JP3515162B2 - 観察装置 - Google Patents

観察装置

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JP3515162B2 JP05816294A JP5816294A JP3515162B2 JP 3515162 B2 JP3515162 B2 JP 3515162B2 JP 05816294 A JP05816294 A JP 05816294A JP 5816294 A JP5816294 A JP 5816294A JP 3515162 B2 JP3515162 B2 JP 3515162B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡の観察装置に係
り、さらに詳しく述べると観察等の際に使用されるオー
トフォーカスに関する。
【0002】
【従来の技術】光を利用したオートフォーカスとして
は、次の2つの方法が知られている。
【0003】一つは対象物に模様がある場合に用いられ
るパッシブ・オートフォーカスといわれるものであり、
太陽光等の自然照明や顕微鏡の観察光源等による照明で
得られる対象物に対して、光検出器によりコントラスト
が最大とする点を探す、あるいは三角測距する方法であ
る。
【0004】もう一つは対象物に模様がない、例えば鏡
のようなものの場合に用いられるアクティブ・オートフ
ォーカスといわれるものであり、対象物に対して模様を
投影したり、あるいは測定光を投射して、その反射光を
光検出器により検出する方法である。
【0005】従来、この後者のアクティブ・オートフォ
ーカスを顕微鏡等に採用する場合には、自然照明光や照
明光とオートフォーカス用の光との分離を容易にするた
め、あるいは投影された模様が観察者に認知される不都
合を避けるため、対象物に投射する光束としては近赤外
光等の不可視光が使用されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように不可視光を投射光として利用する方式の場合、一
般の汎用品の装置は可視領域の波長を対象にして光学設
計されているため、これらの装置にオートフォーカス機
能を付加しようとするときは、オートフォーカス光源の
波長に合わせて光学系の大幅な改造が必要であり、改造
コストが高くなるという問題があった。
【0007】また、改造コストを抑えようとすると、装
置が本来有する光学性能を損なう恐れがあるという問題
もあった。
【0008】本発明は上記従来技術の欠点に鑑み案出さ
れたものであり、本発明の目的は、装置が有する光学性
能を損なうことなく、顕微鏡等の既成光学製品の光学部
材に変更を加えることなく、正確にオートフォーカスで
きる観察装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は次のような構成を持つことを特徴とする。
【0009】(1) 観察対象物を可視光にて照明する
照明光学系と、該照明光学系による照明視野にある対象
物を観察する観察光学系とを具備した観察装置におい
て、前記照明光学系の照明光束の波長と少なくても一部
を共通にする波長の投影光束を持ちフォーカス指標を投
影する指標投影光学系と、該指標投影光学系による指標
の投影を検査者の残像が生じない時間断続的に行う指標
光束制限手段と、前記照明光学系による照明を指標投影
が行われない時間断続的に行い、かつ照明が行われない
時間が検査者に認知されない時間に制限する照明光束制
限手段と、前記対象物に投影されたフォーカス指標の像
を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基
づいてフォーカス指標に対する前記対象物との相対的距
離を変える距離変更手段と、を有することを特徴とす
る。
【0010】(2) (1)の指標光束制限手段は指標
板の対象物側に配置されたシャッタを有することを特徴
とする。
【0011】(3) (1)の指標光束制限手段は指標
光源を点滅制御する制御手段を有することを特徴とす
る。
【0012】(4) (1)の指標投影光学系の中心光
束は前記検出手段の検出光軸に対して所定の角度を有
し、前記検出手段はフォーカス指標の位置を検出するこ
とを特徴とする。
【0012】
【実施例】以下、本発明を一般顕微鏡に適用した一実施
例を図面に基づいて説明する。
【0013】[光学系]図1は実施例の装置の光学配置
略図であり、フォーカス検出系、照明系、観察系に分け
て説明する。
【0014】(フォーカス検出系)1は白色光を発する
ハロゲンランプ等の有フィラメントの指標投影用光源で
あり、光源1からの光束はコンデンサレンズ2、凹レン
ズ3を介してスリット4を照明する。コンデンサレンズ
2の光軸L1は、凹レンズ3の光軸L2に対し所定の角
度に傾けられている。スリット4の光束が後述する受光
素子面上に入射しやすいように、傾き角度を小さくする
ためのものである。
【0015】5は指標光束を断続的に遮蔽する円盤状の
シャッタであり、モータ6により駆動される。シャッタ
5は、図2に示すように同一円周上に4つの開口部5a
を持っている。5bは開口部の位置検出のためのインデ
ックス用永久磁石を示しており、開口部5aの各位置に
対応するようにシャッタ5の周上に埋設されている。7
は磁気ヘッドであり、シャッタ5の回転によりインデッ
クス用永久磁石5bが所定位置に来たことを検出する。
【0016】シャッタ5の開口部を通過したスリット光
束は第1ハーフミラ8で反射され、後述する観察系のプ
リズム9、第2ハーフミラー10を介し、対物レンズ1
1上に光源像を作った後、観察対象物12にスリット像
を形成する。
【0017】スリット光束は対物レンズ11により、第
2ハーフミラー10、プリズム9及び第1ハーフミラー
8を介して、スリット4と共役な位置に配置される半導
体位置検出素子(以下PSDという)13上にスリット
像を結像する。PSD13上のスリット像は、光軸L1
が光軸L2に対し傾けられているので、観察対象物12
の距離により図3に示すようにその位置が変化する。P
SD13はこのスリット像の光の重心位置により、図3
上の出力1側と出力2側での電圧差を得て、観察対象物
12のフォーカス距離と方向を検出する。
【0018】(照明系)20は光源1と同様のハロゲン
ランプ等の観察用光源であり、21はコンデンサレン
ズ、22は開口絞りである。23はシャッタ5と開口部
の大きさが異なるシャッタであり、シャッタ23はモー
タ24により回転されて照明光を断続的に遮断する。シ
ャッタ23には図4に示すように4つの開口部23a
と、位置検出のためのインデックス用永久磁石23bが
ある。
【0019】25はシャッタ23のインデックス用永久
磁石23bを検知する磁気ヘッドである。シャッタ23
の開口部23aを通過した照明光束は第2ハーフミラー
10で反射され、対物レンズ11を介して観察対象物1
2を照明する。
【0020】(観察系)30は接眼レンズであり、プリ
ズム9及び対物レンズ11とともに顕微鏡の観察系を構
成し、観察眼31は接眼レンズ30を介して照明系によ
り照明された観察対象物12を観察する。
【0021】[制御系]図5は上記光学系の要部電気系
ブロック図であり、シャッタ5とシャッタ23の回転を
制御するためのフェイズドロックドループ回路系(以
下、PLL回路という)と指標検出処理系に分けて説明
する。
【0022】(フェイズドロックドループ回路系)磁気
ヘッド7はインデックス用永久磁石5bが所定位置にく
ると、微分波形上のパルス信号を発生する。パルス信号
は波形整形回路40aで波形整形された後位相比較41
aに送られる。
【0023】位相比較41aは、このパルス信号と基準
周波数を発生する発振器42の出力信号を比較し、差が
あればその差の負号と幅をチャージポンプ43aに与え
る。チャージポンプ43aは与えられた差の符号付きパ
ルスを積分し、モータ6の速度制御信号としてドライバ
44aに信号を送る。
【0024】同様に、磁気ヘッド25からのパルス信号
は、波形整形回路40bで波形整形された後、位相比較
41bで発振器42の基準周波数と比較される。比較結
果に基づいてチャージポンプ43aはモータ24の速度
制御信号をドライバ44bに送る。
【0025】45は各シャッタを通過する光束の通過期
間T1 〜T4 (図6参照)を作るカウンタであり、各シ
ャッタを通過する光束のタイミングを指標検出系に伝
え、受光処理するタイミングを与える回路である。
【0026】(指標検出処理系)46はPSD13の出
力1と出力2からの電圧信号を検出処理する位置検出ア
ンプである。47はカウンタ45により付与されるT1
のタイミングで位置検出アンプ46の出力をサンプリン
グするサンプルホールド回路であり、48はサンプルホ
ールド回路47でサンプリングされた結果に基づいて観
察対象物12を光軸方向のフォーカス位置に移動させる
オートフォーカスサーボ機構である。
【0027】[動作]以上のような構成の装置におい
て、その動作をオートフォーカスに関係する部分を中心
に説明する。
【0028】観察者は観察対象物12を不図示の載置台
に載せ、観察用光源20を点灯させ目的部位を観察視野
内に移動する。次に、不図示の操作スイッチを押してオ
ートフォーカス機構を作動させる、指標投影用光源1と
モータ6及びモータ24を駆動する。
【0029】磁気ヘッド7,25はインデックス用永久
磁石5b,23bを検出し、検出信号は位相比較41
a,41bにより発振器42の基準信号と比較され、比
較信号に基づいてモータ6とモータ24の回転速度が制
御され、両者は同期して回転する。
【0030】指標投影用光源1及び観察用光源20から
の光束は、シャッタ5及びシャッタ23により断続的に
遮られる。波形整形回路40a,40bにより図6の
(a)の波形整形信号が得られたとすると、指標投影用
光源1からの光束がシャッタ5を通過するタイミング信
号は(b)、観察用光源からの光束がシャッタ23を通
過するタイミング信号は(c)とそれぞれ表される。第
2ハーフミラー10により合成され測定対象物12に照
射されるときの両光束の合成信号は(d)となる。T1
はシャッタ5を指標光束が通過する時間、T2 はシャッ
タ23を通過する時間、T3 は指標光束が遮断されてか
ら観察光束が通過を始めるまでの時間、T4 は観察光束
が遮断されてから指標光束が通過を始めるまでの時間
を、それぞれ示している。指標光束のシャッタ5を通過
する時間(T1 )は、観察用光束のシャッタ23を通過
する時間(T2 )に対し、人眼による残像が無視できる
程度に十分短く設定され、観察眼31にはスリット像は
認識されない。T1 〜T4 の時間は、モータ6(及びモ
ータ24)の回転速度,シャッタの開口部5a,23a
の大きさ、及びインデックス用永久磁石5b,23bの
位置から決定される。なお、実施例では、PSD13の
処理速度が遅いことや、サンプルホールド47のアクイ
ジションタイムを考慮してT3 を設け、PSD13のデ
ィスチャージを行うためにT4 を設けているが、各々の
素子の応答時間によってはT3 、T4 の時間は容易に変
更できる。
【0031】PSD13の検出素子面上に入射した光束
に重心の偏りがある場合、出力1側と出力2側での電圧
差が生じ、位置検出アンプ46により出力1と出力2の
電圧差が検出処理される。カウンタ45はT1 〜T4 の
タイミングをサンプルホールド回路47に送り、サンプ
ルホールド回路47はT1 の期間のタイミングで位置検
出アンプ46の出力信号をサンプルし、T2 及びT3 の
期間出力信号をホールドする。サンプリングされた信号
からフォ−カス点までの距離と方向を得て、この情報に
基づいてオ−トフォーカスサーボ機構48を作動させ
る。オ−トフォーカスサーボ機構48は載置台をフォー
カス点まで光軸方向に移動させる。
【0032】なお、本実施例では、指標投影用光源とし
てハロゲンランプを採用しているが、LEDやレーザ光
等に置き換えても差し支えない。この場合は、シャッタ
5とシャッタ5を制御する回路は不要となり、T1 の間
だけLEDやレーザ光等が投光されるように制御すれば
良い。シャッタ5は液晶で構成し、光束の透過と遮断を
電気的に行っても良い。
【0033】また、受光素子もPSDに限られるもので
なく、例えば、CCDラインセンサ等への変容も可能で
ある。CCDラインセンサを採用する場合には、CCD
ラインセンサの光蓄積期間を図6のT1 の間とし、位置
読みだしをT1 以外の間とすれば良い。以上のように本
実施例は、種々の変容が可能であり、技術思想を同一に
する範囲でこれらも本発明に含まれる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
既存の顕微鏡等の光学装置に対しても大幅の改造を加え
る必要がなく、オートフォーカス機構を付加することが
できる。また、この場合光学装置の光学性能の劣化が生
ずることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の装置の光学配置略図である。
【図2】シャッタ5を示した図である。
【図3】PSD上のスリット像を示した図である。
【図4】シャッタ23を示した図である。
【図5】実施例の装置の要部電気系ブロック図である。
【図6】指標光束および観察光束のタイミング信号を表
した図である。
【符号の説明】
1 指標投影用光源 4 スリット 5 シャッタ 12 観察対象物 13 PSD 20 観察用光源 23 シャッタ 48 オートフォーカスサーボ機構

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 観察対象物を可視光にて照明する照明光
    学系と、該照明光学系による照明視野にある対象物を観
    察する観察光学系とを具備した観察装置において、前記
    照明光学系の照明光束の波長と少なくても一部を共通に
    する波長の投影光束を持ちフォーカス指標を投影する指
    標投影光学系と、該指標投影光学系による指標の投影を
    検査者の残像が生じない時間断続的に行う指標光束制限
    手段と、前記照明光学系による照明を指標投影が行われ
    ない時間断続的に行い、かつ照明が行われない時間が検
    査者に認知されない時間に制限する照明光束制限手段
    と、前記対象物に投影されたフォーカス指標の像を検出
    する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいて
    フォーカス指標に対する前記対象物との相対的距離を変
    える距離変更手段と、を有することを特徴とする観察装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1の指標光束制限手段は指標板の
    対象物側に配置されたシャッタを有することを特徴とす
    る観察装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の指標光束制限手段は指標光源
    を点滅制御する制御手段を有することを特徴とする観察
    装置。
  4. 【請求項4】 請求項1の指標投影光学系の中心光束は
    前記検出手段の検出光軸に対して所定の角度を有し、前
    記検出手段はフォーカス指標の位置を検出することを特
    徴とする観察装置。
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