JP3550580B2 - 合焦装置を備えた顕微鏡 - Google Patents
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Description
【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、103b)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105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、105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106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110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103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101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103a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103a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103b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129a′と、その視野の左半分(又は上半分)にプリズム130b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122の視野122a内で左右の合焦パターンの像129a′、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120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′、129b′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′、129b′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103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上に投影し、この投影像を対物レンズ100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、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、130b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103a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122aの右(又は下)半分にできる合焦パターンの像129a′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122a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10、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、10b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5a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5bとの相対位置を調節すると、2つの合焦パターン10a、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5a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10a、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11c2は、スリット10c2の幅L1より大きい間隔L2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22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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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JP33103895A Expired - Lifetime JP3550580B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-11-27 | 合焦装置を備えた顕微鏡 |
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-
1995
- 1995-11-27 JP JP33103895A patent/JP3550580B2/ja not_active Expired - Lifetime
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