JP4097761B2 - Autofocus microscope and autofocus detection device - Google Patents

Autofocus microscope and autofocus detection device Download PDF

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    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/241Devices for focusing
    • G02B21/245Devices for focusing using auxiliary sources, detectors

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察試料のピント位置の調整を自動的に行なうことの可能な自動焦点顕微鏡及び自動合焦検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、微細な資料を観察し、あるいは観察像をビデオ画像として記録することのできる顕微鏡が生物分野の研究をはじめ、工業分野の検査工程まで幅広く利用されている。このような顕微鏡を使用する場合、通常は焦準ハンドル操作により観察試料の焦点調節を行なうことでピント合わせ作業を実行する。しかるに、該作業は手動操作であるため、特に高倍対物レンズのように焦点深度が浅く合焦範囲が狭い場合には、素早くピント合わせ操作を行なうためにかなりの習熟を必要とする。
【0003】
そして、このピント合わせ作業の操作性が悪いと、作業者の疲労、生産効率の低下という悪影響を及ぼすことになる。特に検査工程などのルーチン作業においては、この操作を素早く行なって検査時間を短縮することが非常に重要な課題となる。
【0004】
そこで、このようなピント合わせ操作を自動的に行なうことのできる自動合焦機能を有した顕微鏡が種々提案され、またそれらの改善を目的とした提案も数多くなされてきた。
【0005】
特許番号第2614843号では、合焦検出用の赤外光と実際に観察する可視光の波長差を補正すると共に、複数の対物レンズを使用した場合の各対物レンズの色収差により、自動焦点検出位置がバラつくことを補償するための手段が記載され、操作性の改善と製造コストの低減が提案されている。
【0006】
また、多層形成された半導体ウェハのように段差のある標本に対して、それぞれの層の欠陥を漏れなく検出するために、特開平6−281409号のような提案がなされている。
【0007】
さらに特開平8−43717号では、検出側の光路を2分割し、各々倍率の異なる2種類の結像レンズを用いて異なる受光素子より検出信号を得ることで合焦位置の判定をより広範囲な領域において行ない、標本への対応性を向上させている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明した特許番号第2614843号で提案されている方式は、対物レンズ毎に各々調整部が設けられ、それら対物レンズ毎に合焦位置からのオフセット値を設定、再現できるので対物レンズの色収差の補正には充分効果を発揮するものである。
【0009】
しかしながら、標本自体のバラツキによる焦点の位置ずれに対しては考慮がなされていない。これは例えば、半導体ウェハなどのように表面に段差のある標本の段差の上下を各々観察したい場合に、そのいずれか一方の合焦位置に対しては有効であるが、もう片方の合焦位置にはピントが合わないという欠点が生ずるものである。この場合、他方の合焦位置を観察するためには、対物レンズ毎に設けられた調整部を操作して最適合焦位置をずらして観察を行なうか、自動焦点検出動作を一時中断し、手動でのピント合わせ操作を強いられる結果となっている。
【0010】
また、上記特開平6−281409号では複数の焦点位置を観察するための検査装置が記載されており、ある特定の標本の完全なルーチン検査に対しては効果的である。すなわち、多層面の段差が予め分かっている単一標本の検査では有効な手段である。しかしながら、段差が異なる別の標本を観察する場合や標本の厚さが不明な場合など、標本の形状が変化した場合には迅速な対応を採ることができないという欠点がある。つまり、観察可能にするためにはフォーカスオフセット値を変更あるいは新規に登録し直す作業が必要となるが、その設定方法等に関する配慮がなされておらず、最悪の場合には設定操作が観察者とは別の、装置に精通した技術者が行なわなければならないケースも発生しかねない。したがって、複数の標本を観察しなければならない場合には適応することができないものとなっていた。
【0011】
ところでこの種の焦点検出装置においては、その光学特性上、合焦位置判定の可能な範囲は対物レンズが高倍率になるほど狭くなる。これは検出側の結像レンズが固定倍率であることに起因しているため、上記特許番号第2614843号と特開平6−281409号の2つの発明においては、対物レンズ毎のオフセットや焦点位置の補正が可能であっても、対物レンズ等の光学系の倍率にともなって合焦判定の範囲やスピード、精度等の性能が変動してしまうことになる。
【0012】
また上記特開平8−43717においては、上述した問題を回避するために検出側の光路を2分割し、各々倍率の異なる2種類の結像レンズを用いて結像された光電変換素子からの2種類の検出信号に基づき合焦判定を行なっている。しかしながら、このような構成とすることで同時に光学系、受光素子等の増加に伴う装置全体の大型化、価格の上昇等を招いてしまうことは避けられない。また、それぞれの結像レンズはやはり固定倍率なので、様々な倍率に応じた、最適な合焦動作を確保するまでには至らない。
【0013】
さらに検出側の結像レンズの位置を移動させてフォーカスオフセットを行なう場合についても、結像レンズが低倍率の場合と高倍率の場合とではその移動幅が異なってオフセットの調整幅にも制限が生じてしまうため、上記特開平6−281409号にて明示されているような構成では、満足なフォーカスオフセット値の設定ができない虞がある。
【0014】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、自動焦点検出を行なう際に対物レンズの倍率や標本の厚みに拘わらず、常に広範囲の合焦判定範囲を確保しながら使用者が観察したい任意の光軸方向位置へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことを可能とする一方、対物レンズの倍率等に拘わらず、常に余裕を持った調整幅にて自動合焦可能なあらゆる標本に対して合焦位置のオフセット調整を簡単、確実に設定できる、操作性に優れた自動焦点顕微鏡及び自動合焦検出装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、複数の交換可能な対物レンズと、上記各対物レンズのうちの1つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段とを有し、上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記各対物レンズの倍率に応じて上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする。
【0016】
このような構成とした結果、自動焦点検出を行なう際に、各対物レンズの倍率により異なる焦点深度や試料の厚みに拘わらず、広範囲の合焦判定範囲を確保しながら使用者が観察したい任意の光軸方向位置へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことが可能となる一方、合焦位置のオフセット調整に際しても、対物レンズ倍率等に拘わらず、自動合焦可能なあらゆる標本に対して常に余裕を持った調整幅にて簡単且つ確実に設定することが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1はその全体構成を示しており、複数の対物レンズ3a,3b、これら複数の対物レンズ3a,3bを取付可能なレボルバ本体2、このレボルバ本体2を回転させ、任意の対物レンズ3を光路中に挿入させるために電気的な駆動を行なうレボルバ用モータ15、及びレボルバ本体2のどの対物レンズ取付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出するためのレボ穴位置検出部21から電動レボルバが構成されている。
【0021】
しかるにこの電動レボルバにおいて、コントロール部25からの信号を受けるレボルバ用モータ駆動部18の駆動制御により上記レボルバ用モータ15が回転駆動され、またレボルバ本体2のどの穴位置に対物レンズ3が装着されているかを検出する設定するレボ穴位置検出部21で検出された内容はそのままコントロール部25へ送られる。
【0022】
コントロール部25は周知のCPU回路であり、図2に示す如くCPU本体28、システムを制御するためのプログラムを格納したROM29と、制御に必要なデータを随時格納する揮発性メモリであるRAM30、制御信号の入出力を行なうI/Oポート31、及びこれらを接続するデータバス32と、図示しない発振器、アドレスデコーダ等の周知の周辺回路から構成されるもので、このI/Oポート31やデータバス32から各々の周辺装置の制御を行なうことになる。
【0023】
観察対象となる観察試料Sは、試料移動ステージ1上に載置されて対物レンズ3で観察できるようになっている。上記試料移動ステージ1は焦準用モータ16に接続されており、電気的に試料移動ステージ1を光軸と垂直方向に上下動させることが可能となっている。この焦準用モータ16は、焦準用モータ駆動部19により駆動されるもので、焦準用モータ駆動部19は上記I/Oポート31を介してコントロール部25からの制御を受ける。
【0024】
オートフォーカスに使用される基準光源4としては、赤外線等の可視外光波長領域の光源が使用される。この基準光源4は、光源のパルス点灯等を行ない、光源の強弱をコントロールする光源駆動部22より制御されるもので、基準光源4から発せられたレーザ光は平行光を保つためのコリメートレンズ5を通り、光束の半分をカットする投光側ストッパ6を介してPBS7でP偏光成分のみが反射され、標本側に導かれる。すなわち、集光レンズ群8により一旦集光された光束は色補正レンズ群9を通り、λ/4板10を通過する時に45°偏光され、ダイクロックミラー11により反射される。
【0025】
上記色補正レンズ群9は、色補正レンズ用モータ17により焦点距離を変更するズーム機構と、光軸に対して垂直方向への移動を行なう機構の両方を兼ね備えた構成になっており、色補正レンズ用モータ駆動部20によって駆動される。また、色補正レンズ群9の光軸方向における所定の範囲の両端にはリミット検出部33が設けられており、上記色補正レンズ群9の光軸方向の移動範囲を制限している。
【0026】
上記ダイクロックミラー11は、赤外域のみが反射され、可視域は通過する性質をもっている。これにより、オートフォーカス用の赤外光はダイクロックミラー11で反射し、標本を視察するための可視光すなわち観察光及び照明光が光路中に挿入された対物レンズ3を介してここでは図示しない接眼レンズに至って、観察することが可能になる。ダイクロックミラー11により反射された光束は、対物レンズ3により観察試料Sにスポット状の像を形成する。そして、観察試料Sにより反射された光束は、今度は逆に対物レンズ3、ダイクロックミラー11を介し、λ/4板10を再び通過する時にさらに45°偏光され、S偏光成分に切換わる。その後、色補正レンズ群9、集光レンズ群8を戻り、PBS7へ入射する。ここで光束は上述した如くS偏光成分になっているので、そのままPBS7を透過し、受光側ストッパー12、集光レンズ群13を通過した後にフォトダイオード(以下「P.D.」と略称する)14に結像される。P.D.14は、光軸を中心に2個のフォトダイオード(センサA,B)が並ぶ光検出器である。P.D.14で結像されたスポットの光強度に応じた電流信号は増幅器23で電流/電圧変換された後に所定の増幅率をもって増幅され、その後A/D変換器24にてデジタル値に変換されてからコントロール部25で演算処理される。
【0027】
また、観察を行なうものが直接操作する操作部としては、レボルバ本体2を回転させて光路に挿入されている対物レンズ3を任意倍率のものに変更するための図示しない対物レンズ変換SW、オートフォーカス動作の設定/解除を行なうオートフォーカススイッチ、及び焦準部の上下動、及び色補正レンズ群9の移動を指示するためのJOGエンコーダ(E)27が設けられ、このうちJOGエンコーダ27のエンコーダ信号はパルスカウンタ26にてパルス数に変換されてコントロール部25に送られる。コントロール部25はこのパルスカウンタ26からのパルス数を読込むことで上記JOGエンコーダ27がどちらの方向にどれだけ回転されたかを判断し、JOGエンコーダ27の回転量に応じて各々の駆動部を動かすようになっている。
【0028】
次に上記第1の実施の形態の特にオートフォーカス動作を行なった場合について説明する。図1では示さなかったオートフォーカススイッチが押下されると、コントロール部25はオートフォーカス用の赤外光のスポットを観察試料Sに照射させるために光源駆動部22に信号を与え、基準光源4の発振を開始する。
【0029】
基準光源4からの光束で観察試料Sにスポットを照射し、その反射がP.D.14に投影されるもので、この投影されたスポットの位置により実際のオートフォーカス制御を行なう。
【0030】
ここで、今回の実施の形態に記載されているオートフォーカス動作の原理を簡単に説明する。いま、仮に試料移動ステージ1の位置が合焦位置より上、すなわち対物レンズ3に近い場合を想定すると、基準光源4からのスポットは観察試料Sから早く反射され、P.D.14に結像されるスポット像は、図3(a)のようになり中心位置からセンサB寄りに、且つ強度が弱まって結像される。
【0031】
反対に、試料移動ステージ1が合焦位置より下にある場合、すなわち対物レンズ3から遠い場合には、スポットは図3(c)のようにセンサA寄りに結像される。
【0032】
また、試料移動ステージ1が正確に合焦位置にある場合のスポットの形状は、図3(b)に示すようにセンサA,B共に均等な範囲でほぼ光軸の中心に結像する。しかも、この場合は焦点位置にあるために中心の光強度は最も高くなっている。
【0033】
このようなスポットの動き、強さを判断しながらコントロール部25は次式 ∫{(A−B)/(A+B)}=0
となる点に試料移動ステージ1を移動することによりオートフォーカス動作を行なう。センサAの出力が大きい場合は試料移動ステージ1を上に駆動し、センサBの出力が大きい場合は下に移動する。かくして、観察試料1の表面に正確に合焦できることになる。
【0034】
ところが、ここで一つ大きな不具合が発生する。すなわち、オートフォーカス動作を行なう基準光源4は赤外光であり、実際の可視光とは波長が異なるため、色収差によりオートフォーカス装置が合焦と判断していても可視光領域ではピントがずれるという事態が生ずる。そこで設置されるのが色補正レンズ群9である。コントロール部25は、補正レンズ用駆動部20に駆動指示を与え、色補正レンズ用モータ17を駆動して色補正レンズ群9の光軸方向に対する移動量を調整し、P.D.14の結像位置の補正を行なう。この補正移動量は対物レンズ3の特性、基準光源4の使用波長によりある程度限定できることから、装置組立て、調整時に予め対物レンズ毎の補正移動値をROM29あるいはその他の記憶媒体、例えば不揮発性メモリであるEEPROM等に記憶しておくことで、そのデータに基づき補正作業が可能となる。また、この補正移動量は各対物レンズ3により各々異なるので、使用される対物レンズ3毎に記憶されている。
【0035】
また色補正レンズ群9には、もう一つ重要な役割がある。以下、この役割について説明する。
コントロール部25に入力される光検出器からのセンサA,Bの両出力信号は図4(a)に示すような特性となり、上記コントロール部25において演算処理された信号は図4(b)に示すような特性となる。すなわち、高倍の対物レンズ装着時と低倍の対物レンズ装着時との信号の形状は大きく異なり、高倍になる程、非測定面の変位、すなわちステージの上下方向における、信号が現れる範囲が狭くなる。この原因は、対物レンズ毎のNAの違いによるものであり、NAの大きい高倍の対物レンズを用いて検出した信号は、各々の信号におけるピーク間の距離が狭くなり、さらに急峻な上昇、下降を呈することとなる。
【0036】
一般に合焦位置検出装置では、図4(a)または図4(b)に示すような信号のどちらか一方、または両方を用いて合焦位置の判定を行なうため、これらの信号の検出可能な範囲が狭いと上記範囲を検索するために時間を費やし、結果として合焦判定に時間がかかることとなる。
【0037】
この問題は、色補正レンズ群9に焦点距離調節手段としてズーム機能を持たせることで回避できる。すなわち、低倍の対物レンズには色補正レンズ群9の焦点距離を小さく、逆に高倍対物レンズ装着時には焦点距離を大きくすることで、各対物レンズ間のNAの違いによる上記検出信号の形状のばらつきを解消し、常に十分な合焦判定範囲を確保することが可能となる。この色補正レンズ群9の焦点距離補正値についても、先述の補正移動量と同様、対物レンズの種類によりその値を特定できるため、予め対物レンズ毎の焦点距離補正値をROM29あるいはその他の記憶媒体、例えば不揮発性メモリであるEEPROM等に使用される対物レンズ3毎に記憶設定するものとすれば、記憶されているデータに基いた補正作業が可能となる。これにより観察像へのピント合わせが完了する。
【0038】
したがって、本実施の形態においてオートフォーカス動作が開始される前に、上記色補正レンズ群9は装着されている各対物レンズ3毎に応じた補正移動値、及び焦点距離補正値に基づいて補正を行ない、各対物レンズ3に応じた最適なオートフォーカス動作の環境を設定するものとする。
【0039】
以上のような色補正レンズ自動調整がなされた状態で、最終的に観察像へのピント合わせが完了する。
最後に、オートフォーカス動作中の対物レンズ変換時の動作について説明する。
【0040】
オートフォーカス動作中に図示されない対物レンズ3の切換えスイッチが押下された場合、コントロール部25はまず対物変換動作を行なうに当たり、光源駆動部22の発振を停止し、A/D変換器24からのデータ取得及び演算処理を停止すると共に、実行中のオートフォーカス動作を一時中断する。その上で、レボルバ用モータ駆動部18を駆動し、レボルバ用モータ15によりレボルバ本体2へ回転指示を与える。レボルバ本体2の回転が完了して新しい対物レンズ3が光路中に挿入されると、コントロール部25はレボ穴位置検出部21からの情報を読込み、現在光路中に挿入されている対物レンズ3の倍率を確認し、それに対応した色収差補正レンズ群9の各補正値をROM29もしくは図示しない不揮発性メモリから読込み、その値に従って補正レンズ用駆動部20を駆動して色補正レンズ用モータ17を回転させ、色補正レンズ群9の焦点距離及び位置を調整した後に、あらためて上記オートフォーカス動作を再開する。
【0041】
かくして、本実施の形態によれば、自動焦点検出を行なう際に対物レンズの倍率や標本の厚みに関わらず、広範囲の合焦判定範囲を確保しながら、使用者が観察したい任意の位置(Z方向)へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことが可能となるものである。
【0042】
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。
この第2の実施の形態については、オートフォーカス動作中のオフセット機構について説明する。なお、オートフォーカス動作自体については上記第1の実施の形態と同様であり、全体の構成は上記図1及び図2と同様であるものとして、同一部分には同一符号を用いて、ここではその図示及び説明を省略する。
【0043】
しかるに上述した第1の実施の形態と同様のオートフォーカス動作を行なってピント合わせが終了した際に生じる、実際に作業者の観察したい部位にピントが合っているかどうかという懸念について考える。すなわち、観察試料Sに照射されるスポット径は非常に小さく、実際の作業者が観察した部位にスポットが当たっているとは限らない。また、スポット内にいくつもの段差がある場合などは、P.D.14から正確な出力が得られない場合が発生する。これを解決するために本実施の形態では、オートフォーカス動作中に以下のような動作を行なうものとする。
【0044】
オートフォーカス動作中、コントロール部25はP.D.14からの入力により合焦検出動作を行なうのと同時に、パルスカウンタ26のデータを読込んでJOGエンコーダ27の監視を行なう。JOGエンコーダ27で回転指示による信号が発生した場合、これを受けたコントロール部25は補正レンズ用駆動部20に駆動指示を与え、色補正レンズ群9の焦点距離を固定したまま、その位置のみを移動させる。これにより、オートフォーカス動作中に色補正レンズ群9が移動すると、当然ながらP.D.14へのスポット形状が変化する。それに対応すべくコントロール部25は、今度は焦準用モータ駆動部19に駆動信号を与え、試料移動ステージ1を移動させる。このような動作を繰返し実行することで結果的に装置が検出した合焦位置からオフセット値が付加設定され、作業者が観察したい部位へ合焦させることができる。また、作業者による上記オフセット動作により色補正レンズ群9の光軸方向の位置があらかじめ制限されている範囲の両端のいずれか一方に達した場合、リミット検出部33によりコントロール部25に信号が送られ、コントロール部25はこれを受けて図示しない操作部の警告ランプやブザー等の手段を用いて、作業者にその旨を通知するものとする。
【0045】
ここで操作して決定したオフセット値、すなわち色補正レンズ群9の光軸方向の移動量は、対物レンズ変更後もRAM30内に対物レンズ毎に記憶され、同一の対物レンズに戻した場合などは、上述の説明と同様に対物レンズを所望の倍率に変更した後に色補正レンズ群9を対応するオフセット値の位置まで移動し、それからオートフォーカス動作が再開されるので、対物レンズを変更した場合でも常に観察したい位置に正確にピントの合った観察を行なうことが可能である。
【0046】
ここで考慮すべきことに、対物レンズ毎のオフセット調整幅、及び分解能がある。すなわち、従来の固定倍率による色補正レンズでは、上述した通り対物レンズの倍率、特にNAによって検出信号の形状が異なるため、対物レンズ毎のオフセット調整に際する色補正レンズの移動量が非常に異なる。例えばある標本において現在のピント位置から1μmずらした位置にオートフォーカスをかけたい場合、低倍の対物レンズでは色補正レンズをμmオーダーで移動させれば良いのに対して、高倍の対物レンズではmmオーダーの移動量を要する、といったことが起こり得る。その結果、高倍対物レンズではオフセット調整に費やす時間の増加、及びオフセット可能な範囲が制限され、満足な機能を果たすことができなくなってしまうことが考えられる。
【0047】
しかしながら本実施の形態の装置においては、色補正レンズ群9に焦点距離調節機構を備え、対物レンズの倍率毎に最適な調整がなされているため、対物レンズの種類に拘わらず常に一定のレンズ移動量でオフセット動作を行なうことができる。したがってオフセット可能な範囲についても、対物レンズの倍率に依存することなく、色補正レンズ群9の移動範囲を広くとれば、その分だけどの倍率の対物レンズに対しても余裕のあるオフセット動作が可能となっている。
【0048】
ただし、ここでの移動量はあくまでも標本や観察場所に左右される場合のオフセット値であるので、上記第1の実施の形態において説明した、色収差による装置自体に必ず持っている固有のオフセット値とは基本的には別のものであることを付け加えておく。したがって、RAM30へのデータ記憶の際には各々別のデータとして記憶、保存しておくことが望ましい。
【0049】
かくして、本実施の形態によれば、オートフォーカス動作中のピント位置のオフセット調整に際しても、対物レンズ倍率等に拘わらず常に余裕を持った調整幅にて、自動合焦可能なあらゆる標本に対して簡単且つ確実に設定できる手段を設けたこと、及びオフセット動作におけるリミット警告機能を付加したことにより、作業者に分かり易く、操作性に優れた顕微鏡が提供できることとなる。属部品が両端部に取り付けられていても、ファイバーを開口部に確実に挿通させることができる。
【0050】
なお、上記第1及び第2の実施の形態においては、試料移動ステージ1を光軸に沿って上下させる場合の装置構成で説明を行なったが、これに代えてレボルバを上下させる方式あるいはその他の方式であってもその効果は損なわれない。
【0051】
また、色補正レンズ群の焦点調節機構としてはズーム方式や複数のレンズの着脱方式等、焦点距離の変更の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。さらに、本実施の形態において説明したオートフォーカスは、アクティブ方式のうちの瞳分割方式に属するものであるが、発明の趣旨を逸脱しない限り、他の方式を用いたオートフォーカス装置にも容易に転用可能である。
【0052】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、自動焦点検出を行なう際に、各対物レンズの倍率により異なる焦点深度や試料の厚みに拘わらず、広範囲の合焦判定範囲を確保しながら使用者が観察したい任意の光軸方向位置へのピント合わせ操作を確実且つ高速に行なうことが可能となる一方、合焦位置のオフセット調整に際しても、対物レンズ倍率等に拘わらず、自動合焦可能なあらゆる標本に対して常に余裕を持った調整幅にて簡単且つ確実に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る全体構成を示す図。
【図2】図1のコントロール部の詳細な回路構成を示すブロック図。
【図3】同実施の形態に係るフォトダイオードへのスポット光の結像状態を示す図。
【図4】同実施の形態に係る光検出器からの信号の特性を示す図。
【符号の説明】
1…試料移動ステージ
2…レボルバ本体
3a,3b…対物レンズ
4…基準光源
5…コリメートレンズ
6…投光側ストッパ
7…PBS
8…集光レンズ群
9…色補正レンズ群
10…λ/4板
11…ダイクロックミラー
12…受光側ストッパー
13…集光レンズ群
14…フォトダイオード(P.D.)
15…レボルバ用モータ
16…焦準用モータ
17…色補正レンズ用モータ
18…レボルバ用モータ駆動部
19…焦準用モータ駆動部
20…色補正レンズ用モータ駆動部
21…レボ穴位置検出部
22…光源駆動部
23…増幅器
24…A/D変換器
25…コントロール部
26…パルスカウンタ
27…JOGエンコーダ(E)
28…CPU本体
29…ROM
30…RAM
31…I/Oポート
32…データバス
33…リミット検出部
S…観察試料
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides an autofocus microscope capable of automatically adjusting the focus position of an observation sample.And automatic focus detection deviceAbout.
[0002]
[Prior art]
At present, microscopes capable of observing minute materials or recording observation images as video images are widely used for research in the biological field and inspection processes in the industrial field. When such a microscope is used, the focusing operation is usually performed by adjusting the focus of the observation sample by operating the focusing handle. However, since the operation is a manual operation, particularly when the focal depth is shallow and the focusing range is narrow like a high-magnification objective lens, considerable skill is required to quickly perform the focusing operation.
[0003]
If the operability of the focusing operation is poor, it will have an adverse effect on the operator's fatigue and a reduction in production efficiency. Particularly in routine work such as an inspection process, it is very important to perform this operation quickly to shorten the inspection time.
[0004]
Therefore, various microscopes having an automatic focusing function capable of automatically performing such a focusing operation have been proposed, and many proposals for improving them have been made.
[0005]
In Japanese Patent No. 2614843, the automatic focus detection position is corrected by correcting the wavelength difference between the infrared light for focus detection and the visible light actually observed, and the chromatic aberration of each objective lens when a plurality of objective lenses are used. Means for compensating for fluctuations are described, and improvement in operability and reduction in manufacturing costs are proposed.
[0006]
Also, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-281409 has been proposed in order to detect a defect in each layer without any omission in a specimen having a step such as a semiconductor wafer formed in multiple layers.
[0007]
Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-43717, the optical path on the detection side is divided into two, and detection signals are obtained from different light receiving elements using two types of imaging lenses each having a different magnification. This is done in the area to improve the correspondence to the specimen.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the method proposed in the above-mentioned Patent No. 2614843, an adjustment unit is provided for each objective lens, and an offset value from the in-focus position can be set and reproduced for each objective lens, so that the chromatic aberration of the objective lens can be reproduced. The correction is sufficiently effective.
[0009]
However, no consideration is given to the positional deviation of the focal point due to variations in the specimen itself. This is effective for the focus position of one of the specimens with a step on the surface, such as a semiconductor wafer. Has the disadvantage of being out of focus. In this case, in order to observe the other in-focus position, the adjustment unit provided for each objective lens is operated to shift the optimum in-focus position for observation, or the automatic focus detection operation is temporarily interrupted, and the manual operation is performed manually. This results in being forced to focus on the camera.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-281409 describes an inspection apparatus for observing a plurality of focal positions, and is effective for complete routine inspection of a specific specimen. That is, it is an effective means for the inspection of a single specimen whose step on the multilayer surface is known in advance. However, there is a drawback that a rapid response cannot be taken when the shape of the sample changes, such as when observing another sample with different steps or when the thickness of the sample is unknown. In other words, in order to enable observation, it is necessary to change the focus offset value or newly register it, but no consideration has been given to the setting method, and in the worst case, the setting operation is performed with the observer. However, there may be other cases that must be done by a technician who is familiar with the equipment. Therefore, this method cannot be applied when a plurality of specimens must be observed.
[0011]
By the way, in this type of focus detection device, the range in which the focus position can be determined becomes narrower as the objective lens becomes higher in magnification due to its optical characteristics. This is because the imaging lens on the detection side has a fixed magnification. Therefore, in the two inventions disclosed in Japanese Patent No. 2614843 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-281409, the offset and focal position of each objective lens are changed. Even if the correction is possible, the performance of the focus determination range, speed, accuracy, etc. will vary with the magnification of the optical system such as the objective lens.
[0012]
In addition, the above-mentioned JP-A-8-43717issueIn order to avoid the above-mentioned problem, the optical path on the detection side is divided into two parts and combined based on two types of detection signals from photoelectric conversion elements imaged using two types of imaging lenses each having a different magnification. A focus determination is performed. However, such a configuration inevitably increases the overall size of the apparatus and increases the price due to the increase in optical systems, light receiving elements, and the like. In addition, since each imaging lens is also a fixed magnification, an optimum focusing operation corresponding to various magnifications cannot be ensured.
[0013]
In addition, when performing focus offset by moving the position of the imaging lens on the detection side, the range of movement differs depending on whether the imaging lens has a low magnification or a high magnification, and the offset adjustment width is also limited. For this reason, there is a possibility that a satisfactory focus offset value cannot be set with the configuration explicitly disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-281409.
[0014]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to always provide a wide range of focus determination range regardless of the magnification of the objective lens or the thickness of the specimen when performing automatic focus detection. While it is possible to focus and move to any position in the direction of the optical axis that the user wants to observe while ensuring it, it is always possible to adjust with a wide margin regardless of the magnification of the objective lens, etc. An easy-to-use autofocus microscope that can easily and reliably set the focus position offset for any autofocusable specimen.And automatic focus detection deviceIs to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The invention described in claim 1A plurality of replaceable objective lenses, an observation optical system for projecting illumination light onto the sample through one of the objective lenses, and observing light from the sample through the objective lens, and the observation lens through the objective lens. A detection light having a wavelength different from that of the illumination light is projected onto the sample, and a reflected light from the sample by the detection light is imaged through the objective lens, and reflected by the sample A photoelectric converter disposed on the image plane of the optical image by the detection light and outputting a signal corresponding to the position in the image plane of the reflected light, and a focus position of the sample based on an output signal from the photoelectric converter A focus position adjusting means for adjusting the position of the focus detection optical system, and a lens for correcting a deviation between the imaging position of the illumination light and the imaging position of the detection light via the objective lens. Correction means to correct by group The correction means comprises a focal length adjustment mechanism for adjusting the focal length of the correction lens group, and a drive means for driving the focal length adjustment mechanism in accordance with the magnification of each objective lens. .
[0016]
As a result of such a configuration, when performing automatic focus detection, regardless of the depth of focus or the thickness of the sample, which varies depending on the magnification of each objective lens, the user can observe any desired range while ensuring a wide focus determination range. While focusing on the optical axis position can be performed reliably and at high speed, it is always possible to adjust the offset of the focus position for any specimen that can be automatically focused regardless of the objective lens magnification, etc. It is possible to easily and reliably set with an adjustment width having a margin.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the overall configuration, and a plurality of objective lenses 3a and 3b, a revolver body 2 to which the plurality of objective lenses 3a and 3b can be attached, and the revolver body 2 are rotated so that an arbitrary objective lens 3 is passed through an optical path. An electric revolver from a revolver motor 15 that is electrically driven to be inserted therein, and a revolver position detector 21 for detecting which objective lens mounting position of the revolver body 2 is currently inserted in the optical path. Is configured.
[0021]
However, in this electric revolver, the revolver motor 15 is rotationally driven by the drive control of the revolver motor drive unit 18 that receives a signal from the control unit 25, and the objective lens 3 is mounted in any hole position of the revolver body 2. The contents detected by the rebo hole position detecting unit 21 for detecting whether or not it is sent are sent to the control unit 25 as they are.
[0022]
The control unit 25 is a well-known CPU circuit, as shown in FIG. 2, a CPU main body 28, a ROM 29 that stores a program for controlling the system, a RAM 30 that is a volatile memory that stores data necessary for control as needed, a control An I / O port 31 for inputting and outputting signals, a data bus 32 for connecting them, and a known peripheral circuit such as an oscillator and an address decoder (not shown). From 32, each peripheral device is controlled.
[0023]
An observation sample S to be observed is placed on the sample moving stage 1 and can be observed with the objective lens 3. The sample moving stage 1 is connected to a focusing motor 16 and can electrically move the sample moving stage 1 up and down in a direction perpendicular to the optical axis. The focusing motor 16 is driven by a focusing motor drive unit 19, and the focusing motor drive unit 19 is controlled by the control unit 25 via the I / O port 31.
[0024]
As the reference light source 4 used for autofocus, a light source in the visible light wavelength region such as infrared rays is used. The reference light source 4 is controlled by a light source driving unit 22 that performs pulse lighting of the light source and controls the intensity of the light source, and the laser light emitted from the reference light source 4 is a collimating lens 5 for maintaining parallel light. Then, only the P-polarized light component is reflected by the PBS 7 through the light-projecting-side stopper 6 that cuts half of the light beam and guided to the sample side. That is, the light beam once condensed by the condenser lens group 8 passes through the color correction lens group 9, is polarized by 45 ° when passing through the λ / 4 plate 10, and is reflected by the dichroic mirror 11.
[0025]
The color correction lens group 9 has both a zoom mechanism that changes the focal length by the color correction lens motor 17 and a mechanism that moves in the direction perpendicular to the optical axis. It is driven by the lens motor drive unit 20. Further, limit detection units 33 are provided at both ends of a predetermined range in the optical axis direction of the color correction lens group 9 to limit the movement range of the color correction lens group 9 in the optical axis direction.
[0026]
The dichroic mirror 11 has a property that only the infrared region is reflected and the visible region passes. Thereby, the infrared light for autofocus is reflected by the dichroic mirror 11 and is not shown here through the objective lens 3 in which visible light, that is, observation light and illumination light for inspecting the specimen is inserted in the optical path. It becomes possible to observe the eyepiece. The light beam reflected by the dichroic mirror 11 forms a spot-like image on the observation sample S by the objective lens 3. Then, the light beam reflected by the observation sample S is reversed by 45 ° when passing through the λ / 4 plate 10 again through the objective lens 3 and the dichroic mirror 11 and switched to the S polarization component. Thereafter, the color correction lens group 9 and the condenser lens group 8 are returned to enter the PBS 7. Here, since the light beam is an S-polarized component as described above, it passes through the PBS 7 as it is, passes through the light receiving side stopper 12 and the condenser lens group 13, and then is a photodiode (hereinafter abbreviated as “PD”). 14 is imaged. P. D. Reference numeral 14 denotes a photodetector in which two photodiodes (sensors A and B) are arranged around the optical axis. P. D. The current signal corresponding to the light intensity of the spot imaged at 14 is subjected to current / voltage conversion by the amplifier 23 and then amplified with a predetermined amplification factor, and then converted to a digital value by the A / D converter 24. The control unit 25 performs arithmetic processing.
[0027]
Further, as an operation unit that is directly operated by an object to be observed, an objective lens conversion SW (not shown) for rotating the revolver body 2 to change the objective lens 3 inserted in the optical path to one having an arbitrary magnification, autofocus An autofocus switch for setting / releasing the operation and a JOG encoder (E) 27 for instructing the vertical movement of the focusing unit and the movement of the color correction lens group 9 are provided. Of these, the encoder signal of the JOG encoder 27 is provided. Is converted into the number of pulses by the pulse counter 26 and sent to the control unit 25. The control unit 25 reads the number of pulses from the pulse counter 26 to determine how much the JOG encoder 27 is rotated in which direction, and moves each drive unit in accordance with the rotation amount of the JOG encoder 27. It is like that.
[0028]
Next, a case where the autofocus operation in the first embodiment is performed will be described. When an autofocus switch not shown in FIG. 1 is pressed, the control unit 25 gives a signal to the light source driving unit 22 in order to irradiate the observation sample S with a spot of infrared light for autofocusing. Start oscillation.
[0029]
A spot is irradiated on the observation sample S with a light beam from the reference light source 4, and the reflection is P.D. D. The actual autofocus control is performed according to the position of the projected spot.
[0030]
Here, the principle of the autofocus operation described in the present embodiment will be briefly described. If it is assumed that the position of the sample moving stage 1 is above the in-focus position, that is, close to the objective lens 3, the spot from the reference light source 4 is reflected quickly from the observation sample S. D. The spot image formed on the image 14 is formed as shown in FIG. 3A and closer to the sensor B from the center position and with a reduced intensity.
[0031]
On the contrary, when the sample moving stage 1 is below the in-focus position, that is, when it is far from the objective lens 3, the spot is imaged closer to the sensor A as shown in FIG.
[0032]
Further, as shown in FIG. 3B, the shape of the spot when the sample moving stage 1 is accurately at the in-focus position forms an image at substantially the center of the optical axis in a uniform range for both the sensors A and B. In addition, in this case, the light intensity at the center is the highest because of the focal position.
[0033]
While judging such movement and intensity of the spot, the control unit 25 calculates the following expression: {{A−B) / (A + B)} = 0
An autofocus operation is performed by moving the sample moving stage 1 to a point. When the output of the sensor A is large, the sample moving stage 1 is driven upward, and when the output of the sensor B is large, it moves downward. Thus, the surface of the observation sample 1 can be accurately focused.
[0034]
However, one big problem occurs here. That is, since the reference light source 4 that performs the autofocus operation is infrared light and has a wavelength different from that of the actual visible light, even if the autofocus device determines that the focus is in focus due to chromatic aberration, it is out of focus in the visible light region. Things happen. Therefore, the color correction lens group 9 is installed. The control unit 25 gives a drive instruction to the correction lens drive unit 20 and drives the color correction lens motor 17 to adjust the amount of movement of the color correction lens group 9 in the optical axis direction. D. 14 image forming positions are corrected. Since this correction movement amount can be limited to some extent by the characteristics of the objective lens 3 and the wavelength used for the reference light source 4, the correction movement value for each objective lens is preliminarily stored in the ROM 29 or other storage medium, for example, a non-volatile memory. By storing the data in an EEPROM or the like, correction work can be performed based on the data. Further, since this correction movement amount differs for each objective lens 3, it is stored for each objective lens 3 used.
[0035]
The color correction lens group 9 has another important role. Hereinafter, this role will be described.
Both the output signals of the sensors A and B from the photodetector input to the control unit 25 have characteristics as shown in FIG. 4A, and the signal processed by the control unit 25 is shown in FIG. 4B. The characteristics are as shown. That is, the shape of the signal differs greatly between when the high-magnification objective lens is attached and when the low-magnification objective lens is attached. The higher the magnification, the narrower the non-measurement surface displacement, that is, the signal appearing range in the vertical direction of the stage. . This is due to the difference in NA for each objective lens. The signal detected using a high-magnification objective lens with a large NA has a narrower distance between the peaks in each signal, and further increases and decreases sharply. Will be presented.
[0036]
In general, in-focus position detection devices determine the in-focus position using either one or both of the signals as shown in FIG. 4 (a) or FIG. 4 (b), so that these signals can be detected. If the range is narrow, it takes time to search the range, and as a result, it takes time to determine the focus.
[0037]
This problem can be avoided by providing the color correction lens group 9 with a zoom function as a focal length adjusting means. In other words, by reducing the focal length of the color correction lens group 9 for the low-magnification objective lens, and conversely increasing the focal length when the high-magnification objective lens is mounted, the shape of the detection signal due to the difference in NA between the objective lenses can be obtained. It is possible to eliminate the variation and always ensure a sufficient focus determination range. The focal length correction value of the color correction lens group 9 can be specified by the type of the objective lens as in the above-described correction movement amount, so that the focal length correction value for each objective lens is stored in advance in the ROM 29 or other storage medium. For example, if the setting is made for each objective lens 3 used in an EEPROM or the like which is a nonvolatile memory, correction work based on the stored data can be performed. This completes focusing on the observed image.
[0038]
Therefore, before the autofocus operation is started in the present embodiment, the color correction lens group 9 performs correction based on the correction movement value and the focal length correction value corresponding to each mounted objective lens 3. It is assumed that an optimum autofocus operation environment corresponding to each objective lens 3 is set.
[0039]
With the color correction lens automatically adjusted as described above, focusing on the observation image is finally completed.
Finally, the operation at the time of objective lens conversion during the autofocus operation will be described.
[0040]
When the changeover switch of the objective lens 3 (not shown) is pressed during the autofocus operation, the control unit 25 first stops the oscillation of the light source driving unit 22 and performs the data from the A / D converter 24 when performing the objective conversion operation. The acquisition and calculation processes are stopped, and the autofocus operation being executed is temporarily suspended. Then, the revolver motor drive unit 18 is driven, and the revolver motor 15 gives a rotation instruction to the revolver body 2. When the rotation of the revolver body 2 is completed and a new objective lens 3 is inserted into the optical path, the control unit 25 reads information from the rebo hole position detection unit 21 and the objective lens 3 currently inserted into the optical path is read. The magnification is confirmed, each correction value of the chromatic aberration correction lens group 9 corresponding to the magnification is read from the ROM 29 or a non-volatile memory (not shown), the correction lens drive unit 20 is driven according to the value, and the color correction lens motor 17 is rotated. After the focal length and position of the color correction lens group 9 are adjusted, the autofocus operation is restarted.
[0041]
Thus, according to the present embodiment, when automatic focus detection is performed, regardless of the magnification of the objective lens and the thickness of the sample, an arbitrary position (Z Direction) can be performed reliably and at high speed.
[0042]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, an offset mechanism during an autofocus operation will be described. The autofocus operation itself is the same as that in the first embodiment, and the overall configuration is the same as in FIGS. 1 and 2, and the same parts are denoted by the same reference numerals. Illustration and description are omitted.
[0043]
However, consider the concern about whether or not the part that the operator actually wants to observe is in focus when the autofocus operation similar to that in the first embodiment described above is performed and the focusing is completed. That is, the spot diameter irradiated on the observation sample S is very small, and the spot does not always hit the site observed by the actual worker. Also, if there are many steps in the spot, D. In some cases, an accurate output cannot be obtained from 14. In order to solve this, in the present embodiment, the following operation is performed during the autofocus operation.
[0044]
During the autofocus operation, the control unit 25 controls the P.P. D. At the same time as the focus detection operation is performed by the input from 14, the data of the pulse counter 26 is read and the JOG encoder 27 is monitored. When the JOG encoder 27 generates a signal based on the rotation instruction, the control unit 25 receiving the signal gives a driving instruction to the correction lens driving unit 20 and only the position of the color correction lens group 9 is fixed while the focal length of the color correction lens group 9 is fixed. Move. As a result, when the color correction lens group 9 moves during the autofocus operation, it is natural that P.I. D. The spot shape to 14 changes. In response to this, the control unit 25 gives a driving signal to the focusing motor driving unit 19 and moves the sample moving stage 1. By repeatedly executing such an operation, an offset value is additionally set from the in-focus position detected by the apparatus as a result, and the operator can focus on the part that the operator wants to observe. Further, when the position of the color correction lens group 9 in the optical axis direction reaches either one of both ends of the range that is limited in advance by the offset operation by the operator, a signal is sent to the control unit 25 by the limit detection unit 33. In response to this, the control unit 25 uses a warning lamp, a buzzer, or the like of an operation unit (not shown) to notify the operator to that effect.
[0045]
The offset value determined by operating here, that is, the movement amount of the color correction lens group 9 in the optical axis direction is stored for each objective lens in the RAM 30 even after the objective lens is changed, and returned to the same objective lens. As described above, after changing the objective lens to a desired magnification, the color correction lens group 9 is moved to the corresponding offset value position, and then the autofocus operation is resumed. It is possible to make an observation that is always in focus at the position to be observed.
[0046]
What should be considered here is the offset adjustment width and resolution for each objective lens. That is, in the conventional color correction lens with a fixed magnification, since the shape of the detection signal differs depending on the magnification of the objective lens, particularly NA, as described above, the amount of movement of the color correction lens during offset adjustment for each objective lens is very different. . For example, when it is desired to apply autofocus to a position shifted by 1 μm from the current focus position in a sample, the color correction lens may be moved in the order of μm for a low magnification objective lens, whereas for a high magnification objective lens, mm It may happen that an order movement amount is required. As a result, in the high magnification objective lens, it is considered that an increase in time spent for offset adjustment and a range in which offset can be performed are limited, and a satisfactory function cannot be performed.
[0047]
However, in the apparatus of the present embodiment, the color correction lens group 9 is provided with a focal length adjustment mechanism and is optimally adjusted for each magnification of the objective lens, so that the lens movement is always constant regardless of the type of objective lens. The offset operation can be performed by the amount. Therefore, the offset range is not dependent on the magnification of the objective lens, and if the movement range of the color correction lens group 9 is widened, an offset operation with a margin for any objective lens of any magnification is possible. It has become.
[0048]
However, since the amount of movement here is an offset value when it depends on the specimen and the observation location, it is the inherent offset value that is necessarily possessed by the apparatus itself due to chromatic aberration described in the first embodiment. I added that is basically different. Therefore, when storing data in the RAM 30, it is desirable to store and save them as separate data.
[0049]
Thus, according to this embodiment, autoFo-When adjusting the offset of the focus position during the focus operation, there is a means that can be set easily and reliably for any specimen that can be automatically focused with an adjustment range that always has a margin regardless of the magnification of the objective lens, etc. By adding the limit warning function in the offset operation, it is possible to provide a microscope that is easy for the operator to understand and excellent in operability. Even if the genus part is attached to both ends, the fiber can be surely inserted into the opening.
[0050]
In the first and second embodiments, the apparatus configuration in the case where the sample moving stage 1 is moved up and down along the optical axis has been described. However, instead of this, a method for moving the revolver up and down or other methods is used. Even if it is a system, the effect is not spoiled.
[0051]
In addition, the focus adjustment mechanism of the color correction lens group can be variously changed without departing from the purpose of changing the focal length, such as a zoom method or a method of attaching / detaching a plurality of lenses. Furthermore, the autofocus described in this embodiment belongs to the pupil division method among the active methods, but can easily be diverted to an autofocus device using another method without departing from the gist of the invention. Is possible.
[0052]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the invention, when performing automatic focus detection, the user wants to observe while ensuring a wide focus determination range regardless of the depth of focus and the thickness of the sample, which differ depending on the magnification of each objective lens. While it is possible to perform focusing operation to any position in the optical axis direction reliably and at high speed, it is possible to adjust the focus position offset for any specimen that can be automatically focused regardless of the objective lens magnification, etc. Therefore, it is possible to set easily and reliably with an adjustment width always having a margin.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a detailed circuit configuration of a control unit in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing an image formation state of spot light on the photodiode according to the embodiment;
FIG. 4 is a view showing the characteristics of a signal from the photodetector according to the same embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Sample moving stage
2 ... Revolver body
3a, 3b ... objective lens
4. Reference light source
5 ... Collimating lens
6 ... Light emission side stopper
7 ... PBS
8 ... Condensing lens group
9. Color correction lens group
10 ... λ / 4 plate
11 ... Dichroic mirror
12 ... Receiver side stopper
13 ... Condensing lens group
14 ... Photodiode (PD)
15 ... Revolver motor
16 ... Motor for focusing
17 ... Color correction lens motor
18 ... Revolver motor drive
19 ... Motor drive unit for focusing
20 ... Color correction lens motor drive unit
21 ... Rebo hole position detector
22: Light source drive unit
23 ... Amplifier
24 ... A / D converter
25 ... Control section
26: Pulse counter
27 ... JOG encoder (E)
28 ... CPU body
29 ... ROM
30 ... RAM
31 ... I / O port
32 ... Data bus
33 ... Limit detector
S: Observation sample

Claims (13)

複数の交換可能な対物レンズと、
上記各対物レンズのうちの1つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、
上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段と
を有し、
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記各対物レンズの倍率に応じて上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする自動焦点顕微鏡。
Multiple interchangeable objective lenses;
An observation optical system for projecting illumination light onto the sample through one of the objective lenses, and observing light from the sample through the objective lens;
A focus detection optical system that projects detection light having a wavelength different from that of the illumination light to the sample through the objective lens, and forms an image of reflected light from the sample by the detection light through the objective lens;
A photoelectric converter disposed on the image plane of the optical image of the detection light reflected by the sample and outputting a signal corresponding to the position of the reflected light in the image plane;
Focusing position adjusting means for adjusting the focusing position of the sample based on an output signal from the photoelectric converter;
A correction unit that is disposed on the optical path of the focus detection optical system and corrects a deviation between the imaging position of the illumination light and the imaging position of the detection light through the objective lens by a correction lens group; ,
The correction unit includes an automatic focal length adjustment mechanism that adjusts a focal length of the correction lens group, and a drive unit that drives the focal length adjustment mechanism according to the magnification of each objective lens. Focus microscope.
上記補正手段は、上記合焦検出光学系の光軸方向の所定の範囲内における任意の位置に上記補正レンズ群を移動可能な補正レンズ群移動機構と、この補正レンズ群移動機構を観察者が操作する入力部からの信号に応じて駆動する駆動手段とを具備し他ことを特徴とする請求項1記載の自動焦点顕微鏡。  The correction means includes a correction lens group moving mechanism capable of moving the correction lens group to an arbitrary position within a predetermined range in the optical axis direction of the focus detection optical system, and an observer who uses the correction lens group moving mechanism. 2. The autofocus microscope according to claim 1, further comprising driving means for driving in accordance with a signal from an input unit to be operated. 複数の交換可能な対物レンズと、
上記各対物レンズのうちの1つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、
上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段と
を有し、
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする自動焦点顕微鏡。
Multiple interchangeable objective lenses;
An observation optical system for projecting illumination light onto the sample through one of the objective lenses, and observing light from the sample through the objective lens;
A focus detection optical system that projects detection light having a wavelength different from that of the illumination light to the sample through the objective lens, and forms an image of reflected light from the sample by the detection light through the objective lens;
A photoelectric converter disposed on the image plane of the optical image of the detection light reflected by the sample and outputting a signal corresponding to the position of the reflected light in the image plane;
Focusing position adjusting means for adjusting the focusing position of the sample based on an output signal from the photoelectric converter;
A correction unit that is disposed on the optical path of the focus detection optical system and corrects a deviation between the imaging position of the illumination light and the imaging position of the detection light through the objective lens by a correction lens group; ,
The auto-focus microscope characterized in that the correction means comprises a focal length adjustment mechanism for adjusting the focal length of the correction lens group, and a drive means for driving the focal length adjustment mechanism.
上記補正手段は、上記各対物レンズの倍率または開口数に応じて上記補正レンズ群の焦点距離を調整することを特徴とする請求項3記載の自動焦点顕微鏡。  4. The autofocus microscope according to claim 3, wherein the correction means adjusts the focal length of the correction lens group in accordance with the magnification or numerical aperture of each objective lens. 上記補正手段は、上記検出光及び上記照明光の使用波長に応じて上記レンズ群の焦点距離を調整することを特徴とする請求項3記載の自動焦点顕微鏡。  4. The autofocus microscope according to claim 3, wherein the correcting means adjusts a focal length of the lens group in accordance with a use wavelength of the detection light and the illumination light. 上記補正手段は、観察者が操作する入力部からの信号に応じて上記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項3記載の自動焦点顕微鏡。  4. The autofocus microscope according to claim 3, wherein the correcting unit drives the driving unit in accordance with a signal from an input unit operated by an observer. 上記補正手段は、上記合焦検出光学系の光軸方向に沿った任意の位置に上記補正レンズ群を移動可能な補正レンズ群移動機構と、上記補正レンズ群移動機構を駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項3乃至6いずれかに記載の自動焦点顕微鏡。  The correction means includes a correction lens group moving mechanism capable of moving the correction lens group to an arbitrary position along the optical axis direction of the focus detection optical system, and a driving means for driving the correction lens group moving mechanism. The autofocus microscope according to claim 3, wherein the autofocus microscope is provided. 対物レンズを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を上記対物レンズを通して観察する観察光学系と、
上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記試料の合焦位置を調整する合焦位置調整手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に移動可能な補正レンズ群を有し、上記反射光の結像位置を光軸方向に移動させて上記対物レンズを介した観察光学系の結像位置と上記合焦検出光学系の結像位置とのオフセット量を調整する補正手段と
を具備したことを特徴とする自動焦点顕微鏡。
An observation optical system for projecting illumination light onto the sample through the objective lens, and observing light from the sample through the objective lens;
A focus detection optical system that projects detection light having a wavelength different from that of the illumination light to the sample through the objective lens, and forms an image of reflected light from the sample by the detection light through the objective lens;
A photoelectric converter disposed on the image plane of the optical image of the detection light reflected by the sample and outputting a signal corresponding to the position of the reflected light in the image plane;
Focusing position adjusting means for adjusting the focusing position of the sample based on an output signal from the photoelectric converter;
A correction lens group movable on the optical path of the focus detection optical system, and the imaging position of the observation optical system via the objective lens by moving the imaging position of the reflected light in the optical axis direction; An autofocus microscope comprising: a correction unit that adjusts an offset amount with respect to an imaging position of the focus detection optical system.
上記補正手段は、上記合焦検出光学系の光軸方向に上記補正レンズ群を移動可能な補正レンズ群移動機構と、上記補正レンズ群移動機構を観察者が操作する入力部からの信号に応じて駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項8記載の自動焦点顕微鏡。  The correction means is responsive to a correction lens group moving mechanism capable of moving the correction lens group in the optical axis direction of the focus detection optical system, and a signal from an input unit for operating the correction lens group movement mechanism by an observer. 9. The autofocus microscope according to claim 8, further comprising driving means for driving the motor. 上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を変更する焦点距離調整機構と、上記焦点距離調整機構を観察者が操作する入力部からの信号に応じて駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする請求項8記載の自動焦点顕微鏡。  The correction unit includes a focal length adjustment mechanism that changes a focal length of the correction lens group, and a drive unit that drives the focal length adjustment mechanism according to a signal from an input unit operated by an observer. 9. The autofocus microscope according to claim 8, wherein 上記補正手段は、上記各対物レンズの倍率または開口数に応じて上記補正レンズ群の焦点距離を調整することを特徴とする請求項8乃至10いずれかに記載の自動焦点顕微鏡。11. The autofocus microscope according to claim 8 , wherein the correction unit adjusts a focal length of the correction lens group in accordance with a magnification or a numerical aperture of each objective lens. 複数の交換可能な対物レンズのうちの1つを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を観察する観察光学系と、上記試料を載置するためのステージと、上記試料と上記対物レンズとの相対距離を調整する焦準機構とを有する顕微鏡に用いられる自動合焦検出装置において、
上記照明光とは異なる波長の検出光を射出する光源と、
上記光源からの検出光を上記対物レンズを介して上記試料に照射し、上記検出光の照射による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記焦準機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に配置され、上記対物レンズを介した上記照明光の結像位置と上記検出光の結像位置とのズレを補正レンズ群により補正する補正手段と
を有し、
上記補正手段は、上記補正レンズ群の焦点距離を調整する焦点距離調整機構と、上記焦点距離調整機構を駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする自動合焦検出装置。
An observation optical system that projects illumination light onto the sample through one of a plurality of interchangeable objective lenses and observes light from the sample, a stage for placing the sample, the sample, and the sample In an automatic focus detection apparatus used for a microscope having a focusing mechanism that adjusts a relative distance to an objective lens,
A light source that emits detection light having a wavelength different from that of the illumination light;
A focus detection optical system that irradiates the sample with detection light from the light source through the objective lens, and forms an image of reflected light from the sample by irradiation of the detection light through the objective lens;
A photoelectric converter disposed on the image plane of the optical image of the detection light reflected by the sample and outputting a signal corresponding to the position of the reflected light in the image plane;
Control means for outputting a control signal for driving the focusing mechanism based on an output signal from the photoelectric converter;
A correction unit that is disposed on the optical path of the focus detection optical system and corrects a deviation between the imaging position of the illumination light and the imaging position of the detection light through the objective lens by a correction lens group; ,
The automatic focus detection apparatus, wherein the correction means includes a focal length adjustment mechanism that adjusts a focal length of the correction lens group, and a drive means that drives the focal length adjustment mechanism.
対物レンズを通して試料に照明光を投光し、上記試料からの光を観察する観察光学系と、上記対物レンズを通して上記照明光とは異なる波長の検出光を上記試料に投光し、上記検出光による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、上記試料を載置するためのステージと、上記試料と上記対物レンズとの相対距離を調整する焦準機構とを有する顕微鏡に用いられる自動合焦検出装置において、
上記照明光とは異なる波長の検出光を射出する光源と、
上記光源からの検出光を上記対物レンズを介して上記試料に照射し、上記検出光の照射による上記試料からの反射光を上記対物レンズを介して結像させる合焦検出光学系と、
上記試料で反射された上記検出光による光像の像面に配置され、上記反射光の像面内位置に応じた信号を出力する光電変換器と、
上記光電変換器からの出力信号に基づいて上記焦準機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段と、
上記合焦検出光学系の光路上に沿って移動可能な補正レンズ群を有し、上記反射光の結像位置を光軸方向に移動させることで上記対物レンズを介した観察光学系の結像位置と上記合焦検出光学系の結像位置とのオフセット量を調整する補正手段と
を具備したことを特徴とする自動合焦検出装置。
Illumination light is projected onto the sample through the objective lens, the observation optical system for observing the light from the sample, and detection light having a wavelength different from that of the illumination light is projected onto the sample through the objective lens, and the detection light A focus detection optical system that forms an image of the reflected light from the sample through the objective lens, a stage for placing the sample, and a focus for adjusting the relative distance between the sample and the objective lens In an automatic focus detection device used for a microscope having a mechanism,
A light source that emits detection light having a wavelength different from that of the illumination light;
A focus detection optical system that irradiates the sample with detection light from the light source through the objective lens, and forms an image of reflected light from the sample by irradiation of the detection light through the objective lens;
A photoelectric converter disposed on the image plane of the optical image of the detection light reflected by the sample and outputting a signal corresponding to the position of the reflected light in the image plane;
Control means for outputting a control signal for driving the focusing mechanism based on an output signal from the photoelectric converter;
It has a correction lens group that can move along the optical path of the focus detection optical system, and the imaging position of the reflected light is moved in the optical axis direction to form an image of the observation optical system via the objective lens. An automatic focus detection apparatus comprising: a correction unit that adjusts an offset amount between a position and an imaging position of the focus detection optical system.
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