JPS58160907A - 顕微鏡用焦点検出装置 - Google Patents
顕微鏡用焦点検出装置Info
- Publication number
- JPS58160907A JPS58160907A JP4408482A JP4408482A JPS58160907A JP S58160907 A JPS58160907 A JP S58160907A JP 4408482 A JP4408482 A JP 4408482A JP 4408482 A JP4408482 A JP 4408482A JP S58160907 A JPS58160907 A JP S58160907A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- focus
- light
- photodetector
- objective lens
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
- G02B21/245—Devices for focusing using auxiliary sources, detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は焦点検出制置1%に鵬黴鏡用の自動焦点調節装
置1;関する。
置1;関する。
従来のこの種のi!電としては1例えば米国特許第5.
721827号明細書の様に書面と共役な位雷にスリッ
トvt@、 ここン通過した元を焦点検出用元脚とし
て用いるものか知られている。しかしこの方式では、試
p面で反射して戻ってきた焦点検出用jtIIの光検出
器上に於ける強電か合焦時と非合焦時で着しく異なる辷
、スリットを通過させる為に光源の余エネルギーの瞳部
しか使えないという欠点かあった。このため光検出器と
して非常に感度の高いものY用いる公費かあり、又6反
射率の低い賦科由では焦点検出装置か作動しなくなると
いう障害か生じた。父、感度の高い元横出1!h1に:
用いても、焦点すれかおこると九〇)Ij![11か急
激に大きく変化するため、ダイナミックレンジの関係か
ら0作動範囲を広くとれないという間亀もあった一0又
0%開昭54−40649号公轍に開示されたfjkt
では具体的な魚点検出用党伽のとり万か明示されてはい
ないか0元源に集九レンズを組ろ曾わせるだけでは当然
上述したような問題か生ずる。
721827号明細書の様に書面と共役な位雷にスリッ
トvt@、 ここン通過した元を焦点検出用元脚とし
て用いるものか知られている。しかしこの方式では、試
p面で反射して戻ってきた焦点検出用jtIIの光検出
器上に於ける強電か合焦時と非合焦時で着しく異なる辷
、スリットを通過させる為に光源の余エネルギーの瞳部
しか使えないという欠点かあった。このため光検出器と
して非常に感度の高いものY用いる公費かあり、又6反
射率の低い賦科由では焦点検出装置か作動しなくなると
いう障害か生じた。父、感度の高い元横出1!h1に:
用いても、焦点すれかおこると九〇)Ij![11か急
激に大きく変化するため、ダイナミックレンジの関係か
ら0作動範囲を広くとれないという間亀もあった一0又
0%開昭54−40649号公轍に開示されたfjkt
では具体的な魚点検出用党伽のとり万か明示されてはい
ないか0元源に集九レンズを組ろ曾わせるだけでは当然
上述したような問題か生ずる。
本発明はこれらの欠点ン解決し0元源の元1gt十分に
利用でさ、且つ酋焦時、非酋焦時を通じて光検出器上で
の熱漬、検出用元−束の光強直か変わらない様な一徴鏡
用焦点検出装置を得ることン目的゛−と−ず1τ 纂1図は0本発明に於ける元字糸の基本的な概念図であ
り(1)は試料(2)IIOウェハ寺フ。
利用でさ、且つ酋焦時、非酋焦時を通じて光検出器上で
の熱漬、検出用元−束の光強直か変わらない様な一徴鏡
用焦点検出装置を得ることン目的゛−と−ず1τ 纂1図は0本発明に於ける元字糸の基本的な概念図であ
り(1)は試料(2)IIOウェハ寺フ。
(2)は纂ルンズ、(6)は@2レンズ、(4)は書面
である。第ルンズ(2)は一般に1w4倣−の鷹寸荀レ
ンズに相当するものである。纂2レンズ(6)の前側焦
点l纂ルンズ(2)の後側焦点の位置(対物レンズ内に
後側焦点かある場合は・後側焦点の、それより像側にあ
るレンズによる像の位11)に曾わせることにより、試
料面上の点(5)より元軸に平行に出射した丸線(点組
で図示)は、蘂ルンス(2)娶経て第2レンズ(3)’
t’fi遇したのち、hび元軸C二平村な光−となって
渾圓上の共役点(b’J i二連する。第1図より明ら
かなように、第ルンスシ)及び纂2ししており、纂ルン
ズ(21二人射する平行元鎌束は纂2レンズ(5)t’
出射するとき再び平行党纏東となる。いま、纂ルンズ(
2)に入射する光線6ムかシフトして6A′の位ll1
l二なったとすると、′@3レンズ(3)ン通過する対
応する出射光−は$1図に示したごと<6Bから6 B
’の位置4ニシフトする。このときのシフト量の比(纂
1図に於ける距aSと距離8′との比]は嘱ルンズQ)
及び纂2レンズ(5)よりなる元竿系の**倍皐Mに等
しい。
である。第ルンズ(2)は一般に1w4倣−の鷹寸荀レ
ンズに相当するものである。纂2レンズ(6)の前側焦
点l纂ルンズ(2)の後側焦点の位置(対物レンズ内に
後側焦点かある場合は・後側焦点の、それより像側にあ
るレンズによる像の位11)に曾わせることにより、試
料面上の点(5)より元軸に平行に出射した丸線(点組
で図示)は、蘂ルンス(2)娶経て第2レンズ(3)’
t’fi遇したのち、hび元軸C二平村な光−となって
渾圓上の共役点(b’J i二連する。第1図より明ら
かなように、第ルンスシ)及び纂2ししており、纂ルン
ズ(21二人射する平行元鎌束は纂2レンズ(5)t’
出射するとき再び平行党纏東となる。いま、纂ルンズ(
2)に入射する光線6ムかシフトして6A′の位ll1
l二なったとすると、′@3レンズ(3)ン通過する対
応する出射光−は$1図に示したごと<6Bから6 B
’の位置4ニシフトする。このときのシフト量の比(纂
1図に於ける距aSと距離8′との比]は嘱ルンズQ)
及び纂2レンズ(5)よりなる元竿系の**倍皐Mに等
しい。
一2図は、纂1図に於ける第ルンズ(2)及び試14(
tD(1)の拡大図である。纂2図に於いて元lll1
8か元軸と角度θ馨なしてl@ルンスQ)から出射する
とき、試料面かfjIA悪的な酋焦位t (9)にあれ
は反射光は8′となるが、試料圓か酋焦位t(9)より
dだけすれた位11(9’lにあるときは反射光は8″
となる。このときの反射光のシフト量Sは82図より 8=2dtanθ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(1)となる。像間上でのシフトt8′は入射
位置のシフト歓のM倍(MはMe倍軍)であるから8=
2dMtanθ・・・・・・・・・・・・・・・(2)
となる。
tD(1)の拡大図である。纂2図に於いて元lll1
8か元軸と角度θ馨なしてl@ルンスQ)から出射する
とき、試料面かfjIA悪的な酋焦位t (9)にあれ
は反射光は8′となるが、試料圓か酋焦位t(9)より
dだけすれた位11(9’lにあるときは反射光は8″
となる。このときの反射光のシフト量Sは82図より 8=2dtanθ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(1)となる。像間上でのシフトt8′は入射
位置のシフト歓のM倍(MはMe倍軍)であるから8=
2dMtanθ・・・・・・・・・・・・・・・(2)
となる。
典型的な横付としてd ” 1 ttrn、 M=4
Q、θ=24の場合を考えると(2)式より 8′=5
5゜6fimとなる。即ち1μmの焦点すれか*面上で
65.6μmの反射光シフトとなって検出できるから、
渾面(又はその共役点)上盛−イメージせンサY配置し
ておけば反射光の変位により焦点すれか検出でさる。纂
2図シー於ける光線8は焦、娠検出用元森に相当し、第
ルンズ及び纂2レンズより成る元学糸の像側よりある程
度の84wもった平竹元−乗として0元軸に対しメリジ
オナル向内で211轟な角度をなして入射させるが、該
元芋糸かアフィー刀ル系であるため焦点ずれ量にかかわ
らず9反射元の元来の太さは一定であり、従ってイメー
ジセンサ上での反射光の強fは一足である。このイメー
ジセンサの出力から焦点ずれdY(21式により検出し
、これtモータ等の駆動手段でフィードバックすること
により自動焦点tsmiitが構成される。
Q、θ=24の場合を考えると(2)式より 8′=5
5゜6fimとなる。即ち1μmの焦点すれか*面上で
65.6μmの反射光シフトとなって検出できるから、
渾面(又はその共役点)上盛−イメージせンサY配置し
ておけば反射光の変位により焦点すれか検出でさる。纂
2図シー於ける光線8は焦、娠検出用元森に相当し、第
ルンズ及び纂2レンズより成る元学糸の像側よりある程
度の84wもった平竹元−乗として0元軸に対しメリジ
オナル向内で211轟な角度をなして入射させるが、該
元芋糸かアフィー刀ル系であるため焦点ずれ量にかかわ
らず9反射元の元来の太さは一定であり、従ってイメー
ジセンサ上での反射光の強fは一足である。このイメー
ジセンサの出力から焦点ずれdY(21式により検出し
、これtモータ等の駆動手段でフィードバックすること
により自動焦点tsmiitが構成される。
纂3図は、上述の構成に基づく本発明Y*倣跳の自前焦
点調節装置(−用いた*m例の概略41!取図である。
点調節装置(−用いた*m例の概略41!取図である。
(10)は試料向、(11)は、鵜1図に於ける纂ルン
ズ(2■:対応する顕微−の対物レンズ、+12)はハ
ーフミラ−(又はダイクロイックミラー)、 113
7は可視透過赤外光カットフィルタ、(14Jは観察用
像I1m、 115)は@1図に於ける纂2レンズ(
5)に河応する禰助レンズ、+16Jは焦点検出用赤外
jt源、+173はコリメートレンズ、(18)はハー
フミラ−,119)は可視元カット赤外透過フィルタ、
120)は紙面1ユ直交する方向に1率をもったシリン
ドリカルレンズ(纂4#AJ、(21)はイメージでン
サ、(22+は観察用照明光源、 (25)は可視I
!に過赤外カットフィルタ、+247はハーフミラ−,
1257は変位検出回路、+26Jはモータ駆1121
tgl路。
ズ(2■:対応する顕微−の対物レンズ、+12)はハ
ーフミラ−(又はダイクロイックミラー)、 113
7は可視透過赤外光カットフィルタ、(14Jは観察用
像I1m、 115)は@1図に於ける纂2レンズ(
5)に河応する禰助レンズ、+16Jは焦点検出用赤外
jt源、+173はコリメートレンズ、(18)はハー
フミラ−,119)は可視元カット赤外透過フィルタ、
120)は紙面1ユ直交する方向に1率をもったシリン
ドリカルレンズ(纂4#AJ、(21)はイメージでン
サ、(22+は観察用照明光源、 (25)は可視I
!に過赤外カットフィルタ、+247はハーフミラ−,
1257は変位検出回路、+26Jはモータ駆1121
tgl路。
(27)はステージ駆動用モータである。いま。
十分(ニルさい光源(16)Y出た光廖はコリメートレ
ンズ(17目−よって平行光a束となるが、この平行九
騨宋が紙面内で対物レンズ元軸111a)l:対し着干
の角度tな丁ように元$116)とレンズ(17J’か
配llされている。
ンズ(17目−よって平行光a束となるが、この平行九
騨宋が紙面内で対物レンズ元軸111a)l:対し着干
の角度tな丁ように元$116)とレンズ(17J’か
配llされている。
この平行光融宋はハーフミラ−+187’t’経て補助
レンズ+15)ン過過し、ハーフミラ−(12J、 (
243)j−経て対物レンズロ1月二人射し、試料面(
10)で反射したのち再び同じ経略Y通ってハーフミラ
−1l8)C違する。
レンズ+15)ン過過し、ハーフミラ−(12J、 (
243)j−経て対物レンズロ1月二人射し、試料面(
10)で反射したのち再び同じ経略Y通ってハーフミラ
−1l8)C違する。
このとき元婦宋か平行光−束の状總−二戻るのは前述し
た通りである。次にハーフミラ−(1B)1に:通過し
た元繍來はIIIT視元カット赤外透過フィルタ(19
)によって一部用照明jt源(22)による成分(これ
は雑f成分となる一ン取り除かれ、さらにシリンドリカ
ルレンズ(20)によって紙面に直交する方向(ピント
ずれ4二よるシフトが生じない方向]の光縁束径馨政ら
れたあとイメージセンサ(21)に入射する。ここで、
観察用照明か雑音として焦点検出光@l:まじって残ら
ぬよう、観察用照明光源(22)とハーフミラ−(24
)との間6:可視透過赤外カットフィルタ123)か記
音され。
た通りである。次にハーフミラ−(1B)1に:通過し
た元繍來はIIIT視元カット赤外透過フィルタ(19
)によって一部用照明jt源(22)による成分(これ
は雑f成分となる一ン取り除かれ、さらにシリンドリカ
ルレンズ(20)によって紙面に直交する方向(ピント
ずれ4二よるシフトが生じない方向]の光縁束径馨政ら
れたあとイメージセンサ(21)に入射する。ここで、
観察用照明か雑音として焦点検出光@l:まじって残ら
ぬよう、観察用照明光源(22)とハーフミラ−(24
)との間6:可視透過赤外カットフィルタ123)か記
音され。
父、観察用g1向口42に赤外光−か到達せぬ様、ハー
フミラ−(12)と観察用書面(14)との間番二可視
透過赤外カットフ4JL、91133か配置されている
。イメージセンサ(21)からの出力信号は変位検出回
路+25)lユより。
フミラ−(12)と観察用書面(14)との間番二可視
透過赤外カットフ4JL、91133か配置されている
。イメージセンサ(21)からの出力信号は変位検出回
路+25)lユより。
合焦に必要なステージ128)の駆動量に対応Tる信号
に変換され、この出力信号に基さモータ駆@[911M
+263がステージ駆wJ用モータ(27)i’粗駆動
、ステージ(28)が必貿童移動して酋漬か行われる。
に変換され、この出力信号に基さモータ駆@[911M
+263がステージ駆wJ用モータ(27)i’粗駆動
、ステージ(28)が必貿童移動して酋漬か行われる。
このようなlB成(二よれば、焦点外れの状態礁;おい
ても元検出―上に於ける焦点検出用光―束の光強直が一
定となるような焦点検出糸t’lpl[できるから、ダ
イナミックレンジの狭い元横1fjftでも安定して作
動させることかできる。又、焦点検出用元麿の光源とし
て半導体レーザの様な発光体のきわめて小さいものを用
いれは、焦点短離が小さくrナンバーが小さな明るいコ
リメートレンズな使用すること(二より細くて強度の大
8な焦点検出用九縁Y:得ることができる。ざら4;1
元検出−の1創(二、焦点検出用元−のシフト方向と1
父する方向すなわち渠5図中紙面に撫直な方向に曲率t
もったI@4図のfi+視図のごときシリンドリカルレ
ンズ(20)か挿入されているので稍tI;影曽なく元
検出養上での無点横出用元愚の光*[’に増大させるこ
とか01能である。
ても元検出―上に於ける焦点検出用光―束の光強直が一
定となるような焦点検出糸t’lpl[できるから、ダ
イナミックレンジの狭い元横1fjftでも安定して作
動させることかできる。又、焦点検出用元麿の光源とし
て半導体レーザの様な発光体のきわめて小さいものを用
いれは、焦点短離が小さくrナンバーが小さな明るいコ
リメートレンズな使用すること(二より細くて強度の大
8な焦点検出用九縁Y:得ることができる。ざら4;1
元検出−の1創(二、焦点検出用元−のシフト方向と1
父する方向すなわち渠5図中紙面に撫直な方向に曲率t
もったI@4図のfi+視図のごときシリンドリカルレ
ンズ(20)か挿入されているので稍tI;影曽なく元
検出養上での無点横出用元愚の光*[’に増大させるこ
とか01能である。
従って1党元感度の低い元検出指でも安定して動作させ
ることか可能となり、又0反射率の低い試料l111ニ
ー刈しても扁精匿で付熱を行なうことかでさる。
ることか可能となり、又0反射率の低い試料l111ニ
ー刈しても扁精匿で付熱を行なうことかでさる。
伺、′5を検出器としてイメージセンサを用いることの
メリットを次に述べる。ます、検出n覆か商いこと、こ
れはイメージセンサのビツナ(二もよるか、境在では回
路技術等vtめ10μ禍の変位は容易6:検出できる。
メリットを次に述べる。ます、検出n覆か商いこと、こ
れはイメージセンサのビツナ(二もよるか、境在では回
路技術等vtめ10μ禍の変位は容易6:検出できる。
父、デジタル的な処塩となるため、温度や湿度等の変化
による誤差も少ない。次ζ二徴械的取付位−゛の一警か
容易である。これはイメージπフサ上での原点を任意6
;選ぶことができるため。
による誤差も少ない。次ζ二徴械的取付位−゛の一警か
容易である。これはイメージπフサ上での原点を任意6
;選ぶことができるため。
無点検出用jtiIかシフトする方向の取付精贋かされ
めて大まかでよいことに起因するものである。又、イメ
ージセンサ上での原点を任意−二移動できる様なl!!
ll1i2!1栴成にすれは、対物レンズを交換したと
さにせンサ上での合焦位置か変わっても簡単な操作1
flJえは手動リセットノによりすぐに付熱を始めるこ
とかできる。父、イメージセンサ、伸−二すニアイメー
ジπンサは他の受光素子ζ:比べて受光部か長いので、
自動焦点#14節範四が広くでさる。賊後ζ;、対重し
ンスとの合成で7フオーカル糸を形成−(る為の補助レ
ンズ(二関してであるか。
めて大まかでよいことに起因するものである。又、イメ
ージセンサ上での原点を任意−二移動できる様なl!!
ll1i2!1栴成にすれは、対物レンズを交換したと
さにせンサ上での合焦位置か変わっても簡単な操作1
flJえは手動リセットノによりすぐに付熱を始めるこ
とかできる。父、イメージセンサ、伸−二すニアイメー
ジπンサは他の受光素子ζ:比べて受光部か長いので、
自動焦点#14節範四が広くでさる。賊後ζ;、対重し
ンスとの合成で7フオーカル糸を形成−(る為の補助レ
ンズ(二関してであるか。
正レンズに限らす灼蜀レンズの瞳位置によっては負レン
ズY用いてもよい。又、灼柳しンスか物体w≦二はぼテ
レセントリックで、且つ射出瞳の位置も大よそ−!にす
る様に設計されていれは、後側焦点(又は上町Fの泣電
もはば一足となっているはずであるから、上記テレセン
ドリンクの条件か守られている限り。
ズY用いてもよい。又、灼柳しンスか物体w≦二はぼテ
レセントリックで、且つ射出瞳の位置も大よそ−!にす
る様に設計されていれは、後側焦点(又は上町Fの泣電
もはば一足となっているはずであるから、上記テレセン
ドリンクの条件か守られている限り。
対物レンズ馨交換しても補助レンズを交換する必要はな
い。
い。
以上の株に1本発明によれは合焦時及び非合焦aiv通
して充積fil器上での焦点検出用元栂束の元9i度が
変わらないため、一般に受元感度が低く、受光面積も狭
く0月つダイナミックレンジも狭いイメージせンサン、
焦点横出用元検出益として安定して動作させることか可
能となり、より広い範囲にわたって^精度の合焦検出が
nJ能となる。
して充積fil器上での焦点検出用元栂束の元9i度が
変わらないため、一般に受元感度が低く、受光面積も狭
く0月つダイナミックレンジも狭いイメージせンサン、
焦点横出用元検出益として安定して動作させることか可
能となり、より広い範囲にわたって^精度の合焦検出が
nJ能となる。
纂1図は本発明による装置の元字糸の基本的な概念図。
纂2図は購1図の纂ルンズ、lit科面部分の拡大図。
軌3図は本開明による爽′m例の概略傳成図。
l1A4図はシリンドリカルレンズの斜視図である。
〔主要部分の符号の説明〕
16・・・・・・・・・・・・・・・焦点検出光Ql赤
外光源10・・・・・・・・・・・・・試料面11・・
・・・・・・・・・・・・・対物レンズ21・・・・・
・・・・・・・・・・イメージセンサ15・・・・・・
・・・・・・・・・補助レンズ出 願 人 : 日本元
学工業株式会社、tI図 第2因
外光源10・・・・・・・・・・・・・試料面11・・
・・・・・・・・・・・・・対物レンズ21・・・・・
・・・・・・・・・・イメージセンサ15・・・・・・
・・・・・・・・・補助レンズ出 願 人 : 日本元
学工業株式会社、tI図 第2因
Claims (1)
- 対智レンズと、該対重レンズの**より一焦点検出用−
yt、**w賦科面へ供給するための照明手段と、l[
試料面で反射され再び対重しンズ官貴6;戻ってくる骸
′yt、l1束の位置を検出する光検出器とt有する順
黴鏡用焦点検出装置(:於いて、鎖対豐レンズの像儒に
咳対豐レンズとの合皮で7フオーカル系をなす補助レン
ズを設け、W記照明手設は沸点検出用元111にとして
該アフォーカル系へ平行党−束を供給することC;より
前記光検出器上に於ける光強[Y−足としたことt特徴
とする朧黴鏡用焦点検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4408482A JPS58160907A (ja) | 1982-03-19 | 1982-03-19 | 顕微鏡用焦点検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4408482A JPS58160907A (ja) | 1982-03-19 | 1982-03-19 | 顕微鏡用焦点検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58160907A true JPS58160907A (ja) | 1983-09-24 |
Family
ID=12681745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4408482A Pending JPS58160907A (ja) | 1982-03-19 | 1982-03-19 | 顕微鏡用焦点検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58160907A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6084522A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-13 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 投影検査機 |
US6974938B1 (en) | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
CN108646396A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-10-12 | 合肥工业大学 | 自动对焦显微镜系统 |
-
1982
- 1982-03-19 JP JP4408482A patent/JPS58160907A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6084522A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-13 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 投影検査機 |
JPH04246B2 (ja) * | 1983-10-17 | 1992-01-06 | Mitutoyo Corp | |
US6974938B1 (en) | 2000-03-08 | 2005-12-13 | Tibotec Bvba | Microscope having a stable autofocusing apparatus |
US7016110B2 (en) | 2000-03-08 | 2006-03-21 | Tibotec Bvba | Microscope suitable for high-throughput screening having an autofocusing apparatus |
CN108646396A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-10-12 | 合肥工业大学 | 自动对焦显微镜系统 |
CN108646396B (zh) * | 2018-04-27 | 2020-10-02 | 合肥工业大学 | 自动对焦显微镜系统 |
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