JP3851701B2

JP3851701B2 - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP3851701B2
Application number: JP6790197A
Authority: JP
Inventors: 直士原口
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: JPH10268198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡や光学測定器などに用いられる焦点検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡や光学測定器には、プローブ光を対物レンズを通して被検体表面に照射し、この被検体表面からの反射光に基づいて被検体表面に対する焦点検出を行うような反射アクティブ方式の自動焦点検出装置が用いられている。
【０００３】
図５は、従来の自動焦点検出装置の一例を示すもので、半導体レーザ発生源１から出射されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ２に入射し、この偏光ビームスプリッタ２で反射し、１／４波長板３を介して結像レンズ４で平行光束になって対物レンズ５を通して被検体６表面に集光される。また、被検体６表面で反射されたレーザビームは、今度は、対物レンズ５、結像レンズ４、１／４波長板３を介して偏光ビームスプリッタ２に入射される。この時、偏光ビームスプリッタ２へ入射したレーザビームは、１／４波長板３を透過した際に、その偏向方向が９０度ずらされているので、偏光ビームスプリッタ２を透過され、ビームスプリッタ７により二方向に振り分けられ、一方の光束は、結像レンズ４の集光点Ｐより距離Ｌだけ前方に配置された第１の絞り８を介して第１の受光素子９で受光され、また、他方の光束は、結像レンズ４の集光点Ｐより距離Ｌだけ後方に配置された第２の絞り１０を介して第２の受光素子１１で受光される。
【０００４】
そして、これら第１の受光素子９および第２の受光素子１１で、それぞれの受光量に応じた電気信号Ｂ、Ａを生成して信号処理回路１２に送り、この信号処理回路１２により電気信号Ｂ、Ａに対して所定の演算を行い、被検体６表面の変位に応じた変位信号を出力するようにしている。この場合、第１の受光素子９より図６（ａ）に示すような特性を有する電気信号Ｂが出力され、第２の受光素子１１より同図に示すような特性を有する電気信号Ａが出力されたとすると、信号処理回路１２では、第１の演算回路１２１で（Ａ−Ｂ）、第２の演算回路１２２で（Ａ＋Ｂ）を演算し、第３の演算回路１２３で、被検体６表面の変位を検知する信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を演算して、図６（ｂ）に示すような合焦点Ｆが０になるような変位信号を求める。、この変位信号により、変位信号＝０となる位置に被検体６表面がくるように被検体６または対物レンズ５を光軸方向に移動させることで合焦を得るようにしている。
【０００５】
ところが、合焦点Ｆから遠く離れた位置に被検体６表面があるような場合、第１の受光素子９、第２の受光素子１１でそれぞれ生成される電気信号Ｂ、Ａの出力レベルは低くなるため、電気的ノイズや光学的ノイズの影響を受けやすく、これにより、図６（ｂ）に示すように、被検体６表面が真の合焦点Ｆより大きく外れた位置に存在する場合でも、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝０の判定を行うことがある（以下、この状態を擬合焦と称する。）。
【０００６】
そこで、このような擬合焦の検出を防止するため、図６（ｃ）に示す第２の演算回路１２２からの信号（Ａ＋Ｂ）を合焦動作範囲判定信号として出力し、この信号（Ａ＋Ｂ）に対し、しきい値Ｔを設定して合焦動作範囲Ｃの受光量レベルを監視し、信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔより低下したような場合に被検体６が合焦点Ｆより所定量以上離れていることを示す判定手段を設け、擬合焦での検出を防止するようにしている。
【０００７】
この場合、このような焦点検出装置では、被検体６が図６（ｃ）に示す合焦動作範囲Ｃにある場合は合焦点Ｆに対する方向判別が可能であるので、合焦開始位置から合焦点Ｆへの移動を直接行うことができるが、例えば、図７に示すように被検体６が合焦動作範囲Ｃに位置しておらず合焦開始位置ＳＴ1 またはＳＴ2 から合焦動作を行うような場合、対物レンズ５が被検体６表面に衝突するのを避けるため、退避動作実行手段により一旦対物レンズ５を被検体６表面から離れる方向に上方の退避位置Ｓ1 まで後退させ、その後、被検体６表面に近付く方向に移動させることにより合焦動作範囲Ｃに被検体６を導入するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような退避動作を行う場合、合焦開始位置ＳＴ1 から上方の退避位置Ｓ1 方向に後退する場合は、その途中で合焦動作範囲Ｃに突き当たるため、合焦点Ｆを検出するまで、さほど時間はかからないが、合焦開始位置ＳＴ2 から退避位置Ｓ1 方向に後退する場合は、合焦動作範囲Ｃと反対方向に退避位置Ｓ1 まで移動し、その後、合焦動作範囲Ｃに突き当たる方向に反転するようになるので、合焦動作範囲Ｃに被検体６を導入するまでにかなりの時間を要することになり、合焦点Ｆ検出の作業能率が極めて悪いという問題点があった。
【０００９】
そこで、従来、このような不都合を除去するため、図５と同一部分には、同符号を付して示す図８に示すように、半導体レーザ発生源１をその光軸に沿って移動できるように配置したものが考えられている。この場合、半導体レーザ発生源１の位置制御を、第２の演算回路１２２からの信号（Ａ＋Ｂ）が入力されるレーザ位置制御部１３により行うようにしている。
【００１０】
この場合、被検体６が図９に示す合焦動作範囲Ｃに位置していない場合、レーザ位置制御部１３は、信号（Ａ＋Ｂ）を監視しながら半導体レーザ発生源１を光軸方向に移動し、被検体６が合焦動作範囲Ｃに入ったことをレーザ位置制御部１３が検出すると、半導体レーザ発生源１の移動を止めるようにしている。この時、半導体レーザ発生源１の移動前の位置からの変位情報により、プローブ光の合焦点Ｆと被検体６とのずれ方向とおおまかなずれ量が判ることから、半導体レーザ発生源１を元の位置に戻し、得られたずれ方向とずれ量に基づいて被検体６を光軸方向に相対的に移動させることで、被検体６を合焦動作範囲Ｃに導入するようにしている。
【００１１】
ところが、このようにしても、合焦点Ｆと被検体６とのずれ量を取得するための半導体レーザ発生源１の位置制御に要する時間がオーバヘッドになってしまい、さらに、半導体レーザ発生源１を移動する構成を必要とするため、光学系の構成がさらに複雑になるとともに、位置決め精度の上でも問題を生じるという欠点があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、迅速な合焦動作を実現できる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光学系を通して被検体にプローブ光を照射し、被検体からの反射光を第１および第２の受光手段により受光し、これら第１および第２の受光手段の出力に基づいて被検体に対する焦点検出を行う焦点検出装置において、前記光学系または前記被検体の一方を光軸方向に移動させるＺ軸変位制御手段と、前記第１および第２の受光手段の出力に基づいて合焦動作範囲を判定する判定手段と、前記判定手段での合焦動作範囲外の判定により前記被検体の撮像画像を取り込む撮像手段と、前記撮像手段により取り込まれた撮像画像のコントラストにより前記被検体と合焦点の位置ずれ方向を検出する位置ずれ方向検出手段と、を備え、前記Ｚ軸変位制御手段は、前記判定手段において、前記被検体が合焦動作範囲内に位置すると判定された場合、前記第１および第２の受光手段の出力結果に基づいて、合焦点を検出するように、前記被検体と前記光学系との光軸上での間隔を制御し、前記被検体が合焦動作範囲外に位置すると判断された場合、前記撮像手段により取り込まれた撮像画像のコントラストに基づいて、前記被検体と合焦点の位置ずれ方向を前記位置ずれ方向検出手段により検出し、前記被検体が前記合焦動作範囲内に位置するように制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載において、さらに前記判定手段は、合焦動作範囲外に位置すると判断した場合、前記光学系または前記被検体の一方を所定の退避位置まで移動させる退避動作実行手段と、前記退避動作実行手段による退避動作の際、前記位置ずれ方向検出手段により前記被検体と合焦点の位置ずれが大きくなる方向の変位が検出されると前記退避動作方向を反転させる制御手段とを具備している。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載において、前記撮像手段は、異なる倍率の被検体の撮像画像を取り込み可能にしている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載において、前記位置ずれ検出手段は、前記撮像手段で取得された前回の画像のコントラストと今回の画像のコントラストを比較し前記被検体と合焦点の位置ずれ方向を検出することを特徴としている。
この結果、本発明によれば、撮像手段の撮像画像により被検体と合焦点の位置ずれ方向を検出することで、この位置ずれ方向に応じて合焦のための光学系または被検体の駆動方向を決定できる。
【００１５】
本発明によれば、退避動作の際、被検体と合焦点の位置ずれが大きくなる方向に変位していると退避動作の方向を反転させることができるので、被検体を合焦動作範囲内に速やかに導入できる。
本発明によれば、コントラストの高い領域を含んだ画像処理を実行できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される焦点検出装置の概略構成を示すもので、図５と同一部分には、同符号を付している。
【００１７】
この場合、半導体レーザ発生源１から出射されたレーザビームは、結像レンズ２０を介して偏光ビームスプリッタ２に入射され、この偏光ビームスプリッタ２で反射されて１／４波長板３、対物レンズ５を通して被検体６表面に集光される。この対物レンズ５を通り被検体６で反射されたレーザビームは、対物レンズ５、結像レンズ４、１／４波長板３を通り、さらに偏光ビームスプリッタ２を通過され、ビームスプリッタ７に送られ。この偏光ビームスプリッタ２とビームスプリッタ７の間には、ビームスプリッタ２１が挿入されており、偏光ビームスプリッタ２を透過されるレーザビームを、さらにビームスプリッタ２１を透過する光路と、反射される光路の２方向に分割するようにしている。
【００１８】
そして、ビームスプリッタ２１を透過するレーザビームを、合焦判定部２２の結像レンズ２３を介してビームスプリッタ７に入射させ、ビームスプリッタ２１で反射されるレーザビームを、撮像部２４の結像レンズ２５を介して撮像装置としてのＣＣＤカメラ２６に入射させ、対物レンズ５の焦点面の画像を撮像するようにしている。
【００１９】
また、ＣＣＤカメラ２６で撮像した画像をずれ方向検出部２７の画像処理部２８に入力するようにしている。
ずれ方向検出部２７は、画像処理部２８および制御部２９を有している。また、制御部２９には、合焦動作範囲を判定する判定回路３０およびＺ軸変位制御部３１が接続されている。
【００２０】
ここで、判定回路３０は、信号処理回路１２の第２の演算回路１２２に接続され、信号（Ａ＋Ｂ）に基づいて被検体６が合焦動作範囲Ｃに位置しているか否かを判定するものである。Ｚ軸変位制御部３１は、信号処理回路１２の第３の演算回路１２３および制御部２９に接続され、制御部２９からの制御指令により信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の変位信号に基づいてＺ軸駆動部３２のモータ３２１を駆動して対物レンズ４をＺ軸、つまり光軸方向に駆動するようにしている。
【００２１】
ずれ方向検出部２７は、判定回路３０での信号（Ａ＋Ｂ）に基づいた判定結果が合焦動作範囲Ｃ外である場合に制御部２９から画像処理部２８に制御指令を与える。画像処理部２８は、所定のタイミングでＣＣＤカメラ２６からの入力画像をサンプリングされるとともに、このサンプリングにより取得した各画像についてコントラストを求め、さらに求められたコントラストと前回求めたコントラストとを比較することで位置ずれ方向を検出し、この結果、前回のサンプリング画像の方がコントラストが高い場合、つまり被検体６と合焦点Ｆの光軸上での間隔が相対的に増大している場合は、制御部２９からＺ軸変位制御部３１に対して対物レンズ４の移動方向を反転させるための信号が出力される。また、逆に、前のサンプリング画像の方がコントラストが低い場合、つまり被検体６と合焦点Ｆの光軸上での間隔が相対的に減少している場合は、制御部２８からＺ軸変位制御部３１に対して対物レンズ４の移動方向を反転させるための信号を出力しないようにしている。
【００２２】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
半導体レーザ発生源１からレーザビームを出射すると、上述したと同様に、偏光ビームスプリッタ２に入射する。この偏光ビームスプリッタ２で反射したレーザビームは、１／４波長板３を介して結像レンズ４で平行光になって対物レンズ５を介して被検体６に集光される。また、対物レンズ５を介して被検体６で反射されたレーザビームは、今度は、対物レンズ５、結像レンズ４、１／４波長板３を介して偏光ビームスプリッタ２に入射される。そして、この偏光ビームスプリッタ２を透過したレーザビームは、ビームスプリッタ２１により透過と反射の二方向に振り分けられる。透過したレーザビームは、ビームスプリッタ７に入射して、さらに二方向に振り分けられる。ここでも透過したレーザビームは、結像レンズ２３の集光点Ｐより距離Ｌだけ前方に配置された第１の絞り８を介して第１の受光手段である受光素子９で受光され、また、反射されたレーザビームは、結像レンズ２３の集光点Ｐより距離Ｌだけ後方に配置された第２の絞り１０を介して第２のの受光手段である受光素子１１で受光される。
【００２３】
そして、第１の受光素子９より電気信号Ｂが出力され、第２の受光素子１１より電気信号Ａが出力されると、信号処理回路１２では、第１の演算回路１２１で（Ａ−Ｂ）、第２の演算回路１２２で（Ａ＋Ｂ）がそれぞれ演算され、第３の演算回路１２３で、被検体６の変位を検知する信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が演算される。
【００２４】
一方、ビームスプリッタ２１により反射されたレーザビームは、撮像部２４の結像レンズ２５を介してＣＣＤカメラ２６に入射し、これにより対物レンズ５の焦点面の画像が撮像される。
【００２５】
この状態から、ずれ方向検出部２７により図２に示すフローチャートが実行される。まず、ステップ２０１で、信号処理回路１２の第２の演算回路１２２の信号（Ａ＋Ｂ）により判定回路３０は、被検体６が合焦動作範囲Ｃに位置するか否かを判定する。ここで、被検体６が合焦動作範囲Ｃに位置していると判定回路３０が判定すると、制御部２９からＺ軸変位制御部３１に対してのみ制御指令が与えられ、ステップ２０２で、信号処理回路１２の第３の演算回路１２３からの信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に基づいた変位信号がＺ軸変位制御部３１に送られる。この変位信号に基づいてモータ３２１は、Ｚ軸駆動部３２を介して対物レンズ４を光軸方向に駆動し、被検体６と合焦点Ｆとの光軸上での間隔を制御して、ステップ２０３で合焦検出を実行する。
【００２６】
また、ステップ２０１で、被検体６が合焦動作範囲Ｃに位置しないと判定されると、制御部２９からＺ軸変位制御部３１と画像処理部２８に制御指令が与えられる。ステップ２０４で、Ｚ軸変位制御部３１へは退避動作実行手段として対物レンズ５を被検体６から離れる方向、すなわち上方に設けられた所定の退避位置まで後退させるための制御指令が送出される。
【００２７】
すると、ステップ２０５で、ＣＣＤカメラ２６からの入力画像が、所定のタイミングでサンプリングされ、このサンプリングにより取得した各画像についてコントラストが求められ、さらにステップ２０６で、求められたコントラストと前回求めたコントラストとが比較される。
【００２８】
そして、この比較結果から前回のサンプリング画像の方がコントラストが高い場合は、被検体６と合焦点Ｆの光軸上での間隔が相対的に増大していると判断し、ステップ２０７で、制御部２８からＺ軸変位制御部３１に対して対物レンズ４の移動方向を反転させる信号を出力し、モータ３２１の回転が反転され、被検体６と合焦点Ｆとの光軸上での間隔が制御され、ステップ２０３で合焦検出が実行される。
【００２９】
一方、比較結果から前のサンプリング画像の方がコントラストが低い場合は、被検体６と合焦点Ｆの光軸上での間隔が相対的に減少していることから、制御部２８からＺ軸変位制御部３１に対して対物レンズ４の移動方向を反転させるための信号は出力されず、この場合は、継続して被検体６と合焦点Ｆとの光軸上での間隔が制御され、ステップ２０３で合焦検出が実行される。
【００３０】
従って、このようにすれば、ＣＣＤカメラ２６からの撮像画像をずれ方向検出部２７に取り込み、所定のタイミングでサンプリングし、このサンプリングにより取得した各画像についてコントラストを求め、この求められたコントラストと前回求めたコントラストとを比較し、前回のサンプリング画像の方がコントラストが高い場合は、被検体６と合焦点Ｆの光軸上での間隔が相対的に増大していると判断して、対物レンズ４の移動方向を反転させるようにできるので、被検体６を速やかに合焦動作範囲Ｃ内に導入することができ、短時間による合焦動作を実現できる。また、ＣＣＤカメラ２６の撮像画像から被検体と合焦点の位置ずれ方向に応じて、被検体６が合焦動作範囲Ｃ内に導入される方向に対物レンズ４を駆動できるので、従来の半導体レーザ発生源を移動するものと比べ、半導体レーザ発生源を含む光学系の構成を簡単にでき、さらに位置決め精度の上での問題も解決できる。
【００３１】
なお、この第１の実施の形態では、被検体６と合焦点Ｆの光軸上での間隔を制御するため、Ｚ軸駆動部３２により対物レンズ５を光軸方向に駆動するようにしているが、被検体６側を光軸方向に駆動するようにしてもよい。
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００３２】
この場合、偏光ビームスプリッタ２とビームスプリッタ７の間にビームスプリッタ３４、３５を挿入し、ビームスプリッタ３４で反射されるレーザビームを、撮像部３６の結像レンズ３７を介して撮像装置としてのＣＣＤカメラ３８に入射させる。ビームスプリッタ３５で反射されたレーザビームは、結像レンズ３９を介して撮像装置としてのＣＣＤカメラ４０に入射され、それぞれ対物レンズ５の焦点面の画像を撮像するようにする。そして、これらＣＣＤカメラ３８、４０で撮像した画像は、各別にずれ方向検出部２７の画像処理部２８に入力するようにしている。なお、ここでの結像レンズ３７および３９は、倍率の異なるものを用いている。
【００３３】
しかして、このように構成した実施の形態の合焦動作では、ＣＣＤカメラ３８または４０のうち選択された倍率の撮像画像のみを画像処理部２８に入力するようにする。この場合、どちらの倍率の撮像画像を用いるかは合焦検出を開始する前に予め指示するようにしてもよいし、最初の段階で双方の撮像画像によるコントラストを求め、次の段階でよりコントラストの変化率の大きな方に切り替えるようにしてもよい。
【００３４】
従って、このようにすれば、複数の倍率を有する撮像部を有することにより、被検体６表面上で、よりコントラストの高い領域を含んだ画像処理を実行できるので、ずれ方向の検出をさらに高精度に行うことができる。
【００３５】
なお、この第２の実施の形態では、異なる倍率の結像レンズ３７、３９を選択的に用いたが、これら結像レンズ３７、３９に代えて所定の範囲で倍率を変えることができるズームレンズを用いることもできる。
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、合焦判定部２２は、共焦点光学系で構成しているが、この第３の実施の形態では、瞳分割法を用いている。
【００３６】
図４は、第３の実施の形態に用いられる瞳分割法を採用した合焦判定部４８を示すもので、第１の遮蔽板４１、結像レンズ４２、ビームスプリッタ４３、第２の遮蔽板４４、第１の受光素子４５、第３の遮蔽板４６、第２の受光素子４７から構成している。
【００３７】
しかして、このような構成において、いま、図１で述べたように被検体６で反射され対物レンズ５で平行光にされたレーザビームが図４に示す合焦判定部４８に入射すると、第１の遮蔽板４１により反射光の半分（図示斜線の領域）が遮られる。また、遮られなかったレーザビームは、結像レンズ４２を介してビームスプリッタ４３に入射され、ビームスプリッタ４３を透過される光路と、ビームスプリッタ４３で反射される光路の２本に分割される。
【００３８】
そして、ビームスプリッタ４３を透過したレーザビームは、結像レンズ４２の集光点Ｐに配置された第２の遮蔽板４４を通過した後、第１の受光素子４５に入射する。ビームスプリッタ４３で反射したレーザビームは、結像レンズ４２の集光点Ｐに配置される第３の遮蔽板４６を通過した後、第２の受光素子４７に入射する。
【００３９】
ここで、第１の受光素子４５から出力された電気信号をＡ、第２の受光素子４７から出力された電気信号をＢとすると、結像レンズ４２からレーザビームが集光点Ｐよりも手前で像を結んだ場合、受光素子４５へのレーザビームは、遮蔽板４４により遮られてしまうためレーザビームは入射されないが、受光素子４７へのレーザビームは、遮蔽板４６に遮られないため、そのまま入射され、これにより各受光素子４４、４７の出力は、Ａ＜Ｂとなる。一方、結像レンズ４２からレーザビームが集光点Ｐよりも後方で像を結んだ場合、受光素子４７へのレーザビームは、遮蔽板４６により遮られてしまうため入射されないが、受光素子４５へのレーザビームは、遮蔽板４４により遮られないため、そのまま入射される。これにより各受光素子４４、４７の出力は、Ａ＞Ｂとなる。また、集光点Ｐの位置で像を結んだ場合は、受光素子４４、４７へのレーザビームは、それぞれ遮蔽板４４および４６により遮られないので、各受光素子４４、４７の出力は、Ａ＝Ｂとなる。
【００４０】
従って、このような瞳分割法を採用した合焦判定部４８を図１に示す信号処理部１２の前段に設け、各受光素子４４、４７の出力Ａ、Ｂを入力するようにしても、上述したと同様な効果を期待できる。
【００４１】
なお、図４に示す第３の実施の形態において、ビームスプリッタ４３、遮蔽板４６、受光素子４７を設けずに、遮蔽板４４を駆動する機構を設けて、図３に信号ＡおよびＢに対応する信号を取得するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、撮像手段の撮像画像により被検体と合焦点の位置ずれ方向を検出することで、この位置ずれ方向に応じて合焦のための光学系または被検体の駆動方向を決定できるので、迅速な合焦動作を実現できる。また、退避動作の際、被検体と合焦点の位置ずれが大きくなる方向に変位していると退避動作の方向を反転させることができるので、被検体を合焦動作範囲内に速やかに導入でき、短時間による合焦動作を実現できる。さらに、コントラストの高い領域を含んだ画像処理を実行できるので、ずれ方向の検出をさらに高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す図。
【図５】従来の焦点検出装置の一例の概略構成を示す図。
【図６】従来の一例の焦点検出装置を説明するための図。
【図７】従来の一例の焦点検出装置を説明するための図。
【図８】従来の焦点検出装置の他例の概略構成を示す図。
【図９】従来の他例の焦点検出装置を説明するための図。
【符号の説明】
１…半導体レーザ発生源、
２…偏光ビームスプリッタ、
３…１／４波長板、
４…結像レンズ、
５…対物レンズ、
６…被検体、
７…ビームスプリッタ、
８…第１の絞り、
９…第１の受光素子、
１０…第２の絞り、
１１…第２の受光素子、
１２…信号処理回路、
１２１…第１の演算回路、
１２２…第２の演算回路、
１２３…第３の演算回路、
２１…ビームスプリッタ、
２２…合焦判定部、
２３…結像レンズ、
２４…撮像部、
２５…結像レンズ、
２６…ＣＣＤカメラ、
２７…ずれ方向検出部、
２８…画像処理部、
２９…制御部、
３０…判定回路、
３１…Ｚ軸変位制御部、
３２…Ｚ軸駆動部、
３２１…モータ、
３４、３５…ビームスプリッタ、
３６…撮像部、
３７、３７…結像レンズ、
３８、４０…ＣＣＤカメラ、
４１…第１の遮蔽板、
４２…結像レンズ、
４３…ビームスプリッタ、
４４…第２の遮蔽板、
４５…第１の受光素子、
４６…第３の遮蔽板、
４７…第２の受光素子、
４８…合焦判定部。

Claims

光学系を通して被検体にプローブ光を照射し、被検体からの反射光を第１および第２の受光手段により受光し、これら第１および第２の受光手段の出力に基づいて被検体に対する焦点検出を行う焦点検出装置において、
前記光学系または前記被検体の一方を光軸方向に移動させるＺ軸変位制御手段と、
前記第１および第２の受光手段の出力に基づいて合焦動作範囲を判定する判定手段と、
前記判定手段での合焦動作範囲外の判定により前記被検体の撮像画像を取り込む撮像手段と、
前記撮像手段により取り込まれた撮像画像のコントラストにより前記被検体と合焦点の位置ずれ方向を検出する位置ずれ方向検出手段と、を備え、
前記Ｚ軸変位制御手段は、前記判定手段において、前記被検体が合焦動作範囲内に位置すると判定された場合、前記第１および第２の受光手段の出力結果に基づいて、合焦点を検出するように、前記被検体と前記光学系との光軸上での間隔を制御し、
前記被検体が合焦動作範囲外に位置すると判断された場合、前記撮像手段により取り込まれた撮像画像のコントラストに基づいて、前記被検体と合焦点の位置ずれ方向を前記位置ずれ方向検出手段により検出し、前記被検体が前記合焦動作範囲内に位置するように制御することを特徴とする焦点検出装置。
さらに前記判定手段は、合焦動作範囲外に位置すると判断した場合、前記光学系または前記被検体の一方を所定の退避位置まで移動させる退避動作実行手段と、
前記退避動作実行手段による退避動作の際、前記位置ずれ方向検出手段により前記被検体と合焦点の位置ずれが大きくなる方向の変位が検出されると前記退避動作方向を反転させる制御手段と
を具備したことを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
前記撮像手段は、異なる倍率の被検体の撮像画像を取り込み可能にしたことを特徴とする請求項１または２記載の焦点検出装置。
前記位置ずれ検出手段は、前記撮像手段で取得された前回の画像のコントラストと今回の画像のコントラストを比較し前記被検体と合焦点の位置ずれ方向を検出することを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。