JPS58217909A - 光学器械で観察中の対象物に自動的に焦点を合わせる装置 - Google Patents

光学器械で観察中の対象物に自動的に焦点を合わせる装置

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JPS58217909A
JPS58217909A JP58084275A JP8427583A JPS58217909A JP S58217909 A JPS58217909 A JP S58217909A JP 58084275 A JP58084275 A JP 58084275A JP 8427583 A JP8427583 A JP 8427583A JP S58217909 A JPS58217909 A JP S58217909A
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optical
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slit
light
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は照明光束を用いて光学器械で観察中の対象物に
自動的に焦点を合わせる装置に関し、該装置では中央か
ら外れた所を通過する別の測定光線束を用いて測定用光
斑が対象物の表面に形成されそして該光斑は、対象物か
ら返送され前同様中央から外れた所を通過する測定光線
束により、照明のための測定光線束の通路から取り出さ
れ(Ausblendung )た後で、光電装置上に
結像され、斯くして該光電装置からの信号は、対物レン
ズの焦点面と対象物の面が合致していない場合には操作
装置を刺激し、該装置は対象物の面を、焦点面に合致さ
せる。このような種類の装置が西ドイツ国6− 特許第2102922号明細書により公知になっている
更にオーストリヤ国特許第353497号明細書によれ
ば種々の対象物面に光学器械の焦点を自動的に合わずた
めの装置が公知になっており、該装置では対物レンズと
光電素子との間に光線を分割する性質を有する光学格子
が挿入されており、該格子は対物レンズの光軸の方向に
のみ推移可能であり並びに該光軸に直角な方向に振動す
ることが可能になっており、この際光学格子の代わりに
厚さが可変ではあるが位置固定した2重楔を用いるtと
も可能である。最後に述べた装置では、像の鮮鋭さの評
価が、関連する中間像面の像の[提供(Angebot
 ) Jによってのみ行われるという「消極的」な系で
あるのが欠点であるが、西ドイツ国特許第210292
2号明細書には次ぎの欠点がある。即ち対象物の別の面
を焦点面として調節しようとする場合には対象物の表面
の光斑の直径が拡大されることおよび対象物の表面の光
斑は中心点から移動するという欠点をもっている。この
際移動した光斑は対象物表面の形態の微分幾何学に従っ
て対象物の微細構造に衝き当たり、斯くして別のZ−位
ff(Z軸の方向は光学器械の対象物レンズの光軸の方
向に合致している)を示すということが惹起される。こ
の様な構造を持つ対象物の公知の装置を用いて一定量・
の焦点ずらし調節をするのは実施不可能である。更に別
の欠点として、焦点がずれた時光斑が拡大されるため、
対物レンズ構造の明若しくは暗の縁の部分での光の強度
の重心(IntensiL’aLssch111erp
unkt>の推移が惹起される。このことから一定量の
焦点ずらし調節を行うことが困難となる。何故ならば調
節は光斑の光の強度の重心の位置に関係するからである
斯くして本発明の目的はレーザー自動焦点調節装置を提
供することであり、該装置により、その都度の対象物の
構造及び使用された測定光線の波長並びにその都度挿入
されている対物レンズ又は其の都度用いられる光学器械
に関係なく、最良の自動的な焦点合わせ、一定量の関節
可能な焦点ずらし並びにその都度の光学器械の対物レン
ズの色      イ収差の自動的な補正が実現可能で
ある。
上記の目的は冒頭に述べた種類の装置において次ぎの様
にして達成される。即ち該装置はレーザー光線、特に変
調されたレーザー光線を測定光線として発生するための
光源、照明側の測定光束の半分を幾何学的に遮蔽するた
めの光学的構成要素並びにそれと同時に返送された測定
光線束を測定光線路から幾何学的に取り出す(Ausb
lendung )ための光学的構成要素、光軸方向に
のみ推移可能なレンズ系、差動ダイオードとして形成さ
れた光電装置及び照明側の測定光線束を光学器械の照明
光線路内に導き又は返送された測定光線束を光学器械の
照明光線路から反射により取り出す分割反射鏡、例えば
ダイクロマチックな分割反射鏡を包含している。光学器
械に後で取り付けることができる付加系として使用する
ため、この装置は、光学器械の照明光線路の中、特に顕
微鏡落射照明装置の中に、該装置の光源と光学器械の結
像光線路に配置されている第一の半透明鏡との間に挿入
可能な標準体として形成され、該標準体は第二の分割反
射反射鏡、例えばダイクロマチックな分割度−9= 対反射鏡を介して照明光線路に光学的に連結している。
付加的に相異なる寸法を持った少なくとも2つの開口絞
りを担持している絞り推移子が、第二の分割反射鏡と光
学器械の照明光線束の光源との間に設けることが可能で
ある。更に付加的に明視野絞りの面内にマークを配置す
ることが可能である。この際マークは十字形に交叉する
液晶板から成り、中央の交叉する部分が調節可能に光を
弱める性質を有するものであるのが合目的である。
若しそうで無りればこれらマークは一枚の硝子板から成
り、その上に、周縁の部分に中心に向かって、特に直径
の両端に向き合う位置に線のマークが付されていてもよ
い。
本発明の優れた実施形態によれば差動ダイオードの前方
にスリット絞りが配置されそして次の様に整列されてい
る。即ちスリットは差動ダイオードのスリットに直交し
並びに−その都度存在する焦点ずれの量に応じて一移動
する結像されたレーザースポットの光斑の移動方向に合
致している。
この際スリットの巾はレーザースポットの像に等10− しいのが合目的である。しかしスリットの幾何学的形状
は次の様な寸法にすることも可能である。
即ち、狭い中央部分から出発して差動ダイオードの2つ
のダイオードのそれぞれに向かって、スリットの軸に関
して対象的に拡張されることも可能である。
付加的に可視光線を放射する調整可能な補助光源を設け
るのが好ましく、該光源は光学的部材、第一の半透明反
射鏡及び鏡筒レンズを介して、結像光線路の中に存在し
ている中間像面に結像される。
本発明の特に合目的な形成によれば、測定光線束の光源
として−特に脈動する一赤外範囲のレーザー光線、特に
903nmの波長を放射するレーザーダイオードが設け
られている。
更に、前辺って与えられた焦点ずらし調節に応じてレン
ズをモーターにより変位させる手段が設けられることが
可能である。又、その都度作動位置にある対物レンズの
色収差を、その都度使用された測定光線の波長又は波長
範囲に応じて自動的に補正するための手段が設けられる
ことが可能である。この際この様な手段は機械的、光学
的及び/又は光電的識別構成部材を包括し、これらの部
材は操作単位及びレンズ変位モーターと協働し、波長と
対物レンズによって定められる最良の補正点に移動させ
られる。
本発明は次の記述において実施例を示す添付略図により
詳細に説明される。
第1図には垂直に走行している結像光線路Aが示されて
いる。記号lにより対象物が示され、該対象物の表面は
焦点面内に位置している。結像光線束は先ず対物レンズ
2を通過しする。光束Aは対物レンズ射出瞳3を通過し
た後で、可視光線の範囲で50150の割合で反射しそ
して赤外の範囲で高い反射率を有するグイクロマチック
分割反射鏡T1を通過する。鏡筒レンズ4を通過した後
で中間像面5に対象物1の像が形成される。その後で光
束Aは図示されていない接眼鏡OKに到達する。
図示の場合において光学器械の照明光路は水平に走行し
ている。光束Bは光源6から出発し光学すべ。
部材7を通過した後で開口絞り8を通過し、この。
開口絞りの面内には図示されていない開口絞り推移子が
配置されており、該推移子は相異なる寸法の少なくとも
2つの絞りを所有している。この絞り推移子を用いて一
手動又はモーターにより一位置認識装置により測定に適
合した開口絞りが挿入可能である。光束Bは次にグイク
ロマチック光線分割反射鏡T2を通過し、該反射鏡は光
源6から放射される可視光線を出来るだけ透過させそし
て赤外線をできるだけ反射させるものである。明視野絞
り9の面内にはマークが存在し、該マークの機能は後述
する。光束Bはレンズ11を通過した後で第一のグイク
ロマチック光線分割反射鏡T1に突き当りそこから反射
された部分は対象物1の方向に方向変換される。
一点鎖線で囲いをした部分にはレーザー自動焦点装置が
標準体Moとしてふくまれている。第1図から明らかな
様に該標準体は矢印12の方向に、例えば西ドイツ国実
用新案第7917232号明細書に13一 記載さている如き落射照明顕微鏡の完成された光学照明
系の中に挿入され、その際それ自体公知の係合装置(R
astmittel)が照明光線束Bの中の標準体MO
の正確に調整された位置決めをする。
図示の形態においてはレーザーダイオードLDとして形
成されているレーザー光源から特に脈動する光線が放射
される。赤外線の測定光線を用いるのが合目的である。
何故ならば赤外線は顕微鏡の像を妨害する様な影響を与
えないからである。
測定光線路Mは位置固定したレンズ13を介し、それか
ら点線で示した矢印15の如く軸方向に、手動又はモー
ターによって、推移可能なレンズ14を介し、2つの光
線路M及びBの交叉する位置にあるダイクロマチック分
割反射鏡T2に導かれる。明視野絞り9が位置している
中間像面にはレーザー光線LDの像が形成される。
焦点がずれた時測定光斑工6を対象物1の表面で移動さ
せるため、瞳17の半分が覆われる。測定光線束Mの半
分を幾何学的に覆うのは組み込まれた光学構成部材、例
えば分割プリズム18によ14− って行われ、該プリズムは瞳17の高さで測定光線路M
の中に、半分だけ挿入されている。該プリズムは完全反
射プリズム面19を有している。変向プリズムI8によ
り妨げられなかった照明側の測定光線束ば、第1図にお
いて、第一のハツチングで示されている。照明側の測定
光束の中央から外れた部分を通る部分に記号Mbが付け
られている。測定光線はかくしてMbに沿って、即ち中
央部分を外れた位置を通り標準体構成の部分系の光軸に
対しほぼ平行に、走行し体物レンズ3の射出瞳3に到達
する。
対象物lの表面で反射した後で、返送された測定光線束
Mrは別のハンチングを付けられた所を通り、T2で反
射した後で、最初の測定光線束Mbによって照明されて
いなかった瞳170半分に到達する。それから測定光線
束は変向プリズム18の完全反射面I9により照明側の
測定光線路Mから取り出されそしてプリズム面20で全
反射した後並びに光学部材21を通過した後で差動ダイ
オードに導かれ、該差動ダイオードは2つのダイオード
D1及びD2から成り立っている。図示の変向プリズム
18の代わりに、他に提示された個々の光学的、機械的
及び光電的構成部材と同様に、同様の作用を持つ構成要
素を用いることも可能である。
第4図には、相互の電子的結合並びに供給および操作構
成部材については、簡単のため示されていない2つのダ
イオードの正面詳細図が示されている62つのダイオー
ド間には狭いスリット22が存在している。差動ダイオ
ードDI、D2の前方にはスリット絞り23が配置され
ている。この絞りは、組織の縁の様な特別な対象物の範
囲において光が散乱した時に焦点がずれるのを制限する
のに役立っている。該絞りは2つの絞りから成り立ち、
これらの絞りの間に絞りスリット24が形成されている
。図から明らかな様に絞りスリット24はダイオードの
スリット22に直角になっておりそして特に、測定光斑
16の像16°の直径に等しい巾を持っている。第4図
では測定光斑16の像16”は2つのダイオードD1及
びD2に関して完全に対称な位置にある。これらのダイ
オードは光の強さの等しい同じ大きさの部分から刺激を
受C3る。全体の系は焦点が合った状態にある。
焦点が合っていない場合には光斑16の像16’は中央
位置から二重矢印25の方向に移動する。
図示されていない手段により、16゛の移動に応じて対
象物−正確には戴物机26−が二重矢印27の方向番こ
操作され斯くして再び焦点が完全に合致させられる。載
物机をZ方向に変位させる代りに対物レンズ2をZ方向
に変位させることも可能であることは当然である。
絞りスリン1−24の巾は可変であることが可能である
。それと同様に絞りスリットを一中央の狭い範囲から出
発して−2つのダイオードD1及びD2に向かって連続
的に拡大している様に形成することが可能である。しか
しこの際何時もダイオードのスリット22の中にあって
図の紙面に直角になっていると考えられる対称面に関し
て対称的な平らな状態に成っていなければならない。
明視野絞り9が配置ささている中間像面にはマー1フー ーり10a又は10bが存在し、これの助けにより目に
見えない測定光斑16の位置が探知される。
このマークはサンドウィッチ状の二重硝子板31aから
成立ち、これらの硝子板は内側に、硝子板の中心で交叉
する液晶の溝層を有し、該層は印加された電圧(図示せ
ず)により交叉している中央部分30を照明光線に対し
て不透明にすることができる。このマーク10a (第
3図)は位置固定して保持されているけれども必要なら
ば取り除いたり挿入したりすることが可能であるという
特徴を備えている。
マーク10 aの代りにマーク10b(第2図)を設け
ることも可能であり、このうマークは一枚の硝子板31
bから成立ち、該硝子板上に時計の文字板の如く線のマ
ーク32が取イ]けられ、その線の延長は中心を通って
いる。線のマークは測定光斑16の位置を知るための補
助手段になっている。マーク10a又は10bは、図か
ら明らかな如く、照明光線路Bの中に位置し、従ってマ
ークの対象物1の表面への結像は付加的な光源を用い1
8− ることなく行われる。
第1図から明らかな如く、測定光斑16の位置に光学的
な方法で目印を付けるのは、可視光線を放射する小さな
補助光源33を用いて行われ、該光源は交叉する二重矢
印34に示されている様にその位置を調節することが可
能であり、そして光学部材35、光線分割反射鏡T1並
びに鏡筒レンズ4を介して中間像面5に結像される。こ
の像面で対象物1の像および補助光源33の像とは重な
りそして観察者により、図示されていない接眼鏡OKで
観察されることが可能である。
すでに述べた様にレンズ14は測定光線束Mの光軸に平
行に、即ち軸方向又は縦方向に限定された量だけ推移す
ることが可能でありそして実際上は手動又は位置確認装
置を有するモーターによって推移させられる。この様な
レンズの並進運動のため本発明の装置では次の様な付加
的な機能が実現可能である。
第一に、Z一方向に種々異なる高さの微細構造を持つ構
成の対象物を、種々異なる高さの面で顕微鏡的観察を実
施可能にするため、一定量の焦点ずらしく0ffset
)が設定可能であり、そして第二には赤外範囲にある測
定光線束を使用する際、赤外と可視光線の間の、対物レ
ンズによって相異なる焦点の差を補正することが可能で
ある。
一定量の焦点ずれを実現するためレンズ14を軸方向(
縦方向)に推移させることは、差動ダイオードを横方向
に推移させる方法と比較して次の様な効果を持っている
。即ち、対象物上の測定点はレーザー自動焦点合わせ装
置が作動している状態では移動しないことである。別の
効果は測定光斑16は最小の直径を有しそしてそのこと
により光の強さの重心位置は対象物の構造に影響される
ことがない。
可視光線の範囲では最良の収差補正がなされているが、
赤外の範囲では個々の色収差を持っている種々異なる(
対物レンズレボルバ−の)対物レンズを用いて自動的に
焦点合わせを行うため、それ自体公知のコード化手段に
より、例えばレボルバ−に取付けられた光障壁(Lic
htschranke )を用いて、現在作業位置に存
在している対物レンズの付設または位置の情報の通知が
図示されていない電子中央制御装置に行われ、該制御装
置から、レンズ14を補正位置に移動させる信号が出さ
れる。別の対物レンズを使用する場合には、該対物レン
ズが作業位置にあることがその都度のコード化手段によ
り再び中央制御装置に通知され、中央制御装置のマイク
ロプロセッサ−は図示されていないレンズ14の変位モ
ーターに、対物レンズによって定められている補正量に
従って軸方向に変位する命令を与える。この様にして対
物レンズが交換される毎にその都度可視光線の(観察)
分野において最良の鮮鋭さが保証される。
本発明の自動焦点合わせ装置で次ぎに述べる様な光学器
械が装備される。即ち該自動焦点合わせ装置が光学器械
の中に組み込まれている場合でも或いは焦点合わせ装置
が標準体として光学器械に取り付けることが可能になっ
ている場合でも広い意味における対象物、例えば顕微鏡
のプレパラート、硝子板、半導体板、印刷配線、スライ
ド(Di2l− as) 、情報記憶装置、例えば像板等を鮮鋭な調節位
置に移動する器械に装備される。その際この対象物の少
なくとも一部分は測定光線を反射する様に形成されてい
なければならない。
【図面の簡単な説明】
第1図は光学器械の光路を示す断面側面図であり、水平
に延びる照明光路とこれと連結する結像光線路と、見透
しをよくするため図の面内へ90”だけ上方にはね上げ
た状態にて示す本発明による標準的挿入部分(一点鎖線
で囲まれた部分)を示す図、第2図は線のマークを備え
た硝子板を示す図、第3図は交叉する液晶薄層から成る
マークを示す図、第4図はスリット絞りを有する差動ダ
イオードの詳細正面図である。 2・・・対物レンズ   4・・・鏡筒レンズ5・・・
中間像面    6・・・光源9・・・明視野絞り  
 1oa、lob川マ用ク14・・・レンズ 16゛ ・・・レーザースポット 18・・・光学構成要素 22・・・スリット=22− 23・・・スリット絞り 24・・・スリット28.2
9・・・液晶薄層30・・・交叉している部分31a・
・・二重硝子板 31b・・・硝子板32・・・線のマ
ーク  33・・・補助光源35・・・光学部材   
A・・・結像光線路B・・・照明光線路   M・・・
測定光線路Mb・・・測定光線束 Mr・・・返送された測定光線束 ]1・・・半透明反射鏡 T2・・・グイクロマチック光線分割反射鏡LD・・・
光源 DI、D2・・・差動ダイオード MO・・・標準体 23− 手続補正帯 昭和58年 7月25日 特許庁長官 若杉和夫 殿 l 事件の表示 昭和58年特許願第84275号 2 発明の名称 光学器械で観察中の対象物に自動的に焦点を合わせる装
置3 補正をする者 事件との関係   特許出願人 名称  エルンストライツヴエッラーゲゼルシャフトミ
ットベシュレンクテルハフツング 4 代理人 住所 東京都港区西新橋2丁目32番4号昭和  年 
 月  日 図面 7補正の内容 (1)本願図面第1図を差替えます。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11中央から外れた所を通過する別の測定光線束を用
    いて測定用光斑を対象物の表面に形成し、該光斑が返送
    されて前同様に中央から外れた所を通過する測定光線束
    により照明側の測定光線路から取り出された後で光電装
    置上に、該光電装置からの信号が対象物の面を焦点面に
    戻し案内する操作装置を対物レンズの焦点面と対象物の
    面が合致していない場合に刺激するように、結像される
    光学器械、特に落射照明顕微鏡で観察中の対象物に自動
    的に焦点を合わせる装置において、a) 特に変調され
    たレーザー光線を測定光線(M)として放射するための
    光源(L D)、b) 照明側の測定光線束(Mb)の
    半分を幾何学的に遮蔽し且つそれと同時に返送された測
    定光線束(Mr)を測定光線路(M)から幾何学的にフ
    ェードアウトするための光学構成部材(18)、C) 
    光軸方向に一定量だけ推移可能なレンズ系(14)、 d) 差動ダイオード(DI、D2)として形成された
    光電装置、 e) 照明側の測定光線束(Mb)を光学器械の照明光
    線路(B)の中に導入し、或いは返送された測定光線束
    (Mr)を光学器械の照明光線路(B)から反射により
    取り出す−例えばグイクロマチック−分割反射鏡(T2
    ) を包含していることを特徴とする装置。 (2)  自動的に焦点を合わせる装置は、光学器械の
    照明光線路(B)の中、特に顕微鏡落射照明装置の中に
    、該照明装置の光源(6)と光学器械の結像光線路(A
    )に配置されている第一の半透明鏡(T1)と゛の間に
    挿入可能な標準体(Mo)として形成され、該標準体は
    第二の−特にグイクロマチックな一分割反射鏡(T2)
    を介して照明光線路(B)に光学的に連結していること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 (3)相異なる寸法を持った少なくとも2つの開口絞り
    を担持している絞り推移子が、光学器械の照明光線路(
    B)の第二の分割反射鏡(T2)と光源(6)との間に
    設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第1ま
    たは第2項記載の装置。 (4)明視野絞り(9)の面内にマーク(10a又は1
    0b)が配置されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第1又は2項記載の装置。 (5)マーク(10a)は2重硝子板(31a)の間に
    あって十字形に交叉する液晶薄層(28゜29)から成
    り、中央の交叉する部分(30)が調節可能に光を弱め
    る性質を有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    4項記載の装置。 (6)マーク(10b)は1枚の硝子板(31b)から
    成り、その上に、周縁の部分のみに、中心にむかって、
    特に直径の両端に向き合う位置に線のマーク(32)が
    付されていることを特徴とする特許請求の範囲第4項記
    載の装置。 (7)作動ダイオード(Du、D2)の前方にスリット
    絞り(23)が配置されそしてスリット絞りのスリット
    (24)は差動ダイオード(Dl。 D2)のスリット(22)に直交し且つその都度存在す
    る焦点ずれの量に応じて移動する結像されたレーザース
    ポット(16’)の光斑の移動方向に合致していること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 (8)スリット(24)の巾はレーザースポット(16
    ′)の像の大きさに等しいことを特徴とする特許請求の
    範囲第7項記載の装置。 (9)スリット(24)は狭い中央部分から出発して差
    動ダイオード(Dl、D2)の2つのダイオードのそれ
    ぞれ(D、又はD2)に向がって、スリット(24)の
    軸に関して対称的に拡張されることを特徴とする特許請
    求の範囲第7又は8項記載の装置。 0… 可視光線を放射する調整可能な補助光源(33)
    が設けられ、該光源は光学的部材(35)、第一の半透
    明反射鏡(T1)及び鏡筒レンズ(4)を介して、結像
    光線路(A)の中に存在している中間像面(5)に結像
    されることを特徴とする特許請求の範囲第1又は2項記
    載の装置。 (11)  光源(LD)は赤外範囲のレーザー光線−
    例えば903nm−を放射することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第10項までのうちのいずれか一つ
    に記載の装置。 (12)  光源(L D)は脈動するレーザー光線を
    放射することを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
    11項迄のうちのいずれか一つに記載の装置。 (13)  前辺って与えられた焦点ずらし調節に応じ
    てレンズ(14)をモーターにより変位させる手段が設
    けられていることを特徴とする特許請求の範囲第1項か
    ら第12項までのうちのいずれか一つに記載の装置。 (14)  その都度作動位置にある対物レンズ(2)
    の色収差を、その都度使用された測定光線束(M又はM
    b)の波長又は波長範囲に応じて自動的に補正するため
    の手段が設けられていることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項から第13項ま5− でのうちのいずれか一つに記載の装置。 (15)  補正手段は機械的、光学的及び/又は光電
    的識別構成部材を包括し、これらの部材は操作単位及び
    レンズ(14)変位モーターと協働し、波長と対物レン
    ズによって定められる最良の補正点に移動させられるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第14項記載の装置。
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