JP2006113198A - Focus detecting apparatus - Google Patents

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Yoshihisa Taniguchi
芳久 谷口
Susumu Takahashi
進 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus detecting apparatus that realizes stable focusing with a fixed height on a rugged sample surface, even if the ruggedness has periodicity. <P>SOLUTION: The focus detector has a laser beam source, a collimating means of collimating a laser beam, a knife edge to intercept the half of the parallel beams to thereby make the parallel beams semicircular, an objective lens for projecting the beams made semicircular to the surface of an observation object to thereby form the image thereon and restore the reflected light to be parallel, a means of transmitting either the projected beam or the reflected beam and reflect the other, to thereby separate the beams to two optical axes, a means to make the beam from the separated reflected light form the image on a focal plane that is conjugate to the focal plane of the objective lens, and a means placed on the focal plane conjugate to the focal plane of the objective lens and outputing the luminance of the formed image, and the focus detector is equipped with a means arranged on a side where the laser beam is made incident on or emitted from the collimating means and to divide the laser beam made the parallel beams by the collimating means to a plurality of parallel beam groups, whose propagating directions are somewhat different from each other. When the parallel beam groups are projected to the sample surface by the objective lens, they form an images as a plurality of points arranged at unequal intervals. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、顕微鏡に用いる焦点検出装置に関し、例えば、観察しようとする試料を光学系の焦点位置に位置決めするための焦点検出装置に関するものである。   The present invention relates to a focus detection apparatus used in a microscope, for example, a focus detection apparatus for positioning a sample to be observed at a focal position of an optical system.

(第1の従来技術)
図13は、第1の従来技術にかかる焦点検出装置の光路図の一例を示す図である。
図13に示した焦点検出装置は、顕微鏡などの光学機器に広く用いられているナイフエッジ法焦点検出装置である。
(First prior art)
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an optical path diagram of the focus detection apparatus according to the first conventional technique.
The focus detection apparatus shown in FIG. 13 is a knife edge method focus detection apparatus widely used in optical instruments such as a microscope.

図13において、レーザ光源341から出たレーザ光は、コリメートレンズ344で平行光にされ、ナイフエッジ345で光束の半分が正確に遮光される。遮光されなかった半月状の光束は、ハーフミラー346を素通りしてダイクロックミラー348で方向を変えられ、対物レンズ350を通って試料面351上に結像する。試料面351が対物レンズ350の焦点面に一致していれば、反射光は対物レンズ350に戻って平行光束になる。このとき、上記入射光束は光軸を挟んで正確に反対側に、半月状の平行光束になる。   In FIG. 13, the laser light emitted from the laser light source 341 is converted into parallel light by the collimating lens 344, and half of the light beam is accurately shielded by the knife edge 345. The half-moon-shaped light beam that is not shielded passes through the half mirror 346, is changed in direction by the dichroic mirror 348, and forms an image on the sample surface 351 through the objective lens 350. If the sample surface 351 coincides with the focal plane of the objective lens 350, the reflected light returns to the objective lens 350 and becomes a parallel light beam. At this time, the incident light beam becomes a half-moon-shaped parallel light beam exactly on the opposite side across the optical axis.

そして、反射光は、ダイクロックミラー348で方向を変えられ、更にハーフミラー346でも方向を変えられて、半月状の平行光束のまま、結像レンズ353に入る。フォトディテクタ354は、対物レンズ350の焦点面(試料面351)と共役な位置に、その表面が位置するように配設されている。   Then, the direction of the reflected light is changed by the dichroic mirror 348 and further changed by the half mirror 346, and enters the imaging lens 353 as a half-moon-shaped parallel light beam. The photodetector 354 is arranged so that the surface thereof is located at a position conjugate with the focal plane (sample surface 351) of the objective lens 350.

図13に示すように、観察しようとする試料面351が、対物レンズ350の焦点面に一致している時は、それと共役なフォトディテクタ354の表面の中央に極小のスポット(点像352)が結像する。しかし、もし試料面351がニアフォーカスの位置にあれば、結像レンズ353を通った反射光束はフォトディテクタ354の表面よりも遠方に結像しようとするので、フォトディテクタ354の半分(図中の右半分)の表面に薄明るい半月状のボケ像を現す。逆に、試料面351がファーフォーカスの位置にあれば、反射光束はフォトディテクタ354の表面よりも手前に結像しようとして、フォトディテクタ354の別の半分(図中の左半分)の表面に薄明るい半月状のボケ像を表す。   As shown in FIG. 13, when the sample surface 351 to be observed coincides with the focal plane of the objective lens 350, a very small spot (point image 352) is formed at the center of the surface of the photodetector 354 conjugate with it. Image. However, if the sample surface 351 is in the near focus position, the reflected light beam that has passed through the imaging lens 353 attempts to form an image farther than the surface of the photodetector 354, so that the half of the photodetector 354 (the right half in the figure). ) A faint half-moon-shaped blur image appears on the surface. On the other hand, if the sample surface 351 is in the far focus position, the reflected light beam attempts to form an image in front of the surface of the photodetector 354, and the light half moon is on the surface of the other half (left half in the figure) of the photodetector 354. Represents a blurred image.

従って、光軸を中心にフォトディテクタ354を2分割し、その出力の強度を比較すれば、試料面351が対物レンズ350の焦点面に対しどちらにどれだけずれているのかを評価でき、試料面351の位置を対物レンズ350の焦点面に自動的に合致させる制御が可能になる(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, if the photodetector 354 is divided into two parts around the optical axis and the intensity of the output is compared, it can be evaluated how much the sample surface 351 is displaced with respect to the focal plane of the objective lens 350, and the sample surface 351. Can be automatically matched with the focal plane of the objective lens 350 (see, for example, Patent Document 1).

しかし、試料面351に投影されるレーザ光のスポットはただ一点(点像352)である。従って、試料が例えば半導体ウェハのように凹凸に富み、その凹凸が高倍対物レンズの被写界深度と同等かそれ以上の場合、上記ただ一点のスポットがたまたまどこに集光するかで、試料の合焦制御される高さが変化する。即ちスポットが凹凸の谷底に集光すれば、谷底に焦点が合うし、突出部に集光すれば、該突出部の高さに合焦する。あるいは凹凸の境界(がけっぷち)にスポットが集光すれば、反射光の大半が散乱性反射となって対物レンズ350に戻らず、そもそも焦点位置の検出ができなくなる。
(第2の従来技術)
そこで、上記特許文献1では、単一のスポットではなく、線状のラインを、試料面に投影する焦点検出装置を開示している。
However, the laser beam spot projected onto the sample surface 351 is only one point (point image 352). Therefore, if the sample is rich in unevenness, such as a semiconductor wafer, and the unevenness is equal to or greater than the depth of field of the high-magnification objective lens, the alignment of the sample depends on where the single spot happens to be collected. The height at which the focus is controlled changes. In other words, if the spot is focused on the valley bottom of the projections and depressions, the focal point is focused on the valley bottom, and if the spot is focused on the projection, it is focused on the height of the projection. Alternatively, if the spot is condensed on the uneven boundary (gap), most of the reflected light is scattered and does not return to the objective lens 350, and the focal position cannot be detected in the first place.
(Second prior art)
Therefore, Patent Document 1 discloses a focus detection device that projects a linear line on a sample surface instead of a single spot.

図14は、第2の従来技術にかかるライン投影の光路図の一例を示す図である。
図14において、図13との相違点のみを説明すると、トーリックレンズ(シリンドリカルレンズ)307は、紙面に直交する方向にのみ結像作用を持つ。図中実線の光路は、該トーリックレンズ307が結像作用を持たない方向の光束の挙動を説明しており、図13同様、対物レンズ310の作用によってレーザ光は試料面311に結像する。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an optical path diagram of line projection according to the second conventional technique.
In FIG. 14, only differences from FIG. 13 will be described. The toric lens (cylindrical lens) 307 has an imaging function only in a direction orthogonal to the paper surface. The solid line optical path in the drawing explains the behavior of the light beam in the direction in which the toric lens 307 does not have an image forming action, and the laser light is imaged on the sample surface 311 by the action of the objective lens 310 as in FIG.

図中の破線の光路は、結像作用を持つ方向の光路で、本来は紙面に直交する面内の挙動を紙面に重ねて表したものである。該方向ではトーリックレンズ307の結像作用によって、対物レンズ310の上側焦点位置309にいったん結像した光束が、対物レンズ310に入って平行光束となって試料面311に達する。すなわち、レーザ光を、特定の方向にのみ対物レンズ310で結像させ、それに直交する方向では平行光束にして、試料面311に照射しているため、スリット像312が結像される(例えば、特許文献1参照。)。   A broken line optical path in the figure is an optical path in a direction having an image forming action, and originally represents an in-plane behavior perpendicular to the paper surface. In this direction, the light beam once formed at the upper focal position 309 of the objective lens 310 by the image forming action of the toric lens 307 enters the objective lens 310 and reaches the sample surface 311 as a parallel light beam. That is, since the laser beam is imaged by the objective lens 310 only in a specific direction and is irradiated onto the sample surface 311 as a parallel light beam in a direction orthogonal to the objective lens 310, a slit image 312 is formed (for example, (See Patent Document 1).

この第2の従来技術によれば、スポット状の像ではなく直線状の像(スリット像312)が試料面311に照射されるので、常にその直線上の凹凸の平均の高さに合焦することができる。また、どこかの凹凸の境界面で乱反射があったとしても、他の大部分の場所から反射光が返ってくるから、凹凸による乱反射にも強い。   According to the second prior art, since the sample surface 311 is irradiated with a linear image (slit image 312) instead of a spot-shaped image, the average height of the irregularities on the straight line is always focused. be able to. Also, even if irregular reflection occurs at a certain irregularity boundary surface, the reflected light returns from most other places, so that it is strong against irregular reflection due to irregularities.

しかしながら、市販の規格品ならともかく、設計上の所望の曲率のトーリックレンズを製造するには、型代がかさむので原価が高くつくし、組み立て調整においても、トーリックレンズ307の焦点を対物レンズ310の上側焦点位置309に一致させるのは、これといった合理的な調整手法が確立されておらず、量産の現場では、調整困難であるという問題点がある。   However, regardless of a commercially available standard product, a toric lens having a desired curvature in design is expensive because the mold cost is high, and the toric lens 307 is focused on the upper side of the objective lens 310 in assembly adjustment. Such a rational adjustment method is not established for matching with the focal position 309, and there is a problem that adjustment is difficult in a mass production site.

さらに、対物レンズ310の上側焦点位置309は対物レンズ310の倍率によって異なるので、厳密な動作のためには対物レンズ310の交換のたびにトーリックレンズ307の位置を再調整しなければならないという問題点もある。
(第3の従来技術)
また、特許文献2には、前述の第2の従来技術と同様の技術として、レーザ光をライン状にして試料面に投影する合焦装置が提案されている。
Furthermore, since the upper focal position 309 of the objective lens 310 varies depending on the magnification of the objective lens 310, the position of the toric lens 307 must be readjusted every time the objective lens 310 is replaced for precise operation. There is also.
(Third prior art)
Patent Document 2 proposes a focusing device that projects laser light in a line shape onto the sample surface as a technique similar to the second prior art described above.

図15は、第3の従来技術にかかる光学顕微鏡を示す図である。
図15に示す一体型光学顕微鏡430は、概略的には、対物レンズ402とCCD409とを有して試料404と対向するように配される鏡筒部405と、照明用の光を照射する照明ユニット406及び焦点合わせ用のレーザ光を照射するオートフォーカス装置407を有する一体型装置431とを備える。
FIG. 15 is a diagram showing an optical microscope according to the third prior art.
An integrated optical microscope 430 shown in FIG. 15 schematically includes a lens barrel 405 that includes an objective lens 402 and a CCD 409 and is disposed so as to face the sample 404, and illumination that irradiates illumination light. And an integrated device 431 having an autofocus device 407 for irradiating a unit 406 and a laser beam for focusing.

この一体型装置431は、照明ユニット406を構成する照明用ミラー415がオートフォーカス装置407を構成するレンズ419とミラー420との間に配されるような構成を有する。このように構成された一体型光学顕微鏡430では、一体型装置431における照明用光源410から出射された照明用の光の光軸とオートフォーカス装置407におけるレーザ光の光軸とが重ねられて鏡筒部405に入る。そして、照明用の光とレーザ光とは、鏡筒部405において、対物レンズ402に入射して試料404に照射される。   This integrated device 431 has a configuration in which an illumination mirror 415 constituting the illumination unit 406 is arranged between a lens 419 and a mirror 420 constituting an autofocus device 407. In the integrated optical microscope 430 configured as described above, the optical axis of the illumination light emitted from the illumination light source 410 in the integrated apparatus 431 and the optical axis of the laser light in the autofocus apparatus 407 are overlapped to form a mirror. Enter the tube 405. The illumination light and the laser light are incident on the objective lens 402 and irradiated on the sample 404 in the lens barrel 405.

この第3の従来技術は、トーリックレンズ(シリンドリカルレンズ)417を用いて、直線状のものを試料面に投影する点は、上記第2の従来技術と共通する。従って、問題点も共通している。
(第4の従来技術)
そこで、本出願人は、前述の問題点を解決できる焦点検出装置を提案した。その要点は、レーザ光を線上に投影するのでなく、複数のスポットを同時に投影することにある(特許文献3参照)。
The third prior art is common to the second prior art in that a toric lens (cylindrical lens) 417 is used to project a linear object onto the sample surface. Therefore, the problem is also common.
(Fourth prior art)
Therefore, the present applicant has proposed a focus detection apparatus that can solve the above-mentioned problems. The main point is not to project laser light on a line but to project a plurality of spots simultaneously (see Patent Document 3).

図16は、第4の従来技術に係る焦点検出装置を示す図である。
図16において、レーザ光源504から出たレーザ光は、コリメートレンズ505で平行光にされた後、回折格子506で分割される。従って試料面500上には、一列に並んだ複数のスポットが投影される。
FIG. 16 is a diagram showing a focus detection apparatus according to the fourth prior art.
In FIG. 16, laser light emitted from a laser light source 504 is collimated by a collimating lens 505 and then divided by a diffraction grating 506. Therefore, a plurality of spots arranged in a row are projected on the sample surface 500.

これによると、凹凸のある試料面でも、複数のスポットが集光する位置の平均の高さに合焦することができるので、常にほぼ一定の高さに合焦することができる。また、複数のスポットのいくつかで散乱性の反射になっても、他のスポットからの反射が返ってくるので、合焦が可能である。更に、一般に回折格子は安価であり、組み立て時にも回折方向の調整のみでよいので、調整も容易である。   According to this, even on an uneven sample surface, it is possible to focus on the average height of the positions where a plurality of spots are focused, so it is possible to always focus on a substantially constant height. In addition, even if the reflection is scattered at some of the plurality of spots, the reflection from other spots is returned, so that focusing is possible. Furthermore, in general, the diffraction grating is inexpensive, and adjustment is easy because only the diffraction direction needs to be adjusted during assembly.

しかし、この合焦装置でも、様々な試料を観察していくうちに、新たな問題点が見いだされた。即ち、試料の凹凸が周期性を持っており、その周期性がスポットの間隔と一致すると、後述するような不具合が起こってしまう。   However, even with this focusing device, new problems were found while observing various samples. That is, if the unevenness of the sample has periodicity and the periodicity coincides with the spot interval, the following problems occur.

以下に、図17乃至図20を用いてその不具合について説明する。
図17および図18は、ある試料の観察画像に合焦させた状態の画像を示す図である。
図18は、図17の状態からオートフォーカスの追随制御をかけたまま試料を微量動かした状態を示している。
The problem will be described below with reference to FIGS.
FIG. 17 and FIG. 18 are diagrams showing images in a state of being focused on an observation image of a certain sample.
FIG. 18 shows a state in which the sample is moved by a small amount while the autofocus follow-up control is applied from the state of FIG.

図18に示した画像は、試料面の高さが変化していることが、画像のぼけ具合からも判る。そして、更に試料を動かしていくと図17に示した画像の高さに戻り、以後、図18、図17と、周期的に試料高さが変化する。   In the image shown in FIG. 18, it can be seen from the degree of blur of the image that the height of the sample surface is changed. Then, when the sample is further moved, the height of the image shown in FIG. 17 is restored, and thereafter the sample height periodically changes as shown in FIGS.

この現象の原因は、以下のように説明することができる。
これらの図17及び図18には、試料面上に集光するスポットがその位置を計算して重ね描きしてある。図中、白く見えるパターン上に集光するスポットを黒、パターンとパターンとの間に集光するスポットを白で表してある。
The cause of this phenomenon can be explained as follows.
In FIG. 17 and FIG. 18, the spot condensed on the sample surface is calculated and overlaid. In the drawing, spots that are focused on a pattern that appears white are shown in black, and spots that are focused between patterns are shown in white.

図17では、全9点のうち3点が白だが、図18では9点のうち6点が白である。即ち、9点のうち、パターンの上に集光するものが多くなったり、パターンの下に集光するものが多くなったりしている。   In FIG. 17, three of the nine points are white, but in FIG. 18, six of the nine points are white. That is, among the nine points, more of the light is collected on the pattern, or more of the light is collected under the pattern.

図19は、図17のA−A断面を示す図であり、図20は、図18のA−A断面を示す図である。
図19及び図20によれば、パターンの上に集光するスポットが多い時は平均して高い所に合焦することができ、パターンの下に集光するスポットが多い時は、平均して低い所に合焦することができるのが分かる。なお、パターンの周期自体は、スポットの周期と一致しないようであるが、パターンが画面上部で鈎状に折れ曲がっていることも考慮すると、試料を微動していく時、パターンの上に集光するスポットとパターンの下に集光するスポットとの割合が、周期的に逆転することが説明できる。このことを含めて考えれば、この現象は、パターンの周期性とスポットの配列の周期性とが干渉して起こっているといえる。
19 is a diagram showing a cross section AA in FIG. 17, and FIG. 20 is a diagram showing a cross section AA in FIG. 18.
According to FIGS. 19 and 20, when there are many spots that focus on the pattern, it is possible to focus on a high place on average, and when there are many spots that focus on the pattern, on average You can see that you can focus on low places. The pattern period itself does not seem to coincide with the spot period, but considering that the pattern is bent in the shape of a bowl at the top of the screen, it is condensed on the pattern when the sample is finely moved. It can be explained that the ratio of the spot and the spot condensed under the pattern is periodically reversed. Considering this fact, it can be said that this phenomenon is caused by interference between the periodicity of the pattern and the periodicity of the arrangement of spots.

また、特許文献3には、スポットの間隔を可変にする構成が開示されている。
図21は、光路中で光軸と垂直な方向に移動させて、試料上に照射されるパターンを変化させるマルチスリット(マルチピンホール)を示す図である。
Patent Document 3 discloses a configuration in which the spot interval is variable.
FIG. 21 is a diagram showing multi-slits (multi-pinholes) that are moved in a direction perpendicular to the optical axis in the optical path to change the pattern irradiated on the sample.

マルチスリット567は矩形の平行平面板であって、上から下(縦方向)に向けて直線状に複数の開口部列567A〜567Eが設けられている。
開口部列567Aはマルチスリット567の左端に位置して3つの開口部を有しており、中心線569上に1つの開口部と、その上下に近接して開口部を1つずつ有している。開口部列567Bは開口部列567Aの右側に位置して3つの開口部を有しており、中心線569上に1つの開口部と、その上下にやや離れて(開口部列567Aよりも広い間隔で)開口部を1つずつ有している。
The multi slit 567 is a rectangular parallel flat plate, and is provided with a plurality of opening rows 567A to 567E linearly from the top to the bottom (vertical direction).
The opening row 567A has three openings located at the left end of the multi-slit 567, and has one opening on the center line 569 and one opening close to the top and bottom. Yes. The opening row 567B is located on the right side of the opening row 567A and has three openings, one opening on the center line 569, and slightly above and below it (wider than the opening row 567A). It has one opening (at intervals).

開口部列567Cは左右の中心線上に位置して7つの開口部を有しており、中心線569上に1つの開口部と、その上下に近接して開口部を3つずつ有している。開口部列567Dは開口部列567Cの右側に位置して3つの開口部を有しており、中心線569よりも下に近接した3つの開口部を有している。開口部列567Eはマルチスリット567の右端(開口部列567Dの右側)に位置して3つの開口部を有しており、中心線569よりも上に近接した3つの開口部を有している。   The opening row 567C has seven openings located on the left and right center lines, and has one opening on the center line 569 and three openings close to the top and bottom. . The opening row 567D has three openings positioned on the right side of the opening row 567C, and has three openings close to the center line 569. The opening row 567E is located at the right end of the multi slit 567 (on the right side of the opening row 567D) and has three openings, and has three openings close to the center line 569. .

このように、マルチスリット567は異なる横方向位置に、異なる間隔でしかも異なる数の開口部からなる開口部列を複数備えているため、マルチスリット567を光軸に垂直な方向に移動させることで、開口部を通過できる光束の数や間隔を異ならせることができる。その結果、試料上に照射されるパターン(スポット光の数や間隔)を変化させることができる。   As described above, since the multi slit 567 includes a plurality of opening rows having different intervals and different numbers of openings at different lateral positions, the multi slit 567 can be moved in a direction perpendicular to the optical axis. The number and interval of light beams that can pass through the opening can be varied. As a result, it is possible to change the pattern (the number and interval of spot lights) irradiated on the sample.

図22は、スポットの間隔を可変にする構成を説明するための図である。
図21に示したような挿脱自在のマルチスリット567を、図22に示すように光路中の像面の一つに挿入することによって複数のスポットの一部を遮光し、残りを使ってオートフォーカスする。
FIG. 22 is a diagram for explaining a configuration in which the spot interval is variable.
21 is inserted into one of the image planes in the optical path as shown in FIG. 22 to block a part of the plurality of spots, and the rest is used for auto-slit. Focus.

これによれば、試料の状態いかんによって、「マルチスリット」のパターンを選択し、試料面に投影されるスポットの数や間隔を変えることができる。
特開平8−254650号公報 特開平10−161195号公報 特開2001−296469号公報
According to this, the “multi slit” pattern can be selected depending on the state of the sample, and the number and interval of spots projected on the sample surface can be changed.
JP-A-8-254650 JP-A-10-161195 JP 2001-296469 A

しかしながら、装置を操作する操作者は、レーザ光のスポットを見ることができないので、スポット列の間隔が観察しようとするパターンの間隔と一致するかどうかを、操作者は判断できず、試料の状態毎に試行錯誤的に、マルチスリットを取り替えて様子を見るしかなく、合理的に最適なスポット列を選択することができない上、操作者が装置につかない自動機では、そもそも役に立たない。   However, since the operator who operates the apparatus cannot see the spot of the laser beam, the operator cannot determine whether or not the interval of the spot row matches the interval of the pattern to be observed. Each time, trial and error, it is necessary to replace the multi-slit and look at the situation, and it is not possible to select a reasonably optimal spot row. In addition, an automatic machine in which the operator cannot attach to the apparatus is useless in the first place.

すなわち、従来の焦点検出装置によれば、試料面上に投影されるレーザ光がただ一点のスポットの場合には、試料面に凹凸がある場合に、その凹凸に応じて合焦することができる高さが変動したり、レーザ光の乱反射によってそもそも合焦できなかったりする場合があるという問題点があった。   That is, according to the conventional focus detection device, when the laser beam projected on the sample surface is a single spot, if the sample surface has irregularities, it can be focused according to the irregularities. There has been a problem that the height may fluctuate or focus may not be achieved due to irregular reflection of laser light.

また、投影されるレーザ光を、単一のスポットではなく一本の線上に投影する場合、凹凸のある試料面でも一定の高さに合焦することができ、乱反射の影響も軽減されるが、使用する光学素子の原価が高く、組み立て調整も困難であるという問題点があった。   In addition, when the projected laser beam is projected onto a single line instead of a single spot, it is possible to focus on a certain height even on an uneven sample surface, and the influence of irregular reflection is reduced. However, there is a problem that the cost of the optical element to be used is high and the assembly adjustment is difficult.

また、回折格子などを使って、複数のスポットを試料面に投影する場合、凹凸のある試料面でも一定の高さに合焦することができ、乱反射の影響も少なく、原価も安いが、試料面に投影されるスポットの間隔と試料の凹凸の周期性が偶然に一致する時、合焦することができる高さが周期的に変動するという問題点があった。   In addition, when projecting multiple spots on the sample surface using a diffraction grating, etc., even a sample surface with unevenness can be focused at a certain height, and there is little influence of diffuse reflection, and the cost is low. When the interval between the spots projected on the surface coincides with the periodicity of the unevenness of the sample by chance, there is a problem that the height at which focusing can be performed varies periodically.

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、凹凸のある試料面で、仮にその凹凸に周期性があっても、一定の高さに安定して合焦する焦点検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art. A focus detection device that stably focuses at a constant height on a sample surface with irregularities, even if the irregularities have periodicity. The purpose is to provide.

本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の焦点検出装置は、レーザ光源と、上記レーザ光源から出力されたレーザ光を平行光束にするコリメート手段と、上記コリメート手段で平行光線となったレーザ光の半分を遮光し、半月形の平行光束とするナイフエッジと、該ナイフエッジにより半月形となった平行光束を観察対象の表面に投影結像し、更にその像からの反射光を平行光束に戻す対物レンズと、上記投影する光束および反射してきた光束のうち一方を透過し、他方を反射して二者の光軸に分離する分離手段と、上記分離手段で分離された反射光からの平行光束を上記対物レンズの焦点面と共役の焦点面に結像する結像手段と、上記対物レンズの焦点面と共役の焦点面に置かれ、上記結像された像の輝度を出力する検出手段とを有した焦点検出装置において、上記レーザ光源からのレーザ光が上記コリメート手段に入射する側、または上記コリメート手段を介して出射した側に配置され、上記コリメート手段で平行光束となるレーザ光を互いにわずかに伝播方向の異なる複数の平行光束群に分割する光束分割手段を備え、上記対物レンズによってこれらが試料面上に投影された時、不等間隔に並ぶ複数の点として結像するようになしたことを特徴とする。
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
That is, according to one aspect of the present invention, the focus detection apparatus of the present invention has a laser light source, collimating means for converting the laser light output from the laser light source into a parallel light beam, and parallel light beams by the collimating means. A knife edge that shields half of the laser beam and forms a half-moon-shaped parallel light beam, and a parallel light beam that becomes a half-moon shape by the knife edge is projected onto the surface of the observation object, and the reflected light from the image is collimated. An objective lens for returning the light beam, separation means for transmitting one of the projected light beam and reflected light beam and reflecting the other to separate the two optical axes, and reflected light separated by the separation means Imaging means for forming an image on the focal plane of the objective lens and the conjugate focal plane, and the focal plane of the objective lens and the conjugate focal plane, and outputting the luminance of the imaged image Detection means In the focus detection device, the laser light from the laser light source is disposed on the side where the laser light is incident on the collimating means or on the side where the laser light is emitted through the collimating means, and the collimating means slightly propagates the laser beams that become parallel light beams. A beam splitting means for splitting into a plurality of parallel beam groups having different directions is provided, and when these are projected onto the sample surface by the objective lens, they are imaged as a plurality of points arranged at unequal intervals. Features.

また、本発明の焦点検出装置は、上記光束分割手段が、上記コリメート手段を介して出射した側に配置された透明板および回折格子の組み合わせにより構成され、上記透明板は、表裏がわずかに非平行であり、上記透明板内部の多重反射によって光束をわずかに異なる角度に分離し、上記回折格子が、上記透明板によって分離された角度とは別な角度に更に分離し、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチとなるようにしたことが望ましい。   Further, in the focus detection apparatus of the present invention, the light beam splitting unit is configured by a combination of a transparent plate and a diffraction grating disposed on the side emitted through the collimating unit, and the transparent plate has a slightly non-front and back side. Parallel and separates the light flux into slightly different angles by multiple reflection inside the transparent plate, and the diffraction grating further separates into an angle different from the angle separated by the transparent plate, and the parallel light flux group as a whole It is desirable that the propagation directions of the pitches are unequal pitches.

また、本発明の焦点検出装置は、上記光束分割手段が、上記コリメート手段を介して出射した側に配置された回折格子であり、上記回折格子が、表裏がわずかに非平行な透明板の表面に形成され、上記透明板内部の多重反射によって光束をわずかに異なる角度に分離し、該当面板表面の回折格子によってそれとは別な角度に更に分離することによって、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチになるようにしたことが望ましい。   Further, in the focus detection apparatus of the present invention, the light beam splitting means is a diffraction grating disposed on the side emitted through the collimating means, and the diffraction grating is a surface of a transparent plate whose front and back are slightly non-parallel. The light beam is separated into slightly different angles by the multiple reflection inside the transparent plate, and further separated to a different angle by the diffraction grating on the surface of the face plate, so that the propagation direction of the parallel light beam group as a whole can be changed. It is desirable to have unequal pitches.

また、本発明の焦点検出装置は、上記光束分割手段が、上記コリメート手段に入射する側に配置された1/4λ板および上記1/4λ板に続く復屈折素子と、上記コリメート手段を介して出射した側に配置された回折格子との組み合わせであり、直線偏光である上記レーザ光を異常屈折を利用して二つのの異なる偏光面と光軸を持つ光に分割し、上記1/4λ板を通して円偏光にすることによって可干渉性を持たせ、コリメート手段を通過する際、光軸がわずかにずれていることによってわずかに非平行な複数の平行光束群となし、回折格子によってそれとは別な角度に更に分離することによって、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチとなるようにしたことが望ましい。   Further, in the focus detection apparatus of the present invention, the light beam splitting means includes a quarter λ plate disposed on the side incident on the collimating means, a birefringent element following the quarter λ plate, and the collimating means. A combination with a diffraction grating arranged on the exit side, and the laser beam, which is linearly polarized light, is split into light having two different polarization planes and optical axes using anomalous refraction, and the 1 / 4λ plate By making circularly polarized light through, it is made coherent, and when passing through the collimating means, the optical axis is slightly shifted to form a plurality of parallel light beams that are slightly non-parallel, and separated by a diffraction grating. It is desirable that the propagation directions of the parallel light beam groups become unequal pitches as a whole by further separating them at a uniform angle.

また、本発明の焦点検出装置は、上記光束分割手段が、上記コリメート手段に入射する側に配置された復屈折素子と1/4λ板との複数の組み合わせであり、各復屈折素子の厚さ、材質あるいは結晶軸を変化させてあり、直線偏光である上記レーザ光を、異常屈折を利用して二つの異なる偏光面と光軸を持つ光に分割し、1/4λ板を通して円偏光にすることによって可干渉性を持たせ、これを複数回繰り返した後、不等ピッチに光軸がずれた一群の光束群となし、更にコリメート手段を通過する際、光軸がわずかにずれていることによって伝播方向が不等ピッチにずれた複数の平行光束群となすことが望ましい。   Further, in the focus detection apparatus of the present invention, the light beam splitting means is a combination of a plurality of birefringent elements arranged on the side incident on the collimating means and a 1 / 4λ plate, and the thickness of each birefringent element. The laser beam, which has been changed in material or crystal axis and is linearly polarized, is split into light having two different polarization planes and optical axes using anomalous refraction, and is circularly polarized through a 1 / 4λ plate. After repeating this multiple times, a group of light beams whose optical axes are shifted at unequal pitches are formed, and the optical axis is slightly shifted when passing through collimating means. Therefore, it is desirable to form a plurality of parallel light flux groups whose propagation directions are shifted at unequal pitches.

本発明によれば、観察しようとする試料の表面に投影するスポットの間隔を不等間隔にしたので、試料面の凹凸などが周期性を持っている時でも、安定して該凹凸の平均付近の高さに合焦することができる。   According to the present invention, since the intervals of the spots projected onto the surface of the sample to be observed are made unequal, even when the unevenness of the sample surface has periodicity, it is stably near the average of the unevenness You can focus on the height of.

また、本発明によれば、光束分割手段を、コリメート手段を介して出射した側に配置された、透明板と回折格子の組み合わせにしたので、安価な構成によって、表面の凹凸に周期性のある試料でも、合焦高さが変動することなく合焦することができる。   In addition, according to the present invention, since the light beam splitting means is a combination of a transparent plate and a diffraction grating arranged on the side emitted through the collimating means, the surface irregularities have periodicity due to an inexpensive configuration. Even a sample can be focused without changing the focus height.

また、本発明によれば、光束分割手段を、上記コリメート手段を介して出射した側に配置された回折格子にして、表裏がわずかに非平行な透明板の表面に形成された回折格子であり、透明板内部の多重反射によって光束をわずかに異なる角度に分離し、該当面板表面の回折格子によってそれとは別な角度に更に分離することによって、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチになるようにしたので、部品点数が全く増えないし、非平行板の方向を回折格子の回折方向に合わせる調整も不要となり、量産の場合に特に原価が下がる。   Further, according to the present invention, the light beam splitting means is a diffraction grating arranged on the side emitted from the collimating means, and the diffraction grating is formed on the surface of the transparent plate slightly non-parallel on the front and back sides. The light flux is separated into slightly different angles by multiple reflections inside the transparent plate, and further separated to a different angle by the diffraction grating on the surface of the face plate, so that the propagation direction of the parallel light flux group becomes an unequal pitch as a whole. As a result, the number of parts does not increase at all, and it is not necessary to adjust the direction of the non-parallel plate to the diffraction direction of the diffraction grating, and the cost is reduced particularly in mass production.

また、本発明によれば、光束分割手段を、上記コリメート手段に入射する側に配置された1/4λ板および上記1/4λ板に続く復屈折素子と、上記コリメート手段を介して出射した側に配置された回折格子の組み合わせにして、直線偏光である上記レーザ光を異常屈折を利用して二つの異なる偏光面と光軸を持つ光に分割し、1/4λ板を通して円偏光にすることによって可干渉性を持たせ、コリメート手段を透過する時、光軸がわずかにずれていることによってわずかに非平行な複数の平行光束群となし、回折格子によってそれとは別な角度に更に分離する。これによって、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチとなるようにしたので、原理的に高次の多重反射のようなものが発生せず、設計的に意図した光束だけが発生するので、光量に無駄がない。   Further, according to the present invention, the light beam splitting means is arranged on the side incident on the collimating means, the birefringent element following the quarter λ plate and the side exiting through the collimating means. The laser beam, which is linearly polarized light, is split into light having two different polarization planes and optical axes using anomalous refraction, and is converted into circularly polarized light through a 1 / 4λ plate. When the light passes through the collimating means, the optical axis is slightly deviated to form a plurality of light beams that are slightly non-parallel, and further separated at a different angle by the diffraction grating. . As a result, the propagation direction of the parallel light flux group becomes an unequal pitch as a whole, so that, in principle, a high-order multiple reflection does not occur, and only the light beam intended by design is generated. There is no waste in the amount of light.

また、本発明によれば、光束分割手段を、コリメート手段に入射する側に配置された復屈折素子と1/4λ板との組み合わせにして、該組み合わせを複数組有し、各復屈折素子の厚さ、材質または結晶軸を変化させてあり、直線偏光である上記レーザ光を異常屈折を利用して二つの異なる偏光面と光軸を持つ光に分割し、1/4λ板を通して円偏光にすることによって可干渉性を持たせ、これを複数回繰り返した後、不等ピッチに光軸がずれた一群の光束群となし、更にコリメート手段を通過する時、光軸がわずかにずれていることによって伝播方向が不等ピッチにずれた複数の平行光束群となるようにしたので、周期性のほとんどないスポットの列を試料面に投影することができる、試料面の凹凸がいかなる周期性を持っていようとも、全くその影響を受けることなく、常に表面の高さの平均付近に、合焦することができる。   According to the present invention, the light beam splitting means is a combination of a birefringent element arranged on the side incident on the collimating means and a ¼λ plate. The laser beam, which has been changed in thickness, material, or crystal axis and is linearly polarized, is split into light having two different polarization planes and optical axes using anomalous refraction, and converted into circularly polarized light through a 1 / 4λ plate. After repeating this several times, a group of luminous fluxes whose optical axes are shifted at unequal pitches is formed, and the optical axis is slightly shifted when passing through the collimating means. As a result, a group of parallel light beams whose propagation directions are shifted at unequal pitches can be formed, so that a row of spots having almost no periodicity can be projected onto the sample surface. No matter what Without being affected by this, it is always possible to focus on the vicinity of the average surface height.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
図1は、本発明を適用した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a focus detection apparatus according to a first embodiment to which the present invention is applied.

図1において、光源4は、本第1の実施の形態の焦点検出装置が使用する光束を供給する。なお、観察画像を形成するための光源と投影系、結像系は、不図示である。
レーザ駆動部20は、光源4を駆動するためのものであり、コントロール部23の指令に従って、光源4を点滅させたり、発光量を変えたりする。
In FIG. 1, a light source 4 supplies a light beam used by the focus detection apparatus according to the first embodiment. A light source, a projection system, and an imaging system for forming an observation image are not shown.
The laser driving unit 20 is for driving the light source 4 and blinks the light source 4 or changes the light emission amount in accordance with a command from the control unit 23.

コリメートレンズ5は、光源4からの光を平行光束にする。
非平行板101は、例えば石英ガラスなどの光学的な透明な材料でできており、表裏の表面は光学的に十分に平面である。表裏の平行度は意図的にわずかに非平行にされており、多重反射を生じるが、その多重反射光の方向は、後述の回折格子の回折の方向に一致するように取り付けられている。なお、非平行板101の表裏の反射率の関係から、一次の多重反射光のみに着目すれば良く、2次以上の多重反射光の強度は無視しうる。
The collimating lens 5 turns the light from the light source 4 into a parallel light flux.
The non-parallel plate 101 is made of an optically transparent material such as quartz glass, and the front and back surfaces are optically sufficiently flat. The parallelism of the front and back is intentionally slightly non-parallel, and multiple reflection occurs, but the direction of the multiple reflected light is attached so as to coincide with the diffraction direction of a diffraction grating described later. Note that, from the relationship between the reflectances of the front and back surfaces of the non-parallel plate 101, it is sufficient to focus only on the first-order multiple reflected light, and the intensity of the second-order or higher multiple reflected light can be ignored.

回折格子102は、入射光束を複数の平行光束群に分割する。分割された全ての出射光束群は、入射光束の光軸を含む単一の平面内にある。且つ、広げた扇の骨の如く、隣り合う光束同士のなす角は、どれも同じである。なお、上記非平行板101による一次多重反射光もまた、同様に分割されるので、二組の広げた扇の骨を、わずかにずらして重ねたような出射の状況になる。   The diffraction grating 102 divides the incident light beam into a plurality of parallel light beam groups. All the divided outgoing beam groups are in a single plane including the optical axis of the incident beam. In addition, the angles formed by adjacent light beams are the same, as in the fan bones that are spread out. In addition, since the primary multiple reflected light by the non-parallel plate 101 is also divided in the same manner, the situation is such that two sets of spread fan bones are slightly shifted and overlapped.

遮光板7は、上記出射光束群のうち正確に半分を遮光する。遮光の方向は、遮光板7の縁が全ての光束の光軸を含む方向になるように設定されている。従って、全ての光束は半月状に遮光され、その半月の弦は同一の直線上、即ち遮光板7の縁上に載っている。なお、図1に示した非平行板101、回折格子102が光束を分割する方向は紙面に平行だが、これは理解を助ける為の比喩的な表現であり、実際には縁は紙面に直交している。   The light shielding plate 7 shields exactly half of the outgoing light flux group. The light shielding direction is set so that the edge of the light shielding plate 7 includes the optical axis of all light beams. Therefore, all the luminous fluxes are shielded in a half-moon shape, and the strings of the half-moon are placed on the same straight line, that is, on the edge of the light-shielding plate 7. The direction in which the non-parallel plate 101 and the diffraction grating 102 shown in FIG. 1 divide the light beam is parallel to the paper surface, but this is a figurative expression for helping understanding, and the edges are actually perpendicular to the paper surface. ing.

偏光ビームスプリッタ8は、上記遮光板7を通過した半月状の光束群を反射し、伝播方向を折り曲げる。しかしながら、試料面から反射し、後述の対物レンズ3a、3bによって平行光束群にされて戻ってきた光束群は、後述の1/4λ板11によって直線偏光に戻された際、偏光面が異なっているので、偏光ビームスプリッタ8を透過する。   The polarizing beam splitter 8 reflects the half-moon shaped light beam group that has passed through the light shielding plate 7 and bends the propagation direction. However, a light beam group reflected from the sample surface and returned to a parallel light beam group by objective lenses 3a and 3b described later has a different polarization plane when returned to linearly polarized light by a quarter λ plate 11 described later. Therefore, it passes through the polarization beam splitter 8.

リレー光学系9および10は、その間に中間結像位置6を持っている。該中間結像位置6は、後述の対物レンズ3a、3bの焦点面と共役な焦点面である。1/4λ板11は、直線偏光を円偏光にする。ダイクロックミラー12は、光束群を折り曲げる。なお、不図示の観察光は、透過させる。   The relay optical systems 9 and 10 have an intermediate imaging position 6 therebetween. The intermediate imaging position 6 is a focal plane conjugate with the focal plane of objective lenses 3a and 3b described later. The 1 / 4λ plate 11 converts linearly polarized light into circularly polarized light. The dichroic mirror 12 bends the light beam group. Note that observation light (not shown) is transmitted.

対物レンズ3aおよび対物レンズ3bは、倍率が異なる。試料台1は、観察しようとする試料Sを載置する為の台である。
投影レンズ13は、試料面から戻ってきた光束群を結像させる。光検出器14の位置は対物レンズ3aの焦点面と共役なので、光束群が試料S上に結像する時は、光検出器14上にも結像し、極小のスポットとなって一直線上に並ぶ。然るに光検出器14は2つの領域AおよびBに分割されている。上記スポット群は光検出器14の表面に結像すると、一直線に並ぶが、上記分割の境界線は、この直線に厳密に一致するように位置決めされている。
The objective lens 3a and the objective lens 3b have different magnifications. The sample stage 1 is a stage for placing the sample S to be observed.
The projection lens 13 forms an image of the light flux group returned from the sample surface. Since the position of the light detector 14 is conjugate with the focal plane of the objective lens 3a, when the light beam group forms an image on the sample S, the light image is also formed on the light detector 14 and becomes a minimal spot on a straight line. line up. However, the photodetector 14 is divided into two regions A and B. When the spot group forms an image on the surface of the photodetector 14, it is aligned in a straight line, but the boundary line of the division is positioned so as to exactly match this straight line.

前置増幅器21は、光検出器14の出力を受け、AD変換器22は、前置増幅器21の出力をデジタルデータに変換し、光変換器14が受光した光量に対応するデジタルデータをコントロール部23に送る。なお、前置増幅器21とAD変換器22は2チャンネルであり、光検出器14の分割された2領域からの出力を別々に処理する。   The preamplifier 21 receives the output of the photodetector 14, and the AD converter 22 converts the output of the preamplifier 21 into digital data, and the digital data corresponding to the amount of light received by the optical converter 14 is controlled by the control unit. 23. Note that the preamplifier 21 and the AD converter 22 have two channels, and separately process outputs from the two divided regions of the photodetector 14.

準焦用モータ16は、試料台1を移動して対物レンズ3aとの距離を変え、試料Sの観察しようとする表面を対物レンズ3aの焦点に一致させる為のものである。モータ駆動部18は、コントロール部23の指令に従って、準焦用モータ16を駆動すべき量に対応する駆動信号を供給する。   The semi-focusing motor 16 is for moving the sample stage 1 to change the distance to the objective lens 3a so that the surface of the sample S to be observed coincides with the focal point of the objective lens 3a. The motor drive unit 18 supplies a drive signal corresponding to the amount by which the semi-focusing motor 16 is to be driven in accordance with a command from the control unit 23.

レボルバ2は、倍率の異なる複数の対物レンズ3a、3bなどを取り付ける。レボルバ駆動用モータ15は、レボルバ2を回転して、所望の対物レンズ3a、3bを光路に挿入する。モータ駆動部17は、コントロール部23の指令に従って、レボルバ駆動用モータ15を駆動すべき量に対応する駆動信号を供給する。穴検出部19は、レボルバ2のどの穴、即ちどの対物レンズ3a、3bが現在光路に挿入されているかを、コントロール部に通知する。   The revolver 2 is attached with a plurality of objective lenses 3a and 3b having different magnifications. The revolver driving motor 15 rotates the revolver 2 to insert desired objective lenses 3a and 3b into the optical path. The motor drive unit 17 supplies a drive signal corresponding to the amount by which the revolver drive motor 15 is to be driven in accordance with a command from the control unit 23. The hole detection unit 19 notifies the control unit which hole of the revolver 2, that is, which objective lenses 3a and 3b are currently inserted in the optical path.

コントロール部23は、CPU27、ROM28、RAM29、I/Oポート30で構成されている。これらは互いにデータバス31で接続され、データバス31を介してデータのやりとりが行われる。ROM28にはオートフォーカス動作や試料台1の移動、あるいはレボルバ2の回転等、各種の制御を行う為のプログラムが格納されている。また、RAM29は、例えば前述のAD変換器22からのデジタルデータを保存する。I/Oポート30は、各種駆動部の制御信号の入出力を行う。   The control unit 23 includes a CPU 27, a ROM 28, a RAM 29, and an I / O port 30. These are connected to each other via a data bus 31, and data is exchanged via the data bus 31. The ROM 28 stores programs for performing various controls such as autofocus operation, movement of the sample stage 1, and rotation of the revolver 2. The RAM 29 stores, for example, digital data from the above-described AD converter 22. The I / O port 30 inputs and outputs control signals for various driving units.

次に、本発明を適用した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作について説明する。
図2および図3は、本発明を適用した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図である。
Next, the operation of the focus detection apparatus according to the first embodiment to which the present invention is applied will be described.
2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the focus detection apparatus according to the first embodiment to which the present invention is applied.

コントロール部23からの指令により、レーザ駆動部20が光源4を駆動してレーザ光を発光させる。該レーザ光はコリメートレンズ5で平行光束にされる。該平行光束は図2に示したように非平行板101を通過する。このとき、非平行板101の表裏で多重反射が起き、0次光201とは角度のわずかに異なる一次多重反射光202が射出される。なお、2次以上の高次の多重反射光は、反射率の関係で強度が低く、作用を無視できる。   In response to a command from the control unit 23, the laser driving unit 20 drives the light source 4 to emit laser light. The laser light is converted into a parallel light beam by the collimating lens 5. The parallel light flux passes through the non-parallel plate 101 as shown in FIG. At this time, multiple reflection occurs on the front and back of the non-parallel plate 101, and primary multiple reflected light 202 having a slightly different angle from the 0th order light 201 is emitted. Note that the second-order or higher-order multiple reflected light has a low intensity due to the reflectance, and the action can be ignored.

そして、これらは回折格子102を通過する。図2に示したように、0次光201は一次回折光203として光軸が分割される。また、非平行板101の一次多重反射光202も回折されて、一次回折光204のように光軸を分割されて出射する。このとき、隣り合う一次回折光203同士の角度は一定である。また、隣り合う一次回折光204同士の角度もそれと同一である。   These pass through the diffraction grating 102. As shown in FIG. 2, the optical axis of the 0th order light 201 is divided as the first order diffracted light 203. Further, the primary multiple reflected light 202 of the non-parallel plate 101 is also diffracted, and the optical axis is divided and emitted as with the primary diffracted light 204. At this time, the angle between adjacent primary diffraction lights 203 is constant. Further, the angles between the adjacent first-order diffracted beams 204 are also the same.

しかし、0次光と一次多重反射光のなす角度は、これとは異なるように、非平行板101の表裏の角度を設定しておく。また、回折の方向が、多重反射による光軸のズレと同一の方向になるよう、回折格子102の方向を調整して設置してある。すると、図2に示すように、同図の紙面を含む平面内に、2種の異なる角度で回折光が配列される。   However, the front and back angles of the non-parallel plate 101 are set so that the angle formed between the 0th-order light and the primary multiple reflected light is different from this. Further, the direction of the diffraction grating 102 is adjusted and installed so that the direction of diffraction is the same as the deviation of the optical axis due to multiple reflection. Then, as shown in FIG. 2, diffracted light is arranged at two different angles in a plane including the paper surface of FIG.

これらは図1に示すように遮光板7で正確に半分が遮光される。遮光の方向は、遮光板7の縁が全ての光束(0次光201、一次多重反射光202、一次回折光203、一次回折光204)の光軸を含む方向になるよう設定されている。従って全ての光束(0次光201、一次多重反射光202、一次回折光203、一次回折光204)は半月状に遮光され、その半月の弦は同一の直線上、即ち遮光板7の縁上に載っている。   As shown in FIG. 1, half of the light is accurately shielded by the light shielding plate 7. The light shielding direction is set so that the edge of the light shielding plate 7 includes the optical axes of all the light beams (0th-order light 201, first-order multiple reflected light 202, first-order diffracted light 203, and first-order diffracted light 204). Accordingly, all the light beams (the 0th order light 201, the first order multiple reflected light 202, the first order diffracted light 203, and the first order diffracted light 204) are shielded in a half moon shape, and their half moon strings are on the same straight line, that is, on the edge of the light shielding plate 7. It is on.

これらの光束は偏光ビームスプリッタ8で進路を曲げられ、リレー光学系9、10を通る。そして、1/4λ板11を通る時、円偏光にされる。更にダイクロックミラー12で折り曲げられ、不図示の観察用光束に重畳され、対物レンズ3aを通って集光される。試料Sの表面が対物レンズ3aの焦点面に一致していれば、試料Sの表面上に複数の極小のスポットが一直線上に並んで結像される。このとき、図2に示したように、光束201〜204の光軸に2種の角度関係が混在していたことを反映して、図3に示すように、スポットは交互に2種の間隔を以って並ぶ。   These light beams are bent by a polarization beam splitter 8 and pass through relay optical systems 9 and 10. Then, when passing through the ¼λ plate 11, it is made circularly polarized light. Further, it is bent by the dichroic mirror 12, superimposed on an observation beam (not shown), and condensed through the objective lens 3a. If the surface of the sample S coincides with the focal plane of the objective lens 3a, a plurality of minimal spots are imaged in a line on the surface of the sample S. At this time, as shown in FIG. 2, reflecting the fact that two kinds of angular relationships are mixed in the optical axes of the light beams 201 to 204, the spots are alternately spaced by two kinds as shown in FIG. Lined up with.

試料面で結像して反射した光束群は、対物レンズ3aに戻って平行光束群に戻される。これらは対物レンズ3aの中心軸を挟んで、往路とは反対側に、半月形に並んで帰っていく。そして、ダイクロックミラー12で進路を折り曲げられて不図示の観察用光束から分離され、1/4λ板11で直線偏光にされる。このとき、往路の直線偏光から数えて2回1/4λ板11を通ったことになるので、偏光面は往路の偏光面と直交している。そしてリレー光学系10、9を通過した後、偏光ビームスプリッタ8を通るが、往路の光束が反射されたのに対し、それとは偏光面が90°異なるので、復路では透過し、往路の光束群から分離されて投影レンズ13に入り集光される。   The light beam group imaged and reflected by the sample surface returns to the objective lens 3a and is returned to the parallel light beam group. These return in a half-moon shape on the opposite side of the outward path across the central axis of the objective lens 3a. Then, the path is bent by the dichroic mirror 12 to be separated from the observation beam (not shown), and is linearly polarized by the ¼λ plate 11. At this time, since the quarter-wave plate 11 is counted twice from the forward linearly polarized light, the polarization plane is orthogonal to the forward polarization plane. Then, after passing through the relay optical system 10, 9, it passes through the polarization beam splitter 8, but the outgoing light beam is reflected, but the plane of polarization is different from that by 90 °. Is separated into the projection lens 13 and collected.

光検出器14は投影レンズ13の焦点面に置かれてあり、これは対物レンズ3aの焦点面と共役なので、光束群が試料S上に結像する時は、光検出器14上にも結像し、極小のスポットとなって一直線上に並ぶ。光検出器14は2つの領域に分割されているが、その分割の境界線は、結像した時のスポットの並びと厳密に一致するように位置が調整されている。   Since the photodetector 14 is placed on the focal plane of the projection lens 13 and this is conjugate with the focal plane of the objective lens 3a, when the light beam group forms an image on the sample S, it is also connected to the photodetector 14. Image and form a tiny spot on a straight line. The photodetector 14 is divided into two regions, and the position of the boundary line of the division is adjusted so as to exactly coincide with the arrangement of spots when the image is formed.

図3に示すように、観察しようとする試料Sの表面が、対物レンズ3aの焦点面に一致している時は、それと共役な光検出器14の表面の中央に極小のスポットが結像する。しかし、もし試料Sの表面がニアフォーカスの位置にあれば、投影レンズ13を通った反射光束は光検出器14の表面よりも遠方に結像しようとするから、光検出器14の半分(図1中の上半分:B領域)の表面に薄明るい半月状のボケ像を複数現す。   As shown in FIG. 3, when the surface of the sample S to be observed coincides with the focal plane of the objective lens 3a, a very small spot forms an image at the center of the surface of the photodetector 14 conjugate with it. . However, if the surface of the sample S is in the near focus position, the reflected light flux that has passed through the projection lens 13 tends to form an image farther than the surface of the photodetector 14, so that the half of the photodetector 14 (FIG. A plurality of thin and bright half-moon-shaped blur images appear on the surface of the upper half in 1 (B region).

逆に、試料Sの表面がファーフォーカスの位置にあれば、反射光束は光検出器14の表面よりも手前に結像しようとして、光検出器14の半分(図1中の下半分:A領域)の表面に薄明るい半月状のボケ像を複数現す。   On the other hand, if the surface of the sample S is in the far focus position, the reflected light beam attempts to form an image in front of the surface of the light detector 14 and is half of the light detector 14 (lower half in FIG. 1: area A). ) Multiple thin and bright half-moon-shaped blur images.

そして、光検出器14の表面は上記スポット群の並びに沿って2分割されているので、その2領域の出力の強度を取り出し、前置増幅器21で増幅し、AD変換器22でデジタルデータに変換してコントロール部23で比較すれば、試料Sの表面が対物レンズ3aの焦点面に対しどちらにどれだけずれているのかを評価でき、試料Sの表面の位置を対物レンズ3aの焦点面に自動的に合致させる制御が可能になる。   Since the surface of the photodetector 14 is divided into two along the above-mentioned spot group, the intensity of the output of the two areas is taken out, amplified by the preamplifier 21, and converted into digital data by the AD converter 22. Then, if the comparison is made by the control unit 23, it can be evaluated how much the surface of the sample S is deviated from the focal plane of the objective lens 3a, and the position of the surface of the sample S is automatically set to the focal plane of the objective lens 3a. Can be matched to each other.

図4および図5は、試料面のスポットの並びと試料面のパターンの周期性との関係を説明するための図である。
図4および図5において、白いパターンの上に集光するスポットを黒で表し、黒い部分に集光するスポットを白で表しており、図4の白9対黒9に対して、試料Sを微量移動させた図5では白11対黒7となっており、試料Sを移動させていっても白黒比率の変動は少ない。従って合焦することができる高さの変動も少ないものである。
4 and 5 are diagrams for explaining the relationship between the arrangement of spots on the sample surface and the periodicity of the pattern on the sample surface.
4 and 5, the spot focused on the white pattern is represented in black, the spot focused on the black portion is represented in white, and the sample S is compared with the white 9 vs. black 9 in FIG. 4. In FIG. 5 in which a small amount is moved, white 11 vs. black 7 is obtained, and even when the sample S is moved, the fluctuation of the black and white ratio is small. Therefore, there is little fluctuation in the height at which focusing can be achieved.

光検出器14の二つの領域からの信号をAおよびBと呼ぶ時、コントロール部23は、AD変換器22から得たA、Bの強度のデジタルデータから、例えば(A−B)/(A+B)という数値を計算することができる。これは二次元化された値であり、例えばニアフォーカスの時は常に負の値をとり、ファーフォーカスの時は常に正の値をとり、唯一合焦点でのみ0を通過する。   When the signals from the two areas of the photodetector 14 are called A and B, the control unit 23 uses, for example, (A−B) / (A + B) from the digital data of the A and B intensities obtained from the AD converter 22. ) Can be calculated. This is a two-dimensional value, for example, always takes a negative value during near focus, takes a positive value during far focus, and passes 0 only at the in-focus point.

従ってコントロール部23はこの(A−B)/(A+B)の値を常に監視し、モータ駆動部18に駆動指令を出して、この値が0になるようにフィードバック制御すれば、自動的に試料Sの表面を対物レンズ3aの焦点面に合焦させることができる。   Therefore, the control unit 23 always monitors the value of (A−B) / (A + B), issues a drive command to the motor drive unit 18, and performs feedback control so that this value becomes 0, so that the sample is automatically obtained. The surface of S can be focused on the focal plane of the objective lens 3a.

また、コントロール部23はモータ駆動部17に指令を出してレボルバ2を回転し、対物レンズ3a、3bの種類を切り替えることができるが、穴検出部19からの信号によって現在の対物レンズの種類を判定し、モータ駆動部18に与える駆動量の指令を、対物レンズの種類毎に最適の値を与えることができる。   The control unit 23 can give a command to the motor driving unit 17 to rotate the revolver 2 and switch the types of the objective lenses 3a and 3b. The drive amount command to be determined and given to the motor drive unit 18 can be given an optimum value for each type of objective lens.

また、操作部26から、操作者が各種の命令を送って手動で焦点検出装置を働かせることができる。例えば、焦点検出装置の初期化、試料台1の強制移動、試料台1の現在位置の表示、オートフォーカスの稼働/停止の切り替え、対物レンズ3a、3bの切り替えなどを、操作者が手動で行うことができる。また、操作者が焦準用モータ16を操作すると、その操作利用がパルスとなってパルスカウンタ24に送られ、パルスカウンタはそれを移動命令の量としてコントロール部23に伝える。これによって、操作者がオートフォーカスの稼働を止め、手動で試料台1の高さを操作することもできる。   Further, the focus detection device can be operated manually by an operator sending various commands from the operation unit 26. For example, the operator manually performs initialization of the focus detection device, forced movement of the sample stage 1, display of the current position of the sample stage 1, switching of autofocus operation / stop, switching of the objective lenses 3a and 3b, and the like. be able to. Further, when the operator operates the focusing motor 16, the use of the operation becomes a pulse and is sent to the pulse counter 24, and the pulse counter transmits this to the control unit 23 as the amount of movement command. Thus, the operator can stop the autofocus operation and manually operate the height of the sample stage 1.

以上説明したように、第1の実施の形態によれば、非平行板101を追加するだけであるから、安価な構成によって、表面の凹凸に周期性のある試料でも、合焦高さが変動することなく観察でき、マルチスリットなどを手操作で挿脱する必要もない。   As described above, according to the first embodiment, since only the non-parallel plate 101 is added, the in-focus height varies even with a sample having periodic surface irregularities due to an inexpensive configuration. You can observe without having to do it, and there is no need to manually insert and remove the multi slit.

次に、本発明を適用した第2の実施の形態について説明する。
図6は、本発明を適用した第2の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a focus detection apparatus according to a second embodiment to which the present invention is applied.

図6において、図1に示した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置と同一の各要素には、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。
まず、第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、非平行板101および回折格子102の代わりに回折格子103が備えられ、上記回折格子103は非平行板の機能を兼ねていることである。即ち回折格子103を構成してなるガラスなどの基板は、表裏の表面がわずかに非平行に構成されてなり、その傾斜の方向は、回折の方向と同一である。なお、表裏の反射率の関係から、一次の多重反射光のみに着目すれば良く、2次以上の多重反射光の強度は無視しうる。
In FIG. 6, the same elements as those in the focus detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different components are mainly described.
First, the second embodiment differs from the first embodiment in that a diffraction grating 103 is provided instead of the non-parallel plate 101 and the diffraction grating 102, and the diffraction grating 103 also functions as a non-parallel plate. It is that. That is, the substrate such as glass constituting the diffraction grating 103 is configured so that the front and back surfaces are slightly non-parallel, and the inclination direction is the same as the diffraction direction. Note that, from the relationship between the reflectances of the front and back surfaces, it is only necessary to focus on the first-order multiple reflected light, and the intensity of the second-order or higher multiple reflected light can be ignored.

そして、該回折格子103は、入射光束を複数の平行光束群に分割する。分割された全ての出射光束群は、入射光束の光軸を含む単一の平面内にあり、且つ、広げた扇の骨の如く、隣り合う光束同士のなす角は、どれも同じである。なお、前述の一次多重反射光もまた、同様に分割されるので、二組の広げた扇の骨を、わずかにずらして重ねたような出射の状況になる。   The diffraction grating 103 divides the incident light beam into a plurality of parallel light beam groups. All the divided outgoing light beam groups are in a single plane including the optical axis of the incident light beam, and the angles formed by the adjacent light beams are the same, as in the spread fan bone. Since the above-described primary multiple reflected light is also divided in the same manner, the situation is such that two sets of spread fan bones are slightly shifted and overlapped.

次に、本発明を適用した第2の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作について、第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作との相違点を中心に説明する。
図7および図3は、本発明を適用した第2の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図である。
Next, the operation of the focus detection apparatus according to the second embodiment to which the present invention is applied will be described focusing on differences from the operation of the focus detection apparatus according to the first embodiment.
7 and 3 are diagrams for explaining the operation of the focus detection apparatus according to the second embodiment to which the present invention is applied.

レーザ光がコリメートレンズ5で平行光束にされると、該平行光束は図7のように回折格子103を通過する。このとき、回折格子103の表裏で多重反射が起き、0次光201とは角度のわずかに異なる一次多重反射光202が射出される。なお、2次以上の高次の多重反射光は、反射率の関係で強度が低く、作用を無視できる。   When the laser light is converted into a parallel light beam by the collimator lens 5, the parallel light beam passes through the diffraction grating 103 as shown in FIG. At this time, multiple reflection occurs on the front and back of the diffraction grating 103, and primary multiple reflected light 202 having a slightly different angle from the 0th order light 201 is emitted. Note that the second-order or higher-order multiple reflected light has a low intensity due to the reflectance, and the action can be ignored.

次に、図7のように0次光201は回折格子103を通過し、一次回折光203として光軸が分割される。また、一次多重反射光202も回折されて、一次回折光204のように光軸を分割させて出射する。このとき、隣り合う一次回折光203同士の角度は一定である。また、隣り合う一次回折光204同士の角度もそれと同一である。   Next, as shown in FIG. 7, the zero-order light 201 passes through the diffraction grating 103 and the optical axis is divided as the first-order diffracted light 203. Further, the primary multiple reflected light 202 is also diffracted and emitted with the optical axis divided as in the primary diffracted light 204. At this time, the angle between adjacent primary diffraction lights 203 is constant. Further, the angles between the adjacent first-order diffracted beams 204 are also the same.

しかし、0次光201と一次多重反射光202とのなす角度は、これとは異なるように回折格子103の表裏の角度を設定しておく。また、回折の方向が、多重反射による光軸のズレと同一の方向になるよう、表裏の非平行の方向を調整して設置してある。すると、図7に示すように、同図の紙面を含む平面内に、2種の異なる角度で回折光が配列される。   However, the front and back angles of the diffraction grating 103 are set so that the angle formed between the 0th-order light 201 and the primary multiple reflected light 202 is different from this. Further, the non-parallel directions on the front and back sides are adjusted so that the direction of diffraction is the same as the deviation of the optical axis due to multiple reflection. Then, as shown in FIG. 7, the diffracted light is arranged at two different angles in the plane including the paper surface of FIG.

そして、試料Sの表面が対物レンズ3aの焦点面に一致していれば、試料Sの表面上に複数の極小のスポットが一直線上に並んで結像される。このとき、図7のように、光束201〜204の光軸に2種の角度関係が混在していたことを反映して、図3に示すように、スポットは交互に2種の間隔を以って並ぶことは、第1の実施の形態と同様である。   If the surface of the sample S coincides with the focal plane of the objective lens 3a, a plurality of minimal spots are imaged in a line on the surface of the sample S. At this time, as shown in FIG. 7, reflecting the fact that two kinds of angular relationships are mixed in the optical axes of the light beams 201 to 204, the spots alternately have two kinds of intervals as shown in FIG. Are arranged in the same manner as in the first embodiment.

また、光検出器14は投影レンズ13の焦点面に置かれてあり、これは対物レンズ3aの焦点面と共役なので、光束群が試料S上に結像する時は、光検出器14上にも結像し、極小のスポットとなって一直線上に並ぶ。光検出器14は2つの領域に分割されているが、その分割の境界線は、結像した時のスポットの並びと厳密に一致するように位置が調整されていることもまた、第1の実施の形態と同様である。   Further, since the photodetector 14 is placed on the focal plane of the projection lens 13 and this is conjugate with the focal plane of the objective lens 3a, when the light beam group forms an image on the sample S, it is placed on the photodetector 14. Also form an image and form a tiny spot on a straight line. The photodetector 14 is divided into two regions. The boundary line of the division is adjusted so that the position of the boundary line is exactly coincident with the arrangement of spots when imaged. This is the same as the embodiment.

また、図4および図5に示したように、試料面のスポットの並びと、試料面のパターンの周期性との関係を考察する時、白いパターンの上に集光するスポットを黒で表し、黒い部分に集光するスポットを白で表すと、図4は白9対黒9となり、試料Sを微量移動させた図5では白11対黒7となり、試料Sを移動させていっても白黒比率の変動は少ない。従って合焦することができる高さの変動も少ないという作用も、第1の実施の形態と同様である。   Also, as shown in FIGS. 4 and 5, when considering the relationship between the arrangement of spots on the sample surface and the periodicity of the pattern on the sample surface, the spots focused on the white pattern are represented in black, 4 represents white 9 vs. black 9 in FIG. 4 and white 11 vs. black 7 in FIG. 5 where the sample S is moved by a small amount. There is little change in the ratio. Therefore, the effect that there is little fluctuation in the height at which focusing can be achieved is the same as in the first embodiment.

以上説明したように、第2の実施の形態によれば、やや特殊な仕様の回折格子103を製造する必要はあるが、部品点数が全く増えないし、非平行板の方向を回折格子103の回折方向に合わせる調整も不要となるので、量産の場合に特に原価が下がる。   As described above, according to the second embodiment, it is necessary to manufacture the diffraction grating 103 having a slightly special specification, but the number of parts does not increase at all, and the direction of the non-parallel plate is changed to the diffraction grating 103. There is no need to make adjustments to match the direction, which reduces the cost especially for mass production.

次に、本発明を適用した第3の実施の形態について説明する。
図8は、本発明を適用した第3の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。
Next, a third embodiment to which the present invention is applied will be described.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a focus detection apparatus according to a third embodiment to which the present invention is applied.

図8において、図1に示した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置と同一の各要素には、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。
まず、第3の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、非平行板101の代わりに復屈折素子104と1/4λ板105の組み合わせを、コリメーションレンズ5に入射する側に配置したことである。
In FIG. 8, the same components as those in the focus detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different components are mainly described.
First, the third embodiment is different from the first embodiment in that a combination of the birefringent element 104 and the ¼λ plate 105 is arranged on the side incident on the collimation lens 5 instead of the non-parallel plate 101. It is that.

図8において、復屈折光学素子104は、入射する直線偏光の光を常光線Loと異常光線Leとに分離して出射できるように、例えば水晶などの一軸結晶板を、光学軸が入射光軸に対して斜めに傾斜する方向に切り出したものである。なお、異常光線Leを常光線Loから分離する方向は、後述の回折格子の回折の方向と一致するように調整して設置されている。   In FIG. 8, the birefringent optical element 104 is formed of a uniaxial crystal plate such as quartz and the optical axis is the incident optical axis so that incident linearly polarized light can be separated into an ordinary ray Lo and an extraordinary ray Le. Is cut out in a slanting direction. Note that the direction in which the extraordinary ray Le is separated from the ordinary ray Lo is adjusted and installed so as to coincide with the diffraction direction of a diffraction grating described later.

1/4λ板105は、復屈折素子104から出た二つの直線偏光を円偏光に変換して、後述の回折格子102での可干渉性を平等にする為のものであるが、必要に応じて省略しても良い。これら2つの光束はコリメーションレンズ5を通るが、復屈折素子104から出る時に軸がずれているので、コリメーションレンズ5を通ると、これら二つの光束の伝播方向は互いにわずかに異なっている。   The quarter-λ plate 105 is for converting two linearly polarized light emitted from the birefringent element 104 into circularly polarized light and equalizing coherence in the diffraction grating 102 described later. May be omitted. Although these two light beams pass through the collimation lens 5, the axes are shifted when exiting from the birefringent element 104, so that when passing through the collimation lens 5, the propagation directions of these two light beams are slightly different from each other.

回折格子102は、入射光束を複数の平行光束群に分割する。分割された全ての出射光束群は、入射光束の光軸を含む単一の平面内にあり、且つ、広げた扇の骨の如く、隣り合う光束同士のなす角は、どれも同じである。なお、前述の一次多重反射光もまた、同様に分割されるので、二組の広げた扇の骨を、わずかにずらして重ねたような出射の状況になる。   The diffraction grating 102 divides the incident light beam into a plurality of parallel light beam groups. All the divided outgoing light beam groups are in a single plane including the optical axis of the incident light beam, and the angles formed by the adjacent light beams are the same, as in the spread fan bone. Since the above-described primary multiple reflected light is also divided in the same manner, the situation is such that two sets of spread fan bones are slightly shifted and overlapped.

次に、本発明を適用した第3の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作について、第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作との相違点を中心に説明する。
図9および図3は、本発明を適用した第3の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図である。
Next, the operation of the focus detection apparatus according to the third embodiment to which the present invention is applied will be described focusing on differences from the operation of the focus detection apparatus according to the first embodiment.
9 and 3 are diagrams for explaining the operation of the focus detection apparatus according to the third embodiment to which the present invention is applied.

復屈折素子104に入射した光は、常光線Loと異常光線Leとに分かれて出射する。そして1/4λ板105で円偏光に変換される。常光線Lo由来の0次光201は、回折格子102を通って一次回折光203として光軸が分割される。また、異常光線Le由来の一次多重反射光202も回折されて、一次回折光204のように光軸を分割されて出射する。このとき、隣り合う一次回折光203同士の角度は一定である。また、隣り合う一次回折光204同士の角度もそれと同一である。   The light incident on the birefringent element 104 is divided into an ordinary ray Lo and an extraordinary ray Le and is emitted. Then, it is converted into circularly polarized light by the ¼λ plate 105. The 0th order light 201 derived from the ordinary light Lo passes through the diffraction grating 102 and has its optical axis divided as the first order diffracted light 203. Also, the primary multiple reflected light 202 derived from the extraordinary ray Le is also diffracted, and the optical axis is divided and emitted as in the primary diffracted light 204. At this time, the angle between adjacent primary diffraction lights 203 is constant. Further, the angles between the adjacent first-order diffracted beams 204 are also the same.

しかし、0次光201と一次多重反射光202とのなす角度は、これとは異なるように、復屈折素子104の厚さを設定しておく。また、回折の方向が、復屈折による光軸のズレと同一の方向になるよう、復屈折素子104と回折格子102の方向を調整して設置してある。すると図9に示すように、同図の紙面を含む平面内に、2種の異なる角度で回折光が配列される。   However, the thickness of the birefringent element 104 is set so that the angle formed between the 0th-order light 201 and the primary multiple reflected light 202 is different from this. Further, the directions of the birefringent element 104 and the diffraction grating 102 are adjusted so that the direction of diffraction is the same as the deviation of the optical axis due to birefringence. Then, as shown in FIG. 9, the diffracted light is arranged at two different angles in the plane including the paper surface of FIG.

そして、試料Sの表面が対物レンズ3aの焦点面に一致していれば、試料Sの表面上に複数の極小のスポットが一直線上に並んで結像される。このとき、図9のように、光束201〜204の光軸に2種の角度関係が混在していたことを反映して、図3に示すように、スポットは交互に2種の間隔を以って並ぶことは、第1および第2の実施の形態と同様である。   If the surface of the sample S coincides with the focal plane of the objective lens 3a, a plurality of minimal spots are imaged in a line on the surface of the sample S. At this time, as shown in FIG. 9, reflecting the fact that two kinds of angular relationships are mixed in the optical axes of the light beams 201 to 204, as shown in FIG. 3, the spots alternately have two kinds of intervals. Are arranged in the same manner as in the first and second embodiments.

光検出器14は投影レンズ13の焦点面に置かれてあり、これは対物レンズ3aの焦点面と共役なので、光束群が試料S上に結像する時は、光検出器14上にも結像し、極小のスポットとなって一直線上に並ぶ。光検出器14は2つの領域に分割されているが、その分割の境界線は、結像した時のスポットの並びと厳密に一致するように位置が調整されていることもまた、第1および第2の実施の形態と同様である。   Since the photodetector 14 is placed on the focal plane of the projection lens 13 and this is conjugate with the focal plane of the objective lens 3a, when the light beam group forms an image on the sample S, it is also connected to the photodetector 14. Image and form a tiny spot on a straight line. The photodetector 14 is divided into two regions, and the boundary line of the division is adjusted so that the position of the boundary line exactly coincides with the arrangement of the spots when imaged. This is the same as in the second embodiment.

また、図4および図5に示したように、試料面のスポットの並びと、試料面のパターンの周期性との関係を考察する時、白いパターンの上に集光するスポットを黒で表し、黒い部分に集光するスポットを白で表すと、図4は白9対黒9となり、試料Sを微量移動させた図5では白11対黒7となり、試料Sを移動させていっても白黒比率の変動は少ない。従って合焦することができる高さの変動も少ないという作用も、第1の実施の形態と同様である。   Also, as shown in FIGS. 4 and 5, when considering the relationship between the arrangement of spots on the sample surface and the periodicity of the pattern on the sample surface, the spots focused on the white pattern are represented in black, 4 represents white 9 vs. black 9 in FIG. 4 and white 11 vs. black 7 in FIG. 5 where the sample S is moved by a small amount. There is little change in the ratio. Therefore, the effect that there is little fluctuation in the height at which focusing can be achieved is the same as in the first embodiment.

以上説明したように、第3の実施の形態によれば、復屈折素子104はやや高価であるが、原理的に高次の多重反射のようなものは発生せず、設計的に意図した光束だけが発生するので、光量に無駄がない。   As described above, according to the third embodiment, the birefringent element 104 is somewhat expensive, but in principle, such a high-order multiple reflection does not occur, and the light beam intended by design. Only occurs, so there is no waste in the amount of light.

次に、本発明を適用した第4の実施の形態について説明する。
図10は、本発明を適用した第4の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図であり、図11および図12は、本発明を適用した第4の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図である。
Next, a fourth embodiment to which the present invention is applied will be described.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a focus detection apparatus according to a fourth embodiment to which the present invention is applied. FIGS. 11 and 12 illustrate focus detection according to the fourth embodiment to which the present invention is applied. It is a figure for demonstrating operation | movement of an apparatus.

図10において、図1に示した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置と同一の各要素には、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成要素を中心に説明する。
まず、第4の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、回折格子102も非平行板101も使わず、復屈折素子106、108、110と1/4λ板107、109、111の組のみを、コリメーションレンズ5に入射する側に配置したことである。
10, the same elements as those in the focus detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different components will be mainly described.
First, the fourth embodiment is different from the first embodiment in that neither the diffraction grating 102 nor the non-parallel plate 101 is used, and the birefringence elements 106, 108, 110 and the quarter λ plates 107, 109, 111 are used. That is, only the set of the above is arranged on the side incident on the collimation lens 5.

図10において、復屈折光学素子106、108、110は、入射する直線偏光の光を常光線Loと異常光線Leとに分離して出射するものであること、および1/4λ板107、109、111が、復屈折素子から出た2つの直線偏光を円偏光にすることは、上述の第3の実施の形態と同様である。ただし、本第4の実施の形態では、復屈折素子と1/4λ板との組み合わせは、複数、典型的には3組である。そして、全ての復屈折素子の結晶軸の方向は同一に揃えてあり、復屈折はどの素子でも同一の方向に起こるようにしてなる。更に復屈折素子106、108、110の厚さは、下流に行く程厚くしてある。厚さの比は、1:2:4などの2のべき乗を基本とし、該2のべき乗の比率から故意にわずかに狂わせた比にしている。すると、全ての復屈折素子と1/4λ板の組を通過した時、光束は、図11に示すように、不等間隔に分かれた一組の光束群となる。なお、復屈折素子の厚さの比を完全に2のべき乗にすると、光束群は等間隔に並ぶ。また、最下流の1/4λ板111は、場合によって省略可能であるが、他は光学的に必須である。   In FIG. 10, birefringent optical elements 106, 108, and 110 emit incident linearly polarized light separately into an ordinary ray Lo and an extraordinary ray Le, and 1 / 4λ plates 107, 109, It is the same as that of the above-mentioned 3rd Embodiment that 111 makes two linearly polarized light emitted from the birefringent element circularly polarized light. However, in the fourth embodiment, there are a plurality of, typically three, combinations of the birefringent elements and the ¼λ plate. The directions of the crystal axes of all the birefringent elements are the same, and birefringence occurs in the same direction in any element. Furthermore, the thickness of the birefringent elements 106, 108, 110 is increased toward the downstream. The ratio of the thickness is based on a power of 2, such as 1: 2: 4, and is intentionally slightly deviated from the ratio of the power of 2. Then, when the light passes through the combination of all the birefringent elements and the ¼λ plate, the light flux becomes a set of light flux groups separated at unequal intervals as shown in FIG. If the thickness ratio of the birefringent elements is completely raised to a power of 2, the light beam groups are arranged at equal intervals. The most downstream ¼λ plate 111 may be omitted depending on circumstances, but the others are optically essential.

次に、本発明を適用した第4の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作について、第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作との相違点を中心に説明する。
図11において、復屈折素子106に入射した光は、常光線Loと異常光線Leとに分かれて出射する。そして1/4λ板107で円偏光に変換される。これを複数組(複屈折素子106と1/4λ板107の他、複屈折素子108と1/4λ板109の組および複屈折素子110と1/4λ板111の組)通過する。各組は異常光線の発生する方向を合わせてあり、且つ厚さは2のべき乗の比から故意にずらしてあるので、全てを通過した後に、間隔が一定でない一組の光束群が得られる。
Next, the operation of the focus detection apparatus according to the fourth embodiment to which the present invention is applied will be described focusing on differences from the operation of the focus detection apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 11, the light incident on the birefringence element 106 is divided into an ordinary ray Lo and an extraordinary ray Le and emitted. Then, it is converted into circularly polarized light by the ¼λ plate 107. A plurality of sets (a set of birefringence element 108 and 1 / 4λ plate 109 and a set of birefringence element 110 and 1 / 4λ plate 111 in addition to birefringence element 106 and 1 / 4λ plate 107) are passed. Each set is aligned in the direction in which extraordinary rays are generated, and the thickness is deliberately deviated from the power-of-two ratio, so that after passing through all of the sets, a set of light flux groups with non-constant spacing is obtained.

そして、試料Sの表面が対物レンズ3aの焦点面に一致していれば、試料Sの表面上に複数の極小のスポットが一直線上に並んで結像される。このとき、スポットは間隔が一定でなく並ぶ。また、第1乃至第3の実施の形態のように交互に2種の間隔を以って並ぶことはなく、図12に示すように、更に複雑な組み合わせの間隔で並ぶ。   If the surface of the sample S coincides with the focal plane of the objective lens 3a, a plurality of minimal spots are imaged in a line on the surface of the sample S. At this time, the spots are arranged at regular intervals. Further, they are not arranged with two kinds of intervals alternately as in the first to third embodiments, but are arranged with more complicated combinations as shown in FIG.

光検出器14は投影レンズ13の焦点面に置かれてあり、これは対物レンズ3aの焦点面と共役なので、光束群が試料S上に結像する時は、光検出器14上にも結像し、極小のスポットとなって一直線上に並ぶ。光検出器14は2つの領域に分割されているが、その分割の境界線は、結像した時のスポットの並びと厳密に一致するように位置が調整されていることもまた、第1乃至第3の実施の形態と同様である。   Since the photodetector 14 is placed on the focal plane of the projection lens 13 and this is conjugate with the focal plane of the objective lens 3a, when the light beam group forms an image on the sample S, it is also connected to the photodetector 14. Image and form a tiny spot on a straight line. The photodetector 14 is divided into two regions, and the position of the boundary line of the division is adjusted so as to exactly match the arrangement of the spots when imaged. This is the same as in the third embodiment.

また、試料面のスポットの並びと、試料面のパターンの周期性との関係を考察する時、スポットは乱数に近い配置で試料面に集光している。従って、試料面の凹凸がいかなる周期性を持っていようとも、全くその影響を受けることなく、常に表面の高さの平均付近に合焦することができる。   Further, when considering the relationship between the arrangement of spots on the sample surface and the periodicity of the pattern on the sample surface, the spots are focused on the sample surface in an arrangement close to a random number. Therefore, regardless of the periodicity of the irregularities of the sample surface, it is possible to always focus on the vicinity of the average of the height of the surface without being affected at all.

以上説明したように、第4の実施の形態によれば、復屈折素子106、108、110はやや高価であるが、周期性のほとんどないスポットの列を試料面に投影することができるので、試料面の凹凸がいかなる周期性を持っていようとも、全くその影響を受けることなく、常に表面の高さの平均付近に合焦することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the birefringent elements 106, 108, and 110 are slightly expensive, but a row of spots with little periodicity can be projected onto the sample surface. Regardless of the periodicity of the unevenness of the sample surface, it is possible to always focus on the vicinity of the average of the surface height without being affected at all.

以上、本発明の各実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用される焦点検出装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、LAN、WAN等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。   As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the focus detection apparatus to which the present invention is applied can be applied to the above-described embodiments as long as the function is executed. Without limitation, it goes without saying that a single device, a system composed of a plurality of devices or an integrated device may be used, or a system in which processing is performed via a network such as a LAN or WAN. Yes.

また、バスに接続されたCPU、ROMやRAMのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記録媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトェアのプログラムコードを記録したROMやRAMのメモリ、外部記録装置、可搬記録媒体を、焦点検出装置に供給し、その焦点検出装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。   It can also be realized by a system comprising a CPU, ROM or RAM memory connected to the bus, input device, output device, external recording device, medium driving device, portable recording medium, and network connection device. That is, a ROM or RAM memory, an external recording device, and a portable recording medium that record software program codes for realizing the systems of the above-described embodiments are supplied to the focus detection device, and the computer of the focus detection device Needless to say, this can also be achieved by reading and executing the program code.

この場合、可搬記録媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記録媒体等は本発明を構成することになる。   In this case, the program code itself read from the portable recording medium or the like realizes the novel function of the present invention, and the portable recording medium or the like on which the program code is recorded constitutes the present invention. .

プログラムコードを供給するための可搬記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、DVD−ROM、DVD−RAM、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ROMカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置(言い換えれば、通信回線)を介して記録した種々の記録媒体などを用いることができる。   Examples of portable recording media for supplying program codes include flexible disks, hard disks, optical disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, CD-Rs, DVD-ROMs, DVD-RAMs, magnetic tapes, and non-volatile memories. Various recording media recorded through a network connection device (in other words, a communication line) such as a card, a ROM card, electronic mail or personal computer communication can be used.

また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。   In addition, the functions of the above-described embodiments are realized by executing the program code read out on the memory by the computer, and the OS running on the computer is actually executed based on the instruction of the program code. The functions of the above-described embodiments are also realized by performing part or all of the process.

さらに、可搬型記録媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム(データ)提供者から提供されたプログラム(データ)が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。   Furthermore, a program code read from a portable recording medium or a program (data) provided by a program (data) provider is provided in a function expansion board inserted into a computer or a function expansion unit connected to a computer. The CPU of the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code, and the functions of the above-described embodiments are also performed by the processing. Can be realized.

すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または形状を取ることができる。   That is, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can take various configurations or shapes without departing from the gist of the present invention.

本発明を適用した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the focus detection apparatus concerning 1st Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating operation | movement of the focus detection apparatus concerning 1st Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第1の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating operation | movement of the focus detection apparatus concerning 1st Embodiment to which this invention is applied. 試料面のスポットの並びと試料面のパターンの周期性との関係を説明するための図(その1)である。FIG. 6 is a diagram (part 1) for explaining the relationship between the arrangement of spots on the sample surface and the periodicity of the pattern on the sample surface. 試料面のスポットの並びと試料面のパターンの周期性との関係を説明するための図(その2)である。FIG. 6 is a diagram (part 2) for explaining the relationship between the arrangement of spots on the sample surface and the periodicity of the pattern on the sample surface. 本発明を適用した第2の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the focus detection apparatus concerning 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第2の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating operation | movement of the focus detection apparatus concerning 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第3の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the focus detection apparatus concerning 3rd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第3の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating operation | movement of the focus detection apparatus concerning 3rd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第4の実施の形態にかかる焦点検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the focus detection apparatus concerning 4th Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第4の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating operation | movement of the focus detection apparatus concerning 4th Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第4の実施の形態にかかる焦点検出装置の動作を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating operation | movement of the focus detection apparatus concerning 4th Embodiment to which this invention is applied. 第1の従来技術にかかる焦点検出装置の光路図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical path figure of the focus detection apparatus concerning 1st prior art. 第2の従来技術にかかるライン投影の光路図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical path figure of the line projection concerning 2nd prior art. 第3の従来技術にかかる光学顕微鏡を示す図である。It is a figure which shows the optical microscope concerning 3rd prior art. 第4の従来技術に係る焦点検出装置を示す図である。It is a figure which shows the focus detection apparatus which concerns on a 4th prior art. ある試料の観察画像に合焦させた状態の画像を示す図(その1)である。It is a figure (the 1) which shows the image of the state focused on the observation image of a certain sample. ある試料の観察画像に合焦させた状態の画像を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the image of the state focused on the observation image of a certain sample. 図17のA−A断面を示す図である。It is a figure which shows the AA cross section of FIG. 図18のA−A断面を示す図である。It is a figure which shows the AA cross section of FIG. 光路中で光軸と垂直な方向に移動させて、試料上に照射されるパターンを変化させるマルチスリット(マルチピンホール)を示す図である。It is a figure which shows the multi slit (multi pinhole) which moves to the direction perpendicular | vertical to an optical axis in an optical path, and changes the pattern irradiated on a sample. スポットの間隔を可変にする構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure which makes the space | interval of a spot variable.

符号の説明Explanation of symbols

1 試料台
2 レボルバ
3a、3b 対物レンズ
4 光源
5 コリメートレンズ
6 中間結像位置
7 遮光板
8 偏光ビームスプリッタ
9 リレー光学系
10 リレー光学系
11 1/4λ板
12 ダイクロックミラー
13 投影レンズ
14 光検出器
15 レボルバ駆動用モータ
16 準焦用モータ
17 モータ駆動部
18 モータ駆動部
19 穴検出部
20 レーザ駆動部
21 前置増幅器
22 AD変換器
23 コントロール部
24 パルスカウンタ
26 操作部
27 CPU
28 ROM
29 RAM
30 I/Oポート
31 データバス
101 非平行板
102 回折格子
103 回折格子
104 復屈折素子
105 1/4λ板
106 復屈折素子
107 1/4λ板
108 復屈折素子
109 1/4λ板
110 復屈折素子
111 1/4λ板
201 0次光
202 一次多重反射光
203 一次回折光
204 一次回折光
307 トーリックレンズ(シリンドリカルレンズ)
309 上側焦点位置
310 対物レンズ
311 焦点面
312 スリット像
341 レーザ光源
344 コリメートレンズ
345 ナイフエッジ
346 ハーフミラー
348 ダイクロックミラー
350 対物レンズ
351 試料面(焦点面)
352 点像
353 結像レンズ
354 フォトディテクタ
402 対物レンズ
404 試料
405 鏡筒部
406 照明ユニット
407 オートフォーカス装置
409 CCD
410 照明用光源
415 照明用ミラー
417 トーリックレンズ(シリンドリカルレンズ)
419 レンズ
420 ミラー
430 一体型光学顕微鏡
431 一体型装置
500 試料面
504 レーザ光源
505 コリメートレンズ
506 回折格子
567 マルチスリット
567A 開口部列
567B 開口部列
567C 開口部列
567D 開口部列
567E 開口部列
569 中心線
A 領域
B 領域
S 試料


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample stand 2 Revolver 3a, 3b Objective lens 4 Light source 5 Collimating lens 6 Intermediate imaging position 7 Light-shielding plate 8 Polarizing beam splitter 9 Relay optical system 10 Relay optical system 11 1 / 4λ plate 12 Dichroic mirror 13 Projection lens 14 Light detection 15 Revolver drive motor 16 Semi-focusing motor 17 Motor drive unit 18 Motor drive unit 19 Hole detection unit 20 Laser drive unit 21 Preamplifier 22 AD converter 23 Control unit 24 Pulse counter 26 Operation unit 27 CPU
28 ROM
29 RAM
30 I / O port 31 Data bus 101 Non-parallel plate 102 Diffraction grating 103 Diffraction grating 104 Birefringence element 105 1 / 4λ plate 106 Birefringence element 107 1 / 4λ plate 108 Birefringence element 109 1 / 4λ plate 110 Birefringence element 111 1 / 4λ plate 201 0th order light 202 First order multiple reflected light 203 First order diffracted light 204 First order diffracted light 307 Toric lens (cylindrical lens)
309 Upper focal position 310 Objective lens 311 Focal plane 312 Slit image 341 Laser light source 344 Collimate lens 345 Knife edge 346 Half mirror 348 Dichroic mirror 350 Objective lens 351 Sample plane (focal plane)
352 Point image 353 Imaging lens 354 Photo detector 402 Objective lens 404 Sample 405 Lens barrel 406 Illumination unit 407 Autofocus device 409 CCD
410 Illumination light source 415 Illumination mirror 417 Toric lens (cylindrical lens)
419 Lens 420 Mirror 430 Integrated optical microscope 431 Integrated device 500 Sample surface 504 Laser light source 505 Collimating lens 506 Diffraction grating 567 Multi slit 567A Opening row 567B Opening row 567C Opening row 567D Opening row 567E Opening row 567E Line A area B area S Sample


Claims (5)

レーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザ光を平行光束にするコリメート手段と、
前記コリメート手段で平行光線となったレーザ光の半分を遮光し、半月形の平行光束とするナイフエッジと、
該ナイフエッジにより半月形となった平行光束を観察対象の表面に投影結像し、更にその像からの反射光を平行光束に戻す対物レンズと、
前記投影する光束および反射してきた光束のうち一方を透過し、他方を反射して二者の光軸に分離する分離手段と、
前記分離手段で分離された反射光からの平行光束を前記対物レンズの焦点面と共役の焦点面に結像する結像手段と、
前記対物レンズの焦点面と共役の焦点面に置かれ、前記結像された像の輝度を出力する検出手段と、
を有した焦点検出装置において、
前記レーザ光源からのレーザ光が前記コリメート手段に入射する側、または前記コリメート手段を介して出射した側に配置され、前記コリメート手段で平行光束となるレーザ光を互いにわずかに伝播方向の異なる複数の平行光束群に分割する光束分割手段を備え、
前記対物レンズによってこれらが試料面上に投影された時、不等間隔に並ぶ複数の点として結像するようにしたことを特徴とする焦点検出装置。
A laser light source;
Collimating means for collimating the laser beam output from the laser light source;
A knife edge that shields half of the laser light that has been collimated by the collimating means and produces a half-moon-shaped parallel beam;
An objective lens that projects and images a parallel light beam having a half-moon shape by the knife edge onto the surface of the observation object, and returns reflected light from the image to the parallel light beam;
Separating means for transmitting one of the projected light flux and the reflected light flux and reflecting the other to separate the two optical axes;
An imaging unit that forms an image of a parallel light beam from the reflected light separated by the separating unit on a focal plane conjugate with a focal plane of the objective lens;
A detecting means placed on the focal plane conjugate with the focal plane of the objective lens and outputting the brightness of the image formed;
In a focus detection apparatus having
The laser light from the laser light source is disposed on the side where the laser light is incident on the collimating means or the side emitted through the collimating means. A beam splitting means for splitting into parallel beam groups,
A focus detection apparatus characterized in that when these are projected onto the sample surface by the objective lens, images are formed as a plurality of points arranged at unequal intervals.
前記光束分割手段は、前記コリメート手段を介して出射した側に配置された透明板および回折格子の組み合わせにより構成され、
前記透明板は、表裏がわずかに非平行であり、前記透明板内部の多重反射によって光束をわずかに異なる角度に分離し、
前記回折格子は、前記透明板によって分離された角度とは別な角度に更に分離し、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチとなるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
The beam splitting means is constituted by a combination of a transparent plate and a diffraction grating arranged on the side emitted through the collimating means,
The transparent plate is slightly non-parallel on the front and back sides, and separates the light flux at slightly different angles by multiple reflection inside the transparent plate,
2. The diffraction grating according to claim 1, wherein the diffraction grating is further separated at an angle different from the angle separated by the transparent plate so that the propagation directions of the parallel light flux groups become unequal pitches as a whole. Focus detection device.
前記光束分割手段は、前記コリメート手段を介して出射した側に配置された回折格子であり、
前記回折格子は、表裏がわずかに非平行な透明板の表面に形成され、前記透明板内部の多重反射によって光束をわずかに異なる角度に分離し、該当面板表面の回折格子によってそれとは別な角度に更に分離することによって、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチになるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
The beam splitting means is a diffraction grating disposed on the side emitted through the collimating means,
The diffraction grating is formed on the surface of a transparent plate whose front and back are slightly non-parallel, separates the light flux at slightly different angles by multiple reflection inside the transparent plate, and is separated from the angle by the diffraction grating on the surface of the face plate. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the propagation directions of the parallel light flux groups are made to be unequal pitches as a whole by further separating the light beams.
前記光束分割手段は、前記コリメート手段に入射する側に配置された1/4λ板および前記1/4λ板に続く復屈折素子と、前記コリメート手段を介して出射した側に配置された回折格子との組み合わせであり、直線偏光である前記レーザ光を異常屈折を利用して二つのの異なる偏光面と光軸を持つ光に分割し、前記1/4λ板を通して円偏光にすることによって可干渉性を持たせ、コリメート手段を通過する際、光軸がわずかにずれていることによってわずかに非平行な複数の平行光束群となし、回折格子によってそれとは別な角度に更に分離することによって、全体として平行光束群の伝播方向が不等ピッチとなるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。   The beam splitting means includes a quarter λ plate disposed on the side incident on the collimating means, a birefringent element following the quarter λ plate, and a diffraction grating disposed on the side emitted through the collimating means. The laser beam, which is linearly polarized light, is divided into light having two different polarization planes and optical axes using anomalous refraction, and is made coherent by making circularly polarized light through the 1 / 4λ plate. When passing through the collimating means, the optical axis is slightly shifted to form a plurality of parallel light flux groups that are slightly non-parallel, and further separated by a diffraction grating at a different angle from the whole. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the propagation directions of the parallel light flux groups are unequal pitches. 前記光束分割手段は、前記コリメート手段に入射する側に配置された復屈折素子と1/4λ板との複数の組み合わせであり、各復屈折素子の厚さ、材質あるいは結晶軸を変化させてあり、
直線偏光である前記レーザ光を、異常屈折を利用して二つの異なる偏光面と光軸を持つ光に分割し、1/4λ板を通して円偏光にすることによって可干渉性を持たせ、これを複数回繰り返した後、不等ピッチに光軸がずれた一群の光束群となし、更にコリメート手段を通過する際、光軸がわずかにずれていることによって伝播方向が不等ピッチにずれた複数の平行光束群となすことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。


The beam splitting means is a plurality of combinations of a birefringent element arranged on the side incident on the collimating means and a ¼λ plate, and the thickness, material or crystal axis of each birefringent element is changed. ,
The laser beam, which is linearly polarized, is split into light having two different polarization planes and optical axes using anomalous refraction, and is made to be coherent by making it circularly polarized through a 1 / 4λ plate. After repeating a plurality of times, a group of light beams whose optical axes are shifted at unequal pitches is formed, and when passing through the collimating means, the optical axis is shifted slightly so that the propagation directions are shifted at unequal pitches. The focus detection device according to claim 1, wherein the focus detection device is a group of parallel light beams.


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