Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3239343B2 - Focus position detector - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3239343B2 - Focus position detector - Google Patents

Focus position detector

Info

Publication number
JP3239343B2
JP3239343B2 JP33483792A JP33483792A JP3239343B2 JP 3239343 B2 JP3239343 B2 JP 3239343B2 JP 33483792 A JP33483792 A JP 33483792A JP 33483792 A JP33483792 A JP 33483792A JP 3239343 B2 JP3239343 B2 JP 3239343B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
image
lens
objective
relay
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP33483792A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06186472A (en
Inventor
達朗 大滝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP33483792A priority Critical patent/JP3239343B2/en
Publication of JPH06186472A publication Critical patent/JPH06186472A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3239343B2 publication Critical patent/JP3239343B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば顕微鏡、ビデオ
カメラ又はスチルカメラ等の光学機器のオートフォーカ
ス機構に適用して好適な焦点位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focus position detecting apparatus suitable for use in an automatic focusing mechanism of an optical device such as a microscope, a video camera or a still camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】顕微鏡、ビデオカメラ又はスチルカメラ
等の光学機器においては、対物光学系により物体の像を
所定の結像面上に結像し、この結像面上の像を例えばC
CD等の2次元の撮像素子を用いて撮像している。斯か
る光学機器では、常にその所定の結像面上に物体の像を
鮮明に結像するために、オートフォーカス機構が備えら
れている。そのオートフォーカス機構の中で重要な部分
が、対物光学系により結像された像と本来の像面との位
置ずれ(焦点ずれ)を検出するための焦点位置検出装置
である。
2. Description of the Related Art In an optical apparatus such as a microscope, a video camera or a still camera, an image of an object is formed on a predetermined image plane by an objective optical system.
Imaging is performed using a two-dimensional imaging device such as a CD. Such an optical device is provided with an auto-focus mechanism in order to always clearly form an image of an object on a predetermined imaging plane. An important part of the autofocus mechanism is a focus position detection device for detecting a position shift (focus shift) between the image formed by the objective optical system and the original image plane.

【0003】図5は従来の焦点位置検出装置を示し、こ
の図5において、観察対象物としての標本1からの光が
対物レンズ2により集光され、この集光された光の一部
がビームスプリッター3により分離されて観察面4に達
する。標本1が対物レンズ2に対して合焦されている状
態では、観察面4上に対物レンズ2による標本1の像が
結像され、この像が例えば2次元の撮像素子により光電
変換される。一方、ビームスプリッター3を透過した光
は、更にハーフプリズム5によって2分割され、2分割
された光がそれぞれラインセンサー等の受光素子6A及
び6Bの受光面に入射する。
FIG. 5 shows a conventional focus position detecting device. In FIG. 5, light from a sample 1 as an object to be observed is condensed by an objective lens 2, and a part of the condensed light is The light is separated by the splitter 3 and reaches the observation surface 4. When the sample 1 is focused on the objective lens 2, an image of the sample 1 is formed on the observation surface 4 by the objective lens 2, and this image is photoelectrically converted by, for example, a two-dimensional image sensor. On the other hand, the light transmitted through the beam splitter 3 is further split into two by the half prism 5, and the split light is incident on the light receiving surfaces of light receiving elements 6A and 6B such as line sensors.

【0004】標本1が対物レンズ2に対して合焦してい
る状態で、ハーフプリズム5によって2分割された光に
より、結像面7A及び7B上にそれぞれ対物レンズ2に
よる標本1の像が結像されるものとすると、一方の受光
素子6Aは結像面7Aに対して対物レンズ2から遠避か
る方向に間隔Δだけ離れた位置に配置され、他方の受光
素子6Bは結像面7Bに対して対物レンズ2に近づく方
向に間隔Δだけ離れた位置に配置されている。この場
合、受光素子6Aで検出される標本1からの結像光束の
分布と、受光素子6Bで検出される標本1からの結像光
束の分布とが等しくなるように、標本1と対物レンズ2
との間隔を変える等の動作を行うことにより、受光素子
6A上の像のぼけと受光素子6B上の像のぼけとが等し
くなる。即ち、標本1の鮮明な像が結像面7A及び7B
上に結像され、同時に観察面4上にも標本1の鮮明な像
が結像される。
In a state where the sample 1 is focused on the objective lens 2, an image of the sample 1 by the objective lens 2 is formed on the imaging surfaces 7A and 7B by the light split into two by the half prism 5, respectively. Assuming that an image is formed, one light receiving element 6A is disposed at a position away from the objective lens 2 by an interval Δ with respect to the image forming surface 7A, and the other light receiving element 6B is provided on the image forming surface 7B. On the other hand, it is arranged at a position separated by an interval Δ in the direction approaching the objective lens 2. In this case, the specimen 1 and the objective lens 2 are set so that the distribution of the imaging light flux from the specimen 1 detected by the light receiving element 6A is equal to the distribution of the imaging light flux from the specimen 1 detected by the light receiving element 6B.
The image blur on the light receiving element 6A and the image blur on the light receiving element 6B become equal by performing an operation such as changing the interval between the light receiving elements 6A and 6B. That is, a clear image of the specimen 1 is formed on the imaging surfaces 7A and 7B.
A clear image of the specimen 1 is formed on the observation surface 4 at the same time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、対物レンズ2を別の対物レンズと交換したよ
うな場合には、倍率及び開口数N.A.の相違から、交換後
の対物レンズのハーフプリズム5側の開口数N.A.′が先
の対物レンズ2の開口数とは異なる。その開口数N.A.′
の違いにより、受光素子6A及び6Bの配置面、即ち本
来の結像面から焦点ずれした位置における像のぼけの程
度が異なってしまう。このため、対物レンズにより焦点
合わせの精度が異なるという不都合があった。
In the prior art as described above, when the objective lens 2 is replaced with another objective lens, the half of the objective lens after replacement is changed due to differences in magnification and numerical aperture NA. The numerical aperture NA 'on the prism 5 side is different from the numerical aperture of the objective lens 2 previously. Its numerical aperture NA '
The degree of blurring of the image at the position where the light receiving elements 6A and 6B are arranged, that is, at the position defocused from the original imaging plane, is different due to the difference. For this reason, there is a disadvantage that the precision of focusing differs depending on the objective lens.

【0006】また、像の明るさは対物レンズのハーフプ
リズム5側の開口数N.A.′の2乗に比例するため、その
開口数N.A.′が異なると受光素子6A及び6Bの受光面
における像の明るさが大きく異なることになる。そこ
で、対物レンズを交換したような場合には、受光素子6
A及び6Bの感度特性に合わせるために、光路の途中に
配置されているNDフィルター等を交換するか、又は標
本1を照明するための光源の明るさを変える必要があ
り、動作が複雑化するという不都合があった。
Further, since the brightness of the image is proportional to the square of the numerical aperture NA 'of the objective lens on the half prism 5 side, if the numerical aperture NA' is different, the brightness of the image on the light receiving surfaces of the light receiving elements 6A and 6B is changed. Will differ greatly. Therefore, when the objective lens is replaced, the light receiving element 6
In order to match the sensitivity characteristics of A and 6B, it is necessary to replace an ND filter or the like disposed in the middle of the optical path, or to change the brightness of the light source for illuminating the sample 1, and the operation becomes complicated. There was an inconvenience.

【0007】本発明は斯かる点に鑑み、対物光学系が交
換された場合でも、検出用の像の明るさが変わらないと
共に、焦点ずれの検出精度が変わらない焦点位置検出装
置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention provides a focus position detecting apparatus in which the brightness of an image for detection does not change and the detection accuracy of defocus does not change even when the objective optical system is replaced. With the goal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による焦点位置検
出装置は、物体(1)からの光を集光し物体(1)の像
を形成する対物光学系(2)と、対物光学系(2)によ
り形成される像を光電的に検出する光電検出器(13)
とを有し、対物光学系(2)の結像位置を検出する焦点
位置検出装置において、対物光学系(2)と光電検出器
(13)との間に対物光学系(2)により形成される物
体(1)の像を再結像する再結像光学系(8a,8b,
8c)を配置し、この再結像光学系は、対物光学系
(2)からの光を集光する第1光学系(8a,8b)
と、この第1光学系からの集光された光を結像する第2
光学系(8c)と、この第2光学系で結像するリレー像
を分割して、第1リレー像と第2リレー像とを生成する
光路分割プリズム(12)とを有し、光電検出器(1
3)は、その対物光学系が合焦している状態で見ると、
その第2光学系の結像位置の前後に配置され、その第1
光学系とその第2光学系との間に形成される対物光学系
(2)の瞳面と共役な面に、かつその第1光学系とその
第2光学系との間にあり、その第1リレー像とその第2
リレー像とがテレセントリックとなるような位置に絞り
手段(10)を配置したものである。
A focus position detecting apparatus according to the present invention comprises: an objective optical system (2) for condensing light from an object (1) to form an image of the object (1); Photoelectric detector (13) for photoelectrically detecting the image formed by 2)
A focus position detecting device for detecting an image forming position of the objective optical system (2), wherein the focus position detection device is formed between the objective optical system (2) and the photoelectric detector (13) by the objective optical system (2). Re-imaging optical system (8a, 8b,
8c), and the re-imaging optical system includes a first optical system (8a, 8b) for condensing light from the objective optical system (2).
And a second image forming an image of the light collected from the first optical system.
Optical system (8c) and relay image formed by the second optical system
To generate a first relay image and a second relay image
And an optical path splitting prism (12), a photoelectric detector (1
3), when viewed with the objective optical system in focus,
The first optical system is arranged before and after the imaging position of the second optical system,
The first optical system and the first optical system on a surface conjugate with the pupil plane of the objective optical system (2) formed between the optical system and the second optical system;
Between the second optical system, the first relay image thereof and the second relay image thereof.
The diaphragm means (10) is arranged at a position where the relay image is telecentric .

【0009】この場合、その第1光学系の少なくとも一
部の光学要素(8a1,8a2)を可動に構成し、この
可動の光学要素を動かすことにより、対物光学系(2)
の瞳面(9)と絞り手段(10)の配置面との共役を保
つようにしてもよい。また、その第1光学系の可動な光
学要素(8d,8e)がガリレオ系であってもよい。
In this case, at least some of the optical elements (8a1, 8a2) of the first optical system are configured to be movable, and by moving the movable optical elements, the objective optical system (2) is moved.
The conjugate between the pupil plane (9) and the arrangement surface of the aperture means (10) may be maintained. Further, the movable optical element (8d, 8e) of the first optical system may be a Galileo system.

【0010】[0010]

【作用】斯かる本発明によれば、例えば図1に示すよう
に、対物光学系(2)により結像される像(7)が再結
像光学系(8a,8b,8c)により一度リレーされ
る。そして、その再結像光学系の光路中の対物光学系
(2)の瞳面(9)と共役な位置に、絞り手段(10)
が配置されているため、この絞り手段(10)によって
その再結像光学系の像(11A)側の開口数N.A.′を一
定に維持することができる。これによって、対物光学系
(2)を交換した場合でも、焦点合わせの精度を光電検
出器(13)の受光面で一定にすることができる。ま
た、光電検出器(13)上の明るさは、その開口数N.
A.′の2乗で定まるので、絞り手段(10)により、光
電検出器(13)の受光面上の明るさを一定にすること
ができる。
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, an image (7) formed by the objective optical system (2) is once relayed by the re-imaging optical system (8a, 8b, 8c). Is done. The diaphragm means (10) is located at a position conjugate with the pupil plane (9) of the objective optical system (2) in the optical path of the re-imaging optical system.
Is arranged, the numerical aperture NA 'of the re-imaging optical system on the image (11A) side can be kept constant by the aperture means (10). Thereby, even when the objective optical system (2) is replaced, the accuracy of focusing can be made constant on the light receiving surface of the photoelectric detector (13). The brightness on the photoelectric detector (13) depends on its numerical aperture N.
Since it is determined by the square of A. ', the brightness on the light receiving surface of the photoelectric detector (13) can be made constant by the aperture means (10).

【0011】また、その第1光学系の少なくとも一部の
光学要素(8a1,8a2)を可動に構成し、この可動
の光学要素を動かすことにより、対物光学系(2)の瞳
面(9)と絞り手段(10)の配置面との共役を保つよ
うにした場合には、対物光学系(2)が交換されて瞳面
(9)の位置が変化しても、絞り手段(10)の配置面
は交換後の対物光学系の瞳面と共役である。従って、そ
の再結像光学系の像側の開口数N.A.′が一定に維持され
る。
Further, at least a part of the optical elements (8a1, 8a2) of the first optical system is configured to be movable, and by moving these movable optical elements, the pupil plane (9) of the objective optical system (2) is moved. When the objective lens system (2) is replaced and the position of the pupil plane (9) is changed, the conjugate of the diaphragm means (10) with the arrangement surface of the diaphragm means (10) is maintained. The arrangement plane is conjugate with the pupil plane of the objective optical system after the exchange. Therefore, the image-side numerical aperture NA 'of the re-imaging optical system is kept constant.

【0012】また、その第1光学系の可動な光学要素
(8d,8e)がガリレオ系である場合には、対物光学
系(2)が交換されて瞳面の位置が変化した際に、その
ガリレオ系を移動させることにより、絞り手段(10)
の配置面を交換後の対物光学系の瞳面と共役にする。こ
のようにしても、再結像光学系により再結像される物体
の像(11A)の倍率が変化せず、焦点ずれの検出精度
が一定に維持される。
When the movable optical element (8d, 8e) of the first optical system is a Galileo system, when the objective optical system (2) is replaced and the position of the pupil plane changes, By moving the Galileo system, the squeezing means (10)
Is conjugated to the pupil plane of the objective optical system after replacement. Even in this case, the magnification of the image (11A) of the object re-imaged by the re-imaging optical system does not change, and the accuracy of detection of defocus is maintained constant.

【0013】また、絞り手段(10)は、再結像光学系
によりリレーされる像(11A)が像側でテレセントリ
ックとなる位置に配置することが望ましい。このような
配置により、焦点ずれが生じても、光電検出器(13)
における像の大きさが変わらないため、焦点ずれの検出
精度が一定に維持される。
It is desirable that the diaphragm means (10) is arranged at a position where the image (11A) relayed by the re-imaging optical system is telecentric on the image side. With such an arrangement, even if defocus occurs, the photoelectric detector (13)
Since the size of the image at does not change, the detection accuracy of the defocus is kept constant.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明による焦点位置検出装置の第1
実施例につき図1及び図2を参照して説明する。本実施
例は、例えば種々の対物レンズを交換して使用できる顕
微鏡のオートフォーカス機構に適用される。図1は本実
施例の概略の構成を示し、この図1において、観察対象
物としての標本1の対物レンズ2による像7と、対物レ
ンズ2との間にビームスプリッター3を配置して、この
ビームスプリッター3により分岐した対物レンズ2から
の結像光束を観察面4に導く。標本1が対物レンズ2に
対して合焦している状態で、観察面4上に標本1の像が
結像され、観察面4上には例えば2次元の撮像素子の受
光面が配置される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a focus position detecting device according to the present invention will now be described.
An embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment is applied to, for example, an autofocus mechanism of a microscope that can be used by exchanging various objective lenses. FIG. 1 shows a schematic configuration of the present embodiment. In FIG. 1, a beam splitter 3 is arranged between an objective lens 2 and an image 7 of a specimen 1 as an observation object by an objective lens 2. An image forming light beam from the objective lens 2 branched by the beam splitter 3 is guided to an observation surface 4. In a state where the sample 1 is focused on the objective lens 2, an image of the sample 1 is formed on the observation surface 4, and a light receiving surface of, for example, a two-dimensional image sensor is arranged on the observation surface 4. .

【0015】本例では、ビームスプリッター3の上部
に、順にレンズ8a、レンズ8b及びレンズ8cよりな
るリレーレンズ系(これを「リレーレンズ系8」で表
す)を配置し、このリレーレンズ系8によって、標本1
の像7を再結像してリレー像11Aを形成する。この場
合、対物レンズ2の瞳面(フーリエ変換面)9のレンズ
8a及びレンズ8bによる共役面が、レンズ8bとレン
ズ8cとの間に形成されるようにして、その瞳面9と共
役な面に絞り10を配置する。この絞り10により、リ
レーレンズ系8の像11A側の開口数N.A.′を所定の値
に制限する。これにより、対物レンズ2が交換された場
合でも、交換後の対物レンズの瞳面が瞳面9と同じ位置
にある限り、絞り10を通過してレンズ8cによりリレ
ー像11Aを結像する光束の開口数は常に一定である。
従って、焦点ずれの検出精度が変わらないと共に、検出
用のリレー像11Aの明るさが変わらない。
In this embodiment, a relay lens system composed of a lens 8a, a lens 8b, and a lens 8c (which is represented by a "relay lens system 8") is disposed above the beam splitter 3 in this order. , Specimen 1
Is formed again to form a relay image 11A. In this case, the conjugate plane of the pupil plane (Fourier transform plane) 9 of the objective lens 2 by the lenses 8a and 8b is formed between the lens 8b and the lens 8c, and the conjugate plane with the pupil plane 9 is formed. The aperture 10 is arranged at the position. The aperture 10 limits the numerical aperture NA ′ of the relay lens system 8 on the image 11A side to a predetermined value. Thus, even when the objective lens 2 is exchanged, as long as the pupil plane of the objective lens after the exchange is at the same position as the pupil plane 9, the light flux passing through the aperture 10 and forming the relay image 11A by the lens 8c is obtained. The numerical aperture is always constant.
Therefore, the detection accuracy of the defocus does not change, and the brightness of the detection relay image 11A does not change.

【0016】なお、図1の構成だけでは焦点ずれが検出
できないので、レンズ8cの次に図2に示すような光学
系を配置する。図2は、図1の対物レンズ1による像7
に続く光学系の一例を示し、この図2において、リレー
レンズ系8の後端のレンズ8cの上に光路分割プリズム
12を配置する。光路分割プリズム12は、断面が直角
三角形のプリズムの斜面に断面が平行四辺形のプリズム
の斜面を貼り合わせて形成し、その貼り合わせ面12a
をハーフミラー面としたものである。
Since the defocus cannot be detected only by the configuration of FIG. 1, an optical system as shown in FIG. 2 is arranged next to the lens 8c. FIG. 2 shows an image 7 from the objective lens 1 of FIG.
FIG. 2 shows an example of an optical system. In FIG. 2, an optical path splitting prism 12 is disposed on a rear end lens 8c of the relay lens system 8. The optical path splitting prism 12 is formed by bonding a slope of a prism having a parallelogram cross section to a slope of a prism having a right-angled triangle and a bonding surface 12a.
Is a half mirror surface.

【0017】この配置で、レンズ8cから射出される光
束が、その光路分割プリズム12のハーフミラー面12
aで2分割され、ハーフミラー面12aを透過した光束
によりリレー像11Aが結像される。また、ハーフミラ
ー面12aで反射された光束が、光路分割プリズム12
中の断面が平行四辺形のプリズムの他方の斜面12bで
全反射され、この全反射された光束によりリレー像11
Bが結像される。リレー像11A及び11Bは、共に像
7をリレーレンズ系8により再結像したものである。
In this arrangement, the light beam emitted from the lens 8c is reflected by the half mirror surface 12 of the optical path splitting prism 12.
The relay image 11A is formed by a light beam that has been divided into two by a and transmitted through the half mirror surface 12a. Further, the light beam reflected by the half mirror surface 12a is
The cross section inside is totally reflected by the other inclined surface 12b of the parallelogram prism, and the totally reflected light beam causes a relay image 11 to be formed.
B is imaged. Each of the relay images 11A and 11B is obtained by re-imaging the image 7 by the relay lens system 8.

【0018】図1において、標本1が対物レンズ2に対
して合焦している状態では、図2において、一方のリレ
ー像11Aは光路分割プリズム12から所定間隔の位置
に結像され、他方のリレー像11Bは光路分割プリズム
12の内部に結像され、リレー像11Aの結像位置とリ
レー像11Bの結像位置との中間の位置が、光路分割プ
リズム12の外部に来るようにする。そして、その中間
の位置に1次元CCD又はラインセンサー等の受光素子
13の受光面を配置する。即ち、標本1が対物レンズ2
に対して合焦している状態では、受光素子13の受光面
からリレー像11Aまでの光路長と、受光素子13の受
光面からリレー像11Bまでの光路長とは等しい。従っ
て、受光素子13で、リレー像11Aのぼけた像及びリ
レー像11Bのぼけた像を受光して、例えば両者の光量
分布を等しくすることにより、標本1の合焦が行われ
る。なお、受光素子13として、2次元の撮像素子等を
使用してもよい。
In FIG. 1, when the sample 1 is focused on the objective lens 2, in FIG. 2, one relay image 11A is formed at a predetermined interval from the optical path dividing prism 12, and the other relay image 11A is formed. The relay image 11B is formed inside the optical path splitting prism 12, and an intermediate position between the image forming position of the relay image 11A and the image forming position of the relay image 11B is set outside the optical path splitting prism 12. Then, the light receiving surface of the light receiving element 13 such as a one-dimensional CCD or a line sensor is arranged at an intermediate position therebetween. That is, the sample 1 is the objective lens 2
In the state in which the light is focused, the optical path length from the light receiving surface of the light receiving element 13 to the relay image 11A is equal to the optical path length from the light receiving surface of the light receiving element 13 to the relay image 11B. Therefore, the light receiving element 13 receives the blurred image of the relay image 11A and the blurred image of the relay image 11B, and focuses the sample 1 by, for example, equalizing the light amount distribution of both. Note that a two-dimensional image sensor or the like may be used as the light receiving element 13.

【0019】この図2の例において、レンズ8bとレン
ズ8cとの間の絞り10の配置面は図1の対物レンズ1
の瞳面9と共役である。更に、絞り10の位置は、リレ
ー像11A及び11Bがテレセントリックとなるような
位置、即ちレンズ8cの前側焦点面の位置の近傍である
ことが望ましい。このようにリレー像11A及び11B
をテレセントリックにすることにより、焦点ずれが生じ
た場合でも、受光素子13の受光面でのリレー像11A
及び11Bのぼけた像の倍率が同じになる。従って、リ
レー像11Aの前及びリレー像11Bの後における像の
ぼけの状態がほぼ完全に等しくなり、合焦精度が増す。
In the example of FIG. 2, the arrangement surface of the stop 10 between the lens 8b and the lens 8c is the same as the objective lens 1 of FIG.
Is conjugate with the pupil plane 9 of FIG. Further, it is desirable that the position of the stop 10 is a position where the relay images 11A and 11B are telecentric, that is, near the position of the front focal plane of the lens 8c. Thus, the relay images 11A and 11B
Is made to be telecentric, so that the relay image 11A on the light receiving surface of the light receiving element 13 can be obtained even if a defocus occurs.
And 11B have the same blurred image magnification. Therefore, the blur states of the images before the relay image 11A and after the relay image 11B are almost completely equal, and the focusing accuracy is increased.

【0020】次に、本発明の第2実施例につき図3を参
照して説明する。本実施例は図2の実施例において、リ
レーレンズ系8の構成を変えたものであり、この図3に
おいて図2に対応する部分には同一符号を付してその詳
細説明を省略する。図3は、図1の像7に続く本例の光
学系を示し、この図3において、像7から絞り10の方
向に順に、光軸AXに沿って可動なレンズ8a1、光軸
AXに沿って可動なレンズ8a2及び固定されたレンズ
8bを配置する。他の構成は図2と同じである。そし
て、レンズ8a1,レンズ8a2,レンズ8b及びレン
ズ8cよりなるリレーレンズ系(これをも「リレーレン
ズ系8」と呼ぶ)によって、像7からリレー像11A及
び11Bを再結像する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the configuration of the relay lens system 8 in the embodiment of FIG. 2 is changed. In FIG. 3, portions corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 3 shows the optical system of the present example following the image 7 of FIG. 1. In FIG. 3, a lens 8a1 movable along the optical axis AX and along the optical axis AX in order from the image 7 toward the stop 10. The movable lens 8a2 and the fixed lens 8b. Other configurations are the same as those in FIG. Then, the relay images 11A and 11B are re-imaged from the image 7 by a relay lens system including the lenses 8a1, 8a2, 8b, and 8c (this is also called a “relay lens system 8”).

【0021】また、像7の前の対物レンズが交換され
て、対物レンズの瞳面(図1の瞳面9に対応する)の位
置が変化した場合には、レンズ8a1とレンズ8a2と
をそれぞれ独立に光軸AXに沿って動かすことにより、
その瞳面と絞り10の配置面との共役を保つようにす
る。これにより、種々の対物レンズが交換して使用され
るような場合でも、レンズ8cから受光素子13に入射
する結像光束の開口数N.A.′が一定の値に維持されて、
焦点ずれの検出精度が一定に維持される。これに関し
て、一般に高倍率の対物レンズは倍率に対して像側の開
口数が小さいために焦点合わせの精度が比較的悪いが、
その絞り10を高倍率の対物レンズの像側の開口数に合
わせて焦点ずれの検出精度を設定しておけば、対物レン
ズを交換した場合でも一定の検出精度が得られる。
When the position of the pupil plane (corresponding to the pupil plane 9 in FIG. 1) of the objective lens is changed by exchanging the objective lens before the image 7, the lens 8a1 and the lens 8a2 are respectively moved. By independently moving along the optical axis AX,
The conjugate between the pupil plane and the plane where the aperture 10 is arranged is maintained. Thereby, even when various objective lenses are exchanged and used, the numerical aperture NA ′ of the imaging light beam incident on the light receiving element 13 from the lens 8c is maintained at a constant value,
Defocus detection accuracy is maintained constant. In this regard, in general, a high-magnification objective lens has a relatively low focusing accuracy due to a small numerical aperture on the image side with respect to the magnification, but
If the detection accuracy of the defocus is set in accordance with the aperture 10 of the numerical aperture on the image side of the high-magnification objective lens, a constant detection accuracy can be obtained even when the objective lens is replaced.

【0022】本実施例のように、リレーレンズ系8の一
部であるレンズ8a1及び8a2を動かして、広い範囲
の対物レンズの瞳面(入射瞳)の位置の変動に対応でき
るようにしておけば、顕微鏡のように入射瞳の位置変動
が大きい場合でも焦点合わせの精度を一定に維持でき
る。更に、絞り10によりリレー像11A及び11Bの
明るさは常に一定となり、受光素子13の飽和現象等が
生じなくなるため、標本を照明するための光源の明るさ
の調整を行う必要がなくなる。
As in the present embodiment, the lenses 8a1 and 8a2, which are part of the relay lens system 8, are moved so as to be able to cope with a wide range of fluctuations in the position of the pupil plane (entrance pupil) of the objective lens. For example, even when the position fluctuation of the entrance pupil is large as in a microscope, the accuracy of focusing can be kept constant. Further, the brightness of the relay images 11A and 11B is always kept constant by the stop 10, and the saturation phenomenon of the light receiving element 13 does not occur. Therefore, it is not necessary to adjust the brightness of the light source for illuminating the sample.

【0023】次に、例えばレンズ8bから絞り10を経
てレンズ8cに至る光束が平行光束となっている場合、
像面7と絞り10との間のレンズ8a1、レンズ8a2
及びレンズ8bよりなるレンズ系の合成焦点距離をfと
する。そして、レンズ8a1、レンズ8a2及びレンズ
8bよりなるレンズ系の合成の物側主点が、常に、像面
7から距離fの位置になるように、可動のレンズ8a1
及び可動のレンズ8a2を動かす。このようにすれば、
像7の前にある対物レンズの瞳面(入射瞳)の位置が変
化したときに、リレー像11A及び11Bの位置を変え
ることなく、その瞳面に共役な面(射出瞳)の位置を絞
り10の配置面に維持することができる。勿論、この場
合の射出瞳は、テレセントリックとなっていることが最
も望ましく、これにより合焦精度が向上する。
Next, for example, when the light beam from the lens 8b to the lens 8c via the stop 10 is a parallel light beam,
Lens 8a1, lens 8a2 between image plane 7 and aperture 10
And the combined focal length of the lens system including the lens 8b and the lens 8b is f. The movable lens 8a1 is moved so that the combined object-side principal point of the lens system including the lens 8a1, the lens 8a2, and the lens 8b is always located at a distance f from the image plane 7.
And the movable lens 8a2 is moved. If you do this,
When the position of the pupil plane (entrance pupil) of the objective lens before the image 7 changes, the position of the plane (exit pupil) conjugate to the pupil plane is changed without changing the positions of the relay images 11A and 11B. 10 can be maintained. Needless to say, the exit pupil in this case is most preferably telecentric, which improves the focusing accuracy.

【0024】次に、本発明の第3実施例につき図4を参
照して説明する。本実施例も図2の実施例において、リ
レーレンズ系8の構成を変えたものであり、この図4に
おいて図2に対応する部分には同一符号を付してその詳
細説明を省略する。図4は、図1の像7に続く本例の光
学系を示し、この図4において、像7から絞り10の方
向に順に、固定されたレンズ8b、光軸AXに沿って可
動な凹レンズ8d及び光軸AXに沿って可動な凸レンズ
8eを配置する。凹レンズ8d及び凸レンズ8eはガリ
レオ系として一体的に光軸AXに沿って移動する。他の
構成は図2と同じである。そして、レンズ8b、凹レン
ズ8d、凸レンズ8e及びレンズ8cよりなるリレーレ
ンズ系(これをも「リレーレンズ系8」と呼ぶ)によっ
て、像7からリレー像11A及び11Bを再結像する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also differs from the embodiment of FIG. 2 in the configuration of the relay lens system 8. In FIG. 4, portions corresponding to FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 4 shows an optical system of this example following the image 7 of FIG. 1. In FIG. 4, a fixed lens 8b and a concave lens 8d movable along the optical axis AX are arranged in order from the image 7 toward the stop 10. And a movable convex lens 8e is arranged along the optical axis AX. The concave lens 8d and the convex lens 8e move integrally along the optical axis AX as a Galileo system. Other configurations are the same as those in FIG. Then, the relay images 11A and 11B are re-imaged from the image 7 by a relay lens system including the lens 8b, the concave lens 8d, the convex lens 8e, and the lens 8c (also referred to as a “relay lens system 8”).

【0025】この場合、像7からの光束はレンズ8bに
より平行光束になり、この平行光束が更に、凹レンズ8
d及び凸レンズ8eよりなるガリレオ系によって径の大
きな平行光束に変換される。そして、そのガリレオ系か
ら射出された平行光束が絞り10を経てレンズ8cに至
る。即ち、レンズ8bとそのガリレオ系との間は平行系
であり、そのガリレオ系とレンズ8cとの間も平行系で
ある。従って、凹レンズ8d及び凸レンズ8eよりなる
ガリレオ系を光軸AXに沿って移動させた場合でも、リ
レー像11A及び11Bの位置及び倍率は変化しない。
In this case, the light beam from the image 7 is converted into a parallel light beam by the lens 8b, and this parallel light beam is further converted into a concave lens 8
The light is converted into a parallel beam having a large diameter by a Galileo system composed of d and the convex lens 8e. Then, the parallel light flux emitted from the Galileo system reaches the lens 8c via the stop 10. That is, the space between the lens 8b and the Galileo system is a parallel system, and the space between the Galileo system and the lens 8c is also a parallel system. Therefore, even when the Galileo system including the concave lens 8d and the convex lens 8e is moved along the optical axis AX, the positions and magnifications of the relay images 11A and 11B do not change.

【0026】しかも、対物レンズが交換されて瞳面(入
射瞳)の位置が変化した場合には、それに応じてそのガ
リレオ系を移動させることにより、その瞳面と共役な面
(射出瞳)の位置を絞り10の配置面に維持することが
できる。従って、焦点合わせの精度がより安定に維持さ
れる。
In addition, when the position of the pupil plane (entrance pupil) is changed due to the exchange of the objective lens, the Galileo system is moved accordingly, so that the plane (exit pupil) conjugate with the pupil plane is changed. The position can be maintained on the arrangement surface of the diaphragm 10. Therefore, the focusing accuracy is more stably maintained.

【0027】なお、上述実施例は対物レンズが交換でき
る顕微鏡のオートフォーカス機構に本発明を適用したも
のであるが、その他にも、例えば種々の開口F値が異な
る交換レンズが取り替えて使用されるビデオカメラやス
チルカメラ等のオートフォーカス機構にも本発明は同様
に適用される。このように、本発明は上述実施例に限定
されず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to an autofocus mechanism of a microscope in which an objective lens can be exchanged. In addition, for example, various interchangeable lenses having different aperture F values are exchanged and used. The present invention is similarly applied to an autofocus mechanism such as a video camera and a still camera. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、対物光学系の瞳面と共
役な位置に配置された絞り手段によって、再結像光学系
の後ろ側の開口数を常に一定にできるため、光電検出器
の受光面での像のぼけを常に一定にすることができる。
即ち、対物光学系の種類に依らずに、光電検出器による
焦点ずれの検出精度を一定にできる。また、絞り手段に
より開口数が一定となっているため、再結像光学系によ
りリレーされた像の光電検出器上での明るさは常に一定
となり、物体を照明するための光源を使用した場合に、
光電検出器の感度により、その光源の明るさの調整を行
う必要がない利点がある。
According to the present invention, the numerical aperture on the rear side of the re-imaging optical system can always be kept constant by the aperture means arranged at a position conjugate with the pupil plane of the objective optical system. Of the image on the light receiving surface can be kept constant.
That is, the detection accuracy of the defocus by the photoelectric detector can be constant regardless of the type of the objective optical system. Also, since the numerical aperture is fixed by the aperture means, the brightness of the image relayed by the re-imaging optical system on the photoelectric detector is always constant, and when a light source for illuminating an object is used. To
There is an advantage that it is not necessary to adjust the brightness of the light source due to the sensitivity of the photoelectric detector.

【0029】また、第1光学系を構成する可動の光学要
素を動かすことにより、対物光学系の瞳面と絞り手段の
配置面との共役を保つようにした場合には、対物光学系
が交換されて瞳面の位置が変化しても、光電検出器によ
る焦点ずれの検出精度を一定にできる。更に、その可動
の光学要素がガリレオ系である場合には、このガリレオ
系を動かして対物光学系の瞳面と絞り手段の配置面との
共役を保つようにしても、再結像光学系によりリレーさ
れる像が変化しないので、焦点ずれの検出精度がより安
定に維持される。
In the case where the movable optical element constituting the first optical system is moved to maintain the conjugate between the pupil plane of the objective optical system and the arrangement surface of the diaphragm means, the objective optical system can be replaced. Therefore, even if the position of the pupil plane changes, the accuracy of detecting the defocus by the photoelectric detector can be kept constant. Further, when the movable optical element is a Galileo system, even if the Galileo system is moved so as to maintain the conjugate between the pupil plane of the objective optical system and the arrangement plane of the diaphragm means, the re-imaging optical system may be used. Since the relayed image does not change, the defocus detection accuracy is more stably maintained.

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

【図1】本発明による焦点位置検出装置の第1実施例の
全体の構成を示す一部を省略した光路図である。
FIG. 1 is a partially omitted light path diagram showing the entire configuration of a first embodiment of a focus position detecting apparatus according to the present invention.

【図2】第1実施例のリレーレンズ系以降の構成を示す
光路図である。
FIG. 2 is an optical path diagram showing a configuration after a relay lens system according to a first embodiment.

【図3】本発明の第2実施例のリレーレンズ系以降の構
成を示す光路図である。
FIG. 3 is an optical path diagram showing a configuration after a relay lens system according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例のリレーレンズ系以降の構
成を示す光路図である。
FIG. 4 is an optical path diagram showing a configuration after a relay lens system according to a third embodiment of the present invention.

【図5】従来の焦点位置検出装置の全体の構成を示す光
路図である。
FIG. 5 is an optical path diagram showing an entire configuration of a conventional focus position detecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 標本 2 対物レンズ 7 標本1の像 8a,8b,8c レンズ 9 対物レンズ1の瞳面 10 絞り 11A,11B リレー像 12 光路分割プリズム 13 受光素子 REFERENCE SIGNS LIST 1 sample 2 objective lens 7 image of sample 1 8a, 8b, 8c lens 9 pupil surface of objective lens 10 aperture 11A, 11B relay image 12 optical path splitting prism 13 light receiving element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−1809(JP,A) 特開 平2−6709(JP,A) 特開 昭63−65415(JP,A) 特開 平4−98233(JP,A) 特開 平4−174410(JP,A) 特開 平4−338711(JP,A) 特開 平5−72467(JP,A) 実開 昭57−133018(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 7/28 - 7/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-2-1809 (JP, A) JP-A-2-6709 (JP, A) JP-A-63-65415 (JP, A) JP-A-4- 98233 (JP, A) JP-A-4-174410 (JP, A) JP-A-4-338711 (JP, A) JP-A-5-72467 (JP, A) Japanese Utility Model Application No. 57-133018 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 7/ 28-7/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 物体からの光を集光し前記物体の像を形
成する対物光学系と、該対物光学系により形成される像
を光電的に検出する光電検出器とを有し、前記対物光学
系の結像位置を検出する焦点位置検出装置において、 前記対物光学系と前記光電検出器との間に前記対物光学
系により形成される物体の像を再結像する再結像光学系
を配置し、 前記再結像光学系は、前記対物光学系からの光を集光す
る第1光学系と、該第1光学系からの集光された光を結
像する第2光学系と、該第2光学系で結像するリレー像
を分割して、第1リレー像と第2リレー像とを生成する
光路分割プリズムとを有し、前記光電検出器は、前記対物光学系が合焦している状態
で見ると、前記第2光学系の結像位置の前後に配置さ
れ、 前記第1光学系と前記第2光学系との間に形成される前
記対物光学系の瞳面と共役な面に、かつ前記第1光学系
と前記第2光学系との間にあり、前記第1リレー像と前
記第2リレー像とがテレセントリックとなるような位置
絞り手段を配置したことを特徴とする焦点位置検出装
置。
1. An objective optical system comprising: an objective optical system that collects light from an object to form an image of the object; and a photoelectric detector that photoelectrically detects an image formed by the objective optical system. In a focus position detection device that detects an imaging position of an optical system, a re-imaging optical system that re-images an image of an object formed by the objective optical system between the objective optical system and the photoelectric detector is provided. Disposed, the re-imaging optical system, a first optical system for condensing light from the objective optical system, a second optical system for imaging the condensed light from the first optical system, A relay image formed by the second optical system
To generate a first relay image and a second relay image
An optical path splitting prism , wherein the photoelectric detector is in a state where the objective optical system is in focus.
When viewed from the above, it is arranged before and after the imaging position of the second optical system.
It is, in the pupil plane conjugate with the plane of said objective optical system is formed between the second optical system and the first optical system, and the first optical system
Between the first relay image and the second optical system.
Position where the second relay image is telecentric
A focus position detecting device , wherein a stop means is arranged in the focusing position.
【請求項2】 前記第1光学系の少なくとも一部の光学
要素を可動に構成し、該可動の光学要素を動かすことに
より、前記対物光学系の瞳面と前記絞り手段の配置面と
の共役を保つようにしたことを特徴とする請求項1記載
の焦点位置検出装置。
2. A conjugate between a pupil plane of the objective optical system and an arrangement plane of the diaphragm means by moving at least a part of the optical elements of the first optical system and moving the movable optical elements. 2. The focus position detecting device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記第1光学系の可動な光学要素がガリ
レオ系であることを特徴とする請求項2記載の焦点位置
検出装置。
3. The focus position detecting device according to claim 2, wherein the movable optical element of the first optical system is a Galileo system.
JP33483792A 1992-12-16 1992-12-16 Focus position detector Expired - Lifetime JP3239343B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33483792A JP3239343B2 (en) 1992-12-16 1992-12-16 Focus position detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33483792A JP3239343B2 (en) 1992-12-16 1992-12-16 Focus position detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06186472A JPH06186472A (en) 1994-07-08
JP3239343B2 true JP3239343B2 (en) 2001-12-17

Family

ID=18281779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33483792A Expired - Lifetime JP3239343B2 (en) 1992-12-16 1992-12-16 Focus position detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3239343B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3907728B2 (en) * 1996-01-23 2007-04-18 オリンパス株式会社 Autofocus microscope device
KR100947464B1 (en) * 2008-02-13 2010-03-17 에스엔유 프리시젼 주식회사 Thickness measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06186472A (en) 1994-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3563800B2 (en) Observation optical device
JPH0251165B2 (en)
US4318585A (en) Optical system with an afocal focusing group
JPH1068866A (en) Microscope provided with autofocusing device
KR20060086938A (en) Focusing system and method
JP3239343B2 (en) Focus position detector
JP5084183B2 (en) Epi-illumination optical system for microscope
JP2001356278A (en) Microscope system
JPH08322799A (en) Retinal camera
JPH0593845A (en) Automatic focus detecting device
JPH075397A (en) Schlieren microscope equipment
JP2020503565A (en) System and method for measuring the focus state of an optical instrument
RU2768520C1 (en) Optical assembly, optical instrument and method
US5289226A (en) Focus detecting device including a diffusion surface disposed on a predetermined image surface
JP3123765B2 (en) Focus position detection device
JPH05232370A (en) Focusing detection device of microscope
JPH04165318A (en) Focusing position detecting device
JP3163803B2 (en) Focus position detector
JP3645625B2 (en) Microscope automatic focus detection method, microscope automatic focus detection device, and microscope using the same
JPH11271597A (en) Focus position detector
JPH07261073A (en) Focus position detector
JPH0784187A (en) Pupil projection optical system
JP3071886B2 (en) Detection optical system of scanning optical microscope
JPH0345802B2 (en)
JPH10206741A (en) Optical microscope with variable numerical aperture of objective lens

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: 20010910

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071012

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101012

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101012

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131012

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131012

Year of fee payment: 12