JPH10232342A - Autofocusing device for microscope - Google Patents

Autofocusing device for microscope

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JPH10232342A
JPH10232342A JP3447197A JP3447197A JPH10232342A JP H10232342 A JPH10232342 A JP H10232342A JP 3447197 A JP3447197 A JP 3447197A JP 3447197 A JP3447197 A JP 3447197A JP H10232342 A JPH10232342 A JP H10232342A
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Japan
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objective lens
focusing
specimen
observation
focus
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Hideyuki Kondo
秀幸 近藤
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Nidec Sankyo Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an autofocusing device capable of executing autofocusing operation with high accuracy even when the depth of focus is made deep without largely influencing various kinds of specimens by the characteristic of a lens optical system. SOLUTION: In this device 1, specified voltage V is impressed on a focusing objective lens driving coil 25 based on the returned light of a laser beam irradiating the focusing reference area R2 of the specimen R, and a focusing objective lens 21 is focused on the area R2. When an actuator 50 integrally drives the coil 25, the lens 21 and an objective lens for observing a specimen 11, a driving control part 60 performs servo control so that the impressed voltage V on the coil 25 may coincide with reference voltage VO previously set, and the lens 11 is focused on the observing area R1 of the specimen R.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡観察を行う
際に対物レンズの焦点を自動的に合わせるための顕微鏡
用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 a microscope autofocus apparatus for automatically focusing an objective lens when performing microscope observation.

【0002】[0002]

【従来の技術】生物顕微鏡写真の撮影を行なうためのシ
ステムとしては、光学顕微鏡に取り付けた写真撮影装置
のフォーカス動作を自動化するために、CCDカメラに
よるオートフォーカス装置を備えたものが知られ、この
オートフォーカス装置を用いれば、目視によるフォーカ
ス動作よりも精度が良く、ボケの無い写真撮影を行なう
ことができる。すなわち、光学顕微鏡で病理標本等を撮
影する場合等には、標本の全体像を把握するための低倍
率(弱拡大)写真と、病変部を精査するための高倍率
(強拡大)写真を撮ることが多いが、低倍率写真の撮影
においては、フォーカシングが難しく、目視で観察した
ときにははっきり見えても、写真に撮影したものはボケ
でいることが多いからである。低倍率対物レンズ使用時
のフォーカシングが難しいのは、写真撮影装置の光学系
の焦点深度が目視での焦点深度よりも浅いことが原因で
ある。
2. Description of the Related Art As a system for taking a photograph of a biological microscope, there is known a system equipped with an auto-focusing device using a CCD camera in order to automate a focusing operation of a photographing device attached to an optical microscope. The use of the auto-focusing device enables the photographing to be performed with higher precision and without blur than the focusing operation by visual observation. That is, when photographing a pathological specimen or the like with an optical microscope, a low-magnification (low-magnification) photograph for grasping the entire image of the specimen and a high-magnification (high-magnification) photograph for closely examining the lesion are taken. In many cases, focusing on a low-magnification photograph is difficult, and the photographed image is often blurred even if it is clearly visible when visually observed. The difficulty in focusing when using a low-magnification objective lens is due to the fact that the depth of focus of the optical system of the photographing device is shallower than the visual depth of focus.

【0003】この点に鑑みて、本願人は、先に実願平5
−25478号明細書において、顕微鏡における対物レ
ンズの倍率が1乃至4倍程度の低倍率の場合にも、写真
撮影装置のオートフォーカスを簡単に行なうためのオー
トフォーカス装置を備えた顕微鏡写真装置を提案してい
る。このオートフォーカス装置はコントラスト検出型の
ものである。図7を参照してその動作の概要を説明す
る。オートフォーカス装置200では、光学顕微鏡およ
び写真撮影装置のレンズ光学系201を介して形成され
る被写体202の像を、CCDカメラ等の撮像素子20
3を介して取込み可能となっている。光学顕微鏡のステ
ージを移動させながら、一定のタイミングで映像信号を
取込み、その高周波成分の検出を行い、映像信号のコン
ラストを算出する。ステージは、レンズ光学系201を
その遠点側と近点側の間で走査する。この走査により曲
線Cで示すようなコントラストカーブが得られる。最も
コントラストの高い値Pが得られた位置がフォーカスポ
イントであると判断する。
[0003] In view of this point, the applicant of the present application has previously described Japanese Utility Model Application
In the specification of Japanese Patent No. 25478, there is proposed a microscope photographic device provided with an autofocus device for easily performing autofocus of the photographic device even when the magnification of the objective lens in the microscope is about 1 to 4 times. doing. This autofocus device is of a contrast detection type. An outline of the operation will be described with reference to FIG. In the autofocus device 200, an image of a subject 202 formed through a lens optical system 201 of an optical microscope and a photographing device is converted into an image by an image pickup device 20 such as a CCD camera.
3 can be taken in. While moving the stage of the optical microscope, a video signal is taken in at a certain timing, its high frequency component is detected, and the contrast of the video signal is calculated. The stage scans the lens optical system 201 between its far point side and its near point side. By this scanning, a contrast curve as shown by a curve C is obtained. It is determined that the position where the value P having the highest contrast is obtained is the focus point.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなコ
ントラスト検出型のオートフォーカス装置200を備え
たシステムは、レンズ光学系201を走査しなければ焦
点位置が検出できないため、図8に示すように連続的に
移動しているワークに対する焦点合わせには不向きであ
る。また、レンズ光学系201を通して撮像した画像信
号を用いるため、その性能はレンズ光学系201の特性
に大きく左右される。しかも、図9に実線LN1で示す
ように、ワークのコントラストが不十分の場合には正確
なオートフォーカス動作が期待できない。また、図9に
実線LN2、LN3で示すように、照度が明るすぎる場
合や暗すぎる場合には正確なオートフォーカス動作が期
待できない。さらに、図9に実線LN4で示すように、
焦点深度が深い場合には走査した結果のコントラストの
ピークが急峻でなく、その精度が低い。さらにまた金属
表面などといった光沢面では、図10に示すように、レ
ンズ光学系201の歪みによる擬解像Qによって誤動作
することもある。
However, in a system having such a contrast detection type autofocus device 200, the focus position cannot be detected unless the lens optical system 201 is scanned, and as shown in FIG. It is not suitable for focusing on a continuously moving work. Further, since an image signal captured through the lens optical system 201 is used, its performance largely depends on the characteristics of the lens optical system 201. In addition, as shown by the solid line LN1 in FIG. 9, when the contrast of the work is insufficient, an accurate autofocus operation cannot be expected. Further, as shown by solid lines LN2 and LN3 in FIG. 9, if the illuminance is too bright or too dark, an accurate autofocus operation cannot be expected. Further, as shown by the solid line LN4 in FIG.
When the depth of focus is deep, the contrast peak as a result of scanning is not steep, and the accuracy is low. Further, on a glossy surface such as a metal surface, as shown in FIG. 10, a malfunction may occur due to pseudo-resolution Q due to distortion of the lens optical system 201.

【0005】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
連続的に移動しているワークや光沢面などの各種の検体
をレンズ光学系の特性に大きく左右されることなく、し
かも焦点深度が深い場合でも、高い精度でオートフォー
カス動作を行うことができる顕微鏡用オートフォーカス
装置を実現することにある。
[0005] In view of the above, the object of the present invention is to provide:
A microscope that can perform autofocus operation with high accuracy on continuously moving workpieces and various specimens such as glossy surfaces without being greatly affected by the characteristics of the lens optical system, even when the depth of focus is deep. Realizing an auto-focusing device for use.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る顕微鏡用オートフォーカス装置では、
顕微鏡の検体観察用対物レンズの光軸と平行な光軸方向
に移動可能な合焦用対物レンズと、該合焦用対物レンズ
を介してレーザ光を検体の合焦基準領域に照射するレー
ザ光源部と、前記合焦基準領域からの戻り光を検出する
受光部と、該受光部での検出結果に基づいて前記合焦用
対物レンズの合焦位置誤差を検出する誤差検出部と、該
誤差検出部の検出結果に基づいて前記合焦用対物レンズ
を光軸方向に駆動して該合焦用対物レンズを前記合焦基
準領域に合焦させる合焦用対物レンズ駆動コイルと、該
合焦用対物レンズ駆動コイルおよび前記合焦用対物レン
ズと一体に前記検体観察用対物レンズを光軸方向に駆動
して該検体観察用対物レンズを検体の観察領域に合焦さ
せるためのレンズ駆動機構と、該レンズ駆動機構によっ
て前記検体観察用対物レンズを前記観察領域に合焦させ
る際に前記合焦用対物レンズを前記合焦基準領域に合焦
させるための前記合焦用対物レンズ駆動コイルへの印加
電圧が、予め設定してある基準電圧と一致するように前
記レンズ駆動機構による前記検体観察用対物レンズの駆
動を制御する駆動制御手段とを有することを特徴とす
る。
In order to solve the above-mentioned problems, an autofocus apparatus for a microscope according to the present invention comprises:
A focusing objective lens movable in an optical axis direction parallel to an optical axis of a microscope sample observation objective lens, and a laser light source for irradiating a laser beam to a focusing reference area of the specimen via the focusing objective lens A light receiving unit for detecting return light from the focusing reference area; an error detecting unit for detecting a focus position error of the focusing objective lens based on a detection result at the light receiving unit; A focusing objective lens driving coil for driving the focusing objective lens in the optical axis direction based on a detection result of the detection unit to focus the focusing objective lens on the focusing reference area; A lens driving mechanism for driving the specimen observation objective lens in the optical axis direction integrally with the objective lens drive coil and the focusing objective lens to focus the specimen observation objective lens on the observation area of the specimen; For the specimen observation by the lens driving mechanism. When an object lens is focused on the observation area, the voltage applied to the focusing objective lens driving coil for focusing the focusing objective lens on the focusing reference area is a reference voltage set in advance. Drive control means for controlling the drive of the objective lens for specimen observation by the lens drive mechanism so as to match the voltage.

【0007】本発明に係る顕微鏡用オートフォーカス装
置では、受光部での検体からの戻り光に基づいて合焦用
対物レンズを検体の合焦基準領域に合焦させるときの合
焦用対物レンズ駆動コイルへの印加電圧が、予め設定し
てある基準電圧となるようにサーボ制御することによ
り、検体観察用対物レンズを検体の観察領域に合焦させ
る。従って、受光部での結像形状などで検体観察用対物
レンズの焦点位置を探っていくことになるので、検体の
コントラストが不十分な場合、照度が明るすぎる場合や
暗すぎる場合、焦点深度が深い場合、さらには金属表面
などといった光沢面に対しても、光学系の歪みの影響な
どを受けることなく、検体観察用対物レンズを検体に高
い精度で合焦させることができる。また、コントラスト
検出型のオートフォーカス装置と違って、時間をかけて
光学系を光軸方向に走査しなくてもよいため、タイミン
グさえ合わせれば、連続的に移動しているワークに対す
るフォーカシングも可能である。
In the autofocus apparatus for a microscope according to the present invention, the focusing objective lens is driven when the focusing objective lens is focused on the focusing reference area of the specimen based on the return light from the specimen at the light receiving section. By performing servo control so that the voltage applied to the coil becomes a preset reference voltage, the objective lens for specimen observation is focused on the observation region of the specimen. Therefore, since the focus position of the objective lens for specimen observation is searched by the shape of the image formed at the light receiving unit, etc., when the contrast of the specimen is insufficient, when the illuminance is too bright or too dark, the depth of focus is reduced. When it is deep, even on a glossy surface such as a metal surface, the specimen observation objective lens can be focused on the specimen with high accuracy without being affected by distortion of the optical system. Also, unlike a contrast detection type autofocus device, it is not necessary to scan the optical system in the optical axis direction over time, so focusing on a continuously moving workpiece is possible if the timing is adjusted. is there.

【0008】本発明において、前記基準電圧は、前記観
察領域と前記合焦基準領域とが光軸方向において異なる
位置にあるときの値として設定されている場合、または
前記観察領域と前記合焦基準領域とが光軸方向において
一致する位置にあるときの値として設定されている場合
のいずれでもよい。
In the present invention, the reference voltage is set as a value when the observation region and the focus reference region are located at different positions in the optical axis direction, or when the observation region and the focus reference region are set to different values. Any of the cases where the value is set as a value when the region and the region are located at the same position in the optical axis direction may be used.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】(全体構成)図1は、本発明に係る顕微鏡
用オートフォーカス装置の全体構成を示すブロック図で
ある。
(Overall Configuration) FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an autofocus apparatus for a microscope according to the present invention.

【0011】この図に示す顕微鏡用オートフォーカス装
置1は、光軸L1を備える検体観察用対物レンズ11を
有する顕微鏡10と、検体観察用対物レンズ11の近く
で光軸L1と平行な光軸L2を備える合焦用対物レンズ
21を有する合焦装置20と、顕微鏡10と合焦装置2
0とを一体に搭載したフレーム30と、このフレーム3
0を介して検体観察用対物レンズ11を合焦用対物レン
ズ21などと一体に光軸L1、L2の方向に沿って上下
に移動させるレンズ駆動装置40とから構成されてい
る。レンズ駆動装置40には、フレーム30を上下に駆
動するステッピングモータ50(対物レンズ駆動機構)
と、このステッピングモータ50によって検体観察用対
物レンズ21を検体に合焦させる際の制御を行う駆動制
御部60とが構成されている。
The microscope autofocus apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a microscope 10 having a specimen observation objective lens 11 having an optical axis L1 and an optical axis L2 parallel to the optical axis L1 near the specimen observation objective lens 11. Focusing device 20 having a focusing objective lens 21 provided with a microscope 10 and a focusing device 2
0 and a frame 30 integrally mounted with the
The lens driving device 40 moves the specimen observation objective lens 11 up and down along the directions of the optical axes L1 and L2 integrally with the focusing objective lens 21 and the like via the reference numeral 0. The lens driving device 40 includes a stepping motor 50 (objective lens driving mechanism) that drives the frame 30 up and down.
And a drive control unit 60 for controlling the stepping motor 50 to focus the specimen observation objective lens 21 on the specimen.

【0012】顕微鏡10は、フレーム30上に搭載され
ている点を除けば従来からあるものと同一であり、検体
を載せるステージ12に検体観察用対物レンズ11が対
峙している。
The microscope 10 is the same as the conventional one except that it is mounted on a frame 30. A sample observation objective lens 11 faces a stage 12 on which a sample is mounted.

【0013】(合焦装置の構成)合焦装置20は、基本
的にはコンパクトディスクの再生などを行うための光ピ
ックアップのフォーカシング機構と同様、磁気駆動式の
ものであり、合焦用対物レンズ21と、この合焦用対物
レンズ21を介してレーザ光を検体に照射するレーザ光
源部22と、検体からの戻り光を検出する受光部23
と、この受光部23での検出結果に基づいて合焦用対物
レンズ21の合焦位置誤差を検出する誤差検出部24
と、この誤差検出部24の検出結果に基づいて合焦用対
物レンズ21を光軸L2の方向に駆動して合焦用対物レ
ンズ21を検体に合焦させる合焦用対物レンズ駆動コイ
ル25とが構成されている。誤差検出部24は、その検
出結果に基づいて合焦用対物レンズ駆動コイル25に所
定の電圧を印加する合焦制御部26の一部として構成さ
れている。この合焦制御部26からレンズ駆動装置40
の駆動制御部60には、検体の観察を行う前に予め設定
されるべき基準電圧V0と、検体を観察するときに合焦
用対物レンズ駆動コイル25を合焦させるために印加さ
れている電圧Vとが入力されるようになっており、この
入力結果に基づいて、駆動制御部60は、ステッピング
モータ50による検体観察用対物レンズ21の光軸L1
方向の駆動を制御する。
(Structure of Focusing Apparatus) The focusing apparatus 20 is of a magnetic drive type, basically like a focusing mechanism of an optical pickup for reproducing a compact disk or the like. 21, a laser light source unit 22 for irradiating the sample with laser light via the focusing objective lens 21, and a light receiving unit 23 for detecting return light from the sample
And an error detecting section 24 for detecting a focus position error of the focusing objective lens 21 based on the detection result of the light receiving section 23.
And a focusing objective lens driving coil 25 for driving the focusing objective lens 21 in the direction of the optical axis L2 based on the detection result of the error detection unit 24 to focus the focusing objective lens 21 on the sample. Is configured. The error detection unit 24 is configured as a part of a focusing control unit 26 that applies a predetermined voltage to the focusing objective lens driving coil 25 based on the detection result. From the focus control unit 26 to the lens driving device 40
The reference voltage V0 to be set in advance before observing the specimen and the voltage applied to focus the objective lens driving coil 25 for focusing when observing the specimen are applied to the drive control unit 60 of FIG. V is input, and based on the input result, the drive control unit 60 controls the optical axis L1 of the specimen observation objective lens 21 by the stepping motor 50.
Control the drive in the direction.

【0014】(制御系の構成)このように構成される顕
微鏡用オートフォーカス装置1における制御系の構成
は、図2に示す回路ブロック図として表すことができ
る。すなわち、レンズ駆動装置40の駆動制御部60に
は、電源部としてのスイッチングレギュレータ601、
ステッピングモータへのドライバー602、およびステ
ッピングモータ駆動回路603が構成されている他、本
形態では、合焦装置20の合焦制御部26からの出力
(合焦用対物レンズ駆動コイル25に印加されている電
圧V)は、後述する基準電圧V0(初期位置電圧)とと
もにサーボ回路604に入力されるように構成されてい
る。
(Configuration of Control System) The configuration of the control system in the microscope autofocus apparatus 1 thus configured can be represented as a circuit block diagram shown in FIG. That is, the drive control unit 60 of the lens driving device 40 includes a switching regulator 601 as a power supply unit,
A driver 602 for the stepping motor and a stepping motor drive circuit 603 are configured. In the present embodiment, an output from the focus control unit 26 of the focusing device 20 (applied to the focusing objective lens driving coil 25 The voltage V) is input to the servo circuit 604 together with a reference voltage V0 (initial position voltage) described later.

【0015】(受光部の構成)図1からわかるように、
合焦装置20では、光ピックアップと同様、レーザ光源
部22から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッ
タ(図示せず。)や合焦用対物レンズ21を介してステ
ージ12上の検体に照射され、そこからの戻り光は、再
び合焦用対物レンズ21を通って受光部23に届く。こ
こで、受光部23は、非点収差法を利用したフォーカシ
ング機構と同様、4つの受光素子を有する。すなわち、
受光部23には、図3(A)に示すように、4つのホト
ダイオード23A乃至23Dを備える光検出器230が
用いられ、図3(A)にはそこに形成される戻り光のス
ポット径の変化例を示してある。フォーカシングエラー
の無い状態、すなわち合焦位置では、光検出器230に
は真円形状の光スポットPbが形成され、各ホトダイオ
ード23A乃至23Dからの出力A乃至Dは等しくな
る。これに対して、合焦位置に対して検体が遠点側にあ
る場合(メリジオナル合焦位置)では、横軸の方向が長
軸となった楕円状の光スポットPaが光検出器230に
形成される。この場合には、ホトダイオード23A、2
3Cからの出力A、Cに比べて、ホトダイオード23
B、23Dの出力B、Dが高い。これとは逆に、合焦位
置に対して検体が近点側にある場合(サジタル合焦位
置)では、縦軸方向が長軸となった楕円状の光スポット
Pcが光検出器230に形成される。この場合には、ホ
トダイオード23B、23Dの出力B、Dに比べて、ホ
トダイオード23A、23Cの出力A、Cが大きい。従
って、このような各ホトダイオード23A乃至23Dの
受光量に変化に基づいて合焦用対物レンズ21の合焦位
置誤差信号[(A+C)−(B+D)]が求められ、こ
の値は、図3(B)のように変化するので、そのゼロク
ロス点が合焦位置に相当する。
(Configuration of Light Receiving Unit) As can be seen from FIG.
In the focusing device 20, similarly to the optical pickup, the laser light emitted from the laser light source unit 22 is applied to the sample on the stage 12 via a polarizing beam splitter (not shown) or a focusing objective lens 21. The return light therefrom again reaches the light receiving section 23 through the focusing objective lens 21. Here, the light receiving unit 23 has four light receiving elements as in the focusing mechanism using the astigmatism method. That is,
As shown in FIG. 3A, a photodetector 230 including four photodiodes 23A to 23D is used for the light receiving section 23, and FIG. An example of the change is shown. In a state where there is no focusing error, that is, in a focusing position, a perfect circular light spot Pb is formed on the photodetector 230, and outputs A to D from the photodiodes 23A to 23D are equal. On the other hand, when the specimen is on the far point side with respect to the focus position (meridional focus position), an elliptical light spot Pa having a long axis in the horizontal axis direction is formed on the photodetector 230. Is done. In this case, the photodiodes 23A,
Compared to the outputs A and C from 3C, the photodiode 23
Outputs B and D of B and 23D are high. Conversely, when the specimen is on the near point side with respect to the in-focus position (sagittal in-focus position), an elliptical light spot Pc whose longitudinal axis is the long axis is formed on the photodetector 230. Is done. In this case, the outputs A and C of the photodiodes 23A and 23C are larger than the outputs B and D of the photodiodes 23B and 23D. Accordingly, the focusing position error signal [(A + C)-(B + D)] of the focusing objective lens 21 is obtained based on such a change in the amount of light received by each of the photodiodes 23A to 23D. Since it changes as shown in B), its zero cross point corresponds to the in-focus position.

【0016】(観察対象/検体)このように構成した顕
微鏡用オートフォーカス装置1では、図4(A)に示す
ように、顕微鏡の検体観察用対物レンズ11と合焦装置
20の合焦用対物レンズ21とは、それぞれ同じ検体R
の異なる領域R1、R2にそれぞれ合焦する。本願明細
書では、前記2つの領域R1、R2のうち、検体観察用
対物レンズ11が合焦する領域を観察領域R1といい、
合焦用対物レンズ21が合焦する領域を合焦基準領域R
2という。すなわち、観察領域R1とは顕微鏡10を介
して実際に観察を行う領域であり、合焦基準領域R2と
は、後述するように、あくまで検体観察用対物レンズ1
1を観察領域R1に合焦させる際のレンズ位置を設定す
るための参照領域である。従って、観察領域R1と合焦
基準領域R2とは光軸L1、L2の方向において同一の
高さ位置にある場合、光軸L1、L2の方向において異
なる高さ位置にある場合のいずれであってもよいが、本
形態の顕微鏡用オートフォーカス装置1の適用は、図4
(B)、(C)、(D)に示すように、いずれの検体R
においても観察領域R1と合焦基準領域R2とは光軸L
1、L2の方向における相対位置が一致することが前提
である。
(Observation Object / Specimen) In the microscope autofocus apparatus 1 configured as described above, as shown in FIG. 4A, the specimen observation objective lens 11 of the microscope and the focusing objective of the focusing apparatus 20 are used. The lens 21 is the same specimen R
Are focused on different regions R1 and R2, respectively. In the specification of the present application, of the two regions R1 and R2, a region where the specimen observation objective lens 11 is focused is referred to as an observation region R1,
A region where the focusing objective lens 21 is focused is defined as a focusing reference region R.
Two. That is, the observation region R1 is a region where the observation is actually performed via the microscope 10, and the focusing reference region R2 is the sample observation objective lens 1 as described later.
This is a reference area for setting the lens position when focusing on the observation area R1. Therefore, the observation region R1 and the focus reference region R2 are either at the same height position in the directions of the optical axes L1 and L2, or at different height positions in the directions of the optical axes L1 and L2. However, the application of the microscope autofocus device 1 of the present embodiment is shown in FIG.
As shown in (B), (C), and (D), any sample R
In this case, the observation region R1 and the focus reference region R2 also have the optical axis L
1. It is assumed that the relative positions in the directions of L1 and L2 match.

【0017】(動作)このように構成した顕微鏡用オー
トフォーカス装置1で行われる動作を図1、図4を参照
して説明する。この装置では、まず、これから観察され
る検体Rに対する基準電圧V0が設定される。基準電圧
V0の設定にあたっては、サンプル検体Rをステージ1
2上に設置した後、外部から直接、あるいは駆動制御部
60を介してステッピングモータ50に駆動信号を入力
し、フレーム30ごと検体観察用対物レンズ11を上下
に移動させて、図4(B)に示すように、目視でサンプ
ル検体R上の観察領域R1に対して検体観察用対物レン
ズ11を合焦させる。この状態のまま、合焦装置20の
側では、レーザ光源部22から合焦用対物レンズ21を
通してサンプル検体Rの合焦基準領域R22に対してレ
ーザ光を照射する。このときの戻り光は、合焦用対物レ
ンズ21を通って受光部23に届くが、図3を参照して
説明したように、このときの結像形状によって受光部2
3からの出力が相違する。従って、この出力に基づい
て、合焦用対物レンズ駆動コイル25に電圧Vを印加す
れば、合焦対物レンズ21をサンプル検体Rの合焦基準
領域R1に合焦させることができる。このとき、合焦用
対物レンズ駆動コイル25に印加されている電圧Vは、
それ以降、同じタイプの検体Rを観察するときに基準電
圧V0として駆動制御部60に入力される。なお、フレ
ーム30上における合焦装置20の高さ位置は、合焦用
対物レンズ駆動コイル25の高さ寸法の略中央位置に合
焦用対物レンズ21が位置したときに、合焦用対物レン
ズ21がサンプル検体Rの合焦基準領域R2に合焦する
ように調整し、その焦点位置の可動範囲を広くしてお
く。
(Operation) An operation performed by the microscope autofocus apparatus 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. In this apparatus, first, a reference voltage V0 for a specimen R to be observed is set. In setting the reference voltage V0, the sample R is placed in the stage 1
After the mounting, the drive signal is input to the stepping motor 50 directly from the outside or via the drive control unit 60, and the specimen observation objective lens 11 is moved up and down together with the frame 30 as shown in FIG. As shown in (1), the specimen observation objective lens 11 is visually focused on the observation region R1 on the sample specimen R. In this state, on the side of the focusing device 20, laser light is emitted from the laser light source unit 22 to the focusing reference region R22 of the sample R through the focusing objective lens 21. The return light at this time reaches the light receiving unit 23 through the focusing objective lens 21, but as described with reference to FIG. 3, the light receiving unit 2 depends on the image forming shape at this time.
3 are different. Therefore, if the voltage V is applied to the focusing objective lens driving coil 25 based on this output, the focusing objective lens 21 can be focused on the focusing reference region R1 of the sample R. At this time, the voltage V applied to the focusing objective lens driving coil 25 is:
Thereafter, when observing the same type of sample R, the reference voltage V0 is input to the drive control unit 60. Note that the height position of the focusing device 20 on the frame 30 is determined when the focusing objective lens 21 is positioned substantially at the center of the height of the focusing objective lens drive coil 25. 21 is adjusted so as to focus on the focus reference region R2 of the sample R, and the movable range of the focus position is widened.

【0018】以下、新たな検体Rを顕微鏡観察を行う場
合の動作を説明する。まず、今回の検体とサンプル検体
Rとの間で、観察領域R1と合焦用基準領域R2との高
さ位置が同じで、かつ、その厚さ寸法も同じであれば、
図4(B)に示すように、この検体Rをステージ12上
に置いただけで、観察領域R1に対して検体観察用対物
レンズ11は合焦した状態にある。
The operation when a new sample R is observed under a microscope will be described below. First, if the height position of the observation region R1 and the reference region R2 for focusing are the same between the sample this time and the sample sample R and the thickness dimension is the same,
As shown in FIG. 4B, the specimen R is placed on the stage 12, and the specimen observation objective lens 11 is in focus with respect to the observation region R1.

【0019】これに対して、図4(C)に示すように、
今回の検体Rがサンプル検体との間で観察領域R1と合
焦用基準領域R2との相対位置は同じであるが、今回の
検体Rの厚さ寸法がサンプル検体よりも薄いとする。こ
の場合には、検体Rをステージ12上に置いただけで
は、合焦基準領域R2は合焦用対物レンズ21に対して
遠点にあり、観察領域R1は検体観察用対物レンズ11
に対して遠点にある。但し、合焦装置20の側では、受
光部23での検出結果に基づいて所定の電圧Vが合焦用
対物レンズ駆動コイル25に印加され、合焦用対物レン
ズ21は、図4(C)に点線で示すように、合焦基準領
域R2に合焦するまで移動する。このままでは、検体観
察用対物レンズ11は観察領域R1が遠点のままである
が、本形態では、レンズ駆動装置40において、合焦用
対物レンズ駆動コイル25に印加されている電圧Vの極
性(±)に基づいて、駆動制御部60がステッピングモ
ータ50に対して駆動信号を出力し、検体観察用対物レ
ンズ21を検体Rに近づける方向に移動させる。この際
には、合焦用対物レンズ21も検体Rに近づく方向に移
動するので、合焦用対物駆動コイル25への印加電圧V
が変化する。そこで、駆動制御部60は、先に設定した
基準電圧V0と、現在の合焦用対物駆動コイル25への
印加電圧Vとを比較した結果をフィードバックしながら
ステッピングモータ50を駆動し、それらが一致した時
点でステッピングモータ50の駆動を停止する。このよ
うなサーボ制御の結果、検体観察用対物レンズ11は観
察領域R1に合焦することになる。
On the other hand, as shown in FIG.
It is assumed that the relative position of the observation region R1 and the reference region R2 for focusing is the same between the current sample R and the sample sample, but the thickness of the sample R is thinner than the sample sample. In this case, only by placing the sample R on the stage 12, the focus reference region R2 is located at a point far from the focusing objective lens 21, and the observation region R1 is located at the sample observation objective lens 11
Far away from However, on the side of the focusing device 20, a predetermined voltage V is applied to the focusing objective lens driving coil 25 based on the detection result of the light receiving unit 23, and the focusing objective lens 21 is turned on as shown in FIG. As shown by the dotted line in FIG. In this state, the observation region R1 of the specimen observation objective lens 11 remains at the far point. However, in the present embodiment, the polarity of the voltage V applied to the focusing objective lens drive coil 25 in the lens driving device 40 ( Based on ±), the drive control unit 60 outputs a drive signal to the stepping motor 50, and moves the sample observation objective lens 21 in a direction to approach the sample R. At this time, since the focusing objective lens 21 also moves in the direction approaching the specimen R, the voltage V applied to the focusing objective drive coil 25 is
Changes. Then, the drive control unit 60 drives the stepping motor 50 while feeding back the result of comparing the previously set reference voltage V0 with the current applied voltage V to the focusing objective drive coil 25, and the two values match. At this point, the driving of the stepping motor 50 is stopped. As a result of such servo control, the specimen observation objective lens 11 is focused on the observation region R1.

【0020】これとは逆に、図4(D)に示すように、
今回の検体Rがサンプル検体との間で観察領域R1と合
焦用基準領域R2との相対位置は同じであるが、今回の
検体Rの厚さ寸法がサンプル検体よりも厚いとする。こ
の場合には、検体Rをステージ12上に置いただけで
は、合焦基準領域R2は合焦用対物レンズ21に対して
近点にあり、観察領域R1は検体観察用対物レンズ11
に対して近点にある。但し、合焦装置20の側では、受
光部23での検出結果に基づいて所定の電圧Vが合焦用
対物レンズ駆動コイル25に印加され、合焦用対物レン
ズ21は、図4(D)に点線で示すように、合焦基準領
域R2に合焦するまで移動する。このままでは、検体観
察用対物レンズ11は観察領域R1が近点のままである
が、本形態では、レンズ駆動装置40において、合焦用
対物レンズ駆動コイル25に印加されている電圧Vの極
性(±)に基づいて、駆動制御部60がステッピングモ
ータ50に対して駆動信号を出力し、検体観察用対物レ
ンズ21を検体Rから遠ざかる方向に移動させる。この
際には、合焦用対物レンズ21も検体Rから遠ざかる方
向に移動するので、合焦用対物駆動コイル25への印加
電圧Vが変化する。そこで、駆動制御部60は、先に設
定した基準電圧V0と、現在の合焦用対物駆動コイル2
5への印加電圧Vとを比較した結果をフィードバックし
ながらステッピングモータ50を駆動し、それらが一致
した時点でステッピングモータ50の駆動を停止する。
このようなサーボ制御の結果、検体観察用対物レンズ1
1は観察領域R1に合焦する。
On the contrary, as shown in FIG.
It is assumed that the relative position of the observation region R1 and the focusing reference region R2 is the same between the current sample R and the sample sample, but the thickness dimension of the current sample R is larger than the sample sample. In this case, only by placing the sample R on the stage 12, the focusing reference region R2 is located at a point near the focusing objective lens 21, and the observation region R1 is located at the sample observation objective lens 11.
Is near to. However, on the side of the focusing device 20, a predetermined voltage V is applied to the focusing objective lens driving coil 25 based on the detection result of the light receiving unit 23, and the focusing objective lens 21 is turned on as shown in FIG. As shown by the dotted line in FIG. In this state, the observation region R1 of the specimen observation objective lens 11 remains at the near point, but in the present embodiment, the polarity of the voltage V applied to the focusing objective lens drive coil 25 in the lens driving device 40 ( Based on ±), the drive control unit 60 outputs a drive signal to the stepping motor 50, and moves the specimen observation objective lens 21 in a direction away from the specimen R. At this time, since the focusing objective lens 21 also moves in a direction away from the sample R, the voltage V applied to the focusing objective drive coil 25 changes. Therefore, the drive control unit 60 compares the previously set reference voltage V0 with the current focusing objective drive coil 2.
The stepping motor 50 is driven while feeding back the result of comparison with the voltage V applied to the step 5, and when the values match, the driving of the stepping motor 50 is stopped.
As a result of such servo control, the objective lens for specimen observation 1
1 focuses on the observation region R1.

【0021】(本形態の効果)このように、本形態で
は、検体Rにおいて観察領域R1と合焦基準領域R2と
があくまで光軸L1、L2の方向における相対位置が同
じであることを利用して、検体観察用対物レンズ11を
観察領域R1に合焦させるのに必要なレンズ位置を、合
焦基準領域R2に合焦用対物レンズ21を合焦させるの
に必要な合焦用対物レンズ駆動コイル25への印加電圧
Vと基準電圧V0との比較結果より求める。すなわち、
合焦用対物レンズ21を検体Rの合焦基準領域R2に合
焦させるときに合焦用対物レンズ駆動コイル25に印加
されている電圧Vが基準電圧V0と等しくなるように、
検体観察用対物レンズ11を光軸L1の方向にサーボ駆
動してその合焦動作を行う。従って、受光部23での結
像形状などで検体観察用対物レンズ11の焦点位置を探
っていくことになるので、検体Rのコントラストが不十
分な場合、照度が明るすぎる場合や暗すぎる場合、焦点
深度が深い場合、さらには金属表面などといった光沢面
に対しても、検体観察用対物レンズ11を高い精度で合
焦させることができる。それ故、ビッカース硬度計にお
いて、金属表面に正確に焦点を合わせるのが容易であ
る。また、低倍率の生物顕微鏡でプレパラート上の病理
標本を観察する際に、プレパラートを合焦基準領域R2
として病理標本に正確に焦点を合わせるのも容易であ
る。
(Effect of this embodiment) As described above, this embodiment utilizes the fact that the relative positions in the directions of the optical axes L1 and L2 in the specimen R are the same in the observation region R1 and the focusing reference region R2. Then, the lens position necessary for focusing the specimen observation objective lens 11 on the observation region R1 is determined by the focusing objective lens driving required for focusing the focusing objective lens 21 on the focusing reference region R2. It is determined from the result of comparison between the voltage V applied to the coil 25 and the reference voltage V0. That is,
When the focusing objective lens 21 is focused on the focusing reference region R2 of the specimen R, the voltage V applied to the focusing objective lens driving coil 25 is equal to the reference voltage V0.
The specimen observation objective lens 11 is servo-driven in the direction of the optical axis L1 to perform the focusing operation. Therefore, since the focus position of the objective lens 11 for observing the specimen is searched for based on the shape of the image formed by the light receiving unit 23, when the contrast of the specimen R is insufficient, when the illuminance is too bright or too dark, When the depth of focus is deep, the specimen observation objective lens 11 can be focused with high accuracy even on a glossy surface such as a metal surface. Therefore, it is easy to accurately focus on the metal surface in the Vickers hardness tester. When observing a pathological specimen on the slide with a low-magnification biological microscope, the slide is moved to the focus reference region R2.
It is also easy to accurately focus on a pathological specimen.

【0022】また、コントラスト検出型のオートフォー
カス装置と違い、時間をかけて光学系を光軸方向に走査
しなくてもよいため、タイミングさえ合わせれば、連続
的に移動しているワークに対するフォーカシングも可能
である。
Unlike a contrast detection type autofocus device, it is not necessary to scan the optical system in the direction of the optical axis over time, so that focusing on a continuously moving work can be performed as long as the timing is adjusted. It is possible.

【0023】さらに、合焦装置20として光ピックアッ
プ程度の小型のものを追加するだけでよいので、合焦装
置20を顕微鏡10に組み込むのも容易である。
Further, since it is only necessary to add a small device such as an optical pickup as the focusing device 20, it is easy to incorporate the focusing device 20 into the microscope 10.

【0024】(レンズ駆動装置の構成例)本形態の顕微
鏡用オートフォーカス装置におけるレンズ駆動装置の構
成例を説明する。駆動制御部60や合焦制御部26は、
ROMなどに格納されているプログラムに基づいて動作
するマイクロコンピュータの機能として実現することも
できる他、図5に示すように、各種の制御回路(電子回
路)を利用してハード的に構成することもできる。
(Structural Example of Lens Driving Apparatus) A structural example of a lens driving apparatus in the microscope autofocus apparatus of the present embodiment will be described. The drive control unit 60 and the focus control unit 26
It can be realized as a function of a microcomputer that operates based on a program stored in a ROM or the like, and can be configured as hardware using various control circuits (electronic circuits) as shown in FIG. Can also.

【0025】図5において、受光部23の各ホトダーオ
ード23A乃至23Dからの受光量に対応する出力A乃
至Dは、それぞれ信号Vref にのって差動アンプ101
に入力され、この差動アンプで取り出された出力A乃至
Dに基づいて、オペアンプ102、103は、合焦位置
誤差信号[(A+B)−(C+D)]および加算値(A
+B+C+D)を求める。
In FIG. 5, outputs A to D corresponding to the amounts of light received from the respective photodiodes 23A to 23D of the light receiving section 23 are respectively applied to a differential amplifier 101 by a signal Vref.
And the operational amplifiers 102 and 103 output the focus position error signal [(A + B) − (C + D)] and the added value (A) based on the outputs A to D extracted by the differential amplifier.
+ B + C + D).

【0026】ここで、合焦位置誤差信号[(A+B)−
(C+D)]は、図6(A)に示すように、S字形状の
カーブHを描く。このカーブHのゼロクロス点Zに相当
する位置が合焦用対物レンズ21の合焦位置である。そ
こで、合焦装置20の側では、領域Tに相当する範囲に
おいて駆動制御部60は前記のサーボ制御を行う。
Here, the focus position error signal [(A + B)-
(C + D)] draws an S-shaped curve H as shown in FIG. The position corresponding to the zero cross point Z of the curve H is the focusing position of the focusing objective lens 21. Therefore, on the side of the focusing device 20, the drive control unit 60 performs the servo control in a range corresponding to the region T.

【0027】このようなサーボ制御を行うために、図5
に示すオペアンプ102、103で求められた演算結果
のうち、合焦位置誤差信号[(A+B)−(C+D)]
は、バッファ104および微分回路105を介して各ア
ンプ106、107において位相補償、ゲイン、レベル
の調整が施される。しかる後、オペアンプ107の出力
およびオペアンプ108の反転出力は、切替スイッチ1
09よびアナログスイッチ110を介して駆動アンプ1
11に入力され、ここから出力されたコイル駆動信号が
対物レンズ駆動コイル25に印加されることにより、合
焦用対物レンズ21の合焦動作が行われる。ここで、対
物レンズ駆動コイル25に印加される電圧Vは、合焦用
対物レンズ21を検体Rに接近させる駆動電圧−F、ま
たは検体Rから離間させる駆動電圧+Fである。
In order to perform such servo control, FIG.
Of the calculation results obtained by the operational amplifiers 102 and 103 shown in (1), the focus position error signal [(A + B)-(C + D)]
Is subjected to phase compensation, gain, and level adjustment in the amplifiers 106 and 107 via the buffer 104 and the differentiating circuit 105. Thereafter, the output of the operational amplifier 107 and the inverted output of the operational amplifier 108
09 and the drive amplifier 1 via the analog switch 110.
11 is applied to the objective lens drive coil 25 with the coil drive signal output therefrom, whereby the focusing operation of the focusing objective lens 21 is performed. Here, the voltage V applied to the objective lens driving coil 25 is a driving voltage −F that causes the focusing objective lens 21 to approach the specimen R or a driving voltage + F that causes the focusing objective lens 21 to move away from the specimen R.

【0028】これに対して、オペアンプ103で求めら
れた加算値(A+B+C+D)は、切替スイッチ121
を介して比較電位とともにコンパレータ122に入力さ
れ、このコンパレータ出力120はフリップ−フロップ
141に入力される。また、オペアンプ102で求めら
れた合焦位置誤差信号[(A+B)−(C+D)]も、
オペアンプ131を介して、比較電位とともにコンパレ
ータ132に入力され、このコンパレータ出力130は
フリップ−フロップ141に入力され、前記のゼロクロ
ス点Zの検出および合焦用対物レンズ21の合焦のため
の駆動とのタイミングが図られる。
On the other hand, the addition value (A + B + C + D) obtained by the operational amplifier 103 is
Are input to the comparator 122 together with the comparison potential, and the comparator output 120 is input to the flip-flop 141. Also, the focus position error signal [(A + B)-(C + D)] obtained by the operational amplifier 102 is
Through an operational amplifier 131, the comparator 132 is input together with a comparison potential to a comparator 132. The comparator output 130 is input to a flip-flop 141 to detect the zero-cross point Z and drive the objective lens 21 for focusing. Is achieved.

【0029】すなわち、図6(A)に示すカーブHに沿
って、加算値(A+B+C+D)および合焦位置誤差信
号[(A+B)−(C+D)]は、それぞれ図6
(B)、(C)に示すように変化する。図6(B)、
(C)には、加算値(A+B+C+D)および合焦位置
誤差信号[(A+B)−(C+D)]の変化、およびこ
れらの信号のコンパレート出力120、130、および
フロップ−フロップ141の出力をそれぞれ示してあ
る。まず、加算値(A+B+C+D)のレベルが上昇し
てコンパレート出力120が2値化信号の「H」から
「L」に立ち下がるまでは(領域a)、フロップ−フロ
ップ141をリセットする。これにより、図5に示すよ
うに、鋸歯状波142を発生させ、この鋸歯状波142
をオペアンプ143、144でゲイン調整、レベル調整
する。また、NOT回路145を介してアナログスイッ
チ146をオンにして、合焦用対物レンズ駆動コイル2
5を駆動し、合焦位置検出の動作に入る。
That is, along the curve H shown in FIG. 6A, the added value (A + B + C + D) and the focus position error signal [(A + B)-(C + D)] are respectively shown in FIG.
It changes as shown in (B) and (C). FIG. 6 (B),
(C) shows the change of the added value (A + B + C + D) and the focus position error signal [(A + B)-(C + D)], and the outputs of the comparators 120 and 130 and the flop-flop 141 of these signals, respectively. Is shown. First, the flop-flop 141 is reset until the level of the added value (A + B + C + D) rises and the comparator output 120 falls from "H" to "L" of the binary signal (region a). As a result, as shown in FIG. 5, a sawtooth wave 142 is generated, and the sawtooth wave 142 is generated.
Are adjusted in gain and level by operational amplifiers 143 and 144. Also, the analog switch 146 is turned on via the NOT circuit 145, and the focusing objective lens driving coil 2 is turned on.
5 is driven to start the operation of focus position detection.

【0030】以降、図6(B)、(C)に示すように、
加算値(A+B+C+D)のコンパレート出力120が
「L」に立ち下がった以降、合焦位置誤差信号[(A+
B)−(C+D)]のコンパレート出力が「L」に立ち
下がるまでの間に(領域b)、合焦位置誤差信号[(A
+B)−(C+D)]がゼロクロス点Zを通過するの
で、合焦用対物レンズ21の合焦位置が求まる。
Thereafter, as shown in FIGS. 6B and 6C,
After the comparator output 120 of the added value (A + B + C + D) falls to “L”, the focus position error signal [(A +
B)-(C + D)] until the comparator output falls to “L” (region b), and the focus position error signal [(A
+ B)-(C + D)] passes through the zero cross point Z, so that the focusing position of the focusing objective lens 21 is determined.

【0031】そして、合焦位置誤差信号[(A+B)−
(C+D)]のコンパレート出力130が「L」に立ち
下がってフリップ−フロップ141をトリガーし、その
出力140が「H」に立ち上がると(領域c)、前記の
アナログスイッチ146が切替り、合焦用対物レンズ2
1の合焦位置へのサーボ駆動が行われる。
The focus position error signal [(A + B)-
When the output 130 of the (C + D)] falls to "L" and triggers the flip-flop 141, and its output 140 rises to "H" (region c), the analog switch 146 is switched. Objective lens for focus 2
The servo drive to the in-focus position 1 is performed.

【0032】このような合焦用対物レンズ21の合焦動
作が行われる際に、合焦用対物レンズ駆動コイル25に
印加される電圧V(−F、+F)は、駆動制御部60
(図2に示すサーボ回路604)の差動アンプ161に
入力され、基準電圧V0と比較される。この比較結果に
基づいて、電圧−周波数変換回路162において駆動電
圧V(+F、−F)が周波数変換され、ステッピングモ
ータ50の駆動パルス163がステッピングモータ駆動
回路603(図2参照。)に出力されてステッピングモ
ータ50が駆動される。このようなサーボ制御の結果、
合焦用対物レンズ駆動コイル25に印加されている電圧
Vと基準電圧V0と等しくなるように検体観察用対物レ
ンズ11の位置が設定され、このレンズ位置で、検体観
察用対物レンズ11は観察領域R2に対して合焦状態と
なる。
When the focusing operation of the focusing objective lens 21 is performed, the voltage V (−F, + F) applied to the focusing objective lens drive coil 25 is controlled by the drive control unit 60.
(Servo circuit 604 shown in FIG. 2) is input to differential amplifier 161 and compared with reference voltage V0. Based on the result of the comparison, the voltage-frequency conversion circuit 162 converts the frequency of the driving voltage V (+ F, -F), and outputs the driving pulse 163 of the stepping motor 50 to the stepping motor driving circuit 603 (see FIG. 2). As a result, the stepping motor 50 is driven. As a result of such servo control,
The position of the specimen observation objective lens 11 is set so that the voltage V applied to the focusing objective lens drive coil 25 becomes equal to the reference voltage V0. At this lens position, the specimen observation objective lens 11 is placed in the observation area. An in-focus state is established for R2.

【0033】なお、図5に示す駆動アンプ111により
合焦用対物レンズ駆動コイル25を駆動する際に、アン
プ111で駆動信号に180°の位相ずれが発生する
と、発振を起こし、サーボ制御が不安定になる。そこ
で、図6(D)に示すように、微分回路170により位
相を90°進め、かつ、位相の微補正を行うことによっ
てサーボ制御の安定化を図ってある。
When driving the focusing objective lens drive coil 25 by the drive amplifier 111 shown in FIG. 5, if a 180 ° phase shift occurs in the drive signal in the amplifier 111, oscillation occurs and servo control is not performed. Become stable. Therefore, as shown in FIG. 6D, the phase is advanced by 90 ° by the differentiating circuit 170, and the servo control is stabilized by performing fine correction of the phase.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る顕微
鏡用オートフォーカス装置では、受光部での検体からの
戻り光に基づいて合焦用対物レンズを検体の合焦基準領
域に合焦させるための合焦用対物レンズ駆動コイルへの
印加電圧が、予め設定してある基準電圧となるようにサ
ーボ制御することにより、検体観察用対物レンズを検体
の観察領域に合焦させる。従って、本発明によれば、受
光部での結像形状などで焦点位置を探っていくので、検
体のコントラストが不十分な場合、照度が明るすぎる場
合や暗すぎる場合、焦点深度が深い場合、さらには金属
表面などといった光沢面に対しても、光学系の歪みの影
響などを受けることなく、検体観察用対物レンズを検体
の観察領域に高い精度で合焦させることができる。ま
た、コントラスト検出型のオートフォーカス装置と違っ
て、時間をかけて光学系を光軸方向に走査しなくてもよ
いため、タイミングさえ合わせれば、連続的に移動して
いるワークに対する焦点合わせも可能である。
As described above, in the microscope autofocus apparatus according to the present invention, the focusing objective lens is focused on the focusing reference area of the specimen based on the return light from the specimen at the light receiving section. The sample observation objective lens is focused on the observation region of the sample by performing servo control so that the voltage applied to the focusing objective lens drive coil for the focusing becomes a preset reference voltage. Therefore, according to the present invention, since the focal position is searched for by the image forming shape at the light receiving unit, etc., if the contrast of the specimen is insufficient, the illuminance is too bright or too dark, if the depth of focus is deep, Further, even on a glossy surface such as a metal surface, the specimen observation objective lens can be focused on the observation region of the specimen with high accuracy without being affected by distortion of the optical system. Unlike a contrast detection type autofocus device, it is not necessary to scan the optical system in the optical axis direction over time, so focusing on a continuously moving workpiece is possible if the timing is adjusted. It is.

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

【図1】本発明を適用した顕微鏡オートフォーカス装置
の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a microscope autofocus apparatus to which the present invention is applied.

【図2】図1に示すオートフォーカス装置の制御系の構
成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system of the autofocus apparatus shown in FIG.

【図3】(A)は、図1に示すオートフォーカス装置の
受光部に用いた光検出器への結像形状の変化を示す説明
図、(B)は、この光検出器の出力から求めた合焦位置
誤差信号の説明図である。
3A is an explanatory diagram showing a change in an image forming shape on a photodetector used in a light receiving unit of the autofocus device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a diagram obtained from an output of the photodetector. FIG. 5 is an explanatory diagram of a focused position error signal.

【図4】(A)乃至(D)は、図1に示すオートフォー
カス装置の動作原理を示す説明図である。
FIGS. 4A to 4D are explanatory diagrams showing the operation principle of the autofocus device shown in FIG. 1;

【図5】図1に示すオートフォーカス装置の合焦制御部
および駆動制御部の構成例である。
FIG. 5 is a configuration example of a focusing control unit and a drive control unit of the autofocus device shown in FIG. 1;

【図6】(A)乃至(C)はそれぞれ図5に示す合焦制
御部および駆動制御部の動作を示す説明図であり、
(D)は図5に示す合焦制御部および駆動制御部で用い
られるサーボアンプの回路図である。
FIGS. 6A to 6C are explanatory diagrams showing operations of a focus control unit and a drive control unit shown in FIG. 5, respectively.
FIG. 6D is a circuit diagram of a servo amplifier used in the focus control unit and the drive control unit shown in FIG.

【図7】従来のオートフォーカス装置における第1の問
題点を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a first problem in a conventional autofocus device.

【図8】従来のオートフォーカス装置における第2の問
題点を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a second problem in the conventional autofocus device.

【図9】従来のオートフォーカス装置における第3の問
題点を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a third problem in the conventional autofocus device.

【図10】従来のオートフォーカス装置における第4の
問題点を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a fourth problem in the conventional autofocus device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 顕微鏡用オートフォーカス装置 11 検体観察用対物レンズ 10 顕微鏡 12 ステージ 20 合焦装置 21 合焦用対物レンズ 22 レーザ光源部 23 受光部 23A乃至23D ホトダイオード 24 誤差検出部 25 合焦用対物レンズ駆動コイル 26 合焦制御部 30 フレーム 40 レンズ駆動装置 50 ステッピングモータ(対物レンズ駆動機構) 60 駆動制御部 230 光検出器 A乃至D ホトダイオードの出力 L1 検体観察用対物レンズの光軸 L2 合焦用対物レンズの光軸 Pa メリジオナル合焦位置での光スポット Pb 合焦状態の光スポット Pc サジタル合焦位置での光スポット R 検体 R1 検体の観察領域 R2 合焦基準領域 V 合焦用対物レンズ駆動コイルへの印加電圧 V0 基準電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Autofocus apparatus for microscopes 11 Objective lens for sample observation 10 Microscope 12 Stage 20 Focusing device 21 Objective lens for focusing 22 Laser light source unit 23 Light receiving units 23A to 23D Photodiode 24 Error detecting unit 25 Objective lens driving coil for focusing 26 Focusing control unit 30 Frame 40 Lens driving device 50 Stepping motor (Objective lens driving mechanism) 60 Drive control unit 230 Photodetectors A to D Output of photodiodes L1 Optical axis of specimen observation objective lens L2 Light of focusing objective lens Axis Pa Light spot at meridional focus position Pb Light spot at focus state Pc Light spot at sagittal focus position R Sample R1 Sample observation region R2 Focus reference region V Applied voltage to focus objective lens drive coil V0 Reference voltage

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 顕微鏡の検体観察用対物レンズの光軸と
平行な光軸方向に移動可能な合焦用対物レンズと、該合
焦用対物レンズを介してレーザ光を検体の合焦基準領域
に照射するレーザ光源部と、前記合焦基準領域からの戻
り光を検出する受光部と、該受光部での検出結果に基づ
いて前記合焦用対物レンズの合焦位置誤差を検出する誤
差検出部と、該誤差検出部の検出結果に基づいて前記合
焦用対物レンズを光軸方向に駆動して該合焦用対物レン
ズを前記合焦基準領域に合焦させる合焦用対物レンズ駆
動コイルと、該合焦用対物レンズ駆動コイルおよび前記
合焦用対物レンズと一体に前記検体観察用対物レンズを
光軸方向に駆動して該検体観察用対物レンズを検体の観
察領域に合焦させるためのレンズ駆動機構と、該レンズ
駆動機構によって前記検体観察用対物レンズを前記観察
領域に合焦させる際に前記合焦用対物レンズを前記合焦
基準領域に合焦させるための前記合焦用対物レンズ駆動
コイルへの印加電圧が、予め設定してある基準電圧と一
致するように前記レンズ駆動機構による前記検体観察用
対物レンズの駆動を制御する駆動制御手段とを有するこ
とを特徴とする顕微鏡用オートフォーカス装置。
1. A focusing objective lens movable in an optical axis direction parallel to an optical axis of a sample observation objective lens of a microscope, and a laser beam is transmitted through the focusing objective lens to a focus reference area of the specimen. A laser light source unit for irradiating the object, a light receiving unit for detecting return light from the focus reference area, and an error detection for detecting a focus position error of the focusing objective lens based on a detection result of the light receiving unit. And a focusing objective lens driving coil that drives the focusing objective lens in the optical axis direction based on the detection result of the error detection unit to focus the focusing objective lens on the focusing reference area. And driving the specimen observation objective lens in the optical axis direction integrally with the focusing objective lens drive coil and the focusing objective lens to focus the specimen observation objective lens on the observation region of the specimen. Lens drive mechanism and the lens drive mechanism The voltage applied to the focusing objective lens driving coil for focusing the focusing objective lens on the focusing reference region when the objective observation objective lens is focused on the observation region is set in advance. And a drive control means for controlling the drive of the objective lens for specimen observation by the lens drive mechanism so as to match the reference voltage.
【請求項2】 請求項1において、前記基準電圧は、前
記観察領域と前記合焦基準領域とが光軸方向において異
なる位置にあるときの値として設定されていることを特
徴とする顕微鏡用オートフォーカス装置。
2. The auto microscope according to claim 1, wherein the reference voltage is set as a value when the observation region and the focusing reference region are located at different positions in the optical axis direction. Focus device.
【請求項3】 請求項1において、前記基準電圧は、前
記観察領域と前記合焦基準領域とが光軸方向において一
致する位置にあるときの値として設定されていることを
特徴とする顕微鏡用オートフォーカス装置。
3. The microscope according to claim 1, wherein the reference voltage is set as a value when the observation region and the focus reference region are located at positions where they coincide with each other in the optical axis direction. Autofocus device.
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