JPH08184747A - 顕微鏡自動焦点位置検出装置 - Google Patents
顕微鏡自動焦点位置検出装置Info
- Publication number
- JPH08184747A JPH08184747A JP6326826A JP32682694A JPH08184747A JP H08184747 A JPH08184747 A JP H08184747A JP 6326826 A JP6326826 A JP 6326826A JP 32682694 A JP32682694 A JP 32682694A JP H08184747 A JPH08184747 A JP H08184747A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- contrast
- focus
- image
- focus position
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
- G02B21/244—Devices for focusing using image analysis techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 位相差顕微鏡等の輪帯照明系を有する顕微鏡
において、非全走査式コントラスト法を用いても正確に
コントラストの最大値を与える位置を検出することが可
能な顕微鏡自動焦点位置検出装置を提供する。 【構成】 本発明の装置は、図示しない輪帯照明系から
コンデンサレンズ２へ導く照明光の開口数を決定するた
めの輪帯開口１と、コンデンサレンズ２からの光により
照明される観察試料を載置するためのステージ３と、こ
の試料の像を撮像素子６へ導くための対物レンズ４及び
結像レンズ５と、撮像素子６から送出された電気信号の
電圧を増幅するためのプリアンプ１０と、プリアンプ１
０からの信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ８へ導くためのＡ
／Ｄコンバータ９と、ＣＰＵ８により生成された信号に
基づきステージ３を移動させるための調整手段７と、に
より構成されている。
において、非全走査式コントラスト法を用いても正確に
コントラストの最大値を与える位置を検出することが可
能な顕微鏡自動焦点位置検出装置を提供する。 【構成】 本発明の装置は、図示しない輪帯照明系から
コンデンサレンズ２へ導く照明光の開口数を決定するた
めの輪帯開口１と、コンデンサレンズ２からの光により
照明される観察試料を載置するためのステージ３と、こ
の試料の像を撮像素子６へ導くための対物レンズ４及び
結像レンズ５と、撮像素子６から送出された電気信号の
電圧を増幅するためのプリアンプ１０と、プリアンプ１
０からの信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ８へ導くためのＡ
／Ｄコンバータ９と、ＣＰＵ８により生成された信号に
基づきステージ３を移動させるための調整手段７と、に
より構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位相差顕微鏡等の輪帯
照明系を有する顕微鏡の自動焦点位置検出装置に関す
る。
照明系を有する顕微鏡の自動焦点位置検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１０に従来の一般的な位相差顕微鏡に
備えられている光学系の構成を示す。この光学系は、図
示しない輪帯照明系からコンデンサレンズ１２へ導く照
明光の開口数を決定するための輪帯開口１１と、コンデ
ンサレンズ１２からの光により照明される観察試料を載
置するためのステージ１３と、対物レンズ１４と、位相
板１５と、により構成されている。
備えられている光学系の構成を示す。この光学系は、図
示しない輪帯照明系からコンデンサレンズ１２へ導く照
明光の開口数を決定するための輪帯開口１１と、コンデ
ンサレンズ１２からの光により照明される観察試料を載
置するためのステージ１３と、対物レンズ１４と、位相
板１５と、により構成されている。
【０００３】このような光学系を使用してコントラスト
が最大となる位置を合焦位置と測定する自動焦点位置検
出方法の従来例としては、特開平２−３７３１３号公報
や特開昭６３−９８６１５号公報に開示されたものがあ
る。特願平２−３７３１３号公報に記載の自動焦点位置
検出方法は、対象物体を載置する載置台をあらかじめ定
めた一定距離ずつあらかじめ定めた所定の回数を限度と
して一定移動させると共に、各移動位置でのコントラス
トと位置情報とを検出，保持し、このコントラストと位
置情報との関係を曲線近似し、この曲線に基づいて焦点
位置を演算することにより、焦点位置を検出するもので
ある。
が最大となる位置を合焦位置と測定する自動焦点位置検
出方法の従来例としては、特開平２−３７３１３号公報
や特開昭６３−９８６１５号公報に開示されたものがあ
る。特願平２−３７３１３号公報に記載の自動焦点位置
検出方法は、対象物体を載置する載置台をあらかじめ定
めた一定距離ずつあらかじめ定めた所定の回数を限度と
して一定移動させると共に、各移動位置でのコントラス
トと位置情報とを検出，保持し、このコントラストと位
置情報との関係を曲線近似し、この曲線に基づいて焦点
位置を演算することにより、焦点位置を検出するもので
ある。
【０００４】又、特開昭６３−９８６１５号公報に記載
の自動焦点調節方法では、対物レンズ又は被写体をその
光軸に沿って基準点から一定のステップ移動量で移動さ
せつつコントラスト測定を行い且つその位置でのコント
ラストを記憶し、移動した後のコントラストと既に移動
した過去の位置での記憶されたコントラストとの差と、
予め設定された判定値とを比較し、この比較結果が全て
正の値（コントラストが減少）で而も定められた回数
（振り返り回数）に対応する複数の位置との比較結果が
全て正の値になったならば、そのステップ移動量での動
作上最大のコントラストの位置を乗り越えたと判定する
ようにしたものである。更に、これらの焦点位置検出の
技術が、位相差顕微鏡等の輪帯照明系を有する顕微鏡に
用いられる場合がある。
の自動焦点調節方法では、対物レンズ又は被写体をその
光軸に沿って基準点から一定のステップ移動量で移動さ
せつつコントラスト測定を行い且つその位置でのコント
ラストを記憶し、移動した後のコントラストと既に移動
した過去の位置での記憶されたコントラストとの差と、
予め設定された判定値とを比較し、この比較結果が全て
正の値（コントラストが減少）で而も定められた回数
（振り返り回数）に対応する複数の位置との比較結果が
全て正の値になったならば、そのステップ移動量での動
作上最大のコントラストの位置を乗り越えたと判定する
ようにしたものである。更に、これらの焦点位置検出の
技術が、位相差顕微鏡等の輪帯照明系を有する顕微鏡に
用いられる場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】位相差顕微鏡におい
て、像コントラストのデフォーカス特性を見ると、合焦
位置でのコントラストが最も高く、デフォーカスに従っ
てコントラストは低下するが、更にデフォーカスを行う
と再度コントラストを生じるようになる。これは、輪帯
照明を行っていることに起因している。
て、像コントラストのデフォーカス特性を見ると、合焦
位置でのコントラストが最も高く、デフォーカスに従っ
てコントラストは低下するが、更にデフォーカスを行う
と再度コントラストを生じるようになる。これは、輪帯
照明を行っていることに起因している。
【０００６】前記特願平２−３７３１３号公報に記載の
手法は、載置台の移動に対してコントラストの極大値
（最大値）が一つしか発生しない場合に限り有効であ
り、応答時間も比較的速い。しかし、二つ以上の極大値
が発生する場合には、最大値ではない極大値を与え得る
位置を解（合焦位置）として算出する可能性を含み、
又、この問題を回避するための手段が示されていないた
め、二つ以上の極大値を有する場合には使用できない。
従って、位相差顕微鏡に用いることはできない。
手法は、載置台の移動に対してコントラストの極大値
（最大値）が一つしか発生しない場合に限り有効であ
り、応答時間も比較的速い。しかし、二つ以上の極大値
が発生する場合には、最大値ではない極大値を与え得る
位置を解（合焦位置）として算出する可能性を含み、
又、この問題を回避するための手段が示されていないた
め、二つ以上の極大値を有する場合には使用できない。
従って、位相差顕微鏡に用いることはできない。
【０００７】一方、特願昭６３−９８６１５号公報に記
載の方法では、コントラストの極大値が二つ以上あった
としても、真の最大値を求めることができるため、位相
差顕微鏡に使用することは可能である。しかし、この方
法では、一つの極大値を求めても更に一定移動量で移動
させつつコントラストを測定し、振り返り回数分の極大
値を求めているため、非常に演算時間がかかるという欠
点を有している。尚、この引例に記載の方法では、指定
範囲内全体を走査するので、以下この方式を全走査式コ
ントラスト法と呼び、前記特願平２−３７３１３号公報
に記載の手法では全走査は行われないため、非全走査式
コントラスト法と呼ぶことにする。
載の方法では、コントラストの極大値が二つ以上あった
としても、真の最大値を求めることができるため、位相
差顕微鏡に使用することは可能である。しかし、この方
法では、一つの極大値を求めても更に一定移動量で移動
させつつコントラストを測定し、振り返り回数分の極大
値を求めているため、非常に演算時間がかかるという欠
点を有している。尚、この引例に記載の方法では、指定
範囲内全体を走査するので、以下この方式を全走査式コ
ントラスト法と呼び、前記特願平２−３７３１３号公報
に記載の手法では全走査は行われないため、非全走査式
コントラスト法と呼ぶことにする。
【０００８】本発明は上記のような従来技術の有する問
題点に鑑みなされたものであり、位相差顕微鏡等の輪帯
照明系を有する顕微鏡において、非全走査式コントラス
ト法を用いても正確にコントラストの最大値を与える位
置を検出することが可能な顕微鏡自動焦点位置検出装置
を提供することを目的とする。
題点に鑑みなされたものであり、位相差顕微鏡等の輪帯
照明系を有する顕微鏡において、非全走査式コントラス
ト法を用いても正確にコントラストの最大値を与える位
置を検出することが可能な顕微鏡自動焦点位置検出装置
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】以下、上記目的
を達成するために、本発明に備えられている手段及び作
用について説明する。
を達成するために、本発明に備えられている手段及び作
用について説明する。
【００１０】請求項１に記載の発明は、被観察試料の像
を形成するための光学系と、この光学系で得られる光学
像を光電変換する撮像素子と、この撮像素子から得られ
る電気信号をＡ／Ｄ変換した画像データを記憶させこの
画像データを処理してコントラストを計算する装置と、
前記コントラストを比較する装置と、結像系レンズ又は
試料台を移動させる装置と、この結像系レンズ又は試料
台の位置を記憶させる装置と、を具備し、現在位置での
画像コントラストと所定距離だけ対物レンズ又は被観察
試料を光軸方向に移動した位置でのコントラストとを比
較し、その変化量等から次に前記結像系レンズ又は試料
台の移動すべき距離を決定し、その移動すべき距離，コ
ントラスト変化量等が一定値以下となればその位置を焦
点位置と判断する自動焦点位置検出装置において、被観
察試料の像を形成するための輪帯照明系を有する顕微鏡
光学系を備え、前記自動焦点位置検出装置で合焦位置と
判断した位置と、この位置から対物レンズの開口数と前
記照明系の輪帯の対物瞳での共役像の内径及び外径で夫
々決定される二つの開口数の前記対物レンズの開口数に
対する比と前記撮像素子の大きさ又はその整数倍の大き
さで決定される一つの周波数ν0 とにより求められる合
焦・偽合焦位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試料間
の間隔を変え、前記合焦・偽合焦位置間の少なくとも一
箇所でコントラスト測定を行い、測定したコントラスト
値の比較により合焦位置を検出するようにしたものであ
る。
を形成するための光学系と、この光学系で得られる光学
像を光電変換する撮像素子と、この撮像素子から得られ
る電気信号をＡ／Ｄ変換した画像データを記憶させこの
画像データを処理してコントラストを計算する装置と、
前記コントラストを比較する装置と、結像系レンズ又は
試料台を移動させる装置と、この結像系レンズ又は試料
台の位置を記憶させる装置と、を具備し、現在位置での
画像コントラストと所定距離だけ対物レンズ又は被観察
試料を光軸方向に移動した位置でのコントラストとを比
較し、その変化量等から次に前記結像系レンズ又は試料
台の移動すべき距離を決定し、その移動すべき距離，コ
ントラスト変化量等が一定値以下となればその位置を焦
点位置と判断する自動焦点位置検出装置において、被観
察試料の像を形成するための輪帯照明系を有する顕微鏡
光学系を備え、前記自動焦点位置検出装置で合焦位置と
判断した位置と、この位置から対物レンズの開口数と前
記照明系の輪帯の対物瞳での共役像の内径及び外径で夫
々決定される二つの開口数の前記対物レンズの開口数に
対する比と前記撮像素子の大きさ又はその整数倍の大き
さで決定される一つの周波数ν0 とにより求められる合
焦・偽合焦位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試料間
の間隔を変え、前記合焦・偽合焦位置間の少なくとも一
箇所でコントラスト測定を行い、測定したコントラスト
値の比較により合焦位置を検出するようにしたものであ
る。
【００１１】ここで、合焦・偽合焦位置間距離（ｄ）
は、以下のようにして求められる。照明系の瞳と結像系
の瞳とは略共役の関係にあり、照明系の瞳の略共役像の
複素振幅分布Ｓ（ｘ，ｙ）は、 である。
は、以下のようにして求められる。照明系の瞳と結像系
の瞳とは略共役の関係にあり、照明系の瞳の略共役像の
複素振幅分布Ｓ（ｘ，ｙ）は、 である。
【００１２】又、結像系の瞳の複素振幅分布Ｐ（ｘ，
ｙ）は、 で表される。但し、λは波長を、ｔは位相膜の振幅透過
率を、ＷDEF （ｘ，ｙ）はデフォーカスによる波面収差
を示している。又、ｚを合焦位置からのデフォーカス量
とすると、ＷDEF （ｘ，ｙ）は、 と表すことができる。
ｙ）は、 で表される。但し、λは波長を、ｔは位相膜の振幅透過
率を、ＷDEF （ｘ，ｙ）はデフォーカスによる波面収差
を示している。又、ｚを合焦位置からのデフォーカス量
とすると、ＷDEF （ｘ，ｙ）は、 と表すことができる。
【００１３】以上を用いて、光学系のＭＴＦ（像コント
ラスト）Ｉ（ξ，η）は、 となる。但し、Ｉ（ξ，η）は軸対称なので、η＝０と
してξ方向のみで考えて差し支えない。尚、ξと周波数
νとは、 の関係にある。
ラスト）Ｉ（ξ，η）は、 となる。但し、Ｉ（ξ，η）は軸対称なので、η＝０と
してξ方向のみで考えて差し支えない。尚、ξと周波数
νとは、 の関係にある。
【００１４】図１１は輪帯照明系及び対物レンズの開口
数（ＮＡ）が決定される様子を示す図である。ν＝ν0
に固定し横軸にデフォーカス量ｚをとり縦軸にコントラ
ストＩをとって、これをグラフ化すると図１２に示すグ
ラフのようになる（但し、ｔが偽合焦位置に与える影響
は無視できるので、ｔ＝１として計算した）。合焦位置
からのデフォーカスに対し、コントラストＩは、始めは
減少するが、Ａ点で極小となった後に、再び増加を始め
Ｂ点（ｚ＝ｄ）において極大値をとる。この位置が偽合
焦位置である。よって、このｄの値を求めることによ
り、合焦・偽合焦位置間距離を求めることができる。更
に、これは標本に依存しないため、この合焦・偽合焦位
置間距離を理論的計算から予め知ることが可能である。
そして、非全走査式コントラスト法で定まる合焦位置に
関し、これが偽合焦であっても合焦・偽合焦位置間距離
と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げた位置又
は縮めた位置の何れか一方の合焦位置となる。従って、
従来の非全走査式コントラスト法により測定する場合で
も、コントラスト信号の測定点数が数点増えるのみで、
正確な合焦位置を求めることが可能になる。
数（ＮＡ）が決定される様子を示す図である。ν＝ν0
に固定し横軸にデフォーカス量ｚをとり縦軸にコントラ
ストＩをとって、これをグラフ化すると図１２に示すグ
ラフのようになる（但し、ｔが偽合焦位置に与える影響
は無視できるので、ｔ＝１として計算した）。合焦位置
からのデフォーカスに対し、コントラストＩは、始めは
減少するが、Ａ点で極小となった後に、再び増加を始め
Ｂ点（ｚ＝ｄ）において極大値をとる。この位置が偽合
焦位置である。よって、このｄの値を求めることによ
り、合焦・偽合焦位置間距離を求めることができる。更
に、これは標本に依存しないため、この合焦・偽合焦位
置間距離を理論的計算から予め知ることが可能である。
そして、非全走査式コントラスト法で定まる合焦位置に
関し、これが偽合焦であっても合焦・偽合焦位置間距離
と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げた位置又
は縮めた位置の何れか一方の合焦位置となる。従って、
従来の非全走査式コントラスト法により測定する場合で
も、コントラスト信号の測定点数が数点増えるのみで、
正確な合焦位置を求めることが可能になる。
【００１５】そして、これを実現する具体的手段の一つ
としては、非全走査式コントラスト法による合焦位置で
のコントラストＣ0 と、この合焦位置から前記合焦・偽
合焦位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔
を拡げた位置でのコントラストＣ+ と、それを縮めた位
置でのコントラストＣ- とにおいて、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且
つＣ0 −Ｃ- ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦
位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移
動させ、Ｃ0 −Ｃ+ ＜０であれば、Ｃ+ を測定した位置
を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レン
ズを移動させ、Ｃ0 −Ｃ- ＜０であれば、Ｃ- を測定し
た位置を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対
物レンズを移動させることができるように構成すればよ
い。尚、合焦位置の判断基準は、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且つＣ
0 −Ｃ- ＞０の場合には、Ｃ0 を測定した位置でのコン
トラストが最も大きくなるため、この位置を合焦位置と
判断すればよい。Ｃ0 −Ｃ+ ＜０の場合には、Ｃ+ を測
定した位置でのコントラストが最も大きくなるため、こ
の位置を合焦位置と判断すればよい。Ｃ0 −Ｃ- ＜０の
場合にば、Ｃ- を測定した位置でのコントラストが最も
大きくなるため、この位置を合焦位置と判断すればよ
い。
としては、非全走査式コントラスト法による合焦位置で
のコントラストＣ0 と、この合焦位置から前記合焦・偽
合焦位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔
を拡げた位置でのコントラストＣ+ と、それを縮めた位
置でのコントラストＣ- とにおいて、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且
つＣ0 −Ｃ- ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦
位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移
動させ、Ｃ0 −Ｃ+ ＜０であれば、Ｃ+ を測定した位置
を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レン
ズを移動させ、Ｃ0 −Ｃ- ＜０であれば、Ｃ- を測定し
た位置を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対
物レンズを移動させることができるように構成すればよ
い。尚、合焦位置の判断基準は、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且つＣ
0 −Ｃ- ＞０の場合には、Ｃ0 を測定した位置でのコン
トラストが最も大きくなるため、この位置を合焦位置と
判断すればよい。Ｃ0 −Ｃ+ ＜０の場合には、Ｃ+ を測
定した位置でのコントラストが最も大きくなるため、こ
の位置を合焦位置と判断すればよい。Ｃ0 −Ｃ- ＜０の
場合にば、Ｃ- を測定した位置でのコントラストが最も
大きくなるため、この位置を合焦位置と判断すればよ
い。
【００１６】本発明の装置は、上記のような構成に加え
て、最初に求められる焦点位置を初期位置とし、再度繰
り返して焦点位置の自動検出を行えるように構成される
ことが好ましい。なぜなら、実際の光学系においては、
収差等が存在するため、コントラストのデフォーカス特
性が理想的な曲線からずれてしまう可能性がある。従っ
て、焦点位置検出をただ一度行ったのみで終了するので
なく、フィードバックを行って何度か繰り返して焦点位
置検出を実行することによって、高精度の焦点位置検出
を行うことができる。
て、最初に求められる焦点位置を初期位置とし、再度繰
り返して焦点位置の自動検出を行えるように構成される
ことが好ましい。なぜなら、実際の光学系においては、
収差等が存在するため、コントラストのデフォーカス特
性が理想的な曲線からずれてしまう可能性がある。従っ
て、焦点位置検出をただ一度行ったのみで終了するので
なく、フィードバックを行って何度か繰り返して焦点位
置検出を実行することによって、高精度の焦点位置検出
を行うことができる。
【００１７】更に、本発明の自動焦点位置検出装置は、
前記合焦位置と判断した位置における前記周波数ν0 で
のコントラストＣ0 と、この位置から前記合焦・偽合焦
位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡
げるか又は縮めた位置でのコントラストＣ2 と、あるし
きい値Δとにおいて、Ｃ2 −Δ＜０であれば、Ｃ2 を測
定した位置でのＣ0 を測定した位置に対する対称位置が
合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズ
を移動させ、Ｃ2 −Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０であれ
ば、Ｃ2 を測定した位置を合焦位置と判断してこの位置
にステージ又は対物レンズを移動させ、Ｃ2 −Δ＞０且
つＣ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦
位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移
動させるように構成してもよい。尚、ここでの判断基準
は、Ｃ2 −Δ＜０の場合には、Ｃ0 を測定した位置は偽
合焦位置なので、Ｃ2 を測定した位置でのＣ0 を測定し
た位置に対する対称位置を合焦位置と判断すればよい。
一方、Ｃ2 −Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０の場合には、Ｃ
2 を測定した位置のコントラストが最も高くなるため、
この位置を合焦位置と判断すればよい。又、Ｃ2 −Δ＞
０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０の場合には、Ｃ0 を測定した位置
のコントラストが最も高くなるため、この位置を合焦位
置と判断すればよい。
前記合焦位置と判断した位置における前記周波数ν0 で
のコントラストＣ0 と、この位置から前記合焦・偽合焦
位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡
げるか又は縮めた位置でのコントラストＣ2 と、あるし
きい値Δとにおいて、Ｃ2 −Δ＜０であれば、Ｃ2 を測
定した位置でのＣ0 を測定した位置に対する対称位置が
合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズ
を移動させ、Ｃ2 −Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０であれ
ば、Ｃ2 を測定した位置を合焦位置と判断してこの位置
にステージ又は対物レンズを移動させ、Ｃ2 −Δ＞０且
つＣ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦
位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移
動させるように構成してもよい。尚、ここでの判断基準
は、Ｃ2 −Δ＜０の場合には、Ｃ0 を測定した位置は偽
合焦位置なので、Ｃ2 を測定した位置でのＣ0 を測定し
た位置に対する対称位置を合焦位置と判断すればよい。
一方、Ｃ2 −Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０の場合には、Ｃ
2 を測定した位置のコントラストが最も高くなるため、
この位置を合焦位置と判断すればよい。又、Ｃ2 −Δ＞
０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０の場合には、Ｃ0 を測定した位置
のコントラストが最も高くなるため、この位置を合焦位
置と判断すればよい。
【００１８】更に、請求項２に記載の発明は、被観察試
料の像を形成するための光学系と、この光学系で得られ
る光学像を光電変換する撮像素子と、この撮像素子から
得られる電気信号をＡ／Ｄ変換した画像データを記憶さ
せこの画像データを処理してコントラストを計算する装
置と、前記コントラストを比較する装置と、結像系レン
ズ又は試料台を移動させる装置と、この結像系レンズ又
は試料台の位置を記憶させる装置と、を具備し、現在位
置での画像コントラストと所定距離だけ対物レンズ又は
被観察試料を光軸方向に移動した位置でのコントラスト
とを比較し、その変化量等から次に前記結像系レンズ又
は試料台の移動すべき距離を決定し、その移動すべき距
離，コントラスト変化量等が一定値以下となればその位
置を合焦位置と判断する自動焦点位置検出装置におい
て、被観察試料の像を形成するための輪帯照明系を有す
る顕微鏡光学系を備え、前記自動焦点位置検出装置で合
焦位置と判断した位置と、この位置から対物レンズの開
口数と前記照明系の輪帯の対物瞳での共役像の内径及び
外径で夫々決定される二つの開口数の前記対物レンズの
開口数に対する比と撮像素子の大きさ又はその整数倍の
大きさで決定される一つの周波数ν0 とにより求められ
る合焦・偽合焦位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試
料間の間隔を変え、前記合焦・偽合焦位置間の少なくと
も一箇所で少なくとも二つの周波数によりコントラスト
測定を行い、測定したコントラスト値の比較により合焦
位置を検出するようにしたものである。
料の像を形成するための光学系と、この光学系で得られ
る光学像を光電変換する撮像素子と、この撮像素子から
得られる電気信号をＡ／Ｄ変換した画像データを記憶さ
せこの画像データを処理してコントラストを計算する装
置と、前記コントラストを比較する装置と、結像系レン
ズ又は試料台を移動させる装置と、この結像系レンズ又
は試料台の位置を記憶させる装置と、を具備し、現在位
置での画像コントラストと所定距離だけ対物レンズ又は
被観察試料を光軸方向に移動した位置でのコントラスト
とを比較し、その変化量等から次に前記結像系レンズ又
は試料台の移動すべき距離を決定し、その移動すべき距
離，コントラスト変化量等が一定値以下となればその位
置を合焦位置と判断する自動焦点位置検出装置におい
て、被観察試料の像を形成するための輪帯照明系を有す
る顕微鏡光学系を備え、前記自動焦点位置検出装置で合
焦位置と判断した位置と、この位置から対物レンズの開
口数と前記照明系の輪帯の対物瞳での共役像の内径及び
外径で夫々決定される二つの開口数の前記対物レンズの
開口数に対する比と撮像素子の大きさ又はその整数倍の
大きさで決定される一つの周波数ν0 とにより求められ
る合焦・偽合焦位置間距離と同間隔だけ対物レンズ・試
料間の間隔を変え、前記合焦・偽合焦位置間の少なくと
も一箇所で少なくとも二つの周波数によりコントラスト
測定を行い、測定したコントラスト値の比較により合焦
位置を検出するようにしたものである。
【００１９】ある周波数ν0 に対するコントラスト信号
のデフォーカス特性が、図７に示すように、周波数ν0
の副極大値をとる位置と周波数ν1 での極小点位置とが
一致するように周波数ν1 を選ぶと、周波数ν0 での非
全走査式コントラスト法で求められる合焦位置が真の合
焦位置である場合は、周波数を切換えてもコントラスト
が大きく減少することはない。しかし、それが偽合焦位
置である場合には、コントラストが大きく減少するよう
にすることは可能である。周波数は検出器のピクセルの
大きさにより定まり、周波数の切換えはピクセル数個分
をまとめて１ピクセルと見做すことにより、見かけの大
きさを変えることによって行う。このときの周波数ν1
の選び方も標本には依存しないため、前記合焦・偽合焦
位置間距離と組み合わせることにより、従来の非全走査
式コントラスト法に対し、コントラスト信号の測定点数
が数点増加するだけで、合焦位置を正確に検出すること
が可能になる。
のデフォーカス特性が、図７に示すように、周波数ν0
の副極大値をとる位置と周波数ν1 での極小点位置とが
一致するように周波数ν1 を選ぶと、周波数ν0 での非
全走査式コントラスト法で求められる合焦位置が真の合
焦位置である場合は、周波数を切換えてもコントラスト
が大きく減少することはない。しかし、それが偽合焦位
置である場合には、コントラストが大きく減少するよう
にすることは可能である。周波数は検出器のピクセルの
大きさにより定まり、周波数の切換えはピクセル数個分
をまとめて１ピクセルと見做すことにより、見かけの大
きさを変えることによって行う。このときの周波数ν1
の選び方も標本には依存しないため、前記合焦・偽合焦
位置間距離と組み合わせることにより、従来の非全走査
式コントラスト法に対し、コントラスト信号の測定点数
が数点増加するだけで、合焦位置を正確に検出すること
が可能になる。
【００２０】そして、これを実現する具体的手段の一つ
としては、前記周波数ν0 でのコントラストＣ0 と、同
様に前記周波数ν1 でのコントラストＣ1 と、自動焦点
検出位置検出装置により求められる焦点位置から照明系
の輪帯の内径及び外径夫々で定まる二つの開口数と前記
周波数により定まる合焦・偽合焦位置間距離と同間隔だ
け対物レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた位置
でのコントラストＣ2と、あるしきい値Δとにおいて、
Ｃ1 −Δ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置
と判断してこの位置ステージ又は対物レンズを移動さ
せ、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位置を合
焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを
移動させ、Ｃ0 −Ｃ2 ＞０であれば、Ｃ2 を測定した位
置でのＣ0を測定した位置に対する対称位置を合焦位置
と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移動さ
せるように構成すればよい。
としては、前記周波数ν0 でのコントラストＣ0 と、同
様に前記周波数ν1 でのコントラストＣ1 と、自動焦点
検出位置検出装置により求められる焦点位置から照明系
の輪帯の内径及び外径夫々で定まる二つの開口数と前記
周波数により定まる合焦・偽合焦位置間距離と同間隔だ
け対物レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた位置
でのコントラストＣ2と、あるしきい値Δとにおいて、
Ｃ1 −Δ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置
と判断してこの位置ステージ又は対物レンズを移動さ
せ、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位置を合
焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを
移動させ、Ｃ0 −Ｃ2 ＞０であれば、Ｃ2 を測定した位
置でのＣ0を測定した位置に対する対称位置を合焦位置
と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移動さ
せるように構成すればよい。
【００２１】尚、ここでの判断基準は、Ｃ1 −Δ＞０の
場合には、周波数を切り換えてもコントラストが発生す
るため、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判断すればよ
い。又、非全走査式コントラスト法により検出した合焦
位置が偽合焦位置であったとしても、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０の
場合にはコントラストが改善されているためＣ2 を測定
した位置を合焦位置と判断すればよい。一方、Ｃ0 −Ｃ
2 ＞０の場合にば、Ｃ2 を測定した位置は合焦位置では
ないので、この位置での仮合焦位置に対する対称位置を
合焦位置と判断すればよい。
場合には、周波数を切り換えてもコントラストが発生す
るため、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判断すればよ
い。又、非全走査式コントラスト法により検出した合焦
位置が偽合焦位置であったとしても、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０の
場合にはコントラストが改善されているためＣ2 を測定
した位置を合焦位置と判断すればよい。一方、Ｃ0 −Ｃ
2 ＞０の場合にば、Ｃ2 を測定した位置は合焦位置では
ないので、この位置での仮合焦位置に対する対称位置を
合焦位置と判断すればよい。
【００２２】以上説明したように、本発明の装置は、最
初に求めた焦点位置を初期状態として、再度繰り返して
焦点位置を検出できるように構成されているため、より
正確な焦点位置を検出することができる。
初に求めた焦点位置を初期状態として、再度繰り返して
焦点位置を検出できるように構成されているため、より
正確な焦点位置を検出することができる。
【００２３】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳
細に説明する。第１実施例 図１は、本実施例にかかる自動焦点位置検出装置の構成
を示す概念図である。図示のように、本実施例の装置
は、図示しない輪帯照明系からコンデンサレンズ２へ導
く照明光の開口数を決定するための輪帯開口１と、コン
デンサレンズ２からの光により照明される観察試料を載
置するためのステージ３と、この試料の像を撮像素子６
へ導くための対物レンズ４及び結像レンズ５と、撮像素
子６から送出された電気信号の電圧を増幅するためのプ
リアンプ１０と、プリアンプ１０からの信号をＡ／Ｄ変
換してＣＰＵ８へ導くためのＡ／Ｄコンバータ９と、Ｃ
ＰＵ８により生成された信号に基づきステージ３を移動
させるための調整手段７と、により構成されている。
細に説明する。第１実施例 図１は、本実施例にかかる自動焦点位置検出装置の構成
を示す概念図である。図示のように、本実施例の装置
は、図示しない輪帯照明系からコンデンサレンズ２へ導
く照明光の開口数を決定するための輪帯開口１と、コン
デンサレンズ２からの光により照明される観察試料を載
置するためのステージ３と、この試料の像を撮像素子６
へ導くための対物レンズ４及び結像レンズ５と、撮像素
子６から送出された電気信号の電圧を増幅するためのプ
リアンプ１０と、プリアンプ１０からの信号をＡ／Ｄ変
換してＣＰＵ８へ導くためのＡ／Ｄコンバータ９と、Ｃ
ＰＵ８により生成された信号に基づきステージ３を移動
させるための調整手段７と、により構成されている。
【００２４】又、本実施例では、ＮＡ0 ／ＮＡOB＝０．
５４，ＮＡ1 ／ＮＡOB＝０．４４，ν0 ＝７２．７本／
ｍｍ（１０倍の対物を使用し、１ピクセル５．７μｍで
１２ピクセルをサンプリング）とした。このコントラス
トのデフォーカス特性を描くと図２に示すグラフのよう
になる。同図において、横軸はデフォーカス量を示し、
縦軸はコントラスト信号値（単位は任意）を示してい
る。このグラフから、合焦・偽合焦位置間距離ｄはｄ＝
５７μｍと設定すればよいことが分かる。又、焦点深度
は数μｍ程度であるため、ｄの値を厳密に定める必要は
ない。
５４，ＮＡ1 ／ＮＡOB＝０．４４，ν0 ＝７２．７本／
ｍｍ（１０倍の対物を使用し、１ピクセル５．７μｍで
１２ピクセルをサンプリング）とした。このコントラス
トのデフォーカス特性を描くと図２に示すグラフのよう
になる。同図において、横軸はデフォーカス量を示し、
縦軸はコントラスト信号値（単位は任意）を示してい
る。このグラフから、合焦・偽合焦位置間距離ｄはｄ＝
５７μｍと設定すればよいことが分かる。又、焦点深度
は数μｍ程度であるため、ｄの値を厳密に定める必要は
ない。
【００２５】本実施例では、まず、非全走査式コントラ
スト法により合焦位置でのＣ0 を測定する。この測定結
果は、図１において、撮像素子６で受けた試料像を電気
信号に変換し、この信号をプリアンプ１０及びＡ／Ｄコ
ンバータ９を経てＣＰＵ８内へ取り込み、ＣＰＵ８にお
いて所定の演算を実行することにより得られる。次に、
調整手段７によりステージ３を合焦・偽合焦位置間距離
と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔が拡がる位置へ
移動し、同様にＣ+ を測定する。更に、調整手段７によ
りステージ３を合焦・偽合焦位置距離と同間隔だけ対物
レンズ・試料間の間隔を縮めた位置に移動し、Ｃ- を測
定する。そして、これらＣ0 ，Ｃ+ ，Ｃ - の値をＣＰＵ
８の内部において数値比較を行い、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且
つＣ0 −Ｃ- ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置に調節
手段７によりステージ３を移動する。一方、前記数値比
較の結果の条件を満たしていない場合には、Ｃ0 −
Ｃ + ＜０であれば、Ｃ+ を測定した位置に調節手段７に
よりステージ３を移動する。更に、前記数値がの条件
も満足していない場合には、Ｃ0 −Ｃ- ＜０であれば、
Ｃ- を測定した位置に調節手段７によりステージ３を移
動する。このような手順により、正確な合焦位置の判定
することができる。尚、図１において、ステージ３に代
えて調節手段７により対物レンズ２を移動させるように
構成しても同様の効果が得られることは前述の通りであ
る。図３に本実施例の装置の操作を説明するためのフロ
ーチャートを示す。
スト法により合焦位置でのＣ0 を測定する。この測定結
果は、図１において、撮像素子６で受けた試料像を電気
信号に変換し、この信号をプリアンプ１０及びＡ／Ｄコ
ンバータ９を経てＣＰＵ８内へ取り込み、ＣＰＵ８にお
いて所定の演算を実行することにより得られる。次に、
調整手段７によりステージ３を合焦・偽合焦位置間距離
と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔が拡がる位置へ
移動し、同様にＣ+ を測定する。更に、調整手段７によ
りステージ３を合焦・偽合焦位置距離と同間隔だけ対物
レンズ・試料間の間隔を縮めた位置に移動し、Ｃ- を測
定する。そして、これらＣ0 ，Ｃ+ ，Ｃ - の値をＣＰＵ
８の内部において数値比較を行い、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且
つＣ0 −Ｃ- ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置に調節
手段７によりステージ３を移動する。一方、前記数値比
較の結果の条件を満たしていない場合には、Ｃ0 −
Ｃ + ＜０であれば、Ｃ+ を測定した位置に調節手段７に
よりステージ３を移動する。更に、前記数値がの条件
も満足していない場合には、Ｃ0 −Ｃ- ＜０であれば、
Ｃ- を測定した位置に調節手段７によりステージ３を移
動する。このような手順により、正確な合焦位置の判定
することができる。尚、図１において、ステージ３に代
えて調節手段７により対物レンズ２を移動させるように
構成しても同様の効果が得られることは前述の通りであ
る。図３に本実施例の装置の操作を説明するためのフロ
ーチャートを示す。
【００２６】第２実施例 本実施例にかかる装置の構成は第１実施例に示したもの
と同様である。但し、ＮＡ0 ／ＮＡOB＝０．５４，ＮＡ
1 ／ＮＡOB＝０．４４，ν0 ＝４３．６本／ｍｍ（１０
倍の対物を使用し、１ピクセル５．７μｍで２０ピクセ
ルをサンプリング）としたため、コントラストのデフォ
ーカス特性を描くと図４に示すようになる。従って、合
焦・偽合焦位置間距離ｄは、ｄ＝９２μｍとなる。以
下、本実施例にかかる装置の操作は第１実施例のものと
同様であるため省略する。
と同様である。但し、ＮＡ0 ／ＮＡOB＝０．５４，ＮＡ
1 ／ＮＡOB＝０．４４，ν0 ＝４３．６本／ｍｍ（１０
倍の対物を使用し、１ピクセル５．７μｍで２０ピクセ
ルをサンプリング）としたため、コントラストのデフォ
ーカス特性を描くと図４に示すようになる。従って、合
焦・偽合焦位置間距離ｄは、ｄ＝９２μｍとなる。以
下、本実施例にかかる装置の操作は第１実施例のものと
同様であるため省略する。
【００２７】第３実施例 本実施例にかかる顕微鏡自動焦点位置検出装置は、第１
実施例に示した装置と同様の構成を有し、開口数，周波
数等も第１実施例において示した数値と同様である。
実施例に示した装置と同様の構成を有し、開口数，周波
数等も第１実施例において示した数値と同様である。
【００２８】本実施例では、合焦位置と判断した位置
で、前記周波数ν0 でのコントラストＣ0 と、この位置
から前記合焦・偽合焦位置間距離と同等な間隔だけ対物
レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた位置でのコ
ントラストＣ2 と、あるしきい値Δとにおいて、Ｃ2
−Δ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判
断してこの位置にステージ又は対物レンズを移動させ
る。又、前記の条件を満足しない場合には、Ｃ2 とＣ
0 とを比較し、Ｃ2 −Δ＜０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０であ
る場合には、Ｃ2 を測定した位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させる。更に、前記又はの条件を満足し
ない場合には、Ｃ0 を測定した位置は偽合焦位置なの
で、Ｃ2 を測定した位置のＣ0 を測定した位置に対する
対称位置が合焦位置と判断すればよい。この操作手順を
図５に示す。
で、前記周波数ν0 でのコントラストＣ0 と、この位置
から前記合焦・偽合焦位置間距離と同等な間隔だけ対物
レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた位置でのコ
ントラストＣ2 と、あるしきい値Δとにおいて、Ｃ2
−Δ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判
断してこの位置にステージ又は対物レンズを移動させ
る。又、前記の条件を満足しない場合には、Ｃ2 とＣ
0 とを比較し、Ｃ2 −Δ＜０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０であ
る場合には、Ｃ2 を測定した位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させる。更に、前記又はの条件を満足し
ない場合には、Ｃ0 を測定した位置は偽合焦位置なの
で、Ｃ2 を測定した位置のＣ0 を測定した位置に対する
対称位置が合焦位置と判断すればよい。この操作手順を
図５に示す。
【００２９】第４実施例 本実施例にかかる顕微鏡自動焦点位置検出装置も、第１
実施例に示した装置と同様の構成を有し、開口数，周波
数等も第１実施例において示した数値と同様である。し
かし、装置の操作手順において、最初に検出された焦点
位置を初期位置として、フィードバックをかける構成と
なっている。即ち、第１実施例に示した操作手順にフィ
ードバックをかける操作手順が加えられている。本実施
例における操作手順を図６に示す。
実施例に示した装置と同様の構成を有し、開口数，周波
数等も第１実施例において示した数値と同様である。し
かし、装置の操作手順において、最初に検出された焦点
位置を初期位置として、フィードバックをかける構成と
なっている。即ち、第１実施例に示した操作手順にフィ
ードバックをかける操作手順が加えられている。本実施
例における操作手順を図６に示す。
【００３０】第５実施例 本実施例にかかる顕微鏡自動焦点位置検出装置は、第１
実施例に示した装置と同様の構成を有しているが、ＮＡ
0 ／ＮＡOB＝０．５４，ＮＡ1 ／ＮＡOB＝０．４４，ν
0 ＝７２．７本／ｍｍ，ν1 ＝４３．６本／ｍｍとなっ
ている。従って、このときのコントラストのデフォーカ
ス特性は、図７に示すように、図２に示す曲線と図４に
示す曲線とが二つ存在するようになっている。図７に示
すように、ｄ＝７８μｍとし、非全走査式コントラスト
法により求められる合焦位置（仮合焦位置）からｄだけ
ずれた位置でコントラストを測定すると、周波数ν0 で
は偽合焦となるためコントラストが測定されるが、周波
数ν1 ではコントラストが大きく低下することがわか
る。従って、まず前記仮合焦位置においてＣ0 ，Ｃ1の
値を測定する。この求め方は第１実施例において示した
方法と同様である。周波数の切換えはピクセルのサンプ
リング数を変えることで実現でき、この切換えはＣＰＵ
８の内部において行われる。
実施例に示した装置と同様の構成を有しているが、ＮＡ
0 ／ＮＡOB＝０．５４，ＮＡ1 ／ＮＡOB＝０．４４，ν
0 ＝７２．７本／ｍｍ，ν1 ＝４３．６本／ｍｍとなっ
ている。従って、このときのコントラストのデフォーカ
ス特性は、図７に示すように、図２に示す曲線と図４に
示す曲線とが二つ存在するようになっている。図７に示
すように、ｄ＝７８μｍとし、非全走査式コントラスト
法により求められる合焦位置（仮合焦位置）からｄだけ
ずれた位置でコントラストを測定すると、周波数ν0 で
は偽合焦となるためコントラストが測定されるが、周波
数ν1 ではコントラストが大きく低下することがわか
る。従って、まず前記仮合焦位置においてＣ0 ，Ｃ1の
値を測定する。この求め方は第１実施例において示した
方法と同様である。周波数の切換えはピクセルのサンプ
リング数を変えることで実現でき、この切換えはＣＰＵ
８の内部において行われる。
【００３１】そして、Ｃ1 −Δ＞０であれば、この位
置を合焦位置と判断し、Ｃ0 を測定した位置にステージ
又は対物レンズを移動させればよい。一方、前記の条
件を満足しない場合には、前記仮合焦位置から合焦・偽
合焦位置間距離と同距離だけ対物レンズ・試料間の間隔
を拡げた位置に調節手段７によりステージ又は対物レン
ズを移動させ、周波数ν1 におけるＣ2 の値を測定す
る。ここで、Ｃ0 とＣ2との値をＣＰＵ８において比較
し、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位置を
合焦位置と判断し、この位置にステージ又は対物レンズ
を移動させる。又、Ｃ0 −Ｃ2 ＞０であれば、Ｃ2 を
測定した位置は合焦位置ではないので、この位置の仮合
焦位置に対する対称位置を合焦位置と判断すればよい。
本実施例の操作手順を図８に示す。
置を合焦位置と判断し、Ｃ0 を測定した位置にステージ
又は対物レンズを移動させればよい。一方、前記の条
件を満足しない場合には、前記仮合焦位置から合焦・偽
合焦位置間距離と同距離だけ対物レンズ・試料間の間隔
を拡げた位置に調節手段７によりステージ又は対物レン
ズを移動させ、周波数ν1 におけるＣ2 の値を測定す
る。ここで、Ｃ0 とＣ2との値をＣＰＵ８において比較
し、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位置を
合焦位置と判断し、この位置にステージ又は対物レンズ
を移動させる。又、Ｃ0 −Ｃ2 ＞０であれば、Ｃ2 を
測定した位置は合焦位置ではないので、この位置の仮合
焦位置に対する対称位置を合焦位置と判断すればよい。
本実施例の操作手順を図８に示す。
【００３２】第６実施例 本実施例にかかる顕微鏡自動焦点位置検出装置の装置構
成，開口数及び周波数は第５実施例に示したものと同様
である。本実施例では、最初に検出された合焦位置を初
期位置とし、更に合焦位置の検出を繰り返し行いより高
い精度の合焦位置の検出を行うことができるようになっ
ている。即ち、第５実施例の操作手順にフィードバック
をかける構成になっている。本実施例の操作手順を図９
に示す。
成，開口数及び周波数は第５実施例に示したものと同様
である。本実施例では、最初に検出された合焦位置を初
期位置とし、更に合焦位置の検出を繰り返し行いより高
い精度の合焦位置の検出を行うことができるようになっ
ている。即ち、第５実施例の操作手順にフィードバック
をかける構成になっている。本実施例の操作手順を図９
に示す。
【００３３】以上説明したように、本発明による焦点位
置自動検出装置は、前記特許請求の範囲に記載の特徴に
合わせて、以下のような特徴も有している。
置自動検出装置は、前記特許請求の範囲に記載の特徴に
合わせて、以下のような特徴も有している。
【００３４】（１）非全走査式コントラスト法による前
記周波数ν0 における合焦位置でのコントラストＣ
0 と、この合焦位置から前記合焦・偽合焦位置間距離と
同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げた位置での
コントラストＣ+ と、それを縮めた位置でのコントラス
トＣ- とにおいて、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且つＣ0 −Ｃ- ＞０
であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判断してこ
の位置にステージ又は対物レンズを移動させ、又、Ｃ0
−Ｃ+ ＜０であれば、Ｃ+ を測定した位置を合焦位置と
して判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移動
させ、又、Ｃ0 −Ｃ - ＜０であれば、Ｃ- を測定した位
置を合焦として判断してこの位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させ得るようにしたことを特徴とする請求項
１に記載の顕微鏡自動焦点位置検出装置。
記周波数ν0 における合焦位置でのコントラストＣ
0 と、この合焦位置から前記合焦・偽合焦位置間距離と
同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げた位置での
コントラストＣ+ と、それを縮めた位置でのコントラス
トＣ- とにおいて、Ｃ0 −Ｃ+ ＞０且つＣ0 −Ｃ- ＞０
であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判断してこ
の位置にステージ又は対物レンズを移動させ、又、Ｃ0
−Ｃ+ ＜０であれば、Ｃ+ を測定した位置を合焦位置と
して判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移動
させ、又、Ｃ0 −Ｃ - ＜０であれば、Ｃ- を測定した位
置を合焦として判断してこの位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させ得るようにしたことを特徴とする請求項
１に記載の顕微鏡自動焦点位置検出装置。
【００３５】（２）非全走査式コントラスト法による前
記周波数ν0 における合焦位置でのコントラストＣ
0 と、この位置から前記合焦・偽合焦位置間距離と同間
隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた
位置でのコントラストＣ2 と、あるしきい値Δに対し、
Ｃ2 −Δ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位置のＣ0 を測
定した位置に対する対称位置を合焦位置と判断してこの
位置にステージ又は対物レンズを移動させ、又、Ｃ2 −
Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位
置を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させ、又、Ｃ2 −Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０
であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判断してこ
の位置にステージ又は対物レンズを移動させるようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡自動焦点位
置検出装置。
記周波数ν0 における合焦位置でのコントラストＣ
0 と、この位置から前記合焦・偽合焦位置間距離と同間
隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた
位置でのコントラストＣ2 と、あるしきい値Δに対し、
Ｃ2 −Δ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位置のＣ0 を測
定した位置に対する対称位置を合焦位置と判断してこの
位置にステージ又は対物レンズを移動させ、又、Ｃ2 −
Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ2 を測定した位
置を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させ、又、Ｃ2 −Δ＞０且つＣ0 −Ｃ2 ＜０
であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦位置と判断してこ
の位置にステージ又は対物レンズを移動させるようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡自動焦点位
置検出装置。
【００３６】（３）請求項１に記載の顕微鏡自動焦点位
置検出装置において検出した合焦位置を初期位置とし、
再度繰り返して合焦位置を検出するようにしたことを特
徴とする顕微鏡自動焦点位置検出装置。
置検出装置において検出した合焦位置を初期位置とし、
再度繰り返して合焦位置を検出するようにしたことを特
徴とする顕微鏡自動焦点位置検出装置。
【００３７】（４）非全走査式コントラスト法により検
出された合焦位置において、撮像素子の大きさ又はその
整数倍の大きさにより定まる二つの周波数ν0 ，ν1 に
おいて、周波数ν0 でのコントラストＣ0 と、周波数ν
1 でのコントラストＣ1 と、前記合焦位置から照明系の
輪帯の内径及び外径で夫々定まる２つの開口数と前記周
波数ν0 とにより定まる合焦・偽合焦位置間距離と同間
隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた
位置でのコントラストＣ2 と、あるしきい値Δとにおい
て、Ｃ1 −Δ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦
位置と判断してこの位置ステージ又は対物レンズを移動
させ、又、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ 2 を測定した位
置を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させ、又、Ｃ0 −Ｃ2 ＞０であれば、Ｃ2 を
測定した位置のＣ0 を測定した位置に対する対称位置を
合焦と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移
動させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の
顕微鏡自動焦点位置検出装置。
出された合焦位置において、撮像素子の大きさ又はその
整数倍の大きさにより定まる二つの周波数ν0 ，ν1 に
おいて、周波数ν0 でのコントラストＣ0 と、周波数ν
1 でのコントラストＣ1 と、前記合焦位置から照明系の
輪帯の内径及び外径で夫々定まる２つの開口数と前記周
波数ν0 とにより定まる合焦・偽合焦位置間距離と同間
隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を拡げるか又は縮めた
位置でのコントラストＣ2 と、あるしきい値Δとにおい
て、Ｃ1 −Δ＞０であれば、Ｃ0 を測定した位置を合焦
位置と判断してこの位置ステージ又は対物レンズを移動
させ、又、Ｃ0 −Ｃ2 ＜０であれば、Ｃ 2 を測定した位
置を合焦位置と判断してこの位置にステージ又は対物レ
ンズを移動させ、又、Ｃ0 −Ｃ2 ＞０であれば、Ｃ2 を
測定した位置のＣ0 を測定した位置に対する対称位置を
合焦と判断してこの位置にステージ又は対物レンズを移
動させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の
顕微鏡自動焦点位置検出装置。
【００３８】（５）請求項２に記載の顕微鏡自動焦点位
置検出装置において検出した合焦位置を初期位置とし、
再度繰り返して合焦位置を検出するようにしたことを特
徴とする顕微鏡自動焦点位置検出装置。
置検出装置において検出した合焦位置を初期位置とし、
再度繰り返して合焦位置を検出するようにしたことを特
徴とする顕微鏡自動焦点位置検出装置。
【００３９】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、位相差
顕微鏡等の輪帯照明系を有する顕微鏡において、非全走
査式コントラスト法を用いても誤った合焦位置を検出す
ることがなく、高精度の合焦位置検出を行うことができ
る顕微鏡自動焦点位置検出装置を提供することができ
る。
顕微鏡等の輪帯照明系を有する顕微鏡において、非全走
査式コントラスト法を用いても誤った合焦位置を検出す
ることがなく、高精度の合焦位置検出を行うことができ
る顕微鏡自動焦点位置検出装置を提供することができ
る。
【図１】本発明の第一実施例にかかる焦点位置自動検出
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施例の装置におけるコントラストのデフ
ォーカス特性を示すグラフである。
ォーカス特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施例の操作手順を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図４】第２実施例の装置におけるコントラストのデフ
ォーカス特性を示すグラフである。
ォーカス特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第３実施例の操作手順を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図６】本発明の第４実施例の操作手順を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図７】第５実施例の装置におけるコントラストのデフ
ォーカス特性を示すグラフである。
ォーカス特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第５実施例の操作手順を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図９】本発明の第６実施例の操作手順を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図１０】従来の一般的な位相差顕微鏡の光学系の構成
を示す光軸に沿う断面図である。
を示す光軸に沿う断面図である。
【図１１】輪帯照明系の開口数を決定する様子を示す図
である。
である。
【図１２】輪帯照明系を有する顕微鏡光学系におけるコ
ントラストのデフォーカス特性を示すグラフである。
ントラストのデフォーカス特性を示すグラフである。
１ 輪帯開口 ２ コンデンサレンズ ３ ステージ ４ 対物レンズ ５ 結像レンズ ６ 撮像素子 ７ 調節手段 ８ ＣＰＵ ９ Ａ／Ｄコンバータ １０ プリアンプ
Claims (2)
- 【請求項１】 被観察試料の像を形成するための光学系
と、 該光学系で得られる光学像を光電変換する撮像素子と、 該撮像素子から得られる電気信号をＡ／Ｄ変換した画像
データを記憶させ該画像データを処理してコントラスト
を計算する装置と、 前記コントラストを比較する装置と、 結像系レンズ又は試料台を移動させる装置と、 該結像系レンズ又は試料台の位置を記憶させる装置と、
を具備し、 現在位置での画像コントラストと所定距離だけ対物レン
ズ又は被観察試料を光軸方向に移動した位置でのコント
ラストとを比較し、その変化量等から次に前記結像系レ
ンズ又は試料台の移動すべき距離を決定し、その移動す
べき距離，コントラスト変化量等が一定値以下となれば
その位置を焦点位置と判断する自動焦点位置検出装置に
おいて、 被観察試料の像を形成するための輪帯照明系を有する顕
微鏡光学系を備え、 前記自動焦点位置検出装置で合焦位置と判断した位置
と、 該位置から対物レンズの開口数と前記照明系の輪帯の対
物瞳での共役像の内径及び外径で夫々決定される二つの
開口数の前記対物レンズの開口数に対する比と前記撮像
素子の大きさ又はその整数倍の大きさで決定される一つ
の周波数ν0 とにより求められる合焦・偽合焦位置間距
離と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を変え、 前記合焦・偽合焦位置間の少なくとも一箇所でコントラ
スト測定を行い、測定したコントラスト値の比較により
合焦位置を検出するようにしたことを特徴とする顕微鏡
自動焦点位置検出装置。 - 【請求項２】 被観察試料の像を形成するための光学系
と、 該光学系で得られる光学像を光電変換する撮像素子と、 該撮像素子から得られる電気信号をＡ／Ｄ変換した画像
データを記憶させ該画像データを処理してコントラスト
を計算する装置と、 前記コントラストを比較する装置と、 結像系レンズ又は試料台を移動させる装置と、 該結像系レンズ又は試料台の位置を記憶させる装置と、
を具備し、 現在位置での画像コントラストと所定距離だけ対物レン
ズ又は被観察試料を光軸方向に移動した位置でのコント
ラストとを比較し、その変化量等から次に前記結像系レ
ンズ又は試料台の移動すべき距離を決定し、その移動す
べき距離，コントラスト変化量等が一定値以下となれば
その位置を合焦位置と判断する自動焦点位置検出装置に
おいて、 被観察試料の像を形成するための輪帯照明系を有する顕
微鏡光学系を備え、 前記自動焦点位置検出装置で合焦位置と判断した位置
と、該位置から対物レンズの開口数と前記照明系の輪帯
の対物瞳での共役像の内径及び外径で夫々決定される二
つの開口数の前記対物レンズの開口数に対する比と撮像
素子の大きさ又はその整数倍の大きさで決定される一つ
の周波数ν0 とにより求められる合焦・偽合焦位置間距
離と同間隔だけ対物レンズ・試料間の間隔を変え、前記
合焦・偽合焦位置間の少なくとも一箇所で少なくとも二
つの周波数によりコントラスト測定を行い、測定したコ
ントラスト値の比較により合焦位置を検出するようにし
たことを特徴とする顕微鏡自動焦点位置検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32682694A JP3458017B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 顕微鏡自動焦点位置検出装置 |
| US08/580,369 US5710662A (en) | 1994-12-28 | 1995-12-28 | Automatic focus detection device for microscopes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32682694A JP3458017B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 顕微鏡自動焦点位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08184747A true JPH08184747A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3458017B2 JP3458017B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=18192151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32682694A Expired - Fee Related JP3458017B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 顕微鏡自動焦点位置検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5710662A (ja) |
| JP (1) | JP3458017B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008542800A (ja) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | オリンパス・ソフト・イメージング・ソリューションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | コントラストを評価して試料を走査するための方法および装置 |
| JP2011154042A (ja) * | 2004-03-11 | 2011-08-11 | Icos Vision Systems Nv | 波面操作および改良３ｄ測定方法および装置 |
| CN109696298A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-30 | 上海复享光学股份有限公司 | 角度依赖成像测量系统及方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3129245B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2001-01-29 | オムロン株式会社 | 撮像装置 |
| JP2001208974A (ja) * | 2000-01-24 | 2001-08-03 | Nikon Corp | 共焦点型顕微鏡及び一括照明型顕微鏡 |
| US6974938B1 (en) * | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
| GB2385481B (en) * | 2002-02-13 | 2004-01-07 | Fairfield Imaging Ltd | Microscopy imaging system and method |
| JP4121849B2 (ja) * | 2002-12-26 | 2008-07-23 | オリンパス株式会社 | 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 |
| DE102004030961B4 (de) * | 2004-06-26 | 2008-12-11 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Bestimmen einer Matrix von Transmissionskreuzkoeffizienten bei einer optischen Näherungskorrektur von Maskenlayouts |
| JP5376206B2 (ja) * | 2007-12-05 | 2013-12-25 | 富士フイルム株式会社 | 位置特定システムおよびプログラム |
| JP5189966B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2013-04-24 | 株式会社ミツトヨ | オートフォーカス装置 |
| JP5522989B2 (ja) * | 2009-07-08 | 2014-06-18 | オリンパス株式会社 | 観察光学系及びそれを備えた顕微鏡 |
| JP5390292B2 (ja) * | 2009-08-06 | 2014-01-15 | 株式会社ミツトヨ | 画像測定機 |
| JP5951211B2 (ja) * | 2011-10-04 | 2016-07-13 | オリンパス株式会社 | 合焦制御装置及び内視鏡装置 |
| US8576390B1 (en) | 2012-07-31 | 2013-11-05 | Cognex Corporation | System and method for determining and controlling focal distance in a vision system camera |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4002899A (en) * | 1974-12-04 | 1977-01-11 | Honeywell Inc. | Focus detecting apparatus |
| JPS5576310A (en) * | 1978-12-05 | 1980-06-09 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Automatic focusing device |
| US4639587A (en) * | 1984-02-22 | 1987-01-27 | Kla Instruments Corporation | Automatic focusing system for a microscope |
| US4888609A (en) * | 1985-01-17 | 1989-12-19 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Automatic focus adjusting apparatus |
| US4935612A (en) * | 1986-05-16 | 1990-06-19 | Reichert Jung Optische Werks, A.G. | Autofocus system and method of using the same |
| JPH0774856B2 (ja) * | 1986-10-16 | 1995-08-09 | オリンパス光学工業株式会社 | 自動焦点調節方法 |
| JPH0237313A (ja) * | 1988-07-27 | 1990-02-07 | Hitachi Ltd | 自動焦点位置検出方法 |
| JPH02190808A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-26 | Nec Corp | 顕微鏡の自動焦点装置 |
| GB2273994A (en) * | 1992-12-18 | 1994-07-06 | Morphometrix Inc | Process microscopy system |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP32682694A patent/JP3458017B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-12-28 US US08/580,369 patent/US5710662A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011154042A (ja) * | 2004-03-11 | 2011-08-11 | Icos Vision Systems Nv | 波面操作および改良３ｄ測定方法および装置 |
| JP2008542800A (ja) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | オリンパス・ソフト・イメージング・ソリューションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | コントラストを評価して試料を走査するための方法および装置 |
| CN109696298A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-30 | 上海复享光学股份有限公司 | 角度依赖成像测量系统及方法 |
| CN109696298B (zh) * | 2018-12-10 | 2024-01-26 | 上海复享光学股份有限公司 | 角度依赖成像测量系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5710662A (en) | 1998-01-20 |
| JP3458017B2 (ja) | 2003-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH08184747A (ja) | 顕微鏡自動焦点位置検出装置 | |
| US20170328842A1 (en) | Defect observation method and defect observation device | |
| US5235375A (en) | Focusing position detecting and automatic focusing apparatus with optimal focusing position calculation method | |
| JP2006084794A (ja) | 焦点位置制御機構付き観察装置 | |
| JPH09281384A (ja) | オートフォーカス制御装置 | |
| JP2003512655A (ja) | 自動焦点ｚステージ | |
| JP3579166B2 (ja) | 走査型レーザ顕微鏡 | |
| JP2000182555A (ja) | 自動焦点合わせ装置 | |
| JP5137772B2 (ja) | 共焦点顕微鏡 | |
| JP4433662B2 (ja) | 自動焦点合わせ装置およびそれを備えた顕微鏡 | |
| JP2000352661A (ja) | 合焦装置 | |
| JP4307598B2 (ja) | 合焦装置 | |
| EP0451865B1 (en) | Automatic focusing apparatus with optimal focusing position calculation method | |
| JP2001006599A (ja) | 電子ビーム装置における電子ビーム制御方法 | |
| JPH09304684A (ja) | 収束型オ−トフォ−カス法 | |
| JP2938515B2 (ja) | 自動合焦装置 | |
| JP2002334678A (ja) | 走査型荷電粒子ビーム装置におけるオートフォーカス方法および走査型荷電粒子ビーム装置 | |
| JPH09127403A (ja) | 自動焦点検出装置 | |
| JP3403451B2 (ja) | 顕微鏡用自動合焦装置 | |
| JP2003075118A (ja) | 走査型レーザ顕微鏡 | |
| JP3423091B2 (ja) | 顕微鏡及びその自動焦点検出方法 | |
| JP2000009423A (ja) | 光学機器のピント調整装置 | |
| JP2003042720A (ja) | 高さ測定装置 | |
| JPH10319313A (ja) | 自動焦点検出装置 | |
| JPH06317739A (ja) | 顕微鏡用自動焦点検出装置 |
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: 20030722 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080801 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090801 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100801 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |