JPH1089953A

JPH1089953A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JPH1089953A
Application number: JP24214596A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Nishiyama; 泰央西山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】合焦精度が高くしかも合焦動作に要する時間が
短い焦点検出装置を提供する。【解決手段】半導体レーザー２１からのプローブ光は偏
光ビームスプリッタ２２で反射され、１／４波長板２
３、結像レンズ２４を透過し、対物レンズ２５で集光さ
れ、被検体２６に照射される。その反射光は、対物レン
ズ２５、結像レンズ２４、１／４波長板２３、偏光ビー
ムスプリッタ２２を透過し、ビームスプリッタ２７で二
分される。一方の光は集光点Ｑの前方に位置する絞り２
８を介して受光素子２９に入射し、他方の光は集光点Ｑ
の後方に位置する絞り３０を介して受光素子３１に入射
する。信号処理系３２は受光素子２９と３１の出力信号
ＢとＡから（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の変位信号を生成す
る。レーザー位置制御部３３は信号（Ａ＋Ｂ）に基づい
て半導体レザー２１の光軸方向の位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡や光学測定
機器等に用いられる被検体に対して合焦を行なうための
焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】対物レンズを通して被検体にプローブ光
を照射し、その反射光に基づいて被検体の表面をプロー
ブ光の集光点に配置させる焦点検出装置が知られてい
る。焦点検出装置の代表的な構成を図５に示す。

【０００３】図５において、半導体レーザー１から出射
されるプローブ光すなわちレーザービームは、偏光ビー
ムスプリッタ２に対してｓ偏光であるため、偏光ビーム
スプリッタ２で反射され、１／４波長板３を透過し、結
像レンズ４で平行ビームに変えられ、対物レンズ５で集
光され、被検体６に照射される。

【０００４】被検体６の表面で反射された光は、対物レ
ンズ５、結像レンズ４、１／４波長板３を経て、偏光ビ
ームスプリッタ２に入射する。この光は、１／４波長板
３の二回の通過により偏光ビームスプリッタ２に対して
ｐ偏光となっているため、偏光ビームスプリッタ２を透
過する。

【０００５】偏光ビームスプリッタ２を透過した光は、
ビームスプリッタ７によって二本のビームに分割され
る。ビームスプリッタ７を透過したビームは、結像レン
ズ４の集光点Ｐに対して距離Ｌだけ前方に配置された第
一の絞り８を介して第一の受光素子９に入射する。一
方、ビームスプリッタ７で反射されたビームは、結像レ
ンズ４の集光点Ｐに対して距離Ｌだけ後方に配置された
第二の絞り１０を介して第二の受光素子１１に入射す
る。

【０００６】第一の受光素子９は入射光量に対応した電
気信号Ｂを、第二の受光素子１１は入射光量に対応した
電気信号Ａを出力する。第一の受光素子９の出力信号Ｂ
と第二の受光素子１１の出力信号Ａは、図６（ａ）に示
すように、被検体６の表面の光軸方向の位置に依存して
変化し、プローブ光の集光点Ｆを基準にして対称的な位
置にピークを持っている。

【０００７】信号処理系１２は、受光素子９と１１から
入力される電気信号ＢとＡに対して、（Ａ−Ｂ）／（Ａ
＋Ｂ）の演算を行ない、プローブ光の集光点Ｆと被検体
６の表面との間のずれに対応した変位信号を出力する。
この変位信号は、図６（ｂ）に示すように、被検体６の
表面が集光点Ｆに位置するときに０となり、集光点Ｆに
対する被検体６の表面のずれ方向に応じた符号をとる。

【０００８】その後、変位信号が０となるように、駆動
機構（図示せず）を用いて、例えば、被検体６あるいは
対物レンズ５を光軸方向に移動させ、合焦動作を行な
う。図６（ａ）から明らかなように、被検体６の表面が
集光点Ｆから大きく離れた位置にある場合、受光素子９
と１１の出力信号ＢとＡは低いため、変位信号は電気的
ノイズや光学的ノイズの影響を受け易い。このため、図
６（ｂ）から分かるように、被検体６の表面が集光点Ｆ
に位置していないにも関わらず、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）＝０すなわち合焦状態にあると誤って判定すること
がある。

【０００９】このような誤判定を防止するため、図６
（ｃ）に示すように、信号（Ａ＋Ｂ）に対してしきい値
Ｔを設定し、信号Ａ＋Ｂがしきい値Ｔ以下である場合す
なわち被検体６の表面が集光点Ｆから所定距離以上離れ
ている場合には、合焦判定を行なわないように制御し、
合焦動作範囲を限定している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】焦点検出装置は、電気
的ノイズや光学部材の調整度等に起因して、合焦判定に
誤差を含んでいる。合焦判定の誤差は合焦精度を低下さ
せるため少ないほどよい。また、合焦判定の誤差は、焦
点検出装置を、被検体表面に対して合焦させた時の対物
レンズあるいは被検体の高さ位置を測定することにより
被検体の高さ方向の寸法を測定する光学測定機器に用い
た場合には、光学測定機器の測定精度を低下させる。

【００１１】合焦判定の誤差を少なくするには、すなわ
ち、合焦精度を高めるには、図７（ｂ）に示すように、
集光点Ｆの近くにおける変位信号の傾きを大きくし、同
量のノイズに対する被検体表面の変位の誤差を小さくす
ればよい。これを実現するには、焦点検出装置の光学系
の倍率、すなわち、図５における対物レンズ５と結像レ
ンズ４のレンズ系の倍率を大きくすればよい。これによ
り、被検体表面の変位に対する反射光の集光点Ｐの移動
量が大きくなり、プローブ光の集光点Ｆの近くにおける
変位信号の傾きが大きくなる。

【００１２】焦点検出装置の光学系の倍率を高めること
は、合焦判定の誤差を少なくするが、その反面、図７
（ａ）に示すように、受光素子の出力のピークの幅を狭
めるため、信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを越える範囲す
なわち合焦動作範囲を狭めてしまう。このように、合焦
判定誤差の低減すなわち合焦精度の向上を図ると、合焦
動作範囲は狭まってしまう。

【００１３】被検体は、常に合焦動作範囲内に位置する
保証はなく、合焦動作範囲外に位置することもある。こ
のような場合には、合焦検出装置は、被検体を合焦動作
範囲内に移動させる。被検体の合焦動作範囲内への移動
は次のように行なう。

【００１４】信号（Ａ＋Ｂ）としきい値Ｔの比較によ
り、被検体が合焦動作範囲内に位置するか否かを判定し
ながら、対物レンズに対して被検体を光軸方向に相対的
に移動させる。対物レンズに対する被検体の相対的な移
動は、対物レンズと被検体の衝突を避けるため、図８に
示すように、最初に対物レンズと被検体の間隔を広げる
ように行ない、対物レンズと被検体の間隔が最大となる
間に被検体が合焦動作範囲に入らなかった場合には、今
度は対物レンズと被検体の間隔を狭めるように行なう。

【００１５】対物レンズに対する被検体の移動は、常に
被検体と対物レンズの間隔を広げるように開始するた
め、被検体がプローブ光の集光点Ｆよりも遠くに位置し
ている場合には、対物レンズと被検体の間隔を最大に広
げた後に最初の間隔に戻すまでの動作は全く無駄とな
る。この無駄な動作は、その動作時間の分だけ合焦動作
に要する時間を長くしている。

【００１６】すなわち、対物レンズに対する被検体の相
対移動は、最初から被検体をプローブ光の集光点Ｆに近
づけるように行なうのが望ましいが、場合によっては被
検体を集光点Ｆからいったん遠ざけてしまうため、その
場合には合焦までに多くの時間を要してしまう。

【００１７】特に、合焦精度の高い合焦検出装置では、
前述したように合焦動作範囲が狭いため、被検体が合焦
動作範囲から外れることが多くなる。このため、合焦動
作に要する時間が長くなる傾向にある。本発明は、この
ような実状を鑑みて成されたもので、その目的は、合焦
精度が高くしかも合焦動作に要する時間が短い焦点検出
装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の焦点検出装置
は、プローブ光を射出する光源手段と、光源と被検体の
間に位置し、光源からのプローブ光を集光し、また被検
体からの反射光を集光する集光光学系と、光源からのプ
ローブ光と被検体からの反射光を分離する手段と、プロ
ーブ光集光点と被検体表面との間の位置ずれを検知する
焦点検出部と、焦点検出部で得られる情報に基づいて反
射光集光点の光軸方向の位置を変更する集光点変更手段
とを有している。

【００１９】本発明では、焦点検出部において被検体が
合焦動作範囲から外れていることを検知した場合には、
反射光集光点の光軸方向の位置を変更させて被検体のず
れの方向を検出し、これに基づいてプローブ光の集光点
に対して被検体を相対的に移動させて近づけることによ
り、被検体を合焦動作範囲内に配置させる。

【００２０】例えば、光源手段は一つの光源を含み、集
光点変更手段は光源を光軸に沿って移動させる手段を含
んでいる。あるいは、光源手段は複数の光源を含み、集
光点変更手段は複数の光源の中の適当な一つの光源を選
択的に点灯させる手段を含んでいる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。〔第一の実施の形態〕まず、第一の実施の形態について
説明する。本実施形態の焦点検出装置の構成を図１に示
す。

【００２２】図１において、光源たとえば半導体レーザ
ー２１から出射されたプローブ光であるレーザービーム
は、偏光ビームスプリッタ２２に対してｓ偏光であるた
め、偏光ビームスプリッタ２２によって反射される。反
射された光は、１／４波長板２３を通過し、結像レンズ
２４によって平行ビームに変えられ、対物レンズ２５に
よって集光され、被検体２６に照射される。

【００２３】被検体２６の表面で反射された光は、対物
レンズ２５、結像レンズ２４、１／４波長板２３を経
て、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。この光は、
１／４波長板２３の二回の通過により偏光ビームスプリ
ッタ２２に対してｐ偏光となっているため、偏光ビーム
スプリッタ２２を透過する。

【００２４】偏光ビームスプリッタ２２を透過した光
は、ビームスプリッタ２７によって二本のビームに分割
される。ビームスプリッタ２７を透過したビームは、結
像レンズ２４の集光点Ｑに対して距離Ｌだけ前方に配置
された第一の絞り２８を介して第一の受光素子２９に入
射する。一方、ビームスプリッタ２７で反射されたビー
ムは、結像レンズ２４の集光点Ｑに対して距離Ｌだけ後
方に配置された第二の絞り３０を介して第二の受光素子
３１に入射する。

【００２５】第一の受光素子２９は入射光量に対応した
電気信号Ｂを、第二の受光素子３１は入射光量に対応し
た電気信号Ａを出力する。信号処理系３２は、受光素子
２９と３１から入力される電気信号ＢとＡに対して、
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算を行ない、プローブ光の
集光点Ｆと被検体２６の表面との間の光軸方向の相対的
なずれに対応した変位信号を生成する。また、信号処理
系３２は、信号（Ａ＋Ｂ）を生成し、レーザー位置制御
部３３に出力する。レーザー位置制御部３３は、信号
（Ａ＋Ｂ）に基づいて、半導体レザー２１の光軸方向の
位置を調整する。

【００２６】次に、本実施例の焦点検出装置の動作につ
いて図２を参照ながら説明する。従来と同様に、合焦の
誤判定を避けるため、信号（Ａ＋Ｂ）に対してしきい値
Ｔを設定し、信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを上回る範囲
を変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の有効範囲すなわち
合焦動作範囲とする。

【００２７】まず、信号（Ａ＋Ｂ）としきい値Ｔを比較
することにより、被検体２６が合焦動作範囲内に位置し
ているか否かを判別する。信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔ
を上回る場合すなわち被検体２６が合焦動作範囲内に位
置する場合には、従来と同様に、信号処理系３２が出力
する変位信号が０となるように被検体２６を光軸方向に
対物レンズ２５に対して相対的に移動させることにより
合焦動作を行なう。

【００２８】信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを下回る場合
すなわち被検体２６が合焦動作範囲外に位置する場合に
は、レーザー位置制御部３３は、信号（Ａ＋Ｂ）をモニ
タしながら半導体レーザー２１を光軸方向に移動させる
ことにより、信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを上回る位置
に半導体レーザー２１を配置する。半導体レーザー２１
の光軸方向の移動は、図２（ａ）に示すように、合焦動
作範囲が光軸方向に移動することに相当する。合焦動作
範囲内に被検体２６が入ると、信号（Ａ＋Ｂ）はしきい
値Ｔを上回るので、これを検出した時点で半導体レーザ
ー２１の移動を止めることによって、半導体レーザー２
１が希望の位置すなわち信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを
上回る位置に配置される。

【００２９】このときの半導体レーザー２１の元の位置
に対する位置から、プローブ光の集光点Ｆに対する被検
体２６のずれ方向と大まかなずれ量が分かる。その後、
半導体レーザー２１を元の位置に戻し、続いて、得られ
た被検体２６のずれ方向と大まかなずれ量に基づいて、
被検体２６を光軸方向に対物レンズ２５に対して相対的
に移動させ、被検体２６を合焦動作範囲内に配置する。
その後、信号処理系３２が出力する変位信号が０となる
ように被検体２６を光軸方向に対物レンズ２５に対して
相対的に移動させることにより合焦動作を行なう。

【００３０】上述の動作の中における対物レンズ２５に
対する被検体２６の相対的な移動は、被検体２６を実際
に移動させることにより、あるいは対物レンズ２５を実
際に移動させることにより、あるいは焦点検出装置全体
を実際に移動させることにより行なう。実際に移動させ
る部材は被検体２６と対物レンズ２５と焦点検出装置全
体のいずれでもよいが、合焦動作の所要時間の短縮のた
めには、軽量な対物レンズ２５を移動させることが好ま
しい。

【００３１】このように、被検体２６が合焦動作範囲外
に位置する場合には、プローブ光の集光点Ｆに対する被
検体２６のずれ方向を検出し、これに基づいて被検体２
６を対物レンズ２５に対して相対的に移動させるので、
従来の装置では避けられない無駄な動きがなくなるた
め、合焦動作が短時間で行なえる。

【００３２】被検体２６のずれ方向の検出は半導体レー
ザー２１を移動させることにより行なっており、半導体
レーザー２１は非常に軽いので高速で移動させることが
できる。従って、被検体２６のずれ方向の検出に要する
時間は短時間で済む。本実施形態では、被検体２６のず
れ方向の検出に要する時間の分だけ合焦動作に要する時
間が増えるが、半導体レーザー２１に比べて重い被検体
２６や対物レンズ２５を移動させる際の無駄な動きが無
くなる利点が大きいため、合焦動作に要する時間は全体
としては大幅に短縮される。

【００３３】結像レンズ２４と対物レンズ２５からなる
集光光学系の倍率は任意に選べるので、この集光光学系
の倍率を高めることにより合焦動作の精度を任意に高め
ることができる。特に、集光光学系の倍率を高めた場合
には、合焦動作範囲が狭まり、従って被検体２６が合焦
動作範囲外に位置することが多くなるので、本実施形態
の利点が顕著となる。

【００３４】本実施形態では、被検体２６のずれ方向の
検出は、光源である半導体レーザーを光軸方向に移動さ
せることにより行なっているが、ビームスプリッター２
７と絞り２８と受光素子２９と絞り３０と受光素子３１
からなる光学系を光軸方向に移動させることにより行な
ってもよい。あるいは、光路中に光学部材を出し入れし
て光路長を変化させることにより行なってもよい。

【００３５】〔第二の実施の形態〕次に、本発明の第二
の実施の形態について説明する。本実施形態の焦点検出
装置の構成を図３に示す。図３において、図１と同じ参
照符号の部材は、第一の実施の形態と同じ部材を示して
いる。

【００３６】図３に示すように、本実施形態の焦点検出
装置は三つの半導体レーザー４１と４２と４３、これら
のいずれかを選択的に点灯させるレーザー制御部４６、
対物レンズ２５を光軸方向に移動させる対物レンズ駆動
部４７を有している。

【００３７】半導体レーザー４１から射出されたプロー
ブ光は、ビームスプリッタ４４とビームスプリッタ４５
を透過し、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。半導
体レーザー４２から射出されたプローブ光は、ビームス
プリッタ４４で反射され、ビームスプリッタ４５を透過
し、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。半導体レー
ザー４１から射出されたプローブ光は、ビームスプリッ
タ４５で反射され、偏光ビームスプリッタ２２に入射す
る。

【００３８】半導体レーザー４３から偏光ビームスプリ
ッタ２２までの光路長は、半導体レーザー４１から偏光
ビームスプリッタ２２までの光路長よりも短く、半導体
レーザー４２から偏光ビームスプリッタ２２までの光路
長は、半導体レーザー４１から偏光ビームスプリッタ２
２までの光路長よりも長い。すなわち、偏光ビームスプ
リッタ２２に対して、半導体レーザー４３が最も近くに
位置し、半導体レーザー４２が最も遠くに位置し、半導
体レーザー４１がその間に位置している。

【００３９】偏光ビームスプリッタ２２に入射したプロ
ーブ光は、偏光ビームスプリッタ２２に対してｓ偏光で
あるため、偏光ビームスプリッタ２２によって反射され
る。反射された光は、１／４波長板２３を通過し、結像
レンズ２４によって平行ビームに変えられ、対物レンズ
２５によって集光され、被検体２６に照射される。

【００４０】被検体２６の表面で反射された光は、対物
レンズ２５、結像レンズ２４、１／４波長板２３を経
て、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。この光は、
１／４波長板２３の二回の通過により偏光ビームスプリ
ッタ２２に対してｐ偏光となっているため、偏光ビーム
スプリッタ２２を透過する。

【００４１】偏光ビームスプリッタ２２を透過した光
は、ビームスプリッタ２７によって二本のビームに分割
される。ビームスプリッタ２７を透過したビームは、結
像レンズ２４の集光点Ｑに対して距離Ｌだけ前方に配置
された第一の絞り２８を介して第一の受光素子２９に入
射する。一方、ビームスプリッタ２７で反射されたビー
ムは、結像レンズ２４の集光点Ｑに対して距離Ｌだけ後
方に配置された第二の絞り３０を介して第二の受光素子
３１に入射する。

【００４２】第一の受光素子２９は入射光量に対応した
電気信号Ｂを、第二の受光素子３１は入射光量に対応し
た電気信号Ａを出力する。信号処理系３２は、受光素子
２９と３１から入力される電気信号ＢとＡに対して、
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算を行ない、プローブ光の
集光点Ｆと被検体２６の表面との間の光軸方向の相対的
なずれに対応した変位信号を生成する。また、信号処理
系３２は信号（Ａ＋Ｂ）を生成し、これをレーザー制御
部４６に出力する。

【００４３】レーザー制御部４６は、信号処理系３２か
ら入力される信号（Ａ＋Ｂ）に基づいて点灯する半導体
レーザーを切り換える。対物レンズ駆動部４７は、レー
ザー制御部４６からの駆動信号または信号処理系３２か
らの変位信号に基づいて対物レンズ２５を光軸方向に移
動させる。

【００４４】次に、本実施形態の焦点検出装置の動作に
ついて図４を参照しながら説明する。図４に示すよう
に、合焦の誤判定を避けるため、信号（Ａ＋Ｂ）に対し
てしきい値Ｔを設定する。半導体レーザー４１を点灯し
た状態において、信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを上回る
範囲を変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の有効範囲すな
わち合焦動作範囲とする。また、半導体レーザー４２ま
たは半導体レーザー４３を点灯した状態において、信号
（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを上回る範囲を疑似合焦動作範
囲とする。

【００４５】合焦動作範囲と疑似合焦動作範囲は互いに
連続しており、これらは本実施形態の焦点検出装置の実
質的な合焦動作範囲である拡張合焦動作範囲を定める。
言い換えれば、希望の拡張合焦動作範囲が得られるよう
に、結像レンズ２４と対物レンズ２５からなる集光光学
系の倍率、偏光ビームスプリッタ２２から各半導体レー
ザーまでの光路長が決められる。さらに付け加えれば、
半導体レーザーの個数は三個に限定されるものではな
く、希望の拡張合焦動作範囲に応じてその個数が決めら
れる。

【００４６】このような理由から、ここでは被検体２６
は拡張合焦動作範囲内に位置していることを前提にして
説明する。つまり、被検体２６が拡張合焦動作範囲から
外れている状況は考慮しないものとする。

【００４７】通常、レーザー制御部４６は半導体レーザ
ー４１を点灯させる。この状態において、信号（Ａ＋
Ｂ）としきい値Ｔを比較することにより、被検体２６が
合焦動作範囲内に位置しているか否かを判別する。

【００４８】信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを上回る場合
すなわち被検体２６が半導体レーザー４１の合焦動作範
囲内に位置する場合には、信号処理系３２が出力する変
位信号が０となるように、対物レンズ駆動部４７により
対物レンズ２５を光軸方向に移動させることにより合焦
動作を行なう。

【００４９】信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを下回る場合
すなわち被検体２６が半導体レーザー４１の合焦動作範
囲外に位置する場合には、レーザー制御部４６は半導体
レーザー４１の点灯を停止し、半導体レーザー４２また
は半導体レーザー４３を点灯させる。ここでは半導体レ
ーザー４２を点灯させるものとする。

【００５０】半導体レーザー４２を点灯させた状態で、
信号（Ａ＋Ｂ）としきい値Ｔとを比較する。信号（Ａ＋
Ｂ）がしきい値Ｔを上回る場合、被検体２６は半導体レ
ーザー４２の点灯に対応する疑似合焦動作範囲内に位置
している。信号（Ａ＋Ｂ）がしきい値Ｔを下回る場合
は、レーザー制御部４６は半導体レーザー４２の点灯を
停止し、半導体レーザー４３を点灯させる。この場合、
被検体２６は半導体レーザー４３の点灯に対応する疑似
合焦動作範囲内に位置しているはずであるから、半導体
レーザー４３を点灯させた状態で信号（Ａ＋Ｂ）としき
い値Ｔとを比較すると、信号（Ａ＋Ｂ）はしきい値Ｔを
上回る。

【００５１】以上の動作により、被検体２６が半導体レ
ーザー４１の合焦動作範囲外に位置する場合、合焦動作
範囲に対してどの方向に外れているかが分かる。つま
り、プローブ光の集光点Ｆに対して、被検体２６が、対
物レンズ２５に近い側に位置しているか、遠い側に位置
しているかが分かる。

【００５２】被検体２６が半導体レーザー４１の合焦動
作範囲に対してどの方向に外れているかを検出した後、
レーザー制御部４６は、半導体レーザー４２または半導
体レーザー４３の点灯を停止し、再び半導体レーザー４
１を点灯させると共に、被検体２６をこの合焦動作範囲
に移動させるための駆動信号を対物レンズ駆動部４７に
送る。対物レンズ駆動部４７は、レーザー制御部４６か
らの駆動信号に基づいて対物レンズ２５を光軸方向に移
動させ、これにより被検体２６は半導体レーザー４１の
合焦動作範囲内に配置される。その後、信号処理系３２
が出力する変位信号が０となるように、対物レンズ駆動
部４７により対物レンズ２５を光軸方向に移動させるこ
とにより合焦動作を行なう。

【００５３】このように、被検体２６が合焦動作範囲外
に位置する場合には、プローブ光の集光点Ｆに対する被
検体２６のずれ方向を検出し、これに基づいて被検体２
６を対物レンズ２５に対して相対的に移動させるので、
従来の装置では避けられない無駄な動きがなくなるた
め、合焦動作が短時間で行なえる。

【００５４】被検体２６のずれ方向の検出は、点灯する
半導体レーザーを切り換えることにより行なっているの
で、第一実施形態よりも短時間で行なえる。従って、合
焦動作は第一実施形態よりも短時間で行なえる。ただ
し、第一実施形態の焦点検出装置は結像レンズ２４と対
物レンズ２５からなる集光光学系の倍率を任意に変更で
きるが、本実施形態の焦点検出装置において集光光学系
の倍率を変更する場合には、偏光ビームスプリッター２
２から各半導体レーザーまでの距離または半導体レーザ
ーの個数を同時に変更する必要があるという制約があ
る。

【００５５】本発明は、上述の実施の形態に何等限定さ
れるものではない。発明の要旨を逸脱しない範囲で行な
われる実施は、すべて本発明に含まれる。例えば、焦点
検出は、実施形態で説明した方式に代えて、瞳分割法や
非点差法など、周知の他の方式を用いて行なってもよ
い。

【００５６】

【発明の効果】本発明の合焦検出装置によれば、被検体
が合焦動作範囲外に位置する場合には、プローブ光の集
光点に対する被検体のずれ方向を検出し、これに基づい
て常に被検体がプローブ光の集光点に近づくようにプロ
ーブ光の集光点に対して被検体を相対的に移動させるの
で無駄な動きがなく、従って合焦動作を短時間で行なえ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の焦点検出装置の構
成を示す図である。

【図２】第一の実施の形態の焦点検出装置の動作を説明
するための図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態の焦点検出装置の構
成を示す図である。

【図４】第二の実施の形態の焦点検出装置の動作を説明
するための図である。

【図５】従来の焦点検出装置の構成を示す図である。

【図６】図５の装置における受光素子出力と変位信号と
合焦動作範囲を説明する図である。

【図７】焦点検出装置の光学系の倍率の変更に伴なう受
光素子出力と変位信号の変化の様子を示している。

【図８】被検体を合焦動作範囲内に移動させる動作の様
子を示している。

【符号の説明】

２１半導体レーザー２２偏光ビームスプリッタ２３１／４波長板２４結像レンズ２５対物レンズ２７ビームスプリッタ２８絞り２９受光素子３０絞り３１受光素子３２信号処理系３３レーザー位置制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブ光を射出する光源手段と、光源と被検体の間に位置し、光源からのプローブ光を集
光し、また被検体からの反射光を集光する集光光学系
と、光源からのプローブ光と被検体からの反射光を分離する
手段と、プローブ光集光点と被検体表面との間の位置ずれを検知
する焦点検出部と、焦点検出部で得られる情報に基づいて反射光集光点の光
軸方向の位置を変更する集光点変更手段とを有してい
る、焦点検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の焦点検出装置であって、光源手段は一つの光源を含み、集光点変更手段は光源を光軸に沿って移動させる手段を
含んでいる、焦点検出装置。
【請求項３】請求項１に記載の焦点検出装置であって、光源手段は複数の光源を含み、集光点変更手段は複数の光源の中の適当な一つの光源を
選択的に点灯させる手段を含んでいる、焦点検出装置。