[发明专利]自动对焦装置和具备其的光学装置以及显微镜

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

一般地，显微镜通过数值孔径(NA：Numerical Aperture)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

发明内容

发明所要解决的课题

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。