(57)【要約】【課題】顕微光学観測装置に応用されるオートフォーカス装置及びその方法を提供する。【解決手段】オートフォーカス装置及びその方法を提供した。このオートフォーカス装置は、光線の経路を変えるビームスプリッタセットと、ビームスプリッタセットの第１側に配置され主動的なレーザー光を提供するレーザー光源と、ビームスプリッタセットと試験物体との間に配置され試験物体からの反射光を屈折させる対物レンズと、ビームスプリッタセットの第２側に配置され対物レンズからの反射光を屈折させて光斑を発生させるレンズセットと、レンズセットに対応して配置され光斑を検出して駆動信号を発生させる光検波装置と、光検波装置と電気的に接続され駆動信号を検出して対物レンズと試験物体との相対距離を調整する駆動装置とを備えてなることを特徴とする。【選択図】      図１
2008146060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線の経路を変えるビームスプリッタセットと、
前記ビームスプリッタセットの第１側に配置され、主動的なレーザー光を提供するレーザー光源と、
前記ビームスプリッタセットと試験物体との間に配置され、前記試験物体からの反射光を屈折させる対物レンズと、
前記ビームスプリッタセットの第２側に配置され、前記対物レンズからの前記反射光を屈折させて光斑を発生させるレンズセットと、
前記レンズセットに対応して配置され、前記光斑を検出して駆動信号を発生させる光検波装置と、
前記光検波装置と電気的に接続され、前記駆動信号を検出して前記対物レンズと前記試験物体との相対距離を調整する駆動装置と、
を備えてなることを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記レンズセットは柱面レンズセットと球面レンズセットとの一つであり、
前記光検波装置は象限光検波装置であり、
前記光斑は前記相対距離に基づいて非点収差を発生させ、
前記オートフォーカス装置はさらに、フォーカスエラー値の資料を対応するフォーカスエラー信号を貯蔵するデータベースと、前記非点収差に基づいてフォーカスエラー信号を計算して前記データベースと比較してフォーカスエラー値を発生させる比較装置と、を備えてなり、
前記駆動信号は前記フォーカスエラー値に基づいて発生させ、
前記駆動装置は前記対物レンズと前記試験物体との一つを駆動する、
ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
少なくとも請求項１記載のオートフォーカス装置を備えてなる顕微光学観測装置。
【請求項４】
レーザー光を提供するステップと、
対物レンズによって試験物体からの反射光を屈折させるステップと、
レンズセットによって前記対物レンズからの前記反射光を屈折させて光斑を発生させるステップと、
前記光斑を検出するステップと、
駆動信号を発生させて焦点を合わせるステップと、
を備えてなることを特徴とするオートフォーカス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はオートフォーカス装置及びその方法に関し、特に顕微光学観測装置に応用されるオートフォーカス装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の顕微光学観測装置は、例えば顕微鏡など、一般に手動でレンズと試験物体との間の距離を、或いはレンズと観測者との間の距離を調整することによって影像を明らかに示すものである。しかしながら、観測者が観測しながら手動で調整していたら、おそくて間違いを犯しやすい。一方、大事な観測には時効があり、手動で調整すると観測結果が不正確になることがある。
【０００３】
従来のオートフォーカス技術はだいぶ測距法を用いて、即ち、試験物体までの距離を測定して影像までの距離を算出することによって系統を調整して焦点を精確に合わせる。現代の計算技術とデジタル影像処理の発展にともなって、オートフォーカス技術はもう新たな時代に入った。ますます多くのオートフォーカス技術は影像処理理論に基づいて影像の情報を分析して計算して制御プログラムで機械を駆動することによって、系統を調整して焦点を精確に合わせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、それらの従来のオートフォーカス方法は資料処理、プログラム計算、機械駆動、ズームトレーシングなどのステップを備えて、複雑でコストが高くて、用いられたMOUNTAIN CLIMBING SEARCHING METHODもフォーカスを合わせることを遅くさせることがある。
【０００５】
したがって、新たなオートフォーカス装置及びその方法を提出する必要がある。それに基づいて従来のオートフォーカス装置の機能を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はオートフォーカス装置を提出した。このオートフォーカス装置は、光線の経路を変えるビームスプリッタセットと、前記ビームスプリッタセットの第１側に配置され、主動的なレーザー光を提供するレーザー光源と、前記ビームスプリッタセットと試験物体との間に配置され、前記試験物体からの反射光を屈折させる対物レンズと、前記ビームスプリッタセットの第２側に配置され、前記対物レンズからの前記反射光を屈折させて光斑を発生させるレンズセットと、前記レンズセットに対応して配置され、前記光斑を検出して駆動信号を発生させる光検波装置と、前記光検波装置と電気的に接続され、前記駆動信号を検出して前記対物レンズと前記試験物体との相対距離を調整する駆動装置と、を備えてなることを特徴とするオートフォーカス装置。
【０００７】
前記レンズセットは柱面レンズセットと球面レンズセットとの一つであり、前記光検波装置は象限光検波装置であり、前記光斑は前記相対距離に基づいて非点収差を発生させ、前記光検波装置はさらに、フォーカスエラー値の資料を対応するフォーカスエラー信号を貯蔵するデータベースと、前記非点収差に基づいてフォーカスエラー信号を計算して前記データベースと比較してフォーカスエラー値を発生させる比較装置と、を備えてなり、前記駆動信号は前記フォーカスエラー値に基づいて発生させ、前記駆動装置は前記対物レンズと前記試験物体との一つを駆動する、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明は少なくとも前記のようなオートフォーカス装置を備えてなる顕微光学観測装置を提出した。
【０００９】
本発明はさらにオートフォーカス方法を提出した。このオートフォーカス方法は、レーザー光を提供するステップと、対物レンズによって試験物体からの反射光を屈折させるステップと、レンズセットによって前記対物レンズからの前記反射光を屈折させて光斑を発生させるステップと、前記光斑を検出するステップと、駆動信号を発生させて焦点を合わせるステップと、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記のようなオートフォーカス装置及びその方法によって、快速的にフォーカスエラー位置を発見して焦点を合わせることができる。従来の技術に比べて、本発明はよりいいオートフォーカス効果に達して、簡単な計算や対比の機能で大幅にハードウェアのコストを減少させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態のオートフォーカス装置を示す図である。従来の顕微光学観測装置は、試験物体１６１をステージ１６の上に配置させて、対物レンズ１５１と接眼レンズ１８によって拡大して、影像を影像装置１９に形成させる。しかしながら、対物レンズ１５１が異なる倍率や焦点距離を有しているので、対物レンズ１５１と試験物体１６１との間の相対距離ｄは焦点距離と等しいとは限らない。従来の技術では、手動で対物レンズ１５１と試験物体１６１との間の相対距離ｄを調整して、焦点を合わせて正確に明るい影像をならせる。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態において、オートフォーカス装置は一般の顕微光学観測装置に配置されるのである。主動的なレーザー光はレーザー光源１１から発されて、ビームスプリッタ１４２に反射されて、試験物体１６１に照射する。試験物体１６１は該レーザー光を反射する。反射された該レーザー光は対物レンズ１５１によって屈折されて、ビームスプリッタ１４１、１４２によって反射されて、レンズセット１３によって屈折されて象限光検波装置１２３に影像をならせる。対物レンズ１５１と試験物体１６１との間の相対距離ｄが対物レンズ１５１の焦点距離と等しくない際に、試験物体１６１によって反射されて柱面レンズセット１３によって屈折されたレーザー光が象限光検波装置１２３に形成させた影像の形状は変える。この現象は非点収差と称する。柱面レンズセット１３は球面レンズセットと取り換えてもよい。オートフォーカス計算制御ユニット１２の比較装置１２１は該非点収差の斑の変化を計算してフォーカスエラー信号（Ｆｏｃｕｓ  Ｅｒｒｏｒ  Ｓｉｇｎａｌ，ＦＥＳ）を獲得して、オートフォーカス計算制御ユニット１２のデータベース１２２によって該フォーカスエラー信号に対応する相対距離ｄ、及びフォーカスエラー距離を比較して、このフォーカスエラー距離に基づいて駆動信号を発生させて、この駆動信号によってステージ１６の上に配置されたモーター１７を駆動してステージ１６を固定軸２０に沿って移動させて、対物レンズ１５１と試験物体１６１との間の相対距離ｄを調整する。このモーター１７を対物レンズステージ１５の上に配置することによって、対物レンズステージ１５を駆動して固定軸２０に沿って移動させて対物レンズ１５１と試験物体１６１との間の相対距離ｄを調整してもよい。該相対距離ｄが対物レンズ１５１の焦点距離と等しくなる際に、試験物体１６１は対物レンズ１５１と接眼レンズ１８のよって拡大されて、影像装置１９に明らかに影像をならせる。
【００１３】
該非点収差の斑は相対距離ｄと焦点距離との相対量によって異なる形状を有することがある。相対距離ｄが焦点距離より短い際に短焦点と称するが、相対距離ｄが焦点距離より長い際に遠焦点と称する。相対距離ｄが焦点距離と等しい際に正焦点と称する。図２は遠焦点、短焦点、正焦点の場合に非点収差の斑の変化を示す図である。非点収差の斑が異なる形状を有すると異なる象限比例になるので、下記の式１によってそのフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）を計算することができる。
【００１４】
ＦＥＳ＝［（ＶＡ＋ＶＣ）−（ＶＢ＋ＶＤ）］／（ＶＡ＋ＶＣ＋ＶＢ＋ＶＤ）    （式１）
図３は本発明のオートフォーカス装置がデータベース１２２に建立した、フォーカスエラー距離に対するフォーカスエラー（ＦＥＳ）の関係を示す図である。象限光検波装置１２３の比較装置１２１は図３によってフォーカスエラー（ＦＥＳ）に基づいてフォーカスエラー距離を発見して、この発見したフォーカスエラー値によって駆動信号を発生させて、モーター１７を制御することができる。
【００１５】
図４は本発明のオートフォーカス方法を示すフローチャートである。本発明のオートフォーカス方法は図４に示したように、レーザー光源からレーザー光を試験物体まで発射するステップ２１と、該レーザー光が該試験物体に反射されて反射光になるステップ２２と、該対物レンズとレンズセットを通して屈折されるステップ２３と、屈折されたが反射光が象限光検波装置に光斑を発生させるステップ２４と、比較装置が該光斑の非点収差の斑の変化を分析してＦＥＳ値を獲得するステップ２５と、データベースで該ＦＥＳ値に基づいてフォーカスエラー値を発見するステップ２６と、該フォーカスエラー値に基づいて駆動信号を発生させるステップ２７と、該駆動信号によってモーターを駆動するステップ２８と、該モーターが該対物レンズと該試験物体との間の相対距離を調整して焦点距離と等しくならせるステップ２９と、を備えてなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態のオートフォーカス装置を示す図である。
【図２】遠焦点、短焦点、正焦点の場合に非点収差の斑の変化を示す図である。
【図３】本発明のオートフォーカス装置がデータベース１２２に建立した、フォーカスエラー距離に対するフォーカスエラー（ＦＥＳ）の関係を示す図である。
【図４】本発明のオートフォーカス方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００１７】
１…顕微光学観測装置、１１…レーザー光源、１２…オートフォーカス計算制御ユニット、１２３…象限光検波装置、１２１…比較装置、１２２…データベース、１３…柱面レンズセット、１４１…ビームスプリッタ、１４２…ビームスプリッタ、１５…対物レンズステージ、１５１…対物レンズ、１６…ステージ、１６１…試験物体、１７…モーター、１８…接眼レンズ、１９…影像装置、２０…固定軸。
【図１】
2008146060.tif 000003
【図２】
2008146060.tif 000004
【図３】
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【図４】
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