JPS6160413B2 - - Google Patents
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- JPS6160413B2 JPS6160413B2 JP20779985A JP20779985A JPS6160413B2 JP S6160413 B2 JPS6160413 B2 JP S6160413B2 JP 20779985 A JP20779985 A JP 20779985A JP 20779985 A JP20779985 A JP 20779985A JP S6160413 B2 JPS6160413 B2 JP S6160413B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
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。
動焦点調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オーカスとアウトフオ
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。イメージセンサから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
るインフオーカス用とアウトフオーカス用イメー
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、両出力の高周波成分の差
信号をとればそのゼロ・クロツシングポイントが
結像点であるといえる。
は、結像点の前後のインフオーカスとアウトフオ
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。イメージセンサから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
るインフオーカス用とアウトフオーカス用イメー
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、両出力の高周波成分の差
信号をとればそのゼロ・クロツシングポイントが
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ゼロ・クロツシ
ングポイントが良好に判断できない程、差信号が
歪むといつた欠点があつた。
（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ゼロ・クロツシ
ングポイントが良好に判断できない程、差信号が
歪むといつた欠点があつた。
（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。
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。
（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
像との夫々を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
切りかえに伴つて可変にする手段を設け、差信号
にデツドゾーンが生じないようにして、ゼロ・ク
ロツ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。
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
像との夫々を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
切りかえに伴つて可変にする手段を設け、差信号
にデツドゾーンが生じないようにして、ゼロ・ク
ロツ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によつてステージ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から
反射された照明光は対物レンズ３２により結像さ
れ、ビームスプリツタ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ｌの位置のアウトフオーカ
スにアウトフオーカス用イメージセンサ６、そし
てA′より前方に距離l′の位置のインフオーカスに
インフオーカス用イメージセンサ７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イルタ１３を
通される。このバンドパスフイルタ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１
４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１５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
ンドパスフイルタ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
力を示す。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にアウトフオーカス用イメージセンサ上とイ
ンフオーカス用イメージセンサ上の実効値出力２
２と２３を試料４の上下の移動に対する関数とし
て示す。アウトフオーカスとインフオーカスの位
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２
２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・クロツシングポイント２４
は結像点位置に対応する。従つて差信号をサーボ
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。
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によつてステージ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から
反射された照明光は対物レンズ３２により結像さ
れ、ビームスプリツタ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ｌの位置のアウトフオーカ
スにアウトフオーカス用イメージセンサ６、そし
てA′より前方に距離l′の位置のインフオーカスに
インフオーカス用イメージセンサ７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イルタ１３を
通される。このバンドパスフイルタ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１
４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１５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
ンドパスフイルタ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
力を示す。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にアウトフオーカス用イメージセンサ上とイ
ンフオーカス用イメージセンサ上の実効値出力２
２と２３を試料４の上下の移動に対する関数とし
て示す。アウトフオーカスとインフオーカスの位
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２
２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・クロツシングポイント２４
は結像点位置に対応する。従つて差信号をサーボ
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オーカスとイ
ンフオ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の前後のアウトフオーカスとインフオーカ
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
フオーカス位置の方が多くなつてしまう。又対物
レンズの性質上アウトフオ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、アウトフオーカス用
イメージセンサ６の実効値出力曲線３６はインフ
オーカス用イメージセンサ７の実効値出力曲線３
７より出力レベルが低く、従つてその差信号曲線
３８は結像点でゼロ・クロツシングしなくなる。
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
おいてインフオーカス用イメージセンサ７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
のインフオーカス位置の像を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
トフオーカス位置の像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・クロツ
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。
ンフオ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の前後のアウトフオーカスとインフオーカ
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
フオーカス位置の方が多くなつてしまう。又対物
レンズの性質上アウトフオ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、アウトフオーカス用
イメージセンサ６の実効値出力曲線３６はインフ
オーカス用イメージセンサ７の実効値出力曲線３
７より出力レベルが低く、従つてその差信号曲線
３８は結像点でゼロ・クロツシングしなくなる。
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
おいてインフオーカス用イメージセンサ７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
のインフオーカス位置の像を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
トフオーカス位置の像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・クロツ
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６，７は
結像点より所定の距離ｌとl′の位置に配置されて
いる。高倍率（例えば100×）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ｌとl′を設定すると、低倍
率（例えば10×）では第４図の出力曲線４１と４
２のようにそのピーク位置が大きくずれて差出力
曲線４０の中央附近にデツドゾーンＤが生じてし
まう。即ちデツドゾーンＤの範囲では差出力はほ
とんどゼロであるからデツドゾーンＤの範囲にお
いて制御不能となる。従つ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）ｌ
とl′を対物レンズの倍率の切り換えに伴つて可変
にする装置５０を含み、サーボ制御をかけやすく
している。
結像点より所定の距離ｌとl′の位置に配置されて
いる。高倍率（例えば100×）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ｌとl′を設定すると、低倍
率（例えば10×）では第４図の出力曲線４１と４
２のようにそのピーク位置が大きくずれて差出力
曲線４０の中央附近にデツドゾーンＤが生じてし
まう。即ちデツドゾーンＤの範囲では差出力はほ
とんどゼロであるからデツドゾーンＤの範囲にお
いて制御不能となる。従つ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）ｌ
とl′を対物レンズの倍率の切り換えに伴つて可変
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。従つて、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
フイ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。
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。従つて、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
フイ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。
電気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。
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。
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。従つ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。
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。従つ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。
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。
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図はインフオーカス位置とアウトフ
オ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オーカス
及びアウトフオ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……１１，１２，１３，１
４，１５，１６，１８，１９、サーボ装置……１
７，２、イメージセンサの光路長可変手段……５
０。
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図はインフオーカス位置とアウトフ
オ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オーカス
及びアウトフオ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……１１，１２，１３，１
４，１５，１６，１８，１９、サーボ装置……１
７，２、イメージセンサの光路長可変手段……５
０。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 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 JPS61143709A (ja) | 1986-07-01 |
| JPS6160413B2 true 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) |
Families Citing this family (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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61143709A (ja) | 1986-07-01 |
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