JP4519987B2 - 焦点検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を介して対象物の観察、測定、検査を行う光学装置に用いられる焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系を介して対象物の観察、測定、検査を行う光学装置、例えば光学顕微鏡では、観察者は対象物の像を鮮明に観察するために、ステージを上下に移動させて対物レンズと対象物の間隔を調整して焦点合わせをしなければならない。この時、対物レンズの倍率が高い場合は焦点深度が浅いため、ステージを大きく移動させると合焦位置を見つけることができない。そこで観察者は、少しずつステージを移動させなければならず、合焦位置を見つけるのに時間がかかる。一方、対物レンズの倍率が低い場合は焦点深度が深いため、観察者はどのステージ位置で焦点が合っているのか判断することが困難になる場合がある。
【０００３】
このような問題を解消するために、近年、これらの光学装置に焦点検出装置を組み合わせるようになってきている。焦点検出装置にはさまざまな方式のものがあるが、その１つとして、対象物に向かって光を照射し、対象物から反射した反射光を光検出器で検出し、反射光の状態によって合焦状態か非合焦状態かを判断するアクティブ方式の焦点検出装置がある。
【０００４】
アクティブ方式の焦点検出装置の構成を図４３に示す。４は光源、５はコリメートレンズ、７は遮光板、８は偏光ビームスプリッタ、１１は１／４波長板、１２はダイクロイックミラー、３は対物レンズ、Ｓは対象物である標本、１３は結像レンズ、１４は光検出器である。
【０００５】
光源４は半導体レーザであって、赤外波長域のレーザ光を射出する。また、偏光状態は直線偏光である。レーザ光はコリメートレンズ５で平行光束となり、偏光ビームスプリッタ８に入射する。この時、コリメートレンズ５と偏光ビームスプリッタ８の間に配置された遮光板７によって、光束の半分が遮光される。偏光ビームスプリッタ８はＰ偏光の直線偏光を反射し、Ｓ偏光の直線偏光を透過する特性を備えている。そこで、射出されるレーザ光の偏光方向がＰ偏光方向と一致するようにあらかじめ半導体レーザを配置しておけば、偏光ビームスプリッタ８に入射したレーザ光の全てが偏光ビームスプリッタ８の反射面で反射されるので光強度（光量）の損失が生じない。
【０００６】
偏光ビームスプリッタ８の反射面で反射されたレーザ光は１／４波長板１１に入射する。１／４波長板１１は入射した直線偏光の円偏光にして射出するように配置されており、１／４波長板１１を射出したレーザ光は円偏光となってダイクロイックミラー１２で反射され、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は入射したレーザ光を標本Ｓ上に集光する。
【０００７】
標本Ｓで反射したレーザ光は再び対物レンズ３を通過するが、このとき入射した時と同じ光路を戻るのではなく、光軸を挟んで反対側の光路を戻っていく。そして、ダイクロイックミラー１２で反射され１／４波長板１１に入射する。ここで、円偏光のレーザ光は直線偏光となって射出されるが、今度は直線偏光の方向がＳ偏光方向となるので、偏光ビームスプリッタ８に入射したレーザ光は全て偏光ビームスプリッタ８を通過して結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３は入射したレーザ光を集光する。集光位置には光検出器４が配置され、レーザ光の光強度に応じた電気信号を発生する。光検出器１４は独立した２つの受光部Ａ、Ｂが近接して配置された構造を有しており、例えば２分割フォトダイオードが用いられる。
【０００８】
なお、図４３の構成では、対物レンズ３によって標本Ｓ上に集光されたレーザ光は形状が略円形で、非常に小さな面積を持つ集光点（以後、スポット光とする）となる。また、スポット光の数は１つである。よって、図４３に示した構成を、シングルスポット投光方式と呼ぶことにする。
【０００９】
シングルスポット投光方式において、合焦・非合焦状態がどのようにして判断（検出）されるかを図４４（ａ）及び図４５を用いて説明する。図４４（ａ）は凹凸形状を有する標本の凸部表面にスポット光が照射されており、この凸部表面に対して合焦になっている状態である。すなわち、対物レンズ３によって集光されたスポット光の大きさが最も小さくなる位置（以後、対物レンズの焦点位置とする）と標本Ｓの凸部表面とが一致している状態である。このとき、凸部表面で反射されたスポット光は、図４５（ｂ）の上側の図に示すように光検出器１４の中心に集光する。参考のために、光検出器１４の右側に集光した光束（スポット光）の光強度分布を示した。
【００１０】
光検出器１４は２つの同じ形状の受光部Ａ、受光部Ｂで構成されている。受光部Ａと受光部Ｂの間にはわずかな空隙部（ここでは単純に実線で示している）があり、この空隙部が光軸と一致している。なお、図４５（ｂ）の下側の図は上側の図の矢印方向から見た図である。
【００１１】
図４５（ａ）からわかるように、合焦状態では標本Ｓからの反射光は光軸上に集光するため、光検出器１４上に形成されるスポット光は光軸に対して左右対称な光強度分布となる。すなわち、スポット光の半分は受光部Ａに形成され、残りの半分は受光部Ｂに形成されることになるから、受光部Ａと受光部Ｂに形成されたスポット光の面積（光強度）は等しくなる。よって、合焦状態では２つの受光部Ａ、受光部Ｂから発生する電気信号も等しくなる。
【００１２】
次に非合焦状態であるが、これは標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ３から離れた位置にある状態と、標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ３に近い位置にある状態の２つがある。ここでは、前者の場合を後ピン状態、後者の場合を前ピン状態とする。後ピン状態の場合は図４５（ａ）に示すように、標本から反射したレーザ光は光検出器１４の手前で集光するため、光検出器１４上には図４５（ｂ）と比べて大きな径の光束が形成される。しかも、２つの受光部Ａ、Ｂに形成される光束は左右対称ではなく、一方の受光部、ここでは受光部Ｂに大きな光束が形成される。したがって、後ピン状態では、受光部Ｂで発生する電気信号に比べて受光部Ａで発生する電気信号が小さくなる。逆に、前ピン状態では、図４５（ｃ）に示すように、受光部Ａに大きな光束が形成されるので、受光部Ｂで発生する電気信号に比べて受光部Ａで発生する電気信号が大きくなる。
【００１３】
このように、対物レンズ３と標本Ｓの間隔によって受光部Ａと受光部Ｂで発生する電気信号の大小関係が変化するので、その差をとった信号（以後、フォーカスエラー信号）の値によって合焦状態か非合焦状態かの判断、更には前ピン状態か後ピン状態を判断することができる。したがって、このような焦点検出装置を顕微鏡などの光学装置に組み合わせて、フォーカスエラー信号がゼロになるようにステージを上下に移動させれば、自動的に標本に合焦することができる。
【００１４】
また、別のアクティブ方式の焦点検出装置としては、特開平８−２５４６５０号公報や特開平１０−１６１１９５号公報に記載されたものがある。これらの公報では、図４３においてコリメートレンズ５と遮光板７の間にシリンドリカルレンズやトーリックレンズを配置する構成が示されている。このような構成では図４６（ａ）に示すように、対物レンズ３により標本Ｓ上に集光されたレーザ光の形状は細長いスリット状となる。なお、図４６のような投光方式をスリット投光方式と呼ぶ。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図４３に示すシングルスポット投光方式の場合、図４４（ｂ）ような凹凸部のエッジ部（境界部）や段差のエッジ部にスポット光が照射されると、エッジ部で光が散乱されてしまう。その結果、光検出器に戻ってくる光の光強度が大幅に減少して焦点検出の精度が劣化するという問題がある。また、光検出器１４上に形成されるスポット光の形状が変形してしまい、例えば、標本Ｓ位置と対物レンズ３の合焦位置が一致しているにもかかわらず、フォーカスエラー信号がゼロにならずに非合焦状態と誤って判断してしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、図４４（ｃ）に示すように、標本が複数の高さの異なる凹凸形状を有している場合、スポット光が照射されている特定の高さの部分にのみ焦点が合ってしまう。そのため、例えば最も高い面に合焦してしまうと他の凹凸部が極端にぼけてしまい、高さの異なる複数の段差を一度に観察したり、複数の段差の幅を一度に測定することができない。
【００１７】
一方、スリット投光方式の場合、図４６（ｂ）に示すように、凹凸部のエッジ部や段差のエッジ部にスリット光が照射されたとしても、エッジ部分に照射される光の面積に比べて凸部や凹部の平面部分に照射される光の面積が大きい。そのため、エッジ部によって散乱される光の影響をほとんど受けることがなく、フォーカスエラー信号に誤差が生じることが少ない。また、図４６（ｃ）のように、標本が複数の高さの異なる凹凸形状を有している場合、異なる高さで反射した光が同時に光検出器１４上に集光するため、特定の高さに合焦するのではなくて平均的な高さに合焦することになる。よって、さまざまな凹凸部を一度に観察することができる。
【００１８】
しかしながら、スリット投光方式で用いられるシリンドリカルレンズやトーリックレンズはレンズ自体が高価である。また、組立時の位置調整が困難であるため、複雑な調整機構を必要とする。また、複数の高さの異なる凹凸形状に対しては常に平均的な高さに合焦してしまい、シングルスポット投光方式のように特定の高さに精密に合焦させることができない。
【００１９】
なお、スリット投光方式としては、光束中に細長い開口を持つ絞りを設けて光束をスリット状にする方法もあるが、光束の多くが絞りで遮光されるため光強度の損失が大きいという問題がある。
【００２０】
本願発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、段差などのエッジ部での散乱の影響を受けにくい焦点検出装置を提供することを目的とする。
また、複数の高さの異なる凹凸形状に対して平均的な高さに合焦できるだけでなく、特定の高さにも合焦できる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００２１】
また、光量損失が少なく、安価でしかも組立時の調整が容易に行える焦点検出装置を提供することを目的とする。
また、合焦できる確率が高い焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の焦点検出装置は、１つの光束を発生する発光部を１つだけ備えた光源と回折光学素子を有し複数の光束を射出する多光束発生部材と、前記複数の光束のそれぞれについて光束の一部を遮光する遮光部材と、入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する光分割部材と、入射した光束を集光する集光光学系と、少なくとも２つの受光部を備える光検出器とを備え、前記多光束発生部材及び前記遮光部材は第１の光路に配置され、前記集光光学系及び前記光検出器は第２の光路に配置され、前記光分割素子は前記第１の光路の光軸と前記第２の光路の光軸が交わる位置に配置され、前記光検出器は前記集光光学系の集光位置に配置され、前記第1の光路中で前記回折光学素子を挿脱する第１の駆動機構を備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
第１実施例を図１に示す。図１は本発明の焦点検出装置を顕微鏡に組み合わせた時の構成を示している。ここで、図示しない顕微鏡本体にステージ１、レボルバ２が取り付けられており、レボルバ２には対物レンズ３ａ、３ｂが装着されている。ステージ１の上には標本Ｓが載せられている。レボルバ２は回転可能になっており、対物レンズ３ａか３ｂのどちらかが（対物レンズ２つ以上レボルバに取り付けられている場合はいずれか１つの対物レンズが）標本Ｓ上に位置するようになっている。
【００２７】
レボルバ２の回転は手動によって行って行われる場合もあるが、図１では電動式になっている。そのため、レボルバ２の近傍にはレボルバ２を回転するためのレボルバ用モータ１５が配置され、更にこのレボルバ用モータ１５を制御するためのレボルバ用モータ駆動部１７が設けられている。また、どの対物レンズがレボルバ２のレボ穴に装着されているかを設定したり検出するため、あるいはどの対物レンズが標本Ｓ上に位置しているかを検出するためのレボ穴位置検出部１９が設けられている。レボルバ用モータ駆動部１７及びレボ穴位置検出部１９はコントロール部２３に接続され、コントロール部２３によって制御されるようになっている。
【００２８】
次に、焦点検出装置は、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６、遮光板７、偏光ビームスプリッタ８、結像レンズ１３、光検出器１４で構成されている。なお、図４３と同じ構成要素には同じ番号を付し、機能や作用についての詳細な説明は省略する。
【００２９】
光源４（ここでは半導体レーザ）にはレーザ駆動部２０が接続され、レーザ駆動部２０はコントロール部２３に接続されている。よって、光源４を発振させたり（点灯）、発振を止めたり（消灯）する制御をコントロール部２３で行うことができる。
【００３０】
本実施例では偏光ビームスプリッタ８とダイクロイックミラー１２の間に、光源４から射出されたレーザ光を対物レンズまで導くリレー光学系を構成するレンズ９、１０が配置されている。レンズ９は偏光ビームスプリッタ８から射出した平行光束を一旦集光し、レンズ１０は集光した光を平行光束にして射出するように配置されている。レンズ９で集光された位置は対物レンズ３の焦点位置と共役な位置であって標本Ｓの中間像が形成される中間結像位置である。なお、レンズ１０とダイクロイックミラー１２の間には１／４波長板１２が配置されている。
【００３１】
光検出器１４には増幅器２１が接続されている。増幅器２１は、光検出器１４の２つの受光部Ａ、Ｂでそれぞれ光電変換されて生じた電流を電圧に変換するとともに、電気信号を増幅する回路を２つ有している。増幅器２１で増幅された電気信号はＡ／Ｄ変換器２２でそれぞれデジタルデータに変換され、コントロール部２３内に設けられた記憶素子にそれぞれ保存される。
【００３２】
このほか、コントロール部２３にはパルスカウンタ２４が接続され、パルスカウンタ２４にはＪＯＧエンコーダ２５が接続されている。ＪＯＧエンコーダ２５は準焦用モータ１６を介して、ステージ１を上下に移動させる時に用いられるものである。また、コントロール部２３には操作部２６が接続されている。操作部２６には、レボルバ２を回転させて対物レンズの交換を行うための対物レンズ交換スイッチや、オートフォーカスの実行や解除を指示するＡＦ制御スイッチ、実行前に各種条件を設定するためのスイッチ類や入力部が配置されている。
【００３３】
ＪＯＧエンコーダ２５は回転機構を有しており、回転に伴う回転方向と回転量はパルスカウンタによって検出される。検出された回転方向と回転量のデータはコントロール部２３によって読み出され、そのデータに基づいて準焦用モータ駆動部１８に駆動データが送られる。準焦用モータ駆動部１８は駆動データに基づいて準焦用モータ１６に駆動信号を与える。その結果、ステージ１が光軸に沿って上下に移動する。なお、更にモータ等の駆動機構を備えることによって、ステージを光軸に垂直な方向に移動させることができるが、この時のステージの移動もＪＯＧエンコーダ２５を使って制御することが可能である。また、ステージ１を光軸方向に移動させるのではなく、対物レンズ３を単独で光軸方向に移動させるか、もしくは対物レンズ３とレボルバ２を一体で光軸方向に移動させても構わない。
【００３４】
コントロール部２３の詳細を図２に示す。コントロール部２３はＣＰＵ２７、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ２９、Ｉ／Ｏポート３０で基本的に構成されている。そして、それぞれがデータバス３１で接続され、データバス３１を介してデータのやり取りが行われる。ＲＯＭ２８にはオートフォーカス動作やステージ１の移動、あるいはレボルバ２の回転等、各種の制御を行うためのプログラムが格納されている。また、ＲＡＭ２９は、例えば前述のＡ／Ｄ変換機２２からのデジタルデータを保存する。Ｉ／Ｏポート３０は各種駆動部の制御信号の入出力を行う。
【００３５】
本実施例では、コリメートレンズ５と遮光板７の間に回折格子６が配置され、光源４と回折格子６とで多光束発生部材を構成している。回折格子６は、例えば平行平面板の一方の表面に周期的な振幅変化あるいは位相変化が形成されたもので、入射した光を複数のしかもそれぞれ角度の異なる光として射出する。図３はこの様子を示すもので、入射光と同じように直進して射出する０次光、ある角度で回折されて射出する±１次光、さらに大きな角度で射出される±２次光というように、１つの入射光から複数の光が発生する。なお、±２次光よりも更に高次の回折光も生じるが図３では省略している。
【００３６】
光源４から射出した１つの光束は、回折格子６を通過後に射出する角度が異なる多数の回折光（光束）を生じる。図４は、遮光板７の位置における０次〜±ｎ次の回折光ｄ0〜ｄnの様子を示したものである。これらの回折光ｄ0〜ｄnは遮光板７によって各光束の半分が遮光された後、対物レンズ３ａによって標本Ｓに照射されることになる。よって、標本Ｓ上には複数のスポット光が照射されることになる。本実施例のように、複数のスポット光が標本上に照射される投光方式をマルチスポット投光方式とする。
【００３７】
標本Ｓで反射した複数のスポット光は、入射時と光軸を挟んで反対側の光路を逆に戻り光検出器１４上に集光する。図５は光検出器１４上での反射光の集光状態を示したものある。なお、複数のスポット光は標本の同一平面（同一高さ）で反射したものとする。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、後ピン状態、合焦状態、前ピン状態のときの集光状態である。図４５と同様に、後ピン状態では受光部Ａに比べて受光部Ｂに面積の大きな光束が入射し、合焦状態では受光部Ａ、Ｂともに同じ面積の光束が集光し、前ピン状態では受光部Ｂに比べて受光部Ａに面積の大きな光束が集光する。
【００３９】
このように、本実施例においても対物レンズ３と標本Ｓの位置関係に応じて、受光部Ａと受光部Ｂからの電気信号を演算して得られるフォーカスエラー信号が変化する。よって、フォーカスエラー信号の値から合焦・非合焦の状態、更には前ピン状態あるいは後ピン状態を判断することができる。
【００４０】
また、図６（ａ）に示すように標本に段差があったとしても、本実施例では図６（ｃ）に示すように３つのスポット光が照射されているので段差のエッジ部での影響を受けにくい。すなわち、例えば、中央のスポット光はエッジ部に照射されて半分以上が散乱されたとしても、その外側にある２つのスポット光は半分以上が平坦な部分に照射されているため、光検出器１４には外側の２つのスポット光による反射光が戻ってくる。よって、フォーカスエラー信号に誤差が生じにくくなり、スリット投光方式と同様に正確で安定した合焦が可能となる。
【００４１】
また、図７（ａ）に示すような複数の高さの異なる凹凸形状を持つ標本において、平均的な高さに合焦させることも可能である。図７（ｂ）はシングルスポット投光方式の場合であって、凹凸の最も高い位置に合焦している場合である。この場合、このスポット光が照射されている位置のみ合焦状態になるため、他の凹凸部は非合焦状態になる。特に対物レンズが高倍率の場合、最も低い凹部は完全に非合焦状態（いわゆるピンぼけ）になり、全く観察することができない。したがって、ＬＡ−ＬＢ間の幅は測定できても、ＬＣ−ＬＤ間の幅はほとんど測定できないといった状態が生じる。
【００４２】
これに対して、本実施例では、図７（ｃ）に示すように、複数の高さの異なる凸部あるいは凹部に複数のスポットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３が照射される。よって、光検出器１４の受光面Ａ、Ｂには、合焦状態のスポット光ＳＰ’１、後ピン状態のスポット光ＳＰ’２、前ピン状態のスポット光ＳＰ’３が同時に形成されるので、フォーカスエラー信号はこれらの平均的な値になる。よって、スリット投光方式と同様に、平均的な高さに合焦することができる。この場合、スポット光が照射されている部分はいずれも非合焦状態であるが、合焦状態からわずかにずれている程度で極端にぼけて見えるわけではない。ＬＡ−ＬＢ間及びＬＣ−ＬＤ間の像はややぼけた状態ではあるが観察可能であるから、ＬＡ−ＬＢ間及びＬＣ−ＬＤ間のいずれにおいても幅の測定は可能となる。
【００４３】
このように、本実施例では回折格子６を光路中に配置することで、エッジ部の散乱に影響されない高精度の合焦が実現できるほか、平均的な高さに合焦することができる。なお、回折格子６はシリンドリカルレンズに比べて安価であるほか、外形が平行平面板であるので組み立て時の調整が容易である。また、保持機構も簡略にすることができる。また、回折格子はシリンドリカルレンズに比べて軽量であるため、移動させるにしても簡単な移動機構で容易に移動させることができる点で好ましい。
【００４４】
（第２実施例）
第２実施例を図８に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の構成は、第１実施例の構成に回折格子駆動部３２、回折格子駆動モータ３３が加わったものである。本実施例では、回折格子６を回折格子駆動モータ３３によって移動することができる。よって、回折格子６が光路中にある場合は回折格子によって複数の光束が生じるため、マルチスポット投光方式による焦点検出が行える。一方、回折格子６が光路中にない場合は１つの光束しか生じないため、シングルスポット投光方式による焦点検出が行える。
【００４５】
回折格子６光路中への挿脱は、コントロール部２３に設けられた図示しない投光方式切替えスイッチによって行われる。例えば、初期状態ではシングルスポット投光方式になっており、回折格子６は光束を遮らない位置（以後、待機位置とする）に配置されているものとする。この状態からマルチスポット投光方式にするために投光方式切替えスイッチが１回押されると、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に駆動命令を送る。そして回折格子駆動部３２から駆動信号が回折格子駆動モータ３３に送られ、回折格子駆動モータ３３が回転する。回転は図示しない公知の移動機構に伝達され、移動機構に搭載された回折格子６が光路中に移動し、マルチスポット投光方式の構成となる。再びシングルスポット投光方式にする場合は、投光方式切替えスイッチを再び押すことによって、回折格子が待機位置に移動して投光方式の切換えが完了する。
【００４６】
なお、投光方式を切替えるスイッチは１つでなくとも良く、シングルスポット投光方式用スイッチとマルチスポット投光方式用スイッチをそれぞれ用意し、いずれか一方を押して投光方式を切替えあるいは選択するようにしても良い。
【００４７】
以上のように、本実施例ではシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替えて使用できる。そのため、シングルスポット投光方式を使って標本の特定の位置（高さ）に高精度に合焦したり、マルチスポット投光方式を使ってエッジ部による動作不安を起こさずに合焦したり、凹凸のある標本の平均的な位置（高さ）に合焦したりできるというように、標本の形状に応じてシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を使い分けて最適な合焦を行うことができる。
【００４８】
（第３実施例）
第３実施例を図９に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では、回折格子６は常に光路中に配置されており、複数の光束が発生している状態になっている。そして、リレー光学系を構成するレンズ９、１０の間の中間結像位置に光束制限部材であるピンホール３４が配置され、このピンホール３４を光路中に挿脱することによって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式の切換えを行っている。ピンホール３４を移動させるために、ピンホール駆動部３５及びピンホール駆動用モータ３６を備えている。
【００４９】
ピンホール３４は微小な開口部を１つ有しており、この開口部はピンホール３４が光路中に挿入されたときに光軸上に位置するように設けられている。また、ピンホール３４が配置される位置は、上述のように中間結像位置である。なお、本実施例のピンホール３４は開口部が１つなのでシングルピンホールと称すべきであるが、簡単のためにピンホールとする。
【００５０】
本実施例では、ピンホール３４を光路中に挿脱させることによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えを行う。また、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えは、第２実施例と同様に投光方式切替えスイッチによって行う。
【００５１】
シングルスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はピンホール駆動部３５に対してピンホール３４を光路中に配置するように指示する。ピンホール駆動部３５はコントロール部２３の指示に従いピンホール駆動モータ３６に駆動信号を与え、ピンホール駆動モータ３６の回転によってピンホール３４が光路中の中間結像位置に移動する。ピンホール３４はその開口部の中心が光路の光軸に一致した位置で静止する。
【００５２】
中間結像位置には回折格子６によって形成された複数の光束が集光している。このうち、０次光は光軸上に集光し、±１次光を含む高次の光束は光軸から離れた位置に集光している。ピンホール３４の開口部は光軸上に集光した光のみを通過させるので、ここでは０次光がピンホール３４の開口部を通過し、他の高次の光は開口部以外の遮光部で遮光されることになる。この結果、標本Ｓ上には１つのスポット光だけが形成されることになる。
【００５３】
一方、マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はピンホール駆動部３５に対してピンホール３４を光路から取り出す（離脱させる）ように指示する。ピンホール駆動部３５はコントロール部２３の指示に従い、ピンホール駆動モータ３６に駆動信号を与える。ピンホール３４は光路中から待機位置に移動して光路からの離脱が完了する。中間結像位置には回折格子６によって形成された複数の光束が集光しているが、これらの光束は全て通過するので、標本上には複数のスポット光が形成されることになる。
【００５４】
以上のように、本実施例も第２実施例と同様に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替えて使用できるため、第２実施例と同様の効果が得られる。
【００５５】
（第４実施例）
第４実施例を図１０に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では第３実施例と同様に、回折格子６は常に光路中に配置されており、複数の光束が発生している状態になっている。本実施例の場合、第２の光源であるレーザ３７、レーザ駆動部３８、第２のコリメートレンズ３９、ハーフミラー４０を備え、光源２０と光源３７のいずれかを発振（点灯）させることによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えを行う。なお、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えは、第２実施例と同様に投光方式切替えスイッチによって行う。
【００５６】
シングルスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３からレーザ駆動部３８のみに発振開始の命令が送られ、光源３７である半導体レーザからレーザ光が射出される。レーザ光は第２のコリメートレンズ３９で平行光束に変換された後、ハーフミラー４０に入射する。ハーフミラー４０で反射されたレーザ光は遮光板７で半分の光束が遮光される。ここで、光源３７とハーフミラー４０の間にはコリメートレンズ３９以外何も存在しないので、光束の数は１つである。一方、レーザ駆動部２０に対してはコントロール部２３から発振開始の信号は送られないため、光源３７からレーザ光が射出している間は光源４からレーザ光は射出されない。したがって、標本上には１つのスポット光しか形成されないことになる。
【００５７】
一方、マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３からレーザ駆動部２０のみに発振開始の命令が送られる。この場合光源４とハーフミラー４０の間には、コリメートレンズ３９の他に回折格子６が存在するので、複数の光束が発生する。なお、光源３７にはコントロール部２３から発振停止の命令がレーザ駆動部３８に送られる。よって、標本上には複数のスポット光が形成されることになる。
【００５８】
以上のように、本実施例も第２実施例と同様にシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替えて使用できるため、第２実施例と同様の効果が得られる。なお、本実施例では、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えに機械的な駆動を必要としないため、切替えを短時間で行うことが可能になる。また、切替えに伴う振動の問題も起きない。
【００５９】
なお、切替え時間や振動が問題にならない程度であれば、光源４とハーフミラー４０の間、光源３７とハーフミラー４０の間にシャッタを配置して、シャッタを開閉して投光方式を切替えることもできる。この時、シャッタは機械式、液晶、電気光学効果を利用した光学素子のいずれで構成しても良い。
【００６０】
（第５実施例）
第５実施例は、観察者に合焦操作の負担をかけずに標本に合焦する確率を高くする方法に関するものである。焦点検出動作において標本にうまく合焦できない原因としては、標本の反射率が低い、エッジ部によって光の散乱が生じる（特に高倍率対物レンズ使用時）、標本の周期的構造によって光の回折や散乱が生じる（特に低倍率対物レンズ使用時）、などがある。このような場合には、前述のようにマルチスポット投光方式による焦点検出が有効であるが、実際にシングルスポット投光方式が良いのかマルチスポット投光方式が有効なのかは、合焦装置を作動させてみなければ分からない場合がある。ただし、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えを観察者（操作者）が行っていたのでは、投光方式をそれぞれ手動で実行しなければならず、手間が掛かって不便である。
【００６１】
そこで、本実施例では焦点検出の状況をコントローラ２３で監視し、その状況に応じて投光方式を自動的に切替えるようにしている。図１１は投光方式を自動的に切替える処理を、フローチャートで示したものである。ここでは、最初にシングルスポット投光方式を使った合焦が行われるものとする。焦点検出動作（ＡＦ動作）の開始の命令（Ｓ１）によって、焦点検出動作が行われる（Ｓ２）。焦点検出動作が開始されると、対物レンズ３と標本Ｓとの間が変化してフォーカスエラー信号が生成される。フォーカスエラー信号の値に基づいて合焦・非合焦の状態が判断され（Ｓ３）、フォーカスエラー信号がゼロになったときに、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出できたと判断され、シングルスポット投光方式での焦点検出動作が終了する（Ｓ４）。
【００６２】
フォーカスエラー信号がゼロになっていない場合は、まだ合焦位置が検出できていないと判断してシングルスポット投光方式による焦点検出動作を続けるが、その前に所定の条件内（例えば、対物レンズ３標本Ｓとの間を変化させる回数）で合焦位置が検出できなかったのか否かが判断される（Ｓ５）。所定の条件内で合焦位置が検出できなかった場合は、焦点検出動作（Ｓ２）、合焦位置の検出の判断（Ｓ３）、所定の条件を満足したかの判断（Ｓ５）の処理が繰り返し行われる。
【００６３】
所定の条件を満足したにも関わらず合焦位置が検出できなかった場合、シングルスポット投光方式で合焦位置を検出できなかったと判断する。そして、マルチスポット投光方式であるかどうかが判断され（Ｓ６）る。ここでは、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出できなかったので、マルチスポット投光方式への切換えが行われる（Ｓ７）。
【００６４】
マルチスポット投光方式へ切替わったのち、焦点検出動作（Ｓ２）、合焦位置の検出の判断（Ｓ３）、所定の条件を満足したかの判断（Ｓ５）の処理が繰り返し行われ、合焦位置が検出できたと判断されるとマルチスポット投光方式での焦点検出動作が終了する（Ｓ４）一方、マルチスポット投光方式でも合焦位置が検出できなかった場合、シングルスポット投光方式でもマルチスポット投光方式でも合焦位置の検出ができないと判断し待機状態となる（Ｓ８）。
【００６５】
本実施例では上記のような処理を備えることによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式による焦点検出動作が自動的に行われるので、観察者の合焦操作の負担を軽減できる。また、２つの投光方式で焦点検出動作を試行するので、合焦できる確率が高くなる。
【００６６】
（第６実施例）
第６実施例は、、一旦マルチスポット方式によって合焦位置の検出を行い、その後シングルスポット投光方式で合焦位置を検出するものである。
【００６７】
図１２はこの処理をフローチャートで示したものである。最初にシングルスポット投光方式を使った合焦が行われるものとする。焦点検出動作（ＡＦ動作）の開始の命令が出された（Ｓ１）後、マルチスポット投光方式への切換えが行われる（Ｓ２）。投光方式の切換えが終了した後、焦点検出動作が行われる（Ｓ３）。焦点検出動作では、対物レンズ３標本Ｓとの間を変化させながらフォーカスエラー信号が生成される。フォーカスエラー信号の値に基づいて合焦・非合焦の状態が判断され（Ｓ４）、フォーカスエラー信号がゼロになったときに、マルチスポット投光方式で合焦位置が検出できたと判断され、マルチスポット投光方式での焦点検出動作が終了する。フォーカスエラー信号がゼロになっていない場合の処理は、第５実施例と同様である。
【００６８】
マルチスポット投光方式での焦点検出動作が終了した後、シングルスポット投光方式への切換えが行われ（Ｓ５）、マルチスポット投光方式による高精度の焦点位置動作（ここでは焦点検出動作と合焦・非合焦の状態が判断の２つの処理）が行われる（Ｓ６）。フォーカスエラー信号がゼロになったときに、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出できたと判断され、シングルスポット投光方式での焦点検出動作が終了する（Ｓ７）。
【００６９】
なお、マルチスポット投光方式で合焦位置が検出できなかった場合は、第５実施例と同様に待機状態となる。また、図示していなが、マルチスポット投光方式からシングルスポット投光方式に切り替わった後、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出しない場合も待機状態となる。
【００７０】
本実施例では上記のような処理を備えることによって、マルチスポット投光方式によって標本の平均的な高さに合焦した後に、シングルスポット投光方式に切り替えて高精度な合焦が行える。したがって、シングルスポット投光方式単独に比べて合焦できる確率が高くなる。
【００７１】
（第７実施例）
第７実施例を図１３に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第２実施例の構成に、回折格子６の位置を検出する光センサ４１、光強度減衰部材であるＮＤ（Neutral Density）フィルタ４２、ＮＤフィルタ４２を移動させるＮＤ駆動部４３、ＮＤ駆動用モータ４４が加わったものである。
【００７２】
本実施例は第２実施例と同様に、回折格子６を光路中に挿脱するものである。前述のように、回折格子６が光路中にある時は回折によって複数の光束が発生する。このとき、各々の光束の光強度は、回折格子６に入射する前の光束の光強度に比べて小さくなる。また、回折格子６によって多少の光強度の損失が生じるため、各々の光束の光強度の総和は、回折される前の光束の光強度に比べてかなり異なる。すなわち、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とでは、光検出器１４に入射する光束の光強度（マルチスポット投光方式の場合は各々の光束の総和）に差が発生することになる。この光強度の差が大きいと、光検出器１４や増幅器２１には広いダイナミックレンジが要求される。ダイナミックレンジの広い光検出器や増幅器は高価であることや、増幅回路も複雑になるので、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで光強度の差ができるだけ小さくなるようにするのが好ましい。
【００７３】
そこで、本実施例ではＮＤフィルタ４２を光路中に挿脱することによって光強度を調整し、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式における光強度差がほとんどないようにしている。なお、ＮＤフィルタ４２は、入射した光の強度を特定の割合で減少させる光学フィルタである。
【００７４】
本実施例では、試料面に照射される光強度の総和あるいは光検出器１４で受光した時の光強度の総和が、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とでほぼ同じになるようにＮＤフィルタ４２の透過率を設定している。そして、回折格子６が光路中にない場合はＮＤフィルタ４２を光路中に入れ、回折格子６が光路中にある場合はＮＤフィルタ４２を光路から取り出すように構成することによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで光強度が略等しくなるようにしている。
【００７５】
本実施例では図１４に示すように、回折格子６が光路中に挿入されているのか、光路から離脱されているのかを検出できるように光センサ４１を備えている。また、回折格子６は格子形状が形成された回折部のほかにセンサ遮光部６ａを備えている。このセンサ遮光部６ａは、回折部と一体に形成されていても良いし、別体で形成した後に一体化しても良い。なお、回折部の格子形状とは回折格子６に形成された濃淡あるいは凹凸で表される形状であって、直線に限らず同心円状など様々な形状を含む。
【００７６】
回折格子６の光路中への挿脱は実施例２と同様に、コントロール部２３に設けられた図示しないスイッチによって行われるが、本実施例では回折格子６の光路中の挿脱に同期して、または非同期でＮＤフィルタ４２を光路中に挿脱すればよい。この場合、回折格子６の位置を検出しなければならないため、上述のように、回折格子６の位置を検出するための光センサ４１が光束に沿って配置されている。
【００７７】
光センサ４１は発光部４１ａと受光部４１ｂで構成され、発光部４１から射出したセンサ光が受光部４１ｂに入射されるようになっている。発光部４１ａと受光部４１ｂの間には何もないため、この状態では発光部４１ａからのセンサ光は常に受光部４１ｂで入射している。一方、発光部４１ａと受光部４１ｂの間に遮光物が入ると、センサ光が遮られて受光部４１ｂにセンサ光が入射しなくなる。このように、受光部４１ｂにセンサ光が入射しているかしていないかで、２つの状態を検出することができる。
【００７８】
本実施例では、受光部４１ｂにセンサ光が入射している状態をオン、入射していない状態をオフとする。図１４に示した光センサはフォトインタラプタと呼ばれるものであるが、センサ光を対象物に照射して反射した光を受光するフォトリフレクタと呼ばれる光センサや、機械的接点の接触状態を検出する接触式センサを用いることもできる。
【００７９】
図１４（ａ）はシングルスポット投光方式における回折格子６と光センサ４１の位置関係を示している。シングルスポット投光方式が選択された場合、回折格子６及びセンサ遮光部６ａはいずれも待機位置に配置される。したがって、光センサ４１からコントロール部２３へはオン信号が出力されている。次に、焦点検出がシングルスポット投光方式からマルチスポット投光方式に切り替わった場合、回折格子６は待機位置から移動して光束中に位置する。このとき、センサ遮光部６ａが発光部４１ａから射出されたセンサ光を遮る。そのため、センサ受光部４１ｂはセンサ光を受光できなくなるので、オフ信号が光センサ４１からコントロール部２３へ出力される。
【００８０】
コントロール部２３は光センサ４１からのオン、オフ信号に基づいてＮＤ駆動部４３に駆動命令を出す。この駆動命令によってＮＤ用モータ４４が回転してＮＤフィルタ４２を移動させる。この結果、ＮＤフィルタ４２が光路から挿脱されることになる。本実施例では、光センサ４１からの出力信号がオンの時はシングルスポット投光方式になっているので、ＮＤフィルタ４２を光路中に移動させる命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。また、ＮＤフィルタ４２が光路中にある場合はそのままの状態を保つ命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。
【００８１】
逆に、光センサ４１からの出力信号がオフの時はマルチスポット投光方式になっているので、ＮＤフィルタ４２を待機位置に移動させる命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。ＮＤフィルタ４２が待機位置にある場合は、そのままの状態を保つ命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。
【００８２】
なお、ＮＤフィルタ４２の位置を検出する光センサを更に設けても良い。この場合、コントロール部２３は光センサからの信号でＮＤフィルタ４２の位置を認識することができる。よって、ＮＤフィルタ４２の移動が必要かどうかの判断を、光センサから信号に基づいて行うことができる。
【００８３】
動作の流れを図１５に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを用いるかは、あらかじめ観察者によって選択されているものとする。
【００８４】
まず、シングルスポット投光方式が選択されていた場合について説明する。観察者がＡＦ開始スイッチを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は光センサ４１（回折格子センサ）からの信号を読み込み（Ｓ２）、シングルスポット投光方式の構成になっているかどうか確認を行う（Ｓ３）。光センサ４１からの信号がオンの場合、シングルスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３はＮＤ駆動部４３に駆動信号を出してＮＤフィルタ４２を光路中に移動させる（Ｓ４）。光センサ４１からの信号がオフの場合、マルチスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に対して、回折格子６を待機位置に移動させる駆動命令を出す。回折格子６が待機位置に移動すると光センサ４１からの信号がオンになるので、コントロール部２３はオン信号を受け取った後、ＮＤ駆動部４３に駆動命令を出してＮＤフィルタ４２を光路中に移動させる（Ｓ４）。
【００８５】
一方、マルチスポット投光方式が選択されていた場合、コントロール部２３は光センサ４１からの信号を受け取り（Ｓ２）、マルチスポット投光方式になっているどうかを確認する（Ｓ３）。光センサ４１からの信号がオンの場合、シングルスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に対して回折格子６を光路中に移動させる駆動命令を出す。回折格子６が光路中に移動すると、光センサ４１からの信号がオフになる、コントロール部２３はオフ信号を受け取った後、ＮＤ駆動部４３に駆動命令を出してＮＤフィルタ４２を待機位置に移動させる（Ｓ５）。光センサ４１からの信号がオフの場合、すでにマルチスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３はＮＤ駆動部４３に駆動命令を出してＮＤフィルタ４２を待機位置に移動させる（Ｓ５）。選択された投光方式による構成の準備が終了すると、焦点検出動作（ＡＦ動作）が始まる（Ｓ６）。
【００８６】
なお、図１５のフローチャートでは、焦点検出動作が開始してから合焦位置の検出が終了するまでの過程は図示していないが、図１１におけるステップＳ３とステップＳ５は当然行われている。また、本実施例では焦点検出動作（Ｓ６）の開始後、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替え（選択）できる処理（Ｓ７）に処理が進むようになっているが、これはこのようなステップを備えることによって操作性が向上することを説明するために、便宜上この位置に示したものである。したがって、この処理（Ｓ７）は焦点検出動作の途中に割り込みで行われたり、あるいは一旦終了した後に行われるようにしておけばよく、焦点検出動作（Ｓ６）の開始後に必ず実行しなければならない処理ではない。
【００８７】
本実施例は第２実施例と同様に、回折格子が光路中に挿脱可能になっているので、第２実施例と同様の効果が得られる。また、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで標本上での光強度がほぼ同じになっているため、ダイナミックレンジの広い光検出器や増幅器を必要としない。よって、安価な光検出器を用いたり、簡単な回路構成で増幅器を構成することができる。また、例えば、焦点検出を行う範囲を標本からの反射光の光強度（総和）で決めている場合、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式でそれぞれ異なる光強度の範囲を設定する必要がなくなるので、焦点検出のための各種制御パラメータを共通化することができる。
【００８８】
（第８実施例）
第８実施例を図１６に示す。第７実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。第７実施例では回折格子６及びＮＤフィルタ４２が共に１種類であったのに対し、本実施例では図１７に示すように、複数の回折格子からなる回折格子群４５と複数のＮＤフィルタからなるＮＤフィルタ群４６を備えている。回折格子群４５はそれぞれが異なる格子形状を持つ回折格子４５ａ、４５ｂと、これらの回折格子を保持する保持部材４７で構成されている。一方、ＮＤフィルタ群４６はそれぞれが異なる透過率持つＮＤフィルタ４６ａ、４６ｂ、４６ｃと、これらのＮＤフィルタを保持する保持部材４８で構成されている。
【００８９】
回折格子４５ａと４５ｂは格子形状が異なるため、これらを光束中に挿脱することにより標本Ｓ上に異なる投光パターンを照射することができる。一方、ＮＤフィルタ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの透過率は、回折格子が光路中にある場合とない場合、あるいは複数の回折格子のいずれが光路中に挿入されている場合のいずれの場合においても、標本Ｓ上（あるいは光検出器１４）での光強度の総和が一定になるようにその透過率が選定されている。
【００９０】
本実施例における回折格子４５ａ、４５ｂとＮＤフィルタ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの光路中への挿脱も、第７実施例と同様にコントロール部２３を介して行われる。コントロール部２３には、図１８に示すような操作部４９が設けられている。操作部４９はＡＦ開始スイッチ４９ａ、投光方式選択スイッチ４９ｂを有している。投光方式選択スイッチ４９ｂはシングルスポット投光方式を選択するスイッチＳ、マルチスポット投光方式を選択するスイッチ群Ｍ１、Ｍ２、…、Ｍｎで構成されている。
【００９１】
動作の流れを図１９に示すフローチャートを用いて説明する。第７実施例と同様に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを用いるかを、あらかじめ観察者が選択しておくようにしておいても構わないが、ここでは、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の選択は、操作の途中で決めるものとして説明する。
【００９２】
まず、観察者はＡＦ開始スイッチ４９ａを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを選択するかの問い合せを行う。観察者は、投光方式選択スイッチ４９ｂのなかから所望の投光方式のスイッチを押す。コントローラ部２３は投光方式選択スイッチ４９ｂのうち、どのスイッチが押されたかを検出する（Ｓ２）。コントローラ部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちら選択されたかを判断し、それぞれに応じて処理を進める（Ｓ３）。
【００９３】
ここで、シングルスポット投光方式のスイッチが押された場合、コントロール部２３はシングルスポット投光方式の構成にするため、図１７（ａ）に示すように、光路中から回折格子群４５を離脱させる（Ｓ４）とともに、ＮＤフィルタ４６ｃを光路中に挿入する（Ｓ５）。その後、焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、ＮＤフィルタ４６ｃの透過率は、標本上（あるいは光検出器１４）でのスポット光の光強度が、後に述べるマルチスポット投光方式における光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【００９４】
マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はスイッチＭ１、Ｍ２、…Ｍｎのうちどのスイッチが押されたかを判断し（Ｓ６）、スイッチＭ１が押されていた場合、第１のマルチスポット投光方式の構成にするため、図１７（ｂ）に示すように、光路中に回折格子４５ｂを挿入する（Ｓ７）とともに、ＮＤフィルタ４６ｂを光路中に挿入する（Ｓ８）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、ＮＤフィルタ４６ｂの透過率は、標本上におけるスポット光の光強度の総和があらかじめ設定された光強度であって、シングルスポット投光方式のスポット光の光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【００９５】
また、スイッチＭ２が押されていた場合、第２のマルチスポット投光方式の構成にするために、図１７（ｃ）に示すように、光路中に回折格子４５ａを挿入する（Ｓ７’）とともに、ＮＤフィルタ４６ａを光路中に挿入する（Ｓ８’）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、ＮＤフィルタ４６ａの透過率は、標本上におけるスポット光の光強度の総和があらかじめ設定された光強度であって、シングルスポット投光方式におけるスポット光の光強度とほぼ同じく、また第１のマルチスポット投光方式における光強度の総和ともほぼ同じになるように設定されている。
【００９６】
ここで、それぞれの投光方式に対する回折格子とＮＤフィルタの組み合わせを表１に示す。
【００９７】
【表１】
なお、本実施例では回折格子４５ａと回折格子４５ｂのそれぞれにＮＤフィルタを組み合わせて用いているが、必ずしも両方の回折格子にＮＤフィルタを組み合わせる必要はない。例えば、回折格子４５ａと回折格子４５ｂとで回折された光束の光強度の総和を比較した結果、回折格子４５ａの光強度が弱かった場合は回折格子４５ａのみを光路中に配置する（すなわちＮＤフィルタを使用しない）ようにすれば光強度の損失を最小限にすることができる。このとき、ＮＤフィルタ４６ｂ、４６ｃの透過率は、回折格子４５ａのみが光路中に配置された時の光強度に略一致するような値に設定しておけば良い。
【００９８】
また、本実施例においても第７実施例と同様に、焦点検出動作の途中あるいは、一旦終了した後に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替え、あるいはマルチスポット投光方式における投光パターンの切替えができるよう処理（Ｓ１０）が用意されており、操作性の向上が期待できる。
【００９９】
本実施例は第７実施例と同様の効果が得られるほか、異なる投光パターンを標本上に照射することができるので、様々な形状を有する標本に対して合焦できる確率が高くなる。
【０１００】
なお、本実施例では、回折格子群４５とＮＤフィルタ群４６の光路上における位置を検出するための光センサを備えていないが、最初に装置全体に電源が供給された時（初期状態）に、自動的に回折格子群４５が待機位置、ＮＤフィルタ４６ｃが光路中に位置するようにしておき、その後、投光方式選択スイッチ４９ｂのスイッチが押されるごとに、回折格子駆動モータ３３、ＮＤ駆動用モータ４４の回転方向（右回転か左回転か）と回転回数をコントロール部２３で記憶しておけば、目的の回折格子とＮＤフィルタの組み合わせを光路中に配置させることができる。
【０１０１】
また、本実施例では、投光方式選択スイッチ４９ｂが複数のスイッチで構成されているが、１つのスイッチにしておき、一回スイッチを押すごとに投光方式や投光パターンが変化するようにしても良い。また、本実施例では、複数の回折格子とＮＤフィルタをそれぞれ保持する板状の保持部材４７、４８を光軸と垂直な方向にスライドさせているが、保持部材を円盤状にしてこれを回転させて所望の回折格子とＮＤフィルタの組み合わせ、あるいは空穴とＮＤフィルタが光路中に配置されるようにすることもできる。
【０１０２】
（第９実施例）
第９実施例を図２０に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。第７実施例や第８実施例では光源２０から射出される光の強度は一定であるが、本実施例では射出する光の強度を変化させることができる光源５０を備えている。そのため、第8実施例のＮＤフィルタ群４６が本実施例には備わっていない。
【０１０３】
光源５０から射出する光強度の調整は、コントロール部２３からの命令によって行われる。光源５０が半導体レーザの場合、レーザ駆動部５１から半導体レーザに供給する駆動電流を変化させることによって半導体レーザから射出される光の強度を変化させることができる。
【０１０４】
動作の流れを図２１に示すフローチャートを用いて説明する。第７実施例と異なる点は、ＮＤフィルタを切り替えて光強度を調整するのではなく、光源５０に供給する駆動電流量を変化させて光強度を調整している点である。
【０１０５】
まず、観察者はＡＦ開始スイッチ４９ａを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを選択するかの問い合せを行う。観察者は、投光方式選択スイッチ４９ｂのなかから所望の投光方式のスイッチを押す。コントローラ部２３は投光方式選択スイッチ４９ｂのうち、どのスイッチが押されたかを検出する（Ｓ２）。コントローラ部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちら選択されたかを判断し、それぞに応じて処理を進める（Ｓ３）。
【０１０６】
シングルスポット投光方式のスイッチが押された場合、光路中から回折格子群４５を離脱させる（Ｓ４）とともに、光源５０に供給する駆動電流量をあらかじめ設定された値ａにする（Ｓ５）。その後、焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、光源５０に供給する駆動電流量ａは、標本上（あるいは光検出器１４）でのスポット光の光強度が、後に述べるマルチスポット投光方式における光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【０１０７】
マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はスイッチＭ１、Ｍ２、…Ｍｎのうちどのスイッチが押されたかを判断し（Ｓ６）、スイッチＭ１が押されていた場合、光路中に回折格子４５ｂを挿入する（Ｓ７）とともに、光源５０に供給する駆動電流量をあらかじめ設定された値ｂにする（Ｓ８）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。光源５０に供給する駆動電流量ｂは、標本上におけるスポット光の光強度の総和があらかじめ設定された光強度であって、シングルスポット投光方式のスポット光の光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【０１０８】
また、スイッチＭ２が押されていた場合、光路中に回折格子４５ｃを挿入する（Ｓ７’）とともに、光源５０に供給する駆動電流量をあらかじめ設定された値ｃにする（Ｓ８’）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、光源５０に供給する駆動電流量ｂは、シングルスポット投光方式におけるスポット光の光強度とほぼ同じく、また第１のマルチスポット投光方式における光強度の総和ともほぼ同じになるように設定されている。
【０１０９】
ここで、投光方式に対する回折格子と駆動電流量の組み合わせを表２に示す。
【０１１０】
【表２】
なお、本実施例においても第７実施例と同様に、焦点検出動作の途中あるいは、一旦終了した後に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替え、あるいはマルチスポット投光方式における投光パターンの切替えができるよう処理（Ｓ１０）が用意されており、操作性の向上が期待できる。
【０１１１】
本実施例も第８実施例と同様の効果を得ることができるほか、第７実施例や第８実施例のようなＮＤフィルタ４２（あるいはＮＤフィルタ群４６）、ＮＤ駆動部４３及びＮＤ駆動用モータ４４が不要になるので、装置構成を簡素化することができる。なお、第１実施例乃至第６実施例の光源として、本実施例の光源５０と同様の光源を用いても良い。
【０１１２】
また、光検出器１４からの電気信号の値（受光面Ａと受光面Ｂからの電気信号の総和）は、標本の反射率によって変化する。したがって、標本の反射率が低く光検出器１４からの電気信号の値が小さい場合、光源５０に供給する駆動電流量を大きくして光検出器１４に入射する光の強度を大きくすることができる。この結果、Ｓ／Ｎ（信号・ノイズ比）の良いフォーカスエラー信号を得ることができる。なお、標本に照射される光の強度が大きすぎた場合、標本にダメージを与える可能性があるほか、散乱された光を遮光する必要が生じるため、ある程度の光強度以下に押さえておくことが望ましい。
【０１１３】
（第１０実施例）
第１０実施例を図２２に示す。第９実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例も第9実施例と同様に、射出する光の強度を変化させることができる光源５０を備えている。光源５０から射出する光強度の調整は、コントロール部２３からの命令によって行われる。第9実施例と異なるのは、本実施例では、光源５０から射出された光の強度を測定するための光検出器５２と、光検出器５２に光を導くための集光光学素子５３とハーフミラー５４を備えている点である。ハーフミラー５４は光源５０から射出された光を分割して取り出せる位置であればどこでも構わないが、標本からの反射光に影響を与えないという観点から、回折格子群４５と偏光ビームスプリッタ８の間に配置するのが好ましい。
【０１１４】
第9実施例では投光方式に応じて、光源５０に供給される駆動電流量があらかじめ設定されていた。これは、光源５０に供給される駆動電流量と光源５０から射出される光強度の間に、相関関係（例えば比例関係）があり、その相関関係が常に保たれていることを前提としている。しかしながら、標本に照射されている光の強度を測定していないため、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで光強度がほぼ等しくなっているかどうか実際にはわからない。
【０１１５】
そこで、本実施例では光源５０から射出される光強度を光検出器５２で検出して、光検出器５２からの出力信号（標本に照射される光強度）があらかじめ決められた値になるように、光源５０に供給する駆動電流量を制御している。
【０１１６】
動作の流れを図２３に示すフローチャートを用いて説明する。第９実施例と異なる点は、光源５０に供給する電流量を、光検出器５２の出力信号に基づいて変化させている点である。
【０１１７】
まず、観察者はＡＦ開始スイッチ４９ａを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを選択するかの問い合せを行う。観察者は、投光方式選択スイッチ４９ｂのなかから所望の投光方式のスイッチを押す。コントローラ部２３は投光方式選択スイッチ４９ｂのうち、どのスイッチが押されたかを検出する（Ｓ２）。コントローラ部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちら選択されたかを判断し、それぞに応じて処理を進める（Ｓ３）。
【０１１８】
シングルスポット投光方式のスイッチが押された場合、光路中から回折格子群４５を離脱させる（Ｓ４）。そして、光検出器５２からの出力信号Ｘがコントロール部２３に読み込まれる（Ｓ７）。出力信号Ｘがあらかじめ設定された基準値Ｙと異なる場合は、出力信号Ｘが基準値Ｙに一致するように、駆動電流量を少しずつ変化させる処理（いわゆるフィードバック処理）が行われる。ここで、本実施例ではできるだけ早く基準値Ｙに到達するように、回折格子が光路中にない状態で、光源５０に供給する駆動電流量と各駆動電流量における光検出器５２の出力信号の関係をあらかじめ測定しておき、測定結果より得られた関数に基づいて現在の出力信号Ｘと基準値Ｙの差から、新たな駆動電流量Ｚを算出するようにしている（Ｓ８）。
【０１１９】
新たな駆動電流量Ｚが算出されると、レーザ駆動部５１に駆動電流量をＺにするように命令が出される（Ｓ９）。なお、駆動電流量Ｚになった時の光検出器５２からの出力信号が基準値Ｙに一致していなければ、上述のフィードバック処理で駆動電流量の微調整が行われる。その後、焦点検出動作を開始する（Ｓ１０）。なお、基準値Ｙは標本上（あるいは光検出器１４）でのスポット光の光強度が、後に述べるマルチスポット投光方式における光強度とほぼ同じになるような値が設定されている。
【０１２０】
マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はスイッチＭ１、Ｍ２、…Ｍｎのうちどのスイッチが押されたかを判断し（Ｓ５）、スイッチＭ１が押されていた場合、光路中に回折格子４５ｂ（フローチャートでは回折格子Ａ）を挿入する（Ｓ６）。そして光検出器５２からの出力信号がコントロール部２３で読み取られる（Ｓ７）。出力信号Ｘがあらかじめ設定された基準値Ｙと異なる場合は、シングルスポット投光方式の時と同じように、関数に基づいて基準値Ｙに相当する新たな駆動電流量Ｚ’が算出され（Ｓ８）、必要に応じて駆動電流量の微調整が行われる。なお、ここでの所定の関数は、回折格子４５ｂが光路中にある状態で測定した結果より得られた関数である。
【０１２１】
また、スイッチＭ２が押されていた場合、回折格子４５ａ（フローチャートでは回折格子Ｂ）を光路中に挿入する（Ｓ６’）。その後の処理は光路中に回折格子４５ｂが挿入された場合と同じである。
【０１２２】
なお、本実施例においても第７実施例と同様に、焦点検出動作の途中あるいは、一旦終了した後に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替え、あるいはマルチスポット投光方式における投光パターンの切替えができるよう処理（Ｓ１１）が用意されており、操作性の向上が期待できる。
【０１２３】
本実施例も第９実施例と同様の効果を得ることができるほか、光源から射出する光の強度を検出しているため、各投光方式での光強度をより等しい強さにすることができる。
【０１２４】
なお、以上述べた実施例では、マルチスポット投光方式によって生じる複数のスポットは、いずれも標本上の同じ高さに集光している（焦点位置が同じである）。したがって、焦点位置の前後で光軸に沿って平面（例えばミラー）を移動させて、光軸方向の位置と各位置における光検出器からの出力信号を、それぞれのスポットについてグラフにすると図２４（ａ）のようになる。一方、図２４（ｂ）はシングルスポット投光方式におけるグラフである。両者のグラフを比べればわかるように、光検出器からの出力信号がゼロから最大になり再びゼロになるまでの光軸方向の範囲は、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とでほとんど変わらない。
【０１２５】
しかしながら、回折格子から射出される０次光、±１次光、±２次光……のそれぞれの光束に対し、それぞれのスポットの集光位置（焦点位置）を異ならせるようにすると、図２５（ａ）に示すように、光検出器からの出力信号がゼロから最大になり再びゼロになるまでの光軸方向の範囲がそれぞれのスポットごとに異なる。よって、これらの複数のスポットを１つの光検出器で検出すると、図２５（ｂ）に示すように、実線で示すマルチスポット投光方式は、破線で示すシングルスポット投光方式の場合の合焦範囲に比べてより広い合焦範囲を持つことになる。
【０１２６】
図２６はそれぞれのスポットの集光位置を異ならせるための構成の一例を示すもので、回折格子５４に入射した平行光束Ｌは、０次光Ｌ０、＋１次光Ｌ１、−１次光Ｌ１’に分かれて射出する。なお、±２次光以上の高次の光は省略している。０次光Ｌ０は平行光束のまま進み遮光板５７に達する。＋１次光Ｌ１は回折格子５４の射出側、ここでは回折格子５４と遮光板５７の間に配置された凹レンズ５５に入射する。そして凹レンズ５５でわずかに屈折されて発散光束となって射出する。一方、−１次光Ｌ１’は凹レンズ５５同様の位置に配置された凸レンズ５５に入射する。そして凸レンズ５５でわずかに屈折されて収斂光束となって射出する。このように、０次光、＋１次光、−１次光のそれぞれにおいて光束の状態が異なるので、標本上に集光された時にそれぞれのスポットで集光位置を異ならせることができる。
【０１２７】
なお、凸レンズや凹レンズを個別に配置せず、レンズアレイにすることもできる。また、レンズ作用を持つ格子形状を形成した回折光学素子（回折レンズ）を使用することもできる。この場合、複数の格子形状を１つの平面板上に形成すれば、コンパクトに構成することができる。
【０１２８】
（第１１実施例）
第１１実施例は、標本上に照射されるスポットのパターンについて、スポットの数やスポット同士の間隔、あるいは投光位置等を調整するものである。例えば図２７（ａ）に示すように、段差のある標本に対してスポットが段差の上面と下面の両方に照射されていると、観察者が上面に合焦させたいと思っていても、前述のように上面と下面の中間位置に合焦してしまうか、あるいは下面に照射されているスポットの数が上面に比べて多いため、やや下面に近い位置に合焦してしまう。そこで、図２７（ｂ）に示すように、下面に照射されている４つのスポットをなくして、上面に照射される３つのスポットのみにすると、観察者の希望どおりに上面に合焦させることができる。
【０１２９】
図２８では、（ａ）に示すように、７つあるスポットのうち３つのスポットが上面に照射され、４つのスポットが下面に照射されているため、やや下面に近い位置に合焦してしまう。これに対して、（ｂ）に示すように、（ａ）の状態から１つおきにスポットをなくし、上面に照射されている３つのスポットを残すことによって、上面に合焦させることができる。
【０１３０】
また、図２９では、（ａ）に示すように、５つあるスポットのうち３つのスポットが上面に照射され、２つのスポットが下面に照射されているため、やや上面に近い位置に合焦してしまうが、（ｂ）に示すように、スポットの間隔を狭くして５つのスポット全てが上面に照射されるようにすることによって、上面に合焦させることができる。
【０１３１】
また、図３０では、（ａ）に示すように、５つあるスポットのうち１つのスポットが上面に照射され、４つのスポットが下面に照射されているため、やや下面に近い位置に合焦してしまうが、（ｂ）に示すように、スポットの数を２つ減らして３つにするとともに、間隔を狭くして3つのスポット全てが上面に照射されるようにすることによって、上面に合焦させることができる。
【０１３２】
このように、第１１実施例では照射するスポットの数や間隔を調整することで、標本上の所望の位置にスポットを照射できる。したがって、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１３３】
（第１２実施例）
第１２実施例を図３１に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第８実施例と同様に、標本に異なるパターンでスポットを照射することができるものである。第８実施例では１つの光路に異なる回折格子を挿脱することによって、標本に異なるパターンでスポットを照射するものであるが、本実施例では異なるパターンを発生する複数の光を設け、これらの光路のうちから１つの光路を選択することによって、標本に異なるパターンでスポットを照射する。
【０１３４】
図３１（ａ）において、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６３によって第１の光路が形成され、光源５８、コリメートレンズ５９、回折格子６０によって第２の光路が形成されている。また、第１の光路と第２の光路は、ハーフミラー６２で１つの光路に合成される。本実施例では、回折格子６３と回折格子６０は共に異なる格子形状を有している。そのため、回折格子６３を射出した光束と回折格子６０を射出した光束は異なる回折パターンとなる。それぞれの光路から射出された光束はハーフミラー６２で１つの光路に合成された後、対物レンズを介して標本Ｓ上に照射される。
【０１３５】
標本上での照射パターンは図３１（ｂ）に示すように、５つのスポットが直線状に並んだ格好になっている。このうち、矢印で示されている３つのスポットが第１の光路に配置された回折格子６３によって生じたもので、残りの２つのスポットが第２の光路に配置された回折格子６０によって生じたものである。なお、図３１（ｃ）は、標本Ｓ上で反射された照射パターンが光検出器１４上に再結像したときの様子で、合焦状態になっている場合である。
【０１３６】
照射パターンを変える場合、第１の光路に配置されているシャッター６１Ａか第２の光路中に配置されてシャッター６１Ｂのいずかを作動させて光束を遮光する。例えば、シャッター６１Ａを作動させて第１の光路の光束を遮光したとすると、第２の光路からの光束によって標本Ｓ上には２つのスポットが形成される。逆に、シャッター６１Ｂを作動させて第２の光路の光束を遮光したとすると、第１の光路からの光束によって標本Ｓ上には３つのスポットが形成されることになる。
【０１３７】
このように、本実施例でも第１１実施例と同様に、照射するスポットの数や間隔を調整することができる。よって、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１３８】
なお、シャッターとしては従来の機械式でも構わないが、液晶を使った液晶シャッターでも構わない。液晶シャッターの場合、切換えに伴う振動が生じないほか、高速の切換えが行えるという利点がある。また、シャッター６１Ａ、６１Ｂを動作させる代わりに、光源４、５８を点灯或いは消灯させても同様の結果を得ることができる。この場合、光源としては半導体レーザが好ましい。また、光路は２つに限定されるものではなく、２つ以上の光路を備えるようにしても構わない、この場合、照射パターンを更に複雑にすることができる。
【０１３９】
（第１３実施例）
第１３実施例を図３２に示す。第１２実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は、受光部がＡ及びＢの２つに分かれているだけでなく、受光部Ａ及び受光部Ｂがそれぞれ複数の受光素子部に分かれている点を特徴とする。
【０１４０】
本実施例は図３２（ａ）に示すように、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６４からなる第１の光路しか備えておらず、第１の光路から射出された光束は対物レンズを介して標本Ｓ上に照射される。標本上での照射パターンは図３２（ｂ）に示すように、５つのスポットが直線状に並んだ格好になっている。また図３２（ｃ）は、標本Ｓ上で反射された光が光検出器６５上に再結像したときの様子で、合焦状態になっている場合である。
【０１４１】
ここで、光検出器６５は再結像したスポットを２つ分けて受光できるように受光部Ａと受光部Ｂを備えているが、受光部Ａ及び受光部Ｂはそれぞれが更に複数の受光素子部で構成されている。本実施例では、隣り合う受光素子部の境界線が受光部Ａと受光部Ｂの境界線に垂直な方向に５本形成され、受光部Ａはさらに小さな受光面積をもつ受光素子部Ａ１〜Ａ５で構成されいる。同様に受光部Ｂも受光素子部Ｂ１〜Ｂ５で構成されている。
【０１４２】
最終的に選られるフォーカスエラー信号は、受光素子部Ａ１とＢ１によるフォーカスエラー信号、受光素子部Ａ２とＢ２によるフォーカスエラー信号……というように、それぞれの受光素子部の組み合わせで発生したフォーカスエラー信号の総和によって得られる。したがって、例えば、受光素子部Ａ１とＢ１、受光素子部Ａ３とＢ３、受光素子部Ａ５とＢ５によってフォーカスエラー信号を得た場合、第１２実施例において第１の光路のみによって標本上にスポットが照射されてフォーカスエラー信号を得た場合と同じ結果になる。
【０１４３】
また、受光素子部Ａ１とＢ１、受光素子部Ａ２とＢ２、受光素子部Ａ３とＢ３によってフォーカスエラー信号を得ることもできる。同様のことを第１２実施例で実現しようとすると、光路中に配置した回折格子を別の格子形状を持つ回折に交換しなければならない。よって、回折格子を交換せずに実質的に照射パターンを変化させることができる点で本実施例の方が優れている。
【０１４４】
このように、本実施例は複数の受光素子部を有する光検出器を備えているため、第１２実施例と同様の効果を得ることができるほか、第１２実施例に比べて、回折格子を交換することなく照射パターンを実質的に変化させることができる。また、回折格子を配置する光路は１つで良く、シャッターなどの切換え機構を必要としないため、装置の小型化ができる。
【０１４５】
なお、本実施例では受光素子部Ａ１〜Ａ５及びＢ１〜Ｂ５の大きさは、合焦位置で再結像したときのスポット径とほぼ同じになっている。しかしながら、非合焦状態でのスポット径は合焦状態でのスポット径に比べて大きくなるので、受光素子部Ａ１〜Ａ５及びＢ１〜Ｂ５の大きさは非合焦状態でのスポットを受光できる程度の大きさにしておくことが望ましい。
【０１４６】
また、例えばＣＣＤのように、微小な受光素子部で受光部Ａ及びＢを構成してもよい。この場合、複数の受光素子部で本実施例の受光素子部Ａ１〜Ａ５及びＢ１〜Ｂ５を構成することになる。当然、微小な受光素子部の大きさは合焦状態のスポットの大きさよりも小さい。
【０１４７】
（第１４実施例）
第１４実施例を図３３に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第３実施例と同様に、リレー光学系を構成するレンズ９、１０の間の中間結像位置に光束制限板を配置するものである。第３実施例ではシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切換えのために中心に開口部が１つ形成された光束制限部材（ピンホール）を挿脱したが、本実施例では、マルチスポット投光方式においてスポットの照射パターンを切換えるために、光束制限部材として複数の開口を有するマルチピンホール６７を集光位置に配置する。
【０１４８】
本実施例は第３実施例と同様に、図３２（ａ）に示すように、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６６からなる第１の光路しか備えていない。第１の光路から射出された光束は、対物レンズを介して標本Ｓ上に照射される。標本上での照射パターンは図３３（ｂ）に示すように、５つのスポットが直線状に並んだ格好になっている。また図３３（ｃ）は、標本Ｓ上で反射された光が光検出器１４上に再結像したときの様子で、合焦状態になっている場合である。
【０１４９】
図３４は、中間結像位置にマルチピンホール６７が配置された時の様子を示したものである。なお、ここでは光源４からリレー光学系までを直線状に示し、図３３の偏光ビームスプリッタ８及び遮光板７は省略されている。マルチピンホール６７は開口部を３つ備えており、この開口部は回折格子６６で回折されて生じた５つの光束のうち、３つの光束が集光する位置に形成されている。よって、このマルチピンホール６７を光路中から挿脱することによって、標本上に照射されるパターンを変化させることができる。
【０１５０】
また、マルチピンホール６７を光路中への挿脱ではなく、光路中に配置したまま標本上に照射されるパターンを変化させることもできる。図３５及び図３６はその例であって、このうち図３５は、光路中で光軸と垂直な方向に移動させて、標本上に照射されるパターンを変化させるマルチピンホールを示したものである。マルチピンホール６８は矩形の平行平面板であって、上から下（縦方向）に向けて直線状に複数の開口部列６８Ａ〜６８Ｅが設けられている。
【０１５１】
開口部列６８Ａはマルチピンホール６８の左端に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９上に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を１つずつ有している。開口部列６８Ｂは開口部列６８Ａの右側に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９上に１つの開口部と、その上下にやや離れて（開口部列６８Ａよりも広い間隔で）開口部を１つずつ有している。
【０１５２】
開口部列６８Ｃは左右の中心線上に位置して７つの開口部を有しており、中心線６９上に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を３つずつ有している。開口部列６８Ｄは開口部列６８Ｃの右側に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９よりも下に近接した３つの開口部を有している。開口部列６８Ｅはマルチピンホール６８の右端（開口部列６８Ｄの右側）に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９よりも上に近接した３つの開口部を有している。
【０１５３】
このように、マルチピンホール６８は異なる横方向位置に、異なる間隔でしかも異なる数の開口部からなる開口部列を複数備えているため、マルチピンホール６８を光軸に垂直な方向に移動させることで、開口部を通過できる光束の数や間隔を異ならせることができる。その結果、標本上に照射されるパターン（スポット光の数や間隔）を変化させることができる。
【０１５４】
一方、図３６は光路中において光軸を回転軸として回転させ、標本上に照射されるパターンを変化させるマルチピンホールを示している。マルチピンホール７０は円形の平行平面板であって、円の中心から周辺に向けて直線状に複数の開口部列７０Ａ〜７０Ｄが設けられている。
【０１５５】
開口部列７０Ａは円の中心を通過し上下に伸びる直線上に５つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を２つずつ有している。開口部列７０Ｂは開口部列７０Ａに対して約４５度傾き、右下から左上に伸びる直線上に５つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その上下にやや離れて（開口部列７０Ａよりも広い間隔で）開口部を２つずつ有している。
【０１５６】
開口部列７０Ｃは開口部列７０Ａと直交する方向（左右方向）に伸びる直線上に３つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その左右に近接して開口部を３つずつ有している。開口部列７０Ｄは開口部列７０Ｂと直交する方向に伸びる直線上にの右側に９つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を４つずつ有している。
【０１５７】
このように、マルチピンホール７０は異なる角度で円の中心を通過する直線上に、異なる間隔でしかも異なる数の開口部からなる開口部列を複数備えているため、マルチピンホール６８を光軸中心に回転させることで、開口部を通過できる光束の数や間隔を異ならせることができる。その結果、標本上に照射されるパターン（スポット光の数や間隔）を変化させることができる。
【０１５８】
このように、本実施例でも第１１実施例と同様に、照射するスポットの数や間隔を調整することができる。よって、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１５９】
なお、本実施例や第３実施例のようにリレーレンズ系の中間結像位置に光束制限板を配置する場合、光源４から射出された照射光束と標本Ｓから反射した反射光束の両方が、光束制限板に設けられた開口部を通過することになる。したがって、ピンホールや開口部列の開口部の直径は、非合焦状態の光束が通過できる程度の大きさを持たせておく必要がある。
【０１６０】
（第１５実施例）
第１５実施例を図３７に示す。第１３実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第１４実施例と同様に、リレー光学系を構成するレンズ９、１０の間の中間結像位置に光束制限板を配置するものである。ただし、第１４実施例ではリレー光学系が偏光ビームスプリッタ８とダイクロイックミラー１２の間に配置されていたのに対し、本実施例ではリレー光学系が光源４と偏光ビームスプリッタ８の間（より詳しくは回折格子６と遮光板７の間）に配置されている点で異なっている。
【０１６１】
本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１６２】
また、本実施例ではマルチピンホール６７（あるいは６８，７０）を通過する光束は、光源４から射出した照射光束のみである。したがって、第１３実施例のようにピンホールや開口部列の開口部の大きさは、光源４から射出された光をレンズ９で集光した時にできるスポット光の直径とほぼ同じ程度にすることができる。そのため、開口部列の隣り合う開口部の間隔を第１４実施例よりも狭くすることができ、標本上に照射するスポットの数や間隔を調整できる自由度が多くなる。
【０１６３】
（第１６実施例）
第１６実施例を図３８に示す。第１５実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は、第１５実施例において光源４と偏光ビームスプリッタ８の間（より詳しくは回折格子６と遮光板７の間）に配置されたリレー光学系とマルチピンホール６８の代わりに、変倍光学系７１を配置したものである。
【０１６４】
本実施例では、変倍光学系７１はアフォーカル光学系であって、入射した平行光束を異なる光束径の平行光束に変換して射出する作用を有する。回折格子６から射出した０次光及び高次光は、変倍光学系７１の倍率に応じてそれぞれの光束の角度を変化させることができる。例えば、変倍光学系７１の倍率を高くすれば、標本上に照射されるスポット光の間隔は大きくなる。この時、倍率によっては、一部（高次）の光束が対物レンズやリレー光学系からはみ出す（レンズの外径よりも外側に光束が位置してしまう）ため、スポット光の数も減ることになる。倍率を低くすれば逆の現象が生じる。
【０１６５】
本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１６６】
（第１７実施例）
第１７実施例を図３９に示す。第１６実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は光源４と偏光ビームスプリッタ８の間に配置された回折格子６の代わりに音響光光学素子７２を配置したものである。
【０１６７】
音響光学素子７２は結晶の一面に設けた圧電素子に高周波信号を与え、結晶内に超音波を発生させるものである。この超音波は結晶内を疎密波となって進行するため、結晶内には屈折率の違いによる回折格子が形成される。この回折格子の格子幅は、高周波信号の周波数を変えることによって変化させることができる。そこで、コントロール部２３より図示しない駆動源を介して様々な周波数の高周波信号を音響光学素子７２に与えることによって、様々な格子形状の回折格子を結晶内に形成できる。その結果、音響光学素子７２から射出する高次光の角度を変化させることができる。
【０１６８】
本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。また、本実施例の構成では機械的な駆動部がないため、振動による影響を受けることがない。また装置を小型化することができる。
【０１６９】
（第１８実施例）
第１８実施例を図４０に示す。実施例１乃至実施例１６の多光束発生部材を構成する光源は、１つの発光部のみを有し、この発光部から１つの光束が発生するものであった。これに対し、本実施例の多光束発生部材は、複数の微小な発光部が一体に形成され、微小な発光部各々が１つの光束を射出する光源である。したがって、実施例１乃至実施例１６では光源から１つの光束しか射出されないが、本実施例では光源から複数の光束が同時に射出される。
【０１７０】
このように、本実施例の光源は、複数の光を同時に射出する多光束光源であって、例えば、面発光半導体レーザや、多ビーム半導体レーザなどである。よって、本実施例では図４０に示すように、多光束発生部材である光源７３から射出した各光束はコリメートレンズ５でそれぞれ平行光束に変換されたのち、対物レンズ３で標本Ｓ上の異なる位置にそれぞれ集光される。ここで、多光束光源７３の微小な発光部の点灯及び消灯をそれぞれ個別に制御することが可能であれば、標本上に様々なパターンで光スポットを照射することができるが、制御ができない場合は光源７３から対物レンズ３の間の何れかの位置に、第１３実施例のような光束制限板を配置すればよい。
【０１７１】
このように、本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１７２】
また、本実施例の多光束光源７３は、第１３実施例（図３２）、第１４実施例（図３３）、第１５実施例（図３７）、第１６実施例（図３８）において破線で囲まれた部分と置き換えることができるため、これらの実施例において装置の小型化を実現することができる。
【０１７３】
（第１９実施例）
第１９実施例を図４１に示す。本実施例の光源も第１７実施例と同じように、複数の光を同時に射出する多光束光源である。ただし、第１７実施例では１つの光源が微小な発光部を備えているのに対し、本実施利の光源は実施例１乃至実施例１６で用いられている光源を複数個１次元あるいは２次元に並べたものである。
【０１７４】
よって、本実施例では図４１に示すように、多光束光源７３の各光源７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ（ここではいずれも半導体レーザ）から射出した各光束は、コリメートレンズ５でそれぞれ平行光束に変換されたのち、対物レンズ３で標本Ｓ上の異なる位置にそれぞれ集光される。ここで、多光束光源７３の各光源７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃの点灯及び消灯をそれぞれ個別に制御することによって、標本上に様々なパターンで光スポットを照射することができる。また、各光源７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃを常時点灯しておき、光源７３から対物レンズ３の間の何れかの位置に第１４実施例のような光束制限板を配置してもよい。
【０１７５】
このように、本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１７６】
また、本実施例の多光束光源７３も、第１３実施例（図３２）、第１４実施例（図３３）、第１５実施例（図３７）、第１６実施例（図３８）において破線で囲まれた部分と置き換えることができるため、これらの実施例において装置の小型化を実現することができる。
【０１７７】
以上の各実施例において、回折格子６は光源４と偏光ビームスプリッタ８の間であれば、どの位置に配置しても構わないが、本実施例のようにコリメートレンズ５と遮光板７の間に配置するのが好ましい。さらに、好ましくは対物レンズ３の瞳位置と共役な位置、またはその近傍が好ましい。
【０１７８】
この点について図４２を用いて説明する。図４２は簡単のために、リレー光学系などの光学系は省略している。また、±２次光より更に高次の回折光についても省略している。
【０１７９】
本発明の焦点検出装置が用いられる顕微鏡や検査装置では、対物レンズは物体側にテレセントリックな光学系として設計されていることが多い。図４２（ａ）のように、回折格子７５が対物レンズ７６の瞳位置（ここでは対物レンズ７６の後側焦点位置）に配置されている場合、０次光、±１次光、±２次光の光束の中心光線（主光線）はいずれも標本Ｓに対して垂直に入射する。したがって、標本Ｓで反射した光（各次数の収束スポット）は入射した時と同じ光路を逆に戻り、光検出器に到達する。
【０１８０】
しかしながら、図４２（ｂ）のように、回折格子７５が対物レンズ７６の瞳位置から離れた位置に配置された場合（距離大）、０次光、±１次光、±２次光の光束の中心光線（主光線）はいずれも標本Ｓに対して斜め（ここでは光軸に近づく方向）に入射する。したがって、標本Ｓで反射した光は入射した時と異なる光路で戻る。したがって、光検出器に達するまでの光学系でケラれが生じて光強度が減少して合焦精度が劣化するという問題が生じる。図４２（ｃ）のように、回折格子７５が対物レンズ７６の瞳位置よりも近い位置に配置された場合（距離小）も図４２（ｂ）と同様の問題が生じる。
【０１８１】
また、以上述べた各実施例で用いられている回折格子は、現在では加工技術の発達により様々な格子形状のものが製作可能で、シリンドリカルレンズよりも容易に製作できる。また形状も薄い平行平面板であるため、シリンドリカルレンズに比べて軽く、保持も容易である。また、回折効率も６０％以上と高いため、スリット枠に比べて光強度の損失が少ない。本実施例に好適な回折格子としては、例えば、製品名Diffractive optics beam splitter（型番1001〜1039，MEMS OPTICAL INC.製)がある。
【０１８２】
なお、本発明には以下の特徴が含まれる。
（１）複数の光束を射出する多光束発生部材と、
前記複数の光束のそれぞれについて光束の一部を遮光する遮光部材と、
入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する光分割部材と、
入射した光束を集光する集光光学系と、
少なくとも２つの受光部を備える光検出器とを備え、
前記多光束発生部材及び前記遮光部材は第１の光路に配置され、
前記集光光学系及び前記光検出器は第２の光路に配置され、
前記光分割素子は前記第１の光路の光軸と前記第２の光軸が交わる位置にされ、
前記光検出器は前記集光光学系の集光位置に配置されている焦点検出装置。
【０１８３】
（２）前記多光束発生部材は光源と回折光学素子を有し、該光源は１つの光束を発生する発光部を１つだけ備えている上記（１）記載の焦点検出装置。
（３）前記多光束発生部材は複数の発光部を有する光源であって、該発光部の各々が１つの光束を発生し、該発光部が一体に形成されている上記（１）記載の焦点検出装置。
【０１８４】
（４）前記多光束発生部材は、１つの光束を発生する発光部を１つだけ有する光源を複数配置してなる上記（１）記載の焦点検出装置。
（５）前記回折光学素子を移動させる第１の駆動機構を備え、前記回折光学素子を第１の光路中で移動させる上記（２）記載の焦点検出装置。
【０１８５】
（６）前記回折光学素子は１つであり、該回折光学素子を第１の光路中で挿脱する上記（５）記載の焦点検出装置。
（７）前記回折光学素子とは別の回折光学素子を少なくとも１つ備え、これらの回折光学素子を第１の光路中で移動させる上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１８６】
（８）前記複数の光束を集光するリレー光学系と、該リレー光学系の集光位置に配置された光束制限部材と、該光束制限部材を移動させる第２駆動機構を備え、前記光束制限部材を光路中で移動させる上記（１）記載の焦点検出装置。
【０１８７】
（９）前記リレー光学系と前記光束制限部材は、前記複数の光束が前記光分割素子から射出される側に配置されている（８）の焦点検出装置。
（１０）前記リレー光学系と前記光束制限部材は、前記複数の光束が前記光分割素子に入射する側に配置されている（８）の焦点検出装置。
【０１８８】
（１１）前記開口部は１つ設けられており、光路中に挿入した時に光軸上に集光した光束のみを透過させる位置に設けられている（８）の焦点検出装置。
（１２）前記開口部は複数設けられており、パターンの異なる開口部列を形成している（６）の焦点検出装置。
【０１８９】
（１３）前記開口部列は並列に配置されている（１２）の焦点検出装置。
（１４）前記開口部列は中心から放射状に配置されている（１２）の焦点検出装置。
【０１９０】
（１５）前記開口部列を有する前記光束制限部材を光軸に垂直な面に沿って移動させる（１３）の焦点検出装置。
（１６）前記開口部列を有する前記光束制限部材を光軸中心に回転させる（１４）の焦点検出装置。
【０１９１】
（１７）第３の光路に配置された、１つの光束を発生する第の２光源と、入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する第２の光分割部材とを有し、該第２の光分割素子が前記第１の光路の光軸と前記第３の光軸が交わる位置に配置されている上記（１）記載の焦点検出装置。
【０１９２】
（１８）前記第２の光源から射出され前記第２の光分割部材に入射する光束は１つである上記（１７）の焦点検出装置。
（１９）前記回折光学素子とは別の回折光学素子を第３の光路中に備えている上記（１７）の焦点検出装置。
【０１９３】
（２０）前記第１の光源と前記第２の光源はそれぞれ電源部を有し、一方の電源部がオンのとき、他方の電源部はオフになている（１７）の焦点検出装置。
（２１）前記第１の光路と前記第２の光路にそれぞれ遮光部材を備え、一方遮光部材が光源からの光束を遮光している場合、他方の遮光部材は光源からの光束を通過させる（１７）の焦点検出装置。
【０１９４】
（２２）入射した光束の光強度を減少させる光強度減衰部材と、該光強度減衰部材を移動する第３の駆動機構を備え、前記回折光学素子が光路中に挿入されたときは前記光強度減衰部材を第１の光路から離脱させ、前記回折光学素子を光路から離脱させたときは前記光強度減衰部材を光路中に挿入させる上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１９５】
（２３）前記光強度減衰部材は、該光強度減衰部材が光路中に配置された場合と配置されない場合とで、前記光分割部材に入射する光束の光強度が略等しくなる透過率特性を有している上記（２２）記載の焦点検出装置。
【０１９６】
（２４）前記回折光学素子とは異なる回折光学素子と、前記光強度減衰部材とは異なる光強度減衰部材を備え、前記回折格子と前記光強度減衰部材の組合せを複数備えている上記（２３）記載の焦点検出装置。
【０１９７】
（２５）前記光源は電源部を有し、前記回折光学素子が光路中に配置された場合と配置されない場合とで、異なる値のエネルギーを前記電源部に供給する上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１９８】
（２６）前記供給されるエネルギーは、前記回折格子が光路中に配置された場合と配置されない場合とで、前記光分割部材に入射する光束の光強度が略等しくなるような値である上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１９９】
（２７）第２の光検出器と、第１の光路中に配置され該第２の光検出器に向けて前記光源から射出された光束の一部を反射させる第３の光分割部材を備え、前記第２の光検出器からの出力に応じて前記光源部に供給するエネルギー量を変化させる上記（２６）記載の焦点検出装置。
【０２００】
（２８）前記多光束発生部材で発生した複数の光束の数あるいは間隔を変化させる光束調整機構を備えている上記（１）記載の焦点検出装置。
（２９）前記多光束発生部材は複数の回折光学素子を備え、前記光束調整機構は前記複数の回折光学素子のうちいずれか１つを第１の光路中に配置する移動機構を備える上記（２８）の焦点検出装置。
【０２０１】
（３０）前記多光束発生部材を複数備え、該複数の多光束発生部材のうちいずれか１つを用いる上記（１）記載の焦点検出装置。
（３１）前記２つの受光部の各々が複数の受光素子部で構成されている上記（１）記載の焦点検出装置。
【０２０２】
（３２）前記光束調整機構は光束制限部材と、該光束制限部材を光束が集光した位置で移動させる移動機構を備える上記（２８）記載の焦点検出装置。
（３３）前記光束調整機構は変倍光学系である上記（２８）記載の焦点検出装置。
【０２０３】
（３４）前記変倍光学系はアフォーカル光学系である上記（３３）記載の焦点検出装置。
（３５）前記光束調整機構は音響光学素子である上記（２８）記載の焦点検出装置。
【０２０４】
【発明の効果】
本発明の焦点検出装置は、複数のスポット光を標本に照射しているので、標本の表面に段差や微小な突起があっても、正確で安定した合焦が可能となる。また、高さの異なる凹凸形状を有する標本に対しては、平均的な高さに合焦することができる。
【０２０５】
また、回折格子を光路中に挿脱できるため、標本の形状に応じてシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を使い分けて最適な合焦を行うことができる。
【０２０６】
また、シングルスポット投光方式及びマルチスポット投光方式による焦点検出動作が自動的に行う処理を備えることで、観察者の合焦操作の負担を軽減できるほか、合焦できる確率が高くなる。
【０２０７】
また、マルチスポット投光方式によって標本の平均的な高さに合焦した後に、シングルスポット投光方式に切り替えるようにすれば高精度な合焦が行えるほか、シングルスポット投光方式単独に比べて合焦できる確率が高くなる。
【０２０８】
また、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで標本上での光強度をほぼ同じようにする構成を備えているため、安価な光検出器を用いたり、簡単な回路構成で増幅器を構成することができる。また、焦点検出のための各種制御パラメータを共通化することができる。
【０２０９】
また、標本上に照射されるスポットの数や間隔を調整できるようになっているため、標本上の所望の位置にスポット光を照射して観察者が望む位置に合焦させることができる。また、光検出器上に形成されたスポット光のうち任意のスポット光のみを用いるように構成しているので、標本上の所望の位置にスポット光を照射したのと同じようになり、観察者が望む位置に合焦させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であって、マルチスポット投光方式において回折光学素子を用いた構成を示す図。
【図２】コントロール部の構成を示す図。
【図３】回折光学素子で生じる回折を示す図。
【図４】遮光部材によって光束の一部を遮光する様子を示す図。
【図５】マルチスポット投光方式における光検出器上のスポット光の様子を示す図であって、（ａ）非合焦状態（前ピン状態）、（ｂ）合焦状態、（ｃ）非合焦状態（後ピン状態）。
【図６】段差がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）段差がある標本、（ｂ）シングルスポット投光方式の場合、（ｃ）マルチスポット投光方式の場合。
【図７】高さの異なる凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子とその時に光検出器状のスポット光の状態を示す図であって、（ａ）高さの異なる凹凸がある標本、（ｂ）シングルスポット投光方式の場合、（ｃ）マルチスポット投光方式の場合。
【図８】本発明の第２実施例であって、回折光学素子の挿脱によって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成を示す図。
【図９】本発明の第３実施例であって、中間結像位置に光束制限部材を挿脱することによって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える別の構成を示す図。
【図１０】本発明の第４実施例であって、２つの光路を備えることによって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成を示す図。
【図１１】本発明の第５実施例であって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成において、焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施例であって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成において、焦点検出を行う時の別の処理を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施例であって、光路中に回折光学素子と光強度減衰部材を挿脱して、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図１４】光路中に挿脱される回折格子の位置を検出する構成を示す図であって、（ａ）回折格子が待機位置にあり光センサからの出力がオンの場合、（ｂ）回折格子が光路中にあり光センサからの出力がオフの場合。
【図１５】第７実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図１６】本発明の第８実施例であって、光路中に複数の回折光学素子と光強度減衰部材を挿脱して複数のマルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図１７】光路中に挿脱される複数の回折光学素子と光減衰部材の組み合わせの構成を示す図であって、（ａ）シングルスポット投光方式の場合、（ｂ）第１のマルチスポット投光方式の場合、（ｃ）第２のマルチスポット投光方式の場合。
【図１８】複数のマルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を選択するための操作部を示す図である。
【図１９】第８実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図２０】本発明の第９実施例であって、光源に供給するエネルギーを変化させて、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図２１】第９実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図２２】本発明の第１０実施例であって、光強度に応じて光源に供給するエネルギーを変化させて、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図２３】第１０実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図２４】フォーカスエラー信号を示す図であって、（ａ）マルチスポット投光方式であって、それぞれのスポット光が同一の焦点位置に集光する場合、（ｂ）シングルスポット投光方式の場合。
【図２５】フォーカスエラー信号を示す図であって、（ａ）マルチスポット投光方式であって、それぞれのスポット光が異なるの焦点位置に集光する場合に得られるそれぞれの信号、（ｂ）それぞれの信号を合成した時の信号。
【図２６】マルチスポット投光方式であって、それぞれのスポット光を異なるの焦点位置に集光させる光学系の例を示す図。
【図２７】本発明の第１１実施例であって、マルチスポット投光方式において、複数のスポット光の数を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が７つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が３つで試料凸部に照射されている場合。
【図２８】第１１実施例において、複数のスポット光の数と間隔を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が７つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が３つで試料凸部に照射されている場合。
【図２９】第１１実施例において、複数のスポット光の間隔を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が５つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が５つで試料凸部に照射されている場合。
【図３０】第１１実施例において、複数のスポット光の数と間隔を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が５つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が３つで試料凸部に照射されている場合。
【図３１】本発明の第１２実施例であって、（ａ）マルチスポット投光方式において、２つの光路を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図、（ｂ）試料上に照射されているスポットのパターン、（ｃ）光検出器上に再結像されたスポットのパターン。
【図３２】本発明の第１３実施例であって、（ａ）マルチスポット投光方式において、光検出器側で検出するスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図、（ｂ）試料上に照射されているスポットのパターン、（ｃ）光検出器上に再結像されたスポットのパターン。
【図３３】本発明の第１４実施例であって、（ａ）マルチスポット投光方式において、中間結像位置に光束制限部材を配置して複数のスポット光の数と間隔を変化させる別の構成を示す図、（ｂ）試料上に照射されているスポットのパターン、（ｃ）光検出器上に再結像されたスポットのパターン。
【図３４】第１４実施例で用いられる、光束制限部材の配置位置における光束の様子を示す図。
【図３５】光束制限部材の開口部の様子を示す図。
【図３６】別の光束制限部材の開口部の様子を示す図。
【図３７】本発明の第１５実施例であって、マルチスポット投光方式において、複数のスポット光の数と間隔を変化させる別の構成を示す図。
【図３８】本発明の第１６実施例であって、マルチスポット投光方式において、変倍光学系を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図。
【図３９】本発明の第１７実施例であって、マルチスポット投光方式において、音響光学素子を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図。
【図４０】本発明の第１８実施例であって、マルチスポット投光方式において、微小な発光部が一体形成された光源を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図。
【図４１】本発明の第１８実施例であって、マルチスポット投光方式において、光源を複数用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図
【図４２】回折光学素子の配置位置を示す図であって、（ａ）対物レンズの瞳に配置された場合、（ｂ）対物レンズの瞳位置よりも離れて配置された場合、（ｃ）対物レンズの瞳位置よりも近づいて配置された場合。
【図４３】従来のシングルスポット投光方式の構成を示す図。
【図４４】シングルスポット投光方式において、凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）凸部の平面に光スポットが照射されている場合（ｂ）凸部のエッジ部に光スポットが照射されている場合（ｃ）高さの異なる凹凸がある標本上に照射される場合。
【図４５】シングルスポット投光方式における光検出器上のスポット光の様子を示す図であって、（ａ）非合焦状態（前ピン状態）、（ｂ）合焦状態、（ｃ）非合焦状態（後ピン状態）。
【図４６】スリット投光方式において、凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）凸部の平面にスリット状の光が照射されている場合（ｂ）凸部のエッジ部にスリット状の光が照射されている場合（ｃ）高さの異なる凹凸がある標本上に照射される場合。
【符号の説明】
１ ステージ
２ レボルバ
３，３ａ，３ｂ，７６ 対物レンズ
４，３７，５０，５８，７３，７４，７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ 光源
５，３９，５９ コリメートレンズ
６，４５ａ，４５ｂ，６０，６３，６４，６６，７５ 回折格子
６ｂ 回折格子のセンサ遮光部
７，５７ 遮光板
８ 偏光ビームスプリッタ
９，１０ リレー光学系
１１ １／４波長板
１２ ダイクロイックミラー
１３ 結像レンズ
１４，５２，６５ 光検出器
１５ レボルバ用モータ
１６ 準焦用モータ
１７ レボルバ用モータ駆動部
１８ 準焦用モータ駆動部
１９ レボ穴位置検出部
２０，３８，５１ レーザ駆動部
２１ 増幅器２１
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ コントロール部
２４ パルスカウンタ
２５ ＪＯＧエンコーダ
２６，４９ 操作部
２７ ＣＰＵ
２８ ＲＯＭ
２９ ＲＡＭ
３０ Ｉ／Ｏポート
３１ データバス
３２ 回折格子駆動部
３３ 回折格子駆動モータ
３４ ピンホール
３５ ピンホール駆動部
３６ ピンホール駆動用モータ
４０，５４，６２ ハーフミラー
４１ 光センサ
４１ａ 光センサの発光部
４１ｂ 光センサの受光部
４２，４６ａ．４６ｂ，４６ｃ ＮＤフィルタ
４３ ＮＤ駆動部４３
４４ ＮＤ駆動用モータ
４５ 回折格子群
４６ ＮＤフィルタ群
４７，４８ 保持部材
４９ａ ＡＦ開始スイッチ
４９ｂ 投光方式選択スイッチ
５３ 集光光学系
５５ 凹レンズ
５６ 凸レンズ
６１Ａ，６１Ｂ シャッター
６７、６８，７０ マルチピンホール
６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄ，６８Ｅ 開口部列
６９ 中心線
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ 開口部列
７１ 変倍光学系７１
７２ 音響光学素子
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ 受光部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５ 受光部
ｄ０ ０次光（光束）
ｄ１，ｄｎ 回折光
Ｌ０ ０次光
Ｌ１ 回折光（＋１次光）
Ｌ２ 回折光（−１次光）
Ｓ 標本
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３ 標本上のスポット光
ＳＰ’１，ＳＰ’２，ＳＰ’３ 光検出器上のスポット光
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を介して対象物の観察、測定、検査を行う光学装置に用いられる焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系を介して対象物の観察、測定、検査を行う光学装置、例えば光学顕微鏡では、観察者は対象物の像を鮮明に観察するために、ステージを上下に移動させて対物レンズと対象物の間隔を調整して焦点合わせをしなければならない。この時、対物レンズの倍率が高い場合は焦点深度が浅いため、ステージを大きく移動させると合焦位置を見つけることができない。そこで観察者は、少しずつステージを移動させなければならず、合焦位置を見つけるのに時間がかかる。一方、対物レンズの倍率が低い場合は焦点深度が深いため、観察者はどのステージ位置で焦点が合っているのか判断することが困難になる場合がある。
【０００３】
このような問題を解消するために、近年、これらの光学装置に焦点検出装置を組み合わせるようになってきている。焦点検出装置にはさまざまな方式のものがあるが、その１つとして、対象物に向かって光を照射し、対象物から反射した反射光を光検出器で検出し、反射光の状態によって合焦状態か非合焦状態かを判断するアクティブ方式の焦点検出装置がある。
【０００４】
アクティブ方式の焦点検出装置の構成を図４３に示す。４は光源、５はコリメートレンズ、７は遮光板、８は偏光ビームスプリッタ、１１は１／４波長板、１２はダイクロイックミラー、３は対物レンズ、Ｓは対象物である標本、１３は結像レンズ、１４は光検出器である。
【０００５】
光源４は半導体レーザであって、赤外波長域のレーザ光を射出する。また、偏光状態は直線偏光である。レーザ光はコリメートレンズ５で平行光束となり、偏光ビームスプリッタ８に入射する。この時、コリメートレンズ５と偏光ビームスプリッタ８の間に配置された遮光板７によって、光束の半分が遮光される。偏光ビームスプリッタ８はＰ偏光の直線偏光を反射し、Ｓ偏光の直線偏光を透過する特性を備えている。そこで、射出されるレーザ光の偏光方向がＰ偏光方向と一致するようにあらかじめ半導体レーザを配置しておけば、偏光ビームスプリッタ８に入射したレーザ光の全てが偏光ビームスプリッタ８の反射面で反射されるので光強度（光量）の損失が生じない。
【０００６】
偏光ビームスプリッタ８の反射面で反射されたレーザ光は１／４波長板１１に入射する。１／４波長板１１は入射した直線偏光の円偏光にして射出するように配置されており、１／４波長板１１を射出したレーザ光は円偏光となってダイクロイックミラー１２で反射され、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は入射したレーザ光を標本Ｓ上に集光する。
【０００７】
標本Ｓで反射したレーザ光は再び対物レンズ３を通過するが、このとき入射した時と同じ光路を戻るのではなく、光軸を挟んで反対側の光路を戻っていく。そして、ダイクロイックミラー１２で反射され１／４波長板１１に入射する。ここで、円偏光のレーザ光は直線偏光となって射出されるが、今度は直線偏光の方向がＳ偏光方向となるので、偏光ビームスプリッタ８に入射したレーザ光は全て偏光ビームスプリッタ８を通過して結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３は入射したレーザ光を集光する。集光位置には光検出器４が配置され、レーザ光の光強度に応じた電気信号を発生する。光検出器１４は独立した２つの受光部Ａ、Ｂが近接して配置された構造を有しており、例えば２分割フォトダイオードが用いられる。
【０００８】
なお、図４３の構成では、対物レンズ３によって標本Ｓ上に集光されたレーザ光は形状が略円形で、非常に小さな面積を持つ集光点（以後、スポット光とする）となる。また、スポット光の数は１つである。よって、図４３に示した構成を、シングルスポット投光方式と呼ぶことにする。
【０００９】
シングルスポット投光方式において、合焦・非合焦状態がどのようにして判断（検出）されるかを図４４（ａ）及び図４５を用いて説明する。図４４（ａ）は凹凸形状を有する標本の凸部表面にスポット光が照射されており、この凸部表面に対して合焦になっている状態である。すなわち、対物レンズ３によって集光されたスポット光の大きさが最も小さくなる位置（以後、対物レンズの焦点位置とする）と標本Ｓの凸部表面とが一致している状態である。このとき、凸部表面で反射されたスポット光は、図４５（ｂ）の上側の図に示すように光検出器１４の中心に集光する。参考のために、光検出器１４の右側に集光した光束（スポット光）の光強度分布を示した。
【００１０】
光検出器１４は２つの同じ形状の受光部Ａ、受光部Ｂで構成されている。受光部Ａと受光部Ｂの間にはわずかな空隙部（ここでは単純に実線で示している）があり、この空隙部が光軸と一致している。なお、図４５（ｂ）の下側の図は上側の図の矢印方向から見た図である。
【００１１】
図４５（ａ）からわかるように、合焦状態では標本Ｓからの反射光は光軸上に集光するため、光検出器１４上に形成されるスポット光は光軸に対して左右対称な光強度分布となる。すなわち、スポット光の半分は受光部Ａに形成され、残りの半分は受光部Ｂに形成されることになるから、受光部Ａと受光部Ｂに形成されたスポット光の面積（光強度）は等しくなる。よって、合焦状態では２つの受光部Ａ、受光部Ｂから発生する電気信号も等しくなる。
【００１２】
次に非合焦状態であるが、これは標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ３から離れた位置にある状態と、標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ３に近い位置にある状態の２つがある。ここでは、前者の場合を後ピン状態、後者の場合を前ピン状態とする。後ピン状態の場合は図４５（ａ）に示すように、標本から反射したレーザ光は光検出器１４の手前で集光するため、光検出器１４上には図４５（ｂ）と比べて大きな径の光束が形成される。しかも、２つの受光部Ａ、Ｂに形成される光束は左右対称ではなく、一方の受光部、ここでは受光部Ｂに大きな光束が形成される。したがって、後ピン状態では、受光部Ｂで発生する電気信号に比べて受光部Ａで発生する電気信号が小さくなる。逆に、前ピン状態では、図４５（ｃ）に示すように、受光部Ａに大きな光束が形成されるので、受光部Ｂで発生する電気信号に比べて受光部Ａで発生する電気信号が大きくなる。
【００１３】
このように、対物レンズ３と標本Ｓの間隔によって受光部Ａと受光部Ｂで発生する電気信号の大小関係が変化するので、その差をとった信号（以後、フォーカスエラー信号）の値によって合焦状態か非合焦状態かの判断、更には前ピン状態か後ピン状態を判断することができる。したがって、このような焦点検出装置を顕微鏡などの光学装置に組み合わせて、フォーカスエラー信号がゼロになるようにステージを上下に移動させれば、自動的に標本に合焦することができる。
【００１４】
また、別のアクティブ方式の焦点検出装置としては、特開平８−２５４６５０号公報や特開平１０−１６１１９５号公報に記載されたものがある。これらの公報では、図４３においてコリメートレンズ５と遮光板７の間にシリンドリカルレンズやトーリックレンズを配置する構成が示されている。このような構成では図４６（ａ）に示すように、対物レンズ３により標本Ｓ上に集光されたレーザ光の形状は細長いスリット状となる。なお、図４６のような投光方式をスリット投光方式と呼ぶ。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図４３に示すシングルスポット投光方式の場合、図４４（ｂ）ような凹凸部のエッジ部（境界部）や段差のエッジ部にスポット光が照射されると、エッジ部で光が散乱されてしまう。その結果、光検出器に戻ってくる光の光強度が大幅に減少して焦点検出の精度が劣化するという問題がある。また、光検出器１４上に形成されるスポット光の形状が変形してしまい、例えば、標本Ｓ位置と対物レンズ３の合焦位置が一致しているにもかかわらず、フォーカスエラー信号がゼロにならずに非合焦状態と誤って判断してしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、図４４（ｃ）に示すように、標本が複数の高さの異なる凹凸形状を有している場合、スポット光が照射されている特定の高さの部分にのみ焦点が合ってしまう。そのため、例えば最も高い面に合焦してしまうと他の凹凸部が極端にぼけてしまい、高さの異なる複数の段差を一度に観察したり、複数の段差の幅を一度に測定することができない。
【００１７】
一方、スリット投光方式の場合、図４６（ｂ）に示すように、凹凸部のエッジ部や段差のエッジ部にスリット光が照射されたとしても、エッジ部分に照射される光の面積に比べて凸部や凹部の平面部分に照射される光の面積が大きい。そのため、エッジ部によって散乱される光の影響をほとんど受けることがなく、フォーカスエラー信号に誤差が生じることが少ない。また、図４６（ｃ）のように、標本が複数の高さの異なる凹凸形状を有している場合、異なる高さで反射した光が同時に光検出器１４上に集光するため、特定の高さに合焦するのではなくて平均的な高さに合焦することになる。よって、さまざまな凹凸部を一度に観察することができる。
【００１８】
しかしながら、スリット投光方式で用いられるシリンドリカルレンズやトーリックレンズはレンズ自体が高価である。また、組立時の位置調整が困難であるため、複雑な調整機構を必要とする。また、複数の高さの異なる凹凸形状に対しては常に平均的な高さに合焦してしまい、シングルスポット投光方式のように特定の高さに精密に合焦させることができない。
【００１９】
なお、スリット投光方式としては、光束中に細長い開口を持つ絞りを設けて光束をスリット状にする方法もあるが、光束の多くが絞りで遮光されるため光強度の損失が大きいという問題がある。
【００２０】
本願発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、段差などのエッジ部での散乱の影響を受けにくい焦点検出装置を提供することを目的とする。
また、複数の高さの異なる凹凸形状に対して平均的な高さに合焦できるだけでなく、特定の高さにも合焦できる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００２１】
また、光量損失が少なく、安価でしかも組立時の調整が容易に行える焦点検出装置を提供することを目的とする。
また、合焦できる確率が高い焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の焦点検出装置は、１つの光束を発生する発光部を１つだけ備えた光源と回折光学素子を有し複数の光束を射出する多光束発生部材と、前記複数の光束のそれぞれについて光束の一部を遮光する遮光部材と、入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する光分割部材と、入射した光束を集光する集光光学系と、少なくとも２つの受光部を備える光検出器とを備え、前記多光束発生部材及び前記遮光部材は第１の光路に配置され、前記集光光学系及び前記光検出器は第２の光路に配置され、前記光分割素子は前記第１の光路の光軸と前記第２の光路の光軸が交わる位置に配置され、前記光検出器は前記集光光学系の集光位置に配置され、前記第1の光路中で前記回折光学素子を挿脱する第１の駆動機構を備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
第１実施例を図１に示す。図１は本発明の焦点検出装置を顕微鏡に組み合わせた時の構成を示している。ここで、図示しない顕微鏡本体にステージ１、レボルバ２が取り付けられており、レボルバ２には対物レンズ３ａ、３ｂが装着されている。ステージ１の上には標本Ｓが載せられている。レボルバ２は回転可能になっており、対物レンズ３ａか３ｂのどちらかが（対物レンズ２つ以上レボルバに取り付けられている場合はいずれか１つの対物レンズが）標本Ｓ上に位置するようになっている。
【００２７】
レボルバ２の回転は手動によって行って行われる場合もあるが、図１では電動式になっている。そのため、レボルバ２の近傍にはレボルバ２を回転するためのレボルバ用モータ１５が配置され、更にこのレボルバ用モータ１５を制御するためのレボルバ用モータ駆動部１７が設けられている。また、どの対物レンズがレボルバ２のレボ穴に装着されているかを設定したり検出するため、あるいはどの対物レンズが標本Ｓ上に位置しているかを検出するためのレボ穴位置検出部１９が設けられている。レボルバ用モータ駆動部１７及びレボ穴位置検出部１９はコントロール部２３に接続され、コントロール部２３によって制御されるようになっている。
【００２８】
次に、焦点検出装置は、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６、遮光板７、偏光ビームスプリッタ８、結像レンズ１３、光検出器１４で構成されている。なお、図４３と同じ構成要素には同じ番号を付し、機能や作用についての詳細な説明は省略する。
【００２９】
光源４（ここでは半導体レーザ）にはレーザ駆動部２０が接続され、レーザ駆動部２０はコントロール部２３に接続されている。よって、光源４を発振させたり（点灯）、発振を止めたり（消灯）する制御をコントロール部２３で行うことができる。
【００３０】
本実施例では偏光ビームスプリッタ８とダイクロイックミラー１２の間に、光源４から射出されたレーザ光を対物レンズまで導くリレー光学系を構成するレンズ９、１０が配置されている。レンズ９は偏光ビームスプリッタ８から射出した平行光束を一旦集光し、レンズ１０は集光した光を平行光束にして射出するように配置されている。レンズ９で集光された位置は対物レンズ３の焦点位置と共役な位置であって標本Ｓの中間像が形成される中間結像位置である。なお、レンズ１０とダイクロイックミラー１２の間には１／４波長板１２が配置されている。
【００３１】
光検出器１４には増幅器２１が接続されている。増幅器２１は、光検出器１４の２つの受光部Ａ、Ｂでそれぞれ光電変換されて生じた電流を電圧に変換するとともに、電気信号を増幅する回路を２つ有している。増幅器２１で増幅された電気信号はＡ／Ｄ変換器２２でそれぞれデジタルデータに変換され、コントロール部２３内に設けられた記憶素子にそれぞれ保存される。
【００３２】
このほか、コントロール部２３にはパルスカウンタ２４が接続され、パルスカウンタ２４にはＪＯＧエンコーダ２５が接続されている。ＪＯＧエンコーダ２５は準焦用モータ１６を介して、ステージ１を上下に移動させる時に用いられるものである。また、コントロール部２３には操作部２６が接続されている。操作部２６には、レボルバ２を回転させて対物レンズの交換を行うための対物レンズ交換スイッチや、オートフォーカスの実行や解除を指示するＡＦ制御スイッチ、実行前に各種条件を設定するためのスイッチ類や入力部が配置されている。
【００３３】
ＪＯＧエンコーダ２５は回転機構を有しており、回転に伴う回転方向と回転量はパルスカウンタによって検出される。検出された回転方向と回転量のデータはコントロール部２３によって読み出され、そのデータに基づいて準焦用モータ駆動部１８に駆動データが送られる。準焦用モータ駆動部１８は駆動データに基づいて準焦用モータ１６に駆動信号を与える。その結果、ステージ１が光軸に沿って上下に移動する。なお、更にモータ等の駆動機構を備えることによって、ステージを光軸に垂直な方向に移動させることができるが、この時のステージの移動もＪＯＧエンコーダ２５を使って制御することが可能である。また、ステージ１を光軸方向に移動させるのではなく、対物レンズ３を単独で光軸方向に移動させるか、もしくは対物レンズ３とレボルバ２を一体で光軸方向に移動させても構わない。
【００３４】
コントロール部２３の詳細を図２に示す。コントロール部２３はＣＰＵ２７、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ２９、Ｉ／Ｏポート３０で基本的に構成されている。そして、それぞれがデータバス３１で接続され、データバス３１を介してデータのやり取りが行われる。ＲＯＭ２８にはオートフォーカス動作やステージ１の移動、あるいはレボルバ２の回転等、各種の制御を行うためのプログラムが格納されている。また、ＲＡＭ２９は、例えば前述のＡ／Ｄ変換機２２からのデジタルデータを保存する。Ｉ／Ｏポート３０は各種駆動部の制御信号の入出力を行う。
【００３５】
本実施例では、コリメートレンズ５と遮光板７の間に回折格子６が配置され、光源４と回折格子６とで多光束発生部材を構成している。回折格子６は、例えば平行平面板の一方の表面に周期的な振幅変化あるいは位相変化が形成されたもので、入射した光を複数のしかもそれぞれ角度の異なる光として射出する。図３はこの様子を示すもので、入射光と同じように直進して射出する０次光、ある角度で回折されて射出する±１次光、さらに大きな角度で射出される±２次光というように、１つの入射光から複数の光が発生する。なお、±２次光よりも更に高次の回折光も生じるが図３では省略している。
【００３６】
光源４から射出した１つの光束は、回折格子６を通過後に射出する角度が異なる多数の回折光（光束）を生じる。図４は、遮光板７の位置における０次〜±ｎ次の回折光ｄ0〜ｄnの様子を示したものである。これらの回折光ｄ0〜ｄnは遮光板７によって各光束の半分が遮光された後、対物レンズ３ａによって標本Ｓに照射されることになる。よって、標本Ｓ上には複数のスポット光が照射されることになる。本実施例のように、複数のスポット光が標本上に照射される投光方式をマルチスポット投光方式とする。
【００３７】
標本Ｓで反射した複数のスポット光は、入射時と光軸を挟んで反対側の光路を逆に戻り光検出器１４上に集光する。図５は光検出器１４上での反射光の集光状態を示したものある。なお、複数のスポット光は標本の同一平面（同一高さ）で反射したものとする。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、後ピン状態、合焦状態、前ピン状態のときの集光状態である。図４５と同様に、後ピン状態では受光部Ａに比べて受光部Ｂに面積の大きな光束が入射し、合焦状態では受光部Ａ、Ｂともに同じ面積の光束が集光し、前ピン状態では受光部Ｂに比べて受光部Ａに面積の大きな光束が集光する。
【００３９】
このように、本実施例においても対物レンズ３と標本Ｓの位置関係に応じて、受光部Ａと受光部Ｂからの電気信号を演算して得られるフォーカスエラー信号が変化する。よって、フォーカスエラー信号の値から合焦・非合焦の状態、更には前ピン状態あるいは後ピン状態を判断することができる。
【００４０】
また、図６（ａ）に示すように標本に段差があったとしても、本実施例では図６（ｃ）に示すように３つのスポット光が照射されているので段差のエッジ部での影響を受けにくい。すなわち、例えば、中央のスポット光はエッジ部に照射されて半分以上が散乱されたとしても、その外側にある２つのスポット光は半分以上が平坦な部分に照射されているため、光検出器１４には外側の２つのスポット光による反射光が戻ってくる。よって、フォーカスエラー信号に誤差が生じにくくなり、スリット投光方式と同様に正確で安定した合焦が可能となる。
【００４１】
また、図７（ａ）に示すような複数の高さの異なる凹凸形状を持つ標本において、平均的な高さに合焦させることも可能である。図７（ｂ）はシングルスポット投光方式の場合であって、凹凸の最も高い位置に合焦している場合である。この場合、このスポット光が照射されている位置のみ合焦状態になるため、他の凹凸部は非合焦状態になる。特に対物レンズが高倍率の場合、最も低い凹部は完全に非合焦状態（いわゆるピンぼけ）になり、全く観察することができない。したがって、ＬＡ−ＬＢ間の幅は測定できても、ＬＣ−ＬＤ間の幅はほとんど測定できないといった状態が生じる。
【００４２】
これに対して、本実施例では、図７（ｃ）に示すように、複数の高さの異なる凸部あるいは凹部に複数のスポットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３が照射される。よって、光検出器１４の受光面Ａ、Ｂには、合焦状態のスポット光ＳＰ’１、後ピン状態のスポット光ＳＰ’２、前ピン状態のスポット光ＳＰ’３が同時に形成されるので、フォーカスエラー信号はこれらの平均的な値になる。よって、スリット投光方式と同様に、平均的な高さに合焦することができる。この場合、スポット光が照射されている部分はいずれも非合焦状態であるが、合焦状態からわずかにずれている程度で極端にぼけて見えるわけではない。ＬＡ−ＬＢ間及びＬＣ−ＬＤ間の像はややぼけた状態ではあるが観察可能であるから、ＬＡ−ＬＢ間及びＬＣ−ＬＤ間のいずれにおいても幅の測定は可能となる。
【００４３】
このように、本実施例では回折格子６を光路中に配置することで、エッジ部の散乱に影響されない高精度の合焦が実現できるほか、平均的な高さに合焦することができる。なお、回折格子６はシリンドリカルレンズに比べて安価であるほか、外形が平行平面板であるので組み立て時の調整が容易である。また、保持機構も簡略にすることができる。また、回折格子はシリンドリカルレンズに比べて軽量であるため、移動させるにしても簡単な移動機構で容易に移動させることができる点で好ましい。
【００４４】
（第２実施例）
第２実施例を図８に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の構成は、第１実施例の構成に回折格子駆動部３２、回折格子駆動モータ３３が加わったものである。本実施例では、回折格子６を回折格子駆動モータ３３によって移動することができる。よって、回折格子６が光路中にある場合は回折格子によって複数の光束が生じるため、マルチスポット投光方式による焦点検出が行える。一方、回折格子６が光路中にない場合は１つの光束しか生じないため、シングルスポット投光方式による焦点検出が行える。
【００４５】
回折格子６光路中への挿脱は、コントロール部２３に設けられた図示しない投光方式切替えスイッチによって行われる。例えば、初期状態ではシングルスポット投光方式になっており、回折格子６は光束を遮らない位置（以後、待機位置とする）に配置されているものとする。この状態からマルチスポット投光方式にするために投光方式切替えスイッチが１回押されると、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に駆動命令を送る。そして回折格子駆動部３２から駆動信号が回折格子駆動モータ３３に送られ、回折格子駆動モータ３３が回転する。回転は図示しない公知の移動機構に伝達され、移動機構に搭載された回折格子６が光路中に移動し、マルチスポット投光方式の構成となる。再びシングルスポット投光方式にする場合は、投光方式切替えスイッチを再び押すことによって、回折格子が待機位置に移動して投光方式の切換えが完了する。
【００４６】
なお、投光方式を切替えるスイッチは１つでなくとも良く、シングルスポット投光方式用スイッチとマルチスポット投光方式用スイッチをそれぞれ用意し、いずれか一方を押して投光方式を切替えあるいは選択するようにしても良い。
【００４７】
以上のように、本実施例ではシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替えて使用できる。そのため、シングルスポット投光方式を使って標本の特定の位置（高さ）に高精度に合焦したり、マルチスポット投光方式を使ってエッジ部による動作不安を起こさずに合焦したり、凹凸のある標本の平均的な位置（高さ）に合焦したりできるというように、標本の形状に応じてシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を使い分けて最適な合焦を行うことができる。
【００４８】
（第３実施例）
第３実施例を図９に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では、回折格子６は常に光路中に配置されており、複数の光束が発生している状態になっている。そして、リレー光学系を構成するレンズ９、１０の間の中間結像位置に光束制限部材であるピンホール３４が配置され、このピンホール３４を光路中に挿脱することによって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式の切換えを行っている。ピンホール３４を移動させるために、ピンホール駆動部３５及びピンホール駆動用モータ３６を備えている。
【００４９】
ピンホール３４は微小な開口部を１つ有しており、この開口部はピンホール３４が光路中に挿入されたときに光軸上に位置するように設けられている。また、ピンホール３４が配置される位置は、上述のように中間結像位置である。なお、本実施例のピンホール３４は開口部が１つなのでシングルピンホールと称すべきであるが、簡単のためにピンホールとする。
【００５０】
本実施例では、ピンホール３４を光路中に挿脱させることによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えを行う。また、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えは、第２実施例と同様に投光方式切替えスイッチによって行う。
【００５１】
シングルスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はピンホール駆動部３５に対してピンホール３４を光路中に配置するように指示する。ピンホール駆動部３５はコントロール部２３の指示に従いピンホール駆動モータ３６に駆動信号を与え、ピンホール駆動モータ３６の回転によってピンホール３４が光路中の中間結像位置に移動する。ピンホール３４はその開口部の中心が光路の光軸に一致した位置で静止する。
【００５２】
中間結像位置には回折格子６によって形成された複数の光束が集光している。このうち、０次光は光軸上に集光し、±１次光を含む高次の光束は光軸から離れた位置に集光している。ピンホール３４の開口部は光軸上に集光した光のみを通過させるので、ここでは０次光がピンホール３４の開口部を通過し、他の高次の光は開口部以外の遮光部で遮光されることになる。この結果、標本Ｓ上には１つのスポット光だけが形成されることになる。
【００５３】
一方、マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はピンホール駆動部３５に対してピンホール３４を光路から取り出す（離脱させる）ように指示する。ピンホール駆動部３５はコントロール部２３の指示に従い、ピンホール駆動モータ３６に駆動信号を与える。ピンホール３４は光路中から待機位置に移動して光路からの離脱が完了する。中間結像位置には回折格子６によって形成された複数の光束が集光しているが、これらの光束は全て通過するので、標本上には複数のスポット光が形成されることになる。
【００５４】
以上のように、本実施例も第２実施例と同様に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替えて使用できるため、第２実施例と同様の効果が得られる。
【００５５】
（第４実施例）
第４実施例を図１０に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では第３実施例と同様に、回折格子６は常に光路中に配置されており、複数の光束が発生している状態になっている。本実施例の場合、第２の光源であるレーザ３７、レーザ駆動部３８、第２のコリメートレンズ３９、ハーフミラー４０を備え、光源２０と光源３７のいずれかを発振（点灯）させることによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えを行う。なお、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えは、第２実施例と同様に投光方式切替えスイッチによって行う。
【００５６】
シングルスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３からレーザ駆動部３８のみに発振開始の命令が送られ、光源３７である半導体レーザからレーザ光が射出される。レーザ光は第２のコリメートレンズ３９で平行光束に変換された後、ハーフミラー４０に入射する。ハーフミラー４０で反射されたレーザ光は遮光板７で半分の光束が遮光される。ここで、光源３７とハーフミラー４０の間にはコリメートレンズ３９以外何も存在しないので、光束の数は１つである。一方、レーザ駆動部２０に対してはコントロール部２３から発振開始の信号は送られないため、光源３７からレーザ光が射出している間は光源４からレーザ光は射出されない。したがって、標本上には１つのスポット光しか形成されないことになる。
【００５７】
一方、マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３からレーザ駆動部２０のみに発振開始の命令が送られる。この場合光源４とハーフミラー４０の間には、コリメートレンズ３９の他に回折格子６が存在するので、複数の光束が発生する。なお、光源３７にはコントロール部２３から発振停止の命令がレーザ駆動部３８に送られる。よって、標本上には複数のスポット光が形成されることになる。
【００５８】
以上のように、本実施例も第２実施例と同様にシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替えて使用できるため、第２実施例と同様の効果が得られる。なお、本実施例では、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えに機械的な駆動を必要としないため、切替えを短時間で行うことが可能になる。また、切替えに伴う振動の問題も起きない。
【００５９】
なお、切替え時間や振動が問題にならない程度であれば、光源４とハーフミラー４０の間、光源３７とハーフミラー４０の間にシャッタを配置して、シャッタを開閉して投光方式を切替えることもできる。この時、シャッタは機械式、液晶、電気光学効果を利用した光学素子のいずれで構成しても良い。
【００６０】
（第５実施例）
第５実施例は、観察者に合焦操作の負担をかけずに標本に合焦する確率を高くする方法に関するものである。焦点検出動作において標本にうまく合焦できない原因としては、標本の反射率が低い、エッジ部によって光の散乱が生じる（特に高倍率対物レンズ使用時）、標本の周期的構造によって光の回折や散乱が生じる（特に低倍率対物レンズ使用時）、などがある。このような場合には、前述のようにマルチスポット投光方式による焦点検出が有効であるが、実際にシングルスポット投光方式が良いのかマルチスポット投光方式が有効なのかは、合焦装置を作動させてみなければ分からない場合がある。ただし、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替えを観察者（操作者）が行っていたのでは、投光方式をそれぞれ手動で実行しなければならず、手間が掛かって不便である。
【００６１】
そこで、本実施例では焦点検出の状況をコントローラ２３で監視し、その状況に応じて投光方式を自動的に切替えるようにしている。図１１は投光方式を自動的に切替える処理を、フローチャートで示したものである。ここでは、最初にシングルスポット投光方式を使った合焦が行われるものとする。焦点検出動作（ＡＦ動作）の開始の命令（Ｓ１）によって、焦点検出動作が行われる（Ｓ２）。焦点検出動作が開始されると、対物レンズ３と標本Ｓとの間が変化してフォーカスエラー信号が生成される。フォーカスエラー信号の値に基づいて合焦・非合焦の状態が判断され（Ｓ３）、フォーカスエラー信号がゼロになったときに、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出できたと判断され、シングルスポット投光方式での焦点検出動作が終了する（Ｓ４）。
【００６２】
フォーカスエラー信号がゼロになっていない場合は、まだ合焦位置が検出できていないと判断してシングルスポット投光方式による焦点検出動作を続けるが、その前に所定の条件内（例えば、対物レンズ３標本Ｓとの間を変化させる回数）で合焦位置が検出できなかったのか否かが判断される（Ｓ５）。所定の条件内で合焦位置が検出できなかった場合は、焦点検出動作（Ｓ２）、合焦位置の検出の判断（Ｓ３）、所定の条件を満足したかの判断（Ｓ５）の処理が繰り返し行われる。
【００６３】
所定の条件を満足したにも関わらず合焦位置が検出できなかった場合、シングルスポット投光方式で合焦位置を検出できなかったと判断する。そして、マルチスポット投光方式であるかどうかが判断され（Ｓ６）る。ここでは、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出できなかったので、マルチスポット投光方式への切換えが行われる（Ｓ７）。
【００６４】
マルチスポット投光方式へ切替わったのち、焦点検出動作（Ｓ２）、合焦位置の検出の判断（Ｓ３）、所定の条件を満足したかの判断（Ｓ５）の処理が繰り返し行われ、合焦位置が検出できたと判断されるとマルチスポット投光方式での焦点検出動作が終了する（Ｓ４）一方、マルチスポット投光方式でも合焦位置が検出できなかった場合、シングルスポット投光方式でもマルチスポット投光方式でも合焦位置の検出ができないと判断し待機状態となる（Ｓ８）。
【００６５】
本実施例では上記のような処理を備えることによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式による焦点検出動作が自動的に行われるので、観察者の合焦操作の負担を軽減できる。また、２つの投光方式で焦点検出動作を試行するので、合焦できる確率が高くなる。
【００６６】
（第６実施例）
第６実施例は、、一旦マルチスポット方式によって合焦位置の検出を行い、その後シングルスポット投光方式で合焦位置を検出するものである。
【００６７】
図１２はこの処理をフローチャートで示したものである。最初にシングルスポット投光方式を使った合焦が行われるものとする。焦点検出動作（ＡＦ動作）の開始の命令が出された（Ｓ１）後、マルチスポット投光方式への切換えが行われる（Ｓ２）。投光方式の切換えが終了した後、焦点検出動作が行われる（Ｓ３）。焦点検出動作では、対物レンズ３標本Ｓとの間を変化させながらフォーカスエラー信号が生成される。フォーカスエラー信号の値に基づいて合焦・非合焦の状態が判断され（Ｓ４）、フォーカスエラー信号がゼロになったときに、マルチスポット投光方式で合焦位置が検出できたと判断され、マルチスポット投光方式での焦点検出動作が終了する。フォーカスエラー信号がゼロになっていない場合の処理は、第５実施例と同様である。
【００６８】
マルチスポット投光方式での焦点検出動作が終了した後、シングルスポット投光方式への切換えが行われ（Ｓ５）、マルチスポット投光方式による高精度の焦点位置動作（ここでは焦点検出動作と合焦・非合焦の状態が判断の２つの処理）が行われる（Ｓ６）。フォーカスエラー信号がゼロになったときに、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出できたと判断され、シングルスポット投光方式での焦点検出動作が終了する（Ｓ７）。
【００６９】
なお、マルチスポット投光方式で合焦位置が検出できなかった場合は、第５実施例と同様に待機状態となる。また、図示していなが、マルチスポット投光方式からシングルスポット投光方式に切り替わった後、シングルスポット投光方式で合焦位置が検出しない場合も待機状態となる。
【００７０】
本実施例では上記のような処理を備えることによって、マルチスポット投光方式によって標本の平均的な高さに合焦した後に、シングルスポット投光方式に切り替えて高精度な合焦が行える。したがって、シングルスポット投光方式単独に比べて合焦できる確率が高くなる。
【００７１】
（第７実施例）
第７実施例を図１３に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第２実施例の構成に、回折格子６の位置を検出する光センサ４１、光強度減衰部材であるＮＤ（Neutral Density）フィルタ４２、ＮＤフィルタ４２を移動させるＮＤ駆動部４３、ＮＤ駆動用モータ４４が加わったものである。
【００７２】
本実施例は第２実施例と同様に、回折格子６を光路中に挿脱するものである。前述のように、回折格子６が光路中にある時は回折によって複数の光束が発生する。このとき、各々の光束の光強度は、回折格子６に入射する前の光束の光強度に比べて小さくなる。また、回折格子６によって多少の光強度の損失が生じるため、各々の光束の光強度の総和は、回折される前の光束の光強度に比べてかなり異なる。すなわち、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とでは、光検出器１４に入射する光束の光強度（マルチスポット投光方式の場合は各々の光束の総和）に差が発生することになる。この光強度の差が大きいと、光検出器１４や増幅器２１には広いダイナミックレンジが要求される。ダイナミックレンジの広い光検出器や増幅器は高価であることや、増幅回路も複雑になるので、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで光強度の差ができるだけ小さくなるようにするのが好ましい。
【００７３】
そこで、本実施例ではＮＤフィルタ４２を光路中に挿脱することによって光強度を調整し、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式における光強度差がほとんどないようにしている。なお、ＮＤフィルタ４２は、入射した光の強度を特定の割合で減少させる光学フィルタである。
【００７４】
本実施例では、試料面に照射される光強度の総和あるいは光検出器１４で受光した時の光強度の総和が、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とでほぼ同じになるようにＮＤフィルタ４２の透過率を設定している。そして、回折格子６が光路中にない場合はＮＤフィルタ４２を光路中に入れ、回折格子６が光路中にある場合はＮＤフィルタ４２を光路から取り出すように構成することによって、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで光強度が略等しくなるようにしている。
【００７５】
本実施例では図１４に示すように、回折格子６が光路中に挿入されているのか、光路から離脱されているのかを検出できるように光センサ４１を備えている。また、回折格子６は格子形状が形成された回折部のほかにセンサ遮光部６ａを備えている。このセンサ遮光部６ａは、回折部と一体に形成されていても良いし、別体で形成した後に一体化しても良い。なお、回折部の格子形状とは回折格子６に形成された濃淡あるいは凹凸で表される形状であって、直線に限らず同心円状など様々な形状を含む。
【００７６】
回折格子６の光路中への挿脱は実施例２と同様に、コントロール部２３に設けられた図示しないスイッチによって行われるが、本実施例では回折格子６の光路中の挿脱に同期して、または非同期でＮＤフィルタ４２を光路中に挿脱すればよい。この場合、回折格子６の位置を検出しなければならないため、上述のように、回折格子６の位置を検出するための光センサ４１が光束に沿って配置されている。
【００７７】
光センサ４１は発光部４１ａと受光部４１ｂで構成され、発光部４１から射出したセンサ光が受光部４１ｂに入射されるようになっている。発光部４１ａと受光部４１ｂの間には何もないため、この状態では発光部４１ａからのセンサ光は常に受光部４１ｂで入射している。一方、発光部４１ａと受光部４１ｂの間に遮光物が入ると、センサ光が遮られて受光部４１ｂにセンサ光が入射しなくなる。このように、受光部４１ｂにセンサ光が入射しているかしていないかで、２つの状態を検出することができる。
【００７８】
本実施例では、受光部４１ｂにセンサ光が入射している状態をオン、入射していない状態をオフとする。図１４に示した光センサはフォトインタラプタと呼ばれるものであるが、センサ光を対象物に照射して反射した光を受光するフォトリフレクタと呼ばれる光センサや、機械的接点の接触状態を検出する接触式センサを用いることもできる。
【００７９】
図１４（ａ）はシングルスポット投光方式における回折格子６と光センサ４１の位置関係を示している。シングルスポット投光方式が選択された場合、回折格子６及びセンサ遮光部６ａはいずれも待機位置に配置される。したがって、光センサ４１からコントロール部２３へはオン信号が出力されている。次に、焦点検出がシングルスポット投光方式からマルチスポット投光方式に切り替わった場合、回折格子６は待機位置から移動して光束中に位置する。このとき、センサ遮光部６ａが発光部４１ａから射出されたセンサ光を遮る。そのため、センサ受光部４１ｂはセンサ光を受光できなくなるので、オフ信号が光センサ４１からコントロール部２３へ出力される。
【００８０】
コントロール部２３は光センサ４１からのオン、オフ信号に基づいてＮＤ駆動部４３に駆動命令を出す。この駆動命令によってＮＤ用モータ４４が回転してＮＤフィルタ４２を移動させる。この結果、ＮＤフィルタ４２が光路から挿脱されることになる。本実施例では、光センサ４１からの出力信号がオンの時はシングルスポット投光方式になっているので、ＮＤフィルタ４２を光路中に移動させる命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。また、ＮＤフィルタ４２が光路中にある場合はそのままの状態を保つ命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。
【００８１】
逆に、光センサ４１からの出力信号がオフの時はマルチスポット投光方式になっているので、ＮＤフィルタ４２を待機位置に移動させる命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。ＮＤフィルタ４２が待機位置にある場合は、そのままの状態を保つ命令がコントロール部２３からＮＤ駆動部４３に出される。
【００８２】
なお、ＮＤフィルタ４２の位置を検出する光センサを更に設けても良い。この場合、コントロール部２３は光センサからの信号でＮＤフィルタ４２の位置を認識することができる。よって、ＮＤフィルタ４２の移動が必要かどうかの判断を、光センサから信号に基づいて行うことができる。
【００８３】
動作の流れを図１５に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを用いるかは、あらかじめ観察者によって選択されているものとする。
【００８４】
まず、シングルスポット投光方式が選択されていた場合について説明する。観察者がＡＦ開始スイッチを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は光センサ４１（回折格子センサ）からの信号を読み込み（Ｓ２）、シングルスポット投光方式の構成になっているかどうか確認を行う（Ｓ３）。光センサ４１からの信号がオンの場合、シングルスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３はＮＤ駆動部４３に駆動信号を出してＮＤフィルタ４２を光路中に移動させる（Ｓ４）。光センサ４１からの信号がオフの場合、マルチスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に対して、回折格子６を待機位置に移動させる駆動命令を出す。回折格子６が待機位置に移動すると光センサ４１からの信号がオンになるので、コントロール部２３はオン信号を受け取った後、ＮＤ駆動部４３に駆動命令を出してＮＤフィルタ４２を光路中に移動させる（Ｓ４）。
【００８５】
一方、マルチスポット投光方式が選択されていた場合、コントロール部２３は光センサ４１からの信号を受け取り（Ｓ２）、マルチスポット投光方式になっているどうかを確認する（Ｓ３）。光センサ４１からの信号がオンの場合、シングルスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に対して回折格子６を光路中に移動させる駆動命令を出す。回折格子６が光路中に移動すると、光センサ４１からの信号がオフになる、コントロール部２３はオフ信号を受け取った後、ＮＤ駆動部４３に駆動命令を出してＮＤフィルタ４２を待機位置に移動させる（Ｓ５）。光センサ４１からの信号がオフの場合、すでにマルチスポット投光方式の構成になっているので、コントロール部２３はＮＤ駆動部４３に駆動命令を出してＮＤフィルタ４２を待機位置に移動させる（Ｓ５）。選択された投光方式による構成の準備が終了すると、焦点検出動作（ＡＦ動作）が始まる（Ｓ６）。
【００８６】
なお、図１５のフローチャートでは、焦点検出動作が開始してから合焦位置の検出が終了するまでの過程は図示していないが、図１１におけるステップＳ３とステップＳ５は当然行われている。また、本実施例では焦点検出動作（Ｓ６）の開始後、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を切替え（選択）できる処理（Ｓ７）に処理が進むようになっているが、これはこのようなステップを備えることによって操作性が向上することを説明するために、便宜上この位置に示したものである。したがって、この処理（Ｓ７）は焦点検出動作の途中に割り込みで行われたり、あるいは一旦終了した後に行われるようにしておけばよく、焦点検出動作（Ｓ６）の開始後に必ず実行しなければならない処理ではない。
【００８７】
本実施例は第２実施例と同様に、回折格子が光路中に挿脱可能になっているので、第２実施例と同様の効果が得られる。また、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで標本上での光強度がほぼ同じになっているため、ダイナミックレンジの広い光検出器や増幅器を必要としない。よって、安価な光検出器を用いたり、簡単な回路構成で増幅器を構成することができる。また、例えば、焦点検出を行う範囲を標本からの反射光の光強度（総和）で決めている場合、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式でそれぞれ異なる光強度の範囲を設定する必要がなくなるので、焦点検出のための各種制御パラメータを共通化することができる。
【００８８】
（第８実施例）
第８実施例を図１６に示す。第７実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。第７実施例では回折格子６及びＮＤフィルタ４２が共に１種類であったのに対し、本実施例では図１７に示すように、複数の回折格子からなる回折格子群４５と複数のＮＤフィルタからなるＮＤフィルタ群４６を備えている。回折格子群４５はそれぞれが異なる格子形状を持つ回折格子４５ａ、４５ｂと、これらの回折格子を保持する保持部材４７で構成されている。一方、ＮＤフィルタ群４６はそれぞれが異なる透過率持つＮＤフィルタ４６ａ、４６ｂ、４６ｃと、これらのＮＤフィルタを保持する保持部材４８で構成されている。
【００８９】
回折格子４５ａと４５ｂは格子形状が異なるため、これらを光束中に挿脱することにより標本Ｓ上に異なる投光パターンを照射することができる。一方、ＮＤフィルタ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの透過率は、回折格子が光路中にある場合とない場合、あるいは複数の回折格子のいずれが光路中に挿入されている場合のいずれの場合においても、標本Ｓ上（あるいは光検出器１４）での光強度の総和が一定になるようにその透過率が選定されている。
【００９０】
本実施例における回折格子４５ａ、４５ｂとＮＤフィルタ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの光路中への挿脱も、第７実施例と同様にコントロール部２３を介して行われる。コントロール部２３には、図１８に示すような操作部４９が設けられている。操作部４９はＡＦ開始スイッチ４９ａ、投光方式選択スイッチ４９ｂを有している。投光方式選択スイッチ４９ｂはシングルスポット投光方式を選択するスイッチＳ、マルチスポット投光方式を選択するスイッチ群Ｍ１、Ｍ２、…、Ｍｎで構成されている。
【００９１】
動作の流れを図１９に示すフローチャートを用いて説明する。第７実施例と同様に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを用いるかを、あらかじめ観察者が選択しておくようにしておいても構わないが、ここでは、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の選択は、操作の途中で決めるものとして説明する。
【００９２】
まず、観察者はＡＦ開始スイッチ４９ａを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを選択するかの問い合せを行う。観察者は、投光方式選択スイッチ４９ｂのなかから所望の投光方式のスイッチを押す。コントローラ部２３は投光方式選択スイッチ４９ｂのうち、どのスイッチが押されたかを検出する（Ｓ２）。コントローラ部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちら選択されたかを判断し、それぞれに応じて処理を進める（Ｓ３）。
【００９３】
ここで、シングルスポット投光方式のスイッチが押された場合、コントロール部２３はシングルスポット投光方式の構成にするため、図１７（ａ）に示すように、光路中から回折格子群４５を離脱させる（Ｓ４）とともに、ＮＤフィルタ４６ｃを光路中に挿入する（Ｓ５）。その後、焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、ＮＤフィルタ４６ｃの透過率は、標本上（あるいは光検出器１４）でのスポット光の光強度が、後に述べるマルチスポット投光方式における光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【００９４】
マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はスイッチＭ１、Ｍ２、…Ｍｎのうちどのスイッチが押されたかを判断し（Ｓ６）、スイッチＭ１が押されていた場合、第１のマルチスポット投光方式の構成にするため、図１７（ｂ）に示すように、光路中に回折格子４５ｂを挿入する（Ｓ７）とともに、ＮＤフィルタ４６ｂを光路中に挿入する（Ｓ８）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、ＮＤフィルタ４６ｂの透過率は、標本上におけるスポット光の光強度の総和があらかじめ設定された光強度であって、シングルスポット投光方式のスポット光の光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【００９５】
また、スイッチＭ２が押されていた場合、第２のマルチスポット投光方式の構成にするために、図１７（ｃ）に示すように、光路中に回折格子４５ａを挿入する（Ｓ７’）とともに、ＮＤフィルタ４６ａを光路中に挿入する（Ｓ８’）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、ＮＤフィルタ４６ａの透過率は、標本上におけるスポット光の光強度の総和があらかじめ設定された光強度であって、シングルスポット投光方式におけるスポット光の光強度とほぼ同じく、また第１のマルチスポット投光方式における光強度の総和ともほぼ同じになるように設定されている。
【００９６】
ここで、それぞれの投光方式に対する回折格子とＮＤフィルタの組み合わせを表１に示す。
【００９７】
【表１】
【００９８】
また、本実施例においても第７実施例と同様に、焦点検出動作の途中あるいは、一旦終了した後に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替え、あるいはマルチスポット投光方式における投光パターンの切替えができるよう処理（Ｓ１０）が用意されており、操作性の向上が期待できる。
【００９９】
本実施例は第７実施例と同様の効果が得られるほか、異なる投光パターンを標本上に照射することができるので、様々な形状を有する標本に対して合焦できる確率が高くなる。
【０１００】
なお、本実施例では、回折格子群４５とＮＤフィルタ群４６の光路上における位置を検出するための光センサを備えていないが、最初に装置全体に電源が供給された時（初期状態）に、自動的に回折格子群４５が待機位置、ＮＤフィルタ４６ｃが光路中に位置するようにしておき、その後、投光方式選択スイッチ４９ｂのスイッチが押されるごとに、回折格子駆動モータ３３、ＮＤ駆動用モータ４４の回転方向（右回転か左回転か）と回転回数をコントロール部２３で記憶しておけば、目的の回折格子とＮＤフィルタの組み合わせを光路中に配置させることができる。
【０１０１】
また、本実施例では、投光方式選択スイッチ４９ｂが複数のスイッチで構成されているが、１つのスイッチにしておき、一回スイッチを押すごとに投光方式や投光パターンが変化するようにしても良い。また、本実施例では、複数の回折格子とＮＤフィルタをそれぞれ保持する板状の保持部材４７、４８を光軸と垂直な方向にスライドさせているが、保持部材を円盤状にしてこれを回転させて所望の回折格子とＮＤフィルタの組み合わせ、あるいは空穴とＮＤフィルタが光路中に配置されるようにすることもできる。
【０１０２】
（第９実施例）
第９実施例を図２０に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。第７実施例や第８実施例では光源２０から射出される光の強度は一定であるが、本実施例では射出する光の強度を変化させることができる光源５０を備えている。そのため、第8実施例のＮＤフィルタ群４６が本実施例には備わっていない。
【０１０３】
光源５０から射出する光強度の調整は、コントロール部２３からの命令によって行われる。光源５０が半導体レーザの場合、レーザ駆動部５１から半導体レーザに供給する駆動電流を変化させることによって半導体レーザから射出される光の強度を変化させることができる。
【０１０４】
動作の流れを図２１に示すフローチャートを用いて説明する。第７実施例と異なる点は、ＮＤフィルタを切り替えて光強度を調整するのではなく、光源５０に供給する駆動電流量を変化させて光強度を調整している点である。
【０１０５】
まず、観察者はＡＦ開始スイッチ４９ａを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを選択するかの問い合せを行う。観察者は、投光方式選択スイッチ４９ｂのなかから所望の投光方式のスイッチを押す。コントローラ部２３は投光方式選択スイッチ４９ｂのうち、どのスイッチが押されたかを検出する（Ｓ２）。コントローラ部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちら選択されたかを判断し、それぞに応じて処理を進める（Ｓ３）。
【０１０６】
シングルスポット投光方式のスイッチが押された場合、光路中から回折格子群４５を離脱させる（Ｓ４）とともに、光源５０に供給する駆動電流量をあらかじめ設定された値ａにする（Ｓ５）。その後、焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、光源５０に供給する駆動電流量ａは、標本上（あるいは光検出器１４）でのスポット光の光強度が、後に述べるマルチスポット投光方式における光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【０１０７】
マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はスイッチＭ１、Ｍ２、…Ｍｎのうちどのスイッチが押されたかを判断し（Ｓ６）、スイッチＭ１が押されていた場合、光路中に回折格子４５ｂを挿入する（Ｓ７）とともに、光源５０に供給する駆動電流量をあらかじめ設定された値ｂにする（Ｓ８）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。光源５０に供給する駆動電流量ｂは、標本上におけるスポット光の光強度の総和があらかじめ設定された光強度であって、シングルスポット投光方式のスポット光の光強度とほぼ同じになるように設定されている。
【０１０８】
また、スイッチＭ２が押されていた場合、光路中に回折格子４５ｃを挿入する（Ｓ７’）とともに、光源５０に供給する駆動電流量をあらかじめ設定された値ｃにする（Ｓ８’）。そして焦点検出動作を開始する（Ｓ９）。なお、光源５０に供給する駆動電流量ｂは、シングルスポット投光方式におけるスポット光の光強度とほぼ同じく、また第１のマルチスポット投光方式における光強度の総和ともほぼ同じになるように設定されている。
【０１０９】
ここで、投光方式に対する回折格子と駆動電流量の組み合わせを表２に示す。
【０１１０】
【表２】
【０１１１】
本実施例も第８実施例と同様の効果を得ることができるほか、第７実施例や第８実施例のようなＮＤフィルタ４２（あるいはＮＤフィルタ群４６）、ＮＤ駆動部４３及びＮＤ駆動用モータ４４が不要になるので、装置構成を簡素化することができる。なお、第１実施例乃至第６実施例の光源として、本実施例の光源５０と同様の光源を用いても良い。
【０１１２】
また、光検出器１４からの電気信号の値（受光面Ａと受光面Ｂからの電気信号の総和）は、標本の反射率によって変化する。したがって、標本の反射率が低く光検出器１４からの電気信号の値が小さい場合、光源５０に供給する駆動電流量を大きくして光検出器１４に入射する光の強度を大きくすることができる。この結果、Ｓ／Ｎ（信号・ノイズ比）の良いフォーカスエラー信号を得ることができる。なお、標本に照射される光の強度が大きすぎた場合、標本にダメージを与える可能性があるほか、散乱された光を遮光する必要が生じるため、ある程度の光強度以下に押さえておくことが望ましい。
【０１１３】
（第１０実施例）
第１０実施例を図２２に示す。第９実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例も第9実施例と同様に、射出する光の強度を変化させることができる光源５０を備えている。光源５０から射出する光強度の調整は、コントロール部２３からの命令によって行われる。第9実施例と異なるのは、本実施例では、光源５０から射出された光の強度を測定するための光検出器５２と、光検出器５２に光を導くための集光光学素子５３とハーフミラー５４を備えている点である。ハーフミラー５４は光源５０から射出された光を分割して取り出せる位置であればどこでも構わないが、標本からの反射光に影響を与えないという観点から、回折格子群４５と偏光ビームスプリッタ８の間に配置するのが好ましい。
【０１１４】
第9実施例では投光方式に応じて、光源５０に供給される駆動電流量があらかじめ設定されていた。これは、光源５０に供給される駆動電流量と光源５０から射出される光強度の間に、相関関係（例えば比例関係）があり、その相関関係が常に保たれていることを前提としている。しかしながら、標本に照射されている光の強度を測定していないため、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで光強度がほぼ等しくなっているかどうか実際にはわからない。
【０１１５】
そこで、本実施例では光源５０から射出される光強度を光検出器５２で検出して、光検出器５２からの出力信号（標本に照射される光強度）があらかじめ決められた値になるように、光源５０に供給する駆動電流量を制御している。
【０１１６】
動作の流れを図２３に示すフローチャートを用いて説明する。第９実施例と異なる点は、光源５０に供給する電流量を、光検出器５２の出力信号に基づいて変化させている点である。
【０１１７】
まず、観察者はＡＦ開始スイッチ４９ａを押す（Ｓ１）。コントロール部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちらを選択するかの問い合せを行う。観察者は、投光方式選択スイッチ４９ｂのなかから所望の投光方式のスイッチを押す。コントローラ部２３は投光方式選択スイッチ４９ｂのうち、どのスイッチが押されたかを検出する（Ｓ２）。コントローラ部２３は、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式のどちら選択されたかを判断し、それぞに応じて処理を進める（Ｓ３）。
【０１１８】
シングルスポット投光方式のスイッチが押された場合、光路中から回折格子群４５を離脱させる（Ｓ４）。そして、光検出器５２からの出力信号Ｘがコントロール部２３に読み込まれる（Ｓ７）。出力信号Ｘがあらかじめ設定された基準値Ｙと異なる場合は、出力信号Ｘが基準値Ｙに一致するように、駆動電流量を少しずつ変化させる処理（いわゆるフィードバック処理）が行われる。ここで、本実施例ではできるだけ早く基準値Ｙに到達するように、回折格子が光路中にない状態で、光源５０に供給する駆動電流量と各駆動電流量における光検出器５２の出力信号の関係をあらかじめ測定しておき、測定結果より得られた関数に基づいて現在の出力信号Ｘと基準値Ｙの差から、新たな駆動電流量Ｚを算出するようにしている（Ｓ８）。
【０１１９】
新たな駆動電流量Ｚが算出されると、レーザ駆動部５１に駆動電流量をＺにするように命令が出される（Ｓ９）。なお、駆動電流量Ｚになった時の光検出器５２からの出力信号が基準値Ｙに一致していなければ、上述のフィードバック処理で駆動電流量の微調整が行われる。その後、焦点検出動作を開始する（Ｓ１０）。なお、基準値Ｙは標本上（あるいは光検出器１４）でのスポット光の光強度が、後に述べるマルチスポット投光方式における光強度とほぼ同じになるような値が設定されている。
【０１２０】
マルチスポット投光方式が選択された場合、コントロール部２３はスイッチＭ１、Ｍ２、…Ｍｎのうちどのスイッチが押されたかを判断し（Ｓ５）、スイッチＭ１が押されていた場合、光路中に回折格子４５ｂ（フローチャートでは回折格子Ａ）を挿入する（Ｓ６）。そして光検出器５２からの出力信号がコントロール部２３で読み取られる（Ｓ７）。出力信号Ｘがあらかじめ設定された基準値Ｙと異なる場合は、シングルスポット投光方式の時と同じように、関数に基づいて基準値Ｙに相当する新たな駆動電流量Ｚ’が算出され（Ｓ８）、必要に応じて駆動電流量の微調整が行われる。なお、ここでの所定の関数は、回折格子４５ｂが光路中にある状態で測定した結果より得られた関数である。
【０１２１】
また、スイッチＭ２が押されていた場合、回折格子４５ａ（フローチャートでは回折格子Ｂ）を光路中に挿入する（Ｓ６’）。その後の処理は光路中に回折格子４５ｂが挿入された場合と同じである。
【０１２２】
なお、本実施例においても第７実施例と同様に、焦点検出動作の途中あるいは、一旦終了した後に、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切替え、あるいはマルチスポット投光方式における投光パターンの切替えができるよう処理（Ｓ１１）が用意されており、操作性の向上が期待できる。
【０１２３】
本実施例も第９実施例と同様の効果を得ることができるほか、光源から射出する光の強度を検出しているため、各投光方式での光強度をより等しい強さにすることができる。
【０１２４】
なお、以上述べた実施例では、マルチスポット投光方式によって生じる複数のスポットは、いずれも標本上の同じ高さに集光している（焦点位置が同じである）。したがって、焦点位置の前後で光軸に沿って平面（例えばミラー）を移動させて、光軸方向の位置と各位置における光検出器からの出力信号を、それぞれのスポットについてグラフにすると図２４（ａ）のようになる。一方、図２４（ｂ）はシングルスポット投光方式におけるグラフである。両者のグラフを比べればわかるように、光検出器からの出力信号がゼロから最大になり再びゼロになるまでの光軸方向の範囲は、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とでほとんど変わらない。
【０１２５】
しかしながら、回折格子から射出される０次光、±１次光、±２次光……のそれぞれの光束に対し、それぞれのスポットの集光位置（焦点位置）を異ならせるようにすると、図２５（ａ）に示すように、光検出器からの出力信号がゼロから最大になり再びゼロになるまでの光軸方向の範囲がそれぞれのスポットごとに異なる。よって、これらの複数のスポットを１つの光検出器で検出すると、図２５（ｂ）に示すように、実線で示すマルチスポット投光方式は、破線で示すシングルスポット投光方式の場合の合焦範囲に比べてより広い合焦範囲を持つことになる。
【０１２６】
図２６はそれぞれのスポットの集光位置を異ならせるための構成の一例を示すもので、回折格子５４に入射した平行光束Ｌは、０次光Ｌ０、＋１次光Ｌ１、−１次光Ｌ１’に分かれて射出する。なお、±２次光以上の高次の光は省略している。０次光Ｌ０は平行光束のまま進み遮光板５７に達する。＋１次光Ｌ１は回折格子５４の射出側、ここでは回折格子５４と遮光板５７の間に配置された凹レンズ５５に入射する。そして凹レンズ５５でわずかに屈折されて発散光束となって射出する。一方、−１次光Ｌ１’は凹レンズ５５同様の位置に配置された凸レンズ５５に入射する。そして凸レンズ５５でわずかに屈折されて収斂光束となって射出する。このように、０次光、＋１次光、−１次光のそれぞれにおいて光束の状態が異なるので、標本上に集光された時にそれぞれのスポットで集光位置を異ならせることができる。
【０１２７】
なお、凸レンズや凹レンズを個別に配置せず、レンズアレイにすることもできる。また、レンズ作用を持つ格子形状を形成した回折光学素子（回折レンズ）を使用することもできる。この場合、複数の格子形状を１つの平面板上に形成すれば、コンパクトに構成することができる。
【０１２８】
（第１１実施例）
第１１実施例は、標本上に照射されるスポットのパターンについて、スポットの数やスポット同士の間隔、あるいは投光位置等を調整するものである。例えば図２７（ａ）に示すように、段差のある標本に対してスポットが段差の上面と下面の両方に照射されていると、観察者が上面に合焦させたいと思っていても、前述のように上面と下面の中間位置に合焦してしまうか、あるいは下面に照射されているスポットの数が上面に比べて多いため、やや下面に近い位置に合焦してしまう。そこで、図２７（ｂ）に示すように、下面に照射されている４つのスポットをなくして、上面に照射される３つのスポットのみにすると、観察者の希望どおりに上面に合焦させることができる。
【０１２９】
図２８では、（ａ）に示すように、７つあるスポットのうち３つのスポットが上面に照射され、４つのスポットが下面に照射されているため、やや下面に近い位置に合焦してしまう。これに対して、（ｂ）に示すように、（ａ）の状態から１つおきにスポットをなくし、上面に照射されている３つのスポットを残すことによって、上面に合焦させることができる。
【０１３０】
また、図２９では、（ａ）に示すように、５つあるスポットのうち３つのスポットが上面に照射され、２つのスポットが下面に照射されているため、やや上面に近い位置に合焦してしまうが、（ｂ）に示すように、スポットの間隔を狭くして５つのスポット全てが上面に照射されるようにすることによって、上面に合焦させることができる。
【０１３１】
また、図３０では、（ａ）に示すように、５つあるスポットのうち１つのスポットが上面に照射され、４つのスポットが下面に照射されているため、やや下面に近い位置に合焦してしまうが、（ｂ）に示すように、スポットの数を２つ減らして３つにするとともに、間隔を狭くして3つのスポット全てが上面に照射されるようにすることによって、上面に合焦させることができる。
【０１３２】
このように、第１１実施例では照射するスポットの数や間隔を調整することで、標本上の所望の位置にスポットを照射できる。したがって、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１３３】
（第１２実施例）
第１２実施例を図３１に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第８実施例と同様に、標本に異なるパターンでスポットを照射することができるものである。第８実施例では１つの光路に異なる回折格子を挿脱することによって、標本に異なるパターンでスポットを照射するものであるが、本実施例では異なるパターンを発生する複数の光を設け、これらの光路のうちから１つの光路を選択することによって、標本に異なるパターンでスポットを照射する。
【０１３４】
図３１（ａ）において、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６３によって第１の光路が形成され、光源５８、コリメートレンズ５９、回折格子６０によって第２の光路が形成されている。また、第１の光路と第２の光路は、ハーフミラー６２で１つの光路に合成される。本実施例では、回折格子６３と回折格子６０は共に異なる格子形状を有している。そのため、回折格子６３を射出した光束と回折格子６０を射出した光束は異なる回折パターンとなる。それぞれの光路から射出された光束はハーフミラー６２で１つの光路に合成された後、対物レンズを介して標本Ｓ上に照射される。
【０１３５】
標本上での照射パターンは図３１（ｂ）に示すように、５つのスポットが直線状に並んだ格好になっている。このうち、矢印で示されている３つのスポットが第１の光路に配置された回折格子６３によって生じたもので、残りの２つのスポットが第２の光路に配置された回折格子６０によって生じたものである。なお、図３１（ｃ）は、標本Ｓ上で反射された照射パターンが光検出器１４上に再結像したときの様子で、合焦状態になっている場合である。
【０１３６】
照射パターンを変える場合、第１の光路に配置されているシャッター６１Ａか第２の光路中に配置されてシャッター６１Ｂのいずかを作動させて光束を遮光する。例えば、シャッター６１Ａを作動させて第１の光路の光束を遮光したとすると、第２の光路からの光束によって標本Ｓ上には２つのスポットが形成される。逆に、シャッター６１Ｂを作動させて第２の光路の光束を遮光したとすると、第１の光路からの光束によって標本Ｓ上には３つのスポットが形成されることになる。
【０１３７】
このように、本実施例でも第１１実施例と同様に、照射するスポットの数や間隔を調整することができる。よって、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１３８】
なお、シャッターとしては従来の機械式でも構わないが、液晶を使った液晶シャッターでも構わない。液晶シャッターの場合、切換えに伴う振動が生じないほか、高速の切換えが行えるという利点がある。また、シャッター６１Ａ、６１Ｂを動作させる代わりに、光源４、５８を点灯或いは消灯させても同様の結果を得ることができる。この場合、光源としては半導体レーザが好ましい。また、光路は２つに限定されるものではなく、２つ以上の光路を備えるようにしても構わない、この場合、照射パターンを更に複雑にすることができる。
【０１３９】
（第１３実施例）
第１３実施例を図３２に示す。第１２実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は、受光部がＡ及びＢの２つに分かれているだけでなく、受光部Ａ及び受光部Ｂがそれぞれ複数の受光素子部に分かれている点を特徴とする。
【０１４０】
本実施例は図３２（ａ）に示すように、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６４からなる第１の光路しか備えておらず、第１の光路から射出された光束は対物レンズを介して標本Ｓ上に照射される。標本上での照射パターンは図３２（ｂ）に示すように、５つのスポットが直線状に並んだ格好になっている。また図３２（ｃ）は、標本Ｓ上で反射された光が光検出器６５上に再結像したときの様子で、合焦状態になっている場合である。
【０１４１】
ここで、光検出器６５は再結像したスポットを２つ分けて受光できるように受光部Ａと受光部Ｂを備えているが、受光部Ａ及び受光部Ｂはそれぞれが更に複数の受光素子部で構成されている。本実施例では、隣り合う受光素子部の境界線が受光部Ａと受光部Ｂの境界線に垂直な方向に５本形成され、受光部Ａはさらに小さな受光面積をもつ受光素子部Ａ１〜Ａ５で構成されいる。同様に受光部Ｂも受光素子部Ｂ１〜Ｂ５で構成されている。
【０１４２】
最終的に選られるフォーカスエラー信号は、受光素子部Ａ１とＢ１によるフォーカスエラー信号、受光素子部Ａ２とＢ２によるフォーカスエラー信号……というように、それぞれの受光素子部の組み合わせで発生したフォーカスエラー信号の総和によって得られる。したがって、例えば、受光素子部Ａ１とＢ１、受光素子部Ａ３とＢ３、受光素子部Ａ５とＢ５によってフォーカスエラー信号を得た場合、第１２実施例において第１の光路のみによって標本上にスポットが照射されてフォーカスエラー信号を得た場合と同じ結果になる。
【０１４３】
また、受光素子部Ａ１とＢ１、受光素子部Ａ２とＢ２、受光素子部Ａ３とＢ３によってフォーカスエラー信号を得ることもできる。同様のことを第１２実施例で実現しようとすると、光路中に配置した回折格子を別の格子形状を持つ回折に交換しなければならない。よって、回折格子を交換せずに実質的に照射パターンを変化させることができる点で本実施例の方が優れている。
【０１４４】
このように、本実施例は複数の受光素子部を有する光検出器を備えているため、第１２実施例と同様の効果を得ることができるほか、第１２実施例に比べて、回折格子を交換することなく照射パターンを実質的に変化させることができる。また、回折格子を配置する光路は１つで良く、シャッターなどの切換え機構を必要としないため、装置の小型化ができる。
【０１４５】
なお、本実施例では受光素子部Ａ１〜Ａ５及びＢ１〜Ｂ５の大きさは、合焦位置で再結像したときのスポット径とほぼ同じになっている。しかしながら、非合焦状態でのスポット径は合焦状態でのスポット径に比べて大きくなるので、受光素子部Ａ１〜Ａ５及びＢ１〜Ｂ５の大きさは非合焦状態でのスポットを受光できる程度の大きさにしておくことが望ましい。
【０１４６】
また、例えばＣＣＤのように、微小な受光素子部で受光部Ａ及びＢを構成してもよい。この場合、複数の受光素子部で本実施例の受光素子部Ａ１〜Ａ５及びＢ１〜Ｂ５を構成することになる。当然、微小な受光素子部の大きさは合焦状態のスポットの大きさよりも小さい。
【０１４７】
（第１４実施例）
第１４実施例を図３３に示す。第１実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第３実施例と同様に、リレー光学系を構成するレンズ９、１０の間の中間結像位置に光束制限板を配置するものである。第３実施例ではシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式の切換えのために中心に開口部が１つ形成された光束制限部材（ピンホール）を挿脱したが、本実施例では、マルチスポット投光方式においてスポットの照射パターンを切換えるために、光束制限部材として複数の開口を有するマルチピンホール６７を集光位置に配置する。
【０１４８】
本実施例は第３実施例と同様に、図３２（ａ）に示すように、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６６からなる第１の光路しか備えていない。第１の光路から射出された光束は、対物レンズを介して標本Ｓ上に照射される。標本上での照射パターンは図３３（ｂ）に示すように、５つのスポットが直線状に並んだ格好になっている。また図３３（ｃ）は、標本Ｓ上で反射された光が光検出器１４上に再結像したときの様子で、合焦状態になっている場合である。
【０１４９】
図３４は、中間結像位置にマルチピンホール６７が配置された時の様子を示したものである。なお、ここでは光源４からリレー光学系までを直線状に示し、図３３の偏光ビームスプリッタ８及び遮光板７は省略されている。マルチピンホール６７は開口部を３つ備えており、この開口部は回折格子６６で回折されて生じた５つの光束のうち、３つの光束が集光する位置に形成されている。よって、このマルチピンホール６７を光路中から挿脱することによって、標本上に照射されるパターンを変化させることができる。
【０１５０】
また、マルチピンホール６７を光路中への挿脱ではなく、光路中に配置したまま標本上に照射されるパターンを変化させることもできる。図３５及び図３６はその例であって、このうち図３５は、光路中で光軸と垂直な方向に移動させて、標本上に照射されるパターンを変化させるマルチピンホールを示したものである。マルチピンホール６８は矩形の平行平面板であって、上から下（縦方向）に向けて直線状に複数の開口部列６８Ａ〜６８Ｅが設けられている。
【０１５１】
開口部列６８Ａはマルチピンホール６８の左端に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９上に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を１つずつ有している。開口部列６８Ｂは開口部列６８Ａの右側に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９上に１つの開口部と、その上下にやや離れて（開口部列６８Ａよりも広い間隔で）開口部を１つずつ有している。
【０１５２】
開口部列６８Ｃは左右の中心線上に位置して７つの開口部を有しており、中心線６９上に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を３つずつ有している。開口部列６８Ｄは開口部列６８Ｃの右側に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９よりも下に近接した３つの開口部を有している。開口部列６８Ｅはマルチピンホール６８の右端（開口部列６８Ｄの右側）に位置して３つの開口部を有しており、中心線６９よりも上に近接した３つの開口部を有している。
【０１５３】
このように、マルチピンホール６８は異なる横方向位置に、異なる間隔でしかも異なる数の開口部からなる開口部列を複数備えているため、マルチピンホール６８を光軸に垂直な方向に移動させることで、開口部を通過できる光束の数や間隔を異ならせることができる。その結果、標本上に照射されるパターン（スポット光の数や間隔）を変化させることができる。
【０１５４】
一方、図３６は光路中において光軸を回転軸として回転させ、標本上に照射されるパターンを変化させるマルチピンホールを示している。マルチピンホール７０は円形の平行平面板であって、円の中心から周辺に向けて直線状に複数の開口部列７０Ａ〜７０Ｄが設けられている。
【０１５５】
開口部列７０Ａは円の中心を通過し上下に伸びる直線上に５つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を２つずつ有している。開口部列７０Ｂは開口部列７０Ａに対して約４５度傾き、右下から左上に伸びる直線上に５つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その上下にやや離れて（開口部列７０Ａよりも広い間隔で）開口部を２つずつ有している。
【０１５６】
開口部列７０Ｃは開口部列７０Ａと直交する方向（左右方向）に伸びる直線上に３つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その左右に近接して開口部を３つずつ有している。開口部列７０Ｄは開口部列７０Ｂと直交する方向に伸びる直線上にの右側に９つの開口部を有しており、円の中心に１つの開口部と、その上下に近接して開口部を４つずつ有している。
【０１５７】
このように、マルチピンホール７０は異なる角度で円の中心を通過する直線上に、異なる間隔でしかも異なる数の開口部からなる開口部列を複数備えているため、マルチピンホール６８を光軸中心に回転させることで、開口部を通過できる光束の数や間隔を異ならせることができる。その結果、標本上に照射されるパターン（スポット光の数や間隔）を変化させることができる。
【０１５８】
このように、本実施例でも第１１実施例と同様に、照射するスポットの数や間隔を調整することができる。よって、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１５９】
なお、本実施例や第３実施例のようにリレーレンズ系の中間結像位置に光束制限板を配置する場合、光源４から射出された照射光束と標本Ｓから反射した反射光束の両方が、光束制限板に設けられた開口部を通過することになる。したがって、ピンホールや開口部列の開口部の直径は、非合焦状態の光束が通過できる程度の大きさを持たせておく必要がある。
【０１６０】
（第１５実施例）
第１５実施例を図３７に示す。第１３実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は第１４実施例と同様に、リレー光学系を構成するレンズ９、１０の間の中間結像位置に光束制限板を配置するものである。ただし、第１４実施例ではリレー光学系が偏光ビームスプリッタ８とダイクロイックミラー１２の間に配置されていたのに対し、本実施例ではリレー光学系が光源４と偏光ビームスプリッタ８の間（より詳しくは回折格子６と遮光板７の間）に配置されている点で異なっている。
【０１６１】
本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１６２】
また、本実施例ではマルチピンホール６７（あるいは６８，７０）を通過する光束は、光源４から射出した照射光束のみである。したがって、第１３実施例のようにピンホールや開口部列の開口部の大きさは、光源４から射出された光をレンズ９で集光した時にできるスポット光の直径とほぼ同じ程度にすることができる。そのため、開口部列の隣り合う開口部の間隔を第１４実施例よりも狭くすることができ、標本上に照射するスポットの数や間隔を調整できる自由度が多くなる。
【０１６３】
（第１６実施例）
第１６実施例を図３８に示す。第１５実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は、第１５実施例において光源４と偏光ビームスプリッタ８の間（より詳しくは回折格子６と遮光板７の間）に配置されたリレー光学系とマルチピンホール６８の代わりに、変倍光学系７１を配置したものである。
【０１６４】
本実施例では、変倍光学系７１はアフォーカル光学系であって、入射した平行光束を異なる光束径の平行光束に変換して射出する作用を有する。回折格子６から射出した０次光及び高次光は、変倍光学系７１の倍率に応じてそれぞれの光束の角度を変化させることができる。例えば、変倍光学系７１の倍率を高くすれば、標本上に照射されるスポット光の間隔は大きくなる。この時、倍率によっては、一部（高次）の光束が対物レンズやリレー光学系からはみ出す（レンズの外径よりも外側に光束が位置してしまう）ため、スポット光の数も減ることになる。倍率を低くすれば逆の現象が生じる。
【０１６５】
本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１６６】
（第１７実施例）
第１７実施例を図３９に示す。第１６実施例と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例は光源４と偏光ビームスプリッタ８の間に配置された回折格子６の代わりに音響光光学素子７２を配置したものである。
【０１６７】
音響光学素子７２は結晶の一面に設けた圧電素子に高周波信号を与え、結晶内に超音波を発生させるものである。この超音波は結晶内を疎密波となって進行するため、結晶内には屈折率の違いによる回折格子が形成される。この回折格子の格子幅は、高周波信号の周波数を変えることによって変化させることができる。そこで、コントロール部２３より図示しない駆動源を介して様々な周波数の高周波信号を音響光学素子７２に与えることによって、様々な格子形状の回折格子を結晶内に形成できる。その結果、音響光学素子７２から射出する高次光の角度を変化させることができる。
【０１６８】
本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。また、本実施例の構成では機械的な駆動部がないため、振動による影響を受けることがない。また装置を小型化することができる。
【０１６９】
（第１８実施例）
第１８実施例を図４０に示す。実施例１乃至実施例１６の多光束発生部材を構成する光源は、１つの発光部のみを有し、この発光部から１つの光束が発生するものであった。これに対し、本実施例の多光束発生部材は、複数の微小な発光部が一体に形成され、微小な発光部各々が１つの光束を射出する光源である。したがって、実施例１乃至実施例１６では光源から１つの光束しか射出されないが、本実施例では光源から複数の光束が同時に射出される。
【０１７０】
このように、本実施例の光源は、複数の光を同時に射出する多光束光源であって、例えば、面発光半導体レーザや、多ビーム半導体レーザなどである。よって、本実施例では図４０に示すように、多光束発生部材である光源７３から射出した各光束はコリメートレンズ５でそれぞれ平行光束に変換されたのち、対物レンズ３で標本Ｓ上の異なる位置にそれぞれ集光される。ここで、多光束光源７３の微小な発光部の点灯及び消灯をそれぞれ個別に制御することが可能であれば、標本上に様々なパターンで光スポットを照射することができるが、制御ができない場合は光源７３から対物レンズ３の間の何れかの位置に、第１３実施例のような光束制限板を配置すればよい。
【０１７１】
このように、本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１７２】
また、本実施例の多光束光源７３は、第１３実施例（図３２）、第１４実施例（図３３）、第１５実施例（図３７）、第１６実施例（図３８）において破線で囲まれた部分と置き換えることができるため、これらの実施例において装置の小型化を実現することができる。
【０１７３】
（第１９実施例）
第１９実施例を図４１に示す。本実施例の光源も第１７実施例と同じように、複数の光を同時に射出する多光束光源である。ただし、第１７実施例では１つの光源が微小な発光部を備えているのに対し、本実施利の光源は実施例１乃至実施例１６で用いられている光源を複数個１次元あるいは２次元に並べたものである。
【０１７４】
よって、本実施例では図４１に示すように、多光束光源７３の各光源７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ（ここではいずれも半導体レーザ）から射出した各光束は、コリメートレンズ５でそれぞれ平行光束に変換されたのち、対物レンズ３で標本Ｓ上の異なる位置にそれぞれ集光される。ここで、多光束光源７３の各光源７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃの点灯及び消灯をそれぞれ個別に制御することによって、標本上に様々なパターンで光スポットを照射することができる。また、各光源７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃを常時点灯しておき、光源７３から対物レンズ３の間の何れかの位置に第１４実施例のような光束制限板を配置してもよい。
【０１７５】
このように、本実施例においても、照射するスポットの数や間隔を調整することができるため、観察者が望む位置に合焦させることができる。また、マルチスポット投光方式なので、１つのスポットがエッジ部などで散乱されても、他のスポットの反射光によって正確な合焦が可能である。
【０１７６】
また、本実施例の多光束光源７３も、第１３実施例（図３２）、第１４実施例（図３３）、第１５実施例（図３７）、第１６実施例（図３８）において破線で囲まれた部分と置き換えることができるため、これらの実施例において装置の小型化を実現することができる。
【０１７７】
以上の各実施例において、回折格子６は光源４と偏光ビームスプリッタ８の間であれば、どの位置に配置しても構わないが、本実施例のようにコリメートレンズ５と遮光板７の間に配置するのが好ましい。さらに、好ましくは対物レンズ３の瞳位置と共役な位置、またはその近傍が好ましい。
【０１７８】
この点について図４２を用いて説明する。図４２は簡単のために、リレー光学系などの光学系は省略している。また、±２次光より更に高次の回折光についても省略している。
【０１７９】
本発明の焦点検出装置が用いられる顕微鏡や検査装置では、対物レンズは物体側にテレセントリックな光学系として設計されていることが多い。図４２（ａ）のように、回折格子７５が対物レンズ７６の瞳位置（ここでは対物レンズ７６の後側焦点位置）に配置されている場合、０次光、±１次光、±２次光の光束の中心光線（主光線）はいずれも標本Ｓに対して垂直に入射する。したがって、標本Ｓで反射した光（各次数の収束スポット）は入射した時と同じ光路を逆に戻り、光検出器に到達する。
【０１８０】
しかしながら、図４２（ｂ）のように、回折格子７５が対物レンズ７６の瞳位置から離れた位置に配置された場合（距離大）、０次光、±１次光、±２次光の光束の中心光線（主光線）はいずれも標本Ｓに対して斜め（ここでは光軸に近づく方向）に入射する。したがって、標本Ｓで反射した光は入射した時と異なる光路で戻る。したがって、光検出器に達するまでの光学系でケラれが生じて光強度が減少して合焦精度が劣化するという問題が生じる。図４２（ｃ）のように、回折格子７５が対物レンズ７６の瞳位置よりも近い位置に配置された場合（距離小）も図４２（ｂ）と同様の問題が生じる。
【０１８１】
また、以上述べた各実施例で用いられている回折格子は、現在では加工技術の発達により様々な格子形状のものが製作可能で、シリンドリカルレンズよりも容易に製作できる。また形状も薄い平行平面板であるため、シリンドリカルレンズに比べて軽く、保持も容易である。また、回折効率も６０％以上と高いため、スリット枠に比べて光強度の損失が少ない。本実施例に好適な回折格子としては、例えば、製品名Diffractive optics beam splitter（型番1001〜1039，MEMS OPTICAL INC.製)がある。
【０１８２】
なお、本発明には以下の特徴が含まれる。
（１）複数の光束を射出する多光束発生部材と、
前記複数の光束のそれぞれについて光束の一部を遮光する遮光部材と、
入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する光分割部材と、
入射した光束を集光する集光光学系と、
少なくとも２つの受光部を備える光検出器とを備え、
前記多光束発生部材及び前記遮光部材は第１の光路に配置され、
前記集光光学系及び前記光検出器は第２の光路に配置され、
前記光分割素子は前記第１の光路の光軸と前記第２の光軸が交わる位置にされ、
前記光検出器は前記集光光学系の集光位置に配置されている焦点検出装置。
【０１８３】
（２）前記多光束発生部材は光源と回折光学素子を有し、該光源は１つの光束を発生する発光部を１つだけ備えている上記（１）記載の焦点検出装置。
（３）前記多光束発生部材は複数の発光部を有する光源であって、該発光部の各々が１つの光束を発生し、該発光部が一体に形成されている上記（１）記載の焦点検出装置。
【０１８４】
（４）前記多光束発生部材は、１つの光束を発生する発光部を１つだけ有する光源を複数配置してなる上記（１）記載の焦点検出装置。
（５）前記回折光学素子を移動させる第１の駆動機構を備え、前記回折光学素子を第１の光路中で移動させる上記（２）記載の焦点検出装置。
【０１８５】
（６）前記回折光学素子は１つであり、該回折光学素子を第１の光路中で挿脱する上記（５）記載の焦点検出装置。
（７）前記回折光学素子とは別の回折光学素子を少なくとも１つ備え、これらの回折光学素子を第１の光路中で移動させる上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１８６】
（８）前記複数の光束を集光するリレー光学系と、該リレー光学系の集光位置に配置された光束制限部材と、該光束制限部材を移動させる第２駆動機構を備え、前記光束制限部材を光路中で移動させる上記（１）記載の焦点検出装置。
【０１８７】
（９）前記リレー光学系と前記光束制限部材は、前記複数の光束が前記光分割素子から射出される側に配置されている（８）の焦点検出装置。
（１０）前記リレー光学系と前記光束制限部材は、前記複数の光束が前記光分割素子に入射する側に配置されている（８）の焦点検出装置。
【０１８８】
（１１）前記開口部は１つ設けられており、光路中に挿入した時に光軸上に集光した光束のみを透過させる位置に設けられている（８）の焦点検出装置。
（１２）前記開口部は複数設けられており、パターンの異なる開口部列を形成している（６）の焦点検出装置。
【０１８９】
（１３）前記開口部列は並列に配置されている（１２）の焦点検出装置。
（１４）前記開口部列は中心から放射状に配置されている（１２）の焦点検出装置。
【０１９０】
（１５）前記開口部列を有する前記光束制限部材を光軸に垂直な面に沿って移動させる（１３）の焦点検出装置。
（１６）前記開口部列を有する前記光束制限部材を光軸中心に回転させる（１４）の焦点検出装置。
【０１９１】
（１７）第３の光路に配置された、１つの光束を発生する第の２光源と、入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する第２の光分割部材とを有し、該第２の光分割素子が前記第１の光路の光軸と前記第３の光軸が交わる位置に配置されている上記（１）記載の焦点検出装置。
【０１９２】
（１８）前記第２の光源から射出され前記第２の光分割部材に入射する光束は１つである上記（１７）の焦点検出装置。
（１９）前記回折光学素子とは別の回折光学素子を第３の光路中に備えている上記（１７）の焦点検出装置。
【０１９３】
（２０）前記第１の光源と前記第２の光源はそれぞれ電源部を有し、一方の電源部がオンのとき、他方の電源部はオフになている（１７）の焦点検出装置。
（２１）前記第１の光路と前記第２の光路にそれぞれ遮光部材を備え、一方遮光部材が光源からの光束を遮光している場合、他方の遮光部材は光源からの光束を通過させる（１７）の焦点検出装置。
【０１９４】
（２２）入射した光束の光強度を減少させる光強度減衰部材と、該光強度減衰部材を移動する第３の駆動機構を備え、前記回折光学素子が光路中に挿入されたときは前記光強度減衰部材を第１の光路から離脱させ、前記回折光学素子を光路から離脱させたときは前記光強度減衰部材を光路中に挿入させる上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１９５】
（２３）前記光強度減衰部材は、該光強度減衰部材が光路中に配置された場合と配置されない場合とで、前記光分割部材に入射する光束の光強度が略等しくなる透過率特性を有している上記（２２）記載の焦点検出装置。
【０１９６】
（２４）前記回折光学素子とは異なる回折光学素子と、前記光強度減衰部材とは異なる光強度減衰部材を備え、前記回折格子と前記光強度減衰部材の組合せを複数備えている上記（２３）記載の焦点検出装置。
【０１９７】
（２５）前記光源は電源部を有し、前記回折光学素子が光路中に配置された場合と配置されない場合とで、異なる値のエネルギーを前記電源部に供給する上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１９８】
（２６）前記供給されるエネルギーは、前記回折格子が光路中に配置された場合と配置されない場合とで、前記光分割部材に入射する光束の光強度が略等しくなるような値である上記（５）記載の焦点検出装置。
【０１９９】
（２７）第２の光検出器と、第１の光路中に配置され該第２の光検出器に向けて前記光源から射出された光束の一部を反射させる第３の光分割部材を備え、前記第２の光検出器からの出力に応じて前記光源部に供給するエネルギー量を変化させる上記（２６）記載の焦点検出装置。
【０２００】
（２８）前記多光束発生部材で発生した複数の光束の数あるいは間隔を変化させる光束調整機構を備えている上記（１）記載の焦点検出装置。
（２９）前記多光束発生部材は複数の回折光学素子を備え、前記光束調整機構は前記複数の回折光学素子のうちいずれか１つを第１の光路中に配置する移動機構を備える上記（２８）の焦点検出装置。
【０２０１】
（３０）前記多光束発生部材を複数備え、該複数の多光束発生部材のうちいずれか１つを用いる上記（１）記載の焦点検出装置。
（３１）前記２つの受光部の各々が複数の受光素子部で構成されている上記（１）記載の焦点検出装置。
【０２０２】
（３２）前記光束調整機構は光束制限部材と、該光束制限部材を光束が集光した位置で移動させる移動機構を備える上記（２８）記載の焦点検出装置。
（３３）前記光束調整機構は変倍光学系である上記（２８）記載の焦点検出装置。
【０２０３】
（３４）前記変倍光学系はアフォーカル光学系である上記（３３）記載の焦点検出装置。
（３５）前記光束調整機構は音響光学素子である上記（２８）記載の焦点検出装置。
【０２０４】
【発明の効果】
本発明の焦点検出装置は、複数のスポット光を標本に照射しているので、標本の表面に段差や微小な突起があっても、正確で安定した合焦が可能となる。また、高さの異なる凹凸形状を有する標本に対しては、平均的な高さに合焦することができる。
【０２０５】
また、回折格子を光路中に挿脱できるため、標本の形状に応じてシングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式を使い分けて最適な合焦を行うことができる。
【０２０６】
また、シングルスポット投光方式及びマルチスポット投光方式による焦点検出動作が自動的に行う処理を備えることで、観察者の合焦操作の負担を軽減できるほか、合焦できる確率が高くなる。
【０２０７】
また、マルチスポット投光方式によって標本の平均的な高さに合焦した後に、シングルスポット投光方式に切り替えるようにすれば高精度な合焦が行えるほか、シングルスポット投光方式単独に比べて合焦できる確率が高くなる。
【０２０８】
また、シングルスポット投光方式とマルチスポット投光方式とで標本上での光強度をほぼ同じようにする構成を備えているため、安価な光検出器を用いたり、簡単な回路構成で増幅器を構成することができる。また、焦点検出のための各種制御パラメータを共通化することができる。
【０２０９】
また、標本上に照射されるスポットの数や間隔を調整できるようになっているため、標本上の所望の位置にスポット光を照射して観察者が望む位置に合焦させることができる。また、光検出器上に形成されたスポット光のうち任意のスポット光のみを用いるように構成しているので、標本上の所望の位置にスポット光を照射したのと同じようになり、観察者が望む位置に合焦させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であって、マルチスポット投光方式において回折光学素子を用いた構成を示す図。
【図２】コントロール部の構成を示す図。
【図３】回折光学素子で生じる回折を示す図。
【図４】遮光部材によって光束の一部を遮光する様子を示す図。
【図５】マルチスポット投光方式における光検出器上のスポット光の様子を示す図であって、（ａ）非合焦状態（前ピン状態）、（ｂ）合焦状態、（ｃ）非合焦状態（後ピン状態）。
【図６】段差がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）段差がある標本、（ｂ）シングルスポット投光方式の場合、（ｃ）マルチスポット投光方式の場合。
【図７】高さの異なる凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子とその時に光検出器状のスポット光の状態を示す図であって、（ａ）高さの異なる凹凸がある標本、（ｂ）シングルスポット投光方式の場合、（ｃ）マルチスポット投光方式の場合。
【図８】本発明の第２実施例であって、回折光学素子の挿脱によって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成を示す図。
【図９】本発明の第３実施例であって、中間結像位置に光束制限部材を挿脱することによって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える別の構成を示す図。
【図１０】本発明の第４実施例であって、２つの光路を備えることによって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成を示す図。
【図１１】本発明の第５実施例であって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成において、焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施例であって、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を切り替える構成において、焦点検出を行う時の別の処理を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施例であって、光路中に回折光学素子と光強度減衰部材を挿脱して、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図１４】光路中に挿脱される回折格子の位置を検出する構成を示す図であって、（ａ）回折格子が待機位置にあり光センサからの出力がオンの場合、（ｂ）回折格子が光路中にあり光センサからの出力がオフの場合。
【図１５】第７実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図１６】本発明の第８実施例であって、光路中に複数の回折光学素子と光強度減衰部材を挿脱して複数のマルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図１７】光路中に挿脱される複数の回折光学素子と光減衰部材の組み合わせの構成を示す図であって、（ａ）シングルスポット投光方式の場合、（ｂ）第１のマルチスポット投光方式の場合、（ｃ）第２のマルチスポット投光方式の場合。
【図１８】複数のマルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式を選択するための操作部を示す図である。
【図１９】第８実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図２０】本発明の第９実施例であって、光源に供給するエネルギーを変化させて、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図２１】第９実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図２２】本発明の第１０実施例であって、光強度に応じて光源に供給するエネルギーを変化させて、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式とで光量を一定にする構成を示す図である。
【図２３】第１０実施例において、光量調整と焦点検出を行う時の処理を示す図である。
【図２４】フォーカスエラー信号を示す図であって、（ａ）マルチスポット投光方式であって、それぞれのスポット光が同一の焦点位置に集光する場合、（ｂ）シングルスポット投光方式の場合。
【図２５】フォーカスエラー信号を示す図であって、（ａ）マルチスポット投光方式であって、それぞれのスポット光が異なるの焦点位置に集光する場合に得られるそれぞれの信号、（ｂ）それぞれの信号を合成した時の信号。
【図２６】マルチスポット投光方式であって、それぞれのスポット光を異なるの焦点位置に集光させる光学系の例を示す図。
【図２７】本発明の第１１実施例であって、マルチスポット投光方式において、複数のスポット光の数を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が７つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が３つで試料凸部に照射されている場合。
【図２８】第１１実施例において、複数のスポット光の数と間隔を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が７つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が３つで試料凸部に照射されている場合。
【図２９】第１１実施例において、複数のスポット光の間隔を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が５つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が５つで試料凸部に照射されている場合。
【図３０】第１１実施例において、複数のスポット光の数と間隔を変化させた時の様子を示す図であって、（ａ）スポット数が５つで試料全面に照射されている場合、（ｂ）スポット数が３つで試料凸部に照射されている場合。
【図３１】本発明の第１２実施例であって、（ａ）マルチスポット投光方式において、２つの光路を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図、（ｂ）試料上に照射されているスポットのパターン、（ｃ）光検出器上に再結像されたスポットのパターン。
【図３２】本発明の第１３実施例であって、（ａ）マルチスポット投光方式において、光検出器側で検出するスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図、（ｂ）試料上に照射されているスポットのパターン、（ｃ）光検出器上に再結像されたスポットのパターン。
【図３３】本発明の第１４実施例であって、（ａ）マルチスポット投光方式において、中間結像位置に光束制限部材を配置して複数のスポット光の数と間隔を変化させる別の構成を示す図、（ｂ）試料上に照射されているスポットのパターン、（ｃ）光検出器上に再結像されたスポットのパターン。
【図３４】第１４実施例で用いられる、光束制限部材の配置位置における光束の様子を示す図。
【図３５】光束制限部材の開口部の様子を示す図。
【図３６】別の光束制限部材の開口部の様子を示す図。
【図３７】本発明の第１５実施例であって、マルチスポット投光方式において、複数のスポット光の数と間隔を変化させる別の構成を示す図。
【図３８】本発明の第１６実施例であって、マルチスポット投光方式において、変倍光学系を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図。
【図３９】本発明の第１７実施例であって、マルチスポット投光方式において、音響光学素子を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図。
【図４０】本発明の第１８実施例であって、マルチスポット投光方式において、微小な発光部が一体形成された光源を用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図。
【図４１】本発明の第１８実施例であって、マルチスポット投光方式において、光源を複数用いて複数のスポット光の数と間隔を変化させる構成を示す図
【図４２】回折光学素子の配置位置を示す図であって、（ａ）対物レンズの瞳に配置された場合、（ｂ）対物レンズの瞳位置よりも離れて配置された場合、（ｃ）対物レンズの瞳位置よりも近づいて配置された場合。
【図４３】従来のシングルスポット投光方式の構成を示す図。
【図４４】シングルスポット投光方式において、凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）凸部の平面に光スポットが照射されている場合（ｂ）凸部のエッジ部に光スポットが照射されている場合（ｃ）高さの異なる凹凸がある標本上に照射される場合。
【図４５】シングルスポット投光方式における光検出器上のスポット光の様子を示す図であって、（ａ）非合焦状態（前ピン状態）、（ｂ）合焦状態、（ｃ）非合焦状態（後ピン状態）。
【図４６】スリット投光方式において、凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）凸部の平面にスリット状の光が照射されている場合（ｂ）凸部のエッジ部にスリット状の光が照射されている場合（ｃ）高さの異なる凹凸がある標本上に照射される場合。
【符号の説明】
１ ステージ
２ レボルバ
３，３ａ，３ｂ，７６ 対物レンズ
４，３７，５０，５８，７３，７４，７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ 光源
５，３９，５９ コリメートレンズ
６，４５ａ，４５ｂ，６０，６３，６４，６６，７５ 回折格子
６ｂ 回折格子のセンサ遮光部
７，５７ 遮光板
８ 偏光ビームスプリッタ
９，１０ リレー光学系
１１ １／４波長板
１２ ダイクロイックミラー
１３ 結像レンズ
１４，５２，６５ 光検出器
１５ レボルバ用モータ
１６ 準焦用モータ
１７ レボルバ用モータ駆動部
１８ 準焦用モータ駆動部
１９ レボ穴位置検出部
２０，３８，５１ レーザ駆動部
２１ 増幅器２１
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ コントロール部
２４ パルスカウンタ
２５ ＪＯＧエンコーダ
２６，４９ 操作部
２７ ＣＰＵ
２８ ＲＯＭ
２９ ＲＡＭ
３０ Ｉ／Ｏポート
３１ データバス
３２ 回折格子駆動部
３３ 回折格子駆動モータ
３４ ピンホール
３５ ピンホール駆動部
３６ ピンホール駆動用モータ
４０，５４，６２ ハーフミラー
４１ 光センサ
４１ａ 光センサの発光部
４１ｂ 光センサの受光部
４２，４６ａ．４６ｂ，４６ｃ ＮＤフィルタ
４３ ＮＤ駆動部４３
４４ ＮＤ駆動用モータ
４５ 回折格子群
４６ ＮＤフィルタ群
４７，４８ 保持部材
４９ａ ＡＦ開始スイッチ
４９ｂ 投光方式選択スイッチ
５３ 集光光学系
５５ 凹レンズ
５６ 凸レンズ
６１Ａ，６１Ｂ シャッター
６７、６８，７０ マルチピンホール
６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃ，６８Ｄ，６８Ｅ 開口部列
６９ 中心線
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ 開口部列
７１ 変倍光学系７１
７２ 音響光学素子
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ 受光部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５ 受光部
ｄ０ ０次光（光束）
ｄ１，ｄｎ 回折光
Ｌ０ ０次光
Ｌ１ 回折光（＋１次光）
Ｌ２ 回折光（−１次光）
Ｓ 標本
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３ 標本上のスポット光
ＳＰ’１，ＳＰ’２，ＳＰ’３ 光検出器上のスポット光
Claims (3)
- １つの光束を発生する発光部を１つだけ備えた光源と回折光学素子を有し複数の光束を射出する多光束発生部材と、前記複数の光束のそれぞれについて光束の一部を遮光する遮光部材と、入射した光束を反射あるいは透過させる面を有する光分割部材と、入射した光束を集光する集光光学系と、少なくとも２つの受光部を備える光検出器とを備え、前記多光束発生部材及び前記遮光部材は第１の光路に配置され、前記集光光学系及び前記光検出器は第２の光路に配置され、前記光分割素子は前記第１の光路の光軸と前記第２の光路の光軸が交わる位置に配置され、前記光検出器は前記集光光学系の集光位置に配置され、前記第1の光路中で前記回折光学素子を挿脱する第１の駆動機構を備える焦点検出装置。
- 入射した光束の光強度を減少させる光強度減衰部材と、該光強度減衰部材を移動する第２の駆動機構を備え、前記回折光学素子が光路中に挿入されたときは前記光強度減衰部材を第１の光路から離脱させ、前記回折光学素子を光路から離脱させたときは前記光強度減衰部材を第１の光路中に挿入させる請求項１記載の焦点検出装置。
- 前記多光束発生部材で発生した複数の光束の数あるいは間隔を変化させる光束調整機構を備えている請求項１記載の焦点検出装置。
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