JPH0460603A - 焦点検出装置及びそれを備えた観察装置 - Google Patents
焦点検出装置及びそれを備えた観察装置Info
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- JPH0460603A JPH0460603A JP17248290A JP17248290A JPH0460603A JP H0460603 A JPH0460603 A JP H0460603A JP 17248290 A JP17248290 A JP 17248290A JP 17248290 A JP17248290 A JP 17248290A JP H0460603 A JPH0460603 A JP H0460603A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は焦点検出装置及び該焦点検出装置を備えた観察
装置に関し、特に投光手段からの光束を結像光学系の一
部の@域を介して物体へ投光し、該物体からの反射光束
のうち、該結像光学系の他の領域を通過する光束の検出
器面上の入射位置情報を検出することにより、該結像光
学系の焦点位置の検出を行った焦点検出装置及び該焦点
検出装置を備えたR察装置に関するものである。
装置に関し、特に投光手段からの光束を結像光学系の一
部の@域を介して物体へ投光し、該物体からの反射光束
のうち、該結像光学系の他の領域を通過する光束の検出
器面上の入射位置情報を検出することにより、該結像光
学系の焦点位置の検出を行った焦点検出装置及び該焦点
検出装置を備えたR察装置に関するものである。
(従来の技術)
従来より結像光学系の焦点位置な光電的に検出する焦点
検出装置には、種々のタイプのものか提案されている。
検出装置には、種々のタイプのものか提案されている。
例えば特開昭57−210308号公報では投光手段よ
り光束を物体側に投光し、物体からの反射光束を利用し
て焦点検出を行う所謂能動方式の焦点検出装置か提案さ
れている。又特開昭57−72111号公報や特開昭6
0−41013号公報等では結像光学系により形成され
た物体像の結像状態を利用して焦点検出を行う受動方式
の焦点検出装置か提案されている。又特開昭57−22
210号公報では能動方式て、このとき光束を結像光学
系を介して物体側へ投光するようにしたT T L (
Through TheLens)方式の焦点検出装置
か提案されている。
り光束を物体側に投光し、物体からの反射光束を利用し
て焦点検出を行う所謂能動方式の焦点検出装置か提案さ
れている。又特開昭57−72111号公報や特開昭6
0−41013号公報等では結像光学系により形成され
た物体像の結像状態を利用して焦点検出を行う受動方式
の焦点検出装置か提案されている。又特開昭57−22
210号公報では能動方式て、このとき光束を結像光学
系を介して物体側へ投光するようにしたT T L (
Through TheLens)方式の焦点検出装置
か提案されている。
第9図は従来の能動方式でかつTTL方式を用いた焦点
検出装置を備えた顕微鏡の光学系の要部概略図である。
検出装置を備えた顕微鏡の光学系の要部概略図である。
同図において1は焦点合わせ用の光源で例えばレーザー
ダイオード、LED (発光ダイオード)等から成って
いる。光源1からの光束はコンデンサーレンズ2により
集光される。コンデンサーレンズ2で集光された光束の
一部は光軸に対して一方の側の部分が反射面91b、他
方の側の部分か透過面91aになっているナイフェツジ
ミラー91の透過面91aを通過する。透過面91aを
通過した光束はビームスプリッタ−8により反射され光
束18として結像光学系9に入射する。結像光学系9へ
の入射光束は、第11図て示すようにその瞳面111上
で結像光学系9の光軸114に対して主光線が偏心した
光束であり、瞳面111中の斜線で示す領域112(1
13の様な光束は、ナイフェツジミラー91の透過・反
射面の形状によりつくる)内を通過する。
ダイオード、LED (発光ダイオード)等から成って
いる。光源1からの光束はコンデンサーレンズ2により
集光される。コンデンサーレンズ2で集光された光束の
一部は光軸に対して一方の側の部分が反射面91b、他
方の側の部分か透過面91aになっているナイフェツジ
ミラー91の透過面91aを通過する。透過面91aを
通過した光束はビームスプリッタ−8により反射され光
束18として結像光学系9に入射する。結像光学系9へ
の入射光束は、第11図て示すようにその瞳面111上
で結像光学系9の光軸114に対して主光線が偏心した
光束であり、瞳面111中の斜線で示す領域112(1
13の様な光束は、ナイフェツジミラー91の透過・反
射面の形状によりつくる)内を通過する。
結像光学系9を通過した光束18は、物体92に投光さ
れ、その近傍に光源1の発光部のスポット像を結像する
。物体92て反射した光束のうち、投光時とは光軸11
4に対して略対称な光路に后って反射した光束17は、
結像光学系9を再通過する。そしてビームスプリッタ−
8で反射し、ナイフェツジミラー91の反射面91bで
反射してコンデンサーレンズ6により集光されて焦点検
出用の光電変換素子7の受光面にスポット像を形成する
。
れ、その近傍に光源1の発光部のスポット像を結像する
。物体92て反射した光束のうち、投光時とは光軸11
4に対して略対称な光路に后って反射した光束17は、
結像光学系9を再通過する。そしてビームスプリッタ−
8で反射し、ナイフェツジミラー91の反射面91bで
反射してコンデンサーレンズ6により集光されて焦点検
出用の光電変換素子7の受光面にスポット像を形成する
。
同図において、光源1と物体92、物体92と光電変換
素子7は各々互いに略共役関係となっている。
素子7は各々互いに略共役関係となっている。
10は顕微鏡のテレビカメラであり、結像光学系9を介
して物体92と略共役位置にあり、物体92を観察して
いる。
して物体92と略共役位置にあり、物体92を観察して
いる。
今、物体92が第9図の位置(合焦位置)11にあると
き充電変換素子7面上には第10図に示すような光Ml
04が良好なるスポット光として結像する。このとき
、充電変換素子7からは、第10図に示す曲線101の
如く急峻な強度分布か得られる。
き充電変換素子7面上には第10図に示すような光Ml
04が良好なるスポット光として結像する。このとき
、充電変換素子7からは、第10図に示す曲線101の
如く急峻な強度分布か得られる。
又、物体92か前ピン(後ピン)の位置12(13)に
あるときは、光電変換素子7而上には第10図に示すよ
うな光線106(105)が入射する。このときの光線
106(105)は光線101に比べて拡かったスポッ
ト光となり、充電変換素子7からは同図の曲線103の
ように広かりかつ物体92からの反射光束17か光軸1
14に対して偏心している為に、光線104による強度
分布に対し横方向にズした強度分布が得られる。
あるときは、光電変換素子7而上には第10図に示すよ
うな光線106(105)が入射する。このときの光線
106(105)は光線101に比べて拡かったスポッ
ト光となり、充電変換素子7からは同図の曲線103の
ように広かりかつ物体92からの反射光束17か光軸1
14に対して偏心している為に、光線104による強度
分布に対し横方向にズした強度分布が得られる。
このときの光電変換素子7面上ての入射光束のズレ量と
物体92の合焦位置11からのデイフォーカス量とは一
定の関係にある。第9図の装置では、充電変換素子7面
上への入射光束の光量重心の所定位置からのズレ量を検
出することにより結像光学系9の焦点検出を行っている
。即ち、充電変換素子7に2分割センサーを用いて、入
射光束の強度分布か曲線101のとき、第10図に示す
ように左側のセンサー7aからの出力値をA、ti’[
lのセンサー7bからの出力値をBとして出力値Aと出
力値Bとの差信号A−BかA−B=0となるように設定
しておく。
物体92の合焦位置11からのデイフォーカス量とは一
定の関係にある。第9図の装置では、充電変換素子7面
上への入射光束の光量重心の所定位置からのズレ量を検
出することにより結像光学系9の焦点検出を行っている
。即ち、充電変換素子7に2分割センサーを用いて、入
射光束の強度分布か曲線101のとき、第10図に示す
ように左側のセンサー7aからの出力値をA、ti’[
lのセンサー7bからの出力値をBとして出力値Aと出
力値Bとの差信号A−BかA−B=0となるように設定
しておく。
第13図は物体92のデイフォーカス量に対する充電変
換素子7からの差信号A−Bとの関係を示した説明図で
ある。即ち物体92か位置12にあるときは差信号はA
−B>0、物体92か位置13にあるときは差信号はA
−B<Oとなる。
換素子7からの差信号A−Bとの関係を示した説明図で
ある。即ち物体92か位置12にあるときは差信号はA
−B>0、物体92か位置13にあるときは差信号はA
−B<Oとなる。
第9図に示す焦点検出装置は、光電変換素子7からの出
力信号の差信号A−BがA−B=0となるように、結像
光学系9又は物体92を光軸上に沿って移動させて、こ
れにより結像光学系9に物体9を合焦せしめている。
力信号の差信号A−BがA−B=0となるように、結像
光学系9又は物体92を光軸上に沿って移動させて、こ
れにより結像光学系9に物体9を合焦せしめている。
(発明か解決しようとする問題点)
第9図に示す焦点検出装置では、物体92か位置13に
あり、合焦位置11より距離ΔXたけデイフォーカスし
ていると、充電変換素子7付近では反射光束17は、第
10図に示すように、光電変換素子7から距離β2 ・
2・ΔX程度、手前の点105aに結像する。
あり、合焦位置11より距離ΔXたけデイフォーカスし
ていると、充電変換素子7付近では反射光束17は、第
10図に示すように、光電変換素子7から距離β2 ・
2・ΔX程度、手前の点105aに結像する。
但し、βは物体92か結像光学系9を介して光電変換素
子7側に結像される際の近軸横倍率である。
子7側に結像される際の近軸横倍率である。
ここで、物体92か結像光学系9から大きく離れると、
即ちデイフォーカス量ΔXか大きくなってくると、第1
0図における距離β2 ・2・ΔXか増大し、第12図
に示すように物体92からの反射光束17かナイフェツ
ジミラー91よりも手前の点17aに集光するようにな
ってくる。この結果、物体92からの反射光束17の全
てがナイフェツジミラー91の透過部91aを通通し、
反射面91bで反射されなくなり、充電変換素子7へは
入射しなくなってくる。このとき光電変換素子7からの
差信号A−Bは、第13図に示すようにA−B=Oとな
る。
即ちデイフォーカス量ΔXか大きくなってくると、第1
0図における距離β2 ・2・ΔXか増大し、第12図
に示すように物体92からの反射光束17かナイフェツ
ジミラー91よりも手前の点17aに集光するようにな
ってくる。この結果、物体92からの反射光束17の全
てがナイフェツジミラー91の透過部91aを通通し、
反射面91bで反射されなくなり、充電変換素子7へは
入射しなくなってくる。このとき光電変換素子7からの
差信号A−Bは、第13図に示すようにA−B=Oとな
る。
即ち、デイフォーカス量ΔXかある値ΔX MAX以上
大きくなると、差信号A−BはA−B=Oとなり、この
結果、焦点検出が出来なくなってくるという問題点が生
してくる。
大きくなると、差信号A−BはA−B=Oとなり、この
結果、焦点検出が出来なくなってくるという問題点が生
してくる。
本発明は、物体が結像光学系から大きくデイフォーカス
していた場合であっても、光検出器の受光面りに常に物
体からの反射光束か入射し、光検出器からは所定の差信
号か得られるようにして結像光学系に対する物体のデイ
フォーカスを広範囲にわたり検出することかできる焦点
検出装置の提供を目的とする。
していた場合であっても、光検出器の受光面りに常に物
体からの反射光束か入射し、光検出器からは所定の差信
号か得られるようにして結像光学系に対する物体のデイ
フォーカスを広範囲にわたり検出することかできる焦点
検出装置の提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段)
本発明の焦点検出装置及びそれを備えた観察装置は、光
源と、対物光学系と、該光源からの光の部を遮光して該
対物光学系の光軸に対して偏心した光束を該対物光学系
に向ける光制限部材と、該対物光学系を介して照明され
た被検面がらの反射光を該対物光学系と該光制限部材と
を介して検出する光検出器とを有し、該光検出器からの
信号に基づいて該被検面の該光軸の方向に関する変位を
検出する焦点検出装置において、前記光制限部材か前記
光源からの光の一部を遮光する反射部と前記光束として
直線偏光光束を前記対物光学系に向ける偏光分割部とを
備え、舵記対物光学系が該直線偏光光束を円偏光光束に
変換すると共に航記反射光を該直線偏光光束と直交する
方向に偏光した偏光光束に変換せしめる偏光変換部材を
備え、前記偏光分割部と前記反射部で該偏光光束を前記
光検出器へ反射せしめることを特徴としている。
源と、対物光学系と、該光源からの光の部を遮光して該
対物光学系の光軸に対して偏心した光束を該対物光学系
に向ける光制限部材と、該対物光学系を介して照明され
た被検面がらの反射光を該対物光学系と該光制限部材と
を介して検出する光検出器とを有し、該光検出器からの
信号に基づいて該被検面の該光軸の方向に関する変位を
検出する焦点検出装置において、前記光制限部材か前記
光源からの光の一部を遮光する反射部と前記光束として
直線偏光光束を前記対物光学系に向ける偏光分割部とを
備え、舵記対物光学系が該直線偏光光束を円偏光光束に
変換すると共に航記反射光を該直線偏光光束と直交する
方向に偏光した偏光光束に変換せしめる偏光変換部材を
備え、前記偏光分割部と前記反射部で該偏光光束を前記
光検出器へ反射せしめることを特徴としている。
この他本発明では、
(イ)光源が、発光タイオードを備えており、該発光タ
イオードからの光を集光して前記光制限部材に入射せし
めるレンズ系と、前記発光ダイオードからの光の偏光方
向を前記偏光分割部の偏光方位と一致せしめるべく前記
発光ダイオードと前記光制限部材の間に設けた偏光板と
を有していることを特徴としている。
イオードからの光を集光して前記光制限部材に入射せし
めるレンズ系と、前記発光ダイオードからの光の偏光方
向を前記偏光分割部の偏光方位と一致せしめるべく前記
発光ダイオードと前記光制限部材の間に設けた偏光板と
を有していることを特徴としている。
(ロ)光源か発光ダイオードを備えることを特徴として
いる。
いる。
(ハ)前記光制限部材が、一対のプリズムの貼り合わせ
面に前記反射部を成す金属膜と前記偏光分割部を成す偏
光膜とを形成したビームスプリッタ−を備えることを特
徴としている。
面に前記反射部を成す金属膜と前記偏光分割部を成す偏
光膜とを形成したビームスプリッタ−を備えることを特
徴としている。
(ニ)前記対物光学系が、前記偏光変換部材と前記被検
面の間に前記円偏光光束を所定位置に集光する対物レン
ズ系を有し、前記光検出器か該所定位置と前記被検面と
の前記光軸方向に関する相対的な変位に応じた信号を出
力することを特徴としている。
面の間に前記円偏光光束を所定位置に集光する対物レン
ズ系を有し、前記光検出器か該所定位置と前記被検面と
の前記光軸方向に関する相対的な変位に応じた信号を出
力することを特徴としている。
(ホ)前記光検出器か前記光制限部材からの前記反射光
を集光するレンズ系と該レンズ系からの光を光電変換し
該光の入射位置に応した信号を出力するセンサーとを有
し、前記センサーと前記所定位置とか光学的に共役とな
るよう前記対物光学系を配置したことを特徴としている
。
を集光するレンズ系と該レンズ系からの光を光電変換し
該光の入射位置に応した信号を出力するセンサーとを有
し、前記センサーと前記所定位置とか光学的に共役とな
るよう前記対物光学系を配置したことを特徴としている
。
(へ)前記光源の発光部と前記所定位置とか光学的に共
役となるよう前記対物光学系を配置したことを特徴とし
ている。
役となるよう前記対物光学系を配置したことを特徴とし
ている。
(実施例)
第1図は本発明の第1実施例の光学系の要部概略図であ
り、焦点検出装置を備えた顕微鏡(観察装置)を示して
いる。
り、焦点検出装置を備えた顕微鏡(観察装置)を示して
いる。
同図において、1は光源で、LEDから成っており、波
長λ。の単色光又は波長λ。を中心とした拡がりを有す
る光束(中心波長λ。の準惟色光)を放射している。2
はコンデンサーレンズであり、光源1からの光束を集光
している。コンデンサーレンズ2は、光源1からの光束
の有効利用を図る為に設けてあり、またレンズ2を構成
するレンズ系の構成、配置を適宜定めてやることで、物
体92への光源1の発光部の結像倍率を変更することも
できる。
長λ。の単色光又は波長λ。を中心とした拡がりを有す
る光束(中心波長λ。の準惟色光)を放射している。2
はコンデンサーレンズであり、光源1からの光束を集光
している。コンデンサーレンズ2は、光源1からの光束
の有効利用を図る為に設けてあり、またレンズ2を構成
するレンズ系の構成、配置を適宜定めてやることで、物
体92への光源1の発光部の結像倍率を変更することも
できる。
3は直線偏光子(偏光板)てあり、コンデンサーレンズ
2からの光束を紙面内で振動する直線偏光光束14に変
換している。4は光制限部材てあり、光軸に対して偏心
した光束を形成する。
2からの光束を紙面内で振動する直線偏光光束14に変
換している。4は光制限部材てあり、光軸に対して偏心
した光束を形成する。
第2図に、その拡大図を示す。部材4は、第2図に示す
ように、2つの直角プリズム21.22を貼り合わせて
構成されている。そして、これらの貼り合わせ面には、
光軸114近傍より片側の領域(反射部)23に光源1
からの波長λ。の光束を殆んど反射せしめるA1、Au
、Cuなとの金属膜か施され、又光軸114近傍より他
方の側の領域24(偏光分割部)は第3図に示すような
P、S偏光に対する透過率と反射率の特性を備える偏光
膜か施されている。この偏光膜の偏光軸は、直線偏光光
束14の偏光方向と一致しており、従って部材4に入射
した直線偏光光束14は光軸114を境にした片側の領
域24を通過して直線偏光光束14と同し方向に偏光し
た直線偏光光束15となって射出する。
ように、2つの直角プリズム21.22を貼り合わせて
構成されている。そして、これらの貼り合わせ面には、
光軸114近傍より片側の領域(反射部)23に光源1
からの波長λ。の光束を殆んど反射せしめるA1、Au
、Cuなとの金属膜か施され、又光軸114近傍より他
方の側の領域24(偏光分割部)は第3図に示すような
P、S偏光に対する透過率と反射率の特性を備える偏光
膜か施されている。この偏光膜の偏光軸は、直線偏光光
束14の偏光方向と一致しており、従って部材4に入射
した直線偏光光束14は光軸114を境にした片側の領
域24を通過して直線偏光光束14と同し方向に偏光し
た直線偏光光束15となって射出する。
尚、第3図において、曲線31.32は光源1からの波
長λ。の光束のp、s両偏光成分に対する透過率、曲線
33.34は光源1からの波長λ0の光束のs、p両偏
光成分に対する反射率をボしている。
長λ。の光束のp、s両偏光成分に対する透過率、曲線
33.34は光源1からの波長λ0の光束のs、p両偏
光成分に対する反射率をボしている。
第1図に戻り5はλ/4板(偏光変換部材)であり、直
線偏光子3の偏光軸に対して、その主軸を45度傾けて
配置されている。λ/4板5は入射直線偏光光束15を
円偏光光束16に変換して射出せしめる。8はビームス
プリッタ−であり、偏光特性はなく、λ/4板5からの
光束(円偏光)を反射し、光軸に対して(中心光線か)
偏心している光束18として対物レンズより成る結像光
学系9の光軸114に対して片側の一部の領域に入射さ
せている。対物レンズは複数個のレンズを並へたアセン
ブリである。92は物体、6はコンデンサーレンズ、7
は光電変換素子てあり、2分割センサーから成っている
。
線偏光子3の偏光軸に対して、その主軸を45度傾けて
配置されている。λ/4板5は入射直線偏光光束15を
円偏光光束16に変換して射出せしめる。8はビームス
プリッタ−であり、偏光特性はなく、λ/4板5からの
光束(円偏光)を反射し、光軸に対して(中心光線か)
偏心している光束18として対物レンズより成る結像光
学系9の光軸114に対して片側の一部の領域に入射さ
せている。対物レンズは複数個のレンズを並へたアセン
ブリである。92は物体、6はコンデンサーレンズ、7
は光電変換素子てあり、2分割センサーから成っている
。
光制限部材4のプリズム21の光入射面21aとプリズ
ム22の光射出面22aとは各々平面で構成されており
、これらの面21a、22aか光軸114と直交するよ
うに部材4か配置しである。また、プリズム21とプリ
ズム22の貼り合わせ面、つまり、領域23と領域24
か形成されている面は、光軸114に対して450を成
すように設定しである。
ム22の光射出面22aとは各々平面で構成されており
、これらの面21a、22aか光軸114と直交するよ
うに部材4か配置しである。また、プリズム21とプリ
ズム22の貼り合わせ面、つまり、領域23と領域24
か形成されている面は、光軸114に対して450を成
すように設定しである。
10はテレビカメラであり、結像光学系9に対して物体
92上の被検面が合焦している時にはその撮像面は結像
光学系9を介して物体92の被検面と略共役関係にあり
、物体92を観察している。
92上の被検面が合焦している時にはその撮像面は結像
光学系9を介して物体92の被検面と略共役関係にあり
、物体92を観察している。
本実施例では、結像光学系9に対して物体92の被検面
か合焦する時に、光源1の発光部と物体92の被検面、
物体92の被検面と充電変換素子7の受光面は各々互い
に略共役関係となるように装置を構成している。
か合焦する時に、光源1の発光部と物体92の被検面、
物体92の被検面と充電変換素子7の受光面は各々互い
に略共役関係となるように装置を構成している。
本実施例では、光源1からの発散光束をコンデンサーレ
ンズ2て集光し、直線偏光子3により紙面内で振動する
直線偏光(P偏光)光束14として光制限部材4に入射
させている。第2図に示す通り、部材4に入射した直線
偏光光束14のうち、光軸114の近傍の境界線に対し
て一方の側の領域23に入射した光束は金属膜で反射さ
れ、結像光学系9に対して遮光される。一方、光軸11
4の近傍にある境界線に対して他方の側の領域24に施
されている偏光膜は第3図の曲線31に示すようにP偏
光を100%近く透過させるので、直線偏光光束14の
うち、この領域24に入射した光束は殆んと領域24を
通過し、λ/4板5に入射する。
ンズ2て集光し、直線偏光子3により紙面内で振動する
直線偏光(P偏光)光束14として光制限部材4に入射
させている。第2図に示す通り、部材4に入射した直線
偏光光束14のうち、光軸114の近傍の境界線に対し
て一方の側の領域23に入射した光束は金属膜で反射さ
れ、結像光学系9に対して遮光される。一方、光軸11
4の近傍にある境界線に対して他方の側の領域24に施
されている偏光膜は第3図の曲線31に示すようにP偏
光を100%近く透過させるので、直線偏光光束14の
うち、この領域24に入射した光束は殆んと領域24を
通過し、λ/4板5に入射する。
^/4板5に入射した直線偏光光束15は、円偏光光束
16としてλ/4板5から射出し、ど−ムスブリッタ−
8で反射せしめられて光軸114に対して偏心した光束
18として結像光学系9に入射する。
16としてλ/4板5から射出し、ど−ムスブリッタ−
8で反射せしめられて光軸114に対して偏心した光束
18として結像光学系9に入射する。
このとき、第11図で示したように、光束18は結像光
学系9の瞳面111の光l1lII1114より偏心し
た領域112を通過する。この領域112の形状は、光
制限部材4の領域23と領域24の形状と、そこに入射
する光束14の断面形状に依存して変化する。従って、
例えば領域24の形状を円形として、その周囲を領域2
4とすれば、結像光学系9の瞳面111での領域112
は、第15図に示す如くなる。
学系9の瞳面111の光l1lII1114より偏心し
た領域112を通過する。この領域112の形状は、光
制限部材4の領域23と領域24の形状と、そこに入射
する光束14の断面形状に依存して変化する。従って、
例えば領域24の形状を円形として、その周囲を領域2
4とすれば、結像光学系9の瞳面111での領域112
は、第15図に示す如くなる。
結像光学系9は光束18をテレビカメラの撮像面と略共
役な位置に集光し、例えば位置11にある物体92の被
検面上に光スポット(光源11の像)を形成する。
役な位置に集光し、例えば位置11にある物体92の被
検面上に光スポット(光源11の像)を形成する。
物体92に投光された光束18は、物体92の被検面て
反射せしめられて光軸114に関して投光時の光路とは
略対称の光路に沿って逆方向に進む光束17となって、
結像光学系9に入射し、結像光学系9の光軸114に対
して光束18か通過した領域とは対称な位置にある他の
領域を通過して、ビームスプリッタ−8に向けられビー
ムスプリッタ−8で反射され、λ/4板5に入射する。
反射せしめられて光軸114に関して投光時の光路とは
略対称の光路に沿って逆方向に進む光束17となって、
結像光学系9に入射し、結像光学系9の光軸114に対
して光束18か通過した領域とは対称な位置にある他の
領域を通過して、ビームスプリッタ−8に向けられビー
ムスプリッタ−8で反射され、λ/4板5に入射する。
λ/4板5に入射した光束17は、λ/4板5により直
線偏光光束15の偏光方向と直交した、紙面と垂直方向
に偏光した直線偏光(S偏光)光束となり、光制限部材
4に入射する。
線偏光光束15の偏光方向と直交した、紙面と垂直方向
に偏光した直線偏光(S偏光)光束となり、光制限部材
4に入射する。
光制限部材4に入射した直線偏光光束のうち、部材4の
領域23に入射した光束は金属膜で反射しコンデンサー
レンズ6に入射する。又、部材4の領域24に施されて
いる偏光膜は第3図の曲線33に示すようにS偏光を1
00%近く反射させるので、この領域24に入射する直
線偏光(S偏光)光束も、領域24の偏光膜で反射して
コンデンサーレンズ6に入射する。コンデンサーレンズ
6は入射光束を集光して光電変換素子7の受光面上に光
スポットを形成する。光電変換素子7は入射光束を充電
変換して、物体72の被検面の変位に応した信号A、B
を出力する。
領域23に入射した光束は金属膜で反射しコンデンサー
レンズ6に入射する。又、部材4の領域24に施されて
いる偏光膜は第3図の曲線33に示すようにS偏光を1
00%近く反射させるので、この領域24に入射する直
線偏光(S偏光)光束も、領域24の偏光膜で反射して
コンデンサーレンズ6に入射する。コンデンサーレンズ
6は入射光束を集光して光電変換素子7の受光面上に光
スポットを形成する。光電変換素子7は入射光束を充電
変換して、物体72の被検面の変位に応した信号A、B
を出力する。
充電変換素子7からの出力信号A、Bは、信号線を介し
て制御器100に人力され、制御器100は差信号A−
Bに相当する信号を生成し、この信号に基づいて駆動装
置101を制御する。
て制御器100に人力され、制御器100は差信号A−
Bに相当する信号を生成し、この信号に基づいて駆動装
置101を制御する。
駆動装置101は、制御器100からの指令信号により
、物体92の被検面上に結像光学系9からの光束かフォ
ーカスするように物体92を結像光学系9の光軸方向に
上下動せしめる。また、制御器101は光源1の発光動
作の制御(ONloFF)も行なう。
、物体92の被検面上に結像光学系9からの光束かフォ
ーカスするように物体92を結像光学系9の光軸方向に
上下動せしめる。また、制御器101は光源1の発光動
作の制御(ONloFF)も行なう。
このとき、物体92の被検面が位置11にあれば、即ち
合焦位置にあれば、第4図に示すように、光束17は、
主に光制限部材4の領域23て反射し、光電変換素子7
の受光面上に、第10図に示す光束104の如く入射し
、受光面上に鮮明な光スポットを形成する。
合焦位置にあれば、第4図に示すように、光束17は、
主に光制限部材4の領域23て反射し、光電変換素子7
の受光面上に、第10図に示す光束104の如く入射し
、受光面上に鮮明な光スポットを形成する。
又、物体92か位置12(前ピン)にあれば、第5図に
示すように、光束17は光制限部材4の領域23て反射
し、充電変換素子7の受光面上に、第10図に示す光束
106の如く入射し、受光面上に拡かった光スボ・ソト
を形成する。
示すように、光束17は光制限部材4の領域23て反射
し、充電変換素子7の受光面上に、第10図に示す光束
106の如く入射し、受光面上に拡かった光スボ・ソト
を形成する。
方、物体92か位置13(後ピン)にあり、このときデ
イフォーカス量ΔXか大きく、即ち第10図に示すよう
に光電変換素子7から光束17の結像位置105aか大
きくすれてβ22・ΔXか大きくなってくると、第6図
に示すように光束17は光制限部材4の手前の点17b
に結像した後、領域23に殆と入射せす、領域24に入
射するようになる。
イフォーカス量ΔXか大きく、即ち第10図に示すよう
に光電変換素子7から光束17の結像位置105aか大
きくすれてβ22・ΔXか大きくなってくると、第6図
に示すように光束17は光制限部材4の手前の点17b
に結像した後、領域23に殆と入射せす、領域24に入
射するようになる。
このときの、光束17は、前述したようにS偏光となっ
ているので、偏光膜で施されている領域24て反射し、
第10図に示すように、光束105として光電変換素子
7の受光面上に入射し、受光面上で拡かった光スポット
を形成する。
ているので、偏光膜で施されている領域24て反射し、
第10図に示すように、光束105として光電変換素子
7の受光面上に入射し、受光面上で拡かった光スポット
を形成する。
このように本実施例では、物体92か前ピン方向、後ピ
ン方向で大きくデイフォーカスしていても、光束17を
光電変換素子7上に入射させることがてきるようにして
いる。
ン方向で大きくデイフォーカスしていても、光束17を
光電変換素子7上に入射させることがてきるようにして
いる。
この結果、充電変換素子7として第9図で示した従来と
同様の2分割センサーを用いた場合、デイフォーカス量
に対するセンサーAからの出力信号AとセンサーBから
の出力信号Bとの差信号A−Bを、第14図に示すよう
に、物体92か従来の検出可能の最大デイフォーカス量
ΔX MAXよりも更にデイフォーカスしていても検出
することかできる。
同様の2分割センサーを用いた場合、デイフォーカス量
に対するセンサーAからの出力信号AとセンサーBから
の出力信号Bとの差信号A−Bを、第14図に示すよう
に、物体92か従来の検出可能の最大デイフォーカス量
ΔX MAXよりも更にデイフォーカスしていても検出
することかできる。
このように本実施例によれば、物体92か広い範囲にわ
たってデイフォーカスしていても、高鯖度に焦点位置を
検出することかできる。
たってデイフォーカスしていても、高鯖度に焦点位置を
検出することかできる。
上記実施例では光源1としてLEDを使用していたが、
光源1としてレーザーダイオード(半導体レーザ)を使
用してもいい。この場合、レーザーダイオードから射出
するレーザ光の偏光方向か光制限部材の偏光膜の偏光軸
と一致するように、レーザータイオードと光制限部材と
を配置することにより、偏光子3を取りはずすこともて
きる。
光源1としてレーザーダイオード(半導体レーザ)を使
用してもいい。この場合、レーザーダイオードから射出
するレーザ光の偏光方向か光制限部材の偏光膜の偏光軸
と一致するように、レーザータイオードと光制限部材と
を配置することにより、偏光子3を取りはずすこともて
きる。
また、光源1からの光束の強度が大きい場合には、コン
デンサーレンズ2をとりはずすこともできるが、この時
にも、光源1の発光部の像か物体92の近傍に形成され
るようにする必要はある。
デンサーレンズ2をとりはずすこともできるが、この時
にも、光源1の発光部の像か物体92の近傍に形成され
るようにする必要はある。
また、場合によってはコンデンサーレンズ6をとりはず
した形で装置を構成することもてきる。
した形で装置を構成することもてきる。
上記実施例では光源変換素子7として2分割センサーを
使用していたが、光源変換素子7として1次元CCD、
2次元CCD、或いはPSD(Position 5e
nsitive Detector) などが使用で
きる。
使用していたが、光源変換素子7として1次元CCD、
2次元CCD、或いはPSD(Position 5e
nsitive Detector) などが使用で
きる。
また、光制限部材4の構造も、上記実施例の如くブロッ
クのような部材に限定されない、例えば、透明平行平板
上に金属膜と偏光膜を互いに隣接せしめて形成したもの
でもいい。
クのような部材に限定されない、例えば、透明平行平板
上に金属膜と偏光膜を互いに隣接せしめて形成したもの
でもいい。
また、結像光学系9に対して物体92の被検面を合焦さ
せる場合、物体92を上下動させる代りに、顕微鏡全体
また、光学系の一部(例えば光学系9)を動かすような
方式も採用される。
せる場合、物体92を上下動させる代りに、顕微鏡全体
また、光学系の一部(例えば光学系9)を動かすような
方式も採用される。
また、本発明の焦点検出装置を、顕微鏡なと観察装置に
搭載する場合には、上記実施例の如く人/4板5を部材
4とビームスプリッタ−8の間に配置するのが好ましい
が、他の光学機器に搭載する場合には、部材4と被検面
の間の任意の位置に設けることかできる。
搭載する場合には、上記実施例の如く人/4板5を部材
4とビームスプリッタ−8の間に配置するのが好ましい
が、他の光学機器に搭載する場合には、部材4と被検面
の間の任意の位置に設けることかできる。
上記実施例において、光制限部材4の一方の直角プリズ
ム22の形状を変えて、例えば第7図に示すような底面
73aか光軸114に対して傾いた3角形状のプリズム
73より構成しても良い。
ム22の形状を変えて、例えば第7図に示すような底面
73aか光軸114に対して傾いた3角形状のプリズム
73より構成しても良い。
このようにプリズム73の底面73aか光電変換素子7
への光軸に対して直交しないように設定することにより
、領域23の金属膜で反射せしめられた光束14を領域
24から離れる方向へ反対側に射出させている。これに
より領域23て反射せしめられた光束がプリズム73の
底面73aで反射して再び領域23.24に入射するの
を防止し、これらの光束が充電変換素子7にフレアーや
ゴースト光として入射するのを効果的に防止できる。
への光軸に対して直交しないように設定することにより
、領域23の金属膜で反射せしめられた光束14を領域
24から離れる方向へ反対側に射出させている。これに
より領域23て反射せしめられた光束がプリズム73の
底面73aで反射して再び領域23.24に入射するの
を防止し、これらの光束が充電変換素子7にフレアーや
ゴースト光として入射するのを効果的に防止できる。
この他、上記実施例においては、第8図に示すように、
光制限部材4に直線偏光子3と人/4板5とを貼り合わ
せて、部材3,4.5を一体化して構成しても良い。こ
れによれば組立機構の簡素化を図ることができるので好
ましい。
光制限部材4に直線偏光子3と人/4板5とを貼り合わ
せて、部材3,4.5を一体化して構成しても良い。こ
れによれば組立機構の簡素化を図ることができるので好
ましい。
(発明の効果)
本発明によれば結像光学系の焦点位置を検出する際に結
像光学系に偏心した光束を入射させる手段として前述し
たように直線偏光子、光学素子モして人/4板等の各要
素を適切に設定することにより、デイフォーカス量か大
きい広いデイフォーカス範囲にわたって高精度に焦点位
置の検出か出来る焦点検出装置を達成することかできる
。
像光学系に偏心した光束を入射させる手段として前述し
たように直線偏光子、光学素子モして人/4板等の各要
素を適切に設定することにより、デイフォーカス量か大
きい広いデイフォーカス範囲にわたって高精度に焦点位
置の検出か出来る焦点検出装置を達成することかできる
。
第1図は本発明の第1実施例の光学系の要部概略図、第
2.第4.第5.第6図は第1図の光学素子に入射する
光束の説明図、第3図は第2図の光学素子の領域24の
光学特性の説明図、第7゜第8図は各々本発明に係る光
学素子の他の一実施例の要部概略図、第9図は従来の焦
点検出装置の光学系の要部概略図、第10図は第9図の
検出器に入射する光束の説明図、第11図、第15図は
第9図の結像光学系の瞳面上の光束の説明図、第12図
は第9図の一部分の説明図、第13゜第14図はデイフ
ォーカス量と差信号との関係を示す説明図である。 図中、1は光源、2.6はコンデンサーレンズ、3は直
線偏光子、4は光学素子、5は人/4板、7は光電変換
素子、8はど一ムスブリ・ツタ−19は結像光学系、1
0はテレビカメラ、92は物体、111は結像光学系の
瞳面、114は光軸、14.15は直線偏光、16は円
偏光、17.18は光束、100は制御器、101は駆
動装置である。
2.第4.第5.第6図は第1図の光学素子に入射する
光束の説明図、第3図は第2図の光学素子の領域24の
光学特性の説明図、第7゜第8図は各々本発明に係る光
学素子の他の一実施例の要部概略図、第9図は従来の焦
点検出装置の光学系の要部概略図、第10図は第9図の
検出器に入射する光束の説明図、第11図、第15図は
第9図の結像光学系の瞳面上の光束の説明図、第12図
は第9図の一部分の説明図、第13゜第14図はデイフ
ォーカス量と差信号との関係を示す説明図である。 図中、1は光源、2.6はコンデンサーレンズ、3は直
線偏光子、4は光学素子、5は人/4板、7は光電変換
素子、8はど一ムスブリ・ツタ−19は結像光学系、1
0はテレビカメラ、92は物体、111は結像光学系の
瞳面、114は光軸、14.15は直線偏光、16は円
偏光、17.18は光束、100は制御器、101は駆
動装置である。
Claims (10)
- (1)光源と、対物光学系と、該光源からの光の一部を
遮光して該対物光学系の光軸に対して偏心した光束を該
対物光学系に向ける光制限部材と、該対物光学系を介し
て照明された被検面からの反射光を該対物光学系と該光
制限部材とを介して検出する光検出器とを有し、該光検
出器からの信号に基づいて該被検面の該光軸の方向に関
する変位を検出する焦点検出装置において、前記光制限
部材が前記光源からの光の一部を遮光する反射部と前記
光束として直線偏光光束を前記対物光学系に向ける偏光
分割部とを備え、前記対物光学系が該直線偏光光束を円
偏光光束に変換すると共に前記反射光を該直線偏光光束
と直交する方向に偏光した偏光光束に変換せしめる偏光
変換部材を備え、前記偏光分割部と前記反射部で該偏光
光束を前記光検出器へ反射せしめることを特徴とする焦
点検出装置。 - (2)前記光源が発光ダイオードを備えることを特徴と
する請求項1記載の焦点検出装置。 - (3)前記光源が、前記発光ダイオードからの光を集光
して前記光制限部材に入射せしめるレンズ系と、前記発
光ダイオードからの光の偏光方向を前記偏光分割部の偏
光方位と一致せしめるべく前記発光ダイオードと前記光
制限部材の間に設けた偏光板とを有することを特徴とす
る請求項2記載の焦点検出装置。 - (4)前記光源がレーザーダイオードを備えることを特
徴とする請求項1記載の焦点検出装置。 - (5)前記光制限部材が、一対のプリズムの貼り合わせ
面に前記反射部を成す金属膜と前記偏光分割部を成す偏
光膜とを形成したビームスプリッターを備えることを特
徴とする請求項1記載の焦点検出装置。 - (6)前記対物光学系が、前記偏光変換部材と前記被検
面の間に前記円偏光光束を所定位置に集光する対物レン
ズ系を有し、前記光検出器が該所定位置と前記被検面と
の前記光軸方向に関する相対的な変位に応じた信号を出
力することを特徴とする請求項1記載の焦点検出装置。 - (7)前記光検出器が前記光制限部材からの前記反射光
を集光するレンズ系と該レンズ系からの光を光電変換し
該光の入射位置に応じた信号を出力するセンサーとを有
することを特徴とする請求項6記載の焦点検出装置。 - (8)前記センサーと前記所定位置とが光学的に共役と
なるよう前記対物光学系を配置したことを特徴とする請
求項7記載の焦点検出装置。 - (9)前記光源の発光部と前記所定位置とが光学的に共
役となるよう前記対物光学系を配置したことを特徴とす
る請求項8記載の焦点検出装置。 - (10)請求項1〜9のいずれか1項に記載の焦点検出
装置を備えた観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2172482A JP2757541B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 焦点検出装置及びそれを備えた観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2172482A JP2757541B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 焦点検出装置及びそれを備えた観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0460603A true JPH0460603A (ja) | 1992-02-26 |
| JP2757541B2 JP2757541B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=15942808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2172482A Expired - Fee Related JP2757541B2 (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 焦点検出装置及びそれを備えた観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757541B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790306A (en) * | 1995-06-16 | 1998-08-04 | Global Surgical Corporation | Microscope beamsplitter |
| US6377409B2 (en) * | 1996-12-04 | 2002-04-23 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Prism and viewing optical system using the prism |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57172306A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-23 | Tdk Corp | Focus controller of optical recording system |
| JPS58217909A (ja) * | 1982-05-25 | 1983-12-19 | ヴィルト ライツ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光学器械で観察中の対象物に自動的に焦点を合わせる装置 |
| JPH01259208A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Olympus Optical Co Ltd | 光学的表面形状測定装置 |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP2172482A patent/JP2757541B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57172306A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-23 | Tdk Corp | Focus controller of optical recording system |
| JPS58217909A (ja) * | 1982-05-25 | 1983-12-19 | ヴィルト ライツ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光学器械で観察中の対象物に自動的に焦点を合わせる装置 |
| JPH01259208A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Olympus Optical Co Ltd | 光学的表面形状測定装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790306A (en) * | 1995-06-16 | 1998-08-04 | Global Surgical Corporation | Microscope beamsplitter |
| US6377409B2 (en) * | 1996-12-04 | 2002-04-23 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Prism and viewing optical system using the prism |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2757541B2 (ja) | 1998-05-25 |
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