自动对焦装置和具备其的光学装置以及显微镜制造方法及图纸

技术编号:26045154 阅读:319 留言:0更新日期:2020-10-23 21:24
自动对焦装置,包括:支撑载置试样(20)的玻璃部件(19)的载物台(ST);观察试样(20)的放大光学系统(L2、HM、DM、OL);经过放大光学系统对试样(20)发射光的光源装置(11、M、13);配置在和放大光学系统的试样(20)相反的位置,限制从光源装置发射的发射光的光圈(IR);经由放大光学系统接收反射光的AF用相机(22),该反射光为经由光圈(IR)以及放大光学系统到达玻璃部件(19)的发射光在反射面(S)所反射的反射光。光源装置相对于放大光学系统的轴以非零的角度(φ)发射光。控制装置(100)调整载物台(ST)的位置,以使被拍摄的遮蔽物的像的位置和目标位置一致。通过设置这种结构,能够实现高速的自动对焦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自动对焦装置和具备其的光学装置以及显微镜
本公开涉及自动对焦装置和具备其的光学装置以及显微镜。
技术介绍
一般地,显微镜通过数值孔径(NA:NumericalAperture)决定分辨率为人所知。虽然如果数值孔径大则得到的图像的分辨率变好,但是焦深变短,其结果是难以进行聚焦。如超分辨率成像这样的大数值孔径的显微镜的自动化尚未普及。如果说为什么自动化尚未普及,那是因为没有兼备高精度、宽范围、高速度的自动对焦技术。虽然现有的自动对焦的方法很多,但是主要分为以下的两种方法。这些自动对焦技术,不管哪一种,在精度/范围/速度的其中之一都存在问题。图30是用于说明现有的第一方法的图。第一方法是观察相机拍摄到的光圈的图像的对比度的方法。这种方法如图30所示,光圈502配置在和位于玻璃容器501的底面的试样共轭的位置,光圈502的像在试样的位置(玻璃容器的底面)成像。然后,通过相机503拍摄从玻璃面反射的光圈的像。通过进行载物台扫描使玻璃容器或者物镜上下移动而将焦点对准光圈的像,从而进行试样的像的聚焦。如果使用第一方法,即使是大数值孔径的显微镜,也能够以高精度自动地对准焦点。第一方法的问题点是,在聚焦时需要载物台扫描,耗费时间。虽然取决于载物台扫描的速度,但是耗费大约数十秒左右的时间。另外,即使通过设置两台相机来形成多焦点系统而消除载物台扫描,从而加快速度,也还有光圈的像可见的范围窄的问题。图31是用于说明现有的第二方法的图。第二方法是观察玻璃面的反射位置而对焦的方法。来自LED561的光穿过物镜523,带有角度地朝试样522入射。然后,通过CCD相机564获得反射光的位置。第二方法由于能够以光束的位置到达中心的方式进行控制,因此总是能够维持焦点。第二方法的问题点在于聚焦的精度较差。精度变差的现象是由光学系统的歪斜所引起的。由于光学系统的偏移,如果光束的位置偏移X,那么入射光的位置偏移X/(倍数)。由于这种偏移因热、振动等各种外因而产生,因此每次都需要进行补偿的调整。另外,聚焦的范围和精度依赖光束朝玻璃面S入射的角度。因此,会出现精度和范围哪一个优先的两难处境。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2015-227940号公报专利文献2:日本特许5621259号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题目前,难以实现同时兼备高精度、宽范围、高速度的自动对焦技术。这三个要素是高数值孔径的显微镜的自动化所需要的理由如下所述。第一,由于大数值孔径的显微镜焦深较短,因此如果不是高精度的自动对焦,像会模糊。另外,如果没有长时间维持精度,则每次都需要聚焦,会妨碍自动化。第二,载物台移动时观察试样和物镜之间产生偏移。此偏移如果不在自动对焦的范围内,则不能进行自动对焦。第三,为了高效率地进行样本的拍摄,要求快速地对准焦点的技术。如上所述,为了显微镜观察的自动化,兼备高精度、宽范围、高速的自动对焦技术是必须的。本专利技术的目的是,提供即使在大数值孔径的显微镜中也可以高精度、宽范围、高速地自动对焦的自动对焦装置和具备其的光学装置以及显微镜。解决课题的手段本公开在某一方面中,涉及用于光学装置的自动对焦装置,该光学装置具有支撑载置观察对象物的透明部件的载物台,和对观察对象物进行观察的放大光学系统。自动对焦装置包括:光源装置,经过放大光学系统对观察对象物发射光;遮蔽物,相对于放大光学系统,配置在和观察对象物相反的位置,限制从光源装置发射的发射光;光检测装置,经由放大光学系统接收反射光,该反射光为经由遮蔽物以及放大光学系统到达透明部件的反射面的、来自光源装置的发射光在反射面所反射的反射光;控制装置,对载物台或者放大光学系统的位置进行控制。控制装置,基于使被遮蔽物限制的来自光源装置的发射光以多种不同的条件入射到观察对象物而得到的遮蔽物的反射光,调整载物台或者放大光学系统的位置。优选地,光源装置构成为能够可变地调整对遮蔽物射出的光的角度分布。优选地,自动对焦装置进一步包括光学元件,其对被遮蔽物限制的来自光源装置的发射光的一部分进行反射。在光学元件反射的来自光源装置的发射光,入射到观察对象物。优选地,自动对焦装置进一步包括光学元件,其对被遮蔽物限制的来自光源装置的发射光的一部分进行遮蔽、减光或者反射。未被光学元件遮蔽、减光或者反射而通过的来自光源装置的发射光,入射到观察对象物。更加优选地,控制装置根据以多种不同的条件得到的遮蔽物的反射像的位置,来决定控制目标值,调整载物台或者放大光学系统的位置。更加优选地,控制装置根据将以多种不同的条件得到的遮蔽物的像划分成多个而累计的光强度,来决定控制目标值,调整载物台或者放大光学系统的位置。本公开在其他方面中,涉及用于光学装置的自动对焦装置,该光学装置具有支撑载置观察对象物的透明部件的载物台,和对观察对象物进行观察的放大光学系统。自动对焦装置包括:光源装置,经过放大光学系统向观察对象物发射光;遮蔽物,相对于放大光学系统,配置在和观察对象物相反的位置,限制从光源装置发射的发射光;拍摄装置,经由放大光学系统接收反射光,该反射光为经由遮蔽物以及放大光学系统到达透明部件的反射面的、来自光源装置的发射光在反射面所反射的反射光;控制装置,对载物台或者放大光学系统的位置进行控制。光源装置,相对于放大光学系统的轴,以非零的角度发射光。控制装置调整载物台或者放大光学系统的位置,以使被拍摄装置拍摄到的遮蔽物的像的位置和目标位置一致。优选地,控制装置调整载物台或者放大光学系统的位置,以使被拍摄装置拍摄到的遮蔽物的像中的遮蔽物的开口部的位置和目标位置一致。优选地,控制装置通过对用拍摄装置得到的图像进行图像处理,对遮蔽物的图像中的开口部的内部和外部进行分离。优选地,光源装置构成为使对遮蔽物射出的光的角度可变。控制装置调整载物台或者放大光学系统的位置,以使第一位置和第二位置的差为目标值,其中,第一位置是使光源装置以第一角度射出光的情况下的遮蔽物的图像的位置,第二位置是使光源装置以和第一角度不同的第二角度射出光的情况下的遮蔽物的图像的位置。优选地,光源装置构成为使对遮蔽物射出的光的角度可变。控制装置根据第一位置粗调整载物台或者放大光学系统的位置,根据第二位置微调整载物台或者放大光学系统的位置,其中,第一位置是使光源装置以第一角度射出光的情况下的遮蔽物的图像的位置,第二位置是使光源装置以大小比第一角度大的第二角度射出光的情况下的遮蔽物的图像的位置。更加优选地,光源装置包含:光源,其射出高直进性的光;电动光学元件,构成为可接收光源射出的光并改变从光源装置射出的光朝遮蔽物入射的角度。控制装置在从光源装置射出的光的角度为第一角度的情况和为第二角度的情况下,使电动光学元件的角度改变。优选地,放大光学系统包含:物镜,半透明反射镜,配置在半透明反射镜透射的光路、半透明反射镜反射的光路的其中一者的光源侧成像透镜,配置在半透明反射镜透射的光路、半透明反射镜反射的光路的另一者的相机侧本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.自动对焦装置,用于具有支撑载置观察对象物的透明部件的载物台,和对所述观察对象物进行观察的放大光学系统的光学装置,包括:/n光源装置,经过所述放大光学系统对所述观察对象物发射光;/n遮蔽物,相对于所述放大光学系统,配置在和所述观察对象物相反的位置,限制从所述光源装置发射的发射光;/n光检测装置,经由所述放大光学系统接收反射光,所述反射光为经由所述遮蔽物以及所述放大光学系统到达所述透明部件的反射面的、来自所述光源装置的发射光在所述反射面所反射的反射光;/n控制装置,对所述载物台或者所述放大光学系统的位置进行控制;/n所述控制装置基于使被所述遮蔽物限制的来自所述光源装置的发射光以多种不同的条件入射到所述观察对象物而得到的所述遮蔽物的反射光,调整所述载物台或者所述放大光学系统的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180214 JP 2018-0244081.自动对焦装置,用于具有支撑载置观察对象物的透明部件的载物台,和对所述观察对象物进行观察的放大光学系统的光学装置,包括:
光源装置,经过所述放大光学系统对所述观察对象物发射光;
遮蔽物,相对于所述放大光学系统,配置在和所述观察对象物相反的位置,限制从所述光源装置发射的发射光;
光检测装置,经由所述放大光学系统接收反射光,所述反射光为经由所述遮蔽物以及所述放大光学系统到达所述透明部件的反射面的、来自所述光源装置的发射光在所述反射面所反射的反射光;
控制装置,对所述载物台或者所述放大光学系统的位置进行控制;
所述控制装置基于使被所述遮蔽物限制的来自所述光源装置的发射光以多种不同的条件入射到所述观察对象物而得到的所述遮蔽物的反射光,调整所述载物台或者所述放大光学系统的位置。


2.根据权利要求1所述的自动对焦装置,所述光源装置构成为能够可变地调整对所述遮蔽物射出的光的角度分布。


3.根据权利要求1所述的自动对焦装置,还包括光学元件,其对被所述遮蔽物限制的来自所述光源装置的发射光的一部分进行反射;
在所述光学元件反射的来自所述光源装置的发射光,入射到所述观察对象物。


4.根据权利要求1所述的自动对焦装置,还包括光学元件,其对被所述遮蔽物限制的来自所述光源装置的发射光的一部分进行遮蔽、减光或者反射;
未被所述光学元件遮蔽、减光或者反射而通过的来自所述光源装置的发射光,入射到所述观察对象物。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的自动对焦装置,所述控制装置根据以所述多种不同的条件得到的所述遮蔽物的反射像的位置来决定控制目标值,调整所述载物台或者所述放大光学系统的位置。


6.根据权利要求2至4中任一项所述的自动对焦装置,所述控制装置根据将以所述多种不同的条件得到的所述遮蔽物的像划分成多个而累计的光强度来决定控制目标值,调整所述载物台或者所述放大光学系统的位置。


7.自动对焦装置,用于具有支撑载置观察对象物的透明部件的载物台,和对所述观察对象物进行观察的放大光学系统的光学装置,包括:
光源装置,经过所述放大光学系统对所述观察对象物发射光;
遮蔽物,相对于所述放大光学系统,配置在和所述观察对象物相反的位置,限制从所述光源装置发射的发射光;
拍摄装置,经由所述放大光学系统接收反射光,所述反射光为经由所述遮蔽物以及所述放大光学系统到达所述透明部件的反射面的、来自所述光源装置的发射光在所述反射面所反射的反射光;
控制装置,对所述载物台或者所述放大光学系统的位置进行控制;
所述光源装置相对于所述放大光学系统的轴,以非零的角度发射光;
所述控制装置调整所述载物台或者所述放大光学系统的位置,以使被所述拍摄装置拍摄到的所述遮蔽物的像的位置和目标位置一致。


8.根据权利要求7所述的自动对焦装置,所述控制装置调整所述载物台或者所述放大光学系统的位置,以使被所述拍...

【专利技术属性】
技术研发人员:安井真人广岛通夫上田昌宏
申请(专利权)人:国立研究开发法人理化学研究所
类型:发明
国别省市:日本;JP

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