JPH09127421A - 合焦装置を備えた顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度良く合焦することができ、表面粗さの粗
い被測定物でも寸法や形状を精度良く測定することがで
き、かつ使用可能な合焦パターンの自由度を拡大した合
焦装置を備えた顕微鏡を提供する。 【構成】 対物レンズ１及び焦点板２を有し、焦点板上
を観察する観察光学系４と、物体面５ａを照明する照明
光学系６とを備え、両光学系と物体面との間の相対位置
を調節して合焦を行う合焦装置を備えた顕微鏡におい
て、照明光学系は、第１の合焦パターンを含む第１の照
明光Ｃを、物体面上に対物レンズの光軸に対して傾斜さ
せて照射すると共に、第２の合焦パターンを含む第２の
照明光Ｄを、物体面上に光軸に対して第１の照明光とは
異なる角度で傾斜させて照射し、かつ２つの合焦パター
ンが物体面上に重ねて投影されるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は顕微鏡観察時に目
視により被測定物の物体面にピントを合わせるための合
焦装置を備えた顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、顕微鏡において被測定物の物体
面の像を目視観察する場合（例えば、対物レンズにより
焦点板上に結像された物体面の像を接眼レンズを通して
観察する場合）、物体面が対物レンズの焦点深度内にあ
れば、その範囲内で対物レンズの光軸方向における物体
面と対物レンズとの相対位置を変えても、焦点板上に結
像された物体面の像はピントが合っているように見え
る。そのため、被測定物のある一つの物体面内での寸法
や形状を精度良く測定する場合、及び被測定物の高さ方
向の寸法、例えば対物レンズの光軸方向にずれた２つの
物体面間の寸法を精度良く測定する場合には特に、前記
相対位置を調節して対物レンズの焦点位置を前記各物体
面に精度良く合致させる合焦装置が必要である。

【０００３】従来、このような合焦装置を備えた顕微鏡
としては、図１２に示すようなものが知られている。こ
の顕微鏡は、対物レンズ１００、その結像位置に配置さ
れた焦点板１０１及び接眼レンズ１０２を有し、被測定
物１０３の物体面（例えば、対物レンズ１００の光軸方
向に高さＨだけずれた２つの物体面１０３ａ、１０３
ｂ）を観察する観察光学系１０４と、合焦パターンを含
む照明光を物体面１０３ａ又は１０３ｂ上に対物レンズ
１００の光軸に対し傾斜させて照射する照明光学系１０
５とを備えている。両光学系１０４、１０５は、不図示
の上下動装置の架台上に載置されており、前記光軸方向
における対物レンズ１００と物体面１０３ａ又は１０３
ｂとの相対位置を調節するために前記上下動装置の操作
部を操作することにより、両光学系１０４、１０５が前
記光軸方向に一緒に移動するようになっている。焦点板
１０１には基準線１０６が形成されている。照明光学系
１０５は、投影レンズ１０７、焦点板１０８及び照明系
１０９を有し、焦点板１０８上に形成された合焦パター
ン（平行な２本の線からなる合焦パターン）１１０を、
対物レンズ１００の外側からその光軸に対し傾斜させて
物体面１０３ａ又は１０３ｂ上に投影するように構成さ
れている。そして、両光学系１０４、１０５は、接眼レ
ンズ１０２を通して焦点板１０１を目視観察した際に、
前記上下動装置の操作部を操作して両光学系１０４、１
０５を上下させると、接眼レンズ１０２の視野１０２ａ
内で２本の線からなる合焦パターン１１０が基準線１０
６に対して左右へ動くのが見えるとともに、対物レンズ
１００の焦点位置が物体面１０３ａ又は１０３ｂに合致
した合焦時には、視野１０２ａ内に前記合焦パターン１
１０が基準線１０６を等間隔で挟んだ状態で見える（図
１３参照）ように配置されている。また、非合焦時（前
ピン状態又は後ピン状態の時）には、視野１０２ａ内に
合焦パターン１１０が基準線１０６に対していずれか一
方に横ずれした状態で見える（図１４参照）。なお、対
物レンズ１００の焦点が物体面１０３ａ又は１０３ｂか
ら大きくずれている場合には、その物体面の像とともに
合焦パターン１１０の像もボケて見える。

【０００４】図１２に示す上記顕微鏡により被測定物１
０３の２つの物体面１０３ａ、１０３ｂ間の高さ寸法Ｈ
を測定する際には、まず接眼１０２を通して焦点板１０
１を目視観察しながら、図１３に示すように接眼レンズ
１０２の視野１０２ａ内に見える２本の線からなる合焦
パターン１１０が基準線１０６を等間隔で挟んだ合焦状
態が得られるように、前記上下動装置の操作部を操作し
て対物レンズ１００の焦点位置を物体面１０３ａに合致
させる。このときの上下動装置の移動量を不図示のスケ
ールで読み取る。次に、上記と同様に前記操作部を操作
して対物レンズ１００の焦点位置を物体面１０３ｂに合
致させる。このときの上下動装置の移動量を不図示のス
ケールで読み取る。上記２つの読取り値から高さ寸法Ｈ
が求められる。

【０００５】また、上記合焦装置を備えた顕微鏡の別の
従来技術として、図１５に示すようなものが知られてい
る（例えば、英国特許公報 ＧＢ２０７６１７６Ａ に
開示されている）。この顕微鏡は、対物レンズ１２０、
その結像位置に配置された焦点板１２１及び接眼レンズ
１２２を有する観察光学系１２４と、合焦パターンを含
む照明光を、対物レンズ１２０と焦点板１２１との間に
設けられたハーフミラー１２５及び対物レンズ１２０を
介して物体面１０３ａ又は１０３ｂ上に照射する照明光
学系１２６とを備えている。両光学系１２４、１２６
は、不図示の上下動装置の架台上に載置されており、前
記光軸方向における対物レンズ１２０と物体面１０３ａ
又は１０３ｂとの相対位置を調節するために前記上下動
装置の操作部を操作することにより、両光学系１２４、
１２６が前記光軸方向に一緒に移動するようになってい
る。

【０００６】照明光学系１２６は、ハーフミラー１２５
により分岐された光路中に物体面１０３ａ又は１０３ｂ
と共役な物体面共役位置１２７を形成する補助結像レン
ズ１２８と、合焦パターン１２９ａ、１２９ｂを有する
焦点板１３０と、照明系１３１と、照明系１３１により
照明された合焦パターン１２９ａ、１２９ｂの中間像を
物体面共役位置１２７に投影するリレーレンズ１３２と
を備え、前記中間像が補助結像レンズ１２８、ハーフミ
ラー１２５及び対物レンズ１２０を介して物体面１０３
ａ又は１０３ｂ上に投影されるように構成されている。
焦点板１３０は、所謂スプリットプリズムであり、２つ
のプリズム１３０ａ、１３０ｂを接合して形成されてい
る。プリズム１３０ａ、１３０ｂには、両プリズムの傾
斜面が交差する位置に合焦パターン１２９ａ、１２９ｂ
がそれぞれ形成されている。照明系１３１により照明さ
れた焦点板１３０からの光は、そのスプリットプリズム
の作用で、プリズム１３０ａにより概ね光線Ａの方向へ
向かう光束と、プリズム１３０ｂにより概ね光線Ｂの方
向へ向かう光束とに２分割され、物体面共役位置１２７
を経て物体面１０３ａ又は１０３ｂ上に照射される。す
なわち、プリズム１３０ａからの光束（光線Ａを含む光
束）は対物レンズ１２０の光軸に対し傾斜して物体面１
０３ａ又は１０３ｂ上に結像されるとともに、プリズム
１３０ｂからの光束（光線Ｂを含む光束）は前記光軸に
対しプリズム１３０ａからの光束とは異なる角度で傾斜
して（特に、プリズム１３０ａ、１３０ｂが略同形状の
場合には、プリズム１３０ａからの光束とは光軸に対し
て対称となる方向に傾斜して）物体面１０３ａ又は１０
３ｂ上に結像される。これによって、接眼レンズ１２２
を通して焦点板１２１を目視観察した際に、接眼レンズ
１２２の視野１２２ａ（図１６及び図１７参照）内に、
プリズム１３０ａ、１３０ｂの接合部であるスプリット
ライン１３０ｃと、このライン１３０ｃで２分割された
視野の右半分（又は下半分）にプリズム１３０ａからの
光束によってできた合焦パターン１２９ａの像１２９
ａ′と、その視野の左半分（又は上半分）にプリズム１
３０ｂからの光束によってできた合焦パターン１２９ｂ
の像１２９ｂ′とが見える。そして、両光学系１２４、
１２６は、接眼レンズ１２２を通して焦点板１２１を目
視観察した際に、前記上下動装置の操作部を操作して両
光学系１２４、１２６を上下させると、接眼レンズ１２
２の視野１２２ａ内で左右の合焦パターンの像１２９
ａ′、１２９ｂ′がスプリットライン１３０ｃに沿って
互いに逆方向に動くのが見えるとともに、対物レンズ１
２０の焦点位置が物体面１０３ａ又は１０３ｂに合致し
た合焦時には、左右の合焦パターンの像１２９ａ′、１
２９ｂ′が合致した状態で見える（図１６参照）ように
配置されている。また、非合焦時（前ピン又は後ピン状
態の時）には、左右の合焦パターンの像１２９ａ′、１
２９ｂ′がずれた状態で見える（図１７参照）。なお、
対物レンズ１２０の焦点が物体面１０３ａ又は１０３ｂ
から大きくずれている場合には、その物体面の像ととも
に合焦パターンの像１２９ａ′、１２９ｂ′もボケて見
える。

【０００７】図１５に示す上記顕微鏡により被測定物１
０３の２つの物体面１０３ａ、１０３ｂ間の高さ寸法Ｈ
を測定する際には、まず接眼レンズ１２２を通して焦点
板１２１を目視観察しながら、図１６に示すように接眼
レンズ１２２の視野１２２ａ内に見える左右の合焦パタ
ーンの像１２９ａ′、１２９ｂ′が合致した合焦状態が
得られるように、前記上下動装置の操作部を操作して対
物レンズ１２０の焦点位置を物体面１０３ａに合致させ
る。このときの上下動装置の移動量を不図示のスケール
で読み取る。次に、上記と同様に前記操作部を操作して
対物レンズ１２０の焦点位置を物体面１０３ｂに合致さ
せる。このときの上下動装置の移動量を不図示のスケー
ルで読み取る。上記２つの読取り値から高さ寸法Ｈが求
められる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示す上記従来技術では、焦点板１０８上に形成された
２本の線からなる合焦パターン１１０を、対物レンズ１
００の外側からその光軸に対し傾斜させて物体面１０３
ａ又は１０３ｂ上に投影し、この投影像を対物レンズ１
００によりその倍率分だけ拡大して基準線１０６を有す
る焦点板１０１上に結像させ、かつ図１３に示すように
視野１０２ａ内に見える２本の線からなる合焦パターン
１１０が基準線１０６を等間隔で挟んだ状態を合焦状態
として認識するので、対物レンズ１００の倍率を変える
と、視野１０２ａ内に見える合焦パターン１１０の像の
大きさが変化してしまう。これによって、合焦パターン
１１０と基準線１０６との間隔が変化してしまうので、
前記合焦状態を正確に認識することが難しく、精度良く
合焦するのが難しいという問題がある。これと同様の問
題は、２本の線からなる合焦パターン１１０に代えて１
本の線を合焦パターンとして用い、この合焦パターンと
前記基準線１０６とが合致した状態を合焦状態とするよ
うに構成した場合にも生じる。すなわち、この場合に
は、対物レンズ１００の倍率を変えると合焦パターンの
線の太さが変化してしまうので、精度良く合焦させるこ
とができない。

【０００９】また、図１５に示す上記従来技術では、焦
点板１３０すなわちプリズム１３０ａ、１３０ｂからな
るスプリットプリズムからの光束は、プリズム１３０ａ
により概ね光線Ａの方向へ向かう光束と、プリズム１３
０ｂにより概ね光線Ｂの方向へ向かう光束とに２分割さ
れ、かつ両光束は対物レンズ１２０の光軸に対し互いに
異なる角度で傾斜して（特に、プリズム１３０ａ、１３
０ｂが略同形状の場合には、両光束は光軸に対して対称
な方向に傾斜して）物体面１０３ａ又は１０３ｂ上に結
像される（図１８参照）。そのために、物体面１０３ａ
又は１０３ｂが粗さの粗い面の場合には、物体面１０３
ａ又は１０３ｂにおいてその物体面の左右（又は上下）
で半影が逆向きに発生するので（図１９参照）、視野１
２２ａの右（又は下）半分にできる合焦パターンの像１
２９ａ′の輪郭及び位置とその左（又は上）半分にでき
る合焦パターンの像１２９ｂ′の輪郭及び位置とがずれ
てしまい（図２０参照）、精度良く合焦させるのが難し
く、その結果、被測定物の高さ方向の寸法を精度良く測
定するのが難しいという問題がある。また、同様の理由
により、視野１２２ａの左右で物体面の像の輪郭及び位
置がずれてしまい、被測定物の寸法や形状を精度良く測
定するのが難しいという問題がある。さらに、図１６に
示すスプリットライン１３０ｃで２分割された視野１２
２ａの下半分、上半分にそれぞれできる合焦パターンの
像１２９ａ′、１２９ｂ′が合致した状態を合焦状態と
するので、使用可能な合焦パターンは概ね細い線状のパ
ターンに限られてしまうという問題がある。

【００１０】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は精度良く合焦することができ、表
面粗さの粗い被測定物でも寸法や形状を精度良く測定す
ることができ、かつ使用可能な合焦パターンの自由度を
拡大した合焦装置を備えた顕微鏡を提供することであ
る。

【００１１】

【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記載の発明の合焦装置を備えた顕微鏡は、対
物レンズ及びその結像位置に配置された焦点板を有し、
前記焦点板上に結像される物体面の像を観察する観察光
学系と、前記物体面を照明する照明光学系とを備え、前
記両光学系と前記物体面との間の相対位置を調節して合
焦を行う合焦装置を備えた顕微鏡において、前記照明光
学系は、第１の合焦パターンを含む第１の照明光を、前
記物体面上に前記対物レンズの光軸に対して傾斜させて
照射すると共に、第２の合焦パターンを含む第２の照明
光を、前記物体面上に前記光軸に対して前記第１の照明
光とは異なる角度で傾斜させて照射し、かつ前記２つの
合焦パターンが前記物体面上に重ねて投影されるように
構成されている。

【００１２】請求項２記載の発明顕微鏡は、前記照明光
学系は、前記２つの照明光が前記対物レンズを介して前
記物体面上に照射されるように構成された落射照明光学
系である。

【００１３】請求項３記載の発明の顕微鏡は、前記照明
光学系は、異なる２つの光路上の前記物体面と共役な位
置にそれぞれ配置され、前記第１及び第２の合焦パター
ンをそれぞれ有する第１焦点板及び第２焦点板と、前記
第１焦点板及び前記第２焦点板をそれぞれ照明する第１
照明部及び第２照明部と、前記両焦点板からの光を合成
する合成ミラーと、このミラーで合成された光を前記対
物レンズを介して前記物体面に投影する結像レンズとを
備えている。

【００１４】請求項４記載の発明の顕微鏡は、マット面
を有する光学部材が、前記合成ミラーと前記対物レンズ
との間の光路中に挿入される位置とその光路外に退避し
た位置との間で移動可能に設けられている。

【００１５】請求項５記載の発明の顕微鏡は、前記第１
及び第２の合焦パターンは、前記対物レンズの焦点位置
が前記物体面に合致した合焦状態、前ピン状態及び後ピ
ン状態でそれぞれ異なる形状のパターン又は前記各状態
でそれぞれ異なる位置に同一形状のパターンが前記観察
光学系の視野内に現われるように構成されている。

【００１６】請求項１記載の合焦装置を備えた顕微鏡で
は、第１の合焦パターンを含む第１の照明光と第２の合
焦パターンを含む第２の照明光とが対物レンズの光軸に
対して互いに異なる角度で傾斜して物体面上に照射さ
れ、かつ２つの合焦パターンが物体面上に重ねて投影さ
れる構成により、観察光学系及び照明光学系と物体面と
の相対位置を調節すると、２つの合焦パターンの像が物
体面上で移動することにより、両合焦パターンが重なっ
てできる１つの合焦パターン像の形状又は位置が変化
し、この１つの合焦パターン像が物体面の像と共に対物
レンズにより焦点板上に結像される。これによって、焦
点板上に結像される前記１つの合焦パターン像が特定の
形状又は位置になった状態を合焦状態とすることができ
る。

【００１７】そのため、物体面が粗さの粗い面の場合で
も、物体面上のどの位置でも半影は発生しないので、合
焦状態では焦点板上に結像される前記１つの合焦パター
ン像の輪郭及び位置は常に同じであるとともに、焦点板
上に結像される物体面の像の輪郭及び位置は常に同じで
ある。

【００１８】また、前記１つの合焦パターン像が特定の
形状又は位置になった状態を合焦状態とすることができ
るので、前記２つの合焦パターンとして使用可能な合焦
パターンは特定の形状のものに限られない。

【００１９】請求項２記載の顕微鏡では、第１及び第２
の照明光にそれぞれ含まれる第１及び第２の合焦パター
ンが、対物レンズを介して物体面上に重ねて投影されか
つその重なってできる１つの合焦パターン像が同じ対物
レンズを介して焦点板上に結像されるので、対物レンズ
の倍率を変えても、焦点板上にできる前記１つの合焦パ
ターン像の大きさは常に一定である。

【００２０】請求項４記載の顕微鏡では、マット面を有
する光学部材を合成ミラーと対物レンズとの間の光路中
に挿入される位置へ移動させると、第１及び第２の合焦
パターンをそれぞれ含む第１及び第２の照明光が前記光
学部材によって拡散されて両合焦パターンの像が消える
ので、焦点板上で見えていた前記１つの合焦パターン像
を消すことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２２】図１はこの発明の一実施の形態に係る合焦
装置を備えて顕微鏡を示している。この顕微鏡は、対物
レンズ１、その結像位置に配置された焦点板２及び接眼
レンズ３を有する観察光学系４と、被測定物５の物体面
を照明する照明光学系６とを備えている。両光学系４、
６は、不図示の上下動装置の架台上に載置されており、
対物レンズ１の光軸方向における対物レンズ１と被測定
物５の物体面との相対位置を調節して合焦を行うために
前記上下動装置の操作部を操作すると、両光学系４、６
が前記光軸方向に一緒に移動するようになっている。な
お、被測定物５は、例えば、前記光軸方向に高さＨだけ
ずれた２つの物体面５ａ、５ｂを有している。

【００２３】照明光学系６は、観察光学系４の光路中に
挿入されたハーフミラー７及び対物レンズ１を介して被
測定物５の物体面を照明する落射照明光学系である。こ
の照明光学系７は、ハーフミラー７により観察光学系４
の光路から分岐された光路中に物体面５ａ又は５ｂと共
役な物体面共役位置８を形成する補助結像レンズ９と、
異なる２つの光路上の物体面共役位置８と共役な位置に
それぞれ配置された第１焦点板１０及び第２焦点板１１
と、第１焦点板１０及び第２焦点板１１をそれぞれ照明
する第１照明部１２及び第２照明部１３と、両焦点板１
０、１１からの光を瞳の大きさを制限しつつ合成する瞳
合成ミラー１４と、このミラー１４で合成された光を物
体面共役位置８に投影するリレーレンズ１５とを備えて
いる。

【００２４】第１焦点板１０には、図２に示すように、
三角形状の第１の合焦パターン１０ａが形成されてい
る。第２焦点板１１には、図３に示すように、逆三角形
状の第２の合焦パターン１１ａが形成されている。

【００２５】第１照明部１２及び第２照明部１３は、そ
れぞれ光源とコンデンサレンズとから構成されている。

【００２６】瞳合成ミラー１４は、対物レンズ１の瞳位
置と略共役な位置に配置されている。この瞳合成ミラー
１４は、両焦点板１０、１１からの光を瞳の大きさを制
限し、かつ合成する機能、すなわち、第１の合焦パター
ン１０ａを含む第１焦点板１０からの第１の照明光Ｃの
一部（略半分の光束）のみを通すとともに第２の合焦パ
ターン１１ａを含む第２焦点板１１からの第２の照明光
Ｄの一部（略半分の光束）のみを反射する機能を有して
いる。

【００２７】このように、照明光学系６は、第１の合焦
パターン１０ａを含む第１焦点板１０からの第１の照明
光Ｃの一部を、物体面５ａ又は５ｂ上に対物レンズ１の
光軸に対して傾斜させて照射すると共に、第２の合焦パ
ターン１１ａを含む第２焦点板１１からの第２の照明光
Ｄの一部を、物体面５ａ又は５ｂ上に前記光軸に対して
前記第１の照明光とは異なる角度で傾斜させて照射し
（図２１参照）、かつ２つの合焦パターン１０ａ、１０
ｂが物体面５ａ又は５ｂ上に重ねて投影される（図２２
参照）ように構成されている。

【００２８】また、照明光学系６は、マット面を有する
光学部材１６を備えている。この光学部材１６は、瞳合
成ミラー１４とリレーレンズ１５との間の光路中に挿入
される位置とその光路外に退避した位置との間で移動可
能に設けられている。

【００２９】前記観察光学系４の焦点板２には、十字線
２ａが形成されている。

【００３０】次に、上記構成を有する一実施の形態の動
作を説明する。

【００３１】第１焦点板１０からの第１の合焦パターン
１０ａを含む第１焦点板１０からの第１の照明光Ｃと第
２の合焦パターン１１ａを含む第２焦点板１１からの第
２の照明光Ｄとが、瞳合成ミラー１４によって、瞳の大
きさを制限されつつ合成される。この合成された光束の
うち、瞳合成ミラー１４を通過した第１の照明光Ｃの一
部は、リレーレンズ１５により物体面共役位置８上に投
影され、さらに補助投影レンズ９、ハーフミラー７及び
対物レンズ１を介してその光軸に対し傾斜して物体面５
ａまたは５ｂ上に投影される。一方、前記合成された光
束のうち、瞳合成ミラー１４で反射された第２の照明光
Ｄの一部は、リレーレンズ１５により物体面共役位置８
上に投影され、さらに補助投影レンズ９、ハーフミラー
７及び対物レンズ１を介してその光軸に対し第１の照明
光Ｃとは異なる角度で傾斜して物体面５ａ又は５ｂ上に
投影される（図２１参照）。このとき、両光束Ｃ、Ｄは
物体面５ａ又は５ｂ上に重ねて投影されるので、２つの
合焦パターン１０ａ、１１ａが物体面５ａ又は５ｂ上に
重ねて投影される（図２２参照）。

【００３２】これによって、物体面５ａ又は５ｂ上に、
２つの合焦パターン１０ａ、１０ｂの重なった部分（暗
部と暗部とが重なった部分）により１つの合焦パターン
像ができる。この１つの合焦パターン像が物体面５ａ又
は５ｂの像と共に対物レンズ１により焦点板２上に結像
される。

【００３３】前記上下動装置の操作部を操作することに
より観察光学系４及び照明光学系６と物体面５ａ又は５
ｂとの相対位置を調節すると、２つの合焦パターン１０
ａ、１１ａの像が物体面上で移動することにより、両合
焦パターン１０ａ、１１ａが重なってできる１つの合焦
パターン像の形状が変化し、この１つの合焦パターン像
が物体面の像と共に対物レンズ１により焦点板２上に結
像される。図４〜図６は、接眼レンズ３を通して焦点板
２を見たときの接眼レンズ３の視野３ａを示しており、
符号２０が前記１つの合焦パターン像である。

【００３４】図４は前ピン状態を、図５は合焦状態を、
図６は後ピン状態をそれぞれ示している。図５に示す合
焦状態では、１つの合焦パターン像２０は菱形になって
いる。また、図４に示す前ピン状態では、１つの合焦パ
ターン像２０は右に傾斜した平行四辺形になっている。
また、図６に示す後ピン状態では、１つの合焦パターン
像２０は左に傾斜した平行四辺形になっている。

【００３５】したがって、対物レンズ１の焦点位置を物
体面５ａ又は５ｂに合致させる際には、視野３ａ内に見
える焦点板２上の１つの合焦パターン像２０が図５に示
す菱形（特定の形状）になるように、前記上下動装置の
操作部を操作すればよい。

【００３６】そして、被測定物５の２つの物体面５ａ、
５ｂ間の高さ寸法Ｈを測定する際には、まず接眼レンズ
３を通して焦点板２を目視観察しながら、図５に示す合
焦状態が得られるように、前記操作部を操作して対物レ
ンズ１の焦点位置を物体面５ａに合致させる。このとき
の上下動装置の移動量を不図示のスケールで読み取る。
次に、上記と同様に前記操作部を操作して対物レンズ１
の焦点位置を物体面５ｂに合致させる。このときの上下
動装置の移動量を不図示のスケールで読み取る。上記２
つの読取り値から高さ寸法Ｈが求められる。

【００３７】上記一実施の形態によれば、第１、第２の
照明光Ｃ、Ｄにそれぞれ含まれる第１、第２の合焦パタ
ーン１０ａ、１０ｂが、対物レンズ１を介して物体面５
ａ又は５ｂ上に重ねて投影されかつその重なってできる
１つの合焦パターン像２０が同じ対物レンズ１を介して
焦点板２上に結像されるので、対物レンズ１の倍率を変
えても、焦点板２上にできる１つの合焦パターン像２０
の大きさは常に一定で、この点でも合焦精度に及ぼす影
響は全くない。

【００３８】また、上記一実施の形態によれば、図２２
に示すように物体面５ａ又は５ｂが粗さの粗い面の場合
でも、物体面上のどの位置でも半影は発生しないので、
図５に示す合焦状態では焦点板２上に結像される１つの
合焦パターン像２０の輪郭及び位置は常に同じであると
ともに、焦点板２上に結像される物体面５ａ又は５ｂの
像の輪郭及び位置も常に同じである。したがって、表面
粗さの粗い被測定物５でも、精度良く合焦することがで
き、これによって被測定物５の高さ寸法Ｈを精度良く測
定することができるとともに、被測定物５の寸法や形状
を精度良く測定することができる。

【００３９】また、上記一実施の形態によれば、１つの
合焦パターン像２０が特定の形状になった状態を合焦状
態とすることができるので、２つの合焦パターン１０
ａ、１１ａとして使用可能な合焦パターンの自由度が拡
大される。

【００４０】また、上記一実施の形態によれば、マット
面を有する光学部材１６を瞳合成ミラー１４とリレーレ
ンズ１５との間の光路中に挿入される位置へ移動させる
と、第１、第２の合焦パターン１０ａ、１１ａをそれぞ
れ含む第１、第２の照明光Ｃ、Ｄが１６光学部材によっ
て拡散されて両合焦パターン１０ａ、１１ａの像が消え
るので、焦点板２上で見えていた１つの合焦パターン像
２０を消すことができる。したがって、被測定物５の寸
法や形状測定を行う際に、１つの合焦パターン像２０を
視野３ａ内から消すことができ、その測定を行い易くな
る。

【００４１】さらに、上記一実施の形態によれば、焦点
板２に十字線２ａが形成されているので、上記合焦操作
を行う際に、合焦パターン２０の形状変化を認識し易く
なるとともに、被測定物５の寸法測定を行う際には十字
線２ａがその測定基準となり、寸法測定を行い易い。

【００４２】なお、上記一実施の形態では、マット面を
有する光学部材１６を瞳合成ミラー１４とリレーレンズ
１５との間に設けてあるが、その光学部材１６を設ける
位置は概ねリレーレンズ１５の瞳位置の近傍であれば他
の位置でも差し支えない。

【００４３】また、上記一実施の形態において、前記焦
点板２と共役な位置にＴＶ（テレビジョン）のカメラを
配置し、焦点板２上に結像されるのと同じ像（前記１つ
の合焦パターン２０像及び物体面５ａ又は５ｂの像）を
ＴＶモニター上で観察できるように構成してもよい。

【００４４】次に、上記一実施の形態の変形例を図７〜
図１１に基づいて説明する。

【００４５】この変形例では、第１焦点板１０に第１の
合焦パターンとしてピッチＬ１の刻線群１０ｂが設けら
れ（図７参照）、第２焦点板１１に第２の合焦パターン
としてピッチＬ２の刻線群１１ｂが設けられている（図
８参照）。

【００４６】この変形例では、物体面５ａ又は５ｂ上
に、２つの合焦パターン１０ｂ、１１ｂの重なった部分
（暗部と暗部とが重なった部分）により１つの合焦パタ
ーン像ができる。この１つの合焦パターン像が物体面５
ａ又は５ｂの像と共に対物レンズ１により焦点板２上に
結像される。図９〜図１１は、接眼レンズ３を通して焦
点板２を見たときの接眼レンズ３の視野３ａを示してお
り、符号２０′が前記１つの合焦パターン像である。

【００４７】図９は前ピン状態を、図１０は合焦状態
を、図１１は後ピン状態をそれぞれ示している。図１０
に示す合焦状態では、１つの合焦パターン像２０′は前
記十字線２ａと合致した位置（視野２ａの中央位置）に
できている。図９に示す前ピン状態では、１つの合焦パ
ターン像２０′は十字線２ａより右寄りの位置にできて
いる。また、図１１に示す後ピン状態では、１つの合焦
パターン像２０′は十字線２ａより左寄りの位置にでき
ている。

【００４８】したがって、対物レンズ１の焦点位置を物
体面５ａ又は５ｂに合致させる際には、視野３ａ内に見
える焦点板２上の１つの合焦パターン像２０′が図１０
に示すように十字線２ａと合致した位置（特定の位置）
になるように、前記上下動装置の操作部を操作すればよ
い。

【００４９】この変形例によれば、前ピン状態か後ピン
状態かを容易に認識することができる。

【００５０】次に、上記一実施の形態の別の変形例を図
２３〜図２７に基づいて説明する。

【００５１】この変形例では、図２３に示すように、第
１焦点板１０に、円形状の遮光部１０ｃ１とこの遮光部
の中心に形成された幅がＬ１の縦長のスリット１０ｃ２
とからなる第１の合焦パターン１０ｃが形成されてい
る。一方、第２焦点板１１には、図２４に示すように、
円形状の遮光部１１ｃ１とこの遮光部の中心に対称な位
置に形成された一対の五角形１１ｃ２とからなる第２の
合焦パターン１１ｃが形成されている。一対の五角形１
１ｃ２は、スリット１０ｃ２の幅Ｌ１より大きい間隔Ｌ
２だけ離れている。

【００５２】この変形例では、物体面５ａ又は５ｂ上
に、２つの合焦パターン１０ｃ、１１ｃの重なった部分
により１つの合焦パターン像ができる。この１つの合焦
パターン像が物体面５ａ又は５ｂの像と共に対物レンズ
１により焦点板２上に結像される。図２５〜図２７は、
接眼レンズ３を通して焦点板２を見たときの接眼レンズ
３の視野３ａを示しており、符号２１が前記１つの合焦
パターン像である。

【００５３】図２５は前ピン状態を、図２６は合焦状態
を、図２７は後ピン状態をそれぞれ示している。図２６
に示す合焦状態では、１つの合焦パターン像２１のスリ
ット１０ｃ２と一対の五角形１１ｃ２との間にできる左
右の隙間が等しくなっている。図２５に示す前ピン状態
では、スリット１０ｃ２と右側の五角形１１ｃ２との間
にできる右側の隙間が左側の隙間より小さくなってい
る。また、図２７に示す後ピン状態では、スリット１０
ｃ２と右側の五角形１１ｃ２との間にできる右側の隙間
が左側の隙間より大きくなっている。

【００５４】したがって、対物レンズ１の焦点位置を物
体面５ａ又は５ｂに合致させる際には、視野３ａ内に見
える焦点板２上の１つの合焦パターン像２１の前記左右
の隙間が図２６に示すように等しくなるように、前記上
下動装置の操作部を操作すればよい。

【００５５】この変形例によれば、前ピン状態か後ピン
状態かを容易に認識することができる。

【００５６】次に、上記一実施の形態のさらに別の変形
例を図２８〜図３２に基づいて説明する。

【００５７】この変形例では、図２８に示すように、第
１焦点板１０に、ハの字状の刻線からなる第１の合焦パ
ターン１０ｄが形成されている。一方、第２焦点板１１
には、図２９に示すように、倒立したハの字状の刻線か
らなる第２の合焦パターン１１ｄが形成されている。

【００５８】この変形例では、物体面５ａ又は５ｂ上
に、２つの合焦パターン１０ｄ、１１ｄの重なった部分
により一対の菱形からなる１つの合焦パターン像ができ
る。この１つの合焦パターン像が物体面５ａ又は５ｂの
像と共に対物レンズ１により焦点板２上に結像される。
図３０〜図３２は、接眼レンズ３を通して焦点板２を見
たときの接眼レンズ３の視野３ａを示しており、符号２
２が前記１つの合焦パターン像である。

【００５９】図３０は前ピン状態を、図３１は合焦状態
を、図３２は後ピン状態をそれぞれ示している。図３１
に示す合焦状態では、１つの合焦パターン像２２の一対
の菱形の各中心は十字線２ａの横線と合致している。図
３０に示す前ピン状態では、１つの合焦パターン像２２
の右側の菱形の中心は十字線２ａの横線より上方にあ
り、その左側の菱形の中心は十字線２ａの横線より下方
にある。また、図３２に示す後ピン状態では、１つの合
焦パターン像２２の右側の菱形の中心は十字線２ａの横
線より下方にあり、その左側の菱形の中心は十字線２ａ
の横線より上方にある。

【００６０】したがって、対物レンズ１の焦点位置を物
体面５ａ又は５ｂに合致させる際には、視野３ａ内に見
える焦点板２上の１つの合焦パターン像２２の一対の菱
形の各中心が図３１に示すように十字線２ａの横線と合
致するように、前記上下動装置の操作部を操作すればよ
い。

【００６１】この変形例によれば、前ピン状態か後ピン
状態かを容易に認識することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る合焦装置を備えた顕微鏡によれば、物体面が粗
さの粗い面の場合でも、物体面上のどの位置でも半影は
発生しないので、合焦状態では焦点板上に結像される１
つの合焦パターン像の輪郭及び位置は常に同じであると
ともに、焦点板上に結像される物体面の像の輪郭及び位
置は常に同じである。また、２つの合焦パターンが重な
ってできる１つの合焦パターン像が特定の形状又は位置
になった状態を合焦状態とすることができるので、２つ
の合焦パターンとして使用可能な合焦パターンは特定の
形状のものに限られない。したがって、精度良く合焦す
ることができ、表面粗さの粗い被測定物でも寸法や形状
を精度良く測定することができ、かつ使用可能な合焦パ
ターンの自由度を拡大することができる。

【００６３】請求項２記載の発明に係る顕微鏡によれ
ば、第１及び第２の照明光にそれぞれ含まれる第１及び
第２の合焦パターンが、対物レンズを介して物体面上に
重ねて投影されかつその重なってできる１つの合焦パタ
ーン像が同じ対物レンズを介して焦点板上に結像される
ので、対物レンズの倍率を変えても、焦点板上にできる
前記１つの合焦パターン像の大きさは常に一定である。
したがって、使用する対物レンズの倍率に影響されずに
精度良く合焦することができる。

【００６４】請求項４記載の発明に係る顕微鏡によれ
ば、被測定物の寸法や形状測定を行う際に、１つの合焦
パターン像を視野内から消すことができ、その測定を行
い易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施の形態に係る合焦装置
を備えた顕微鏡を示す概略構成図である。

【図２】図２は一実施の形態で使用された第１焦点板を
示す平面図である。

【図３】図３は一実施の形態で使用された第２焦点板を
示す平面図である。

【図４】図４は一実施の形態における接眼レンズの視野
を示す図で、前ピン状態を示している図である。

【図５】図５は一実施の形態における接眼レンズの視野
を示す図で、合焦状態を示している図である。

【図６】図６は一実施の形態における接眼レンズの視野
を示す図で、後ピン状態を示している図である。

【図７】図７は変形例で使用された第１焦点板を示す平
面図である。

【図８】図８は変形例で使用された第２焦点板を示す平
面図である。

【図９】図９は変形例における接眼レンズの視野を示す
図で、前ピン状態を示している図である。

【図１０】図１０は変形例における接眼レンズの視野を
示す図で、合焦状態を示している図である。

【図１１】図１１は変形例における接眼レンズの視野を
示す図で、後ピン状態を示している図である。

【図１２】図１２は従来例を示す概略構成図である。

【図１３】図１３は図１２に示す従来例で使用された第
１焦点板を示す平面図である。

【図１４】図１４は図１２に示す従来例で使用された第
２焦点板を示す平面図である。

【図１５】図１５は別の従来例を示す概略構成図であ
る。

【図１６】図１６は図１５に示す従来例で使用された第
１焦点板を示す平面図である。

【図１７】図１７は図１５に示す従来例で使用された第
２焦点板を示す平面図である。

【図１８】図１５に示す従来例の物体面における光線の
状態を説明する説明図である。

【図１９】図１５に示す従来例の凹凸のある物体面にで
きる半影の状態を説明する説明図である。

【図２０】図２０は図１５に示す従来例で凹凸のある物
体面に合焦した場合の視野を示す図である。

【図２１】図１に示す一実施の形態の物体面における光
線の状態を説明する説明図である。

【図２２】図１に示す一実施の形態の凹凸のある物体面
にできる半影の状態を説明する説明図である。

【図２３】図２３は別の変形例で使用された第１焦点板
を示す平面図である。

【図２４】図２４は別の変形例で使用された第２焦点板
を示す平面図である。

【図２５】図２５は別の変形例における接眼レンズの視
野を示す図で、前ピン状態を示している図である。

【図２６】図２６は別の変形例における接眼レンズの視
野を示す図で、合焦状態を示している図である。

【図２７】図２７は別の変形例における接眼レンズの視
野を示す図で、後ピン状態を示している図である。

【図２８】図２８はさらに別の変形例で使用された第１
焦点板を示す平面図である。

【図２９】図２９はさらに別の変形例で使用された第２
焦点板を示す平面図である。

【図３０】図３０はさらに別の変形例における接眼レン
ズの視野を示す図で、前ピン状態を示している図であ
る。

【図３１】図３１はさらに別の変形例における接眼レン
ズの視野を示す図で、合焦状態を示している図である。

【図３２】図３２はさらに別の変形例における接眼レン
ズの視野を示す図で、後ピン状態を示している図であ
る。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 焦点板 ４ 観察光学系 ５ａ、５ｂ 物体面 ６ 照明光学系 ９ 補助結像レンズ（結像レンズ） １０ 第１焦点板 １１ 第２焦点板 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 第１の合焦パターン １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 第２の合焦パターン １２ 第１照明部 １３ 第２照明部 １４ 瞳合成ミラー（合成ミラー） １６ 光学部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズ及びその結像位置に配置され
   た焦点板を有し、前記焦点板上に結像される物体面の像
   を観察する観察光学系と、前記物体面を照明する照明光
   学系とを備え、前記両光学系と前記物体面との間の相対
   位置を調節して合焦を行う合焦装置を備えた顕微鏡にお
   いて、 前記照明光学系は、 第１の合焦パターンを含む第１の照明光を、前記物体面
   上に前記対物レンズの光軸に対して傾斜させて照射する
   と共に、 第２の合焦パターンを含む第２の照明光を、前記物体面
   上に前記光軸に対して前記第１の照明光とは異なる角度
   で傾斜させて照射し、かつ前記２つの合焦パターンが前
   記物体面上に重ねて投影されるように構成されているこ
   とを特徴とする合焦装置を備えた顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記照明光学系は、前記２つの照明光が
   前記対物レンズを介して前記物体面上に照射されるよう
   に構成された落射照明光学系であることを特徴とする請
   求項１記載の顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記照明光学系は、異なる２つの光路上
   の前記物体面と共役な位置にそれぞれ配置され、前記第
   １及び第２の合焦パターンをそれぞれ有する第１焦点板
   及び第２焦点板と、前記第１焦点板及び前記第２焦点板
   をそれぞれ照明する第１照明部及び第２照明部と、前記
   両焦点板からの光を合成する合成ミラーと、このミラー
   で合成された光を前記対物レンズを介して前記物体面に
   投影する結像レンズとを備えていることを特徴とする請
   求項１又は２記載の顕微鏡。
4. 【請求項４】 マット面を有する光学部材が、前記合成
   ミラーと前記対物レンズとの間の光路中に挿入される位
   置とその光路外に退避した位置との間で移動可能に設け
   られていることを特徴とする請求項３記載の顕微鏡。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２の合焦パターンは、前
   記対物レンズの焦点位置が前記物体面に合致した合焦状
   態、前ピン状態及び後ピン状態でそれぞれ異なる形状の
   パターン又は前記各状態でそれぞれ異なる位置に同一形
   状のパターンが前記観察光学系の視野内に現われるよう
   に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れかに記載の顕微鏡。