JP3579630B2 - 顕微鏡のオートフォーカス装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡のオートフォーカス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学顕微鏡で被検物体を観察する際には、顕微鏡の観察光学系と被検物体の間の距離を調節する、いわゆる合焦操作が必要であり、最近では自動的に合焦を行うオートフォーカス装置が広く用いられるようになってきた。オートフォーカスとは、一般に、焦点が合った位置からの差異量（焦点ずれ）を自動的に検出し、この差異量に応じて例えば対物レンズまたは被検物体を搭載したステージを移動することにより、鮮明な像が得られるように自動調整するものである。
【０００３】
図１４を用いて、従来の細ビーム式と呼ばれるオートフォーカス（ＡＦ）制御の例を説明する。
【０００４】
このオートフォーカス制御は、図１４（ａ）のように、対物レンズ１の光軸Ｋから外れた位置を固定的な入光点Ａとして、対物レンズ１を通して被検物体２に測定ビームＬ１を照射し、被検物体２から対物レンズ１を通して導かれる測定ビームの反射光Ｌ２を、図１４（ｂ）のように、２つの受光部Ｅ、Ｆよりなる光学的センサ９０で受光して、同センサ９０の受光面上に形成される受光スポットＳＰ、ＳＰｆ、ＳＰｂの位置により、対物レンズ１の焦点位置からの被検物体２の焦点ずれを検出する。そして、その焦点ずれ検出信号に基づいて、対物レンズ１と被検物体２の距離を調節し、被検物体２上の対象点に対物レンズ２の焦点を合わせるというものである。
【０００５】
ここで、適正ピント位置Ｆにあるときには、受光スポットＳＰは２つの受光部Ｅ、Ｆの中間位置にて点像となる。また、前ピン位置Ｆ＋ΔＦにあるときには、受光スポットＳＰｆは、中間位置から前ピン側の受光部Ｅ上にずれてボケ像となり、後ピン位置Ｆ−ΔＦにあるときには、受光スポットＳＰｂは、中間位置から後ピン側の受光部Ｆ上にずれてボケ像となる。なお、「前ピン」とは像面の手前で焦点を結ぶ状態、「後ピン」とは像面の手前で焦点を結ぶ状態を指す。
【０００６】
従って、オートフォーカスを指令する制御装置は、図１５のフローチャートに示すように、２つの受光部Ｅ、Ｆの信号に基づいて処理を進めることで、ピント合わせを行う。
【０００７】
即ち、制御装置の主たる要素であるマイクロプロセッサは、まず最初のステップ９０１で、２つの受光部Ｅ、Ｆの出力信号のＡ／Ｄ変換値ｅ、ｆを読み取る。次のステップ９０２で、その出力信号のＡ／Ｄ変換値ｅ、ｆに基づいて合焦かどうかを判断する。合焦の判断は「ｅ＝ｆ」かどうかを判定することで行う。合焦ならば、ステップ９０３でモータを停止して最初のステップに戻る。
【０００８】
合焦でない場合は、ステップ９０４で前ピンか後ピンかを判断する。前ピンか後ピンかの判断は「ｅ＞ｆ」かどうかを判定することで行う。前ピンであれば、ステップ９０５で後ピン側へモータを回し、対物レンズ１と被検物体２の距離を近づける。後ピンであれば、ステップ９０６で前ピン側へモータを回し、対物レンズ１と被検物体２の距離を離す。それにより合焦点を探す。その結果、ピント位置がずれた場合でも、自動的に合焦点Ｆに戻る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の細ビーム式のオートフォーカス制御では、測定ビームＬ１の入光点を１点Ａに固定しているため、図１６の（ａ）のように平面状の被検物体２を観察する場合には特に問題は生じないが、図１６（ｂ）のように被検物体２の表面に凹凸がある（図示例では凸部２ａが存在する）場合等には、図１６（ｃ）のように測定ビームＬ１の届かない死角Ｎができるため、適正なオートフォーカス制御ができないことがあった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、被検物体の表面形状によらず、適正なオートフォーカス制御が確実にできる顕微鏡のオートフォーカス装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対物レンズを含む観察光学系と、対物レンズの光軸から外れた位置を入光点として、対物レンズを通して被検物体に測定ビームを照射する測定ビーム照射機構と、被検物体から対物レンズを通して導かれる測定ビームの反射光を受光し、受光面上に形成される受光スポットの位置により、対物レンズの焦点位置からの被検物体の焦点ずれを検出する焦点ずれ検出手段と、該焦点ずれ検出手段の出力に基づいて対物レンズと被検物体の距離を調節する駆動機構を制御し、それにより被検物体上の対象点に対物レンズの焦点を合わせる制御手段と、を備えた顕微鏡のオートフォーカス装置において、前記入光点として、対物レンズの光軸を中心とする円周上に、円周方向に９０度間隔に４つの入光点を設定し、測定ビーム照射機構により、前記４つの入光点にて順番に測定ビームを被検物体に照射し、各入光点における測定ビームの照射毎に、前記焦点ずれ検出手段により対物レンズの焦点位置からの被検物体の焦点ずれを検出して、その検出出力に基づいて前記制御手段が前記駆動機構を制御することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、４つの入光点から測定ビームを照射可能であるから、つまり、４つ方向から測定ビームを被検物体の表面に照射可能であるから、被検物体の表面に凹凸がある場合であっても、いずれかの入光点からの測定ビームを、必ず被検物体上の対象点に届かせることができ、その測定ビームに基づいて適正なオートフォーカス制御を行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１において、前記４つの入光点にて順番に測定ビームを被検物体に照射する測定ビーム照射機構が、１本の測定ビームを出射する測定ビーム照射源と、該照射源より出射された測定ビームの通過するウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを回転させることで、測定ビームを前記４つの入光点を通過する円形軌跡に沿って回転させる回転機構と、から構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明では、ウェッジプリズムによって１本の測定ビームを回転させることにより、４つの入光点から測定ビームを対物レンズを通して被検物体に照射することができる。従って、測定ビームの照射源の数を増やさずに、簡単な構造で請求項１の発明の効果を得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記焦点ずれ検出手段が、十字に配置された４つの受光部を備えており、直線上に並んだ２つの受光部の組み合わせにより、１つの入光点にて被検物体に測定ビームを照射した際の反射光を受ける１つの検出手段が構成され、前記直線上に並んだ２つの受光部は、合焦時に２つの受光部の中間に受光スポットが形成され、前ピン時に一方の受光部上に受光スポットが形成され、後ピン時に他方の受光部上に受光スポットが形成されるような位置関係で配置され、直線上に並ぶ２つの受光部の組み合わせが、１８０度対向した位置にある２つの入光点にてそれぞれ測定ビームを照射した際の焦点ずれを検出する各検出手段を兼ねていることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、ある１つの入光点Ａで測定ビームを対物レンズに入射させた場合、直線上に並ぶ２つの受光部Ｅ、Ｆの上に受光スポットが形成される。その受光スポットは、前ピン状態のときは一方の受光部Ｅ上に形成され、後ピン状態のときは他方の受光部Ｆ上に形成される。
【００１７】
そこで、前ピン状態であるときには、後ピン側になるように焦点合わせが行われる（対物レンズと被検物体の距離を近づける）ことにより、一方の受光部Ｅ上に形成されていた受光スポットの位置が、２つの受光部Ｅ、Ｆの中間点Ｏに向けて移動する。そして、その中間点Ｏに受光スポットが到達したら、焦点合わせ動作が停止し、その状態で被検物体に対物レンズの焦点が合う。
【００１８】
また、後ピン状態であるときには、前ピン側になるように焦点合わせが行われる（対物レンズと被検物体の距離を離す）ことにより、一方の受光部Ｆ上に形成されていた受光スポットの位置が、２つの受光部Ｅ、Ｆの中間点Ｏに向けて移動する。そして、その中間点Ｏに受光スポットが到達したら、焦点合わせ動作が停止し、その状態で被検物体に対物レンズの焦点が合う。このように、ピント位置の変化により、受光スポットは２つの受光部Ｅ、Ｆが配置されている直線上を移動することになる。
【００１９】
次に１８０度対向した位置にある入光点Ｃで測定ビームを入射させた場合を考えてみると、前記と同じ直線上に並ぶ２つの受光部Ｅ、Ｆの上に受光スポットが形成される。但し、この場合は、２つの受光部Ｅ、Ｆの役割が逆転する。即ち、入光点が１８０度反転した位置に切り替わることで、入光点Ａで測定ビームを入射したときは前ピン用として機能していた受光部Ｅが、今度は後ピン用として機能し、後ピン用として機能していた受光部Ｆが、今度は前ピン用として機能するようになる。それにより、前記と同じ合焦動作が行われる。
【００２０】
また、入光点Ａ、Ｃから９０度ずれた位置にある入光点Ｂ、Ｄで測定ビームを照射する場合も同様である。
【００２１】
いずれにしろ、十字に配置した受光部の組み合わせにより、４つの入光点にて順番に測定ビームを照射した各場合の焦点ずれを全て検知するようにしているので、受光部の数を増やさずに、４方向からの測定ビームの照射による、死角のないオートフォーカス制御を実現することができる。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項３において、前記４つの受光部が、それぞれに内側の受光センサと外側の受光センサとに分割されており、それにより前記焦点ずれ検出手段が８分割のセンサアレイよりなることを特徴とする。
【００２３】
この発明では、十字に配置した各受光部を、内側の受光センサと外側の受光センサとに分割しているので、ピントが大きく外れている場合（つまり受光スポットが外側の受光センサ上にある場合）と、ピントの外れ方が小さくなった場合（つまり受光スポットが内側の受光センサ上にある場合）とで、区別した制御を行うことができる。
【００２４】
例えば、片方の受光部上に受光スポットが形成されていることに基づいてピント合わせを行っている段階で合焦点に近づいてくると、正規の受光スポット以外のゴースト像が、反対側に位置する受光部の外側受光センサ上に形成されることがある。そのような場合、ゴースト像の影響を取り除いてやらないと、適正なオートフォーカス制御ができなくなる。そこで、合焦点に近づいた段階で、敢えて外側の受光センサの信号を無視し（切り離して）、内側の受光センサの信号だけで、合焦点まで焦点合わせ制御を行うのである。このようにすることで、精度の良いオートフォーカス制御を高い応答性で行うことができるようになる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記制御手段が、１つの入光点にて測定ビームを照射して得た焦点ずれ検出手段の信号の有効性を評価し、該信号が無効であると評価した場合は、その信号を不採用として、測定ビーム照射機構に制御信号を送り、測定ビームの入光点を次の順番の入光点に移動することを特徴とする。
【００２６】
この発明では、４方向から測定ビームを順番に被検物体に照射してオートフォーカス制御を行う際に、各入光点にて測定ビームを照射した段階において検出信号の有効性を評価し、無効な信号の場合はその信号を不採用として、次の入光点に移動するようにしているので、死角となる方向からの測定ビームの照射によって得た信号を無効データとして排除することができ、それにより被検物体の表面形状によらず、適正なオートフォーカス制御を行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態のオートフォーカス装置を含む顕微鏡の概略構成図、図２は対物レンズの入射面における測定ビームの入光点の位置を示す図、図３は焦点ずれ検出手段としてのセンサアレイの平面図である。
【００２８】
この顕微鏡の観察光学系は、対物レンズ１と、接眼レンズ９と、対物レンズ１を通した光学像を接眼レンズ９に導く第１、第２ビームスプリッタ５、７と、接眼レンズ９にセットされたカメラ２０とからなる。第１ビームスプリッタ５は、対物レンズ１の光軸Ｋに対して４５度の傾きでセットされている。
【００２９】
また、観察照明系は、図示しない照明光源からの光を導く光ファイバ３０と、該光ファイバ３０から出射される照明光を反射する第３ビームスプリッタ８とを備えている。第３ビームスプリッタ８で反射された照明光は、第２ビームスプリッタ７を透過して、第１ビームスプリッタ５で反射された後、対物レンズ１を通して被検物体２に照射される。
【００３０】
第１ビームスプリッタ５の上には、第４ビームスプリッタ６が配置され、その上にはウェッジプリズム１２が配置され、ウェッジプリズム１２の上には、オートフォーカス制御を行うための測定ビームとして１本のレーザ光を出射するレーザ光源（測定ビーム照射源）１５が配置されている。レーザ光源１５としては、赤色半導体レーザやＨｅＮｅレーザを用いることができる。
【００３１】
このオートフォーカス装置では、対物レンズ１の光軸Ｋから外れた位置を入光点として、対物レンズ１を通して被検物体２に、焦点合わせのためのレーザ光Ｌ１を照射するようにしている。この場合、レーザ光源１５から出射されたレーザ光Ｌ１は、ウェッジプリズム１２及び第４ビームスプリッタ６を通過し、対物レンズ１の入射面１Ａに到達する。そして、対物レンズ１上の入光点から対物レンズ１を通して被検物体２に照射されたレーザ光Ｌ１は、被検物体２上で反射し、その反射光Ｌ２が、対物レンズ１及び第１ビームスプリッタ５を逆進し、第４ビームスプリッタ６で対物レンズ１の光軸Ｋに対して直交する方向に反射されてセンサアレイ１０に導かれ、センサアレイ１０の受光面上にレーザスポットを形成する。
【００３２】
特に、このオートフォーカス装置では、図２に示すように、対物レンズ１の入射面１Ａの光軸Ｋを中心とする同一円周Ｍ上に、円周方向に９０度間隔に４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを設定しており、これら４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて順番にレーザ光Ｌ１を被検物体２に照射することで、オートフォーカス制御を行うようになっている。
【００３３】
この場合の４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、対物レンズ１の入射面１Ａ上に仮想的に設定した、光軸Ｋを直交点とするＸ−Ｙ軸と、前記円周Ｍとの交点として定義されている。従って、一対の入光点Ａ、ＣはＸ軸上に位置し、もう一対の入光点Ｂ、ＤはＹ軸上に位置する。
【００３４】
４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに順番にレーザ光Ｌ１を入射させる方式として、このオートフォーカス装置では、ウェッジプリズム１２を用いている。ウェッジプリズム１２を回転機構３１で回転させると、レーザ光Ｌ１は光軸Ｋを中心として回転する。そこで、ウェッジプリズム１２によってレーザ光Ｌ１を回転させることにより、前記４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをレーザ光Ｌ１がこの順番にトレースするようにしている。また、４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをレーザ光Ｌ１が通過するタイミングを検出するために、ウェッジプリズム１２にはその回転位置を検出する回転位置センサ（＝回転角センサ）３２が付設されている。
【００３５】
ここでは、ウェッジプリズム１２と、ウェッジプリズム１２を回転させる回転機構３１と、測定ビームであるレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源１５とが、４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにて順番にレーザ光Ｌ１を被検物体２に向けて照射する測定ビーム照射機構を構成している。
【００３６】
一方、センサアレイ１０は、被検物体２から対物レンズ１を通して導かれるレーザ反射光Ｌ２を受光し、受光面上に形成される受光スポットの位置により、対物レンズ１の焦点位置からの被検物体２の焦点ずれを検出する焦点ずれ検出手段を構成している。
【００３７】
このセンサアレイ１０は、図３に示すように、十字に配置された４つの受光部Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを備えており、直線上に並んだ２つの受光部Ｅ、ＦまたはＧ、Ｈの組み合わせにより、１つの入光点にて被検物体２にレーザ光Ｌ１を照射した際の反射光Ｌ２を受ける１つの検出手段の機能を果たす。つまり、第１の入光点Ａで測定する場合は受光部Ｅ、Ｆの組み合わせが検出機能を果たし、第２の入光点Ｂで測定する場合は受光部Ｇ、Ｈの組み合わせが検出機能を果たし、第３の入光点Ｃで測定する場合は受光部Ｅ、Ｆの組み合わせが検出機能を果たし、第４の入光点Ｄで測定する場合は受光部Ｇ、Ｈの組み合わせが検出機能を果たす。
従って、直線上に並ぶ２つの受光部Ｅ、ＦまたはＧ、Ｈの組み合わせが、１８０度対向した位置にある２つの入光点Ａ、ＣまたはＢ、Ｄにてそれぞれレーザ光Ｌ１を照射した際の焦点ずれを検出する各検出手段を兼ねている。
【００３８】
センサアレイ１０上には、対物レンズ１の入射面１Ａ上に設定したＸ−Ｙ軸に対応したＸ−Ｙ軸が仮想的に設定されており、このＸ−Ｙ軸上に十字状に４つの受光部Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈが配置されている。これらペアをなすために直線上（Ｘ軸上またはＹ軸上）に並んだ２つの受光部Ｅ、Ｆ（またはＧ、Ｈ）は、合焦時には２つの受光部Ｅ、Ｆ（またはＧ、Ｈ）の中間点（Ｘ−Ｙ軸の原点Ｏ）に受光スポットが形成され、前ピン時には一方の受光部上に受光スポットが形成され、後ピン時には他方の受光部上に受光スポットが形成されるような位置関係で配置されている。
【００３９】
各受光部Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、それぞれに外側の受光センサＥ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１と内側の受光センサＥ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２とに２分割されており、それにより、センサアレイ１０は８分割タイプとして構成されている。この場合、内側の受光センサＥ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２は、相互にできるだけ接近するように、先端が三角形になっている。
【００４０】
また、このオートフォーカス装置は、対物レンズ１をフォーカス駆動する（対物レンズ１を被検物体２に対して近づけたり離したりする）ための駆動機構３３を備えている。この駆動機構は、ＤＣサーボモータまたはステッピングモータと精密ネジや精密ギアなどで構成されている（図示略）。
【００４１】
また、このオートフォーカス装置は、センサアレイ１０の信号に基づいて駆動機構３３を制御し、それにより、被検物体２上の対象点に対物レンズ１の焦点を合わせる制御装置（制御手段）３５を備えている。
【００４２】
この制御装置３５は、各入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおけるレーザ光Ｌ１の照射毎に、センサアレイ１０の信号を取り込むように、ウェッジプリズム回転位置センサ３２の信号を監視している。また、この制御装置３５は、１つの入光点にてレーザ光Ｌ１を照射して得たセンサアレイ１０の信号の有効性を評価し、該信号が無効であると評価した場合は、その信号を不採用として、ウェッジプリズム回転機構３１に駆動制御信号を送り、レーザ光Ｌ１の入光点を次の順番の入光点に移動する機能を果たす。入光点を移動する順番は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順になっている。
【００４３】
次に、この制御装置３５によって実行されるオートフォーカス制御の原理を図４を用いて説明する。
最初に、第１の入光点Ａにてレーザ光Ｌ１を被検物体２に照射する場合の制御の仕方を説明する。この場合は、ビームスプリッタ６の反射光Ｌ２をセンサアレイ１０が受光する関係で、Ｘ軸上に並ぶ４つの受光センサＥ１、Ｅ２、Ｆ１、Ｆ２が有効となる。
【００４４】
入光点Ａでレーザ光Ｌ１を対物レンズ１に入射させた場合、Ｘ軸上に並ぶ４つの受光センサＥ１、Ｅ２、Ｆ１、Ｆ２の上に受光スポットＳＰ（ＳＰｆ、ＳＰｂ）が形成される。その受光スポットは、前ピン状態のときは一方側の受光センサＥ１、Ｅ２上に形成され、後ピン状態のときは他方側の受光センサＦ１、Ｆ２上に形成される。
【００４５】
即ち、図４に示すように、対物レンズ１が適正なピント位置Ｆ〔図１４（ａ）参照〕にあるときには、受光スポットＳＰは２つの受光部Ｅ（受光センサＥ１、Ｅ２）、Ｆ（受光センサＦ１、Ｆ２）の中間点Ｏにて点像となるが、前ピン位置Ｆ＋ΔＦ〔図１４（ａ）参照〕にあるときには、受光スポットＳＰｆは、中間点Ｏから前ピン側の受光部Ｅ（受光センサＥ１、Ｅ２）上にずれてボケ像となり、後ピン位置Ｆ−ΔＦ〔図１４（ａ）参照〕にあるときには、受光スポットＳＰｂは、中間点Ｏから後ピン側の受光部Ｆ（受光センサＦ１、Ｆ２）上にずれてボケ像となる。
【００４６】
そこで、前ピン状態であるときには、後ピン側になるように焦点合わせが行われることにより、一方側の受光部Ｅ（受光センサＥ１、Ｅ２）上に形成されていた受光スポットＳＰｆの位置が、２つの受光部Ｅ、Ｆの中間点Ｏに向けて移動する。そして、その中間点Ｏに受光スポットＳＰが到達したら、焦点合わせ動作が停止し、その状態で被検物体２に対物レンズ１の焦点が合う。また、後ピン状態であるときには、前ピン側になるように焦点合わせが行われることにより、他方側の受光部Ｆ（受光センサＦ１、Ｆ２）上に形成されていた受光スポットＳＰｂの位置が、２つの受光部Ｅ、Ｆの中間点Ｏに向けて移動する。そして、その中間点Ｏに受光スポットＳＰが到達したら、焦点合わせ動作が停止し、その状態で被検物体２に対物レンズ１の焦点が合う。このように、ピント位置の変化により、受光スポットＳＰは２つの受光部Ｅ、Ｆが配置されている直線上を移動することになる。
【００４７】
次に１８０度対向した位置にある第３の入光点Ｃでレーザ光Ｌ１を入射させた場合を考えてみる。この場合も、ビームスプリッタ６の反射光Ｌ２をセンサアレイ１０が受光する関係で、Ｘ軸上に並ぶ４つの受光センサＥ１、Ｅ２、Ｆ１、Ｆ２が有効となり、これらの受光センサＥ１、Ｅ２、Ｆ１、Ｆ２上に受光スポットが形成される。つまり、前記の第１の入光点Ａで測定する場合と同じセンサを使うことになる。但し、この場合は、２つの受光部Ｅ（受光センサＥ１、Ｅ２）、Ｆ（受光センサＦ１、Ｆ２）の役割が逆転する。即ち、入光点が１８０度反転した位置に切り替わることで、入光点Ａでレーザ光Ｌ１を入射したときは前ピン用として機能していた受光部Ｅ（受光センサＥ１、Ｅ２）が、今度は後ピン用として機能し、後ピン用として機能していた受光部Ｆ（受光センサＦ１、Ｆ２）が、今度は前ピン用として機能するようになる。それにより、前記と同じ合焦動作が行われる。
【００４８】
また、第１、第３の入光点Ａ、Ｃに対して９０度ずれた位置にある第２、第４の入光点Ｂ、Ｄでレーザ光Ｌ１を照射する場合もほぼ同様である。
【００４９】
この場合は、Ｙ軸上に並ぶ４つの受光センサＧ１、Ｇ２、Ｈ１、Ｈ２が有効となり、第２の入光点Ｂでレーザ光Ｌ１を対物レンズ１に入射させた場合は、これら４つの受光センサＧ１、Ｇ２、Ｈ１、Ｈ２上に受光スポットが形成される。その受光スポットは、前ピン状態のときは一方側の受光センサＧ１、Ｇ２上に形成され、後ピン状態のときは他方側の受光センサＨ１、Ｈ２上に形成される。
【００５０】
そして、対物レンズ１が適正なピント位置にあるときには、受光スポットは２つの受光部Ｇ（受光センサＧ１、Ｇ２）、Ｈ（受光センサＨ１、Ｈ２）の中間点Ｏにて点像となり、前ピン位置にあるときには、受光スポットは、中間点Ｏから前ピン側の受光部Ｇ（受光センサＧ１、Ｇ２）上にずれてボケ像となり、後ピン位置にあるときには、受光スポットは、中間点Ｏから後ピン側の受光部Ｈ（受光センサＨ１、Ｈ２）上にずれてボケ像となる。
【００５１】
そこで、前ピン状態であるときには、後ピン側になるように焦点合わせが行われることにより、一方側の受光部Ｇ（受光センサＧ１、Ｇ２）上に形成されていた受光スポットの位置が、２つの受光部Ｇ、Ｈの中間点Ｏに向けて移動する。そして、その中間点Ｏに受光スポットが到達したら、焦点合わせ動作が停止し、その状態で被検物体２に対物レンズ１の焦点が合う。また、後ピン状態であるときには、前ピン側になるように焦点合わせが行われることにより、他方側の受光部Ｈ（受光センサＨ１、Ｈ２）上に形成されていた受光スポットの位置が、２つの受光部Ｇ、Ｈの中間点Ｏに向けて移動する。そして、その中間点Ｏに受光スポットが到達したら、焦点合わせ動作が停止し、その状態で被検物体２に対物レンズ１の焦点が合う。このように、ピント位置の変化により、受光スポットは２つの受光部Ｇ、Ｈが配置されている直線上を移動することになる。
【００５２】
同様に第４の入光点Ｄでレーザ光Ｌ１を入射させた場合は、２つの受光部Ｇ（受光センサＧ１、Ｇ２）、Ｈ（受光センサＨ１、Ｈ２）の役割が逆転し、受光部Ｇ（受光センサＧ１、Ｇ２）が今度は後ピン用として機能し、受光部Ｈ（受光センサＨ１、Ｈ２）が今度は前ピン用として機能し、それにより、前記と同じ合焦動作が行われる。
【００５３】
いずれにしろ、十字に配置した受光部Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの組み合わせにより、４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにて順番にレーザ光Ｌ１を照射した各場合の焦点ずれを全て検知することができる。
【００５４】
また、このセンサアレイ１０では、十字に配置した各受光部Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈがそれぞれ外側の受光センサＥ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１と内側の受光センサＥ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２とに分割されているから、ピントが大きく外れている場合（つまり受光スポットが外側の受光センサＥ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１上にある場合）と、ピントの外れ方が小さくなった場合（つまり受光スポットが内側の受光センサＥ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２上にある場合）とで、区別した制御ができる。
【００５５】
例えば、図５に示すように、片方の受光部Ｆ上に受光スポットＳＰが形成されていることに基づいてピント合わせを行っている段階で合焦点Ｏに近づいてくると、正規の受光スポットＳＰ以外のゴースト像ＳＰｇが、同じ側や反対側に位置する受光部Ｅ、Ｆの外側受光センサＥ１上に形成されることがある。
【００５６】
そのような場合、ゴースト像ＳＰｇもセンサの受光信号の中に当然含まれてくるから、その影響を取り除いてやらないと、適正なオートフォーカス制御ができなくなる。
【００５７】
図示例では、受光部Ｆ側から中間位置（合焦位置）Ｏへ受光スポットＳＰを追い込もうとしているが、場合によって受光部Ｅ側にゴースト像ＳＰｇが現れる。このゴースト像ＳＰｇは、受光部Ｅ側から中間位置Ｏに向かって動き、ゴースト像ＳＰｇもセンサ値に含まれてくるため、適正な制御ができなくなる。
【００５８】
そこで、合焦点に近づいた段階で、つまり、受光スポットＳＰが内側の受光センサ上に移動して来た段階で、敢えて外側の受光センサの信号を無視して、内側の受光センサの信号だけで、合焦まで制御するようにする。このようにすることで、精度の良いオートフォーカス制御を高い応答性で行うことができるようになる。なお、ゴーストの影響は、特にコーティングが施されている被検物体を観察する場合に無視できなくなる。
【００５９】
次に、このオートフォーカス装置の電気的構成とその制御内容について説明する。
【００６０】
図８は電気的構成を示すブロック図である。
このオートフォーカス装置の制御装置３５には、マイクロプロセッサ５１と、各種センサの検出値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５２と、出力インターフェース５３とが含まれている。マイクロプロセッサ５１には、センサアレイ１０の信号と、ウェッジプリズムの回転位置センサ３２の信号とが、Ａ／Ｄ変換器５２を介してリアルタイムで入力される。
【００６１】
マイクロプロセッサ５１は、それらの信号に基づいて、オートフォーカス駆動機構３３のモータ５６を制御すると共に、ウェッジプリズム回転機構３１のモータ５７を制御することで、必要なオートフォーカス制御を実行する。
【００６２】
次にマイクロプロセッサ５１の制御動作について、フローチャートを用いて説明する。
マイクロプロセッサ５１は、図９に示すＡＦ（オートフォーカス）制御のメインルーチン処理を実行する。このメインルーチンでは、４つのサブルーチン１００、２００、３００、４００を順番に繰り返し実行する。これらのサブルーチン１００、２００、３００、４００では、４つの入光点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれについてオートフォーカス制御を行う。
【００６３】
Ａ点でのオートフォーカス制御は、図１０に示すフローチャートに従って実行する。
まず、最初のステップ１０１で、ウェッジプリズム１２を回転し、ウェッジプリズム回転位置センサ３２の信号を見ながら、入光点をＡ点に設定する。次に、ステップ１０２でＡ点でレーザ光Ｌ１を入射させた場合のセンサアレイ１０の信号を読み取る。この場合は、有効な受光センサがＥ１、Ｅ２、Ｆ１、Ｆ２であるから、それらの信号ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２を読み取る。そして、ステップ１０３で「ｅ１＋ｅ２」、「ｆ１＋ｆ２」の値を演算する。
【００６４】
次に読み取った信号ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２が有効か無効かを判断する（ステップ１０４）。例えば、測定対象点が、照射したレーザ光Ｌ１から死角になっている場合は、これらの信号ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２が正常な範囲（他のデータとの比較等により正常な範囲が定められる）から外れるので、その場合は、それらのデータが無効であると判断して、データｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２を捨てて（ステップ１０５）、メインルーチンに戻る。そうすると、メインルーチンでは、入光点を次の点に移動する（つまり「Ｂ点でのＡＦ」のサブルーチンに進む）。
【００６５】
前記のデータｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２が有効であると判断した場合は、それらのデータに基づいて、合焦であるかどうかを判断する（ステップ１０６）。合焦の判断は、「ｅ１＋ｅ２＝ｆ１＋ｆ２」かどうかで行う。合焦の場合は、ピント合わせ用のモータを停止して（ステップ１０７）、メインルーチンに戻る。
【００６６】
合焦でない場合は、ステップ１０８で前ピンか後ピンかを判断する。前ピンか後ピンかの判断は、「ｅ１＋ｅ２＞ｆ１＋ｆ２」かどうかで行う。Ａ点でのＡＦの場合、「ｅ１＋ｅ２＞ｆ１＋ｆ２」であれば前ピン、「ｅ１＋ｅ２＜ｆ１＋ｆ２」であれば後ピンと判定する。
【００６７】
そして、前ピンの場合は、ステップ１０９でピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。その判断は、「ｅ１＞ｅ２」かどうかで行う。ピント外れが大きいときには、ステップ１１０に進んで、全速力で後ピン側へモータを回して合焦点に近づける（この動作を粗動ＡＦという）。一方、ピント外れが小さいときには、あるいは、ピント外れが小さくなったら、ステップ１１１に進んで、ゆっくりと後ピン側へモータを回して合焦点を探す（この動作を微動ＡＦという）。
【００６８】
ステップ１１０、１１１の次はステップ１０２に戻り、合焦点に徐々に近づくよう繰り返しセンサの信号ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２を見ながらモータを制御して合焦点まで持っていく。
【００６９】
なお、ステップ１１１の処理に進んだ段階において、外側の受光センサＥ１、Ｆ１のデータｅ１、ｆ１を「０」として無視するように設定すれば、ゴースト像の影響を排除したオートフォーカス制御を行うことができる。
【００７０】
また、後ピンの場合は、ステップ１０８からステップ１１２に進んで、ピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。その判断は、「ｆ１＞ｆ２」かどうかで行う。ピント外れが大きいときには、ステップ１１３に進んで、全速力で前ピン側へモータを回して合焦点に近づける（粗動ＡＦ）。一方、ピント外れが小さいときには、あるいは、ピント外れが小さくなったら、ステップ１１４に進んで、ゆっくりと前ピン側へモータを回して合焦点を探す（微動ＡＦ）。
【００７１】
ステップ１１３、１１４の次はステップ１０２に戻り、合焦点に徐々に近づくよう、繰り返しセンサの信号ｅ１、ｅ２、ｆ１、ｆ２を見ながらモータを制御して合焦点まで持っていく。
【００７２】
なお、前記と同様に、ステップ１１４の処理に進んだ段階において、外側の受光センサＥ１、Ｆ１のデータｅ１、ｆ１を「０」として無視するように設定すれば、ゴースト像の影響を排除したオートフォーカス制御を行うことができる。
【００７３】
次に、Ｂ点でのオートフォーカス制御は、図１１に示すフローチャートに従って実行する。Ｂ点での制御はＡ点での制御とほぼ同じであるが、使用するセンサの信号が異なる。
【００７４】
まず、最初のステップ２０１で、ウェッジプリズム１２を回転し、ウェッジプリズム回転位置センサ３２の信号を見ながら、入光点をＢ点に設定する。次に、ステップ２０２で、Ｂ点でレーザ光Ｌ１を入射させた場合のセンサアレイ１０の信号を読み取る。この場合は、有効な受光センサがＧ１、Ｇ２、Ｈ１、Ｈ２であるから、それらの信号ｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２を読み取る。そして、ステップ２０３で「ｇ１＋ｇ２」、「ｈ１＋ｈ２」の値を演算する。
【００７５】
次に読み取った信号ｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２が有効か無効かを判断する（ステップ２０４）。例えば、測定対象点が、照射したレーザ光Ｌ１から死角になっている場合は、これらの信号ｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２が正常な範囲（他のデータとの比較等により正常な範囲が定められる）から外れるので、その場合は、それらのデータが無効であると判断して、データｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２を捨てて（ステップ２０５）、メインルーチンに戻る。そうすると、メインルーチンでは、入光点を次の点に移動する（つまり「Ｃ点でのＡＦ」のサブルーチンに進む）。
【００７６】
前記のデータｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２が有効であると判断した場合は、それらのデータに基づいて、合焦であるかどうかを判断する（ステップ２０６）。合焦の判断は、「ｇ１＋ｇ２＝ｈ１＋ｈ２」かどうかで行う。合焦の場合は、ピント合わせ用のモータを停止して（ステップ２０７）、メインルーチンに戻る。
【００７７】
合焦でない場合は、ステップ２０８で前ピンか後ピンかを判断する。前ピンか後ピンかの判断は、「ｇ１＋ｇ２＞ｈ１＋ｈ２」かどうかで行う。Ｂ点でのＡＦの場合、「ｇ１＋ｇ２＞ｈ１＋ｈ２」であれば前ピン、「ｇ１＋ｇ２＜ｈ１＋ｈ２」であれば後ピンと判定する。
【００７８】
そして、前ピンの場合は、ステップ２０９でピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。その判断は、「ｇ１＞ｇ２」かどうかで行う。ピント外れが大きいときには、ステップ２１０に進んで、全速力で後ピン側へモータを回して合焦点に近づける（粗動ＡＦ）。一方、ピント外れが小さいときには、あるいは、ピント外れが小さくなったら、ステップ２１１に進んで、ゆっくりと後ピン側へモータを回して合焦点を探す（微動ＡＦ）。
【００７９】
ステップ２１０、２１１の次はステップ２０２に戻り、合焦点に徐々に近づくよう繰り返しセンサの信号ｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２を見ながらモータを制御して合焦点まで持っていく。
【００８０】
なお、ステップ２１１の処理に進んだ段階において、外側の受光センサＧ１、Ｈ１のデータｇ１、ｇ１を「０」として無視するように設定すれば、ゴースト像の影響を排除したオートフォーカス制御を行うことができる。
【００８１】
また、後ピンの場合は、ステップ２０８からステップ２１２に進んで、ピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。その判断は、「ｇ１＞ｇ２」かどうかで行う。ピント外れが大きいときには、ステップ２１３に進んで、全速力で前ピン側へモータを回して合焦点に近づける（粗動ＡＦ）。一方、ピント外れが小さいときには、あるいは、ピント外れが小さくなったら、ステップ２１４に進んで、ゆっくりと前ピン側へモータを回して合焦点を探す（微動ＡＦ）。
【００８２】
ステップ２１３、２１４の次はステップ２０２に戻り、合焦点に徐々に近づくよう、繰り返しセンサの信号ｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２を見ながらモータを制御して合焦点まで持っていく。
【００８３】
なお、前記と同様に、ステップ２１４の処理に進んだ段階において、外側の受光センサＧ１、Ｈ１のデータｇ１、ｈ１を「０」として無視するように設定すれば、ゴースト像の影響を排除したオートフォーカス制御を行うことができる。
【００８４】
次に、Ｃ点でのオートフォーカス制御は、図１２に示すフローチャートに従って実行する。Ｃ点での制御は、Ａ点での制御とほぼ同じであり、使用するセンサの信号も同じであるが、センサの役割が逆転する。
【００８５】
まず、最初のステップ３０１で、ウェッジプリズム１２を回転し、ウェッジプリズム回転位置センサ３２の信号を見ながら、入光点をＣ点に設定する。次のステップ３０２からステップ３０７までの処理は、Ａ点での処理と同じであるから説明を省略する。
【００８６】
異なるのは、ステップ３０８での前ピンか後ピンかの判断である。Ａ点での処理の場合は、「ｅ１＋ｅ２＞ｆ１＋ｆ２」のとき前ピン、「ｅ１＋ｅ２＜ｆ１＋ｆ２」のとき後ピンと判断していたが、Ｃ点での処理の場合はそれと逆転し、「ｅ１＋ｅ２＜ｆ１＋ｆ２」のとき前ピン、「ｅ１＋ｅ２＞ｆ１＋ｆ２」のとき後ピンと判断する。
【００８７】
そして、前ピンの場合は、ステップ３０９にて「ｆ１＞ｆ２」かどうかで、ピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。ピント外れが大きいときは、ステップ３１０に進んで、全速力で後ピン側へモータを回して合焦点に近づけ、ピント外れが小さい状態では、ステップ３１１に進んで、ゆっくりと後ピン側へモータを回して合焦点を探す。
【００８８】
また、後ピンの場合は、ステップ３０８にて「ｅ１＞ｅ２」かどうかで、ピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。ピント外れが大きいときは、ステップ３１３に進んで、全速力で後ピン側へモータを回して合焦点に近づけ、ピント外れが小さい状態では、ステップ３１４に進んで、ゆっくりと後ピン側へモータを回して合焦点を探す。それ以外の点は、Ａ点の処理と同じである。
【００８９】
次に、Ｄ点でのオートフォーカス制御は、図１３に示すフローチャートに従って実行する。Ｄ点での制御は、Ｂ点での制御とほぼ同じであり、使用するセンサの信号も同じであるが、センサの役割が逆転する。
【００９０】
まず、最初のステップ４０１で、ウェッジプリズム１２を回転し、ウェッジプリズム回転位置センサ３２の信号を見ながら、入光点をＤ点に設定する。次のステップ４０２からステップ４０７までの処理は、Ｂ点での処理と同じであるから説明を省略する。
【００９１】
異なるのは、ステップ４０８での前ピンか後ピンかの判断である。Ｂ点での処理の場合は、「ｇ１＋ｇ２＞ｈ１＋ｈ２」のとき前ピン、「ｇ１＋ｇ２＜ｈ１＋ｈ２」のとき後ピンと判断していたが、Ｄ点での処理の場合はそれと逆転し、「ｇ１＋ｇ２＜ｈ１＋ｈ２」のとき前ピン、「ｇ１＋ｇ２＞ｈ１＋ｈ２」のとき後ピンと判断する。
【００９２】
そして、前ピンの場合は、ステップ４０９にて「ｈ１＞ｈ２」かどうかで、ピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。ピント外れが大きいときは、ステップ４１０に進んで、全速力で後ピン側へモータを回して合焦点に近づけ、ピント外れが小さい状態では、ステップ４１１に進んで、ゆっくりと後ピン側へモータを回して合焦点を探す。
【００９３】
また、後ピンの場合は、ステップ４０８にて「ｇ１＞ｇ２」かどうかで、ピント外れが大きい状態か小さい状態かを判断する。ピント外れが大きいときは、ステップ４１３に進んで、全速力で後ピン側へモータを回して合焦点に近づけ、ピント外れが小さい状態では、ステップ４１４に進んで、ゆっくりと後ピン側へモータを回して合焦点を探す。それ以外の点は、Ｂ点の処理と同じである。
【００９４】
以上のように、Ａ点でのデータが無効の場合はＢ点に切り替え、Ｂ点でのデータが無効の場合はＣ点に切り替え、Ｃ点でのデータが無効の場合はＤ点に切り替え、Ｄ点でのデータが無効の場合はＡ点に戻るようにして、４方向から順次レーザ光Ｌ１を照射するようにしているので、被検物体２の形状によらず、任意の測定対象位置に、いずれかの方向から照射したレーザ光Ｌ１を必ず届かせることができるので、死角を作らずにピントが合わせられる。
【００９５】
例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、被検物体２に凸部２ａが存在するような場合であっても、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の４つの方向から被検物体２に向けて順番にレーザ光Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ１Ｄを照射することにより、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、１つの方向からのレーザ光Ｌ１Ａが凸部２ａの肩部に邪魔されて対象点ＭＱまで届かないことがあっても、他の方向からのレーザ光Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ１Ｄが対象点ＭＱまで届くことにより、対象点ＭＱに対物レンズ１の焦点を確実に合わせることができる。
【００９６】
なお、上述したように、通常は外側と内側の受光センサＥ１、Ｅ２、Ｆ１、Ｆ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｈ１、Ｈ２の信号を全部使って、図９〜図１３に示すフローチャートに従ってオートフォーカス制御（ワイド制御）を行っているが、ピントずれの範囲が狭い範囲に限定されている場合は、使用するセンサを内側の受光センサＥ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２に限定してオートフォーカス制御（ナロー制御）を行うことも可能である。その場合は、例えば外側の受光センサＥ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１の信号ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１を「０」に固定してておけばよい。
【００９７】
また、連続でオートフォーカス制御を実行しながら、被検物体を搭載したステージなどを駆動させると、散乱や穴などの影響で受光スポットがセンサアレイ１０の受光部から外れてしまう可能性があるが、そのような場合は、予めセンサの信号に閾値を設定しておき、閾値を超えたときはオートフォーカス制御を中断するようにすればよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、センサアレイ１０の受光部Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの分割数を内側と外側の２分割にした場合を示したが、分割数はこれに限らず任意に設定してよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、４つの方向から対物レンズを介して測定ビームを被検物体の表面に照射可能であるから、被検物体の表面に凹凸がある場合であっても、いずれかの入光点からの測定ビームを必ず被検物体上の対象点に届かせることができ、その測定ビームに基づいて、適正なオートフォーカス制御を行うことができる。従って、被検物体の形状によらず、従来方式と比べて格段に正確なピント合わせができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のオートフォーカス装置を含む顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図で、対物レンズの入射面におけるレーザ光（測定ビーム）の入光点の位置を示すものである。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図で、センサアレイの構成を示すものである。
【図４】前記センサアレイ上に形成される受光スポットの例を示す図である。
【図５】前記センサアレイ上に形成される受光スポットのゴースト像の現れ方を示す図である。
【図６】本発明のオートフォーカス装置によりレーザ光を被検物体に照射している状態を示す原理図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。
【図７】本発明のオートフォーカス装置の有効性を説明するための図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図８】本発明の実施形態のオートフォーカス装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】図８のマイクロプロセッサの処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】図９のフローチャートにおける第１のサブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】図９のフローチャートにおける第２のサブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１２】図９のフローチャートにおける第３のサブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１３】図９のフローチャートにおける第４のサブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１４】従来の細ビーム式オートフォーカス制御の内容を説明するための図で、（ａ）は対物レンズと測定ビームの関係を示す側面図、（ｂ）は光学センサ上にどのように受光スポットが形成されるかを示す光学センサの平面図である。
【図１５】従来のオートフォーカス制御の処理内容を示すフローチャートである。
【図１６】従来のオートフォーカス制御の問題点を説明するための図で、（ａ）は平面的な被検物体に測定ビームを照射している状態を示す側面図、（ｂ）は凸部のある被検物体に測定ビームを照射している状態を示す側面図、（ｃ）はその凸部によって測定ビームの届かない死角ができることを表す拡大側面図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 被検物体
５，６ ビームスプリッタ
１０ センサアレイ（焦点ずれ検出手段）
１２ ウェッジプリズム
１５ レーザ光源（測定ビーム照射源）
Ｋ 光軸
Ｌ１，Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｃ，Ｌ１Ｄ レーザ光（測定ビーム）
Ｌ２ レーザ反射光（測定ビームの反射光）
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ 受光部
Ｅ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２，Ｇ１，Ｇ２，Ｈ１，Ｈ２ 受光センサ
ＳＰ，ＳＰｆ，ＳＰｂ 受光スポット

Claims (5)

1. 対物レンズを含む観察光学系と、該対物レンズの光軸から外れた位置を入光点として、対物レンズを通して被検物体に測定ビームを照射する測定ビーム照射機構と、被検物体から対物レンズを通して導かれる測定ビームの反射光を受光し、受光面上に形成される受光スポットの位置により、対物レンズの焦点位置からの被検物体の焦点ずれを検出する焦点ずれ検出手段と、該焦点ずれ検出手段の出力に基づいて前記対物レンズと被検物体の距離を調節する駆動機構を制御し、それにより被検物体上の対象点に対物レンズの焦点を合わせる制御手段と、を備えた顕微鏡のオートフォーカス装置において、
   前記入光点として、対物レンズの光軸を中心とする円周上に、円周方向に９０度間隔に４つの入光点を設定し、前記測定ビーム照射機構により、前記４つの入光点にて順番に測定ビームを被検物体に照射し、各入光点における測定ビームの照射毎に、前記焦点ずれ検出手段により対物レンズの焦点位置からの被検物体の焦点ずれを検出して、その検出出力に基づいて前記制御手段が前記駆動機構を制御することを特徴とする顕微鏡のオートフォーカス装置。
2. 前記４つの入光点にて順番に測定ビームを被検物体に照射する測定ビーム照射機構が、１本の測定ビームを出射する測定ビーム照射源と、該照射源より出射された測定ビームの通過するウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを回転させることで、測定ビームを前記４つの入光点を通過する円形軌跡に沿って回転させる回転機構と、から構成されていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡のオートフォーカス装置。
3. 前記焦点ずれ検出手段が、十字に配置された４つの受光部を備えており、直線上に並んだ２つの受光部の組み合わせにより、１つの入光点にて被検物体に測定ビームを照射した際の反射光を受ける１つの検出手段が構成され、前記直線上に並んだ２つの受光部は、合焦時に２つの受光部の中間に受光スポットが形成され、前ピン時に一方の受光部上に受光スポットが形成され、後ピン時に他方の受光部上に受光スポットが形成されるような位置関係で配置され、直線上に並ぶ２つの受光部の組み合わせが、１８０度対向した位置にある２つの入光点にてそれぞれ測定ビームを照射した際の焦点ずれを検出する各検出手段を兼ねていることを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡のオートフォーカス装置。
4. 前記十字に配置された４つの受光部が、それぞれに内側の受光センサと外側の受光センサとに分割されており、それにより前記焦点ずれ検出手段が８分割のセンサアレイよりなることを特徴とする請求項３記載の顕微鏡のオートフォーカス装置。
5. 前記制御手段が、１つの入光点にて測定ビームを照射して得た焦点ずれ検出手段の信号の有効性を評価し、該信号が無効であると評価した場合は、その信号を不採用として、測定ビーム照射機構に制御信号を送り、測定ビームの入光点を次の順番の入光点に移動す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のオートフォーカス装置。

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