JP4433662B2 - Automatic focusing device and microscope equipped with the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標本の観察や検査などに用いられる自動焦点合わせ装置、およびそれを備えた顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、アクティブ方式を採用した自動焦点合わせ装置が知られている。アクティブ方式では、対物レンズを介して、標本に検出光を照射すると共に、検出光が照射された標本からの反射光を受光する。そして、この反射光の受光位置のずれに基づいて自動的に焦点合わせを行う。つまり、受光位置のずれが0となるように、標本と対物レンズとの間隔調整(例えば、標本または対物レンズの上下動)を行う。
【0003】
この通常のAF制御では、反射光の受光位置のずれに応じた焦点検出信号S1(図13参照)が生成され、この焦点検出信号S1が0となるように間隔調整が行われる。そして、このAF制御中、標本と対物レンズとの間隔は、焦点検出信号S1が0になるような間隔Aに保たれる。
また、AF制御中にフォーカスオフセットをかける場合には、反射光の受光位置のずれに応じた焦点検出信号S1に対して、図14の直流オフセット信号ΔVが加算され、得られた加算後の焦点検出信号S2が0となるように間隔調整が行われる(DCオフセット方式)。その結果、標本と対物レンズとの間隔は、焦点検出信号S2=0の間隔Bにシフトする。そして、このAF制御中、間隔Bに保たれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のDCオフセット方式では、直流オフセット信号ΔVが、図15に示す最大値+ΔVmax以下でかつ最小値−ΔVmax以上の範囲から外れている場合、標本と対物レンズとの間隔調整を同様に行っても、加算後の焦点検出信号S2が0になるような間隔(例えばB)を見つけることはできない。
【0005】
このため、従来のDCオフセット方式によるフォーカスオフセット範囲は、焦点検出信号S1に対して最大の直流オフセット信号+ΔVmaxを加算した場合の間隔Cと、最小の直流オフセット信号−ΔVmaxを加算した場合の間隔Dとの間の狭い範囲に制限されてしまう。
ちなみに、直流オフセット信号ΔVの最大値+ΔVmaxと最小値−ΔVmaxは、概略、焦点検出信号S2の波形の振幅に相当している。また、焦点検出信号S2の波形の振幅は、標本の種類や装置条件(対物レンズの倍率,検出光の強度,反射光を受光する素子の感度など)に依存している。
【0006】
本発明の目的は、フォーカスオフセット範囲を広く設定できる自動焦点合わせ装置、およびそれを備えた顕微鏡を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の自動焦点合わせ装置は、対物レンズを介して標本に検出光を照射する照明手段と、前記対物レンズを介して前記標本からの反射光を受光し、受光信号の出力のための走査開始から走査終了のタイミングの間で一方から他方に順次走査されることで前記対物レンズと前記標本との相対的な位置関係に基づく受光信号を出力する受光手段と、前記出力された受光信号を積分する積分器と、前記走査開始から走査終了のタイミングの間に設定され、前記積分器で積分された信号を分割し出力する受光信号のサンプルタイミングを基準タイミング(Tk)として予め定め、前記基準タイミング(Tk)において前記積分器の出力をサンプルするサンプルホールド回路と、前記受光手段から出力される前記受光信号のピークが出力される出力タイミング(Tp)と予め定められた前記基準タイミング(Tk)とのずれに応じた制御信号を生成し、該制御信号に基づいて前記相対的な位置関係を調整する制御手段と、前記標本の観察位置を変える際、前記対物レンズと前記標本との相対的な位置を前記対物レンズの光軸方向に沿って変更するフォーカスオフセットのためのオフセット量を入力する入力手段と、前記オフセット量が入力されたときに、前記受光手段から受光信号を順次出力する走査開始から走査終了のタイミングにおける前記基準タイミング(Tk)を変更し、前記オフセット量 前記オフセット量が入力されたときに、前記受光手段から受光信号を順次出力する走査開始から走査終了のタイミングにおける前記基準タイミング(Tk)を変更し、前記オフセット量“−ΔZa”を検出し、該オフセット量“−ΔZa”を基準タイミング(Tk)の変更量“+ΔTa”に換算するか、又は、前記オフセット量“+ΔZa”を検出し、該オフセット量“+ΔZa”を基準タイミング(Tk)の変更量“−ΔTa”に換算することにより、前記受光信号のサンプルタイミングを変える前記サンプルホールド回路の前記基準タイミング(Tk)を変更する変更手段とを備えたものである。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の自動焦点合わせ装置において、前記変更手段は、前記光軸上に位置決めされている前記対物レンズの種類に応じて観察に使用する前記対物レンズの倍率が先に使用された対物レンズよりも低い場合には、前記基準タイミング(Tk)を変更する際の1回の変更量を先に使用された対物レンズよりも大きくすることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、対物レンズを有し、標本の像を形成する結像光学系と、前記対物レンズの光軸上に配置された請求項1または請求項2に記載の自動焦点合わせ装置とを備えたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、請求項1〜請求項3に対応する。
本実施形態の顕微鏡10は、図1に示すように、観察対象の標本11(例えば半導体ウエハ)を載置するステージ12と、落射型の照明光学系(13〜15)と、観察光学系(16〜19)と、アクティブ方式の自動焦点合わせ装置(21〜30,40)とで構成されている。
【0010】
ここで、観察光学系(16〜19)、照明光学系(13〜15)、ステージ12、自動焦点合わせ装置(21〜30,40)の順に、顕微鏡10の構成の具体的な説明を行う。
観察光学系(16〜19)は、標本11の拡大像を観察するための光学系であり、光軸10aに沿って標本11側から順に、無限遠系の対物レンズ16と、第2対物レンズとして機能する結像レンズ17と、プリズム18と、接眼レンズ19とが配置された構成となっている。この観察光学系(16〜19)は、請求項の「結像光学系」に対応する。
【0011】
図1には1本の対物レンズ16のみを示したが、本実施形態の顕微鏡10は、倍率が異なる複数の対物レンズ16によって観察可能である。複数の対物レンズ16は、不図示の電動レボルバに装着され、この電動レボルバを回転させることで順に光軸10a上に位置決めされる。
なお、観察光学系(16〜19)の光軸10a上で、対物レンズ16と結像レンズ17の間のアフォーカル系には、照明光学系(13〜15)のハーフミラー15と、自動焦点合わせ装置(21〜30,40)のダイクロイックミラー25とが配置される。ダイクロイックミラー25は、可視光を透過して、赤外光などのAF光を反射する。
【0012】
照明光学系(13〜15)は、対物レンズ16を利用して標本11を上方から落射照明するための光学系であり、光軸10aに垂直な光軸10bに沿って配置された観察用の光源13と、集光レンズ14と、ハーフミラー15により構成される。光源13は、可視光光源である。
標本11の観察時、光源13からの可視光は、集光レンズ14とハーフミラー15とを介して観察光学系(16〜19)の光軸10a上に導かれる。そして、対物レンズ16を通過した後、標本11に照射される。
【0013】
また、標本11で反射した可視光は、対物レンズ16,ハーフミラー15,ダイクロイックミラー25,結像レンズ17,プリズム18,接眼レンズ19を介して、結像面19aに集光される。このとき、結像面19aには、標本11の拡大像が形成される。
標本11を載置するステージ12は、観察光学系(16〜19)の光軸10aに沿って、また、光軸10aに垂直な方向に沿って、標本11と共に移動可能である。ステージ12を光軸10aの方向に駆動するモータ12a(図1では図示省略,図3参照)は、自動焦点合わせ装置(21〜30,40)の制御装置30に接続されている。
【0014】
本実施形態の顕微鏡10は、ステージ12を光軸10aの方向に移動させることで、固定された対物レンズ16から標本11までの間隔、つまり、対物レンズ16と標本11との相対的な位置関係を調整し、自動的に焦点合わせを行うものである。以下の説明では、ステージ12および標本11の光軸10a方向の位置を「Z位置」という。
【0015】
さて、自動焦点合わせ装置(21〜30,40)は、対物レンズ16の焦点に標本11の例えば表面を自動的に一致させるための装置である。ここで言う「対物レンズ16の焦点」とは、標本観察用の可視光による焦点である。このため、自動焦点合わせ装置(21〜30,40)による焦点合わせ後には、標本11の拡大像を接眼レンズ19を介して良好に観察できる。また、自動焦点合わせ装置(21〜30,40)では、AF制御中にフォーカスオフセットをかけることもできる。
【0016】
この自動焦点合わせ装置(21〜30,40)は、光軸10aに垂直な光軸10cに沿って配置されたAF用の光源21,スリット板22,集光レンズ23,遮光板24,ダイクロイックミラー25と、光軸10cに垂直な光軸10dに沿って配置されたハーフミラー26,集光レンズ27,シリンドリカルレンズ28,受光素子(CCD)29と、制御装置30と、入力装置40とで構成される。
【0017】
自動焦点合わせ装置(21〜30,40)の照明系(21〜25)は、対物レンズ16を利用して標本11を落射照明する。光源21は、観察用の光源13とは波長の異なるオートフォーカス用の光(赤外光などのAF光)を射出する。なお、ハーフミラー26は光軸10c上の遮光板24とダイクロイックミラー25との間にも配置される。
【0018】
この自動焦点合わせ装置(21〜30,40)において、光源21からのAF光は、スリット板22,集光レンズ23を介した後、遮光板24によって瞳の半分(図1では光軸10cを境に下側半分)が遮光される。そして、上側半分となったAF光は、ハーフミラー26とダイクロイックミラー25を介して光軸10a上に導かれる。
【0019】
光軸10a上に導かれたAF光は、光軸10aを境に右側半分の領域を進行し、ハーフミラー15と対物レンズ16を通過した後、標本11に照射される(AF光L1)。このとき、標本11の表面には、AF光L1によるスリット像が投影される。AF光L1は、請求項の「検出光」に対応する。照明系(21〜25)は、請求項の「照明手段」に対応する。
【0020】
そして、標本11の表面で反射したスリット状のAF光L2は、光軸10aを境に左側半分の領域を進行し、対物レンズ16,ハーフミラー15,ダイクロイックミラー25を介してハーフミラー26に入射する。さらに、ハーフミラー26で反射したスリット状のAF光は、集光レンズ27とシリンドリカルレンズ28を介して、受光素子29の受光面に結像される。このとき、受光素子29の受光面には、スリット像が投影される。
【0021】
受光素子29は、一次元方向に配列された複数の画素(不図示)を有し、受光面上のスリット像に応じて、各々の画素に電荷を蓄積する。そして、各画素の電荷を受光信号として制御装置30に出力する。自動焦点合わせ装置(21〜30,40)の受光系(26〜29)は、対物レンズ16を利用して標本11からのAF光L2を受光するように構成され、請求項の「受光手段」に対応する。AF光L2は、請求項の「反射光」に対応する。
【0022】
上記構成の照明系(21〜25)と受光系(26〜29)では、遮光板24によって瞳半分を遮光するため、標本11の表面(AF光L1が反射する面)のZ位置に応じて、受光素子29の受光面に形成されるスリット像の位置がW方向に変化する。W方向とは、光軸10dに垂直な方向であり、受光素子29の受光面における各々の画素の配列方向に対応する。以下の説明では、スリット像のW方向の位置を「W位置」という。
【0023】
例えば、標本11のZ位置が上方(前ピン側)へ移動すると、受光素子29の受光面におけるスリット像のW位置は左方へ移動する。逆に、標本11のZ位置が下方(後ピン側)へ移動すると、スリット像のW位置は右方へ移動する。
また、本実施形態の受光素子29は、複数の画素がW方向に沿って左方から右方へ順に走査される。このため、標本11のZ位置が上方(前ピン側)へ移動して、スリット像のW位置が左方へ移動すると、受光素子29から受光信号が出力されるタイミングTpは早くなる。「早くなる」とは、タイミングTpが受光素子29の走査開始のタイミングに近づくことを意味する。
【0024】
逆に、標本11のZ位置が下方(後ピン側)へ移動し、スリット像のW位置が右方へ移動すると、受光信号の出力タイミングTpは遅くなる。「遅くなる」とは、タイミングTpが受光素子29の走査終了のタイミングに近づくことを意味する。
このように、受光素子29からの受光信号の出力タイミングTpは、受光素子29の受光面におけるスリット像のW位置に応じて、つまり、標本11のZ位置に応じて、早くなったり遅くなったりする。言い換えると、受光信号は、標本11のZ位置に応じたタイミングTpで、受光素子29から制御装置30に出力される信号である。
【0025】
受光信号の波形は、図2(a)〜(e)に示すように、1つのピークを持つ形状である。図2(a)〜(e)の横軸は、受光素子29の走査開始から走査終了までの時間Tを表し、縦軸は、受光信号の電圧値V(∝スリット像の光強度)を表す。なお、横軸の時間Tは、受光素子29の画素番号に対応している。
図2(a)〜(e)の各々は、標本11のZ位置が異なる場合(Z1〜Z5)の受光信号の波形例である。上記したように、標本11のZ位置に応じて受光信号の出力タイミングTpが変化していく様子が示されている。図2(a)〜(e)の“分割境界線(基準タイミングTk)”の説明は後述する。
【0026】
次に、受光信号の出力先である制御装置30の説明を行う。制御装置30は、図3に示すように、増幅器31と、積分器32と、サンプルホールド回路33,34と、減算器35,36と、CPU37と、メモリ38と、ドライバ39とで構成されている。このうち、増幅器31は受光素子(CCD)29に接続され、ドライバ39はステージ12用のモータ12aに接続されている。
【0027】
受光素子29からの受光信号(例えば図2(a)〜(e)の何れか)は、走査開始のタイミング以降、順次に増幅器31で増幅され、積分器32で積分されていく。積分器32における積分処理は、受光信号の電圧値Vの加算処理に相当する。このため、積分器32の出力(積分電圧値Vs)は、図4に示すように、受光素子29の走査開始から走査終了までの間に少しずつ増加していく。図4の横軸は時間Tを表し、縦軸は積分電圧値Vsを表す。
【0028】
そして、積分器32の後段に配置されたサンプルホールド回路33では、予め定められた分割境界線(本明細書では適宜「基準タイミングTk」という)において、積分器32の出力(図4の積分電圧値Vs=L)をサンプルする。
基準タイミングTkにおける積分電圧値Lは、図2(a)〜(e)のハッチング部の面積、つまり、受光素子29の走査開始から分割境界線(Tk)までの左側領域の面積に相当し、標本11のZ位置(Z1〜Z5)に応じて受光信号の出力タイミングTpが変化すると、その大きさが変化していく。
【0029】
サンプルホールド回路33は、基準タイミングTkで積分器32の出力(積分電圧値Vs=L)をサンプルすると、これを積分信号(L)として減算器35,36の両方に出力する。
また、サンプルホールド回路34では、受光信号29の走査終了のタイミングにおける積分器32の出力(図4の積分電圧値Vs=L+R)をサンプルし、これを積分信号(L+R)として一方の減算器35に出力する。積分電圧値L+Rは、図2(a)〜(e)に示す各々の受光信号の面積全体に相当するため、標本11のZ位置(Z1〜Z5)によらず、その大きさは略一定である。
【0030】
なお、先に説明したサンプルホールド回路33のサンプルタイミング(基準タイミングTk)は、CPU37により設定される。CPU37は、基準タイミングTkを設定する際、メモリ38内の記憶情報を参照する。通常のAF制御中は、メモリ38内の記憶情報の通りに基準タイミングTkが設定される。また、AF制御中のフォーカスオフセット時(後述する)には、メモリ38内の記憶情報とは異なるタイミングに、基準タイミングTkが設定変更される。
【0031】
そして、上記のサンプルホールド回路33,34から各々出力される積分信号(L),(L+R)は、次の減算器35において“積分電圧値L+R”−“積分電圧値L”という減算処理を施される。減算器35は、この減算処理によって得られた積分電圧値Rに基づいて、新たな積分信号(R)を生成し、これを後段の減算器36に出力する。
【0032】
なお、積分電圧値Rは、図2(a)〜(e)に示す各々の受光信号において、分割境界線(Tk)から走査終了までの右側領域の面積に相当し、標本11のZ位置(Z1〜Z5)に応じて受光信号の出力タイミングTpが変化すると、その大きさが変化していく。
後段の減算器36は、減算器35からの積分信号(R)とサンプルホールド回路33からの積分信号(L)とを入力して、“積分電圧値R”−“積分電圧値L”という減算処理を行い、積分電圧値の差分R−Lを計算する。この差分R−Lは、図2(a)〜(e)に示す各々の受光信号において、分割境界線(Tk)より左側の領域(ハッチング部)と右側の領域との面積差に相当する。
【0033】
減算器36は、積分電圧値の差分R−Lに基づいて、焦点検出信号(R−L)を生成し、これをCPU37に出力する。焦点検出信号(R−L)は、請求項の「制御信号」に対応する。
ここで、焦点検出信号(R−L)は、標本11のZ位置(図2のZ1〜Z5)に応じて受光信号の出力タイミングTpが変化すると、出力タイミングTpと基準タイミングTk(分割境界線)とのずれに応じて、その大きさと符号が変化する。焦点検出信号(R−L)の変化の様子は、図5に示す通りである。図5の横軸は標本11のZ位置を表している。
【0034】
例えば、図2(a),(b)に示すように受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTkより早い場合、焦点検出信号(R−L)の符号は“負”になる。逆に、出力タイミングTpの方が基準タイミングTkより遅い場合(図2(d),(e))、焦点検出信号(R−L)の符号は“正”になる。そして、出力タイミングTpが基準タイミングTkに一致する場合(図2(c))、焦点検出信号(R−L)は“0”になる。
【0035】
詳細は後述するが、焦点検出信号(R−L)の出力先であるCPU37は、焦点検出信号(R−L)の大きさと符号に基づいてドライバ39を制御し、ステージ12用のモータ12aを回転させることで、標本11のZ位置を自動的に調整する(AF制御)。その結果、標本11のZ位置は、焦点検出信号(R−L)が“0”となる位置(図5ではZ3)に保たれる。
【0036】
次に、入力装置40の説明を行う。入力装置40は、図3に示すように、オフセット入力部41と番地センサ42とスイッチ43とで構成され、各々が制御装置30のCPU37に接続されている。
【0037】
オフセット入力部41は、AF制御中のフォーカスオフセット時に、外部からの手動操作に応じて、標本11のZ位置のオフセット量を入力するためのボリューム摘みである。ボリューム摘みに代えて、複数のボタンスイッチやジョグダイヤルを用いることもできる。オフセット入力部41は、請求項の「入力手段」に対応する。
【0038】
オフセット入力部41がボリューム摘みの場合、CPU37では、ボリューム摘みによって入力された電圧値をA/D変換することにより、オフセット量を検出する。また、ボタンスイッチの場合には、ボタンスイッチが押された回数により、オフセット量を検出する。
そして、オフセット入力部41からのオフセット量に基づいて、CPU37は、メモリ38内の記憶情報とは異なるタイミングに、サンプルホールド回路33のサンプルタイミング(基準タイミングTk,分割境界線)を設定変更する。この変更は、受光素子29の走査周期(クロック周期)を最小単位として行われる。CPU37は、請求項の「変更手段」に対応する。
【0039】
また、入力装置40の番地センサ42は、顕微鏡10の電動レボルバに装着された複数の対物レンズ16のうち、観察光学系(16〜19)の光軸10a上に位置決めされている対物レンズ16の種類を検出するセンサである。対物レンズ16の種類とは、倍率や焦点深度のことである。
スイッチ43は、顕微鏡10をAF制御モードに設定するためのスイッチであり、手動操作に応じて指令信号を出力する。CPU37は、スイッチ43から指令信号を受け取ると、顕微鏡10をAF制御モードに設定する。すなわち、次に説明するフローチャート(図6)にしたがって、AF制御を実行する。
【0040】
最後に、上記構成の顕微鏡10における焦点合わせ動作について、図6のフローチャートを用いて説明する。
CPU37は、スイッチ43から指令信号を受け取ると、メモリ38内の記憶情報を参照し、この記憶情報の通りに、サンプルホールド回路33のサンプルタイミング(基準タイミングTk,分割境界線)を設定する(ステップS1)。これにより、減算器36からは、基準タイミングTkに応じた図5に示す焦点検出信号(R−L)が出力される。
【0041】
次に、CPU37は、オフセット入力部41から「標本11のZ位置のオフセット量」が入力されたか否かを判断し(ステップS2)、オフセット入力がない場合(S2がN)には、減算器36から出力される図5の焦点検出信号(R−L)に基づいてステップS3〜S7の処理を実行する。
すなわち、まず初めに、焦点検出信号(R−L)が“0”であるか否かを判断し(ステップS3)、“0”でない場合(S3がN)には、焦点検出信号(R−L)の符号が“正”であるか否かを判断する(ステップS4)。
【0042】
そして、焦点検出信号(R−L)の符号が“正”である場合(S4がY)には、図2(d),(e)に示すように受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTkより遅く、受光素子29の受光面におけるスリット像のW位置が右方へずれ、標本11のZ位置が下方(後ピン側)へずれているため、CPU37は、ドライバ39とモータ12aを用いて、ステージ12と標本11のZ位置を上方(前ピン側)へ移動させる(ステップS5)。
【0043】
その後、ステップS3に戻り、焦点検出信号(R−L)が“0”となるまで、ステップS3〜S5の処理を繰り返す。この間、標本11のZ位置が上方へ移動するにつれて、焦点検出信号(R−L)の大きさが小さくなる(図5のAF▲1▼)。そして、焦点検出信号(R−L)が“0”になると(S3がY)、図2(c)に示すように受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTkに一致するため、ステージ12と標本11を停止させる(ステップS7)。このとき、標本11のZ位置は、焦点検出信号(R−L)が“0”となる位置(図5ではZ3)で停止している。
【0044】
一方、上記のステップS4において、焦点検出信号(R−L)の符号が“負”である場合(S4がN)には、図2(a),(b)に示すように受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTkより早く、受光素子29の受光面におけるスリット像のW位置が左方へずれ、標本11のZ位置が上方(前ピン側)へずれているため、CPU37は、ステージ12と標本11のZ位置を下方(後ピン側)へ移動させる(ステップS6)。
【0045】
その後、ステップS3に戻り、焦点検出信号(R−L)が“0”となるまで、ステップS3,S4,S6の処理を繰り返す。この間、標本11のZ位置が下方へ移動するにつれて、焦点検出信号(R−L)の大きさが小さくなる(図5のAF▲2▼)。そして、焦点検出信号(R−L)が“0”になると(S3がY)、受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTkに一致するため(図2(c))、ステージ12と標本11を停止させる(ステップS7)。このときも、標本11のZ位置は、焦点検出信号(R−L)が“0”となる位置(図5ではZ3)に停止している。
【0046】
このように、上記したステップS3〜S5の繰り返し(図5のAF▲1▼)、または、ステップS3,S4,S6の繰り返し(AF▲2▼)によって、標本11のZ位置を焦点検出信号(R−L)=0の位置Z3に停止させると(図2(c))、CPU37は、ステップS2の処理に戻る。
したがって、オフセット入力部41からのオフセット量の入力がない限り(S2がN)、ステップS3〜S7の処理(通常のAF制御)が繰り返され、標本11のZ位置は、図5に示す焦点検出信号(R−L)=0の位置Z3に停止され続ける。この安定した状態では、接眼レンズ19を介して、標本11の例えば任意の面11a(図7(a)参照)の拡大像を良好に観察することができる。
【0047】
ちなみに、標本11のZ位置が図5に示す焦点検出信号(R−L)=0の位置(Z3)に停止され続けている間、受光素子29からの受光信号は、メモリ38内の記憶情報の通りにステップS1で設定された基準タイミングTkと同じタイミングで出力され続ける(Tp=Tk,図2(c))。以下の説明では、通常のAF制御(S3〜S7)による標本11の停止位置(Z3)を「合焦位置」と呼ぶことにする。
【0048】
さて次に、標本11が合焦位置(Z3)に停止している状態で、フォーカスオフセットをかける場合について説明する。これは、オフセット入力部41から、標本11のZ位置のオフセット量が入力された場合(S2がY)に相当し、CPU37は、ステップS8,S9の処理を実行した後で、ステップS3以降の処理を実行する。
【0049】
すなわち、ステップS8では、オフセット入力部41からの入力信号(前述した電圧値や回数)に基づいて、標本11のZ位置のオフセット量を検出する。次のステップS9では、検出したオフセット量に基づいて、サンプルホールド回路33のサンプルタイミング(基準タイミングTk)を設定変更する。その結果、基準タイミングTkは、メモリ38内の記憶情報とは異なるタイミングに設定される。
【0050】
例えば、標本11のZ位置を現在の合焦位置(Z3)より下方にΔZaだけオフセットさせる場合(図7(a))、CPU37は、オフセット入力部41からの入力信号に基づいてオフセット量“−ΔZa”を検出し(S8)、これを基準タイミングTkの変更量“+ΔTa”に換算する。
そして、この換算の結果に基づいて基準タイミングTkの設定変更を行う(S9)。その結果、サンプルホールド回路33のサンプルタイミングは、図8(a)の基準タイミングTkから図8(b)の基準タイミングTk+ΔTaへ設定変更され、新たな基準タイミングTk+ΔTaに応じて減算器36から出力される焦点検出信号(R−L)は、“0”でなくなる。したがって、ステップS9の処理後、ステップS3の処理に進むと、判断の結果が“N”となる。
【0051】
また、この例では、基準タイミングTkよりも遅い基準タイミングTk+ΔTaに設定変更され(図8(b))、焦点検出信号(R−L)の符号が“負”になった(S4がN)ため、CPU37は、標本11のZ位置を下方へ移動させる(S6)。そして、焦点検出信号(R−L)が“0”となるまで、ステップS3,S4,S6の処理を繰り返す。
【0052】
この間の焦点検出信号(R−L)の変化の様子は、図7(b)のAF▲3▼に示す通りである。図7(b)の横軸は標本11のZ位置を表している。上記と同様、標本11のZ位置が下方へ移動するにつれて、焦点検出信号(R−L)の大きさは小さくなる(AF▲3▼)。なお、図7(b)の破線は、図5の焦点検出信号(R−L)に対応している。
【0053】
そして、基準タイミングTk+ΔTaに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”になると(S3がY)、図8(c)に示すように受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTk+ΔTaに一致するため、CPU37は、ステージ12と標本11を停止させる(S7)。このとき、標本11のZ位置は、基準タイミングTk+ΔTaに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”となる位置(図7(a)のZ3−ΔZa)に停止している。
【0054】
したがって、オフセット入力部41から新たなオフセット量が入力されない限り(S2がN)、CPU37によってステップS3〜S7の処理が繰り返され、標本11のZ位置は、焦点検出信号(R−L)=0の位置(図7(a)のZ3−ΔZa)に停止され続ける。この安定した状態では、接眼レンズ19を介して、標本11の任意の面11bの拡大像を良好に観察することができる。
【0055】
ちなみに、標本11のZ位置が図7(b)に示す焦点検出信号(R−L)=0の位置(Z3−ΔZa)に停止され続けている間、受光素子29からの受光信号は、ステップS9で設定変更された基準タイミングTk+ΔTaと同じタイミングで出力され続ける(Tp=Tk+ΔTa,図8(c))。
また、上記例とは逆に、標本11のZ位置を合焦位置(Z3)より上方にΔZbだけオフセットさせる場合(図9(a))、CPU37は、オフセット入力部41からの入力信号に基づいてオフセット量“+ΔZb”を検出し(S8)、これを基準タイミングTkの変更量“−ΔTb”に換算する。
【0056】
そして、この換算の結果に基づいて基準タイミングTkの設定変更を行う(S9)。その結果、サンプルホールド回路33のサンプルタイミングは、図10(a)の基準タイミングTkから図10(b)の基準タイミングTk−ΔTbへ設定変更され、新たな基準タイミングTk−ΔTbに応じて減算器36から出力される焦点検出信号(R−L)は、“0”でなくなる。したがって、ステップS9の処理後、ステップS3の処理に進むと、判断の結果が“N”となる。
【0057】
また、この例では、基準タイミングTkよりも早い基準タイミングTk−ΔTbに設定変更され(図10(a))、焦点検出信号(R−L)の符号が“正”になった(S4がN)ため、CPU37は、標本11のZ位置を上方へ移動させる(S5)。そして、焦点検出信号(R−L)が“0”となるまで、ステップS3〜S5の処理を繰り返す。
【0058】
この間の焦点検出信号(R−L)の変化の様子は、図9(b)のAF▲4▼に示す通りである。図9(b)の横軸は標本11のZ位置を表している。上記と同様、標本11のZ位置が上方へ移動するにつれて、焦点検出信号(R−L)の大きさは小さくなる(AF▲4▼)。なお、図9(b)の破線は、図5の焦点検出信号(R−L)に対応している。
【0059】
そして、基準タイミングTk−ΔTbに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”になると(S3がY)、図10(c)に示すように受光信号の出力タイミングTpが基準タイミングTk−ΔTaに一致するため、CPU37は、ステージ12と標本11を停止させる(S7)。このとき、標本11のZ位置は、基準タイミングTk−ΔTbに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”となる位置(図9(a)のZ3+ΔZb)に停止している。
【0060】
したがって、オフセット入力部41から新たなオフセット量が入力されない限り(S2がN)、CPU37によってステップS3〜S7の処理が繰り返され、標本11のZ位置は、焦点検出信号(R−L)=0の位置(図9(a)のZ3+ΔZb)に停止され続ける。この安定した状態では、接眼レンズ19を介して、標本11の任意の面11cの拡大像を良好に観察することができる。
【0061】
ちなみに、標本11のZ位置が図9(b)に示す焦点検出信号(R−L)=0の位置(Z3+ΔZb)に停止され続けている間、受光素子29からの受光信号は、ステップS9で設定変更された基準タイミングTk−ΔTbと同じタイミングで出力され続ける(Tp=Tk−ΔTb,図10(c))。
上記したように、本実施形態の顕微鏡10では、AF制御モード中にフォーカスオフセットをかける際、標本11のZ位置のオフセット量(例えば図7の−ΔZaや図9の+ΔZb)に応じて、サンプルホールド回路33における基準タイミングTk(受光信号の分割境界線)の設定を変更する。
【0062】
そして、変更後の新たな基準タイミング(例えば図8のTk+ΔTaや図10のTk−ΔTb)に基づいて、減算器36から出力される焦点検出信号(R−L)が“0”となるように、ステージ12と標本11のZ位置を調整し(例えば図7(b)のAF▲3▼や図9(b)のAF▲4▼)、新たな焦点検出信号(R−L)=0の位置(例えば図7のZ3−ΔZaや図9のZ3+ΔZb)に停止させる。
【0063】
このため、通常のAF制御(S3〜S7)で合焦位置(Z3)に停止した標本11の面11a(図7(a),図9(a))だけでなく、フォーカスオフセットによる移動(図7(b)のAF▲3▼,図9(b)のAF▲4▼)後に停止した標本11の異なる面11b,11cについても、同様に、その拡大像を良好に観察することができる。
さらに、本実施形態の顕微鏡10では、標本11のオフセット量(−ΔZa,+ΔZb)に応じた変更後の基準タイミング(Tk+ΔTa,Tk−ΔTb)が、図11(a)に示すタイミングTmin以上でかつ図11(b)に示すタイミングTmax以下となる広い範囲内で、AF制御モード中のフォーカスオフセットを自由にかけることができる。この範囲(Tmin以上かつTmax以下)は、受光素子29からの受光信号が欠けることなく出力される範囲に相当する。
【0064】
また、変更後の基準タイミング(Tk+ΔTa,Tk−ΔTb)が最も早いタイミングTmin(図11(a))に設定された場合、この基準タイミングTminに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”となるように標本11のZ位置が上方へ調整され、この間の焦点検出信号(R−L)の変化の様子は、図12のAF▲5▼に示すようになる。
【0065】
そして、基準タイミングTminに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”になると(Tmin=Tp)、標本11は、基準タイミングTminに応じた位置Z3+ΔZmaxに停止する。この位置Z3+ΔZmaxは、本実施形態の顕微鏡10によるフォーカスオフセット範囲の上限に相当する。
逆に、変更後の基準タイミング(Tk+ΔTa,Tk−ΔTb)が最も遅いタイミングTmax(図11(b))に設定された場合、この基準タイミングTmaxに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”となるように標本11のZ位置が下方へ調整され、この間の焦点検出信号(R−L)の変化の様子は、図12のAF▲6▼に示すようになる。
【0066】
そして、基準タイミングTmaxに応じた焦点検出信号(R−L)が“0”になると(Tmax=Tp)、標本11は、基準タイミングTmaxに応じた位置Z3−ΔZminに停止する。この位置Z3−ΔZminは、本実施形態の顕微鏡10によるフォーカスオフセット範囲の下限に相当する。
このように、本実施形態の顕微鏡10によれば、受光素子29からの受光信号が欠けることなく出力される範囲(図11のTmin≦基準タイミング≦Tmax)内で、つまり、標本11のZ位置が“基準タイミングTmaxに対応する下限位置Z3−ΔZmin”と“基準タイミングTminに対応する上限位置Z3+ΔZmax”との間に含まれる限り、AF制御モード中のフォーカスオフセットを自由にかけることができる。
【0067】
本実施形態の顕微鏡10による標本11のZ位置のフォーカスオフセット範囲は、上記の下限位置Z3−ΔZminと上限位置Z3+ΔZmaxとの間に相当し、図12に示すように、従来のフォーカスオフセット範囲と比較して確実に広いことが分かる。
したがって、標本11が例えば半導体ウエハである場合のように、標本11上に形成された複数の段差部分の高低差が対物レンズの焦点深度より大きく、かつ、段差部分の高低差そのものが従来のDCオフセット方式によるフォーカスオフセット範囲を超えて大きい場合でも、本実施形態の顕微鏡10によれば良好に観察することができる。
【0068】
さらに、本実施形態の顕微鏡10では、受光素子29の走査周期(クロック周期)を最小単位として、つまり、受光素子29の各画素単位で、基準タイミングTk(分割境界線)の設定変更を行うことができるため、対物レンズ16の倍率の違いによる受光信号のレベル差に拘わらず、一定の分解能でオフセットをかけることができる。
【0069】
なお、上記した実施形態では、標本11のオフセット量(例えば図7の−ΔZaや図9の+ΔZb)が既知であることを前提に、そのオフセット量に応じて基準タイミングTk(受光信号の分割境界線)を一気に設定変更したが、実際の観察状況において、標本11のオフセット量は未知であることが多い。
このため、顕微鏡10の観察者によるオフセット入力部41の1回の手動操作ごとに、基準タイミングTkを所定量だけ設定変更し、標本11のZ位置を所定量だけ移動させるようにしてもよい。この場合、オフセット入力部41の手動操作の繰り返し回数に応じて、標本11を所望の量だけオフセットさせることができる。
【0070】
さらに、基準タイミングTkの1回の変更量は、光軸10a上に位置決めされている対物レンズ16の種類(倍率や焦点深度)に応じて、異なる値に設定することが好ましい。例えば、低倍の対物レンズ16ほど焦点深度が深いため、基準タイミングTkの1回の変更量を大きく設定し、標本11のZ位置の1回の移動量を大きくすることが考えられる。この場合、対物レンズ16の倍率変更に拘わらず、効率の良いフォーカスオフセットをかけることが可能となる。対物レンズ16の種類は、番地センサ42の検出結果に基づいて認識すればよい。
【0071】
また、図6のステップS1で基準タイミングTk(分割境界線)を初期設定するためのメモリ38内の記憶情報は、対物レンズ16の種類ごとに用意してもよい。この場合、ステップS1では、番地センサ42の検出結果(番地情報)に基づいて、メモリ38内の「光軸10a上の対物レンズ16の種類に対応する記憶領域」を参照し、基準タイミングTkを初期設定することになる。その結果、光軸10a上に位置決めされている対物レンズ16の種類が変わっても、良好な観察が行える。
【0072】
さらに、上記した実施形態では、落射型の照明によって例えば半導体ウエハを観察する工業用の顕微鏡10の例を説明したが、本発明は、落射型または透過型の照明によって生物標本を観察する顕微鏡などにも適用できる。標本11が生物標本(例えば細胞)の場合、その内部は立体構造になっているため、上述の方法でフォーカスオフセットをかけることにより、厚さ方向の観察したい任意の面にピントを合わせて観察することができる。
【0073】
また、上記した実施形態では、標本11と対物レンズ16との位置関係を調整するためにステージ12を上下動させる例を説明したが、対物レンズ16を上下動させても良いし、対物レンズ16と標本11との双方を上下動させてもよい。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォーカスオフセット範囲を広く設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の顕微鏡10の全体構成を示す図である。
【図2】受光信号の出力タイミングを説明する図である。
【図3】顕微鏡10のブロック構成を示す図である。
【図4】積分器32の出力の時間変化を説明する図である。
【図5】減算器36の出力と標本11のZ位置との関係を説明する図である。
【図6】顕微鏡10におけるAF制御の全体の手順を示すフローチャートである。
【図7】下方へのフォーカスオフセットを説明する図である。
【図8】下方へのフォーカスオフセットを説明する図である。
【図9】上方へのフォーカスオフセットを説明する図である。
【図10】上方へのフォーカスオフセットを説明する図である。
【図11】顕微鏡10における基準タイミングの設定範囲を説明する図である。
【図12】顕微鏡10におけるフォーカスオフセット範囲を説明する図である。
【図13】従来の焦点検出信号を説明する図である。
【図14】従来のDCオフセット方式を説明する図である。
【図15】DCオフセット方式におけるフォーカスオフセット範囲を説明する図である。
【符号の説明】
10 顕微鏡
11 標本
12 ステージ
13 光源
14 集光レンズ
15,26 ハーフミラー
16 対物レンズ
17 結像レンズ
18 プリズム
19 接眼レンズ
21 光源
22 スリット板
23,27 集光レンズ
24 遮光板
25 ダイクロイックミラー
28 シリンドリカルレンズ
29 受光素子
30 制御装置
32 積分器
33,34 サンプルホールド回路
35,36 減算器
37 CPU
38 メモリ
40 入力装置
41 オフセット入力部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic focusing device used for specimen observation or inspection, and a microscope equipped with the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an automatic focusing apparatus employing an active method is known. In the active method, the specimen is irradiated with detection light through the objective lens, and reflected light from the specimen irradiated with the detection light is received. Then, focusing is automatically performed based on the shift of the light receiving position of the reflected light. That is, the distance between the specimen and the objective lens is adjusted (for example, vertical movement of the specimen or the objective lens) so that the shift of the light receiving position becomes zero.
[0003]
In this normal AF control, a focus detection signal S1 (see FIG. 13) corresponding to the shift of the light receiving position of the reflected light is generated, and the interval is adjusted so that the focus detection signal S1 becomes zero. During the AF control, the distance between the sample and the objective lens is maintained at the distance A such that the focus detection signal S1 becomes zero.
In addition, when a focus offset is applied during AF control, the DC offset signal ΔV in FIG. 14 is added to the focus detection signal S1 corresponding to the shift in the light receiving position of the reflected light, and the obtained focus after addition is obtained. The interval is adjusted so that the detection signal S2 becomes 0 (DC offset method). As a result, the interval between the specimen and the objective lens is shifted to the interval B where the focus detection signal S2 = 0. The interval B is maintained during this AF control.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional DC offset method, when the DC offset signal ΔV is outside the range of the maximum value + ΔVmax and the minimum value −ΔVmax shown in FIG. However, it is not possible to find an interval (for example, B) such that the added focus detection signal S2 becomes zero.
[0005]
For this reason, the focus offset range by the conventional DC offset method includes an interval C when the maximum DC offset signal + ΔVmax is added to the focus detection signal S1 and an interval D when the minimum DC offset signal −ΔVmax is added. It will be limited to a narrow range between.
Incidentally, the maximum value + ΔVmax and the minimum value −ΔVmax of the DC offset signal ΔV generally correspond to the amplitude of the waveform of the focus detection signal S2. Further, the amplitude of the waveform of the focus detection signal S2 depends on the type of specimen and the apparatus conditions (magnification of the objective lens, intensity of detection light, sensitivity of an element that receives reflected light, etc.).
[0006]
An object of the present invention is to provide an automatic focusing apparatus capable of setting a wide focus offset range, and a microscope including the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The automatic focusing device according to
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the automatic focusing apparatus according to the first aspect, the changing unit includes: Depending on the type of objective lens positioned on the optical axis The objective lens used for observation If the magnification of is lower than the objective lens used earlier, One change amount when changing the reference timing (Tk) Than the objective lens used earlier It is characterized by being enlarged.
The invention described in
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiments of the present invention correspond to
As shown in FIG. 1, the
[0010]
Here, the configuration of the
The observation optical system (16 to 19) is an optical system for observing a magnified image of the
[0011]
Although only one
The afocal system between the
[0012]
The illumination optical system (13-15) is an optical system for epi-illuminating the
When observing the
[0013]
Further, the visible light reflected by the
The
[0014]
The
[0015]
Now, the automatic focusing devices (21 to 30, 40) are devices for automatically aligning, for example, the surface of the
[0016]
This automatic focusing device (21-30, 40) includes an AF light source 21, a
[0017]
The illumination systems (21 to 25) of the automatic focusing devices (21 to 30, 40) use the
[0018]
In this automatic focusing device (21-30, 40), AF light from the light source 21 passes through the
[0019]
The AF light guided onto the optical axis 10a travels in the right half region with the optical axis 10a as a boundary, passes through the
[0020]
The slit-shaped AF light L2 reflected from the surface of the
[0021]
The
[0022]
In the illumination system (21 to 25) and the light receiving system (26 to 29) having the above-described configuration, the half of the pupil is shielded by the
[0023]
For example, when the Z position of the
In the
[0024]
Conversely, when the Z position of the
As described above, the output timing Tp of the light receiving signal from the
[0025]
The waveform of the light reception signal has a shape having one peak as shown in FIGS. 2A to 2E, the horizontal axis represents the time T from the start of scanning of the
Each of FIGS. 2A to 2E is a waveform example of a received light signal when the Z position of the
[0026]
Next, the
[0027]
A light reception signal (for example, any one of FIGS. 2A to 2E) from the
[0028]
Then, in the sample hold circuit 33 arranged at the subsequent stage of the
The integrated voltage value L at the reference timing Tk corresponds to the area of the hatched portion in FIGS. 2A to 2E, that is, the area of the left region from the start of scanning of the
[0029]
When the sample hold circuit 33 samples the output of the integrator 32 (integrated voltage value Vs = L) at the reference timing Tk, the sample hold circuit 33 outputs this to the
Further, the
[0030]
Note that the sample timing (reference timing Tk) of the sample hold circuit 33 described above is set by the
[0031]
Then, the integration signals (L) and (L + R) respectively output from the
[0032]
The integrated voltage value R corresponds to the area of the right region from the dividing boundary line (Tk) to the end of scanning in each of the received light signals shown in FIGS. When the output timing Tp of the received light signal changes according to Z1 to Z5), the magnitude thereof changes.
The
[0033]
The
Here, when the output timing Tp of the received light signal changes according to the Z position (Z1 to Z5 in FIG. 2) of the
[0034]
For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, when the output timing Tp of the received light signal is earlier than the reference timing Tk, the sign of the focus detection signal (RL) becomes “negative”. On the other hand, when the output timing Tp is later than the reference timing Tk (FIGS. 2D and 2E), the sign of the focus detection signal (RL) becomes “positive”. When the output timing Tp coincides with the reference timing Tk (FIG. 2C), the focus detection signal (RL) becomes “0”.
[0035]
As will be described in detail later, the
[0036]
Next, the
[0037]
The offset
[0038]
When the offset
Then, based on the offset amount from the offset
[0039]
Further, the
The switch 43 is a switch for setting the
[0040]
Finally, the focusing operation in the
When the
[0041]
Next, the
That is, first, it is determined whether or not the focus detection signal (RL) is “0” (step S3). If it is not “0” (S3 is N), the focus detection signal (R−) is determined. It is determined whether or not the sign of L) is “positive” (step S4).
[0042]
When the sign of the focus detection signal (RL) is “positive” (S4 is Y), the output timing Tp of the received light signal is the reference timing Tk as shown in FIGS. Slower, the W position of the slit image on the light receiving surface of the
[0043]
Thereafter, the process returns to step S3, and the processes of steps S3 to S5 are repeated until the focus detection signal (RL) becomes “0”. During this time, as the Z position of the
[0044]
On the other hand, when the sign of the focus detection signal (R−L) is “negative” (S4 is N) in step S4, the light reception signal is output as shown in FIGS. Since the timing Tp is earlier than the reference timing Tk, the W position of the slit image on the light receiving surface of the
[0045]
Thereafter, the process returns to step S3, and the processes of steps S3, S4, and S6 are repeated until the focus detection signal (RL) becomes “0”. During this time, as the Z position of the
[0046]
Thus, the Z position of the
Therefore, as long as there is no input of the offset amount from the offset input unit 41 (N in S2), the processing of steps S3 to S7 (normal AF control) is repeated, and the Z position of the
[0047]
Incidentally, while the Z position of the
[0048]
Next, a case where the focus offset is applied while the
[0049]
That is, in step S8, the offset amount at the Z position of the
[0050]
For example, when the Z position of the
Based on the conversion result, the setting of the reference timing Tk is changed (S9). As a result, the sample timing of the sample hold circuit 33 is changed from the reference timing Tk in FIG. 8A to the reference timing Tk + ΔTa in FIG. 8B, and is output from the
[0051]
In this example, the setting is changed to the reference timing Tk + ΔTa that is later than the reference timing Tk (FIG. 8B), and the sign of the focus detection signal (RL) becomes “negative” (S4 is N). The
[0052]
The state of change of the focus detection signal (RL) during this period is as shown by AF (3) in FIG. The horizontal axis of FIG. 7B represents the Z position of the
[0053]
When the focus detection signal (RL) corresponding to the reference timing Tk + ΔTa becomes “0” (S3 is Y), the light reception signal output timing Tp coincides with the reference timing Tk + ΔTa as shown in FIG. 8C. Therefore, the
[0054]
Therefore, unless a new offset amount is input from the offset input unit 41 (N in S2), the processing of steps S3 to S7 is repeated by the
[0055]
Incidentally, while the Z position of the
Contrary to the above example, when the Z position of the
[0056]
Based on the conversion result, the setting of the reference timing Tk is changed (S9). As a result, the sample timing of the sample hold circuit 33 is changed from the reference timing Tk in FIG. 10A to the reference timing Tk−ΔTb in FIG. 10B, and the subtractor is changed according to the new reference timing Tk−ΔTb. The focus detection signal (RL) output from 36 is not “0”. Therefore, when the process proceeds to step S3 after the process in step S9, the determination result is “N”.
[0057]
In this example, the setting is changed to the reference timing Tk−ΔTb that is earlier than the reference timing Tk (FIG. 10A), and the sign of the focus detection signal (RL) becomes “positive” (S4 is N Therefore, the
[0058]
The state of change of the focus detection signal (RL) during this period is as shown by AF (4) in FIG. 9B. The horizontal axis of FIG. 9B represents the Z position of the
[0059]
When the focus detection signal (RL) corresponding to the reference timing Tk−ΔTb becomes “0” (Y in S3), the output timing Tp of the received light signal becomes the reference timing Tk− as shown in FIG. Since it coincides with ΔTa, the
[0060]
Therefore, unless a new offset amount is input from the offset input unit 41 (N in S2), the processing of steps S3 to S7 is repeated by the
[0061]
Incidentally, while the Z position of the
As described above, in the
[0062]
Then, based on the new reference timing after the change (for example, Tk + ΔTa in FIG. 8 or Tk−ΔTb in FIG. 10), the focus detection signal (R−L) output from the
[0063]
For this reason, not only the surface 11a (FIGS. 7A and 9A) of the
Furthermore, in the
[0064]
When the changed reference timing (Tk + ΔTa, Tk−ΔTb) is set to the earliest timing Tmin (FIG. 11A), the focus detection signal (RL) corresponding to the reference timing Tmin is “0”. The Z position of the
[0065]
When the focus detection signal (RL) corresponding to the reference timing Tmin becomes “0” (Tmin = Tp), the
Conversely, when the changed reference timing (Tk + ΔTa, Tk−ΔTb) is set to the latest timing Tmax (FIG. 11B), the focus detection signal (RL) corresponding to the reference timing Tmax is “ The Z position of the
[0066]
When the focus detection signal (RL) corresponding to the reference timing Tmax becomes “0” (Tmax = Tp), the
As described above, according to the
[0067]
The focus offset range at the Z position of the
Therefore, as in the case where the
[0068]
Furthermore, in the
[0069]
In the above-described embodiment, on the assumption that the offset amount of the sample 11 (for example, −ΔZa in FIG. 7 or + ΔZb in FIG. 9) is known, the reference timing Tk (the division boundary of the received light signal) is determined according to the offset amount. Line) is changed at once, but the offset amount of the
For this reason, every time when the observer of the
[0070]
Furthermore, it is preferable to set the amount of one change of the reference timing Tk to a different value depending on the type (magnification and depth of focus) of the
[0071]
Further, the storage information in the
[0072]
Further, in the above-described embodiment, an example of the
[0073]
In the above-described embodiment, an example in which the
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the focus offset range can be set wide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a microscope according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining an output timing of a light reception signal.
FIG. 3 is a diagram showing a block configuration of the
FIG. 4 is a diagram for explaining a change over time in the output of an
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between an output of a subtracter and a Z position of a sample.
FIG. 6 is a flowchart showing an overall procedure of AF control in the
FIG. 7 is a diagram for explaining a downward focus offset.
FIG. 8 is a diagram for explaining a downward focus offset;
FIG. 9 is a diagram illustrating an upward focus offset.
FIG. 10 is a diagram illustrating an upward focus offset.
FIG. 11 is a diagram for explaining a reference timing setting range in the microscope.
12 is a diagram illustrating a focus offset range in the
FIG. 13 is a diagram illustrating a conventional focus detection signal.
FIG. 14 is a diagram illustrating a conventional DC offset method.
FIG. 15 is a diagram illustrating a focus offset range in a DC offset method.
[Explanation of symbols]
10 Microscope
11 specimens
12 stages
13 Light source
14 Condensing lens
15, 26 half mirror
16 Objective lens
17 Imaging lens
18 Prism
19 Eyepiece
21 Light source
22 Slit plate
23, 27 condenser lens
24 Shading plate
25 Dichroic mirror
28 Cylindrical lens
29 Light receiving element
30 Control device
32 integrator
33, 34 Sample hold circuit
35, 36 subtractor
37 CPU
38 memory
40 input devices
41 Offset input section
Claims (3)
前記対物レンズを介して前記標本からの反射光を受光し、受光信号の出力のための走査開始から走査終了のタイミングの間で一方から他方に順次走査されることで前記対物レンズと前記標本との相対的な位置関係に基づく受光信号を出力する受光手段と、
前記出力された受光信号を積分する積分器と、
前記走査開始から走査終了のタイミングの間に設定され、前記積分器で積分された信号を分割し出力する受光信号のサンプルタイミングを基準タイミング(Tk)として予め定め、前記基準タイミング(Tk)において前記積分器の出力をサンプルするサンプルホールド回路と、
前記受光手段から出力される前記受光信号のピークが出力される出力タイミング(Tp)と予め定められた前記基準タイミング(Tk)とのずれに応じた制御信号を生成し、該制御信号に基づいて前記相対的な位置関係を調整する制御手段と、
前記標本の観察位置を変える際、前記対物レンズと前記標本との相対的な位置を前記対物レンズの光軸方向に沿って変更するフォーカスオフセットのためのオフセット量を入力する入力手段と、
前記オフセット量が入力されたときに、前記受光手段から受光信号を順次出力する走査開始から走査終了のタイミングにおける前記基準タイミング(Tk)を変更し、前記オフセット量“−ΔZa”を検出し、該オフセット量“−ΔZa”を基準タイミング(Tk)の変更量“+ΔTa”に換算するか、又は、前記オフセット量“+ΔZa”を検出し、該オフセット量“+ΔZa”を基準タイミング(Tk)の変更量“−ΔTa”に換算することにより、前記受光信号のサンプルタイミングを変える前記サンプルホールド回路の前記基準タイミング(Tk)を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする自動焦点合わせ装置。Illumination means for irradiating the specimen with detection light via an objective lens;
The reflected light from the specimen is received through the objective lens, and the objective lens and the specimen are scanned sequentially from one to the other between the scanning start timing and the scanning end timing for outputting a light reception signal. A light receiving means for outputting a light reception signal based on the relative positional relationship of
An integrator for integrating the output received light signal;
The sample timing of the received light signal that is set between the start of scanning and the end of scanning and divides and outputs the signal integrated by the integrator is determined in advance as a reference timing (Tk). A sample-and-hold circuit that samples the output of the integrator;
A control signal corresponding to a deviation between an output timing (Tp) at which the peak of the light reception signal output from the light receiving means is output and a predetermined reference timing (Tk) is generated, and based on the control signal Control means for adjusting the relative positional relationship;
An input means for inputting an offset amount for a focus offset for changing a relative position between the objective lens and the specimen along an optical axis direction of the objective lens when changing the observation position of the specimen;
When the offset amount is input, the reference timing (Tk) at the scanning start timing to the scanning end timing for sequentially outputting the light receiving signal from the light receiving means is changed, and the offset amount “−ΔZa” is detected, The offset amount “−ΔZa” is converted into the change amount “+ ΔTa” of the reference timing (Tk), or the offset amount “+ ΔZa” is detected, and the offset amount “+ ΔZa” is changed to the change amount of the reference timing (Tk). An automatic focusing apparatus comprising: changing means for changing the reference timing (Tk) of the sample-and-hold circuit for changing the sample timing of the received light signal by converting to “−ΔTa” .
前記変更手段は、前記光軸上に位置決めされている前記対物レンズの種類に応じて観察に使用する前記対物レンズの倍率が先に使用された対物レンズよりも低い場合には、前記基準タイミング(Tk)を変更する際の1回の変更量を先に使用された対物レンズよりも大きくすることを特徴とする自動焦点合わせ装置。The automatic focusing apparatus according to claim 1,
When the magnification of the objective lens used for observation is lower than that of the objective lens previously used , depending on the type of the objective lens positioned on the optical axis , the changing unit is configured to perform the reference timing ( An automatic focusing apparatus characterized in that the amount of change at one time when changing (Tk) is made larger than that of the objective lens previously used .
前記対物レンズの光軸上に配置された請求項1または請求項2に記載の自動焦点合わせ装置とを備えたことを特徴とする顕微鏡。An imaging optical system having an objective lens and forming an image of the specimen;
A microscope comprising the automatic focusing device according to claim 1 or 2 disposed on an optical axis of the objective lens.
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