JP4322992B2

JP4322992B2 - 合焦装置

Info

Publication number: JP4322992B2
Application number: JP7172199A
Authority: JP
Inventors: 章浩下平
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000266989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡や光学測定器などの光学機器に用いられる合焦装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡や光学測定器などの光学機器には、観察対象物に対し、自動的に焦点を合わせる自動合焦装置が用いられている。
【０００３】
そして、このような自動合焦装置としては、従来、特開昭５８−２１７９０９号公報や特開昭６０−４２７２５号公報に開示された装置が知られている。
【０００４】
図５は、これら公報に開示される自動合焦装置を示すもので、測定光源１から出射される直線偏光の測定用光束を、コリメータレンズ２を介して平行光束に規制した後、偏光ビームスプリッタ３、λ／４板４を透過させて円偏光に変換し、さらにダイクロイックミラー５で所定の波長を有する測定用光束のみを反射して対物レンズ６を介してステージ７上の観察対象物８に照射させる。また、観察対象物８の表面で反射された反射光束を、再び対物レンズ６を介してダイクロイックミラー５に入射させ、その一部を透過して観察用結像レンズ９を介して結像位置１０に像を結び、一方、残りの部分をダイクロイックミラー５で反射し、λ／４板４を透過させて最初の直線偏光に対して９０°ずれた直線偏光として、偏光ビームスプリッタ３で反射させ、結像レンズ１１を介して受光素子１２で受光させる。そして、この受光素子１２で受光した反射光束の結像状態を演算制御装置１３で演算し、そのデータを駆動装置１４に入力して、ステージ７または対物レンズ６を光軸方向に移動させることで光学系の合焦を行なうようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように構成した自動合焦装置によると、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように観察対象物８表面に段差部１５があるような場合、この段差部１５に測定用光束１６ａが集光すると、段差部１５から２つの反射光束１６ｂが発生し、受光素子１２に２つの光束点が形成されることがある。
【０００６】
そこで、このような場合も、合焦を得られるように、合焦方法として、２つの反射光束１６ｂを合成するものが用いられているが、このようにすると、逆に反射光束１６ｂが１の正規の場合に、合焦位置がずれてしまうという問題がある。
【０００７】
また、図６（ｃ）に示すように観察対象物８表面に湾曲部１７があるような場合、この湾曲部１７に測定用光束１６ａが集光すると、湾曲部１７から２つ以上の反射光束１６ｂが発生し、受光素子１２に２つ以上の光束点が形成されることもあり、このような場合は、合焦位置が全くずれてしまうという問題がある。
【０００８】
さらには、観察対象物８が移動するような場合、この動きに合わせて自動的に合焦動作を行なうとなると、正確な合焦を得られないという問題もあった。
【０００９】
そこで、このように自動動作による合焦を得るのが難しい場合には、自動合焦モードから手動による手動合焦モードに強制的に切換えることが考えられるが、このようにするには、その都度、モード切換えスイッチを操作して手動合焦モードに切換えなければならないため、使い勝手が悪いという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、常に良好な合焦を行なうことができる合焦装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、対物レンズまたはステージを光軸方向に移動して前記ステージ上の観察対象物に対する合焦制御を行う合焦装置において、前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させる駆動部と、前記駆動により前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させた際の前記観察対象物からの光を結像させて受光する受光素子と、操作者の操作により前記駆動部に対し動作方向と動作指令信号を出力する操作指示部と、前記受光素子からの出力情報に基づいて前記駆動部を駆動して自動合焦モードに切換えて合焦制御させるとともに、前記操作指示部からの信号に基づいて前記駆動部を駆動して手動合焦モードに切換えて合焦制御する制御部と、前記操作指示部の連続操作状態を検出する検出部とを備え、前記制御部は、前記自動合焦モードに切換えられている状態で前記検出部の出力から前記操作指示部が所定時間連続して操作されたことを判断すると、前記自動合焦モードを中止して前記手動操作モードに強制的に切換えることを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記検出部は、前記操作指示部の操作時間又は前記操作指示部のパルス数より前記操作指示部が所定時間連続して操作されたかを検出することを特微としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ステージは、ＸＹ方向の移動を検出するステージ位置検出手段を有し、前記制御部は、前記ステージの移動にともなう信号が与えられると前記手動合焦モードから前記自動合焦モードに復帰させる制御を行うことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記操作指示部は、自動合焦モードに切り換えるモード切換えスイッチを有し、前記制御部は、前記手動操作モードに強制的に切換られた後で前記モード切換えスイッチの操作により前記自動合焦モードに復帰させることを特徴としている。
【００１４】
この結果、本発明によれば、観察対象物表面の状態により観察像の合焦が困難な場合でも、モード切換えスイッチなどを操作して手動合焦動作手段による合焦動作に切換えることなく、直接手動合焦動作手段を操作することで、手動合焦動作手段による手動合焦動作に切換えることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、手動合焦動作手段による手動合焦モードに切換えられた後も、ステージの移動により、再び自動合焦動作手段による自動合焦モードに復帰させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の合焦装置が適用される落射照明型顕微鏡の概略構成を示している。図において、２１は焦点光学系で、この焦点光学系２１は、上述した図５で述べたと同様な構成をなしていて、同図と同一部分には、同符号を付している。
【００１８】
このような焦点光学系２１には、表示部２２を接続している。この表示部２２は、ＣＣＤカメラ２２ａとモニタ２２ｂを有するもので、焦点光学系２１の観察用結像レンズ９を介した結像位置１０にＣＣＤカメラ２２ａを配置し、観察対象物８を撮像するとともに、撮像した観察対象物８の画像をモニタ２２ｂに表示するようにしている。
【００１９】
また、焦点光学系２１には、制御部２３を接続し、この制御部２３には、操作指示部２４を接続している。ここで、制御部２３は、操作指示部２４の指示信号に基づいて駆動装置２５を制御するものである。操作指示部２４は、図２に示すように駆動装置２５に対する動作方向と動作指令信号を出力するためのエンコーダ２４ａと、合焦を自動で行なう自動合焦モード（ＡＦ）と手動で行なう手動合焦モード（ＭＦ）を選択的に切換えるモード切換えスイッチ２４ｂを有している。
【００２０】
制御部２３は、Ａ／Ｄ変換器２３ａ、合焦判定数値メモリ部２３ｂ、タイマー２３ｃ、ＣＰＵ２３ｄを有している。
【００２１】
ここで、Ａ／Ｄ変換器２３ａは、焦点光学系２１の受光素子１２で集光された反射光束１６ｂに応じた電気信号をデジタル信号に変換するもので、このデジタル信号をＣＰＵ２３ｄに入力するようにしている。
【００２２】
合焦判定数値メモリ部２３ｂは、予め設定された合焦判定値を記憶したものである。
【００２３】
タイマー２３ｃは、切換えスイッチ２４ｂが自動合焦モード（ＡＦ）に切換えられている状態において、操作者が誤ってエンコーダ２４ａを操作したのでないと判断できるだけの連続操作される時間（例えば１秒）を計測するもので、設定時間は任意に調整可能である。
【００２４】
そして、ＣＰＵ２３ｄは、切換えスイッチ２４ｂが自動合焦モード（ＡＦ）に切換えられている場合は、Ａ／Ｄ変換器２３ａからのデジタル信号と合焦判定数値メモリ部２３ｂに設定された合焦判定数値とを比較演算して合焦動作が可能か否かを判定し、この判定結果を駆動装置２５に出力し、ステージ７または対物レンズ６を光軸方向に移動させることで光学系の自動合焦を行なうようにしている。また、ＣＰＵ２３ｄは、切換えスイッチ２４ｂが手動合焦モード（ＭＦ）に切換えられている場合は、エンコーダ２４ａによる駆動装置２５に対する動作方向と動作指令信号に基づいて駆動装置２５を直接制御し、ステージ７または対物レンズ６を光軸方向に移動させることで光学系の手動合焦を行なうようにしている。さらに、ＣＰＵ２３ｄは、切換えスイッチ２４ｂが自動合焦モード（ＡＦ）に切換えられている状態から、何等かの理由でエンコーダ２４ａが操作され、このエンコーダ２４ａの操作がタイマー２３ｃの出力から所定時間連続して行なわれたことを判断すると、切換えスイッチ２４ｂの現在の切換え状態（自動合焦モード）に関係なく、自動合焦モード（ＡＦ）を中止し、エンコーダ２４ａの出力により駆動装置２５を直接制御する手動合焦モード（ＭＦ）に強制的に切換えるようにもしている。
【００２５】
なお、合焦判定数値メモリ部２３ｂに記憶される合焦判定数値は、任意に設定することが可能であり、観察中の観察対象物や観察倍率あるいは観察方法によって最良の数値を設定することができる。また、観察対象物８としては、透明体で、内部を観察するような使用目的にも有効である。
【００２６】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００２７】
まず、観察対象物８をステージ７に載置し、切換えスイッチ２４ｂを、自動合焦モード（ＡＦ）側に切換える。
【００２８】
この状態から、焦点光学系２１において、ステージ７上の観察対象物８に測定用光束１６ａを照射し、観察対象物８の表面で反射された反射光束１６ｂが受光素子１２で受光されると、この受光素子１２より出力される電気信号が、Ａ／Ｄ変換器２３ａによりデジタル信号に変換され、ＣＰＵ２３ｄに入力される。
【００２９】
すると、ＣＰＵ２３ｄにおいて、Ａ／Ｄ変換器２３ａからのデジタル信号と合焦判定数値メモリ部２３ｂに設定された合焦判定数値とを比較演算して、合焦動作が可能か否かが判定される。この判定結果に基づいて駆動装置２５によりステージ７または対物レンズ６が光軸方向に移動され、自動合焦が行なわれる。そして、このような自動合焦動作（ＡＦ）により得られる観察対象物８の観察像は、焦点光学系２１の観察用結像レンズ９を介して結像位置１０に配置されたＣＣＤカメラ２２ａにより撮像されるとともに、モニタ２２ｂに表示される。
【００３０】
ところで、このような自動合焦モード（ＡＦ）において、上述した図６に示すように、観察対象物８表面に存在する段差部１５や湾曲部１７が原因して、モニタ２２ｂに表示される観察像の合焦が難しくなるような場合、観察者が操作指示部２４のエンコーダ２４ａを操作する。すると、タイマー２３ｃがエンコーダ２４ａの連続操作時間の計測を開始する。そして、ＣＰＵ２３ｄが、タイマー２３ｃの出力からエンコーダ２４ａの操作が所定時間連続して行なわれたことを検出すると、切換えスイッチ２４ｂの切換え操作を待つことなく、自動合焦モード（ＡＦ）が中止され、エンコーダ２４ａからの出力により駆動装置２５を直接制御する手動合焦モード（ＭＦ）に強制的に切換えられる。
【００３１】
その後、切換えスイッチ２４ｂを、改めて自動合焦モード（ＡＦ）側に切換えることにより、手動合焦モード（ＭＦ）から、再び上述した自動合焦モード（ＡＦ）に切換えることができる。
【００３２】
従って、このようにすれば、観察対象物８表面の段差部１５や湾曲部１７が原因して、モニタ２２ｂに表示される観察像の合焦が困難な場合でも、操作指示部２４の切換えスイッチ２４ｂを手動合焦モード（ＭＦ）に切換えることなく、直接エンコーダ２４ａを操作するのみで、手動合焦モード（ＭＦ）に切換えることができるので、モード切換えスイッチ２４ｂの切換えミスがなく、観察対象物８の観察条件に左右されることのない、常に良好な合焦を行なうことができる。また、エンコーダ２４ａを操作するだけで、自動的に自動合焦モードから手動合焦モードに自動的に切換えることができるので、モード切換えスイッチ２４ｂを探したり、手をモード切換えスイッチ２４ｂからエンコーダ２４ａに移動させる必要がなくなり、操作性が向上する。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００３４】
この場合、駆動装置２５にステージ位置検出部２６を接続している。このステージ位置検出部２６は、ステージ７の移動にともなう絶対位置あるいは動作方向と動作信号をデジタル信号にしてＣＰＵ２３ｄに出力するものである。また、ＣＰＵ２３ｄは、ステージ位置検出部２６よりデジタル信号が与えられると、強制的に切換えていた手動合焦モード（ＭＦ）を、再び自動合焦モード（ＡＦ）に復帰させるようにしている。
【００３５】
このような構成においても、焦点光学系２１において、ステージ７上の観察対象物８に測定用光束１６ａを照射し、観察対象物８の表面で反射された反射光束１６ｂが受光素子１２で受光され、この受光素子１２より出力される電気信号が、Ａ／Ｄ変換器２３ａを介してＣＰＵ２３ｄに入力されると、ＣＰＵ２３ｄによりデジタル信号と合焦判定数値メモリ部２３ｂの合焦判定数値との比較演算が行なわれ、この結果から駆動装置２５によりステージ７または対物レンズ６が光軸方向に移動され自動合焦が行なわれ、観察対象物８の観察像がＣＣＤカメラ２２ａにより撮像され、モニタ２２ｂに表示される。
【００３６】
そして、このような自動合焦モード（ＡＦ）において、観察対象物８表面の状態により観察像の合焦が難しくなって、観察者が操作指示部２４のエンコーダ２４ａを操作すると、ＣＰＵ２３ｄが、タイマー２３ｃの出力からエンコーダ２４ａの操作が所定時間連続して行なわれたことを検出すると、自動合焦モード（ＡＦ）が中止され、エンコーダ２４ａからの出力により駆動装置２５を直接制御する手動合焦モード（ＭＦ）に強制的に切換えられる。
【００３７】
その後、手動合焦動作により合焦が得られると、観察者は、エンコーダ２４ａの操作を中止して観察を行なう。観察を終了すると、観察者は次の観察部位を観察するためにステージ７を移動する。このように次の観察のためにステージ７をＸＹ方向に移動すると、ステージ位置検出部２６からのステージ７の移動にともなうデジタル信号がＣＰＵ２３ｄに入力され、手動合焦モード（ＭＦ）から再び自動合焦モード（ＡＦ）に自動的に切換えられる。
【００３８】
従って、このようにしても、第１の実施の形態と同様な効果を期待でき、さらに、手動合焦モード（ＭＦ）に強制的に切換えられた後も、ステージ７の移動を検知することにより、再び自動モード（ＡＦ）に復帰させることができるので、さらに使い勝手を向上させることができる。
【００３９】
なお、これら第１および第２の実施の形態では、落射照明型顕微鏡に適用した例を述べたがこれに限定されることなく、透過照明型顕微鏡あるいは測定器などの光学機器に適用できる。また、第１および第２の実施の形態では、手動動作の指示手段としてエンコーダ２４ａを用いたが、図４に示すようにステージ７または対物レンズ６の光軸方向のＵＰ、ＤＯＷＮを指示する切換えスイッチ２７を用いるようにしてもよい。さらに、第１および第２の実施の形態では、タイマー２３ｃによりエンコーダ２４ａの連続操作時間を計測するようにしたが、所定間隔のパルスを発生して、このパルスの数をカウントすることでエンコーダ２４ａの連続操作状態を監視するようにしてもよい。さらに第１および第２の実施の形態では、ＡＦ、ＭＦを別の切換えスイッチを用いて切換えていたが、照明型のスイッチを用いて照明中はＡＦ、消灯中はＭＦとして用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、観察対象物表面の状態により観察像の合焦が困難な場合でも、モード切換えスイッチを操作することなく、直接手動合焦動作手段を操作することで、自動的に手動合焦モードに切換えることができるので、使い勝手が向上するとともに、観察対象物の観察条件に左右されることない、常に良好な合焦を行なうことができる。
【００４１】
また、手動合焦動作により手動合焦モードに切換えられた後も、ステージの移動により再び自動合焦モードに自動的に復帰させることができるので、さらに使い勝手を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる操作指示部の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図４】本発明の変形例の概略構成を示す図。
【図５】従来の合焦装置の一例の概略構成を示す図。
【図６】従来の合焦装置を説明するための図。
【符号の説明】
１…測定光源
２…コリメータレンズ
３…偏光ビームスプリッタ
４…λ／４板
５…ダイクロイックミラー
６…対物レンズ
７…ステージ
８…観察対象物
９…観察用結像レンズ
１０…結像位置
１１…結像レンズ
１２…受光素子
１５…段差部
１６ａ…測定用光束
１６ｂ…反射光束
１７…湾曲部
２１…焦点光学系
２２…表示部
２２ａ…ＣＣＤカメラ
２２ｂ…モニタ
２３…制御部
２３ａ…Ｄ変換器
２３ｂ…合焦判定数値メモリ部
２３ｃ…タイマー
２３ｄ…ＣＰＵ
２４…操作指示部
２４ａ…エンコーダ
２４ｂ…モード切換えスイッチ
２５…駆動装置
２６…ステージ位置検出部
２７…切換えスイッチ

Claims

対物レンズまたはステージを光軸方向に移動して前記ステージ上の観察対象物に対する合焦制御を行う合焦装置において、
前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させる駆動部と、
前記駆動により前記対物レンズまたは前記ステージを光軸方向に移動させた際の前記観察対象物からの光を結像させて受光する受光素子と、
操作者の操作により前記駆動部に対し動作方向と動作指令信号を出力する操作指示部と、
前記受光素子からの出力情報に基づいて前記駆動部を駆動して自動合焦モードに切換えて合焦制御させるとともに、前記操作指示部からの信号に基づいて前記駆動部を駆動して手動合焦モードに切換えて合焦制御する制御部と、
前記操作指示部の連続操作状態を検出する検出部とを備え、
前記制御部は、前記自動合焦モードに切換えられている状態で前記検出部の出力から前記操作指示部が所定時間連続して操作されたことを判断すると、前記自動合焦モードを中止して前記手動操作モードに強制的に切換えることを特徴とする合焦装置。
前記検出部は、前記操作指示部の操作時間又は前記操作指示部のパルス数より前記操作指示部が所定時間連続して操作されたかを検出することを特微とする請求項１に記載の合焦装置。
前記ステージは、ＸＹ方向の移動を検出するステージ位置検出手段を有し、前記制御部は、前記ステージの移動にともなう信号が与えられると前記手動合焦モードから前記自動合焦モードに復帰させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の合焦装置。
前記操作指示部は、自動合焦モードに切り換えるモード切換えスイッチを有し、前記制御部は、前記手動操作モードに強制的に切換られた後で前記モード切換えスイッチの操作により前記自動合焦モードに復帰させることを特徴とする請求項１に記載の合焦装置。