(57)【要約】【課題】合焦面に大きなオフセットを加えることができ、所望の標本面を対物レンズの焦点面に確実に合焦できること。【解決手段】自動合焦装置１００は、標本Ｓと対物レンズ３ａとの相対距離を変化させる焦準手段と、波長が異なる複数の計測光のうち１つを択一的に射出させる光源手段を有し、対物レンズ３ａを介して計測光を標本Ｓに投射するとともに、標本Ｓが反射した計測光を受光して標本Ｓの位置を検出する標本検出手段と、あらかじめ標本Ｓの種類ごとに計測光の波長を対応付けて記憶する設定条件記憶テーブル２６ａと、標本Ｓの種類を示す標本情報を取得する入力部２７と、標本情報が示す標本Ｓの種類に対応付けられた波長の計測光を射出させるとともに、標本検出手段の検出結果をもとに、焦準手段によって標本Ｓと対物レンズ３ａとの相対距離を変化させ、標本Ｓを対物レンズ３ａの焦点面に合焦させる制御を行うコントロール部２５と、を備える。【選択図】        図１
2008009187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準手段と、
波長が異なる複数の計測光のうち１つを択一的に射出させる光源手段を有し、前記対物レンズを介して前記計測光を前記標本に投射するとともに、該標本が反射した前記計測光を受光して前記標本の位置を検出する標本検出手段と、
あらかじめ前記標本の種類ごとに前記計測光の波長を対応付けて記憶する記憶テーブルと、
前記標本の種類を示す標本情報を取得する情報取得手段と、
前記光源手段によって、前記標本情報が示す前記標本の種類に対応付けられた波長の前記計測光を射出させるとともに、前記標本検出手段の検出結果をもとに、前記焦準手段によって前記相対距離を変化させ、前記標本を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】
前記対物レンズは、複数であり、
前記標本に対向して配置された前記対物レンズを検知する検知手段を備え、
前記記憶テーブルは、あらかじめ複数の前記対物レンズごとに前記標本の各種類に対して前記計測光の波長を対応付けて記憶し、
前記制御手段は、前記光源手段によって、前記検知手段の検知結果と前記標本情報が示す前記標本の種類とに対応付けられた波長の前記計測光を射出させるとともに、前記標本検出手段の検出結果をもとに、前記焦準手段によって前記相対距離を変化させ、前記標本を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
【請求項３】
前記標本検出手段は、前記標本が反射した前記計測光を所定の結像面上に結像させる結像光学素子と、該結像光学素子をその光軸方向に移動させる移動手段とを備え、
前記記憶テーブルは、さらに、あらかじめ前記標本の種類ごとに前記結像光学素子の配置位置を対応付けて記憶し、
前記制御手段は、さらに、前記移動手段によって、前記標本情報が示す前記標本の種類に対応付けられた前記配置位置に前記結像光学素子を移動させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
【請求項４】
前記標本検出手段は、前記標本が反射した前記計測光を所定の結像面上に結像させる結像光学素子と、該結像光学素子をその光軸方向に移動させる移動手段とを備え、
前記記憶テーブルは、さらに、あらかじめ複数の前記対物レンズごとに前記標本の各種類に対して前記結像光学素子の配置位置を対応付けて記憶し、
前記制御手段は、さらに、前記移動手段によって、前記検知手段の検知結果と前記標本情報が示す前記標本の種類とに対応付けられた前記配置位置に前記結像光学素子を移動させる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の自動合焦装置。
【請求項５】
前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される透明膜の種類ごとに、該透明膜の光学特性に基づいて生じる膜合焦誤差と、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色合焦誤差との少なくとも一方を補正する前記計測光の波長を対応付けて記憶することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の自動合焦装置。
【請求項６】
前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される透明膜の種類ごとに、該透明膜の光学特性に基づいて生じる膜合焦誤差と、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色合焦誤差との少なくとも一方を補正する前記計測光の波長および前記配置位置を対応付けて記憶することを特徴とする請求項３または４に記載の自動合焦装置。
【請求項７】
前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される反射防止膜の種類ごとに、該反射防止膜が反射防止対象とする波長以外の前記計測光の波長を対応付けて記憶することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の自動合焦装置。
【請求項８】
前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される反射防止膜の種類ごとに、該反射防止膜が反射防止対象とする波長以外の前記計測光の波長と、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色合焦誤差を補正する前記配置位置とを対応付けて記憶することを特徴とする請求項３または４に記載の自動合焦装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本を対物レンズの焦点面に合焦させる自動合焦装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細な回路パターンが形成されたウェハの自動検査工程などでは、観察画像を自動的に撮像して記録できる顕微鏡が利用されている。かかる顕微鏡では、ウェハ等の標本を対物レンズの焦点面に自動的に合焦させる自動合焦装置を搭載し、これによって観察画像の焦点合わせ（ピント合わせ）が行われている。近年、このような自動合焦装置に関する技術が多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された自動合焦装置は、図１３に示すように、顕微鏡に搭載され、基準光源２０４、コリメーションレンズ２０５、遮光板２０６、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０７、集光レンズ２０８、色収差補正レンズ２０９、λ／４板２１０、遮光板２１２、結像レンズ２１３および受光素子２１４を備える。
【０００４】
基準光源２０４から射出された計測光は、コリメーションレンズ２０５によって光軸を中心とする平行光束に変換された後、遮光板２０６によって光束断面の半分が遮光され、半月状の断面をもつ光束とされる。かかる計測光は、ＰＢＳ２０７で反射され、集光レンズ２０８および色収差補正レンズ２０９によってリレーされた後、λ／４板２１０を介してダイクロイックプリズム２１１で反射され、レボルバ２０２に取り付けられた対物レンズ２０３ａによって、標本Ｓ上にスポット光として投射される。その後、標本Ｓ上で反射された計測光は、対物レンズ２０３ａの光軸を挟んで投射時と反対側の光路を逆にたどり、ＰＢＳ２０７を透過した後、結像レンズ２１３によって受光素子２１４の受光面上に集光され、光スポット像として結像される。
【０００５】
ここで、受光素子２１４の受光面は、結像レンズ２１３の焦点面と合致するように配置されており、さらに、対物レンズ２０３ａの焦点面と共役になるように配置されている。このため、計測光は、標本Ｓの表面が対物レンズ２０３ａの焦点面に合焦されている場合、最小の光スポット像を受光素子２１４の受光面上に形成する。
【０００６】
また、標本Ｓの表面が対物レンズ２０３ａの焦点面に合焦されておらず、ニアフォーカス位置（焦点面から対物レンズ２０３ａに近づいた位置）にある場合には、計測光は、受光素子２１４のファー側（後側）に集光されるようになり、受光面上で図中上側に半月状の広がりを有する光スポット像を形成する。逆に、標本Ｓの表面がファーフォーカス位置（焦点面より対物レンズ２０３ａから遠ざかった位置）にある場合には、計測光は、受光素子２１４のニア側（前側）に集光されるようになり、受光面上で図上下側に半月状の広がりを有する光スポット像を形成する。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載の自動合焦装置は、受光素子２１４によってスポット径が最小であると検知される位置に標本Ｓを移動させることで、標本Ｓを対物レンズ２０３ａの焦点面に合焦させることができる。また、受光素子２１４が検出する光スポット像の大きさと広がり方向とから、標本Ｓの焦点ずれの大きさと方向とを検知することができる。なお、この自動合焦装置では、焦準用モータ駆動部２１９が駆動するモータ２１６によって、ステージ２０１とともに標本Ｓを上下動して移動させている。
【０００８】
ところで、この自動合焦装置では、計測用のスポット光が顕微鏡観察における対物レンズ２０３ａの観察視野内に投射されるため、可視光や紫外光などである観察光とは異なる波長の赤外光が計測光として使用されている。このため、対物レンズ２０３ａの観察光による焦点面と計測光による焦点面とが、対物レンズ２０３ａにおける観察光と計測光との軸上色収差に応じて乖離する。つまり、自動合焦装置が合焦したと認識する高さ面としての合焦面は、対物レンズ２０３ａの色収差特性に応じて、観察光により観察される高さ面としての被観察面から乖離し、その乖離量に応じた合焦誤差が発生することとなる。さらに、その合焦誤差量は、対物レンズ２０３ａを、色収差特性が異なる対物レンズに交換することで変化する。
【０００９】
このため、特許文献１に記載の自動合焦装置では、色収差補正レンズ２０９を設け、この色収差補正レンズ２０９をその光軸方向に移動させ、観察光による焦点面である被観察面と、計測光による焦点面である合焦面との乖離を補正することによって、その乖離量に応じた合焦誤差を補正するようにしている。さらに、標本Ｓ上にセットされたレボルバ２０２の穴位置を検出し、レボルバの穴位置に対応付けて記憶した配設位置に色収差補正レンズ２０９を移動させることで、色収差特性が異なる対物レンズに交換した場合にも合焦誤差を補正できるようにしている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２４９０２７号公報
【特許文献２】特開平４−１３１８３２号公報
【特許文献３】特開２００２−１９６２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、ウェハ等の標本の表面部には、保護膜として透明膜が形成される場合がある。この場合、上述した自動合焦装置では、計測光の大部分がその透明膜の表面で反射され、透明膜の表面を対物レンズの焦点面に合焦させることがある。このため、透明膜の膜厚や屈折率等、光学特性に応じた合焦誤差、つまり本来合焦させるべき標本の表面部（透明膜の下面部）と透明膜の表面部との乖離量に応じたオフセット誤差が生じることとなる。
【００１２】
これに対して、特許文献１に記載の自動合焦装置では、色補正レンズ２０９をその光軸方向に移動させ、計測光による合焦面に適当なオフセットを加えることで、透明膜に起因する合焦誤差を補正できるようにしている。具体的には、色補正レンズ２０９を集光レンズ２０８側へ移動させ、ニアフォーカス側、つまり対物レンズ２０３ａの焦点面より高い位置に合焦面をオフセットさせることで、所望の標本面を合焦させることができる。
【００１３】
しかしながら、上述した自動合焦装置では、補正レンズの移動量に応じて合焦面のオフセット量が設定されるため、例えば膜厚が大きな透明膜に対応して大きなオフセットを加えることが困難であるという問題があった。大きなオフセットを加えられるようにするには、補正レンズの移動量を大きくする必要があるとともに、補正レンズ径を大きくする必要がある。この場合、自動合焦装置の構成が大型化することとなり、例えば従来からの標準的な顕微鏡に対して自動合焦装置を搭載することが困難になるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置構成を大型化することなく合焦面に大きなオフセットを加えることができ、標本の表面部に形成される透明膜の光学特性に起因する合焦誤差を補正可能であるとともに、対物レンズの色収差特性に基づく合焦誤差を補正可能であり、所望の標本面を対物レンズの焦点面に確実に合焦させることができる自動合焦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】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる自動合焦装置は、標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準手段と、波長が異なる複数の計測光のうち１つを択一的に射出させる光源手段を有し、前記対物レンズを介して前記計測光を前記標本に投射するとともに、該標本が反射した前記計測光を受光して前記標本の位置を検出する標本検出手段と、あらかじめ前記標本の種類ごとに前記計測光の波長を対応付けて記憶する記憶テーブルと、前記標本の種類を示す標本情報を取得する情報取得手段と、前記光源手段によって、前記標本情報が示す前記標本の種類に対応付けられた波長の前記計測光を射出させるとともに、前記標本検出手段の検出結果をもとに、前記焦準手段によって前記相対距離を変化させ、前記標本を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記対物レンズは、複数であり、前記標本に対向して配置された前記対物レンズを検知する検知手段を備え、前記記憶テーブルは、あらかじめ複数の前記対物レンズごとに前記標本の各種類に対して前記計測光の波長を対応付けて記憶し、前記制御手段は、前記光源手段によって、前記検知手段の検知結果と前記標本情報が示す前記標本の種類とに対応付けられた波長の前記計測光を射出させるとともに、前記標本検出手段の検出結果をもとに、前記焦準手段によって前記相対距離を変化させ、前記標本を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記標本検出手段は、前記標本が反射した前記計測光を所定の結像面上に結像させる結像光学素子と、該結像光学素子をその光軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記記憶テーブルは、さらに、あらかじめ前記標本の種類ごとに前記結像光学素子の配置位置を対応付けて記憶し、前記制御手段は、さらに、前記移動手段によって、前記標本情報が示す前記標本の種類に対応付けられた前記配置位置に前記結像光学素子を移動させる制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記標本検出手段は、前記標本が反射した前記計測光を所定の結像面上に結像させる結像光学素子と、該結像光学素子をその光軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記記憶テーブルは、さらに、あらかじめ複数の前記対物レンズごとに前記標本の各種類に対して前記結像光学素子の配置位置を対応付けて記憶し、前記制御手段は、さらに、前記移動手段によって、前記検知手段の検知結果と前記標本情報が示す前記標本の種類とに対応付けられた前記配置位置に前記結像光学素子を移動させる制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される透明膜の種類ごとに、該透明膜の光学特性に基づいて生じる膜合焦誤差と、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色合焦誤差との少なくとも一方を補正する前記計測光の波長を対応付けて記憶することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される透明膜の種類ごとに、該透明膜の光学特性に基づいて生じる膜合焦誤差と、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色合焦誤差との少なくとも一方を補正する前記計測光の波長および前記配置位置を対応付けて記憶することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項７にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される反射防止膜の種類ごとに、該反射防止膜が反射防止対象とする波長以外の前記計測光の波長を対応付けて記憶することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８にかかる自動合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記標本の種類として前記標本の表面部に形成される反射防止膜の種類ごとに、該反射防止膜が反射防止対象とする波長以外の前記計測光の波長と、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色合焦誤差を補正する前記配置位置とを対応付けて記憶することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかる自動合焦装置によれば、装置構成を大型化することなく合焦面に大きなオフセットを加えることができ、標本の表面部に形成される透明膜の光学特性に起因する合焦誤差を補正可能であるとともに、対物レンズの色収差特性に基づく合焦誤差を補正可能であり、所望の標本面を対物レンズの焦点面に確実に合焦させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる自動合焦装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。
【００２５】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる自動合焦装置および顕微鏡について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１００と、この自動合焦装置１００を搭載した顕微鏡との要部構成を示す図である。この図に示すように、自動合焦装置１００は、ステージ１上に載置された標本Ｓの位置を検出する標本検出光学系として、光源４Ａ，４Ｂと、この各光源４Ａ，４Ｂが発した計測光をそれぞれ平行光束に変換するコリメーションレンズ５Ａ，５Ｂと、各計測光の一部をそれぞれ遮光する遮光板６Ａ，６Ｂと、遮光板６Ａ，６Ｂを通過した各計測光を同軸に合成するダイクロイックミラーＤＭと、を備える。
【００２６】
ここで、光源４Ａ，４Ｂは、顕微鏡観察で用いる観察光とは異なる波長のレーザ光を発するとともに、互いに異なる波長のレーザ光を発するレーザ光原である。例えば、光源４Ａ，４Ｂは、半導体レーザ（ＬＤ：レーザダイオード）であり、その他のものであってもよい。なお、図１では、計測光の光源として２つの光源４Ａ，４Ｂを示しているが、２つに限定する必要はなく、３つ以上とすることもできる。その場合、例えば光源数に応じてダイクロイックミラーを設け、各光源からの計測光を順次同軸に合成するとよい。
【００２７】
また、標本検出光学系は、所定の振動方向の直線偏光を反射し、これに直交する直線偏光を透過させるＰＢＳ７と、集光レンズ８と、標本Ｓが反射した計測光を集光してスポット像を結像する結像光学素子としての色収差補正レンズ９と、直線偏光を円偏光に変換するλ／４板１０とを備えるとともに、スポット像の共役像であるスポット共役像を結像する集光レンズ１３と、フレアーおよびゴースト等を防止する遮光板１２と、スポット共役像を受光する受光素子としての２分割センサ１４と、を備える。なお、集光レンズ８，１３および色収差補正レンズ９は、図１では単レンズとして示しているが、実用的には色収差および球面収差等を良好に補正したレンズ群によって構成されるものである。
【００２８】
ここで、２分割センサ１４の受光面１４ｃは、集光レンズ１３の焦平面と合致するように配置されるとともに、集光レンズ８，１３によって、所定の結像面ＩＰと共役になるように配置されている。また、結像面ＩＰは、色収差補正レンズ９と対物レンズ３ａとによって、対物レンズ３ａの焦点面と共役にされている。なお、本発明における対物レンズの焦点面とは、焦平面に限定されるものではなく、本発明にかかる顕微鏡が備える撮像観察系に対するピント面を含むものである。
【００２９】
このように構成された標本検出光学系では、光源４Ａ，４Ｂから射出された各計測光は、それぞれコリメーションレンズ５Ａ，５Ｂによって平行光束に変換され、遮光板６Ａ，６Ｂによって光束断面の半分が遮光されて、半月状の光束断面を有する平行光束となる。遮光板６Ａ，６Ｂを通過した各計測光は、ダイクロイックミラーＤＭによって同軸に合成され、ＰＢＳ７によってＳ偏光として集光レンズ８に向けて反射される。その後、同軸とされた計測光は、集光レンズ８および色収差補正レンズ９によって光学的にリレーされ、λ／４板１０を透過することで円偏光に変換される。円偏光とされた計測光は、顕微鏡が備えるダイクロイックプリズム１１によって図中下方に反射され、レボルバ２に取り付けられた対物レンズ３ａを介して標本Ｓの表面Ｓａ上に集光される。これによって、計測光は、スポット光として標本Ｓに投射される。
【００３０】
標本Ｓが反射した計測光は、対物レンズ３ａの光軸ＯＡ１に対して投射時と反対側の光路を逆方向にたどる。すなわち、対物レンズ３ａを介し、ダイクロイックプリズム１１で図中右方向に反射され、λ／４板１０を透過して再び直線偏光に変換された後、色収差補正レンズ９によって結像面ＩＰ上に集光され、スポット像として結像される。このスポット像は、集光レンズ８，１３によってさらにリレーされ、２分割センサ１４の受光面１４ｃ上にスポット共役像として結像される。このとき、スポット共役像は、２分割センサ１４における受光部１４ａ，１４ｂの境界線上に形成され、各受光部１４ａ，１４ｂで受光される。なお、結像面ＩＰから２分割センサ１４までの光路中、計測光は、Ｐ偏光としてＰＢＳ７を透過し、遮光板１２を通過する。
【００３１】
一方、自動合焦装置１００は、上述の合焦検出光学系および顕微鏡の各部の制御を行う制御機構として、光源４Ａ，４Ｂの発振駆動を行うレーザ駆動部２２Ａ，２２Ｂと、色収差補正レンズ９をその光軸ＯＡ２方向に移動させる移動手段としてのモータ１７および色収差補正レンズ用モータ駆動部２０と、色収差補正レンズ９の移動範囲を制限するリミット検出部３３と、を備える。
【００３２】
また、自動合焦装置１００は、レボルバ２を回動させるモータ１５と、モータ１５を駆動するレボルバ用モータ駆動部１８と、を備える。レボルバ用モータ駆動部１８は、モータ１５を駆動し、レボルバ２に取り付けられた対物レンズ３ｂ等、複数の交換用対物レンズのうち１つを択一的に、対物レンズ３ａに換えて標本Ｓに対向配置させる。
【００３３】
さらに、自動合焦装置１００は、標本Ｓに対向配置された対物レンズのレボルバ２における取り付け穴であるレボ穴を検出するレボ穴位置検出部２１と、ステージ１を介して標本Ｓを光軸ＯＡ１方向に移動させ、標本Ｓに対向配置された対物レンズと標本Ｓとの相対距離を変化させる焦準手段としてのモータ１６および焦準用モータ駆動部１９と、を備える。なお、焦準手段として標本Ｓと対物レンズとの相対距離を変化させる機構は、対物レンズを移動させるものでもよい。
【００３４】
また、自動合焦装置１００は、２分割センサ１４の各受光部１４ａ，１４ｂが受光強度に応じて出力する電流信号ＳＡ１，ＳＢ１を電流／電圧変換して増幅する増幅器２３と、この増幅された電圧信号ＳＡ２，ＳＢ２をＡ／Ｄ変換し、検出信号ＳＡ３，ＳＢ３として出力するＡ／Ｄ変換器２４と、を備える。なお、この増幅器２３およびＡ／Ｄ変換器２４と、上述した標本検出光学系とによって、標本検出手段が構成されている。
【００３５】
さらに、自動合焦装置１００は、ＲＯＭおよびＲＡＭを用いて実現され、各種処理プログラム、処理パラメータおよび処理データ等を記憶する記憶部２６と、記憶部２６に記憶された処理プログラムを実行するＣＰＵを用いて実現され、電気的に接続された各部の処理および動作を制御するコントロール部２５と、標本Ｓの種類を示す標本情報等の各種情報の入力を行う入力部２７と、を備える。記憶部２６は、特に、レボルバ２に取り付けられた複数の対物レンズごとに、あらかじめ標本Ｓの種類に対して計測光の波長と色収差補正レンズ９の配置位置とを対応付けて記憶した設定条件記憶テーブル２６ａを記憶している。
【００３６】
コントロール部２５は、レボルバ用モータ駆動部１８、焦準用モータ駆動部１９、色収差補正レンズ用モータ駆動部２０、レボ穴位置検出部２１、レーザ駆動部２２Ａ，２２Ｂ、Ａ／Ｄ変換部２４、記憶部２６、入力部２７およびリミット検出部３３に電気的に接続されており、この各部の制御を行う。コントロール部２５は、特に、設定条件記憶テーブル２６ａを参照し、入力部２７から入力された標本情報が示す標本Ｓの種類に対応付けられた波長を読み出すとともに、光源４Ａ，４Ｂのうち、この読み出した波長のレーザ光を発する光源をレーザ駆動部２２Ａ，２２Ｂによって択一的に点灯させる制御を行う。これによって、コントロール部２５は、設定条件記憶テーブル２６ａから読み出した波長の計測光をダイクロイックミラーＤＭから択一的に射出させる。
【００３７】
また、コントロール部２５は、設定条件記憶テーブル２６ａを参照し、標本情報が示す標本Ｓの種類に対応付けられた色収差補正レンズ９の配置位置を読み出し、色収差補正レンズ用モータ駆動部２０およびモータ１７によって、この読み出した配置位置に色収差補正レンズ９を移動させる制御を行う。さらに、コントロール部２５は、標本検出光学系が２分割センサ１４によって受光したスポット共役像の像強度に基づいてＡ／Ｄ変換器２４が出力する検出信号ＳＡ３，ＳＢ３をもとに、焦準用モータ駆動部１９およびモータ１６によって、対物レンズ３ａ等、標本Ｓに対向配置された対物レンズと標本Ｓとの相対距離を変化させ、標本Ｓをその対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う。
【００３８】
ここで、標本検出光学系を用いた標本Ｓの位置の検出原理と、この検出結果をもとにコントロール部２５が制御する標本Ｓの合焦動作について説明する。まず、標本Ｓが対物レンズ３ａの焦点面に合焦されている場合を考える。この場合、標本Ｓの表面Ｓａに対し、結像面ＩＰと２分割センサ１４の受光面１４ｃとは共役となり、表面Ｓａ上に投射されたスポット光のスポット像およびスポット共役像は、それぞれ結像面ＩＰおよび受光面１４ｃ上で最小の大きさ、つまり最小のスポット径となる。
【００３９】
つぎに、表面Ｓａが対物レンズ３ａの焦点面に合焦されておらずファーフォーカス位置にある場合には、表面Ｓａの共役面は、結像面ＩＰおよび受光面１４ｃに対してそれぞれニア側（図１中左側）に位置することとなり、スポット像およびスポット共役像は、それぞれ結像面ＩＰおよび受光面１４ｃのニア側に結像される。この場合、結像面ＩＰ上では、図１中下側に半月状の広がりを有するスポット像が形成され、受光面１４ｃ上では、同様に上側に半月状の広がりを有するスポット共役像が形成される。
【００４０】
さらに、表面Ｓａが対物レンズ３ａに対してニアフォーカス位置にある場合には、表面Ｓａの共役面は、結像面ＩＰおよび受光面１４ｃに対してそれぞれファー側（図１中右側）に位置することとなり、スポット像およびスポット共役像は、それぞれ結像面ＩＰおよび受光面１４ｃのファー側に結像される。この場合、結像面ＩＰ上では、図１中上側に半月状の広がりを有するスポット像が形成され、受光面１４ｃ上では、同様に下側に半月状の広がりを有するスポット共役像が形成される。
【００４１】
これによって、自動合焦装置１００では、２分割センサ１４によって受光したスポット共役像のスポット径とその広がり方向とに基づいて、標本Ｓの表面Ｓａと対物レンズ３ａの焦点面との乖離量および乖離方向を検出することができる。また、スポット共役像のスポット径が最小となることで、表面Ｓａが対物レンズ３ａの焦点面に合焦されたことを検知することができる。かかる自動合焦装置１００では、Ａ／Ｄ変換部２４が出力する検出信号ＳＡ３，ＳＢ３をもとに、コントロール部２５が表面Ｓａの合焦状態および乖離状態を検知する。そして、コントロール部２５は、スポット共役像のスポット径が最小となるように、焦準用モータ駆動部１９およびモータ１６によって、対物レンズ３ａと標本Ｓとの相対距離を変化させ、標本Ｓの表面Ｓａを対物レンズ３ａの焦点面に合焦させる。
【００４２】
つづいて、標本Ｓの表面部に透明膜が形成された場合に、その透明膜の光学特性に基づいて生じる合焦誤差（以下、膜合焦誤差と呼ぶ。）と、その補正動作とについて、図２および図３−１〜図３−３を参照して説明する。なお、ここでは色収差補正レンズ９は、所定の位置、例えば可動範囲内の中央位置に固定されているものとする。
【００４３】
一般に、対物レンズ３ａには色収差が残存し、対物レンズ３ａを介して投射される計測光は、その波長に応じて光軸ＯＡ１方向の異なる位置に集光される。図２に示す例では、光源４Ａ，４Ｂから射出された波長λ１，λ２（λ１＜λ２）の計測光ＷＬ１，ＷＬ２が対物レンズ３ａの先端部からそれぞれ距離ＦＬ１，ＦＬ２の位置に集光されている。
【００４４】
この場合、標本Ｓの表面部に透明膜が形成されていなければ、図３−１に示すように、色収差補正レンズ９を介した計測光ＷＬ１を用いて標本Ｓの表面Ｓａを距離ＦＬ１の位置にある対物レンズ３ａの焦点面ＦＰ、つまり観察光による被観察面に合焦させることができる。ところが、表面Ｓａ上に透明膜ＴＦが形成され、計測光ＷＬ１の大部分がその表面Ｓｂで反射される場合、図３−２に示すように、焦点面ＦＰには表面Ｓｂが合焦されることとなり、本来観察すべき表面Ｓａに対して膜合焦誤差が発生する。この場合、計測光ＷＬ１を計測光ＷＬ２に切り換え、図３−３に示すように距離ＦＬ２の位置に表面Ｓｂを合焦させることで、本来観察すべき表面Ｓａを焦点面ＦＰに合焦させることができる。
【００４５】
このようにして、自動合焦装置１００では、標本Ｓの表面部に透明膜が形成された場合、計測光の波長を適宜切り換えることで、合焦面にオフセットを加えることができ、膜合焦誤差を補正することができる。その切り換えるべき波長は、対物レンズ３ａの色収差特性と透明膜の光学特性とに基づいてあらかじめ決定され、設定条件記憶テーブル２６ａに記憶される。コントロール部２５は、標本Ｓの種類として透明膜の種類を示す標本情報をもとに、この標本情報に対応付けられた波長の計測光を発する光源に点灯を切り換える。
【００４６】
ここで、透明膜の光学特性には、透明膜の屈折率、膜厚および表面反射率等が含まれている。また、色収差特性は、一般に対物レンズごとに異なるため、レボルバ２に取り付けられる対物レンズごとに、その色収差特性と透明膜の光学特性とに基づいた波長が決定され、設定条件記憶テーブル２６ａに記憶される。なお、切り換え可能な波長は２つに限定されず、３つ以上とすることができる。この場合、その波長および波長数に応じた光源を個別に点灯可能として備えるとよい。
【００４７】
つぎに、対物レンズの色収差特性に基づいて生じる合焦誤差（以下、色合焦誤差と呼ぶ。）と、その補正動作とについて、図４−１および図４−２を参照して説明する。対物レンズ３ａでは、顕微鏡観察で用いる波長λ０の観察光ＷＬ０と波長λ３の計測光ＷＬ３との間で色収差が発生し、例えば各波長の光を等しく平行光束として対物レンズ３ａに入射させた場合、図４−１に示すように、光軸ＯＡ１方向の異なる位置に集光される。図４−１に示す例では、観察光ＷＬ０は、対物レンズ３ａの先端部から距離ＦＬ０の位置に集光され、計測光ＷＬ３は、同先端部から距離ＦＬ３の位置に集光されている。
【００４８】
このため、自動合焦装置１００では、計測光ＷＬ３を用いた場合、被観察面としての焦点面ＦＰ０とは異なる合焦面ＦＰ３に対して標本Ｓの表面Ｓａを合焦させるように動作し、距離差（ＦＬ０−ＦＬ３）に対応する色合焦誤差が発生する。ここで、合焦面ＦＰ３は、対物レンズ３ａおよび色収差補正レンズ９による結像面ＩＰの共役面である。
【００４９】
これに対して、自動合焦装置１００では、色収差補正レンズ９をその光軸ＯＡ２方向に移動させ、計測光ＷＬ３の集光点を焦点面ＦＰ０上に移動させる。これによって、結像面ＩＰと焦点面ＦＰ０とを共役とすることで、計測光ＷＬ３を用いた場合にも表面Ｓａを焦点面ＦＰ０に合焦させることができ、色合焦誤差を補正することができる。具体的には、例えば図４−１の場合、色収差補正レンズ９を結像面ＩＰのファー側（図１中左側）に移動させることで、図４−２に示すように、ＷＬ３による合焦面を焦点面ＦＰ０に一致させることができる。
【００５０】
このように、自動合焦装置１００では、色収差補正レンズ９の配置位置を適宜移動させることで、合焦面にオフセットを加えることができ、色合焦誤差を補正することができる。その色収差補正レンズ９の配置位置は、対物レンズ３ａの色収差特性に基づいてあらかじめ決定され、設定条件記憶テーブル２６ａに記憶される。同様に、対物レンズ３ｂ等、他の対物レンズについても、色収差補正レンズ９の配置位置が設定条件記憶テーブル２６ａに記憶される。コントロール部２５は、レボ穴位置検出部２１の検出結果をもとに、標本Ｓに対向配置された対物レンズを認識し、この認識した対物レンズに対応付けられた配置位置に色収差補正レンズ９を移動させる。このとき、コントロール部２５は、色収差補正レンズ用モータ駆動部２０とモータ１７とによって色収差補正レンズ９を移動させる。
【００５１】
なお、レボ穴位置検出部２１は、あらかじめ各レボ穴に取り付けられた対物レンズを記憶し、光軸ＯＡ１上に配置されたレボ穴位置を検出することで、標本Ｓに対向配置された対物レンズを検知し、その検知結果をコントロール部２５に出力する。あるいは、レボ穴位置検出部２１がレボ穴位置の検出情報を出力し、この検出情報に基づいてコントロール部２５が対物レンズを検知してもよい。この場合、レボ穴と対物レンズとの対応関係は記憶部２６があらかじめ記憶するとよい。
【００５２】
さらに、自動合焦装置１００では、コントロール部２５は、色収差補正レンズ９の移動による合焦誤差の補正機能を、上述した膜合焦誤差の補正にも用いるように補正制御を行っている。すなわち、コントロール部２５は、計測光の波長を切り換えるだけでは補正しきれない膜合焦誤差を、色収差補正レンズ９の移動による合焦面のオフセットを利用して完全に補正する。言い換えると、コントロール部２５は、計測光の波長の切り換えによる合焦誤差の補正機能と、色収差補正レンズ９の移動による補正機能とを併用し、例えば、波長の切り換えによる補正機能を大きな合焦誤差の補正として用い、色収差補正レンズ９の移動による補正機能を微小に残存する合焦誤差の補正として用いることで、すべての合焦誤差を完全に補正するようにしている。
【００５３】
このため、計測光の波長と色収差補正レンズ９の配置位置とは、例えば図５に示すように、対物レンズごとに、標本Ｓの各種類に対して対応付けられ、設定条件記憶テーブル２６ａに記憶されている。そして、コントロール部２５は、レボ穴位置検出部２１による対物レンズの検知結果と、標本情報が示す標本Ｓの種類とに対応付けられた配置位置に、色収差補正レンズ９を移動させる制御を行う。なお、図５に例示する設定条件記憶テーブル２６ａでは、レボ穴番号によって対物レンズを認識し、透明膜の膜種によって標本Ｓの種類を認識するものとしている。ここで、透明膜の膜種とは、透明膜の厚さや透過率の違い等を示すものである。また、色収差補正レンズ９の配設位置は、固有のレンズ位置標識「Ｐ１１」、「Ｐ１２」等によって認識するようにしているが、可動範囲内の中央位置等、所定の基準位置からの距離によって示すこともできる。
【００５４】
つぎに、計測光の波長と色収差補正レンズ９の配置位置とによって補正できる合焦誤差量、つまり自動合焦装置１００において合焦面に加えられるオフセット量について説明する。図６は、その配置位置に対するオフセット量の関係を、計測光の波長と対物レンズとの組み合わせに応じて示す図である。横軸は、色収差補正レンズ９の配置位置を示し、縦軸は、合焦面のオフセット量を示している。
【００５５】
なお、このオフセット量は、色合焦誤差を補正した状態を基準とし、そのときのオフセット量をゼロとして示している。また、対物レンズの焦点面に対するファー側およびニア側のオフセット量を、それぞれ図中上側および下側に示している。さらに、配置位置におけるニア端およびファー端は、結像面ＩＰに対するニア側およびファー側の可動範囲端を示している。
【００５６】
図６に示すように、対物レンズ３ａ，３ｂに対する波長λ１の計測光で発生する色合焦誤差は、色収差補正レンズ９をそれぞれ配置位置ＰＴ１ａ，ＰＴ１ｂに移動させることで補正される。さらに、その配置位置ＰＴ１ａ，ＰＴ１ｂを中心とし、それぞれ補正レンジＲＡ１ａ，ＲＡ１ｂにより示す範囲内で色収差補正レンズ９を移動させ、合焦面にオフセットを加えることで、波長λ１の計測光では、ファー側およびニア側で均等に膜合焦誤差を補正することができる。
【００５７】
一方、対物レンズ３ａ，３ｂに対し、波長λ２の計測光で発生する色合焦誤差は、色収差補正レンズ９をそれぞれ配置位置ＰＴ２ａ，ＰＴ２ｂに移動させることで補正される。ところが、この配置位置ＰＴ２ａ，ＰＴ２ｂは、色収差補正レンズ９の可動範囲を越えた位置である。このため、波長λ２の計測光では、色合焦誤差のみを補正することはできない。しかしながら、色合焦誤差を補正するための色収差補正レンズ９の配置位置をこのように可動範囲外に設けることで、波長λ２の計測光では、補正レンジＲＡ２ａ，ＲＡ２ｂとして示すように、合焦面に対してニア側に大きなオフセットを加えることができる。
【００５８】
すなわち、自動合焦装置１００では、計測光の波長を波長λ１から波長λ２に切り換えることで、色収差補正レンズ９を所定の可動範囲内で移動させるだけでは実現し得ない大きなオフセットを合焦面に加えられるようにしている。これによって、自動合焦装置１００では、従来の自動合焦装置では補正が困難であった大きな膜合焦誤差を補正することができ、例えば標本Ｓの表面部に膜厚が大きな透明膜が形成された場合にも、その透明膜に起因する膜合焦誤差を補正することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１００および顕微鏡では、設定条件記憶テーブル２６ａは、あらかじめ標本Ｓの種類ごとに計測光の波長を対応付けて記憶し、コントロール部２５は、設定条件記憶テーブル２６ａを参照し、光源４Ａ，４Ｂのうち、入力部２７が取得した標本条件が示す標本Ｓの種類に対応付けられた波長の計測光を発する光源を択一的に点灯させるとともに、検出信号ＳＡ３，ＳＢ３をもとに、２分割センサ１４におけるスポット共役像のスポット径が最小となるように、焦準用モータ駆動部１９およびモータ１６によって、標本Ｓと標本Ｓに対向配置された対物レンズとの相対距離を変化させ、標本Ｓをその対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行っている。このため、装置構成を大型化することなく合焦面に大きなオフセットを加えることができ、標本Ｓの表面部に形成される透明膜の光学特性に起因する膜合焦誤差を補正可能であるとともに、対物レンズの色収差特性に基づく色合焦誤差を補正可能であり、所望の標本面を対物レンズの焦点面に確実に合焦させることができる。
【００６０】
また、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１００および顕微鏡では、設定条件記憶テーブル２６ａは、あらかじめ複数の対物レンズごとに標本Ｓの各種類に対して計測光の波長を対応付けて記憶し、コントロール部２５は、設定条件記憶テーブル２６ａを参照し、光源４Ａ，４Ｂのうち、レボ穴位置検出部２１の検出結果と標本情報が示す標本Ｓの種類とに対応付けられた波長の計測光を発する光源を択一的に点灯させるとともに、検出信号ＳＡ３，ＳＢ３をもとに、２分割センサ１４におけるスポット共役像のスポット径が最小となるように、焦準用モータ駆動部１９およびモータ１６によって、標本Ｓと標本Ｓに対向配置された対物レンズとの相対距離を変化させ、標本Ｓをその対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行っている。このため、対物レンズによらず、装置構成を大型化することなく合焦面に大きなオフセットを加えることができ、膜合焦誤差および色合焦誤差を補正することができる。
【００６１】
さらに、本実施の形態１にかかる自動合焦装置１００および顕微鏡では、設定条件記憶テーブル２６ａは、あらかじめ複数の対物レンズごとに標本Ｓの各種類に対して色収差補正レンズ９の配置位置を対応付けて記憶し、コントロール部２５は、色収差補正レンズ用モータ駆動部２０およびモータ１７によって、レボ穴位置検出部２１の検出結果と標本情報が示す標本Ｓの種類とに対応付けられた配置位置に色収差補正レンズ９を移動させる制御を行っている。このため、計測光の波長切換だけでは補正しきれない合焦誤差も、対物レンズによらず確実に補正することができる。
【００６２】
（変形例１）
つぎに、本実施の形態１にかかる自動合焦装置および顕微鏡の変形例について説明する。上述した自動合焦装置１００では、色収差補正レンズ９を光軸ＯＡ２方向に移動可能に備え、その配置位置を変更することで合焦誤差を補正するようにしていたが、本変形例１では、色収差補正レンズ９を固定配置し、計測光の波長切換だけで合焦誤差を補正するようにしている。
【００６３】
図７は、本変形例１にかかる自動合焦装置１０１と、この自動合焦装置１０１を搭載した顕微鏡との要部構成を示す図である。この図に示すように、自動合焦装置１０１は、自動合焦装置１００の構成をもとに、光源４Ａ，４Ｂ、コントロール部２５および記憶部２６に替えて、光源３４Ａ，３４Ｂ、コントロール部３５および記憶部３６を備える一方、色収差補正レンズ用モータ駆動部２０およびモータ１７を取り除いている。また、記憶部３６は、設定条件記憶テーブル２６ａに替えて設定条件記憶テーブル３６ａを備えている。その他の構成は自動合焦装置１００と同じであり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００６４】
設定条件記憶テーブル３６ａは、例えば図８に示すように、対物レンズごとに標本Ｓの各種類に対して計測光の波長を対応付けて記憶している。この図に示す計測光の波長λ３，λ４は、それぞれ光源３４Ａ，３４Ｂが発する計測光の波長に対応する。設定条件記憶テーブル３６ａは、計測光の波長切換によって合焦誤差を補正できる標本Ｓの種類と計測光の波長との組み合わせを、対物レンズ３ａ，３ｂごとに記憶している。すなわち、色収差補正レンズ９の配置位置の移動を行わなくても合焦誤差を補正できる組み合わせが記憶されている。
【００６５】
コントロール部３５は、設定条件記憶テーブル３６ａを参照し、光源３４Ａ，３４Ｂのうち、レボ穴位置検出部２１の検出結果と、入力部２７が取得した標本情報が示す標本Ｓの種類とに対応付けられた波長の計測光を発する光源を択一的に点灯させる。さらに、検出信号ＳＡ３，ＳＢ３をもとに、２分割センサ１４におけるスポット共役像のスポット径が最小となるように、焦準用モータ駆動部１９およびモータ１６によって、標本Ｓと標本Ｓに対向配置された対物レンズとの相対距離を変化させ、標本Ｓをその対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う。
【００６６】
これによって、自動合焦装置１０１では、対物レンズによらず、標本Ｓの特定の種類つまり特定の透明膜種に対して合焦誤差を確実に補正することができる。また、自動合焦装置１００と同様に計測光の波長とオフセット量との対応付けを行うことで、装置構成を大型化することなく合焦面に大きなオフセットを加えることができ、例えば標本Ｓの表面部に膜厚が大きな透明膜が形成された場合にも、その透明膜に起因する膜合焦誤差を補正することができる。なお、計測光の光源および波長は、２つに限定する必要はなく、３つ以上とすることができる。この場合、計測光の波長数を増やすことで、合焦誤差を補正可能な標本Ｓの種類を増やすことができる。
【００６７】
（変形例２）
つぎに、本実施の形態１にかかる自動合焦装置および顕微鏡の他の変形例について説明する。上述した自動合焦装置１００，１０１では、複数の光源を備え、そのうち１つを択一的に点灯するようにしていたが、本変形例２では、所定の波長帯域の広帯域光の中から択一的に単色光もしくは狭帯域光を抽出するようにしている。
【００６８】
図９は、本変形例２にかかる自動合焦装置１０２と、この自動合焦装置１０２を搭載した顕微鏡との要部構成を示す図である。この図に示すように、自動合焦装置１０２は、自動合焦装置１００の構成をもとに、光源４Ａ，４Ｂおよびレーザ駆動部２２Ａ，２２Ｂに替えて、光源４４、波長選択フィルタＤＦおよびフィルタ駆動部４２を備える。また、これにともなって、コリメーションレンズ５Ｂ、遮光板６Ｂ、ダイクロイックミラーＤＭおよびλ／４板１０を取り除くとともに、ＰＢＳ７およびダイクロイックプリズム１１に替えて、ハーフミラー７Ａ，１１Ａを備えている。さらに、自動合焦装置１０２は、コントロール部２５および記憶部２６に替えてコントロール部４５および記憶部４６を備え、記憶部４６は、設定条件記憶テーブル２６ａに替えて設定条件記憶テーブル４６ａを備えている。その他の構成は自動合焦装置１００と同じであり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００６９】
光源４４は、例えばハロゲンランプが用いられ、図示しない電源部から電力の供給を受け、所定の波長域の広帯域光を発する。光源４４が発した広帯域光は、コリメーションレンズ５Ａによって平行光束とされ、波長選択フィルタＤＦに入射する。波長選択フィルタＤＦは、フィルタ駆動部４２から供給される電流に応じて、広帯域光の中から単色光を抽出し、計測光として射出させる。波長選択フィルタＤＦから射出された計測光は、遮光板６Ａによって光束断面の半分が遮光され、半月状の光束断面を有する平行光束とされる。
【００７０】
なお、波長選択フィルタＤＦは、例えば特許文献２に記載された波長可変色フィルタが用いられる。ただし、波長選択フィルタＤＦは、供給電流に応じて波長選択を行うものに限定する必要はなく、例えば、所定の単色光もしくは所定の波長域の狭帯域光を抽出する波長抽出フィルタ素子を複数備え、そのうち１つを広帯域光の光路上に択一的に配置可能なものとすることができる。
【００７１】
設定条件記憶テーブル４６ａは、例えば図１０に示すように、設定条件記憶テーブル２６ａと同様に、対物レンズごとに標本Ｓの各種類に対し、計測光の波長と色収差補正レンズ９の配置位置とを対応付けて記憶している。さらに、設定条件記憶テーブル４６ａは、計測光の波長ごとに、波長選択フィルタＤＦがその波長の計測光を広帯域光の中から抽出するための電流値を対応付けて記憶している。
【００７２】
コントロール部４５は、設定条件記憶テーブル４６ａを参照し、波長選択フィルタＤＦによって、レボ穴位置検出部２１の検出結果と、入力部２７が取得した標本情報が示す標本Ｓの種類とに対応付けられた波長の計測光を、広帯域光の中から択一的に抽出させる制御を行う。このとき、コントロール部４５は、フィルタ駆動部４２によって、抽出する計測光の波長に対応した電流値の電流を波長選択フィルタＤＦに供給する制御を行う。その他、コントロール部４５は、自動合焦装置１００と同様に、色収差補正レンズ９を移動させるとともに、標本Ｓと標本Ｓに対向配置された対物レンズとの相対距離を変化させ、標本Ｓをその対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う。これによって、自動合焦装置１０２では、自動合焦装置１００と同様の効果を奏することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２にかかる自動合焦装置および顕微鏡について説明する。上述した実施の形態１では、本発明にかかる自動合焦装置および顕微鏡は、標本Ｓの表面部に透明膜が形成された場合に、その透明膜に起因して生じる膜合焦誤差を補正するものとして説明したが、本実施の形態２では、標本Ｓの表面部に反射防止膜等、計測光の反射を抑制する膜が形成された場合について説明する。
【００７４】
従来、例えば特許文献３に記載された位置ずれ検出装置における焦点検出用光学系では、広帯域の計測光を用いることで、標本の表面部に設けられたレジスト膜の影響を低減できるようにしている。すなわち、レジスト膜などの薄膜では、その膜厚等に基づく干渉条件に応じて反射防止膜としての作用が生じ、反射率が極度に減衰される波長が存在する。計測光がその波長と一致した場合、焦点検出ができなくなり、合焦誤差が発生する恐れがある。また、レジスト膜厚は場所や個体に応じて変動するため、反射率が減衰される波長も変動し、焦点検出精度が不安定になる。これに対して、特許文献３に記載の位置ずれ検出装置では、計測光の波長を広帯域化することで、干渉条件を満たす波長での反射率の減衰およびその波長変動の影響を相対的に小さくしている。
【００７５】
しかしながら、計測光を広帯域化した場合、焦点検出用光学系に残存する色収差の影響によって検出する披検面の光学像に色ズレが生じ、焦点検出感度が低下するという問題がある。このため、本実施の形態２にかかる自動合焦装置では、単色光もしくは狭帯域光によって高感度に標本の検出を行いつつ、標本の表面部に形成される反射防止膜等に応じてその波長を切り換えることで、確実に標本を検出し、合焦を行うようにしている。
【００７６】
図１１は、本実施の形態２にかかる自動合焦装置１０３と、この自動合焦装置１０３を搭載した顕微鏡との要部構成を示す図である。この図に示すように、自動合焦装置１０３は、自動合焦装置１００の構成をもとにコントロール部２５および記憶部２６に替えて、コントロール部５５および記憶部５６を備える。また、記憶部５６は、設定条件記憶テーブル２６ａに替えて設定条件記憶テーブル５６ａを備える。その他の構成は自動合焦装置１００と同じであり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００７７】
設定条件記憶テーブル５６ａは、例えば図１２に示すように、対物レンズごとに標本Ｓの各種類に対して計測光の波長と色収差補正レンズ９の配置位置とを対応付けて記憶している。特にここでは、標本Ｓの種類として、標本Ｓの表面部に形成される反射防止膜の各種類に対し、その反射防止膜が反射防止対象とする波長以外の計測光の波長を対応付けて記憶している。また、一般に反射防止膜は薄膜であるため、色収差補正レンズ９の配置位置として、主に色合焦誤差を補正するための配置位置が対応付けられて記憶されている。
【００７８】
コントロール部５５は、設定条件記憶テーブル５６ａを参照し、光源４Ａ，４Ｂのうち、レボ穴位置検出部２１の検出結果と、入力部２７が取得した標本情報が示す標本Ｓの種類つまり反射防止膜種とに対応付けられた波長の計測光を発する光源を択一的に点灯させる。さらに、検出信号ＳＡ３，ＳＢ３をもとに、２分割センサ１４におけるスポット共役像のスポット径が最小となるように、焦準用モータ駆動部１９およびモータ１６によって、標本Ｓと標本Ｓに対向配置された対物レンズとの相対距離を変化させ、標本Ｓをその対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う。
【００７９】
これによって、自動合焦装置１０３では、対物レンズによらず、標本Ｓの種類、つまり標本Ｓの表面部に形成された反射防止膜の種類に応じて、合焦誤差を確実に補正することができる。また、自動合焦装置１０３では、反射防止膜によって計測光が減衰されることがなく、標本検出光学系に残存する色収差によって標本Ｓの検出感度が低下することもないため、常に高感度に標本Ｓの位置を検出し、正確に合焦を行うことができる。
【００８０】
なお、自動合焦装置１０３では、自動合焦装置１００と同様に、計測光の光源および波長を２つに限定する必要はなく、３つ以上とすることができる。また、自動合焦装置１０１と同様に、色収差補正レンズ９を固定配置し、計測光の波長切換のみで合焦誤差を補正することもできる。さらに、自動合焦装置１０３と同様に、光源４Ａ，４Ｂに替えて広帯域光を発する光源４４を備えるとともに波長選択フィルタＤＦ等を備え、単色光もしくは狭帯域光を計測光として択一的に抽出することもできる。また、計測光の光源として、複数の異なる波長の光を選択的に射出可能なチューナブルレーザ等を用いてもよい。
【００８１】
ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態１および２として説明したが、本発明は、この実施の形態１および２に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、上述した実施の形態１および２では、設定条件記憶テーブル２６ａ，４６ａ，５６ａは、標本Ｓの各種類に対して計測光の波長と色収差補正レンズ９の配置位置との組み合わせを１つずつ対応付けて記憶するものとしたが、１つに限定する必要はなく、複数の波長および配置位置の組み合わせを対応付けて記憶することもできる。
【００８３】
また、上述した実施の形態１および２では、標本検出手段として、標本検出光学系が結像面ＩＰ上に結像されたスポット像を集光レンズ８，１３によって光学的にリレーし、２分割センサ１４上でスポット共役像を検出するものとしたが、かかる構成に限定されず、例えば、２分割センサ１４に替えて撮像装置等を用いることができる。また、２分割センサ１４または撮像装置等を、直に結像面ＩＰ上に配置することもできる。なお、この場合、ダイクロイックミラーＤＭもしくは波長選択フィルタＤＦからの計測光は、色収差補正レンズ９からλ／４板１０に至る光路において光軸ＯＡ２上に導入するとよい。
【００８４】
さらに、標本検出光学系として、上述したように遮光板６Ａ，６Ｂによって光束断面を半月状にした計測光を用い、スポット像もしくはスポット共役像を検出するナイフエッジ式の瞳分割型焦点検出光学系に限定されず、例えば特許文献３に記載された焦点検出光学系など種々のものを利用することができる。ここで、特許文献３に記載された焦点検出光学系は、瞳空間において計測光を２分割し、この分割した２光束が形成する各光学像の相対距離に基づいて標本の位置を検出する瞳分割型の焦点検出光学系である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる自動合焦装置および顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図２】対物レンズの色収差に応じた焦点位置の乖離を示す図である。
【図３−１】透明膜をもたない標本の合焦状態を示す図である。
【図３−２】表面部に透明膜が形成された標本の合焦状態を示す図である。
【図３−３】波長切換によって合焦誤差を補正した状態を示す図である。
【図４−１】観察光と計測光との色収差に応じた焦点位置の乖離を示す図である。
【図４−２】色収差補正レンズによって合焦誤差を補正した状態を示す図である。
【図５】設定条件記憶テーブルの一例を示す図である。
【図６】色収差補正レンズの配置位置と合焦面のオフセット量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例にかかる自動合焦装置および顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図８】設定条件記憶テーブルの一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の他の変形例にかかる自動合焦装置および顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図１０】設定条件記憶テーブルの一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる自動合焦装置および顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図１２】設定条件記憶テーブルの一例を示す図である。
【図１３】従来技術にかかる自動合焦装置および顕微鏡の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    ステージ
２    レボルバ
３ａ，３ｂ    対物レンズ
４Ａ，４Ｂ，４４    光源
５Ａ，５Ｂ    コリメーションレンズ
６Ａ，６Ｂ，１２    遮光板
７    ＰＢＳ
７Ａ，１１Ａ    ハーフミラー
８，１３    集光レンズ
９    色収差補正レンズ
１０    λ／４板
１１    ダイクロイックプリズム
１４    ２分割センサ
１４ａ，１４ｂ    受光部
１４ｃ    受光面
１５，１６，１７    モータ
１８    レボルバ用モータ駆動部
１９    焦準用モータ駆動部
２０    色収差補正レンズ用モータ駆動部
２１    レボ穴位置検出部
２２Ａ，２２Ｂ    レーザ駆動部
２３    増幅器
２４    Ａ／Ｄ変換器
２５，３５，４５，５５    コントロール部
２６，３６，４６，５６    記憶部
２６ａ，３６ａ，４６ａ，５６ａ，    設定条件記憶テーブル
２７    入力部
３３    リミット検出部
４２    フィルタ駆動部
１００，１０１，１０２，１０３    自動合焦装置
ＤＦ    波長選択フィルタ
ＤＭ    ダイクロイックミラー
ＦＰ，ＦＰ０    焦点面
ＦＰ３    合焦面
ＩＰ    結像面
ＯＡ１，ＯＡ２    光軸
Ｓ    標本
Ｓａ，Ｓｂ    表面
ＳＡ１，ＳＢ１    電流信号
ＳＡ２，ＳＢ２    電圧信号
ＳＡ３，ＳＢ３    検出信号
ＴＦ    透明膜
ＷＬ０    観察光
ＷＬ１〜ＷＬ３    計測光
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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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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【図１３】
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