JPH0980301A - オートフォーカス装置 - Google Patents
オートフォーカス装置Info
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- JPH0980301A JPH0980301A JP7234096A JP23409695A JPH0980301A JP H0980301 A JPH0980301 A JP H0980301A JP 7234096 A JP7234096 A JP 7234096A JP 23409695 A JP23409695 A JP 23409695A JP H0980301 A JPH0980301 A JP H0980301A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 観察光学系の設計に支配されず、最適な焦点
検出感度および焦点検出範囲を選択することができるオ
ートフォーカス装置を提供する。 【解決手段】 物体面で反射され、対物レンズ8を透過
した指標像光を瞳分割プリズム33に入射させ、さらに
受光位置検出素子34a、34bで受光するようにした
オートフォーカス装置において、瞳分割プリズム33に
入射する光束の一部を遮光する可変遮光板32の遮光形
状を選択して、受光位置検出素子34a、34b上の受
光の光量分布を最適化し、所望の焦点検出感度および焦
点検出範囲を得る。
検出感度および焦点検出範囲を選択することができるオ
ートフォーカス装置を提供する。 【解決手段】 物体面で反射され、対物レンズ8を透過
した指標像光を瞳分割プリズム33に入射させ、さらに
受光位置検出素子34a、34bで受光するようにした
オートフォーカス装置において、瞳分割プリズム33に
入射する光束の一部を遮光する可変遮光板32の遮光形
状を選択して、受光位置検出素子34a、34b上の受
光の光量分布を最適化し、所望の焦点検出感度および焦
点検出範囲を得る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡などに使用
されるオートフォーカス装置に関する。
されるオートフォーカス装置に関する。
【0002】
【従来の技術】オートフォーカス装置として特開平1−
202708号公報に開示されたものが知られている。
この装置は、指標像を物体面に投影し、その指標像で照
明された範囲内の物体面に形成された幾何学的パターン
の反射光から物体面と対物レンズの間隔を求める焦点検
出光学系を用いたものである。反射光の光束によって瞳
が形成される位置に置かれた瞳分割プリズムにより幾何
学的パターンが二分割され、光学検出素子(例えばPS
D)、二分割のSPD(シリコン・フォト・ダイオー
ド)、一対のCCDリニアセンサ、あるいは一対のCC
Dエリアセンサなどの受光素子に2つの指標像がそれぞ
れ結像される。これらの指標像は物体面と対物レンズの
間隔に略比例して受光素子上での結像位置の光量重心が
移動するので、2つの指標像の各々の光量分布による光
量重心の位置のずれを受光素子の出力から演算して物体
面と対物レンズの間隔を求めることができる。したがっ
て、この間隔を制御することにより物体面を合焦位置に
一致させることができる。
202708号公報に開示されたものが知られている。
この装置は、指標像を物体面に投影し、その指標像で照
明された範囲内の物体面に形成された幾何学的パターン
の反射光から物体面と対物レンズの間隔を求める焦点検
出光学系を用いたものである。反射光の光束によって瞳
が形成される位置に置かれた瞳分割プリズムにより幾何
学的パターンが二分割され、光学検出素子(例えばPS
D)、二分割のSPD(シリコン・フォト・ダイオー
ド)、一対のCCDリニアセンサ、あるいは一対のCC
Dエリアセンサなどの受光素子に2つの指標像がそれぞ
れ結像される。これらの指標像は物体面と対物レンズの
間隔に略比例して受光素子上での結像位置の光量重心が
移動するので、2つの指標像の各々の光量分布による光
量重心の位置のずれを受光素子の出力から演算して物体
面と対物レンズの間隔を求めることができる。したがっ
て、この間隔を制御することにより物体面を合焦位置に
一致させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オートフォーカス装置では焦点検出光学系のNA(開口
数)により検出感度および検出範囲が一意的に決定され
てしまうという問題がある。すなわち、焦点検出光学系
のNAが小さい場合には受光素子上で捉えられる光量重
心のずれが相対的に小さくなり、検出感度が低下する。
また、焦点検出光学系のNAが大きい場合には、検出感
度は高くなるものの検出範囲が狭くなるため、物体面が
焦点面から一定以上ずれているときには検出範囲をオー
バーし、オートフォーカス機能が働かなくなる。したが
って、従来の装置では、検出感度を落として焦点検出範
囲を広げる場合に焦点検出光学系のNA自体を変化させ
なければならない。また一般に焦点検出光学系は対物レ
ンズなどの観察光学系の光学部品を共用しているが、通
常観察光学系の仕様が優先されるので焦点検出光学系の
NAを適切な値に設定できないこともある。つまり従来
の装置では焦点検出感度および焦点検出範囲が焦点検出
光学系のNAで一意的に決るため、結果的にこれらのフ
ァクターは観察光学系の都合で決定され、適切なオート
フォーカス機能が確保され難い。
オートフォーカス装置では焦点検出光学系のNA(開口
数)により検出感度および検出範囲が一意的に決定され
てしまうという問題がある。すなわち、焦点検出光学系
のNAが小さい場合には受光素子上で捉えられる光量重
心のずれが相対的に小さくなり、検出感度が低下する。
また、焦点検出光学系のNAが大きい場合には、検出感
度は高くなるものの検出範囲が狭くなるため、物体面が
焦点面から一定以上ずれているときには検出範囲をオー
バーし、オートフォーカス機能が働かなくなる。したが
って、従来の装置では、検出感度を落として焦点検出範
囲を広げる場合に焦点検出光学系のNA自体を変化させ
なければならない。また一般に焦点検出光学系は対物レ
ンズなどの観察光学系の光学部品を共用しているが、通
常観察光学系の仕様が優先されるので焦点検出光学系の
NAを適切な値に設定できないこともある。つまり従来
の装置では焦点検出感度および焦点検出範囲が焦点検出
光学系のNAで一意的に決るため、結果的にこれらのフ
ァクターは観察光学系の都合で決定され、適切なオート
フォーカス機能が確保され難い。
【0004】本発明の目的は、最適な焦点検出感度およ
び焦点検出範囲を選択することができるオートフォーカ
ス装置を提供することにある。
び焦点検出範囲を選択することができるオートフォーカ
ス装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、基準位置と物体7の実際の位置との間の偏差に対応
した情報を得るオートフォーカス装置に適用される。そ
して、対物レンズ8を通して指標光を物体面に結像する
指標照射手段と、物体面で反射され対物レンズ8を透過
した指標像光を瞳位置で2分割する分割手段33と、分
割手段33に入射する光束の一部を遮断する遮光手段3
2と、分割手段33により分割された指標像光の第1の
光束を結像位置で受光する第1の受光手段34aと、分
割手段33により分割された指標像光の第2の光束を結
像位置で受光する第2の受光手段34bと、第1および
第2の受光手段34a、34bで受けた光束の光量分布
から情報を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とす
るオートフォーカス装置。請求項2に記載の発明は、請
求項1に記載のオートフォーカス装置において、遮光手
段32の遮光形状を可変としたものである。
は、基準位置と物体7の実際の位置との間の偏差に対応
した情報を得るオートフォーカス装置に適用される。そ
して、対物レンズ8を通して指標光を物体面に結像する
指標照射手段と、物体面で反射され対物レンズ8を透過
した指標像光を瞳位置で2分割する分割手段33と、分
割手段33に入射する光束の一部を遮断する遮光手段3
2と、分割手段33により分割された指標像光の第1の
光束を結像位置で受光する第1の受光手段34aと、分
割手段33により分割された指標像光の第2の光束を結
像位置で受光する第2の受光手段34bと、第1および
第2の受光手段34a、34bで受けた光束の光量分布
から情報を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とす
るオートフォーカス装置。請求項2に記載の発明は、請
求項1に記載のオートフォーカス装置において、遮光手
段32の遮光形状を可変としたものである。
【0006】請求項1に記載の発明では、第1および第
2の受光手段34a、34bで受けた光束は、分割手段
33に入射する光束の一部を遮断する遮光手段32の遮
光形状に応じた光量分布を作り出す。請求項2に記載の
発明では、遮光手段32の遮光形状の変化に応じて、第
1および第2の受光手段34a、34bで受けた光束の
光量分布が変化する。
2の受光手段34a、34bで受けた光束は、分割手段
33に入射する光束の一部を遮断する遮光手段32の遮
光形状に応じた光量分布を作り出す。請求項2に記載の
発明では、遮光手段32の遮光形状の変化に応じて、第
1および第2の受光手段34a、34bで受けた光束の
光量分布が変化する。
【0007】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【0008】
【発明の実施の形態】図1〜図11は本発明によるオー
トフォーカス装置の一実施の形態を適用した光学顕微鏡
を示している。図1において、観察光源1を発した可視
光はレンズ2、レンズ3、視野絞り4、赤外カットフィ
ルタ5、コンデンサレンズ6を透過して物体7を照明す
る。物体7を透過した照明光は対物レンズ8を通り、ダ
イクロイックミラー9で赤外光以外の波長の光を透過さ
せ、さらにレンズ10を通り物体7の表面位置と共役な
位置にある撮像素子11上に物体面像を結像させる。以
上の光路が観察系光路12である。
トフォーカス装置の一実施の形態を適用した光学顕微鏡
を示している。図1において、観察光源1を発した可視
光はレンズ2、レンズ3、視野絞り4、赤外カットフィ
ルタ5、コンデンサレンズ6を透過して物体7を照明す
る。物体7を透過した照明光は対物レンズ8を通り、ダ
イクロイックミラー9で赤外光以外の波長の光を透過さ
せ、さらにレンズ10を通り物体7の表面位置と共役な
位置にある撮像素子11上に物体面像を結像させる。以
上の光路が観察系光路12である。
【0009】一方、指標光源21は赤外域から可視光ま
での波長の光を発し、この光はコンデンサレンズ22で
集光され指標23を照明する。ガラス板からなる指標2
3の表面には遮蔽部分23bとなるクロムの蒸着パター
ンが形成され、中央部に矩形の透過部分23aが形成さ
れている。指標形状となる透過部分23aを透過した光
はレンズ24を透過し、さらにハーフミラー25を透過
して可視カットフィルタ26に入射される。そして、赤
外光のみが可視カットフィルタ26を透過した後、ダイ
クロイックミラー9で反射され、光路を下方へ90度曲
げられる。曲げられた指標光は対物レンズ8に入射して
物体7の表面に指標像を形成する。指標23、物体7の
表面および撮像素子11はすべて共役な位置関係になる
ように光学系が構成されているので、指標像が物体7の
表面に焦点を結ぶときには撮像素子11に物体7の表面
の微細パターンが結像する。すなわち物体7の表面は観
察系光路12の焦点面に位置する。
での波長の光を発し、この光はコンデンサレンズ22で
集光され指標23を照明する。ガラス板からなる指標2
3の表面には遮蔽部分23bとなるクロムの蒸着パター
ンが形成され、中央部に矩形の透過部分23aが形成さ
れている。指標形状となる透過部分23aを透過した光
はレンズ24を透過し、さらにハーフミラー25を透過
して可視カットフィルタ26に入射される。そして、赤
外光のみが可視カットフィルタ26を透過した後、ダイ
クロイックミラー9で反射され、光路を下方へ90度曲
げられる。曲げられた指標光は対物レンズ8に入射して
物体7の表面に指標像を形成する。指標23、物体7の
表面および撮像素子11はすべて共役な位置関係になる
ように光学系が構成されているので、指標像が物体7の
表面に焦点を結ぶときには撮像素子11に物体7の表面
の微細パターンが結像する。すなわち物体7の表面は観
察系光路12の焦点面に位置する。
【0010】物体7の表面に投影された指標像は物体7
の表面で反射され、対物レンズ8を透過する。さらにダ
イクロイックミラー9で反射され、可視カットフィルタ
26を透過する。この透過光のうち、ハーフミラー25
で2分の1の光量が反射されてレンズ31を透過し、可
変遮光板32に入射する。この可変遮光板32は液晶パ
ネルで構成されており、パネルの素子に選択的に電圧を
加えることにより遮蔽部分および透過部分を任意に設定
することができる。レンズ31を出射した指標光は瞳の
近傍で可変遮光板32により遮蔽部分の領域の光束を遮
断されたのち、瞳位置に置かれた瞳分割プリズム33に
より光束を二分割され、一方は光学位置検出素子34a
に、他方は光学位置検出素子34bに入射する。光学位
置検出素子34a、34bに入射した指標像が光学位置
検出素子34a、34bに焦点を結ぶときが、物体7の
表面、指標23および光学位置検出素子34a、34b
の位置が共役関係にあるときである。以上の指標光源2
1から物体7の表面、さらに光学位置検出素子34a、
34bに至る光路が焦点検出系光路35である。
の表面で反射され、対物レンズ8を透過する。さらにダ
イクロイックミラー9で反射され、可視カットフィルタ
26を透過する。この透過光のうち、ハーフミラー25
で2分の1の光量が反射されてレンズ31を透過し、可
変遮光板32に入射する。この可変遮光板32は液晶パ
ネルで構成されており、パネルの素子に選択的に電圧を
加えることにより遮蔽部分および透過部分を任意に設定
することができる。レンズ31を出射した指標光は瞳の
近傍で可変遮光板32により遮蔽部分の領域の光束を遮
断されたのち、瞳位置に置かれた瞳分割プリズム33に
より光束を二分割され、一方は光学位置検出素子34a
に、他方は光学位置検出素子34bに入射する。光学位
置検出素子34a、34bに入射した指標像が光学位置
検出素子34a、34bに焦点を結ぶときが、物体7の
表面、指標23および光学位置検出素子34a、34b
の位置が共役関係にあるときである。以上の指標光源2
1から物体7の表面、さらに光学位置検出素子34a、
34bに至る光路が焦点検出系光路35である。
【0011】光学位置検出素子34a、34bは2つの
信号を出力するPSDであり、光学位置検出素子34a
は出力信号A1、B1を、光学位置検出素子34bは出
力信号A2、B2をそれぞれ出力するものとする。PS
Dに照射された光の重心G1およびG2(受光面の中心
から照射された光の重心までの距離)は、 G1=(A1−B1)/(A1+B1) G2=(A2−B2)/(A2+B2) で求められる。
信号を出力するPSDであり、光学位置検出素子34a
は出力信号A1、B1を、光学位置検出素子34bは出
力信号A2、B2をそれぞれ出力するものとする。PS
Dに照射された光の重心G1およびG2(受光面の中心
から照射された光の重心までの距離)は、 G1=(A1−B1)/(A1+B1) G2=(A2−B2)/(A2+B2) で求められる。
【0012】図4および図5は本実施の形態のオートフ
ォーカス装置の電気信号処理ブロックを示す。光学位置
検出素子34aの出力信号A1はアンプ41により、出
力信号B1はアンプ42により、それぞれインピーダン
ス変換され、減算器43と加算器44に入力される。減
算器43と加算器44の出力は割算器45に入力され、 出力信号d1=(A1−B1)/(A1+B1) を得る。d1は光学位置検出素子34aの受光面の中心
から照射されている光の重心までの距離を示している。
ォーカス装置の電気信号処理ブロックを示す。光学位置
検出素子34aの出力信号A1はアンプ41により、出
力信号B1はアンプ42により、それぞれインピーダン
ス変換され、減算器43と加算器44に入力される。減
算器43と加算器44の出力は割算器45に入力され、 出力信号d1=(A1−B1)/(A1+B1) を得る。d1は光学位置検出素子34aの受光面の中心
から照射されている光の重心までの距離を示している。
【0013】一方、光学位置検出素子34bの出力信号
A2はアンプ46により、出力信号B2はアンプ47に
より、それぞれインピーダンス変換され、減算器48と
加算器49に入力される。減算器48と加算器49の出
力は割算器50に入力され、 出力信号d2=(A2−B2)/(A2+B2) を得る。d2は光学位置検出素子34bの受光面の中心
から照射されている光の重心までの距離を示している。
A2はアンプ46により、出力信号B2はアンプ47に
より、それぞれインピーダンス変換され、減算器48と
加算器49に入力される。減算器48と加算器49の出
力は割算器50に入力され、 出力信号d2=(A2−B2)/(A2+B2) を得る。d2は光学位置検出素子34bの受光面の中心
から照射されている光の重心までの距離を示している。
【0014】出力信号d1、d2は減算器51に入力さ
れ、2つの光学位置検出素子34a、34b上に結像し
た指標像間の相対的距離であるd1−d2が出力され
る。さらにこの出力をアンプ52で増幅するとともに、
ローパスフィルタ53で高周波成分を除去し、サーボ回
路の加算部分である加算器54に入力する。加算器5
4、モータ制御回路55、DCモータ56、タコジェネ
レータ57およびローパスフィルタ58により負帰還の
サーボループが形成されている。したがって、試料搭載
用Zステージ59は、試料搭載用Zステージ59に固定
された物体7の表面が焦点位置にくるように、ローパス
フィルタ53の出力信号を基準信号としてZ方向に駆動
制御される。
れ、2つの光学位置検出素子34a、34b上に結像し
た指標像間の相対的距離であるd1−d2が出力され
る。さらにこの出力をアンプ52で増幅するとともに、
ローパスフィルタ53で高周波成分を除去し、サーボ回
路の加算部分である加算器54に入力する。加算器5
4、モータ制御回路55、DCモータ56、タコジェネ
レータ57およびローパスフィルタ58により負帰還の
サーボループが形成されている。したがって、試料搭載
用Zステージ59は、試料搭載用Zステージ59に固定
された物体7の表面が焦点位置にくるように、ローパス
フィルタ53の出力信号を基準信号としてZ方向に駆動
制御される。
【0015】図6は可変遮光板32の遮蔽部分および透
過部分の配置が異なる3例を示し、それぞれAタイプ
(図6(a))、Bタイプ(図6(b))およびCタイ
プ(図6(c))とする。Aタイプは中央部に帯状の遮
蔽部分があり、Bタイプは中央部に帯状の透過部分があ
り、Cタイプは全体が透過部分となっている。
過部分の配置が異なる3例を示し、それぞれAタイプ
(図6(a))、Bタイプ(図6(b))およびCタイ
プ(図6(c))とする。Aタイプは中央部に帯状の遮
蔽部分があり、Bタイプは中央部に帯状の透過部分があ
り、Cタイプは全体が透過部分となっている。
【0016】<Cタイプ>図7(a)〜(c)は可変遮
光板32をCタイプとした場合について、光学位置検出
素子34a、34b上の指標像の結像状態を示してい
る。可変遮光板32は指標光を遮蔽せず、指標光はその
まま瞳分割プリズム33に向けて入射するので、従来の
装置と同等の状態に相当する。図8(a)に示すよう
に、合焦状態においては物体7の表面上に指標像が焦点
を結び、この反射光は可変遮光板32で遮断されること
なく瞳分割プリズム33に照射される。よってここでは
完全な瞳が形成される。その結果、すべての光束を用い
て指標像が光学位置検出素子34a、34bに焦点を結
ぶ。このとき、指標像の重心は受光面の中央になり、 d1=0、d2=0 となる。
光板32をCタイプとした場合について、光学位置検出
素子34a、34b上の指標像の結像状態を示してい
る。可変遮光板32は指標光を遮蔽せず、指標光はその
まま瞳分割プリズム33に向けて入射するので、従来の
装置と同等の状態に相当する。図8(a)に示すよう
に、合焦状態においては物体7の表面上に指標像が焦点
を結び、この反射光は可変遮光板32で遮断されること
なく瞳分割プリズム33に照射される。よってここでは
完全な瞳が形成される。その結果、すべての光束を用い
て指標像が光学位置検出素子34a、34bに焦点を結
ぶ。このとき、指標像の重心は受光面の中央になり、 d1=0、d2=0 となる。
【0017】図8(b)に示す前ピン状態、つまり指標
像が物体7の表面に到達する前に焦点を結ぶ状態では、
図7(b)に示すように光学位置検出素子34a上には
ピントがぼけた状態で、かつマイナス寄り(図7(b)
において左寄り)に指標像ができる。また光学位置検出
素子34b上には同様にピントがぼけた状態で、かつプ
ラス寄りに指標像ができる。図7(b)では、 d1=−2.0、d2=+2.0 となる。
像が物体7の表面に到達する前に焦点を結ぶ状態では、
図7(b)に示すように光学位置検出素子34a上には
ピントがぼけた状態で、かつマイナス寄り(図7(b)
において左寄り)に指標像ができる。また光学位置検出
素子34b上には同様にピントがぼけた状態で、かつプ
ラス寄りに指標像ができる。図7(b)では、 d1=−2.0、d2=+2.0 となる。
【0018】図8(c)に示す後ピン状態、つまり指標
像が物体7の表面を通過した後に焦点を結ぶ状態では、
図7(c)に示すように光学位置検出素子34a上には
ピントがぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができ
る。また光学位置検出素子34b上には同様にピントが
ぼけた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができる。図
7(c)では、 d1=+2.0、d2=−2.0 となり前ピン状態とは逆の状態を示すことが分かる。こ
のように指標像の結像位置と物体7の表面の位置関係が
変ることによってd1とd2との大小関係が変る。現実
の物体7の表面位置と本来物体7の表面があるべき焦点
位置との間の距離Dはd1−d2の関数: D=f(d1−d2) として表現でき、図9に示すように通称S曲線と呼ばれ
る2次元曲線で示される。
像が物体7の表面を通過した後に焦点を結ぶ状態では、
図7(c)に示すように光学位置検出素子34a上には
ピントがぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができ
る。また光学位置検出素子34b上には同様にピントが
ぼけた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができる。図
7(c)では、 d1=+2.0、d2=−2.0 となり前ピン状態とは逆の状態を示すことが分かる。こ
のように指標像の結像位置と物体7の表面の位置関係が
変ることによってd1とd2との大小関係が変る。現実
の物体7の表面位置と本来物体7の表面があるべき焦点
位置との間の距離Dはd1−d2の関数: D=f(d1−d2) として表現でき、図9に示すように通称S曲線と呼ばれ
る2次元曲線で示される。
【0019】<Aタイプ>図10(a)〜(c)は可変
遮光板32をAタイプとした場合について、光学位置検
出素子34a、34b上の指標像の結像状態を示してい
る。図8(a)に示す合焦状態においては、物体7の表
面上に指標像が焦点を結ぶ。この反射光はレンズ31を
透過し可変遮光板32では瞳分割プリズム33の稜線に
平行に延びた帯状の領域(図6(a)参照)で遮断され
る。したがって、瞳分割プリズム33に入射する指標光
は、瞳の中央付近の稜線を中心にした帯状の領域でけら
れるが、不完全な瞳であっても合焦点状態において指標
像は光学位置検出素子34a、34bに焦点を結ぶ。こ
のとき、指標像の重心は受光面の中央に位置し、 d1=0、d2=0 となる。
遮光板32をAタイプとした場合について、光学位置検
出素子34a、34b上の指標像の結像状態を示してい
る。図8(a)に示す合焦状態においては、物体7の表
面上に指標像が焦点を結ぶ。この反射光はレンズ31を
透過し可変遮光板32では瞳分割プリズム33の稜線に
平行に延びた帯状の領域(図6(a)参照)で遮断され
る。したがって、瞳分割プリズム33に入射する指標光
は、瞳の中央付近の稜線を中心にした帯状の領域でけら
れるが、不完全な瞳であっても合焦点状態において指標
像は光学位置検出素子34a、34bに焦点を結ぶ。こ
のとき、指標像の重心は受光面の中央に位置し、 d1=0、d2=0 となる。
【0020】図8(b)に示す前ピン状態では、図10
(b)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができ
る。また、光学位置検出素子34b上には同様にピント
がぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。こ
の指標像はCタイプにおける前ピン状態と明らかに異な
り、面積がより小さく、光学位置検出素子34aおよび
34b上での重心位置がそれぞれよりマイナス側とプラ
ス側に寄っており、 d1=−2.5、d2=+2.5 となる。これは指標像の光束のうち瞳分割プリズム33
の稜線に近い部分を可変遮光板32が遮断しているため
である。
(b)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができ
る。また、光学位置検出素子34b上には同様にピント
がぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。こ
の指標像はCタイプにおける前ピン状態と明らかに異な
り、面積がより小さく、光学位置検出素子34aおよび
34b上での重心位置がそれぞれよりマイナス側とプラ
ス側に寄っており、 d1=−2.5、d2=+2.5 となる。これは指標像の光束のうち瞳分割プリズム33
の稜線に近い部分を可変遮光板32が遮断しているため
である。
【0021】図8(c)に示す後ピン状態では、図10
(c)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。
また、光学位置検出素子34b上には同様にピントがぼ
けた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができる。この
指標像はCタイプと比較して、面積がより小さく、光学
位置検出素子34aおよび43b上での重心位置が、そ
れぞれよりプラス側とマイナス側に寄っており、 d1=+2.5、d2=−2.5 となる。
(c)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。
また、光学位置検出素子34b上には同様にピントがぼ
けた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができる。この
指標像はCタイプと比較して、面積がより小さく、光学
位置検出素子34aおよび43b上での重心位置が、そ
れぞれよりプラス側とマイナス側に寄っており、 d1=+2.5、d2=−2.5 となる。
【0022】図9に示すように、Aタイプの場合に得ら
れるS曲線はCタイプの場合と比べると傾きが緩やかで
あり、焦点検出感度が向上していることが判る。
れるS曲線はCタイプの場合と比べると傾きが緩やかで
あり、焦点検出感度が向上していることが判る。
【0023】<Bタイプ>図11(a)〜(c)は可変
遮光板32をBタイプとした場合について、光学位置検
出素子34a、34b上の指標像の結像状態を示してい
る。図8(a)に示すように、合焦状態においては物体
面7上に指標像が焦点を結ぶ。この反射光はレンズ31
を透過し、可変遮光板32では瞳分割プリズム33の稜
線に平行に延びた帯状の領域(図6(b)参照)のみ透
過し、他の部分は遮断される。しかし、不完全な瞳であ
っても合焦点状態においては指標像は光学位置検出素子
34a、34bに焦点を結ぶ。このとき、指標像の重心
は受光面の中央に位置し、 d1=0、d2=0 となる。
遮光板32をBタイプとした場合について、光学位置検
出素子34a、34b上の指標像の結像状態を示してい
る。図8(a)に示すように、合焦状態においては物体
面7上に指標像が焦点を結ぶ。この反射光はレンズ31
を透過し、可変遮光板32では瞳分割プリズム33の稜
線に平行に延びた帯状の領域(図6(b)参照)のみ透
過し、他の部分は遮断される。しかし、不完全な瞳であ
っても合焦点状態においては指標像は光学位置検出素子
34a、34bに焦点を結ぶ。このとき、指標像の重心
は受光面の中央に位置し、 d1=0、d2=0 となる。
【0024】図8(b)に示す前ピン状態では、図11
(b)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができ
る。また、光学位置検出素子34b上には同様にピント
がぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。こ
れらの指標像はCタイプにおける前ピン状態と異なり、
面積がより小さく、かつ重心位置がそれぞれ受光位置検
出素子34a、34bの中央側に寄っており、 d1=−1.0、d2=+1.0 となる。これは指標像の光束のうち瞳分割プリズム33
の稜線に近い部分の光束のみが使われ、他の部分を可変
遮光板32が遮光しているためである。
(b)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができ
る。また、光学位置検出素子34b上には同様にピント
がぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。こ
れらの指標像はCタイプにおける前ピン状態と異なり、
面積がより小さく、かつ重心位置がそれぞれ受光位置検
出素子34a、34bの中央側に寄っており、 d1=−1.0、d2=+1.0 となる。これは指標像の光束のうち瞳分割プリズム33
の稜線に近い部分の光束のみが使われ、他の部分を可変
遮光板32が遮光しているためである。
【0025】図8(c)に示す後ピン状態では、図11
(c)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。
また、光学位置検出素子34b上には同様にピントがぼ
けた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができる。この
指標像はCタイプと比較して、面積がより小さく、かつ
重心位置がそれぞれ受光位置検出素子34a、34bの
中央側に寄っており、 d1=+1.0、d2=−1.0 となる。
(c)に示すように光学位置検出素子34a上にはピン
トがぼけた状態で、かつプラス寄りに指標像ができる。
また、光学位置検出素子34b上には同様にピントがぼ
けた状態で、かつマイナス寄りに指標像ができる。この
指標像はCタイプと比較して、面積がより小さく、かつ
重心位置がそれぞれ受光位置検出素子34a、34bの
中央側に寄っており、 d1=+1.0、d2=−1.0 となる。
【0026】図9に示すように、Bタイプの場合に得ら
れるS曲線はCタイプの場合と比べると傾きが急峻であ
る。すなわち、同じ大きさの焦点ずれに対するd1−d
2の値の変化はCタイプの場合よりも小さい。したがっ
てBタイプでは焦点検出感度がより低くなるとともに、
焦点検出範囲がより拡大していることが判る。
れるS曲線はCタイプの場合と比べると傾きが急峻であ
る。すなわち、同じ大きさの焦点ずれに対するd1−d
2の値の変化はCタイプの場合よりも小さい。したがっ
てBタイプでは焦点検出感度がより低くなるとともに、
焦点検出範囲がより拡大していることが判る。
【0027】以上、Aタイプ、Bタイプ、およびCタイ
プについて説明したように、本実施の形態のオートフォ
ーカス装置では、可変遮光板32の遮光パターンに応じ
て光学位置検出素子34a、34bに入射する光束の重
心位置の移動量が変化する。したがって、可変遮光板3
2に加える電圧を切換えることにより焦点検出感度およ
び焦点検出範囲が変化し、焦点検出光学系のNAを変え
たのと同等の効果が得られる。
プについて説明したように、本実施の形態のオートフォ
ーカス装置では、可変遮光板32の遮光パターンに応じ
て光学位置検出素子34a、34bに入射する光束の重
心位置の移動量が変化する。したがって、可変遮光板3
2に加える電圧を切換えることにより焦点検出感度およ
び焦点検出範囲が変化し、焦点検出光学系のNAを変え
たのと同等の効果が得られる。
【0028】以上、遮光パターンとして3つのタイプに
ついて説明したが、遮光部分の形状はこれらの例に限定
されない。例えば、可変遮光板32を図6(d)に示す
Dタイプの遮光パターンとした場合には、透過部分と中
央(瞳分割プリズムの稜線に対応する線)との間の距離
に応じてS曲線の傾きが変化する。
ついて説明したが、遮光部分の形状はこれらの例に限定
されない。例えば、可変遮光板32を図6(d)に示す
Dタイプの遮光パターンとした場合には、透過部分と中
央(瞳分割プリズムの稜線に対応する線)との間の距離
に応じてS曲線の傾きが変化する。
【0029】本実施の形態のオートフォーカス装置を使
用した場合には次に述べるような手順で効率的に焦点位
置合わせをすることができる。まず、Bタイプを選択し
て焦点検出範囲を拡大した状態で粗調整を行なう。つづ
いてAタイプに切換えて焦点検出感度を高めた状態で微
調整を行ない、正確な焦点位置合わせをする。このよう
に、焦点からの位置ずれが大きい段階では検出感度を落
として焦点検出範囲内に取込み、粗調整がなされた後は
検出感度を高めて高感度のオートフォーカス動作をさ
せ、試料搭載用Zステージ59の微小な高さ調整が可能
となる。このように焦点検出感度を上げることと、焦点
検出範囲を拡張することという、従来のオートフォーカ
ス装置では相反する条件を同時に満足することが可能と
なる。
用した場合には次に述べるような手順で効率的に焦点位
置合わせをすることができる。まず、Bタイプを選択し
て焦点検出範囲を拡大した状態で粗調整を行なう。つづ
いてAタイプに切換えて焦点検出感度を高めた状態で微
調整を行ない、正確な焦点位置合わせをする。このよう
に、焦点からの位置ずれが大きい段階では検出感度を落
として焦点検出範囲内に取込み、粗調整がなされた後は
検出感度を高めて高感度のオートフォーカス動作をさ
せ、試料搭載用Zステージ59の微小な高さ調整が可能
となる。このように焦点検出感度を上げることと、焦点
検出範囲を拡張することという、従来のオートフォーカ
ス装置では相反する条件を同時に満足することが可能と
なる。
【0030】また、観察光学系にリレーレンズを挿入し
て観察光学系の倍率を可変とした場合に、倍率と連動し
てS曲線を切換えるようにして、焦点検出感度をその倍
率で得られる焦点深度に対応した値に設定することも可
能である。つまり、一般には低倍率で観察すると焦点深
度が深くなり、高倍率で観察する場合よりも焦点検出感
度を下げることができる。可変遮光板の遮光パターンの
変更によりS曲線を自動的に切換えるようにすれば、低
倍率時には焦点検出範囲が拡大し、その結果、物体面上
の凹凸が比較的大きい場合にも焦点位置合わせの余裕度
が確保され、良好なオートフォーカス動作が可能とな
る。なお、物体面の表面の反射率の不均一やパターンの
有無がオートフォーカス動作に影響を及ぼさないという
従来技術(特開平1−202708号公報)の特長は、
本発明においても失われていない。
て観察光学系の倍率を可変とした場合に、倍率と連動し
てS曲線を切換えるようにして、焦点検出感度をその倍
率で得られる焦点深度に対応した値に設定することも可
能である。つまり、一般には低倍率で観察すると焦点深
度が深くなり、高倍率で観察する場合よりも焦点検出感
度を下げることができる。可変遮光板の遮光パターンの
変更によりS曲線を自動的に切換えるようにすれば、低
倍率時には焦点検出範囲が拡大し、その結果、物体面上
の凹凸が比較的大きい場合にも焦点位置合わせの余裕度
が確保され、良好なオートフォーカス動作が可能とな
る。なお、物体面の表面の反射率の不均一やパターンの
有無がオートフォーカス動作に影響を及ぼさないという
従来技術(特開平1−202708号公報)の特長は、
本発明においても失われていない。
【0031】本実施の形態では、遮光パターンが可変に
された可変遮光板32を使用しているが、遮光パターン
が固定された遮光板を用いるようにしてもよい。このよ
うな遮光板を焦点検出光学系に挿入することにより、観
察光学系の設計に支配されることなく、容易に焦点検出
感度および焦点検出範囲を最適値に設定することができ
る。また、遮光パターンが異なる複数の遮光板を用意し
ておき、観察条件や試料の表面状態に応じて遮光板を差
替えるようにしてもよい。
された可変遮光板32を使用しているが、遮光パターン
が固定された遮光板を用いるようにしてもよい。このよ
うな遮光板を焦点検出光学系に挿入することにより、観
察光学系の設計に支配されることなく、容易に焦点検出
感度および焦点検出範囲を最適値に設定することができ
る。また、遮光パターンが異なる複数の遮光板を用意し
ておき、観察条件や試料の表面状態に応じて遮光板を差
替えるようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、分割手
段に入射する指標光の一部を遮断手段で遮断することに
より、第1の受光手段および第2の受光手段に入射する
指標光の重心位置の移動量(一定量の焦点ずれに対する
移動量)を調整することができるので、観察光学系の設
計に支配されることなく適切な焦点検出感度および焦点
検出範囲を選択することができる。請求項2に記載の発
明によれば、遮断手段の遮蔽領域を変えることができる
ので、焦点検出感度を低くして粗調整した後、焦点検出
感度を高くして微調整することにより、効率良く、かつ
高感度のオートフォーカス動作が行なえる。また、観察
光学系の焦点深度に応じて遮蔽領域を変えるようにすれ
ば、焦点深度に応じた最適な焦点検出感度および焦点検
出範囲を選択することができる。
段に入射する指標光の一部を遮断手段で遮断することに
より、第1の受光手段および第2の受光手段に入射する
指標光の重心位置の移動量(一定量の焦点ずれに対する
移動量)を調整することができるので、観察光学系の設
計に支配されることなく適切な焦点検出感度および焦点
検出範囲を選択することができる。請求項2に記載の発
明によれば、遮断手段の遮蔽領域を変えることができる
ので、焦点検出感度を低くして粗調整した後、焦点検出
感度を高くして微調整することにより、効率良く、かつ
高感度のオートフォーカス動作が行なえる。また、観察
光学系の焦点深度に応じて遮蔽領域を変えるようにすれ
ば、焦点深度に応じた最適な焦点検出感度および焦点検
出範囲を選択することができる。
【図1】本発明によるオートフォーカス装置の一実施の
形態を適用した光学顕微鏡を示す図であり、(a)は光
学顕微鏡の光学系を示す図、(b)は指標の形状を示す
図。
形態を適用した光学顕微鏡を示す図であり、(a)は光
学顕微鏡の光学系を示す図、(b)は指標の形状を示す
図。
【図2】図1の一部拡大図。
【図3】図1の一部拡大図。
【図4】一実施の形態のオートフォーカス装置の電気信
号処理ブロックを示す図。
号処理ブロックを示す図。
【図5】一実施の形態のオートフォーカス装置の電気信
号処理ブロックを示す図。
号処理ブロックを示す図。
【図6】一実施の形態のオートフォーカス装置の可変遮
光板の遮光パターンを示す図であり、(a)はAタイプ
を示す図、(b)はBタイプを示す図、(c)はCタイ
プを示す図、(d)はDタイプを示す図。
光板の遮光パターンを示す図であり、(a)はAタイプ
を示す図、(b)はBタイプを示す図、(c)はCタイ
プを示す図、(d)はDタイプを示す図。
【図7】一実施の形態のオートフォーカス装置におい
て、可変遮光板をCタイプの遮蔽パターンとしたときの
光学位置検出素子上の指標像を示す図であり、(a)は
合焦状態での指標像を示す図、(b)は前ピン状態での
指標像を示す図、(c)は後ピン状態での指標像を示す
図。
て、可変遮光板をCタイプの遮蔽パターンとしたときの
光学位置検出素子上の指標像を示す図であり、(a)は
合焦状態での指標像を示す図、(b)は前ピン状態での
指標像を示す図、(c)は後ピン状態での指標像を示す
図。
【図8】一実施の形態のオートフォーカス装置における
物体面の指標像を示す図であり、(a)は合焦状態での
指標像を示す図、(b)は前ピン状態での指標像を示す
図、(c)は後ピン状態での指標像を示す図。
物体面の指標像を示す図であり、(a)は合焦状態での
指標像を示す図、(b)は前ピン状態での指標像を示す
図、(c)は後ピン状態での指標像を示す図。
【図9】一実施の形態のオートフォーカス装置のS曲線
を示す図。
を示す図。
【図10】一実施の形態のオートフォーカス装置におい
て、可変遮光板をAタイプの遮蔽パターンとしたときの
光学位置検出素子上の指標像を示す図であり、(a)は
合焦状態での指標像を示す図、(b)は前ピン状態での
指標像を示す図、(c)は後ピン状態での指標像を示す
図。
て、可変遮光板をAタイプの遮蔽パターンとしたときの
光学位置検出素子上の指標像を示す図であり、(a)は
合焦状態での指標像を示す図、(b)は前ピン状態での
指標像を示す図、(c)は後ピン状態での指標像を示す
図。
【図11】一実施の形態のオートフォーカス装置におい
て、可変遮光板をBタイプの遮蔽パターンとしたときの
光学位置検出素子上の指標像を示す図であり、(a)は
合焦状態での指標像を示す図、(b)は前ピン状態での
指標像を示す図、(c)は後ピン状態での指標像を示す
図。
て、可変遮光板をBタイプの遮蔽パターンとしたときの
光学位置検出素子上の指標像を示す図であり、(a)は
合焦状態での指標像を示す図、(b)は前ピン状態での
指標像を示す図、(c)は後ピン状態での指標像を示す
図。
7 物体 8 対物レンズ 32 可変遮光板 33 瞳分割プリズム 34a 受光位置検出素子 34b 受光位置検出素子
Claims (2)
- 【請求項1】 焦点面と物体面の位置偏差に対応した情
報を得るオートフォーカス装置において、 対物レンズを通して指標光を前記物体面に結像する指標
照射手段と、 前記物体面で反射され前記対物レンズを透過した指標像
光を瞳位置で2分割する分割手段と、 前記分割手段に入射する光束の一部を遮光する遮光手段
と、 前記分割手段により分割された前記指標像光の第1の光
束を受光する第1の受光手段と、 前記分割手段により分割された前記指標像光の第2の光
束を受光する第2の受光手段と、 前記第1および第2の受光手段で受光した各光束の光量
分布から前記情報を抽出する抽出手段とを備えることを
特徴とするオートフォーカス装置。 - 【請求項2】 前記遮光手段は遮光形状が可変にされて
いることを特徴とする請求項1に記載のオートフォーカ
ス装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234096A JPH0980301A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | オートフォーカス装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234096A JPH0980301A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | オートフォーカス装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0980301A true JPH0980301A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16965566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7234096A Pending JPH0980301A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | オートフォーカス装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0980301A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006046430A1 (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-04 | Nikon Corporation | 焦点検出装置 |
| US7580121B2 (en) | 2004-10-29 | 2009-08-25 | Nikon Corporation | Focal point detection apparatus |
| WO2012099034A1 (ja) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | 株式会社ニコン | 焦点位置維持装置及び顕微鏡 |
| IT201600132604A1 (it) * | 2016-12-30 | 2018-06-30 | Laboratorio Europeo Di Spettroscopie Non Lineari Lens | Sistema e metodo di misura della focalizzazione di uno strumento ottico |
-
1995
- 1995-09-12 JP JP7234096A patent/JPH0980301A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006046430A1 (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-04 | Nikon Corporation | 焦点検出装置 |
| JP2006126540A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Nikon Corp | 焦点検出装置 |
| US7580121B2 (en) | 2004-10-29 | 2009-08-25 | Nikon Corporation | Focal point detection apparatus |
| WO2012099034A1 (ja) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | 株式会社ニコン | 焦点位置維持装置及び顕微鏡 |
| JP5626367B2 (ja) * | 2011-01-21 | 2014-11-19 | 株式会社ニコン | 焦点位置維持装置及び顕微鏡 |
| US9749591B2 (en) | 2011-01-21 | 2017-08-29 | Nikon Corporation | Focus position maintaining apparatus, and microscope |
| IT201600132604A1 (it) * | 2016-12-30 | 2018-06-30 | Laboratorio Europeo Di Spettroscopie Non Lineari Lens | Sistema e metodo di misura della focalizzazione di uno strumento ottico |
| WO2018122093A1 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Laboratorio Europeo Di Spettroscopie Non Lineari (Lens) | System and method for measuring the focus state of an optical instrument |
| CN110121669A (zh) * | 2016-12-30 | 2019-08-13 | 欧洲非线性光谱实验室(Lens) | 用于测量光学仪器的聚焦状态的系统和方法 |
| US11237375B2 (en) | 2016-12-30 | 2022-02-01 | Laboratorio Europeo Di Spettroscopie Non Lineari (Lens) | System and method for measuring the focus state of an optical instrument |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040707 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040713 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20041116 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |