JPH0580246A - 自動合焦装置及びそれを備えた観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光検出器への被検面からの入射光量が少ない
場合であっても高精度に焦点検出ができる焦点検出装置
及びそれを備えた観察装置を得ること。 【構成】 光源からの光の一部を遮光して対物光学系の
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を介して検出する光検出器と該
光検出器からの信号に基づいて該被検面を該光軸の方向
に駆動制御し焦点合わせを行う制御部とを有した焦点検
出装置であって、該制御部は該光源の点灯時間の制御範
囲と該光検出器の検出サイクルとを可変とする機能を有
していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動合焦装置及びそれ備
えた観察装置に関し、特に投光手段からの光束を結像光
学系の一部の領域を介して物体（被検面）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
通過する光束の光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
点検出装置及びそれを備えた観察装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より結像光学系の焦点位置を光電的
に検出する焦点検出装置には、種々のタイプのものが提
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
出装置が提案されている。 又特開昭５７−７２１１１号
公報や特開昭６０−４１０１３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が提案されている。又特
開昭５７−２２２１０号公報では能動方式で、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
ＴＴＬ(Through The Lens)方式の焦点検出装置が提案さ
れている。

【０００３】図６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。

【０００４】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、他方の側の部分が透過面９１ａになっているナ
イフエッジミラー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ー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、図８で示すようにその瞳面１
１１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１１
２内を通過する。

【０００５】結像光学系９を通過した光束１８は物体
（被検面）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で反射した光束のう
ち、投光時とは光軸１１４に対して略対称な光路に沿っ
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ー８で反射し、ナイフエッジミラ
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（光検出
器）７の受光面にスポット像を形成する。

【０００６】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。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。

【０００７】今、物体９２が図１の位置（合焦位置）１
１にあるとき光電変換素子７面上には図７に示すような
光線１０４が良好なるスポット光として結像する。この
とき、光電変換素子７からは、図７に示す曲線１０１の
如く急峻な強度分布が得られる。

【０００８】又、物体９２が前ピン（後ピン）の位置１
２（１３）にあるときは光電変換素子７面上には図７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に比べて拡がった
スポット光となり、光電変換素子７からは同図の曲線１
０３のように広がり、かつ物体９２からの反射光束１７
が光軸１１４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レた強度分布が得られ
る。このときの光電変換素子７面上での入射光束のズレ
量と物体９２の合焦位置１１からのディフォーカス量と
は一定の関係にある。

【０００９】図６の装置では光電変換素子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。即ち光
電変換素子７に２分割センサーを用いて、入射光束の強
度分布が曲線１０１のとき、図６に示すように左側のセ
ンサー７ａからの出力値をＡ、右側のセンサー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がＡ−Ｂ＝０となるように設定しておく。

【００１０】図９は物体９２のディフォーカス量に対す
る光電変換素子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が位置１２にあるときは差
信号はＡ−Ｂ＞０、物体９２が位置１３にあるときは差
信号はＡ−Ｂ＜０となる。

【００１１】図６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９２を合焦せしめ
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す焦点検出装
置では物体（被検面）９２の光源１から放射した光束波
長に対する反射率が低い場合や、結像光学系９のディフ
ォーカス量が大きい場合には光電変換素子７からの信号
出力が少なくなり、焦点検出精度が低下してくるという
問題点があった。

【００１３】本発明は被検面の反射率が低く、光電変換
素子への入射光量が少ない場合には光電変換素子からの
出力信号に基づいて光源の点灯時間の制御範囲と光電変
換素子の検出サイクルを調整（可変）することにより、
高精度な焦点検出が可能な自動合焦装置及びそれを用い
た観察装置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の自動合焦装置
は、光源からの光束を対物光学系の傍に置かれた被検面
に照射し、該被検面で生じた反射光を検出器に導き、該
検出器からの該対物光学系の焦平面からの該被検面のず
れに応じた信号を制御部に入力し、該制御部により該被
検面と該対物光学系の焦平面とのずれを補正する補正機
構を制御する装置において、前記制御部が前記検出器に
よる前記反射光の受光時間と前記検出器からの前記信号
の検出サイクルとを制御するよう構成されており、前記
制御部が前記検出器による前記反射光の受光時間と前記
検出器からの前記信号の検出サイクルとを変える機能を
備えることを特徴としている。

【００１５】特に本発明では、 （イ）前記制御部が前記光源の点灯時間を制御すること
により前記検出器による前記反射光の受光時間を変える
ことを特徴としている。

【００１６】（ロ）前記制御部が前記光源からの光束の
光路中に設けたシャッターの開閉時間を制御することに
より前記検出器による前記反射光の受光時間を変えるこ
とを特徴としている。

【００１７】（ハ）前記制御部が前記被検面からの反射
光の光路中に設けたシャッターの開閉時間を制御するこ
とにより前記検出器による前記反射光の受光時間を変え
ることを特徴としている。

【００１８】（ニ）前記検出器が前記反射光を受光する
電荷蓄積型センサーを有することを特徴としている。

【００１９】（ホ）前記光源からの光束を前記対物光学
系を介して前記被検面に照射すると共に前記被検面から
の反射光を前記対物光学系を介して前記検出器に向ける
ことを特徴としている。 等を特徴としている。

【００２０】又本発明の観察装置としては、前述した自
動合焦装置を有し、前記対物光学系を介して前記被検面
を撮像するＴＶカメラを有することを特徴としている。

【００２１】この他本発明の膜厚測定装置としては前述
した自動合焦装置を有し、複数の波長の光を含む検出光
束を供給する測定用光源と該検出光束を前記被検面を介
して検出する分光器とを有することを特徴としている。

【００２２】この他本発明では次の構成を有することを
特徴としている。

【００２３】（ｉ）前記光源が発光ダイオード又はレー
ザーダイオードを備えており前記光源が、前記発光ダイ
オード或は前記レーザーダイオードからの光を集光して
前記光制限部材に向けるコンデンサーレンズを有するこ
と。

【００２４】（ｉｉ）前記対物光学系が前記光制限部材
からの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し、又前記
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し、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、
又は／及び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。

【００２５】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図、図２
は図１の自動合焦装置の制御部４の動作を示すブロック
図である。

【００２６】次に本実施例の装置の構成を、図６の従来
の焦点検出装置を一部重複するが、順次説明する。

【００２７】図１において１は光源で中心波長λ₀ の準
単色光を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）から成って
おり波長λ₀ の単色光又は波長λ₀ を中心とした拡がり
を有する光束を放射している。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、ナイフエッジミラ
ー９１に向けている。コンデンサーレンズ２は、光源１
からの光束を効率的に光制限部材としてのナイフエッジ
ミラー９１に向ける為に設けてあり、又光源１の発光部
の像を物体９２の表面上に、結像光学系（対物レンズ
系）９と共に形成するように働く。コンデンサーレンズ
２の交換等によって、この発光部の像の大きさ（結像倍
率）を調整することができる。

【００２８】光制限部材９１は光軸１１４に関して一方
の側（図中、上側）に反射部９１ｂ、他方の側（図中、
下側）に光透過部９１ａを具備するナイフエッジミラー
で構成されている。８はビームスプリッターで、ハーフ
ミラー面８ａを光軸１１４に対して斜設してある。ナイ
フエッジミラー９１の光透過部９１ａを通過し、ビーム
スプリッタ８に入射した光束は、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への入射光束は図８で示したように、
その瞳面１１１上で結像光学系９の光軸１１４に対し
て、その主光線が偏心した光束であり、瞳面１１１の斜
線で示す領域１１２内を通過する。

【００２９】その後、結像光学系９を射出した光束１８
は物体９２に入射し、物体９２の表面近傍に光源１の発
光部の像を結像する。物体９２の表面（被検面）で反射
した反射光束は入射時の光路と、光軸１１４に対して略
対称な光路に沿って逆方向に向かい反射光束１７となっ
て結像光学系９を再び通過する。そしてビームスプリッ
タ８で反射し、ナイフエッジミラー９１の反射部９１ｂ
で反射し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（光検出器）７面に入射する。

【００３０】同図において物体９２の表面が結像光学系
９に対して合焦した時に、光源１の発光部と物体９２の
表面（被検面）、物体９２の表面と光電変換素子７の受
光面は各々互いに光学的に共役になる。

【００３１】１０はテレビカメラであり、その撮像面が
結像光学系９を介して物体９２の表面と光学的に共役に
なるよう、本焦点検出装置は作動する。尚このテレビカ
メラ１０と結像光学系９は物体９２を観察する観察装置
の一要素を構成している。本実施例の結像光学系９は顕
微鏡の対物レンズ系であり、このレンズ系は複数個のレ
ンズを備えたレンズアセンブリより成る。又光電変換素
子７はＣＣＤで構成されている。

【００３２】又、ナイフエッジミラー９１はガラス板よ
りなる透明基板の一部にＡｌ、ＡＵ等の金属膜を形成し
て反射部９１ｂを構成し、他の部分（金属がない部分）
を光透過部９１ａとしている。

【００３３】図１において物体９２の表面が位置１１、
即ち合焦位置にあれば図１に示すように反射光束１７は
ナイフエッジミラー９１の反射部９１ｂで反射し、光電
変換素子７の受光面上に図７に示した光束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。この
とき、光電変換素子７からは図７に示す曲線１０１の如
く急峻な強度分布が得られる。

【００３４】又、物体９２が前ピン（後ピン）の位置１
２（１３）にあるときは光電変換素子７面上には図７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に比べて拡がった
スポット光となり、光電変換素子７からは同図の曲線１
０３のように広がり、かつ物体９２からの反射光束１７
が光軸１１４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レた強度分布が得られる。
このときの光電変換素子７面上での入射光束のズレ量と
物体９２の合焦位置１１からのディフォーカス量とは一
定の関係にある。

【００３５】本実施例では光電変換素子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してい
る。そして制御部４は光電変換素子７からの出力信号に
基づいて駆動手段４０に所定の指令信号を与えている。
駆動手段４０は制御部４からの信号に基づいて物体９２
を光軸１１４方向に移動させている。これにより本実施
例では結像光学系９の焦点検出を行っている。

【００３６】即ち、光電変換素子７に２分割センサーを
用いると共に制御部４に入射光束の強度分布が曲線１０
１のとき、左側のセンサー７ａからの出力値をＡ、右側
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がＡ−Ｂ＝０となるように設定し
ておく。このとき図９に示すように物体９２が位置１２
にあるときは差信号Ａ−Ｂ＞０、物体９２が位置１３に
あるときは差信号はＡ−Ｂ＜０となる。

【００３７】本実施例の焦点検出装置では制御部４によ
り光電変換素子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る信号を駆動手段４０に与えて、こ
れにより結像光学系９に物体９を合焦せしめている。

【００３８】次に本実施例の制御部４の動作について図
２に基づき説明する。

【００３９】図２において２０１はＣＰＵであり、例え
ば以下の機能を有している。

【００４０】（イ）光源１からの光束のうち物体９２か
らの反射光束を受光する光電変換素子（以下「ＣＣＤ」
と称する。）７からの出力信号を検出部２０５から取り
込む。

【００４１】（ロ）検出部２０５から取り込んだ出力信
号から和信号Ａ＋Ｂと差信号Ａ−Ｂを演算する。

【００４２】（ハ）和信号Ａ＋ＢからＣＣＤ７からの出
力信号が多すぎず（ＣＣＤ出力が飽和しているか）かつ
少なすぎない（Ｓ／Ｎ比が十分か）適正光量を求め、光
源コントローラ２０６を制御して光源１の発光時間を制
御している。

【００４３】（ニ）差信号より結像光学系９のディフォ
ーカス量を求め、駆動コントローラ２０７を制御して、
駆動手段４０に指令信号を送信する。

【００４４】（ホ）分周器２０３の制御を行う。

【００４５】２０２は発振器であり、ＣＣＤドライブパ
ルス、光源制御パルス、検出部制御パルス、等の為の基
準クロックを発生している。又発振器２０２は基準クロ
ックをＣＰＵ２０１によって制御される分周器２０３に
入力している。分周器２０３は発振器２０２からの基準
クロックをＣＰＵ２０１からの制御で分周し、パルスジ
ェネレータ２０４に送っている。パルスジェネレータ２
０４は分周器２０３からのクロックに同期したＣＣＤド
ライブパルス、検出部制御パルス、光源制御パルス等を
発生している。検出部２０５はＣＣＤ７からの出力信号
をパルスジェネレータ２０４からの検出部制御パルスに
同期して検出し、ＣＰＵ２０１に送っている。

【００４６】２０６は光源コントローラであり、ＣＰＵ
２０１からの設定値に基づいてパルスジェネレータ２０
４からの光源制御パルスに同期した光源ＯＮ／ＯＦＦパ
ルスを発生している。２０７は駆動部コントローラであ
り、ＣＰＵ２０１からの設定値に従って駆動手段４０を
駆動させている。

【００４７】図３に図２の制御のフローチャートを示
す。結像光学系９の焦点検出の開始時にはまず駆動手段
４０、光源１からの投光量、そしてクロックの分周比の
初期化を行った後、光源１をＯＮにすると図３に示した
タイミングで光源１が発光を開始する。クロックを分周
してＮ倍の周期にすると最大発光時間、検出サイクル共
にＮ倍となり、ＣＣＤ７からの出力値もＮ倍の電圧とな
ってＳ／Ｎ比が向上する。

【００４８】次にＣＣＤ７からの出力信号を検出部２０
５が検出し、ＣＰＵ２０１が取り込んで和信号Ａ＋Ｂと
差信号Ａ−Ｂを求める。

【００４９】本実施例においては和信号Ａ＋Ｂと差信号
Ａ−Ｂは次のようにして求めている。図４はクロック、
光源制御パルス、光源ＯＮ／ＯＦＦパルス、ＣＣＤ７か
らの出力信号のタイミングチャートである。

【００５０】図４において、ひとつ目の周期では光源１
がＯＦＦのときの信号が得られ、ふたつ目の周期では光
源１がＯＮのときの出力が得られる。このときＣＣＤ７
の片側の出力信号のうち光源１がＯＦＦのときの出力を
Ａ_OFF 、ＯＮのときの出力をＡ_ON、ＣＣＤ７の反対側の
出力信号のうち光源１がＯＦＦのときの出力をＢ_OFF、
ＯＮときの出力をＢ_ONとする。そうすると光源１による
出力信号Ａ、Ｂは Ａ＝Ａ_ON−Ａ_OFF ， Ｂ＝Ｂ_ON−Ｂ_OFF となる。このとき和信号Ａ＋Ｂ、と差信号Ａ−Ｂを Ａ＋Ｂ＝（Ａ_ON＋Ｂ_ON） −（Ａ_OFF ＋Ｂ_OFF ） Ａ−Ｂ＝（Ａ_ON＋Ｂ_OFF ）−（Ａ_OFF ＋Ｂ_ON） 式より求めている。

【００５１】検出サイクルと投光量の制御範囲の可変は
光源１の出力、ＣＣＤ７の感度そして対物光学系の透過
率などの兼合いで予め設定している。

【００５２】本実施例において和信号Ａ＋Ｂが適正範囲
外のときは光源１からの投光量を調整して再度検出を行
う。和信号Ａ＋Ｂが適正範囲内であれば差信号Ａ−Ｂを
用いてディフォーカス量を求めて、該ディフォーカス量
に基づいて駆動部コントローラ２０７を制御する。差信
号Ａ−Ｂが予め設定した値より小さいときは合焦位置と
判断して焦点合わせを終了する。差信号Ａ−Ｂが予め設
定した値より大きいときは光源１からの発光時間を短縮
し、逆に小さすぎるときは増加させて再度検出を行う。

【００５３】光源１の発光時間が最大でもまだ和信号Ａ
＋Ｂが小さいときは分周器３の分周比を切り換えてクロ
ックを遅くして検出に戻る。クロックを最も遅くして光
源１の発光時間を最大にしてもまだ和信号Ａ＋Ｂが小さ
い場合に限り焦点合せができないと判断して異常処理を
して焦点検出を終了する。

【００５４】本実施例ではクロックを遅くすると検出サ
イクルが遅くなってしまい合焦時間が長くなったりハン
ティングを起したりするため通常はクロックは速くして
おく。又焦点合せ中にディフォーカスが小さくなるのに
従ってＣＣＤ７への入射光が増加するため、遅いクロッ
クで検出していても速いクロックで十分対応できる光量
になったら速いクロックに切り換える。

【００５５】以上のように本実施例によれば被検面９２
の反射率が低くても、又ディフォーカスが大きくて十分
な反射光が光電変換素子で得られない場合であっても投
光量を大きくし、ＣＣＤ７からの出力信号のＳ／Ｎ比を
良くし、高精度な焦点検出を可能としている。

【００５６】尚、前述の実施例ではパルスジェネレータ
に入力するクロックパルスの周期を変えることで検出サ
イクルと光源からの投光量の制御範囲を変化させていた
が別の方法でこれらを変化させてもよい。

【００５７】例えばパルスジェネレータはＲＯＭなどに
予めパルスパターンを書き込んでおき、クロックに周期
したパターンが出力されるが、図５に示すようにＲＯＭ
を上位アドレスによって分割し、数種のパルスパターン
を書き込んでおいて上位アドレスをＣＰＵによって選択
させることで検出サイクルと光源からの投光量の制御範
囲を変えてもよい。

【００５８】又、前記実施例ではＣＰＵを利用し、ソフ
ト的な制御を行ったが電気回路を組んでハード的に行っ
ても良い。

【００５９】図１０は本発明の自動合焦装置を顕微分光
装置に適用したときの実施例２の要部概略図である。
尚、本実施例では測定物の熱さを測定する膜厚計測装置
としても適用可能である。

【００６０】同図においては白色の光源３０１から出た
光束３２１は第１コンデンサーレンズ３０２により集光
され、開口絞り２０１の面に結像される。更に視野絞り
３０４を通過し第２コンデンサーレンズ３０５によりハ
ーフミラー３０６を介して、対物レンズ３０８の瞳３０
７の位置に再結像される。そして対物レンズ３０８を介
して試料３０９を照明している。

【００６１】同図では光源３０１の像が瞳３０７に結像
される所謂ケーラー照明が構成されている。図１０中に
おける光束３２１が照明光束を示し、瞳面３０７での軸
上及び最軸外の光束のみ示している。試料３０９上の照
明範囲は視野絞り３０４の内径により決まる。又瞳面３
０７での照明光束の通過領域径は開口絞り２０１の内径
により決まる。

【００６２】図１１は瞳面３０７の光束の状態を示して
いる。顕微分光装置においては図１１に示すように照明
光束の通過領域径７２は瞳径７１よりも若干小さくなる
ように設定されている。これは観察における解像力の向
上、及び照明の際の試料の傾きを低減させることを目標
として行われる。試料３０９からの反射光束３２２は最
終的には試料３０９と光学的に共役位置におかれたピン
ホール３１３に入射する。

【００６３】即ち、そのピンホール３１３の試料３０９
面上への逆投影像の中に相当する位置から反射してくる
光束のみが順にハーフミラー３０６、ハーフミラー２０
８、結像レンズ３１０，ビームスプリッター３１１、そ
してピンホール３１３を介して分光器３１４へと導光さ
れる。これにより試料３０９の各位置の分光特性を求め
それより試料９の膜厚が測定される。又ビームスプリッ
ター３１１を透過した光はＴＶカメラ３１２上に結像さ
れ、試料３０９の観察の為に用いられる。

【００６４】一方、６０１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６０１からの光束（検出光束、ＡＦ
光束）はコンデンサーレンズ６０２により集光される。
コンデンサーレンズ６０２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６０３ｂ、他方の側
の部分が透過面６０３ａになっているナイフエッジミラ
ー６０３の透過面６０３ａを通過する。透過面６０３ａ
を通過した光束はビームスプリッター２０８により反射
され、光束６０７としてハーフミラー３０６を通過し対
物レンズ３０８に入射する。

【００６５】対物レンズ８への入射光束は図１１で示す
ようにその瞳面７１上で対物レンズ３０８の光軸３０８
ａに対して主光線が偏心した光束であり、瞳面３０７中
の斜線で示す領域７３の前述した照明光束３２１と同じ
領域７２の一領域内を通過する。

【００６６】対物レンズ３０８を通過した光束６０７は
物体（被検面）３０９に投光され、その近傍に光源６０
１の発光部のスポット像を結像する。物体３０９で反射
した光束のうち、投光時とは光軸３０８ａに対して略対
象な光路に沿って反射した光束６０８は対物レンズ３０
８を再通過する。そしてビームスプリッター２０８で反
射し、ナイフエッジミラー６０３の反射面６０３ｂで反
射してコンデンサーレンズ６０４により集光されてバン
ドパスフィルター６０５を介して所定の波長の光束のみ
を通過させて焦点検出用の光電変換素子（光検出器、Ｃ
ＣＤ）６０６の受光面にスポット像を形成する。

【００６７】この結果、図１２に示すようにＣＣＤ６０
６からの出力は合焦位置では、通常試料３０９とＣＣＤ
６０６は結像関係にある為、図１２（Ｂ）に示すように
急峻な信号８１となる。更にＣＣＤ６０６面へは照明光
束も導光される為、信号８１は照明光束３２１の信号８
４の上に重なった形となる。試料３０９の上・下側のデ
ィフォーカスにより図１２（Ａ）、又は図１２（Ｃ）に
示すようにＡＦ光束の信号８２，８３はそのピークが低
下して、かつ左右に動いた形状になる。この時、信号８
４は大きな変化は起こさない。信号８１，８２，８３の
位置の変化から、対物レンズ３０８の焦点合せを行って
いる。

【００６８】即ち、制御部４は光検出器６０６からの信
号に基づいて駆動手段４０に所定の指令信号を与えてい
る。駆動手段４０は制御部４からの信号に基づいて物体
３０９を光軸方向に移動させている。これにより対物レ
ンズ３０８の焦点合わせを行っている。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば以上のように被検面の反
射率が低く、光電変換素子への入射光量が少ない場合に
は光電変換素子からの出力信号に基づいて光源の点灯時
間の制御範囲と光電変換素子の検出サイクルを調整（可
変）することにより、高精度な焦点検出が可能な自動合
焦装置及びそれを備えた観察装置を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 図１の制御部の動作を示すブロック図

【図３】 図２の動作を示すフローチャート

【図４】 本発明に係る光源からの投光と光検出器の
受光との関係を示すタイミングチャート

【図５】 図１の制御部の一部分の回路説明図

【図６】 従来の焦点検出装置を備えた顕微鏡の光学
系の要部概略図

【図７】 図１の光電変換素子への光束の入射状態を
示す概略図

【図８】 図１の結像光学系の入射瞳面上の説明図

【図９】 図１の光電変換素子から得られる差信号の
説明図

【図１０】 本発明の実施例２の要部概略図

【図１１】 図１０の一部分の説明図

【図１２】 図１０の一部分の説明図

【符号の説明】

１ 光源 ２ コンデンサーレンズ ４ 制御部 ７ 光電変換素子（光検出器） ８ ビームスプリッター ９ 結像光学系 １０ テレビカメラ ４０ 駆動手段 ９１ 光制限部 ９２ 被検面

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を対物光学系の傍に置か
   れた被検面に照射し、該被検面で生じた反射光を検出器
   に導き、該検出器からの該対物光学系の焦平面からの該
   被検面のずれに応じた信号を制御部に入力し、該制御部
   により該被検面と該対物光学系の焦平面とのずれを補正
   する補正機構を制御する装置において、前記制御部が前
   記検出器による前記反射光の受光時間と前記検出器から
   の前記信号の検出サイクルとを制御するよう構成されて
   おり、前記制御部が前記検出器による前記反射光の受光
   時間と前記検出器からの前記信号の検出サイクルとを変
   える機能を備えることを特徴とする自動合焦装置。
2. 【請求項２】 前記制御部が前記光源の点灯時間を制御
   することにより前記検出器による前記反射光の受光時間
   を変えることを特徴とする請求項１の自動合焦装置。
3. 【請求項３】 前記制御部が前記光源からの光束の光路
   中に設けたシャッターの開閉時間を制御することにより
   前記検出器による前記反射光の受光時間を変えることを
   特徴とする請求項１、又は２の自動合焦装置。
4. 【請求項４】 前記制御部が前記被検面からの反射光の
   光路中に設けたシャッターの開閉時間を制御することに
   より前記検出器による前記反射光の受光時間を変えるこ
   とを特徴とする請求項１、又は２の自動合焦装置。
5. 【請求項５】 前記検出器が前記反射光を受光する電荷
   蓄積型センサーを有することを特徴とする請求項１、
   ２、３又は４の自動合焦装置。
6. 【請求項６】 前記光源からの光束を前記対物光学系を
   介して前記被検面に照射すると共に前記被検面からの反
   射光を前記対物光学系を介して前記検出器に向けること
   を特徴とする請求項１、２、３、４又は５の自動合焦装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１から６の何れか１項記載の自動
   合焦装置を備え、前記対物光学系を介して前記被検面を
   撮像するＴＶカメラを有すること特徴とする観察装置。
8. 【請求項８】 請求項１から６の何れか１項記載の自動
   合焦装置を備え、複数の波長の光を含む検出光束を供給
   する測定用光源と該検出光束を前記被検面を介して検出
   する分光器とを有することを特徴とする膜厚測定装置。