JP3746703B2 - 焦点検出装置及びそれを備えた光学顕微鏡又は光学検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を介して対象物の観察、測定又は検査を行う光学装置に用いられる焦点検出装置及びそれを備えた光学顕微鏡又は光学検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系を介して対象物の観察、測定又は検査を行う光学装置として、例えば光学顕微鏡がある。このような装置において、観察、測定又は検査を行う者（観察者）は、対象物の像を鮮明に観察できるようにするために、対物レンズと対象物の間隔を調整して焦点合わせをする必要がある。多くの場合、この間隔調整は、ステージを上下に移動させることによって行なわれる。
その際、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。この場合、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、ステージを多少大きく移動させても像の鮮明度はあまり変化しない。この場合、観察者は焦点が合っているステージ位置を見つけることが困難になることがある。
【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、アクティブ方式の焦点検出装置がある。この方式では、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。
【０００４】
図７（ａ）にアクティブ方式の焦点検出装置の基本構成例を示す。図７中、２は光源、３はコリメートレンズ、４は遮光板、５８は偏光ビームスプリッタ、６は１／４波長板、７はダイクロイックミラー、１は対物レンズ、Ｓは対象物である標本、８は結像レンズ、９は光検出器である。
【０００５】
光源２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、レーザ光の偏光状態は直線偏光である。光源２より射出されたレーザ光は、コリメートレンズ３を介して平行光束となり、偏光ビームスプリッタ８に入射する。その際、コリメートレンズ３と偏光ビームスプリッタ８との間に配置された遮光板４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５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５に入射したレーザ光の全てが偏光ビームスプリッタ５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５の反射面で反射されたレーザ光は１／４波長板６に入射する。１／４波長板６は入射した直線偏光を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６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７で反射され、対物レンズ１に入射する。対物レンズ１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１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７で反射され１／４波長板６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５に入射したレーザ光は全て偏光ビームスプリッタ５を透過して結像レンズ８に入射する。結像レンズ８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９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を用いて構成されている。
【０００８】
なお、図７に示す構成の焦点検出装置では、対物レンズ１を介して標本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７に示した構成を、シングルスポット投光方式と呼ぶこととする。
【０００９】
シングルスポット投光方式において、合焦状態か非合焦状態かがどのようにして判断（検出）されるかを図８を用いて説明する。図８（ａ）,（ｂ），（ｃ）の下側の図は上側の図の矢印方向から見た図である。また、右側の図は光検出器９に集光した光束の状態を示す図である。
光検出器９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と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、この空隙部で形成された境界線が光軸と交差している。
【００１０】
合焦状態では、標本Ｓからの反射光は光検出器９の光軸上に集光するため、図８（ｂ）に示すように、光検出器９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。
【００１１】
次に非合焦状態は、標本Ｓが焦点位置よりも対物レンズ１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１に近い位置にある状態の２つがある。なお、本願においては、前者の場合を後ピン状態、後者の場合を前ピン状態と呼ぶこととする。
後ピン状態の場合は、図８（ａ）に示すように、標本から反射したレーザ光は光検出器９の手前で集光するため、光検出器９上には図８（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。
一方、前ピン状態では、図８（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。
【００１２】
このように、対物レンズ１と標本Ｓとの間隔の違いによって受光部Ａと受光部Ｂと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を判断、更には、前ピン状態か後ピン状態かを判断することができる。
【００１３】
図９は図７に示すような構成のシングルスポット投光方式の焦点検出装置における受光部Ａと受光部Ｂからの信号強度とデフォーカス量との関係を示すグラフである。図１０は更に受光部Ａからの信号強度と受光部Ｂからの信号強度との差をとったフォーカスエラー信号を示すグラフである。図１１は更に受光部Ａからの信号強度と受光部Ｂからの信号強度との差を受光部Ａからの信号強度と受光部Ｂからの信号強度との和で除算し、正規化したフォーカスエラー信号を示すグラフである。図１１に示すような正規化を行えば、標本の反射率が低く受光部の信号強度が弱い場合でもフォーカスエラー信号のパターンがそれほど変化しないので、より精度の高い合焦状態又は非合焦状態の判断を行なうことができる。
【００１４】
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る、又は対物レンズを上下に移動させる移動手段を備えれば、自動的に標本に合焦することができる。なお、本願においては、上述の自動的に合焦を行う手段を自動合焦手段と呼ぶこととする。
【００１５】
ところで、上記のようなシングルスポット投光方式の焦点検出装置は、凹凸の段差が多い標本に用いた場合に、焦点検出が不安定になり精度が劣化するという問題がある。そのような問題の解決方法として、本出願人は、特願２０００−１１２３８８号に示すようなマルチスポット投光方式を提案している。図１２（ａ）にマルチスポット投光方式の焦点検出装置の基本構成例を示す。マルチスポット投光方式の焦点検出装置では、光源部から複数の光束が射出されるようになっている。図１２（ａ）の例では、光源部は、光源２と、複数の光束を発生させる手段として、回折格子１０とを組み合せて構成されている。
【００１６】
光源部からの複数の光束は、上述したシングルスポット方式の焦点検出装置と同様の光路を辿り、対物レンズ１を経て、図１２（ｂ）に示すように、標本面Ｓ上で複数個のスポット光となる。その後、複数の光束は、標本面Ｓで反射され、再び対物レンズ１を透過した後、上述のシングルスポット方式の焦点検出装置と同様の光路を辿り、焦点検出装置の光検出器９に結像される。光検出器９上では、図１２（ｃ）に示すように、受光部Ａと受光部Ｂの間のわずかな空隙部にスポット光が一列に並んで結像される。そのように、回折格子１０と光検出器９とが位置調整して配置されている。
なお、複数の光束を発生させる手段としては、回折格子の代わりに、複数の単一光源を一列に並べたり、音響光学素子を用いたりしてもよい。
【００１７】
これまで述べたような、シングルスポット投光方式やマルチスポット投光方式の焦点検出装置は、それぞれ用途に応じて使い分けることが望ましい。凹凸の少ない標本で精度よく焦点検出をしたい場合にはシングルスポット投光方式の焦点検出装置を用いることが望ましく、凹凸の多い標本で安定した焦点検出をしたい場合にはマルチスポット投光方式の焦点検出装置を用いることが望ましい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シングルスポット投光方式及びマルチスポット投光方式では、いずれも標本Ｓを極端にデフォーカスしていくと、図１３（ａ）や図１３（ｅ）に示すように、ついには光束が受光部をはみだしてしまう。
その場合、図９に示すグラフからも明らかなように、受光部Ａや受光部Ｂから得られる信号強度は相当小さくなる。
【００１９】
受光部Ａ、Ｂから得られる信号強度が相当小さくなると、電気回路の電気ノイズや漏光や迷光が受光部に当たって出るノイズに埋もれてしまい、正常なフォーカスエラー信号が得られなくなる。すなわち、前ピン状態や後ピン状態を判断することができなくなる。
そして、図１０や図１１に示すように、プラス方向又はマイナス方向にデフォーカスしていくと、ついにはノイズにフォーカスエラー信号が埋もれてしまう。
【００２０】
このような理由で、焦点検出が可能なデフォーカス量には制限がある。これをＡＦ捕捉範囲と呼ぶ。
例えば、１００倍〜２５０倍の高倍対物レンズを用いた場合には、もともとの信号強度が弱いことに加えて、倍率が高いことにより、すぐに図１３（ａ）や図１３（ｅ）に示すような光束が受光部からはみだした状態になってしまうため、ＡＦ捕捉範囲がかなり狭くなってしまう。
【００２１】
ＡＦ捕捉範囲を広くとるための方法としては、焦点検出装置の光学系の結像倍率を下げることが考えられる。ところが、この方法では、例えば、４倍〜１０倍の低倍対物レンズを用いた場合に、合焦付近のフォーカスエラー信号が鈍感になりすぎ（即ち、合焦付近のフォーカスエラー信号の傾きが緩やかになる）、焦点検出の精度が劣化するため好ましくない。
【００２２】
このため、焦点検出装置の結像倍率は、使用する対物レンズの倍率と、焦点検出の精度と、ＡＦ捕捉範囲とのバランスを取るように決定される。しかし、従来の焦点検出装置では、高倍対物レンズのＡＦ捕捉範囲が狭くなる傾向にあった。
【００２３】
また、マルチスポット投光方式では、焦点検出装置に用いる光学系の結像倍率と光検出器の大きさとによって、標本面でのマルチスポット光の有効範囲が決定される。
このため、凹凸の多い標本では、できるだけマルチスポット光の有効範囲を広くして、安定した焦点検出を行うようにすることが望まれる。
【００２４】
そこで、従来のマルチスポット投光方式では、シングルスポット投光方式に比べて受光部の面積が大きな光検出器を用いていた。これは、図７（ｃ）のシングルスポット投光方式における光検出器と、図１２（ｃ）のマルチスポット投光方式における光検出器とを比較すれば明らかである。しかし、面積の大きい光検出器は、価格が高く、しかも、応答速度が低下し、さらには、光検出器を置く位置の金枠が大型化し、装置全体が大型化してしまうという問題があった。
【００２５】
また、焦点検出装置の結像倍率を下げるという解決手段も考えられるが、上述のように、４倍〜１０倍の低倍対物レンズでの焦点検出の精度が劣化してしまうという問題があるので好ましくない。
【００２６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低倍から高倍までの対物レンズに適合し、且つ、高倍対物レンズでのＡＦ捕捉範囲を広くすることが可能な焦点検出装置及びそれを備えた光学顕微鏡又は光学検査装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、マルチスポット投光方式において、標本面上での有効なマルチスポット投光範囲を確保しながら、光検出器の大型化を防ぐことが可能な焦点検出装置及びそれを備えた光学顕微鏡又は光学検査装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本第１の発明による焦点検出装置は、光源部と、光源部からの光束の一部を遮光する遮光部材と、入射した光束を反射又は透過させる面を有する光分割部材と、入射した光束を集光する集光光学系と、光軸と直交する面内に境界線を少なくとも１つ有し、該境界線を隔てて設けられた複数の受光部を備える光検出器とを備え、前記光源部及び前記遮光部材が、前記光分割部材を介して分割された第１の光路に配置され、前記集光光学系及び前記光検出器が、前記光分割部材を介して分割された第２の光路に配置され、前記光検出器が前記集光光学系の集光位置に配置された焦点検出装置であって、前記集光光学系が、前記境界線方向における焦点距離と、前記境界線に対し垂直な方向における焦点距離とが異なり、かつ、前記境界線方向の結像位置と、前記境界線に対し垂直な方向の結像位置とがほぼ一致するように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
また、本第２の発明による焦点検出装置は、本第１の発明において、前記集光光学系が、少なくとも２つのトーリック面を持つことを特徴とする。
【００２９】
また、本第３の発明による焦点検出装置を備えた光学顕微鏡又は焦点検出装置は、本第１又は本第２の発明による焦点検出装置、又は前記光源が複数の光束を射出する多光発生部材を含んで構成された本第１又は本第２の発明による焦点検出装置を備え、光検出器から出力されるフォーカスエラー信号に基づいて、自動合焦を行う自動合焦手段を備えている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用について説明する。
まず、本第１の発明の作用について説明する。
本第１の発明による焦点検出装置では、集光光学系の構成及び作用効果が図７に示す従来の焦点検出装置と異なる。なお、その他の基本構成及び作用については、上述した図７とほぼ同様であるので省略する。
【００３１】
従来の集光光学系は、図１４に結像レンズ８として示されている。この結像レンズの屈折面（光が入射する面と射出する面）は、いずれもレンズの中心を通る軸（中心軸）に対して回転対称な球面になっている。集光光学系は、図１４に示すように、１個の正レンズで構成される場合もあれば、複数個のレンズを組み合わせた正レンズ群で構成される場合もある。このような場合、光検出器上でのスポットは、標本面でデフォーカスしてゆくにつれて、図１３（ｃ）→（ｂ）→（ａ）、あるいは図１３（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）に示すように、略半円状に広がっていく。
【００３２】
これに対して、本第１の発明では、図１に示すように、集光光学系を、平面Ｅにおける焦点距離と平面Ｆにおける焦点距離とが異なり、かつ、平面Ｅの結像位置と平面Ｆの結像位置とがほぼ一致するように構成している。すなわち、本第１の発明では、集光光学系を一つのレンズとみなしたとき、屈折面はレンズの中心軸に対して回転非対称な形状の面になっている。
なお、平面Ｅにおける焦点距離とは、２つの受光部の境界線Ｘ−Ｙ方向における焦点距離のことである。一方、平面Ｆにおける焦点距離とは、前記境界線Ｘ−Ｙ方向に対し垂直な方向における焦点距離のことである。また、平面Ｅの結像位置とは、前記境界線Ｘ−Ｙ方向における結像位置のことである。一方、平面Ｆの結像位置とは、前記境界線Ｘ−Ｙ方向に対し垂直な方向における結像位置のことである。
平面Ｅと平面Ｆにおける焦点距離がそれぞれ異なることは、すなわち、平面Ｅと平面Ｆにおける結像倍率が異なるということである。なお、後述の説明では、平面Ｅでの焦点距離を小さく、（即ち、結像倍率を小さく）、平面Ｆでの焦点距離を大きく、（即ち、結像倍率を大きく）した構成について説明することとする。
【００３３】
このように構成すれば、光検出器上でのスポットは、標本面がデフォーカスされたとき、図２（ｃ）→（ｂ）→（ａ）、あるいは図２（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）というように、境界線Ｘ−Ｙと直交する方向に略楕円状に広がっていく。この様子を従来例（図１３）と比べると、受光部Ａと受光部Ｂの境界線Ｘ−Ｙに直交する方向については、本第１の発明ではそれほどスポットは長くならない。
このため、本第１の発明によれば、デフォーカスしても受光部Ａや受光部Ｂからの信号強度が、従来例と比較して、あまり低下しない。本第１の発明（図３）と従来例（図９）とを比較すると、同じデフォーカス位置（デフォーカス量）Ｘにおける信号強度は、本第１の発明の信号強度ＩＸの方が従来例の信号強度Ｉ’Ｘに比べて大きくなっている。
よって、本第１の発明によれば従来例と比べて、フォーカスエラー信号がノイズに埋もれることが無くなる。
【００３４】
また、本第１の発明では、境界線Ｘ−Ｙの方向におけるスポットの広がりが、従来例に比べて小さい。そのため、受光部からスポットがはみ出すときのデフォーカス量が、従来例よりも大きくなる。本第１の発明（図４）と従来例（図１０）において、信号強度がピークになるときの幅を比較すると、本第１の発明における幅Ｌの方が従来例における幅Ｌ’に比べて大きくなっている。幅Ｌ、幅Ｌ’で示された範囲では、デフォーカス量とフォーカスエラー信号が１対１に対応するので、オートフォーカスが作動可能な範囲となる。よって、本第１の発明の方が従来例に比べて、オートフォーカスが作動する範囲を広くとることができるということになる。
【００３５】
また、正規化したフォーカスエラー信号について本第１の発明（図５）と従来例（図１１）を比較すると、以下の違いがある。本第１の発明では、中央から左の範囲のフォーカスエラー信号は全てプラスの値で、中央から右の範囲のフォーカスエラー信号は全てマイナスの値である。この場合、本第１の発明では以下のようなことを行なうことができる。例えば、中央から左の範囲をステージと対象物との間隔が離れている状態、中央から右の範囲をステージと対象物との間隔が接近している状態とする。すると、デフォーカス信号がプラスであれば、フォーカス位置はステージと対象物との間隔を接近させる方向にあることがわかる。すなわち、フォーカス位置までのステージ（あるいは対物レンズ）の移動量は不明であるが、ステージを移動する方向は判明する。これに対して、従来例では、中央から右の範囲の信号は殆どマイナスの値であるが、一部プラスの値になっている。同様に、中央から左の範囲の信号は殆どプラスの値であるが、一部マイナスの値になっている。従って、従来例においてステージを移動させる方向の判断ができるのは、Ｄで示された範囲に限られる。このように、移動量は不明であるが移動方向がわかる範囲（ＡＦ補足範囲とする）を比較すると、本第１の発明の方が広いＡＦ補足範囲を得ることができる。
【００３６】
次に、本第２の発明の作用について説明する。
本第２の発明では、本第１の発明における集光光学系を、図１に示すように、少なくとも２つのトーリック面を持つように構成する。
このように構成すれば、平面Ｅと平面Ｆにおける焦点距離をそれぞれ異なる値にすることができ、かつ、平面Ｅと平面Ｆとの結像位置をほぼ一致させることが可能となる。
なお、集光光学系を１つのトーリック面で構成した場合、平面Ｅと平面Ｆにおける焦点距離を異なった値にすることは可能であるが、平面Ｅと平面Ｆとの結像位置を一致させることはできなくなる。なぜならば、１つのトーリック面では、非点収差を取り除くことができないからである。
【００３７】
本第２の発明において、集光光学系に用いるトーリック面は、少なくとも１面は正パワーを持つ面であり、少なくとも１面は負パワーを持つ面で構成する。２面より多いトーリック面を用いれば、より収差が取り除かれた集光光学系が得られ、精密な焦点検出が可能となる。
また、集光光学系に用いるトーリック面としてシリンドリカル面を用いれば、構成が単純であるため、安価に製作が可能となる。
【００３８】
なお、上記集光光学系を用いた本発明の焦点検出装置は、本第１又は第２の発明において、前記光源部が、複数の光束を射出する多光束発生部材を含んで構成されたものにも適用可能である。
【００３９】
光源部を複数の光束を射出するように構成すれば、マルチスポット投光ができる。なお、本発明におけるマルチスポット投光方式の構成及び作用については、集光光学系以外は上述した図１２とほぼ同様であるので説明は省略する。
本第３の発明のように、マルチスポット投光の構成に本第１又は第２の発明の構成を用いれば、光検出器上の境界線Ｘ−Ｙ方向における光束の広がりを抑えることができるので、図６に示すように、光検出器上の間隔を狭めることができる。これによって、図１５に示す従来の焦点検出装置に用いられていたような大型の光検出器を用いないで済む。
【００４０】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施例にかかる焦点検出装置に用いる集光光学系の概念図である。なお、焦点検出装置のその他の構成は図７に示した構成とほぼ同様である。
本実施例の集光光学系８’は、光検出器とは反対の側から順に、凸面のトーリック面１１ａを備えた正レンズ１１と、凹面のトーリック面１２ａを備えた負レンズ１２と、球面形の正レンズ１３とで構成されている。集光光学系のＥ平面での結像位置とＦ平面での結像位置とは、ほぼ一致している。また、Ｅ平面における焦点距離は、Ｆ平面における焦点距離と比べて小さくなっており、従って、Ｅ平面における結像倍率は、Ｆ平面における結像倍率に比べて小さくなっている。
【００４１】
標本から反射されて戻ってきた光束は、集光光学系８’に半円形の光束として入射する。そして、集光光学系８’を透過することにより、Ｅ平面で長く、Ｆ平面で短い、半楕円形の光束となる。半楕円形の光束は、光検出器９上に結像し、微小なスポット光となる。
このとき、本実施例の集光光学系８’によれば、Ｅ平面における結像倍率がＦ平面における結像倍率よりも小さいため、標本がデフォーカスされたとき、図２に示すように、光検出器９上でのスポットは、受光部Ａと受光部Ｂの境界線Ｘ−Ｙに直交する方向に長くなっても、境界線Ｘ−Ｙ方向にはそれほど長くならず半楕円状に広がっていく。
このため、本実施例の焦点検出装置によれば、高倍対物レンズでのＡＦ捕捉範囲を広くすることが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、本発明による焦点検出装置及びそれを備えた光学的顕微鏡又は光学検査装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
【００４３】
（１）前記集光光学系が、少なくとも１つの正のトーリック面と、少なくとも１つの負のトーリック面を有していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【００４４】
（２）前記集光光学系が、少なくとも１つの正のシリンドリカルレンズと、少なくとも１つの負のシリンドリカルレンズと、少なくとも１つの球面形の正レンズを有していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【００４５】
（３）前記光源部が、複数の光束を射出する多光束発生部材を含んで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点検出装置。
【００４６】
【発明の効果】
以上、本発明の焦点検出装置及びそれを用いた光学顕微鏡又は光学検査装置によれば、低倍から高倍の対物レンズに適合し、且つ、高倍対物レンズでのＡＦ捕捉範囲を広くすることができる。
また、マルチスポット投光方式において、標本面上での有効なマルチスポット投光範囲を確保しながら、光検出器の大型化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による焦点検出装置の第１実施例に係る集光光学系の説明図である。
【図２】本発明の集光光学系を用いた、デフォーカス時の、光検出器上での光束の様子を示す説明図である。
【図３】本発明の構成を用いた場合の、受光部Ａと受光部Ｂからの信号強度とデフォーカス量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の構成を用いた場合の、フォーカスエラー信号（Ｂ−Ａ）とデフォーカス量との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の構成を用いた場合の、正規化したフォーカスエラー信号（Ｂ−Ａ）／（Ｂ＋Ａ）とデフォーカス量との関係の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の集光光学系を用いた、マルチスポット投光時における光検出器の状態説明図である。
【図７】シングルスポット投光方式によるアクティブ焦点検出装置の概略図であり、(a)は概略構成図、(b)は(a)の対物レンズを矢印W方向に視た図、(c)は(a)の受光部を矢印V方向に視た図である。
【図８】シングルスポット投光方式による焦点検出装置の光検出器上でのスポットの様子を示す説明図であり、(a)は後ピン位置での状態、(b)は合焦位置での状態、(c)は前ピン位置での状態を示している。
【図９】従来の構成を用いた場合の、受光部Ａと受光部Ｂからの信号強度とデフォーカス量との関係の一例を示すグラフである。
【図１０】従来の構成を用いた場合の、フォーカスエラー信号（Ｂ−Ａ）とデフォーカス量との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】従来の構成を用いた場合の、正規化したフォーカスエラー信号（Ｂ−Ａ）／（Ｂ＋Ａ）とデフォーカス量との関係の一例を示すグラフである。
【図１２】マルチスポット投光方式によるアクティブ焦点検出装置の概略図であり、(a)は概略構成図、(b)は(a)の対物レンズを矢印W方向に視た図、(c)は(a)の受光部を矢印V方向に視た図である。
【図１３】従来の集光光学系を用いた、デフォーカス時の、光検出器上での光束の様子を示す説明図である。
【図１４】従来の焦点検出装置に用いる集光光学系の概略構成図である。
【図１５】従来の集光光学系を用いた、マルチスポット投光時における光検出器の状態説明図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 光源
３ コリメートレンズ
４ 遮光板
５ 偏光ビームスプリッタ
６ １／４波長板
７ ダイクロイックミラー
８ 集光光学系（結像レンズ）
８’ 集光光学系
９ 光検出器
１０ 回折格子
１１ 正レンズ
１１ａ 凸面のトーリック面
１２ 負レンズ
１２ａ 凹面のトーリック面
１３ 正レンズ

Claims (3)

1. 光源部と、
   光源部からの光束の一部を遮光する遮光部材と、
   入射した光束を反射又は透過させる面を有する光分割部材と、
   入射した光束を集光する集光光学系と、
   光軸と直交する面内に境界線を少なくとも１つ有し、該境界線を隔てて設けられた複数の受光部を備える光検出器とを備え、
   前記光源部及び前記遮光部材が、前記光分割部材を介して分割された第１の光路に配置され、
   前記集光光学系及び前記光検出器が、前記光分割部材を介して分割された第２の光路に配置され、
   前記光検出器が前記集光光学系の集光位置に配置された焦点検出装置であって、
   前記集光光学系が、前記境界線方向における焦点距離と、前記境界線に対し垂直な方向における焦点距離とが異なり、かつ、前記境界線方向の結像位置と、前記境界線に対し垂直な方向の結像位置とがほぼ一致するように構成されていることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記集光光学系が、少なくとも２つのトーリック面を有していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の焦点検出装置、又は前記光源部が複数の光束を射出する多光発生部材を含んで構成された請求項１又は２に記載の焦点検出装置を備え、前記光検出器から出力されるフォーカスエラー信号に基づいて、自動合焦を行う自動合焦手段を備えた光学顕微鏡又は光学検査装置。

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