JPH11271597A - Focus position detecting device - Google Patents
Focus position detecting deviceInfo
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- JPH11271597A JPH11271597A JP10078087A JP7808798A JPH11271597A JP H11271597 A JPH11271597 A JP H11271597A JP 10078087 A JP10078087 A JP 10078087A JP 7808798 A JP7808798 A JP 7808798A JP H11271597 A JPH11271597 A JP H11271597A
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- imaging optical
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は焦点位置検出装置に
関し、特に顕微鏡等の光学機器のオートフォーカス機構
に適用して好適な焦点位置検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focal position detecting device, and more particularly to a focal position detecting device suitable for being applied to an autofocus mechanism of an optical device such as a microscope.
【０００２】[0002]
【従来の技術】顕微鏡等の光学機器においては、対物光
学系を介して物体の像を形成し、形成された像を接眼レ
ンズを介して目視観察したり、ＣＣＤ、フィルム等の撮
像素子を用いて撮像している。これらの光学機器では、
特に、物体像を鮮明に撮像するために、オートフォーカ
ス機構が取り付けられている。オートフォーカス機構に
おいて重要な部分は、実際に対物光学系によって像が形
成されている像面（焦点位置）と撮像素子などが置かれ
た所定の像面との位置ずれを検出する焦点位置検出装置
である。2. Description of the Related Art In an optical device such as a microscope, an image of an object is formed through an objective optical system, the formed image is visually observed through an eyepiece, or an image pickup device such as a CCD or a film is used. Image. With these optics,
In particular, an autofocus mechanism is attached to clearly capture an object image. An important part of the autofocus mechanism is a focus position detection device that detects a positional shift between an image plane (focal position) where an image is actually formed by the objective optical system and a predetermined image plane on which an image sensor and the like are placed. It is.
【０００３】例えば、特開平９−４９９６５号公報に
は、対物光学系の開口数の違いによるぼけ量の違いを一
定にするために、リレー光学系に開口絞りを入れること
や、オートフォーカス機構の誤作動を防止するために３
分割の光路分割手段を用いるといった焦点位置検出装置
が、開示されている。図５は特開平９−４９９６５号公
報に開示されている従来の焦点位置検出装置の構成を概
略的に示す図であり、この図を参照しながら従来の焦点
位置検出装置の説明を行う。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-49965 discloses that an aperture stop is provided in a relay optical system, and that an automatic focusing mechanism is used in order to keep the difference in blur amount due to the difference in numerical aperture of an objective optical system. 3 to prevent malfunction
A focus position detecting device using a split optical path splitting means is disclosed. FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional focus position detecting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-49965. The conventional focus position detecting device will be described with reference to FIG.
【０００４】図５中に省略された遠方の物体からの光
は、対物レンズ５１により、ＣＣＤ、フィルム等の撮像
素子の像面５２に像を形成する。対物レンズ５１と像面
５２との間の光路中にはビームスプリッタ５３が配され
ている。ビームスプリッタ５３によって光路から取り出
された光は撮像面５２と光学的に共役な像面５４に中間
像を形成する。Light from a distant object not shown in FIG. 5 forms an image on an image plane 52 of an image pickup device such as a CCD or a film by an objective lens 51. A beam splitter 53 is disposed in an optical path between the objective lens 51 and the image plane 52. The light extracted from the optical path by the beam splitter 53 forms an intermediate image on an image plane 54 optically conjugate with the imaging plane 52.
【０００５】像面５４上に形成された像からの光束は、
再結像光学系５５を介して、ハーフプリズム等の光束分
割手段５８に入射する。そして光束は光束分割手段５８
中で３分割され、それぞれ３つの像５７、５７’及び５
７”を形成する。そして、３つの像５７、５７’及び５
７”には、ラインセンサ等の受光素子５９が配され、受
光される。The luminous flux from the image formed on the image plane 54 is
Through the re-imaging optical system 55, the light enters the light beam splitting means 58 such as a half prism. The luminous flux is divided by the luminous flux dividing means 58.
And three images 57, 57 'and 5 respectively.
7 "and three images 57, 57 'and 5
At 7 ", a light receiving element 59 such as a line sensor is arranged and receives light.
【０００６】さらに、再結像光学系５５中には絞り５６
が設けてあり、入射光の開口の大きさに関わらず、ライ
ンセンサ等の受光素子５９の配された再結像位置でのぼ
け量が一定になるように絞り５６が配置されている。こ
の絞り５６の作用により、受光面側の開口数がほぼ一定
に保たれる。つまり、ぼけ量が一定に保たれるようにな
っている。Further, an aperture 56 is provided in the re-imaging optical system 55.
The stop 56 is arranged such that the blur amount at the re-imaging position where the light receiving element 59 such as a line sensor is disposed is constant regardless of the size of the aperture of the incident light. By the function of the stop 56, the numerical aperture on the light receiving surface side is kept almost constant. That is, the blur amount is kept constant.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の焦点
位置検出装置を顕微鏡に適用し、合焦を行なう方法は、
図５に示されるように対物レンズを移動させるタイプ
と、不図示の被検物体面を移動させて対物レンズと物体
の相対位置を変えるタイプと、がある。被検物体を移動
させるタイプでは、ステージの移動によって被検物体面
を移動しているのが普通である。ここで、対物レンズと
被検物体との相対位置の変化Ｚｏに対して、検出器位置
の像面移動量Ｚｉは、 Ｚｉ＝Ｚｏ×（Ｂｏ×Ｂｌ）2 と表される。尚、Ｂｏは対物レンズの倍率、Ｂｌは再結
像光学系の倍率である。By the way, a method of applying a conventional focus position detecting device to a microscope and performing focusing is as follows.
As shown in FIG. 5, there are a type in which the objective lens is moved, and a type in which the object surface (not shown) is moved to change the relative position between the objective lens and the object. In the type of moving the object to be inspected, the surface of the object to be inspected is usually moved by moving the stage. Here, with respect to the change Zo of the relative position between the objective lens and the test object, the image plane movement amount Zi of the detector position is expressed as Zi = Zo × (Bo × Bl) 2 . Here, Bo is the magnification of the objective lens, and Bl is the magnification of the re-imaging optical system.
【０００８】上式から分かるように、物体の光軸方向で
の移動量は、像面側で倍率の２乗に比例した移動量とな
る。このため、対物レンズの倍率が０．５倍、１倍、２
倍等の低倍率の場合には、対物レンズと被検物体との相
対位置の変化Ｚｏに対して、検出器位置（像面）での像
面移動量Ｚｉの変化量が大きくならない。特に倍率が低
ければ低いほど影響は顕著で、たとえば１倍の対物レン
ズを用いた場合で、再結像光学系の倍率が１倍のときに
は、対物レンズと被検物体との相対位置の変化Ｚｏと像
面移動量は１：１である。このため、対物レンズと物体
との相対位置の変化量に対する像のコントラスト値の変
化量が少なくなってしまい、合焦位置検出が精度良くで
きなくなってしまうという問題がある。As can be seen from the above equation, the moving amount of the object in the optical axis direction is proportional to the square of the magnification on the image plane side. Therefore, the magnification of the objective lens is 0.5 ×, 1 ×, 2 ×
In the case of low magnification such as magnification, the change amount of the image plane movement amount Zi at the detector position (image plane) does not become large with respect to the change Zo of the relative position between the objective lens and the test object. In particular, the lower the magnification, the more remarkable the effect is. For example, when a 1 × objective lens is used, and when the magnification of the re-imaging optical system is 1 ×, the change Zo in the relative position between the objective lens and the test object is changed. And the image plane movement amount is 1: 1. For this reason, the amount of change in the contrast value of the image with respect to the amount of change in the relative position between the objective lens and the object is reduced, and there is a problem that the in-focus position cannot be accurately detected.
【０００９】従って、本発明は、上記問題点に鑑み、低
倍率の対物レンズを用いた場合でも、精度良く合焦可能
な焦点位置検出装置を提供するとを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a focus position detecting device capable of focusing with high precision even when a low-magnification objective lens is used.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、対物光学系によって形成される像面の
位置と所定の像面の位置との位置ずれを検出する焦点位
置検出装置において、対物光学系と像面との間に配置さ
れ、像面に到達する光の一部を取り出し、像面とは異な
る位置で第２の像面を形成させる光路分割手段と、第２
の像面を被検像面へ再結像させる第１の再結像光学系
と、第１の再結像光学系より大きな倍率を有し、被検像
面へ射出する光束を制限する開口絞りを有する第２の再
結像光学系と、第１の再結像光学系と第２の再結像光学
系とを交互に交換することが可能な交換手段と、第１の
再結像光学系または第２の再結像光学系から被検像面へ
射出される光束を複数の光束に分割する光束分割手段
と、光束分割手段により分割された複数の光束を、光電
的に検出する検出手段と、を備える焦点位置検出装置を
提供する。In order to achieve the above object, the present invention provides a focus position detecting apparatus for detecting a positional shift between a position of an image plane formed by an objective optical system and a position of a predetermined image plane. An optical path splitting unit disposed between the objective optical system and the image plane, for extracting a part of light reaching the image plane, and forming a second image plane at a position different from the image plane;
A first re-imaging optical system for re-imaging the image plane on the image plane to be inspected, and an aperture having a magnification larger than that of the first re-imaging optical system and restricting a light beam emitted to the image plane to be inspected A second re-imaging optical system having a stop, an exchange unit capable of alternately exchanging the first re-imaging optical system and the second re-imaging optical system, and a first re-imaging system A light beam splitting means for splitting a light beam emitted from the optical system or the second re-imaging optical system to the image plane to be inspected into a plurality of light beams; A focus position detection device comprising: a detection unit.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明では、上記のように、より
大きな倍率の第２の再結像光学系を、第１の再結像光学
系以外に有し、これらの再結像光学系を交換可能とし
た。特に、第２の再結像光学系中に開口絞りを入れてい
る。この様な構成とすることにより、低倍率の対物レン
ズを用いた場合でも、被検像面上で像を拡大することが
できるようになり、精度良く合焦することができるよう
になる。通常、低倍率の対物レンズを使用する時間は短
く、一般的な倍率の対物レンズを使用する時間の方が長
い。従って、通常は、一般的な倍率の第１の再結像光学
系を使用し、低倍率の対物レンズを使用するとき、第２
の再結像光学系を使用すると良い。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, as described above, a second re-imaging optical system having a larger magnification is provided in addition to the first re-imaging optical system. Was made replaceable. In particular, an aperture stop is provided in the second re-imaging optical system. With this configuration, even when a low-magnification objective lens is used, an image can be enlarged on the image plane to be inspected, and focusing can be performed with high accuracy. Usually, the time for using a low-magnification objective is short, and the time for using a general-magnification objective is longer. Therefore, normally, when the first re-imaging optical system having the general magnification is used, and when the low-magnification objective lens is used, the second re-imaging optical system is used.
It is good to use the re-imaging optical system.
【００１２】[0012]
【実施例】以下に、図１を参照しながら、本発明の第一
実施例を説明する。図中に省略された遠方の物体からの
光は、対物光学系である対物レンズ１を介して観察像面
２上で結像される。観察像面２ではＣＣＤ、フィルム等
の撮像素子が置かれている。観察像面２までに到達する
光の一部は、光路分割手段であるビームスプリッター３
によって、観察像面２とは異なる第２の像面４に導かれ
る。さらに、第２の像面４上に形成された像は、第１の
再結像光学系５によって、リレーされ、検出像面上に再
結像する。この第１の再結像光学系５は、検出像面７側
でほぼテレセントリックな光学系となっている。本実施
例では、この第１の再結像光学系５中に、交換手段であ
るターレット１４によって、第２の再結像光学系１１が
入り込むことで、倍率を交換可能にしている。当然では
あるが、の第１の再結像光学系を構成する素子全体を、
第２の再結像光学系全体を構成する素子全体と交換する
ような構成としても良い。ここで、第２の再結像光学系
１１中には、開口絞り１２が配されている。第２の結像
光学系１１も検出像面７側で、ほぼテレセントリックな
光学系となっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Light from a distant object not shown in the figure is formed on an observation image plane 2 via an objective lens 1 which is an objective optical system. An image sensor such as a CCD or a film is placed on the observation image plane 2. Part of the light reaching the observation image plane 2 is split by a beam splitter 3 serving as an optical path splitting means.
Is guided to a second image plane 4 different from the observation image plane 2. Further, the image formed on the second image plane 4 is relayed by the first re-imaging optical system 5 and re-images on the detection image plane. The first re-imaging optical system 5 is an almost telecentric optical system on the detection image plane 7 side. In the present embodiment, the magnification can be changed by inserting the second re-imaging optical system 11 into the first re-imaging optical system 5 by the turret 14 as an exchange means. As a matter of course, the entire element constituting the first re-imaging optical system is
The configuration may be such that the entire element constituting the entire second re-imaging optical system is replaced. Here, an aperture stop 12 is disposed in the second re-imaging optical system 11. The second imaging optical system 11 is also an almost telecentric optical system on the detection image plane 7 side.
【００１３】第１の再結像光学系５中には、検出像面に
最も近い場所に、光束分割手段として、光路を３分割す
る光路３分割プリズム８が配されている。光路３分割プ
リズム８は、図３に示すように、直角プリズム１個と菱
形プリズム２個とを接合することによって、組み合わせ
たものであり、このプリズムへの入射光量を概ね均等に
分割し、なおかつ分割された３光束が等しい方向へ射出
されるようになっている。In the first re-imaging optical system 5, a light path splitting prism 8 for splitting an optical path into three is disposed as a light beam splitting means at a position closest to the detection image plane. As shown in FIG. 3, the three-path optical path prism 8 is a combination of one right-angle prism and two rhombic prisms, and divides the amount of light incident on this prism substantially evenly. The three split light beams are emitted in the same direction.
【００１４】検出像面には検出手段としてラインセンサ
９が置かれ、前ピン、合焦、後ピン９の三つの像情報
７、７’及び７”を検出している。図４は、ラインセン
サ９上の三つの像情報７、７’及び７”に対応する部分
でのコントラストを示している。ｚを対物レンズ１の光
軸方向の位置としたとき、ｚ＝０（合焦状態のとき）で
は前ピン及び後ピンでコントラストが等しく（図４中
ａ）、さらに合焦部分（図４中ｂ）が中間に存在し、最
もコントラストが高い。尚、図４中で、縦軸は、正確に
述べると、コントラストの積分値、横軸は対物レンズ１
の光軸方向の位置ｚを示している。本実施例では、前ピ
ン状態と後ピン状態のコントラストがほぼ等しい状態に
対物レンズを位置決めすると、対物レンズ１の観察像面
２と所定の像面とが一致するようになっている。A line sensor 9 is placed on the detection image plane as a detection means, and detects three pieces of image information 7, 7 'and 7 "of a front focus, a focus, and a rear focus 9. FIG. It shows the contrast at the portion corresponding to the three pieces of image information 7, 7 'and 7 "on the sensor 9. Assuming that z is a position in the optical axis direction of the objective lens 1, when z = 0 (in a focused state), the contrast is equal between the front focus and the rear focus (a in FIG. 4), and further, the focused portion (FIG. 4) b) exists in the middle and has the highest contrast. In FIG. 4, the ordinate represents the integrated value of the contrast, to be precise, and the abscissa represents the objective lens 1.
3 shows a position z in the direction of the optical axis. In the present embodiment, when the objective lens is positioned so that the contrast between the front focus state and the rear focus state is substantially equal, the observation image plane 2 of the objective lens 1 and the predetermined image plane coincide.
【００１５】さらに、第１の再結像光学系５中には第２
の開口絞り６が設けてあり入射光の開口の大きさに関わ
らず、ラインセンサ等の受光素子の配された再結像位置
でのぼけ量が一定になるように絞りが配置されている。
この絞りの作用により、受光面側の開口数がどの位置で
も、ほぼ一定に保たれる。また、特に、テレセントリッ
クな系になるように配置すると良い。これ作用は、第２
の再結像光学系１１内の開口絞り１２にも同じことが言
える。Further, the second re-imaging optical system 5 includes
The aperture stop 6 is provided so that the blur amount at a re-imaging position where a light receiving element such as a line sensor is arranged is constant regardless of the size of the aperture of the incident light.
By the function of the stop, the numerical aperture on the light receiving surface side is kept almost constant at any position. In particular, it is preferable to arrange the components so as to be a telecentric system. This action is
The same can be said for the aperture stop 12 in the re-imaging optical system 11 described above.
【００１６】ここで、対物レンズ１を交換し、開口数と
倍率とが変化しても、第１の再結像光学系５中に開口絞
り６が存在していれば、ラインセンサ９での照度は一定
になる。しかし、一般に、高倍率の対物レンズでは、照
度が不足するために、ランプ電圧を高くしたり、ＮＤフ
ィルタの吸収率を減らすなどして光量アップを計る。こ
のような一般的な方法では、照明条件は変更され、観察
像面上で照度が一定のときには、ラインセンサ９での照
度は一定になる条件をはずれてしまう可能性がある。Here, even if the objective lens 1 is exchanged and the numerical aperture and the magnification change, if the aperture stop 6 is present in the first re-imaging optical system 5, the line sensor 9 is used. Illuminance becomes constant. However, in general, with a high-magnification objective lens, the illuminance is insufficient. Therefore, the amount of light is increased by increasing the lamp voltage or reducing the absorptivity of the ND filter. In such a general method, the illumination condition is changed, and when the illuminance on the observation image plane is constant, the condition that the illuminance on the line sensor 9 becomes constant may be deviated.
【００１７】このため、本発明による第二実施例では、
図２に示すように、第１の再結像光学系５中に減光フィ
ルタ１３を装着する。これにより、高倍率から低倍率ま
での対物レンズの交換による変倍時にも、ラインセンサ
９のような光電変換素子がサチレーションを起こした
り、光量不足に陥る心配が無くなる。図２に示す第２実
施例は、対物レンズ１を固定しておき、被検物体を載せ
たステージ２１を光軸方向に移動させることで、合焦を
行っている。これら以外の構成は、基本的に、第一実施
例と同様である。Therefore, in the second embodiment according to the present invention,
As shown in FIG. 2, a neutral density filter 13 is mounted in the first re-imaging optical system 5. This eliminates the risk of causing a photoelectric conversion element such as the line sensor 9 to cause a saturation or a shortage of light amount even during magnification change due to replacement of the objective lens from a high magnification to a low magnification. In the second embodiment shown in FIG. 2, focusing is performed by fixing the objective lens 1 and moving the stage 21 on which the test object is mounted in the optical axis direction. Other configurations are basically the same as those of the first embodiment.
【００１８】尚、上記のビームスプリッタ３以外に、光
路分割手段としてはハーフミラー等が考えられ、上記ラ
インセンサ９以外に、検出手段としてはＣＣＤ等が考え
られる。また、検出手段の前に配置される光路３分割プ
リズム８以外に光束分割手段として、図７に示すような
ものが考えられる。特に、図７（ａ）に示すように、本
発明では、検出手段は３つに位置分割されるものだけで
無く、２つに位置分割されるものでも良い。In addition to the beam splitter 3, a half mirror or the like can be considered as an optical path dividing means, and in addition to the line sensor 9, a CCD or the like can be considered as a detecting means. In addition, other than the light-path three-segment prism 8 disposed before the detecting means, a light beam dividing means as shown in FIG. 7 can be considered. In particular, as shown in FIG. 7A, in the present invention, the detecting means may be divided into two parts instead of being divided into three parts.
【００１９】ところで、特開平４ー１６５３１８号公報
に開示された合焦位置検出装置では、倍率を変換して、
総合倍率を一定にするための方法が考えられている。し
かしながら、焦点深度の深い低倍率の対物レンズでは、
像面上で倍率が一定となるほど再結像光学系に大きな倍
率は必要無く、逆に明るさが不足する等の弊害がでてく
る可能性がある。このため、本発明では、 ０．０５＜（ＤＯＦ×Ｂ2 ）／Ｄｆ＜０．４０ ・・・（１） ０．０１＜ＮＡ’＜０．０２ ・・・（２） の条件式を満たすような関係にすることが好ましい。こ
こで、Ｄｆは検出位置の間隔であり、Ｂは第２の再結像
光学系と対物光学系とによる総合倍率であり、ＤＯＦは
対物光学系の焦点深度であり、ＮＡ’は像面へ到達する
光束の開口数である。Incidentally, in the in-focus position detecting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-165318, the magnification is converted,
A method for keeping the total magnification constant has been considered. However, with a low-magnification objective lens with a large depth of focus,
As the magnification becomes constant on the image plane, a larger magnification is not required for the re-imaging optical system, and conversely, adverse effects such as insufficient brightness may occur. Therefore, in the present invention, the following conditional expression is satisfied: 0.05 <(DOF × B 2 ) / Df <0.40 (1) 0.01 <NA ′ <0.02 (2) It is preferable to make such a relationship. Here, Df is an interval between detection positions, B is a total magnification of the second re-imaging optical system and the objective optical system, DOF is a depth of focus of the objective optical system, and NA ′ is an image plane. The numerical aperture of the arriving light flux.
【００２０】条件式（１）の上限を越えると、図４に示
す合焦位置での前ピンのコントラストと後ピンのコント
ラストとａが高くなりすぎて、合焦位置のコントラスト
ｂとの差が少なくなり、誤作動の要因になる。また、条
件式（１）の下限を越えると、図４に示す合焦位置での
前ピンのコントラストと後ピンのコントラストとａが極
端に低くなるか、無くなってしまい、前ピンと後ピンと
の検出が困難になってしまう。When the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1), the contrast of the front focus and the contrast of the rear focus at the focus position shown in FIG. It becomes a cause of malfunction. If the lower limit of the conditional expression (1) is exceeded, the contrast of the front focus and the contrast of the rear focus at the in-focus position shown in FIG. 4 become extremely low or disappear, and the detection of the front focus and the rear focus is performed. Becomes difficult.
【００２１】条件式（２）の上限を越えると、図４に示
す合焦位置での前ピンのコントラストと後ピンのコント
ラストとａが極端に低くなるか、無くなってしまい、前
ピンと後ピンとの検出が困難になってしまう。また、条
件式（２）の下限を越えると、図４に示す合焦位置での
前ピンのコントラストと後ピンのコントラストとａが高
くなりすぎて、合焦位置のコントラストｂとの差が少な
くなり、誤作動の要因になる。When the value exceeds the upper limit of the conditional expression (2), the contrast of the front focus and the contrast of the rear focus at the in-focus position shown in FIG. 4 become extremely low or disappear. Detection becomes difficult. If the lower limit of the conditional expression (2) is exceeded, the contrast of the front focus and the contrast of the rear focus at the in-focus position shown in FIG. 4 become too high, and the difference between the contrast b at the in-focus position is small. It becomes a factor of malfunction.
【００２２】数値例として、次の３つの例を示す。尚、
ここで、 ＤＯＦ＝λ（使用波長）／ＮＡ（物体側の開口数）2 である。（イ）対物レンズ０．５倍、ＮＡ＝０．０２
５、Ｄｆ＝１２、中間倍率３倍とすると、ＤＯＦ＝０．
８８、Ｂ＝１．５となり、 （ＤＯＦ×Ｂ2 ）／Ｄｆ＝０．１６５ ＮＡ’＝０．
０１６ となる。The following three examples are shown as numerical examples. still,
Here, DOF = λ (used wavelength) / NA (numerical aperture on the object side) 2 . (B) Objective lens 0.5 times, NA = 0.02
5, Df = 12 and intermediate magnification of 3 ×, DOF = 0.
88, B = 1.5, and (DOF × B 2 ) /Df=0.165 NA ′ = 0.
016.
【００２３】（ロ）対物レンズ１倍、ＮＡ＝０．０４、
Ｄｆ＝１２、中間倍率２倍とすると、ＤＯＦ＝０．３４
３、Ｂ＝２．０となり、 （ＤＯＦ×Ｂ2 ）／Ｄｆ＝０．１１４ ＮＡ’＝０．
０１６ となる。尚、ここで、ＮＡ’は、ＮＡ及びＢの値に影響
されず、絞り６または１２によって、一定の値（０．０
１６）に規定される。(B) 1 × objective lens, NA = 0.04,
If Df = 12 and the intermediate magnification is 2, DOF = 0.34.
3, B = 2.0, (DOF × B 2 ) /Df=0.114 NA ′ = 0.
016. Here, NA ′ is not affected by the values of NA and B, and is a constant value (0.0
16).
【００２４】また、上記両実施例では、第２の再結像光
学系１１を、対物光学系に近い側に正屈折力のレンズ群
１１ａを配置し、検出手段に近い側に負屈折力のレンズ
群１１ｂを配置した、所謂ガリレオタイプ構成の光学系
で構成している。この様な構成とすることにより、大き
な倍率を有するにもかかわらず、第２の像面４から検出
像面（ラインセンサ９の位置）までの間隔を、第１の再
結像光学系５を使用したときの間隔と同一で、なおかつ
テレセントリックうな光学系を保つことが、可能になっ
ている。In both the above embodiments, the second re-imaging optical system 11 is provided with a lens group 11a having a positive refractive power on the side closer to the objective optical system, and a negative refractive power lens group on the side closer to the detection means. It is composed of a so-called Galileo type optical system in which the lens group 11b is arranged. With such a configuration, the distance from the second image plane 4 to the detected image plane (the position of the line sensor 9) can be set to the first re-imaging optical system 5 despite having a large magnification. It is possible to maintain an optical system which is the same as the interval when used and which is telecentric.
【００２５】以上説明したように、低倍率の対物レンズ
を用いる場合には、適切な倍率（第１の再結像光学系５
よりも大きな倍率）の第２の再結像光学系１１を用いる
ようにしているため、どの様な倍率の対物レンズでも、
焦点深度に応じた範囲に確実に合焦することができる。
以上では、焦点位置検出装置の実施例を示したが、以下
では、移動量算出手段３１及び駆動手段３２を示す。こ
の移動量算出手段３１及び駆動手段３２を焦点位置検出
装置に加えることで、オートフォーカス機構が完成され
る。As described above, when a low-magnification objective lens is used, an appropriate magnification (the first re-imaging optical system 5) is used.
Since the second re-imaging optical system 11 having a larger magnification is used, an objective lens of any magnification can be used.
It is possible to surely focus on a range corresponding to the depth of focus.
The embodiment of the focus position detecting apparatus has been described above, but the moving amount calculating unit 31 and the driving unit 32 will be described below. By adding the movement amount calculating means 31 and the driving means 32 to the focal position detecting device, the auto focus mechanism is completed.
【００２６】移動量算出手段３１は、図６に示すプログ
ラムを有している。最初にラインセンサ９のそれぞれの
検出位置で、光強度を求める。この各検出位置での値を
元に、前ピン側積分値Ａ、ジャストフォーカス側積分値
Ｂ、後ピン側積分値Ｃ及び積分値下限リミットＤを、そ
れぞれ求める。次に、これら前ピン側積分値Ａ、ジャス
トフォーカス側積分値Ｂ、後ピン側積分値Ｃ及び積分値
下限リミットＤを図６に示す手順で、比較を行う。この
操作によって、前ピンなのか、後ピンなのか、それとも
合焦しているのかを判断する。また、これらの結果は、
ＬＥＤ表示によって、それぞれの状態が表示される。The movement amount calculating means 31 has a program shown in FIG. First, the light intensity is obtained at each detection position of the line sensor 9. Based on the values at the respective detection positions, a front focus side integral value A, a just focus side integral value B, a rear focus side integral value C, and an integral value lower limit D are obtained, respectively. Next, the front focus side integral value A, the just focus side integral value B, the rear focus side integral value C, and the integral value lower limit D are compared in the procedure shown in FIG. By this operation, it is determined whether the focus is on the front focus, the back focus, or the focus. Also, these results
Each state is displayed by the LED display.
【００２７】移動量算出手段３１によって得られたピン
トの情報は、駆動手段３２を動かすことになる。駆動手
段３２は、電動モーターや超音波モーターが考えられ
る。この駆動手段３２を動かすことにより、第１実施例
では対物レンズ１が動き、第２実施例ではステージ２１
が動き、最終的に、物体面と観察像面２とを共役な位置
に設定する。The focus information obtained by the movement amount calculating means 31 moves the driving means 32. The driving means 32 may be an electric motor or an ultrasonic motor. By moving the driving means 32, the objective lens 1 moves in the first embodiment, and the stage 21 in the second embodiment.
Moves, and finally sets the object plane and the observation image plane 2 at conjugate positions.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上の様な手段を採ることにより、低倍
率の対物レンズを用いた場合でも、精度良く合焦可能な
焦点位置検出装置を提供することが可能となった。By adopting the above-described means, it is possible to provide a focus position detecting device capable of focusing with high accuracy even when a low-magnification objective lens is used.
【図１】図１は、本発明の第一実施例の焦点位置検出装
置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a focus position detecting device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図２は、本発明の第二実施例の焦点位置検出装
置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a focus position detecting device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】図３は、光路３分割プリズムを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a three-path optical path prism;
【図４】図４は、対物レンズ１を光軸に沿って位置変化
させたときの、ラインセンサ９上の３つの像のコントラ
スト変化曲線を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing contrast change curves of three images on a line sensor 9 when the position of the objective lens 1 is changed along the optical axis.
【図５】図５は、従来の焦点位置検出装置を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a conventional focus position detection device.
【図６】図６は、移動量算出手段を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a movement amount calculating unit;
【図７】図７は、図３に示す以外の光束分割手段を示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing a light beam splitting unit other than that shown in FIG. 3;
１ 対物レンズ ２ 観察像面 ３ ビームスプリッタ ４ 第２の像面 ５ 第１の再結像光学系 ８ 光路３分割プリズム ９ ラインセンサ １１ 第２の再結像光学系 １２ 開口絞り １４ ターレット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Objective lens 2 Observation image plane 3 Beam splitter 4 2nd image plane 5 1st re-imaging optical system 8 Optical path 3 division prism 9 Line sensor 11 2nd re-imaging optical system 12 Aperture stop 14 Turret
Claims (6)
と所定の像面の位置との位置ずれを検出する焦点位置検
出装置において、 前記対物光学系と前記像面との間に配置され、前記像面
に到達する光の一部を取り出し、前記像面とは異なる位
置で第２の像面を形成させる光路分割手段と、前記第２
の像面を被検像面へ再結像させる第１の再結像光学系
と、 該第１の再結像光学系より大きな倍率を有し、前記被検
像面へ射出する光束を制限する開口絞りを有する第２の
再結像光学系と、 前記第１の再結像光学系と前記第２の再結像光学系とを
交互に交換することが可能な交換手段と、 前記第１の再結像光学系または前記第２の再結像光学系
から前記被検像面へ射出される光束を複数の光束に分割
する光束分割手段と、 該光束分割手段により分割された複数の光束を、光電的
に検出する検出手段と、を備えることを特徴とする焦点
位置検出装置。1. A focus position detecting device for detecting a positional shift between a position of an image plane formed by an objective optical system and a position of a predetermined image plane, wherein the focus position detecting apparatus is disposed between the objective optical system and the image plane. An optical path splitting means for extracting a part of light reaching the image plane and forming a second image plane at a position different from the image plane;
A first re-imaging optical system for re-imaging the image surface on the test image surface, and having a larger magnification than the first re-imaging optical system, and restricting a light beam emitted to the test image surface A second re-imaging optical system having an aperture stop to perform, an exchanging means capable of alternately exchanging the first re-imaging optical system and the second re-imaging optical system, A light beam splitting means for splitting a light beam emitted from the re-imaging optical system or the second re-imaging optical system to the image plane to be inspected into a plurality of light beams; A focus position detection device comprising: a detection unit that photoelectrically detects a light beam.
から射出される光束をテレセントリックにすることを特
徴とする請求項１記載の焦点位置検出装置。2. The focus position detecting device according to claim 1, wherein said aperture stop makes a light beam emitted from said second re-imaging optical system telecentric.
束をテレセントリックにするように第２の開口絞りを備
えることを特徴とする請求項１または２記載の焦点位置
検出装置。3. The focus position detecting device according to claim 1, wherein said first re-imaging optical system includes a second aperture stop so as to make the emitted light beam telecentric.
後ピン位置とを検出できるように二箇所検出位置を有
し、 前記検出位置の間隔をＤｆとし、前記第２の再結像光学
系と前記対物光学系とによる総合倍率をＢとし、前記対
物光学系の焦点深度をＤＯＦとし、前記像面へ到達する
光束の開口数をＮＡ’としたとき、以下の条件を満足す
ることを特徴とする請求項１乃至３記載の焦点位置検出
装置。 ０．０５＜（ＤＯＦ×Ｂ2 ）／Ｄｆ＜０．４０ ０．０１＜ＮＡ’＜０．０２4. The second re-imaging optical system, wherein the detection means has two detection positions so that at least a front focus position and a rear focus position can be detected, an interval between the detection positions is Df, When the total magnification of the objective optical system and the objective optical system is B, the depth of focus of the objective optical system is DOF, and the numerical aperture of the light beam reaching the image plane is NA ′, the following conditions are satisfied. 4. The focus position detecting device according to claim 1, wherein: 0.05 <(DOF × B 2 ) / Df <0.40 0.01 <NA ′ <0.02
ーを備えることを特徴とする請求項１乃至４記載の焦点
位置検出装置。5. The focus position detecting device according to claim 1, wherein said first re-imaging optical system includes a neutral density filter.
系に近い側に正屈折力のレンズ群を配置し、前記検出手
段に近い側に負屈折力のレンズ群を配置した、所謂ガリ
レオタイプ構成の光学系であることを特徴とする請求項
１乃至５記載の焦点位置検出装置。6. The second re-imaging optical system includes a lens group having a positive refractive power disposed on a side closer to the objective optical system and a lens group having a negative refractive power disposed on a side closer to the detection means. 6. The focal position detecting device according to claim 1, wherein the focal position detecting device is an optical system having a so-called Galileo type configuration.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10078087A JPH11271597A (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Focus position detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10078087A JPH11271597A (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Focus position detecting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271597A true JPH11271597A (en) | 1999-10-08 |
Family
ID=13652074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10078087A Pending JPH11271597A (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Focus position detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11271597A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002099495A1 (en) * | 2001-06-04 | 2002-12-12 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Focus display unit |
| US7394048B2 (en) | 2006-02-28 | 2008-07-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Focusing device, focusing method and a pattern inspecting apparatus |
| US7514660B2 (en) | 2006-05-30 | 2009-04-07 | Nuflare Technology, Inc. | Focusing apparatus, focusing method, and inspection apparatus |
-
1998
- 1998-03-25 JP JP10078087A patent/JPH11271597A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002099495A1 (en) * | 2001-06-04 | 2002-12-12 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Focus display unit |
| US7394048B2 (en) | 2006-02-28 | 2008-07-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Focusing device, focusing method and a pattern inspecting apparatus |
| US7514660B2 (en) | 2006-05-30 | 2009-04-07 | Nuflare Technology, Inc. | Focusing apparatus, focusing method, and inspection apparatus |
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