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
焦点検出手段を備えた顕微鏡および変位計測装置Info
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- JPH10260363A JPH10260363A JP9064793A JP6479397A JPH10260363A JP H10260363 A JPH10260363 A JP H10260363A JP 9064793 A JP9064793 A JP 9064793A JP 6479397 A JP6479397 A JP 6479397A JP H10260363 A JPH10260363 A JP H10260363A
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9064793A JPH10260363A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 焦点検出手段を備えた顕微鏡および変位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9064793A JPH10260363A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 焦点検出手段を備えた顕微鏡および変位計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10260363A true JPH10260363A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13268480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9064793A Pending JPH10260363A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 焦点検出手段を備えた顕微鏡および変位計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10260363A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7486329B2 (en) | 2001-11-29 | 2009-02-03 | Olympus Optical Co., Ltd. | Focusing state signal output apparatus for a microscope representing a relative distance between a subject and an image sensing apparatus |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP9064793A patent/JPH10260363A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7486329B2 (en) | 2001-11-29 | 2009-02-03 | Olympus Optical Co., Ltd. | Focusing state signal output apparatus for a microscope representing a relative distance between a subject and an image sensing apparatus |
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