と、前記ハーフミラーによって前記投影レンズにより投
影された前記照準ダブル線と照準シングル線の像を前記
被検物の像面に結像させる対物レンズと、前記ハーフミ
ラーを介して前記対物レンズと対峙する両照準線結像位
置に配設された画像検出素子と、前記画像検出素子で検
出された前記照準ダブル線と挟み込まれた照準シングル
線との対称性を判定する判定部と、前記判定部からの出
力に応じて前記照準ダブル線の中央に照準シングル線を
挟み込むように被検物の載物台を上下させる駆動部と、
を有する。
微鏡光学系の像面に結像させ、観察する被検物にその像
を投影して、照準ダブル線の中央に照準シングル線を挟
み込むように調整し焦点合せを行う顕微鏡用の自動合焦
装置において、第１光源と第１光源からの光軸上に前記
照準ダブル線を形成するように配置されたダブルスリッ
トマスクと、第２光源と第２光源からの光軸上に前記照
準シングル線を形成するように配置されたシングルスリ
ットマスクと、任意角度の稜を形成する第１側面及び第
２側面と前記稜に対向する平面とにより三角柱を構成
し、それぞれ第１側面と第２側面に入射された前記照準
ダブル線と照準シングル線を前記稜前方に反射させるプ
リズムと、前記プリズムの稜前方に配設され反射された
前記照準ダブル線と照準シングル線とを結像させ、観察
する被検物に前記照準ダブル線と照準シングル線の像を
投影する投影レンズと、前記投影レンズによる両照準線
結像を一定の角度に反射させる全反射ミラーと、全反射
ミラーからの両照準線結像を半反射させるハーフミラー
と、前記ハーフミラーによって前記投影レンズにより投
影された前記照準ダブル線と照準シングル線の像を前記
被検物の像面に結像させる対物レンズと、前記ハーフミ
ラーを介して前記対物レンズと対峙する両照準線結像位
置に配設された画像検出素子と、前記画像検出素子で検
出された前記照準ダブル線と挟み込まれた照準シングル
線との対称性を判定する判定部と、前記判定部からの出
力に応じて前記照準ダブル線の中央に照準シングル線を
挟み込むように被検物の載物台を上下させる駆動部と、
を有する。
【００１５】従って、挟み込み方式の照準ダブル線と照
準シングル線を画像検出素子により読み取り、照準ダブ
ル線の中央に照準シングル線が挟み込まれているか否か
を画像検出して合焦状態を判定しているので、従来の発
光素子を用いた自動焦点装置に比べ、被検物の表面性状
による合焦精度の影響を受けない。挟み込み方式におい
てプリズムを用いて照準ダブル線と照準シングル線を分
離するので、光学系を簡略化でき、コンパクトな自動合
焦装置を形成することができる。更に、光学系が簡略化
されたので、調整も容易となる。
準シングル線を画像検出素子により読み取り、照準ダブ
ル線の中央に照準シングル線が挟み込まれているか否か
を画像検出して合焦状態を判定しているので、従来の発
光素子を用いた自動焦点装置に比べ、被検物の表面性状
による合焦精度の影響を受けない。挟み込み方式におい
てプリズムを用いて照準ダブル線と照準シングル線を分
離するので、光学系を簡略化でき、コンパクトな自動合
焦装置を形成することができる。更に、光学系が簡略化
されたので、調整も容易となる。
【００１６】（２）照準ダブル線と照準シングル線を顕
微鏡光学系の像面に結像させ、観察する被検物にその像
を投影して、照準ダブル線の中央に照準シングル線を挟
み込むように調整し焦点合せを行うフォーカス検出ユニ
ットを備えた顕微鏡において、第１光源と第１光源から
の光軸上に前記照準ダブル線を形成するように配置され
たダブルスリットマスクと、第２光源と第２光源からの
光軸上に前記照準シングル線を形成するように配置され
たシングルスリットマスクと、任意角度の稜を形成する
第１側面及び第２側面と前記稜と対向する平面とにより
三角柱を構成し、それぞれ第１側面と第２側面に入射さ
れた前記照準ダブル線と照準シングル線を前記稜前方に
反射させるプリズムと、前記プリズムの稜前方に配設さ
れ反射された前記照準ダブル線と照準シングル線とを結
像させ、観察する被検物に前記照準ダブル線と照準シン
グル線の像を投影する投影レンズと、前記投影レンズに
よる両照準線結像を一定の角度に反射させる中心部を全
反射ミラーとしたハーフミラーと、前記ハーフミラーか
らの両照準線結像を半反射させる他のハーフミラーと、
前記他のハーフミラーによって前記投影レンズにより投
影された前記照準ダブル線と照準シングル線の像を前記
被検物の像面に結像させる対物レンズと、前記ハーフミ
ラーを介して前記対物レンズと対峙する両照準線結像位
置に配設された画像検出素子と、前記画像検出素子で検
出された前記照準ダブル線と挟み込まれた照準シングル
線との対称性を判定する判定部と、前記判定部からの出
力に応じて前記照準ダブル線の中央に照準シングル線を
挟み込むように被検物の載物台を上下させる駆動部と、
を有し、更に、前記ハーフミラーの後方には、第３光源
が設けられ、第３光源からの光は、前記ハーフミラーで
透過した光のみ前記他のハーフミラーにより半反射され
対物レンズを介して被検物の像面に到達し、被検物の像
面の明視野の中心に両照準線像の写る暗視野を形成す
る。
微鏡光学系の像面に結像させ、観察する被検物にその像
を投影して、照準ダブル線の中央に照準シングル線を挟
み込むように調整し焦点合せを行うフォーカス検出ユニ
ットを備えた顕微鏡において、第１光源と第１光源から
の光軸上に前記照準ダブル線を形成するように配置され
たダブルスリットマスクと、第２光源と第２光源からの
光軸上に前記照準シングル線を形成するように配置され
たシングルスリットマスクと、任意角度の稜を形成する
第１側面及び第２側面と前記稜と対向する平面とにより
三角柱を構成し、それぞれ第１側面と第２側面に入射さ
れた前記照準ダブル線と照準シングル線を前記稜前方に
反射させるプリズムと、前記プリズムの稜前方に配設さ
れ反射された前記照準ダブル線と照準シングル線とを結
像させ、観察する被検物に前記照準ダブル線と照準シン
グル線の像を投影する投影レンズと、前記投影レンズに
よる両照準線結像を一定の角度に反射させる中心部を全
反射ミラーとしたハーフミラーと、前記ハーフミラーか
らの両照準線結像を半反射させる他のハーフミラーと、
前記他のハーフミラーによって前記投影レンズにより投
影された前記照準ダブル線と照準シングル線の像を前記
被検物の像面に結像させる対物レンズと、前記ハーフミ
ラーを介して前記対物レンズと対峙する両照準線結像位
置に配設された画像検出素子と、前記画像検出素子で検
出された前記照準ダブル線と挟み込まれた照準シングル
線との対称性を判定する判定部と、前記判定部からの出
力に応じて前記照準ダブル線の中央に照準シングル線を
挟み込むように被検物の載物台を上下させる駆動部と、
を有し、更に、前記ハーフミラーの後方には、第３光源
が設けられ、第３光源からの光は、前記ハーフミラーで
透過した光のみ前記他のハーフミラーにより半反射され
対物レンズを介して被検物の像面に到達し、被検物の像
面の明視野の中心に両照準線像の写る暗視野を形成す
る。
【００１７】従って、照準ダブル線及び照準シングル線
の線像近傍を暗視野にし、被検物の明るさに対し線像の
コントラストを上げることができる。これにより、更に
焦点合わせがし易くなる。
の線像近傍を暗視野にし、被検物の明るさに対し線像の
コントラストを上げることができる。これにより、更に
焦点合わせがし易くなる。
【００１８】（３）上記（１）に記載の顕微鏡用の自動
合焦装置において、前記画像検出素子は、ラインセンサ
である。
合焦装置において、前記画像検出素子は、ラインセンサ
である。
【００１９】ラインセンサによれば、照準ダブル線及び
照準シングル線の線像を高速に読み取ることができるの
で、合焦判定処理に遅延がほとんど生じない。従って、
ほぼリアルタイムで、合焦自体を判定して自動調整する
ことができる。
照準シングル線の線像を高速に読み取ることができるの
で、合焦判定処理に遅延がほとんど生じない。従って、
ほぼリアルタイムで、合焦自体を判定して自動調整する
ことができる。
【００２０】（４）上記（１）に記載の顕微鏡用の自動
合焦装置において、更に、判定部は、測定した両照準線
の位置を記憶する記憶手段を有し、前回測定位置と今回
測定位置とを比較し、合焦の度合いを判定する。
合焦装置において、更に、判定部は、測定した両照準線
の位置を記憶する記憶手段を有し、前回測定位置と今回
測定位置とを比較し、合焦の度合いを判定する。
【００２１】従って、被検物が焦点に対して近い位置に
あるのか遠い位置にあるのかを認識しつつ、駆動部によ
り被検物の載物台を上下させることができる。
あるのか遠い位置にあるのかを認識しつつ、駆動部によ
り被検物の載物台を上下させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施の形
態を説明する。
態を説明する。
【００２３】図１を用いて、本実施形態の顕微鏡用の自
動合焦装置について説明する。
動合焦装置について説明する。
【００２４】本実施形態は、照準ダブル線と照準シング
ル線を顕微鏡光学系の像面に結像させ、観察する被検物
にその像を投影して、照準ダブル線の中央に照準シング
ル線を挟み込むように調整し焦点合せを行う顕微鏡用の
自動合焦装置であって、図１に示す構成を有する。
ル線を顕微鏡光学系の像面に結像させ、観察する被検物
にその像を投影して、照準ダブル線の中央に照準シング
ル線を挟み込むように調整し焦点合せを行う顕微鏡用の
自動合焦装置であって、図１に示す構成を有する。
【００２５】すなわち、図１に示すように、顕微鏡用の
自動合焦装置には、第１光源であるランプ１０からの光
軸上に照準ダブル線を形成するためのダブルスリットマ
スク１２が配置されており、また第２光源であるランプ
１４からの光軸上に照準シングル線を形成するためのシ
ングルスリットマスク１６が配置されている。また、任
意角度の稜を形成する第１側面及び第２側面と該稜に対
向する平面とにより三角柱を構成するプリズム１８は、
照準ダブル線と照準シングル線がそれぞれ第１側面と第
２側面にそれぞれ入射可能な位置に配置され、入射され
た照準ダブル線と照準シングル線を稜前方に反射させ
る。また、プリズム１８の稜前方には、投影レンズ２０
が配設され、プリズム１８によって反射されマスク２２
より光束分離された照準ダブル線と照準シングル線とを
結像させ、観察する被検物に照準ダブル線と照準シング
ル線の像を投影させる。
自動合焦装置には、第１光源であるランプ１０からの光
軸上に照準ダブル線を形成するためのダブルスリットマ
スク１２が配置されており、また第２光源であるランプ
１４からの光軸上に照準シングル線を形成するためのシ
ングルスリットマスク１６が配置されている。また、任
意角度の稜を形成する第１側面及び第２側面と該稜に対
向する平面とにより三角柱を構成するプリズム１８は、
照準ダブル線と照準シングル線がそれぞれ第１側面と第
２側面にそれぞれ入射可能な位置に配置され、入射され
た照準ダブル線と照準シングル線を稜前方に反射させ
る。また、プリズム１８の稜前方には、投影レンズ２０
が配設され、プリズム１８によって反射されマスク２２
より光束分離された照準ダブル線と照準シングル線とを
結像させ、観察する被検物に照準ダブル線と照準シング
ル線の像を投影させる。
【００２６】更に、投影レンズ２０による両照準線結像
は、中心部を全反射ミラーとしたハーフミラー３０によ
って一定の角度に反射され、このハーフミラー３０から
の両照準線結像は、ハーフミラー２６により半反射さ
れ、対物レンズ３４によって、投影レンズ２０により投
影された照準ダブル線と照準シングル線の像が被検物の
像面に結像される。
は、中心部を全反射ミラーとしたハーフミラー３０によ
って一定の角度に反射され、このハーフミラー３０から
の両照準線結像は、ハーフミラー２６により半反射さ
れ、対物レンズ３４によって、投影レンズ２０により投
影された照準ダブル線と照準シングル線の像が被検物の
像面に結像される。
【００２７】また、ハーフミラー２６を介して対物レン
ズ３４と対峙する両照準線結像位置、即ち中間像位置に
画像検出素子４０が配設され、判定部である判定回路４
２では、画像検出素子４０で検出された照準ダブル線と
挟み込まれた照準シングル線との対称性を判定する。駆
動回路４６は、判定回路４２からの出力に応じて、駆動
機構４８（例えばステッピングモータ）を駆動させ、照
準ダブル線の中央に照準シングル線を挟み込むように被
検物の載物台５０を上下させる。本実施形態における画
像検出素子としては、ラインセンサ、ＰＳＤ（position
sensitive device ）、ＣＣＤカメラ等が使用可能であ
るが、特にラインセンサは、高速に読み取ることができ
るので、合焦処理にほとんど遅延を生じないので、画像
検出素子として有用である。
ズ３４と対峙する両照準線結像位置、即ち中間像位置に
画像検出素子４０が配設され、判定部である判定回路４
２では、画像検出素子４０で検出された照準ダブル線と
挟み込まれた照準シングル線との対称性を判定する。駆
動回路４６は、判定回路４２からの出力に応じて、駆動
機構４８（例えばステッピングモータ）を駆動させ、照
準ダブル線の中央に照準シングル線を挟み込むように被
検物の載物台５０を上下させる。本実施形態における画
像検出素子としては、ラインセンサ、ＰＳＤ（position
sensitive device ）、ＣＣＤカメラ等が使用可能であ
るが、特にラインセンサは、高速に読み取ることができ
るので、合焦処理にほとんど遅延を生じないので、画像
検出素子として有用である。
【００２８】本実施形態の顕微鏡用の自動合焦装置によ
れば、挟み込み方式の照準ダブル線と照準シングル線を
画像検出素子４０により読み取っているため、従来の発
光素子を用いた自動焦点装置に比べ、被検物の表面性状
による合焦精度の影響を受けない。また、挟み込み方式
においてプリズム１８を用いて照準ダブル線と照準シン
グル線を分離するので、従来の挟み込む方式に比べ光学
系を簡略化でき、コンパクトな顕微鏡用の自動合焦装置
を形成することができる。更に、光学系を簡略化できた
ので、光学系の調整も容易となる。また、挟み込み方式
により焦点合せを採用しているので、焦点合わせの精度
が向上する。
れば、挟み込み方式の照準ダブル線と照準シングル線を
画像検出素子４０により読み取っているため、従来の発
光素子を用いた自動焦点装置に比べ、被検物の表面性状
による合焦精度の影響を受けない。また、挟み込み方式
においてプリズム１８を用いて照準ダブル線と照準シン
グル線を分離するので、従来の挟み込む方式に比べ光学
系を簡略化でき、コンパクトな顕微鏡用の自動合焦装置
を形成することができる。更に、光学系を簡略化できた
ので、光学系の調整も容易となる。また、挟み込み方式
により焦点合せを採用しているので、焦点合わせの精度
が向上する。
【００２９】また、本実施形態の顕微鏡用の自動合焦装
置は、ハーフミラー３０は、中心部が全反射ミラーとな
っており、ハーフミラー３０の後方には、第３光源であ
るランプ２８が設けられ、ランプ２８からの光は、レン
ズ２９で集光され、ハーフミラー３０で透過した光のみ
ハーフミラー２６により半反射され対物レンズ３４を介
して被検物５２の像面に到達する。従って、被検物５２
の像面の明視野の中心に両照準線像の写る暗視野を形成
することができる。
置は、ハーフミラー３０は、中心部が全反射ミラーとな
っており、ハーフミラー３０の後方には、第３光源であ
るランプ２８が設けられ、ランプ２８からの光は、レン
ズ２９で集光され、ハーフミラー３０で透過した光のみ
ハーフミラー２６により半反射され対物レンズ３４を介
して被検物５２の像面に到達する。従って、被検物５２
の像面の明視野の中心に両照準線像の写る暗視野を形成
することができる。
【００３０】また、本実施形態の顕微鏡の自動合焦装置
は、ハーフミラー２６と画像検出素子４０との間には、
ハーフミラー２４が配置され、このハーフミラー２４に
より半反射された被検物の像は、接眼レンズ（図示せ
ず）を介して目視で観察することができる。
は、ハーフミラー２６と画像検出素子４０との間には、
ハーフミラー２４が配置され、このハーフミラー２４に
より半反射された被検物の像は、接眼レンズ（図示せ
ず）を介して目視で観察することができる。
【００３１】従って、本実施形態の顕微鏡の自動合焦装
置によれば、自動焦点合せを行いつつ、目視でも合焦状
態を確認することができる。
置によれば、自動焦点合せを行いつつ、目視でも合焦状
態を確認することができる。
【００３２】次に、上述の判定回路４２について、図１
及び図２〜図４を用いて詳述する。図３に示すように、
合焦位置付近では、照準シングル線ｂは照準ダブル線
ａ，ｃの間に位置しているが、焦点がズレるに従って、
図３に示すように例えば照準シングル線ｂは右方向へ、
照準ダブル線ａ，ｃは左方向へ移動し行き（焦点ズレ方
向によってはこの逆になる）、照準シングル線ｂが照準
ダブル線ａ，ｃの間から外れていく。そこで、判定回路
４２に、予め照準ダブル線ａ，ｃの２本の間隔ｌ1 を入
力しておく。これにより、判定回路４２は画像検出素子
４０より読み取られた３本の照準線の内、どれが照準シ
ングル線ｂであるか、または照準ダブル線ａ，ｃかを判
定することができる。そして、この照準シングル線ｂと
照準ダブル線ａ，ｃの位置関係から、最終的に合焦状態
を判定することができる。
及び図２〜図４を用いて詳述する。図３に示すように、
合焦位置付近では、照準シングル線ｂは照準ダブル線
ａ，ｃの間に位置しているが、焦点がズレるに従って、
図３に示すように例えば照準シングル線ｂは右方向へ、
照準ダブル線ａ，ｃは左方向へ移動し行き（焦点ズレ方
向によってはこの逆になる）、照準シングル線ｂが照準
ダブル線ａ，ｃの間から外れていく。そこで、判定回路
４２に、予め照準ダブル線ａ，ｃの２本の間隔ｌ1 を入
力しておく。これにより、判定回路４２は画像検出素子
４０より読み取られた３本の照準線の内、どれが照準シ
ングル線ｂであるか、または照準ダブル線ａ，ｃかを判
定することができる。そして、この照準シングル線ｂと
照準ダブル線ａ，ｃの位置関係から、最終的に合焦状態
を判定することができる。
【００３３】図１に示すように、被検物５２に対して顕
微鏡の焦点があった場合、すなわちジャストフォーカス
１０２の場合では、照準ダブル線ａ，ｃの中央に照準シ
ングル線ｂが挟み込まれる。かかる場合、画像検出素子
４０において、３本の照準線ａ，ｂ，ｃの間隔が等しく
読み取られる。従って、判定回路４２は、ｌ2 ＝ｌ3に
より合焦と判定し、駆動回路４６に合焦状態を示すゼロ
レベルの信号を送る。一方、図１に示すように焦点より
手前の場合、すなわち前ピン１０４の場合には、間隔
ａ，ｂが間隔ｂ，ｃより大きいので、正の駆動信号を駆
動回路４６に出力して、駆動機構４８によって載物台５
０を下方に移動させる。また焦点より後方の場合、すな
わち後ピン１０６の場合には、間隔ａ，ｂが間隔ｂ，ｃ
より小さくなるので、負の駆動信号を駆動回路４６に出
力して、駆動機構４８によって載物台５０を上方に移動
させる。駆動機構４８の上下駆動幅は、間隔ａ，ｂと間
隔ｂ，ｃとの差の絶対値に比例している。
微鏡の焦点があった場合、すなわちジャストフォーカス
１０２の場合では、照準ダブル線ａ，ｃの中央に照準シ
ングル線ｂが挟み込まれる。かかる場合、画像検出素子
４０において、３本の照準線ａ，ｂ，ｃの間隔が等しく
読み取られる。従って、判定回路４２は、ｌ2 ＝ｌ3に
より合焦と判定し、駆動回路４６に合焦状態を示すゼロ
レベルの信号を送る。一方、図１に示すように焦点より
手前の場合、すなわち前ピン１０４の場合には、間隔
ａ，ｂが間隔ｂ，ｃより大きいので、正の駆動信号を駆
動回路４６に出力して、駆動機構４８によって載物台５
０を下方に移動させる。また焦点より後方の場合、すな
わち後ピン１０６の場合には、間隔ａ，ｂが間隔ｂ，ｃ
より小さくなるので、負の駆動信号を駆動回路４６に出
力して、駆動機構４８によって載物台５０を上方に移動
させる。駆動機構４８の上下駆動幅は、間隔ａ，ｂと間
隔ｂ，ｃとの差の絶対値に比例している。
【００３４】また、本実施形態における判定回路４２
は、測定した両照準線の位置を記憶するＲＡＭ等からな
る記憶手段４４が設けられており、前回の両照準線ａ，
ｂ，ｃの測定位置と今回の両照準線ａ，ｂ，ｃの測定位
置とを比較し、合焦度合いの変化を判定することができ
る。
は、測定した両照準線の位置を記憶するＲＡＭ等からな
る記憶手段４４が設けられており、前回の両照準線ａ，
ｂ，ｃの測定位置と今回の両照準線ａ，ｂ，ｃの測定位
置とを比較し、合焦度合いの変化を判定することができ
る。
【００３５】従って、被検物が焦点に対して近い位置に
あるのか遠い位置にあるのかを認識しつつ、駆動部によ
り被検物の載物台を上下させることができる。
あるのか遠い位置にあるのかを認識しつつ、駆動部によ
り被検物の載物台を上下させることができる。
【００３６】尚、本実施形態では、ランプ（例えば白熱
ランプ）を用いたがこれに限るものではなくＬＥＤを用
いてもよい。
ランプ）を用いたがこれに限るものではなくＬＥＤを用
いてもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る顕微鏡用の
自動合焦装置によれば、挟み込み方式の照準ダブル線と
照準シングル線を画像検出素子により読み取り、照準ダ
ブル線の中央に照準シングル線が挟み込まれているか否
かを画像検出して合焦状態を判定しているので、従来の
発光素子を用いた自動焦点装置に比べ、被検物の表面性
状による合焦精度の影響を受けない。挟み込み方式にお
いてプリズムを用いて照準ダブル線と照準シングル線を
分離するので、光学系を簡略化でき、コンパクトな自動
合焦装置を形成することができる。更に、光学系が簡略
化されたので、調整も容易となる。
自動合焦装置によれば、挟み込み方式の照準ダブル線と
照準シングル線を画像検出素子により読み取り、照準ダ
ブル線の中央に照準シングル線が挟み込まれているか否
かを画像検出して合焦状態を判定しているので、従来の
発光素子を用いた自動焦点装置に比べ、被検物の表面性
状による合焦精度の影響を受けない。挟み込み方式にお
いてプリズムを用いて照準ダブル線と照準シングル線を
分離するので、光学系を簡略化でき、コンパクトな自動
合焦装置を形成することができる。更に、光学系が簡略
化されたので、調整も容易となる。
【００３８】また、暗視野マスク又は中心全反射ミラー
と光源とを組み合わせることにより、照準ダブル線及び
照準シングル線の線像近傍を暗視野にし、被検物の明る
さに対し線像のコントラストを挙げることができる。こ
れにより、更に焦点合わせがし易くなる。
と光源とを組み合わせることにより、照準ダブル線及び
照準シングル線の線像近傍を暗視野にし、被検物の明る
さに対し線像のコントラストを挙げることができる。こ
れにより、更に焦点合わせがし易くなる。
【００３９】また、判定部が、測定した両照準線の位置
を記憶する記憶手段を有し、前回測定位置と今回測定位
置とを比較し、合焦度合いの変化を判定するので、被検
物が焦点に対して近い位置にあるのか遠い位置にあるの
かを認識しつつ、駆動部により被検物の載物台を上下さ
せることができる。
を記憶する記憶手段を有し、前回測定位置と今回測定位
置とを比較し、合焦度合いの変化を判定するので、被検
物が焦点に対して近い位置にあるのか遠い位置にあるの
かを認識しつつ、駆動部により被検物の載物台を上下さ
せることができる。
【図１】 本発明に係る顕微鏡用の自動合焦装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 本発明に係る顕微鏡用の自動合焦装置の画像
検出素子に読み取られた合焦状態を示す図である。
検出素子に読み取られた合焦状態を示す図である。
【図３】 本発明に係る顕微鏡用の自動合焦装置の画像
検出素子に読み取られた非合焦状態を示す図である。
検出素子に読み取られた非合焦状態を示す図である。
【図４】 本発明に係る顕微鏡用の自動合焦装置の画像
検出素子に読み取られた他の非合焦状態を示す図であ
る。
検出素子に読み取られた他の非合焦状態を示す図であ
る。
【図５】 スプリットプリズムを用いた線像ずれ合わせ
方式の原理を説明する図である。
方式の原理を説明する図である。
【図６】 従来の挟み込み方式のフォーカス検出ユニッ
トの光学系の構成を示す図である。
トの光学系の構成を示す図である。
１０，１４，２８ ランプ、１２ ダブルスリットマス
ク、１６ シングルスリットマスク、１８ プリズム、
２０ 投影レンズ、２２ マスク、２４，２６ハーフミ
ラー、３０ 全反射ミラー、３４ 対物レンズ、４０
画像検出素子、４２ 判定回路、４４ 記憶手段、４６
駆動回路、４８ 駆動機構、５０載物台、５２ 被検
物、１０２ ジャストフォーカス、１０４ 前ピン、１
０６後ピン。
ク、１６ シングルスリットマスク、１８ プリズム、
２０ 投影レンズ、２２ マスク、２４，２６ハーフミ
ラー、３０ 全反射ミラー、３４ 対物レンズ、４０
画像検出素子、４２ 判定回路、４４ 記憶手段、４６
駆動回路、４８ 駆動機構、５０載物台、５２ 被検
物、１０２ ジャストフォーカス、１０４ 前ピン、１
０６後ピン。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 7/28 - 7/40 G02B 21/26 G03B 13/36
Claims (4)
- 【請求項１】 照準ダブル線と照準シングル線を顕微鏡
光学系の像面に結像させ、観察する被検物にその像を投
影して、照準ダブル線の中央に照準シングル線を挟み込
むように調整し焦点合せを行う顕微鏡用の自動合焦装置
において、 第１光源と第１光源からの光軸上に前記照準ダブル線を
形成するように配置されたダブルスリットマスクと、 第２光源と第２光源からの光軸上に前記照準シングル線
を形成するように配置されたシングルスリットマスク
と、 任意角度の稜を形成する第１側面及び第２側面と前記稜
に対向する平面とにより三角柱を構成し、それぞれ第１
側面と第２側面に入射された前記照準ダブル線と照準シ
ングル線を前記稜前方に反射させるプリズムと、 前記プリズムの稜前方に配設され反射された前記照準ダ
ブル線と照準シングル線とを結像させ、観察する被検物
に前記照準ダブル線と照準シングル線の像を投影する投
影レンズと、 前記投影レンズによる両照準線結像を一定の角度に反射
させる全反射ミラーと、 全反射ミラーからの両照準線結像を半反射させるハーフ
ミラーと、 前記ハーフミラーによって前記投影レンズにより投影さ
れた前記照準ダブル線と照準シングル線の像を前記被検
物の像面に結像させる対物レンズと、 前記ハーフミラーを介して前記対物レンズと対峙する両
照準線結像位置に配設された画像検出素子と、 前記画像検出素子で検出された前記照準ダブル線と挟み
込まれた照準シングル線との対称性を判定する判定部
と、 前記判定部からの出力に応じて前記照準ダブル線の中央
に照準シングル線を挟み込むように被検物の載物台を上
下させる駆動部と、 を有することを特徴とする顕微鏡用の自動合焦装置。 - 【請求項２】 照準ダブル線と照準シングル線を顕微鏡
光学系の像面に結像させ、観察する被検物にその像を投
影して、照準ダブル線の中央に照準シングル線を挟み込
むように調整し焦点合せを行うフォーカス検出ユニット
を備えた顕微鏡において、 第１光源と第１光源からの光軸上に前記照準ダブル線を
形成するように配置されたダブルスリットマスクと、 第２光源と第２光源からの光軸上に前記照準シングル線
を形成するように配置されたシングルスリットマスク
と、 任意角度の稜を形成する第１側面及び第２側面と前記稜
と対向する平面とにより三角柱を構成し、それぞれ第１
側面と第２側面に入射された前記照準ダブル線と照準シ
ングル線を前記稜前方に反射させるプリズムと、 前記プリズムの稜前方に配設され反射された前記照準ダ
ブル線と照準シングル線とを結像させ、観察する被検物
に前記照準ダブル線と照準シングル線の像を投影する投
影レンズと、 前記投影レンズによる両照準線結像を一定の角度に反射
させる中心部を全反射ミラーとしたハーフミラーと、 前記ハーフミラーからの両照準線結像を半反射させる他
のハーフミラーと、 前記他のハーフミラーによって前記投影レンズにより投
影された前記照準ダブル線と照準シングル線の像を前記
被検物の像面に結像させる対物レンズと、 前記ハーフミラーを介して前記対物レンズと対峙する両
照準線結像位置に配設された画像検出素子と、 前記画像検出素子で検出された前記照準ダブル線と挟み
込まれた照準シングル線との対称性を判定する判定部
と、 前記判定部からの出力に応じて前記照準ダブル線の中央
に照準シングル線を挟み込むように被検物の載物台を上
下させる駆動部と、 を有し、 更に、前記ハーフミラーの後方には、第３光源が設けら
れ、第３光源からの光は、前記ハーフミラーで透過した
光のみ前記他のハーフミラーにより半反射され対物レン
ズを介して被検物の像面に到達し、被検物の像面の明視
野の中心に両照準線像の写る暗視野を形成することを特
徴とする顕微鏡用の自動合焦装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の顕微鏡用の自動合焦装
置において、 前記画像検出素子は、ラインセンサであることを特徴と
する顕微鏡用の自動合焦装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の顕微鏡用の自動合焦装
置において、 更に、判定部は、測定した両照準線の位置を記憶する記
憶手段を有し、前回測定位置と今回測定位置とを比較
し、合焦の度合いを判定することを特徴とする顕微鏡用
の自動合焦装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29838196A JP3061758B2 (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | 顕微鏡用の自動合焦装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29838196A JP3061758B2 (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | 顕微鏡用の自動合焦装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10142487A JPH10142487A (ja) | 1998-05-29 |
| JP3061758B2 true JP3061758B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=17858969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29838196A Expired - Fee Related JP3061758B2 (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | 顕微鏡用の自動合焦装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3061758B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10145056A1 (de) * | 2001-09-13 | 2003-04-03 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Fokuskontrolle in einem Mikroskop mit digitaler Bildgebung, vorzugsweise einem konfokalen Mikroskop |
| EP1760455A4 (en) * | 2004-06-21 | 2016-12-21 | Olympus Corp | MEASURING DEVICE |
-
1996
- 1996-11-11 JP JP29838196A patent/JP3061758B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10142487A (ja) | 1998-05-29 |
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