(57)【要約】【課題】部品点数が少なく簡素な構成で小型化、低コスト化を実現可能な焦点検出装置に用いる光学素子を提供する。【解決手段】被検物体６０に光を照射するための光源１０と、この被検物体６０で反射した光を検出する２分割受光素子８０と、光源１０からの光を集光して、当該光を対物レンズ５０を介して被検物体６０に照射し、被検物体６０で反射した光を対物レンズ５０を介して集光して２分割受光素子８０に導く光学素子２０と、を有する焦点検出装置１００において、光学素子２０は、光源１０からの光が入射する入射面２０ｄと、この光を反射する第１の反射面２０ｂと、第１の反射面２０ｂで反射した光を被検物体６０に集光し、その反射光を２分割受光素子８０に集光する屈折面２０ａと、屈折面２０ａで集光された光を２分割受光素子８０の方向に反射する第２の反射面２０ｃと、この光を射出させて２分割受光素子８０に導く射出面２０ｅと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被検物体に集光し、当該被検物体で反射した前記光を光検出手段に集光する光学素子であって、
前記光源からの光が入射する入射面と、
前記入射面から入射した前記光を反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面で反射した前記光を被検物体に集光し、当該被検物体で反射した光を前記光検出手段に集光する屈折面と、
前記屈折面で集光された前記光を前記光検出手段の方向に反射する第２の反射面と、
前記第２の反射面で反射した前記光を射出させて前記光検出手段に導く射出面と、を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記屈折面は、非球面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の反射面及び前記第２の反射面は、略平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記屈折面は、前記光源からの光を、当該屈折面の光軸上にあって前記被検物体と共役な像点に集光し、かつ、前記像点からの光を前記光検出手段に集光するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
光を透過する部材の表面に、前記入射面、前記第１の反射面、前記屈折面、前記第２の反射面、及び、前記射出面が形成されたことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記入射面及び前記第２の反射面は、前記部材の表面の同一平面上に形成され、前記射出面及び前記第１の反射面は、前記部材の表面の前記平面とは異なる同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
被検物体に光を照射するための光源と、
前記被検物体で反射した前記光を検出する光検出手段と、
前記光源からの光を集光して、当該光を対物レンズを介して前記被検物体に照射し、
前記被検物体で反射した前記光を前記対物レンズを介して集光して前記光検出手段に導く請求項１〜６いずれか一項に記載の光学素子と、を有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】
前記光源は、前記第１の反射面を介して形成される前記屈折面の焦点上に配置され、前記光検出手段は前記第２の反射面を介して形成される前記屈折面の焦点上に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。
【請求項９】
前記光学素子は、前記対物レンズの瞳面と共役に配置され、
前記光学素子の有効系をφ1とし、前記対物レンズの瞳径をφ2とし、前記光学素子から前記対物レンズの瞳への倍率をβとしたとき、次式
φ2  ＝  βφ1
の条件を満足するように構成されたことを特徴とする請求項７または８に記載の焦点検出装置。
【請求項１０】
前記光源、前記光学素子、及び、前記光検出手段を保持する保持部材を更に有し、前記保持部材を構成する材料の熱膨張率は、前記光学素子を構成する材料の熱膨張率に略等しいことを特徴とする請求項７〜９いずれか一項に記載の焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、落射照明型顕微鏡に用いられる焦点検出装置としては、レーザーダイオード等の点光源、若しくはスリットパターン等を被検物体に投影し、その反射像を受光素子で検出する方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来の焦点検出装置での焦点検出手順について図１２を用いて説明する。光源１から放射される光束は、遮光板２により光束を半分にされ、コリメータレンズ３で平行光に変換され、ハーフミラー４で反射された後、対物レンズ５により被検物体６上に結像している。被検物体６で反射された光は再び対物レンズ５を通り、ハーフミラー４を透過して、集光レンズ７により２分割受光素子８上に結像している。２分割受光素子８では、２つの受光領域８ａ，８ｂへの入射光量の差から焦点ずれの方向と、ずれ量を検出する。この焦点ずれの方向及びずれ量から対物レンズ５、または被検物体６を光軸方向に移動させて合焦点位置に位置決めを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３７２１８２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような焦点検出装置においては、光学系の構造が複雑であるため製造コストが高価になるとともに、装置が大型化するという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により小型化、低コスト化を実現することができる焦点検出装置に用いられる光学素子及びこの光学素子を有する焦点検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、光源からの光を被検物体に集光し、当該被検物体で反射した光を光検出手段に集光する光学素子であって、光源からの光が入射する入射面と、この入射面から入射した光を反射する第１の反射面と、第１の反射面で反射した光を被検物体に集光し、当該被検物体で反射した光を光検出手段に集光する屈折面と、この屈折面で集光された光を光検出手段の方向に反射する第２の反射面と、第２の反射面で反射した光を射出させて光検出手段に導く射出面と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような光学素子において、屈折面は、非球面形状に形成されていることが好ましい。
【０００８】
また、このような光学素子において、第１の反射面及び第２の反射面は、略平面であることが好ましい。
【０００９】
また、このような光学素子において、屈折面は、光源からの光を、当該屈折面の光軸上にあって被検物体と共役な像点に集光し、かつ、像点からの光を光検出手段に集光するように構成されることが好ましい。
【００１０】
また、このような光学素子は、光を透過する部材の表面に、入射面、第１の反射面、屈折面、第２の反射面、及び、射出面が形成されていることが好ましい。
【００１１】
このとき、入射面及び第２の反射面は、この部材の表面の同一平面上に形成され、射出面及び第１の反射面は、この部材の表面の前記平面とは異なる同一平面上に形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る焦点検出装置は、被検物体に光を照射するための光源と、この被検物体で反射した光を検出する光検出手段と、光源からの光を集光して、当該光を対物レンズを介して被検物体に照射し、被検物体で反射した光を対物レンズを介して集光して光検出手段に導く上述の光学素子のいずれかと、を有することを特徴とする。
【００１３】
このような焦点検出装置において、光源は、第１の反射面を介して形成される屈折面の焦点上に配置され、光検出手段は第２の反射面を介して形成される屈折面の焦点上に配置されていることが好ましい。
【００１４】
また、このような焦点検出装置において、光学素子は、対物レンズの瞳面と共役に配置され、この光学素子の有効系をφ1とし、対物レンズの瞳径をφ2とし、光学素子から対物レンズの瞳への倍率をβとしたとき、次式
φ2  ＝  βφ1
の条件を満足するように構成されていることが好ましい。
【００１５】
さらに、このような焦点検出装置は、光源、光学素子、及び、光検出手段を保持する保持部材を更に有し、この保持部材を構成する材料の熱膨張率は、光学素子を構成する材料の熱膨張率に略等しいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光学素子及びこの光学素子を有する焦点検出装置を以上のように構成すると、従来に比べ部品点数が少なく簡素な構成で小型化、低コスト化を実現でき、かつ、自動焦点調節が可能な焦点検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示すレンズ構成図である。
【図２】第１の実施形態における反射光学素子の構成を説明するための説明図であり、（ａ）は反射光学素子の正面図、背面図、側面図、及び平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ′線における断面図を示し、（ｃ）は光学素子の斜視図を示す。
【図３】第１の実施形態に係る焦点検出装置を有する顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
【図４】第１の実施形態に係る焦点検出装置を有する他の顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図である。
【図５】第１の実施形態に係る焦点検出装置を、有限遠対物レンズに適用したものの構成を示すレンズ構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示すレンズ構成図である。
【図７】第２の実施形態における光学素子の構成を説明するための説明図であり、（ａ）は光学素子の正面図、背面図、側面図、及び平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ′線における断面図を示す。
【図８】第３の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示すレンズ構成図である。
【図９】第３の実施形態に係る焦点検出装置を、スリットパターンを投影する光学系に適用したものの構成を示すレンズ構成図である。
【図１０】第４の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示すレンズ構成図である。
【図１１】第４の実施形態における光学素子の構成を説明するための説明図であり、（ａ）は光学素子の正面図、側面図、及び平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ′線における断面図を示し、（ｃ）は光学素子の斜視図を示す。
【図１２】従来技術に係る焦点検出装置の構成を示すレンズ構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、第１の実施形態に係る焦点検出装置の構成について説明する。この図１に示す焦点検出装置１００は、被検物体６０に光を照射するための光源１０と、光学素子２０と、対物レンズ５０と、被検物体６０で反射された光の光軸からの変位量を検出するための光検出手段としての２分割受光素子８０とを有して構成されている。
【００２０】
光学素子２０は、光源１０からの光を被検物体６０に集光し、かつ被検物体６０からの光を２分割受光素子８０に集光する屈折面２０ａ、光源１０からの光が入射する入射面２０ｄ、この入射面２０ｄから入射した光を反射して光軸方向に導く第１の反射面２０ｂ、被検物体６０からの光を反射する第２の反射面２０ｃ、および、第２の反射面２０ｃで反射した光を２分割受光素子８０に導く射出面２０ｅを有して構成されている。
【００２１】
図１に示すように、光源１０から放射された光束は、光学素子２０の入射面２０ｄから入射して第１の反射面２０ｂで反射したのち、屈折面２０ａにより略平行光に変換され、対物レンズ５０に入射する。この第１の実施形態に係る対物レンズ５０は無限遠対物レンズであり、光学素子２０からの略平行光を被検物体６０上に集光して光源１０の像を結像している。被検物体６０で反射した光は、再び対物レンズ５０を通り、略平行光となって光学素子２０の屈折面２０ａにより集光され、第２の反射面２０ｃで反射した後、射出面２０ｅから出射して２分割受光素子８０に集光する。この２分割受光素子８０は、隣接する２つの受光領域８０ａ，８０ｂを有し、これらの受光領域８０ａ，８０ｂの境界が、この焦点検出装置１００の光軸上に位置するように配置されている。そのため、２分割受光素子８０では、２つの受光領域８０ａ，８０ｂへの入射光量の差（すなわち、被検物体６０上で反射された光源１０の像の光軸からのずれ量）から焦点ずれの方向と、そのずれ量を検出することができる。この焦点ずれの方向及びずれ量から対物レンズ５０、または被検物体６０を光軸方向に移動させて合焦点位置に位置決めを行う。
【００２２】
図２に、第１の実施形態に係る光学素子２０の詳細な構成を示す。この光学素子２０は、上述のように、光源１０からの光を被検物体６０に集光し、かつ被検物体６０からの光を２分割受光素子８０に集光する屈折面２０ａ、光源１０からの光が入射する入射面２０ｄ、この入射面２０ｄから入射した光を反射して光軸Ｃの方向に導く第１の反射面２０ｂ、被検物体６０から光軸Ｃの方向に入射した光を反射する第２の反射面２０ｃ、および、第２の反射面２０ｃで反射した光を射出させて２分割受光素子８０に導く射出面２０ｅを有している。ここで、屈折面２０ａは、図２（ｂ）に示すように、光軸Ｃ上の点Ｆ０を焦点とする凸面であり、この屈折面２０ａに入射する略平行光が焦点Ｆ０に集光するよう球面収差を補正した非球面で構成されている。
【００２３】
第１の反射面２０ｂと第２の反射面２０ｃとは、側面Ｖ字型の溝形状であり、第１の反射面２０ｂは、光軸Ｃに対して４５度傾斜した反射平面であって、屈折面２０ａの焦点Ｆ０と鏡面共役な点Ｆｂに光源１０が配置されている。また、第２の反射面２０ｃは、光軸Ｃに対して反射面２０ｂと反対方向（面対称）に４５度傾斜した反射平面であって、屈折面２０ａの焦点Ｆ０と鏡面共役な点Ｆｃに２分割受光素子８０が配置されている。このように構成することで、光源１０から放射された光束を略平行光に変換し、光軸Ｃの方向に導くことができる。また、被検物体６０で反射された光は対物レンズ５０により略平行光となった後、２分割受光素子８０上に集光する。
【００２４】
光学素子２０は、低融点ガラスや熱可塑性樹脂によるモールド成型品（光を透過する部材）の表面にクロムやアルミニウムを蒸着して、第１および第２の反射面２０ｂ，２０ｃを形成したものなどを用いることが好ましい。このとき、材料の熱膨張により屈折面２０ａの焦点ずれが生じることを防ぐため、光源１０、光学素子２０、及び、２分割受光受光素子８０を保持する不図示の保持部材は、熱膨張率が光学素子２０を構成する材料の熱膨張率に略等しい材料であることが望ましい。即ち、熱膨張により屈折面２０ａの焦点距離が変化した分、保持部材の大きさも変化することにより、光学素子２０、光源１０、及び、２分割受光素子８０の共役関係を保つよう比例拡大（または縮小）するよう構成されることで、装置を使用する温度環境によらず安定した焦点検出を行うことが可能となる。
【００２５】
なお、実際の無限遠対物レンズを用いた顕微鏡光学系においては、上述の焦点検出装置１００のほかに、被検物体６０からの光により対物レンズ及び第２対物レンズで被検物体６０の拡大像を結像し、この拡大像を観察する観察光学系、及び、被検物体６０を照明する観察用照明光学系を具備している。これについて図３及び図４を参照して説明する。
【００２６】
図３に示す顕微鏡光学系５００は、図１に示した焦点検出装置１００の光学系に加えて観察光学系３００を構成するために、一部の光を反射し残りの光を透過する第１の分割ミラー４０及び第２の分割ミラー４１と、観察用照明光学系２００と、第２対物レンズ７０とを更に有している。また、観察用照明光学系２００は、観察用光源２０１と、集光レンズ２０２とを有して構成されている。この観察用照明光学系２００から放出された光は、第１の分割ミラー４０及び第２の分割ミラー４１で反射し、対物レンズ５０で被検物体６０上に集光されて照射される。被検物体６０で反射した光は、対物レンズ５０により略平行化された後、第１の分割ミラー４０で反射し、第２の分割ミラー４１を透過して第２対物レンズ７０により被検物体６０の拡大像Ｉを結像する。拡大像Ｉは不図示の接眼レンズを通して目視で観察されるか、或いは不図示の２次元撮像素子（ＣＣＤ等）により撮像される。
【００２７】
ここで、観察光学系３００の光路と焦点検出装置１００の光学系の光路を分割するための第１の分割ミラー４０は、光の波長により選択的に光を透過または反射するダイクロイックミラーを用いるのが望ましい。例えば、光源１０の放射する光の波長を赤外光とし、観察用照明光学系２００の観察用光源２０１の放射する光の波長を可視光とした場合、第１の分割ミラー４０を、可視光を反射し、赤外光を透過するダイクロイックミラーとすることで、観察光学系３００の光路（可視光）と焦点検出装置１００の光学系の光路（赤外光）とを分岐することが可能となる。
【００２８】
次に、図４に示す顕微鏡光学系５００′について説明する。図３に示す顕微鏡光学系５００においては、第１の分割ミラー４０で反射する光路を観察用照明光学系２００及び観察光学系３００とし、透過する光路を焦点検出装置１００の光学系としたが、図４に示す顕微鏡光学系５００′のように、第１の分割ミラー４０で反射する光路を焦点検出装置１００の光学系とし、透過する光路を観察用照明光学系２００及び観察光学系３００としてもよい。
【００２９】
なお本実施の形態において、対物レンズ５０は無限遠対物レンズであるとしたが、図５に示すように、有限遠対物レンズに適用することも可能である。この図５に示す焦点検出装置１１０は、光源１０、光学素子２０、対物レンズ５１、２分割受光素子８０、及び、集光レンズ９０から構成されている。
【００３０】
光源１０から放射された光束は、入射面２０ｄから入射して光学素子２０の第１の反射面２０ｂで反射し、屈折面２０ａで屈折して略平行光に変換された後、集光レンズ９０に入射する。この集光レンズ９０は、その焦点が対物レンズ５１の像面上の点Ｆｄに位置するよう配置されており、集光レンズ９０に入射した略平行光は対物レンズ５１の像面上（点Ｆｄ）に集光し光源１０の像を結像する。対物レンズ５１は有限遠対物レンズであり、この対物レンズ５１の像面上に集光した光源１０の像を被検物体６０上に結像している。被検物体６０で反射した光は再び対物レンズ５１を通り、像面上（点Ｆｄ）で一旦集光したのち集光レンズ９０により略平行光に変換され光学素子２０の屈折面２０ａに入射する。そして、この屈折面２０ａで屈折した光束は、第２の反射面２０ｃで反射した後、射出面２０ｅから出射して２分割受光素子８０に集光する。２分割受光素子８０では、２つの受光領域８０ａ，８０ｂへの入射光量の差から焦点ずれの方向と、ずれ量を検出し、この焦点ずれの方向及びずれ量から対物レンズ５１、または被検物体６０を光軸方向に移動させて合焦点位置に位置決めを行う。
【００３１】
なお、以上の説明では、第１の反射面２０ｂ及び第２の反射面２０ｃを、光軸を含む面に対して４５度傾けて面対称に配置した場合について説明したが、光源１０及び２分割受光素子８０の位置に応じて、この角度は適宜変更させることができる（以降の実施形態においても同様である）。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、図６を参照して第２の実施形態に係る焦点検出装置１２０の構成について説明する。なお、この図６及び以降の図においても、図１に示す焦点検出装置１００と同じ機能の構成要素は同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。この第２の実施形態に係る焦点検出装置１２０は、光源１０、光学素子２１、対物レンズ５１、及び、２分割受光素子８０から構成されている。
【００３３】
図６に示すように、光源１０から放射された光束は、光学素子２１の入射面２１ｄから入射して第１の反射面２１ｂで反射し、屈折面２１ａで屈折して、対物レンズ５１の像面上（点Ｆｄ）に集光された後、対物レンズ５１に入射する。この第２の実施形態に係る対物レンズ５１は有限遠対物レンズであり、光学素子２１からの光を被検物体６０上で集光し、光源１０の像を結像する。被検物体６０で反射した光は再び対物レンズ５１を通り、この対物レンズ５１の像面上に集光された後、光学素子２１の屈折面２１ａに入射する。そして、この屈折面２１ａで屈折した光束は第２の反射面２１ｃで反射した後、射出面２１ｅから出射して２分割受光素子８０上に集光する。この２分割受光素子８０では、第１の実施形態で説明したように、２つの受光領域８０ａ，８０ｂへの入射光量の差から焦点ずれの方向と、ずれ量を検出し、この焦点ずれの方向及びずれ量から対物レンズ５１、または被検物体６０を移動させて合焦点位置に位置決めを行う。
【００３４】
図７に、第２の実施形態に係る光学素子２１の詳細な構成を示す。この光学素子２１は光源１０からの光を被検物体６０に集光し、かつ被検物体６０からの光を２分割受光素子８０に集光する屈折面２１ａ、光源１０からの光が入射する入射面２１ｄ、この入射面２１ｄから入射した光を反射して光軸Ｃの方向に導く第１の反射面２１ｂ、被検物体６０からの光を反射する第２の反射面２１ｃ、及び、この第２の反射面２１ｃで反射した光を光学素子２１から射出させて２分割受光素子８０に導く射出面２１ｅを有している。ここで、屈折面２１ａは、図７（ｂ）に示すように、光軸Ｃ上の点Ｆ０と対物レンズ５１の像面上（点Ｆｄ）とが共役になるよう構成された凸面であり、対物レンズ５１の像面上の点Ｆｄから屈折面２１ａに入射する光が焦点Ｆ０に集光するよう球面収差を補正した非球面で構成されている。
【００３５】
第１の反射面２１ｂは、光軸Ｃに対して４５度傾斜した反射平面であって、屈折面２１ａの焦点Ｆ０と鏡面共役な点Ｆｂに光源１０が配置されている。また、第２の反射面２１ｃは、光軸Ｃに対して反射面２１ｂと反対方向（面対称）に４５度傾斜した反射平面であって、屈折面２１ａの焦点Ｆ０と鏡面共役な点Ｆｃに２分割受光素子８０が配置されている。このように構成することで、光源１０から放射された光束を略平行光に変換し、光軸Ｃの方向に導くことができる。また、被検物体６０で反射された光は対物レンズ５１により略平行光となった後、２分割受光素子８０上に集光する。
【００３６】
（第３の実施形態）
次に、図８を参照して第３の実施形態に係る焦点検出装置１３０の構成について説明する。この第３の実施形態に係る焦点検出装置１３０は、光源１０、第２の実施形態で示した光学素子２１、対物レンズ５０、２分割受光素子８０、及び、集光レンズ９０から構成されている。この焦点検出装置１３０において、集光レンズ９０は、その焦点が第２の実施形態で説明した点Ｆｄ上に位置するように配置されている。
【００３７】
図８に示すように、光源１０から放射された光束は、光学素子２１の入射面２１ｄから入射して第１の反射面２１ｂで反射し、屈折面２１ａで屈折して、点Ｆｄに集光したのち、集光レンズ９０により略平行光に変換され、対物レンズ５０に入射する。この第３の実施形態に係る対物レンズ５０は無限遠対物レンズであり、集光レンズ９０からの略平行光を被検物体６０上に集光し、光源１０の像を結像している。被検物体６０で反射した光は再び対物レンズ５０を通り、略平行光となって集光レンズ９０に入射し、点Ｆｄで一旦集光した後、光学素子２１の屈折面２１ａに入射する。そして、この屈折面２１ａで屈折した光束は、第２の反射面２１ｃで反射した後、射出面２１ｅから出射して２分割受光素子８０に集光する。２分割受光素子８０では、２つの受光領域８０ａ，８０ｂへの入射光量の差から焦点ずれの方向と、ずれ量を検出し、この焦点ずれの方向及びずれ量から対物レンズ５０、または被検物体６０を光軸方向に移動させて合焦点位置に位置決めを行う。
【００３８】
ここで、第３の実施形態に係る光学素子２１は、集光レンズ９０を介して対物レンズ５０の瞳面Ｐと共役に配置されており、光学素子２１の有効径をφ1、対物レンズ５０の瞳径をφ2、光学素子２１から対物レンズ５０の瞳面Ｐへの倍率をβとしたとき、以下に示す条件式（１）を概ね満足するよう構成されている。
【００３９】
φ2  ＝  βφ1                                      （１）
【００４０】
この条件式（１）を満足するよう光学素子２１を配置することで、照明光として、対物レンズ５０に必要充分な光束を入射させることが可能となり、フレアの原因となる対物レンズ５０内での乱反射を防ぐことが可能となる。また、焦点ずれによらず対物レンズ５０の瞳から放射される光束を全て受光可能となるため、焦点のずれた際にも検出光量低下の少ない焦点検出装置１３０を構成することが可能となる。
【００４１】
また、光源１０の軸外光を、光学系でのケラレがなく良好に被検物体６０に投影することが可能となる。そのため、例えば図９に示すように、焦点検出装置１４０の光源ユニット１０′を、照明用光源１１と、集光レンズ１２と、スリット１３とから構成し、スリットパターンを被検物体６０上に投影する場合に好適である。
【００４２】
（第４の実施形態）
以下、図１０を参照して第４の実施形態に係る焦点検出装置１５０の構成について説明する。この第４の実施形態に係る焦点検出装置１５０は、光源１０、光学素子２２、対物レンズ５０、及び、２分割受光素子８０から構成されている。なお、第４の実施形態における光学素子２２は、光源１０からの光を被検物体６０に集光し、かつ被検物体６０からの光を２分割受光素子８０に集光する屈折面２２ａ、光源１０からの光を反射して光軸Ｃ方向に導くとともに、被検物体６０からの光を射出させる第１の反射面２２ｂ、及び、被検物体６０からの光を反射して２分割受光素子８０に導くとともに、光源１０からの光を入射させる第２の反射面２２ｃを有して構成されている。すなわち、第１の反射面２２ｂは上述の射出面の機能を合わせ持ち、第２の反射面２２ｃは上述の入射面の機能を合わせもっている。
【００４３】
図１０に示すように、光源１０から放射された光束は、光学素子２２の第２の反射面２２ｃから光学素子２２内部に入射し、第１の反射面２２ｂで反射した後、屈折面２２ａにより略平行光に変換され、対物レンズ５０に入射する。この第４の実施形態に係る対物レンズ５０は無限遠対物レンズであり、光学素子２２からの略平行光を被検物体６０上に集光して光源１０の像を結像している。そして、被検物体６０で反射した光は、再び対物レンズ５０を通り、略平行光となって光学素子２２の屈折面２２ａにより集光され、第２の反射面２２ｃで反射した後、第１の反射面２２ｂにより光学素子２２から射出され、２分割受光素子８０に集光する。この２分割受光素子８０では、隣接する２つの受光領域８０ａ，８０ｂを有し、これらの受光領域８０ａ，８０ｂの境界が、この焦点検出装置１５０の光軸上に位置するように配置されている。そのため、２分割受光素子８０では、２つの受光領域８０ａ，８０ｂへの入射光量の差（すなわち、被検物体６０上で反射された光源１０の像の光軸からのずれ量）から焦点ずれの方向と、そのずれ量を検出することができる。この焦点ずれの方向及びずれ量から対物レンズ５０、または被検物体６０を光軸方向に移動させて合焦点位置に位置決めを行う。
【００４４】
図１１に、第４の実施形態に係る光学素子２２の詳細な構成を示す。この光学素子２２は上述のように、光源１０からの光を被検物体６０に集光し、かつ被検物体６０からの光を２分割受光素子８０に集光する屈折面２２ａ、光源１０からの光を反射して光軸Ｃの方向に導くとともに、被検物体６０からの光を透過させて２分割受光素子８０に導く第１の反射面２２ｂ、及び、被検物体６０からの光を反射し２分割受光素子８０に導くとともに、光源１０からの光を透過する第２の反射面２２ｃを有している。ここで、屈折面２２ａは、光軸Ｃ上の点Ｆ０を焦点とする凸面であり、屈折面２２ａに入射する平行光が焦点Ｆ０に集光するよう球面収差を補正した非球面で構成されている。
【００４５】
第１の反射面２２ｂと第２の反射面２２ｃとは、側面Ｖ字型の凸形状であり、第１の反射面２２ｂは、光軸Ｃに対して３０度傾斜した反射平面であって、屈折面２２ａの焦点Ｆ０と鏡面共役な点Ｆｂに光源１０が配置されている。また、第２の反射面２２ｃは、光軸Ｃに対して反射面２２ｂと反対方向（面対称）に３０度傾斜した反射平面であって、屈折面２２ａの焦点Ｆ０と鏡面共役な点Ｆｃに２分割受光素子８０が配置されている。このように構成することで、光源１０から放射される光束を略平行光に変換し、光軸Ｃの方向に導くことができる。また、被検物体６０で反射された光は対物レンズ５０により略平行光となった後、２分割受光素子８０上に集光する。
【００４６】
なお、第１および第２の反射面２２ｂ，２２ｃは、光学素子界面での屈折率差を用いた全反射により反射させることで、第２の反射面２２ｃにおいて光源１０からの光束は透過し、被検物体６０からの光束は反射するよう構成されている。同様に、第１の反射面２２ｂにおいては、被検物体６０からの光束は透過し、光源１０からの光束は反射するよう構成されている。
【００４７】
この第４の実施形態に係る光学素子２２は、低融点硝子や熱可塑性樹脂によるモールド成型品を用いることが好ましい。また、このような構成により、第１、第２の反射面２２ｂ，２２ｃにアルミニウム蒸着などの処理が必要ないという利点がある。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１０′  光源    ２０，２１，２２  光学素子
５０，５１  対物レンズ    ６０  被検物体
７０，９０  集光レンズ    ８０  ２分割受光素子（光検出手段）
２０ａ，２１ａ，２２ａ  屈折面    ２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ  第１の反射面
２０ｃ，２１ｃ，２２ｃ  第２の反射面
２０ｄ、２１ｄ  入射面    ２０ｅ，２１ｅ  射出面
１００，１００′，１１０〜１５０  焦点検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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