JPH0587804B2 - - Google Patents

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JPH0587804B2
JPH0587804B2 JP58047647A JP4764783A JPH0587804B2 JP H0587804 B2 JPH0587804 B2 JP H0587804B2 JP 58047647 A JP58047647 A JP 58047647A JP 4764783 A JP4764783 A JP 4764783A JP H0587804 B2 JPH0587804 B2 JP H0587804B2
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JP
Japan
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stage
image information
reference position
focusing
focus
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP58047647A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59172613A (en
Inventor
Genichi Yamana
Masami Kawasaki
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/241Devices for focusing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、顕微鏡の自動焦準方法に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic focusing method for a microscope.

従来の顕微鏡の自動焦準方法は、電動ステージ
を可動範囲のほぼ全域に亘つて移動させながら撮
像素子から得られる画像情報をもとにして該電動
ステージを合焦位置まで移動させる方法であつた
ため、合焦動作時間が非常に長くなるという問題
があつた。
The conventional automatic focusing method for microscopes was to move the motorized stage over almost the entire movable range and move the motorized stage to the in-focus position based on image information obtained from the image sensor. However, there was a problem that the focusing operation time was extremely long.

本発明は、上記問題点に鑑み、撮像素子から得
られる画像情報をもとにして電動ステージを合焦
位置まで移動させるようにした顕微鏡の自動焦準
方法において、特定の厚さでその許容最大厚さに
相当するスライドグラスの理論的合焦に対応する
ステージの上面位置を合焦位置とし、その合焦位
置からさらに対物レンズより若干離れた位置をス
テージの基準位置として設定し、予め設定された
前記基準位置からのステージの位置状態を検出す
る位置検出手段を設け、合焦開始時のステージの
初期位置で画像情報が得られる場合は、そこで得
られる画像情報に基づいて合焦動作を行い、ステ
ージの初期位置で画像情報が得られない場合に
は、前記位置検出手段の検出信号に基づいて一旦
ステージを前記基準位置まで移動し、この基準位
置で画像に基づいて合焦動作を行い、前記ステー
ジの基準位置で画像情報が得られないときには、
ステージを画像情報が得られる位置まで、対物レ
ンズによつて決定される画像情報検出可能範囲の
距離ずつ移動せしめ、そこで得られる画像情報に
基づいて合焦動作を行うようにすることにより、
合焦動作時間を大幅に短縮し得るようにした自動
焦準方法を提供せんとするものであるが、以下図
示した一実施例に基づきこれを説明すれば、第1
図は本方法を使用する顕微鏡の光学系を示してお
り、1は光源、2はコンデンサレンズ、3は視野
絞り、4は開口絞り、5はコンデンサレンズ、6
は電動ステージ、7は電動ステージ6上に載置さ
れた試料、9は対物レンズ、10はビームスプリ
ツター、11は接眼レンズ、12は撮影レンズ、
13は結像レンズ、14は撮像素子であつて、撮
像素子14は接眼レンズ11による結像面と光学
的に共役な位置に配置されている。第2図及び第
3図は電動ステージ6の具体的構造を示す水平断
面図及び垂直断面図であつて、15はステージ、
16はステージ15を指示するステージ受け、1
7はステージ受け16が固着された可動部材であ
つて、可動部材17は顕微鏡本体18に設けられ
たガイド19により上下動可能に案内されている
と共に顕微鏡本体18に固定されたストツパー2
0によりその上下動範囲が規制されている。21
は可動部材17に固着されたラツク、22はラツ
ク21と噛合するピニオン、23は一端に手動つ
まみ24と歯車25が固着された微動軸であつ
て、その回転は図示しない遊星歯車により減速さ
れてピニオン22に伝達されるようになつてい
る。26は歯車25と噛合する歯車、27はクラ
ツチ28を介して歯車26と連結された駆動用モ
ータであつて、手動操作の場合即ち手動つまみ2
4を操作する時にはクラツチ28が切れてモータ
27の回転が歯車26に伝達されず、電動操作の
時にはクラツチ22がつながつてモータ27の回
転が歯車21に伝達されるようになつている。2
9は可動部材17に固着された検出板、30,3
1は検出板29の位置を検出するために顕微鏡本
体18の上下位置に調整可能に配設されたフオト
センサー等のセンサーである。第4図は光学系に
よつて定められる論理的合焦位置とほぼ等しい予
め設定された基準位置Sと機械的上限位置A及び
下限位置Bとセンサー30,31による上限位置
C及び下限位置Dとの相対的な位置関係を示して
おり、32はステージ15上に載置されたスライ
ドグラス、33はカバーグラス、34は顕微鏡の
対物レンズである。ここで、基準位置Sは使用す
るスライドグラス(1mm)32の許容最大厚さ
1.5mmより厚い基準合わせ用のスライドグラス
(約2mm)を使用して合焦状態にした場合のステ
ージ15の上面の位置であり、他の位置A,B,
C,Dもステージ15の上面の位置を示してい
る。又、センサー30,31による上限位置C及
び下限位置Dは夫々機械的上限位置A及び下限位
置Bよりも例えば0.2mm内側に選定されている。
第5図は検出板29とセンサー30,31との位
置関係の変化即ちステージ15の位置変化を示し
ており、ここで検出板29の高さはc+dに選定
され、センサー30,31の検出位置の間隔はd
になるように正確に調整されている。(1)はセンサ
ー30,31による上限位置Cにある状態を示
し、この時センサー30,31の出力は夫々0,
1である。(2)は上限位置Cと基準位置Sとの間に
ある状態を示し、この時センサー30,31の出
力は共に0である。(3)は基準位置にある状態を示
し、(4)は基準位置Sとセンサー30,31による
下限位置Dとの間にある状態を示し、これらの場
合いずれもセンサー30,31の出力は夫夫1,
0である。(5)は下限位置Dにある状態を示し、こ
の時センサー30,31の出力は共に1である。
In view of the above problems, the present invention provides an automatic focusing method for a microscope in which a motorized stage is moved to a focusing position based on image information obtained from an image sensor. The top surface position of the stage corresponding to the theoretical focus of the slide glass corresponding to the thickness is set as the focus position, and a position slightly further from the focus position than the objective lens is set as the reference position of the stage. A position detection means is provided for detecting the positional state of the stage from the reference position, and when image information is obtained at the initial position of the stage at the time of starting focusing, a focusing operation is performed based on the image information obtained there. , if image information cannot be obtained at the initial position of the stage, the stage is temporarily moved to the reference position based on the detection signal of the position detection means, and a focusing operation is performed at this reference position based on the image; When image information cannot be obtained at the reference position of the stage,
By moving the stage by a distance of the image information detectable range determined by the objective lens to a position where image information can be obtained, and performing a focusing operation based on the image information obtained there,
The purpose is to provide an automatic focusing method that can significantly shorten the focusing operation time.
The figure shows the optical system of a microscope using this method, where 1 is a light source, 2 is a condenser lens, 3 is a field stop, 4 is an aperture stop, 5 is a condenser lens, and 6
1 is a motorized stage, 7 is a sample placed on the motorized stage 6, 9 is an objective lens, 10 is a beam splitter, 11 is an eyepiece lens, 12 is a photographing lens,
13 is an imaging lens, and 14 is an image sensor, and the image sensor 14 is arranged at a position optically conjugate with the image formation surface formed by the eyepiece lens 11. 2 and 3 are horizontal and vertical cross-sectional views showing the specific structure of the electric stage 6, in which 15 is a stage;
16 is a stage receiver that instructs stage 15, 1
Reference numeral 7 denotes a movable member to which a stage support 16 is fixed, and the movable member 17 is guided so as to be movable up and down by a guide 19 provided on the microscope body 18, and a stopper 2 fixed to the microscope body 18.
0 restricts its vertical movement range. 21
22 is a pinion that meshes with the rack 21; 23 is a fine movement shaft having a manual knob 24 and a gear 25 fixed to one end; its rotation is decelerated by a planetary gear (not shown); The signal is transmitted to the pinion 22. 26 is a gear meshing with the gear 25; 27 is a drive motor connected to the gear 26 via a clutch 28; in the case of manual operation, that is, the manual knob 2;
4, the clutch 28 is disengaged so that the rotation of the motor 27 is not transmitted to the gear 26, and when the motor is operated electrically, the clutch 22 is engaged and the rotation of the motor 27 is transmitted to the gear 21. 2
9 is a detection plate fixed to the movable member 17; 30, 3;
Reference numeral 1 denotes a sensor such as a photo sensor that is adjustable in the vertical position of the microscope main body 18 in order to detect the position of the detection plate 29. FIG. 4 shows a preset reference position S that is almost equal to the logical focus position determined by the optical system, a mechanical upper limit position A and a lower limit position B, and an upper limit position C and a lower limit position D by the sensors 30 and 31. 32 is a slide glass placed on the stage 15, 33 is a cover glass, and 34 is an objective lens of the microscope. Here, the reference position S is the maximum allowable thickness of the slide glass (1 mm) 32 used.
This is the position of the top surface of the stage 15 when in focus using a slide glass for reference adjustment thicker than 1.5 mm (approximately 2 mm), and other positions A, B,
C and D also indicate the position of the upper surface of the stage 15. Further, the upper limit position C and the lower limit position D determined by the sensors 30 and 31 are selected to be, for example, 0.2 mm inside the mechanical upper limit position A and the lower limit position B, respectively.
FIG. 5 shows a change in the positional relationship between the detection plate 29 and the sensors 30, 31, that is, a change in the position of the stage 15. Here, the height of the detection plate 29 is selected to be c+d, and the detection position of the sensors 30, 31 is The interval between is d
It has been precisely adjusted to (1) shows a state in which the sensors 30 and 31 are at the upper limit position C, and at this time the outputs of the sensors 30 and 31 are 0 and 0, respectively.
It is 1. (2) indicates a state between the upper limit position C and the reference position S, and at this time the outputs of the sensors 30 and 31 are both 0. (3) indicates a state at the reference position, and (4) indicates a state between the reference position S and the lower limit position D determined by the sensors 30 and 31; in both cases, the outputs of the sensors 30 and 31 are Husband 1,
It is 0. (5) indicates a state at the lower limit position D, and at this time the outputs of the sensors 30 and 31 are both 1.

次に、上記装置を用いた本発明による自動焦準
方法について説明する。本発明において、ステー
ジ15の基準位置Sは、厚さ2mmの基準合わせ用
のスライドグラスを使用して合焦状態にした場合
のステージ15の上面の位置と設定する。一般に
スライドグラス32の厚さは1mm前後で許容最大
厚さは1.5mmであるので、実際に試料を検鏡する
場合、ステージ15の位置は基準位置Sより上方
に位置することが多い。すなわち、ステージ15
の基準位置は、許容最大厚さ1.5mmに相当するス
ライドグラス32の合焦位置に対応するステージ
15の合焦位置からさらに若干レンズから離れた
位置に基準位置が設定される。又、検鏡の初期状
態においては、ステージ15の位置は一般的に基
準位置Sの上方か下方のいずれかにある。
Next, an automatic focusing method according to the present invention using the above device will be explained. In the present invention, the reference position S of the stage 15 is set to be the position of the upper surface of the stage 15 when a 2 mm thick slide glass for reference adjustment is used to bring the image into focus. Generally, the thickness of the slide glass 32 is around 1 mm, and the maximum allowable thickness is 1.5 mm, so when actually examining a sample, the stage 15 is often located above the reference position S. That is, stage 15
The reference position is set at a position slightly further away from the lens from the focus position of the stage 15 corresponding to the focus position of the slide glass 32 corresponding to the maximum allowable thickness of 1.5 mm. Further, in the initial state of the speculum, the position of the stage 15 is generally either above or below the reference position S.

まず、ステージ15が基準位置Sの上方にある
場合は、撮像素子14が試料の画像情報をとらえ
ている可能性があり、その場合はステージ15を
画像情報取り込みのために基準位置に移動させる
必要がなく、直ちにその画像情報をもとにして合
焦動作を行い合焦位置にステージ15を迅速に移
動させて停止させることが出来る。もし、ステー
ジ15が基準位置Sの上方にあつても画像情報が
得られない場合は、センサー30,31の検出信
号に基づいてステージ15を一旦基準位置Sより
所定の距離だけ瞬時に下降させた後再び上昇さ
せ、センサー30,31が第5図3に示した如く
ステージ15が基準位置Sに達したことを検出し
た瞬間ステージ15を停止させる。この基準位置
で画像情報が得られれば、ステージ15を対物レ
ンズ9側方向に微動させ、その画像情報に基づい
て迅速に合焦動作を行うことが出来る。もし、対
物レンズが高倍であつてこの基準位置でも画像情
報が得られない場合は、対物レンズによつて決定
される画像情報検出可能範囲(焦点深度にその両
側に位置するボケ像検出範囲を加えたもの)の距
離ずつステージ15を段階的に上昇させる。そう
すれば、短時間で画像情報をとらえることが出
来、この画像情報に基づいて合焦動作を行うこと
が出来る。又、ステージ15が基準位置の下方に
ある場合は、一旦ステージ15を基準位置Sより
所定の距離だけ上昇せしめ、この後上記と同じ動
作を行えば良い。
First, if the stage 15 is above the reference position S, there is a possibility that the image sensor 14 is capturing image information of the sample, and in that case, it is necessary to move the stage 15 to the reference position to capture the image information. Therefore, the stage 15 can be quickly moved to the focused position and stopped by immediately performing a focusing operation based on the image information. If image information cannot be obtained even when the stage 15 is above the reference position S, the stage 15 is momentarily lowered by a predetermined distance from the reference position S based on the detection signals of the sensors 30 and 31. After that, the stage 15 is raised again, and the moment the sensors 30 and 31 detect that the stage 15 has reached the reference position S as shown in FIG. 5, the stage 15 is stopped. If image information is obtained at this reference position, the stage 15 can be slightly moved toward the side of the objective lens 9, and a focusing operation can be quickly performed based on the image information. If the objective lens has a high magnification and image information cannot be obtained even at this reference position, the image information detectable range determined by the objective lens (the depth of focus plus the blurred image detection range located on both sides) The stage 15 is raised step by step by a distance of In this way, image information can be captured in a short time, and a focusing operation can be performed based on this image information. If the stage 15 is below the reference position, the stage 15 may be raised a predetermined distance above the reference position S, and then the same operation as described above may be performed.

上述の如く、本発明による顕微鏡の自動焦準方
法によれば、予め基準位置を設定し、位置検出手
段からの検出信号に基づいて、ステージを基準位
置まで移動させるようにしているから、ステージ
を可動範囲全域に亘つて移動させる必要がなくな
り、合焦動作時間を大幅に短縮することが出来
る。又、本方法は任意の対物レンズに適用出来且
つ信頼性が高いという利点も有している。
As described above, according to the automatic focusing method for a microscope according to the present invention, the reference position is set in advance and the stage is moved to the reference position based on the detection signal from the position detection means. It is no longer necessary to move the lens over the entire movable range, and the focusing operation time can be significantly shortened. This method also has the advantage that it can be applied to any objective lens and is highly reliable.

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

第1図は本発明による自動焦準方法の一実施例
を使用する顕微鏡の光学系を示す図、第2図及び
第3図は夫々上記顕微鏡の電動ステージの具体的
構造を示す水平断面図及び垂直断面図、第4図は
基準位置と機械的上下限位置とセンサーによる上
下限位置との相対的な位置関係を示す図、第5図
は検出板とセンサーとの位置関係の変化を示す図
である。 6……電動ステージ、14……撮像素子、15
……ステージ、29……検出板、30,31……
センサー、32……スライドグラス。
FIG. 1 is a diagram showing the optical system of a microscope using an embodiment of the automatic focusing method according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are horizontal sectional views showing the specific structure of the motorized stage of the microscope, respectively. A vertical sectional view, FIG. 4 is a diagram showing the relative positional relationship between the reference position, the mechanical upper and lower limit positions, and the upper and lower limit positions by the sensor, and FIG. 5 is a diagram showing changes in the positional relationship between the detection plate and the sensor. It is. 6...Electric stage, 14...Image sensor, 15
... Stage, 29 ... Detection plate, 30, 31 ...
Sensor, 32...Slide glass.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 撮像素子から得られる画像情報をもとにして
電動ステージを合焦位置まで移動させるようにし
た顕微鏡の自動焦準方法において、 特定の厚さでその許容最大厚さに相当するスラ
イドグラスの理論的合焦に対応するステージの上
面位置を合焦位置とし、その合焦位置からさらに
対物レンズより若干離れた位置をステージの基準
位置として設定し、 予め設定された前記基準位置からのステージの
位置状態を検出する位置検出手段を設け、 合焦開始時のステージの初期位置で画像情報が
得られる場合は、そこで得られる画像情報に基づ
いて合焦動作を行い、 ステージの初期位置で画像情報が得られない場
合には、前記位置検出手段の検出信号に基づいて
一旦ステージを前記基準位置まで移動し、この基
準位置で画像情報が得られるときは、そこで得ら
れる画像情報に基づいて合焦動作を行い、 前記ステージの基準位置で画像情報が得られな
いときには、ステージを画像情報が得られる位置
まで、対物レンズによつて決定される画像情報検
出可能範囲の距離ずつ移動せしめ、そこで得られ
る画像情報に基づいて合焦動作を行うようにした
顕微鏡の自動合焦準方法。
[Claims] 1. In an automatic focusing method for a microscope in which a motorized stage is moved to a focusing position based on image information obtained from an image sensor, The top surface position of the stage corresponding to the theoretical focus of the corresponding slide glass is set as the focus position, and a position further away from the focus position from the objective lens is set as the reference position of the stage, and the reference set in advance is set as the reference position of the stage. A position detection means is provided to detect the positional state of the stage from the position, and if image information is obtained at the initial position of the stage at the time of starting focusing, the focusing operation is performed based on the image information obtained there, and the position of the stage is If image information cannot be obtained at the initial position, the stage is temporarily moved to the reference position based on the detection signal of the position detection means, and if image information can be obtained at this reference position, the image information obtained there is When image information cannot be obtained at the reference position of the stage, the stage is moved by a distance of the image information detectable range determined by the objective lens to a position where image information can be obtained. An automatic focusing method for a microscope that performs focusing operations based on the image information obtained.
JP4764783A 1983-03-22 1983-03-22 Automatic collimating method of microscope Granted JPS59172613A (en)

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JP4764783A JPS59172613A (en) 1983-03-22 1983-03-22 Automatic collimating method of microscope

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JPS59172613A JPS59172613A (en) 1984-09-29
JPH0587804B2 true JPH0587804B2 (en) 1993-12-20

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