JP5909902B2 - Autofocus device, microscope device - Google Patents

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Description

本発明は、顕微鏡装置用のオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡装置に関する。   The present invention relates to an autofocus device for a microscope apparatus and a microscope apparatus having the same.

生物顕微鏡において、フォーカス用の光像を照明光を標本に照射し、その反射光を用いて対物レンズの前側焦点(以後、「焦点」ともいう)に標本の観察位置を位置決めし、かつ焦点検出光学系に設けられた焦点位置調節レンズを焦点検出光学系の光軸に沿って移動させることにより、対物レンズの前側焦点を標本に対して光軸方向に移動するオートフォーカス装置(いわゆる、パーフェクトフォーカス装置)とこれを有する顕微鏡装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In a biological microscope, illuminate the specimen with illumination light, and use the reflected light to position the specimen's observation position at the front focal point of the objective lens (hereinafter also referred to as “focus”) and detect the focus. An auto-focus device that moves the front focus of the objective lens in the direction of the optical axis with respect to the specimen by moving the focus position adjustment lens provided in the optical system along the optical axis of the focus detection optical system (so-called perfect focus) Apparatus) and a microscope apparatus having the same are known (for example, see Patent Document 1).

特開2004−70276号公報JP 2004-70276 A

顕微鏡の高解像観察技術の進歩に伴い、上記パーフェクトフォーカス装置において観察対象物上の焦点位置(Z位置とも言う)を正確に知ることが必要になり、これに対応したオートフォーカス装置と、これを搭載した顕微鏡装置が求められている。   With the advancement of high-resolution observation technology of microscopes, it is necessary to accurately know the focal position (also referred to as Z position) on the observation object in the perfect focus device, and an autofocus device corresponding to this, Is required.

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、焦点位置調節レンズの移動と観察位置の関係を把握でき、観察対象物上の焦点位置を知ることができるオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has an autofocus device that can grasp the relationship between the movement of the focal position adjustment lens and the observation position and know the focal position on the observation object, and the same. An object is to provide a microscope apparatus.

上記課題を解決するため、本発明は、
対物レンズと、
前記対物レンズを介して対象物の像を結像する観察光学系と、
前記対物レンズを介して前記対象物上にフォーカス用の光像を投影検出するフォーカス用光学系と、
前記フォーカス用光学系に配置され、前記観察光学系の結像位置と前記フォーカス用光学系の結像位置とのオフセット量を調節する結像位置調節手段と、
前記対物レンズの前記観察光学系に対する焦点位置を検出するZ位置検出手段と、
前記結像位置調節手段の位置を検出するX位置検出手段と、
前記X位置検出手段からのX位置情報と前記Z位置検出手段からのZ位置情報とを関連付けた座標テーブルを記憶する記憶部と、
制御部とを有し、
前記制御部は、
前記対象物を最初に観察する直前に取得した前記X位置情報と前記Z位置情報の関係と所定時間経過後の前記対象物を観察する前に取得した前記X位置情報と前記Z位置情報の関係とを前記座標テーブルに記憶し、
前記最初の関係と前記所定時間経過後の関係とを比較し、径時変化に伴うX位置情報とZ位置情報の関係のずれを補正したX−Z関係に基づき、前記結像位置調節手段を介して前記所定時間経過後のZ位置を前記最初の時のZ位置に位置決めすることを特徴とするオートフォーカス装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
An objective lens;
An observation optical system that forms an image of the object through the objective lens;
A focusing optical system for projecting and detecting a focusing optical image on the object via the objective lens;
An imaging position adjusting means arranged in the focusing optical system, for adjusting an offset amount between the imaging position of the observation optical system and the imaging position of the focusing optical system;
Z position detecting means for detecting a focal position of the objective lens with respect to the observation optical system;
X position detection means for detecting the position of the imaging position adjustment means;
A storage unit for storing a coordinate table in which the X position information from the X position detection unit and the Z position information from the Z position detection unit are associated;
A control unit,
The controller is
The relationship between the X position information and the Z position information acquired immediately before first observing the object, and the relationship between the X position information and the Z position information acquired before observing the object after a predetermined time has elapsed. Are stored in the coordinate table,
Comparing the initial relationship with the relationship after the lapse of the predetermined time , and based on the XZ relationship in which the deviation of the relationship between the X position information and the Z position information due to the time change is corrected , The autofocus device is characterized in that the Z position after the elapse of the predetermined time is positioned at the initial Z position .

また、本発明は、前記オートフォーカス装置を具備することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。   The present invention also provides a microscope apparatus comprising the autofocus device.

本発明によれば、焦点位置調節レンズの移動と観察位置の関係を把握でき、観察対象物上の焦点位置を知ることができるオートフォーカス装置とこれを有する顕微鏡装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the autofocus apparatus which can grasp | ascertain the relationship between the movement of a focus position adjustment lens and an observation position, and can know the focus position on an observation target object, and a microscope apparatus which has this can be provided.

実施形態にかかる顕微鏡装置の光学系および制御系の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the optical system and control system of the microscope apparatus concerning embodiment. 温度変化による焦点位置調節レンズ位置(X位置)と前側焦点位置(Z位置)の変化の一例を示す。An example of a change in the focal position adjusting lens position (X position) and the front focal position (Z position) due to a temperature change is shown. 焦点位置調節レンズ位置(X位置)と前側焦点位置(Z位置)を対応付けた座標テーブルの一例。An example of the coordinate table which matched the focal position adjustment lens position (X position) and the front side focal position (Z position).

以下、本願の一実施形態にかかるオートフォーカス装置を有する顕微鏡装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解を容易にするためのものに過ぎず、本願発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。   A microscope apparatus having an autofocus device according to an embodiment of the present application will be described below with reference to the drawings. The following embodiments are only for facilitating the understanding of the invention, and excluding additions and substitutions that can be performed by those skilled in the art without departing from the technical idea of the present invention. It is not intended.

図1は、実施形態にかかるオートフォーカス装置を搭載した顕微鏡装置の概略構成図である。この顕微鏡装置は、観察の対象物である標本の拡大像を形成して観察あるいは画像取得に使用するものであり、観察の対象物である標本48は水等の媒質に浸された状態でカバーガラス14およびスライドガラス15に挟まれてステージ11上に載置されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microscope apparatus equipped with an autofocus device according to an embodiment. This microscope apparatus forms an enlarged image of a specimen that is an observation object and uses it for observation or image acquisition. The specimen 48 that is an observation object is covered with a medium such as water. It is placed on the stage 11 between the glass 14 and the slide glass 15.

図1において、本実施形態にかかる顕微鏡装置の光学系は、標本の上部に配置されている観察光学系3と、その側方に配置された本実施形態にかかるオートフォーカス装置の光学系であるフォーカス用照明光学系5およびフォーカス用結像光学系7により構成されている。   In FIG. 1, the optical system of the microscope apparatus according to the present embodiment is an optical system of the observation optical system 3 disposed at the upper part of the specimen and the autofocus apparatus according to the present embodiment disposed on the side thereof. A focusing illumination optical system 5 and a focusing imaging optical system 7 are included.

フォーカス用照明光学系5は、その光軸上に、LED光源20側から順に、第1コレクタレンズ21、スリット板22、第2コレクタレンズ23、第1瞳制限マスク24、第1ハーフミラー25、焦点位置調節レンズ8及び可視光カットフィルタ10が配設されて構成されている。スリット板22の中央部には長方形の細長いスリット開孔22aが形成されており、スリット板22は、スリット開孔22aの長手方向が図1において紙面に垂直方向に延びるように光軸を中心に配設されている。   The focusing illumination optical system 5 includes, on its optical axis, in order from the LED light source 20 side, a first collector lens 21, a slit plate 22, a second collector lens 23, a first pupil limiting mask 24, a first half mirror 25, A focal position adjusting lens 8 and a visible light cut filter 10 are arranged. A rectangular elongated slit aperture 22a is formed at the center of the slit plate 22, and the slit plate 22 is centered on the optical axis so that the longitudinal direction of the slit aperture 22a extends in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. It is arranged.

LED光源20から出射されたオートフォーカス用の光である赤外光(近赤外光)は第1コレクタレンズ21で集光されてスリット板22に入射し、この赤外光の焦点位置である標本面(カバーガラス14と標本が浸された媒質との境界面)と共役位置に配置したスリット板22のスリット開孔22aを通り、第2コレクタレンズ23で平行光に変換され、第1瞳制限マスク24に照射される。   Infrared light (near infrared light) emitted from the LED light source 20 is collected by the first collector lens 21 and enters the slit plate 22, and is the focal position of the infrared light. The first pupil passes through the sample surface (the boundary surface between the cover glass 14 and the medium in which the sample is immersed) and the slit aperture 22a of the slit plate 22 arranged at the conjugate position, and is converted into parallel light by the second collector lens 23. The restriction mask 24 is irradiated.

第1瞳制限マスク24は、瞳の半分を遮光するものであり、フォーカス用照明光学系5の光軸を中心にスリット状の赤外光の長手方向の中心線にそって半分が遮光されるように配設されている。第1瞳制限マスク24を通過した赤外光Laは、第1ハーフミラー25を透過する。なお、第1ハーフミラー25は、フォーカス用照明光学系5とフォーカス用結像光学系7の光軸が交差する位置に配設されており、赤外光の一部を反射して、他の一部を透過するものであり、後述するように、フォーカス用結像光学系7でも共用されている。   The first pupil limiting mask 24 shields half of the pupil, and half of the pupil is shielded along the longitudinal center line of the slit-shaped infrared light around the optical axis of the focusing illumination optical system 5. It is arranged like this. The infrared light La that has passed through the first pupil restriction mask 24 passes through the first half mirror 25. The first half mirror 25 is disposed at a position where the optical axes of the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7 intersect, and reflects a part of the infrared light, and the other A part of the light is transmitted through the focusing imaging optical system 7 as will be described later.

フォーカス用照明光学系5と観察光学系3の光軸が交差する位置には、ダイクロイックミラー16が配設されており、後述するように観察光学系3でも共用されている。ダイクロイックミラー16は、観察光学系3の観察光路上のアフォーカル系に配設され、赤外光を反射して可視光や蛍光を透過する作用をする。   A dichroic mirror 16 is disposed at a position where the optical axes of the focusing illumination optical system 5 and the observation optical system 3 intersect, and is shared by the observation optical system 3 as described later. The dichroic mirror 16 is disposed in an afocal system on the observation optical path of the observation optical system 3 and functions to reflect infrared light and transmit visible light and fluorescence.

第1ハーフミラー25を透過した赤外光Laは焦点位置調節レンズ8を透過した後、可視光カットフィルタ10で赤外光Laに含まれる可視光成分が除去された後、ダイクロイックミラー16で対物レンズ12方向に反射され(赤外光Lb)、対物レンズ12によって標本面に集光される。なお、対物レンズ12は、後述するように観察光学系3でも共用されている。また、焦点位置調節レンズ8については後述する。   The infrared light La that has passed through the first half mirror 25 passes through the focus position adjusting lens 8, and then the visible light component contained in the infrared light La is removed by the visible light cut filter 10, and then the objective is taken by the dichroic mirror 16. The light is reflected in the direction of the lens 12 (infrared light Lb) and is collected on the sample surface by the objective lens 12. The objective lens 12 is shared by the observation optical system 3 as will be described later. The focus position adjusting lens 8 will be described later.

観察光学系3は、標本48側から順に、対物レンズ12、ダイクロイックミラー16、赤外光カットフィルタ18、第2ハーフミラー17および第2対物レンズ13が配設されて構成されており、さらに第2対物レンズ13の先には図示しないが接眼レンズが配設されて構成されている。   The observation optical system 3 includes an objective lens 12, a dichroic mirror 16, an infrared light cut filter 18, a second half mirror 17, and a second objective lens 13 in order from the sample 48 side. Although not shown, an eyepiece lens is disposed at the tip of the two objective lens 13.

また、図示しないが、ステージ11上に載置された標本48を照明する照明装置が設けられている。この照明装置は、透過型または落射型であり、透過型の照明装置の場合はステージ11の下方に配置され、落射型の照明装置の場合はステージ11の上方に配置される。   Although not shown, an illuminating device that illuminates the specimen 48 placed on the stage 11 is provided. This illuminating device is of a transmission type or an epi-illumination type, and is disposed below the stage 11 in the case of the transmissive illumination device, and is disposed above the stage 11 in the case of the epi-illumination type illumination device.

透過照明の場合、照明装置から照射された光は標本48を透過して観察光となり、対物レンズ12を経て、ダイクロイックミラー16を透過し、赤外光カットフィルタ18で赤外光が除去されて、第2ハーフミラー17に入射する。   In the case of transmitted illumination, the light emitted from the illumination device passes through the specimen 48 to become observation light, passes through the objective lens 12, passes through the dichroic mirror 16, and the infrared light is removed by the infrared light cut filter 18. , Enters the second half mirror 17.

第2ハーフミラー17に入射した観察光は、一部が反射され第2対物レンズ13および接眼レンズで標本48の観察像が結像され、観察に供せれる。また、第2ハーフミラー17を透過した一部の観察光は、カメラ用対物レンズ36とカメラ用リレーレンズ37を通過し、カメラ用CCDセンサ38の撮像面に結像させ、カメラ用信号処理部39で処理して標本の画像をモニタ(図示せず)に投影する。   A portion of the observation light incident on the second half mirror 17 is reflected, and an observation image of the specimen 48 is formed by the second objective lens 13 and the eyepiece, and is used for observation. Further, a part of the observation light transmitted through the second half mirror 17 passes through the camera objective lens 36 and the camera relay lens 37 and forms an image on the imaging surface of the camera CCD sensor 38, and the camera signal processing unit. The sample image is projected on a monitor (not shown) by processing at 39.

フォーカス用結像光学系7は、フォーカス用照明光学系5によりステージ11上の標本面に照射されて反射するスリット状の赤外光を受光するものである。ここで、ステージ11上の標本48はカバーガラス14によって覆われているため、対物レンズ12で結像された焦点検出用の赤外光は、カバーガラス14の表面やカバーガラス14と標本48の境界面(標本面)で反射する。カバーガラス14や標本面等で反射した赤外光は、対物レンズ12で平行光に変換され(赤外光Lc)、ダイクロイックミラー16で反射され(赤外光Ld)、さらに可視光カットフィルタ10及び焦点位置調節レンズ8を通過し、フォーカス用照明光学系5の光軸に対して略45度傾けて配設された第1ハーフミラー25に入射し、第1ハーフミラー25で一部が反射されフォーカス用結像光学系7に入射する。   The focusing imaging optical system 7 receives slit-like infrared light that is irradiated and reflected on the sample surface on the stage 11 by the focusing illumination optical system 5. Here, since the specimen 48 on the stage 11 is covered with the cover glass 14, the focus detection infrared light imaged by the objective lens 12 is generated on the surface of the cover glass 14, the cover glass 14, and the specimen 48. Reflects at the boundary surface (sample surface). The infrared light reflected by the cover glass 14 or the sample surface is converted into parallel light by the objective lens 12 (infrared light Lc), reflected by the dichroic mirror 16 (infrared light Ld), and further, the visible light cut filter 10. Then, the light passes through the focal position adjusting lens 8, enters the first half mirror 25 that is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the focusing illumination optical system 5, and is partially reflected by the first half mirror 25. Then, the light enters the focusing imaging optical system 7.

フォーカス用結像光学系7は、フォーカス用照明光学系5側から光軸に沿って順に、第1ハーフミラー25、オートフォーカス用対物レンズ26、オートフォーカス用リレーレンズ27、第2瞳制限マスク28、オートフォーカス用リレーレンズ27、シリンドリカルレンズ29およびオートフォーカス用CCDセンサ30が配設されて構成されている。   The focusing imaging optical system 7 includes a first half mirror 25, an autofocus objective lens 26, an autofocus relay lens 27, and a second pupil restriction mask 28 in order from the focusing illumination optical system 5 side along the optical axis. An autofocus relay lens 27, a cylindrical lens 29, and an autofocus CCD sensor 30 are provided.

第1ハーフミラー25で反射された赤外光Ldは、オートフォーカス用対物レンズ26で集光して結像光に変換されスリット像を結像する。オートフォーカス用リレーレンズ27,27は、オートフォーカス用対物レンズ26によって結像されたスリット像(赤外光Le)をリレーし、シリンドリカルレンズ29を経て、オートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面にスリット像を再結像する。   The infrared light Ld reflected by the first half mirror 25 is condensed by the autofocus objective lens 26 and converted into imaging light to form a slit image. The autofocus relay lenses 27, 27 relay the slit image (infrared light Le) formed by the autofocus objective lens 26, pass through the cylindrical lens 29, and slit on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30. Reimage the image.

なお、第2瞳制限マスク28は、瞳の半分を遮光するように配設されており、遮光される領域は、第1瞳制限マスク24によって遮光される領域に対応している。また、シリンドリカルレンズ29は、所定方向のみに屈折作用を持つレンズであり、赤外光Leを図1において紙面に対して垂直方向(スリット像の長手方向)に圧縮して、オートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面に結像させる作用をする。なお、オートフォーカス用CCDセンサ30は、複数の受光部が1次元に配列されたラインセンサ、または、2次元に配列されたエリアセンサで構成することが可能である。   The second pupil restriction mask 28 is disposed so as to shield half of the pupil, and the light-shielded area corresponds to the area shielded by the first pupil restriction mask 24. The cylindrical lens 29 is a lens having a refractive action only in a predetermined direction, and compresses the infrared light Le in a direction perpendicular to the paper surface (longitudinal direction of the slit image) in FIG. It functions to form an image on 30 imaging surfaces. The autofocus CCD sensor 30 can be composed of a line sensor in which a plurality of light receiving units are arranged one-dimensionally or an area sensor arranged in a two-dimensional manner.

なお、フォーカス用照明光学系5において、LED光源20から出射した光をスリット板22のスリット開孔22aを通してスリット状にしてスリット開孔22aの像を標本面に照射している。これは、スポット光とした場合、標本面等に段差部分があると、その反射光が散乱して理想的な光量信号を得ることができないためであるが、標本面等の状態によってはこのスリット板22を無くし、上述の方法でLED光源20の像を標本面に照射してオートフォーカス制御をすることも可能である。また、第1コレクタレンズ21はなくても実現可能である。   In the focusing illumination optical system 5, the light emitted from the LED light source 20 is formed into a slit shape through the slit aperture 22 a of the slit plate 22 and the image of the slit aperture 22 a is irradiated onto the sample surface. This is because when spot light is used, if there is a step on the sample surface, the reflected light is scattered and an ideal light quantity signal cannot be obtained. It is also possible to eliminate the plate 22 and perform autofocus control by irradiating the sample surface with the image of the LED light source 20 by the method described above. Further, this can be realized without the first collector lens 21.

本発明にかかるオートフォーカス装置において使用する焦点位置調節レンズ8について説明する。焦点位置調節レンズ8は図1に示すように、ダイクロイックミラー16と第1ハーフミラー25の間のフォーカス用照明光学系5とフォーカス用結像光学系7との共通光路上に位置しアフォーカル系に配設されている。   The focus position adjusting lens 8 used in the autofocus device according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the focal position adjusting lens 8 is positioned on the common optical path of the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7 between the dichroic mirror 16 and the first half mirror 25, and is an afocal system. It is arranged.

また、焦点位置調節レンズ8には焦点位置調節レンズ駆動部9aが取り付けられており、図示しないが、焦点位置調節レンズ8を光軸に沿って前後に移動可能とする焦点位置調節レンズ用DCモータと、倍率の異なる複数の焦点位置調節レンズ8を交換可能とする焦点位置調節レンズ用電動ターレットで構成されている。焦点位置調節レンズ駆動部9aは後述するCPU41の焦点位置調節レンズ移動制御部を介して移動が制御されている。   The focal position adjusting lens 8 is provided with a focal position adjusting lens driving unit 9a. Although not shown, the focal position adjusting lens DC motor is capable of moving the focal position adjusting lens 8 back and forth along the optical axis. And an electric turret for a focus position adjusting lens that can exchange a plurality of focus position adjusting lenses 8 having different magnifications. The movement of the focal position adjusting lens driving unit 9a is controlled via a focal position adjusting lens movement control unit of the CPU 41 described later.

また、焦点位置調節レンズ8には焦点位置調節レンズ8の位置(X位置)を検出するX位置検出部9bが取り付けられており、検出されたX位置情報はCPU41に伝達される。   The focal position adjusting lens 8 is provided with an X position detecting unit 9b for detecting the position (X position) of the focal position adjusting lens 8, and the detected X position information is transmitted to the CPU 41.

また、焦点位置調節レンズ8を光軸方向に移動した時に、対物レンズ12と標本48との衝突を防止するための不図示のリミットセンサーHL1(−)及びHL2(+)が配設されている。   Further, limit sensors HL1 (−) and HL2 (+) (not shown) are provided for preventing collision between the objective lens 12 and the specimen 48 when the focal position adjusting lens 8 is moved in the optical axis direction. .

また、後述する顕微鏡装置の入力部には焦点位置調節レンズ8を光軸に沿って移動させる焦点位置調節レンズ操作ダイアル51と不図示の焦点位置調節レンズ切り替えスイッチが配設されおり、観察者は焦点位置調節レンズ操作ダイアル51を操作すると、これに結合された不図示のエンコーダからの信号に基づき焦点位置調節レンズ8を光軸にそって往復移動させることができる。また、焦点位置調節レンズ切り替えスイッチにより、焦点位置調節レンズ用電動ターレットに装着された複数の焦点位置調節レンズ8から任意の焦点位置調節レンズ8を選択して切り替えることができる。   In addition, a focus position adjusting lens operation dial 51 for moving the focus position adjusting lens 8 along the optical axis and a focus position adjusting lens switching switch (not shown) are disposed in the input unit of the microscope apparatus described later. When the focus position adjusting lens operation dial 51 is operated, the focus position adjusting lens 8 can be reciprocated along the optical axis based on a signal from an encoder (not shown) coupled thereto. Further, an arbitrary focal position adjusting lens 8 can be selected and switched from a plurality of focal position adjusting lenses 8 mounted on the focal position adjusting lens electric turret by the focal position adjusting lens switching switch.

焦点位置調節レンズ8の作用について説明する。なお、図1においてオートフォーカス用照明光を実線で示し、観察光学系3における観察光を点線で示している。   The operation of the focal position adjustment lens 8 will be described. In FIG. 1, the autofocus illumination light is indicated by a solid line, and the observation light in the observation optical system 3 is indicated by a dotted line.

焦点位置調節レンズ8は、対物レンズ12で標本面に集光照射されるスリット像(オートフォーカス用照明光)の結像位置をフォーカス用照明光学系5の光軸に沿ってずらすと同時に標本面で反射し、オートフォーカス用CCDセンサー30の撮像面に再結像するスリット像の結像位置をフォーカス用結像光学系7の光軸に沿ってずらす働きをする。   The focal position adjusting lens 8 shifts the imaging position of the slit image (autofocus illumination light) condensed and irradiated on the sample surface by the objective lens 12 along the optical axis of the focus illumination optical system 5 and simultaneously the sample surface. The image forming position of the slit image reflected and re-imaged on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 is shifted along the optical axis of the focusing imaging optical system 7.

以下、オートフォーカス制御を行いながら、標本48における実際に観察したい位置に対物レンズ12の観察光学系3の前側焦点(以下、「焦点f」という)を合わす方法について説明する。焦点位置調節レンズ8は凸レンズ8aと凹レンズ8bとを有し、一方のレンズが光軸上に固定され、他方のレンズが光軸に沿って移動可能に配置されて構成することができる。なお、変形例としては、凸レンズ8aと凹レンズ8bを光軸に沿って移動可能に構成しても良い。なお、以降の説明では、凸レンズ8aが物体側に固定され、その後方(LED光源20側)に凹レンズ8bが光軸に沿って移動可能に配置されている場合について説明する。   Hereinafter, a method for adjusting the front focal point (hereinafter referred to as “focal point f”) of the observation optical system 3 of the objective lens 12 to the position where the specimen 48 is actually observed while performing autofocus control will be described. The focal position adjusting lens 8 includes a convex lens 8a and a concave lens 8b, and one lens is fixed on the optical axis, and the other lens is arranged to be movable along the optical axis. As a modification, the convex lens 8a and the concave lens 8b may be configured to be movable along the optical axis. In the following description, a case will be described in which the convex lens 8a is fixed on the object side, and the concave lens 8b is disposed behind (on the LED light source 20 side) so as to be movable along the optical axis.

観察光学系3による対物レンズ12の焦点fがカバーガラス14と標本48の境界面(以後、標本面という)に合っている状態で、スリット開孔22aを通して照射されるオートフォーカス用スリット像の結像位置(フォーカス用照明光学系5による対物レンズ12の焦点位置である)が同じく標本面に合い、かつ、その反射像の焦点がオートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面に合うように焦点位置調節レンズ8(凹レンズ8b)の位置(X位置)を調節する。この状態では、観察光学系3による対物レンズ12の焦点fとフォーカス用照明光学系5およびフォーカス用結像光学系7による対物レンズ12の焦点(標本面)とが一致している。この位置を焦点位置調節レンズ8によるスリット像の「オフセットゼロの位置」と呼ぶ(図2のX=0、Z=0に相当)。この状態ではスリット像が観察光学系3による対物レンズ12の焦点fつまり標本面に結像し、その反射光はオートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面に結像している状態である。また、この状態では焦点位置調節レンズ8は単に望遠系となっており、焦点位置調節レンズ8の前後ではオートフォーカス用照明光はともに平行光束となっている。この状態で後述するオートフォーカス制御をかけると常にスリット像はフォーカス用照明光学系5およびフォーカス用結像光学系7による対物レンズ12の焦点である標本面と観察光学系3による対物レンズ12の焦点fが一致している状態に制御される。   In the state in which the focus f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 is aligned with the boundary surface between the cover glass 14 and the sample 48 (hereinafter referred to as the sample surface), the result of the autofocus slit image irradiated through the slit aperture 22a is obtained. The focal position is adjusted so that the image position (which is the focal position of the objective lens 12 by the illumination optical system 5 for focusing) is also aligned with the sample surface, and the focus of the reflected image is aligned with the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30. The position (X position) of the lens 8 (concave lens 8b) is adjusted. In this state, the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 coincides with the focal point (specimen surface) of the objective lens 12 by the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7. This position is called “offset zero position” of the slit image by the focal position adjusting lens 8 (corresponding to X = 0 and Z = 0 in FIG. 2). In this state, the slit image is formed on the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3, that is, the sample surface, and the reflected light is formed on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30. In this state, the focus position adjusting lens 8 is simply a telephoto system, and the autofocus illumination light is a parallel light beam before and after the focus position adjusting lens 8. When autofocus control described later is applied in this state, the slit image is always the specimen surface, which is the focal point of the objective lens 12 by the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7, and the focal point of the objective lens 12 by the observation optical system 3. The state is controlled so that f matches.

次に焦点位置調節レンズ8(凹レンズ8b)を光軸に沿って前後に移動し、オートフォーカス用スリット像を標本面から移動させて、オートフォーカス用スリット像の結像位置と観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置をずらす(オフセットさせる)。例えば、凹レンズ8bを後方(凸レンズ8aから離れる方向)に距離X1だけ移動させると、オートフォーカス用スリット像の結像位置は標本面より対物レンズ12側に所定の距離(この距離を「オフセット量Z1」と呼ぶ)だけ移動する。この状態で、後述するオートフォーカス制御を行うと、ステージ11が移動するために標本面が移動して、オートフォーカス用スリット像の結像位置が標本面に一致する。この時、観察光学系3による対物レンズ12の焦点fはオフセット量Z1だけ標本48の中に移動する(図2のX=X1、Z=Z1参照)。この状態では、オートフォーカス用スリット像は標本面にあり、観察光学系3による対物レンズ12の焦点fはオフセット量だけ標本48の中にある。この結果、焦点位置調節レンズ8をオフセットゼロ位置(X=0位置)から距離(X=X1)移動することで、観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置をZ=0、からZ=Z1まで移動することができる。その後、オートフォーカス装置は、この状態を維持するように動作する。   Next, the focal position adjusting lens 8 (concave lens 8b) is moved back and forth along the optical axis, and the autofocus slit image is moved from the sample surface, and the imaging position of the autofocus slit image and the observation optical system 3 are used. The position of the focal point f of the objective lens 12 is shifted (offset). For example, when the concave lens 8b is moved backward (in a direction away from the convex lens 8a) by a distance X1, the imaging position of the autofocus slit image is a predetermined distance from the specimen surface toward the objective lens 12 (this distance is referred to as “offset amount Z1. ”). In this state, when autofocus control, which will be described later, is performed, the sample surface moves because the stage 11 moves, and the image formation position of the autofocus slit image coincides with the sample surface. At this time, the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 moves into the sample 48 by the offset amount Z1 (see X = X1, Z = Z1 in FIG. 2). In this state, the autofocus slit image is on the sample surface, and the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 is in the sample 48 by the offset amount. As a result, the position of the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 is moved from Z = 0 to Z by moving the focal position adjusting lens 8 from the offset zero position (X = 0 position) by a distance (X = X1). = Z1 can be moved. Thereafter, the autofocus device operates to maintain this state.

このように焦点位置調節レンズ8の移動量と観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの移動量とは関係しており、焦点位置調節レンズ8の移動に伴う位置(X値)の変化をモニタすることで観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置の変化(Z値)を検出することができる。   Thus, the amount of movement of the focal position adjusting lens 8 and the amount of movement of the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 are related, and the change in the position (X value) accompanying the movement of the focal position adjusting lens 8 is as follows. By monitoring, the change (Z value) of the position of the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 can be detected.

このとき、焦点位置調節レンズ8を構成する凹レンズ8bの位置X1と、観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置が標本面から移動するオフセット量Z1は、対物レンズ12の倍率(焦点距離)に応じて決まる。顕微鏡装置として必要なオフセット量は、標本の構成上、50μm程度必要とされる。液浸対物レンズの場合、カバーガラスの下面の反射率は、媒質がオイルの場合ほぼ0であり、水の場合も上面(標本面)と同じ反射率となり、一般に40倍以上の高倍で開口数も大きく標本側の焦点深度は非常に浅いためカバーガラス下面の反射はオートフォーカス制御にとって妨げとはならない。   At this time, the position X1 of the concave lens 8b constituting the focal position adjusting lens 8 and the offset amount Z1 by which the position of the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 moves from the sample surface are the magnification (focal length) of the objective lens 12. ) The offset amount necessary for the microscope apparatus is required to be about 50 μm due to the configuration of the specimen. In the case of an immersion objective lens, the reflectance of the lower surface of the cover glass is almost 0 when the medium is oil, and the same reflectance as that of the upper surface (specimen surface) is obtained when water is used. However, since the focal depth on the specimen side is very shallow, the reflection on the lower surface of the cover glass does not hinder the autofocus control.

また、本発明にかかるオートフォーカス装置は一般的ないわゆる乾燥系対物レンズにも対応可能であるが、乾燥系の場合は、カバーガラス下面の反射率は上面の10倍以上となり焦点深度が比較的深いことから本来のカバーガラス上面をオートフォーカス基準面とするのは困難となる。従って、信号として10倍以上大きいカバーガラス下面を基準面とするのが適当となる。この場合、オフセット量は高倍/液浸対物レンズのオフセット量(50μm)に比べて非常に大きくなる(例えば、カバーガラス厚170μm+50μm)が、焦点位置調節レンズ8の適当な設定によりカバーガラス下面を基準とするような大きなオフセット量の設定が可能となる。   In addition, the autofocus device according to the present invention can cope with a general so-called dry objective lens, but in the case of a dry system, the reflectance of the lower surface of the cover glass is 10 times or more that of the upper surface, and the depth of focus is relatively high. Since it is deep, it is difficult to set the upper surface of the original cover glass as the autofocus reference surface. Therefore, it is appropriate to use the lower surface of the cover glass 10 times or more as a signal as a reference surface. In this case, the offset amount is much larger than the offset amount (50 μm) of the high magnification / immersion objective lens (for example, the cover glass thickness 170 μm + 50 μm). A large offset amount can be set.

このように、焦点位置調節レンズ8を凸レンズ8aと凹レンズ8bとで構成することにより、簡単な構成でオートフォーカス用照明光の結像位置を移動させて観察光学系3による対物レンズ12の焦点fをオフセットさせることができる。   In this way, by forming the focal position adjusting lens 8 with the convex lens 8a and the concave lens 8b, the focus f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 can be moved by moving the imaging position of the autofocus illumination light with a simple configuration. Can be offset.

なお、上述の焦点位置調節レンズ8でずらす(オフセットさせる)ことが可能な距離は、焦点位置調節レンズ8の焦点距離により物理的な制限があるため、その物理的な制限以上にずらしたい場合には、焦点位置調節レンズ8を交換することで対応可能である。例えば、焦点距離の長いものに交換することにより長いオフセット量を実現することができる。なお、焦点位置調節レンズ8を焦点距離の違うレンズに交換した場合、オフセットゼロの位置を決めるために、焦点位置調節レンズ8の位置を調節する必要がある。   Note that the distance that can be shifted (offset) by the focal position adjusting lens 8 is physically limited by the focal length of the focal position adjusting lens 8, so that it is desired to shift beyond the physical limit. Can be handled by exchanging the focal position adjusting lens 8. For example, a long offset amount can be realized by replacing the focal length with a long focal length. When the focal position adjusting lens 8 is replaced with a lens having a different focal length, it is necessary to adjust the position of the focal position adjusting lens 8 in order to determine the position of zero offset.

また、上記構成では焦点位置調節レンズ8をダイクロイックミラー16と第1ハーフミラー25の間、すなわちフォーカス用照明光学系5とフォーカス用結像光学系7の共通光路上に配設し、標本面に集光照射されるスリット像と標本面で反射してオートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面に再結像するスリット像の両方の焦点の位置を光軸方向にずらしていたが、第1ハーフミラー25と第1瞳制限マスク24の間、すなわち、フォーカス用照明光学系5に焦点位置調節レンズを配設して標本面に集光照射されるスリット像の焦点の位置を光軸方向にずらすことで実現することも可能である。また、第1ハーフミラー25とオートフォーカス用第2対物レンズ26の間、すなわち、フォーカス用結像光学系7に焦点位置調節レンズを配設して、オートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面に再結像するスリット像の焦点の位置を光軸方向にずらすことで実現することも可能である。   In the above configuration, the focal position adjusting lens 8 is disposed between the dichroic mirror 16 and the first half mirror 25, that is, on the common optical path of the focusing illumination optical system 5 and the focusing imaging optical system 7, and is disposed on the sample surface. The focal point of both the slit image that is focused and irradiated and the slit image that is reflected by the specimen surface and re-imaged on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 is shifted in the optical axis direction. The focus position adjusting lens is disposed between the first pupil limiting mask 24 and the first pupil limiting mask 24, that is, the focusing illumination optical system 5, and the focal position of the slit image focused and irradiated on the specimen surface is shifted in the optical axis direction. It is also possible to realize with. In addition, a focus position adjusting lens is disposed between the first half mirror 25 and the second autofocus objective lens 26, that is, in the focusing image forming optical system 7, so that the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 is re-applied. It can also be realized by shifting the position of the focus of the slit image to be formed in the optical axis direction.

顕微鏡装置の制御系は、フォーカス位置検出のためのオートフォーカス用信号処理部31、ステージ11を上下動させるステージ駆動部34a、ステージ11の上下位置(Z位置)を検出するZ位置検出部34b、対物レンズ12を交換するための電動レボルバを駆動する電動レボルバ駆動部35およびそれらを制御するためのCPU41、メモリ42、入力部43で構成されている。   The control system of the microscope apparatus includes an autofocus signal processing unit 31 for detecting a focus position, a stage driving unit 34a for moving the stage 11 up and down, a Z position detecting unit 34b for detecting the vertical position (Z position) of the stage 11, It comprises an electric revolver drive unit 35 for driving an electric revolver for exchanging the objective lens 12, a CPU 41 for controlling them, a memory 42, and an input unit 43.

オートフォーカス用CCDセンサ30が検出したスリット像の信号は、オートフォーカス用信号処理部31に出力され、CPU41により処理され、対物レンズ12に対する標本面の焦点情報が検出される。この焦点情報に関する信号は、CPU41によりステージ駆動部34に送られ、ステージ11の位置を光軸に沿って上下動させることにより対物レンズ12の観察光学系3の焦点fに標本を位置決めする。   The slit image signal detected by the autofocus CCD sensor 30 is output to the autofocus signal processing unit 31 and processed by the CPU 41 to detect the focus information of the sample surface with respect to the objective lens 12. A signal related to this focus information is sent to the stage drive unit 34 by the CPU 41, and the specimen is positioned at the focus f of the observation optical system 3 of the objective lens 12 by moving the position of the stage 11 up and down along the optical axis.

なお、オートフォーカス用CCDセンサ30の撮像面の中でスリット像が形成される位置は、ステージ11の光軸に沿った上下動によって、標本面やカバーガラス14の位置が変わると、それに合わせて、スリット像の短手方向に移動する。このようなオートフォーカス用CCDセンサ30で検出されたスリット像からステージ11の移動方向を制御する。   It should be noted that the position where the slit image is formed on the imaging surface of the autofocus CCD sensor 30 is adjusted in accordance with the vertical movement of the stage 11 along the optical axis when the position of the sample surface or the cover glass 14 changes. Move in the short direction of the slit image. The moving direction of the stage 11 is controlled from the slit image detected by the autofocus CCD sensor 30.

ステージ駆動部34は、図1には図示しないがステージ11に取り付けられたステージ駆動用DCモータと、ステージ駆動用DCモータを回転させるステージ駆動用モータドライバと、ステージ駆動用DCモータの回転角を検出するロータリエンコーダ(Z位置検出34b)と、ロータリエンコーダの検出結果に基づいてステージ11の上下動をカウントするアップ/ダウンカウンタとで構成されている。   Although not shown in FIG. 1, the stage drive unit 34 includes a stage drive DC motor attached to the stage 11, a stage drive motor driver that rotates the stage drive DC motor, and a rotation angle of the stage drive DC motor. A rotary encoder to be detected (Z position detection 34b) and an up / down counter for counting the vertical movement of the stage 11 based on the detection result of the rotary encoder.

オートフォーカス制御はCPU41で処理され、制御信号は上下動制御信号と速度制御信号としてステージ駆動用モータドライバに出力され、この信号に基づいてステージ駆動用DCモータは駆動される。アップ/ダウンカウンタのカウント結果は、上下動位置信号としてCPU41に出力される。ステージ11はステージ駆動用DCモータが回転すると、その回転角に応じて光軸に沿って上下動する。そして、ステージ11に載置された標本もカバーガラス14、スライドガラス15とともに上下動し、標本と対物レンズ12との位置関係が調節されるとともに、合焦位置のZ位置が検出される。   The autofocus control is processed by the CPU 41, and the control signals are output to the stage drive motor driver as a vertical movement control signal and a speed control signal, and the stage drive DC motor is driven based on these signals. The count result of the up / down counter is output to the CPU 41 as a vertical movement position signal. When the stage driving DC motor rotates, the stage 11 moves up and down along the optical axis according to the rotation angle. Then, the specimen placed on the stage 11 also moves up and down together with the cover glass 14 and the slide glass 15, and the positional relationship between the specimen and the objective lens 12 is adjusted, and the Z position of the in-focus position is detected.

また、CPU41には、顕微鏡装置の所定の位置に配置された温度検出器44が接続され、顕微鏡装置周辺の環境温度を検出できるようになっている。そして、検出された温度情報は、後述する焦点位置調節レンズ8の位置と標本中の対物レンズ12の焦点位置との関係を知る、あるいは再評価するために使用される。   The CPU 41 is connected to a temperature detector 44 arranged at a predetermined position of the microscope apparatus so that the ambient temperature around the microscope apparatus can be detected. The detected temperature information is used to know or reevaluate the relationship between the position of a focus position adjusting lens 8 described later and the focus position of the objective lens 12 in the sample.

図1には1本の対物レンズ12のみを示したが、本実施形態の顕微鏡装置は、倍率が異なる複数の対物レンズ12によって構成可能である。複数の対物レンズ12は、図示しないが電動レボルバに装着されており、電動レボルバはこれを回転駆動する電動レボルバ駆動部35に接続される。電動レボルバ駆動部35には、図示しないが電動レボルバに取り付けられた電動レボルバ駆動用DCモータと、CPU41からの回転制御信号に基づいて電動レボルバ駆動用DCモータを回転させる電動レボルバ駆動用モータドライバとが設けられている。電動レボルバは、上記した電動レボルバ駆動用DCモータの回転に応じて回転する。そして、電動レボルバに装着された複数の対物レンズ12もともに回転し、いずれか1つの対物レンズ12が顕微鏡装置の観察光路上に位置決めされる。電動レボルバ駆動部35には、電動レボルバのレボルバ穴(例えば6個)のうち、顕微鏡装置の観察光路上に位置決めされたレボルバ穴の番号(1〜6)を検知するセンサ(図示せず)が設けられている。   Although only one objective lens 12 is shown in FIG. 1, the microscope apparatus of the present embodiment can be configured by a plurality of objective lenses 12 having different magnifications. Although not shown, the plurality of objective lenses 12 are attached to an electric revolver, and the electric revolver is connected to an electric revolver driving unit 35 that rotationally drives the objective lens. Although not shown, the electric revolver driving unit 35 includes an electric revolver driving DC motor attached to the electric revolver, and an electric revolver driving motor driver that rotates the electric revolver driving DC motor based on a rotation control signal from the CPU 41. Is provided. The electric revolver rotates according to the rotation of the electric revolver driving DC motor. The plurality of objective lenses 12 mounted on the electric revolver also rotate together, and any one objective lens 12 is positioned on the observation optical path of the microscope apparatus. The electric revolver driving unit 35 has a sensor (not shown) for detecting the number (1-6) of the revolver holes positioned on the observation optical path of the microscope apparatus among the revolver holes (for example, six) of the electric revolver. Is provided.

入力部43には、焦点位置調節レンズ操作ダイアル51、図示しないが、キーボード、対物レンズ切り替えスイッチ、オートフォーカス制御開始スイッチ、合焦位置記憶スイッチ、アップ/ダウン微調整スイッチ及び上述の焦点位置調節レンズ8を操作するスイッチ等が設けられている。   The input unit 43 includes a focus position adjustment lens operation dial 51, although not shown, a keyboard, an objective lens changeover switch, an autofocus control start switch, a focus position storage switch, an up / down fine adjustment switch, and the above-described focus position adjustment lens. The switch etc. which operate 8 are provided.

キーボードは、電動リボルバにセットされている複数の対物レンズ12の情報を入力する時等に使用される。キーボードから入力された複数の対物レンズ12のそれぞれのデータは、メモリ42に記憶される。また、合焦位置記憶スイッチによって取得された合焦位置情報もメモリ42に記憶される。   The keyboard is used when inputting information of the plurality of objective lenses 12 set in the electric revolver. Each data of the plurality of objective lenses 12 input from the keyboard is stored in the memory 42. In-focus position information acquired by the in-focus position storage switch is also stored in the memory 42.

対物レンズ切り替えスイッチは、顕微鏡装置の観察光路上に位置決めされた対物レンズ12を別の対物レンズ12に切り替えるときに使用される。CPU41は、対物レンズ切り替えスイッチから入力された切り替え信号に基づいて電動レボルバ駆動部35を制御し、切り替え信号によって指定された対物レンズを顕微鏡装置の観察光路上に位置決めする。   The objective lens switching switch is used when switching the objective lens 12 positioned on the observation optical path of the microscope apparatus to another objective lens 12. The CPU 41 controls the electric revolver driving unit 35 based on the switching signal input from the objective lens switching switch, and positions the objective lens specified by the switching signal on the observation optical path of the microscope apparatus.

オートフォーカス制御開始スイッチは、顕微鏡装置におけるオートフォーカス制御の開始を指示する時に使用される。CPU41は、オートフォーカス制御開始スイッチが操作されると、既に説明したスリット投影式オートフォーカス制御の実行を開始し、標本48が対物レンズ12の焦点に位置決めされる。   The autofocus control start switch is used when instructing the start of autofocus control in the microscope apparatus. When the autofocus control start switch is operated, the CPU 41 starts executing the slit projection type autofocus control described above, and the sample 48 is positioned at the focal point of the objective lens 12.

アップ/ダウン微調整スイッチは、手動操作によってステージ11の上下動を微調整する時に使用される。CPU41は、アップ/ダウン微調整スイッチから入力された微調整信号に基づいてステージ11を位置決めする。なお、アップ/ダウン微調整スイッチの操作は、操作者が顕微鏡装置の第2対物レンズ13および接眼レンズを介して標本の像を観察しながら行うものである。そして操作者にとってコントラストの高い像が良好に観察できた時点で、アップ/ダウン微調整スイッチの操作を終了し、ステージ11が位置決めされる。この時、本実施形態の顕微鏡装置では、標本の中の任意の面が対物レンズ12の焦点に一致している。   The up / down fine adjustment switch is used to finely adjust the vertical movement of the stage 11 by manual operation. The CPU 41 positions the stage 11 based on the fine adjustment signal input from the up / down fine adjustment switch. The up / down fine adjustment switch is operated while the operator observes the image of the specimen through the second objective lens 13 and the eyepiece of the microscope apparatus. Then, when an image with high contrast can be satisfactorily observed for the operator, the operation of the up / down fine adjustment switch is finished, and the stage 11 is positioned. At this time, in the microscope apparatus of this embodiment, an arbitrary surface in the specimen coincides with the focal point of the objective lens 12.

このような構成によれば、焦点位置調節レンズ8を前記オフセットゼロ(Z=0)の位置からオートフォーカス制御をさせながら光軸に沿って前後に移動させることにより、観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置を自由に、かつ、標本面でのオートフォーカス用スリット像の反射量に関わりなく任意の位置にずらすことが可能である。また、標本面から常に一定の距離だけ光軸方向に離れたところに観察光学系3による対物レンズ12の焦点を合わせることができるため、標本48をステージ上で移動して標本48の別の部分を観察する場合や、別の標本48に交換して観察をする場合等に効率の良い作業が可能となる。   According to such a configuration, the objective lens by the observation optical system 3 is moved by moving the focal position adjusting lens 8 back and forth along the optical axis while performing autofocus control from the position of zero offset (Z = 0). The position of the 12 focal points f can be freely moved to any position regardless of the amount of reflection of the autofocus slit image on the specimen surface. In addition, since the focus of the objective lens 12 by the observation optical system 3 can always be focused at a certain distance from the specimen surface in the optical axis direction, the specimen 48 is moved on the stage and another part of the specimen 48 is moved. Can be performed efficiently, or when exchanging with another specimen 48 for observation.

本実施形態にかかるオートフォーカス装置では、例えば、対物レンズの交換、暗視野、明視野、蛍光観察等の切換えによる観察方法の変更、例えば、温度などの観察環境条件の変化等により、上述した焦点距離レンズ8の移動量(X位置)に対するオフセット量(Z位置)の関係がずれることが分かっている。一方、最近の観察技術の進歩によりより高解像の標本像を得るために焦点位置調節レンズ8の位置変化に対する標本に対する観察光学系3による対物レンズ12の焦点位置をより正確に知ることが必要になっている。   In the autofocus device according to the present embodiment, for example, by changing the observation method by changing objective lenses, switching between dark field, bright field, fluorescence observation, etc., for example, by changing the observation environment condition such as temperature, the above-described focus It has been found that the relationship between the offset amount (Z position) and the movement amount (X position) of the distance lens 8 is deviated. On the other hand, in order to obtain a higher-resolution sample image due to recent advances in observation technology, it is necessary to more accurately know the focal position of the objective lens 12 by the observation optical system 3 with respect to the sample with respect to the position change of the focal position adjusting lens 8. It has become.

そこで、本実施形態にかかるオートフォーカス装置は、上記のような状況変化が生じた場合でも焦点位置調節レンズ8の位置(X位置)の変化に対する観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置(Z位置)をより正確に知るとことを可能にしたものである。   Therefore, in the autofocus device according to the present embodiment, the position of the focus f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 with respect to the change in the position (X position) of the focus position adjusting lens 8 even when the above-described situation change occurs. This makes it possible to know (Z position) more accurately.

図2は、環境温度(顕微鏡装置の温度)が25℃と30℃における焦点位置調節レンズ8の移動(X位置)と観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置(Z位置)の関係(以後、「X−Z関係」という)を示す一例である。   FIG. 2 shows the relationship between the movement (X position) of the focal position adjusting lens 8 and the position (Z position) of the focal point f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 when the environmental temperature (temperature of the microscope apparatus) is 25 ° C. and 30 ° C. (Hereinafter referred to as “XZ relationship”).

図2から分かるように、環境温度の変化により、標本48の観察光学系、あるいはオートフォーカス用照明光学系5およびフォーカス用結像光学系7等が変化し、X−Z関係が変化する。温度25℃の時、X=X1でZ=Z1であったものが、温度35℃ではZ=Z1’に変化する。これでは、焦点位置調節レンズ8の位置が同じでも、観察している標本48の位置が異なってしまう。   As can be seen from FIG. 2, the observation optical system of the specimen 48, the autofocus illumination optical system 5, the focus imaging optical system 7, and the like change due to the change in the environmental temperature, and the XZ relationship changes. When the temperature is 25 ° C., X = X1 and Z = Z1 change to Z = Z1 ′ at a temperature of 35 ° C. In this case, even if the position of the focal position adjusting lens 8 is the same, the position of the sample 48 being observed is different.

そこで、本実施形態にかかるオートフォーカス装置は、図3に示すような観察条件に対応した(X−Z)座標テーブルを記憶部42に保存しておき、CPU41が観察条件に対応するX−Z関係を該座標テーブルの値を参照することで焦点位置調節レンズ8の位置(X位置)から標本48の観察位置(Z位置)を知ることが可能になる。焦点位置調節レンズ8のX位置に対応する標本48のZ位置と共に、取得した標本像を記憶してこくことで、後日の解析に役立たせることができる。   Therefore, the autofocus device according to the present embodiment stores the (XZ) coordinate table corresponding to the observation condition as shown in FIG. 3 in the storage unit 42, and the CPU 41 corresponds to the observation condition XZ. It is possible to know the observation position (Z position) of the specimen 48 from the position (X position) of the focus position adjusting lens 8 by referring to the value of the coordinate table for the relationship. By storing the acquired specimen image together with the Z position of the specimen 48 corresponding to the X position of the focal position adjusting lens 8, it can be used for later analysis.

図3では、対物レンズがA、Bの二種類、環境温度が25℃と35℃の二種類を、予め記憶したデータとして示している。なお、これらデータは、必要に応じて増やすこともできる。なお、その他の観察条件についてもデータとして記憶しておくことができる(例えば、フィルタ等)。   In FIG. 3, two types of objective lenses A and B and two types of environmental temperatures of 25 ° C. and 35 ° C. are shown as data stored in advance. These data can be increased as necessary. Other observation conditions can also be stored as data (for example, filters).

また、再測定データは、観察者が標本の観察を行う前に、焦点位置調節レンズ8のX位置と対物レンズ12の焦点位置(Z位置)との関係を測定して記憶したデータである。この再測定データは、観察者が顕微鏡装置を操作して上記オフセットゼロ位置である標本面にフォーカス用スリット像と観察光学系3による対物レンズ12の焦点fを一致させたのち、CPU41が焦点位置調節レンズ8を光軸に沿って移動する。このとき、CPU41は、焦点位置調節レンズ8のX位置と観察光学系3による対物レンズ12の焦点fの位置(Z位置)とをX位置検出部9bとZ位置検出部34bを介してそれぞれ検出して図3に示すX−Z座標テーブルを作成して記憶部42に記憶する(例えば,図3のRb)。このように、観察直前にX−Z関係を再測定して記憶することで、焦点位置調節レンズ8のX位置と対物レンズ12の焦点位置(Z位置)の関係をより正確に把握することができる。   The remeasurement data is data stored by measuring the relationship between the X position of the focal position adjusting lens 8 and the focal position (Z position) of the objective lens 12 before the observer observes the sample. The remeasurement data is obtained by the CPU 41 after the observer operates the microscope apparatus to align the focus slit image with the focus f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 on the sample surface at the offset zero position, and then the CPU 41 sets the focus position. The adjusting lens 8 is moved along the optical axis. At this time, the CPU 41 detects the X position of the focus position adjusting lens 8 and the position (Z position) of the focus f of the objective lens 12 by the observation optical system 3 via the X position detection unit 9b and the Z position detection unit 34b, respectively. Then, the XZ coordinate table shown in FIG. 3 is created and stored in the storage unit 42 (for example, Rb in FIG. 3). Thus, by re-measuring and storing the XZ relationship immediately before observation, the relationship between the X position of the focus position adjusting lens 8 and the focus position (Z position) of the objective lens 12 can be grasped more accurately. it can.

以上述べたように、本実施形態にかかるオートフォーカス装置は、焦点位置調節レンズ8の位置(X位置)と対物レンズの焦点位置(Z位置)の関係を、前もって測定して記憶しておく、あるいは観察直前に測定して記憶することで、焦点位置調節レンズ8の移動による対物レンズ12の焦点位置をより正確に知ることを可能にする。そして、焦点位置調節レンズ8の位置をずらしながら対物レンズ12の焦点位置を標本中でずらして結像光学系で画像を取得し、X−Z関係(X−Z座標テーブル)から得られるZ位置と共に所得した標本画像を記憶することができる。このようにして取得したZ位置を有する画像は、後日の画像解析等に有効に活用することができる。   As described above, the autofocus device according to the present embodiment measures and stores in advance the relationship between the position (X position) of the focus position adjusting lens 8 and the focus position (Z position) of the objective lens. Alternatively, by measuring and storing immediately before observation, it is possible to know the focal position of the objective lens 12 more accurately by moving the focal position adjusting lens 8. The Z position obtained from the XZ relationship (XZ coordinate table) is obtained by shifting the focal position of the objective lens 12 while shifting the position of the focal position adjusting lens 8 in the sample and acquiring an image with the imaging optical system. It is possible to memorize the sample image that has been earned. The image having the Z position acquired in this way can be effectively used for image analysis or the like at a later date.

また、本顕微鏡装置を使ったタイムラプス観察を実行する場合、一度標本画像を取得して記憶した後、所定時間が経過して再度標本画像を取得する際、その取得開始前にX−Z関係座標テーブルを再測定して座標テーブルに追記し、最初の座標テーブルのX−Z関係と再測定後のX−Z関係とを比較処理することで、径時変化に伴うX−Z関係のずれを補正した標本画像を取得するように構成することができる。   In addition, when performing time-lapse observation using this microscope apparatus, after acquiring and storing a sample image once, when acquiring a sample image again after a predetermined time has elapsed, before starting the acquisition, XZ related coordinates The table is re-measured and added to the coordinate table, and the X-Z relationship in the first coordinate table is compared with the X-Z relationship after the re-measurement, so that the deviation of the X-Z relationship due to the change in time is changed. A corrected sample image can be obtained.

このように本実施形態にかかるオートフォーカス装置は、焦点位置調節レンズの位置と対物レンズの焦点位置との関係をCPU41がそれぞれに配置された位置検出部を介して検出し記憶する処理ルーチンを有することで、観察条件が変化したときでもX−Z関係を再評価することができ、より正確な焦点位置(Z位置)を取得することができる。ここでいう処理ルーチンは、CPUに格納されたプログラムによって関連する部材を所定の手順に従って動作させることで実行される。   As described above, the autofocus device according to the present embodiment includes a processing routine in which the CPU 41 detects and stores the relationship between the position of the focus position adjusting lens and the focus position of the objective lens via the position detection unit disposed in each. Thus, even when the observation condition changes, the XZ relationship can be re-evaluated, and a more accurate focal position (Z position) can be acquired. The processing routine here is executed by operating related members according to a predetermined procedure by a program stored in the CPU.

なお、再評価は、CPUが対物レンズの交換、観察条件の変更、温度の変化、あるいはタイムラプス条件変化を検出した際に、自動的に再評価ルーチンを実施するように構成することも可能である。   The re-evaluation may be configured to automatically execute a re-evaluation routine when the CPU detects an objective lens change, observation condition change, temperature change, or time-lapse condition change. .

3 観察光学系
5 フォーカス用照明光学系
7 フォーカス用結像光学系
8 焦点位置調節レンズ
9a 焦点位置調節レンズ駆動部
9b X位置検出部(焦点位置調節レンズ位置検出部)
10 可視光カットフィルタ
11 ステージ
12 対物レンズ
13 第2対物レンズ
14 カバーガラス
15 スライドガラス
16 ダイクロイックミラー
17 第2ハーフミラー
18 赤外光カットフィルタ
20 LED光源
21 LED光源
22 スリット板
23 第2コレクタレンズ
24 第1瞳制限マスク
25 第1ハーフミラー
26 オートフォーカス用対物レンズ
27 オートフォーカス用リレーレンズ
28 第2瞳制限マスク
29 シリンドリカルレンズ
30 オートフォーカス用CCDセンサ
31 オートフォーカス用信号処理部
34a ステージ駆動部
34b Z位置検出部(ステージ位置検出部)
35 電動リボルバ駆動部
36 カメラ用対物レンズ
37 カメラ用リレーレンズ
38 カメラ用CCDセンサー
41 CPU
42 メモリ
43 入力部
44 温度検出器
48 標本
51 焦点位置調節レンズ操作ダイアル
61 エンコーダ
62 回転信号ON/OFF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Observation optical system 5 Focus illumination optical system 7 Focus imaging optical system 8 Focus position adjustment lens 9a Focus position adjustment lens drive part 9b X position detection part (focus position adjustment lens position detection part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Visible light cut filter 11 Stage 12 Objective lens 13 Second objective lens 14 Cover glass 15 Slide glass 16 Dichroic mirror 17 Second half mirror 18 Infrared light cut filter 20 LED light source 21 LED light source 22 Slit plate 23 Second collector lens 24 First pupil restriction mask 25 First half mirror 26 Autofocus objective lens 27 Autofocus relay lens 28 Second pupil restriction mask 29 Cylindrical lens 30 Autofocus CCD sensor 31 Autofocus signal processing unit 34a Stage drive unit 34b Z Position detector (stage position detector)
35 Electric Revolver Drive Unit 36 Camera Objective Lens 37 Camera Relay Lens 38 Camera CCD Sensor 41 CPU
42 Memory 43 Input unit 44 Temperature detector 48 Specimen 51 Focal position adjustment lens operation dial 61 Encoder 62 Rotation signal ON / OFF

Claims (4)

対物レンズと、
前記対物レンズを介して対象物の像を結像する観察光学系と、
前記対物レンズを介して前記対象物上にフォーカス用の光像を投影検出するフォーカス用光学系と、
前記フォーカス用光学系に配置され、前記観察光学系の結像位置と前記フォーカス用光学系の結像位置とのオフセット量を調節する結像位置調節手段と、
前記対物レンズの前記観察光学系に対する焦点位置を検出するZ位置検出手段と、
前記結像位置調節手段の位置を検出するX位置検出手段と、
前記X位置検出手段からのX位置情報と前記Z位置検出手段からのZ位置情報とを関連付けた座標テーブルを記憶する記憶部と、
制御部とを有し、
前記制御部は、
前記対象物を最初に観察する直前に取得した前記X位置情報と前記Z位置情報の関係と所定時間経過後の前記対象物を観察する前に取得した前記X位置情報と前記Z位置情報の関係とを前記座標テーブルに記憶し、
前記最初の関係と前記所定時間経過後の関係とを比較し、径時変化に伴うX位置情報とZ位置情報の関係のずれを補正したX−Z関係に基づき、前記結像位置調節手段を介して前記所定時間経過後のZ位置を前記最初の時のZ位置に位置決めすることを特徴とするオートフォーカス装置。
An objective lens;
An observation optical system that forms an image of the object through the objective lens;
A focusing optical system for projecting and detecting a focusing optical image on the object via the objective lens;
An imaging position adjusting means arranged in the focusing optical system, for adjusting an offset amount between the imaging position of the observation optical system and the imaging position of the focusing optical system;
Z position detecting means for detecting a focal position of the objective lens with respect to the observation optical system;
X position detection means for detecting the position of the imaging position adjustment means;
A storage unit for storing a coordinate table in which the X position information from the X position detection unit and the Z position information from the Z position detection unit are associated;
A control unit,
The controller is
The relationship between the X position information and the Z position information acquired immediately before first observing the object, and the relationship between the X position information and the Z position information acquired before observing the object after a predetermined time has elapsed. Are stored in the coordinate table,
Comparing the initial relationship with the relationship after the lapse of the predetermined time , and based on the XZ relationship in which the deviation of the relationship between the X position information and the Z position information due to the time change is corrected , An autofocus device , wherein the Z position after the predetermined time elapses is positioned at the first Z position .
前記座標テーブルは、観察開始前に取得することを特徴とする請求項1に記載のオートフォーカス装置。   The auto-focus device according to claim 1, wherein the coordinate table is acquired before starting observation. 前記座標テーブルは、前記対物レンズの交換、前記対象物の交換、観察環境温度の変化時、タイムラプス観察開始直前の少なくとも一つが生じたときに再度取得することを特徴とする請求項1に記載のオートフォーカス装置。   The coordinate table is acquired again when at least one of the objective lens, the object, an observation environment temperature, or at least one immediately before the start of time-lapse observation occurs. Autofocus device. 請求項1から3のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を有することを特徴とする顕微鏡装置。   A microscope apparatus comprising the autofocus device according to any one of claims 1 to 3.
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