JPH10221013A - 合焦点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種光学機器において合焦操作を行うにあた
り、合焦点を容易に検出する。 【解決手段】 観察光学系の対物レンズ２に、第１縞パ
ターンの投影用光束と、第２縞パターンの投影用光束を
入射し、これらの縞パターンの投影原板１０、２０は観
察光学系の物体と共役の位置に配置する共に、物体面に
投影される投影像同士によりモアレ縞が発生するように
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は合焦点検出方法に
関し、例えば、光学測定機器、顕微鏡、非接触段差測定
器、光学式三次元測定器、膜厚測定器、厚み測定器等の
各種光学機器において合焦操作を行うにあたり、合焦点
を容易に検出することを可能にした方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、測定顕微鏡において試料のＺ軸
方向の長さを測定する場合等のように、合焦操作を行う
にあたり、合焦判断を容易にするために試料にターゲッ
トマーク等のマークを投影することが公知である。

【０００３】一方、判定をより容易にするために、第１
縞パターンを被写体に表示又は投影すると共に、第２縞
パターンを結像面に配して、合焦時にこれらにより生ず
るモアレ縞を目視することにより合焦点を検出する方法
が提案されている（特開昭５５−１０３５１２）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術中、前
者については、投影されるマークのずれの有無により合
焦点を判定するものであるが、試料の状態によってはそ
の判定に熟練を要する問題があった。

【０００５】一方、後者の従来技術においては、第１縞
パターンを被写体に投影するための投影レンズと、この
投影像を第２縞パターンに結像させる結像レンズとの２
系統の光学系となっているため、それぞれのレンズの誤
差により合焦点の検出の精度が低下する問題があった。

【０００６】又、縞パターンが常に視界に現れるので、
合焦操作後はこれが却って観察を妨げる問題があった。

【０００７】更に、上記公知文献に開示されている光学
系においては、被写体面と２種の縞パターンと平行なの
で、被写体面と光軸が直交しておらず、、片ボケが発生
する問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は以上の従来技
術の問題点に鑑みて、合焦点を容易且つ確実に検出する
方法を提供することを目的としたものであり、観察光学
系の対物レンズに、第１パターン投影光学系より照射さ
れる第１縞パターンの投影用光束と、第２パターン投影
光学系より投射される第２縞パターンの投影用光束を入
射し、この場合、第１パターン投影光学系及び第２パタ
ーン投影光学系に配されるそれぞれの投影原板は観察光
学系の物体と共役の位置に配置されると共に、物体面に
投影される投影像同士によりモアレ縞が発生するように
設定されることを特徴とする。

【０００９】又、ここでは、上記の合焦点検出方法にお
いて第１縞パターン及び第２縞パターンの中間縮小像を
対物レンズの光軸外の入射瞳位置に形成させることによ
り、試料上に投影される縞パターンが、対物レンズ若し
くは試料の光軸方向の移動に伴って光軸に直交する方向
に平面移動させることも開示する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の具体的実施例を
添付図面に基づいて説明する。ここでは、光学機器とし
て顕微鏡を想定しているものであり、図１はその光学系
を示す図である。図中符号Ａは観察者が試料を観察する
ための観察光学系であり、ステージ上の試料１の観察光
束は対物レンズ２を通過して、ビームスプリッター３
（ここでは半透ミラーを採用している）により反射され
て偏向され、チューブレンズ４を通過し、更にミラー５
及びプリズム６により偏向され、接眼レンズ７に入射
し、観察者により観察される。

【００１１】一方、図中符号Ｂ１は、第１縞パターンを
試料１に投影するための第１パターン投影光学系であ
り、光源１３からの照明光束はスリット板１２及び集光
レンズ１１を介して、観察光学系の物体と共役の位置に
配置される第１縞パターンの投影原板１０を通過した
後、下記する第２パターン投影光学系の光路とを振り分
けるビームスプリッター９を通過してパターン投影レン
ズ８に入射し、更にビームスプリッター３を通過して観
察光学系の対物レンズ２に入射される。この場合、この
実施例においては、光源１３及びスリット板１２のスリ
ットの中心を対物レンズ２の光軸Ｘ外に配している。

【００１２】同じく、図中符号Ｂ２は、第２縞パターン
を試料１に投影するための第２パターン投影光学系であ
り、光源２３からの照明光束はスリット板２２及び集光
レンズ２１を介して、観察光学系の物体と共役の位置に
配置される第２縞パターンの投影原板２０を通過した
後、下記した第１パターン投影光学系の光路とを振り分
けるビームスプリッター９により反射されて偏向されて
パターン投影レンズ８に入射し、更にビームスプリッタ
ー３を通過して観察光学系の対物レンズ２に入射され
る。この場合、この実施例においては、光源２３及びス
リット板２２のスリットの中心を対物レンズ２の光軸Ｘ
外に配置している。

【００１３】図２は上記の内、第１及び第２パターン投
影光学系の作用を、第２パターン投影光学系Ｂ２を例に
とり説明する図である。第１及び第２パターン投影光学
系において、スリット板１２及び２２のスリットの中心
（図においては２２Ｓ）を対物レンズ２の光軸Ｘ外に配
することにより、縞パターンの中間縮小像は対物レンズ
２の光軸Ｘ外の入射瞳位置に形成されることとなる。こ
の場合、試料１上での縞パターン（図においては第２縞
パターン）の投影像Ｐ２は投影原板（図においては２
０）の縞パターンＰ１と左右上下が逆の状態となり、対
物レンズ２若しくは試料１の光軸Ｘ方向の移動に伴って
光軸Ｘに直交する方向に平面移動することとなる。

【００１４】一方、第１縞パターン及び第２縞パターン
はそれぞれの投影原板１０及び２０において、対物レン
ズ２の光軸Ｘを中心として任意の対称角度を持つように
対称に配置される。その結果、試料１上での第１縞パタ
ーンの投影像Ｐ１（図３に例示）及び第２縞パターンの
投影像Ｐ２（図４に例示）は合焦操作時には相互が交差
して（図５に投影像Ｐ３として例示）、合焦時には数本
の直線が出現する。この実施例では、接眼観察状態では
予め設定した位置に直線が出現した時点が合焦点となる
ように第１縞パターン及び第２縞パターンを設定する。
尚、焦点がずれている場合は第１縞パターン及び第２縞
パターンは鮮明には出現せず、交差ポイントも不鮮明な
ものとなるので、観察者は容易に判定することができ
る。

【００１５】よって、この発明によれば、焦点が大体合
うと先ず重なった２つの縞パターンによってモアレ縞が
現れ、更に焦点の調節に従ってモアレ縞が移動し、焦点
が完全に合った状態でモアレ縞が所定の位置に来ること
になる。即ち、合焦点は投影されるマークのずれの有無
ではなく、モアレ縞の移動として目視することができ、
この場合その移動量は縞パターン自体のずれの１／θ倍
となる（θは第１縞パターン及び第２縞パターンの傾き
−ラジアン−）ので、合焦点を容易且つ確実に検出する
ことが可能となる。

【００１６】ところで、この実施例においては第１パタ
ーン投影光学系Ｂ１及び第２パターン投影光学系Ｂ２用
の光源１３及び２３とは別に、独立した光源を有する試
料の観察用照明光学系を設けている。図中符号Ｃはこの
観察用照明光学系を示すものであり、光源３１よりの照
明光束は集光レンズを介して試料１に照射されることと
なる。いうまでもなく、第１パターン投影光学系Ｂ１及
び第２パターン投影光学系Ｂ２からの光によって、試料
１は照明されるものであるが、これでは縞パターンが常
に視界に現れて、合焦操作後はこれが却って観察を妨げ
る弊害が生じるので、この実施例においては観察用照明
光学系Ｃを設け、それぞれの光源を任意に調光又は点滅
可能とすることによりこの問題を解消している。

【００１７】尚、特に図示はしないが、上記の第１パタ
ーン投影光学系Ｂ１及び第２パターン投影光学系Ｂ２、
観察用照明光学系Ｃのそれぞれをユニット化し、観察用
光学系Ａに択一的に連結する構成としてもよいことは勿
論である。

【００１８】

【発明の効果】以上の構成よりなるこの発明は次の特有
の効果を奏する。 実施例の場合、合焦点は投影されるマークのずれの有
無ではなく、モアレ縞の移動として目視することがで
き、この場合その移動量は縞パターン自体のずれに比し
大きいので、合焦点を容易且つ確実に検出することが可
能となる。

【００１９】上記の場合、第１縞パターンを被写体に
投影するための投影レンズと、この投影像を第２縞パタ
ーンに結像させる結像レンズとの２系統の光学系となっ
ている従来技術の場合と異なり、観察光学系の対物レン
ズに、第１パターン投影光学系より照射される第１縞パ
ターンの投影用光束と、第２パターン投影光学系より投
射される第２縞パターンの投影用光束を入射し、第１パ
ターン投影光学系及び第２パターン投影光学系に配され
るそれぞれの投影原板は観察光学系の物体と共役の位置
に配置されるので、縞パターン判定用の光学系が一本化
され、レンズの誤差による精度の低下を解消した。

【００２０】実施例の場合、観察光学系の光軸に対
し、２種の縞パターン及び被写体面が直角に配置される
ので、片ボケが発生しない。

【００２１】実施例の場合、合焦点検出用の縞パター
ンは光源の点滅・調光により消去できるので、合焦操作
後の試料の観察を妨げない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の合焦点検出方法を実施した顕微鏡の
光学系の構成図。

【図２】同上、要部の光学系の構成図。

【図３】縞パターンの投影像の一例を示す平面図。

【図４】縞パターンの投影像の一例を示す平面図。

【図５】縞パターンが交差した投影像の一例を示す平面
図。

【符号の説明】 １ 試料 ２ 対物レンズ １０ （第１縞パターンの）投影原板 ２０ （第２縞パターンの）投影原板 Ａ 観察光学系 Ｂ１ 第１パターン投影光学系 Ｂ２ 第２パターン投影光学系

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察光学系の対物レンズに、第１パター
   ン投影光学系より照射される第１縞パターンの投影用光
   束と、第２パターン投影光学系より投射される第２縞パ
   ターンの投影用光束を入射し、この場合、第１パターン
   投影光学系及び第２パターン投影光学系に配されるそれ
   ぞれの投影原板は観察光学系の物体と共役の位置に配置
   されると共に、物体面に投影される投影像同士によりモ
   アレ縞が発生するように設定されることを特徴とする合
   焦点検出方法。
2. 【請求項２】 観察光学系の対物レンズからの観察光束
   をビームスプリッターにより直角に偏向すると共に、第
   １パターン投影光学系及び第２パターン投影光学系より
   投射される投影用光束をこのビームスプリッターを通過
   して対物レンズに入射する請求項１記載の合焦点検出方
   法。
3. 【請求項３】 第１パターン投影光学系及び第２パター
   ン投影光学系用の光源とは別に、独立した光源を有する
   試料の観察用照明光学系を設け、それぞれの光源を任意
   に調光又は点滅可能にした請求項１又は２記載の合焦点
   検出方法。
4. 【請求項４】 第１縞パターン及び第２縞パターンの中
   間縮小像を対物レンズの光軸外の入射瞳位置に形成させ
   ることにより、試料上に投影される縞パターンが、対物
   レンズ若しくは試料の光軸方向の移動に伴って光軸に直
   交する方向に平面移動する請求項１から３の何れかに記
   載の合焦点検出方法。