JPH06214150A - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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Publication number
JPH06214150A
JPH06214150A JP5004751A JP475193A JPH06214150A JP H06214150 A JPH06214150 A JP H06214150A JP 5004751 A JP5004751 A JP 5004751A JP 475193 A JP475193 A JP 475193A JP H06214150 A JPH06214150 A JP H06214150A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
index
image
image pickup
illumination
Prior art date
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Pending
Application number
JP5004751A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kotaki
健一 小瀧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH06214150A publication Critical patent/JPH06214150A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

PURPOSE:To high accurately perform automatic focusing with a simple constitution without being influenced by aberration and flare at all. CONSTITUTION:A field stop 4 restricting the illuminated area of an object surface 7 to a size which is nearly conjugate to the image pickup surface 11' of an image pickup element 11 is provided on transmission illuminating systems 1, 2a, 3, 2b and 4-6, and also index irradiation optical systems 8, 9, 13, 12, 10, and 14-16 performing irradiation with index light whose wavelength band is nearly equal to that of object illuminating light from the transmission illuminating systems 1, 2a, 3, 2b, and 4-6 are provided on an area other than the area of the object surface 7 illuminated by the transmission illuminating systems 1, 2a, 3, 2b, and 4-6; furthermore, light receiving optical systems 8, 9, 13, 10, 17, and 18 receiving the index light reflected at the object surface 7 in a state where they separate the index light from illuminating light are provided: and an image on the object surface 7 is focused on the image pickup surface 11' of the image pickup element 11 based on a signal from the video camera 18 of the light receiving optical systems 8, 9, 13, 10, 17, and 18.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡等に使用される
オートフォーカス装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autofocus device used for microscopes and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の装置としては、特開平1
−202708号公報に記載されたものがある。このも
のは、物体面に照明光を照射する透過照明系と、照明さ
れた物体を対物レンズにより物体投影面に結像させる観
察系と、対物レンズを通して照明光とは異なった波長の
指標光を物体面に結像させる指標照射系と、物体面で反
射した指標像を対物レンズの瞳位置で二つに分割する瞳
分別プリズムと、分割された第1の光束をその結像位置
で受光する第1ディテクタと、分割された第2の光束を
その結像位置で受光する第2ディテクタと、前記ディテ
クタの出力に基き、物体面と対物レンズとの間隔を制御
して、物体像を物体像面に合焦させる間隔制御手段とを
有するオートフォーカス装置である。そして、瞳面で2
分割された光情報はいずれも同一のパターン情報を含む
ことから、演算によって双方に共通のパターン情報は消
去され、合焦誤差情報のみとなることからパターンに影
響されない正確な合焦制御が可能となる。
2. Description of the Related Art As a conventional device of this type, Japanese Patent Laid-Open No.
There is one described in Japanese Patent Publication No. 202708. This is a transmission illumination system that illuminates the object surface with illumination light, an observation system that forms an image of the illuminated object on the object projection surface with an objective lens, and an index light with a wavelength different from the illumination light through the objective lens. An index irradiation system that forms an image on the object plane, a pupil classification prism that divides the index image reflected on the object plane into two at the pupil position of the objective lens, and the divided first light flux is received at the image formation position. Based on the output of the first detector, the second detector that receives the divided second light flux at its image forming position, and the output of the detector, the distance between the object plane and the objective lens is controlled to form an object image of the object image. It is an autofocus device having an interval control means for focusing on a surface. And 2 in the pupil plane
Since the divided light information includes the same pattern information, the pattern information common to both is erased by the calculation, and only the focus error information is provided, so that accurate focus control that is not affected by the pattern is possible. Become.

【0003】また、前記公報には、物体用の照明光と指
標照射照明光とを異なった周波数で、振幅変調すること
により、同じ波長領域の光を用いることができる旨の記
載もある。
The above publication also describes that light in the same wavelength region can be used by amplitude-modulating the illumination light for an object and the illumination light for index irradiation at different frequencies.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】物体用の照明光と指標
照射照明光は、各々異なった波長帯域、例えば物体用の
照明光が400〜600nm付近の光源を用い指標照射用
照明光は800nmの光源を使用した場合には、両方の光
源が共通に通過するレンズ部分においては、収差の影響
がさけられなかった。つまり観察系の解像力を向上する
為に対物レンズの収差補正を、使用波長である400〜
600nm付近で最もよくすると、指標照射用照明光の波
長での収差が大きくなる。その結果、指標像に歪が発生
し、良好なオートフォーカス状態が得られない。また、
対物レンズおよびその他のレンズ群において、フレアの
発生を抑える為、レンズ表面に反射防止コートを行って
いるが、この反射防止コートも広範囲の波長帯域におい
て良好な反射防止を行うことは困難である。よって物体
用の照明光の光源の波長に反射防止を行うと、指標照射
用照明光の波長帯域では、その効果は望めない。また、
振幅変調を行うことにより、同波長の物体間の照明光と
指標照射照明光とを用いる場合には、2つの照明光の波
長が異なることに起因する光学的な問題は解消するもの
の、変調、復調をするための構成が指標になる、という
問題が発生する。本発明はこの様な従来の問題点に鑑み
てなされたもので、収差やフレアの影響をまったく受け
ずにかつ簡単な構成で高精度なオートフォーカスを行な
うことを可能とすることを目的とする。
The illumination light for the object and the illumination light for the index irradiation are different wavelength bands, for example, the illumination light for the object uses a light source in the vicinity of 400 to 600 nm, and the illumination light for the index irradiation is 800 nm. When a light source is used, the influence of aberration is unavoidable in the lens portion where both light sources pass in common. In other words, in order to improve the resolution of the observation system, the aberration correction of the objective lens is adjusted to 400
When it is best near 600 nm, the aberration at the wavelength of the illumination light for index irradiation becomes large. As a result, the index image is distorted, and a good autofocus state cannot be obtained. Also,
In the objective lens and other lens groups, an antireflection coating is applied to the lens surface in order to suppress the occurrence of flare, but it is difficult for this antireflection coating to perform good antireflection in a wide wavelength band. Therefore, if antireflection is performed on the wavelength of the light source of the illumination light for the object, the effect cannot be expected in the wavelength band of the illumination light for index irradiation. Also,
When the illumination light between objects having the same wavelength and the index irradiation illumination light are used by performing the amplitude modulation, although the optical problem caused by the difference in the wavelengths of the two illumination lights is solved, the modulation, There is a problem that the configuration for demodulation serves as an index. The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to make it possible to perform highly accurate autofocus with a simple configuration without being affected by aberrations and flares. .

【0005】[0005]

【課題を解決する為の手段】上記問題点の解決の為に本
発明では、物体照明手段には、物体の照明領域を撮像手
段の撮像面にほぼ共役な大きさに制限する光束制限部材
を設けると共に、物体照明手段による物体の照明領域外
に物体照明光とほぼ等しい波長帯域の指標光を照射する
指標照射手段を設け、さらに、物体面で反射した指標光
を照明光と分離して受光する受光手段とこの受光手段の
出力に基づき、物体面を撮像手段の撮像面に一致させる
制御手段を設けた。
In order to solve the above problems, in the present invention, the object illuminating means is provided with a light flux limiting member for limiting the illumination area of the object to a size substantially conjugate with the image pickup surface of the image pickup means. In addition to providing the index illuminating means for illuminating the index light in the wavelength band substantially equal to the object illuminating light outside the illumination area of the object by the object illuminating means, the index light reflected on the object surface is received separately from the illumination light. The light receiving means and the control means for matching the object surface with the image pickup surface of the image pickup means are provided based on the output of the light receiving means.

【0006】[0006]

【作用】このように本発明においては、物体の照明光と
指標光とを簡単な構成で同波長帯の光とすることを可能
としたので、収差やフレアの影響を受けることなく、正
確なオートフォーカス動作が可能となる。
As described above, according to the present invention, the illumination light of the object and the index light can be made into the light of the same wavelength band with a simple structure, and therefore, the accurate light can be obtained without being affected by the aberration and the flare. Autofocus operation becomes possible.

【0007】[0007]

【実施例】図1は、本発明の実施例の光学配置図であ
る。光源1は所定の波長の光束を発する光源であり、光
源1の射出光は、レンズ2a、開口絞り3、レンズ2
b、視野絞り4、赤外カットフィルタ5、コンデンサレ
ンズ6を透過し、物体面7を照明している。物体面7の
照明領域は、視野絞り4の開口がレンズ6により物体面
7に結像された領域となる。この系1、2a、3、2
b、4、5、6により物体照明手段としての透過照明系
を構成する。物体面7上の像は、対物レンズ8およびレ
ンズ10によって撮像素子11の撮像面(物体投影面に
あたる。)上に結像する。撮像素子11の撮像面には、
透過照明系により照明された物体の部位が物体の像とし
て結像している。ここで視野絞り4の開口の形状は、図
6(a)で示した撮像素子11の撮像面上において、撮
像面11’とほぼ同じ領域40’が照明されるように、
物体面7上での照明領域(図5の40)が撮像面11’
とほぼ共役になるように定められている。指標用光源1
6の照射光は、コンデンサレンズ15を通り、図4に平
面図を示した指標板14の2つのスリット14a、14
bを照明する。指標板14の2つのスリットを透過した
指標光は集光レンズ10、赤外カットフィルタ12、ハ
ーフミラー13を透過後、ハーフミラー9を反射するこ
とによって、光軸を直角に曲げられ、対物レンズ8によ
って、物体面7上に、指標用スリット像を投影してい
る。指標板14に形成した2つのスリットは、物体面7
上での照明領域外の2ケ所に指標用スリット像を形成す
る位置に設けられている。この指標用スリット像を形成
した指標光は、物体面7で反射し、再び対物レンズ8を
通過し、ハーフミラー9で反射して直角に光路を曲げら
れ、次に再びハーフミラー13で反射して光路を直角に
曲げられ、レンズ10を通り、瞳面上に配置された瞳分
割プリズム17で、二分割される。二分割された光束
は、図3に示したように、ビデオカメラ18の撮像面1
8’上で各々指標用スリット像140a’、140
a”、140b’、140b”を結像する構成となって
いる。
FIG. 1 is an optical layout diagram of an embodiment of the present invention. The light source 1 is a light source that emits a light flux having a predetermined wavelength, and the light emitted from the light source 1 is a lens 2 a, an aperture stop 3, and a lens 2.
b, the field stop 4, the infrared cut filter 5, and the condenser lens 6 are transmitted, and the object plane 7 is illuminated. The illumination area of the object plane 7 is an area in which the aperture of the field stop 4 is imaged on the object plane 7 by the lens 6. This system 1, 2a, 3, 2
b, 4, 5, and 6 constitute a transillumination system as an object illuminating means. The image on the object plane 7 is formed on the image pickup surface (corresponding to the object projection plane) of the image pickup device 11 by the objective lens 8 and the lens 10. On the image pickup surface of the image pickup device 11,
A part of the object illuminated by the transillumination system is formed as an image of the object. Here, the shape of the aperture of the field stop 4 is such that an area 40 ′ that is substantially the same as the image pickup surface 11 ′ is illuminated on the image pickup surface of the image pickup element 11 shown in FIG. 6A.
The illumination area (40 in FIG. 5) on the object plane 7 is the imaging plane 11 ′.
It is set to be almost conjugate with. Indicator light source 1
The irradiation light of No. 6 passes through the condenser lens 15 and two slits 14a, 14 of the index plate 14 whose plan view is shown in FIG.
Illuminate b. The index light that has passed through the two slits of the index plate 14 passes through the condenser lens 10, the infrared cut filter 12, and the half mirror 13 and then is reflected by the half mirror 9, whereby the optical axis is bent at a right angle and the objective lens. By 8, the index slit image is projected on the object plane 7. The two slits formed in the index plate 14 are the object plane 7
It is provided at a position where an index slit image is formed at two locations outside the above illumination area. The index light on which the index slit image has been formed is reflected by the object plane 7, passes through the objective lens 8 again, is reflected by the half mirror 9 to have its optical path bent at a right angle, and then is reflected again by the half mirror 13. The optical path is bent at a right angle, passes through the lens 10, and is split into two by the pupil splitting prism 17 arranged on the pupil plane. As shown in FIG. 3, the two-divided luminous flux forms an image pickup surface 1 of the video camera 18.
8'on the slit images 140a ', 140' for indices, respectively.
The configuration is such that a ", 140b ', and 140b" are imaged.

【0008】このように、光源1、16の波長特性及び
赤外カットフィルタ5、12の波長選択特性を合わせて
おくことにより、物体の照明光と指標光とをほぼ同じ波
長特性に設定できる。図2は、瞳分割プリズム17で分
割した後、ビデオカメラ18の撮像面18’に結像され
る指標用スリット像の結像状態を説明するための図であ
る。物体面7が合焦位置にある場合の指標用スリット像
の位置P1 、P2 を境にして、物体面7が合焦位置より
下方にある場合は、位置P1 、P2 より互いに離れる方
向へずれた図2aで示した部分が光束となり、逆に物体
面7が合焦位置より上方にある場合は、位置P1 、P2
より互いに近づく方向へずれた図2bで示した部分が光
束となる。よってビデオカメラ18の撮像面18’での
指標用スリット像の結像位置は、物体面の上下動によ
り、互いに近づいたり離れたりする方向へ移動すること
になる。
As described above, by combining the wavelength characteristics of the light sources 1 and 16 and the wavelength selection characteristics of the infrared cut filters 5 and 12, the illumination light of the object and the index light can be set to have substantially the same wavelength characteristics. FIG. 2 is a diagram for explaining the image formation state of the index slit image formed on the image pickup surface 18 ′ of the video camera 18 after being divided by the pupil division prism 17. When the object plane 7 is below the in-focus position with the positions P 1 and P 2 of the index slit image as a boundary when the object plane 7 is in the in-focus position, they are separated from the positions P 1 and P 2. If the portion shown in FIG. 2a deviated in the direction becomes a light beam, and conversely, if the object plane 7 is above the in-focus position, the positions P 1 and P 2
The portions shown in FIG. 2b, which are shifted toward each other, become light beams. Therefore, the image forming position of the index slit image on the image pickup surface 18 'of the video camera 18 moves in a direction toward or away from each other due to the vertical movement of the object plane.

【0009】図3(a)、(b)、(c)は、図2で示
した指標用スリット像40の移動の状態をビデオカメラ
で撮像した場合を説明するものである。図3(a)は、
物体面7が合焦位置より上方にある場合、また図3
(b)は、物体面7が合焦位置にある場合、また図3
(c)は、物体面7が合焦位置より下方にある場合を示
している。
FIGS. 3A, 3B and 3C illustrate a case where the moving state of the index slit image 40 shown in FIG. 2 is picked up by a video camera. Figure 3 (a) shows
When the object plane 7 is above the in-focus position,
FIG. 3B shows a case where the object plane 7 is at the in-focus position, and FIG.
(C) shows the case where the object plane 7 is below the in-focus position.

【0010】そして、図3(a)、(b)、(c)中の
Ia、Ib、Icは、物体面7上の幾何学的パターンが
透過照明系1、2a、3、2b、4、5、6によって視
野絞り4の開口の形状に領域4c’の範囲(撮像素子1
1の受光面11’の形状にほぼ等しい)で照明されるこ
とによってできた像である。また、図3(a)、
(b)、(c)において、140a’、140a”は指
標板14のスリット14aの物体面7上での反射像、1
40b’、140b”は、指標板14のスリット14b
の物体面7上での反射像である。ビデオカメラ18は、
指標用スリット像140a’、140a”、140
b’、140b”と共に、物体面7の幾何学的パターン
Ia、Ib、Icも撮像するが、後述の画像処理によ
り、指標用スリット像140a’、140a”を走査す
る走査線L1と、指標用スリット像140b’、140
b”を走査する走査線L2の画像信号からそれぞれのス
リット像の間隔を求めている。
In Ia, Ib, and Ic in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the geometric patterns on the object plane 7 are transmitted illumination systems 1, 2a, 3, 2b, 4, and. The area of the area 4c ′ is changed to the shape of the aperture of the field stop 4 by 5 and 6 (image sensor 1
1 is almost the same as the shape of the light receiving surface 11 '). In addition, FIG.
In (b) and (c), 140a ′ and 140a ″ are reflection images on the object plane 7 of the slit 14a of the index plate 14, 1
40b 'and 140b "are slits 14b of the index plate 14
3 is a reflection image of the object surface 7 of FIG. The video camera 18
Index slit images 140a ′, 140a ″, 140
The geometric patterns Ia, Ib, and Ic of the object plane 7 are also imaged together with b ′ and 140b ″, but the scanning line L1 for scanning the index slit images 140a ′ and 140a ″ and the index pattern by the image processing described later. Slit images 140b ', 140
The intervals of the respective slit images are obtained from the image signal of the scanning line L2 that scans b ″.

【0011】図7は、ビデオカメラ18の出力であるビ
デオ信号19と水平同期信号20と垂直同期信号21か
ら、オートフォーカス駆動用のDCモータ34までのサ
ーボ系を示したものであり、ビデオ信号19を増幅する
増幅器22、増幅器22の出力を微分するハイパスフィ
ルタ23、微分された2つの指標用スリット像波形のピ
ーク検出を行う為のピークホールド回路24、サンプル
アンドホールド回路25、タイミングパルス発生回路2
6、エッジ検出回路27、ゲード回路28、そしてピー
ク検出された2つの指標用スリット像のエッジ間の距離
を測定する為の同期回路29、のこぎり波発生回路3
0、サンプルアンドホールド回路31でモータ制御用目
標信号を求めて、演算回路32の一方の入力端子に入力
する。他方、タコジェネレータ35の出力電圧をプリア
ンプ36で増幅し、ローパスフィルタ37を通し平滑化
したフィード・バック信号を演算回路32の他方の入力
端子に入力し、演算回路32で作り出された制御信号に
より、モータドライブ回路33がDCモータ34を駆動
し、物体面7と対物レンズ8とを相対的に移動させるこ
とでオートフォカス制御を行う構成となっている。
FIG. 7 shows a servo system from the video signal 19 which is the output of the video camera 18, the horizontal synchronizing signal 20 and the vertical synchronizing signal 21 to the DC motor 34 for autofocus drive. An amplifier 22 for amplifying 19; a high-pass filter 23 for differentiating the output of the amplifier 22; a peak hold circuit 24 for performing peak detection of the differentiated two slit image waveforms for indexes; a sample and hold circuit 25; and a timing pulse generation circuit. Two
6, an edge detection circuit 27, a gated circuit 28, a synchronization circuit 29 for measuring the distance between the edges of the two peak slit-detected index images, and a sawtooth wave generation circuit 3
0, a sample-and-hold circuit 31 obtains a motor control target signal and inputs it to one input terminal of an arithmetic circuit 32. On the other hand, the output voltage of the tacho generator 35 is amplified by the preamplifier 36, and the feed back signal smoothed through the low pass filter 37 is input to the other input terminal of the arithmetic circuit 32, and the control signal generated by the arithmetic circuit 32 is used. The motor drive circuit 33 drives the DC motor 34 to relatively move the object plane 7 and the objective lens 8 to perform autofocus control.

【0012】以下装置の動作の詳細説明を行う。本装置
は、指標板14の2つのスリット14a、14bの像
が、指標投射系16、15、14、10、12、13、
9、8によって物体面7上に形成されている幾何学的パ
ターン上に投影され、その像が合焦状態にある時、スリ
ット14a、14bの像および物体投影像39が、ビデ
オカメラ18および撮像素子11上に合焦する(図3
(c)、図6)。そして、物体面7が合焦位置から上下
方向にずれた場合は、図3(a)、(b)で示したよう
に、指標用スリット像140a’、140a”、140
b’、140b”は、左右方向に逆方向へ移動する。つ
まり、二分割された指標用スリット像140a’、14
0a”および140b’、140b”は、フォーカスの
状態により、離れたり、近づいたりする(図2参照)。
そして、合焦状態のときは、その中間の位置で指標用ス
リットは合焦状態となる(図2のP1 、P2 )。このよ
うな本実施例による光学的原理は特開平1−20270
8号公報に記載のものと同等であるので詳細な説明は省
略する。ビデオカメラ18の撮像面18’上には、透過
照明系(1、2a、3、2b、4、5、6、7)によっ
て照明された物体投影像40”も結像される(図3
(a)、(b)(c))。しかし、この物体投影像4
0”は、透過照明系(1、2a、3、2b、4、5、
6、7)の視野絞り4で照明範囲がスリット14a、1
4bの像140a’、140a”、140b’、140
b”と重さならないよう制限されている。この制限は、
図6で示したとおり、撮像素子の撮像面11’に必要な
照明範囲が必要最少限の範囲で確保されるように決定さ
れている。しかし、撮像素子の撮像面11’の範囲より
狭い照明範囲とはできない為、図6で示したとおり、ス
リット14a、14bの像140a’、140a”、1
40b’、140b”がこの撮像面11’と重ならない
ように、図4で示した光束の周縁近くに形成した2つの
スリット形状としている。ビデオカメラ18で撮像され
たスリット14a、14bの像140a’、140
a”、140b’、140b”および物体投影像39
は、ビデオ信号19(図8(a))に変換され増幅器2
2に入力される。
The operation of the apparatus will be described in detail below. In the present device, the images of the two slits 14a and 14b of the index plate 14 are index projection systems 16, 15, 14, 10, 12, 13,
When the images are projected on the geometric pattern formed on the object plane 7 by 9, 8 and the images are in focus, the images of the slits 14a, 14b and the object projection image 39 are captured by the video camera 18 and the image. Focus on element 11 (FIG. 3)
(C), FIG. 6). When the object plane 7 is vertically displaced from the in-focus position, as shown in FIGS. 3A and 3B, the index slit images 140a ′, 140a ″, 140.
b ′ and 140b ″ move in the opposite direction in the left-right direction, that is, the two-divided index slit images 140a ′ and 14b.
0a ″, 140b ′, and 140b ″ move away from or closer to each other depending on the focus state (see FIG. 2).
Then, in the in-focus state, the index slit is in the in-focus state at an intermediate position (P 1 and P 2 in FIG. 2 ). The optical principle according to this embodiment is described in JP-A 1-202070.
Since it is the same as that described in Japanese Patent Publication No. 8, the detailed description is omitted. An object projection image 40 ″ illuminated by the transillumination system (1, 2a, 3, 2b, 4, 5, 6, 7) is also formed on the imaging surface 18 ′ of the video camera 18 (FIG. 3).
(A), (b) (c)). However, this object projection image 4
0 "is the transmitted illumination system (1, 2a, 3, 2b, 4, 5,
In the field stop 4 of (6, 7), the illumination range is slits 14a, 1
4b images 140a ', 140a ", 140b', 140
It is restricted so that it does not overlap with b ".
As shown in FIG. 6, the illumination range required for the image pickup surface 11 ′ of the image pickup element is determined so as to be ensured within the necessary minimum range. However, since the illumination range cannot be narrower than the range of the image pickup surface 11 ′ of the image pickup device, as shown in FIG. 6, the images 140a ′, 140a ″ of the slits 14a, 14b, 1
The slits 40a ′ and 140b ″ have two slit shapes formed near the periphery of the light flux shown in FIG. 4 so as not to overlap the image pickup surface 11 ′. Images 140a of the slits 14a and 14b imaged by the video camera 18a. ', 140
a ", 140b ', 140b" and the projected image 39 of the object
Is converted into a video signal 19 (FIG. 8 (a)), and the amplifier 2
Entered in 2.

【0013】その後、ビデオ信号19は、ハイ・パス・
フィルタ23によって微分波形となる(図8(b))。
タイミングパルス発生回路26では、図3で示したスリ
ット14a、14bの像140a’、140a”、14
0b’、140b”を横切るラスタL1とL2(その位
置はあらかじめ設計で定まる)がスキャンされたタイミ
ングを検出し、ピークホールド回路24およびサンプル
アンドホールド回路25を動作させ、ラスタL1および
L2上でのスリット14a、14bの像140a’、1
40a”、140b’、140b”の左側エッジ部分を
検出する。二分割されたスリット14aの像140
a’、140a”およびスリット14bの像140
b’、140b”の各々の左側エッジが2ケ所検出さ
れ、この位置に同期したパルスがエッジ検出回路27で
出力される(図8(c))。この2つのパルスを、ゲー
ト回路28を介してのこぎり波発生回路30およびサン
プルアンドホールド回路31に入力する。のこぎり波発
生回路30は、初めのパルスに同期して出力が時間に比
例して上昇し、サンプルアンドホールド回路31が2つ
目のパルスに同期してのこぎり波発生回路30の出力V
をホールドすることにより2つのパルス間隔tを電圧v
に変換し、DCモータ34のサーボ目標電圧として演算
回路32の一方の入力端子に入力する。演算回路32
は、タコジェネレータ35の出力電圧(実際には、プリ
アンプ36、ローパスフィルタ37を経た電圧)と比較
を行い、DCモータ34を制御し、物体面7と対物レン
ズ8とを相対的に移動させ、物体面7が常に合焦位置に
あるようにしている。
Thereafter, the video signal 19 is high pass.
A differential waveform is obtained by the filter 23 (FIG. 8B).
In the timing pulse generation circuit 26, the images 140a ′, 140a ″, 14 of the slits 14a, 14b shown in FIG.
The timing at which the rasters L1 and L2 (the position of which is predetermined by design) that crosses 0b ′ and 140b ″ is scanned is detected, the peak hold circuit 24 and the sample and hold circuit 25 are operated, and the rasters L1 and L2 are scanned. Images 140a ', 1 of the slits 14a, 14b
The left edge portion of 40a ", 140b ', 140b" is detected. Image 140 of slit 14a divided into two
a ′, 140a ″ and the image 140 of the slit 14b
Two left edges of b ′ and 140b ″ are detected, and a pulse synchronized with this position is output from the edge detection circuit 27 (FIG. 8C). These two pulses are passed through the gate circuit 28. It is input to the sawtooth wave generation circuit 30 and the sample and hold circuit 31. In the sawtooth wave generation circuit 30, the output rises in proportion to the time in synchronization with the first pulse, and the sample and hold circuit 31 outputs the second pulse. Output V of the sawtooth wave generation circuit 30 in synchronization with the pulse
By holding the two pulse intervals t to the voltage v
And is input to one input terminal of the arithmetic circuit 32 as a servo target voltage of the DC motor 34. Arithmetic circuit 32
Compares with the output voltage of the tacho generator 35 (actually, the voltage passed through the preamplifier 36 and the low-pass filter 37), controls the DC motor 34, and relatively moves the object plane 7 and the objective lens 8, The object plane 7 is always in focus.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、物体の照
明領域と指標光の物体照射位置とを重ならないように構
成し、物体の撮像手段および指標光の受光手段でそれぞ
れ分離して受光するので、簡単な構成で同一波長帯の光
を用いることが可能となる。
As described above, according to the present invention, the illumination area of the object and the object irradiation position of the index light are configured so as not to overlap with each other, and are separated by the image pickup means of the object and the index light receiving means. Since light is received, it is possible to use light of the same wavelength band with a simple configuration.

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

【図1】本発明による装置の実施例の光学系配置図であ
る。
FIG. 1 is an optical system layout of an embodiment of the device according to the present invention.

【図2】瞳分割プリズムで分割された指標光のビデオカ
メラの撮像面上での到達領域を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a reaching area of index light split by a pupil splitting prism on an imaging surface of a video camera.

【図3】ビデオカメラの撮像面上での結像状態を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an image formation state on an image pickup surface of a video camera.

【図4】指標板の平面図である。FIG. 4 is a plan view of an index plate.

【図5】物体面の照明領域を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an illumination area of an object plane.

【図6】撮像素子上での像の様子を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a state of an image on an image sensor.

【図7】電気信号処理回路ブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of an electric signal processing circuit.

【図8】図7のブロック図内の主な波形を示した波形タ
イミング図である。
FIG. 8 is a waveform timing chart showing main waveforms in the block diagram of FIG. 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2a、2b レンズ 3 開口絞り 4 視野絞り 5 赤外カットフィルタ 6 コンデンサレンズ 7 物体面 8 対物レンズ 9 ハーフミラー 10 レンズ 11 撮像素子 11’ 撮像素子11の受光面 12 赤外カットフィルタ 13 ハーフミラー 14 指標板 14a、14b スリット 15 コンデンサレンズ 16 指標用光源 17 瞳分割プリズム 18 ビデオカメラ 18’ ビデオカメラ18の撮像面 19 ビデオ信号 20 水平同期信号 21 垂直同期信号 22 増幅器 23 ハイ・パス・フィルタ 24 ピークホールド回路 25 サンプルアンドホールド回路 26 タイミングパルス発生回路 27 エッジ検出回路 28 ゲート回路 29 同期回路 30 のこぎり波発生回路 31 サンプルアンドホールド回路 32 演算回路 33 モータドライブ回路 34 DCモータ 35 タコジェネレータ 36 プリアンプ 37 ローパスフィルタ 40 物体面7上での照明領域 40’ 物体投影像の生じる領域 40” 物体投影像 140a’、140a”140b’、140b” 指標
用スリット像 Ia、Ib、Ic 物体面のパターンの像 L1、L2 走査線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source 2a, 2b lens 3 aperture stop 4 field stop 5 infrared cut filter 6 condenser lens 7 object plane 8 objective lens 9 half mirror 10 lens 11 image sensor 11 'light receiving surface of image sensor 11 infrared cut filter 13 half mirror 14 index plates 14a and 14b slits 15 condenser lens 16 index light source 17 pupil division prism 18 video camera 18 'imaging surface of video camera 18 video signal 20 horizontal sync signal 21 vertical sync signal 22 amplifier 23 high-pass filter 24 peak Hold circuit 25 Sample and hold circuit 26 Timing pulse generation circuit 27 Edge detection circuit 28 Gate circuit 29 Synchronous circuit 30 Sawtooth wave generation circuit 31 Sample and hold circuit 32 Arithmetic circuit 33 Motor drive circuit 4 DC Motor 35 Tacho Generator 36 Preamplifier 37 Low-pass Filter 40 Illumination Area on Object Surface 40 'Area in which Object Projection Image Occurs 40 "Object Projection Image 140a', 140a" 140b ', 140b "Slit Image for Index Ia, Ib , Ic Object plane pattern image L1, L2 Scan line

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体面に照明光を照射する照明手段と照
明された物体を対物レンズにより物体投影面に結像さ
せ、その像を撮像手段により撮像するための観察系とを
有する装置において、前記照明手段による物体の照明領
域を前記撮像手段の撮像面に共役な大きさに制限する光
束制限部材を前記照明手段に設けると共に、対物レンズ
を通して前記照明手段による物体の照明領域以外に前記
照明光とほぼ一致する波長帯域の指標光を物体面に結像
させる指標照射手段と、物体面で反射した指標光を前記
照明手段による照明光と分離して受光する受光手段と、
前記受光手段の出力に基づき、前記物体面を前記撮像手
段の撮像面に合焦させる制御手段とを設けたことを特徴
とするオートフォーカス装置。
1. An apparatus comprising: an illuminating means for illuminating an object surface with illuminating light; and an observation system for forming an image of the illuminated object on an object projection surface by an objective lens and capturing the image by an image capturing means. The illumination means is provided with a light flux limiting member that limits the illumination area of the object by the illumination means to a size conjugate with the image pickup surface of the image pickup means, and the illumination light is passed through an objective lens to areas other than the illumination area of the object by the illumination means. Index irradiation means for forming an index light of a wavelength band substantially coincident with the object surface on the object surface, and a light receiving means for separating the index light reflected by the object surface from the illumination light by the illumination means and receiving the light.
An autofocus device comprising: a control unit that focuses the object plane on an image pickup surface of the image pickup unit based on an output of the light receiving unit.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006038439A1 (en) * 2004-09-16 2006-04-13 Olympus Corporation Observation apparatus with focus position control mechanism
JP2008520975A (en) * 2004-11-16 2008-06-19 ヘリコス バイオサイエンシーズ コーポレイション TIRF single molecule analysis and method for sequencing nucleic acids

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