JPH10260363A - 焦点検出手段を備えた顕微鏡および変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】顕微鏡の対物レンズの瞳径が変化した場合でも
良好に焦点検出できる焦点検出装置を提供する。 【解決手段】焦点検出装置の光検出器１８、１９の光検
出面を、中心から外側に向かって３以上の光検出部に分
ける。そして、対物レンズの瞳径が小さい場合には、も
っとも内側の光検出部１８ａの出力と、それよりも外側
の光検出部１８ｂ、１８ｃの出力の和との差を用いて、
フォーカスエラー信号を求める。また、対物レンズの瞳
径が大きい場合には、内側２つの光検出部１８ａ，１８
ｂの出力の和と、それらより外側の光検出部１８ｃとの
出力の和との差を用いてフォーカスエラー信号を求め
る。これにより、対物レンズの瞳径に合わせて、少なく
とも２種類のフォーカスエラー信号が得られるため、良
好な方の信号を選択して用いることが可能である。

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、顕微鏡の自動焦
点合せ等に用いられる、非接触で被測定物の表面の変位
を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、焦点検出方法としては、例えば、
差動ビームサイズ方式と呼ばれる方法が知られている。

【０００３】図２０は、従来の落射照明型の顕微鏡の焦
点検出に差動ビームサイズ方式の焦点検出装置を用いた
場合の顕微鏡と焦点検出装置の概略構成図である。図２
０の装置は、顕微鏡の観察光学系と照明光学系、ならび
に、オートフォーカス光学系とから構成されている。

【０００４】顕微鏡の観察光学系は、第１対物レンズ１
０２と、第２対物レンズ１０３と、俯視プリズム１０４
と、接眼レンズ１０５とを有する。第１対物レンズ１０
２と第２対物レンズ１０３との間には、平行光路が形成
されている。この平行光路には、ダイクロイックミラー
１０７と、ビームスプリッタ１０８とが、平行光路の光
軸１０１に対してそれぞれ４５度の角度で設置されてい
る。ダイクロイックミラー１０７は赤外光を反射し可視
光を透過する特性を有する。

【０００５】顕微鏡の照明光学系は、可視光線を出射す
る照明光源１１０と集光レンズ１１１とを有し、照明光
束はビームスプリッタ１０８によって反射され、上記の
平行光路に導かれる。

【０００６】オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源１１３と、コリメータレンズ１１４と、ビーム
スプリッタ１１５と、集光レンズ１１６と、ビームスプ
リッタ１１７と、第１の光検出器１１８と、第２の光検
出器１１９を有する。第１の光検出器１１８は、収束点
１２０よりも被検物体１２４から離間して設置さてい
る。一方、第２の光検出器１１９は、収束点１２１より
も被検物体１２４に近接して設置されている。収束点１
２０は、集光レンズ１１６によって収束され、ビームス
プリッタ１１７を透過した光が収束する点である。収束
点１２１は、集光レンズ１１６によって収束されて、ビ
ームスプリッタ１１７で反射した光が収束する点であ
る。

【０００７】第１の光検出器１１８の光検出部と第２の
光検出器１１９の光検出部は、図２１に示すようにそれ
ぞれ中央部の正方形の光検出部１１８ａ、１１９ａと、
これを取り囲む光検出部１１８ｂ、１１９ｂとを有して
いる。また、これらの光検出部１１８ａ、１１８ｂ、１
１９ａ、１１９ｂは、演算増幅器１２９、１３０に接続
され、演算増幅器１２９、１３０は、演算増幅器１３１
に接続されている。

【０００８】演算増幅器１２９、１３０、１３１は、制
御装置１２６内に配置される。被検物体１２４は、光軸
１０１方向に移動可能な移動ステージ１２５に搭載され
る。制御装置１２６は、移動ステージ１２５の動作を制
御する。

【０００９】図２０の構成において、光源１１３から出
射し、コリメータレンズ１１４を通った光束は、ビーム
スプリッタ１１５によって反射され、さらにダイクロイ
ックミラー１０７によって反射され、対物レンズ１０２
へ入射し、被検物体１２４上で結像する。被検物体１２
４の被検面１２３からの反射光束は対物レンズ１０２を
通過し、ダイクロイックミラー１０７によって反射さ
れ、ビームスプリッタ１１５を透過し、ビームスプリッ
タ１１７へ入射する。

【００１０】光検出器１１８、１１９上には、ビームス
プリッタ１１７で分割された第１及び第２の光線束によ
って、図２１に示すように、光スポット１３２及び１３
３が夫々形成される。第１の光検出器１１８上に形成さ
れる光スポット１３２は、対物レンズ１０２と被検物体
１２４とが離間すれば大きくなり、接近すれば小さくな
る。一方、第２の光検出器１１９上に形成される光スポ
ット１３３は、光スポット１３２とは逆に、対物レンズ
１０２と被検物体１２４とが離間すれば小さくなり、接
近すれば大きくなる。双方の光検出器１１８、１１９の
検出信号から演算増幅器１２９、１３０、１３１によ
り、（１１８ａ−１１８ｂ）−（１１９ａ−１１９ｂ）
を求めて、この信号をフォーカスエラー信号とすれば、
Ｓ字特性をもつフォーカスエラー信号が得られる。

【００１１】よって、フォーカスエラー信号が正のとき
は前ピン状態、負のときは後ピン状態、零のときは合焦
状態と判断することが可能である。この差動信号から被
検面の位置を判断して、制御装置１２６により移動ステ
ージ１２５を上下させ自動的に合焦状態に位置合わせを
することが可能である。

【００１２】また、このフオーカスエラー信号から被検
物体１２４の変位量を計測することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】顕微鏡では観察倍率を
変化させるとき、倍率（焦点距離）の異なる対物レンズ
と交換することがあるが、顕微鏡の対物レンズの瞳径は
通常、倍率ごとに異なるため、平行光束の径が対物レン
ズの種類により変化し、光検出器上の光スポット径が変
化する。

【００１４】このため、対物レンズによっては、光検出
部の寸法に対して光スポット径が小さすぎ、内側の光検
出部の径よりも小さい径になる場合、もしくは、光スポ
ット径が大きすぎ、外側の光検出部の径よりも大きい径
になる場合が生じうる。このように、光スポット径が小
さすぎたり大きすぎたりすると、焦点検出をうまく行う
ことができなくなる。具体的には、光検出部の寸法に対
して光スポット径が小さすぎる場合は、フォーカスエラ
ー信号のＳ字カーブの合焦点付近に平らな領域が現れ
る。また、光検出部の寸法に対して光スポット径が大き
すぎる場合は、フォーカスエラー信号のＳ字カーブの合
焦点付近のリニアな領域が狭くなり、また、焦点検出範
囲も狭くなり、また、焦点検出の感度が低下する。

【００１５】したがって、従来の顕微鏡に用いられる差
動ビームサイズ方式の焦点検出装置では、焦点検出に用
いることのできる顕微鏡の対物レンズの種類が瞳径によ
り限られてしまうという問題点があった。

【００１６】本発明はこの問題点を解決し、顕微鏡の対
物レンズの瞳径が変化した場合でも良好に焦点検出手段
を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、以下のような焦点検出装置を備え
た顕微鏡が提供される。

【００１８】すなわち、対物レンズを含む観察光学系
と、被検物体を搭載するためのステージと、前記対物レ
ンズの焦点位置からの前記被検物体の位置ずれを検出す
る焦点検出手段とを有し、前記焦点検出手段は、前記対
物レンズを通して前記被検物体に照明光を照射するため
の照明光学系と、前記被検物体からの前記照明光の反射
光束を収束するための集光光学系と、前記反射光束を第
１および第２光束に分割するための分割手段と、前記第
１および第２光束をそれぞれ検出するための第１および
第２検出手段と、前記第１および第２検出手段の検出結
果を演算することにより、少なくとも２種類のフォーカ
スエラー信号を求めることが可能な演算手段とを有し、
前記第１検出手段は、前記第１光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第２検出手段は、前記第２光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、前記第１および第２
検出手段は、それぞれ、前記第１および第２光束のう
ち、光軸部分の光束、その外側の光束、さらにその外側
の順に光軸から離れた部分の光束を検出するために、合
わせて３以上の検出部を有し、前記演算手段は、前記３
以上の検出部のうちもっとも中心に位置する検出部の出
力と、それよりも外側に位置するすべての検出部の出力
の和との差分を、それぞれ第１および第２検出手段につ
いて求め、これらを用いて第１のフォーカスエラー信号
を求める第１演算部と、前記３以上の検出部のうち中心
に近い２つの検出部の出力の和と、それらよりも外側に
位置するすべての検出部の出力の和との差分を、それぞ
れ第１および第２の検出手段について求め、これらを用
いて第２のフォーカスエラー信号を求める第２演算部と
を有することを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微鏡
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２０】まず、本発明の第１の実施の形態による焦
点検出装置を備えた顕微鏡について、図１を用いて説明
する。図１の顕微鏡は、観察光学系と照明光学系とオー
トフォーカス光学系とから構成されている。

【００２１】観察光学系は、第１対物レンズ２と、第２
対物レンズ３と、俯視プリズム４と、接眼レンズ５とを
有する。第１対物レンズ２と第２対物レンズ３との間に
は平行光路が形成されている。この平行光路には、ダイ
クロイックミラー７と、ビームスプリッタ８とが、平行
光路の光軸１に対してそれぞれ４５度の角度で設置され
ている。ダイクロイックミラー７は、赤外光を反射し可
視光を透過する特性を有する。

【００２２】照明光学系は、可視光線を出射する照明光
源１０と集光レンズ１１とを有する。照明光学系から出
射された照明光束は、ビームスプリッタ８によって反射
され、上記の平行光路に導かれる。

【００２３】オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源１３と、コリメータレンズ１４と、ビームスプ
リッタ１５と、集光レンズ１６と、ビームスプリッタ１
７と、第１の光検出器１８と、第２の光検出器１９とを
有する。光源１３には、赤外光を出射する半導体レーザ
を用いた。第１の光検出器１８は、収束点２０よりも被
検物体２４から離間して設置されている。一方、第２の
光検出器１９は収束点２１よりも被検物体２４に近接し
て設置されている。収束点２０は、集光レンズ１６によ
って収束され、ビームスプリッタ１７を透過した光が収
束する点である。収束点２１は、集光レンズ１６によっ
て収束され、さらに、ビームスプリッタ１７で反射した
光が収束する点である。

【００２４】第１の光検出器１８の光検出部と第２の光
検出器１９の光検出部は、それぞれ、図２に示すよう
に、中央に正方形の検出領域を持つ光検出部１８ａ、１
９ａを有している。その外側には、光検出部１８ａ、１
９ａを囲む検出領域を有する光検出部１８ｂ、１９ｂが
配置されている。さらに、その外側には、光検出部１８
ｂ、１９ｂを囲む検出領域を有する光検出部１８ｃ、１
９ｃが配置されている。光検出部１８ａ〜１８ｃならび
に光検出部１９ａ〜１９ｃのそれぞれの光検出領域は、
半導体基板に不純物をドープすることにより形成されて
いる。図２では、隣接する光検出部同士が、互いに接す
るように描いているが、実際には、隣接する光検出部の
間には、光を検知しない不感領域が形成されている。

【００２５】光検出部１８ａ〜１８ｃ、１９ａ〜１９ｃ
は、演算増幅器２７、２８、２９、３０、３１、３２、
３３、３４、３５、３６に接続されている。演算増幅器
２７、２８、２９、３０は、入力された２つの信号を加
算する増幅器であり、演算増幅器３１、３２、３３、３
４、３５、３６は、入力された２つの信号を差分する増
幅器である。

【００２６】演算増幅器２７は、光検出部１８ａ，１８
ｂの出力を加算する。演算増幅器２８は、光検出部１８
ｂ，１８ｃの出力を加算する。演算増幅器３１は、光検
出部１８ａの出力と、演算増幅器２８の出力とを差分す
る。演算増幅器３２は、演算増幅器２７の出力と、光検
出部１８ｃの出力とを差分する。一方、演算増幅器２９
は、光検出部１９ａ，１９ｂの出力を加算する。演算増
幅器３０は、光検出部１９ｂ，１９ｃの出力を加算す
る。演算増幅器３３は、光検出部１９ａの出力と、演算
増幅器３０の出力とを差分する。演算増幅器３４は、演
算増幅器２９の出力と、光検出部１９ｃの出力とを差分
する。

【００２７】演算増幅器３５は、演算増幅器３１の出力
と演算増幅器３３の出力とを差分する。演算増幅器３６
は、演算増幅器３２の出力と演算増幅器３４の出力とを
差分する。光検出器１８ａ〜１８ｃ、光検出器１９ａ〜
１９ｃのそれぞれの出力を｜１８ａ｜〜｜１８ｃ｜、｜
１９ａ｜〜｜１９ｃ｜と表した場合、演算増幅器３５の
出力は、（｜１８ａ｜−（｜１８ｂ｜＋｜１８ｃ｜））
−（｜１９ａ｜−（｜１９ｂ｜＋｜１９ｃ｜））と表す
ことができる。同様に、演算増幅器３６の出力は、
（（｜１８ａ｜＋｜１８ｂ｜）−｜１８ｃ｜）−（（｜
１９ａ｜＋｜１９ｂ｜）−｜１９ｃ｜）と表すことがで
きる。

【００２８】なお、演算増幅器２７〜３６は、制御装置
２６内に配置される。被検物体２４は、光軸１方向に移
動可能な移動ステージ２５に搭載される。制御装置２６
は、移動ステージ２５の動作を制御する。

【００２９】つぎに、図１の焦点検出装置を備えた顕微
鏡の各部の動作について説明する。

【００３０】光源１３から出射し、コリメータレンズ１
４を通った光束は、ビームスプリッタ１５によって反射
され、さらにダイクロイックミラー７によって反射さ
れ、対物レンズ２へ入射し、被検物体２４上で結像す
る。被検物体２４の被検面２３からの反射光束は対物レ
ンズ２を通過し、ダイクロイックミラー７によって反射
され、ビームスプリッタ１５を透過し、集光レンズ１６
を通過し、ビームスプリッタ１７へ入射する。

【００３１】光検出器１８、１９上には、ビームスプリ
ッタ１７で分割された第１及び第２の光線束によって、
図２に示すように、光スポット３７及び３８が夫々形成
される。第１の光検出器１８上に形成される光スポット
３７のスポット径は、対物レンズ２と被検物体２４とが
離間すれば大きくなり、接近すれば小さくなる。一方、
第２の光検出器１９上に形成される光スポット３８のス
ポット径は、光スポット３７とは逆に、対物レンズ２と
被検物体２４とが離間すれば小さくなり、接近すれば大
きくなる。

【００３２】対物レンズ２の瞳径が小さく、被検面２３
を光軸１方向に移動させて、被検面２３を対物レンズ２
の焦点位置に配置した場合に、光スポット３８が光検出
部１９ｂの内側に入ってしまい、光検出部１９ｃ上に光
スポットがかからないような瞳径の対物レンズ２を用い
る際には、演算増幅器３５の出力の（｜１８ａ｜−（｜
１８ｂ｜＋｜１８ｃ｜））−（｜１９ａ｜−（｜１９ｂ
｜＋｜１９ｃ｜））を用い、この信号をフォーカスエラ
ー信号とすれば、Ｓ字特性をもつフォーカスエラー信号
が得られる。

【００３３】一方、対物レンズ２の瞳径が大きく、被検
面２３を光軸１方向に移動させて、被検面２３を対物２
の焦点位置に配置した場合に、光スポット３８のスポッ
ト径が光検出部１９ｂの径より大きく、光検出部１９ｂ
の全面に光が照射されるような瞳径の対物レンズ２を用
いる際には、演算増幅器３６の出力の（（｜１８ａ｜＋
｜１８ｂ｜）−｜１８ｃ｜）−（（｜１９ａ｜＋｜１９
ｂ｜）−｜１９ｃ｜）を用い、この信号をフォーカスエ
ラー信号とすれば、Ｓ字特性をもつフォーカスエラー信
号が得られる。

【００３４】このように、演算増幅器３５の出力を、選
択的に使い分けることにより、対物レンズ２の瞳径が小
さい場合にも大きい場合にも、Ｓ字カーブを描き、Ｓ字
カーブの合焦点付近のリニアな領域が広く、合焦検出の
感度がよいフォーカスエラー信号を得ることができる。
フォーカス信号が正のときは前ピン状態、負のときは後
ピン状態、零のときは合焦状態と判断することが可能で
ある。このフォーカスエラー信号から被検面の位置を判
断して、制御装置２６により移動ステージ２５を上下さ
せ合焦状態に位置合わせをすることが可能である。この
状態で、照明光源１０から被検物体２４に照射された光
を、観察光学系により観察することにより、合焦状態で
被検物体２４の像を観察することができる。

【００３５】また、このフオーカスエラー信号から被検
物体２４の変位量を計測することもできる。

【００３６】第１の実施の形態の図１の焦点検出装置付
き顕微鏡において、以下のような条件で装置を作製し、
実験を行い、瞳径の異なる複数の対物レンズについてフ
ォーカスエラー信号を得た。

【００３７】集光レンズ１６の焦点距離を４０mm、収束
点２０と光検出器１８の間の距離を６０００μm、収束
点２１と光検出器１９の間の距離を６０００μm、光検
出器１８の光検出部１８ａの寸法を３５０μm×３５０
μm、光検出部１８ｂの寸法を９５０μm×９５０μm、
光検出部１８ｃの寸法を６０００μm×６０００μm、光
検出器１９の光検出部１９ａの寸法を３５０μm×３５
０μm、光検出部１９ｂの寸法を９５０μm×９５０μ
m、光検出部１９ｃの寸法を６０００μm×６０００μm
とした。

【００３８】そして、対物レンズ２として、焦点距離お
よび瞳径が異なる６種類のレンズを用い、演算増幅器３
５の出力、または、演算増幅器３６の出力によりフォー
カスエラー信号を得た。この時のフォーカスエラー信号
を図３（ａ）〜（ｆ）に示す。なお、図３（ａ）〜
（ｆ）において、横軸は被検面２３の変位量、縦軸はフ
ォーカスエラー信号の強度を示す。

【００３９】この条件の場合には、対物レンズ２の瞳径
３．６mm以下のときには、演算増幅器３５の出力の方
が、演算増幅器３６の出力よりも、Ｓ字カーブの合焦点
付近がリニア領域が直線に近いフォーカスエラー信号が
得られ、また、対物レンズ２の瞳径６．４mm以上のとき
には、演算増幅器３６の出力の方が、演算増幅器３５の
出力よりも、Ｓ字カーブの合焦点付近のリニア領域の範
囲が広いフォーカスエラー信号が得られた。よって、図
３（ａ）、（ｂ）には、演算増幅器３５の出力のフォー
カスエラー信号を、図３（ｃ）〜（ｆ）には、演算増幅
器３６の出力のフォーカスエラー信号を示す。

【００４０】具体的には、図３（ａ）は、顕微鏡の対物
レンズ２に焦点距離１．３３mm、瞳径２．４mmの対物レ
ンズを用いた場合で、演算増幅器３５から得られたフォ
ーカスエラー信号をグラフ化したものである。

【００４１】図３（ｂ）は顕微鏡の対物レンズ２に焦点
距離２mm、瞳径３．６mmの対物レンズを用いた場合で、
演算増幅器３５から得られたフォーカスエラー信号をグ
ラフ化したものである。

【００４２】図３（ｃ）は顕微鏡の対物レンズ２に焦点
距離４mm、瞳径６．４mmの対物レンズを用いた場合で、
瞳径が大きいため、演算増幅器３６から得られたフォー
カスエラー信号をグラフ化したものである。

【００４３】図３（ｄ）は顕微鏡の対物レンズ２に焦点
距離１０mm、瞳径９．２mmの対物レンズを用いた場合
で、同じく演算増幅器３６から得られたフォーカスエラ
ー信号をグラフ化したものである。

【００４４】図３（ｅ）は顕微鏡の対物レンズ２に焦点
距離２０mm、瞳径１２mmの対物レンズを用いた場合で、
演算増幅器３６から得られたフォーカスエラー信号をグ
ラフ化したものである。

【００４５】図３（ｆ）は顕微鏡の対物レンズ２に焦点
距離４０mm、瞳径１０．４mmの対物レンズを用いた場合
で、演算増幅器３６から得られたフォーカスエラー信号
をグラフ化したものである。

【００４６】なお、制御装置２６において、制御に用い
るフォーカスエラー信号として、演算増幅器３５の出力
および演算増幅器３６の出力のうちいずれかを選択する
ために、制御装置２６に外部からの選択を受け付ける選
択手段を設けておくことができる。また、複数の対物レ
ンズを取り付けることができ、これらのうちの一つを対
物レンズ２として選択的に光軸１上に配置することがで
きるレボルバーを使用する場合には、光軸１上に配置し
た対物レンズ２に応じて、制御装置２６に演算増幅器３
５または演算増幅器３６の選択信号を送出する手段をレ
ボルバーに取り付けておくことも可能である。

【００４７】上述してきたように、第１の実施の形態の
焦点検出装置つき顕微鏡では、図２のような構成の光検
出部を有する光検出器を用いることにより、電気的な信
号処理回路を切り換えるという簡単な操作で、広範囲の
瞳径の対物レンズ２について、良好なフォーカスエラー
信号を得ることができる。

【００４８】また、図１の構成において、ダイクロイッ
クミラー７とビームスプリッタ１５の間に四分の一波長
板を設置し、光源１３を直線偏光の光を出射する光源と
し、ビームスプリッタ１５を偏光ビームスプリッタとす
る構成にすることにより、被検面で反射した光をすべて
光検出器１８、１９で検出することができ、光検出器１
８、１９の受光光量が増えるため、低反射率の試料でも
より高感度でフォーカスエラー信号を得ることができ
る。

【００４９】つぎに、本発明の第２の実施の形態の焦点
検出装置付き顕微鏡について図４を用いて説明する。

【００５０】図４の構成は、第１の実施の形態の図１の
構成と、観察光学系および照明光学系が同様の構成であ
るが、オートフォーカス光学系の部分が異なっており、
光検出器１８、１９をビームスプリッタ１７に接着剤等
で直接固定している。図４では図１と同様の部品につい
ては同じ番号をつけている。

【００５１】第２の実施の形態のオートフォーカス光学
系は、赤外光を出射する光源１３と、コリメータレンズ
１４と、ビームスプリッタ１５と、集光レンズ１６と、
ビームスプリッタ１７と、ビームスプリッタ１７に接着
剤で固定された第１の光検出器１８と、第２の光検出器
１９を有する。第１の光検出器１８を収束点２０よりも
被検物体２４から離間して設置し、第２の光検出器１９
を収束点２１よりも被検物体２４に近接して設置するた
めに、ビームスプリッタ１７は、収束点２０がビームス
プリッタ１７の内部に位置し、収束点２１がビームスプ
リッタ１７の外部に位置するような形状を有している。

【００５２】第１の光検出器１８の光検出部の形態なら
びに第２の光検出器１９の光検出部の形態は、第１の実
施の形態と同じであるので説明を省略する。

【００５３】図４の焦点検出装置付き顕微鏡の焦点検出
の動作は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省
略する。

【００５４】第２の実施の形態の図４の構成では、光検
出器１８、１９が、ビームスプリッタ１７に固定されて
いるため、光学素子のアライメントを容易に行うことが
できる。よって、光検出器１８、１９とビームスプリッ
タ光学素子の位置ズレによって、フォーカスエラー信号
が悪影響を受けることがないという利点を有する。

【００５５】次に、本発明の第３の実施の形態による焦
点検出装置付き顕微鏡について図５を用いて説明する。

【００５６】図５の構成は、オートフォーカス光学系が
図１の構成とは異なっている。これを以下説明する。な
お、照明光学系および観察光学系については図１の構成
と同じであるため説明を省略する。なお、図５では、図
１と同様の部品については同じ番号をつけている。

【００５７】第３の実施の形態のオートフォーカス光学
系は、赤外光を出射する光源１３と、コリメータレンズ
１６と、プリズム４０と、第１、第２の光検出器１８、
１９が形成されたＳｉ基板４１と、台４２とを有する。
光源１３は、本実施の形態では半導体レーザを用いた。
プリズム４０は、Ｓｉ基板４１に接着剤により固定され
ており、光源１３、コリメータレンズ１６、Ｓｉ基板４
１は台４２に固定されている。プリズム４０の面４４に
は透過率６６．７％、反射率３３．３％となる光学薄膜
がコーティングされている。プリズム４０の面４３には
透過率５０％、反射率５０％となる光学薄膜がコーティ
ングされている。

【００５８】図５の構成において、光源１３から出射し
た光はプリズム４０の面４３と面４４を透過し、コリメ
ータレンズ１６によって平行にされた光は、ダイクロイ
ックミラー７によって反射され、対物レンズ２へ入射
し、制御装置２６によって光軸１方向に移動可能な移動
ステージ２５上に置かれた被検物体２４上で結像する。

【００５９】被検物体２４の被検面２３からの反射光束
は対物レンズ２を通過し、ダイクロイックミラー７によ
って反射され、コリメータレンズ１６を通過し、プリズ
ム４０の面４４に入射する。プリズム４０の面４４には
透過率６６．７％、反射率３３．３％となる光学薄膜が
コーティングされているため、入射光の１／３は、面４
４で反射し、光検出器１９に入射する。残りの２／３の
光は、面４４を透過し、プリズム４０の面４３に入射す
る。プリズム４０の面４３には透過率５０％、反射率５
０％となる光学薄膜がコーティングされているため、入
射光のうちの半分は、光は光検出器１８に入射する。

【００６０】第１の光検出器１８の光検出部と第２の光
検出器１９の光検出部は、第１の実施の形態と同じであ
り、焦点検出の動作も第１の実施の形態と同じであるの
で説明を省略する。

【００６１】図５の構成のオートフォーカス光学系は、
図１の構成よりも集光レンズが１枚少ないため、光学部
品の点数が少ない。しかも、光検出器１８、１９が１つ
のＳｉ基板４１上に形成されているため、光検出器１
８、１９間のアライメントの手間が省け、価格を低減す
ることができるという利点を有する。さらに、台４２に
Ｓｉ基板４１、光源１３、コリメータレンズ１６が固定
されているので、光学素子の位置ズレによるフォーカス
エラー信号への影響を少なくすることができるという利
点を有する。

【００６２】また、演算増幅器２７、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３６を半導体プロ
セス技術によりＳｉ基板４１に作り込むことも可能であ
る。このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。

【００６３】次に、本発明の第４の実施の形態の焦点検
出装置付き顕微鏡について図６を用いて説明する。

【００６４】図６の構成は、光源１３が直線偏光の光を
出射する光源であるということと、コリメータレンズ１
６とダイクロイックミラー７の間に四分の一波長板４５
が設置されていることと、面４３、４４の光学薄膜の特
性が異なること以外、第３の実施の形態の図５の構成と
同じである。具体的には、光源１３として、Ｘ方向の直
線偏光の光を出射する光源を用いている。プリズム４０
の面４４にはＸ方向の直線偏光の光を１００％透過し、
Ｙ方向の直線偏光の光に対して透過率５０％、反射率５
０％となる光学薄膜がコーティングされている。プリズ
ム４０の面４３にはＸ方向の直線偏光の光を１００％透
過し、Ｙ方向の直線偏光の光を１００％反射する光学薄
膜がコーティングされている。図６において、図５の構
成と同様の部品については同じ番号をつけた。

【００６５】直線偏光の光を出射する光源１３から出射
したＸ方向の直線偏光の光は、プリズム４０の面４３と
面４４を透過し、コリメータレンズ１６によって平行に
され、四分の一波長板４５を透過することにより円偏光
の光に変換され、ダイクロイックミラー７によって反射
され、対物レンズ２へ入射し、制御装置２６によって光
軸１方向に移動可能な移動ステージ２５上に置かれた被
検物体２４上で結像する。被検物体２４の被検面２３か
らの反射光束は対物レンズ２を通過し、ダイクロイック
ミラー７によって反射され、再び四分の一波長板４５を
透過することによりＹ方向の直線偏光の光に変換され、
コリメータレンズ１６を通過し、プリズム４０の面４４
に入射する。面４４にはＸ方向の直線偏光の光を１００
％透過し、Ｙ方向の直線偏光の光に対して透過率５０
％、反射率５０％となる光学薄膜がコーティングされて
おり、面４４で反射した光は光検出器１９に入射し、面
４４を透過した光はプリズム４０の面４３に入射する。
プリズム４０の面４３にはＸ方向の直線偏光の光を１０
０％透過し、Ｙ方向の直線偏光の光を１００％反射する
光学薄膜がコーティングされており、面４３で反射した
光は光検出器１８に入射する。.第１の光検出器１８の
光検出部と第２の光検出器１９の光検出部の形態は、第
１の実施の形態と同じである。また、焦点検出の動作に
ついても第１の実施の形態と同じであるので説明を省略
する。

【００６６】図６の構成では、図５と同じようにオート
フォーカス光学系の光学部品の点数が少なく、かつ、光
検出器１８、１９が１つのＳｉ基板４１上に形成されて
いるので、アライメントの手間が省け、価格を低減する
ことができるという利点を有する。さらに、台４２にＳ
ｉ基板４１、光源１３、コリメータレンズ１６が固定さ
れているので、光学素子の位置ズレによるフォーカスエ
ラー信号への影響を少なくすることができるという利点
を有する。

【００６７】また、演算増幅器２７、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３６を半導体プロ
セス技術によりＳｉ基板４１に形成することが可能であ
り、このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。

【００６８】さらに、第４の実施の形態では被検面で反
射した光をすべて光検出器１８、１９で検出する構成に
するとができ、光検出器１８、１９で受光する光量が増
えるため、低反射率の試料でもより高感度でフォーカス
エラー信号を得ることができる。また、光源１３への戻
り光がないため、光源１３として半導体レーザを用いた
場合にも光源１３の出射波長を安定化させることができ
る。

【００６９】つぎに、本発明の第５の実施の形態の焦点
検出装置付き顕微鏡について、図７を用いて説明する。

【００７０】なお、図７の構成において、観察光学系お
よび照明光学系の構成は、第１の実施の形態と同じであ
るため、図７では、照明光学系のすべてと、観察光学系
の一部を省略して示している。第５の実施の形態の図７
の構成では、オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源１３と、コリメータレンズ１６と、プリズム４
６と、第１、第２の光検出器１８、１９が形成されたＳ
ｉ基板４１と、台４２を有する。光源１３には半導体レ
ーザを用いた。プリズム４９はＳｉ基板４１に接着剤に
より固定されており、光源１３、Ｓｉ基板４１は台４２
に固定されている。プリズム４６の面４７と面４８の光
検出器１９の上には、透過率５０％、反射率５０％とな
る光学薄膜がコーティングされている。また、面４９に
は反射率１００％の光学薄膜がコーティングされてい
る。

【００７１】光源１３から出射し、プリズム４６の面４
７で反射し、コリメータレンズ１６によって平行にされ
た光は、ダイクロイックミラー７によって反射され、対
物レンズ２へ入射し、被検物体２４上で結像する。被検
物体２４の被検面２３からの反射光束は対物レンズ２を
通過し、ダイクロイックミラー７によって反射され、コ
リメータレンズ１６を通過し、プリズム４６の面４７に
入射する。面４７には透過率５０％、反射率５０％とな
る光学薄膜がコーティングされているため、入射光の１
／２は、面４７を透過し、プリズム４６の面４８に入射
する。面４８の光検出器１９上には透過率５０％、反射
率５０％となる光学薄膜がコーティングされているた
め、この面に入射した光の１／２は、面４８を透過し、
光検出器１９に入射する。面４８で反射した光はプリズ
ム４６の面４９に入射する。面４９には反射率１００％
の光学薄膜がコーティングされており、面４９で反射し
た光は光検出器１８に入射する。また、レンズ１６の収
束点２０は、面４９上に位置するようにアライメントさ
れている。

【００７２】なお、第１の光検出器１８の光検出部と第
２の光検出器１９の光検出部の形態は、第１の実施の形
態と同じであるので説明を省略する。また、焦点検出の
動作は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略す
る。

【００７３】このように、第５の実施の形態ではオート
フォーカス光学系の光学部品の点数が少なく、かつ、光
検出器１８、１９が１つのＳｉ基板４１上に形成されて
いるので、アライメントの手間が省け、価格を低減する
ことができるという利点を有する。さらに、台４２にＳ
ｉ基板４１、光源１３が固定されているので、光学素子
の位置ズレによるフォーカスエラー信号への影響を少な
くすることができるという利点を有する。また、光源１
３から出射された被検物体２４への照明光が、プリズム
４６の内部を通過しないため、強度の強い光を被検物体
２４に照射できる。

【００７４】また、演算増幅器２７、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３６を半導体プロ
セス技術によりＳｉ基板４１に形成することが可能であ
り、このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。

【００７５】つぎに、本発明の第６の実施の形態焦点検
出装置付き顕微鏡の構成を図８を用いて説明する。

【００７６】図８は本発明の第６の実施の形態による顕
微鏡の焦点検出装置の概略構成図である。

【００７７】なお、図８の構成において、観察光学系お
よび照明光学系の構成は、第１の実施の形態と同じであ
るため、図８では、照明光学系のすべてと、観察光学系
の一部を省略して示している。図８では図５と同様の部
品については同じ番号をつけた。

【００７８】第６の実施の形態の図８の構成では、オー
トフォーカス光学系は、赤外光を出射する光源１３と、
コリメータレンズ１６と、ビームスプリッタ５０と、第
１、第２の光検出器１８、１９が形成されたＳｉ基板４
１と、台４２を有する。ビームスプリッタ５０はＳｉ基
板４１に接着剤により固定されており、光源１３、コリ
メータレンズ１６、Ｓｉ基板４１は、台４２に固定され
ている。ビームスプリッタ５０の面５１および面５２の
光検出器１９上には、透過率５０％、反射率５０％とな
る光学薄膜がコーティングされている。

【００７９】光源１３から出射された光は、ビームスプ
リッタ５０を透過し、コリメータレンズ１６によって平
行にされ、ダイクロイックミラー７によって反射され、
対物レンズ２へ入射し、制御装置２６によって光軸１方
向に移動可能な移動ステージ２５上に置かれた被検物体
２４上で結像する。被検物体２４の被検面２３からの反
射光束は対物レンズ２を通過し、ダイクロイックミラー
７によって反射され、ビームスプリッタ５０の面５１に
入射する。面５１には透過率５０％、反射率５０％とな
る光学薄膜がコーティングされており、面５１で反射し
た光はビームスプリッタ５０の面５２に入射する。ビー
ムスプリッタ５０の面５２の光検出器１９上には透過率
５０％、反射率５０％となる光学薄膜がコーティングさ
れており、面５２を透過した光は光検出器１９に入射
し、ビームスプリッタ５０の面５２で反射した光はビー
ムスプリッタ５０の面５３に入射する。面５３には反射
率１００％の光学薄膜がコーティングされており、面５
３で反射した光は光検出器１８に入射する。またレンズ
１６の収束点は、面５３上に位置するようにレンズとプ
リズム４６とが位置あわせされている。

【００８０】図８の構成において、第１の光検出器１８
の光検出部と第２の光検出器１９の光検出部の形態は、
第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。ま
た、焦点検出の動作は、第１の実施の形態と同様である
ので説明を省略する。

【００８１】第６の実施の形態の図８の構成では、オー
トフォーカス光学系の光学部品の点数が少なく、かつ、
光検出器１８、１９が１つのＳｉ基板４１上に形成され
ているので、アライメントの手間が省け、価格を低減す
ることができるという利点を有する。さらに、台４２に
Ｓｉ基板４１、光源１３、コリメータレンズ１６が固定
されているので、光学素子の位置ズレによるフォーカス
エラー信号への影響を少なくすることができるという利
点を有する。

【００８２】また、演算増幅器２７、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３６を半導体プロ
セス技術によりＳｉ基板４１に形成することが可能であ
り、このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。

【００８３】また、第５、第６の実施の形態では、第４
の実施の形態のように光源１３に直線偏光の光を出射す
る光源を用い、コリメータレンズ１６とダイクロイック
ミラー７の間に四分の一波長板を挿入し、かつ、プリズ
ム４６の面４７の光学薄膜とビームスプリッタ５０の面
５１の光学薄膜を偏光依存性を有する光学薄膜とするこ
とにより偏光分離を行うと、光検出器１８、１９に被検
面からの反射光をすべて受光でき、高感度でフォーカス
エラー信号を得ることができる。

【００８４】つぎに、本発明の本発明の第７実施の形態
による焦点検出装置付き顕微鏡について、図９を用いて
説明する。図９において、図１と同様の部品については
同じ番号をつけた。

【００８５】図９の構成では、集光レンズ１６とビーム
スプリッタ１７との間に、多重反射板６０が設置されて
いて、それ以外の構成は第１の実施の形態と同じであ
る。多重反射板６０の面６１、６２には反射膜がコーテ
ィングされている。このように、多重反射板６０を設置
することにより、集光レンズ１６の焦点距離が長い場合
でも、集光レンズ１６とビームスプリッタ１７との間の
距離を短くできるため、オートフォーカス光学系を小型
化することができる。

【００８６】図９において、第１の光検出器１８の光検
出部と第２の光検出器１９の光検出部は第１の実施の形
態と同じであるので説明を省略する。焦点検出の動作に
ついても第１の実施の形態と同様であるので説明を省略
する。

【００８７】次に、本発明の第８の実施の形態の焦点検
出装置付き顕微鏡について、図１０を用いて説明する。
図１０では、図１と同様の部品については同じ番号をつ
けた。

【００８８】図１０の構成では、コリメータレンズ１４
とビームスプリッタ１５との間に、回折格子７０が設置
されていている。また、光検出器７１、７２の光検出部
の形状が、第１の実施の形態の光検出器１８、１９の光
検出部とは異なる。これ以外の構成は第１の実施の形態
と同じである。

【００８９】第８の実施の形態の図１０の構成では、オ
ートフォーカス光学系は、赤外光を出射する光源１３
と、コリメータレンズ１４と、回折格子７０と、ビーム
スプリッタ１５と、集光レンズ１６と、ビームスプリッ
タ１７と、第１の光検出器７１と、第２の光検出器７２
とを有する。光源１３には半導体レーザを用いた。第１
の光検出器７１は、回折格子７０によって分離された３
つの光の収束点２０ａ、２０ｂ、２０ｃよりも被検物体
２４から離間して設置されている。一方、第２の光検出
器７２は収束点２１ａ、２１ｂ、２１ｃよりも被検物体
２４に近接して設置されている。

【００９０】第１の光検出器７１の光検出部と第２の光
検出器７２の光検出部は、図１１に示すように正方形の
３個の光検出部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７２ａ、７２
ｂ、７２ｃをそれぞれ３組ずつ有している。また、これ
らの光検出部には図示していない信号処理回路が接続さ
れている。

【００９１】光源１３から出射し、コリメータレンズ１
４を通った光束は回折格子７０で、３本の光束（０次
光、−１次光、＋１次光）に分離される。該３本の光束
はビームスプリッタ１５によって反射され、さらにダイ
クロイックミラー７によって反射され、対物レンズ２へ
入射し、制御装置２６によって光軸１方向に移動可能な
移動ステージ２５上に置かれた被検物面２３上で３つの
光スポット７３、７４、７５を結像する。被検物体２４
の被検面２３で反射した３本の光束は対物レンズ２を通
過し、ダイクロイックミラー７によって反射され、ビー
ムスプリッタ１５を透過し、集光レンズ１６を通過し、
ビームスプリッタ１７へ入射する。

【００９２】光検出器７１、７２上には、ビームスプリ
ッタ１７で分割された第１及び第２の３本の光線束によ
って、光スポット７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７７ａ、
７７ｂ、７７ｃが夫々形成される。第１の光検出器７１
上に形成される光スポット７６ａ、７６ｂ、７６ｃは、
対物レンズ２と被検物体２４とか離間すれば大きくな
り、接近すれば小さくなる。一方、第２の光検出器７２
上に形成される光スポット７７ａ、７７ｂ、７７ｃは、
光スポット７６ａ、７６ｂ、７６ｃとは逆に、対物レン
ズ２と被検物体２４とが離間すれば小さくなり、接近す
れば大きくなる。

【００９３】光検出部７６ａと７７ａの信号を第１の実
施例と同様に信号処理することにより、フォーカスエラ
ー信号が得られる。同様に光検出器７６ｂと７７ｂ、光
検出器７６ｃと７７ｃからもそれぞれフォーカスエラー
信号が得られる。

【００９４】図１０の構成では、回折格子７０によって
分離された光束が、被検面２３上の異なる３点に照射さ
れるため、これらの３点についての被検面２３のフォー
カスエラー信号が得られる。よって、被検面２３が段差
を有する場合にも、被検面２３上の３つの光スポットの
うち１つが段差のエッジにかかると、その部分ではフォ
ーカスエラー信号が乱れることがあるが、他の２点では
正常なフォーカスエラー信号が得られる。よって、３つ
の信号を平均化することにより、段差を有する試料でも
良好に焦点検出を行うことができる。また、３つのフォ
ーカスエラー信号のうちもっとも良好なフォーカスエラ
ー信号を選択して焦点検出を行うこともできる。

【００９５】また、光検出器７１、７２を収束点２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃからそれ
ぞれ遠ざけて配置している場合、光スポット７６ａ、７
６ｂ、７６ｃ及び７７ａ、７７ｂ、７７ｃのうち隣り合
う光スポット同士が一部重なることがある。このように
光スポット同士が一部重なる場合には、図２２に示すよ
うな多分割型の光検出部を有する光検出器を用いる。

【００９６】対物レンズの瞳径が小さい場合は、光検出
器７１の光スポット７１ａについて、光検出部７８ｅの
出力と、光検出部７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ、７
８ｆ、７８ｇ、７８ｈ、７８ｉ、７８ｊ、７８ｋ、７８
ｌ、７８ｍ、７８ｎ、７８ｏ、７８ｐ、７８ｑの出力の
和との差分を演算増幅器で求める。また、光検出器７２
の光スポット７７ａについて、光検出部７９ｅの出力
と、光検出部７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄ、７９
ｆ、７９ｇ、７９ｈ、７９ｉ、７９ｊ、７９ｋ、７９
ｌ、７９ｍ、７９ｎ、７９ｏ、７９ｐ、７９ｑの出力の
和との差分を演算増幅器で求める。そして、両演算増幅
器の出力差をさらに演算増幅器で求めることにより、光
スポット７６ａ，７７ａについてのフォーカスエラー信
号が得られる。

【００９７】また、光検出器７１の光スポット７６ｂに
ついては、光検出部７８ｏの出力と、光検出部７８ｃ、
７８ｄ、７８ｅ、７８ｆ、７８ｇ、７８ｈ、７８ｉ、７
８ｊ、７８ｋ、７８ｌ、７８ｍ、７８ｎ、７８ｐ、７８
ｑ、７８ｒ、７８ｓ、７８ｔ、７８ｕ、７８ｖ、７８
ｗ、７８ｘ、７８ｙ、７８ｚ、７８Ａの出力の和との差
分を演算増幅器で求める。同様に光検出器７２の光スポ
ット７７ｂについて、光検出部７９ｏの出力と、光検出
部７９ｃ、７９ｄ、７９ｅ、７９ｆ、７９ｇ、７９ｈ、
７９ｉ、７９ｊ、７９ｋ、７９ｌ、７９ｍ、７９ｎ、７
９ｐ、７９ｑ、７９ｒ、７９ｓ、７９ｔ、７９ｕ、７９
ｖ、７９ｗ、７９ｘ、７９ｙ、７９ｚ、７９Ａの出力の
和との差分を演算増幅器で求める。そして、両演算増幅
器の出力差をさらに演算増幅器で求めることにより、光
スポット７６ｂ、７７ｂについてのフォーカスエラー信
号が得られる。

【００９８】また、光検出器７１の光スポット７６ｃに
ついては、光検出部７８ｙの出力と、光検出部７８ｍ、
７８ｎ、７８ｏ、７８ｐ、７８ｑ、７８ｒ、７８ｓ、７
８ｔ、７８ｕ、７８ｖ、７８ｗ、７８ｘ、７８ｚ、７８
Ａ、７８Ｂ、７８Ｃの出力の和との差分を演算増幅器で
求める。また、光検出器７２の光スポット７７ｃについ
て、光検出部７９ｙの出力と、光検出部７９ｍ、７９
ｎ、７９ｏ、７９ｐ、７９ｑ、７９ｒ、７９ｓ、７９
ｔ、７９ｕ、７９ｖ、７９ｗ、７９ｘ、７９ｚ、７９
Ａ、７９Ｂ、７９Ｃの出力の和との差分を演算増幅器で
求める。そして、良縁算増幅器の出力差をさらに演算増
幅器で求めることにより、光スポット７６ｃ、７７ｃに
ついてのフォーカスエラー信号が得られる。

【００９９】これにより、対物レンズ２の瞳径が小さい
場合の３つの光スポットについてのフォーカスエラー信
号がそれぞれ得られる。

【０１００】一方、対物レンズの瞳径が大きい場合は、
光検出器７１の光スポット７６ａについて、光検出部７
８ｂ、７８ｄ、７８ｅ、７８ｆ、７８ｉ、７８ｊ、７８
ｋの出力の和と、光検出部７８ａ、７８ｃ、７８ｇ、７
８ｈ、７８ｌ、７８ｍ、７８ｎ、７８ｏ、７８ｐ、７８
ｑの出力の和との差分を演算増幅器で求める。また、光
検出器７２の光スポット７７ａについて、光検出部７９
ｂ、７９ｄ、７９ｅ、７９ｆ、７９ｉ、７９ｊ、７９ｋ
の出力の和と、光検出部７９ａ、７９ｃ、７９ｇ、７９
ｈ、７９ｌ、７９ｍ、７９ｎ、７９ｏ、７９ｐ、７９ｑ
の出力の和との差分を演算増幅器で求める。そして、両
演算増幅器の差分をさらに演算増幅器で求めることによ
り、光スポット７６ａ，７７ａについてのフォーカスエ
ラー信号が得られる。

【０１０１】また、光検出器７１の光スポット７６ｂに
ついて、光検出部７８ｉ、７８ｊ、７８ｋ、７８ｎ、７
８ｏ、７８ｐ、７８ｓ、７８ｔ、７８ｕの出力の和と、
光検出部７８ｃ、７８ｄ、７８ｅ、７８ｆ、７８ｇ、７
８ｈ、７８ｌ、７８ｍ、７８ｑ、７８ｒ、７８ｖ、７８
ｗ、７８ｘ、７８ｙ、７８ｚ、７８Ａの出力の和との差
分を演算増幅器で求める。また、光検出器７２の光スポ
ット７７ｂについて、光検出部７９ｉ、７９ｊ、７９
ｋ、７９ｎ、７９ｏ、７９ｐ、７９ｓ、７９ｔ、７９ｕ
の出力の和と、光検出部７９ｃ、７９ｄ、７９ｅ、７９
ｆ、７９ｇ、７９ｈ、７９ｌ、７９ｍ、７９ｑ、７９
ｒ、７９ｖ、７９ｗ、７９ｘ、７９ｙ、７９ｚ、７９Ａ
の出力の和との差分を演算増幅器で求める。そして、両
演算増幅器の出力の差分を、さらに演算増幅器により求
めることにより、光スポット７６ｂ，７７ｂについての
フォーカスエラー信号が得られる。

【０１０２】さらに、光検出器７１の光スポット７６ｃ
について、光検出部７８ｓ、７８ｔ、７８ｕ、７８ｘ、
７８ｙ、７８ｚ、７８Ｂの出力の和と、光検出部７８
ｍ、７８ｎ、７８ｏ、７８ｐ、７８ｑ、７８ｒ、７８
ｖ、７８ｗ、７８Ａ、７８Ｃの出力の和との差分を演算
増幅器によって求める。また、光検出器７２の光スポッ
ト７７ｃについて、光検出部７９ｓ、７９ｔ、７９ｕ、
７９ｘ、７９ｙ、７９ｚ、７９Ｂの出力の和と、光検出
部７９ｍ、７９ｎ、７９ｏ、７９ｐ、７９ｑ、７９ｒ、
７９ｖ、７９ｗ、７９Ａ、７９Ｃの出力の和との差分を
演算増幅器によって求める。そして、両演算増幅器の出
力の差分をさらに演算増幅器によって求めることによ
り、光スポット７６ｃ、７７ｃについてのフォーカスエ
ラー信号が得られる。

【０１０３】これにより、対物レンズ２の瞳径が大きい
場合の被検面２３上の３点についてのそれぞれのフォー
カスエラー信号が得られる。

【０１０４】なお、第８の実施の形態の図１０の構成で
は、回折格子７０により、光源１３からの光束を分割
し、被検面２３上の３点に光を照射しているが、光源１
３として、３つの発光部がアレイ状に配置された半導体
レーザを用いることにより、回折格子７０を用いずに、
被検面２３上の３点に光を照射することができる。ま
た、被検面２３上に光を照射する点は、３点に限らず、
４点以上にすることも可能である。この場合にも、光検
出器７１、７２の光検出部を光スポット数に対応させた
数だけ用意しておくことにより、被検面２３の各点につ
いてフォーカスエラー信号を得ることができる。

【０１０５】以上の第１から第８の実施の形態では、光
検出器の光検出部として、中心の光検出部が正方形の形
状のものを用いたが、この形状に限らず、図１２
（ａ）、（ｂ）のような円形や、図１２（ｃ）のような
長方形でも良い。図１２（ｃ）の場合は光検出部８８ｃ
からの信号を、図２の光検出部１８ａからの信号と見な
し、図１２（ｃ）の光検出部８８ｂからの信号と光検出
部８８ｄからの信号の和信号を図２の光検出部１８ｂか
らの信号と見なし、図１２（ｃ）の光検出部８８ａから
の信号と光検出部８８ｅからの信号の和信号を図２の光
検出部１８ｃからの信号と見なすことにより、図２の正
方形の光検出部と同様のフォーカスエラー信号を得るこ
とができる。また、図１２（ａ）、（ｂ）のように光検
出部が円形の場合は異方性がないため、正方形の場合に
比べ、被検物体の置き方によるフォーカスエラー信号へ
の方向依存性が無くなるという効果がある。

【０１０６】つぎに、本発明の第９の実施の形態による
焦点検出装置付き顕微鏡の構成について、図１３を用い
て説明する。

【０１０７】図１３の構成では、光源１３とコリメータ
レンズ１４との間に、スリット８０を配置している。ま
た、光検出器８１、８２の光検出部の形態は図１５に示
したような構成である。他の構成は、図１と同様であ
る。なお、図１３では図１と同様の部品については同じ
番号をつけた。

【０１０８】図１３の構成のオートフォーカス光学系
は、赤外光を出射する光源１３と、スリット８０と、コ
リメータレンズ１４と、ビームスプリッタ１５と、集光
レンズ１６と、ビームスプリッタ１７と、第１の光検出
器８１と、第２の光検出器８２を有する。光源１３に
は、半導体レーザを用いた。図１４にスリット８０を正
面から見た図を示す。第１の光検出器８１は収束点２０
よりも被検物体２４から離間して設置されている。一
方、第２の光検出器８２は収束点２１よりも被検物体２
４に近接して設置されている。第１の光検出器８１の光
検出部と第２の光検出器８２の光検出部は図１５に示す
ように長方形の３個の光検出部を有している。またこれ
らの光検出部は、第１の実施の形態と同様の信号処理回
路に接続されている。

【０１０９】第９の実施の形態の図１３の構成では、ス
リット光が被検面２３上に結像する。すなわち、光源１
３から出射した光の一部はスリット８０を通過し、コリ
メータレンズ１４を通った光束は、ビームスプリッタ１
５によって反射され、さらにダイクロイックミラー７に
よって反射され、対物レンズ２へ入射し、被検面２３上
にスリット像を結像する。被検物体２４の被検面２３か
らの反射光束は、対物レンズ２を通過し、ダイクロイッ
クミラー７によって反射され、ビームスプリッタ１５を
透過し、集光レンズ１６を通過し、ビームスプリッタ１
７へ入射する。

【０１１０】光検出器８１、８２上には、ビームスプリ
ッタ１７で分割された第１及び第２の光線束によって、
スリット像が夫々形成される。

【０１１１】焦点検出の方法は第１の実施の形態と同様
であるので説明を省略する。

【０１１２】第９の実施の形態の図１３の構成では、被
検物体２４の被検面２３上に、線状の像を照射するた
め、線状の像の一部が、被検面の段差部にかかっても、
他の部分において正常なフォーカスエラー信号を得るこ
とができる。よって、被検面２３に段差がある場合に
も、フォーカスエラー信号は段差の影響を受けにくくな
る。

【０１１３】また、図１３の構成においては、スリット
８０によって線状の像を形成しているが、光源１３から
出射した光をシリンドリカルレンズで集光することによ
り、図１３のスリット８０の位置に線状の像を結像する
構成とすることによっても、同様の効果が得られる。こ
の場合はスリット８０が不要となる。

【０１１４】つぎに、本発明の第１０の実施の形態によ
る焦点検出装置付き顕微鏡の構成を図１６を用いて説明
する。

【０１１５】なお、図１６の構成において、図１と同様
の部品については同じ番号をつけた。

【０１１６】第１０の実施の形態の図１６の構成では、
光検出器９０、９１にアクチュエ−タ９２、９３が接続
されていて、光検出器９０、９１を光軸方向に移動させ
ることができる。また、光検出部の形状が、第１の実施
の形態とは異なる。これ以外は、第１の実施の形態と同
じであるので説明を省略する。

【０１１７】オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源１３と、コリメータレンズ１４と、ビームスプ
リッタ１５と、集光レンズ１６と、ビームスプリッタ１
７と、第１の光検出器９０と、第２の光検出器９１を有
する。第１の光検出器９０は収束点２０よりも被検物体
２４から離間して設置されている。一方、第２の光検出
器９１は収束点２１よりも被検物体２４に近接して設置
されている。第１の光検出器９０の光検出部と第２の光
検出器９１の光検出部は、図１７に示すように正方形の
２個の光検出部９０ａ、９０ｂ、９１ａ、９１ｂを有し
ている。またこれらの光検出部９０ａ、９０ｂ、９１
ａ、９１ｂは、演算増幅器９２、９３、９４に接続され
ている。

【０１１８】光源１３から出射し、コリメータレンズ１
４を通った光束は、ビームスプリッタ１５によって反射
され、さらにダイクロイックミラー７によって反射さ
れ、対物レンズ２へ入射し、制御装置２６によって光軸
１方向に移動可能な移動ステージ２５上に置かれた被検
物体２４上で結像する。被検物体２４の被検面２３から
の反射光束は対物レンズ２を通過し、ダイクロイックミ
ラー７によって反射され、ビームスプリッタ１５を透過
し、集光レンズ１６を通過し、ビームスプリッタ１７へ
入射する。

【０１１９】光検出器９０、９１上には、ビームスプリ
ッタ１７で分割された第１及び第２の光線束によって、
図１７に示すように、光スポット９５及び９６が夫々形
成される。第１の光検出器９０上に形成される光スポッ
ト９５は、対物レンズ２と被検物体２４とか離間すれば
大きくなり、接近すれば小さくなる。一方、第２の光検
出器９１上に形成される光スポット９６は、光スポット
９５とは逆に、対物レンズ２と被検物体２４とが離間す
れば小さくなり、接近すれば大きくなる。双方の光検出
器９０、９１の検出信号から演算増幅器９２、９３、９
４により、（９０ａ−９０ｂ）−（９１ａ−９１ｂ）を
求めて、この信号をフォーカスエラー信号とすれば、Ｓ
字特性をもつフォーカスエラー信号が得られる。

【０１２０】この時、対物レンズの瞳径が大きすぎる場
合、または対物レンズの瞳径が小さすぎる場合には、ア
クチュエータ９２、９３を駆動して光検出器９０、９１
を光軸方向に移動させることにより、合焦位置での光検
出器９０、９１上の光スポット９５、９６の寸法を一定
にすることができ、良好なフォーカスエラー信号が得ら
れる。

【０１２１】フォーカス信号が正のときは前ピン状態、
負のときは後ピン状態、零のときは合焦状態と判断する
ことが可能である。この差動信号から被検面の位置を判
断して、制御装置２６により移動ステージ２５を上下さ
せ自動的に合焦状態に位置合わせをすることが可能であ
る。

【０１２２】また、このフオーカスエラー信号から被検
物体２４の変位量を計測することができる。

【０１２３】また、第１０の実施の形態においては、ア
クチュエータ９２、９２を設けず、集光レンズ１６をズ
ームレンズとすることにより、ズームレンズ１６の焦点
距離を変化させることでも同様の効果が得られる。

【０１２４】つぎに、本発明の第１１の実施の形態によ
る変位計測装置について図１８を用いて説明する。

【０１２５】第１１の実施の形態の図１８の変位計測装
置は、第１の実施の形態の焦点検出装置付き顕微鏡から
照明光学系、観察光学系、ダイクロイックミラー７、お
よび、ステージ２５を除去したものである。その他の構
成は第１の実施の形態の焦点検出装置と同じである。

【０１２６】なお、図１８において、図１と同様の部品
には同じ番号をつけた。

【０１２７】図１８の変位計測装置では、被検物体２４
の被検面２３の光軸１方向についての変位を計測する。

【０１２８】変位検出の動作は、第１の実施の形態の焦
点検出の動作と同じであるので説明を省略する。

【０１２９】図１８の変位計測装置では、対物レンズ２
の倍率（焦点距離）により対物レンズの瞳径が変化する
が、図１８の変位計測装置では、対物レンズの倍率（焦
点距離）を変えても、良好なフォーカスエラー信号がえ
られる。よって、フォーカスエラー信号から、被検物体
２４の変位を求めることができ、対物レンズ２の倍率
（焦点距離）を変えることにより、変位測定範囲を変え
ることができる変位計測装置が実現される。変位測定範
囲が変わることにより、変位計測の分解能が変化するた
め、分解能の可変な変位計測装置を提供することができ
る。

【０１３０】つぎに、本発明の第１２の実施の形態によ
る変位計測装置について、図１９を用いて説明する。

【０１３１】第１２の実施の形態の変位計測装置は、第
３の実施の形態の焦点検出装置付き顕微鏡から照明光学
系、観察光学系、ダイクロイックミラー７、および、ス
テージ２５を除去した。その他の構成は、第３の実施の
形態の焦点検出装置と同じである。第１２の実施の形態
の変位計測装置は、被検物体２４の光軸１方向の変位を
計測する。なお、図１９において、図５と同様の部品に
は同じ番号をつけた。

【０１３２】図１９の構成による変位検出の動作は、第
３の実施の形態の焦点検出の動作と同じであるので説明
を省略する。

【０１３３】図１９の変位計測装置は、図１８の変位計
測装置と同様に、対物レンズの倍率（焦点距離）を変
え、対物レンズの瞳径が変化して場合にも、良好なフォ
ーカスエラー信号がえられ、フォーカスエラー信号か
ら、被検物体２４の変位を求めることができる。よっ
て、対物レンズ２の倍率（焦点距離）を変えることによ
り、変位測定範囲を変えることができる変位計測装置が
実現される。

【０１３４】さらに、図１９の変位計測装置は、光学部
品の点数が少なく、かつ、光検出器１８、１９が１つの
Ｓｉ基板４１上に形成されているので、アライメントの
手間が省け、価格を低減することができるという利点を
有する。さらに、台４２にＳｉ基板４１、光源１３、コ
リメータレンズ１６が固定されているので、光学素子の
位置ズレによるフォーカスエラー信号への影響を少なく
することができるという利点を有する。

【０１３５】また、演算増幅器２７、２８、２９、３
０、３１、３２、３３、３４、３５、３６（図１９では
不図示）を半導体プロセス技術によりＳｉ基板４１に形
成することが可能であり、このことにより、装置の価格
を更に低減することができる。

【０１３６】なお、上述の第１〜第１２の各実施の形態
では、光源１３として半導体レーザを用いたが、発光ダ
イオードを用いることもできる。

【０１３７】また、光源１３として、赤外光を出射する
光源を用いるとしたが、可視光光源を用いることもでき
る。可視光光源を用いる場合は、ダイクロイックミラー
の代わりにビームスプリッタを用いる。

【０１３８】また、光検出器１８、１９等としては、第
１の実施の形態では、半導体基板に不純物をドープさせ
ることにより検出領域を形成したものを用いると述べた
が、光検出器１８、１９等にＣＣＤを用いてもできる。
その場合は、光検出器１８、１９等の各光検出部に対応
するＣＣＤの出力を処理するために、適当な信号処理回
路が必要になる。

【０１３９】また、上述の第１〜第１２の各実施の形態
では、光検出器の検出部として、図２の光検出部１８
ａ、１８ｂ、１８ｃのように、中心から外側に向かって
３つの光検出部に分けられた光検出器を用いたが、本発
明にこれに限定されるものではなく、中心から外側に向
かって４以上の光検出部を有する光検出器を用いること
も可能である。この場合にも、光検出器上での光スポッ
トの大きさに応じて、任意の検出部とそれよりも内側の
検出部の出力の和と、前記任意の検出部よりも外側の検
出部の出力の和との差分を、それぞれの光検出器で求
め、さらにこれらの差分結果の差を求めることにより、
対物レンズの瞳径に応じてフォーカスエラー信号を得る
ことができる。

【０１４０】また、上述の実施の形態では、例えば、図
２のように、演算増幅器３５から（｜１８ａ｜−（｜１
８ｂ｜＋｜１８ｃ｜））−（｜１９ａ｜−（｜１９ｂ｜
＋｜１９ｃ｜））の演算によるフォーカスエラー信号が
出力され、演算増幅器３６から（（｜１８ａ｜＋｜１８
ｂ｜）−｜１８ｃ｜）−（（｜１９ａ｜＋｜１９ｂ｜）
−｜１９ｃ｜）の演算によるフォーカスエラー信号がさ
れる構成であるため、常に２種類のフォーカスエラー信
号が出力される。しかしながら、本発明は、このように
常に２種類以上のフォーカスエラー信号を演算してこれ
を出力する構成に限定されるものではなく、選択的に１
種類のフォーカスエラー信号を得る演算のみを行って１
種類のフォーカスエラー信号のみを出力する構成にする
こともできる。

【０１４１】例えば、検出部の出力を選択する選択回
路、加算回路、差分回路により演算回路を構成すること
ができる。ここで、第１および第２の検出器１８、１９
の検出部がｍ個ある場合、それぞれ内側から順に、１番
目の検出部、２番目の検出部、・・・ｍ番目の検出部と
呼ぶとする。選択回路は、第１の検出器１８の検出部の
うち、１番目からｉ番目（ｉ＜ｍ）までの検出部の出力
を選択し、加算回路に加算させる。また、ｉ＋１番目か
らｍ番目までの検出部の出力の和を加算回路に加算させ
る。そして、１番目からｉ番目までの検出部の出力の和
と、ｉ＋１番目からｍ番目までの検出部の出力の和との
差分を差分回路に演算させる。同様に、第２の検出器１
９について、選択回路は、１番目からｉ番目までの検出
部の出力を選択し、加算回路に加算させる。また、ｉ＋
１番目からｍ番目までの検出部の出力の和を加算回路に
加算させる。そして、１番目からｉ番目までの検出部の
出力の和と、ｉ＋１番目からｍ番目までの検出部の出力
の和との差分を差分回路に演算させる。そして、第１の
検出器１８について得られた差分結果と、第２の検出器
１９について得られた差分結果とをさらに差分すること
により、フォーカスエラー信号が得られる。このような
演算は、演算回路を組んで実行させることも可能である
し、予め作成しておいた演算プログラムを処理装置に処
理させることによりソフトとして実行させることも可能
である。

【０１４２】この方法では、選択回路が選択する検出部
のｉの値を、出力されるフォーカスエラー信号のグラフ
の曲線形状を見て、ユーザが設定するか、もしくは、出
力されるフォーカスエラー信号のグラフの曲線の形状に
より自動的に設定されるように構成することができる。
これにより、出力されるフォーカスエラー信号は、１つ
であるが、焦点検出や変位計測に最適なフォーカスエラ
ー信号が得られる。

【０１４３】また、第１の光検出器１８の演算に用いる
ｉの値と、第２の光検出器１９の演算に用いるｉの値を
異なる値に設定することもできる。このようにｉを異な
る値に設定することにより、光検出器１８と収束点２０
との間隔に対して、光検出器１９と収束点２１との間隔
を相対的に調整したのと同様の効果が得られる。

【０１４４】

【発明の効果】上述してきたように、顕微鏡の対物レン
ズの瞳径が変化した場合でも良好に焦点検出手段を備え
た顕微鏡を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】（ａ）〜（ｆ）本発明の第１の実施の形態によ
る焦点検出装置付き顕微鏡で得られたフォーカスエラー
信号を示すグラフである。

【図４】 本発明の第２の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図６】 本発明の第４の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図７】 本発明の第５の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の一部の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図８】 本発明の第６の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の一部の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図９】 本発明の第７の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第８の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図１１】本発明の第８の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示す説明図
である。

【図１２】（ａ）〜（ｃ） 本発明の第１〜８の実施の
形態による焦点検出装置付き顕微鏡の光検出器の光検出
部の他の構成例を示す説明図である。

【図１３】 本発明の第９の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図１４】 本発明の第９の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡に用いられているスリットの形状を示す
正面図である。

【図１５】 本発明の第９の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示す説明
図である。

【図１６】 本発明の第１０の実施の形態による焦点検
出装置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。

【図１７】 本発明の第１０の実施の形態による焦点検
出装置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示す説
明図である。

【図１８】 本発明の第１１の実施の形態による変位計
測装置の概略構成を示すブロック図である。

【図１９】 本発明の第１２の実施の形態による変位計
測装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２０】 従来の焦点検出装置付き顕微鏡の概略構成
を示すブロック図である。

【図２１】 従来の焦点検出装置付き顕微鏡の光検出器
の光検出部の構成を示す説明図である。

【図２２】 本発明の第８の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の別の例を示す説
明図である。

【符号の説明】

２、１０２・・・対物レンズ ７、１０７・・・ダイクロイックミラー １３、１１３・・・光源 １４、１１４・・・コリメータレンズ １６、１１６・・・集光レンズ １５、１７、５０、１１５、１１７・・・ビームスプリ
ッタ １８、１９、７１、７２、８１、８２、９０、９１、１
１８、１１９・・・光検出器 １８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、７１ａ、７１ｂ、７
１ｃ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、８８ａ、８８ｂ、８８
ｃ、８８ｄ、８８ｅ、９０ａ、９０ｂ、９１ａ、９１
ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１１９ａ、１１９ｂ・・・光
検出部 ２３、１２３・・・被検面 ２４、１２４・・・被検物体 ２５、１２５・・・ステージ ２６、１２６・・・制御手段 ２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３
５、３６、９２、９３、９４、１２９、１３０、１３１
・・・演算増幅器 ３７、３８、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７７ａ、７７
ｂ、７７ｃ、１３２、１３３・・・光スポット ４０、４６・・・プリズム ４１・・・Ｓｉ基板 ４２・・・台 ４５・・・四分の一波長板 ６０・・・多重反射板 ７０・・・回折格子 ８０・・・スリット ９２、９３・・・アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ (72)発明者 岡本 和也 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対物レンズを含む観察光学系と、被検物体
   を搭載するためのステージと、前記対物レンズの焦点位
   置からの前記被検物体の位置ずれを検出する焦点検出手
   段とを有し、 前記焦点検出手段は、前記対物レンズを通して前記被検
   物体に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検
   物体からの前記照明光の反射光束を収束するための集光
   光学系と、前記反射光束を第１および第２光束に分割す
   るための分割手段と、前記第１および第２光束をそれぞ
   れ検出するための第１および第２検出手段と、前記第１
   および第２検出手段の検出結果を演算することにより、
   少なくとも２種類のフォーカスエラー信号を求める演算
   手段とを有し、 前記第１検出手段は、前記第１光束が前記集光光学系に
   よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
   位置に配置され、前記第２検出手段は、前記第２光束
   が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
   記被検物体に近い位置に配置され、 前記第１および第２検出手段は、それぞれ、前記第１お
   よび第２光束のうち、光軸部分の光束、その外側の光
   束、さらにその外側の順に光軸から離れた部分の光束を
   検出するために、合わせて３以上の検出部を有し、 前記演算手段は、前記３以上の検出部のうちもっとも中
   心に位置する検出部の出力と、それよりも外側に位置す
   るすべての検出部の出力の和との差分を、それぞれ第１
   および第２検出手段について求め、これらを用いて第１
   のフォーカスエラー信号を求める第１演算部と、前記３
   以上の検出部のうち中心に近い２つの検出部の出力の和
   と、それらよりも外側に位置するすべての検出部の出力
   の和との差分を、それぞれ第１および第２の検出手段に
   ついて求め、これらを用いて第２のフォーカスエラー信
   号を求める第２演算部とを有することを特徴とする焦点
   検出手段を備えた顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１に記載の焦点検出手段を備えた顕
   微鏡において、 前記第１および第２検出手段は、それぞれ３つの検出部
   を有し、前記第１検出手段の中心に位置する検出部を第
   １検出部、前記第１検出部の外側の検出部を第２検出
   部、第２検出部の外側の検出部を第３検出部とし、前記
   第２検出手段の中心に位置する検出部を第４検出部、前
   記第４検出部の外側の検出部を第５検出部、第５検出部
   の外側の検出部を第６検出部とした場合、 前記第１演算部は、前記第１検出手段の第１検出部の出
   力と、前記第１検出手段の第１検出部よりも外側に位置
   するすべての検出部の出力の和との差分を求めるととも
   に、前記第２検出手段の第３検出部の出力と、前記第２
   検出手段の第３検出部よりも外側に位置するすべての検
   出部の出力の和との差分を求め、前記両差分結果のさら
   に差分を求めることにより第１のフォーカスエラー信号
   を求め、 前記第２演算部は、前記第１検出手段の第１検出部およ
   び第２検出部の出力の和と、前記第１検出手段の第２検
   出部よりも外側に位置するすべての検出部の出力の和と
   の差分を求めるとともに、前記第２検出手段の第３検出
   部および第４検出部の出力の和と、前記第２検出手段の
   第４検出部よりも外側に位置するすべての検出部の和と
   の差分を求め、前記両差分結果のさらに差分を求めるこ
   とにより第２のフォーカスエラー信号を求めることを特
   徴とする焦点検出手段を備えた顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１に記載の焦点検出手段を備えた顕
   微鏡において、 前記照明光学系は、照明光束を前記被検物体の複数の点
   に照射するために、前記照明光束を複数の光束に分割す
   る手段を有し、 前記集光光学系および分割手段は、前記複数の照明光束
   をそれぞれ集光および分割し、 前記第１および第２検出手段は、前記被検物体の複数の
   点からの反射光束に対してそれぞれ用意され、 前記演算手段は、前記被検物体の複数の点からの反射光
   束それぞれについて、少なくとも前記第１および第２の
   フォーカスエラー信号を求めることを特徴とする焦点検
   出手段を備えた顕微鏡。
4. 【請求項４】請求項１に記載の焦点検出手段を備えた顕
   微鏡において、 前記照明光学系は、前記被検物体上に、線状の光を照射
   し、 前記第１および第２検出手段は、前記線状の光の反射光
   束を受光するために、もっとも中心部の検出部の形状が
   線状であることを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微
   鏡。
5. 【請求項５】対物レンズを含む観察光学系と、被検物体
   を搭載するためのステージと、前記対物レンズの焦点位
   置からの前記被検物体の位置ずれを検出する焦点検出手
   段を有し、 前記焦点検出手段は、前記対物レンズを通して前記被検
   物体に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検
   物体からの前記照明光の反射光束を収束するための集光
   光学系と、前記反射光束を第１および第２光束に分割す
   るための分割手段と、前記第１および第２光束をそれぞ
   れ検出するための第１および第２検出手段と、前記第１
   および第２検出手段の検出結果を演算することによりフ
   ォーカスエラー信号を求める演算手段とを有し、 前記第１検出手段は、前記第１光束のうちの光軸付近の
   光束を受光する第１検出部と、前記第１検出部よりも外
   側の光束を検出するための第２検出部とを少なくとも有
   し、 前記第２検出手段は、前記第２光束のうち光軸付近の光
   束を受光する第３検出部と、前記第３検出部よりも外側
   の光束を検出するための第４検出部とを少なくとも有
   し、 前記第１検出手段は、前記第１光束が前記集光光学系に
   よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
   位置に配置され、前記第２検出手段は、前記第２光束
   が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
   記被検物体に近い位置に配置され、 前記第１および第２検出手段には、前記第１および第２
   検出手段を前記収束点に対して接近または離間させるた
   めの移動手段が取り付けられていることを特徴とする焦
   点検出手段を備えた顕微鏡。
6. 【請求項６】被検物体に対して対向する位置に配置され
   る対物レンズと、前記対物レンズを通して前記被検物体
   に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検物体
   からの前記照明光の反射光束を収束するための集光光学
   系と、前記反射光束を第１および第２光束に分割するた
   めの分割手段と、前記第１および第２光束をそれぞれ検
   出するための第１および第２検出手段と、前記第１およ
   び第２検出手段の検出結果を演算することにより、少な
   くとも２種類のフォーカスエラー信号を求める演算手段
   とを有し、 前記第１検出手段は、前記第１光束が前記集光光学系に
   よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
   位置に配置され、前記第２検出手段は、前記第２光束
   が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
   記被検物体に近い位置に配置され、 前記第１および第２の検出手段は、それぞれ、前記第１
   および第２光束のうち、光軸部分の光束、その外側の光
   束、さらにその外側の順に光軸から離れた部分の光束を
   検出するために、合わせて３以上の検出部を有し、 前記演算手段は、前記３以上の検出部のうちもっとも中
   心に位置する検出部の出力と、それよりも外側に位置す
   るすべての検出部の出力の和との差分を、それぞれ第１
   および第２検出手段について求め、これらを用いて第１
   のフォーカスエラー信号を求める第１演算部と、前記３
   以上の検出部のうち中心に近い２つの検出部の出力の和
   と、それらよりも外側に位置するすべての検出部の出力
   の和との差分を、それぞれ第１および第２の検出手段に
   ついて求め、これらを用いて第２のフォーカスエラー信
   号を求める第２演算部とを有することを特徴とする変位
   計測装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の変位計測装置において、 前記第１および第２検出手段は、それぞれ３つの検出部
   を有し、前記第１検出手段の中心に位置する検出部を第
   １検出部、前記第１検出部の外側の検出部を第２検出
   部、第２検出部の外側の検出部を第３検出部とし、前記
   第２検出手段の中心に位置する検出部を第４検出部、前
   記第４検出部の外側の検出部を第５検出部、第５検出部
   の外側の検出部を第６検出部とした場合、 前記第１演算部は、前記第１検出手段の第１検出部の出
   力と、前記第１検出手段の第１検出部よりも外側に位置
   するすべての検出部の出力の和との差分を求めるととも
   に、前記第２検出手段の第３検出部の出力と、前記第２
   検出手段の第３検出部よりも外側に位置するすべての検
   出部の出力の和との差分を求め、前記両差分結果のさら
   に差分を求めることにより第１のフォーカスエラー信号
   を求め、 前記第２演算部は、前記第１検出手段の第１検出部およ
   び第２検出部の出力の和と、前記第１検出手段の第２検
   出部よりも外側に位置するすべての検出部の出力の和と
   の差分を求めるとともに、前記第２検出手段の第３検出
   部および第４検出部の出力の和と、前記第２検出手段の
   第４検出部よりも外側に位置するすべての検出部の和と
   の差分を求め、前記両差分結果のさらに差分を求めるこ
   とにより第２のフォーカスエラー信号を求めることを特
   徴とする変位計測装置。
8. 【請求項８】被検物体に対して対向して配置される対物
   レンズと、前記対物レンズを通して前記被検物体に照明
   光を照射するための照明光学系と、前記被検物体からの
   前記照明光の反射光束を収束するための集光光学系と、
   前記反射光束を第１および第２光束に分割するための分
   割手段と、前記第１および第２光束をそれぞれ検出する
   ための第１および第２検出手段と、前記第１および第２
   検出手段の検出結果を演算することによりフォーカスエ
   ラー信号を求める演算手段とを有し、 前記第１検出手段は、前記第１光束のうちの光軸付近の
   光束を受光する第１検出部と、前記第１検出部よりも外
   側の光束を検出するための第２検出部とを少なくとも有
   し、 前記第２検出手段は、前記第２光束のうち光軸付近の光
   束を受光する第３検出部と、前記第３検出部よりも外側
   の光束を検出するための第４検出部とを少なくとも有
   し、 前記第１検出手段は、前記第１光束が前記集光光学系に
   よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
   位置に配置され、前記第２検出手段は、前記第２光束
   が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
   記被検物体に近い位置に配置され、 前記第１および第２検出手段には、前記第１および第２
   検出手段を前記収束点に対して接近または離間させるた
   めの移動手段が取り付けられていることを特徴とする変
   位計測装置。
9. 【請求項９】対物レンズを含む観察光学系と、被検物体
   を搭載するためのステージと、前記対物レンズの焦点位
   置からの前記被検物体の位置ずれを検出する焦点検出手
   段とを有し、 前記焦点検出手段は、前記対物レンズを通して前記被検
   物体に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検
   物体からの前記照明光の反射光束を収束するための集光
   光学系と、前記反射光束を第１および第２光束に分割す
   るための分割手段と、前記第１および第２光束をそれぞ
   れ検出するための第１および第２検出手段と、前記第１
   および第２検出手段の検出結果を演算することによりフ
   ォーカスエラー信号を求める演算手段とを有し、 前記第１検出手段は、前記第１光束が前記集光光学系に
   よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
   位置に配置され、前記第２検出手段は、前記第２光束
   が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
   記被検物体に近い位置に配置され、 前記第１および第２検出手段は、それぞれ、前記第１お
   よび第２光束のうち、光軸部分の光束、その外側の光
   束、さらにその外側の順に光軸から離れた部分の光束を
   検出するために、合わせて３以上の検出部を有し、 前記演算手段は、 前記第１検出手段の前記３以上の検出部のうち、内側か
   ら順番に１以上の任意の検出部までを選択して、選択し
   た検出部の出力の和を求めるとともに、前記任意の検出
   部よりも外側に位置するすべての検出部の和を求め、さ
   らにこれら和の差分を求め、前記第２の検出手段の前記
   ３以上の検出部のうち、内側から順番に１以上の任意の
   検出部までを選択して、選択した検出部の出力の和を求
   めるとともに、前記任意の検出部よりも外側に位置する
   すべての検出部の和を求め、さらにこれら和の差分を求
   め、前記第１の検出手段について求めた前記差分結果
   と、前記第２の検出手段について求めた前記差分結果と
   の差分をさらに求めることによりフォーカスエラー信号
   を求めることを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微
   鏡。