JPH06265773A - 顕微鏡自動焦点装置 - Google Patents
顕微鏡自動焦点装置Info
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- JPH06265773A JPH06265773A JP1510993A JP1510993A JPH06265773A JP H06265773 A JPH06265773 A JP H06265773A JP 1510993 A JP1510993 A JP 1510993A JP 1510993 A JP1510993 A JP 1510993A JP H06265773 A JPH06265773 A JP H06265773A
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- Japan
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- light
- beam splitter
- focusing
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Focusing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】資料上の凹凸の影響を受けずに視野全体の平均
高さに自動焦点合わせを可能とする。 【構成】整合用ンズ５はフォーカス用光線束３が所定の
直径と広がり角度をもって対物レンズ２に入射し、資料
１上のフォーカス用光線束のビーム径が顕微鏡の視野径
と同程度になるように、その集光位置を対物レンズ２の
焦点位置からずらす。資料１で反射したフォーカス用光
線束３は対物レンズ２を通り、受光レンズ６でＰＳＤ７
上に集光される。このとき、フォーカス用光線束３は対
物レンズ２に偏心入射しており、資料１に対し角度がつ
いて照射され、資料１と対物レンズ２の距離変化がＰＳ
Ｄ７上の受光面上での位置の変位とし検出される。資料
１上の前述のビーム径は顕微鏡の視野径と同程度なた
め、検出される変化は視野全体の平均高さの変化に対応
するので、ＰＳＤ７からの受光位置信号ａをもとにし
て、顕微鏡視野全体の平均高さへの自動焦点合わせを行
う。
高さに自動焦点合わせを可能とする。 【構成】整合用ンズ５はフォーカス用光線束３が所定の
直径と広がり角度をもって対物レンズ２に入射し、資料
１上のフォーカス用光線束のビーム径が顕微鏡の視野径
と同程度になるように、その集光位置を対物レンズ２の
焦点位置からずらす。資料１で反射したフォーカス用光
線束３は対物レンズ２を通り、受光レンズ６でＰＳＤ７
上に集光される。このとき、フォーカス用光線束３は対
物レンズ２に偏心入射しており、資料１に対し角度がつ
いて照射され、資料１と対物レンズ２の距離変化がＰＳ
Ｄ７上の受光面上での位置の変位とし検出される。資料
１上の前述のビーム径は顕微鏡の視野径と同程度なた
め、検出される変化は視野全体の平均高さの変化に対応
するので、ＰＳＤ７からの受光位置信号ａをもとにし
て、顕微鏡視野全体の平均高さへの自動焦点合わせを行
う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は顕微鏡自動焦点装置、特
に、凹凸のある資料を顕微鏡で拡大観察する際に、自動
的に焦点合わせを行う顕微鏡自動焦点装置に関する。
に、凹凸のある資料を顕微鏡で拡大観察する際に、自動
的に焦点合わせを行う顕微鏡自動焦点装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の顕微鏡自動焦点装置とし
ては、たとえば、図４にその原理の説明図として示した
ように、荒井則一ら，「光ピックアップシステム設計の
要点」，第１５７頁，日刊工業技術センター刊，（昭和
５９年）に記載の顕微鏡自動焦点装置がある。
ては、たとえば、図４にその原理の説明図として示した
ように、荒井則一ら，「光ピックアップシステム設計の
要点」，第１５７頁，日刊工業技術センター刊，（昭和
５９年）に記載の顕微鏡自動焦点装置がある。
【０００３】図４に示す上述の顕微鏡自動焦点装置は、
資料１を拡大観察する顕微鏡において、コリメートされ
たフォーカス用光線束３を顕微鏡の対物レンズ２を通し
て資料１に所定の角度で照射するために、顕微鏡の光軸
と平行にかつ対物レンズ２の中心軸から所定量だけ偏心
させて対物レンズ２に向けてフォーカス用光線束３を照
射するレーザ光源４と、資料１の表面で反射され対物レ
ンズ２を通過したフォーカス用光線束３を集光する受光
レンズ６と、受光レンズ６で集光されたフォーカス用光
線束３を受光しその受光したフォーカス用光線束３の重
心位置に対応した受光位置信号ａを出力する受光素子で
ある光位置検出素子（以下ＰＳＤと略す）７と、受光位
置信号ａをもとに、駆動信号を出力し、ＰＳＤ７で受光
されるフォーカス用光線束３の重心位置がＰＳＤ７上の
予め定められた所定位置になるように資料１を載置した
ステージ８を顕微鏡の光軸方向に移動させる制御部９と
を含んで構成される。
資料１を拡大観察する顕微鏡において、コリメートされ
たフォーカス用光線束３を顕微鏡の対物レンズ２を通し
て資料１に所定の角度で照射するために、顕微鏡の光軸
と平行にかつ対物レンズ２の中心軸から所定量だけ偏心
させて対物レンズ２に向けてフォーカス用光線束３を照
射するレーザ光源４と、資料１の表面で反射され対物レ
ンズ２を通過したフォーカス用光線束３を集光する受光
レンズ６と、受光レンズ６で集光されたフォーカス用光
線束３を受光しその受光したフォーカス用光線束３の重
心位置に対応した受光位置信号ａを出力する受光素子で
ある光位置検出素子（以下ＰＳＤと略す）７と、受光位
置信号ａをもとに、駆動信号を出力し、ＰＳＤ７で受光
されるフォーカス用光線束３の重心位置がＰＳＤ７上の
予め定められた所定位置になるように資料１を載置した
ステージ８を顕微鏡の光軸方向に移動させる制御部９と
を含んで構成される。
【０００４】レーザ光源４は、コリメートされたフォー
カス用光線束３を顕微鏡の光軸と平行にかつ対物レンズ
２の中心軸から偏心させて照射する。フォーカス用光線
束３は、対物レンズ２により資料１に集光され、資料１
で反射されて再び対物レンズ２を通り、受光レンズ６で
集光されＰＳＤ７上で受光される。このときフォーカス
用光線束３は対物レンズ２に偏心入射しており、資料１
に対しては角度がついて照射されるため、三角測量の原
理によって、資料１と対物レンズ２の距離の変化に対応
してＰＳＤ７で受光されるフォーカス用光線束３の重心
位置がＰＳＤ７の受光面に沿って変位する。
カス用光線束３を顕微鏡の光軸と平行にかつ対物レンズ
２の中心軸から偏心させて照射する。フォーカス用光線
束３は、対物レンズ２により資料１に集光され、資料１
で反射されて再び対物レンズ２を通り、受光レンズ６で
集光されＰＳＤ７上で受光される。このときフォーカス
用光線束３は対物レンズ２に偏心入射しており、資料１
に対しては角度がついて照射されるため、三角測量の原
理によって、資料１と対物レンズ２の距離の変化に対応
してＰＳＤ７で受光されるフォーカス用光線束３の重心
位置がＰＳＤ７の受光面に沿って変位する。
【０００５】ＰＳＤ７として、たとえば、浜松ホトニク
ス社製の１次元検出用ＰＳＤを使用するとすれば、長手
方向に沿って形成された平坦な受光面を有し、この長手
方向の両端付近にそれぞれ外部出力用の電極をもってい
る。これら電極間は前述の長手の方向に沿って均一な抵
抗層を持っている。またこの抵抗層はその層上に外部か
ら光線束が入射すると、光線束のエネルギーを電流に変
換して前記の電極より外部へ取り出すことができる。
ス社製の１次元検出用ＰＳＤを使用するとすれば、長手
方向に沿って形成された平坦な受光面を有し、この長手
方向の両端付近にそれぞれ外部出力用の電極をもってい
る。これら電極間は前述の長手の方向に沿って均一な抵
抗層を持っている。またこの抵抗層はその層上に外部か
ら光線束が入射すると、光線束のエネルギーを電流に変
換して前記の電極より外部へ取り出すことができる。
【０００６】上述した受光面に入射した光線束のエネル
ギーはその入射点と電極との間の距離に逆比例した電流
に分割されて、それぞれの電極から取り出すことができ
る。従って、この受光面上の上述した二つの電極の中央
部に外部から光線束が入射したき、それぞれの電極から
取り出すことのできる電流が０であり、このような受光
面上の位置を基点とすると、前述の央部から光線束の入
射した位置と前述の基点との間の距離に対応したレベル
の電流を外部へ出力させることがでる、また、その出力
電流の極性は、上述の基点に対して光束の入射点が一方
側であるとき、正ならば、前述の基点に対して前述の入
射点と反対側に光束が入射したときには負の極性を持た
せることができる。
ギーはその入射点と電極との間の距離に逆比例した電流
に分割されて、それぞれの電極から取り出すことができ
る。従って、この受光面上の上述した二つの電極の中央
部に外部から光線束が入射したき、それぞれの電極から
取り出すことのできる電流が０であり、このような受光
面上の位置を基点とすると、前述の央部から光線束の入
射した位置と前述の基点との間の距離に対応したレベル
の電流を外部へ出力させることがでる、また、その出力
電流の極性は、上述の基点に対して光束の入射点が一方
側であるとき、正ならば、前述の基点に対して前述の入
射点と反対側に光束が入射したときには負の極性を持た
せることができる。
【０００７】ＰＳＤ７はこの重心位置を検出して前述の
基点から受光位置までの距離に応じたレベルを持つ受光
位置信号ａを出力する。制御部９は受光位置信号ａを受
けて駆動信号をステージ８に出力し、ステージ８を顕微
鏡の光軸方向に移動し、ＰＳＤ７で受光されるフォーカ
ス用光線束３の重心位置が常に所定位置になるように
（すなわち、受光位置検出信号が０となるように）サー
ボ制御を行う。この所定位置を、資料１が顕微鏡の合焦
位置にあるときにＰＳＤ７で受光されるフォーカス用光
線束３の重心位置にあらかじめ設定しておくことで、自
動焦点合わせを行う。
基点から受光位置までの距離に応じたレベルを持つ受光
位置信号ａを出力する。制御部９は受光位置信号ａを受
けて駆動信号をステージ８に出力し、ステージ８を顕微
鏡の光軸方向に移動し、ＰＳＤ７で受光されるフォーカ
ス用光線束３の重心位置が常に所定位置になるように
（すなわち、受光位置検出信号が０となるように）サー
ボ制御を行う。この所定位置を、資料１が顕微鏡の合焦
位置にあるときにＰＳＤ７で受光されるフォーカス用光
線束３の重心位置にあらかじめ設定しておくことで、自
動焦点合わせを行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の顕微鏡
自動焦点装置は、対物レンズに偏心入射するレーザ光線
束（フォーカス用光線束）がコリメート光であるため、
対物レンズの焦点位置とフォーカス用光線束の集光位置
が重なっており、資料面でのフォーカス用光線束のビー
ム径は微小に絞られる。たとえば開口数をＮＡとすると
き、ＮＡ＝０．８の対物レンズの場合、そのビーム径は
最大でも５０μｍ程度である。それに対して顕微鏡の視
野径は約２００μｍあり、このため、フォーカス用光線
束は資料上の凹凸の影響を受け、焦点が合うのは視野内
の一部のみである焦点が合った位置以外の視野内の像は
大部分がぼけてしまうという欠点を有している。
自動焦点装置は、対物レンズに偏心入射するレーザ光線
束（フォーカス用光線束）がコリメート光であるため、
対物レンズの焦点位置とフォーカス用光線束の集光位置
が重なっており、資料面でのフォーカス用光線束のビー
ム径は微小に絞られる。たとえば開口数をＮＡとすると
き、ＮＡ＝０．８の対物レンズの場合、そのビーム径は
最大でも５０μｍ程度である。それに対して顕微鏡の視
野径は約２００μｍあり、このため、フォーカス用光線
束は資料上の凹凸の影響を受け、焦点が合うのは視野内
の一部のみである焦点が合った位置以外の視野内の像は
大部分がぼけてしまうという欠点を有している。
【０００９】本発明の目的は、資料を照射するフォーカ
ス用光線束のビーム幅を広くし、このビーム幅から反射
されるフォーカス用光線束の反射光を上述のＰＳＤによ
って検出することにより、観測視野内の資料の反射面の
平均的な位置に焦点が合うようにして、結像レンズによ
る観測視野内の広い範囲に焦点が合うようにし、焦点ぼ
けの範囲を従来より小とすることができる顕微鏡自動焦
点装置を提供することにある。
ス用光線束のビーム幅を広くし、このビーム幅から反射
されるフォーカス用光線束の反射光を上述のＰＳＤによ
って検出することにより、観測視野内の資料の反射面の
平均的な位置に焦点が合うようにして、結像レンズによ
る観測視野内の広い範囲に焦点が合うようにし、焦点ぼ
けの範囲を従来より小とすることができる顕微鏡自動焦
点装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡自動焦点
装置は、資料の近傍に配置した対物レンズと前記資料に
対して前記対物レンズより遠くに配置され資料の拡大像
を生成する結像レンズとを有しかつ前記対物レンズの光
軸と平行な方向に駆動信号により駆動され前記資料を前
記対物レンズ側に載置するステージと前記駆動信号を出
力する制御部を備え別途外部から加えられる照射光源に
より前記資料を照射し前記資料の表面の拡大像を前記結
像レンズにより生成する顕微鏡において、コヒーレント
なフォーカス用光線束を出力する焦点調節用光源と、前
記焦点調節用光源の光線束の出射部の前面に配置され前
記フォーカス用光線束の一部を透過させ前記フォーカス
用光線束の進行方向と直交する方向から入射した光線束
を前記反射されたフォーカス用光線束と同方向に一部を
透過させ反射させる第１のビームスプリッタと、前記第
１のビームスプリッタに対して前記焦点調節用光源より
遠い方で前記結像レンズと対物レンズの間に配置され前
記第１のビームスプリッタで反射された前記フォーカス
用光線束の一部を反射させ前記対物レンズの光軸と平行
で所定の間隔だけ前記対物レンズの光軸と離れて前記対
物レンズに向け入射する光線の一部を反射させ他部を透
過させる第２のビームスプリッタと、前記第１のビーム
スプリッタと前記焦点調節用光源の間に挿入され前記対
物レンズの光軸と平行な方向でかつ予め定められた間隔
をもち前記フォーカス用光線束を所定の発散光に変換し
前記対物レンズを介して前記資料を照射させたとき直径
と広がり角度を所定量に整える整合用レンズと、前記フ
ォーカス用光線束の内で前記資料の表面で反射され前記
対物レンズを通過した後前記第１と第２のビームスプリ
ッタにより反射されたフォーカス用光線束を受光し予め
設定した位置を原点とし前記原点と受光位置中の受光重
心との距離に比例したレベルと前記原点から受光重心位
置までのずれの向きに応じた符号を付した電気信号に変
換して出力する位置検出素子と、前記第１のビームスプ
リッタと前記位置検出素子との中間に配置され前記第１
のビームスプリッタを介して入射する光束を前記位置検
出素子上に結像させる受光レンズと、前記受光素子の出
力を入力とし前記駆動信号を出力し前記位置検出素子上
の予め定められた位置に前記フォーカス用の光線束の内
の反射成分の像が位置するように前記ステージを前記対
物レンズの光軸に平行に駆動し移動させる制御部とを備
えて構成されている。
装置は、資料の近傍に配置した対物レンズと前記資料に
対して前記対物レンズより遠くに配置され資料の拡大像
を生成する結像レンズとを有しかつ前記対物レンズの光
軸と平行な方向に駆動信号により駆動され前記資料を前
記対物レンズ側に載置するステージと前記駆動信号を出
力する制御部を備え別途外部から加えられる照射光源に
より前記資料を照射し前記資料の表面の拡大像を前記結
像レンズにより生成する顕微鏡において、コヒーレント
なフォーカス用光線束を出力する焦点調節用光源と、前
記焦点調節用光源の光線束の出射部の前面に配置され前
記フォーカス用光線束の一部を透過させ前記フォーカス
用光線束の進行方向と直交する方向から入射した光線束
を前記反射されたフォーカス用光線束と同方向に一部を
透過させ反射させる第１のビームスプリッタと、前記第
１のビームスプリッタに対して前記焦点調節用光源より
遠い方で前記結像レンズと対物レンズの間に配置され前
記第１のビームスプリッタで反射された前記フォーカス
用光線束の一部を反射させ前記対物レンズの光軸と平行
で所定の間隔だけ前記対物レンズの光軸と離れて前記対
物レンズに向け入射する光線の一部を反射させ他部を透
過させる第２のビームスプリッタと、前記第１のビーム
スプリッタと前記焦点調節用光源の間に挿入され前記対
物レンズの光軸と平行な方向でかつ予め定められた間隔
をもち前記フォーカス用光線束を所定の発散光に変換し
前記対物レンズを介して前記資料を照射させたとき直径
と広がり角度を所定量に整える整合用レンズと、前記フ
ォーカス用光線束の内で前記資料の表面で反射され前記
対物レンズを通過した後前記第１と第２のビームスプリ
ッタにより反射されたフォーカス用光線束を受光し予め
設定した位置を原点とし前記原点と受光位置中の受光重
心との距離に比例したレベルと前記原点から受光重心位
置までのずれの向きに応じた符号を付した電気信号に変
換して出力する位置検出素子と、前記第１のビームスプ
リッタと前記位置検出素子との中間に配置され前記第１
のビームスプリッタを介して入射する光束を前記位置検
出素子上に結像させる受光レンズと、前記受光素子の出
力を入力とし前記駆動信号を出力し前記位置検出素子上
の予め定められた位置に前記フォーカス用の光線束の内
の反射成分の像が位置するように前記ステージを前記対
物レンズの光軸に平行に駆動し移動させる制御部とを備
えて構成されている。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１２】図１は本発明の顕微鏡自動焦点装置の一実
施例を示すブロック図であり、図２は図１とは別の本発
明の実施例を示すブロック図である。また、図３は本発
明の動作を示す原理図である。
施例を示すブロック図であり、図２は図１とは別の本発
明の実施例を示すブロック図である。また、図３は本発
明の動作を示す原理図である。
【００１３】まず、図３を参照して本発明の顕微鏡自動
焦点装置の動作の原理を説明する。図３において、コリ
メートされたフォーカス用光線束３を生成し放射するレ
ーザ光源４を対物レンズ２の光軸Ｚより偏心させ対物レ
ンズ２と結像レンズ１６との間の光路を妨害しない位置
に設置する。このとき、フォーカス用光線束３の照射方
向を前述した光軸Ｚと平行で、かつ対物レンズ２に向う
ようにレーザ光源４の方向を設定しておく。このレーザ
光源４と対物レンズ２との間に整合用レンズ５を挿入配
置する。この整合用レンズ５を透過したフォーカス用光
線束３を整合用レンズ５により発散光に変換し資料１上
に照射されるフォーカス用光線束の幅が所定の大きさに
なるように整合用レンズ５の焦点距離と対物レンズ２に
対する距離を設定しておく。 資料１の表面には、別途
外部から照明光を照射し、この照明光の内で資料１から
反射された光線の一部が対物レンズ２を通過し結像レン
ズ１６に達し、結像レンズ１６により所望の拡大像を形
成させる。整合用レンズ５を透過したフォーカス用光線
束は対物レンズ２を通過し、資料１を所定の角度で照射
する。資料１の表面で反射され対物レンズ２を通過した
フォーカス用光線束３を集光し後述するＰＳＤ７の集光
面に集光する受光レンズ６と、受光レンズ６で集光され
たフォーカス用光線束３を受光し、その受光したフォー
カス用光線束３の重心位置に対応した受光位置信号ａを
出力する位置検出素子であるＰＳＤ７と、受光位置信号
ａをもとに、ＰＳＤ７で受光されるレーザ光（フォーカ
ス用光線束）３の重心位置が予め定められた所定位置に
なるように資料１を載置したステージ８を顕微鏡の光軸
（Ｚ方向）に移動させる制御部９とを含んで構成され
る。
焦点装置の動作の原理を説明する。図３において、コリ
メートされたフォーカス用光線束３を生成し放射するレ
ーザ光源４を対物レンズ２の光軸Ｚより偏心させ対物レ
ンズ２と結像レンズ１６との間の光路を妨害しない位置
に設置する。このとき、フォーカス用光線束３の照射方
向を前述した光軸Ｚと平行で、かつ対物レンズ２に向う
ようにレーザ光源４の方向を設定しておく。このレーザ
光源４と対物レンズ２との間に整合用レンズ５を挿入配
置する。この整合用レンズ５を透過したフォーカス用光
線束３を整合用レンズ５により発散光に変換し資料１上
に照射されるフォーカス用光線束の幅が所定の大きさに
なるように整合用レンズ５の焦点距離と対物レンズ２に
対する距離を設定しておく。 資料１の表面には、別途
外部から照明光を照射し、この照明光の内で資料１から
反射された光線の一部が対物レンズ２を通過し結像レン
ズ１６に達し、結像レンズ１６により所望の拡大像を形
成させる。整合用レンズ５を透過したフォーカス用光線
束は対物レンズ２を通過し、資料１を所定の角度で照射
する。資料１の表面で反射され対物レンズ２を通過した
フォーカス用光線束３を集光し後述するＰＳＤ７の集光
面に集光する受光レンズ６と、受光レンズ６で集光され
たフォーカス用光線束３を受光し、その受光したフォー
カス用光線束３の重心位置に対応した受光位置信号ａを
出力する位置検出素子であるＰＳＤ７と、受光位置信号
ａをもとに、ＰＳＤ７で受光されるレーザ光（フォーカ
ス用光線束）３の重心位置が予め定められた所定位置に
なるように資料１を載置したステージ８を顕微鏡の光軸
（Ｚ方向）に移動させる制御部９とを含んで構成され
る。
【００１４】レーザ光源４から照射されたフォーカス用
光線束３は、整合用レンズ５で対物レンズ２の手前で集
光され、所定の直径と広がり角度をもって対物レンズ２
に入射する。このため、対物レンズ２で絞られたフォー
カス用光線束３の集光位置は対物レンズ２の焦点位置か
らずれ、資料１上では焦点を結ばない。このときの資料
１上のビーム径は整合用レンズ５の配置により決まり、
整合用レンズ５は対物レンズ２の合焦位置での資料１上
のビーム径が顕微鏡の視野径と同程度になるように配置
する。資料１で反射したフォーカス用光線束３は再び対
物レンズ２を通り、受光レンズ６でＰＳＤ７上に集光さ
れる。このとき、フォーカス用光線束３の光軸は顕微鏡
の光軸Ｚと平行にかつ対物レンズ２の中心軸から偏心し
て入射しており、資料１に対しては角度がついて照射さ
れるため、三角測量の原理によって、資料１と対物レン
ズ２の距離の変化に対応してＰＳＤ７で受光されるフォ
ーカス用光線束３の重心位置が図３に示したＸ方向に変
化する。ここで、資料１上のフォカス用光線束のビーム
径は顕微鏡の視野径と同程度なため、この重心位置は視
野全体の平均高さに対応する。ＰＳＤ７はこの重心位置
を検出してすでに説明した基準点とこの重心位置との距
離とその方向に応じた極性を持つ受光位置信号ａを出力
する。制御部９は受光位置信号ａを受けてステージ８を
顕微鏡光軸方向に駆動して移動させ、ＰＳＤ７で受光さ
れるフォーカス用光線束３の重心位置が常に所定位置に
なるようにサーボ制御を行う。この所定位置を、資料１
が顕微鏡の合焦位置にあるときにＰＳＤ７で受光される
フォーカス用光線束３の重心位置にあらかじめ設定して
おくことで、顕微鏡視野全体の平均高さへの自動焦点合
わせを行うことができる。
光線束３は、整合用レンズ５で対物レンズ２の手前で集
光され、所定の直径と広がり角度をもって対物レンズ２
に入射する。このため、対物レンズ２で絞られたフォー
カス用光線束３の集光位置は対物レンズ２の焦点位置か
らずれ、資料１上では焦点を結ばない。このときの資料
１上のビーム径は整合用レンズ５の配置により決まり、
整合用レンズ５は対物レンズ２の合焦位置での資料１上
のビーム径が顕微鏡の視野径と同程度になるように配置
する。資料１で反射したフォーカス用光線束３は再び対
物レンズ２を通り、受光レンズ６でＰＳＤ７上に集光さ
れる。このとき、フォーカス用光線束３の光軸は顕微鏡
の光軸Ｚと平行にかつ対物レンズ２の中心軸から偏心し
て入射しており、資料１に対しては角度がついて照射さ
れるため、三角測量の原理によって、資料１と対物レン
ズ２の距離の変化に対応してＰＳＤ７で受光されるフォ
ーカス用光線束３の重心位置が図３に示したＸ方向に変
化する。ここで、資料１上のフォカス用光線束のビーム
径は顕微鏡の視野径と同程度なため、この重心位置は視
野全体の平均高さに対応する。ＰＳＤ７はこの重心位置
を検出してすでに説明した基準点とこの重心位置との距
離とその方向に応じた極性を持つ受光位置信号ａを出力
する。制御部９は受光位置信号ａを受けてステージ８を
顕微鏡光軸方向に駆動して移動させ、ＰＳＤ７で受光さ
れるフォーカス用光線束３の重心位置が常に所定位置に
なるようにサーボ制御を行う。この所定位置を、資料１
が顕微鏡の合焦位置にあるときにＰＳＤ７で受光される
フォーカス用光線束３の重心位置にあらかじめ設定して
おくことで、顕微鏡視野全体の平均高さへの自動焦点合
わせを行うことができる。
【００１５】図１は、本発明を適用した顕微鏡自動焦点
装置の一実施例を示すブロック図である。
装置の一実施例を示すブロック図である。
【００１６】レーザ光源４として赤外レーザダイオード
１０とコリメートレンズ１１でコリメートされたフォー
カス用光線束３を生成し、整合用レンズ５で対物レンズ
２へのフォーカス用光線束３の入射時のビームの直径と
広がり角度を所定量に整える。
１０とコリメートレンズ１１でコリメートされたフォー
カス用光線束３を生成し、整合用レンズ５で対物レンズ
２へのフォーカス用光線束３の入射時のビームの直径と
広がり角度を所定量に整える。
【００１７】後述するビームスプリッタ１２〜１４は、
入射光の一部を透過させ、残りを反射させるもので、た
とえば、形状を平行平板状としておき、その入射面に対
して透過させたい光源からの光束の入射角を９０度とし
ておけば、上述の光源と９０度だけ異なる方向から入来
する光束を反射させて、前述の透過光の進行方向と同方
向へ向けることができる。
入射光の一部を透過させ、残りを反射させるもので、た
とえば、形状を平行平板状としておき、その入射面に対
して透過させたい光源からの光束の入射角を９０度とし
ておけば、上述の光源と９０度だけ異なる方向から入来
する光束を反射させて、前述の透過光の進行方向と同方
向へ向けることができる。
【００１８】フォーカス用光線束３の一部はビームスプ
リッタ１２を透過し、ビームスプリッタ１３とビームス
プリッタ１４で一部が反射され、対物レンズ２に入射す
る。対物レンズ２を通ったフォーカス用光線束３は資料
１で反射されて再び対物レンズ２を通り、ビームスプリ
ッタ１４とビームスプリッタ１３およびビームスプリッ
タ１２でこの順に一部が反射され、受光レンズ６で集光
されてＰＳＤ７で重心位置が検出される。ＰＳＤ７はこ
の検出位置を受光位置信号ａとして出力し、制御部９が
受光位置信号ａをもとにステージ８の顕微鏡光軸方向へ
の移動をサーボ制御することで、自動焦点合わせを行
う。
リッタ１２を透過し、ビームスプリッタ１３とビームス
プリッタ１４で一部が反射され、対物レンズ２に入射す
る。対物レンズ２を通ったフォーカス用光線束３は資料
１で反射されて再び対物レンズ２を通り、ビームスプリ
ッタ１４とビームスプリッタ１３およびビームスプリッ
タ１２でこの順に一部が反射され、受光レンズ６で集光
されてＰＳＤ７で重心位置が検出される。ＰＳＤ７はこ
の検出位置を受光位置信号ａとして出力し、制御部９が
受光位置信号ａをもとにステージ８の顕微鏡光軸方向へ
の移動をサーボ制御することで、自動焦点合わせを行
う。
【００１９】また、資料１を照射する照明光源１９から
放射される光線の一部はビームスプリッタ１３を透過
し、ビームスプリッタ１４でその一部が反射されて資料
１を照明し、対物レンズ２、結像レンズ１６により結像
する。
放射される光線の一部はビームスプリッタ１３を透過
し、ビームスプリッタ１４でその一部が反射されて資料
１を照明し、対物レンズ２、結像レンズ１６により結像
する。
【００２０】結像した光学像を撮影レンズ１７により、
資料１の光学像をＣＣＤ素子１８で検出できるように拡
大撮像し前述のＣＣＤ素子１８の受光面で結像させる。
このとき、資料１で反射されたフォーカス用光線束３の
一部もビームスプリッタ１４を通過してＣＣＤ素子１８
に入射するため、結像レンズ１６の手前に赤外カットフ
ィルタ１５を配置し、撮像光のみを通過させ、フォーカ
ス用光線束３をカットしている。
資料１の光学像をＣＣＤ素子１８で検出できるように拡
大撮像し前述のＣＣＤ素子１８の受光面で結像させる。
このとき、資料１で反射されたフォーカス用光線束３の
一部もビームスプリッタ１４を通過してＣＣＤ素子１８
に入射するため、結像レンズ１６の手前に赤外カットフ
ィルタ１５を配置し、撮像光のみを通過させ、フォーカ
ス用光線束３をカットしている。
【００２１】なお、上述の実施例においては、観測した
資料１の拡大画像をＣＣＤ素子１８で検出しているが、
もし、目視により観測を行うときには、撮影レンズ１７
とＣＣＤ素子１８とを省略すればよい。また、上述の実
施例においては、照明光源１９から放射させる光線の波
長は赤外レーザダイオード１０から放射される光線の波
長とは異なる波長としている。図１の実施例において、
ＰＳＤ７が配置されている位置と赤外レーザダイオード
１０の配置位置を互いに入れ換え、赤外レーザダイオー
ド１０とビームスプリッタ１２の中間でビームスプリッ
タ１２に近い方に整合用レンズ５を配置し、整合用レン
ズ５と赤外レーザダイオード１０との間にコリメートレ
ンズ１１を配置すると共に、ＰＳＤ７とビームスプリッ
タ１２との間に受光レンズ６を配置しても、図１の構成
の装置と同一の動作をさせることが可能なことは明らか
である。図２の実施例においては、図１に示されている
照明光源１９から放射された照明光をビームスプリッタ
１３で反射させ、さらに、この反射光がビームスプリッ
タ１４により対物レンズ２を介して資料１を照射させる
ように配置し、さらに、図１で照明光源１９が配置され
た位置に赤外レーザダイオード１０を配置し、赤外レー
ザダイオード１０の前方にコリメートレンズ１１を配置
し、コリメートレンズ１１とビームスプリッタ１３との
間に、コリメートレンズ１１側から順に、整合用レンズ
５とビームスプリッタ１２を配置し、赤外レーザダイオ
ード１０から放射されたフォーカス用光線束の内でビー
ムスプリッタ１２を透過した成分が、さらに、ビームス
プリッタ１３を透過し前述の照明光源１９から放射され
ビームスプリッタ１３で反射された光線と平行な光線に
なるように配置している。また、図２の実施例において
は、前述のフォーカス用光線束の内で、資料１で反射さ
れ、対物レンズ２を透過し、ビームスプリッタ１４で反
射され、ビームスプリッタ１３を透過し、ビームスプリ
ッタ１２で反射された成分を受光する位置に受光レンズ
６を配置し、この受光レンズ６を透過した成分が受光面
に来る位置にＰＳＤ７を配置している。
資料１の拡大画像をＣＣＤ素子１８で検出しているが、
もし、目視により観測を行うときには、撮影レンズ１７
とＣＣＤ素子１８とを省略すればよい。また、上述の実
施例においては、照明光源１９から放射させる光線の波
長は赤外レーザダイオード１０から放射される光線の波
長とは異なる波長としている。図１の実施例において、
ＰＳＤ７が配置されている位置と赤外レーザダイオード
１０の配置位置を互いに入れ換え、赤外レーザダイオー
ド１０とビームスプリッタ１２の中間でビームスプリッ
タ１２に近い方に整合用レンズ５を配置し、整合用レン
ズ５と赤外レーザダイオード１０との間にコリメートレ
ンズ１１を配置すると共に、ＰＳＤ７とビームスプリッ
タ１２との間に受光レンズ６を配置しても、図１の構成
の装置と同一の動作をさせることが可能なことは明らか
である。図２の実施例においては、図１に示されている
照明光源１９から放射された照明光をビームスプリッタ
１３で反射させ、さらに、この反射光がビームスプリッ
タ１４により対物レンズ２を介して資料１を照射させる
ように配置し、さらに、図１で照明光源１９が配置され
た位置に赤外レーザダイオード１０を配置し、赤外レー
ザダイオード１０の前方にコリメートレンズ１１を配置
し、コリメートレンズ１１とビームスプリッタ１３との
間に、コリメートレンズ１１側から順に、整合用レンズ
５とビームスプリッタ１２を配置し、赤外レーザダイオ
ード１０から放射されたフォーカス用光線束の内でビー
ムスプリッタ１２を透過した成分が、さらに、ビームス
プリッタ１３を透過し前述の照明光源１９から放射され
ビームスプリッタ１３で反射された光線と平行な光線に
なるように配置している。また、図２の実施例において
は、前述のフォーカス用光線束の内で、資料１で反射さ
れ、対物レンズ２を透過し、ビームスプリッタ１４で反
射され、ビームスプリッタ１３を透過し、ビームスプリ
ッタ１２で反射された成分を受光する位置に受光レンズ
６を配置し、この受光レンズ６を透過した成分が受光面
に来る位置にＰＳＤ７を配置している。
【００２２】上述した以外の構成要素の配置は図１の配
置と同一である。以上の説明から明らかなように、図２
の実施例の顕微鏡自動焦点装置も図１に示した実施例の
装置と同様な動作を行う。
置と同一である。以上の説明から明らかなように、図２
の実施例の顕微鏡自動焦点装置も図１に示した実施例の
装置と同様な動作を行う。
【００２３】図２の実施例においても、赤外レーザダイ
オード１０の位置と、ＰＳＤ７の配置位置とを互いに置
き換え、コリメートレンズ１１と整合用レンズ５とを、
この順に赤外レーザダイオード１０の光線の放射口側か
ら順にビームスプリッタ１２側へと配置し、ビームスプ
リッタ１２とＰＳＤ７との間に受光レンズ６を配置して
もよいことは明らかである。
オード１０の位置と、ＰＳＤ７の配置位置とを互いに置
き換え、コリメートレンズ１１と整合用レンズ５とを、
この順に赤外レーザダイオード１０の光線の放射口側か
ら順にビームスプリッタ１２側へと配置し、ビームスプ
リッタ１２とＰＳＤ７との間に受光レンズ６を配置して
もよいことは明らかである。
【００２４】また、図２において、資料１の拡大画像を
目視により観測する場合には、撮影レンズ１７とＣＣＤ
素子１８とを省略することができる。
目視により観測する場合には、撮影レンズ１７とＣＣＤ
素子１８とを省略することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明の顕微鏡自動焦点装置は、対物レ
ンズにコリメートされたレーザ光束であるフォーカス用
光線束を偏心させて入射する代わりに、所定の広がり角
度をもつレーザ光束を偏心入射させるため、資料上での
フォーカス用光線束の作るビーム径を顕微鏡の視野径と
同程度とすることができ、資料上の凹凸の影響を受けず
に視野全体の平均高さに自動焦点合わせを行うことがで
きるという効果を有している。
ンズにコリメートされたレーザ光束であるフォーカス用
光線束を偏心させて入射する代わりに、所定の広がり角
度をもつレーザ光束を偏心入射させるため、資料上での
フォーカス用光線束の作るビーム径を顕微鏡の視野径と
同程度とすることができ、資料上の凹凸の影響を受けず
に視野全体の平均高さに自動焦点合わせを行うことがで
きるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の顕微鏡自動焦点装置の一実施例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】図１とは別の顕微鏡自動焦点装置の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図３】本発明の動作を示す原理図である。
【図４】従来のこの種の顕微鏡自動焦点装置の動作を示
す原理図である。
す原理図である。
１ 資料 ２ 対物レンズ ５ 整合用レンズ ６ 受光レンズ ７ ＰＳＤ ８ ステージ ９ 制御部 １０ 赤外レーザダイオード １１ コリメートレンズ １２ ビームスプリッタ １３ ビームスプリッタ １４ ビームスプリッタ １５ 赤外カットフィルタ １６ 結像レンズ １７ 撮影レンズ １８ ＣＣＤ素子 １９ 照明光源
Claims (7)
- 【請求項１】 資料の近傍に配置した対物レンズと前記
資料に対して前記対物レンズより遠くに配置され資料の
拡大像を生成する結像レンズとを有しかつ前記対物レン
ズの光軸と平行な方向に駆動信号により駆動され前記資
料を前記対物レンズ側に載置するステージと前記駆動信
号を出力する制御部を備え別途外部から加えられる照射
光源により前記資料を照射し前記資料の表面の拡大像を
前記結像レンズにより生成する顕微鏡において、コヒー
レントなフォーカス用光線束を出力する焦点調節用光源
と、前記焦点調節用光源の光線束の出射部の前面に配置
され前記フォーカス用光線束の一部を透過させ前記フォ
ーカス用光線束の進行方向と直交する方向から入射した
光線束を前記反射されたフォーカス用光線束と同方向に
一部を透過させ反射させる第１のビームスプリッタと、
前記第１のビームスプリッタに対して前記焦点調節用光
源より遠い方で前記結像レンズと対物レンズの間に配置
され前記第１のビームスプリッタで反射された前記フォ
ーカス用光線束の一部を反射させ前記対物レンズの光軸
と平行で所定の間隔だけ前記対物レンズの光軸と離れて
前記対物レンズに向け入射する光線の一部を反射させ他
部を透過させる第２のビームスプリッタと、前記第１の
ビームスプリッタと前記焦点調節用光源の間に挿入され
前記対物レンズの光軸と平行な方向でかつ予め定められ
た間隔をもち前記フォーカス用光線束を所定の発散光に
変換し前記対物レンズを介して前記資料を照射させたと
き直径と広がり角度を所定量に整える整合用レンズと、
前記フォーカス用光線束の内で前記資料の表面で反射さ
れ前記対物レンズを通過した後前記第１と第２のビーム
スプリッタにより反射されたフォーカス用光線束を受光
し予め設定した位置を原点とし前記原点と受光位置中の
受光重心との距離に比例したレベルと前記原点から受光
重心位置までのずれの向きに応じた符号を付した電気信
号に変換して出力する光位置検出素子と、前記第１のビ
ームスプリッタと前記光位置検出素子との中間に配置さ
れ前記第１のビームスプリッタを介して入射する光束を
前記光位置検出素子上に結像させる受光レンズと、前記
光位置検出素子の出力を入力とし前記駆動信号を出力し
前記光位置検出素子上の予め定められた位置に前記フォ
ーカス用の光線束の内の反射成分の像が位置するように
前記ステージを前記対物レンズの光軸に平行に駆動し移
動させる制御部とを備えることを特徴とする顕微鏡自動
焦点装置。 - 【請求項２】 資料の近傍に配置した対物レンズと前記
資料に対して前記対物レンズより遠くに配置され前記資
料の拡大像を生成する結像レンズとを有しかつ駆動信号
に従って前記対物レンズの光軸と平行な方向に駆動され
前記資料を前記対物レンズ側に載置するステージとを備
え別途外部から加えられる照射光源により前記資料を照
射し前記資料の表面の拡大像を生成する顕微鏡におい
て、コヒーレントなフォーカス用光線束を出力する焦点
調節用光源と、前記焦点調節用光源の光線束の出射部の
前面に配置され前記フォーカス用光線束の一部を反射さ
せ前記フォーカス用光線束と直交する方向から入射する
光線を前記フォーカス用光線束の入射方向と直交する方
向に透過させる第１のビームスプリッタと、前記第１の
ビームスプリッタに対して前記焦点調節用光源より遠い
方に配置され前記第１のビームスプリッタで反射された
前記フォーカス用光線束の一部を反射させ前記対物レン
ズの光軸と平行で所定の間隔だけ前記対物レンズの光軸
と離れて前記対物レンズに向け入射する光線の一部を反
射させ他部を透過させる第２のビームスプリッタと、前
記第１のビームスプリッタと前記焦点調節用光源の間に
配置され前記対物レンズの光軸と平行な方向でかつ予め
定められた間隔をもち前記フォーカス用の光線束を所定
の発散光に変換し前記対物レンズを介して前記資料を照
射させたとき前記フォーカス用光線束のビームの直径と
広がり角度を所定量に整える整合用レンズと、前記フォ
ーカス用光線束の内で前記資料の表面で反射され前記対
物レンズを通過した後前記第２のビームスプリッタによ
り反射されてから前記第１のビームスプリッタを透過し
た光線束を受光し予め設定した位置を原点とし前記原点
と受光位置中の受光重心との距離に比例したレベルと前
記原点から受光重心位置までのずれの向きに応じた符号
を付した電気信号に変換して出力する光位置検出素子
と、前記光位置検出素子と前記第１のビームスプリッタ
の間に挿入され前記第１のビームスプリッタを透過した
前記フォーカス用光線束の一部を集光し前記光位置検出
素子上に結像させる受光レンズと、前記受光素子の出力
を入力とし前記受光素子上の予め定められた位置に前記
フォーカス用の光線束の内の反射成分の像が位置するよ
うに前記ステージを前記対物レンズの光軸に平行に駆動
し移動させる前記駆動信号を出力する制御部とを備える
ことを特徴とする顕微鏡自動焦点装置。 - 【請求項３】赤外光を生成し放射するレーザダイオード
と前記レーザダイオードの照射口の直前に配置したコリ
メータレンズとで前記焦点調節用光源を構成することを
特徴とする請求項１記載の顕微鏡自動焦点装置。 - 【請求項４】 赤外光を生成し放射するレーザダイオー
ドと前記レーザダイオードの照射口の直前に配置したコ
リメータレンズとで前記焦点調節用光源を構成すること
を特徴とする請求項２記載の顕微鏡自動焦点装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４記載の内の何れか一つの
顕微鏡自動焦点装置において、前記結像レンズと前記第
２のビームスプリッタとの中間に前記焦点調節用光源か
ら放射されたフォーカス用光線束の透過を阻止する光学
的フィルタを配置することを特徴とする顕微鏡自動焦点
装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至５記載の内の何れか一つの
顕微鏡自動焦点装置において、前記第１と第２のビーム
スプリッタの中間に挿入され前記第１のビームスプリッ
タを介して透過または反射されて入射する光束の一部を
反射し前記第２のビームスプリッタに向わせ前記入射す
る光束と直交した方向から入射する光束の一部を透過さ
せ前記第２のビームスプリッタに向わせる第３のビーム
スプリッタと、前記第３のビームスプリッタにより透過
された光束が前記第２のビームスプリッタに向うように
前記第３のビームスプリッタに対して前記第２のビーム
スプリッタとは反対側に配置し照明用光束を生成し出射
する照明用光源を備えることを特徴とする顕微鏡自動焦
点装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至５記載の内の何れか一つの
顕微鏡自動焦点装置において、前記第１と第２のビーム
スプリッタの中間に挿入され前記第１のビームスプリッ
タを介して透過または反射されて入射する光束の一部を
透過し前記第２のビームスプリッタに向わせ前記入射す
る光束と直交した方向から入射する光束の一部を反射さ
せ前記第２のビームスプリッタに向わせる第３のビーム
スプリッタと、前記第３のビームスプリッタにより反射
された光束が前記第２のビームスプリッタに向うように
前記第３のビームスプリッタに対して前記第２のビーム
スプリッタとは反対側に配置し照明用光束を生成し出射
する照明用光源を備えることを特徴とする顕微鏡自動焦
点装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1510993A JPH07101251B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 顕微鏡自動焦点装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1510993A JPH07101251B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 顕微鏡自動焦点装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265773A true JPH06265773A (ja) | 1994-09-22 |
| JPH07101251B2 JPH07101251B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=11879671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1510993A Expired - Lifetime JPH07101251B2 (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 顕微鏡自動焦点装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07101251B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6721047B2 (en) | 2000-09-18 | 2004-04-13 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for inspecting defects of a specimen |
| JP2006122232A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Olympus Corp | 手術用顕微鏡 |
| JP2010207460A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Olympus Medical Systems Corp | 観察装置 |
| JP2014115336A (ja) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Samsung R&D Institute Japan Co Ltd | 焦点制御装置及びその方法 |
| CN113552712A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-10-26 | 奥谱天成（厦门）光电有限公司 | 一种用于显微拉曼光谱仪的自动对焦系统及对焦方法 |
| JP2022184786A (ja) * | 2021-05-26 | 2022-12-13 | エフエーイー ドイチュラント ゲセルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | サンプルを画像化およびアブレーションするためのシステムおよび方法 |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP1510993A patent/JPH07101251B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6721047B2 (en) | 2000-09-18 | 2004-04-13 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for inspecting defects of a specimen |
| JP2006122232A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Olympus Corp | 手術用顕微鏡 |
| JP2010207460A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Olympus Medical Systems Corp | 観察装置 |
| JP2014115336A (ja) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Samsung R&D Institute Japan Co Ltd | 焦点制御装置及びその方法 |
| JP2022184786A (ja) * | 2021-05-26 | 2022-12-13 | エフエーイー ドイチュラント ゲセルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | サンプルを画像化およびアブレーションするためのシステムおよび方法 |
| CN113552712A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-10-26 | 奥谱天成（厦门）光电有限公司 | 一种用于显微拉曼光谱仪的自动对焦系统及对焦方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07101251B2 (ja) | 1995-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960416 |