JPS61143709A - 焦点調節装置 - Google Patents
焦点調節装置Info
- Publication number
- JPS61143709A JPS61143709A JP20779985A JP20779985A JPS61143709A JP S61143709 A JPS61143709 A JP S61143709A JP 20779985 A JP20779985 A JP 20779985A JP 20779985 A JP20779985 A JP 20779985A JP S61143709 A JPS61143709 A JP S61143709A
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- Japan
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- image sensor
- output
- focus
- sample
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
- G02B21/245—Devices for focusing using auxiliary sources, detectors
- G02B21/247—Differential detectors
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- Physics & Mathematics (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】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は焦点調節装置に係り、特に顕微鏡の自動焦点調
節装置の改良に関するものである。
節装置の改良に関するものである。
（発明の背景）
従来の顕微鏡の自動焦点調節装置の例においては、結像
点の前後のインフォーカスとアウトフォーカスの位置に
１次元イメージセンサが配置されている。イメージセン
サかもの像出力のうち高周波成分が最大となるのはイメ
ージセンサ上に像が結像された時である。
点の前後のインフォーカスとアウトフォーカスの位置に
１次元イメージセンサが配置されている。イメージセン
サかもの像出力のうち高周波成分が最大となるのはイメ
ージセンサ上に像が結像された時である。
試料ステージの移動に対するインフォーカス用とアウト
フォーカス用イメージセンサからの高周波成分出力が、
結像点に関して対称的であるとすると、両市力の高周波
成分の差信号をとればそのゼロ・クロッシングポイント
が結像点であるといえる。
フォーカス用イメージセンサからの高周波成分出力が、
結像点に関して対称的であるとすると、両市力の高周波
成分の差信号をとればそのゼロ・クロッシングポイント
が結像点であるといえる。
一般に顕微鏡による試料の観察の際は、低倍率（例えば
１０倍）の対物レンズや、高倍率（例えば１００倍）の
対物レンズ等を切りかえて使用することが多い。このよ
うに対物レンズの倍率を切りかえた場合、従来の装置に
おいてはぜ口・クロッシングポイントが良好に判断でき
ない程、差信号が歪むといった欠点があった。
１０倍）の対物レンズや、高倍率（例えば１００倍）の
対物レンズ等を切りかえて使用することが多い。このよ
うに対物レンズの倍率を切りかえた場合、従来の装置に
おいてはぜ口・クロッシングポイントが良好に判断でき
ない程、差信号が歪むといった欠点があった。
（発明の目的）
本発明は上記欠点を解決し、対物レンズの倍率を切りか
えた場合でも、良好な焦点検出が可能な焦点調節装置を
得ることを目的とする。
えた場合でも、良好な焦点検出が可能な焦点調節装置を
得ることを目的とする。
（発明の概要）
本発明は、所定の結像面の前方の所定の距離だけ離れた
位置に形成される光像と、所定結像面の後方の所定の距
離だけ離れた位置に形成される光像との夫々な光電検出
するイメージセンサと、所定の結像面との間の光路長を
、対物レンズの倍率切りかえに伴って可変にする手段を
設け、差信号にデッドゾーンが生じないようにして、ゼ
ロ・クロッシングポイントを明瞭にすることを技術的要
点としている。
位置に形成される光像と、所定結像面の後方の所定の距
離だけ離れた位置に形成される光像との夫々な光電検出
するイメージセンサと、所定の結像面との間の光路長を
、対物レンズの倍率切りかえに伴って可変にする手段を
設け、差信号にデッドゾーンが生じないようにして、ゼ
ロ・クロッシングポイントを明瞭にすることを技術的要
点としている。
（実施例）
第１図に本発明による自動焦点調節装置の構成の実施例
１００を示す。実施例１００は落射照明の金属顕微鏡に
応用したものであるが透過照明の場合でも同様の構成を
得る事は可能である。ステージ上下移動ハンドル２によ
ってステージ１上の試料４が焦点を合わせるために上下
に移動される。落射照明装置３が試料４を照明している
。試料４かも反射された照明光は対物レンズ３２により
結像され、ビームスプリッタ５を透過したものはＡに、
反射したものはＡ′に結像する。第１図に示されたＡと
Ａ′の位置を焦点位置（観察の際、像がもつともコント
ラストよく結像すべき面〕とすると、Ａより後方に距離
ｔの位置のアウトフォーカスにアウトフォーカス用イメ
ージセンサ６、そしてＡ′より前方に距離ｔ′の位置の
インフォーカスにインフォーカス用イメージセンサＴが
配置されている。イメージセンサ６はイメージセンサ駆
動回路１１により走査され、光像出力はサンプルホール
ド回路１２を経由しバンドパスフィルタ１３を通される
。このバンドパスフィルタ１３により光像の高周波成分
がとり出され、実効値積分回路１４によりその高周波成
分の実効値が積分される。その実効値積分値は増幅器１
５により適当に増幅された後、差動増幅回路１６の一方
の入力に印加される。一方イメージセンサ７上の光像出
力も上述と全く同様の電気的処理を経て差動増幅回路１
６の他方の入力に印加される。（第１図においてはイメ
ージセンサ７の電気信号処理系はイメージセンサ６の電
気信号処理系と同じであるので省略して示されている。
１００を示す。実施例１００は落射照明の金属顕微鏡に
応用したものであるが透過照明の場合でも同様の構成を
得る事は可能である。ステージ上下移動ハンドル２によ
ってステージ１上の試料４が焦点を合わせるために上下
に移動される。落射照明装置３が試料４を照明している
。試料４かも反射された照明光は対物レンズ３２により
結像され、ビームスプリッタ５を透過したものはＡに、
反射したものはＡ′に結像する。第１図に示されたＡと
Ａ′の位置を焦点位置（観察の際、像がもつともコント
ラストよく結像すべき面〕とすると、Ａより後方に距離
ｔの位置のアウトフォーカスにアウトフォーカス用イメ
ージセンサ６、そしてＡ′より前方に距離ｔ′の位置の
インフォーカスにインフォーカス用イメージセンサＴが
配置されている。イメージセンサ６はイメージセンサ駆
動回路１１により走査され、光像出力はサンプルホール
ド回路１２を経由しバンドパスフィルタ１３を通される
。このバンドパスフィルタ１３により光像の高周波成分
がとり出され、実効値積分回路１４によりその高周波成
分の実効値が積分される。その実効値積分値は増幅器１
５により適当に増幅された後、差動増幅回路１６の一方
の入力に印加される。一方イメージセンサ７上の光像出
力も上述と全く同様の電気的処理を経て差動増幅回路１
６の他方の入力に印加される。（第１図においてはイメ
ージセンサ７の電気信号処理系はイメージセンサ６の電
気信号処理系と同じであるので省略して示されている。
）
第２図にイメージセンサ上の光像とその電気的信号処理
の様子を示す。第２図（Ａ）は一本の直線からなる試料
４を上下に移動させた時の１次元イメージセンサ上の光
像を示すが、中央の光像でイメージセンサ上に結像して
いる。イメージセンサの走査は矢印で示されている方向
である。第２図（Ｂ）は光像の光−電気変換出力であり
、第２図（Ｃ）はバンドパスフィルタ１３の出力で高周
波成分が抽出されたものであり、第２図（Ｄ）はその実
効値積分出方を示す。それは、図示のごとくイメージセ
ンサ上に結像した時、最大値となる曲線である。
の様子を示す。第２図（Ａ）は一本の直線からなる試料
４を上下に移動させた時の１次元イメージセンサ上の光
像を示すが、中央の光像でイメージセンサ上に結像して
いる。イメージセンサの走査は矢印で示されている方向
である。第２図（Ｂ）は光像の光−電気変換出力であり
、第２図（Ｃ）はバンドパスフィルタ１３の出力で高周
波成分が抽出されたものであり、第２図（Ｄ）はその実
効値積分出方を示す。それは、図示のごとくイメージセ
ンサ上に結像した時、最大値となる曲線である。
第２図（Ｅ）にアウトフォーカス用イメージセンサ上と
インフォーカス用イメージセンサ上の実効値出力２２と
２３を試料４の上下の移動に対する関数として示す。ア
ウトフォーカスとインフォーカスの位置は結像点の上下
に位置しているから、その出力は第２図（Ｅ）において
結像位置の左右にその最大値を有する曲線となる。出力
曲線２２と２３は差動増幅回路１６で差動的に加算され
るので、差信号は第２図（Ｅ）の実線２１のようになる
。出力曲線２２と２３とが結像点に関して対称であるな
らば差信号曲線２１のゼロ―クロッシングポインド２４
は結像点位置に対応する。従って差信号をサーボモータ
１７に帰還してステージ上下ハンドル２を駆動すれば自
動焦点制御が可能になる。
インフォーカス用イメージセンサ上の実効値出力２２と
２３を試料４の上下の移動に対する関数として示す。ア
ウトフォーカスとインフォーカスの位置は結像点の上下
に位置しているから、その出力は第２図（Ｅ）において
結像位置の左右にその最大値を有する曲線となる。出力
曲線２２と２３は差動増幅回路１６で差動的に加算され
るので、差信号は第２図（Ｅ）の実線２１のようになる
。出力曲線２２と２３とが結像点に関して対称であるな
らば差信号曲線２１のゼロ―クロッシングポインド２４
は結像点位置に対応する。従って差信号をサーボモータ
１７に帰還してステージ上下ハンドル２を駆動すれば自
動焦点制御が可能になる。
しかし、この制御方法はアウトフォーカスとインフォー
カス位置での光像出力が対称である事を前提としている
が、実際には第３図（Ａ）のように結像点Ａの前後のア
ウトフォーカスとインフォーカス上の像ＢとＣはその大
きさが異なる。第３図（Ａ）において４は試料、３２は
対物レンズである。センサの長さが同じであればとらえ
る情報量はインフォーカス位置の方が多くなってしまう
。又対物レンズの性質上アウトフォーカス像の方がコン
トラストが悪いので結果として第３図（Ｂ）のような実
効値積分出力となる。即ち、アウトフォーカス用イメー
ジセンサ６の実効値出力曲線３６はインフォーカス用イ
メージセンサ７の実効値出力曲線３１より出力レベルが
低く、従ってその差信号曲線３８は結像点でゼロ・クロ
ッシングしなくなる。第３図（Ｂ）において２４と２４
′の位置のずれが焦点誤差となる。このため本実施例で
は、第１図においてインフォーカス用イメージセンサＴ
の手前に像拡大用凹レンズ８を挿入している。この部分
についての構成を第３図（Ｃ）に示す。拡大される前の
インフォーカス位置の像をＣとすると凹レンズ８により
拡大された像をＣ′とする。そしてアウトフォーカス位
置の像Ｂと像Ｃ′の大きさを同じようにすることにより
、両イメージセンサからの出力は結像点に関し対称とな
りそのゼロ・クロッシングポイントが焦点位置に対応し
精度のよい制御が可能となる。
カス位置での光像出力が対称である事を前提としている
が、実際には第３図（Ａ）のように結像点Ａの前後のア
ウトフォーカスとインフォーカス上の像ＢとＣはその大
きさが異なる。第３図（Ａ）において４は試料、３２は
対物レンズである。センサの長さが同じであればとらえ
る情報量はインフォーカス位置の方が多くなってしまう
。又対物レンズの性質上アウトフォーカス像の方がコン
トラストが悪いので結果として第３図（Ｂ）のような実
効値積分出力となる。即ち、アウトフォーカス用イメー
ジセンサ６の実効値出力曲線３６はインフォーカス用イ
メージセンサ７の実効値出力曲線３１より出力レベルが
低く、従ってその差信号曲線３８は結像点でゼロ・クロ
ッシングしなくなる。第３図（Ｂ）において２４と２４
′の位置のずれが焦点誤差となる。このため本実施例で
は、第１図においてインフォーカス用イメージセンサＴ
の手前に像拡大用凹レンズ８を挿入している。この部分
についての構成を第３図（Ｃ）に示す。拡大される前の
インフォーカス位置の像をＣとすると凹レンズ８により
拡大された像をＣ′とする。そしてアウトフォーカス位
置の像Ｂと像Ｃ′の大きさを同じようにすることにより
、両イメージセンサからの出力は結像点に関し対称とな
りそのゼロ・クロッシングポイントが焦点位置に対応し
精度のよい制御が可能となる。
さて、本発明の構成において各センサ６、Ｔは結像点よ
り所定の距離ｔとｔ′の位置に配置されている。高倍率
（例えば１００ｘ）で第２図（Ｅ）のように各イメージ
センサ６と７からの出力曲線が都合よく重なるように距
離ｔとｔ′を設定すると、低倍率（例えば１０ｘ）では
第４図の出力曲線４１と４２のようにそのピーク位置が
大きくずれて差出力曲線４゜の中央附近にデッドゾーン
Ｄが生じてしまう。
り所定の距離ｔとｔ′の位置に配置されている。高倍率
（例えば１００ｘ）で第２図（Ｅ）のように各イメージ
センサ６と７からの出力曲線が都合よく重なるように距
離ｔとｔ′を設定すると、低倍率（例えば１０ｘ）では
第４図の出力曲線４１と４２のようにそのピーク位置が
大きくずれて差出力曲線４゜の中央附近にデッドゾーン
Ｄが生じてしまう。
即ちデッドゾーンＤの範囲では差出力はほとんどゼロで
あるからデッドゾーンＤの範囲にお（・て制御不能とな
る。従って本発明においては、結像点からイメージセン
サへの距離（光路長）ｔとｔ′を対物レンズの倍率の切
り換えに伴って可変にする装置５０を含み、サーボ制御
をかけやすくしている。
あるからデッドゾーンＤの範囲にお（・て制御不能とな
る。従って本発明においては、結像点からイメージセン
サへの距離（光路長）ｔとｔ′を対物レンズの倍率の切
り換えに伴って可変にする装置５０を含み、サーボ制御
をかけやすくしている。
又、高倍率になるに従いイメージセンサ上の光像の強度
が減少しサーボ制御に必要な電気的出力が得られなくな
るおそれがある。従つ℃、本実施例においては差出力の
大きさを一定に保つために対物レンズ切換と同時に第１
図の増幅器１４の利得を切り換える装置を含む。これは
光学的にＮＤフィルタを光路中に出し入れしても同様の
結果を得ることができる。
が減少しサーボ制御に必要な電気的出力が得られなくな
るおそれがある。従つ℃、本実施例においては差出力の
大きさを一定に保つために対物レンズ切換と同時に第１
図の増幅器１４の利得を切り換える装置を含む。これは
光学的にＮＤフィルタを光路中に出し入れしても同様の
結果を得ることができる。
電偲的出力の大小は又試料４の反射率又は透過率に依存
する。本発明においては、第１図の出力平均化回路１８
でイメージセンサの出力平均を取り、その出力平均値で
ＡＧＣ回路１９を制御して増幅器１５の利得を制御して
いる。この場合は前述の倍率の変化に伴う光像強度の変
化に対しても同時に調節することが可能である。
する。本発明においては、第１図の出力平均化回路１８
でイメージセンサの出力平均を取り、その出力平均値で
ＡＧＣ回路１９を制御して増幅器１５の利得を制御して
いる。この場合は前述の倍率の変化に伴う光像強度の変
化に対しても同時に調節することが可能である。
試料４について生物標本等の方向性のないものはさしつ
かえないがＩＣパターン等のように方向性のあるものに
おいては１次元イメージセンサの走査方向とパターンの
方向性が 。
かえないがＩＣパターン等のように方向性のあるものに
おいては１次元イメージセンサの走査方向とパターンの
方向性が 。
一致するとイメージセンサからの出力が得られなくなる
おそれがある。従って本実施例においてはイメージセン
サの走査方向、即ちイメージセンサの配置方向を可変す
ることができる装置を含む。第５図の実施例では、試料
４は試料ステージのＸ方向とＹ方向に方向性を有してい
るのでイメージセンサはＸ方向とＹ方向に４５° の角
度で配置されている。
おそれがある。従って本実施例においてはイメージセン
サの走査方向、即ちイメージセンサの配置方向を可変す
ることができる装置を含む。第５図の実施例では、試料
４は試料ステージのＸ方向とＹ方向に方向性を有してい
るのでイメージセンサはＸ方向とＹ方向に４５° の角
度で配置されている。
（発明の効果）
以上に開示された改良された焦点調節装置によれば、対
物レンズの倍率切りかえにかかわらず、常に精度の高い
焦点合せが可能となる効果を得ることができた。
物レンズの倍率切りかえにかかわらず、常に精度の高い
焦点合せが可能となる効果を得ることができた。
第１図は、本発明を金属顕微鏡に応用した自動焦点調節
装置の実施例を示す構成図、第２図はステージの上下の
移動に対する電気的出力の様子を示す図、第３図はイン
フォーカス位置とアウトフォーカス位置の光像の大きさ
の相違と、その補正手段を示す図、第４図は結像点とイ
ンフォーカス及びアウトフォーカスの位置との距離が大
きすぎる場合の電気的出力を示す図、第５図は試料に方
向性がある場合のイメージセンサの配置を示す図である
。 〔主要部分の符号の説明〕 対物光学系 ・・・・・・３２ 第１のイメージセンサ゛””’ ６ 第２のイメージセンサ・・・・・・ ７電気回路・・・
・・・１１．１２．１３．１４．１５．１６．１β、１
９ サーボ装置・・・・・・１７．２ イメージセンサの光路長可変手段・・・−・・５０出願
人 日本光学工業株式会社 安 井 幸 セ 一一一−１
装置の実施例を示す構成図、第２図はステージの上下の
移動に対する電気的出力の様子を示す図、第３図はイン
フォーカス位置とアウトフォーカス位置の光像の大きさ
の相違と、その補正手段を示す図、第４図は結像点とイ
ンフォーカス及びアウトフォーカスの位置との距離が大
きすぎる場合の電気的出力を示す図、第５図は試料に方
向性がある場合のイメージセンサの配置を示す図である
。 〔主要部分の符号の説明〕 対物光学系 ・・・・・・３２ 第１のイメージセンサ゛””’ ６ 第２のイメージセンサ・・・・・・ ７電気回路・・・
・・・１１．１２．１３．１４．１５．１６．１β、１
９ サーボ装置・・・・・・１７．２ イメージセンサの光路長可変手段・・・−・・５０出願
人 日本光学工業株式会社 安 井 幸 セ 一一一−１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 試料を観察するための対物光学系と；該対 物光学系によつて形成された前記試料からの光像が最も
コントラストよく結像すべき位置を所定の結像面とした
とき、該結像面の前方の所定の距離だけ離れた位置に形
成される光像と、前記結像面の後方の所定の距離だけ離
れた位置に形成される光像との夫々を光電検出するイメ
ージセンサと；、両光像の光強度に応じた電気信号の差
信号が所定値になるように、前記対物光学系と試料との
間隔を調整する間隔調節手段とを有する装置において、
前記対物光学系の倍率の切りかえにともな つて、前記差信号にデツドゾーンが生じないように前記
所定の結像面と前記イメージセンサとの間の光路長を可
変にする手段を設けたことを特徴とする焦点調節装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20779985A JPS61143709A (ja) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | 焦点調節装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20779985A JPS61143709A (ja) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | 焦点調節装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14968678A Division JPS5576310A (en) | 1978-12-05 | 1978-12-05 | Automatic focusing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61143709A true JPS61143709A (ja) | 1986-07-01 |
| JPS6160413B2 JPS6160413B2 (ja) | 1986-12-20 |
Family
ID=16545683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20779985A Granted JPS61143709A (ja) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | 焦点調節装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61143709A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6974938B1 (en) | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
-
1985
- 1985-09-21 JP JP20779985A patent/JPS61143709A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6974938B1 (en) | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
| US7016110B2 (en) | 2000-03-08 | 2006-03-21 | Tibotec Bvba | Microscope suitable for high-throughput screening having an autofocusing apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6160413B2 (ja) | 1986-12-20 |
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