JPH0259963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は照明光束を用いて光学器械で観察中の
対象物に自動的に焦点を合わせる装置に関し、該
装置では中央から外れた所を通過する別の測定光
線束を用いて測定用光斑が対象物の表面に形成さ
れそして該光斑は、対象物から返送され前同様中
央から外れた所を通過する測定光線束により、照
明のための測定光線束の通路から取り出され
（Ausblendung）た後で、光電装置上に結線され、
斯くして該光電装置からの信号は、対物レンズの
焦点面と対象物の面が合致していない場合には制
御装置を励起し、該装置は対象物の面を、焦点面
に合致させる。このような種類の装置が西ドイツ
国特許第2102922号明細書により公知になつてい
る。

更にオーストリヤ国特許第353497号明細書によ
れば種々の対象物面に光学器械の焦点を自動的に
合わすための装置が公知になつており、該装置で
は対物レンズと光電素子との間に光線を分割する
性質を有する光学格子が挿入されており、該格子
は対物レンズの光軸の方向にのみ推移可能であり
並びに該光軸に直角な方向に振動することが可能
になつており、この際光学格子の代わりに厚さが
可変ではあるが位置固定した２重楔を用いること
も可能である。最後に述べた装置では、像の鮮鋭
さの評価が、関連する中間像面の像の「提供
（Angebot）」によつてのみ行われるという「消極
的」な系であるのが欠点であるが、西ドイツ国特
許第2102922号明細書には次ぎの欠点がある。即
ち対象物の別の面を焦点面として調節しようとす
る場合には対象物の表面の光斑の直径が拡大され
ることおよび対象物の表面の光斑は中心点から移
動するという欠点をもつている。この際移動した
光斑は対象物表面の形態の微分幾何学に従つて対
象物の微細構造に衝き当たり、斯くして別のＺ一
位置（Ｚ軸の方向は光学器械の対象物レンズの光
軸の方向に合致している）を示すということが惹
起される。この様な構造を持つ対象物の公知の装
置を用いて一定量の焦点ずらし調節をするのは実
施不可能である。更に別の欠点として、焦点がず
れた時光斑が拡大されるため、対物レンズ構造の
明若しくは暗の縁の部分での光の強度の重心
（Intensitａ″tsschwerpunkt）の推移が惹起され
る。このことから一定量の焦点ずらし調節を行う
ことが困難となる。何故ならば調節は光斑の光の
強度の重心の位置に関係するからである。

斯くして本発明の目的はレーザー自動焦点調節
装置を提供することであり、該装置により、その
都度の対象物の構造及び使用された測定光線の波
長並びにその都度挿入されている対物レンズ又は
其の都度用いられる光学器械に関係なく、最良の
自動的な焦点合わせ、一定量の調節可能な焦点ず
らし並びにその都度の光学器械の対物レンズの色
収差の自動的な補正が実現可能である。

上記の目的は冒頭に述べた種類の装置において
次ぎの様にして達成される。即ち該装置はレーザ
ー光線、特に変調されたレーザー光線を測定光線
として発生するための光源、照明側の測定光束の
半分を幾何学的に遮蔽するための光学的構成要素
並びにそれと同時に返送された測定光線束を測定
光線路から幾何学的に取り出す（Ausblendung）
ための光学的構成要素、光軸方向にのみ推移可能
なレンズ系、差動ダイオードとして形成された光
電装置及び照明側の測定光線束を光学器械の照明
光線路内に導き又は返送された測定光線束を光学
器械の照明光線路から反射により取り出す分割反
射鏡、例えばダイクロマチツクな分割反射鏡を包
含している。光学器械に後で取り付けることがで
きる付加系として使用するため、この装置は、光
学器械の照明光線路の中、特に顕微鏡落射照明装
置の中に、該装置の光源と光学器械の結像光線路
に配置されている第一の半透明鏡との間に挿入可
能な標準体として形成され、該標準体は第二の分
割反射反射鏡、例えばダイクロマチツクな分割反
射鏡を介して照明光線路に光学的に連結してい
る。付加的に相異なる寸法を持つた少なくとも２
つの開口絞りを担持している絞り推移子が、第二
の分割反射鏡と光学器械の照明光線路の光源との
間に設けることが可能である。更に付加的に明視
野絞りの面内にマークを配置することが可能であ
る。この際マークは十字形に交叉する液晶板から
成り、中央の交叉する部分が調節可能に光を弱め
る性質を有するものであるのが合目的である。若
しそうで無ければこれらマークは一枚の硝子板か
ら成り、その上に、周縁の部分に中心に向かつ
て、特に直径の両端に向き合う位置に線のマーク
が付されていてもよい。

本発明により差動ダイオードの前方にスリツト
絞りが配置されそして次の様に整列されている。
即ちスリツトは差動ダイオードのスリツトに直交
し並びに―その都度存在する焦点ずれの量に応じ
て―移動する結像されたレーザースポツトの光斑
の移動方向に合致している。この際スリツトの巾
はレーザースポツトの像に等しいのが合目的であ
る。しかしスリツトの幾何学的形状は次の様な寸
法にすることも可能である。即ち、狭い中央部分
から出発して差動ダイオードの２つのダイオード
のそれぞれに向かつて、スリツトの軸に関して対
象的に拡張されることも可能である。

付加的に可視光線を放射する調整可能な補助光
源を設けるのが好ましく、該光源は光学的部材、
第一の半透明反射鏡及び鏡筒レンズを介して、結
像光線路の中に存在している中間像面に結像され
る。

本発明の特に合目的な形成によれば、測定光線
束の光源として―特に脈動する―赤外範囲のレー
ザー光線、特に903nmの波長を放射するレーザー
ダイオードが設けられている。

更に、前以つて与えられた焦点ずらし調節に応
じてレンズをモーターにより変位させる手段が設
けられることが可能である。又、その都度作動位
置にある対物レンズの色収差を、その都度使用さ
れた測定光線の波長又は波長範囲に応じて自動的
に補正するための手段が設けられることが可能で
ある。この際この様な手段は機械的、光学的及
び／又は光電的識別構成部材を包括し、これらの
部材は操作単位及びレンズ変位モーターと協働
し、波長と対物レンズによつて定められる最良の
補正点に移動させられる。

本発明は次の記述において実施例を示す添付略
図により詳細に説明される。

第１図には垂直に走行している結像光線路Ａが
示されている。記号１により対象物が示され、該
対象物の表面は焦点面内に位置している。結像光
線路は先ず対物レンズ２を通過する。光束Ａは対
物レンズ射出瞳３を通過した後で、可視光線の範
囲で50／50の割合で反射しそして赤外の範囲で高
い反射率を有するダイクロマチツク分割反射鏡
T₁を通過する。鏡筒レンズ４を通過した後で中
間像面５に対象物１の像が形成される。その後で
光束Ａは図示されていない接眼鏡O_Kに到達する。

図示の場合において光学器械の照明光路は水平
に走行している。光束Ｂは光源６から出発し光学
部材７を通過した後で開口絞り８を通過し、この
開口絞りの面内には図示されていない開口絞り推
移子が配置されており、該推移子は相異なる寸法
の少なくとも２つの絞りを所有している。この絞
り推移子を用いて―手動又はモーターにより―位
置認識装置により測定に適合した開口絞りが挿入
可能である。光束Ｂは次にダイクロマチツク光線
分割反射鏡T₂を通過し、該反射鏡は光源６から
放射される可視光線を出来るだけ透過させそして
赤外線をできるだけ反射させるものである。明視
野絞り９の面内にはマークが存在し、該マークの
機能は後述する。光束Ｂはレンズ１１を通過した
後で第一のダイクロマチツク光線分割反射鏡T₁
に突き当りそこから反射された部分は対象物１の
方向に方向変換される。

一点鎖線で囲いをした部分にはレーザー自動焦
点装置が標準体M_Oとしてふくまれている。第１
図から明らかな様に該標準体は矢印１２の方向
に、例えば西ドイツ国実用新案第7917232号明細
書に記載さている如き落射照明顕微鏡の完成され
た光学照明系の中に挿入され、その際それ自体公
知の係合装置（Rastmittel）が照明光線束Ｂの中
のモジユール（交換可能な構成体）M_Oの正確に
調整された位置決めをする。

図示の形態においてはレーザーダイオードLD
として形成されているレーザー光源から特に脈動
する光線が放射される。赤外線の測定光線を用い
るのが合目的である。何故ならば赤外線は顕微鏡
の像を妨害する様な影響を与えないからである。
測定光線路Ｍは位置固定したレンズ１３を介し、
それから点線で示した矢印１５の如く軸方向に、
手動又はモーターによつて、推移可能なレンズ１
４を介し、２つの光線路Ｍ及びＢの交叉する位置
にあるダイクロマチツク分割反射鏡T₂に導かれ
る。明視野絞り９が位置している中間像面にはレ
ーザー光線LDの像が形成される。

焦点がずれた時測定光斑１６を対象物１の表面
で移動させるため、瞳１７の半分が覆われる。測
定光線束Ｍの半分を幾何学的に覆うのは組み込ま
れた光学構成部材、例えば分割プリズム１８によ
つて行われ、該プリズムは瞳１７の高さで測定光
線路Ｍの中に、半分だけ挿入されている。該プリ
ズムは完全反射プリズム面１９を有している。変
向プリズム１８により妨げられなかつた照明側の
測定光線束は、第１図において、第一のハツチン
グで示されている。照明側の測定光束の中央から
外れた部分を通る部分に記号Mbが付けられてい
る。測定光線はかくしてMbに沿つて、即ち中央
部分を外れた位置を通りモジユール構成の部分系
の光軸に対しほぼ平行に走行し、対物レンズ３の
射出瞳３に到達する。

対象物１の表面で反射した後で、返送された測
定光線束Mrは別のハツチングを付けられた所を
通り、T₂で反射した後で、最初の測定光線束Mb
によつて照明されていなかつた瞳１７の半分に到
達する。それから測定光線束は変向プリズム１８
の完全反射面１９により照明側の測定光線路Ｍか
ら取り出されそしてプリズム面２０で全反射した
後並びに光学部材２１を通過した後で差動ダイオ
ードに導かれ、該差動ダイオードは２つのダイオ
ードD₁及びD₂から成り立つている。図示の変向
プリズム１８の代わりに、他に提示された個々の
光学的、機械的及び光電的構成部材と同様に、同
様の作用を持つ構成要素を用いることも可能であ
る。

第４図には、相互の電子的結合並びに供給およ
び操作構成部材については、簡単のため示されて
いない２つのダイオードの正面詳細図が示されて
いる。２つのダイオード間には狭いスリツト２２
が存在している。差動ダイオードD₁，D₂の前方
にはスリツト絞り２３が配置されている。この絞
りは、組織の縁の様な特別な対象物の範囲におい
て光が散乱した時に焦点がずれるのを制限するの
に役立つている。該絞りは２つの絞りから成り立
ち、これらの絞りの間に絞りスリツト２４が形成
されている。図から明らかな様に絞りスリツト２
４はダイオードのスリツト２２に直角になつてお
りそして特に、測定光斑１６の像１６′の直径に
等しい巾を持つている。第４図では測定光斑１６
の像１６′は２つのダイオードD₁及びD₂に関して
完全に対称な位置にある。これらのダイオードは
光の強さの等しい同じ大きさの部分から刺激を受
ける。全体の系は焦点が合つた状態にある。焦点
が合つていない場合には光斑１６の像１６′は中
央位置から二重矢印２５の方向に移動する。図示
されていない手段により、１６′の移動に応じて
対象物―正確には載物机２６―が二重矢印２７の
方向に操作され斯くして再び焦点が完全に合致さ
せられる。載物机をＺ方向に変位させる代りに対
物レンズ２をＺ方向に変位させることも可能であ
ることは当然である。

絞りスリツト２４の巾は可変であることが可能
である。それと同様に絞りスリツトを―中央の狭
い範囲から出発して―２つのダイオードD₁及び
D₂に向かつて連続的に拡大している様に形成す
ることが可能である。しかしこの際何時もダイオ
ードのスリツト２２の中にあつて図の紙面に直角
になつていると考えられる対称面に関して対称的
な平らな状態に成つていなければならない。

明視野絞り９が配置さている中間像面にはマー
ク１０ａ又は１０ｂが存在し、これの助けにより
目に見えない測定光斑１６の位置が探知される。
このマークはサンドウイツチ状の二重硝子板３１
ａから成立ち、これらの硝子板は内側に、硝子板
の中心で交叉する液晶の溝層を有し、該層は印加
された電圧（図示せず）により交叉している中央
部分３０を照明光線に対して不透明にすることが
できる。このマーク１０ａ（第３図）は位置固定
して保持されているけれども必要ならば取り除い
たり挿入したりすることが可能であるという特徴
を備えている。

マーク１０ａの代りにマーク１０ｂ（第２図）
を設けることも可能であり、このマークは一枚の
硝子板３１ｂから成立ち、該硝子板上に時計の文
字板の如く線のマークク３２が取付けられ、その
線の延長は中心を通つている。線のマークは測定
光斑１６の位置を知るための補助手段になつてい
る。マーク１０ａ又は１０ｂは、図から明らかな
如く、照明光線路Ｂの中に位置し、従つてマーク
の対象物１の表面への結像は付加的な光源を用い
ることなく行われる。

第１図から明らかな如く、測定光斑１６の位置
に光学的な方法で目印を付けるのは、可視光線を
放射する小さな補助光源３３を用いて行われ、該
光源は交叉する二重矢印３４に示されている様に
その位置を調節することが可能であり、そして光
学部材３５、光線分割反射鏡T₁並びに鏡筒レン
ズ４を介して中間像面５に結像される。この像面
で対象物１の像および補助光源３３の像とは重な
りそして観察者により、図示されていない接眼鏡
O_Kで観察されることが可能である。

すでに述べた様にレンズ１４は測定光線束Ｍの
光軸に平行に、即ち軸方向又は縦方向に限定され
た量だけ推移することが可能でありそして実際上
は手動又は位置確認装置を有するモーターによつ
て推移させられる。この様なレンズの並進運動の
ため本発明の装置では次の様な付加的な機能が実
現可能である。

第一に、Ｚ―方向に種々異なる高さの微細構造
を持つ構成の対象物を、種々異なる高さの面で顕
微鏡的観察を実施可能にするため、一定量の焦点
ずらし（Offset）が設定可能であり、そして第二
には赤外範囲にある測定光線束を使用する際、赤
外と可視光線の間の、対物レンズによつて相異な
る焦点の差を補正することが可能である。

一定量の焦点ずれを実現するためレンズ１４を
軸方向（縦方向）に推移させることは、差動ダイ
オードを横方向に推移させる方法と比較して次の
様な効果を持つている。即ち、対象物上の測定点
はレーザー自動焦点合わせ装置が作動している状
態では移動しないことである。別の効果は測定光
斑１６は最小の直径を有しそしてそのことにより
光の強さの重心位置は対象物の構造に影響される
ことがない。

可視光線の範囲では最良の収差補正がなされて
いるが、赤外の範囲では個々の色収差を持つてい
る種々異なる（対物レンズレボルバーの）対物レ
ンズを用いて自動的に焦点合わせを行うため、そ
れ自体公知のコード化手段により、例えばレボル
バーに取付けられた光障壁（Lichtschranke）を
用いて、現在作業位置に存在している対物レンズ
の付設または位置の情報の通知が図示されていな
い電子中央制御装置に行われ、該制御装置から、
レンズ１４を補正位置に移動させる信号が出され
る。別の対物レンズを使用する場合には、該対物
レンズが作業位置にあることがその都度のコード
化手段により再び中央制御装置に通知され、中央
制御装置のマイクロプロセツサーは図示されてい
ないレンズ１４の変位モーターに、対物レンズに
よつて定められている補正量に従つて軸方向に変
位する命令を与える。この様にして対物レンズが
交換される毎にその都度可視光線の（観察）分野
において最良の鮮鋭さが保証される。

本発明の自動焦点合わせ装置で次ぎに述べる様
な光学器械が装備される。即ち該自動焦点合わせ
装置が光学器械の中に組み込まれている場合でも
或いは焦点合わせ装置がモジユールとして光学器
械に取り付けることが可能になつている場合でも
広い意味における対象物、例えば顕微鏡のプレパ
ラート、硝子板、半導体板、印刷配線、スライド
（Dias）、情報記憶装置、例えば像板等を鮮鋭な
調節位置に移動する器械に装備される。その際こ
の対象物の少なくとも一部分は測定光線を反射す
る様に形成されていなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学器械の光路を示す断面側面図であ
り、水平に延びる照明光路とこれと連結する結像
光線路と、見透しをよくするため図の面内へ90゜
だけ上方にはね上げた状態にて示す本発明による
標準的挿入部分（一点鎖線で囲まれた部分）を示
す図、第２図は線のマークを備えた硝子板を示す
図、第３図は交叉する液晶薄層から成るマークを
示す図、第４図はスリツト絞りを有する差動ダイ
オードの詳細正面図である。 ２…対物レンズ、４…鏡筒レンズ、５…中間像
面、６…光源、９…明視野絞り、１０ａ，１０ｂ
…マーク、１４…レンズ、１６′…レーザースポ
ツト、１８…光学構成要素、２２…スリツト、２
３…スリツト絞り、２４…スリツト、２８，２９
…液晶薄層、３０…交叉している部分、３１ａ…
二重硝子板、３１ｂ…硝子板、３２…線のマー
ク、３３…補助光源、３５…光学部材、Ａ…結像
光線路、Ｂ…照明光線路、Ｍ…測定光線路、Mb
…測定光線束、Mr…返送された測定光線束、T₁
…半透明反射鏡、T₂…ダイクロマチツク光線分
割反射鏡、LD…光源、D₁，D₂…差動ダイオー
ド、M_O…モジユール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央から外れた所を通過する別の測定光線束
   を用いて測定用光斑を対象物の表面に形成し、該
   光斑が照明側の測定光線路から取り出された後に
   前同様に中央から外れた所を通過して返送される
   測定光線束により光電装置上に結像され、対物レ
   ンズの焦点面から対象物の面がずれている場合に
   該光電装置からの信号が制御装置を励起し、該制
   御装置が対象物の面を焦点面に戻し案内する光学
   器械、特に落射照明顕微鏡で観察中の対象物に自
   動的に焦点を合わせる装置において、 ａ 変調されたレーザー光線を測定光線Ｍとして
   放射するための光源LD、 ｂ 照明側の測定光線束Mbの半分を幾何学的に
   遮蔽し且つそれと同時に返送された測定光線束
   Mrを測定光線路Ｍから幾何学的に取り出すた
   めの光学構成部材１８、 ｃ 前以つて与えられた焦点ずれに応じてモータ
   ーにより変位するための手段が設けられてお
   り、光軸方向に一定量だけ移動可能なレンズ系
   １４、 ｄ 差動ダイオードD₁，D₂として形成された光
   電装置、 ｅ 照明側の測定光線束Mbを光学器械の照明光
   線路Ｂの中に導入し、返送された測定光線束
   Mrを光学器械の照明光線路Ｂから反射により
   取り出す―例えばダイクロマチツク―分割反射
   鏡T₂、 ｆ 明視野絞り９の面内に配置されたマーク１０
   ａ又は１０ｂ、 ｇ 差動ダイオードの前方に配置されており、ス
   リツト２４が差動ダイオードD₁，D₂のスリツ
   ト２２に直交し且つその都度存在する焦点ずれ
   の量に応じて移動する結像されたレーザースポ
   ツト１６′の光斑の移動方向に延在するように
   形成されているスリツト絞り２３、 ｈ 光学的部材３５、第一の半透明反射鏡T₁及
   び鏡筒レンズ４を介して、結像光線路Ａの中に
   存在している中間像面５に結像される光源にし
   て可視光線を放射する調整可能な補助光源３
   ３、 ｉ その都度作動位置にある対物レンズ２の色収
   差を、その都度使用された測定光線束Ｍ又は
   Mbの波長又は波長範囲に応じて自動的に補正
   するための補正手段 を包含していることを特徴とする装置。 ２ 自動的に焦点を合わせる装置は、光学器械の
   照明光線路Ｂの中、特に顕微鏡落射照明装置の中
   に、該照明装置の光源６と光学器械の結像光線路
   Ａに配置されている第一の半透明鏡T₁との間に
   挿入可能なモジユールM₀として形成され、該モ
   ジユールは第二の―特にダイクロマチツクな―分
   割反射鏡T₂を介して照明光線路Ｂに光学的に連
   結していることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３ 相異なる寸法を持つた少なくとも２つの開口
   絞りを担持している絞り推移子が、光学器械の照
   明光線路Ｂの第二の分割反射鏡T₂と光源６との
   間に設けられていることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１または第２項記載の装置。 ４ マーク１０ａは２重硝子板３１ａの間にあつ
   て十字形に交叉する液晶薄層２８，２９から成
   り、中央の交叉する部分３０が調節可能に光を弱
   める性質を有していることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ５ マーク１０ｂは１枚の硝子板３１ｂから成
   り、その上に、周縁の部分のみに、中心にむかつ
   て、特に直径の両端に向き合う位置に線のマーク
   ３２が付されていることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ６ スリツト２４の巾はレーザースポツト１６′
   の像の大きさに等しいことを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ７ スリツト２４は挟い中央部分から出発して差
   動ダイオードD₁，D₂の２つのダイオードのそれ
   ぞれD₁又はD₂に向つて、スリツト２４の軸に関
   して対称的に拡張されることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項〜第６項のうちのいずれか一つ
   に記載の装置。 ８ 光源LDは赤外範囲のレーザー光線―例えば
   903nm―を放射することを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項〜第７項のうちのいずれか一つに記
   載の装置。 ９ 光源LDは脈動するレーザー光線を放射する
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第
   ８項迄のうちのいずれか一つに記載の装置。 １０ 補正手段は機械的、光学的及び／又は光電
   的識別構成部材を包括し、これらの部材は操作単
   位及びレンズ１４変位モーターと協働し、波長と
   対物レンズによつて定められる最良の補正点に移
   動させられることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項記載の装置。