JPS63163313A - 非接触自動焦点位置合わせ装置 - Google Patents
非接触自動焦点位置合わせ装置Info
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- JPS63163313A JPS63163313A JP61308029A JP30802986A JPS63163313A JP S63163313 A JPS63163313 A JP S63163313A JP 61308029 A JP61308029 A JP 61308029A JP 30802986 A JP30802986 A JP 30802986A JP S63163313 A JPS63163313 A JP S63163313A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/30—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
- G02B7/32—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using active means, e.g. light emitter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/46—Indirect determination of position data
Landscapes
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- Remote Sensing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は偏光He−Neレーザ光線を測定光束として
利用した非接触自動焦点位置合わせ装置に関するもので
ある。
利用した非接触自動焦点位置合わせ装置に関するもので
ある。
〈従来の技術〉
様々なサイズ、形状、物性を有する対象物へ、光学的に
非接触で焦点位置合わせすることは、技術的に難しい問
題である。しかし、その非接触焦点位置合わせ技術の用
途が非常に多くあることから、今でも多くの学者が研究
を重ねている課題である。
非接触で焦点位置合わせすることは、技術的に難しい問
題である。しかし、その非接触焦点位置合わせ技術の用
途が非常に多くあることから、今でも多くの学者が研究
を重ねている課題である。
そして、従来行われてきた一般的な焦点位置合わせ技術
として、コンピュータ利用の画像処理技術があるが、こ
の画像処理技術にあっては、装置が大掛かりになること
、また画像走査を行うので焦点位置合わせ速度が遅いこ
と等の問題点が多くあり、あまり実用的であるとは言え
なかった。
として、コンピュータ利用の画像処理技術があるが、こ
の画像処理技術にあっては、装置が大掛かりになること
、また画像走査を行うので焦点位置合わせ速度が遅いこ
と等の問題点が多くあり、あまり実用的であるとは言え
なかった。
そこで、本発明者は上記の如き問題点に応じるため、長
年にわたる鋭意研究をしてきた結果として、先に非接触
自動位置合わせ装置(特願昭60−214773号参照
)を提案した。
年にわたる鋭意研究をしてきた結果として、先に非接触
自動位置合わせ装置(特願昭60−214773号参照
)を提案した。
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかしながら、昨今の技術進歩に応じて、光学的に感知
の難しい透明体を含む対象物、その透明体が側近位置に
配されている対象物、非常に微小なサイズ・形状を有す
る対象物など、様々な対象物が出現してきた。そこで、
本発明者はこの先の提案を更に改良し、前記の如き様々
な対象物に対しても正確且つ確実に対処できる非接触自
動焦点位置合わせ装置を提供せんとするものである。
の難しい透明体を含む対象物、その透明体が側近位置に
配されている対象物、非常に微小なサイズ・形状を有す
る対象物など、様々な対象物が出現してきた。そこで、
本発明者はこの先の提案を更に改良し、前記の如き様々
な対象物に対しても正確且つ確実に対処できる非接触自
動焦点位置合わせ装置を提供せんとするものである。
上記の如き透明体などを処理する場合、透明体の表面に
は画像が存在しないので、前記の如き画像処理技術では
対応が不可能である。
は画像が存在しないので、前記の如き画像処理技術では
対応が不可能である。
〈問題点を解決するための手段〉
この発明に係る非接触自動焦点位置合わせ装置は、上記
の目的を達成するために、レーザ機構、光学機構、焦点
位置合わせ機構とから構成されるものであり、 前記レーザ機構は; 測定光束としての偏光He−Neレーザ光綿を光学機構
の光軸と平行に発するもので、 前記光学機構は; 光軸に対して平行移動自在で且つレーザ機構から発せら
れた測定光束を直角方向へ反射自在な可動ミラーと、該
可動ミラーに°C反射された測定光束を光軸と平行な方
向へ反射し、該測定光束を可動ミラーの平行移動位置に
応じて光軸に接近・離反自在な測定光束とする固定ミラ
ーと、該固定ミラーにて反射された測定光束と光軸との
距離に応じた照射角度でもって、該測定光束を対象物へ
照射せしめると共に、対象物で反射された測定光束を再
度屈折する対物レンズと、対象物から反射し対物レンズ
にて屈折された測定光束を、光軸上で結像させる結像レ
ンズと、結像レンズを経た測定光束を受光する光位置検
出器とから成り、前記焦点位置合わせ機構は: 光位置検出器からの位置信号により、光学機構から照射
される測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わ
せすべく、少な(とも対象物又は対物レンズのいずれか
を移動させ、対象物と対物レンズとの間の距離を調整自
在としたものである。
の目的を達成するために、レーザ機構、光学機構、焦点
位置合わせ機構とから構成されるものであり、 前記レーザ機構は; 測定光束としての偏光He−Neレーザ光綿を光学機構
の光軸と平行に発するもので、 前記光学機構は; 光軸に対して平行移動自在で且つレーザ機構から発せら
れた測定光束を直角方向へ反射自在な可動ミラーと、該
可動ミラーに°C反射された測定光束を光軸と平行な方
向へ反射し、該測定光束を可動ミラーの平行移動位置に
応じて光軸に接近・離反自在な測定光束とする固定ミラ
ーと、該固定ミラーにて反射された測定光束と光軸との
距離に応じた照射角度でもって、該測定光束を対象物へ
照射せしめると共に、対象物で反射された測定光束を再
度屈折する対物レンズと、対象物から反射し対物レンズ
にて屈折された測定光束を、光軸上で結像させる結像レ
ンズと、結像レンズを経た測定光束を受光する光位置検
出器とから成り、前記焦点位置合わせ機構は: 光位置検出器からの位置信号により、光学機構から照射
される測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わ
せすべく、少な(とも対象物又は対物レンズのいずれか
を移動させ、対象物と対物レンズとの間の距離を調整自
在としたものである。
く作 用〉
この発明に係る非接触自動焦点位置合わせ装置は、可動
ミラーを平行移動させることにより、固定ミラーにおけ
る測定光束の反射点を変化させ、そしてこの固定ミラー
における反射点の位置に応じて、固定ミラーで反射され
た測定光束を光軸に対し接近・離反自在とするようにな
っている。測定光束が光軸に接近すると、測定光束は対
物レンズの中心部側で屈折し、光軸に接近した小さい照
射角度でもって対象物に照射される。また、測定光束が
光軸から離反すると、測定光束は対物レンズの外周部側
で屈折し、光軸に対する大きい照射角度でもって対象物
に照射される。このように、可動ミラーの平行移動位置
に応じて測定光束の照射角度を変化させることができる
ので、対象物の表面に焦点を合わせることができる最適
な照射角度を得ることが可能となる。
ミラーを平行移動させることにより、固定ミラーにおけ
る測定光束の反射点を変化させ、そしてこの固定ミラー
における反射点の位置に応じて、固定ミラーで反射され
た測定光束を光軸に対し接近・離反自在とするようにな
っている。測定光束が光軸に接近すると、測定光束は対
物レンズの中心部側で屈折し、光軸に接近した小さい照
射角度でもって対象物に照射される。また、測定光束が
光軸から離反すると、測定光束は対物レンズの外周部側
で屈折し、光軸に対する大きい照射角度でもって対象物
に照射される。このように、可動ミラーの平行移動位置
に応じて測定光束の照射角度を変化させることができる
ので、対象物の表面に焦点を合わせることができる最適
な照射角度を得ることが可能となる。
く実 施 例〉
以下この発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。
。
□第1実施例□
まず、この発明に係る非接触自動焦点位置合わせ装置の
基本構造を、第1図〜第3図に示した一実施例に基づい
て説明する。1はレーザ機構、2は光学機構〔図中二点
鎖線で囲んだ部分〕、3は焦点位置合わせ機構、4は対
象物、をそれぞれ示している。
基本構造を、第1図〜第3図に示した一実施例に基づい
て説明する。1はレーザ機構、2は光学機構〔図中二点
鎖線で囲んだ部分〕、3は焦点位置合わせ機構、4は対
象物、をそれぞれ示している。
レーザ機構lは、測定光束aとしての偏光He−Neレ
ーザ光線、つまり偏光されたHe−Neレーザ光線を、
後述する光学機構2の光軸5と平行に発するものである
。
ーザ光線、つまり偏光されたHe−Neレーザ光線を、
後述する光学機構2の光軸5と平行に発するものである
。
光学機構2は、可動ミラー6、固定ミラー7、対物レン
ズ8、結像レンズ9、拡大レンズ10、光位置検出器1
1、とを備えている。可動ミラー6は、レーザ機構lか
ら発せられた測定光束aを、光軸5に対し°ζ平行移動
しつつ直角方向へ反射できるようになっている。固定ミ
ラー7はハーフミラ−で、前記可動ミラー6にて反射さ
れた測定光束すを再度直角に反射し、光軸5と平行な測
定光束Cとするものである。固定ミラー7における反射
点12は、可動ミラー6の平行移動位置に応じて変化す
るものであり、またこの固定ミラー7における反射点1
2の位置に応じて、固定ミラー7から反射される測定光
束Cは光軸5に対して接近・離反自在となる。
ズ8、結像レンズ9、拡大レンズ10、光位置検出器1
1、とを備えている。可動ミラー6は、レーザ機構lか
ら発せられた測定光束aを、光軸5に対し°ζ平行移動
しつつ直角方向へ反射できるようになっている。固定ミ
ラー7はハーフミラ−で、前記可動ミラー6にて反射さ
れた測定光束すを再度直角に反射し、光軸5と平行な測
定光束Cとするものである。固定ミラー7における反射
点12は、可動ミラー6の平行移動位置に応じて変化す
るものであり、またこの固定ミラー7における反射点1
2の位置に応じて、固定ミラー7から反射される測定光
束Cは光軸5に対して接近・離反自在となる。
次に、固定ミラー7にて反射された測定光束Cは、対物
レンズ8にて屈折せしめられた後に対象物4へ照射され
、測定光束dとなって焦点p1が表面4aに合致する。
レンズ8にて屈折せしめられた後に対象物4へ照射され
、測定光束dとなって焦点p1が表面4aに合致する。
対象物4への測定光束dの照射角度θは、測定光束Cの
光軸5との距離に応じて決定される。つまり、固定ミラ
ー7で反射された測定光束Cが光軸5から離反している
場合は、測定光束Cは対物レンズ8の外周部側で屈折す
るので大きい照射角度θでもって対象物4へ照射される
。逆に、測定光束Cが光軸5に接近している場合は、測
定光束Cは対物レンズ8の中心部側で屈折するので小さ
い照射角度θでもっ゛ζ対象物4へ照射されるものであ
る。
光軸5との距離に応じて決定される。つまり、固定ミラ
ー7で反射された測定光束Cが光軸5から離反している
場合は、測定光束Cは対物レンズ8の外周部側で屈折す
るので大きい照射角度θでもって対象物4へ照射される
。逆に、測定光束Cが光軸5に接近している場合は、測
定光束Cは対物レンズ8の中心部側で屈折するので小さ
い照射角度θでもっ゛ζ対象物4へ照射されるものであ
る。
対象物4の表面4aにおいて照射角度θと同じ反射魚皮
でもって反射した測定光束eは、対物レンズ8にて再度
屈折せしめられて光軸5と平行な測定光束fとなる。こ
の測定光束fは結像レンズ9にて更に屈折されて測定光
束gとなり、光軸5上の再結像点p2を経て拡大レンズ
10へと導かれる。そして、測定光束gはこの拡大レン
ズ10にて屈折され、測定光束りとなって光位置検出器
11の2分割ホトセンサー11a、llbで受光される
。
でもって反射した測定光束eは、対物レンズ8にて再度
屈折せしめられて光軸5と平行な測定光束fとなる。こ
の測定光束fは結像レンズ9にて更に屈折されて測定光
束gとなり、光軸5上の再結像点p2を経て拡大レンズ
10へと導かれる。そして、測定光束gはこの拡大レン
ズ10にて屈折され、測定光束りとなって光位置検出器
11の2分割ホトセンサー11a、llbで受光される
。
そして、この光位置検出器11としては、半導体装置検
出器(PSD)を採用した。この半導体装置検出器(P
SD)は、画像上で走査を行わず入射光の位置情報を含
んだ位置信号を得ることができ、CCD、MOS等の固
体撮像素子に比べて、より高い分解能を持ち高いサンプ
リンググレードを得ることができる。そして、この光位
置検出器11は焦点位置合わせ機構3と電気的に接続さ
れており、光位置検出器11において測定光束りがどち
らのホトセンサー11a、llbにて受光されたかを示
す位置信号が焦点位置合わせ機構3へ送られるようにな
っている。ホトセンサー11aは対象物4と対物レンズ
8との距離を小さくする信号を焦点位置合わせ機構3へ
伝え、ホトセンサー11bはその距離を大きくする位置
信号を伝えるようになっている。
出器(PSD)を採用した。この半導体装置検出器(P
SD)は、画像上で走査を行わず入射光の位置情報を含
んだ位置信号を得ることができ、CCD、MOS等の固
体撮像素子に比べて、より高い分解能を持ち高いサンプ
リンググレードを得ることができる。そして、この光位
置検出器11は焦点位置合わせ機構3と電気的に接続さ
れており、光位置検出器11において測定光束りがどち
らのホトセンサー11a、llbにて受光されたかを示
す位置信号が焦点位置合わせ機構3へ送られるようにな
っている。ホトセンサー11aは対象物4と対物レンズ
8との距離を小さくする信号を焦点位置合わせ機構3へ
伝え、ホトセンサー11bはその距離を大きくする位置
信号を伝えるようになっている。
焦点位置合わせ機構3としては、サーボ回路によってモ
ータを駆動させる非常に動作スピードの速い「サーボ機
構」を採用した。そして、この焦点位置合わせ機構3は
対象物4に接続してあり、光位置検出器11からの位置
信号に応じて、対象物4と対物レンズ8との距離を調整
し、対象物4の表面4aで測定光束dの焦点p1が合致
するようにされている。尚、この焦点位置合わせ機構3
は、対物レンズ8(或いは光学機構2全体)の方を移動
させることもできるし、対象物4と対物レンズ8(或い
は光学機構2全体)の両方を移動させることもできる。
ータを駆動させる非常に動作スピードの速い「サーボ機
構」を採用した。そして、この焦点位置合わせ機構3は
対象物4に接続してあり、光位置検出器11からの位置
信号に応じて、対象物4と対物レンズ8との距離を調整
し、対象物4の表面4aで測定光束dの焦点p1が合致
するようにされている。尚、この焦点位置合わせ機構3
は、対物レンズ8(或いは光学機構2全体)の方を移動
させることもできるし、対象物4と対物レンズ8(或い
は光学機構2全体)の両方を移動させることもできる。
焦ん友冷っている状態〔第1図弁膜Y
測定光束dの焦点Piが対象物4の表面4aに合致して
いる状態が、焦点位置合わせされている状態であり、こ
の状態において、対象物4から反射された測定光束りは
、ホトセンサー11a、1tbの中立位Wp3(即ち、
バランスがとれているイ°装置)で受光され、焦点位置
合わせ機構3を作動させないようになっている。
いる状態が、焦点位置合わせされている状態であり、こ
の状態において、対象物4から反射された測定光束りは
、ホトセンサー11a、1tbの中立位Wp3(即ち、
バランスがとれているイ°装置)で受光され、焦点位置
合わせ機構3を作動させないようになっている。
対象物帖ル2u橿貫茎亘j至jいる状態〔第2図参照]
対象物4が光学機構2側へ外れて、焦点がズしている場
合には、対物レンズ8で屈折された測定光束dが、対象
物4表面4aにおける光軸5より下方の反射点14にて
反射され、そのまま対物レンズ8、結像レンズ9を経て
、先の再結像点p2よりも先の再結像点15を通過し、
拡大レンズ10の外周部側を通過して下側のホトセンサ
ー11bにて受光されろ。すると、その位置信号が焦点
位置合わせ機構3へ送られ、対象物4を光学機構2から
遠ざけるように移動させ、測定光束りがホトセンサー1
1a、iibの中立位置p3に来た時に焦点位置合わせ
機構3の作動は停止する。
合には、対物レンズ8で屈折された測定光束dが、対象
物4表面4aにおける光軸5より下方の反射点14にて
反射され、そのまま対物レンズ8、結像レンズ9を経て
、先の再結像点p2よりも先の再結像点15を通過し、
拡大レンズ10の外周部側を通過して下側のホトセンサ
ー11bにて受光されろ。すると、その位置信号が焦点
位置合わせ機構3へ送られ、対象物4を光学機構2から
遠ざけるように移動させ、測定光束りがホトセンサー1
1a、iibの中立位置p3に来た時に焦点位置合わせ
機構3の作動は停止する。
従って、前記第1図の如く測定光束dの焦点21対象物
4の表面4aへ合うこととなる。
4の表面4aへ合うこととなる。
刀」C挾が一光学機構」すから遠ざかっている状態〔爪
3図参照] 先とは逆に、対象物4が光学機構2から遠ざかって、表
面4aが焦点p1からズしている場合には、対物レンズ
8で屈折された測定光束dが、対象物4の表面4aにお
ける光軸5より上方の反射点16にて反射され、そのま
ま対物レンズ8、結像レンズ9、拡大レンズ10、手前
の再結像点17を経て、上側のホトセンサー11aに受
光される。すると、その位置信号が焦点位置合わせ機構
3へ送られ、焦点位置合わせ機構3が対象物4を光学機
構2側へ近づけるように移動させ、前記1図の如く測定
光束dの焦点位置合わせを行えるようになっている。
3図参照] 先とは逆に、対象物4が光学機構2から遠ざかって、表
面4aが焦点p1からズしている場合には、対物レンズ
8で屈折された測定光束dが、対象物4の表面4aにお
ける光軸5より上方の反射点16にて反射され、そのま
ま対物レンズ8、結像レンズ9、拡大レンズ10、手前
の再結像点17を経て、上側のホトセンサー11aに受
光される。すると、その位置信号が焦点位置合わせ機構
3へ送られ、焦点位置合わせ機構3が対象物4を光学機
構2側へ近づけるように移動させ、前記1図の如く測定
光束dの焦点位置合わせを行えるようになっている。
このように、対象物4が対物レンズ8の焦点p1から外
れていたとしても、それを自動的に是正・調整し、測定
光束dの焦点p1を対象物4の表面4aにピタリと合わ
せることができる。更に、対象物4が、仮に光軸5に対
して傾斜状態であったとしても、その対象物4の表面4
aからの乱反射光にて光位置検出器11及び焦点位置合
わせ機構3を作動することが出来るので問題はない。尚
、以上の基本構造において、固定ミラー7として、ハー
フミラ−を採用したが、ダイクロツクミラー、レーザミ
ラーその他のミラーであっても構わない。
れていたとしても、それを自動的に是正・調整し、測定
光束dの焦点p1を対象物4の表面4aにピタリと合わ
せることができる。更に、対象物4が、仮に光軸5に対
して傾斜状態であったとしても、その対象物4の表面4
aからの乱反射光にて光位置検出器11及び焦点位置合
わせ機構3を作動することが出来るので問題はない。尚
、以上の基本構造において、固定ミラー7として、ハー
フミラ−を採用したが、ダイクロツクミラー、レーザミ
ラーその他のミラーであっても構わない。
また、光位置検出″a11として半導体装置検出2W(
PSD)を採用したが、その他の光位置検出器、例えば
フォトダイオード(PD)などを採用しても同程度の効
果を期待できる。そして、焦点位置合わせ機構3として
、サーボ機構を採用したが、サーボ機構と同程度の動作
スピードを有する機構であれば他のも°のでも同じ効果
を得ることができる。更に、光位置検出器11の直前位
置に偏向フィルターを配し、偏光)(e−Neレーザ光
線と同波長(6328人)付近の入射光を遮断し、面1
ノイズ性を向上させることも可能である。
PSD)を採用したが、その他の光位置検出器、例えば
フォトダイオード(PD)などを採用しても同程度の効
果を期待できる。そして、焦点位置合わせ機構3として
、サーボ機構を採用したが、サーボ機構と同程度の動作
スピードを有する機構であれば他のも°のでも同じ効果
を得ることができる。更に、光位置検出器11の直前位
置に偏向フィルターを配し、偏光)(e−Neレーザ光
線と同波長(6328人)付近の入射光を遮断し、面1
ノイズ性を向上させることも可能である。
この基本的構造及び作用を利用することにより、先の提
案(特願昭60−214773号)でも開示したが、以
下のような有益な利用を図ることができる。
案(特願昭60−214773号)でも開示したが、以
下のような有益な利用を図ることができる。
■ 対象物4の位置(距離)合わせを行えるので、各種
部品(対象物)の所定位置への位置決め・設置を正確且
つ迅速に行うことができる。
部品(対象物)の所定位置への位置決め・設置を正確且
つ迅速に行うことができる。
■ 上記の位置(距離)合ねせを、1部品(対象物)で
複数ポイント同時に行えば、その部品の傾斜度(垂直度
)を正確に設定することができる。
複数ポイント同時に行えば、その部品の傾斜度(垂直度
)を正確に設定することができる。
■ 焦点位置合わせ機構3にて光学機構2を移動させて
焦点を合わせるようにし、且つとの対物レンズ8をその
まま顕微鏡や望遠鏡などの光学機器の対物レンズとして
兼用すれば、それら光学機器の自動焦点合わせ(オート
フォーカス)を行える。
焦点を合わせるようにし、且つとの対物レンズ8をその
まま顕微鏡や望遠鏡などの光学機器の対物レンズとして
兼用すれば、それら光学機器の自動焦点合わせ(オート
フォーカス)を行える。
■ 対物レンズ8を移動させて焦点合わせを行うように
し、その対物レンズ8の移動量をエンコーダ等により数
値化すれば、その数値より対象物4から対物レンズ8〔
光学機構2〕までの距離を非接触で計測することができ
ると共に、三次元測定器の非接触センサー、液体表面の
自動変位測定に応用することができる。
し、その対物レンズ8の移動量をエンコーダ等により数
値化すれば、その数値より対象物4から対物レンズ8〔
光学機構2〕までの距離を非接触で計測することができ
ると共に、三次元測定器の非接触センサー、液体表面の
自動変位測定に応用することができる。
■ 反射対象物と対物レンズ8との間に透明体を介在さ
せ、その時の対物レンズ8の移動量と、その透明体の屈
折率から、その透明体の厚さを非接触で測定することが
できる。
せ、その時の対物レンズ8の移動量と、その透明体の屈
折率から、その透明体の厚さを非接触で測定することが
できる。
そして、この非接触自動焦点位置合わせ装置の特徴は、
可動ミラー6の平行移動により任意に調整・選択した照
射角度θでもって、上記非接触自動位置合ねせを行える
ので、前述の基本的作用効果に加えて、以下ような優れ
た作用効果を奏することが可能となる。以下、その優れ
た作用効果を説明する。
可動ミラー6の平行移動により任意に調整・選択した照
射角度θでもって、上記非接触自動位置合ねせを行える
ので、前述の基本的作用効果に加えて、以下ような優れ
た作用効果を奏することが可能となる。以下、その優れ
た作用効果を説明する。
□第2実施例□
第4図及び第5図はこの発明の第2実施例を示す図であ
る。尚、先の実施例と共通する部分については同一の符
号を付し、また光学機構2の対物レンズ8と対象物4近
辺だけを図示するものとし、その他の図示は省略する。
る。尚、先の実施例と共通する部分については同一の符
号を付し、また光学機構2の対物レンズ8と対象物4近
辺だけを図示するものとし、その他の図示は省略する。
対象物4への照射角度θを可変設定できることが特徴で
ある本非接触自動焦点位置合わせ装置は、光学的感知が
比較的困難な透明体の位置(焦点)合わせに好適である
。透明体である対象物4は、その表面4aと裏面4bと
でそれぞれ反射が行われる。つまり、ある照射角度θで
もって照射された測定光束dは、そのまま対象物4内へ
屈折して透過していく測定光束iと、表面4aで反射さ
れる測定光束eとに一旦分かれる。一方、対象物4内へ
透過していった測定光束iは、更に裏面4b側へ抜りて
いく測定光条jと、裏面4bで反射される測定光条にと
に分かれる。従って、表面4aで反射された測定光束e
と、裏面4bで反射された測定光束にの両方が、再度対
物レンズ8にて屈折されて、光位置検出器11にて感知
される〔第4図参照〕。表面4aからの測定光束eの方
が強い場合には、表面4aに焦点が合うが、裏面4bの
状況によっては、裏面4bからの測定光束にの方が強い
場合があり、その際にはその裏面4bから反射されたこ
の測定光束kにて光位置検出器11及び焦点位置合わせ
機構3が支配され、裏面4bに焦点が合ってしまうおそ
れがある。
ある本非接触自動焦点位置合わせ装置は、光学的感知が
比較的困難な透明体の位置(焦点)合わせに好適である
。透明体である対象物4は、その表面4aと裏面4bと
でそれぞれ反射が行われる。つまり、ある照射角度θで
もって照射された測定光束dは、そのまま対象物4内へ
屈折して透過していく測定光束iと、表面4aで反射さ
れる測定光束eとに一旦分かれる。一方、対象物4内へ
透過していった測定光束iは、更に裏面4b側へ抜りて
いく測定光条jと、裏面4bで反射される測定光条にと
に分かれる。従って、表面4aで反射された測定光束e
と、裏面4bで反射された測定光束にの両方が、再度対
物レンズ8にて屈折されて、光位置検出器11にて感知
される〔第4図参照〕。表面4aからの測定光束eの方
が強い場合には、表面4aに焦点が合うが、裏面4bの
状況によっては、裏面4bからの測定光束にの方が強い
場合があり、その際にはその裏面4bから反射されたこ
の測定光束kにて光位置検出器11及び焦点位置合わせ
機構3が支配され、裏面4bに焦点が合ってしまうおそ
れがある。
そこで、そのような場合には、可動ミラー6を反対象物
側Aへ平行移動させることにより、固定ミラー7にて反
射された測定光束Cを対物レンズ8の外周部側で屈折せ
しめ、測定光束dを大きい照射角度θlでもって対象物
4へ照射すればよい。
側Aへ平行移動させることにより、固定ミラー7にて反
射された測定光束Cを対物レンズ8の外周部側で屈折せ
しめ、測定光束dを大きい照射角度θlでもって対象物
4へ照射すればよい。
そうすると、表面4a及び裏面4bで反射する測定光束
e、にも共に反射角度が大きくなり、裏面4bから反射
された測定光条には、対物レンズ8に入射不能な方向へ
反射されることとなる。従って、表面4Pで反射された
測定光束eだけが対物レンズ8にて屈折され、この測定
光束eにより焦点位置合わせ機構3を作動させることが
可能となる。尚、表面4aからの測定光束eは、透明体
である対象物4の表面4aからの反射光なので、その光
量は少ないが光位置検出器11にて電気的に増幅すれば
問題ない。
e、にも共に反射角度が大きくなり、裏面4bから反射
された測定光条には、対物レンズ8に入射不能な方向へ
反射されることとなる。従って、表面4Pで反射された
測定光束eだけが対物レンズ8にて屈折され、この測定
光束eにより焦点位置合わせ機構3を作動させることが
可能となる。尚、表面4aからの測定光束eは、透明体
である対象物4の表面4aからの反射光なので、その光
量は少ないが光位置検出器11にて電気的に増幅すれば
問題ない。
つまりこの実施例は、実際に焦点合わせしたい対象物(
透明体)4の表面4a以外で反射する測定光束kを、対
物レンズ8に入射不能な方向へ反射させるべく、測定光
束の照射角度θを調整するものであり、対象物(透明体
)4の裏面4b側に不透明体などが接合又は離間配置さ
れている場合にも同様に適用できる。
透明体)4の表面4a以外で反射する測定光束kを、対
物レンズ8に入射不能な方向へ反射させるべく、測定光
束の照射角度θを調整するものであり、対象物(透明体
)4の裏面4b側に不透明体などが接合又は離間配置さ
れている場合にも同様に適用できる。
□第3実施例□
第6図及び第7図はこの発明の第3実施例を示す図であ
る。この実施例では、透明体(対象物)4の内部に不透
明体18が存在する場合について説明する。この場合は
不透明体18で反射されるヨj1定光束lの方が、表面
4aで反射される測定光束eよりも強いので、光位置検
出器11及び焦点位置合わせ機構3は必ず不透明体1日
の表面へ焦点位置合わせをしてしまう〔第6図参照〕。
る。この実施例では、透明体(対象物)4の内部に不透
明体18が存在する場合について説明する。この場合は
不透明体18で反射されるヨj1定光束lの方が、表面
4aで反射される測定光束eよりも強いので、光位置検
出器11及び焦点位置合わせ機構3は必ず不透明体1日
の表面へ焦点位置合わせをしてしまう〔第6図参照〕。
そうすると、実際に焦点位置合わせを行いたい透明体4
の表面4aに焦点が合わなくなってしまう。このような
場合にも、可動ミラー6を反対象物側へへ平行移動させ
、測定光束dを大きい照射角度θlとすることにより、
測定光束dの不透明体18での反射を回避することがで
きる〔第7図参照〕。
の表面4aに焦点が合わなくなってしまう。このような
場合にも、可動ミラー6を反対象物側へへ平行移動させ
、測定光束dを大きい照射角度θlとすることにより、
測定光束dの不透明体18での反射を回避することがで
きる〔第7図参照〕。
従って、透明体4の表面4aで反射された測定光束eだ
けにより焦点位置合わせ機構3を作動させ、透明体4の
表面4aに焦点を合わせることが可能となる。この実施
例の適用例としては、例えば透明基板内に電子回路(半
導体等)を封入した場合などに最適である。更に、不透
明体18が透明体4め内部に存在する場合だけでなく、
前述の如く透明体4の裏面4b側に不透明体18などが
接合又は離間配置されている場合も、不透明体1日と測
定光束dとの干渉(照射)を回避すれば、本実施例と同
様に、透明体4の表面4aにだけ焦点を合わせることが
できる。
けにより焦点位置合わせ機構3を作動させ、透明体4の
表面4aに焦点を合わせることが可能となる。この実施
例の適用例としては、例えば透明基板内に電子回路(半
導体等)を封入した場合などに最適である。更に、不透
明体18が透明体4め内部に存在する場合だけでなく、
前述の如く透明体4の裏面4b側に不透明体18などが
接合又は離間配置されている場合も、不透明体1日と測
定光束dとの干渉(照射)を回避すれば、本実施例と同
様に、透明体4の表面4aにだけ焦点を合わせることが
できる。
□第4実施例□
第8図〜第11図はこの発明の第4実施例を示す図であ
る。この実施例では、透明体19内部に小サイズの不透
明体20があり、その小サイズの不透明体20の表面に
焦点を合わせたい場合について説明する。不透明体20
が小さいので、照射角度θが大きいと対物レンズ8から
の測定光束dは当たらず、透明体19の表面19aで反
射された測定光束eにて光位置検出器11、焦点位置合
わせ機構3が作動し、この透明体19の表面19゛
aに焦・点が合ってしまい、不透明体20に焦点を合わ
せることができない〔第8図参照〕。
る。この実施例では、透明体19内部に小サイズの不透
明体20があり、その小サイズの不透明体20の表面に
焦点を合わせたい場合について説明する。不透明体20
が小さいので、照射角度θが大きいと対物レンズ8から
の測定光束dは当たらず、透明体19の表面19aで反
射された測定光束eにて光位置検出器11、焦点位置合
わせ機構3が作動し、この透明体19の表面19゛
aに焦・点が合ってしまい、不透明体20に焦点を合わ
せることができない〔第8図参照〕。
そこで、可動ミラー6を対象物側Bへ平行移動させるこ
とにより、光軸5に接近させた小さい照射角度θ2でも
って測定光束dを照射する〔第9図参照]。すると、測
定光束dが光軸5に接近した状態で照射されるので、よ
ほど不透明体20が極小でない限り測定光束dは不透明
体20に当たることとなる。測定光束dが不透明体20
へ一旦当たると、不透明体20から反射される測定光束
mの方が、透明体19の表面19aで反射される測定光
束eより強いので〔第10図参照〕、光位置検出器11
、焦点位置合わせ機構3はこの不透明体20から反射し
た測定光束fnにより作動し、不透明体20の表面へ焦
点を合わせることとなる〔第11図参照〕。しかも、透
明体19の厚さが大きくても問題なく焦点位置合わせす
ることができる。従って、前述の如く、電子回路(半導
体等)を透明基板内に封入した際の電子回路自体に焦点
を合わせる場合、本非接触自動焦点位置合わせ装置を顕
微鏡に組み込んで利用するとき、スライドガラスとカバ
ーガラスとで挟持された対象物としての検体自体に焦点
を合わせる場合などに好適である。更に、不透明体20
が透明体19の内部に存在する場合だけでなく、前述と
同様、透明体19の裏面19b側に不透明体20などが
接合又は離間配置されている場合も、その不透明体20
の方へ焦点を合わせることができる。
とにより、光軸5に接近させた小さい照射角度θ2でも
って測定光束dを照射する〔第9図参照]。すると、測
定光束dが光軸5に接近した状態で照射されるので、よ
ほど不透明体20が極小でない限り測定光束dは不透明
体20に当たることとなる。測定光束dが不透明体20
へ一旦当たると、不透明体20から反射される測定光束
mの方が、透明体19の表面19aで反射される測定光
束eより強いので〔第10図参照〕、光位置検出器11
、焦点位置合わせ機構3はこの不透明体20から反射し
た測定光束fnにより作動し、不透明体20の表面へ焦
点を合わせることとなる〔第11図参照〕。しかも、透
明体19の厚さが大きくても問題なく焦点位置合わせす
ることができる。従って、前述の如く、電子回路(半導
体等)を透明基板内に封入した際の電子回路自体に焦点
を合わせる場合、本非接触自動焦点位置合わせ装置を顕
微鏡に組み込んで利用するとき、スライドガラスとカバ
ーガラスとで挟持された対象物としての検体自体に焦点
を合わせる場合などに好適である。更に、不透明体20
が透明体19の内部に存在する場合だけでなく、前述と
同様、透明体19の裏面19b側に不透明体20などが
接合又は離間配置されている場合も、その不透明体20
の方へ焦点を合わせることができる。
□第5実施例□
第12図〜第14図はこの発明の第5実施例を示す図で
ある。この実施例では、本発明の非接触自動焦点位置合
わせ装置を利用して、非接触で距離計測をする場合の説
明を行う。対象物21の表面22には深い微小径の穴2
3が形成されている。
ある。この実施例では、本発明の非接触自動焦点位置合
わせ装置を利用して、非接触で距離計測をする場合の説
明を行う。対象物21の表面22には深い微小径の穴2
3が形成されている。
この穴23は径が微小サイズであり、深さがあることか
ら、通常の計測機器ではその深さを計測するのは困難で
ある。しかし、本発明に係る非接触自動焦点位置合わせ
装置を利用することにより計測が可能となる。
ら、通常の計測機器ではその深さを計測するのは困難で
ある。しかし、本発明に係る非接触自動焦点位置合わせ
装置を利用することにより計測が可能となる。
まず第1段階として、可動ミラー6を対象物側Bへ平行
移動させることにより、測定光束dを光軸5に接近させ
た小さい照射角度θ2で表面22に照射し、焦点p1を
合わせる。この時の表面22と対物レンズ8(光学機構
2)との間の距離をXとする〔第12図参照〕。第2段
階として、光学機構2全体を平行に移動させ、測定光束
dの焦点p1を穴23の中心に合わせる。すると、測定
光束dが穴23の底24に当たり、測定光束nとして対
物レンズ8へ反射してくる〔第13図参照]。この際も
測定光束dの照射角度θ2が小さいことから、穴23の
内壁等に干渉することがなく確実な反射が行われる。穴
23の底24における反射点25は光軸5からズしてい
るので、焦点位置合わせ機構3の作動により光学機構2
全体が対象物21の方へ移動して、底24における光軸
5上に焦点p1が合う〔第14図参照〕。そして、この
時の表面22と対物レンズ8(光学機構2)との間の距
離をYとすれば、穴23の深さはX−Yで求められる。
移動させることにより、測定光束dを光軸5に接近させ
た小さい照射角度θ2で表面22に照射し、焦点p1を
合わせる。この時の表面22と対物レンズ8(光学機構
2)との間の距離をXとする〔第12図参照〕。第2段
階として、光学機構2全体を平行に移動させ、測定光束
dの焦点p1を穴23の中心に合わせる。すると、測定
光束dが穴23の底24に当たり、測定光束nとして対
物レンズ8へ反射してくる〔第13図参照]。この際も
測定光束dの照射角度θ2が小さいことから、穴23の
内壁等に干渉することがなく確実な反射が行われる。穴
23の底24における反射点25は光軸5からズしてい
るので、焦点位置合わせ機構3の作動により光学機構2
全体が対象物21の方へ移動して、底24における光軸
5上に焦点p1が合う〔第14図参照〕。そして、この
時の表面22と対物レンズ8(光学機構2)との間の距
離をYとすれば、穴23の深さはX−Yで求められる。
また、対物レンズ8(光学機構2)の移動量が穴23の
深さそのものなので、エンコーダ等で計測したその移動
量から穴23の深さを直接求めてもよい。
深さそのものなので、エンコーダ等で計測したその移動
量から穴23の深さを直接求めてもよい。
このように測定光束a・・−が偏光He −N ’eレ
ーザ光線であること、及びその測定光束dの照射角度θ
を可動ミラー6の平行移動により小さく調整できること
から、従来比較的困難であった微小径サイズの穴23の
深さも非接触で自動的に計測することができる。また、
この計測対象である穴23と対物レンズ8との間に、仮
に透明体が介在していたとしても、前述した如く問題は
なく計測できる。
ーザ光線であること、及びその測定光束dの照射角度θ
を可動ミラー6の平行移動により小さく調整できること
から、従来比較的困難であった微小径サイズの穴23の
深さも非接触で自動的に計測することができる。また、
この計測対象である穴23と対物レンズ8との間に、仮
に透明体が介在していたとしても、前述した如く問題は
なく計測できる。
〈効 果〉
この発明に係る非接触自動焦点位置合わせ装置は以上説
明してきた如き内容のものなので、以下に示す如き種々
の効果を奏することができる。
明してきた如き内容のものなので、以下に示す如き種々
の効果を奏することができる。
(a) 光学的感知の難しい透明体を含む対象物や、
不透明体が接合或いは離間配置されている場合などにお
いても、測定光束の照射角度を変化させることにより、
透明体の表面でも、不透明体の表面でも、自由に非接触
で且つ正確な自動焦点位置合わせを行うことができる。
不透明体が接合或いは離間配置されている場合などにお
いても、測定光束の照射角度を変化させることにより、
透明体の表面でも、不透明体の表面でも、自由に非接触
で且つ正確な自動焦点位置合わせを行うことができる。
(b) 照射角度を小さくすることができるので、サ
イズが微小の対象物に対応することができる。
イズが微小の対象物に対応することができる。
(C) 測定光束として偏光He−Neレーザ光線を
採用したので、他のレーザ光線に比べて光束が細いうえ
に集光スポットが非常に小さく広がらないので、その分
、光位置検出器での位置検出を高精度(高分解能)で行
えるものである。この偏光He−Neレーザ光線の集光
スポットの径は対物レンズの倍率にもよるが、大体1μ
〜100μと非常に小さいものである(つまり、焦点位
置合わせ精度が高い)。
採用したので、他のレーザ光線に比べて光束が細いうえ
に集光スポットが非常に小さく広がらないので、その分
、光位置検出器での位置検出を高精度(高分解能)で行
えるものである。この偏光He−Neレーザ光線の集光
スポットの径は対物レンズの倍率にもよるが、大体1μ
〜100μと非常に小さいものである(つまり、焦点位
置合わせ精度が高い)。
また、この発明の実施例によれば、
(d) 測定光束の変位を拡大レンズで拡大するので
、小さな変位も見逃さずに正確に拡大し、その後光位置
検出器にて位置検出するので、高精度の位置検出を実現
することができる。従って、対物レンズと対象物との間
隔が大きく焦点精度が低下しゃすい状況であっても、高
精度の焦点位置合わせを実現することができる(つまり
、焦点位置合わせ精度が高い)。
、小さな変位も見逃さずに正確に拡大し、その後光位置
検出器にて位置検出するので、高精度の位置検出を実現
することができる。従って、対物レンズと対象物との間
隔が大きく焦点精度が低下しゃすい状況であっても、高
精度の焦点位置合わせを実現することができる(つまり
、焦点位置合わせ精度が高い)。
(e) 光位置検出器としての半導体装置検出器(P
SD)は、検出した測定光束のスポットの重心位置を出
力するだけなので、輝度分布が変化しても影響を受けず
、対象物の表面におけるR変分布(コントラスト)によ
って焦点位置合わせ精度が影響を受けない(つまり、耐
ノイズ性、測定の確実性が高い)。
SD)は、検出した測定光束のスポットの重心位置を出
力するだけなので、輝度分布が変化しても影響を受けず
、対象物の表面におけるR変分布(コントラスト)によ
って焦点位置合わせ精度が影響を受けない(つまり、耐
ノイズ性、測定の確実性が高い)。
げ)光位置検出器として半導体装置検出器(PSD)を
採用し、且つ焦点位置合わせ機構としてサーボa構を採
用したので、平均10mm5ecの素早い動作で、光学
機構と対象物との間の距離を調整することができる(つ
まり、焦点位置合わせ速度が速い)。
採用し、且つ焦点位置合わせ機構としてサーボa構を採
用したので、平均10mm5ecの素早い動作で、光学
機構と対象物との間の距離を調整することができる(つ
まり、焦点位置合わせ速度が速い)。
第1図は本発明の第1実施例に係る基本構造を示す概略
説明図、 第2図は対象物が光学機構側ヘズしている状態を示す第
1図相当の概略説明図、 第3図は対象物が反光学機゛構側ヘズしている状態を示
す第1図相当の概略説明図、 第4図及び第5図は、各々この発明の第2実施例を示す
拡大説明図、 第6図及び第7図は、各々この発明の第3実施例を示す
拡大説明図、 第8図及び第9図は、各々この発明の第4実施例を示す
拡大説明図、 第10図は、第9図中矢示X部分を示す拡大図、第11
図は、不透明体に焦点が合った状態を示す第10図相当
の拡大図、 第12図〜第14図は、各々この発明の第5実施例を示
す拡大説明図である。 1−・ レーザ機構 2 ・・・ 光学機構 3− 焦点位置合わせ機構 4.21− 対象物 5− 光軸 6 ・・−可動ミラー 7 ・・−固定ミラー 8−・・ 対物レンズ 9− 結像レンズ 11 −・ 光位置検出器 2〇 −不透明体(対象物) pl ・−・ 焦点 θ、pl、θ2−・ 照射角度 a−n −測定光束 第4図 第10図
説明図、 第2図は対象物が光学機構側ヘズしている状態を示す第
1図相当の概略説明図、 第3図は対象物が反光学機゛構側ヘズしている状態を示
す第1図相当の概略説明図、 第4図及び第5図は、各々この発明の第2実施例を示す
拡大説明図、 第6図及び第7図は、各々この発明の第3実施例を示す
拡大説明図、 第8図及び第9図は、各々この発明の第4実施例を示す
拡大説明図、 第10図は、第9図中矢示X部分を示す拡大図、第11
図は、不透明体に焦点が合った状態を示す第10図相当
の拡大図、 第12図〜第14図は、各々この発明の第5実施例を示
す拡大説明図である。 1−・ レーザ機構 2 ・・・ 光学機構 3− 焦点位置合わせ機構 4.21− 対象物 5− 光軸 6 ・・−可動ミラー 7 ・・−固定ミラー 8−・・ 対物レンズ 9− 結像レンズ 11 −・ 光位置検出器 2〇 −不透明体(対象物) pl ・−・ 焦点 θ、pl、θ2−・ 照射角度 a−n −測定光束 第4図 第10図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 レーザ機構、光学機構、焦点位置合わせ機構とから構成
されるものであり、 前記レーザ機構は; 測定光束としての偏光He−Neレーザ光線を光学機構
の光軸と平行に発するもので、 前記光学機構は; 光軸に対して平行移動自在で且つレーザ機構から発せら
れた測定光束を直角方向へ反射自在な可動ミラーと、 該可動ミラーにて反射された測定光束を光軸と平行な方
向へ反射し、該測定光束を可動ミラーの平行移動位置に
応じて光軸に接近・離反自在な測定光束とする固定ミラ
ーと、 該固定ミラーにて反射された測定光束と光軸との距離に
応じた照射角度でもって、該測定光束を対象物へ照射せ
しめると共に、対象物で反射された測定光束を再度屈折
する対物レンズと、 対象物から反射し対物レンズにて屈折された測定光束を
、光軸上で結像させる結像レンズと、結像レンズを経た
測定光束を受光する光位置検出器とから成り、 前記焦点位置合わせ機構は; 光位置検出器からの位置信号により、光学機構から照射
される測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わ
せすべく、少なくとも対象物又は対物レンズのいずれか
を移動させ、対象物と対物レンズとの間の距離を調整自
在としたことを特徴とする非接触自動焦点位置合わせ装
置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61308029A JPS63163313A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 非接触自動焦点位置合わせ装置 |
US07/134,739 US4843228A (en) | 1986-12-25 | 1987-12-18 | Method and apparatus for noncontact automatic focusing |
KR1019870014764A KR940002356B1 (ko) | 1986-12-25 | 1987-12-23 | 비접촉자동초점위치맞춤방법 및 장치 |
EP87311393A EP0273717B1 (en) | 1986-12-25 | 1987-12-23 | Method and apparatus for noncontact automatic focusing |
DE8787311393T DE3784231T2 (de) | 1986-12-25 | 1987-12-23 | Verfahren und vorrichtung zur beruehrungslosen automatischen fokussierung. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61308029A JPS63163313A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 非接触自動焦点位置合わせ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63163313A true JPS63163313A (ja) | 1988-07-06 |
JPH0563771B2 JPH0563771B2 (ja) | 1993-09-13 |
Family
ID=17976030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61308029A Granted JPS63163313A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 非接触自動焦点位置合わせ装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4843228A (ja) |
EP (1) | EP0273717B1 (ja) |
JP (1) | JPS63163313A (ja) |
KR (1) | KR940002356B1 (ja) |
DE (1) | DE3784231T2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006308709A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Tohoku Univ | 顕微鏡ステージ、および、焦点位置計測装置と共焦点顕微鏡システム |
JP2011008189A (ja) * | 2009-06-29 | 2011-01-13 | Olympus Corp | 焦点検出装置 |
Families Citing this family (15)
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