JP4322992B2 - Focusing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡や光学測定器などの光学機器に用いられる合焦装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、顕微鏡や光学測定器などの光学機器には、観察対象物に対し、自動的に焦点を合わせる自動合焦装置が用いられている。
【0003】
そして、このような自動合焦装置としては、従来、特開昭58−217909号公報や特開昭60−42725号公報に開示された装置が知られている。
【0004】
図5は、これら公報に開示される自動合焦装置を示すもので、測定光源1から出射される直線偏光の測定用光束を、コリメータレンズ2を介して平行光束に規制した後、偏光ビームスプリッタ3、λ/4板4を透過させて円偏光に変換し、さらにダイクロイックミラー5で所定の波長を有する測定用光束のみを反射して対物レンズ6を介してステージ7上の観察対象物8に照射させる。また、観察対象物8の表面で反射された反射光束を、再び対物レンズ6を介してダイクロイックミラー5に入射させ、その一部を透過して観察用結像レンズ9を介して結像位置10に像を結び、一方、残りの部分をダイクロイックミラー5で反射し、λ/4板4を透過させて最初の直線偏光に対して90°ずれた直線偏光として、偏光ビームスプリッタ3で反射させ、結像レンズ11を介して受光素子12で受光させる。そして、この受光素子12で受光した反射光束の結像状態を演算制御装置13で演算し、そのデータを駆動装置14に入力して、ステージ7または対物レンズ6を光軸方向に移動させることで光学系の合焦を行なうようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成した自動合焦装置によると、例えば、図6(a)(b)に示すように観察対象物8表面に段差部15があるような場合、この段差部15に測定用光束16aが集光すると、段差部15から2つの反射光束16bが発生し、受光素子12に2つの光束点が形成されることがある。
【0006】
そこで、このような場合も、合焦を得られるように、合焦方法として、2つの反射光束16bを合成するものが用いられているが、このようにすると、逆に反射光束16bが1の正規の場合に、合焦位置がずれてしまうという問題がある。
【0007】
また、図6(c)に示すように観察対象物8表面に湾曲部17があるような場合、この湾曲部17に測定用光束16aが集光すると、湾曲部17から2つ以上の反射光束16bが発生し、受光素子12に2つ以上の光束点が形成されることもあり、このような場合は、合焦位置が全くずれてしまうという問題がある。
【0008】
さらには、観察対象物8が移動するような場合、この動きに合わせて自動的に合焦動作を行なうとなると、正確な合焦を得られないという問題もあった。
【0009】
そこで、このように自動動作による合焦を得るのが難しい場合には、自動合焦モードから手動による手動合焦モードに強制的に切換えることが考えられるが、このようにするには、その都度、モード切換えスイッチを操作して手動合焦モードに切換えなければならないため、使い勝手が悪いという問題が生じる。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、常に良好な合焦を行なうことができる合焦装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、対物レンズまたはステージを光軸方向に移動して前記ステージ上の観察対象物に対する合焦制御を行う合焦装置において、前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させる駆動部と、前記駆動により前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させた際の前記観察対象物からの光を結像させて受光する受光素子と、操作者の操作により前記駆動部に対し動作方向と動作指令信号を出力する操作指示部と、前記受光素子からの出力情報に基づいて前記駆動部を駆動して自動合焦モードに切換えて合焦制御させるとともに、前記操作指示部からの信号に基づいて前記駆動部を駆動して手動合焦モードに切換えて合焦制御する制御部と、前記操作指示部の連続操作状態を検出する検出部とを備え、前記制御部は、前記自動合焦モードに切換えられている状態で前記検出部の出力から前記操作指示部が所定時間連続して操作されたことを判断すると、前記自動合焦モードを中止して前記手動操作モードに強制的に切換えることを特徴としている。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記検出部は、前記操作指示部の操作時間又は前記操作指示部のパルス数より前記操作指示部が所定時間連続して操作されたかを検出することを特微としている。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記ステージは、XY方向の移動を検出するステージ位置検出手段を有し、前記制御部は、前記ステージの移動にともなう信号が与えられると前記手動合焦モードから前記自動合焦モードに復帰させる制御を行うことを特徴としている。
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記操作指示部は、自動合焦モードに切り換えるモード切換えスイッチを有し、前記制御部は、前記手動操作モードに強制的に切換られた後で前記モード切換えスイッチの操作により前記自動合焦モードに復帰させることを特徴としている。
【0014】
この結果、本発明によれば、観察対象物表面の状態により観察像の合焦が困難な場合でも、モード切換えスイッチなどを操作して手動合焦動作手段による合焦動作に切換えることなく、直接手動合焦動作手段を操作することで、手動合焦動作手段による手動合焦動作に切換えることができる。
【0015】
また、本発明によれば、手動合焦動作手段による手動合焦モードに切換えられた後も、ステージの移動により、再び自動合焦動作手段による自動合焦モードに復帰させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0017】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の合焦装置が適用される落射照明型顕微鏡の概略構成を示している。図において、21は焦点光学系で、この焦点光学系21は、上述した図5で述べたと同様な構成をなしていて、同図と同一部分には、同符号を付している。
【0018】
このような焦点光学系21には、表示部22を接続している。この表示部22は、CCDカメラ22aとモニタ22bを有するもので、焦点光学系21の観察用結像レンズ9を介した結像位置10にCCDカメラ22aを配置し、観察対象物8を撮像するとともに、撮像した観察対象物8の画像をモニタ22bに表示するようにしている。
【0019】
また、焦点光学系21には、制御部23を接続し、この制御部23には、操作指示部24を接続している。ここで、制御部23は、操作指示部24の指示信号に基づいて駆動装置25を制御するものである。操作指示部24は、図2に示すように駆動装置25に対する動作方向と動作指令信号を出力するためのエンコーダ24aと、合焦を自動で行なう自動合焦モード(AF)と手動で行なう手動合焦モード(MF)を選択的に切換えるモード切換えスイッチ24bを有している。
【0020】
制御部23は、A/D変換器23a、合焦判定数値メモリ部23b、タイマー23c、CPU23dを有している。
【0021】
ここで、A/D変換器23aは、焦点光学系21の受光素子12で集光された反射光束16bに応じた電気信号をデジタル信号に変換するもので、このデジタル信号をCPU23dに入力するようにしている。
【0022】
合焦判定数値メモリ部23bは、予め設定された合焦判定値を記憶したものである。
【0023】
タイマー23cは、切換えスイッチ24bが自動合焦モード(AF)に切換えられている状態において、操作者が誤ってエンコーダ24aを操作したのでないと判断できるだけの連続操作される時間(例えば1秒)を計測するもので、設定時間は任意に調整可能である。
【0024】
そして、CPU23dは、切換えスイッチ24bが自動合焦モード(AF)に切換えられている場合は、A/D変換器23aからのデジタル信号と合焦判定数値メモリ部23bに設定された合焦判定数値とを比較演算して合焦動作が可能か否かを判定し、この判定結果を駆動装置25に出力し、ステージ7または対物レンズ6を光軸方向に移動させることで光学系の自動合焦を行なうようにしている。また、CPU23dは、切換えスイッチ24bが手動合焦モード(MF)に切換えられている場合は、エンコーダ24aによる駆動装置25に対する動作方向と動作指令信号に基づいて駆動装置25を直接制御し、ステージ7または対物レンズ6を光軸方向に移動させることで光学系の手動合焦を行なうようにしている。さらに、CPU23dは、切換えスイッチ24bが自動合焦モード(AF)に切換えられている状態から、何等かの理由でエンコーダ24aが操作され、このエンコーダ24aの操作がタイマー23cの出力から所定時間連続して行なわれたことを判断すると、切換えスイッチ24bの現在の切換え状態(自動合焦モード)に関係なく、自動合焦モード(AF)を中止し、エンコーダ24aの出力により駆動装置25を直接制御する手動合焦モード(MF)に強制的に切換えるようにもしている。
【0025】
なお、合焦判定数値メモリ部23bに記憶される合焦判定数値は、任意に設定することが可能であり、観察中の観察対象物や観察倍率あるいは観察方法によって最良の数値を設定することができる。また、観察対象物8としては、透明体で、内部を観察するような使用目的にも有効である。
【0026】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【0027】
まず、観察対象物8をステージ7に載置し、切換えスイッチ24bを、自動合焦モード(AF)側に切換える。
【0028】
この状態から、焦点光学系21において、ステージ7上の観察対象物8に測定用光束16aを照射し、観察対象物8の表面で反射された反射光束16bが受光素子12で受光されると、この受光素子12より出力される電気信号が、A/D変換器23aによりデジタル信号に変換され、CPU23dに入力される。
【0029】
すると、CPU23dにおいて、A/D変換器23aからのデジタル信号と合焦判定数値メモリ部23bに設定された合焦判定数値とを比較演算して、合焦動作が可能か否かが判定される。この判定結果に基づいて駆動装置25によりステージ7または対物レンズ6が光軸方向に移動され、自動合焦が行なわれる。そして、このような自動合焦動作(AF)により得られる観察対象物8の観察像は、焦点光学系21の観察用結像レンズ9を介して結像位置10に配置されたCCDカメラ22aにより撮像されるとともに、モニタ22bに表示される。
【0030】
ところで、このような自動合焦モード(AF)において、上述した図6に示すように、観察対象物8表面に存在する段差部15や湾曲部17が原因して、モニタ22bに表示される観察像の合焦が難しくなるような場合、観察者が操作指示部24のエンコーダ24aを操作する。すると、タイマー23cがエンコーダ24aの連続操作時間の計測を開始する。そして、CPU23dが、タイマー23cの出力からエンコーダ24aの操作が所定時間連続して行なわれたことを検出すると、切換えスイッチ24bの切換え操作を待つことなく、自動合焦モード(AF)が中止され、エンコーダ24aからの出力により駆動装置25を直接制御する手動合焦モード(MF)に強制的に切換えられる。
【0031】
その後、切換えスイッチ24bを、改めて自動合焦モード(AF)側に切換えることにより、手動合焦モード(MF)から、再び上述した自動合焦モード(AF)に切換えることができる。
【0032】
従って、このようにすれば、観察対象物8表面の段差部15や湾曲部17が原因して、モニタ22bに表示される観察像の合焦が困難な場合でも、操作指示部24の切換えスイッチ24bを手動合焦モード(MF)に切換えることなく、直接エンコーダ24aを操作するのみで、手動合焦モード(MF)に切換えることができるので、モード切換えスイッチ24bの切換えミスがなく、観察対象物8の観察条件に左右されることのない、常に良好な合焦を行なうことができる。また、エンコーダ24aを操作するだけで、自動的に自動合焦モードから手動合焦モードに自動的に切換えることができるので、モード切換えスイッチ24bを探したり、手をモード切換えスイッチ24bからエンコーダ24aに移動させる必要がなくなり、操作性が向上する。
【0033】
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0034】
この場合、駆動装置25にステージ位置検出部26を接続している。このステージ位置検出部26は、ステージ7の移動にともなう絶対位置あるいは動作方向と動作信号をデジタル信号にしてCPU23dに出力するものである。また、CPU23dは、ステージ位置検出部26よりデジタル信号が与えられると、強制的に切換えていた手動合焦モード(MF)を、再び自動合焦モード(AF)に復帰させるようにしている。
【0035】
このような構成においても、焦点光学系21において、ステージ7上の観察対象物8に測定用光束16aを照射し、観察対象物8の表面で反射された反射光束16bが受光素子12で受光され、この受光素子12より出力される電気信号が、A/D変換器23aを介してCPU23dに入力されると、CPU23dによりデジタル信号と合焦判定数値メモリ部23bの合焦判定数値との比較演算が行なわれ、この結果から駆動装置25によりステージ7または対物レンズ6が光軸方向に移動され自動合焦が行なわれ、観察対象物8の観察像がCCDカメラ22aにより撮像され、モニタ22bに表示される。
【0036】
そして、このような自動合焦モード(AF)において、観察対象物8表面の状態により観察像の合焦が難しくなって、観察者が操作指示部24のエンコーダ24aを操作すると、CPU23dが、タイマー23cの出力からエンコーダ24aの操作が所定時間連続して行なわれたことを検出すると、自動合焦モード(AF)が中止され、エンコーダ24aからの出力により駆動装置25を直接制御する手動合焦モード(MF)に強制的に切換えられる。
【0037】
その後、手動合焦動作により合焦が得られると、観察者は、エンコーダ24aの操作を中止して観察を行なう。観察を終了すると、観察者は次の観察部位を観察するためにステージ7を移動する。このように次の観察のためにステージ7をXY方向に移動すると、ステージ位置検出部26からのステージ7の移動にともなうデジタル信号がCPU23dに入力され、手動合焦モード(MF)から再び自動合焦モード(AF)に自動的に切換えられる。
【0038】
従って、このようにしても、第1の実施の形態と同様な効果を期待でき、さらに、手動合焦モード(MF)に強制的に切換えられた後も、ステージ7の移動を検知することにより、再び自動モード(AF)に復帰させることができるので、さらに使い勝手を向上させることができる。
【0039】
なお、これら第1および第2の実施の形態では、落射照明型顕微鏡に適用した例を述べたがこれに限定されることなく、透過照明型顕微鏡あるいは測定器などの光学機器に適用できる。また、第1および第2の実施の形態では、手動動作の指示手段としてエンコーダ24aを用いたが、図4に示すようにステージ7または対物レンズ6の光軸方向のUP、DOWNを指示する切換えスイッチ27を用いるようにしてもよい。さらに、第1および第2の実施の形態では、タイマー23cによりエンコーダ24aの連続操作時間を計測するようにしたが、所定間隔のパルスを発生して、このパルスの数をカウントすることでエンコーダ24aの連続操作状態を監視するようにしてもよい。さらに第1および第2の実施の形態では、AF、MFを別の切換えスイッチを用いて切換えていたが、照明型のスイッチを用いて照明中はAF、消灯中はMFとして用いてもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、観察対象物表面の状態により観察像の合焦が困難な場合でも、モード切換えスイッチを操作することなく、直接手動合焦動作手段を操作することで、自動的に手動合焦モードに切換えることができるので、使い勝手が向上するとともに、観察対象物の観察条件に左右されることない、常に良好な合焦を行なうことができる。
【0041】
また、手動合焦動作により手動合焦モードに切換えられた後も、ステージの移動により再び自動合焦モードに自動的に復帰させることができるので、さらに使い勝手を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態に用いられる操作指示部の概略構成を示す図。
【図3】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す図。
【図4】本発明の変形例の概略構成を示す図。
【図5】従来の合焦装置の一例の概略構成を示す図。
【図6】従来の合焦装置を説明するための図。
【符号の説明】
1…測定光源
2…コリメータレンズ
3…偏光ビームスプリッタ
4…λ/4板
5…ダイクロイックミラー
6…対物レンズ
7…ステージ
8…観察対象物
9…観察用結像レンズ
10…結像位置
11…結像レンズ
12…受光素子
15…段差部
16a…測定用光束
16b…反射光束
17…湾曲部
21…焦点光学系
22…表示部
22a…CCDカメラ
22b…モニタ
23…制御部
23a…D変換器
23b…合焦判定数値メモリ部
23c…タイマー
23d…CPU
24…操作指示部
24a…エンコーダ
24b…モード切換えスイッチ
25…駆動装置
26…ステージ位置検出部
27…切換えスイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focusing device used in an optical apparatus such as a microscope or an optical measuring instrument.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an automatic focusing device that automatically focuses an object to be observed is used in optical instruments such as a microscope and an optical measuring instrument.
[0003]
As such an automatic focusing device, devices disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-217909 and 60-42725 are conventionally known.
[0004]
FIG. 5 shows an automatic focusing device disclosed in these publications. A linearly polarized measuring light beam emitted from the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the automatic focusing apparatus configured as described above, for example, when there is a
[0006]
Therefore, in such a case as well, a method of combining two reflected
[0007]
In addition, when there is a
[0008]
Furthermore, when the
[0009]
Therefore, when it is difficult to obtain the focus by the automatic operation in this way, it is possible to forcibly switch from the automatic focus mode to the manual focus mode by manual operation. Since the mode changeover switch must be operated to switch to the manual focusing mode, there arises a problem that the usability is poor.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a focusing device capable of always performing good focusing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in the focusing device that performs focusing control on the observation object on the stage by moving the objective lens or the stage in the optical axis direction, the objective lens or the stage is moved in the optical axis direction. A drive unit for causing the objective lens or the stage to be moved in the optical axis direction by the drive, a light receiving element that forms an image of light from the observation object, and the drive unit by an operation of an operator An operation instruction unit for outputting an operation direction and an operation command signal, and driving the drive unit based on output information from the light receiving element to switch to an automatic focusing mode to control focusing, and the operation instruction unit A control unit that drives the driving unit based on a signal from the control unit to switch to a manual focusing mode and controls focusing, and a detection unit that detects a continuous operation state of the operation instruction unit. When the unit determines that the operation instruction unit has been operated continuously for a predetermined time from the output of the detection unit while being switched to the automatic focusing mode, the unit stops the automatic focusing mode and performs the manual operation. It is characterized by forcibly switching to the operation mode .
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the detection unit is configured to determine whether the operation instruction unit has been operated continuously for a predetermined time based on the operation time of the operation instruction unit or the number of pulses of the operation instruction unit. The feature is to detect .
[0013]
According to a third aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the stage has stage position detecting means for detecting movement in the XY directions, and the control unit is given a signal associated with movement of the stage. And control for returning from the manual focusing mode to the automatic focusing mode is performed .
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the operation instruction unit includes a mode switching switch for switching to an automatic focusing mode, and the control unit is forcibly switched to the manual operation mode. Thereafter, the automatic focus mode is restored by operating the mode changeover switch.
[0014]
As a result, according to the present invention, even when it is difficult to focus the observation image due to the state of the surface of the observation object, the mode changeover switch or the like is operated to switch directly to the focusing operation by the manual focusing operation means. By operating the manual focusing operation means, it is possible to switch to manual focusing operation by the manual focusing operation means.
[0015]
Further, according to the present invention, even after switching to the manual focusing mode by the manual focusing operation means, it is possible to return to the automatic focusing mode by the automatic focusing operation means again by moving the stage.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an epi-illumination microscope to which the focusing device of the present invention is applied. In the figure,
[0018]
A
[0019]
A
[0020]
The
[0021]
Here, the A /
[0022]
The focus determination numerical
[0023]
The
[0024]
When the
[0025]
The focus determination numerical value stored in the focus determination numerical
[0026]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
[0027]
First, the
[0028]
From this state, when the focusing
[0029]
Then, the
[0030]
By the way, in such an automatic focusing mode (AF), as shown in FIG. 6 mentioned above, the observation displayed on the
[0031]
Thereafter, by switching the
[0032]
Therefore, in this way, even when it is difficult to focus the observation image displayed on the
[0033]
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a schematic configuration of the second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG.
[0034]
In this case, the
[0035]
Even in such a configuration, the focusing
[0036]
In such an automatic focusing mode (AF), when the
[0037]
Thereafter, when in-focus is obtained by the manual focusing operation, the observer stops the operation of the
[0038]
Therefore, even in this case, the same effect as that of the first embodiment can be expected, and further, by detecting the movement of the
[0039]
In the first and second embodiments, the example applied to the epi-illumination microscope has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to an optical instrument such as a transmission illumination microscope or a measuring instrument. In the first and second embodiments, the
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when it is difficult to focus the observation image due to the state of the surface of the observation object, it is possible to directly operate the manual focusing operation means without operating the mode switch. Since it is possible to automatically switch to the manual focusing mode, the usability is improved and good focusing can always be performed without being influenced by the observation condition of the observation object.
[0041]
Further, even after switching to the manual focusing mode by the manual focusing operation, it is possible to automatically return to the automatic focusing mode again by moving the stage, so that the usability can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an operation instruction unit used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a conventional focusing device.
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional focusing device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
24 ...
Claims (4)
前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させる駆動部と、
前記駆動により前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させた際の前記観察対象物からの光を結像させて受光する受光素子と、
操作者の操作により前記駆動部に対し動作方向と動作指令信号を出力する操作指示部と、
前記受光素子からの出力情報に基づいて前記駆動部を駆動して自動合焦モードに切換えて合焦制御させるとともに、前記操作指示部からの信号に基づいて前記駆動部を駆動して手動合焦モードに切換えて合焦制御する制御部と、
前記操作指示部の連続操作状態を検出する検出部とを備え、
前記制御部は、前記自動合焦モードに切換えられている状態で前記検出部の出力から前記操作指示部が所定時間連続して操作されたことを判断すると、前記自動合焦モードを中止して前記手動操作モードに強制的に切換えることを特徴とする合焦装置。In a focusing apparatus that moves the objective lens or the stage in the optical axis direction and performs focusing control on the observation object on the stage
A drive unit for moving the objective lens or the stage in the optical axis direction;
A light receiving element that forms an image of light from the object to be observed when the objective lens or the stage is moved in the optical axis direction by the driving;
An operation instruction unit that outputs an operation direction and an operation command signal to the drive unit by an operation of an operator;
Based on the output information from the light receiving element, the driving unit is driven to switch to an automatic focusing mode to perform focusing control, and the driving unit is driven based on a signal from the operation instruction unit to manually focus. A control unit for controlling focus by switching to a mode;
A detection unit for detecting a continuous operation state of the operation instruction unit,
When the control unit determines that the operation instruction unit has been operated continuously for a predetermined time from the output of the detection unit while being switched to the automatic focusing mode, the control unit stops the automatic focusing mode. A focusing device forcibly switching to the manual operation mode .
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