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JP2010072017A - Automatic focusing device - Google Patents

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JP2010072017A
JP2010072017A JP2008235949A JP2008235949A JP2010072017A JP 2010072017 A JP2010072017 A JP 2010072017A JP 2008235949 A JP2008235949 A JP 2008235949A JP 2008235949 A JP2008235949 A JP 2008235949A JP 2010072017 A JP2010072017 A JP 2010072017A
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic focusing device that obtains a focusing state fast with high precision. <P>SOLUTION: A triangulation displacement gauge 10 includes a laser light projection unit 11 and a light reception unit 12, and is disposed such that the bisector of the angle that an optical axis 11a of the projection unit 11 and an optical axis 12a of the light reception unit 12 contain substantially matches an optical axis of an objective 3. At this time, the focus of the objective 3 is arranged so as to be put within a measurement range of the triangulation displacement gauge 10. A correspondence relation between a position output of the triangulation displacement gauge 10 and the position of the objective 3 is stored in a controller 14, which uses the correspondence relation to perform a focusing operation based upon the signal of the triangulation displacement gauge 10. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、観察対象物と対物レンズ間の相対距離を調整することにより対物レンズの焦点が観察対象物に合う合焦状態を得るオートフォーカス装置に関する。   The present invention relates to an autofocus device that obtains an in-focus state in which the focal point of an objective lens matches the observation object by adjusting the relative distance between the observation object and the objective lens.

一般に顕微鏡用のオートフォーカスにはパッシブ方式とアクティブ方式が知られている。パッシブ方式は画像のコントラスト値などから焦点の最適位置を求めるものであるが、画像処理を介して制御を行うため、高速化に適していない。より高速に適したオートフォーカスとしてアクティブ方式があるが、これらは観察対象物にレーザ光等を照射して、その戻り光の位置や形などの情報を用いて位置情報を得る。主な方式として特開2005-10665号公報、特開2007-148161号公報に記載されているようなナイフエッジ方式があるが、この方式は対物レンズに照射するレーザ光の半分を遮蔽することにより、対象物の位置に応じて戻り光の位置が変化することで対象物の位置情報を得るものである。また、特開2007-271978号公報、特開2008-46327号公報に開示されているような非点収差方式が知られている。これは戻り光の光路にシリンドリカルレンズを挿入し、対象物の位置に応じて検出器上のビームの形が変化することを計測して、対象物の位置を知るものである。   Generally, a passive method and an active method are known for autofocus for a microscope. The passive method obtains the optimum focus position from the contrast value of the image, but is not suitable for speeding up because control is performed through image processing. There are active methods as autofocus suitable for higher speeds, but these irradiate an observation object with laser light or the like, and obtain position information using information such as the position and shape of the return light. As a main method, there is a knife edge method as described in JP-A-2005-10665 and JP-A-2007-148161, but this method blocks half of the laser light irradiated on the objective lens. The position information of the object is obtained by changing the position of the return light according to the position of the object. Further, astigmatism methods as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2007-271978 and 2008-46327 are known. This is to know the position of the object by inserting a cylindrical lens in the optical path of the return light and measuring that the shape of the beam on the detector changes according to the position of the object.

また、変位計を用いるオートフォーカスとしては、特開平5−323179号公報に開示されているようなものが知られている。この例では、対物レンズと同軸に、もしくは別の位置に変位計を設けてワークの高さ情報を検出し、オートフォーカスを行っている。   Further, as an autofocus using a displacement meter, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-323179 is known. In this example, a displacement meter is provided coaxially with the objective lens or at a different position to detect workpiece height information and perform autofocus.

特開2005−10665号公報JP 2005-10665 A 特開2007−148161号公報JP 2007-148161 A 特開2007−271978号公報JP 2007-271978 A 特開2008−046327号公報JP 2008-046327 A 特開H05−323179号公報JP H05-323179A

しかしながら、前述のアクティブ方式の対象物の位置検出方式は、いずれも対物レンズを通して情報を取得しているために、光軸方向に極めて限られた範囲の焦点の情報を得ているに過ぎない。従って目標対象物の焦点情報を得るためには、光軸方向に対象物か対物レンズを走査する必要が生じる。また、一度前記の走査を行って目標とする焦点位置を発見して、それに対して追従動作をかけることが行われるが、これらの焦点位置検出方式が検出している領域が極めて小さいために、この範囲にゴミなどの微弱な外乱があるだけで、対象物の位置を安定して検出できなくなるという欠点がある。さらに、薄いガラスのように光軸方向に複数の面を有する対象物にオートフォーカスをかけようとした場合に、走査範囲によっては焦点を合わせたい面とは違う面に焦点を合わせてしまうことがある。さらに、これらの方式では、焦点位置の検出精度が対物レンズに依存するため、低倍の対物レンズを用いた場合には、焦点を精度良く検出することができなかった。   However, since all of the above-described active object position detection methods obtain information through the objective lens, they only obtain information on a focal point in a very limited range in the optical axis direction. Therefore, in order to obtain the focus information of the target object, it is necessary to scan the object or the objective lens in the optical axis direction. In addition, once the above scanning is performed to find a target focal position and a tracking operation is performed on it, the area detected by these focal position detection methods is extremely small. There is a drawback that the position of the object cannot be detected stably only by a weak disturbance such as dust in this range. Furthermore, when trying to autofocus an object that has multiple surfaces in the direction of the optical axis, such as thin glass, depending on the scanning range, it may focus on a surface that is different from the surface that you want to focus on. is there. Furthermore, in these methods, since the detection accuracy of the focal position depends on the objective lens, the focus cannot be detected with high accuracy when a low-magnification objective lens is used.

また、変位計を用いたオートフォーカス方式も、ただ単順に対象物の高さを計測するだけでは、薄いガラスの向こうに観察対象があるウェルプレートなどに用いることはできない。   Also, the autofocus method using a displacement meter cannot be used for a well plate having an observation object beyond a thin glass simply by measuring the height of the object in a single order.

本発明の目的は、高精度かつ高速に合焦状態を得ることができるオートフォーカス装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an autofocus device capable of obtaining a focused state with high accuracy and high speed.

本発明のオートフォーカス装置は、観察対象物と対物レンズ間の相対距離を調整することにより前記対物レンズの焦点が前記観察対象物に合う合焦状態を得るオートフォーカス装置において、前記相対距離を、三角測量変位計を用いた三角測量方式により計測する計測手段と、前記計測手段による計測結果に応じて、前記合焦状態が得られるように前記相対距離を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
このオートフォーカス装置によれば、三角測量変位計を用いた三角測量方式により相対距離を計測し、その計測結果に応じて合焦状態が得られるように相対距離を制御するので、高精度かつ高速に合焦状態を得ることができる。
The autofocus device of the present invention is an autofocus device that obtains an in-focus state in which the focus of the objective lens matches the observation object by adjusting the relative distance between the observation object and the objective lens. Measuring means for measuring by a triangulation method using a triangulation displacement meter, and control means for controlling the relative distance so that the in-focus state is obtained according to a measurement result by the measuring means. Features.
According to this autofocus device, the relative distance is measured by a triangulation method using a triangulation displacement meter, and the relative distance is controlled so that an in-focus state is obtained according to the measurement result. The in-focus state can be obtained.

前記計測手段は前記観察対象物の手前に存在する透明体の裏面の位置を前記計測結果として計測し、前記制御手段は、前記計測手段による前記計測結果に応じて、前記相対距離を制御してもよい。   The measuring means measures the position of the back surface of the transparent body existing in front of the observation object as the measurement result, and the control means controls the relative distance according to the measurement result by the measuring means. Also good.

前記三角測量変位計は投光光学系および受光光学系を備え、前記投光光学系の光軸と前記受光光学系の光軸とのなす角度の二等分線と、前記対物レンズの光軸とを平行に配置してもよい。   The triangulation displacement meter includes a light projecting optical system and a light receiving optical system, an bisector of an angle formed by an optical axis of the light projecting optical system and an optical axis of the light receiving optical system, and an optical axis of the objective lens May be arranged in parallel.

前記三角測量変位計の測定範囲内に、前記合焦状態における前記対物レンズの焦点が位置してもよい。   The focal point of the objective lens in the focused state may be located within the measurement range of the triangulation displacement meter.

前記三角測量変位計の測定位置と前記対物レンズの焦点とが、前記対物レンズの光軸と直交する方向にオフセットしていてもよい。
前記透明体はアレイ状に複数のウェルが配列されたウェルプレートであり、前記オフセットのオフセット量が、前記ウェルプレートにおける前記ウェル間の距離の整数倍であってもよい。
The measurement position of the triangulation displacement meter and the focal point of the objective lens may be offset in a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens.
The transparent body may be a well plate in which a plurality of wells are arranged in an array, and an offset amount of the offset may be an integer multiple of a distance between the wells in the well plate.

前記計測手段により計測された前記ウェルについての前記計測結果を記憶する記憶手段と、前記オフセット量だけ前記ウェルプレートを相対的に駆動することで、前記対物レンズを前記記憶手段における記憶対象とされた当該ウェルに対向させる駆動手段と、を備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記計測結果に応じて前記相対距離を制御することにより、当該ウェルについての合焦状態を得てもよい。   Storage means for storing the measurement result of the well measured by the measurement means, and the well plate is relatively driven by the offset amount, so that the objective lens is a storage target in the storage means. Drive means for facing the well, and the control means controls the relative distance according to the measurement result stored in the storage means, thereby obtaining a focused state for the well. Good.

前記ウェルプレートにおける特定のウェルについて前記対物レンズによる前記観察対象物の観察が行われている間に、当該特定のウェルから前記オフセット量だけオフセットしたウェルについて予め前記計測手段による計測を前記観察と並行して実行し、前記記憶手段は当該計測結果を記憶してもよい。   While the observation object is being observed by the objective lens for a specific well in the well plate, measurement by the measurement unit is performed in parallel with the observation in advance for a well offset from the specific well by the offset amount. And the storage means may store the measurement result.

前記オフセット量だけ前記ウェルプレートを相対的に駆動させる駆動時に同期して、前記相対距離の制御を行うようにしてもよい。   The relative distance may be controlled in synchronism with the relative driving of the well plate by the offset amount.

前記オフセット量が可変とされていてもよい。   The offset amount may be variable.

前記オフセット量をゼロとすることが可能であってもよい。   It may be possible to make the offset amount zero.

前記三角測量変位計は前記透明体の表面および前記裏面からの信号を検出し、前記計測手段は、検出されたこれらの信号および前記透明体の屈折率を用いて前記透明体の裏面の位置を計測してもよい。   The triangulation displacement meter detects signals from the front surface and the back surface of the transparent body, and the measuring means determines the position of the back surface of the transparent body using these detected signals and the refractive index of the transparent body. You may measure.

前記観察対象物と前記対物レンズの焦点の相対位置関係を前記計測手段と独立して検出する相対位置検出手段を備えてもよい。   You may provide the relative position detection means which detects the relative positional relationship of the said observation object and the focus of the said objective lens independently of the said measurement means.

前記相対位置検出手段は、前記対物レンズを通して撮影した画像に基づいて前記相対位置関係を検出してもよい。   The relative position detecting means may detect the relative position relationship based on an image photographed through the objective lens.

前記相対位置検出手段は、前記対物レンズを通して投影したレーザ光を用いて前記相対位置関係を検出してもよい。   The relative position detecting means may detect the relative positional relationship using a laser beam projected through the objective lens.

前記相対位置検出手段により検出された前記相対位置関係に基づいて、前記計測手段を校正する校正手段を備えてもよい。   Calibration means for calibrating the measuring means based on the relative positional relationship detected by the relative position detecting means may be provided.

前記制御手段は、前記相対位置検出手段により検出された前記相対位置関係または前記計測手段による前記計測結果のいずれかを選択的に用いて、前記合焦状態が得られるように前記相対距離を制御してもよい。   The control means controls the relative distance so as to obtain the in-focus state by selectively using either the relative positional relationship detected by the relative position detecting means or the measurement result by the measuring means. May be.

複数の前記対物レンズの中から特定の対物レンズを選択するレンズ選択手段と、前記選択手段による前記対物レンズの交換時に前記対物レンズから前記三角測量変位計を退避させる退避手段と、を備えてもよい。   Lens selection means for selecting a specific objective lens from the plurality of objective lenses, and retraction means for retracting the triangulation displacement meter from the objective lens when the objective lens is replaced by the selection means. Good.

本発明のオートフォーカス装置によれば、三角測量変位計を用いた三角測量方式により相対距離を計測し、その計測結果に応じて合焦状態が得られるように相対距離を制御するので、高精度かつ高速に合焦状態を得ることができる。   According to the autofocus device of the present invention, the relative distance is measured by a triangulation method using a triangulation displacement meter, and the relative distance is controlled so that a focused state is obtained according to the measurement result. In addition, a focused state can be obtained at high speed.

以下、本発明によるオートフォーカス装置の実施形態について説明する。   Embodiments of an autofocus device according to the present invention will be described below.

本発明によるオートフォーカス装置は顕微鏡システムのオートフォーカスに関し、特に多数のウェルを有するウェルプレートの顕微鏡画像を高速に観察するような顕微鏡システムに適する。ただし、本発明の適用範囲は上記のものに限定されず、通常の顕微鏡システムや、工業用の顕微鏡システムにも適用可能である。   The autofocus apparatus according to the present invention relates to autofocus of a microscope system, and is particularly suitable for a microscope system that observes a microscope image of a well plate having a large number of wells at high speed. However, the scope of application of the present invention is not limited to the above-described ones, and the present invention can also be applied to ordinary microscope systems and industrial microscope systems.

以下、図1〜図6を参照して実施例1のオートフォーカス装置について説明する。   Hereinafter, the autofocus device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施例のオートフォーカス装置の構成を示すブロック図、図2はウェルプレートの構造を示す斜視図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the autofocus device of this embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a well plate.

図2に示すように、観察対象物を収容するウェルプレート1は、細胞を入れるウェル1aと呼ばれる微小容器がアレイ状に配列されて構成されており、その一つ一つの薬剤などの条件を変えることにより、効率的に実験ができるようになっている。また、このウェルプレート1の底面は透明なガラスプレート1bから構成され、図1に示すように、ウェル1aはガラスプレート1bを介して対物レンズ3によって下面から観察可能とされている。   As shown in FIG. 2, the well plate 1 that accommodates the observation object is configured by arranging micro-containers called wells 1a into which cells are placed in an array, and the conditions such as each drug are changed. This makes it possible to conduct experiments efficiently. Further, the bottom surface of the well plate 1 is composed of a transparent glass plate 1b. As shown in FIG. 1, the well 1a can be observed from the lower surface by the objective lens 3 through the glass plate 1b.

また、このウェルプレート1は、XYテーブル2によって、対物レンズ3の光軸方向(図1において上下方向)に対して垂直な平面内で移動可能とされている。   The well plate 1 can be moved by a XY table 2 in a plane perpendicular to the optical axis direction of the objective lens 3 (vertical direction in FIG. 1).

対物レンズ3は、Zステージ4によってその光軸方向(図1において上下方向)に微動が可能とされ、ウェルプレート1との相対位置が可変とされている。さらに対物レンズ3は顕微鏡鏡筒5に光学的に接続されており、顕微鏡鏡筒5には高感度カメラ6と観察対象物を照明する光源7が接続されている。   The objective lens 3 can be finely moved in the optical axis direction (vertical direction in FIG. 1) by the Z stage 4, and the relative position with respect to the well plate 1 is variable. Further, the objective lens 3 is optically connected to a microscope barrel 5, and a high sensitivity camera 6 and a light source 7 for illuminating an observation object are connected to the microscope barrel 5.

また、対物レンズ3と顕微鏡鏡筒5を接続する光路途中にはダイクロイックミラー8が設置されている。このダイクロイックミラー8は顕微鏡観察に影響を与えない近赤外レーザを反射するように構成されている。さらにこのダイクロイックミラー8は光学的にフォーカスセンサ9に接続されている。   A dichroic mirror 8 is installed in the middle of the optical path connecting the objective lens 3 and the microscope barrel 5. The dichroic mirror 8 is configured to reflect a near-infrared laser that does not affect microscopic observation. Further, the dichroic mirror 8 is optically connected to the focus sensor 9.

フォーカスセンサ9は、近赤外レーザを発し、かつその戻り光を図示しない光学系によってディテクタに導き、光の位置や形状が対象物との位置関係に応じて変化することを検出して出力する。   The focus sensor 9 emits a near-infrared laser and guides its return light to a detector by an optical system (not shown) to detect and output that the position and shape of the light change according to the positional relationship with the object. .

また、対物レンズ3近傍には、三角測量変位計10が配置されている。   Further, a triangulation displacement meter 10 is arranged in the vicinity of the objective lens 3.

図3は、三角測量変位計10の形状を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the triangulation displacement meter 10.

図1および図3に示すように、三角測量変位計10はレーザ投光ユニット11と受光ユニット12によって構成されている。また、図1に示すように、投光ユニット11の光軸11aと受光ユニット12の光軸12aの成す角度の二等分線と、対物レンズ3の光軸がほぼ一致するように配置されている。このとき、三角測量変位計10の測定範囲内に、対物レンズ3の焦点がくるように配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the triangulation displacement meter 10 includes a laser projecting unit 11 and a light receiving unit 12. Further, as shown in FIG. 1, the bisector of the angle formed by the optical axis 11a of the light projecting unit 11 and the optical axis 12a of the light receiving unit 12 and the optical axis of the objective lens 3 are substantially aligned. Yes. At this time, the objective lens 3 is arranged so that the focal point is within the measurement range of the triangulation displacement meter 10.

図1に示すように、XYテーブル2、Zステージ4、高感度カメラ6、フォーカスセンサ9および受光ユニット12は、点線で示す制御配線によってコントローラ14と接続されている。また、後述する三角測量変位計10の位置出力と対物レンズ3の位置の対応関係がコントローラ14に格納されており、コントローラ14は、この対応関係を用いて、三角測量変位計10の信号に基づくフォーカシング動作を実行する。   As shown in FIG. 1, the XY table 2, the Z stage 4, the high-sensitivity camera 6, the focus sensor 9, and the light receiving unit 12 are connected to the controller 14 by control wiring indicated by dotted lines. In addition, a correspondence relationship between a position output of a triangulation displacement meter 10 and a position of the objective lens 3 described later is stored in the controller 14, and the controller 14 uses this correspondence relationship based on the signal of the triangulation displacement meter 10. Perform the focusing operation.

三角測量変位計10およびコントローラ14は、本発明における計測手段を、フォーカスセンサ9およびコントローラ14は、本発明における相対位置検出手段を、コントローラ14は、本発明における制御手段、校正手段および記憶手段を、それぞれ構成する。   The triangulation displacement meter 10 and the controller 14 are measurement means in the present invention, the focus sensor 9 and the controller 14 are relative position detection means in the present invention, and the controller 14 is control means, calibration means, and storage means in the present invention. Configure each.

次に、本実施例のオートフォーカス装置の動作について説明する。   Next, the operation of the autofocus device of this embodiment will be described.

図4は三角測量変位計10の動作原理を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing the operating principle of the triangulation displacement meter 10.

図4に示すように、投光ユニット11のレーザ光源11aからのレーザ光は投光光学系11bを介して対象物20に照射され、対象物20からの光は受光ユニット12の受光光学系12aを介してディテクタ12bに導かれる。対象物20が近くにある場合を実線で、遠くにある場合を点線で示すように、対象物20との距離に応じてディテクタ12bでの結像位置が異なるため、対象物20との距離に応じた信号を出力可能になっている。   As shown in FIG. 4, the laser light from the laser light source 11 a of the light projecting unit 11 is irradiated to the object 20 through the light projecting optical system 11 b, and the light from the object 20 is received by the light receiving optical system 12 a of the light receiving unit 12. To the detector 12b. As shown by the solid line when the object 20 is near and by the dotted line when the object 20 is far, the imaging position on the detector 12b differs depending on the distance to the object 20, so the distance from the object 20 is The corresponding signal can be output.

従来の対物レンズを通したフォーカスセンサのスポット径はミクロンオーダであり、スポット径はごく小さい。これに対し、三角測量変位計10では投影するレーザ光のスポット径は数10μmから数100μmと大きいため、外乱に強いという特徴がある。   The spot diameter of a focus sensor through a conventional objective lens is on the order of microns, and the spot diameter is very small. On the other hand, the triangulation displacement meter 10 has a feature that it is resistant to disturbance because the spot diameter of the projected laser beam is as large as several tens of μm to several hundreds of μm.

図5は、ウェルプレート1の位置を計測する様子を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing how the position of the well plate 1 is measured.

コントローラ14によってXYテーブル2が駆動され、ウェルプレート1の中の一つのウェル1aが対物レンズ3の光軸下に位置決めされる。この状態で、三角測量変位計10がウェル1aの位置を計測する。   The controller 14 drives the XY table 2 and positions one well 1 a in the well plate 1 below the optical axis of the objective lens 3. In this state, the triangulation displacement meter 10 measures the position of the well 1a.

図6は、計測時にディテクタ12bにより得られる位置出力を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a position output obtained by the detector 12b during measurement.

ウェル1aの底面は薄板ガラスであるガラスプレート1bで構成されているため(図5)、三角測量変位計10のディテクタ12b(図4)により、図6に示すようにガラスプレート1bの表面1c(図5)からの大きい出力とガラスプレート1bの裏面1d(図5)からの小さい出力の二つの位置出力が得られる。このうち、表面1cに基づく位置出力により、表面1cの位置は正確に計測できる。しかし、裏面1dから反射される光線は、ガラスプレート1b内を経由しているので、正確な裏面1dの位置を知るには補正が必要である。   Since the bottom surface of the well 1a is composed of a glass plate 1b which is a thin glass plate (FIG. 5), the detector 12b (FIG. 4) of the triangulation displacement meter 10 causes the surface 1c of the glass plate 1b (see FIG. 6). Two position outputs are obtained, a large output from FIG. 5) and a small output from the back surface 1d of the glass plate 1b (FIG. 5). Among these, the position of the surface 1c can be accurately measured by the position output based on the surface 1c. However, since the light beam reflected from the back surface 1d passes through the inside of the glass plate 1b, correction is necessary to know the exact position of the back surface 1d.

補正では、コントローラ14において、2つの出力から、ガラスを通ることによる屈折率の補正などを行い、ガラスの厚みを算出し、正確にガラスの裏面位置を算出する。具体的には、表面1cおよび裏面1dに基づく2つの信号と、投光ユニット11の光軸11aとガラスプレート1bのなす角度、受光ユニット12の光軸12aとガラスプレート1bのなす角度、およびガラスプレート1bを構成するガラスの屈折率を用いて、ガラスプレート1bの厚みを算出し、表面1cの位置と算出したガラスプレート1bの厚みから正確な裏面11dの位置を算出する。   In the correction, the controller 14 corrects the refractive index by passing through the glass from the two outputs, calculates the thickness of the glass, and accurately calculates the back surface position of the glass. Specifically, two signals based on the front surface 1c and the back surface 1d, an angle formed by the optical axis 11a of the light projecting unit 11 and the glass plate 1b, an angle formed by the optical axis 12a of the light receiving unit 12 and the glass plate 1b, and glass The refractive index of the glass constituting the plate 1b is used to calculate the thickness of the glass plate 1b, and the accurate position of the back surface 11d is calculated from the position of the front surface 1c and the calculated thickness of the glass plate 1b.

このように、三角測量変位計10を用いることにより、対物レンズ3の焦点を光軸方向に走査することなく、ガラスプレート1bの裏面1dの位置を得ることできる。また、対物レンズを通す方式と異なり、対物レンズの倍率に依存することなく、常時、精度の良好な計測が可能となる。このデータを用いて、コントローラ14は、対物レンズ3の焦点がウェルプレート底面を構成するガラスプレート1bの裏面1dの数μm先にある細胞の位置にくるように、Zステージ4を駆動する。   Thus, by using the triangulation displacement meter 10, the position of the back surface 1d of the glass plate 1b can be obtained without scanning the focal point of the objective lens 3 in the optical axis direction. In addition, unlike the method of passing through an objective lens, it is possible to always measure with high accuracy without depending on the magnification of the objective lens. Using this data, the controller 14 drives the Z stage 4 so that the focal point of the objective lens 3 comes to the position of the cell located several μm ahead of the back surface 1d of the glass plate 1b constituting the bottom surface of the well plate.

この状態で、顕微鏡光筒5は光源7からの光を、対物レンズ3を介して観察対象の細胞に照射し、細胞からの蛍光などの光をダイクロイックミラー8や図示しないフィルタを介して高感度カメラ6に結像させる。コントローラ14はフォーカスの合った画像を保存すると共に、XYテーブル2を駆動して次のウェルへと移動する。この一連の動作を繰り返すことによって、高速にウェルごとのフォーカスの合った画像を取得することができる。   In this state, the microscope light tube 5 irradiates light from the light source 7 to the cell to be observed through the objective lens 3, and highly sensitive light such as fluorescence from the cell through the dichroic mirror 8 or a filter (not shown). An image is formed on the camera 6. The controller 14 stores the focused image and drives the XY table 2 to move to the next well. By repeating this series of operations, a focused image for each well can be acquired at high speed.

また、長時間使用による熱膨張の影響などで、三角測量変位計10と対物レンズ3の位置関係にずれが生じる場合がある。このような場合には、三角測量変位計10の信号に応じて対物レンズ3を駆動しても、フォーカスが合わなくなってくることが考えられる。この場合にもう一つのフォーカスセンサ9を用いる。フォーカスセンサ9の信号によって焦点をウェルプレート1のガラス表面にフォーカスさせると共に、この時のZステージ4の位置信号をコントローラ14で記憶することにより、再度、三角測量変位計10の信号と対物レンズ3の位置の対応を取ることができるようになり、三角測量変位計10の校正動作が完了する。校正により三角測量変位計10の位置出力と対物レンズ3の位置の対応関係が更新され、コントローラ14に格納される。   Further, the positional relationship between the triangulation displacement meter 10 and the objective lens 3 may be shifted due to the influence of thermal expansion due to long-term use. In such a case, even if the objective lens 3 is driven in accordance with a signal from the triangulation displacement meter 10, it may be impossible to focus. In this case, another focus sensor 9 is used. The focal point is focused on the glass surface of the well plate 1 by the signal of the focus sensor 9 and the position signal of the Z stage 4 at this time is stored in the controller 14, so that the signal of the triangulation displacement meter 10 and the objective lens 3 are again stored. Thus, the calibration operation of the triangulation displacement meter 10 is completed. The correspondence between the position output of the triangulation displacement meter 10 and the position of the objective lens 3 is updated by calibration and stored in the controller 14.

このような校正動作は頻繁に行う必要が無く、例えばウェルプレートの計測を何枚か行うごとに校正を行うようにすれば良い。また、高倍率の対物レンズによっては、その対物レンズの鏡筒本体によって、三角測量変位計10の光軸を遮ってしまうものがある。このような場合には、三角測量変位計10に基づくフォーカシングに代えて、フォーカスセンサ9に基づくフォーカシングを行うなど、状況に応じて使いわけることが可能である。   Such a calibration operation does not need to be performed frequently. For example, the calibration may be performed every time several well plate measurements are performed. Some high-magnification objective lenses block the optical axis of the triangulation displacement meter 10 by the lens barrel body of the objective lens. In such a case, instead of focusing based on the triangulation displacement meter 10, focusing based on the focus sensor 9 can be used depending on the situation.

上記実施例では、Zステージ4で対物レンズ3を光軸方向に駆動しているが、対物レンズ3を駆動する代わりにウェルプレート1を動かしても良い。また、顕微鏡は蛍光顕微鏡に限らず、明視野観察、位相差観察でも良い。さらに、顕微鏡は共焦点顕微鏡を用いても良い。   In the above embodiment, the objective lens 3 is driven in the optical axis direction by the Z stage 4, but the well plate 1 may be moved instead of driving the objective lens 3. Further, the microscope is not limited to the fluorescence microscope, but may be bright field observation or phase difference observation. Further, a confocal microscope may be used as the microscope.

また、フォーカスセンサ9としてレーザ投影式のものを記載したが、これに限らず、例えば顕微鏡画像の輝度値を元にフォーカス信号を抽出するものでも良い。   Further, although the laser projection type focus sensor 9 has been described, the present invention is not limited to this, and for example, a focus signal may be extracted based on the luminance value of a microscope image.

また、ウェルプレートの位置が大きく変わった場合に対物レンズ3と三角測量変位計10を一体的に対物レンズの光軸方向に動作させる粗動ステージを追加しても良い。   Further, when the position of the well plate is largely changed, a coarse movement stage that moves the objective lens 3 and the triangulation displacement meter 10 integrally in the optical axis direction of the objective lens may be added.

以上のように、本実施例のオートフォーカス装置によれば、対物レンズの近傍に三角測量変位計を設け、常時ウェルプレートの位置を三角測量変位計で計測しながら、フォーカスを合わせるので、対物レンズあるいはウェルプレートを光軸方向に走査することなく、ウェルプレート底面にあるガラスの裏面の位置を計測でき、オートフォーカス動作を高速にできる。また、レーザ光を照射するスポット径が大きいので、従来よりも外乱に強いオートフォーカスを提供できる。さらに対物レンズの倍率に依存することなく、常時高精度でフォーカス位置を調整できる。例えば、低倍の対物レンズであっても、高精度なオートフォーカスを実現できる。   As described above, according to the autofocus device of the present embodiment, the triangulation displacement meter is provided in the vicinity of the objective lens, and the focus is adjusted while always measuring the position of the well plate with the triangulation displacement meter. Alternatively, the position of the back surface of the glass on the bottom surface of the well plate can be measured without scanning the well plate in the optical axis direction, and the autofocus operation can be performed at high speed. In addition, since the spot diameter for irradiating the laser beam is large, it is possible to provide autofocus that is more resistant to disturbance than in the past. Furthermore, the focus position can always be adjusted with high accuracy without depending on the magnification of the objective lens. For example, even a low-magnification objective lens can realize high-precision autofocus.

また、三角測量変位計の投光光学系の光軸と受光光学系の光軸の成す角度の二等分線と、対物レンズの光軸とを概ね一致させたので、三角測量変位計による計測位置と対物レンズの観察位置を同位置に構成でき、精度良いオートフォーカスが可能である。また、投光光学系からの光がウェルプレートで正反射して受光光学系に入る構成となるので、検出信号が大きく安定した計測が可能である。   In addition, since the bisector of the angle formed by the optical axis of the projection optical system and the optical axis of the light receiving optical system of the triangulation displacement meter and the optical axis of the objective lens are substantially matched, measurement by the triangulation displacement meter The position and the observation position of the objective lens can be configured at the same position, and accurate autofocus is possible. In addition, since the light from the light projecting optical system is regularly reflected by the well plate and enters the light receiving optical system, the detection signal is large and stable measurement is possible.

また、三角測量変位計の測定範囲内部に、対物レンズの焦点が位置するように構成したので、三角測量変位計でウェルプレートの位置を計測しながら対物レンズのフォーカスを調整できるので、高速かつ高精度にオートフォーカスが可能である。   In addition, since the focus of the objective lens is positioned within the measurement range of the triangulation displacement meter, the focus of the objective lens can be adjusted while measuring the position of the well plate with the triangulation displacement meter. Autofocus is possible with accuracy.

また、三角測量変位計によってウェルプレート底面のガラスの表面からの信号、裏面からの信号を検出し、これらの信号とガラスの屈折率とを用いて、透明体の裏面の位置を算出しているため、より正確に裏面の位置を求めることができる。このように、対象物を透明体越しに観察する場合であっても、安定した位置合わせが可能となる。   In addition, the triangulation displacement meter detects signals from the glass surface on the bottom of the well plate and signals from the back surface, and uses these signals and the refractive index of the glass to calculate the position of the back surface of the transparent body. Therefore, the position of the back surface can be obtained more accurately. Thus, even when the object is observed through a transparent body, stable alignment is possible.

また、三角測量変位計の他にウェルプレートと対物レンズの焦点の相対位置関係を判別するフォーカスセンサ9を別途、設けたので、対物レンズなどの特性に応じて、三角測量変位計の計測結果またはフォーカスセンサ9の計測結果のいずれかを選択的に使いわけることが可能になる。また、フォーカスセンサ9の信号を用いて、三角測量変位計の信号と対物レンズの焦点位置の校正を行うことが可能になる。   Further, in addition to the triangulation displacement meter, a focus sensor 9 for determining the relative positional relationship between the well plate and the focal point of the objective lens is provided separately. Therefore, depending on the characteristics of the objective lens and the like, the measurement result of the triangulation displacement meter or Any of the measurement results of the focus sensor 9 can be selectively used. In addition, it is possible to calibrate the triangulation displacement meter signal and the focal position of the objective lens using the signal of the focus sensor 9.

以下、図7を参照して実施例2のオートフォーカス装置について、実施例1との相違点について説明する。本実施例では三角測量変位計10による計測位置が対物レンズの光軸からオフセットした例を示す。図7において、実施例1と同一要素には同一符合を付し、その詳細説明は省略する。また、実施例1と同一構成部分についての説明は省略する。   Hereinafter, with respect to the autofocus device according to the second embodiment, differences from the first embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, an example in which the measurement position by the triangulation displacement meter 10 is offset from the optical axis of the objective lens is shown. In FIG. 7, the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, the description of the same components as those in the first embodiment is omitted.

図7は、顕微鏡鏡筒方向からウェルプレート方向を見た場合の対物レンズ3および三角測量変位計10の平面図である。図7に示すウェルプレート1Aは96穴のもので、ウェルW1〜W96が横方向に12列、縦方向に8行に並んだレイアウトになっており、ウェルW1〜W96間のピッチは9mmである。   FIG. 7 is a plan view of the objective lens 3 and the triangulation displacement meter 10 when the well plate direction is viewed from the microscope barrel direction. The well plate 1A shown in FIG. 7 has 96 holes, has a layout in which wells W1 to W96 are arranged in 12 rows in the horizontal direction and 8 rows in the vertical direction, and the pitch between the wells W1 to W96 is 9 mm. .

一方、図7に示すように、対物レンズ3の光軸中心3aと、三角測量変位計10の計測点10aはLだけオフセットしている。ここで、LはウェルW1〜W96間のピッチ9mmと等しい。また、投光ユニット11および受光ユニット12の光軸11aおよび光軸12aが作る垂直面内において、光軸11aおよび光軸12aの成す角度の二等分線が対物レンズ3の光軸3aと平行な位置関係になるように構成されている。また、三角測量変位計10は移動ステージ13によって、対物レンズ3の光軸3aに対するオフセット量が矢印Pの方向に可変となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the optical axis center 3a of the objective lens 3 and the measurement point 10a of the triangulation displacement meter 10 are offset by L. Here, L is equal to a pitch of 9 mm between the wells W1 to W96. Further, the bisector of the angle formed by the optical axis 11 a and the optical axis 12 a is parallel to the optical axis 3 a of the objective lens 3 in the vertical plane formed by the optical axis 11 a and the optical axis 12 a of the light projecting unit 11 and the light receiving unit 12. It is comprised so that it may become a proper positional relationship. Further, in the triangulation displacement meter 10, the offset amount with respect to the optical axis 3 a of the objective lens 3 is variable in the direction of the arrow P by the moving stage 13.

観察時には、図7に示すように、XYテーブル2(図1)によってウェルプレート1を順次、矢印Qの方向に移動することにより、図7において左上のウェルW1から観察を開始し、順に隣接する右側のウェルW2,ウェルW3,・・・に観察対象を切り替える。   At the time of observation, as shown in FIG. 7, the well plate 1 is sequentially moved in the direction of the arrow Q by the XY table 2 (FIG. 1) to start observation from the upper left well W1 in FIG. The observation target is switched to the right well W2, well W3,.

まず三角測量変位計10の観察位置10aの上に、ウェルW1の底面が位置決めされる。ここで三角測量変位計10はウェルW1の底面にあるガラスの表面および裏面の位置を実施例1と同様に計測し、計測値をコントローラ14に記憶する。   First, the bottom surface of the well W <b> 1 is positioned on the observation position 10 a of the triangulation displacement meter 10. Here, the triangulation displacement meter 10 measures the positions of the front and back surfaces of the glass on the bottom surface of the well W1 in the same manner as in the first embodiment, and stores the measured values in the controller 14.

さらにウェルプレート1ピッチLだけ左に移動させると同時に、コントローラ14に記憶された上記計測値に基づいて対物レンズ3をZステージ4で駆動を行ってフォーカスする。   Further, the well plate 1 is moved to the left by the pitch L, and at the same time, the objective lens 3 is driven by the Z stage 4 based on the measurement value stored in the controller 14 to focus.

ここで対物レンズ3はウェルW1の細胞にフォーカスされて画像を撮影すると同時に、三角測量変位計10は次のウェルW2の底面の計測を同時に行い、計測値をコントローラ14に記憶する。次に、ウェルプレート1が1ピッチ分駆動されると同時に、対物レンズ3はウェルW2の細胞にフォーカスされる。この状態で画像を撮影すると同時に、三角測量変位計10は次のウェルW3の底面の計測を同時に行い、計測値をコントローラ14に記憶する。このような動作を順次繰り返すことによって、ウェルプレートの1行分のウェルW1〜ウェルW12のフォーカス動作と観察動作を行う。第1行の観察を終えた後は、1行下のウェルに移り、再度左方向のウェルW13からフォーカスと観察を開始する。このようにして、1枚のウェルプレートの観察を行う。   Here, the objective lens 3 is focused on the cells in the well W1 to capture an image, and at the same time, the triangulation displacement meter 10 simultaneously measures the bottom surface of the next well W2 and stores the measured value in the controller 14. Next, at the same time as the well plate 1 is driven by one pitch, the objective lens 3 is focused on the cells in the well W2. At the same time that an image is taken in this state, the triangulation displacement meter 10 simultaneously measures the bottom surface of the next well W3 and stores the measured value in the controller 14. By sequentially repeating such operations, the focus operation and the observation operation of the wells W1 to W12 for one row of the well plate are performed. After the observation of the first row is completed, the well moves down one row, and focus and observation are started again from the well W13 in the left direction. In this way, one well plate is observed.

本実施例でLが9mmの例を示したが、これに限らずLを9mmの倍数としてもよい。また、ピッチの細かい384穴のウェルプレートに対応して、Lをウェル間ピッチである4.5mmの倍数としても構わない。さらにピッチの細かい1526穴のウェルプレートに対応してLをウェル間ピッチである2.25mmの倍数としても構わない。   In the present embodiment, an example in which L is 9 mm is shown, but the present invention is not limited to this, and L may be a multiple of 9 mm. Further, L may be a multiple of 4.5 mm, which is the pitch between wells, corresponding to a well plate having a fine pitch of 384 holes. Further, L may be a multiple of 2.25 mm, which is a pitch between wells, corresponding to a well plate having a fine pitch of 1,526 holes.

また、対物レンズによっては三角測量変位計10の光軸を遮ることがあるので、ステージ13を駆動して最適なLになるように三角測量変位計10を移動させればよい。また、ステージ13を駆動して実施例1のように対物レンズ3の光軸上に三角測量変位計10の測定点を移動させても構わない。   Further, since the optical axis of the triangulation displacement meter 10 may be blocked depending on the objective lens, the triangulation displacement meter 10 may be moved so that the stage 13 is driven and the optimum L is obtained. Further, the stage 13 may be driven to move the measurement point of the triangulation displacement meter 10 on the optical axis of the objective lens 3 as in the first embodiment.

また、本実施例でも実施例1のフォーカスセンサ9と同様の、あるいはそれに代わるフォーカスセンサを用いて、三角測量変位計10の校正動作を行うことが好ましい。この動作を行う場合、実施例1の動作の他にオフセットしていることを考慮して、対応する位置データを用いて校正を行うことによって精度よく校正が実現できる。すなわち、同一位置での計測値を比較して構成できるように、例えば、三角測量変位計10による計測後に、オフセット量Lだけ計測対象物の移動等を行い、フォーカスセンサによる計測を行えばよい。   Also in this embodiment, it is preferable to perform the calibration operation of the triangulation displacement meter 10 using a focus sensor similar to or in place of the focus sensor 9 of the first embodiment. When this operation is performed, in consideration of the fact that there is an offset in addition to the operation of the first embodiment, calibration can be realized with high accuracy by performing calibration using the corresponding position data. That is, for example, after measurement by the triangulation displacement meter 10, the measurement object may be moved by the offset amount L and measured by the focus sensor so that the measurement values at the same position can be compared.

以上のように、実施例2のオートフォーカス装置によれば、変位計の測定位置と、対物レンズの焦点がオフセットするように構成し、オフセット量をウェル間距離の整数倍にしている。そして、変位計が観察を行うウェルの位置情報を先行して計測して、ウェルの移動と同時に、その計測信号を用いて対物レンズを移動させるので、非常に高速にオートフォーカスが可能になる。   As described above, the autofocus device according to the second embodiment is configured such that the measurement position of the displacement meter and the focus of the objective lens are offset, and the offset amount is an integral multiple of the distance between wells. Since the displacement meter measures the position information of the well to be observed in advance, and the objective lens is moved using the measurement signal simultaneously with the movement of the well, autofocus can be performed at a very high speed.

また、投光光学系の光軸と受光光学系の光軸の成す角度の二等分線と対物レンズの光軸を概ね平行にしたので、投光光学系からの光がウェルでほぼ全反射して受光光学系へ入るので、信号強度が大きくなり安定して計測ができる。   In addition, since the bisector of the angle formed by the optical axis of the light projecting optical system and the optical axis of the light receiving optical system is substantially parallel to the optical axis of the objective lens, the light from the light projecting optical system is almost totally reflected by the well. Then, since it enters the light receiving optical system, the signal intensity is increased and stable measurement can be performed.

また、変位計の測定位置と、上記対物レンズの焦点がオフセットする量を可変に構成したので対物レンズやウェルプレートの状況に応じて最適な構成とすることができる。   In addition, since the measurement position of the displacement meter and the amount by which the focal point of the objective lens is offset are variably configured, an optimum configuration can be obtained according to the situation of the objective lens and the well plate.

その他、実施例2のオートフォーカス装置は、実施例1と同様の利点を有する。   In addition, the autofocus device according to the second embodiment has the same advantages as the first embodiment.

以下、図8を参照して実施例3のオートフォーカス装置について説明する。本実施例は、実施例2のオートフォーカス装置において、対物レンズを複数有する例を示す。図8において、実施例2と同一要素には同一符合を付し、その詳細説明は省略する。また、実施例2と同一構成部分についての説明は省略する。   Hereinafter, the autofocus device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment shows an example in which the autofocus device of Embodiment 2 has a plurality of objective lenses. In FIG. 8, the same elements as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, the description of the same components as those in the second embodiment is omitted.

図8はウェルプレート側から見た対物レンズ付近の構成である。   FIG. 8 shows a configuration in the vicinity of the objective lens viewed from the well plate side.

図8に示すように、4本の対物レンズ31、32、33、34が搭載された十文字型のレボルバ30が、回転軸35に対して回転自在に取り付けられている。ここで対物レンズを交換する際には、移動ステージ13によって変位センサをS方向に退避させてから、レボルバ30を図示しない回転アクチュエータによってR方向に回転させる。これによって複数の対物レンズを使用できるという効果がある。   As shown in FIG. 8, a cross-shaped revolver 30 on which four objective lenses 31, 32, 33, 34 are mounted is attached to a rotation shaft 35 so as to be rotatable. Here, when exchanging the objective lens, the displacement sensor is retracted in the S direction by the moving stage 13, and then the revolver 30 is rotated in the R direction by a rotary actuator (not shown). This has the effect that a plurality of objective lenses can be used.

ここで回転軸35と観察中の対物レンズの光軸は平行でも良いが、好ましくは回転軸35は光軸に対して10度程度の角度を成して、観察中の対物レンズ31以外の対物レンズはウェルプレートから距離が離れるような一般的な顕微鏡のレボルバ構成をとることが望ましい。   Here, the rotation axis 35 and the optical axis of the objective lens under observation may be parallel, but preferably the rotation axis 35 forms an angle of about 10 degrees with respect to the optical axis, and an objective other than the objective lens 31 under observation is present. It is desirable that the lens has a general microscope revolver configuration that is separated from the well plate.

以下、図9を参照して実施例4のオートフォーカス装置について説明する。本実施例は、実施例3のオートフォーカス装置に対し、対物レンズの交換方法が直線移動となっている。対物レンズを複数有する例を示す。図8において、実施例2と同一要素には同一符合を付し、その詳細説明は省略する。また、実施例2と同一構成部分についての説明は省略する。   Hereinafter, the autofocus device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the objective lens replacement method is a linear movement with respect to the autofocus device of the third embodiment. An example having a plurality of objective lenses is shown. In FIG. 8, the same elements as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, the description of the same components as those in the second embodiment is omitted.

図9はウェルプレート側からみた図である。対物レンズ35、36、37は対物レンズ台38上に直線状に配置されており、移動ステージ39によってT方向に移動可能になっている。対物レンズを交換する際には、移動ステージ13により、変位計10をU方向へと退避させる。図9は、対物レンズ36が使用されている状態を示している。   FIG. 9 is a view from the well plate side. The objective lenses 35, 36, and 37 are linearly arranged on the objective lens base 38 and can be moved in the T direction by the moving stage 39. When exchanging the objective lens, the displacement meter 10 is retracted in the U direction by the moving stage 13. FIG. 9 shows a state where the objective lens 36 is used.

対物レンズの配列方法は、図9のように直線状の配列に限らず、図10のように対物レンズ35、36、37を円弧状の対物台40に配置し、円弧方向(V方向)に移動することによって交換しても構わない。図10は、対物レンズ36が使用されている状態を示している。   The arrangement method of the objective lenses is not limited to the linear arrangement as shown in FIG. 9, but the objective lenses 35, 36, and 37 are arranged on the arc-like objective table 40 as shown in FIG. You may exchange by moving. FIG. 10 shows a state where the objective lens 36 is used.

以上説明したように、本発明のオートフォーカス装置によれば、三角測量変位計を用いた三角測量方式により相対距離を計測し、その計測結果に応じて合焦状態が得られるように相対距離を制御するので、高精度かつ高速に合焦状態を得ることができる。   As described above, according to the autofocus device of the present invention, the relative distance is measured by a triangulation method using a triangulation displacement meter, and the in-focus state is obtained according to the measurement result. Since the control is performed, the in-focus state can be obtained with high accuracy and high speed.

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、観察対象物と対物レンズ間の相対距離を調整することにより対物レンズの焦点が観察対象物に合う合焦状態を得るオートフォーカス装置に対し、広く適用することができる。   The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to an autofocus device that obtains an in-focus state in which the focus of the objective lens matches the observation object by adjusting the relative distance between the observation object and the objective lens.

実施例1のオートフォーカス装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating a configuration of an autofocus device according to Embodiment 1. FIG. ウェルプレートの構造を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of a well plate. 三角測量変位計の形状を示す斜視図。The perspective view which shows the shape of a triangulation displacement meter. 三角測量変位計の動作原理を示す図。The figure which shows the principle of operation of a triangulation displacement meter. ウェルプレートの位置を計測する様子を示す図。The figure which shows a mode that the position of a well plate is measured. 計測時にディテクタにより得られる位置出力を示す図。The figure which shows the position output obtained by a detector at the time of a measurement. 実施例2のオートフォーカス装置を示す平面図。FIG. 6 is a plan view illustrating an autofocus device according to a second embodiment. 実施例3のオートフォーカス装置を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating an autofocus device according to a third embodiment. 実施例4のオートフォーカス装置を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating an autofocus device according to a fourth embodiment. 対物レンズ円弧方向に移動させる例を示す図。The figure which shows the example moved to an objective lens circular arc direction.

符号の説明Explanation of symbols

9 フォーカスセンサ(相対位置検出手段)
10 三角測量変位計(計測手段)
14 コントローラ(計測手段、相対位置検出手段、校正手段)
9 Focus sensor (relative position detection means)
10 Triangulation displacement meter (measuring means)
14 Controller (Measurement means, relative position detection means, calibration means)

Claims (18)

観察対象物と対物レンズ間の相対距離を調整することにより前記対物レンズの焦点が前記観察対象物に合う合焦状態を得るオートフォーカス装置において、
前記相対距離を、三角測量変位計を用いた三角測量方式により計測する計測手段と、
前記計測手段による計測結果に応じて、前記合焦状態が得られるように前記相対距離を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするオートフォーカス装置。
In an autofocus device that obtains a focused state in which the focal point of the objective lens matches the observation object by adjusting the relative distance between the observation object and the objective lens,
Measuring means for measuring the relative distance by a triangulation method using a triangulation displacement meter,
Control means for controlling the relative distance so as to obtain the in-focus state according to the measurement result by the measurement means;
An autofocus device comprising:
前記計測手段は前記観察対象物の手前に存在する透明体の裏面の位置を前記計測結果として計測し、
前記制御手段は、前記計測手段による前記計測結果に応じて、前記相対距離を制御することを特徴とする請求項1に記載のオートフォーカス装置。
The measuring means measures the position of the back surface of the transparent body present in front of the observation object as the measurement result,
The autofocus apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the relative distance according to the measurement result obtained by the measurement unit.
前記三角測量変位計は投光光学系および受光光学系を備え、
前記投光光学系の光軸と前記受光光学系の光軸とのなす角度の二等分線と、前記対物レンズの光軸とが平行となることを特徴とする請求項2に記載のオートフォーカス装置。
The triangulation displacement meter includes a light projecting optical system and a light receiving optical system,
3. The auto according to claim 2, wherein a bisector of an angle formed by the optical axis of the light projecting optical system and the optical axis of the light receiving optical system is parallel to the optical axis of the objective lens. Focus device.
前記三角測量変位計の測定範囲内に、前記合焦状態における前記対物レンズの焦点が位置することを特徴とする請求項2または3に記載のオートフォーカス装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3, wherein a focal point of the objective lens in the in-focus state is located within a measurement range of the triangulation displacement meter. 前記三角測量変位計の測定位置と前記対物レンズの焦点とが、前記対物レンズの光軸と直交する方向にオフセットしていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。 The measurement position of the triangulation displacement meter and the focal point of the objective lens are offset in a direction orthogonal to the optical axis of the objective lens, according to any one of claims 2 to 4. Autofocus device. 前記透明体はアレイ状に複数のウェルが配列されたウェルプレートであり、前記オフセットのオフセット量が、前記ウェルプレートにおける前記ウェル間の距離の整数倍であることを特徴とする請求項5に記載のオートフォーカス装置。 6. The transparent body is a well plate in which a plurality of wells are arranged in an array, and an offset amount of the offset is an integral multiple of a distance between the wells in the well plate. Autofocus device. 前記計測手段により計測された前記ウェルについての前記計測結果を記憶する記憶手段と、
前記オフセット量だけ前記ウェルプレートを相対的に駆動することで、前記対物レンズを前記記憶手段における記憶対象とされた当該ウェルに対向させる駆動手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記計測結果に応じて前記相対距離を制御することにより、当該ウェルについての合焦状態を得ることを特徴とする請求項6に記載のオートフォーカス装置。
Storage means for storing the measurement result of the well measured by the measurement means;
Driving means for relatively driving the well plate by the offset amount to oppose the objective lens to the well to be stored in the storage means;
With
The autofocus device according to claim 6, wherein the control unit obtains a focused state for the well by controlling the relative distance according to the measurement result stored in the storage unit. .
前記ウェルプレートにおける特定のウェルについて前記対物レンズによる前記観察対象物の観察が行われている間に、当該特定のウェルから前記オフセット量だけオフセットしたウェルについて予め前記計測手段による計測を前記観察と並行して実行し、
前記記憶手段は当該計測結果を記憶することを特徴とする請求項7に記載のオートフォーカス装置。
While the observation object is being observed by the objective lens for a specific well in the well plate, measurement by the measurement unit is performed in parallel with the observation in advance for a well offset from the specific well by the offset amount. And run
The autofocus device according to claim 7, wherein the storage unit stores the measurement result.
前記オフセット量だけ前記ウェルプレートを相対的に駆動させる駆動時に同期して、前記相対距離の制御を行うことを特徴とする請求項8に記載のオートフォーカス装置。 9. The autofocus device according to claim 8, wherein the relative distance is controlled in synchronism with a drive for relatively driving the well plate by the offset amount. 前記オフセット量が可変とされていることを特徴とする請求項5〜9のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。 The autofocus device according to any one of claims 5 to 9, wherein the offset amount is variable. 前記オフセット量をゼロとすることが可能であることを特徴とする請求項10に記載のオートフォーカス装置。 The autofocus device according to claim 10, wherein the offset amount can be zero. 前記三角測量変位計は前記透明体の表面および前記裏面からの信号を検出し、前記計測手段は、検出されたこれらの信号および前記透明体の屈折率を用いて前記透明体の裏面の位置を計測することを特徴とする請求項5〜11のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。 The triangulation displacement meter detects signals from the front surface and the back surface of the transparent body, and the measuring means determines the position of the back surface of the transparent body using these detected signals and the refractive index of the transparent body. The autofocus device according to claim 5, wherein measurement is performed. 前記観察対象物と前記対物レンズの焦点の相対位置関係を前記計測手段と独立して検出する相対位置検出手段を備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。 The autofocus according to any one of claims 1 to 12, further comprising a relative position detection unit that detects a relative positional relationship between the observation object and the focal point of the objective lens independently of the measurement unit. apparatus. 前記相対位置検出手段は、前記対物レンズを通して撮影した画像に基づいて前記相対位置関係を検出することを特徴とする請求項13に記載のオートフォーカス装置。 14. The autofocus device according to claim 13, wherein the relative position detecting unit detects the relative positional relationship based on an image photographed through the objective lens. 前記相対位置検出手段は、前記対物レンズを通して投影したレーザ光を用いて前記相対位置関係を検出することを特徴とする請求項13に記載のオートフォーカス装置。 14. The autofocus device according to claim 13, wherein the relative position detection unit detects the relative positional relationship using laser light projected through the objective lens. 前記相対位置検出手段により検出された前記相対位置関係に基づいて、前記計測手段を校正する校正手段を備えることを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。 The autofocus device according to any one of claims 13 to 15, further comprising a calibration unit that calibrates the measurement unit based on the relative positional relationship detected by the relative position detection unit. 前記制御手段は、前記相対位置検出手段により検出された前記相対位置関係または前記計測手段による前記計測結果のいずれかを選択的に用いて、前記合焦状態が得られるように前記相対距離を制御することを特徴とする請求項13〜16のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。 The control means controls the relative distance so as to obtain the in-focus state by selectively using either the relative positional relationship detected by the relative position detecting means or the measurement result by the measuring means. The autofocus device according to any one of claims 13 to 16, wherein 複数の前記対物レンズの中から特定の対物レンズを選択するレンズ選択手段と、
前記選択手段による前記対物レンズの交換時に前記対物レンズから前記三角測量変位計を退避させる退避手段と、
を備えることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載のオートフォーカス装置。
Lens selecting means for selecting a specific objective lens from the plurality of objective lenses;
Retreating means for retracting the triangulation displacement meter from the objective lens when the objective lens is replaced by the selection means;
The autofocus device according to claim 1, comprising:
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