JPH08334668A - 自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡 - Google Patents
自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡Info
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- JPH08334668A JPH08334668A JP13944295A JP13944295A JPH08334668A JP H08334668 A JPH08334668 A JP H08334668A JP 13944295 A JP13944295 A JP 13944295A JP 13944295 A JP13944295 A JP 13944295A JP H08334668 A JPH08334668 A JP H08334668A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザダイオード等によるレーザスポット光を
試料の表面に投射し、試料から反射したレーザ光をハー
フミラーを介して光軸から傾斜して設けたラインセンサ
上に結像し光量を検出して、凹凸のある試料に対応可能
とした自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡を提供するこ
と。 【構成】少なくとも、対物レンズ３と結像レンズ４とを
備えた光学顕微鏡であって、少なくとも、試料台１と駆
動機構部６とを備えた合焦点手段を有する自動合焦点装
置を備えた光学顕微鏡において、試料にレーザ光を投射
する手段１１〜１３と、レーザ光を反射するハーフミラ
ー７と、合焦点用結像レンズ８と、ラインセンサ１０
と、一定周期で回動する反射鏡９とを有し、反射鏡９の
回動による入射光が最大となるラインセンサ１０上の位
置を検出し、ラインセンサ上の位置までの光路長とあら
かじめ設定した焦点位置までの光路長との差を得て合焦
点検出信号とし、合焦点検出信号により試料台を垂直方
向に移動させる。
試料の表面に投射し、試料から反射したレーザ光をハー
フミラーを介して光軸から傾斜して設けたラインセンサ
上に結像し光量を検出して、凹凸のある試料に対応可能
とした自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡を提供するこ
と。 【構成】少なくとも、対物レンズ３と結像レンズ４とを
備えた光学顕微鏡であって、少なくとも、試料台１と駆
動機構部６とを備えた合焦点手段を有する自動合焦点装
置を備えた光学顕微鏡において、試料にレーザ光を投射
する手段１１〜１３と、レーザ光を反射するハーフミラ
ー７と、合焦点用結像レンズ８と、ラインセンサ１０
と、一定周期で回動する反射鏡９とを有し、反射鏡９の
回動による入射光が最大となるラインセンサ１０上の位
置を検出し、ラインセンサ上の位置までの光路長とあら
かじめ設定した焦点位置までの光路長との差を得て合焦
点検出信号とし、合焦点検出信号により試料台を垂直方
向に移動させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡焦点内に試料を
設定し、観察のため水平方向に試料を動かした場合、試
料の凹凸に対しても、常に合焦点となるように追従する
自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡に関するものであ
る。
設定し、観察のため水平方向に試料を動かした場合、試
料の凹凸に対しても、常に合焦点となるように追従する
自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡の従
来技術を説明するための概略構成配置図を図６に示す。
図６において、６２は光学顕微鏡で観察する試料、６１
は、試料６２を載置する試料台、６３は、光学顕微鏡を
構成する対物レンズ、６４は、光学顕微鏡を構成する結
像レンズ、６５は、結像レンズ６４の結像面位置、６６
は、試料台６１を上下に移動させる駆動機構部、６７
は、光学顕微鏡の光路中に設けたハーフミラー、６８
は、ハーフミラー６７で反射した光を結像する合焦点用
結像レンズ、７０は、合焦点用結像レンズ６８の結像面
位置より前ピン位置に設けた光電変換素子、６９は、合
焦点用結像レンズ６８の光路中に設けたハーフミラー、
７１は、ハーフミラー６９で反射した合焦点用結像レン
ズ６８の結像面位置より後ピン位置に設けた光電変換素
子を示す。
来技術を説明するための概略構成配置図を図６に示す。
図６において、６２は光学顕微鏡で観察する試料、６１
は、試料６２を載置する試料台、６３は、光学顕微鏡を
構成する対物レンズ、６４は、光学顕微鏡を構成する結
像レンズ、６５は、結像レンズ６４の結像面位置、６６
は、試料台６１を上下に移動させる駆動機構部、６７
は、光学顕微鏡の光路中に設けたハーフミラー、６８
は、ハーフミラー６７で反射した光を結像する合焦点用
結像レンズ、７０は、合焦点用結像レンズ６８の結像面
位置より前ピン位置に設けた光電変換素子、６９は、合
焦点用結像レンズ６８の光路中に設けたハーフミラー、
７１は、ハーフミラー６９で反射した合焦点用結像レン
ズ６８の結像面位置より後ピン位置に設けた光電変換素
子を示す。
【０００３】図６を使用し、従来技術による自動合焦点
装置を備えた光学顕微鏡の複数の例を説明する。光学顕
微鏡は、試料台６１上に載置した試料６２を、対物レン
ズ６３の焦点位置に設定し、試料６２の所望光学像を結
像レンズ６４による結像面位置６５に結像し、観察す
る。このような光学顕微鏡において、結像レンズ６４に
よる結像面位置６５に、光電変換装置例えばテレビカメ
ラ（図示していない。）を配置し、テレビカメラから、
試料６２の所望光学像を撮像した映像信号を出力する。
テレビカメラから出力された映像信号は、例えばプロセ
ス装置（図示していない。）に入力され、微分成分が検
出され、微分成分に応じた出力がプロセス装置から試料
台６１を上下に移動させる駆動機構部６６へ出力され
る。駆動機構部６６は、プロセス装置で検出される微分
成分が最大出力となるように、検出出力に応じて試料６
２が載置された試料台６１を上下に駆動し、試料６２と
対物レンズ６３の相対距離を合焦点となるように制御す
る手段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡があ
る。
装置を備えた光学顕微鏡の複数の例を説明する。光学顕
微鏡は、試料台６１上に載置した試料６２を、対物レン
ズ６３の焦点位置に設定し、試料６２の所望光学像を結
像レンズ６４による結像面位置６５に結像し、観察す
る。このような光学顕微鏡において、結像レンズ６４に
よる結像面位置６５に、光電変換装置例えばテレビカメ
ラ（図示していない。）を配置し、テレビカメラから、
試料６２の所望光学像を撮像した映像信号を出力する。
テレビカメラから出力された映像信号は、例えばプロセ
ス装置（図示していない。）に入力され、微分成分が検
出され、微分成分に応じた出力がプロセス装置から試料
台６１を上下に移動させる駆動機構部６６へ出力され
る。駆動機構部６６は、プロセス装置で検出される微分
成分が最大出力となるように、検出出力に応じて試料６
２が載置された試料台６１を上下に駆動し、試料６２と
対物レンズ６３の相対距離を合焦点となるように制御す
る手段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡があ
る。
【０００４】しかし、前記のような自動合焦点装置を備
えた光学顕微鏡は、光学顕微鏡の結像面位置６５に配置
した光電変換装置により光電変換された映像信号の微分
成分を検出するものであるため、合焦点を行なうときの
映像信号から微分成分が検出されないと合焦点は不可能
であり、合焦点は、試料６２に段差や輝度変化があり、
明確な輪郭を有する試料６２に限られることになる。し
かしながら、試料６２は、段差や輝度変化があり、輪郭
が明確なものばかりとは限らないため、前記自動合焦点
装置を備えた光学顕微鏡の欠点を補う手段（図示してい
ない。）として、輪郭が明確でない試料６２上に、輝度
変化のあるパターンを投影し、疑似輪郭を常に形成し
て、疑似輪郭を含む映像信号から微分成分を検出する手
段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡がある。
えた光学顕微鏡は、光学顕微鏡の結像面位置６５に配置
した光電変換装置により光電変換された映像信号の微分
成分を検出するものであるため、合焦点を行なうときの
映像信号から微分成分が検出されないと合焦点は不可能
であり、合焦点は、試料６２に段差や輝度変化があり、
明確な輪郭を有する試料６２に限られることになる。し
かしながら、試料６２は、段差や輝度変化があり、輪郭
が明確なものばかりとは限らないため、前記自動合焦点
装置を備えた光学顕微鏡の欠点を補う手段（図示してい
ない。）として、輪郭が明確でない試料６２上に、輝度
変化のあるパターンを投影し、疑似輪郭を常に形成し
て、疑似輪郭を含む映像信号から微分成分を検出する手
段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡がある。
【０００５】前記自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡
は、１度に光学顕微鏡の光軸方向上の１点の微分成分を
検出する。光軸方向上の複数点の微分成分は、試料台６
１を駆動部６６で光軸方向上に動かしながら得られる。
得られた複数の微分成分のなかで最大微分成分を有する
試料６２と対物レンズ６３の相対距離を合焦点位置とし
て制御する手段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕
微鏡である。したがって、光軸方向上の複数点の微分成
分を調べるのに、検出時間と駆動時間を必要とし、すば
やい合焦点検出ができないという問題がある。
は、１度に光学顕微鏡の光軸方向上の１点の微分成分を
検出する。光軸方向上の複数点の微分成分は、試料台６
１を駆動部６６で光軸方向上に動かしながら得られる。
得られた複数の微分成分のなかで最大微分成分を有する
試料６２と対物レンズ６３の相対距離を合焦点位置とし
て制御する手段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕
微鏡である。したがって、光軸方向上の複数点の微分成
分を調べるのに、検出時間と駆動時間を必要とし、すば
やい合焦点検出ができないという問題がある。
【０００６】さらに、従来技術による合焦点方向を検出
する手段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡
を、図６を使用して説明をする。光学顕微鏡の光路、詳
しくは、対物レンズ６３から結像レンズ６４への光路中
にハーフミラー６７を設置し、ハーフミラー６７による
反射光を合焦点用結像レンズ６８により結像させる。合
焦点用結像レンズ６８による結像面位置より前ピン位置
に前ピンセンサとして光電変換素子７０を設け、合焦点
用結像レンズ６８から光電変換素子７０への光路中にハ
ーフミラー６９を設置し、ハーフミラー６９により反射
した合焦点用結像レンズ６８による結像面位置より後ピ
ン位置に後ピンセンサとして光電変換素子７１を設け
る。
する手段を有する自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡
を、図６を使用して説明をする。光学顕微鏡の光路、詳
しくは、対物レンズ６３から結像レンズ６４への光路中
にハーフミラー６７を設置し、ハーフミラー６７による
反射光を合焦点用結像レンズ６８により結像させる。合
焦点用結像レンズ６８による結像面位置より前ピン位置
に前ピンセンサとして光電変換素子７０を設け、合焦点
用結像レンズ６８から光電変換素子７０への光路中にハ
ーフミラー６９を設置し、ハーフミラー６９により反射
した合焦点用結像レンズ６８による結像面位置より後ピ
ン位置に後ピンセンサとして光電変換素子７１を設け
る。
【０００７】合焦点用結像レンズ６８の結像面位置の前
後に光電変換素子７０、７１をそれぞれ配置し、図７に
示すような前ピン信号、後ピン信号を得て、その差出力
に応じて駆動機構部６６を駆動し、試料台６１を上下に
移動させ、合焦点位置を得る自動合焦点装置を備えた光
学顕微鏡がある。前ピン信号と後ピン信号の微分成分出
力が同じになる光軸方向距離を合焦点位置とする手段で
あり、前ピン位置と後ピン位置の結像は両者共に合焦点
でなくボケているため、一般的にボケ方式と言われてい
る。
後に光電変換素子７０、７１をそれぞれ配置し、図７に
示すような前ピン信号、後ピン信号を得て、その差出力
に応じて駆動機構部６６を駆動し、試料台６１を上下に
移動させ、合焦点位置を得る自動合焦点装置を備えた光
学顕微鏡がある。前ピン信号と後ピン信号の微分成分出
力が同じになる光軸方向距離を合焦点位置とする手段で
あり、前ピン位置と後ピン位置の結像は両者共に合焦点
でなくボケているため、一般的にボケ方式と言われてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来技術による自動合
焦点装置を備えた光学顕微鏡においては、前者の従来技
術では、試料の観察したい個所の映像信号から微分成分
を検出し、合焦点となるように制御するので高精度であ
るが時間がかかるという問題がある。また、試料にパタ
ーンを投影する従来技術では、試料の輪郭と投影させた
パターンの輪郭とが干渉し、観察に悪影響を与えるとい
う問題もある。後者の従来技術では、前ピンと後ピンに
よる制御であるため光軸上の２点の制御となり、複雑な
形状を有する試料に対しては、完全な制御ができないと
いう問題がある。本発明は、前記問題を解決するため
に、レーザダイオード等によるレーザスポット光を試料
の表面に投射し、試料から反射したレーザ光をハーフミ
ラーを介して光軸から傾斜して設けたラインセンサ上に
結像し光量を検出して、凹凸のある試料に対応可能とし
た自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡を提供することを
目的とする。
焦点装置を備えた光学顕微鏡においては、前者の従来技
術では、試料の観察したい個所の映像信号から微分成分
を検出し、合焦点となるように制御するので高精度であ
るが時間がかかるという問題がある。また、試料にパタ
ーンを投影する従来技術では、試料の輪郭と投影させた
パターンの輪郭とが干渉し、観察に悪影響を与えるとい
う問題もある。後者の従来技術では、前ピンと後ピンに
よる制御であるため光軸上の２点の制御となり、複雑な
形状を有する試料に対しては、完全な制御ができないと
いう問題がある。本発明は、前記問題を解決するため
に、レーザダイオード等によるレーザスポット光を試料
の表面に投射し、試料から反射したレーザ光をハーフミ
ラーを介して光軸から傾斜して設けたラインセンサ上に
結像し光量を検出して、凹凸のある試料に対応可能とし
た自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡は、少
なくとも、観察する試料に焦点を結ぶように設けられた
対物レンズと、該対物レンズからの光の結像を所定結像
面位置に結ぶように設けられた結像レンズとを備えた光
学顕微鏡であって、少なくとも、前記試料を載置し水平
方向および垂直方向に移動可能な試料台と、入力される
合焦点検出信号に応じて前記試料台を垂直方向に移動さ
せる駆動機構部とからなる自動合焦点装置を備えた光学
顕微鏡において、前記試料台に載置された試料にレーザ
光を投射する手段と、前記試料から反射するレーザ光を
反射するための前記光学顕微鏡の光路中に設けたハーフ
ミラーと、該ハーフミラーからの反射光の結像を、前記
対物レンズの焦点と共役位置に結ぶ合焦点用結像レンズ
と、該合焦点用結像レンズの結像点において、光軸に対
し所要の傾きで設けた複数の光電変換素子からなるライ
ンセンサと、前記合焦点用結像レンズの光路中に設けた
一定周期で回動する反射鏡とを有し、該反射鏡の回動に
よる入射光が最大となる前記ラインセンサ上の位置を検
出し、該ラインセンサ上の位置までの光路長とあらかじ
め設定した焦点位置までの光路長との差を得て合焦点検
出信号とし、該合焦点検出信号により前記試料台を垂直
方向に移動させるものである。
に、本発明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡は、少
なくとも、観察する試料に焦点を結ぶように設けられた
対物レンズと、該対物レンズからの光の結像を所定結像
面位置に結ぶように設けられた結像レンズとを備えた光
学顕微鏡であって、少なくとも、前記試料を載置し水平
方向および垂直方向に移動可能な試料台と、入力される
合焦点検出信号に応じて前記試料台を垂直方向に移動さ
せる駆動機構部とからなる自動合焦点装置を備えた光学
顕微鏡において、前記試料台に載置された試料にレーザ
光を投射する手段と、前記試料から反射するレーザ光を
反射するための前記光学顕微鏡の光路中に設けたハーフ
ミラーと、該ハーフミラーからの反射光の結像を、前記
対物レンズの焦点と共役位置に結ぶ合焦点用結像レンズ
と、該合焦点用結像レンズの結像点において、光軸に対
し所要の傾きで設けた複数の光電変換素子からなるライ
ンセンサと、前記合焦点用結像レンズの光路中に設けた
一定周期で回動する反射鏡とを有し、該反射鏡の回動に
よる入射光が最大となる前記ラインセンサ上の位置を検
出し、該ラインセンサ上の位置までの光路長とあらかじ
め設定した焦点位置までの光路長との差を得て合焦点検
出信号とし、該合焦点検出信号により前記試料台を垂直
方向に移動させるものである。
【００１０】また、本発明の自動合焦点装置を備えた光
学顕微鏡は、ラインセンサが、対物レンズの倍率の切換
えに応じて光軸に対する傾きを変化させる手段を有し、
切換えた対物レンズの倍率に適した合焦点検出信号を得
て、試料台を垂直方向に移動させるものである。また、
本発明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡は、試料に
レーザ光を投射する手段が、少なくとも、レーザ発光源
と、該レーザ発光源で発光したレーザ光の発光束を拡大
するビームエキスパンダと、拡大されたレーザ光を試料
へ投射するように光学顕微鏡の光路中に設けられたハー
フミラーとを有するものである。
学顕微鏡は、ラインセンサが、対物レンズの倍率の切換
えに応じて光軸に対する傾きを変化させる手段を有し、
切換えた対物レンズの倍率に適した合焦点検出信号を得
て、試料台を垂直方向に移動させるものである。また、
本発明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡は、試料に
レーザ光を投射する手段が、少なくとも、レーザ発光源
と、該レーザ発光源で発光したレーザ光の発光束を拡大
するビームエキスパンダと、拡大されたレーザ光を試料
へ投射するように光学顕微鏡の光路中に設けられたハー
フミラーとを有するものである。
【００１１】
【作用】本発明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡
は、少なくとも、観察する試料に焦点を結ぶように設け
られた対物レンズと、該対物レンズからの光の結像を所
定結像面位置に結ぶように設けられた結像レンズとを備
えた光学顕微鏡であり、少なくとも、前記試料を載置し
水平方向および垂直方向に移動可能な試料台と、入力さ
れる合焦点検出信号に応じて前記試料台を垂直方向に移
動させる駆動機構部とからなる自動合焦点装置を備えた
光学顕微鏡であって、前記試料台に載置された試料にレ
ーザ光を投射する手段によりレーザ光を投射し、前記光
学顕微鏡の光路中に設けたハーフミラーにより前記試料
から反射するレーザ光を反射し、前記対物レンズの焦点
と共役位置にあり光軸に対し所要の傾きで設けた複数の
光電変換素子からなるラインセンサ上に、前記ハーフミ
ラーからの反射光の結像を合焦点用結像レンズの光路中
に設けた一定周期で回動する反射鏡を介して前記合焦点
用結像レンズで結ぶことにより、前記反射鏡の回動によ
る入射光が最大となる前記ラインセンサ上の位置を検出
し、該ラインセンサ上の位置までの光路長とあらかじめ
設定した焦点位置までの光路長との差を得て合焦点検出
信号とし、該合焦点検出信号により前記試料台を垂直方
向に移動させる。
は、少なくとも、観察する試料に焦点を結ぶように設け
られた対物レンズと、該対物レンズからの光の結像を所
定結像面位置に結ぶように設けられた結像レンズとを備
えた光学顕微鏡であり、少なくとも、前記試料を載置し
水平方向および垂直方向に移動可能な試料台と、入力さ
れる合焦点検出信号に応じて前記試料台を垂直方向に移
動させる駆動機構部とからなる自動合焦点装置を備えた
光学顕微鏡であって、前記試料台に載置された試料にレ
ーザ光を投射する手段によりレーザ光を投射し、前記光
学顕微鏡の光路中に設けたハーフミラーにより前記試料
から反射するレーザ光を反射し、前記対物レンズの焦点
と共役位置にあり光軸に対し所要の傾きで設けた複数の
光電変換素子からなるラインセンサ上に、前記ハーフミ
ラーからの反射光の結像を合焦点用結像レンズの光路中
に設けた一定周期で回動する反射鏡を介して前記合焦点
用結像レンズで結ぶことにより、前記反射鏡の回動によ
る入射光が最大となる前記ラインセンサ上の位置を検出
し、該ラインセンサ上の位置までの光路長とあらかじめ
設定した焦点位置までの光路長との差を得て合焦点検出
信号とし、該合焦点検出信号により前記試料台を垂直方
向に移動させる。
【００１２】
【実施例】本発明の一実施例を、図１〜図５を使用して
説明する。図１は、本発明による自動合焦点装置を備え
た光学顕微鏡の概略構成配置図である。図１において、
２は光学顕微鏡で観察する試料、１は、試料２を載置し
て水平および垂直方向へ移動可能な試料台、３は、光学
顕微鏡を構成する対物レンズ、４は、光学顕微鏡を構成
する結像レンズ、５は、結像レンズ４の結像面位置、６
は、入力される合焦点検出信号に応じて試料台１を上下
に移動させる駆動機構部、７は、光学顕微鏡の光路中に
設けたハーフミラー、８は、ハーフミラー７で反射した
光を結像する合焦点用結像レンズ、９は、合焦点用結像
レンズ８の光路中に設けた一定の周期で回動する反射
鏡、１０は、合焦点用結像レンズ８の結像面位置に設け
た複数の光電変換素子からなるラインセンサ、１１はレ
ーザダイオード、１２は、レーザダイオード１１で発光
したレーザ光の発光束を拡大するビームエキスパンダ、
１３は、ビームエキスパンダ１２で拡大投射してきたレ
ーザ光を反射するハーフミラーを示す。
説明する。図１は、本発明による自動合焦点装置を備え
た光学顕微鏡の概略構成配置図である。図１において、
２は光学顕微鏡で観察する試料、１は、試料２を載置し
て水平および垂直方向へ移動可能な試料台、３は、光学
顕微鏡を構成する対物レンズ、４は、光学顕微鏡を構成
する結像レンズ、５は、結像レンズ４の結像面位置、６
は、入力される合焦点検出信号に応じて試料台１を上下
に移動させる駆動機構部、７は、光学顕微鏡の光路中に
設けたハーフミラー、８は、ハーフミラー７で反射した
光を結像する合焦点用結像レンズ、９は、合焦点用結像
レンズ８の光路中に設けた一定の周期で回動する反射
鏡、１０は、合焦点用結像レンズ８の結像面位置に設け
た複数の光電変換素子からなるラインセンサ、１１はレ
ーザダイオード、１２は、レーザダイオード１１で発光
したレーザ光の発光束を拡大するビームエキスパンダ、
１３は、ビームエキスパンダ１２で拡大投射してきたレ
ーザ光を反射するハーフミラーを示す。
【００１３】図１を使用し、本発明による自動合焦点装
置を備えた光学顕微鏡を説明する。光学顕微鏡は、試料
台１上に載置した試料２を、対物レンズ３の焦点位置に
設定し、試料２の所望光学像を結像レンズ４による結像
面位置５に結像させ、結像面位置５に例えばテレビカメ
ラ（図示していない。）を配置し観察する。レーザ光の
発光源である例えばレーザダイオード１１で発光したレ
ーザ光は、ビームエキスパンダ１２で発光束を拡大され
る。発光束を拡大されたレーザ光は、ハーフミラー１３
で反射し、対物レンズ３により集光され、レーザ光のス
ポットとなり試料２の表面に投射される。
置を備えた光学顕微鏡を説明する。光学顕微鏡は、試料
台１上に載置した試料２を、対物レンズ３の焦点位置に
設定し、試料２の所望光学像を結像レンズ４による結像
面位置５に結像させ、結像面位置５に例えばテレビカメ
ラ（図示していない。）を配置し観察する。レーザ光の
発光源である例えばレーザダイオード１１で発光したレ
ーザ光は、ビームエキスパンダ１２で発光束を拡大され
る。発光束を拡大されたレーザ光は、ハーフミラー１３
で反射し、対物レンズ３により集光され、レーザ光のス
ポットとなり試料２の表面に投射される。
【００１４】試料２の表面に投射されたレーザ光は、試
料２の表面で反射され、対物レンズ３およびハーフミラ
ー１３を通過し、ハーフミラー７で合焦点用結像レンズ
８へ反射される。ハーフミラー７で反射されたレーザ光
は、合焦点用結像レンズ８に入射し、一定の周期で回動
する反射鏡９で反射され、合焦点用結像レンズ８の結像
面位置に設けたラインセンサ１０へ投射される。なお、
ラインセンサ１０の中央は、合焦点用結像レンズ８と対
物レンズ３に関して、試料２の表面と共役な位置となる
ように、また、ラインセンサ１０は、光学顕微鏡の光軸
に対し所要の傾斜値を有するように配置されている。
料２の表面で反射され、対物レンズ３およびハーフミラ
ー１３を通過し、ハーフミラー７で合焦点用結像レンズ
８へ反射される。ハーフミラー７で反射されたレーザ光
は、合焦点用結像レンズ８に入射し、一定の周期で回動
する反射鏡９で反射され、合焦点用結像レンズ８の結像
面位置に設けたラインセンサ１０へ投射される。なお、
ラインセンサ１０の中央は、合焦点用結像レンズ８と対
物レンズ３に関して、試料２の表面と共役な位置となる
ように、また、ラインセンサ１０は、光学顕微鏡の光軸
に対し所要の傾斜値を有するように配置されている。
【００１５】図２に示す、一定周期で回動する反射鏡と
ラインセンサとの動作説明図を使用して、さらに説明を
する。図２において、一定周期で回動する反射鏡９が実
線で示す位置にある場合は、合焦点用結像レンズ８から
入射する光が反射鏡９で反射して光路Ｐ−Ｌｏを通過す
る。また、一定周期で回動する反射鏡９が点線で示す位
置にある場合は、合焦点用結像レンズ８から入射する光
が反射鏡９で反射して光路Ｐ−Ｌｎを通過する。したが
って、光路Ｐ−Ｌｏを通過した光は、ラインセンサ１０
の０番目の素子に入射し、光路Ｐ−Ｌｎを通過した光
は、ラインセンサ１０のｎ番目の素子に入射する。
ラインセンサとの動作説明図を使用して、さらに説明を
する。図２において、一定周期で回動する反射鏡９が実
線で示す位置にある場合は、合焦点用結像レンズ８から
入射する光が反射鏡９で反射して光路Ｐ−Ｌｏを通過す
る。また、一定周期で回動する反射鏡９が点線で示す位
置にある場合は、合焦点用結像レンズ８から入射する光
が反射鏡９で反射して光路Ｐ−Ｌｎを通過する。したが
って、光路Ｐ−Ｌｏを通過した光は、ラインセンサ１０
の０番目の素子に入射し、光路Ｐ−Ｌｎを通過した光
は、ラインセンサ１０のｎ番目の素子に入射する。
【００１６】このように、反射鏡９が、一定の周期で角
度θの回動をすることにより、光路長の差 △Ｚ＝ＰＬｏ−ＰＬｎ ・・・・・（１） で示す△Ｚ内で、光軸方向の焦点位置を判断することが
できる。本実施例においては、ラインセンサ１０の中央
の素子の入射光が、他の素子の入射光に比較して最大強
度のときを合焦点結像位置に設定するが、このときのラ
インセンサ１０の輝度分布は図３に示すＪの特性とな
る。対物レンズ３と試料２の距離が近づくと図３のｎの
特性、遠ざかると図３のｆの特性となる。したがって、
ｎの特性の場合は、試料２を対物レンズ３から離す方向
に、ｆの特性の場合は、試料２を対物レンズ３に近づけ
る方向に駆動することで自動合焦点の制御が可能とな
る。すなわち、（１）式に示したΔＺが焦点を検出でき
る範囲であり、ラインセンサ１０の傾斜値を大きくする
ことにより、△Ｚを大きくすることができる。しかし、
ラインセンサ１０の傾斜値を大きくすると、ラインセン
サ１０の素子が受光する光量が減少することになる。
度θの回動をすることにより、光路長の差 △Ｚ＝ＰＬｏ−ＰＬｎ ・・・・・（１） で示す△Ｚ内で、光軸方向の焦点位置を判断することが
できる。本実施例においては、ラインセンサ１０の中央
の素子の入射光が、他の素子の入射光に比較して最大強
度のときを合焦点結像位置に設定するが、このときのラ
インセンサ１０の輝度分布は図３に示すＪの特性とな
る。対物レンズ３と試料２の距離が近づくと図３のｎの
特性、遠ざかると図３のｆの特性となる。したがって、
ｎの特性の場合は、試料２を対物レンズ３から離す方向
に、ｆの特性の場合は、試料２を対物レンズ３に近づけ
る方向に駆動することで自動合焦点の制御が可能とな
る。すなわち、（１）式に示したΔＺが焦点を検出でき
る範囲であり、ラインセンサ１０の傾斜値を大きくする
ことにより、△Ｚを大きくすることができる。しかし、
ラインセンサ１０の傾斜値を大きくすると、ラインセン
サ１０の素子が受光する光量が減少することになる。
【００１７】また、対物レンズ３は、回転変倍機構の電
動レボルバ等により複数の対物レンズを切換えて、例え
ば５倍、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍のように変
倍することができるが、切換えた場合、それぞれ焦点深
度が異なる全倍率の自動合焦点が求められる。例えば対
物レンズ３が５倍のときは、（１）式に示した△Ｚを大
きく、かつ、光量を少なくする必要があり、１００倍の
ときは、△Ｚを小さく、かつ、光量を多くする必要があ
るので、５倍（低倍率）のときはラインセンサ１０の傾
斜値を大きくし、１００倍（高倍率）のときはラインセ
ンサ１０の傾斜値を小さくすることで、全ての倍率で自
動合焦点が可能となる。
動レボルバ等により複数の対物レンズを切換えて、例え
ば５倍、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍のように変
倍することができるが、切換えた場合、それぞれ焦点深
度が異なる全倍率の自動合焦点が求められる。例えば対
物レンズ３が５倍のときは、（１）式に示した△Ｚを大
きく、かつ、光量を少なくする必要があり、１００倍の
ときは、△Ｚを小さく、かつ、光量を多くする必要があ
るので、５倍（低倍率）のときはラインセンサ１０の傾
斜値を大きくし、１００倍（高倍率）のときはラインセ
ンサ１０の傾斜値を小さくすることで、全ての倍率で自
動合焦点が可能となる。
【００１８】また、図４に示すように、試料２の輪郭部
２ａにレーザ光のスポットが投射された場合には、レー
ザ光は乱反射して、図３に示すような最大光量＝合焦点
位置とならずに、図５に示すように輝度を表す山が２つ
以上となるときがあるが、このようなときに、最大輝度
点を焦点位置とすると誤動作となる。したがって、本発
明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡においては、誤
動作防止として、ラインセンサ１０の全素子の輝度Ｖの
和Ｓを求め、再度ラインセンサ１０の輝度をｋ＝０，
１，２と加えていき、（Ｓ／２）値に達するラインセン
サ１０の全素子位置Ｘを求め、Ｘ＝焦点位置と想定する
ことを行なう。つまり、ラインセンサ全素子の輝度Ｖの
和 を求め、 となるＸの位置を、焦点位置と想定する。本発明による
自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡によれば、高速かつ
高精度の合焦点を得ることができる。
２ａにレーザ光のスポットが投射された場合には、レー
ザ光は乱反射して、図３に示すような最大光量＝合焦点
位置とならずに、図５に示すように輝度を表す山が２つ
以上となるときがあるが、このようなときに、最大輝度
点を焦点位置とすると誤動作となる。したがって、本発
明の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡においては、誤
動作防止として、ラインセンサ１０の全素子の輝度Ｖの
和Ｓを求め、再度ラインセンサ１０の輝度をｋ＝０，
１，２と加えていき、（Ｓ／２）値に達するラインセン
サ１０の全素子位置Ｘを求め、Ｘ＝焦点位置と想定する
ことを行なう。つまり、ラインセンサ全素子の輝度Ｖの
和 を求め、 となるＸの位置を、焦点位置と想定する。本発明による
自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡によれば、高速かつ
高精度の合焦点を得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、レーザダイオード等に
よるレーザスポット光を試料の表面に投射し、試料から
反射したレーザ光をハーフミラーを介して光軸から傾斜
して設けたラインセンサ上に結像し光量を検出して、凹
凸のある試料に対応可能とした自動合焦点装置を備えた
光学顕微鏡を提供することができる。
よるレーザスポット光を試料の表面に投射し、試料から
反射したレーザ光をハーフミラーを介して光軸から傾斜
して設けたラインセンサ上に結像し光量を検出して、凹
凸のある試料に対応可能とした自動合焦点装置を備えた
光学顕微鏡を提供することができる。
【図１】本発明による自動合焦点装置を備えた光学顕微
鏡の概略構成配置図。
鏡の概略構成配置図。
【図２】本発明による自動合焦点装置を備えた光学顕微
鏡の一定周期で回動する反射鏡とラインセンサの動作説
明図。
鏡の一定周期で回動する反射鏡とラインセンサの動作説
明図。
【図３】本発明による自動合焦点装置を備えた光学顕微
鏡のラインセンサの出力波形図。
鏡のラインセンサの出力波形図。
【図４】観察する試料に投射されたレーザ光の反射状況
を説明する図。
を説明する図。
【図５】図４に示すレーザ光の反射光をラインセンサで
検出した場合の出力波形図。
検出した場合の出力波形図。
【図６】従来技術の自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡
を説明するための概略構成配置図。
を説明するための概略構成配置図。
【図７】自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡の従来技術
を説明するための出力波形図。
を説明するための出力波形図。
１、６１…試料台、２、６２…試料、３、６３…対物レ
ンズ、４、６４…結像レンズ、５、６５…結像面位置、
６、６６…駆動機構部、７、１３、６７、６９…ハーフ
ミラー、８、６８…合焦点用結像レンズ、９…反射鏡、
１０…ラインセンサ、１１…レーザダイオード、１２…
ビームエキスパンダ、７０、７１…光電変換素子。
ンズ、４、６４…結像レンズ、５、６５…結像面位置、
６、６６…駆動機構部、７、１３、６７、６９…ハーフ
ミラー、８、６８…合焦点用結像レンズ、９…反射鏡、
１０…ラインセンサ、１１…レーザダイオード、１２…
ビームエキスパンダ、７０、７１…光電変換素子。
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも、観察する試料に焦点を結ぶ
ように設けられた対物レンズと、該対物レンズからの光
の結像を所定結像面位置に結ぶように設けられた結像レ
ンズとを備えた光学顕微鏡であって、少なくとも、前記
試料を載置し水平方向および垂直方向に移動可能な試料
台と、入力される合焦点検出信号に応じて前記試料台を
垂直方向に移動させる駆動機構部とからなる自動合焦点
装置を備えた光学顕微鏡において、 前記試料台に載置された試料にレーザ光を投射する手段
と、 前記試料から反射するレーザ光を反射するための前記光
学顕微鏡の光路中に設けたハーフミラーと、 該ハーフミラーからの反射光の結像を、前記対物レンズ
の焦点と共役位置に結ぶ合焦点用結像レンズと、 該合焦点用結像レンズの結像点において、光軸に対し所
要の傾きで設けた複数の光電変換素子からなるラインセ
ンサと、 前記合焦点用結像レンズの光路中に設けた一定周期で回
動する反射鏡とを有し、 該反射鏡の回動による入射光が最大となる前記ラインセ
ンサ上の位置を検出し、該ラインセンサ上の位置までの
光路長とあらかじめ設定した焦点位置までの光路長との
差を得て合焦点検出信号とし、該合焦点検出信号により
前記試料台を垂直方向に移動させることを特徴とする自
動合焦点装置を備えた光学顕微鏡。 - 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、ラインセ
ンサは、対物レンズの倍率の切換えに応じて光軸に対す
る傾きを変化させる手段を有し、 切換えた対物レンズの倍率に適した合焦点検出信号を得
て、試料台を垂直方向に移動させることを特徴とする自
動合焦点装置を備えた光学顕微鏡。 - 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、試料にレ
ーザ光を投射する手段は、少なくとも、レーザ発光源
と、該レーザ発光源で発光したレーザ光の発光束を拡大
するビームエキスパンダと、拡大されたレーザ光を試料
へ投射するように光学顕微鏡の光路中に設けられたハー
フミラーとを有することを特徴とする自動合焦点装置を
備えた光学顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13944295A JP3390106B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13944295A JP3390106B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334668A true JPH08334668A (ja) | 1996-12-17 |
| JP3390106B2 JP3390106B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=15245303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13944295A Expired - Fee Related JP3390106B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 自動合焦点装置を備えた光学顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3390106B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005114293A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡装置 |
| FR2923619A1 (fr) * | 2007-11-13 | 2009-05-15 | Thales Sa | Dispositif de mesure de defauts d'un instrument d'imagerie a capteur opto-electronique et dispositif de correction le comportant |
| JP2014521994A (ja) * | 2011-07-29 | 2014-08-28 | エフエフイーアイ リミティド | イメージ走査のための方法及び装置 |
| CN112014362A (zh) * | 2019-05-30 | 2020-12-01 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 显微成像全谱段高压模块时间分辨荧光测量系统 |
| CN114415325A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-04-29 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 调焦光学成像系统 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7813579B2 (en) | 2004-05-24 | 2010-10-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
| JP4553030B2 (ja) | 2008-04-11 | 2010-09-29 | ソニー株式会社 | 自動焦点制御ユニット、電子機器、自動焦点制御方法 |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP13944295A patent/JP3390106B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005114293A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | 顕微鏡装置 |
| FR2923619A1 (fr) * | 2007-11-13 | 2009-05-15 | Thales Sa | Dispositif de mesure de defauts d'un instrument d'imagerie a capteur opto-electronique et dispositif de correction le comportant |
| WO2009062890A1 (fr) * | 2007-11-13 | 2009-05-22 | Thales | Dispositif de mesure de defauts d'un instrument d'imagerie a deux capteurs opto-electronique |
| US8415599B2 (en) | 2007-11-13 | 2013-04-09 | Thales | Device for measuring the defects of an imaging instrument with two opto-electronic sensors |
| JP2014521994A (ja) * | 2011-07-29 | 2014-08-28 | エフエフイーアイ リミティド | イメージ走査のための方法及び装置 |
| JP2015187748A (ja) * | 2011-07-29 | 2015-10-29 | エフエフイーアイ リミティド | イメージ走査のための方法及び装置 |
| US9903785B2 (en) | 2011-07-29 | 2018-02-27 | Ffei Limited | Method and apparatus for image scanning |
| EP3489731A1 (en) * | 2011-07-29 | 2019-05-29 | FFEI Limited | Method and apparatus for image scanning |
| CN112014362A (zh) * | 2019-05-30 | 2020-12-01 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 显微成像全谱段高压模块时间分辨荧光测量系统 |
| CN112014362B (zh) * | 2019-05-30 | 2024-04-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 显微成像全谱段高压模块时间分辨荧光测量系统 |
| CN114415325A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-04-29 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 调焦光学成像系统 |
| CN114415325B (zh) * | 2022-02-22 | 2023-11-03 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 调焦光学成像系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3390106B2 (ja) | 2003-03-24 |
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