JPH0416810A - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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JPH0416810A
JPH0416810A JP11855890A JP11855890A JPH0416810A JP H0416810 A JPH0416810 A JP H0416810A JP 11855890 A JP11855890 A JP 11855890A JP 11855890 A JP11855890 A JP 11855890A JP H0416810 A JPH0416810 A JP H0416810A
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spot image
line sensor
objective lens
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representative position
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Yoshihiro Shimada
佳弘 島田
Akira Osawa
大澤 暁
Yasuteru Takahama
高濱 康輝
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable invariably accurate focusing control without defocusing even if the surface of an object is finely uneven by driving an objective and the object relatively in the direction of the optical axis of the objective according to the representative position and size of a spot image which are detected by a detecting means. CONSTITUTION:A line sensor 20 is so arranged that when the object 18 to be observed is at the focusing position of the objective 16, the smallest spot image is formed on a nearly center element of the line sensor 20. The output of the line sensor 20 is supplied to an arithmetic and control unit 21, which finds the representative position X and size l of the spot image formed on the line sensor 20 and drives a sample base 17 in the optical axis direction of the objective 16 through a driving device 22 having a stepping motor, etc., according to those values X and l to perform the focusing control automatically. Consequently, even when the surface of the object 18 is finely uneven, the focusing control can accurately be performed at all times without causing any defocusing.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 二の発明は、穎微鏡等の光学機器における自動合焦装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The second invention relates to an automatic focusing device for an optical instrument such as a telescope.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

測定用光束を用いて光学機器て観察中の対象物に自動的
に焦点を合わせる自動合焦装置は、例えば西独特許第3
219503 C2号、西独特許公開第2102922
号に開示されている。
An automatic focusing device that uses a measurement light beam to automatically focus on an object being observed with an optical instrument is disclosed in West German Patent No. 3, for example.
219503 C2, West German Patent Publication No. 2102922
Disclosed in the issue.

これら従来の自動合焦装置においては、測定用光源から
の光束を対物レンズの瞳の片側を透過させて対象物に集
光し、そのスポット像を対物レンズを経て光検出器で受
光して代表位置を検出し、その代表位置と合焦時に光検
出器に入射するスポット像の代表位置とのずれに応じて
、対象物または対物レンズを光軸方向に駆動して自動合
焦するようにしている。すなわち、合焦時に光検出器に
入射するスポット像の代表位置をX。、実際に入射する
スポット像の代表位置をXとすると、第8図に示すよう
に、X=X0となるように対象物または対物レンズを駆
動して自動合焦するようにしている 〔発明か解決しようとする課題〕 しかしながら、上述した従来の自動合焦装置にあっては
、対象物上に形成されたスポットの像を光検出器で受光
して、その代表位置を検出するようにしているため、第
9図に示すように、対象物1の表面に微細な凹凸かある
と、その凹凸の最大ギャップ深さが対物レンズ2の焦点
深度に対して十分少さなものであっても、凹凸か対象!
?!!11の表面に形成される測定用光束のスポットよ
りも小さい場合や、スポットか凹凸部の境界に位置する
場合には、その凹凸部で反射光か散乱し、これかだめ合
焦状態であっても光検出器上に形成されるスポット像の
光量分布か第10図に曲線イて示すようになり、その代
表(重心)位置Xか、合焦時の重心位置X。と異なって
合焦ずれか生じるという問題かある。なお、第10図に
おいて、曲線口は対象物1の表面に微細な凹凸かない場
合に、光検出器上に形成されるスポット像の合焦時にお
ける光量分布を示し、この場合にはその重心位置XとX
oとか一致する。
In these conventional automatic focusing devices, the light beam from the measurement light source is transmitted through one side of the pupil of the objective lens and focused on the object, and the spot image is received by a photodetector after passing through the objective lens. The position is detected and automatic focusing is performed by driving the object or objective lens in the optical axis direction according to the deviation between the representative position and the representative position of the spot image incident on the photodetector during focusing. There is. That is, X is the representative position of the spot image that enters the photodetector during focusing. Assuming that the representative position of the actually incident spot image is X, as shown in FIG. 8, the object or objective lens is driven so that X=X0 for automatic focusing. [Problem to be Solved] However, in the conventional automatic focusing device described above, a photodetector receives an image of a spot formed on an object and detects its representative position. Therefore, as shown in FIG. 9, if there are minute irregularities on the surface of the object 1, even if the maximum gap depth of the irregularities is sufficiently small compared to the focal depth of the objective lens 2, Irregularities or objects!
? ! ! If the spot is smaller than the spot of the measuring light beam formed on the surface of 11, or if the spot is located at the boundary between the spot and the uneven part, the reflected light will be scattered by the uneven part and the light will be out of focus. The light intensity distribution of the spot image formed on the photodetector is shown as a curve in FIG. However, there is a problem in that the camera may be out of focus. In Fig. 10, the curved line indicates the light intensity distribution when the spot image formed on the photodetector is focused when there are no minute irregularities on the surface of the object 1, and in this case, the center of gravity position X and X
Matches o.

このように、従来の自動合焦装置にあっては、対象物の
表面に微細な凹凸かあると、合焦ずれか生しるため、例
えは焼き付けられたウェハーのように微細な凹凸パター
ンか連続する対象物を走査しなから観察する場合には、
走査とともに合焦ずれか生じて、正確な観察かできなく
なると共に、観察者において目か非常に疲れるという問
題かある。
In this way, with conventional automatic focusing devices, if there are minute irregularities on the surface of the object, the focus will be off. When observing a continuous object without scanning it,
There is a problem that a focus shift occurs during scanning, making it impossible to make accurate observations, and that the observer's eyes become extremely tired.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、対象物の表面に微細な凹凸かある場合ても、
合焦ずれを生じることなく常に正確に合焦制御できるよ
う適切に構成した自動合焦装置を提供することを目的と
する。
This invention was made by focusing on such conventional problems, and even if there are minute irregularities on the surface of the object,
It is an object of the present invention to provide an automatic focusing device that is appropriately configured so as to be able to always accurately control focusing without causing focus deviation.

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では、測定用光源からの光束を対
物レンズの瞳の片側を経て対象物に投射して、そのスポ
ット像を前記対物レンズを経て光検出器で受光し、その
出力に基づいて前記対物レンズおよび対象物を対物レン
ズの光軸方向に相対的に駆動して合焦制御する自動合焦
装置であって、 前記光検出器の出力に基づいて、該光検出器上に形成さ
れたスポット像の代表位置および大きさを検出する手段
を設け、この検出手段で検出したスポット像の代表位置
および大きさに基づいて前記対物レンズおよび対象物を
対物レンズの光軸方向に相対的に駆動して合焦制御する
よう構成する。
[Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above object, the present invention projects a light beam from a measurement light source onto an object through one side of the pupil of an objective lens, and projects the spot image onto the object. An automatic focusing device that receives light through a lens and a photodetector, and controls focusing by relatively driving the objective lens and the object in the optical axis direction of the objective lens based on the output thereof, the photodetector means for detecting the representative position and size of the spot image formed on the photodetector based on the output of the photodetector; The lens and the object are configured to be relatively driven in the optical axis direction of the objective lens to control focusing.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の第1実施例を示すものである。この
実施例は、落射照明型顕微鏡に適用したものて、半導体
レーザ等の測定用光源11からの光束をコリメータレン
ズ12により平行光束とした後、偏光ビームスプリッタ
13.1,74波長板14を経てダイクロイックミラー
15で反射させ、その測定光束を対物レンズ16の瞳の
片側の領域に入射させて、試料台17に載置された観察
対象物18に集光させる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the invention. This embodiment is applied to an epi-illumination type microscope, in which a light beam from a measurement light source 11 such as a semiconductor laser is made into a parallel light beam by a collimator lens 12, and then passed through a polarizing beam splitter 13.1, 74 and a wavelength plate 14. The measurement light beam is reflected by the dichroic mirror 15 and is incident on one side of the pupil of the objective lens 16 to be focused on the observation object 18 placed on the sample stage 17 .

観察対象物18に集光された測定光束の反射光は、対物
レンズ16を経てダイクロイックミラー15で反射させ
、その観察対象物18からの戻り光を1/4波長板14
を経て偏光ヒームスプリツタ13に入射させる。ここで
、偏光ヒームスプリツタ13に入射する観察対象物18
からの戻り光は、往路と復路で1,74波長板14を2
回通るので、戻り光の偏光面は往路の偏光面と90°異
なり、偏光ヒームスプリ・ツタ13て反射される。二の
偏光ヒームスプ1ルソタ13て反射される観察対象物1
8からの戻り光を、結像レンズ19を経てラインセンサ
20て受光する。
The reflected light of the measurement light beam focused on the observation object 18 passes through the objective lens 16 and is reflected by the dichroic mirror 15, and the return light from the observation object 18 is passed through the quarter-wave plate 14.
The light is made incident on the polarized beam splitter 13 through the polarized beam splitter 13. Here, the observation target 18 that enters the polarization heam splitter 13
The return light from the
Since the light passes twice, the plane of polarization of the returning light differs by 90 degrees from the plane of polarization of the outgoing light, and it is reflected by the polarization heam splinter 13. Observation object 1 reflected by the second polarized beam beam 1 Lusota 13
The return light from 8 is received by a line sensor 20 via an imaging lens 19.

ラインセンサ20は、対物レンズ16と観察対象物18
との相対距離の変化による該ラインセンサ20への入射
光の変位方向に延在して配置すると共に、観察対象物1
8か対物レンズ16に対して合焦位置にあるときに、ラ
インセンサ20のほぼ中央の素子に最小のスポット像が
形成されるように配置する。
The line sensor 20 includes an objective lens 16 and an observation target 18.
The observation target object 1
The line sensor 20 is arranged so that the smallest spot image is formed at an element approximately in the center of the line sensor 20 when the lens 8 is in the in-focus position with respect to the objective lens 16.

このラインセンサ20の出力は演算制御装置21に供給
し、ここでラインセンサ20上に形成されたスポット像
の代表位置Xおよび大きさlを求め、これらXおよびl
に基づいてステッピングモータ等を有する駆動装置22
を介して試料台17を対物レンズ16の光軸方向に駆動
して自動的に合焦制御するようにする。
The output of the line sensor 20 is supplied to the arithmetic and control unit 21, which determines the representative position X and size l of the spot image formed on the line sensor 20, and
A drive device 22 having a stepping motor etc. based on
The sample stage 17 is driven in the optical axis direction of the objective lens 16 via the lens 16 to automatically control the focus.

なお、観察対象物18の像は、対物レンズ16およびダ
イクロイックミラー15を経て観察用結像レンズ23に
より結像位置24に結像され、目視あるいはTVカメラ
等により観察できるようになっている。
The image of the observation object 18 is formed at an imaging position 24 by an observation imaging lens 23 via an objective lens 16 and a dichroic mirror 15, so that it can be observed visually or with a TV camera or the like.

以下、この実施例の動作を、第2図に示すフローチャー
トを参照しなから説明する。
The operation of this embodiment will be explained below with reference to the flowchart shown in FIG.

先ず、演算制御装置21において、ラインセンサ20の
出力に基づいて、該ラインセンサ20上に投影されたス
ポット像の代表位置Xおよび大きさlを求める(ブロッ
ク31)。
First, the arithmetic and control unit 21 determines the representative position X and size l of the spot image projected onto the line sensor 20 based on the output of the line sensor 20 (block 31).

ここで、対物レンズ16の焦点か観察対象物18の前方
(対物レンズ16側)に位置する前ピン状態では、観察
対象物18からの戻り光は収束光となるため、第3Aに
示すように、ラインセンサ20上に形成されるスポット
像25は、合焦時の代表位置X0から一方の側に、その
前ピン状態に応じてすなわち合焦ずれか大きくなるに従
ってスポットの大きさが大きくなりながら移動する。ま
た、対物レンズ16の焦点が観察対象物18の後方に位
置する後ビン状態では、観察対象物18からの戻り光は
発散光となるため、ラインセンサ20上に形成されるス
ポット像25は、合焦時の代表位置X0から他方の側に
、合焦ずれが大きくなるに従ってスポットの大きさか大
きくなりながら移動する。したかって、ラインセンサ2
0上に形成されるスポット像の光量分布は、焦点状態に
応じて第3図Bに示すようになる。
Here, in the front focus state where the focal point of the objective lens 16 is located in front of the observation object 18 (on the objective lens 16 side), the return light from the observation object 18 becomes convergent light, so as shown in 3A. The spot image 25 formed on the line sensor 20 moves from the representative position Moving. In addition, in the rear bin state where the focal point of the objective lens 16 is located behind the observation object 18, the return light from the observation object 18 becomes diverging light, so the spot image 25 formed on the line sensor 20 is The spot moves from the representative position X0 at the time of focus to the other side, increasing in size as the focus shift increases. I wanted to, line sensor 2
The light amount distribution of the spot image formed on 0 is as shown in FIG. 3B depending on the focal state.

ラインセンサ20上に形成されるスポット像25の代表
位置Xとしては、その重心位置あるいはメジアン位置を
求める。ここて、ラインセンサ20の素子数をn、各素
子の光電出力をy、とすると、重心位置Xは、 により求めることかでき、メジアン位置Xは、となるX
およびx+1から補間により求めることかできる。
As the representative position X of the spot image 25 formed on the line sensor 20, its center of gravity position or median position is determined. Here, if the number of elements of the line sensor 20 is n, and the photoelectric output of each element is y, then the center of gravity position X can be found as follows, and the median position X is
and x+1 by interpolation.

また、ラインセンサ20上に形成されるスポット像25
の大きさlは、第3図に示すようにスレッシュホールド
レベル ルドレベルを越える出力の素子数をカウントして求める
In addition, a spot image 25 formed on the line sensor 20
The magnitude l is determined by counting the number of elements whose output exceeds the threshold level, as shown in FIG.

ラインセンサ20上に投影されたスポット像の代表位置
Xおよび大きさlを求めたら、次に、代表位置Xと予め
設定した合焦時の代表位置X。どの差の絶対値を求め、
その絶対値か予め設定した対物レンズ16の焦点深度内
のある許容値ΔXに対して、IX−X.l≦△Xにある
か否かを判断する(ブロック32)。
After determining the representative position X and size l of the spot image projected on the line sensor 20, next, the representative position X and the preset representative position X at the time of focusing are determined. Find the absolute value of which difference,
IX-X. It is determined whether l≦△X (block 32).

ここて、IX−X.l≦ΔXにあるときは、観察対象物
18か対物レンズ16に対して合焦位置にあるものと判
断して、駆動装置22に駆動信号を供給することなく現
在位置を維持してブロック31に戻る。これに対し、I
X−X.I>ΔXのときは、合焦位置にないと判断して
、X−X.の演算結果の極性から前ピン、後ピンを判定
し、それに応じて駆動装置22に駆動信号を供給して試
料台17を合焦ずれを補正する方向に1ステツプ駆動(
ブロック33)させ、その駆動後のスポット像25の代
表位置X1および大きさ!+を求める(ブロック34)
Here, IX-X. When l≦ΔX, it is determined that the object to be observed 18 or the objective lens 16 is in the focused position, and the current position is maintained without supplying a drive signal to the drive device 22, and the process moves to block 31. return. On the other hand, I
X-X. When I>ΔX, it is determined that the in-focus position is not reached, and X-X. The front focus and rear focus are determined from the polarity of the calculation result, and a drive signal is supplied to the drive device 22 accordingly to drive the sample stage 17 one step in the direction to correct the focus shift (
Block 33) and the representative position X1 and size of the spot image 25 after the drive! Find + (block 34)
.

その後、lステップ駆動前のスポット像25の大きさl
と、駆動後の大きさ1′とを比較しくブロック35) 
、f ’≦lのときは真に合焦方向に駆動していると判
断して、x=x’,p=x’  <ブロック36)とし
てブロック32に戻り、上記の動作を繰り返す。これに
対し、!!’>iのときは、合焦方向に駆動していない
、すなわち散乱光の影響を受けていると判断して、駆動
装置22を介して試料台17を前ステップの位置、すな
わち1ステツプ駆動前の位置に戻す(ブロック37)。
After that, the size l of the spot image 25 before l step driving is
and the size 1' after driving (block 35).
, f'≦l, it is determined that the lens is truly driven in the focusing direction, and the process returns to block 32 as x=x', p=x'<block 36), and the above operations are repeated. On the other hand,! ! '>i, it is determined that the drive is not in the focusing direction, that is, it is affected by the scattered light, and the sample stage 17 is moved to the previous step position via the drive device 22, that is, one step before the drive. (block 37).

なお、ステップ駆動による1ステツプの駆動量は、焦点
深度の範囲より小さくなるように予め設定しておく。
Note that the driving amount of one step by step driving is set in advance so that it is smaller than the range of the depth of focus.

その後、再びスポット像25の代表位置X′および大き
さ!!w1を求め(ブロック38)、その代表位置X゛
″と当該ステップ駆動位置において前回求めた代表位置
Xとにより、IX“−XI≦△Xを判断(ブロック39
)シ、IX”−XI≦ΔXのときは、観察対象物18が
対物レンズ16に対して合焦位置にあるものと判断して
、駆動装置22に駆動信号を供給することなく現在位置
を維持してブロック38に戻り、IX’“−XI>ΔX
のときは、合焦位置にないと判断して、x=x ’“、
  l!=12“(ブロック40)としてブロック32
に戻り、上記の動作を繰り返す。
After that, the representative position X' and size of the spot image 25 again! ! w1 is determined (block 38), and IX"-XI≦△X is determined based on the representative position X"" and the previously determined representative position X at the step drive position (block 39).
) When IX"-XI≦ΔX, it is determined that the observation target 18 is in the focused position with respect to the objective lens 16, and the current position is maintained without supplying a drive signal to the drive device 22. Then, return to block 38 and find that IX'“−XI>ΔX
When , it is determined that it is not at the in-focus position, and x=x'“,
l! =12" (block 40) as block 32
Return to , and repeat the above operation.

したかって、この実施例によれは、例えは第4図に示す
ように、平坦な領域a、それよりも低い平坦な領域b、
領域すとほぼ同一面にある微細な凹凸を有する領域Cを
有する標本45を、矢印て示す方向に移動させて走査す
る場合には、以下のように動作することになる。
Therefore, according to this embodiment, for example, as shown in FIG. 4, a flat area a, a lower flat area b,
When scanning a specimen 45 having a region C having fine irregularities on almost the same plane as the region C by moving in the direction shown by the arrow, the following operation is performed.

先ず、領域aでは、最初にブロック3】て代表位置Xお
よび大きさlか検出されると、その後は第5図Aに示す
ように、X#X、(IX−Xo l≦ΔX)となるよう
に、ブロック32→33→34→35→36→32のル
ープが数回繰り返されて合焦制御され、その後ブロック
32→31のループにより、その合焦状態か維持される
。すなわち、標本面か平坦な場合には、ブロック35に
おいてp’>pとなることは有り得ないので、上記のブ
ロック32→33→34→35→36→32のループに
よって合焦制御される。
First, in area a, when the representative position The loop of blocks 32→33→34→35→36→32 is repeated several times to control the focus, and then the loop of blocks 32→31 maintains the focused state. That is, if the specimen surface is flat, it is impossible for p'>p in block 35, so focusing is controlled by the loop of blocks 32→33→34→35→36→32.

その後、領域すの走査に入ると、領域aとの段差によっ
て、最初は前ピン状態となるため、第5図Bに示すよう
に、X”Xo(l X  Xo  l >ΔX)になる
と共に、スポット像の大きさも大きくなるか、その後は
領域aにおけると同様の動作によって、X=Xoてスポ
ット像の大きさか最小となるように合焦制御される。
After that, when scanning begins in area A, it is initially in a front-focus state due to the difference in level from area a, so as shown in FIG. 5B, it becomes X''Xo (l The size of the spot image also increases, or after that, by the same operation as in area a, focusing is controlled so that X=Xo and the size of the spot image becomes the minimum.

次に、領域Cに入ると、合焦状態にあるにもかかわらず
、標本面の微細な凹凸による散乱光により、第5図Cに
示すように、Xf−Xo(IX−X。
Next, when entering region C, even though it is in the focused state, due to scattered light due to minute irregularities on the specimen surface, Xf-Xo (IX-X) as shown in FIG. 5C.

〉ΔX)になると共に、スポット像の大きさfも大きく
なる。この場合、先ずブロック33において試料台17
かlステップ駆動されるが、この1ステツプ駆動は合焦
位置から合焦ずれの方向となるため、そのスポット像の
大きさl′は駆動前よりも必ず大きくなる。したがって
、その後ブロック37において駆動前のステップ位置す
なわち合焦位置に戻され、その同一ステップ位置でのス
テップ駆動前後の代表位置の差の絶対値IX’“−X(
か]X゛−XI≦ΔXのときは、合焦と判断されてブロ
ック38→39のループにより駆動装置22は停止状態
を維持し、合焦状態か保持される。なお、IX’“XI
>ΔXのときは、ブロック40を経てブロック32に戻
り、IX−X、l≦ΔXの判断により合焦動作か行われ
る。
>ΔX), the size f of the spot image also increases. In this case, first, in the block 33, the sample stage 17
However, since this one-step drive is in the direction of defocusing from the in-focus position, the size l' of the spot image is always larger than before the drive. Therefore, after that, in block 37, the step position before driving, that is, the focus position is returned, and the absolute value IX'"-X(
] When X'-XI≦ΔX, it is determined that the image is in focus, and the driving device 22 is maintained in a stopped state through a loop of blocks 38→39, and the in-focus state is maintained. In addition, IX'“XI
>ΔX, the process returns to block 32 via block 40, and a focusing operation is performed based on the determination that IX-X, l≦ΔX.

このように、この実施例によれは、ステップ駆動前後の
スポット像25の大きさを比較(6’≦l)して、駆動
方向の正否を判定すると共に、その駆動方向か正しくな
いときは、前ステップ位置に戻して再びその位置でのス
ポット像25の代表位置X゛を求め、その同一ステップ
位置でのステップ駆動前後の代表位置の差の絶対値IX
”−XIか、X“−X1≦△Xのときは合焦と判断して
現在位置を維持するようにしたので、観察対象物18の
表面に微細な凹凸かあっても、ある程度同じ高さ面での
平面で合焦を行ってから走査を行えは、微細な凹凸に影
響されることなく、常に正確に合焦制御することかでき
る。また、1つのラインセンサ20を用い、その出力に
基づいてスポット像25の代表位置Xおよび大きさlを
求めるようにしたので、光学系の構成を簡単にてきると
共に、安価にてきる。
In this way, according to this embodiment, the sizes of the spot images 25 before and after step driving are compared (6'≦l) to determine whether the driving direction is correct or not, and if the driving direction is incorrect, Return to the previous step position, find the representative position X' of the spot image 25 at that position again, and calculate the absolute value IX of the difference between the representative positions before and after step driving at the same step position.
”-XI or By focusing on a plane and then scanning, it is possible to always accurately control focus without being affected by minute irregularities. Further, since one line sensor 20 is used and the representative position X and size l of the spot image 25 are determined based on its output, the optical system can be constructed easily and at low cost.

第6図はこの発明の第2実施例を示すものである。この
実施例は、第1図に示す構成において、結像レンズI9
を経た観察対象物18からの戻り光をハーフミラ−51
て2分割し、その一方をラインセンサ20で、他方を半
導体装置検出器(PSD)52でそれぞれ受光するよう
にして、ラインセンサ2oの出力に基づいてスポット像
の大きさを、PSD52の出力に基づいてスポット像の
代表位置を検出するようにしたもので、その他の構成は
第1実施例と同様である。このように、スポット像の大
きさおよび代表位置を独立した検出器の出力に基づいて
検出するようにすれば、その演算速度を高速にてきるの
で、迅速な合焦制御か可能となる。
FIG. 6 shows a second embodiment of the invention. In this embodiment, in the configuration shown in FIG.
The return light from the observation object 18 through the half mirror 51
The light is divided into two by the line sensor 20 and the other is received by the semiconductor device detector (PSD) 52. Based on the output of the line sensor 2o, the size of the spot image is adjusted to the output of the PSD 52. The representative position of the spot image is detected based on this, and the other configurations are the same as in the first embodiment. In this way, if the size and representative position of the spot image are detected based on the output of an independent detector, the calculation speed can be increased, so that quick focusing control is possible.

第7図はこの発明の第3実施例を示すものである。この
実施例は、第6図に示す構成において、偏光ビームスプ
リッタ13て反射された観察対象物18からの戻り光を
ハーフミラ−51で2分割し、その一方を結像レンズ5
5を経てラインセンサ20て受光し、他方を結像レンズ
56を経てPSD52で受光するようにしたもので、そ
の他の構成は第2実施例と同様である。このように構成
すれは、第2実施例と同様の効果を得ることができるほ
か、結像レンズ55の焦点距離を小さくすることにより
、スポット像の大きさの変化率を大きくてきると共に、
結像レンズ56の焦点距離を長くすることにより、投影
倍率を上げてスポット像の位置すれ感度を上げることが
てきる。
FIG. 7 shows a third embodiment of the invention. In this embodiment, in the configuration shown in FIG. 6, the return light from the observation object 18 reflected by the polarizing beam splitter 13 is divided into two by a half mirror 51, and one of the two is divided by the imaging lens 51.
5, the line sensor 20 receives the light, and the other light passes through the imaging lens 56 and is received by the PSD 52.The other configuration is the same as that of the second embodiment. With this configuration, in addition to being able to obtain the same effects as in the second embodiment, by decreasing the focal length of the imaging lens 55, the rate of change in the size of the spot image can be increased.
By increasing the focal length of the imaging lens 56, the projection magnification can be increased and the positional displacement sensitivity of the spot image can be increased.

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形または変更か可能である。例えば
、上述した実施例では、試料台17を駆動して合焦制御
するようにしたか、対物レンズ16を駆動して、あるい
は対物レンズ16および試料台17の双方を駆動して合
焦制御するよう構成することもできる。また、上述した
実施例では、ステップ駆動により、対物レンズと対象物
との距離を変えるようにしたので、1ステツプの駆動量
を焦点深度の範囲より小さくなるように予め設定したが
、検出した代表位置Xと、合焦時の代表位置Xoとの差
に応じて第2図のブロック33てはステップ駆動ではな
く、−度に駆動するようにしてもよい。このようにすれ
ば、より迅速な合焦制御が可能となる。さらに、この発
明は落射照明型顕微鏡に限らず、他の顕微鏡あるいは顕
微鏡以外の光学機器の自動合焦にも有効に適用すること
ができる。
Note that the present invention is not limited only to the embodiments described above, and numerous modifications and changes are possible. For example, in the embodiments described above, focusing is controlled by driving the sample stage 17, or by driving the objective lens 16, or by driving both the objective lens 16 and the sample stage 17. It can also be configured like this. In addition, in the above embodiment, the distance between the objective lens and the object was changed by step driving, so the driving amount for one step was preset to be smaller than the depth of focus range, but the detected Depending on the difference between the position X and the representative position Xo at the time of focus, the block 33 in FIG. 2 may be driven not in steps but in -degrees. In this way, faster focusing control becomes possible. Furthermore, the present invention is not limited to epi-illumination type microscopes, but can be effectively applied to automatic focusing of other microscopes or optical instruments other than microscopes.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれは、対物レンズの瞳の片
側を経て対象物に投射されたスポットの像を光検出器で
受光して、その出力に基づいてスポット像の代表位置お
よび大きさを検出し、その検出したスポット像の代表位
置および大きさに基づいて対物レンズおよび対象物を対
物レンズの光軸方向に相対的に駆動して合焦制御するよ
うにしたので、対象物の表面に微細な凹凸かある場合で
も、合焦ずれを生じることなく常に正確に合焦制御する
ことかできる。
As described above, according to the present invention, a photodetector receives an image of a spot projected onto an object through one side of the pupil of an objective lens, and determines the representative position and size of the spot image based on the output. The objective lens and the object are driven relatively in the optical axis direction of the objective lens based on the representative position and size of the detected spot image to control focusing. Even if there are minute irregularities on the surface, the focus can always be controlled accurately without causing defocusing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の第1実施例を示す図、第2図はその
動作を示すフローチャート、第3図AおよびBは第1図
に示すラインセンサ上でのスポット像の代表位置および
大きさの変化を示す図、 第4図は標本の走査の態様を示す図、 第5図A、  BおよびCは第4図に示す標本に対する
合焦動作を説明するだめの図、 第6図はこの発明の第2実施例を示す図、第7図は同じ
く第3実施例を示す図、 第8図、第9図および第10図は従来の技術を説明する
ための図である。 11 −測定用光源    12− コリメータレンズ
13  偏光ビームスプリッタ 14−1/4波長板    15−ダイクロイックミラ
ー16一対物レンズ    17− 試料台18=−観
察対象物    19−結像レンズ20  ラインセン
サ   21−演算制御装置22−駆動装置     
23  観察用結像レンズ24−結像位置     2
5− スポット像45−標本       51  ハ
ーフミラ−52−半導体装置検出器(PSD) 55.56−−−一結像レンズ 第1 図 第3図 第4図 第2図 第5図
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing its operation, and FIGS. 3 A and B are representative positions and sizes of spot images on the line sensor shown in FIG. 1. Figure 4 is a diagram showing how the specimen is scanned; Figures 5A, B, and C are diagrams for explaining the focusing operation for the specimen shown in Figure 4; Figure 6 is a diagram showing how the specimen is scanned; FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the invention, FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment, and FIGS. 8, 9, and 10 are diagrams for explaining the conventional technology. 11 - Measurement light source 12 - Collimator lens 13 Polarizing beam splitter 14 - 1/4 wavelength plate 15 - Dichroic mirror 16 - Objective lens 17 - Sample stage 18 = - Observation object 19 - Imaging lens 20 Line sensor 21 - Arithmetic control Device 22 - Drive device
23 Observation imaging lens 24-imaging position 2
5- Spot image 45- Specimen 51 Half mirror 52- Semiconductor device detector (PSD) 55. 56 --- Imaging lens 1 Figure 3 Figure 4 Figure 2 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、測定用光源からの光束を対物レンズの瞳の片側を経
て対象物に投射して、そのスポット像を前記対物レンズ
を経て光検出器で受光し、その出力に基づいて前記対物
レンズおよび対象物を対物レンズの光軸方向に相対的に
駆動して合焦制御する自動合焦装置であって、 前記光検出器の出力に基づいて、該光検出器上に形成さ
れたスポット像の代表位置および大きさを検出する手段
を設け、この検出手段で検出したスポット像の代表位置
および大きさに基づいて前記対物レンズおよび対象物を
対物レンズの光軸方向に相対的に駆動して合焦制御する
よう構成したことを特徴とする自動合焦装置。 2、前記光検出器としてラインセンサを用い、その出力
に基づいて前記スポット像の代表位置および大きさを検
出するよう構成したことを特徴とする請求項1記載の自
動合焦装置。 3、前記光検出器としてラインセンサおよび半導体装置
検出器を用い、これらラインセンサおよび半導体装置検
出器で前記スポット像をそれぞれ受光するようにして、
前記ラインセンサの出力に基づいて前記スポット像の大
きさを検出し、前記半導体装置検出器の出力に基づいて
前記スポット像の代表位置を検出するよう構成したこと
を特徴とする請求項1記載の自動合焦装置。
[Claims] 1. A light beam from a measurement light source is projected onto an object through one side of the pupil of an objective lens, and the spot image is received by a photodetector through the objective lens, and based on the output. An automatic focusing device that controls focusing by relatively driving the objective lens and the object in the optical axis direction of the objective lens, the automatic focusing device comprising: means for detecting the representative position and size of the spot image detected by the detection means, and based on the representative position and size of the spot image detected by the detection means, the objective lens and the object are relative to each other in the optical axis direction of the objective lens. An automatic focusing device characterized in that the automatic focusing device is configured to perform focusing control by driving the automatic focusing device. 2. The automatic focusing device according to claim 1, wherein a line sensor is used as the photodetector, and the representative position and size of the spot image are detected based on the output thereof. 3. A line sensor and a semiconductor device detector are used as the photodetector, and each of the line sensor and the semiconductor device detector receives the spot image,
2. The apparatus according to claim 1, wherein the size of the spot image is detected based on the output of the line sensor, and the representative position of the spot image is detected based on the output of the semiconductor device detector. Autofocus device.
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