JPH08240765A - 自動焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 どのような被検物に対しても自動焦点検出を
正常に行うことができる自動焦点検出装置を提供する。 【構成】 焦点検出用の補助光源と、この光源からの焦
点検出光を物体面３ａに照射する照射光学系と、物体面
３ａで反射されたスリット状の焦点検出光を検出する光
電変換素子９とを備えた自動焦点検出装置において、焦
点検出用の光源として、互いに異なるスペクトルを有す
る第１の補助光源５と第２の補助光源１３とを備えてい
る。補助光源５のスペクトルを吸収するような被検物３
を観察する際に、補助光源５とはスペクトルの異なる第
２の補助光源１３を使用することにより、この光源１３
からの焦点検出光が物体面３ａに照射され、物体面３ａ
からの反射光が得られるので、どのような被検物に対し
ても十分な光量の焦点検出光が光電変換素子９により検
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は顕微鏡等の光学機器に
使用される自動焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動焦点検出装置としては、例え
ば図４に示すように、照明用光源４１と、この光源４１
からの照明光をハーフミラー４２を介して被検物４３の
物体面４３ａに照射する落射照明光学系と、被検物４３
の像を所定位置に結像させる為の対物レンズ４４を有す
る結像光学系と、被検物４３の結像面を観察するテレビ
ジョン（ＴＶ）または観察光学系とを備えた落射照明型
顕微鏡に用いられるものが知られている。この自動焦点
検出装置は、焦点検出用の補助光源４５と、補助光源４
５からの焦点検出光（例えば、近赤外の不可視光）をス
リット状にするスリットフィルタ４６と、スリットフィ
ルタ４６を通過したスリット状の焦点検出光をハーフミ
ラー４７及びダイクロイックミラー４８を介して対物レ
ンズ４４により物体面４３ａに照射する照射光学系と、
物体面４３ａで反射されたスリット状の焦点検出光を対
物レンズ４４によりダイクロイックミラー４８及びハー
フミラー４７を介して光電変換素子４９上に結像する焦
点検出用の結像光学系と、物体面４３ａと対物レンズ４
４との照射光学系の光軸方向への相対変位に応じてスリ
ット状の焦点検出光が光電変換素子４９上で焦点検出用
の結像光学系の光軸と直角な方向へ変位するように、対
物レンズ４４の瞳位置またはその付近でスリット状の焦
点検出光の半分をカットする瞳制限フィルタ５０とを備
えている。この自動焦点検出装置は、光電変換素子４９
上に結像されるスリット状の焦点検出光の合焦位置での
光量重心を基準とする焦点検出光の左右の光量差を比較
し、その光量差が０になるようにモータ等の駆動手段で
被検物４３または対物レンズ４４を光軸方向へ移動させ
て自動焦点検出を行うように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、焦点検出用の補助光源４５として、あるス
ペクトル（波長域）の光（例えば、近赤外の不可視光）
を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザー光源を
使用しているので、補助光源４５のスペクトルを吸収す
るような被検物（例えばウエハー）を観察する際に、物
体面４３ａで反射される焦点検出光の光量が著しく低下
する。このため、前記左右の光量差を比較するのに十分
な光量の焦点検出光を光電変換素子４９が検出すること
ができず、自動焦点検出を正常に行うことができないと
いう問題がある。

【０００４】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はどのような被検物に対しても自動
焦点検出を正常に行うことができる自動焦点検出装置を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明の自動焦点検出装置は、焦点検出
用の光源と、この光源からの焦点検出光を物体面に照射
する照射光学系と、前記物体面で反射された前記焦点検
出光を検出する光電変換素子とを備えた自動焦点検出装
置において、前記焦点検出用の光源として、互いに異な
るスペクトルを有する複数の光源を備えている。

【０００６】請求項２記載の発明の自動焦点検出装置
は、前記複数の光源を常に点灯させるように構成されて
いる。

【０００７】請求項３記載の発明の自動焦点検出装置
は、前記複数の光源からの各焦点検出光を全反射ミラー
によって切り換えて物体面に照射するように構成されて
いる。

【０００８】

【作用】請求項１記載の自動焦点検出装置では、ある光
源のスペクトルを吸収するような被検物を観察する際
に、その光源とはスペクトルの異なる他の光源を使用す
ることにより、この光源からの焦点検出光が物体面に照
射され、物体面からの反射光が得られるので、どのよう
な被検物に対しても十分な光量の焦点検出光が光電変換
素子により検出される。

【０００９】請求項２記載の自動焦点検出装置では、あ
る光源のスペクトルを吸収するような被検物を観察する
際に、その他の光源からの焦点検出光が常に物体面に照
射され、物体面からの反射光が得られるので、どのよう
な被検物に対しても十分な光量の焦点検出光を光電変換
素子が常に検出できる。

【００１０】請求項３記載の自動焦点検出装置では、あ
る光源からのスペクトルを吸収するような被検物を観察
する際に、他の光源からの焦点検出光が全反射ミラーの
切り換えにより物体面に照射され、物体面からの反射光
が得られる。

【００１１】

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、各実施例の説明において同様の部位には同
一の符号を付して重複した説明を省略する。

【００１２】図１はこの発明の第１実施例に係る顕微鏡
の自動焦点検出装置を示す概略構成図である。

【００１３】この自動焦点検出装置は、図１に示すよう
に、照明用光源１と、この光源１からの照明光をハーフ
ミラー２を介して対物レンズ４により被検物３の物体面
３ａに照射する落射照明光学系と、被検物３の像を所定
位置に結像させる為の対物レンズ４を有する結像光学系
と、被検物３の結像面を観察するテレビジョン（ＴＶ）
または観察光学系とを備えた落射照明型顕微鏡に用いら
れたものである。

【００１４】図１に示す自動焦点検出装置は、焦点検出
用の第１の補助光源５と、第１の補助光源５からの焦点
検出光（例えば、近赤外の不可視光）をスリット状にす
るスリットフィルタ６と、スリットフィルタ６を通過し
たスリット状の焦点検出光をハーフミラー７及びダイク
ロイックミラー８を介して対物レンズ４により物体面３
ａに照射する照射光学系と、物体面３ａで反射されたス
リット状の焦点検出光を対物レンズ４によりダイクロイ
ックミラー８及びハーフミラー７を介して光電変換素子
９上に結像する焦点検出用の結像光学系と、物体面３ａ
と対物レンズ４との照射光学系の光軸方向（光軸１０の
方向）への相対変位に応じてスリット状の焦点検出光が
光電変換素子９上で焦点検出用の結像光学系の光軸１１
と直角な方向へ変位するように、対物レンズ４の瞳位置
またはその付近でスリット状の焦点検出光の半分をカッ
トする瞳制限フィルタ１２とを備えている。物体面３ａ
とスリットフィルタ６、及び物体面３ａと光電変換素子
９の受光面３ａはそれぞれ共役な位置にある。

【００１５】上記自動焦点検出装置は、さらに、前記第
１の補助光源５とは異なるスペクトル（波長域）を有す
る焦点検出用の第２の補助光源１３と、ハーフミラー１
４と、光電変換素子９に入射するスリット状の焦点検出
光の光量を検出する光量検出器１５と、光量検出器１５
の出力信号に応じて２つの補助光源５、１３の点灯を切
り換える切り換え器１６とを備えている。第２の補助光
源１３からの焦点検出光は、ハーフミラー１４で反射さ
れた後、第１の補助光源５からの焦点検出光と同様に、
スリットフィルタ６を通過してスリット状の焦点検出光
となり、さらにハーフミラー７及びダイクロイックミラ
ー８を介して対物レンズ４により物体面３ａに照射され
るようになっている。

【００１６】前記切り換え器１６は、光電変換素子９に
入射するスリット状の焦点検出光の光量が十分で、光量
検出器１５により検出される焦点検出光の光量が所定値
より大きいときには第１の補助光源５を点灯させると共
に第２の補助光源１３を消灯させ、かつ前記光量が不十
分で、光量検出器１５により検出される焦点検出光の光
量が所定値以下のときには第１の補助光源５を消灯させ
ると共に第２の補助光源１３を点灯させるように、両光
源５、１３を切り換える。

【００１７】そして、上記自動焦点検出装置は、いわゆ
るナイフエッジ方式のもので、光電変換素子９上に結像
されるスリット状の焦点検出光の合焦位置での光量重心
を基準とする焦点検出光の左右の光量差を比較し、その
光量差が０になるようにモータ等の駆動手段で被検物３
または対物レンズ４を光軸方向へ移動させて自動焦点検
出を行うように構成されている。

【００１８】次に、上記第１実施例に係る自動焦点検出
装置の動作を説明する。

【００１９】照明用光源１からの照明光はハーフミラー
２を介して対物レンズ４により被検物３の物体面３ａに
照射され、この物体面３ａで反射された照明光は、再び
対物レンズ４、ハーフミラー２及びダイクロイックミラ
ー８を通ってテレビジョン（ＴＶ）または観察光学系へ
と進む。

【００２０】このとき、第１の補助光源５を点灯させて
おくと共に第２の補助光源１３を消灯させておく。第１
の補助光源５からの焦点検出光はハーフミラー１４を透
過した後、スリットフィルタ６によりスリット状の焦点
検出光にされかつ瞳制限フィルタ１２により光束を半分
にカットされ、さらに、このスリット状の焦点検出光は
ハーフミラー７、ダイクロイックミラー８及びハーフミ
ラー２を介して対物レンズ４により物体面３ａに照射さ
れる。この物体面３ａで反射されたスリット状の焦点検
出光は、再び対物レンズ４、ハーフミラー２、ダイクロ
イックミラー８及びハーフミラー７を通って光電変換素
子９上に結像される。

【００２１】このとき、物体面３ａが合焦位置より光軸
方向（図１の光軸１０の方向）にずれていると、光電変
換素子９に入るスリット状の焦点検出光がぼけると同時
に光軸１１と直角な方向に動くので、スリット状の焦点
検出光の合焦位置での光量重心を基準とする焦点検出光
の左右の光量差を比較し、その光量差が０になるように
モータ等の駆動手段で被検物３または対物レンズ４を光
軸方向へ移動させて自動焦点検出動作が行われる。

【００２２】このようにして被検物３の自動焦点検出動
作が行われるが、被検物３が第１の補助光源５のスペク
トルを吸収するようなもの（例えばウエハー）である場
合には、物体面３ａで反射されるスリット状の焦点検出
光の光量が著しく低下するので、光電変換素子９に入射
するスリット状の焦点検出光の光量が不十分となり、こ
の光量を検出する光量検出器１５の検出値（光量）が所
定値以下になる。このとき、切り換え器１６が第１の補
助光源５を消灯させると共に第２の補助光源１３を点灯
させる。これによって、第１の補助光源５とは異なるス
ペクトルを有する第２の補助光源１３からの焦点検出光
がスリット状の焦点検出光となって物体面３ａに照射さ
れ、物体面３ａからの反射光が得られるので、十分な光
量の焦点検出光が光電変換素子９により検出される。し
たがって、自動焦点検出動作を正常に行うことができ
る。

【００２３】次に、この発明の第２実施例に係る顕微鏡
の自動焦点検出装置を図２に基づいて説明する。

【００２４】図２に示す自動焦点検出装置は、２つの補
助光源５、１３からの各焦点検出光を全反射ミラー１７
によって切り換えるように構成したものである。すなわ
ち、この自動焦点検出装置では、上記第１実施例のハー
フミラー１４に代えて、全反射ミラー１７が配置されて
いる。この全反射ミラー１７は、第１の補助光源５から
の焦点検出光をスリットフィルタ６へ向けて通す退避位
置（図２の実線で示す位置）と、第１の補助光源５から
の焦点検出光を遮断しかつ第２の補助光源１３からの焦
点検出光をスリットフィルタ６へ向けて反射する反射位
置（図２の鎖線で示す位置）との間で移動可能である。

【００２５】また、図２に示す自動焦点検出装置は、前
記光量検出器１５と、全反射ミラー１７を光量検出器１
５の出力信号に応じて前記両位置間で切り換えるミラー
駆動制御部１６´とを備えている。この制御部１６´
は、光量検出器１５により検出される焦点検出光の光量
が所定値より大きいときには全反射ミラー１７を前記退
避位置に保持すると共に、前記光量が所定値以下になる
と、全反射ミラー１７を前記反射位置へ移動させるよう
に構成されている。

【００２６】次に、図２に示す第２実施例に係る自動焦
点検出装置の動作を説明する。

【００２７】自動焦点検出動作の開始時には、全反射ミ
ラー１７を退避位置に移動させておく。これによって、
第１の補助光源５からの焦点検出光が、上記第１実施例
の場合と同様にスリットフィルタ６によりスリット状の
焦点検出光になって物体面３ａに照射され、物体面３ａ
で反射されたスリット状の焦点検出光が光電変換素子９
上に結像される。

【００２８】被検物３が第１の補助光源５のスペクトル
を吸収するようなものであり、光量検出器１５の検出値
（光量）が所定値以下になると、ミラー駆動制御部１６
´が全反射ミラー１７を前記反射位置へ移動させる。こ
れによって、第２の補助光源１３からの焦点検出光が、
全反射ミラー１７で反射され、スリットフィルタ６によ
りスリット状の焦点検出光になって物体面３ａに照射さ
れ、物体面３ａで反射されたスリット状の焦点検出光が
光電変換素子９上に結像され、十分な光量の焦点検出光
が光電変換素子９により検出される。したがって、全反
射ミラー１７を切り換えるだけで、どのような被検物に
対しても自動焦点検出を正常に行うことができる。

【００２９】図３はこの発明の第３実施例に係る顕微鏡
の自動焦点検出装置を示している。

【００３０】この自動焦点検出装置は、上記第１実施例
において前記両補助光源５、１３を常に点灯させるよう
に構成したものである。

【００３１】この第３実施例によれば、２つの補助光源
５、１３を常に点灯させているので、図１に示す第１実
施例における光量検出器１５及び切り換え器１６が不要
であるので、装置全体の構造が簡単になる。

【００３２】なお、上記各実施例において、いわゆるナ
イフエッジ方式の自動焦点検出装置を示したが、この発
明は他の方式、例えば像抽出方式の自動焦点検出装置に
も適用できる。

【００３３】また、上記各実施例において、焦点検出用
の補助光源を３つ以上設けることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る自動焦点検出装置によれば、ある光源のスペク
トルを吸収するような被検物を観察する際に、その光源
とはスペクトルの異なる他の光源を使用することによ
り、この光源からの焦点検出光が物体面に照射され、物
体面からの反射光が得られるので、どのような被検物に
対しても十分な光量の焦点検出光が光電変換素子により
検出される。したがって、どのような被検物に対しても
自動焦点検出を正常に行うことができる。

【００３５】請求項２記載の発明に係る自動焦点検出装
置によれば、ある光源のスペクトルを吸収するような被
検物を観察する際に、その他の光源からの焦点検出光が
常に物体面に照射され、物体面からの反射光が得られる
ので、どのような被検物に対しても十分な光量の焦点検
出光を光電変換素子が常に検出できる。したがって、複
数の光源の点灯を切り換えるための特別な構成を設けず
に、どのような被検物に対しても自動焦点検出を正常に
行うことができる。

【００３６】請求項３記載の発明に係る自動焦点検出装
置によれば、ある光源からのスペクトルを吸収するよう
な被検物を観察する際に、他の光源からの焦点検出光が
全反射ミラーの切り換えにより物体面に照射され、物体
面からの反射光が得られる。したがって、全反射ミラー
を切り換えるだけで、どのような被検物に対しても自動
焦点検出を正常に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例に係る自動焦点検
出装置を示す概略構成図である。

【図２】図２はこの発明の第２実施例に係る自動焦点検
出装置を示す概略構成図である。

【図３】図３はこの発明の第３実施例に係る自動焦点検
出装置を示す概略構成図である。

【図４】図４は従来の自動焦点検出装置を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

３ａ 物体面 ５ 第１の補助光源（焦点検出用の光源） ９ 光電変換素子 １３ 第２の補助光源（焦点検出用の光源） １７ 全反射ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点検出用の光源と、この光源からの焦
   点検出光を物体面に照射する照射光学系と、前記物体面
   で反射された前記焦点検出光を検出する光電変換素子と
   を備えた自動焦点検出装置において、 前記焦点検出用の光源として、互いに異なるスペクトル
   を有する複数の光源を備えていることを特徴とする自動
   焦点検出装置。
2. 【請求項２】 前記複数の光源を常に点灯させるように
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動焦
   点検出装置。
3. 【請求項３】 前記複数の光源からの各焦点検出光を全
   反射ミラーによって切り換えて物体面に照射するように
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動焦
   点検出装置。