JP2951361B2 - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

Info

Publication number
JP2951361B2
JP2951361B2 JP11855890A JP11855890A JP2951361B2 JP 2951361 B2 JP2951361 B2 JP 2951361B2 JP 11855890 A JP11855890 A JP 11855890A JP 11855890 A JP11855890 A JP 11855890A JP 2951361 B2 JP2951361 B2 JP 2951361B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spot image
objective lens
size
focus
line sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP11855890A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0416810A (en
Inventor
佳弘 島田
暁 大澤
康輝 高濱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP11855890A priority Critical patent/JP2951361B2/en
Publication of JPH0416810A publication Critical patent/JPH0416810A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2951361B2 publication Critical patent/JP2951361B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、顕微鏡等の光学機器における自動合焦装
置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focusing device in an optical device such as a microscope.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

測定用光束を用いて光学機器で観察中の対象物に自動
的に焦点を合わせる自動合焦装置は、例えば西独特許第
3219503 C2号、西独特許公開第2102922号に開示されて
いる。
An automatic focusing device that automatically focuses on an object being observed by an optical device using a measuring light beam is disclosed in, for example, West German Patent No.
3219503 C2 and West German Patent Publication No. 2102922.

これら従来の自動合焦装置においては、測定用光源か
らの光束を対物レンズの瞳の片側を透過させて対象物に
集光し、そのスポット像を対物レンズを経て光検出器で
受光して代表位置を検出し、その代表位置と合焦時に光
検出器に入射するスポット像の代表位置とのずれに応じ
て、対象物または対物レンズを光軸方向に駆動して自動
合焦するようにしている。すなわち、合焦時に光検出器
に入射するスポット像の代表位置をX0、実際に入射する
スポット像の代表位置をXとすると、第8図に示すよう
に、X=X0となるように対象物または対物レンズを駆動
して自動合焦するようにしている。
In these conventional automatic focusing devices, a light beam from a light source for measurement passes through one side of a pupil of an objective lens and is condensed on an object, and the spot image is received by a photodetector via the objective lens and is representatively represented. The position is detected, and the object or the objective lens is driven in the direction of the optical axis to perform automatic focusing according to the deviation between the representative position and the representative position of the spot image incident on the photodetector at the time of focusing. I have. That is, assuming that a representative position of the spot image incident on the photodetector at the time of focusing is X 0 and a representative position of the spot image actually incident is X, X = X 0 as shown in FIG. An object or an objective lens is driven to automatically focus.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上述した従来の自動合焦装置にあって
は、対象物上に形成されたスポットの像を光検出器で受
光して、その代表位置を検出するようにしているため、
第9図に示すように、対象物1の表面に微細な凹凸があ
ると、その凹凸の最大ギャップ深さが対物レンズ2の焦
点深度に対して十分小さなものであっても、凹凸が対象
物1の表面に形成される測定用光束のスポットよりも小
さい場合や、スポットが凹凸部の境界に位置する場合に
は、その凹凸部で反射光が散乱し、これがため合焦状態
であっても光検出器上に形成されるスポット像の光量分
布が第10図に曲線イで示すようになり、その代表(重
心)位置Xが、合焦時の重心位置X0と異なって合焦ずれ
が生じるという問題がある。なお、第10図において、曲
線ロは対象物1の表面に微細な凹凸がない場合に、光検
出器上に形成されるスポット像の合焦時における光量分
布を示し、この場合にはその重心位置XとX0とが一致す
る。
However, in the above-described conventional automatic focusing apparatus, an image of a spot formed on an object is received by a photodetector, and a representative position thereof is detected.
As shown in FIG. 9, if the surface of the object 1 has fine irregularities, even if the maximum gap depth of the irregularities is sufficiently small with respect to the focal depth of the objective lens 2, the irregularities may be reduced. In the case where the spot is smaller than the spot of the measurement light beam formed on the surface of 1 or the spot is located at the boundary of the uneven portion, the reflected light is scattered by the uneven portion, and therefore, even in the focused state. light amount distribution of the spot images formed on the photodetector becomes as shown by a curve b in FIG. 10, the representative (center of gravity) position X, the focus shift is different from the center-of-gravity position X 0 during focusing There is a problem that arises. In FIG. 10, a curve B shows a light amount distribution at the time of focusing of a spot image formed on the photodetector when there is no fine unevenness on the surface of the object 1. In this case, the center of gravity is shown. and the position X and X 0 matches.

このように、従来の自動合焦装置にあっては、対象物
の表面に微細な凹凸があると、合焦ずれが生じるため、
例えば焼き付けられたウェハーのように微細な凹凸パタ
ーンが連続する対象物を走査しながら観察する場合に
は、走査とともに合焦ずれが生じて、正確な観察ができ
なくなると共に、観察者において目が非常に疲れるとい
う問題がある。
As described above, in the conventional automatic focusing apparatus, if there is fine irregularities on the surface of the object, a focusing shift occurs,
For example, when observing an object having a continuous fine uneven pattern such as a baked wafer while scanning, an in-focus error occurs with the scanning, and accurate observation cannot be performed. There is a problem of getting tired.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、対象物の表面に微細な凹凸がある場合で
も、合焦ずれを生じることなく常に正確に合焦制御でき
るよう適切に構成した自動合焦装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and even when the surface of an object has minute irregularities, it is possible to appropriately perform focus control without always causing a focus shift. It is an object of the present invention to provide a configured automatic focusing device.

〔課題を解決するための手段および作用〕[Means and actions for solving the problem]

上記目的を達成するため、この発明では、測定用光源
からの光束を対物レンズの瞳の片側を経て対象物に投射
して、そのスポット像を前記対物レンズを経て光検出器
で受光し、その出力に基づいて前記対物レンズまたは対
象物の一方または双方を対物レンズの光軸方向に駆動し
て合焦制御する自動合焦装置であって、 前記光検出器の出力に基づいて、該光検出器上に形成
されたスポット像の代表位置及び大きさを検出する手段
を設け、この検出手段で検出したスポット像の代表位置
及び大きさに基づいて前記対物レンズまたは対象物の一
方または双方を対物レンズの光軸方向に駆動して合焦制
御するよう構成する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a light beam from a measurement light source is projected on an object through one side of a pupil of an objective lens, and the spot image is received by a photodetector through the objective lens, and An automatic focusing device that controls focusing by driving one or both of the objective lens and the object in the optical axis direction of the objective lens based on an output, wherein the light detection is performed based on an output of the photodetector. Means for detecting the representative position and size of the spot image formed on the container, and providing one or both of the objective lens and the object based on the representative position and size of the spot image detected by the detecting means. The focus control is performed by driving the lens in the optical axis direction.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の第1実施例を示すものである。こ
の実施例は、落射照明型顕微鏡に適用したもので、半導
体レーザ等の測定用光源11からの光束をコリメータレン
ズ12により平行光束とした後、偏光ビームスプリッタ1
3、1/4波長板14を経てダイクロイックミラー15で反射さ
せ、その測定光束を対物レンズ16の瞳の片側の領域に入
射させて、試料台17に載置された観察対象物18に集光さ
せる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. This embodiment is applied to an epi-illumination type microscope. After a light beam from a measurement light source 11 such as a semiconductor laser is converted into a parallel light beam by a collimator lens 12, the polarization beam splitter 1 is used.
The light is reflected by the dichroic mirror 15 through the 3/4 wavelength plate 14, and the measurement light flux is made incident on one side of the pupil of the objective lens 16 to be focused on the observation object 18 mounted on the sample stage 17. Let it.

観察対象物18に集光された測定光束の反射光は、対物
レンズ16を経てダイクロイックミラー15で反射させ、そ
の観察対象物18からの戻り光を1/4波長板14を経て偏光
ビームスプリッタ13に入射させる。ここで、偏光ビーム
スプリッタ13に入射する観察対象物18からの戻り光は、
往路と復路で1/4波長板14を2回通るので、戻り光の偏
光面は往路の偏光面と90°異なり、偏光ビームスプリッ
タ13で反射される。この偏光ビームスプリッタ13で反射
される観察対象物18からの戻り光を、結像レンズ19を経
てラインセンサ20で受光する。
The reflected light of the measurement light beam condensed on the observation object 18 is reflected by the dichroic mirror 15 through the objective lens 16, and the return light from the observation object 18 passes through the quarter-wave plate 14 and the polarization beam splitter 13. Incident on Here, return light from the observation object 18 that enters the polarization beam splitter 13 is
Since the light passes through the quarter-wave plate 14 twice in the forward path and the return path, the polarization plane of the return light differs from the polarization plane in the forward path by 90 °, and is reflected by the polarization beam splitter 13. The return light from the observation object 18 reflected by the polarization beam splitter 13 is received by the line sensor 20 via the imaging lens 19.

ラインセンサ20は、対物レンズ16と観察対象物18との
相対距離の変化による該ラインセンサ20への入射光の変
位方向に延在して配置すると共に、観察対象物18が対物
レンズ16に対して合焦位置にあるときに、ラインセンサ
20のほぼ中央の素子に最小のスポット像が形成されるよ
うに配置する。このラインセンサ20の出力は演算制御装
置21に供給し、ここでラインセンサ20上に形成されたス
ポット像の代表位置Xおよび大きさlを求め、これらX
およびlに基づいてステッピングモータ等を有する駆動
装置22を介して試料台17を対物レンズ16の光軸方向に駆
動して自動的に合焦制御するようにする。
The line sensor 20 is disposed so as to extend in the direction of displacement of light incident on the line sensor 20 due to a change in the relative distance between the objective lens 16 and the observation target 18, and the observation target 18 is positioned with respect to the objective lens 16. Line sensor when in focus position
Arrange them so that a minimum spot image is formed on the approximately central element 20. The output of the line sensor 20 is supplied to an arithmetic and control unit 21, where a representative position X and a size l of a spot image formed on the line sensor 20 are obtained.
The sample stage 17 is driven in the direction of the optical axis of the objective lens 16 via a driving device 22 having a stepping motor or the like based on (1) and (2) to automatically perform focusing control.

なお、観察対象物18の像は、対物レンズ16およびダイ
クロックミラー15を経て観察用結像レンズ23により結像
位置24に結像され、目視あるいはTVカメラ等により観察
できるようになっている。
Note that the image of the observation target 18 is formed at an imaging position 24 by the observation imaging lens 23 via the objective lens 16 and the dichroic mirror 15, and can be observed visually or by a TV camera or the like.

以下、この実施例の動作を、第2図に示すフローチャ
ートを参照しながら説明する。
Hereinafter, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

先ず、演算制御装置21において、ラインセンサ20の出
力に基づいて、該ラインセンサ20上に投影されたスポッ
ト像の代表位置Xおよび大きさlを求める(ブロック3
1)。
First, in the arithmetic and control unit 21, the representative position X and the size l of the spot image projected on the line sensor 20 are obtained based on the output of the line sensor 20 (block 3).
1).

ここで、対物レンズ16の焦点が観察対象物18の前方
(対物レンズ16側)に位置する前ピン状態では、観察対
象物18からの戻り光は収束光となるため、第3Aに示すよ
うに、ラインセンサ20上に形成されるスポット像25は、
合焦時の代表位置X0から一方の側に、その前ピン状態に
応じてすなわち合焦ずれが大きくなるに従ってスポット
の大きさが大きくなりながら移動する。また、対物レン
ズ16の焦点が観察対象物18の後方に位置する後ピン状態
では、観察対象物18からの戻り光は発散光となるため、
ラインセンサ20上に形成されるスポット像25は、合焦時
の代表位置X0から他方の側に、合焦ずれが大きくなるに
従ってスポットの大きさが大きくなりながら移動する。
したがって、ラインセンサ20上に形成されるスポット像
の光量分布は、焦点状態に応じて第3図Bに示すように
なる。
Here, in a front focus state in which the focal point of the objective lens 16 is located in front of the observation target 18 (on the side of the objective lens 16), the return light from the observation target 18 becomes convergent light, as shown in FIG. The spot image 25 formed on the line sensor 20 is
On one side from the representative positions X 0 upon focusing, the size of the spot moves with increases in other words according to the focus shift is increased according to the front focus state. Further, in the back focus state in which the focal point of the objective lens 16 is located behind the observation target 18, the return light from the observation target 18 is divergent light,
Spot image 25 which is formed on the line sensor 20, on the other side from the representative position X 0 of the in-focus state, the size of the spot moves while increases as the focus shift is increased.
Therefore, the light quantity distribution of the spot image formed on the line sensor 20 becomes as shown in FIG. 3B according to the focus state.

ラインセンサ20上に形成されるスポット像25の代表位
置Xとしては、その重心位置あるいはメジアン位置を求
める。ここで、ラインセンサ20の素子数をn、各素子の
光電出力をyiとすると、重心位置Xは、 により求めることができ、メジアン位置Xは、 となるxおよびx+1から補間により求めることができ
る。
As the representative position X of the spot image 25 formed on the line sensor 20, the position of the center of gravity or the median position is obtained. Here, assuming that the number of elements of the line sensor 20 is n and the photoelectric output of each element is y i , the center of gravity position X is And the median position X is Can be obtained by interpolation from x and x + 1.

また、ラインセンサ20上に形成されるスポット像25の
大きさlは、第3図に示すようにスレッシュホールドレ
ベルを設け、このスレッシュホールドレベルを越える出
力の素子数をカウントして求める。
The size l of the spot image 25 formed on the line sensor 20 is determined by providing a threshold level as shown in FIG. 3 and counting the number of elements whose output exceeds the threshold level.

ラインセンサ20上に投影されたスポット像の代表位置
Xおよび大きさlを求めたら、次に、代表位置Xと予め
設定した合焦時の代表位置X0との差の絶対値を求め、そ
の絶対値が予め設定した対物レンズ16の焦点深度内のあ
る許容値ΔXに対して、|X−X0|≦ΔXにあるか否かを
判断する(ブロック32)。
After determining the representative position X and size l of the spot image projected on the line sensor 20, then, obtains the absolute value of the difference between the representative position X 0 during focusing a preset representative position X, its It is determined whether or not | X−X 0 | ≦ ΔX with respect to a certain allowable value ΔX whose absolute value is within a preset depth of focus of the objective lens 16 (block 32).

ここで、|X−X0|≦ΔXにあるときは、観察対象物18
が対物レンズ16に対して合焦位置にあるものと判断し
て、駆動装置22に駆動信号を供給することなく現在位置
を維持してブロック31に戻る。これに対し、|X−X0|>
ΔXのときは、合焦位置にないと判断して、X−X0の演
算結果の極性から前ピン、後ピンを判定し、それに応じ
て駆動装置22に駆動信号を供給して試料台17を合焦ずれ
を補正する方向に1ステップ駆動(ブロック33)させ、
その駆動後のスポット像25の代表位置X′および大きさ
l′を求める(ブロック34)。その後、1ステップ駆動
前のスポット像25の大きさlと、駆動後の大きさl′と
を比較し(ブロック35)、l′≦lのときは真に合焦方
向に駆動していると判断して、X=X′,l=l′(ブロ
ック36)としてブロック32に戻り、上記の動作を繰り返
す。これに対し、l′>lのときは、合焦方向に駆動し
ていない、すなわち散乱光の影響を受けていると判断し
て、駆動装置22を介して試料台17を前ステップの位置、
すなわち1ステップ駆動前の位置に戻す(ブロック3
7)。なお、ステップ駆動による1ステップの駆動量
は、焦点深度の範囲より小さくなるように予め設定して
おく。
Here, when | X−X 0 | ≦ ΔX, the observation object 18
Is determined to be at the in-focus position with respect to the objective lens 16, the current position is maintained without supplying a drive signal to the drive device 22, and the process returns to the block 31. On the other hand, | X−X 0 |>
In the case of ΔX, it is determined that the focus is not at the in-focus position, the front focus and the rear focus are determined based on the polarity of the calculation result of X−X 0 , and a drive signal is supplied to the drive device 22 accordingly, and Is driven one step in the direction of correcting the focus shift (block 33),
The representative position X 'and size l' of the spot image 25 after the driving are obtained (block 34). Thereafter, the size l of the spot image 25 before the one-step drive is compared with the size l 'after the drive (block 35). If l'≤l, it is determined that the drive is truly in the focusing direction. Judgment is made, X = X ', l = l' (block 36), and the flow returns to block 32 to repeat the above operation. On the other hand, when l ′> l, it is determined that the sample table 17 has not been driven in the focusing direction, that is, it has been affected by the scattered light.
That is, it returns to the position before the one-step drive (Block 3
7). The amount of one-step drive by the step drive is set in advance so as to be smaller than the range of the depth of focus.

その後、再びスポット像25の代表位置X″および大き
さl″を求め(ブロック38)、その代表位置X″と当該
ステップ駆動位置において前回求めた代表位置Xとによ
り、|X″−X|≦ΔXを判断(ブロック39)し、|X″−X|
≦ΔXのときは、観察対象物18が対物レンズ16に対して
合焦位置にあるものと判断して、駆動装置22に駆動信号
を供給することなく現在位置を維持してブロック38に戻
り、|X″−X|>ΔXのときは、合焦位置にないと判断し
て、X=X″,l=l″(ブロック40)としてブロック32
に戻り、上記の動作を繰り返す。
Thereafter, the representative position X ″ and the size l ″ of the spot image 25 are obtained again (block 38), and | X ″ −X | ≦ is obtained by using the representative position X ″ and the representative position X previously obtained at the step drive position. ΔX is determined (block 39), and | X ″ −X |
When ≦ ΔX, it is determined that the observation object 18 is at the in-focus position with respect to the objective lens 16, and the current position is maintained without supplying a drive signal to the drive device 22, and the process returns to the block 38. When | X ″ −X |> ΔX, it is determined that the subject is not at the in-focus position, and X = X ″, l = l ″ (block 40) and the block 32 is set.
And the above operation is repeated.

したがって、この実施例によれば、例えば第4図に示
すように、平坦な領域a、それよりも低い平坦な領域
b、領域bとほぼ同一面にある微細な凹凸を有する領域
cを有する標本45を、矢印で示す方向に移動させて走査
する場合には、以下のように動作することになる。
Therefore, according to this embodiment, for example, as shown in FIG. 4, a specimen having a flat region a, a lower flat region b, and a region c having fine irregularities substantially flush with the region b. When the scanning is performed by moving 45 in the direction indicated by the arrow, the following operation is performed.

先ず、領域aでは、最初にブロック31で代表位置Xお
よび大きさlが検出されると、その後は第5図Aに示す
ように、X≒X0(|X−X0|≦ΔX)となるように、ブロ
ック32→33→34→35→36→32のループが数回繰り返され
て合焦制御され、その後ブロック32→31のループによ
り、その合焦状態が維持される。すなわち、標本面が平
坦な場合には、ブロック35においてl′>lとなること
は有り得ないので、上記のブロック32→33→34→35→36
→32のループによって合焦制御される。
First, in the area a, when the representative position X and the size l are detected in the block 31 first, then X ≒ X 0 (| X−X 0 | ≦ ΔX) as shown in FIG. 5A. In such a manner, the loop of the blocks 32 → 33 → 34 → 35 → 36 → 32 is repeated several times to control the focus, and then the focus state is maintained by the loop of the blocks 32 → 31. That is, when the sample surface is flat, it is impossible that l ′> l in the block 35, so that the above blocks 32 → 33 → 34 → 35 → 36
→ Focusing is controlled by the loop of 32.

その後、領域bの走査に入ると、領域aとの段差によ
って、最初は前ピン状態となるため、第5図Bに示すよ
うに、X≠X0(|X−X0|>ΔX)になると共に、スポッ
ト像の大きさも大きくなるが、その後は領域aにおける
と同様の動作によって、X≒X0でスポット像の大きさが
最小となるように合焦制御される。
Thereafter, when scanning of the area b starts, the front focus state is initially set due to a step with the area a. Therefore, as shown in FIG. 5B, X ≠ X 0 (| X−X 0 |> ΔX). together becomes, but also increases the size of the spot image, then the same operation as in the region a, the size of the spot image is focused controlled so as to minimize in X ≒ X 0.

次に、領域cに入ると、合焦状態にあるにもかかわら
ず、標本面の微細な凹凸による散乱光により、第5図C
に示すように、X≠X0(|X−X0|>ΔX)になると共
に、スポット像の大きさlも大きくなる。この場合、先
ずブロック33において試料台17が1ステップ駆動される
が、この1ステップ駆動は合焦位置から合焦ずれの方向
となるため、そのスポット像の大きさl′は駆動前より
も必ず大きくなる。したがって、その後ブロック37にお
いて駆動前のステップ位置すなわち合焦位置に戻され、
その同一ステップ位置でのステップ駆動前後の代表位置
の差の絶対値|X″−X|が|X″−X|≦ΔXのときは、合焦
と判断されてブロック38→39のループにより駆動装置22
は停止状態を維持し、合焦状態が保持される。なお、|
X″−X|>ΔXのときは、ブロック40を経てブロック32
に戻り、|X−X0|≦ΔXの判断により合焦動作が行われ
る。
Next, when entering the area c, scattered light due to minute irregularities on the specimen surface causes the specimen to be in focus, despite being in focus, as shown in FIG.
As shown in (2), X ≠ X 0 (| X−X 0 |> ΔX), and the size l of the spot image also increases. In this case, first, the sample stage 17 is driven by one step in the block 33. Since the one-step drive is in the direction of the focus shift from the in-focus position, the size l 'of the spot image is necessarily larger than that before the drive. growing. Therefore, after that, in block 37, it is returned to the step position before driving, that is, the in-focus position,
When the absolute value | X ″ −X | of the difference between the representative positions before and after the step driving at the same step position is | X ″ −X | ≦ ΔX, it is determined that the object is in focus, and the block 38 → 39 is driven by the loop. Device 22
Maintains the stopped state, and the focused state is maintained. Note that |
If X ″ −X |> ΔX, the process goes through block 40 to block 32
And the focusing operation is performed according to the determination of | X−X 0 | ≦ ΔX.

このように、この実施例によれば、ステップ駆動前後
のスポット像25の大きさを比較(l′≦l)して、駆動
方向の正否を判定すると共に、その駆動方向が正しくな
いときは、前ステップ位置に戻して再びその位置でのス
ポット像25の代表位置X″を求め、その同一ステップ位
置でのステップ駆動前後の代表位置の差の絶対値|X″−
X|が、|X″−X|≦ΔXのときは合焦と判断して現在位置
を維持するようにしたので、観察対象物18の表面に微細
な凹凸があっても、ある程度同じ高さ面での平面で合焦
を行ってから走査を行えば、微細な凹凸に影響されるこ
となく、常に正確に合焦制御することができる。また、
1つのラインセンサ20を用い、その出力に基づいてスポ
ット像25の代表位置Xおよび大きさlを求めるようにし
たので、光学系の構成を簡単にできると共に、安価にで
きる。
As described above, according to this embodiment, the size of the spot image 25 before and after the step drive is compared (l ′ ≦ l) to determine whether the drive direction is correct, and when the drive direction is not correct, Returning to the previous step position, the representative position X ″ of the spot image 25 at that position is obtained again, and the absolute value | X ″ − of the difference between the representative position before and after the step driving at the same step position is obtained.
When X | is | X ″ −X | ≦ ΔX, focus is determined and the current position is maintained. Therefore, even if there are minute irregularities on the surface of the observation object 18, the same height is maintained to some extent. If scanning is performed after focusing on a flat surface, focusing control can always be performed accurately without being affected by minute irregularities.
Since the representative position X and the size l of the spot image 25 are obtained based on the output of one line sensor 20, the configuration of the optical system can be simplified and the cost can be reduced.

第6図はこの発明の第2実施例を示すものである。こ
の実施例は、第1図に示す構成において、結像レンズ19
を経た観察対象物18からの戻り光をハーフミラー51で2
分割し、その一方をラインセンサ20で、他方を半導体位
置検出器(PSD)52でそれぞれ受光するようにして、ラ
インセンサ20の出力に基づいてスポット像の大きさをPS
D52の出力に基づいてスポット像の代表位置を検出する
ようにしたもので、その他の構成は第1実施例と同様で
ある。このように、スポット像の大きさおよび代表位置
を独立した検出器の出力に基づいて検出するようにすれ
ば、その演算速度を高速にできるので、迅速な合焦制御
が可能となる。
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the configuration shown in FIG.
Return light from the observation object 18 having passed through the
The light is divided into two parts, one of which is received by the line sensor 20 and the other is received by the semiconductor position detector (PSD) 52, and the size of the spot image is determined based on the output of the line sensor 20.
The representative position of the spot image is detected based on the output of D52, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. As described above, if the size and the representative position of the spot image are detected based on the outputs of the independent detectors, the calculation speed can be increased, so that quick focusing control can be performed.

第7図はこの発明の第3実施例を示すものである。こ
の実施例は、第6図に示す構成において、偏光ビームス
プリッタ13で反射された観察対象物18からの戻り光をハ
ーフミラー51で2分割し、その一方を結像レンズ55を経
てラインセンサ20で受光し、他方を結像レンズ56を経て
PSD52で受光するようにしたもので、その他の構成は第
2実施例と同様である。このように構成すれば、第2実
施例と同様の効果を得ることができるほか、結像レンズ
55の焦点距離を小さくすることにより、スポット像の大
きさの変化率を大きくできると共に、結像レンズ56の焦
点距離を長くすることにより、投影倍率を上げてスポッ
ト像の位置ずれ感度を上げることができる。
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, in the configuration shown in FIG. 6, the return light from the observation object 18 reflected by the polarization beam splitter 13 is divided into two by a half mirror 51, and one of the two is passed through an imaging lens 55 to a line sensor 20. And the other through the imaging lens 56
The light is received by the PSD 52, and the other configuration is the same as that of the second embodiment. With this configuration, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the imaging lens can be formed.
By decreasing the focal length of the 55, the rate of change of the spot image size can be increased, and by increasing the focal length of the imaging lens 56, the projection magnification can be increased to increase the sensitivity of the spot image displacement. Can be.

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるも
のではなく、幾多の変形または変更が可能である。例え
ば、上述した実施例では、試料台17を駆動して合焦制御
するようにしたが、対物レンズ16を駆動して、あるいは
対物レンズ16および試料台17の双方を駆動して合焦制御
するよう構成することもできる。また、上述した実施例
では、ステップ駆動により、対物レンズと対象物との距
離を変えるようにしたので、1ステップの駆動量を焦点
深度の範囲より小さくなるように予め設定したが、検出
した代表位置Xと、合焦時の代表位置X0との差に応じて
第2図のブロック33ではステップ駆動ではなく、一度に
駆動するようにしてもよい。このようにすれば、より迅
速な合焦制御が可能となる。さらに、この発明は落射照
明型顕微鏡に限らず、他の顕微鏡あるいは顕微鏡以外の
光学機器の自動合焦にも有効に適用することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications or changes can be made. For example, in the above-described embodiment, the focus control is performed by driving the sample stage 17, but the focus control is performed by driving the objective lens 16 or by driving both the objective lens 16 and the sample stage 17. It can also be configured as follows. In the above-described embodiment, the distance between the objective lens and the object is changed by the step driving. Therefore, the driving amount of one step is set in advance so as to be smaller than the depth of focus range. and position X, rather than the second view of the block 33 step driving according to the difference between the representative position X 0 of the time of focusing, may be driven at a time. In this way, more rapid focusing control is possible. Further, the present invention can be effectively applied not only to the epi-illumination type microscope but also to automatic focusing of another microscope or optical equipment other than the microscope.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、この発明によれば、対物レンズの瞳の
片側を経て対象物に投射されたスポットの像を光検出器
で受光して、その出力に基づいてスポット像の代表位置
および大きさを検出し、その検出したスポット像の代表
位置および大きさに基づいて対物レンズまたは対象物の
一方または双方を対物レンズの光軸方向に駆動して合焦
制御するようにしたので、対象物の表面に微細な凹凸が
ある場合でも、合焦ずれを生じることなく常に正確に合
焦制御することができる。
As described above, according to the present invention, the image of the spot projected on the object through one side of the pupil of the objective lens is received by the photodetector, and the representative position and size of the spot image are determined based on the output. And focus control is performed by driving one or both of the objective lens and the object in the optical axis direction of the objective lens based on the detected representative position and size of the spot image. Even when the surface has fine irregularities, focus control can always be performed accurately without causing a focus shift.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の第1実施例を示す図、 第2図はその動作を示すフローチャート、 第3図AおよびBは第1図に示すラインセンサ上でのス
ポット像の代表位置および大きさの変化を示す図、 第4図は標本の走査の態様を示す図、 第5図A,BおよびCは第4図に示す標本に対する合焦動
作を説明するための図、 第6図はこの発明の第2実施例を示す図、 第7図は同じく第3実施例を示す図、 第8図、第9図および第10図は従来の技術を説明するた
めの図である。 11……測定用光源、12……コリメータレンズ 13……偏光ビームスプリッタ 14……1/4波長板、15……ダイクロイックミラー 16……対物レンズ、17……試料台 18……観察対象物、19……結像レンズ 20……ラインセンサ、21……演算制御装置 22……駆動装置、23……観察用結像レンズ 24……結像位置、25……スポット像 45……標本、51……ハーフミラー 52……半導体位置検出器(PSD) 55,56……結像レンズ
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing the operation thereof, and FIGS. 3A and 3B are representative positions and sizes of spot images on the line sensor shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the manner of scanning the sample, FIGS. 5A, 5B and 5C are diagrams for explaining the focusing operation on the sample shown in FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a view showing the same third embodiment, and FIGS. 8, 9 and 10 are views for explaining the prior art. 11 Light source for measurement, 12 Collimator lens 13 Polarizing beam splitter 14 Quarter-wave plate, 15 Dichroic mirror 16 Objective lens 17, Sample table 18 Object to be observed, 19 ... imaging lens 20 ... line sensor, 21 ... arithmetic and control unit 22 ... driving device, 23 ... observation imaging lens 24 ... imaging position, 25 ... spot image 45 ... sample, 51 … Half mirror 52 Semiconductor position detector (PSD) 55, 56 Imaging lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−71810(JP,A) 特開 昭62−62208(JP,A) 特開 昭60−61608(JP,A) 特開 昭63−199311(JP,A) 特開 昭60−118814(JP,A) 特開 昭59−18913(JP,A) 特開 昭54−40649(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 7/28 - 7/40 G03B 3/00 - 3/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-71810 (JP, A) JP-A-62-62208 (JP, A) JP-A-60-61608 (JP, A) JP-A-63-61208 199311 (JP, A) JP-A-60-118814 (JP, A) JP-A-59-18913 (JP, A) JP-A-54-40649 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 6 , DB name) G02B 7/28-7/40 G03B 3/00-3/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】測定用光源からの光束を対物レンズの瞳の
片側を経て対象物に投射して、そのスポット像を前記対
物レンズを経て光検出器で受光し、その出力に基づいて
前記対物レンズまたは対象物の一方または双方を対物レ
ンズの光軸方向に駆動して合焦制御する自動合焦装置で
あって、 前記光検出器の出力に基づいて、該光検出器上に形成さ
れたスポット像の代表位置及び大きさを検出する手段を
設け、この検出手段で検出したスポット像の代表位置及
び大きさに基づいて前記対物レンズまたは対象物の一方
または双方を対物レンズの光軸方向に駆動して合焦制御
するよう構成したことを特徴とする自動合焦装置。
1. A light beam from a measurement light source is projected on an object through one side of a pupil of an objective lens, and a spot image is received by a photodetector through the objective lens, and the spot image is received based on an output of the object. An automatic focusing device that drives one or both of a lens and an object in an optical axis direction of an objective lens to perform focusing control, and is formed on the photodetector based on an output of the photodetector. A means for detecting the representative position and size of the spot image is provided, and one or both of the objective lens and the object are moved in the optical axis direction of the objective lens based on the representative position and size of the spot image detected by the detecting means. An automatic focusing device, which is configured to be driven to perform focusing control.
【請求項2】前記光検出器としてラインセンサを用い、
その出力に基づいて前記スポット像の代表位置及び大き
さを検出するよう構成したことを特徴とする請求項1記
載の自動合焦装置。
2. A line sensor is used as the light detector.
2. The automatic focusing apparatus according to claim 1, wherein a representative position and a size of the spot image are detected based on the output.
【請求項3】前記光検出器としてラインセンサ及び半導
体位置検出器を用い、これらラインセンサ及び半導体位
置検出器で前記スポット像をそれぞれ受光するようにし
て、前記ラインセンサの出力に基づいて前記スポット像
の大きさを検出し、前記半導体位置検出器の出力に基づ
いて前記スポット像の代表位置を検出するよう構成した
ことを特徴とする請求項1記載の自動合焦装置。
3. A line sensor and a semiconductor position detector are used as the photodetector, and the line image and the semiconductor position detector receive the spot image, respectively, based on an output of the line sensor. 2. The automatic focusing apparatus according to claim 1, wherein a size of the image is detected, and a representative position of the spot image is detected based on an output of the semiconductor position detector.
JP11855890A 1990-05-10 1990-05-10 Automatic focusing device Expired - Fee Related JP2951361B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11855890A JP2951361B2 (en) 1990-05-10 1990-05-10 Automatic focusing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11855890A JP2951361B2 (en) 1990-05-10 1990-05-10 Automatic focusing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0416810A JPH0416810A (en) 1992-01-21
JP2951361B2 true JP2951361B2 (en) 1999-09-20

Family

ID=14739565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11855890A Expired - Fee Related JP2951361B2 (en) 1990-05-10 1990-05-10 Automatic focusing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2951361B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0416810A (en) 1992-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4650983A (en) Focusing apparatus for projection optical system
US7232980B2 (en) Microscope system
US7692128B2 (en) Focus control method for an optical apparatus which inspects a photo-mask or the like
KR0132269B1 (en) Alignment apparatus of stepper and control method therefor
JP2005241607A (en) Apparatus for measuring angle
TW200521481A (en) Focusing system and method
JP3794670B2 (en) Microscope autofocus method and apparatus
US4734570A (en) Active focus detecting device with infrared source
US6699198B2 (en) Ocular-blood-flow meter
JP3120885B2 (en) Mirror surface measuring device
JPH1123952A (en) Automatic focusing device and laser beam machining device using the same
JP2951361B2 (en) Automatic focusing device
JPS6161178B2 (en)
JP3226299B2 (en) Focus detection device
JP2002511575A (en) Method and coordinate measuring instrument for point-scan contour determination of material surfaces by the principle of auto-focusing
JPH0787378A (en) Focusing detection device
JPH07101251B2 (en) Microscope autofocus device
JP2828145B2 (en) Optical section microscope apparatus and method for aligning optical means thereof
JP4604651B2 (en) Focus detection device
JPH10103915A (en) Apparatus for detecting position of face
JPH10133117A (en) Microscope equipped with focus detecting device
JPH08122623A (en) Autofocusing device
JPH11281473A (en) M2 measuring device
JPH11148809A (en) Confocal optical device and tilt adjusting method for detector array thereof
JP2003042720A (en) Height measuring apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 9

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080709

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090709

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees