(57)【要約】【課題】段差などのエッジ部での散乱の影響を受けにくい焦点検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】光源４とコリメートレンズ５との間に、多光束発生素子としての水晶フィルタ６０を配置している。水晶フィルタ６０は複屈折光学素子であり、水晶フィルタ６０の結晶軸が光軸に対してある角度で傾いた切断面でつくられている。光源４からの光線を偏光面にて直交する２つの成分に分離することができ、２つの光源を用いたような効果を得ることができるので、標本Ｓ上で２つのスポット光が投影される。【選択図】  図１１
2005115292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源からの光束の一部のみを対物レンズに入射させる一部入射手段と、前記対物レンズを通過して標本面で反射した光束を集光する集光光学系と、この集光光学系の集光位置に配置され、少なくとも２つの受光部を備える光検出器と、前記光源から前記標本までの光路中に配置され、複数の光束を射出するための複屈折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２】
前記複屈折光学素子は、光軸に対して所定の角度で傾いた結晶軸を有し、横方向にずらして光束を射出する水晶フィルタであることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記複屈折光学素子は、光軸に対して略垂直の結晶軸を有し、縦方向にずらして光束を射出する水晶フィルタであることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記一部入射手段は、前記光源と前記光検出器との間の光路中に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光する遮光部材であることを特徴とする請求項１、２，３または請求項４記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記光源と前記標本までに配置され、複数の光束を射出する回折格子を具備することを特徴とする請求項１，２，３または４記載の焦点検出装置。
【請求項６】
光源と、この光源からの光束の一部のみを対物レンズに入射させる一部入射手段と、前記対物レンズを通過して標本面で反射した光束を集光する集光光学系と、この集光光学系の集光位置に配置され、少なくとも２つの受光部を備える光検出器と、前記光源から前記標本までの光路中に配置され、光軸に対して所定の角度で傾いた結晶軸を有し、横方向にずらして光束を射出する第１の水晶フィルタと、前記光源から前記標本までの光路中に配置され、前記光軸に対して略垂直の結晶軸を有し、縦方向にずらして光束を射出する第２の水晶フィルタと、前記光源から前記標本に配置され、複数の光束を射出する回折格子とを有することを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系を介して対象物の観察、測定、検査を行う光学装置に用いられる焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系を介して対象物の観察、測定、検査を行う光学装置、例えば光学顕微鏡では、観察者は対象物の像を鮮明に観察するために、ステージを上下に移動させて対物レンズと対象物の間隔を調整して焦点合わせをしなければならない。この時、対物レンズの倍率が高い場合は焦点深度が浅いため、ステージを大きく移動させると合焦位置を見つけることができない。そこで観察者は、少しずつステージを移動させなければならず、合焦位置を見つけるのに時間がかかる。一方、対物レンズの倍率が低い場合は焦点深度が深いため、観察者はどのステージ位置で焦点が合っているのか判断することが困難になる場合がある。
【０００３】
このような問題を解消するために、近年、これらの光学装置に焦点検出装置を組み合わせるようになってきている。焦点検出装置にはさまざまな方式のものがあるが、その１つとして、対象物に向かって光を照射し、対象物から反射した反射光を光検出器で検出し、反射光の状態によって合焦状態か非合焦状態かを判断するアクティブ方式の焦点検出装置がある。
【０００４】
アクティブ方式の焦点検出装置の構成を図１７に示す。４は光源、５はコリメートレンズ、７は遮光板、８は偏光ビームスプリッタ、１１は１／４波長板、１２はダイクロイックミラー、３は対物レンズ、Ｓは対象物である標本、１３は結像レンズ、１４は光検出器である。
【０００５】
光源４は半導体レーザであって、赤外波長域のレーザ光を射出する。また、偏光状態は直線偏光である。レーザ光はコリメートレンズ５で平行光束となり、偏光ビームスプリッタ８に入射する。この時、コリメートレンズ５と偏光ビームスプリッタ８の間に配置された遮光板７によって、光束の半分が遮光される。偏光ビームスプリッタ８はＰ偏光の直線偏光を反射し、Ｓ偏光の直線偏光を透過する特性を備えている。そこで、射出されるレーザ光の偏光方向がＰ偏光方向と一致するようにあらかじめ半導体レーザを配置しておけば、偏光ビームスプリッタ８に入射したレーザ光の全てが偏光ビームスプリッタ８の反射面で反射されるので光強度（光量）の損失が生じない。
【０００６】
偏光ビームスプリッタ８の反射面で反射されたレーザ光は１／４波長板１１に入射する。１／４波長板１１は入射した直線偏光の円偏光にして射出するように配置されており、１／４波長板１１を射出したレーザ光は円偏光となってダイクロイックミラー１２で反射され、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は入射したレーザ光を標本Ｓ上に集光する。
【０００７】
標本Ｓで反射したレーザ光は再び対物レンズ３を通過するが、このとき入射した時と同じ光路を戻るのではなく、光軸を挟んで反対側の光路を戻っていく。そして、ダイクロイックミラー１２で反射され１／４波長板１１に入射する。ここで、円偏光のレーザ光は直線偏光となって射出されるが、今度は直線偏光の方向がＳ偏光方向となるので、偏光ビームスプリッタ８に入射したレーザ光は全て偏光ビームスプリッタ８を通過して結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３は入射したレーザ光を集光する。集光位置には光検出器４が配置され、レーザ光の光強度に応じた電気信号を発生する。光検出器１４は独立した２つの受光部Ａ、Ｂが近接して配置された構造を有しており、例えば２分割フォトダイオードが用いられる。
【０００８】
なお、図１７の構成では、対物レンズ３によって標本Ｓ上に集光されたレーザ光は形状が略円形で、非常に小さな面積を持つ集光点（以後、スポット光とする）となる。また、スポット光の数は１つである。よって、図１７に示した構成を、シングルスポット光投光方式と呼ぶことにする。
【０００９】
シングルスポット光投光方式において、合焦・非合焦状態がどのようにして判断（検出）されるかを図１８（ａ）及び図１９を用いて説明する。図１８（ａ）は凹凸形状を有する標本の凸部表面にスポット光が照射されており、この凸部表面に対して合焦になっている状態である。すなわち、対物レンズ３によって集光されたスポット光の大きさが最も小さくなる位置（以後、対物レンズの焦点位置とする）と標本Ｓの凸部表面とが一致している状態である。このとき、凸部表面で反射されたスポット光は、図１９（ｂ）の上側の図に示すように光検出器１４の中心に集光する。参考のために、光検出器１４の右側に集光した光束（スポット光）の光強度分布を示した。
【００１０】
光検出器１４は２つの同じ形状の受光部Ａ、受光部Ｂで構成されている。受光部Ａと受光部Ｂの間にはわずかな空隙部（ここでは単純に実線で示している）があり、この空隙部が光軸と一致している。なお、図１９（ｂ）の下側の図は上側の図の矢印方向から見た図である。
【００１１】
図１９（ａ）からわかるように、合焦状態では標本Ｓからの反射光は光軸上に集光するため、光検出器１４上に形成されるスポット光は光軸に対して左右対称な光強度分布となる。すなわち、スポット光の半分は受光部Ａに形成され、残りの半分は受光部Ｂに形成されることになるから、受光部Ａと受光部Ｂに形成されたスポット光の面積（光強度）は等しくなる。よって、合焦状態では２つの受光部Ａ、受光部Ｂから発生する電気信号も等しくなる。
【００１２】
次に非合焦状態であるが、これは標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ３から離れた位置にある状態と、標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ３に近い位置にある状態の２つがある。ここでは、前者の場合を後ピン状態、後者の場合を前ピン状態とする。後ピン状態の場合は図１９（ａ）に示すように、標本から反射したレーザ光は光検出器１４の手前で集光するため、光検出器１４上には図１９（ｂ）と比べて大きな径の光束が形成される。しかも、２つの受光部Ａ、Ｂに形成される光束は左右対称ではなく、一方の受光部、ここでは受光部Ｂに大きな光束が形成される。したがって、後ピン状態では、受光部Ｂで発生する電気信号に比べて受光部Ａで発生する電気信号が小さくなる。逆に、前ピン状態では、図１９（ｃ）に示すように、受光部Ａに大きな光束が形成されるので、受光部Ｂで発生する電気信号に比べて受光部Ａで発生する電気信号が大きくなる。
【００１３】
このように、対物レンズ３と標本Ｓの間隔によって受光部Ａと受光部Ｂで発生する電気信号の大小関係が変化するので、その差をとった信号（以後、フォーカスエラー信号）の値によって合焦状態か非合焦状態かの判断、更には前ピン状態か後ピン状態を判断することができる。したがって、このような焦点検出装置を顕微鏡などの光学装置に組み合わせて、フォーカスエラー信号がゼロになるようにステージを上下に移動させれば、自動的に標本に合焦することができる。
【００１４】
また、別のアクティブ方式の焦点検出装置としては、特開平８−２５４６５０号公報や特開平１０−１６１１９５号公報に記載されたものがある。これらの公報では、図１７においてコリメートレンズ５と遮光板７の間にシリンドリカルレンズやトーリックレンズを配置する構成が示されている。このような構成では図２０（ａ）に示すように、対物レンズ３により標本Ｓ上に集光されたレーザ光の形状は細長いスリット状となる。なお、図２０のような投光方式をスリット投光方式と呼ぶ。
【特許文献１】特開平８−２５４６５０号公報
【特許文献２】特開平１０−１６１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図１７に示すシングルスポット光投光方式の場合、図１８（ｂ）のような凹凸部のエッジ部（境界部）や段差のエッジ部にスポット光が照射されると、エッジ部で光が散乱されてしまう。その結果、光検出器に戻ってくる光の光強度が大幅に減少して焦点検出の精度が劣化するという問題がある。また、光検出器１４上に形成されるスポット光の形状が変形してしまい、例えば、標本Ｓ位置と対物レンズ３の合焦位置が一致しているにもかかわらず、フォーカスエラー信号がゼロにならずに非合焦状態と誤って判断してしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、図１８（ｃ）に示すように、標本が複数の高さの異なる凹凸形状を有している場合、スポット光が照射されている特定の高さの部分にのみ焦点が合ってしまう。そのため、例えば最も高い面に合焦してしまうと他の凹凸部が極端にぼけてしまい、高さの異なる複数の段差を一度に観察したり、複数の段差の幅を一度に測定することができない。
【００１７】
一方、スリット投光方式の場合、図２０（ｂ）に示すように、凹凸部のエッジ部や段差のエッジ部にスリット光が照射されたとしても、エッジ部分に照射される光の面積に比べて凸部や凹部の平面部分に照射される光の面積が大きい。そのため、エッジ部によって散乱される光の影響をほとんど受けることがなく、フォーカスエラー信号に誤差が生じることが少ない。また、図２０（ｃ）のように、標本が複数の高さの異なる凹凸形状を有している場合、異なる高さで反射した光が同時に光検出器１４上に集光するため、特定の高さに合焦するのではなくて平均的な高さに合焦することになる。よって、さまざまな凹凸部を一度に観察することができる。
【００１８】
しかしながら、スリット投光方式で用いられるトーリックレンズはレンズ自体が高価である。また、組立時の位置調整が困難であるため、複雑な調整機構を必要とする。また、複数の高さの異なる凹凸形状に対しては常に平均的な高さに合焦してしまい、シングルスポット光投光方式のように特定の高さに精密に合焦させることができない。
【００１９】
なお、スリット投光方式としては、光束中に細長い開口を持つ絞りを設けて光束をスリット状にする方法もあるが、光束の多くが絞りで遮光されるため光強度の損失が大きいという問題がある。
【００２０】
本願発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、段差などのエッジ部での散乱の影響を受けにくい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】
【００２１】
本願発明の請求項１に係る焦点検出装置は、光源と、この光源からの光束の一部のみを対物レンズに入射させる一部入射手段と、前記対物レンズを通過して標本面で反射した光束を集光する集光光学系と、この集光光学系の集光位置に配置され、少なくとも２つの受光部を備える光検出器と、前記対物レンズから前記光検出器までの光路中に配置され、複数の光束を射出するための複屈折光学素子とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項２に係る焦点検出装置は、前記複屈折光学素子は、光軸に対して所定の角度で傾いた結晶軸を有し、横方向にずらして光束を射出する水晶フィルタであることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項３に係る焦点検出装置は、前記複屈折光学素子は、光軸に対して略垂直の結晶軸を有し、縦方向にずらして光束を射出する水晶フィルタであることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４に係る焦点検出装置は、前記一部入射手段は、前記光源と前記光検出器との間の光路中に配置され、前記光源からの光束の一部を遮光する遮光部材であることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項５に係る焦点検出装置は、前記光源と前記標本までに配置され、複数の光束を射出する回折格子を具備することを特徴とするものである。
【００２６】
請求項６に係る焦点検出装置は、光源と、この光源からの光束の一部のみを対物レンズに入射させる一部入射手段と、前記対物レンズを通過して標本面で反射した光束を集光する集光光学系と、この集光光学系の集光位置に配置され、少なくとも２つの受光部を備える光検出器と、前記光源から前記標本までの光路中に配置され、光軸に対して所定の角度で傾いた結晶軸を有し、横方向にずらして光束を射出する第１の水晶フィルタと、前記光源から前記標本までの光路中に配置され、前記光軸に対して略垂直の結晶軸を有し、縦方向にずらして光束を射出する第２の水晶フィルタと、前記光源から前記標本に配置され、複数の光束を射出する回折格子とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本願発明の焦点検出装置においては、段差などのエッジ部での散乱の影響を受けにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００２９】
実施例１を図１に示す。図１は本発明の焦点検出装置を顕微鏡に組み合わせた時の構成を示している。ここで、図示しない顕微鏡本体にステージ１、レボルバ２が取り付けられており、レボルバ２には対物レンズ３ａ、３ｂが装着されている。ステージ１の上には標本Ｓが載せられている。レボルバ２は回転可能になっており、対物レンズ３ａか３ｂのどちらかが（対物レンズ２つ以上レボルバに取り付けられている場合はいずれか１つの対物レンズが）標本Ｓ上に位置するようになっている。
【００３０】
レボルバ２の回転は手動によって行われる場合もあるが、図１では電動式になっている。そのため、レボルバ２の近傍にはレボルバ２を回転するためのレボルバ用モータ１５が配置され、更にこのレボルバ用モータ１５を制御するためのレボルバ用モータ駆動部１７が設けられている。また、どの対物レンズがレボルバ２のレボ穴に装着されているかを設定したり検出するため、あるいはどの対物レンズが標本Ｓ上に位置しているかを検出するためのレボ穴位置検出部１９が設けられている。レボルバ用モータ駆動部１７及びレボ穴位置検出部１９はコントロール部２３に接続され、コントロール部２３によって制御されるようになっている。
【００３１】
次に、焦点検出装置は、光源４、コリメートレンズ５、回折格子６、遮光板７、偏光ビームスプリッタ８、結像レンズ１３、光検出器１４で構成されている。なお、図１７と同じ構成要素には同じ番号を付し、機能や作用についての詳細な説明は省略する。
【００３２】
光源４（ここでは半導体レーザ）にはレーザ駆動部２０が接続され、レーザ駆動部２０はコントロール部２３に接続されている。よって、光源４を発振させたり（点灯）、発振を止めたり（消灯）する制御をコントロール部２３で行うことができる。
【００３３】
本実施例では偏光ビームスプリッタ８とダイクロイックミラー１２の間に、光源４から射出されたレーザ光を対物レンズまで導くリレー光学系を構成するレンズ９、１０が配置されている。レンズ９は偏光ビームスプリッタ８から射出した平行光束を一旦集光し、レンズ１０は集光した光を平行光束にして射出するように配置されている。レンズ９で集光された位置は対物レンズ３の焦点位置と共役な位置であって標本Ｓの中間像が形成される中間結像位置である。なお、レンズ１０とダイクロイックミラー１２の間には１／４波長板１２が配置されている。
【００３４】
光検出器１４には増幅器２１が接続されている。増幅器２１は、光検出器１４の２つの受光部Ａ、Ｂでそれぞれ光電変換されて生じた電流を電圧に変換するとともに、電気信号を増幅する回路を２つ有している。増幅器２１で増幅された電気信号はＡ／Ｄ変換器２２でそれぞれデジタルデータに変換され、コントロール部２３内に設けられた記憶素子にそれぞれ保存される。
【００３５】
このほか、コントロール部２３にはパルスカウンタ２４が接続され、パルスカウンタ２４にはＪＯＧエンコーダ２５が接続されている。ＪＯＧエンコーダ２５は準焦用モータ１６を介して、ステージ１を上下に移動させる時に用いられるものである。また、コントロール部２３には操作部２６が接続されている。操作部２６には、レボルバ２を回転させて対物レンズの交換を行うための対物レンズ交換スイッチや、オートフォーカスの実行や解除を指示するＡＦ制御スイッチ、実行前に各種条件を設定するためのスイッチ類や入力部が配置されている。
【００３６】
ＪＯＧエンコーダ２５は回転機構を有しており、回転に伴う回転方向と回転量はパルスカウンタによって検出される。検出された回転方向と回転量のデータはコントロール部２３によって読み出され、そのデータに基づいて準焦用モータ駆動部１８に駆動データが送られる。準焦用モータ駆動部１８は駆動データに基づいて準焦用モータ１６に駆動信号を与える。その結果、ステージ１が光軸に沿って上下に移動する。なお、更にモータ等の駆動機構を備えることによって、ステージを光軸に垂直な方向に移動させることができるが、この時のステージの移動もＪＯＧエンコーダ２５を使って制御することが可能である。また、ステージ１を光軸方向に移動させるのではなく、対物レンズ３を単独で光軸方向に移動させるか、もしくは対物レンズ３とレボルバ２を一体で光軸方向に移動させても構わない。
【００３７】
コントロール部２３の詳細を図２に示す。コントロール部２３はＣＰＵ２７、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ２９、Ｉ／Ｏポート３０で基本的に構成されている。そして、それぞれがデータバス３１で接続され、データバス３１を介してデータのやり取りが行われる。ＲＯＭ２８にはオートフォーカス動作やステージ１の移動、あるいはレボルバ２の回転等、各種の制御を行うためのプログラムが格納されている。また、ＲＡＭ２９は、例えば前述のＡ／Ｄ変換機２２からのデジタルデータを保存する。Ｉ／Ｏポート３０は各種駆動部の制御信号の入出力を行う。
【００３８】
本実施例では、コリメートレンズ５と遮光板７の間に回折格子６が配置され、光源４と回折格子６とで多光束発生部材を構成している。回折格子６は、例えば平行平面板の一方の表面に周期的な振幅変化あるいは位相変化が形成されたもので、入射した光を複数のしかもそれぞれ角度の異なる光として射出する。図３はこの様子を示すもので、入射光と同じように直進して射出する０次光、ある角度で回折されて射出する±１次光、さらに大きな角度で射出される±２次光というように、１つの入射光から複数の光が発生する。なお、±２次光よりも更に高次の回折光も生じるが図３では省略している。
【００３９】
光源４から射出した１つの光束は、回折格子６を通過後に射出する角度が異なる多数の回折光（光束）を生じる。図４は、遮光板７の位置における０次〜±ｎ次の回折光ｄ0〜ｄnの様子を示したものである。これらの回折光ｄ0〜ｄnは遮光板７によって各光束の半分が遮光された後、対物レンズ３ａによって標本Ｓに照射されることになる。よって、標本Ｓ上には複数のスポット光が照射されることになる。本実施例のように、複数のスポット光が標本上に照射される投光方式をマルチスポット光投光方式とする。
【００４０】
標本Ｓで反射した複数のスポット光は、入射時と光軸を挟んで反対側の光路を逆に戻り光検出器１４上に集光する。図５は光検出器１４上での反射光の集光状態を示したものある。なお、複数のスポット光は標本の同一平面（同一高さ）で反射したものとする。
【００４１】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、後ピン状態、合焦状態、前ピン状態のときの集光状態である。図１９と同様に、後ピン状態では受光部Ａに比べて受光部Ｂに面積の大きな光束が入射し、合焦状態では受光部Ａ、Ｂともに同じ面積の光束が集光し、前ピン状態では受光部Ｂに比べて受光部Ａに面積の大きな光束が集光する。
【００４２】
このように、本実施例においても対物レンズ３と標本Ｓの位置関係に応じて、受光部Ａと受光部Ｂからの電気信号を演算して得られるフォーカスエラー信号が変化する。よって、フォーカスエラー信号の値から合焦・非合焦の状態、更には前ピン状態あるいは後ピン状態を判断することができる。
【００４３】
また、図６（ａ）に示すように標本に段差があったとしても、本実施例では図６（ｃ）に示すように３つのスポット光が照射されているので段差のエッジ部での影響を受けにくい。すなわち、例えば、中央のスポット光はエッジ部に照射されて半分以上が散乱されたとしても、その外側にある２つのスポット光は半分以上が平坦な部分に照射されているため、光検出器１４には外側の２つのスポット光による反射光が戻ってくる。よって、フォーカスエラー信号に誤差が生じにくくなり、スリット投光方式と同様に正確で安定した合焦が可能となる。
【００４４】
また、図７（ａ）に示すような複数の高さの異なる凹凸形状を持つ標本において、平均的な高さに合焦させることも可能である。図７（ｂ）はシングルスポット光投光方式の場合であって、凹凸の最も高い位置に合焦している場合である。この場合、このスポット光が照射されている位置のみ合焦状態になるため、他の凹凸部は非合焦状態になる。特に対物レンズが高倍率の場合、最も低い凹部は完全に非合焦状態（いわゆるピンぼけ）になり、全く観察することができない。したがって、ＬＡ−ＬＢ間の幅は測定できても、ＬＣ−ＬＤ間の幅はほとんど測定できないといった状態が生じる。
【００４５】
これに対して、本実施例では、図７（ｃ）に示すように、複数の高さの異なる凸部あるいは凹部に複数のスポット光ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３が照射される。よって、光検出器１４の受光面Ａ、Ｂには、合焦状態のスポット光ＳＰ’１、後ピン状態のスポット光ＳＰ’２、前ピン状態のスポット光ＳＰ’３が同時に形成されるので、フォーカスエラー信号はこれらの平均的な値になる。よって、スリット投光方式と同様に、平均的な高さに合焦することができる。この場合、スポット光が照射されている部分はいずれも非合焦状態であるが、合焦状態からわずかにずれている程度で極端にぼけて見えるわけではない。ＬＡ−ＬＢ間及びＬＣ−ＬＤ間の像はややぼけた状態ではあるが観察可能であるから、ＬＡ−ＬＢ間及びＬＣ−ＬＤ間のいずれにおいても幅の測定は可能となる。
【００４６】
このように、本実施例では回折格子６を光路中に配置することで、エッジ部の散乱に影響されない高精度の合焦が実現できるほか、平均的な高さに合焦することができる。また、回折格子６は外形が平行平面板であるので組み立て時の調整が容易である。また、保持機構も簡略にすることができる。また、回折格子６は軽量であるため、移動させるにしても簡単な移動機構で容易に移動させることができる点で好ましい。
【００４７】
尚、図１においては、遮光板７を回折格子６と偏光ビームスプリッタ８の間に配置したが、この遮光板７は光検出器１４までに配置されていれば良く、例えば、遮光板７を偏光ビームスプリッタ８と検出器１４側との間に配置しても良い。
【００４８】
また、図１においては、回折格子６をコリメートレンズ５と遮光板７との間に配置したが、この回折格子は、光源４から標本までの間に配置すれば良い。例えば、回折格子６を偏光ビームスプリッタ８より対物レンズ側の平行光束中に配置しても良く、この場合、光線は回折格子６を２回通過するために、より多くの複数の光線が光検出器１４に到達し、スポット光の数を増すことになる。
【００４９】
さらに、回折格子６とはピッチが異なる回折格子を回折格子６と平行に配置させても良い。この場合は、ピッチの異なる２つの回折格子をそれぞれＩＮ／ＯＵＴさせるで、光検出器１４で受光するスポット光の数やスポット光とスポット光との幅を適宜変化させることができる。
【実施例２】
【００５０】
図８を用いて実施例２を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
図８は図１の結像レンズ１３の代わりに、図８（ａ）に示すシリンドリカルレンズ５０，５１と通常のレンズ５２を配置したものである。これらシリンドリカルレンズ５０，５１は図８（ａ）のｂ方向から見ると平行平面形状でありパワーをもたない形状になっている。
【００５２】
シリンドリカルレンズ５０、５１によって、投影する倍率は縦／横の比率が異なり、光検出器１４では図８（ｃ）に示すような楕円形のスポット光となる。
【００５３】
この実施例２によれば、短径方向に倍率をもつ分短径方向に多くのスポット光を受光することができる。つまり、図１では、３つのスポット光を受光していたが、図８（ｃ）に示すように、シリンドリカルレンズ５０、５１により、５つのスポット光を受光することができる。
【００５４】
また、縦／横の比率は１．２倍から１０倍にするとより良い。
【実施例３】
【００５５】
図９を用いて実施例３を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５６】
この実施例３では、図１の遮光板７の代わりに、光源４、コリメータレンズ５５、絞り５６、及び回折格子６の順に偏心させて配置し、光源４からの光線を偏光ビームスプリッタ８の片側だけに入射するように配置したものである。
【００５７】
この実施例３によれば、光源４からの光線は偏光ビームスプリッタ８には片側だけしか入射しないので、遮光板７が不要である。
【実施例４】
【００５８】
図１０を用いて実施例４を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５９】
図１の遮光板７及び偏光ビームスプリッタ８を配置する代わりに、図１０に示すようにリレー光学系９と結像レンズ１３の間の片側の光路内に光源４、コリメートレンズ５８及び回折格子６を配置したものである。
【００６０】
この構成により、遮光板７及び偏光ビームスプリッタ８が不要である。
【実施例５】
【００６１】
図１１を用いて実施例５を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。図１１は図１の光源４と偏向ビームスプリッタ８との間を拡大して描いた図である。
【００６２】
この実施例５では、図１１（ａ）に示すように、回折格子６の代わりに、光源４とコリメートレンズ５との間に、多光束発生素子としての水晶フィルタ６０を配置したものである。さらに、水晶フィルタ６０の射出側には、λ／４板６１を配置している。
【００６３】
水晶フィルタ６０は複屈折光学素子であり、水晶フィルタ６０の結晶軸が光軸に対してある角度で傾いた切断面でつくられたものであり、光源４からの光線を偏光面にて直交する２つの成分に分離することができる。
【００６４】
つまり、水晶フィルタ６０を用いることにより、２つの光源を用いたような効果を得ることができ、標本Ｓ面には２つのスポット光を投影することができ、光検出器１４では２つのスポット光を受光することができる。
【００６５】
また、λ／４板６１により、分離した２つの成分がそれぞれ円偏光になる。このλ／４板６１は必要に応じて省略しても良い。
【００６６】
また、光源４は半導体レーザであり、直線偏光の状態で射出される。よって、水晶フィルタ６０の結晶軸と光源４からの光線の振動方向が０°または９０°の関係にある場合は、光源４からの光線は２つの成分に分離しない。一方、結晶軸と振動方向の関係が０°または９０°以外の関係にある場合は、光源４からの光線は偏光面にて直交する２つの成分に分離する。つまり、光源４を回転させることで、水晶フィルタ６０に入射した光線を分離させたり、させなかったりすることができる。よって、必要に応じて、光源４を回転させることで、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式との切り替えることが可能である。
【００６７】
尚、前記２つの成分の光量を略同じにしたい場合は、結晶軸と振動方向を４５°の関係にすると良い。
【００６８】
さらに、図１１（ｂ）に示すように、λ／４板６１の射出側に水晶フィルタ６０の厚さより薄い厚さを有する水晶フィルタ６０‘及びλ／４板６１’を順に配置しても良い。この構成では、水晶フィルタ６０及び水晶フィルタ６０’により標本Ｓ面では４つのスポット光を投影でき、光検出器１４では、４つのスポット光を受光することができる。
【００６９】
また、前述した同様の理由で、光源４及びλ／４板６１が回転することで、結晶軸と振動方向の関係が変化する。よって、光源４及びλ／４板６１を回転させることで、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式との切り替えができる。
【００７０】
さらにまた、図１１（ｃ）に示すように、光源４の射出側に厚さが等しい２つの水晶フィルタを配置した場合は、２枚の水晶フィルタを相互に回転させることで、マルチスポット投光方式とシングルスポット投光方式との切り替えが可能である。
【実施例６】
【００７１】
図１２及び図１３を用いて実施例６を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７２】
この実施例６では、図１２に示されているように、光源４から順に多光束発生部材としての水晶フィルタユニット６５、コリメートレンズ５、遮光板７が配置されている。
【００７３】
この水晶フィルタユニット６５は、入射側から水晶フィルタ６６、λ／４板６７、水晶フィルタ６８、λ／４板６９の順に積層して配列されている。これら水晶フィルタ６６及び水晶フィルタ６８は複屈折光学素子であり、水晶フィルタ６６及び水晶フィルタ６８の結晶軸が光軸に対してある角度で傾いた切断面でつくられたものである。尚、水晶フィルタ６６と水晶フィルタ６８の厚さは異なる。
【００７４】
光源４からの光線が水晶フィルタ６６に入射すると図１１で説明したように、光源４からの光線を偏光面にて直交する２つの成分に分離し、λ／４板６７で分離した二つの光線は円偏光になる。
【００７５】
さらに、この実施例６においては、水晶フィルタ６８を有しているので、水晶フィルタ６６で分離したそれぞれの光線をさらに分離することができる。つまり、水晶フィルタユニット６８により２つのスポット光が合計４つのスポット光となる。
【００７６】
また、λ／４板６９は必要に応じて省略しても良い。
【００７７】
また、水晶フィルタ６７，６９は、ルチル結晶、方解石等の複屈折光学素子でも良い。
【００７８】
さらに、水晶フィルタユニット６５は、結像光束中であれば良い。例えば、図１３に示すように、リレー光学系９とリレー光学系１０との間でも良い。
【００７９】
また、必要に応じて、水晶フィルタユニット６５の代わりに、1枚の水晶フィルタのみを配置しても良い。
【実施例７】
【００８０】
図１４を用いて実施例７を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８１】
この実施例７では、実施例１の構成に回折格子駆動部３２、回折格子駆動モータ３３が加わており、さらに、回折素子６の入射側に遮光板７が配置されている。
【００８２】
さらに、光源４とコリメートレンズ５との間には、水晶フィルタ７０、λ／４板７１、水晶フィルタ７２の順に積層する水晶フィルタユニット７３が配置されている。
【００８３】
実施例７では、回折格子６を回折格子駆動モータ３３によって移動することができる。よって、回折格子６が光路中にある場合は回折格子によって複数の光束が生じるため、マルチスポット光投光方式による焦点検出が行える。一方、回折格子６が光路中にない場合は１つの光束しか生じないため、シングルスポット光投光方式による焦点検出が行える。
【００８４】
回折格子６光路中への挿脱は、コントロール部２３に設けられた図示しない投光方式切替えスイッチによって行われる。例えば、初期状態ではシングルスポット光投光方式になっており、回折格子６は光束を遮らない位置（以後、待機位置とする）に配置されているものとする。この状態からマルチスポット光投光方式にするために投光方式切替えスイッチが１回押されると、コントロール部２３は回折格子駆動部３２に駆動命令を送る。そして回折格子駆動部３２から駆動信号が回折格子駆動モータ３３に送られ、回折格子駆動モータ３３が回転する。回転は図示しない公知の移動機構に伝達され、移動機構に搭載された回折格子６が光路中に移動し、マルチスポット光投光方式の構成となる。再びシングルスポット光投光方式にする場合は、投光方式切替えスイッチを再び押すことによって、回折格子が待機位置に移動して投光方式の切換えが完了する。
【００８５】
なお、投光方式を切替えるスイッチは１つでなくとも良く、シングルスポット光投光方式用スイッチとマルチスポット光投光方式用スイッチをそれぞれ用意し、いずれか一方を押して投光方式を切替えあるいは選択するようにしても良い。
【００８６】
以上のように、本実施例ではシングルスポット光投光方式とマルチスポット光投光方式を切替えて使用できる。そのため、シングルスポット光投光方式を使って標本の特定の位置（高さ）に高精度に合焦したり、マルチスポット光投光方式を使ってエッジ部による動作不安を起こさずに合焦したり、凹凸のある標本の平均的な位置（高さ）に合焦したりできるというように、標本の形状に応じてシングルスポット光投光方式とマルチスポット光投光方式を使い分けて最適な合焦を行うことができる。
【００８７】
また、光源４は半導体レーザであるために、光源４の回転及び、回折格子５の出し入れにより、光検出器１４でスポット光の数を調整することができる。
【００８８】
また、光源４を例えば２点で発光する２点面発光半導体レーザでも良く、４点で発光する４点面発光半導体レーザでも良い。この場合、１点で発光する場合より、２点面発光半導体レーザでは、光検出器１４で２倍の数のスポット光を受光でき、４点面発光半導体レーザでは、４倍の数のスポット光を受光することになる。
【００８９】
また、必要に応じて、回折格子５及び水晶フィルタユニット７３の一方を使用しなくても良い。
【実施例８】
【００９０】
図１５を用いて実施例８を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９１】
図１５（ａ）に示すように、光源４とコリメートレンズ５との間に水晶フィルタ７５が配置されている。この水晶フィルタ７５は結晶軸が光軸に対して略垂直の切断面でつくられたものである。
【００９２】
この実施例の場合は、水晶フィルタ７５を通過した光線はそれぞれ光路長が異なり、図１５（ｂ）に示すように、あたかも前後に光源があるように見える。また、標本Ｓ側では、図１５（ｃ）に示すように分離された光線はそれぞれ光軸方向（深さ方向=縦方向）にずらした位置で焦点を結ぶ。
【００９３】
この実施例８においては、深さ方向にずれた位置で２つのスポット光を標本Ｓ側に投影することができるので、多重層からなる標本や、深さ方向に凹凸がある標本等に対して有効である。例えば、図１５（ｄ）は、６層からなる標本Ｓの場合である。図１５（ｄ）では、1層と2層の境界面と４層と５層の境界面に同時にピントが合っている。これら２つの境界面でのそれぞれのピント情報を基にして所定の面での焦点を自動的に合わせることができる。
【００９４】
また、深さ方向にずれた位置での２つのスポット光の距離を変化させたい場合は、水晶フィルタ７５の厚さや水晶フィルタの屈折率を変化させることにより、適宜変化させることができる。また、２つのスポット光の投影倍率を変化させることでも、２つのスポット光の深さ方向の距離を変化させることができる。
【００９５】
また、図１１に示す水晶フィルタ６０のように結晶軸が光軸に対してある角度で傾いた切断面でつくられたものを、さらに光源４の射出側に配置すると、標本Ｓ側で深さ方向に焦点位置がずれると共に、光軸と垂直方向（横方向）にスポット光の数を増やすことができる。
【実施例９】
【００９６】
図１６を用いて実施例９を説明する。実施例１と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９７】
図１６に示すように、光源４から順にディフューザー８０、コリメートレンズ５、遮光板６、回折格子６が配列されている。
【００９８】
ディフューザー６００は光線を拡散する作用を有するものであり、ディフューザーの位置を変化させることで、標本Ｓ面上でのスポット光のぼかし量を調整することができる。
【００９９】
また、図１６において、光源４を２点面発光半導体レーザまたは4点面発光半導体レーザとしたり、水晶フィルタ、回折格子を適宜装着することでスポット光の数を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】実施例１であって、マルチスポット光投光方式において回折光学素子を用いた構成を示す図。
【図２】コントロール部の構成を示す図。
【図３】回折光学素子で生じる回折を示す図。
【図４】遮光部材によって光束の一部を遮光する様子を示す図。
【図５】マルチスポット光投光方式における光検出器上のスポット光の様子を示す図であって、（ａ）非合焦状態（前ピン状態）、（ｂ）合焦状態、（ｃ）非合焦状態（後ピン状態）。
【図６】段差がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）段差がある標本、（ｂ）シングルスポット光投光方式の場合、（ｃ）マルチスポット光投光方式の場合。
【図７】高さの異なる凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子とその時に光検出器状のスポット光の状態を示す図であって、（ａ）高さの異なる凹凸がある標本、（ｂ）シングルスポット光投光方式の場合、（ｃ）マルチスポット光投光方式の場合。
【図８】実施例２であって、シリンドリカルレンズの配置を示す図。
【図９】実施例３であって、遮光板を不要とする場合の図。
【図１０】実施例４であって、遮光板及び偏光ビームスプリッタを不要とする場合の図。
【図１１】実施例５であって、水晶フィルタにより光線が分離しているのを示す図。
【図１２】実施例６を示す図。
【図１３】実施例６を示す図。
【図１４】実施例７であって、回折光学素子の挿脱によって、マルチスポット光投光方式とシングルスポット光投光方式を切り替える構成を示す図。
【図１５】実施例８を示す図。
【図１６】実施例９を示す図。
【図１７】従来のシングルスポット光投光方式の構成を示す図。
【図１８】シングルスポット光投光方式において、凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）凸部の平面に光スポット光が照射されている場合（ｂ）凸部のエッジ部に光スポット光が照射されている場合（ｃ）高さの異なる凹凸がある標本上に照射される場合。
【図１９】シングルスポット光投光方式における光検出器上のスポット光の様子を示す図であって、（ａ）非合焦状態（前ピン状態）、（ｂ）合焦状態、（ｃ）非合焦状態（後ピン状態）。
【図２０】スリット投光方式において、凹凸がある標本上に照射されるスポット光の様子を示す図であって、（ａ）凸部の平面にスリット状の光が照射されている場合（ｂ）凸部のエッジ部にスリット状の光が照射されている場合（ｃ）高さの異なる凹凸がある標本上に照射される場合。
【符号の説明】
【０１０１】
４ 光源
５ コリメートレンズ
６ 回折格子
６ｂ 回折格子のセンサ遮光部
７ 遮光板
８ 偏光ビームスプリッタ
９，１０ リレー光学系
１２ ダイクロイックミラー
１３ 結像レンズ
１４ 光検出器
３２ 回折格子駆動部
６０  水晶フィルタ
６５  水晶フィルタユニット
７５  水晶フィルタ
８０  ディフューザー
【図１】
2005115292.tif 000003
【図２】
2005115292.tif 000004
【図３】
2005115292.tif 000005
【図４】
2005115292.tif 000006
【図５】
2005115292.tif 000007
【図６】
2005115292.tif 000008
【図７】
2005115292.tif 000009
【図８】
2005115292.tif 000010
【図９】
2005115292.tif 000011
【図１０】
2005115292.tif 000012
【図１１】
2005115292.tif 000013
【図１２】
2005115292.tif 000014
【図１３】
2005115292.tif 000015
【図１４】
2005115292.tif 000016
【図１５】
2005115292.tif 000017
【図１６】
2005115292.tif 000018
【図１７】
2005115292.tif 000019
【図１８】
2005115292.tif 000020
【図１９】
2005115292.tif 000021
【図２０】
2005115292.tif 000022