JP4350186B2

JP4350186B2 - Focusing device

Info

Publication number: JP4350186B2
Application number: JP89499A
Authority: JP
Inventors: 日出樹小渕; 哲也城田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP2000199846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に対して合焦を行なう自動焦点顕微鏡若しくは光学測定機等の拡大系光学機器に用いられる合焦装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動合焦が可能な顕微鏡は、工業分野における検査工程のスループット向上のためになくてはならないものとなっている。また従来、この分野の顕微鏡において主となる検鏡法は明視野観察と暗視野観察であったが、近年の被検出体（ウェハー等）のパターンの微細化、複雑化に伴ない、微分干渉観察の需要も高くなってきている。
【０００３】
図２６は、従来例に係る合焦装置の構成を示す図である。この合焦装置は特開平４−２５７１１号公報に開示されており、測定光を対物レンズを通して被検体表面に照射し、その反射光に基づいて被検体表面に対し合焦を行なう。なお、この装置では対物レンズと被検体（サンプル）との距離を光軸方向（Ｚ方向）に可変とするために、ステージ１１６の位置を駆動器１１５により移動させる。同図において、１１７は観察用の照明光源、１１８は観察光路系を示している。
【０００４】
半導体レーザー１０１から出射されたレーザービームは、コリメートレンズ１０２により平行光となり、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏向ビームスプリッタ１０３で反射されたレーザー光は、１／４波長板１０４を透過した後、このレーザー光の波長成分のみを反射するダイクロックミラー１０５で反射され、対物レンズ１０６を介してステージ１１６上の被検体表面１０７に集光される。そして、この被検体表面１０７で反射された反射光は、再度対物レンズ１０６、１／４波長板１０４等を介して偏向ビームスプリッタ１０３に入射する。
【０００５】
図２７の（ａ），（ｂ）は、偏向ビームスプリッタ１０３から１／４波長板１０４に入射する入射光と１／４波長板１０４から偏向ビームスプリッタ１０３に入射する反射光の関係を示す図である。同図はレーザー光の振動方向を示すもので、（ａ）は入射光側、（ｂ）は反射光側をそれぞれ示している。また、Ｘ軸は偏向ビームスプリッタ１０３の通過方向成分、Ｙ軸は偏向ビームスプリッタ１０３の反射方向成分を示している。
【０００６】
図２７の（ａ），（ｂ）に示す様に、偏向ビームスプリッタ１０３から１／４波長板１０４に入射する入射光と、１／４波長板１０４から偏向ビームスプリッタ１０３に入射する反射光との関係は、１／４波長板１０４を２回通過した場合と同じになり、入射された直線偏光は、その振動方向が９０度傾いた直線偏光となり返ってくる。従って、この反射光は偏向ビームスプリッタ１０３を透過し、その後結像レンズ１０８を通過し、ビームスプリッタ１０９により二方向に振り分けられる。
【０００７】
振り分けられた一方の光線は、結像レンズ１０８の集光点Ｐより距離Ｌだけ後方に配置された第一の絞り１１０を介して第一の受光素子１１１に照射される。また、他方の光線は結像レンズ１０４の集光点Ｑより距離Ｌだけ前方に配置された第二の絞り１１２を介して第二の受光素子１１３に照射される。
【０００８】
第一の受光素子１１１及び第二の受光素子１１３は、それぞれ受光した被検体表面１０７からの反射光量に対応した電気信号を生成して信号処理系１１４へ送出する。信号処理系１１４は、入力した各信号に対して所定の演算を行ない、被検体表面１０７の変位に応じた誤差信号を出力する。
【０００９】
図２８は、第一の受光素子１１１及び第二の受光素子１１３から信号処理系１１４に向けてそれぞれ送出される電気信号Ａ、Ｂの特性を示す図である。いま、電気信号Ａ、Ｂが送出されたとすると、信号処理系１１４により被検体表面６の変位を検知する信号として（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算が行なわれ、図２９に示すような合焦点Ｆにおいて０となる誤差信号が求められる。この誤差信号が０となる位置に被検体表面１０７がくるように、駆動器１１５にて対物レンズ１０６と被検体表面１０７の距離を光軸方向に対して相対的に変えて合焦動作を行なう。
【００１０】
また、特開昭５８−２１７９０９号公報には、偏光光学系を用いない方式の合焦装置が開示されている。この装置では、前述した偏光ビームスプリッタを用いる代わりに、光源（レーザ）からの光束を半分だけ通し、戻りの光を光検出手段で取り出すよう、ミラー及びプリズムを用いている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２６に示した特開平４−２５７１１号公報の構成で微分干渉観察を行おうとすると、微分干渉用プリズム１１９、ポラライザ１２０、アナライザ１２１を配置しなければならない。この場合、レーザー光が微分干渉用プリズム１１９を通過することになり、微分干渉用プリズムのシアリング量の影響により、さらに位相差がつくこととなる。
【００１２】
このため、偏向ビームスプリッタ１０３から１／４波長板１０４に入射する入射光と、１／４波長板１０４から偏向ビームスプリッタ１０３に入射する反射光との関係は、例えば図３０、図３１、図３２に示すように、本来入射光に対して９０度傾いた直線偏光になるべき光が、楕円偏向または円偏向等になってしまう場合がある。なお、図３０、図３１、図３２は図２７と同様にレーザー光の振動方向を示したもので、それぞれ（ａ）が入射光側、（ｂ）が反射光側を示している。
【００１３】
受光素子１１１、１１３で検出できるのは、図２７と同様に偏向ビームスプリッタ１０３を通過できるＸ軸成分のみであるため、検出量が著しく減少してしまう場合がある。このため、微分干渉観察時の合焦精度を著しく悪化させてしまうという問題が生じる。
【００１４】
また、上記特開昭５８−２１７９０９号公報の構成では、偏光による問題は回避できるが、焦点検出部内のレンズ等の光学部材による反射光が、被測定面からの光とともに光検出手段に入射してしまうため、信号演算時のノイズとなり、焦点検出精度を著しく悪化させてしまう。すなわち、従来の偏光光学系方式で微分干渉観察を行ないながら焦点検出を行なおうとすると、偏光部材、１／４波長板等の影響により、焦点検出ができなくなったり、検出精度が悪化したりする。また、偏光光学系を用いない方式では、内部のレンズ等の光学部材による反射光の影響でノイズがのり、微分干渉観察以前に、明視野、暗視野での検出精度が悪くなるという問題がある。
【００１６】
また本発明の目的は、微分干渉観察時に良好な合焦検出が可能な合焦装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の合焦装置は以下の如く構成されている。
【００２２】
（１）本発明の合焦装置は、測定光を照射する光源と、前記光源から照射された測定光を被測定面に集光させる対物レンズと、前記被測定面からの反射光を結像させる結像レンズと、前記反射光を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段で検出された信号を基に前記測定面の合焦点近傍の誤差信号を検出する合焦検出手段と、前記対物レンズと前記結像レンズとの間に設けられた微分干渉用プリズムと、前記合焦検出手段による検出結果を基に、前記微分干渉用プリズムを合焦状態に応じて駆動する駆動手段と、から構成されている。
【００２３】
（２）本発明の自動焦点顕微鏡は上記（１）の顕微鏡であり、かつ前記駆動手段は、前記微分干渉用プリズムのシアリング量に対する前記反射光の光量の割合から合焦の可否を判定する判定手段を備え、前記判定手段で合焦されていない場合、前記微分干渉用プリズムを光路外に駆動して合焦判定を行い、合焦された後、その合焦位置を保持して前記微分干渉用プリズムを光路内に戻すよう駆動する。
【００２４】
上記手段を講じた結果、それぞれ以下のような作用を奏する。
【００２９】
（１）本発明の合焦装置によれば、微分干渉観察時の合焦動作において、微分干渉用プリズムの影響で測定光が受光素子に返ってこない場合でも、ユーザーの手を煩わせることなく、自動的に合焦動作を行なうことが可能となり、微分干渉観察時においても良好な合焦観察を行なえる。
【００３０】
（２）本発明の合焦装置によれば、微分干渉観察時の合焦動作において、微分干渉用プリズムの影響で測定光が受光素子に返ってこないシアリング量の場合でも、自動的に合焦動作を行なうことが可能となり、微分干渉観察時においても良好な合焦観察を行なえる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る自動焦点顕微鏡の構成を示す図である。この自動焦点顕微鏡は、図１に示すようにレーザ光源１から発光されたＰ偏光のレーザ光をコリメートレンズ２により平行光にする。遮蔽板３は、平行光束を半分遮蔽する。偏光ビームスプリッタ４は、前記平行光束の遮蔽されなかった半分のレーザ光束を９０゜反射させるよう、すなわちＰ偏光成分が反射しＳ偏光成分が透過するように配置されている。偏光ビームスプリッタ４から対物レンズ１１方向の光軸上に、前記半分のレーザ光束を通過させ、標本１２からの戻りレーザ光束のＰ偏光成分を反射し、Ｓ偏光成分を透過するような特殊偏光ビームスプリッタ５が配置されている。
【００３２】
また、レンズ６とレンズ７は前記レーザ光束をリレーし、１／４波長板８は、リレーされたＰ偏光の光束を円偏光に変換するように設けられている。さらに、ダイクロイックミラー９は対物レンズ１１の光軸上に前記レーザ光束の波長域のみを反射し、対物レンズ１１はダイクロイックミラー９により反射されたレーザ光束を標本１２上に照射する。そして、この標本１２で反射された反射光は、再度対物レンズ１１、ダイクロイックミラー９、１／４波長板８、偏向ビームスプリッタ４等を介して結像レンズ１９に入射する。
【００３３】
結像レンズ１９は、対物レンズ１１からのレーザ光束のＳ波成分を２分割受光素子２０に導き、遮蔽板１８は結像レンズ１９と対物レンズ１１からのレーザ光束の半分以外の光束を除去する。また、ミラー１４は対物レンズ１１からのレーザ光束のＰ波成分を２分割受光素子１７に導き、遮蔽板１５は対物レンズ１１からのレーザ光束の半分以外の光束を除去する。
【００３４】
信号処理系４１は２分割受光素子１７，２０に接続されており、２分割受光素子１７，２０から得られた信号を演算し、電動照準部３０を駆動制御することで標本１２を合焦位置に合わせる。また、ダイクロイックミラー９と対物レンズ１１の間には、落射照明用投光管６０が設けられ、落射照明用投光管６０と対物レンズ１１の間にはシアリング可能で着脱自在な微分干渉用プリズム１０が挿入されている。
【００３５】
そして、落射照明用投光管６０内の光軸上には光源６１、投光レンズ６２、及び挿脱可能なポラライザ６３が挿入され、光源６１からの光を対物レンズ１１の光軸に反射するようハーフミラー６７が備えられている。また、焦点検出部６４と鏡筒６５の間の光軸上には、挿脱可能なアナライザ６６が挿入されている。
【００３６】
次に、以上のように構成された自動焦点顕微鏡の動作について説明する。レーザ光源１から発光されたＰ偏光のレーザ光は、コリメートレンズ２により平行光になる。この平行光は遮蔽板３によって光束が半分にされ、偏光ビームスプリッタ４にて反射される。この反射光は、特殊偏光ビームスプリッタ５とリレーレンズ６，７を通過した後、１／４波長板８を通過し、直線偏光から円偏光になる。この円偏光はダイクロイックミラー９により反射され、ハーフミラー６７を通過した後、微分干渉用プリズム１０を通過し、対物レンズ１１により標本１２に照射される。
【００３７】
標本１２により反射したレーザ光は、照射したときとは反対の半分の光束側を通り、対物レンズ１１、微分干渉用プリズム１０、及びハーフミラー６７を通り、再びダイクロイックミラー９により反射される。この反射光は、１／４波長板８により再び円偏光から直線偏光になり、リレーレンズ７、６を通過し、特殊偏光ビームスプリッタ５でＰ波の成分が反射し、Ｓ波の成分が透過する。
【００３８】
特殊偏光ビームスプリッタ５で反射したレーザ光は、ミラー１４にてもう一度反射し、標本等の段差により発生した半分の光束からはみ出す光束が遮蔽板１５で除去され、結像レンズ１６により２分割受光素子１７上に照射される。一方、特殊偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４を透過し、反射したときと同様に標本等の段差により発生した半分の光束からはみ出す光束が遮蔽板１８で除去され、結像レンズ１９により２分割受光素子２０上に照射される。
【００３９】
これら二つの２分割受光素子１７、２０に照射されたレーザ光はそれぞれ出力信号となり、信号処理系４１に入力される。これら二つの信号は信号処理系４１内で足されて演算が実行され、標本１２の被測定面の位置が判定される。信号処理系４１は電導照準部３０へ指示を出力し、これにより標本１２への合焦点が得られる。
【００４０】
次に、微分干渉用プリズムのシアリング量によるレーザ光の振動の変化について説明する。
【００４１】
図２は、レーザ光を標本に照射した様子を表す光学系の立体図である。図２において図１と同一な部分には同符号を付してある。図２では、レーザ光源１から出射されたレーザ光束がコリメートレンズ２により平行光とされた後の振動方向をＡ、偏光ビームスプリッタ４を通過した後の振動方向をＢ、１／４波長板８を通過した後の振動方向をＣ、微分干渉用プリズム１０を通過した後の振動方向をＤで示している。
【００４２】
図３は、標本から反射されたレーザ光が２分割受光素子に導かれる経路を示す光学系の立体図である。図３において図１，図２と同一な部分には同符号を付してある。図３では、微分干渉用プリズム１０を通過した後の振動方向をＥ、１／４波長板８を通過した後の振動方向をＦ、特殊偏光ビームスプリッタ５を透過した後の振動方向はＧ、反射した後の振動方向はＨで示している。
【００４３】
図４、図５、図６は、微分干渉用プリズム１０のシアリング量による、図２、図３に示されるＡ〜Ｈの各点での振動方向を示すモデル図である。以下図４〜図６を基に、Ａ〜Ｈの各点における微分干渉用プリズム１０のシアリング位置による振動方向の変化を示す三つのパターンについて説明する。
【００４４】
まず、図４は微分干渉用プリズム１０を外した場合を示しており、レーザ光束はＡ，ＢではＰ偏光（Ｙ）であり、Ｃでは１／４波長板８を通るので直線偏光から円偏光となり、Ｄ、Ｅではそのまま変わらず、Ｆに入ると再び１／４波長板８を通るので、円偏光から９０度傾いた直線偏光、すなわちＳ偏光となる。そして、ＦでＳ偏光成分のみになるので、特殊偏光ビームスプリッタ５を透過し、ＧでもＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ４を通過できる。Ｈにはレーザ光束は導かれない。
【００４５】
図５は、微分干渉用プリズム１０を入れ、あるシアリング量でＦにおける振動方向がＰ偏光になってしまう場合を示しており、レーザ光束は図４と同様にＡ、ＢではＰ偏光であり、Ｃでは円偏光となる。その後、微分干渉用プリズム１０のシアリング位置により位相がずれ、ＤでＳ偏光となり対物レンズ１１により標本１２に照射し、反射したレーザ光束は再び微分干渉用プリズム１０により位相がずれ、Ｅで円偏光になる。Ｆになると、再び１／４波長板８を通るので、１／４波長分ずれＰ偏光のみになる。そして、特殊偏光ビームスプリッタ５でＰ偏光は反射されるので、Ｇにはレーザ光束は透過せず、ＨにＰ偏光のレーザ光束が導かれる。
【００４６】
図６は、微分干渉用プリズム１０を入れ、あるシアリング位置でＦにおける振動方向が円偏光になってしまう場合を示しており、レーザ光束は図４，図５と同様にＡ、ＢではＰ偏光であり、Ｃでは円偏光となる。その後、微分干渉用プリズム１０のシアリング位置により位相がずれ、ＤでＳ偏光方向の楕円となり、対物レンズ１１により標本１２に照射し、反射したレーザ光束は再び微分干渉用プリズム１０により位相がずれ、ＥでＳ偏光となる。Ｆになると、再び１／４波長板８を通るので、１／４波長分ずれて、円偏光となる。そして、特殊偏光ビームスプリッタ５でＰ偏光とＳ偏光に分けられ、Ｐ偏光は反射され、Ｓ偏光は透過するので、ＧとＨ共にレーザ光束が導かれる。
【００４７】
以上のように本第１の実施の形態によれば、レーザがアナライザを通過しないため、振動方向による光量ロスを回避できる。また、微分干渉用プリズムのシアリングにより発生する振動方向ズレに係わらず、二つの２分割受光素子のいずれか、あるいは両方にレーザ光束を導くことができるため、微分干渉観察時にも合焦動作が確実に行なえる。また、偏光光学系を採用しているため、レンズ等による光学系のノイズを除去でき高精度な検出が行なえる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態の係る自動焦点顕微鏡の構成を示す図である。図７において図１と同一な部分には同符号を付してある。図８は、レーザ光を標本に照射した様子を表す光学系の立体図、図９は標本から反射されたレーザ光が２分割受光素子に導かれる経路を示す光学系の立体図である。
【００４９】
本第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態に示した構成においてノイズ、エラーに対して配慮しており、受光素子を２分割受光素子５３のみとし、特殊偏光ビームスプリッタ５により反射されるＰ偏光側光路に、上記第１の実施の形態と同様にミラー１４を設けている。その後、偏光ビームスプリッタ５０が、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射するように配置され、その光軸上に対物レンズ１１からのレーザ光束の半分以外の光束を除去するための遮蔽板５１が配置されている。また、前記レーザ光束を２分割受光素子５３に照射する結像レンズ５２が設けられている。
【００５０】
一方、特殊偏光ビームスプリッタ５により透過されるＳ偏光側光路には、偏光ビームスプリッタ４が配置され、その先にはミラー５５が偏光ビームスプリッタ５０に直交しＰ偏光側と同軸になるよう設けられている。そして、２分割受光素子５３から得られた信号を演算し、標本１２に合焦位置を合わせるよう電導照準部３０を駆動制御する信号処理系４１が、２分割受光素子５３に接続されている。
【００５１】
このような構成により、レーザ光は特殊偏光ビームスプリッタ５でＰ波の成分が反射し、Ｓ波の成分が透過する。反射したレーザ光はミラー１４にて再び反射した後、偏光ビームスプリッタ５０を透過し、標本等の段差により発生した半分の光束からはみ出す光束が遮蔽板５１で除去され、結像レンズ５２により２分割受光素子５３上に照射される。一方、特殊偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４を透過した後、ミラー５５により反射し、偏光ビームスプリッタ５０によりＳ偏光が反射され、標本等の段差により発生した半分の光束からはみ出す光束が遮蔽板５１で除去され、結像レンズ５２により２分割受光素子５３上に照射される。
【００５２】
そして、２分割受光素子５３に照射されたレーザ光は出力信号となり、信号処理系４１に入力される。信号処理系４１は入力した信号について演算を実行して標本１２の被測定面の位置を判定し、電導照準部３０に指示を出力し、これにより標本３２への合焦点が得られる。
【００５３】
以上のように本第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の効果に加え、２分割受光素子を一つとしているため、２分割受光素子間のバラツキを考慮する必要がなく、信号処理も単純となり、制御が簡易になる。また、レーザ光は最終的に同一光路を通るため、遮蔽板の調整差や結像レンズの調整差が発生することはなく、検出精度が高くなる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る自動焦点顕微鏡の構成を示す図である。図１０において図１，図７と同一な部分には同符号を付してある。
【００５５】
この自動焦点顕微鏡は、図１０に示すようにレーザ光源１から発光されたＰ偏光のレーザ光をコリメートレンズ２により平行光にする。遮蔽板３は、平行光束を半分遮蔽する。偏光板７１は、前記平行光束の遮蔽されなかった半分のレーザ光束を透過させるよう、Ｐ偏光成分が透過しＳ偏光成分が遮断されるように配置されている。偏光板７１から対物レンズ１１方向の光軸上に、前記半分のレーザ光束を通過させ、標本１２からの戻りレーザ光束を反射するミラー７２が配置されている。
【００５６】
また、レンズ６とレンズ７はレーザ光束をリレーし、１／４波長板８は、リレーされたＰ偏光の光束を円偏光に変換するように設けられている。さらに、ダイクロイックミラー９は対物レンズ１１の光軸上に前記レーザ光束の波長域のみを反射し、対物レンズ１１はダイクロイックミラー９により反射されたレーザ光束を標本１２上に照射する。さらに、標本１２から反射したレーザ光束を２分割受光素子２０に導くために、上記ミラー７２と、上記ミラー７２で反射したレーザ光束を９０゜折り返すためのミラー１４が配置されている。ミラー１４と２分割受光素子２０の間には、偏光板７３、遮蔽板１８、及び結像レンズ１９が設けられている。遮蔽板１８は、結像レンズ１９と標本１２から反射したレーザ光束の半分以外の光束を除去する。
【００５７】
信号処理系４１は２分割受光素子２０に接続されており、２分割受光素子２０から得られた信号出力を演算し、電動照準部３０を駆動制御して標本１２を合焦位置に合わせる。また、ダイクロイックミラー９と対物レンズ１１の間には落射照明投光管６０があり、落射照明用投光管６０と対物レンズ１１の間にはシアリング可能で着脱自在、さらにシアリング動作の有無を検出できる機能を有する微分干渉用プリズム１０が挿入されている。
【００５８】
そして、落射照明用投光管６０内の光軸上には光源６１、投光レンズ６２、及び挿脱可能なポラライザ６３が挿入され、光源６１からの光を対物レンズ１１の光軸に反射するようハーフミラー６７が備えられている。また、焦点検出部６４と鏡筒６５の間の光軸上には、挿脱可能なアナライザ６６が挿入されている。
【００５９】
図１１は、偏光板７３の構成を示す図である。図１１に示すように、偏光素子７３１はプーリー枠７３２に固定され、プーリー枠７３２は枠７３３に回転摺動可能に嵌合している。プーリー枠７３２の外周には、タイミングベルト７３４が掛けられ、このタイミングベルト７３４には、モータ７４の回転軸に取付けられたプーリー７３５が噛み合っている。このように、モータ７４の回転により振動方向が可変となる偏光板７３が構成されている。
【００６０】
次に、以上のように構成された自動焦点顕微鏡の動作について説明する。レーザ光源１から発光されたＰ偏光のレーザ光は、コリメートレンズ２により平行光になる。この平行光は遮蔽板３によって光束が半分にされ、偏光板７１にてＰ偏光成分のみ透過され、リレーレンズ６、７を通過した後、１／４波長板８を通過し、直線偏光から円偏光になる。この円偏光はダイクロイックミラー９により反射され、ハーフミラー６７を通過した後、微分干渉用プリズム１０を通過し、対物レンズ１１により標本１２に照射される。
【００６１】
標本１２により反射したレーザ光は、照射したときとは反対の半分の光束側を通り、対物レンズ１１、微分干渉用プリズム１０、及びハーフミラー６７を通り、再びダイクロイックミラー９により反射される。この反射光は、１／４波長板８により再び円偏光から直線偏光になり、リレーレンズ７、６を通過し、ミラー７２で反射する。
【００６２】
ミラー７２で反射したレーザ光は、ミラー１４にてもう一度反射し、偏光板７３を透過する。なお、微分干渉用プリズム１０のシアリング量は予め信号処理系４１伝えられており、偏光板７３は、微分干渉用プリズム１０のシアリング動作の有無により２分割受光素子２０上の光量が最大に変化する振動方向にモータ７４等で回転される。偏光板７３を透過したレーザ光は、標本等の段差により発生した半分の光束からはみ出す光束が遮蔽板１８で除去され、結像レンズ１９により２分割受光素子２０上に照射される。
【００６３】
この２分割受光素子２０に照射されたレーザ光は出力信号となり、信号処理系４１に入力される。信号処理系４１は前記信号に対して演算を実行して標本１２の被測定面の位置を判定し、電動照準部３０へ指示を出力し、これにより標本１２の合焦点が得られる。
【００６４】
次に、微分干渉用プリズムのシアリング量によるレーザ光の振動の変化について説明する。
【００６５】
図１２は、レーザ光を標本に照射した様子を表す光学系の立体図である。図１２において図１０と同一な部分には同符号を付してある。図１２では、レーザ光源１から出射されたレーザ光束がコリメートレンズ２により平行光とされ、遮蔽板３、偏光板７１を通過した後の振動方向をＡ、１／４波長板８を通過した後の振動方向をＢ、微分干渉用プリズム１０を通過した後の振動方向をＣで示している。
【００６６】
図１３は、標本から反射されたレーザ光が２分割受光素子に導かれる経路を示す光学系の立体図である。図１３において図１０，図１２と同一な部分には同符号を付してある。図１３では、微分干渉用プリズム１０を通過した後の振動方向をＤ、ミラー反射後の振動方向をＥ、偏光板７３を透過した後の振動方向はＦで示している。
【００６７】
図１４、図１５、図１６は、微分干渉用プリズム１０のシアリング量による、図１２、図１３に示されるＡ〜Ｆの各点での振動方向を示すモデル図である。以下図１４〜図１６を基に、Ａ〜Ｆの各点における微分干渉用プリズム１０のシアリングの位置による振動方向の変化を示す三つのパターンについて説明する。
【００６８】
まず、図１４は微分干渉用プリズム１０を外した場合、または振動方向に影響を与えないシアリング量の場合を示しており、ＡではＰ偏光（Ｙ）であり、Ｂでは１／４波長板８を通るので直線偏光から円偏光となり、Ｃ、Ｄではそのまま変わらず、Ｅに入ると再び１／４波長板８を通るので、円偏光から９０度傾いた直線偏光、すなわちＳ偏光となる。さらに偏光板７３で、Ｓ偏光を透過させるよう振動方向を合わせることによりＦへ通過できる。
【００６９】
図１５は、微分干渉用プリズム１０を入れ、あるシアリング量でＥにおける振動方向がＰ偏光になってしまう場合を示しており、図１４と同様にＡではＰ偏光、Ｂでは円偏光となる。その後、微分干渉用プリズム１０のシアリングにより位相がずれ、ＣでＳ偏光となり、対物レンズ１１により標本１２に照射し、反射したレーザ光束は再び微分干渉用プリズム１０により位相がずれ、Ｄで円偏光になる。Ｅになると、再び１／４波長板８を通るので、１／４波長分ずれて、Ｐ偏光のみになる。そして、この場合も偏光板７３で、Ｐ偏光を透過させるよう振動方向を合わせることによりＦへ通過できる。
【００７０】
図１６は、微分干渉用プリズム１０を入れ、あるシアリング量でＥにおける振動方向が円偏光になってしまう場合を示しており、図１４，図１５と同様にＡではＰ偏光であり、Ｂでは円偏光となる。その後、微分干渉用プリズム１０のシアリング位置により位相がずれ、ＣでＳ偏光方向の楕円となり、対物レンズ１１により標本１２に照射し、反射したレーザ光束は再び微分干渉用プリズム１０により位相がずれ、ＤでＳ偏光となる。Ｅになると、再び１／４波長板８を通るので、１／４波長分ずれ、円偏光になる。そして、この場合も偏光板７３で、Ｐ偏光とＳ偏光の両方の偏光成分を透過させるよう振動方向を合わせることによりＦへ通過できる。
【００７１】
以上のように本第３の実施の形態によれば、レーザがアナライザを通過しないため、振動方向による光量ロスを回避できる。また、微分干渉用プリズムのシアリングにより発生する振動方向ズレに係わらず、全てのレーザ光束を導くことができるため、微分干渉観察時にも合焦動作が確実に行なえる。また、偏光光学系を採用しているため、レンズ等による光学系のノイズを除去でき高精度な検出が行なえる。
【００７２】
（第４の実施の形態）
図１７は、本発明の第４の実施の形態の係る自動焦点顕微鏡において上記微分干渉用プリズム１０に代えて用いられる微分干渉用プリズムユニットの構成を示す図である。なお、本第４の実施の形態は上記第３の実施の形態を具体化したものである。
【００７３】
微分干渉用プリズム８１はプリズム枠８２に固定されており、プリズム枠８２は枠８３の内部で摺動可能に取付けられている。また枠８３には、ツマミネジ８４によりプリズム枠８２をねじ込み横方向に押せるように、ねじ部（不図示）が構成されている。さらに、ツマミネジ８４をねじ引いたとき、プリズム枠８２がツマミネジ８４に連動して戻るよう、枠８３とプリズム枠８２の間にバネ８５が設けられている。
【００７４】
また、枠８３にはリニアスケール８６が取付けられており、プリズム枠８２の対応した位置には透過センサー８７が取付けられている。透過センサー８７により得られた信号は信号処理系４１により処理される。なお、偏光板７３には、回転位置を認識するセンサが設けられている。
【００７５】
このような構成をなすことにより、ツマミネジ８４をねじ込み、またはねじ引くことでシアリングが行なえ、その量がリニアスケール８６と透過センサー８７により読み取られ、信号処理系４１にて予め記憶されている偏光板７３の最適な振動方向と回転量に換算され、実際に駆動がなされる。
【００７６】
以上のように本第４の実施の形態によれば、上記第３の実施の形態による効果に加え、素早く偏光板の回転を合わせることができるため、合焦速度が上がる。また、シアリング量を正確に認識でき、偏光板の回転も正確に合わせることができるため、より一層合焦精度の向上を図ることができる。
【００７７】
（第５の実施の形態）
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る自動焦点顕微鏡において上記微分干渉用プリズム１０に代えて用いられる微分干渉用プリズムユニットの構成を示す図である。図１８において図１７と同一な部分には同符号を付してある。なお、本第５の実施の形態は上記第３の実施の形態を具体化したものであり、上記第４の実施の形態の変形例である。
【００７８】
微分干渉用プリズム８１はプリズム枠８２に固定されており、プリズム枠８２は枠８３の内部で摺動可能に取付けられている。また枠８３には、パルスモータ８８の回転により、その先端に取付けられた歯車８９とリードネジ９０の端部に設けられた歯車９１とが噛みあって回転し、プリズム枠８２をねじ込み横方向に押せるように、ねじ部（不図示）が構成されている。さらに、リードネジ９０をねじ引いたとき、プリズム枠８２が連動して戻るよう、枠８３とプリズム枠８２の間にバネ８５が設けられいる。
【００７９】
また、枠８３にはセンサ板９２が取付けられており、プリズム枠８２の対応した位置には透過センサー８７が取付けられている。透過センサー８７により得られた信号は信号処理系４１により処理される。なお、偏光板７３には、回転位置を認識するセンサが設けられている。
【００８０】
このような構成をなすことにより、パルスモータ８８を回転させ、リードネジ９０をねじ込み、またはねじ引くことでシアリングが行なえる。また、原点位置をセンサ板９２と透過センサー８７により検出し、シアリングの量を原点からパルスモータ８８のパルス数でカウントし、その量が信号処理系４１にて予め記憶されている偏光板７３の最適な回転量に換算され、実際に駆動がなされる。
【００８１】
以上のように本第５の実施の形態によれば、上記第３，４の実施の形態による効果に加え、シアリング量の変化をツマミ等により行なうことなく自動化できるため、スループットの向上を図ることができる。また、標本より上側に操作部を配置しなくても良いため、操作によるゴミの発生を防ぐことができる。
【００８２】
（第６の実施の形態）
図１９は、本発明の第６の実施の形態に係る合焦装置を適用した顕微鏡装置の構成を示す図である。図１９において図２６と同一な部分には同符号を付し、その詳細な説明を省略する。図１９において、プリズム駆動器１２２は微分干渉用プリズム１１９を駆動する手段であり、微分干渉用プリズム１１９を光路上から出し入れする機能を有している。判定器１２３は微分干渉観察時において、Ａ＋Ｂの値がしきい値Ｔに達しているか否かを判定する。
【００８３】
図２０は、本合焦装置の動作手順を示すフローチャートである。以下、図２０を基に本合焦装置の動作手順を説明する。まずステップＳ１で、微分干渉観察である場合、ステップＳ２で合焦動作を行なう。合焦動作は、まず通常通り、信号処理系１１４により測定光の反射光について、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算が行なわれ、図２９に示したような合焦点Ｆにおいて０となる誤差信号が求められる。そして、この誤差信号が０となる位置に被検体表面１０７がくるように、駆動器１１５にてステージ１１６を対物レンズ１０６に対して相対的に光軸方向へ駆動させて合焦動作を行なう。
【００８４】
次にステップＳ３で、判定器１２３により、図２１に示すようにＡ＋Ｂの値がしきい値Ｔを越えたか否かの判定を行なう。ここで越えなかった場合は、微分干渉用プリズム１１９により合焦判定に必要な信号が得られなかった場合であるため、一度合焦動作を中止する。そしてステップＳ４で、微分干渉用プリズム１１９をプリズム駆動器１２２により光路上から外し、ステップＳ５で、この状態で再び合焦動作を行なう。
【００８５】
そして合焦動作終了後、ステップＳ６で、合焦位置をこの状態に固定したまま、ステップＳ７で、再び微分干渉用プリズム１１９をプリズム駆動器１２２により光路上に挿入することで、微分干渉観察時における合焦観察が行なえるようになる。また、上記ステップＳ１で微分観察でない場合、ステップＳ８で通常の合焦動作を行ない、上記ステップＳ３でＡ＋Ｂの値がしきい値Ｔを越えた場合、ステップＳ９で通常の合焦動作を行なう。
【００８６】
以上のように本第６の実施の形態によれば、微分干渉観察時の合焦動作において、微分干渉用プリズムの影響で測定光が受光素子に返ってこない場合でも、ユーザーの手を煩わせることなく、自動的に合焦動作を行なうことが可能となる。従って、微分干渉観察時においても良好な合焦観察を行なえる。なお、本例ではしきい値Ｔが一つの場合について述べたが、しきい値を対物レンズ毎に設定してもよい。また、微分干渉用プリズム１１９のシアリング量を検出する図示しないシアリング量検出部を設け、信号処理系１１４で、予め前記シアリング量検出部で検出されたシアリング量に対する測定光の反射光の光量の割合を測定し、前記シアリング量から合焦の可否を判定してもよい。
【００８７】
（第７の実施の形態）
図２２は、本発明の第７の実施の形態に係る合焦装置を適用した顕微鏡装置の構成を示す図である。図２２において図２６、図１９と同一な部分には同符号を付し、その詳細な説明を省略する。図２２において、リニアスケール１２４は微分干渉用観察用プリズム１１９のシアリング量に対するプリズム１１９の位置を１ｕｍピッチで示すものである。また、判定器１２５はシアリング量に対する合焦可能な範囲を判定するものである。
【００８８】
はじめに、シアリング量に対する合焦可能範囲の設定動作について説明する。まず、微分干渉用プリズム１１９を光路上から外した状態で、基準サンプル等を用いて合焦動作を行なう。このときのＡ＋Ｂの値をＸとする。次に合焦位置をこの状態とし、微分干渉用プリズム１１９を光路上に挿入する。その後、シアリング量を変化させていき、シアリング量に対するＡ＋ＢすなわちＸの値の検出を行なう。
【００８９】
図２３は、シアリング量に対するＸの値の検出結果例を示す図である。図２３において、例えばＸ値が５％以上であるシアリングの範囲を合焦可能範囲Ｍとして、判定器１２５に記憶する。
【００９０】
図２４は、本合焦装置の動作手順を示すフローチャートである。以下、図２４を基に本合焦装置の動作手順を説明する。まずステップＳ１１で、微分干渉観察である場合、ステップＳ１２で、リニアスケール１２４により検出されたシアリング量が判定器１２５に送られる。次にステップＳ１３で、シアリング量が合焦可能範囲Ｍに入っていない場合は、ステップＳ１４で、自動的に一度合焦動作を中止し、プリズム駆動器１２２により微分干渉用プリズム１１９を光路上から外し、ステップＳ１５で、この状態で再び合焦動作を行なう。
【００９１】
そして合焦動作終了後、ステップＳ１６で、合焦位置をこの状態に固定したまま、ステップＳ１７で、再び微分干渉用プリズム１１９をプリズム駆動器１２２により光路上に挿入することで、微分干渉観察時における合焦観察が行なえるようになる。また、上記ステップＳ１１で微分観察でない場合、ステップＳ１８で通常の合焦動作を行ない、上記ステップＳ１３で、シアリング量が合焦可能範囲Ｍ内の位置であれば、ステップＳ１９で、通常の合焦動作を行なう。
【００９２】
以上のように本第７の実施の形態によれば、微分干渉観察時の合焦動作において、微分干渉用プリズムの影響で測定光が受光素子に返ってこないシアリング位置の場合でも、自動的に合焦動作を行なうことが可能となる。従って、微分干渉観察時においても良好な合焦観察を行なえる。
【００９３】
なお、前述した合焦可能範囲の設定動作は初期状態で一回行なうだけでなく、ユーザー等が設定できるようにしてもよい。また、設定範囲は対物レンズの倍率毎に複数設定してもよい。また、本例では合焦可能範囲Ｍから外れていたとき、微分干渉用プリズムを光路上から外す動作を行なう場合について述べたが、この動作は微分干渉用プリズムのシアリング量を合焦可能範囲Ｍに移動させる動作に置き換えてもよい。
【００９４】
（第８の実施の形態）
図２５は、本発明の第８の実施の形態に係る合焦装置を適用した顕微鏡装置の構成を示す図である。図２５において図２６、図１９、図２２と同一な部分には同符号を付し、その詳細な説明を省略する。図２５の合焦装置は、上記第７の実施の形態を瞳分割方式に適応したものである。
【００９５】
図２５において、遮蔽板１２６はレーザー光の半分を遮蔽し、遮蔽板１２７は反射光の半分を遮蔽する。また２分割受光素子１２８は、２分割フォトディテクタ等の素子である。この構成においても上記第７の実施の形態と同様に、合焦可能範囲Ｍの設定を行ない、微分干渉観察時において微分干渉用プリズム１１９のシアリング位置が合焦可能範囲Ｍに入っていない場合は、自動的に一度合焦動作を中止してプリズム駆動器１２２により微分干渉用プリズム１１９を光路上から外し、この状態で再び合焦動作を行なう。合焦動作終了後、合焦位置をこの状態に固定したまま、再びプリズム駆動器１２２により微分干渉用プリズム１１９を光路上に挿入することで、合焦観察を行なうことが可能になる。
【００９６】
なお、上記第６〜第８の実施の形態では、合焦方向を判定する手段としての光電変換素子が２個の場合、２分割受光素子の場合について述べたが、その数量はこれに限るものではない。また、駆動器１１５は対物レンズ１０６を光軸方向に駆動するものであってもよい。また合焦検出手段としては、上記第８の実施の形態で説明した方式に限らず、周知の他の方法に適応することができる。
【００９７】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、微分干渉観察時に良好な合焦検出が可能な合焦装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る自動焦点顕微鏡の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光を標本に照射した様子を表す光学系の立体図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る標本から反射されたレーザ光が２分割受光素子に導かれる経路を示す光学系の立体図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る微分干渉用プリズムのシアリング量による振動方向を示すモデル図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る微分干渉用プリズムのシアリング量による振動方向を示すモデル図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る微分干渉用プリズムのシアリング量による振動方向を示すモデル図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の係る自動焦点顕微鏡の構成を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の係るレーザ光を標本に照射した様子を表す光学系の立体図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の係る標本から反射されたレーザ光が２分割受光素子に導かれる経路を示す光学系の立体図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の係る自動焦点顕微鏡の構成を示す図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の係る偏光板の構成を示す図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の係るレーザ光を標本に照射した様子を表す光学系の立体図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の係る標本から反射されたレーザ光が２分割受光素子に導かれる経路を示す光学系の立体図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の係る微分干渉用プリズムのシアリング量による振動方向を示すモデル図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態の係る微分干渉用プリズムのシアリング量による振動方向を示すモデル図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の係る微分干渉用プリズムのシアリング量による振動方向を示すモデル図。
【図１７】本発明の第４の実施の形態の係る微分干渉用プリズムユニットの構成を示す図。
【図１８】本発明の第５の実施の形態の係る微分干渉用プリズムユニットの構成を示す図。
【図１９】本発明の第６の実施の形態に係る合焦装置を適用した顕微鏡装置の構成を示す図。
【図２０】本発明の第６の実施の形態に係る合焦装置の動作手順を示すフローチャート。
【図２１】本発明の第６の実施の形態に係る和信号を示す図。
【図２２】本発明の第７の実施の形態に係る合焦装置を適用した顕微鏡装置の構成を示す図。
【図２３】本発明の第７の実施の形態に係るシアリング位置に対するＸの値の検出結果例を示す図。
【図２４】本発明の第７の実施の形態に係る合焦装置の動作手順を示すフローチャート。
【図２５】本発明の第８の実施の形態に係る合焦装置を適用した顕微鏡装置の構成を示す図。
【図２６】従来例に係る合焦装置の構成を示す図。
【図２７】従来例に係る偏向ビームスプリッタから１／４波長板に入射する入射光と１／４波長板から偏向ビームスプリッタに入射する反射光の関係を示す図。
【図２８】従来例に係る第一の受光素子及び第二の受光素子から信号処理系に向けてそれぞれ送出される電気信号Ａ、Ｂの特性を示す図。
【図２９】従来例に係る誤差信号を示す図。
【図３０】従来例に係るレーザー光の振動方向を示した図。
【図３１】従来例に係るレーザー光の振動方向を示した図。
【図３２】従来例に係るレーザー光の振動方向を示した図。
【符号の説明】
１…レーザ光源
２…コリメートレンズ
３…遮蔽板
４…偏光ビームスプリッタ
５…特殊偏光ビームスプリッタ
６…レンズ
７…レンズ
８…１／４波長板
９…ダイクロイックミラー
１０…微分干渉用プリズム
１１…対物レンズ
１２…標本
１４…ミラー
１５…遮蔽板
１６…結像レンズ
１７…２分割受光素子
１８…遮蔽板
１９…結像レンズ
２０…２分割受光素子
３０…電導照準部
４１…信号処理系
５０…偏光ビームスプリッタ
５１…遮蔽板
５２…結像レンズ
５３…２分割受光素子
５５…ミラー
６０…落射照明用投光管
６１…光源
６２…投光レンズ
６３…ポラライザ
６４…焦点検出部
６５…鏡筒
６６…アナライザ
６７…ハーフミラー
７１…偏光板
７２…ミラー
７３…偏光板
７４…モータ
８１…微分干渉用プリズム
８２…プリズム枠
８３…枠
８４…ツマミネジ
８５…バネ
８６…リニアスケール
８７…透過センサー
８８…パルスモータ
８９…歯車
９０…リードネジ
９１…歯車
９２…センサ板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an autofocus microscope that focuses on a subject. Or The present invention relates to a focusing device used in an enlargement system optical instrument such as an optical measuring machine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, microscopes capable of automatic focusing have become indispensable for improving the throughput of inspection processes in the industrial field. Conventionally, the main spectroscopic methods for microscopes in this field were bright-field observation and dark-field observation, but differential interference due to the recent miniaturization and complication of the object to be detected (wafer, etc.) The demand for observation is also increasing.
[0003]
FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of a focusing device according to a conventional example. This focusing apparatus is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-25711, and irradiates measurement light onto the surface of the subject through an objective lens, and focuses the subject surface based on the reflected light. In this apparatus, the position of the stage 116 is moved by the driver 115 in order to make the distance between the objective lens and the subject (sample) variable in the optical axis direction (Z direction). In the figure, reference numeral 117 denotes an illumination light source for observation, and 118 denotes an observation optical path system.
[0004]
The laser beam emitted from the semiconductor laser 101 becomes parallel light by the collimator lens 102 and enters the polarization beam splitter 103. The laser beam reflected by the deflecting beam splitter 103 passes through the quarter-wave plate 104 and is then reflected by the dichroic mirror 105 that reflects only the wavelength component of the laser beam, and is reflected on the stage 116 via the objective lens 106. Is focused on the surface 107 of the subject. Then, the reflected light reflected by the object surface 107 is incident on the deflecting beam splitter 103 again through the objective lens 106, the quarter wavelength plate 104, and the like.
[0005]
27A and 27B are diagrams showing the relationship between incident light that enters the quarter-wave plate 104 from the deflecting beam splitter 103 and reflected light that enters the deflecting beam splitter 103 from the quarter-wave plate 104. FIG. It is. This figure shows the vibration direction of the laser beam, where (a) shows the incident light side and (b) shows the reflected light side. Further, the X axis indicates the passing direction component of the deflecting beam splitter 103, and the Y axis indicates the reflecting direction component of the deflecting beam splitter 103.
[0006]
As shown in FIGS. 27A and 27B, incident light that enters the quarter-wave plate 104 from the deflecting beam splitter 103, and reflected light that enters the deflecting beam splitter 103 from the quarter-wave plate 104, and Is the same as when passing through the quarter-wave plate 104 twice, and the incident linearly polarized light returns as linearly polarized light whose vibration direction is inclined by 90 degrees. Therefore, the reflected light passes through the deflecting beam splitter 103, then passes through the imaging lens 108, and is distributed in two directions by the beam splitter 109.
[0007]
One of the distributed light beams is applied to the first light receiving element 111 through the first diaphragm 110 disposed behind the focusing point P of the imaging lens 108 by a distance L. The other light beam is applied to the second light receiving element 113 via the second diaphragm 112 disposed in front of the focusing point Q of the imaging lens 104 by a distance L.
[0008]
Each of the first light receiving element 111 and the second light receiving element 113 generates an electrical signal corresponding to the amount of reflected light from the subject surface 107 that has received the light, and sends it to the signal processing system 114. The signal processing system 114 performs a predetermined calculation on each input signal, and outputs an error signal corresponding to the displacement of the subject surface 107.
[0009]
FIG. 28 is a diagram showing the characteristics of the electrical signals A and B sent from the first light receiving element 111 and the second light receiving element 113 to the signal processing system 114, respectively. Now, assuming that the electrical signals A and B are sent out, the signal processing system 114 calculates (A−B) / (A + B) as a signal for detecting the displacement of the subject surface 6 as shown in FIG. An error signal that is 0 at the focal point F is obtained. The driver 115 changes the distance between the objective lens 106 and the subject surface 107 relative to the optical axis direction so that the subject surface 107 comes to a position where the error signal becomes zero, and performs a focusing operation. .
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-217909 discloses a focusing device that does not use a polarizing optical system. In this apparatus, instead of using the polarization beam splitter described above, a mirror and a prism are used so that only half of the light beam from the light source (laser) passes and the return light is extracted by the light detection means.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
If differential interference observation is performed with the configuration of Japanese Patent Laid-Open No. 4-25711 shown in FIG. 26, the differential interference prism 119, the polarizer 120, and the analyzer 121 must be disposed. In this case, the laser light passes through the differential interference prism 119, and a phase difference is further added due to the influence of the shearing amount of the differential interference prism.
[0012]
For this reason, the relationship between the incident light incident on the quarter-wave plate 104 from the deflection beam splitter 103 and the reflected light incident on the deflection beam splitter 103 from the quarter-wave plate 104 is, for example, FIG. 30, FIG. As shown in FIG. 32, the light that should be linearly polarized light originally inclined by 90 degrees with respect to the incident light may become elliptical deflection or circular deflection. 30, FIG. 31 and FIG. 32 show the vibration direction of the laser light as in FIG. 27, where (a) shows the incident light side and (b) shows the reflected light side.
[0013]
Since only the X-axis component that can pass through the deflecting beam splitter 103 can be detected by the light receiving elements 111 and 113, the detection amount may be significantly reduced. For this reason, the problem that the focusing precision at the time of differential interference observation will deteriorate remarkably arises.
[0014]
Further, in the configuration of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-217909, the problem due to polarization can be avoided, but the reflected light from the optical member such as a lens in the focus detection unit enters the light detection means together with the light from the surface to be measured. Therefore, it becomes noise at the time of signal calculation, and the focus detection accuracy is remarkably deteriorated. That is, if focus detection is performed while performing differential interference observation with a conventional polarization optical system, focus detection cannot be performed or detection accuracy deteriorates due to the influence of a polarizing member, a quarter-wave plate, or the like. . In addition, in the system that does not use the polarization optical system, noise is added due to the influence of reflected light from an optical member such as an internal lens, and there is a problem that the detection accuracy in the bright field and the dark field is deteriorated before the differential interference observation. .
[0016]
Another object of the present invention is to provide a focusing device that can perform good focus detection during differential interference observation.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the purpose, Focusing device of the present invention Is configured as follows.
[0022]
(1) The focusing device of the present invention includes a light source that emits measurement light, an objective lens that focuses the measurement light emitted from the light source on a surface to be measured, and an image that forms an image of reflected light from the surface to be measured A lens, signal detection means for detecting the reflected light, focus detection means for detecting an error signal in the vicinity of the focal point of the measurement surface based on a signal detected by the signal detection means, the objective lens, and the objective lens A differential interference prism provided between the focusing lens and a drive unit that drives the differential interference prism according to a focus state based on a detection result of the focus detection unit. Yes.
[0023]
(2) The autofocus microscope of the present invention (1) above When the driving unit is a microscope and includes a determination unit that determines whether focusing is possible or not based on a ratio of the amount of the reflected light with respect to the shearing amount of the differential interference prism, and when the focusing unit is not focused, The differential interference prism is driven out of the optical path to perform in-focus determination. After being focused, the differential interference prism is driven to return to the optical path while maintaining the in-focus position.
[0024]
As a result of taking the above-mentioned means, the following effects are obtained.
[0029]
(1) According to the focusing device of the present invention, in the focusing operation at the time of differential interference observation, even if the measurement light does not return to the light receiving element due to the influence of the differential interference prism, it is automatically performed without bothering the user. Thus, it is possible to perform focusing operation, and it is possible to perform good focusing observation even during differential interference observation.
[0030]
(2) According to the focusing device of the present invention, in the focusing operation at the time of differential interference observation, the focusing operation is automatically performed even when the measurement light does not return to the light receiving element due to the influence of the differential interference prism. This makes it possible to perform good in-focus observation even during differential interference observation.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an autofocus microscope according to the first embodiment of the present invention. In the autofocus microscope, as shown in FIG. 1, P-polarized laser light emitted from a laser light source 1 is converted into parallel light by a collimator lens 2. The shielding plate 3 shields half of the parallel light flux. The polarizing beam splitter 4 is arranged so as to reflect half of the unshielded laser beam of the parallel beam by 90 °, that is, to reflect the P-polarized component and transmit the S-polarized component. A special polarization beam that allows the half of the laser beam to pass from the polarization beam splitter 4 toward the objective lens 11, reflects the P-polarized component of the return laser beam from the sample 12, and transmits the S-polarized component. A splitter 5 is arranged.
[0032]
The lens 6 and the lens 7 relay the laser beam, and the quarter wavelength plate 8 is provided so as to convert the relayed P-polarized beam into circularly polarized light. Further, the dichroic mirror 9 reflects only the wavelength range of the laser beam on the optical axis of the objective lens 11, and the objective lens 11 irradiates the sample 12 with the laser beam reflected by the dichroic mirror 9. Then, the reflected light reflected by the specimen 12 enters the imaging lens 19 again via the objective lens 11, the dichroic mirror 9, the quarter wavelength plate 8, the deflection beam splitter 4, and the like.
[0033]
The imaging lens 19 guides the S-wave component of the laser beam from the objective lens 11 to the two-divided light receiving element 20, and the shielding plate 18 removes a beam other than half of the laser beam from the imaging lens 19 and the objective lens 11. . The mirror 14 guides the P-wave component of the laser beam from the objective lens 11 to the two-divided light receiving element 17, and the shielding plate 15 removes a beam other than half of the laser beam from the objective lens 11.
[0034]
The signal processing system 41 is connected to the two-divided light receiving elements 17, 20, calculates signals obtained from the two-divided light receiving elements 17, 20, and drives and controls the electric sighting unit 30 to focus the sample 12. To match. Further, an epi-illumination projection tube 60 is provided between the dichroic mirror 9 and the objective lens 11, and a differential interference prism that can be sheared between the epi-illumination projection tube 60 and the objective lens 11 and is detachable. 10 is inserted.
[0035]
A light source 61, a light projecting lens 62, and a detachable polarizer 63 are inserted on the optical axis in the epi-illumination light projecting tube 60, and the light from the light source 61 is reflected to the optical axis of the objective lens 11. A half mirror 67 is provided. An detachable analyzer 66 is inserted on the optical axis between the focus detection unit 64 and the lens barrel 65.
[0036]
Next, the operation of the autofocus microscope configured as described above will be described. The P-polarized laser light emitted from the laser light source 1 is converted into parallel light by the collimating lens 2. This parallel light is halved by the shielding plate 3 and reflected by the polarization beam splitter 4. The reflected light passes through the special polarization beam splitter 5 and the relay lenses 6 and 7 and then passes through the quarter-wave plate 8 to change from linearly polarized light to circularly polarized light. The circularly polarized light is reflected by the dichroic mirror 9, passes through the half mirror 67, passes through the differential interference prism 10, and is irradiated onto the sample 12 by the objective lens 11.
[0037]
The laser beam reflected by the specimen 12 passes through the half light beam side opposite to that when irradiated, passes through the objective lens 11, the differential interference prism 10, and the half mirror 67, and is reflected by the dichroic mirror 9 again. This reflected light is changed from circularly polarized light to linearly polarized light again by the quarter wave plate 8, passes through the relay lenses 7 and 6, the P wave component is reflected by the special polarization beam splitter 5, and the S wave component is transmitted. To do.
[0038]
The laser beam reflected by the special polarization beam splitter 5 is reflected again by the mirror 14, and the light beam protruding from the half light beam generated by the step of the sample or the like is removed by the shielding plate 15. 17 is irradiated. On the other hand, the laser beam that has passed through the special polarizing beam splitter 5 passes through the polarizing beam splitter 4 and is reflected by the shielding plate 18 to remove the light beam that protrudes from the half light beam generated by the step of the sample or the like. Irradiated onto the two-divided light receiving element 20 by the image lens 19.
[0039]
The laser beams applied to these two two-divided light receiving elements 17 and 20 become output signals and are input to the signal processing system 41. These two signals are added in the signal processing system 41 and an operation is performed to determine the position of the measured surface of the sample 12. The signal processing system 41 outputs an instruction to the conduction sighting unit 30, thereby obtaining a focal point on the specimen 12.
[0040]
Next, a change in the vibration of the laser beam due to the shearing amount of the differential interference prism will be described.
[0041]
FIG. 2 is a three-dimensional view of an optical system showing a state in which a specimen is irradiated with laser light. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. In FIG. 2, the vibration direction after the laser beam emitted from the laser light source 1 is made parallel light by the collimator lens 2 is A, the vibration direction after passing through the polarization beam splitter 4 is B, and the quarter wavelength plate 8 The vibration direction after passing through is shown by C, and the vibration direction after passing through the differential interference prism 10 is shown by D.
[0042]
FIG. 3 is a three-dimensional view of the optical system showing a path through which the laser light reflected from the specimen is guided to the two-divided light receiving element. 3, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 3, the vibration direction after passing through the differential interference prism 10 is E, the vibration direction after passing through the quarter-wave plate 8 is F, and the vibration direction after passing through the special polarization beam splitter 5 is G, The direction of vibration after reflection is indicated by H.
[0043]
4, 5, and 6 are model diagrams illustrating vibration directions at points A to H illustrated in FIGS. 2 and 3, depending on the shearing amount of the differential interference prism 10. Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 6, three patterns indicating changes in the vibration direction depending on the shearing position of the differential interference prism 10 at points A to H will be described.
[0044]
First, FIG. 4 shows the case where the differential interference prism 10 is removed. The laser beam is P-polarized (Y) in A and B, and passes through the quarter-wave plate 8 in C. Thus, D and E are not changed as they are, and when they enter F, they pass through the quarter-wave plate 8 again, so that they become linearly polarized light inclined by 90 degrees from circularly polarized light, that is, S polarized light. Since only the S-polarized light component is obtained at F, the light passes through the special polarization beam splitter 5 and is also S-polarized light at G and can pass through the polarization beam splitter 4. No laser beam is guided to H.
[0045]
FIG. 5 shows a case where the differential interference prism 10 is inserted and the vibration direction at F becomes P-polarized light with a certain shearing amount, and the laser beam is P-polarized light at A and B as in FIG. In C, it becomes circularly polarized light. After that, the phase shifts due to the shearing position of the differential interference prism 10, which becomes S-polarized light at D, which is irradiated onto the sample 12 by the objective lens 11, and the reflected laser beam is shifted again by the differential interference prism 10, and circularly polarized at E become. At F, the light passes through the quarter-wave plate 8 again, so that only the P-polarized light is shifted by a quarter wavelength. Since the P-polarized light is reflected by the special polarization beam splitter 5, the laser beam is not transmitted to G, and the P-polarized laser beam is guided to H.
[0046]
FIG. 6 shows a case where the differential interference prism 10 is inserted and the vibration direction at F is circularly polarized at a certain shearing position. The laser beam is P-polarized in A and B as in FIGS. And C is circularly polarized light. After that, the phase shifts due to the shearing position of the differential interference prism 10, the D becomes an ellipse in the S polarization direction, the sample 12 is irradiated by the objective lens 11, and the reflected laser beam is shifted in phase again by the differential interference prism 10, E becomes S-polarized light. At F, the light passes through the quarter-wave plate 8 again, so that it is shifted by a quarter wavelength and becomes circularly polarized light. The special polarization beam splitter 5 divides the light into P-polarized light and S-polarized light. The P-polarized light is reflected and the S-polarized light is transmitted.
[0047]
As described above, according to the first embodiment, since the laser does not pass through the analyzer, a light amount loss due to the vibration direction can be avoided. In addition, the laser beam can be guided to either or both of the two split light receiving elements regardless of the vibration direction deviation caused by shearing of the differential interference prism, so that the focusing operation is ensured even during differential interference observation. It can be done. Further, since a polarization optical system is employed, noise of the optical system due to the lens or the like can be removed, and highly accurate detection can be performed.
[0048]
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an autofocus microscope according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same parts as those in FIG. FIG. 8 is a three-dimensional view of the optical system showing a state in which the sample is irradiated with laser light. FIG. 9 is a three-dimensional view of the optical system showing a path through which the laser light reflected from the sample is guided to the two-divided light receiving element.
[0049]
In the second embodiment, consideration is given to noise and error in the configuration shown in the first embodiment. The light receiving element is only the two-divided light receiving element 53 and is reflected by the special polarization beam splitter 5. As in the first embodiment, the mirror 14 is provided in the P-polarized light path. Thereafter, the polarizing beam splitter 50 is arranged so as to transmit P-polarized light and reflect S-polarized light, and a shielding plate 51 for removing light beams other than half of the laser light beam from the objective lens 11 is arranged on the optical axis. Has been. Further, an imaging lens 52 for irradiating the two-part light receiving element 53 with the laser beam is provided.
[0050]
On the other hand, the polarization beam splitter 4 is disposed in the S-polarization side optical path transmitted by the special polarization beam splitter 5, and a mirror 55 is provided at the tip thereof so as to be orthogonal to the polarization beam splitter 50 and coaxial with the P polarization side. ing. A signal processing system 41 that calculates a signal obtained from the two-divided light receiving element 53 and drives and controls the conductive sighting unit 30 so as to align the in-focus position with the sample 12 is connected to the two-divided light receiving element 53.
[0051]
With such a configuration, the P-wave component of the laser light is reflected by the special polarization beam splitter 5 and the S-wave component is transmitted. The reflected laser light is reflected again by the mirror 14, then passes through the polarization beam splitter 50, and the light beam protruding from the half light beam generated by the step of the sample or the like is removed by the shielding plate 51, and divided into two by the imaging lens 52. Irradiated onto the light receiving element 53. On the other hand, the laser beam that has passed through the special polarizing beam splitter 5 passes through the polarizing beam splitter 4 and then is reflected by the mirror 55, and the S-polarized light is reflected by the polarizing beam splitter 50. The light flux that protrudes from the light is removed by the shielding plate 51 and irradiated onto the two-divided light receiving element 53 by the imaging lens 52.
[0052]
The laser light applied to the two-divided light receiving element 53 becomes an output signal and is input to the signal processing system 41. The signal processing system 41 performs an operation on the input signal to determine the position of the measurement surface of the sample 12 and outputs an instruction to the conduction sighting unit 30, thereby obtaining a focal point on the sample 32.
[0053]
As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, since there is one two-divided light receiving element, it is necessary to consider the variation between the two divided light receiving elements. In addition, signal processing becomes simple and control becomes simple. In addition, since the laser light finally passes through the same optical path, there is no difference between the adjustment of the shielding plate and the adjustment of the imaging lens, and the detection accuracy is improved.
[0054]
(Third embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an autofocus microscope according to the third embodiment of the present invention. 10, the same parts as those in FIGS. 1 and 7 are denoted by the same reference numerals.
[0055]
As shown in FIG. 10, the autofocus microscope converts P-polarized laser light emitted from the laser light source 1 into parallel light by the collimator lens 2. The shielding plate 3 shields half of the parallel light flux. The polarizing plate 71 is arranged so that the P-polarized light component is transmitted and the S-polarized light component is blocked so as to transmit half the unshielded laser light beam. On the optical axis in the direction of the objective lens 11 from the polarizing plate 71, a mirror 72 is disposed that passes the half laser beam and reflects the return laser beam from the specimen 12.
[0056]
The lenses 6 and 7 relay the laser beam, and the quarter-wave plate 8 is provided so as to convert the relayed P-polarized beam into circularly polarized light. Further, the dichroic mirror 9 reflects only the wavelength range of the laser beam on the optical axis of the objective lens 11, and the objective lens 11 irradiates the sample 12 with the laser beam reflected by the dichroic mirror 9. Further, in order to guide the laser beam reflected from the specimen 12 to the two-divided light receiving element 20, the mirror 72 and the mirror 14 for folding the laser beam reflected by the mirror 72 by 90 ° are arranged. A polarizing plate 73, a shielding plate 18, and an imaging lens 19 are provided between the mirror 14 and the two-divided light receiving element 20. The shielding plate 18 removes light beams other than half of the laser light beam reflected from the imaging lens 19 and the sample 12.
[0057]
The signal processing system 41 is connected to the two-divided light receiving element 20, calculates the signal output obtained from the two-divided light receiving element 20, and drives and controls the electric sighting unit 30 to adjust the sample 12 to the in-focus position. In addition, there is an epi-illumination projection tube 60 between the dichroic mirror 9 and the objective lens 11. The epi-illumination projection tube 60 and the objective lens 11 are detachable and detachable. Further, the presence or absence of a shearing operation is detected. A differential interference prism 10 having a function capable of being inserted is inserted.
[0058]
A light source 61, a light projecting lens 62, and a detachable polarizer 63 are inserted on the optical axis in the epi-illumination light projecting tube 60, and the light from the light source 61 is reflected to the optical axis of the objective lens 11. A half mirror 67 is provided. An detachable analyzer 66 is inserted on the optical axis between the focus detection unit 64 and the lens barrel 65.
[0059]
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the polarizing plate 73. As shown in FIG. 11, the polarizing element 731 is fixed to a pulley frame 732, and the pulley frame 732 is fitted to the frame 733 so as to be able to rotate and slide. A timing belt 734 is hung on the outer periphery of the pulley frame 732, and a pulley 735 attached to the rotation shaft of the motor 74 is engaged with the timing belt 734. In this way, the polarizing plate 73 whose vibration direction is variable by the rotation of the motor 74 is configured.
[0060]
Next, the operation of the autofocus microscope configured as described above will be described. The P-polarized laser light emitted from the laser light source 1 is converted into parallel light by the collimating lens 2. The parallel light is halved by the shielding plate 3, and only the P-polarized light component is transmitted by the polarizing plate 71, passes through the relay lenses 6 and 7, then passes through the quarter-wave plate 8, and is converted from linearly polarized light to circular light. Become polarized. The circularly polarized light is reflected by the dichroic mirror 9, passes through the half mirror 67, passes through the differential interference prism 10, and is irradiated onto the sample 12 by the objective lens 11.
[0061]
The laser beam reflected by the specimen 12 passes through the half light beam side opposite to that when irradiated, passes through the objective lens 11, the differential interference prism 10, and the half mirror 67, and is reflected again by the dichroic mirror 9. The reflected light is changed from circularly polarized light to linearly polarized light again by the quarter wavelength plate 8, passes through the relay lenses 7 and 6, and is reflected by the mirror 72.
[0062]
The laser beam reflected by the mirror 72 is reflected again by the mirror 14 and passes through the polarizing plate 73. Note that the shearing amount of the differential interference prism 10 is transmitted in advance to the signal processing system 41, and the amount of light on the two-divided light receiving element 20 is maximized in the polarizing plate 73 depending on the presence or absence of the shearing operation of the differential interference prism 10. It is rotated by a motor 74 or the like in the vibration direction. In the laser light transmitted through the polarizing plate 73, a light beam protruding from a half light beam generated by a step such as a specimen is removed by the shielding plate 18, and is irradiated onto the two-divided light receiving element 20 by the imaging lens 19.
[0063]
The laser light applied to the two-divided light receiving element 20 becomes an output signal and is input to the signal processing system 41. The signal processing system 41 performs an operation on the signal to determine the position of the measurement target surface of the sample 12 and outputs an instruction to the electric sighting unit 30, whereby the focal point of the sample 12 is obtained.
[0064]
Next, a change in the vibration of the laser beam due to the shearing amount of the differential interference prism will be described.
[0065]
FIG. 12 is a three-dimensional view of an optical system showing a state in which a specimen is irradiated with laser light. In FIG. 12, the same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 12, the laser beam emitted from the laser light source 1 is converted into parallel light by the collimating lens 2, the vibration direction after passing through the shielding plate 3 and the polarizing plate 71 is A, and after passing through the quarter wavelength plate 8. Is indicated by B, and the vibration direction after passing through the differential interference prism 10 is indicated by C.
[0066]
FIG. 13 is a three-dimensional view of the optical system showing a path through which the laser light reflected from the specimen is guided to the two-divided light receiving element. In FIG. 13, the same parts as those in FIGS. 10 and 12 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 13, the vibration direction after passing through the differential interference prism 10 is indicated by D, the vibration direction after mirror reflection is indicated by E, and the vibration direction after passing through the polarizing plate 73 is indicated by F.
[0067]
14, 15, and 16 are model diagrams illustrating vibration directions at points A to F illustrated in FIGS. 12 and 13, depending on the shearing amount of the differential interference prism 10. Hereinafter, with reference to FIGS. 14 to 16, three patterns indicating changes in the vibration direction depending on the shearing position of the differential interference prism 10 at each point A to F will be described.
[0068]
First, FIG. 14 shows the case where the differential interference prism 10 is removed or the case where the shearing amount does not affect the vibration direction. A is P-polarized light (Y), and B is the quarter-wave plate 8. Since it passes through, it changes from linearly polarized light to circularly polarized light. In C and D, it does not change as it is, and when it enters E, it passes through the quarter wave plate 8 again. Further, the polarizing plate 73 can pass through F by adjusting the vibration direction so as to transmit S-polarized light.
[0069]
FIG. 15 shows a case in which the differential interference prism 10 is inserted and the vibration direction at E becomes P-polarized light with a certain shearing amount. As in FIG. 14, A is P-polarized light and B is circularly polarized light. After that, the phase shifts due to shearing of the differential interference prism 10, which becomes S-polarized light at C, the sample 12 is irradiated by the objective lens 11, and the reflected laser beam is shifted in phase again by the differential interference prism 10, and circularly polarized at D become. When it becomes E, it passes through the quarter wavelength plate 8 again, so that it is shifted by a quarter wavelength and becomes only P-polarized light. In this case, the polarizing plate 73 can pass through F by adjusting the vibration direction so as to transmit the P-polarized light.
[0070]
FIG. 16 shows a case in which the differential interference prism 10 is inserted, and the vibration direction at E becomes circularly polarized light with a certain shearing amount. Like FIG. 14 and FIG. Circularly polarized light. Thereafter, the phase shifts due to the shearing position of the differential interference prism 10, becomes an ellipse in the S polarization direction at C, the sample 12 is irradiated by the objective lens 11, and the reflected laser beam is shifted in phase again by the differential interference prism 10, D becomes S-polarized light. At E, the light passes through the quarter-wave plate 8 again, so that it is shifted by a quarter wavelength and becomes circularly polarized light. In this case as well, the polarizing plate 73 can pass to F by adjusting the vibration direction so as to transmit both the P-polarized light component and the S-polarized light component.
[0071]
As described above, according to the third embodiment, since the laser does not pass through the analyzer, a light amount loss due to the vibration direction can be avoided. Further, since all the laser beams can be guided regardless of the deviation of the vibration direction caused by the shearing of the differential interference prism, the focusing operation can be surely performed even during differential interference observation. Further, since a polarization optical system is employed, noise of the optical system due to the lens or the like can be removed, and highly accurate detection can be performed.
[0072]
(Fourth embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a differential interference prism unit used in place of the differential interference prism 10 in the autofocus microscope according to the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is a specific implementation of the third embodiment.
[0073]
The differential interference prism 81 is fixed to a prism frame 82, and the prism frame 82 is slidably mounted inside the frame 83. The frame 83 has a threaded portion (not shown) so that the prism frame 82 can be screwed and pushed in the lateral direction by a knob screw 84. Further, a spring 85 is provided between the frame 83 and the prism frame 82 so that the prism frame 82 returns in conjunction with the knob screw 84 when the knob screw 84 is pulled.
[0074]
A linear scale 86 is attached to the frame 83, and a transmission sensor 87 is attached to the corresponding position of the prism frame 82. The signal obtained by the transmission sensor 87 is processed by the signal processing system 41. The polarizing plate 73 is provided with a sensor that recognizes the rotational position.
[0075]
By making such a configuration, shearing can be performed by screwing or pulling the knob screw 84, the amount of which is read by the linear scale 86 and the transmission sensor 87, and the polarizing plate stored in advance in the signal processing system 41. 73 is converted into the optimum vibration direction and rotation amount of 73 and is actually driven.
[0076]
As described above, according to the fourth embodiment, in addition to the effects of the third embodiment, the rotation speed of the polarizing plate can be adjusted quickly, so that the focusing speed increases. Further, since the shearing amount can be accurately recognized and the rotation of the polarizing plate can be accurately adjusted, the focusing accuracy can be further improved.
[0077]
(Fifth embodiment)
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a differential interference prism unit used in place of the differential interference prism 10 in an autofocus microscope according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 18, the same parts as those in FIG. The fifth embodiment embodies the third embodiment, and is a modification of the fourth embodiment.
[0078]
The differential interference prism 81 is fixed to a prism frame 82, and the prism frame 82 is slidably mounted inside the frame 83. Further, the rotation of the pulse motor 88 causes the gear 83 attached to the tip of the frame 83 and the gear 91 provided at the end of the lead screw 90 to mesh with each other to rotate, and the prism frame 82 can be screwed and pushed laterally. Thus, a screw part (not shown) is configured. Further, a spring 85 is provided between the frame 83 and the prism frame 82 so that when the lead screw 90 is pulled, the prism frame 82 returns in conjunction with it.
[0079]
A sensor plate 92 is attached to the frame 83, and a transmission sensor 87 is attached to a corresponding position of the prism frame 82. The signal obtained by the transmission sensor 87 is processed by the signal processing system 41. The polarizing plate 73 is provided with a sensor that recognizes the rotational position.
[0080]
With such a configuration, shearing can be performed by rotating the pulse motor 88 and screwing or pulling the lead screw 90. Further, the origin position is detected by the sensor plate 92 and the transmission sensor 87, the amount of shearing is counted from the origin by the number of pulses of the pulse motor 88, and the amount of the polarizing plate 73 stored in advance in the signal processing system 41. It is converted into the optimum amount of rotation and actually driven.
[0081]
As described above, according to the fifth embodiment, in addition to the effects of the third and fourth embodiments, the change in shearing amount can be automated without using a knob or the like, thereby improving the throughput. Can do. Moreover, since it is not necessary to arrange the operation unit above the specimen, it is possible to prevent generation of dust due to the operation.
[0082]
(Sixth embodiment)
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a microscope apparatus to which the focusing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention is applied. 19, the same parts as those in FIG. 26 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 19, a prism driver 122 is means for driving the differential interference prism 119, and has a function of taking the differential interference prism 119 in and out of the optical path. The determiner 123 determines whether or not the value of A + B has reached the threshold value T during differential interference observation.
[0083]
FIG. 20 is a flowchart showing an operation procedure of the focusing apparatus. Hereinafter, an operation procedure of the focusing apparatus will be described with reference to FIG. First, when differential interference observation is performed in step S1, a focusing operation is performed in step S2. In the focusing operation, as usual, the signal processing system 114 calculates (A−B) / (A + B) for the reflected light of the measurement light, and becomes 0 at the focal point F as shown in FIG. An error signal is determined. Then, a focusing operation is performed by driving the stage 116 relative to the objective lens 106 in the optical axis direction so that the subject surface 107 comes to a position where the error signal becomes zero.
[0084]
Next, in step S3, the determiner 123 determines whether or not the value of A + B exceeds the threshold value T as shown in FIG. If it does not exceed the value, the differential interference prism 119 does not obtain a signal necessary for focusing determination, so the focusing operation is once stopped. In step S4, the differential interference prism 119 is removed from the optical path by the prism driver 122. In step S5, the focusing operation is performed again in this state.
[0085]
After the focusing operation is completed, the differential interference prism 119 is inserted again into the optical path by the prism driver 122 in step S7 while the focus position is fixed in this state in step S6. In-focus observation can be performed. If the differential observation is not performed in step S1, the normal focusing operation is performed in step S8. If the value of A + B exceeds the threshold value T in step S3, the normal focusing operation is performed in step S9.
[0086]
As described above, according to the sixth embodiment, even when the measurement light does not return to the light receiving element due to the influence of the differential interference prism in the focusing operation during differential interference observation, the user's hand is bothered. Thus, it is possible to automatically perform the focusing operation. Therefore, good in-focus observation can be performed even during differential interference observation. In this example, the case where the threshold value T is one has been described. However, the threshold value may be set for each objective lens. In addition, a shearing amount detection unit (not shown) that detects the shearing amount of the differential interference prism 119 is provided, and in the signal processing system 114, the ratio of the amount of reflected light of the measurement light to the shearing amount detected in advance by the shearing amount detection unit And determining whether or not focusing is possible from the amount of shearing.
[0087]
(Seventh embodiment)
FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a microscope apparatus to which the focusing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention is applied. 22, the same parts as those in FIGS. 26 and 19 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 22, a linear scale 124 indicates the position of the prism 119 with respect to the shearing amount of the differential interference observation prism 119 at a 1 μm pitch. The determination unit 125 determines a focusable range with respect to the shearing amount.
[0088]
First, the setting operation of the focusable range with respect to the shearing amount will be described. First, a focusing operation is performed using a reference sample or the like with the differential interference prism 119 removed from the optical path. Let X be the value of A + B at this time. Next, the in-focus position is set to this state, and the differential interference prism 119 is inserted into the optical path. Thereafter, the shearing amount is changed, and the value of A + B, that is, X is detected with respect to the shearing amount.
[0089]
FIG. 23 is a diagram illustrating a detection result example of the value of X with respect to the shearing amount. In FIG. 23, for example, a shearing range where the X value is 5% or more is stored in the determiner 125 as a focusable range M.
[0090]
FIG. 24 is a flowchart showing an operation procedure of the focusing apparatus. Hereinafter, the operation procedure of the focusing apparatus will be described with reference to FIG. First, in the case of differential interference observation in step S11, the shearing amount detected by the linear scale 124 is sent to the determiner 125 in step S12. Next, if the shearing amount is not within the focusable range M in step S13, the focusing operation is automatically stopped once in step S14, and the prism 119 for differential interference is moved from the optical path by the prism driver 122. In step S15, the focusing operation is performed again in this state.
[0091]
After the focusing operation is completed, the differential interference prism 119 is inserted again into the optical path by the prism driver 122 in step S17 while the focus position is fixed in this state in step S16. In-focus observation can be performed. If differential observation is not performed in step S11, a normal focusing operation is performed in step S18. If the shearing amount is a position within the focusable range M in step S13, normal focusing is performed in step S19. Perform the action.
[0092]
As described above, according to the seventh embodiment, in the focusing operation at the time of differential interference observation, even in the case of the shearing position where the measurement light does not return to the light receiving element due to the influence of the differential interference prism, it is automatically performed. A focusing operation can be performed. Therefore, good in-focus observation can be performed even during differential interference observation.
[0093]
Note that the above-described focusing range setting operation is not limited to being performed once in the initial state, but may be set by the user or the like. A plurality of setting ranges may be set for each magnification of the objective lens. Further, in this example, the case where the operation of removing the differential interference prism from the optical path when it is out of the focusable range M has been described, but this operation sets the shearing amount of the differential interference prism to the focusable range M. It may be replaced with an operation of moving to.
[0094]
(Eighth embodiment)
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a microscope apparatus to which the focusing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention is applied. In FIG. 25, the same parts as those in FIGS. 26, 19, and 22 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The focusing device in FIG. 25 is an adaptation of the seventh embodiment to the pupil division method.
[0095]
In FIG. 25, the shielding plate 126 shields half of the laser light, and the shielding plate 127 shields half of the reflected light. The two-divided light receiving element 128 is an element such as a two-divided photodetector. Also in this configuration, as in the seventh embodiment, the focusable range M is set, and the differential interference prism 119 is not in the focusable range M during differential interference observation. Then, the focusing operation is automatically stopped once, and the differential interference prism 119 is removed from the optical path by the prism driver 122, and the focusing operation is performed again in this state. After the focusing operation is completed, focusing observation can be performed by inserting the differential interference prism 119 into the optical path again by the prism driver 122 while the focusing position is fixed in this state.
[0096]
In the above sixth to eighth embodiments, the case where there are two photoelectric conversion elements as means for determining the in-focus direction has been described for the case of a two-divided light receiving element, but the number is limited to this. is not. The driver 115 may drive the objective lens 106 in the optical axis direction. The focus detection means is not limited to the method described in the eighth embodiment, and can be applied to other known methods.
[0097]
In addition, this invention is not limited only to each said embodiment, In the range which does not change a summary, it can deform | transform suitably and can be implemented.
[0098]
【The invention's effect】
According to the present invention, during differential interference observation Focusing device capable of good focus detection Can provide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an autofocus microscope according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a three-dimensional view of an optical system showing a state in which a sample is irradiated with laser light according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a three-dimensional view of an optical system showing a path through which laser light reflected from a sample according to the first embodiment of the present invention is guided to a two-divided light receiving element.
FIG. 4 is a model diagram showing a vibration direction according to a shearing amount of the differential interference prism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a model diagram showing a vibration direction according to a shearing amount of the differential interference prism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a model diagram showing a vibration direction according to a shearing amount of the differential interference prism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an autofocus microscope according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a three-dimensional view of an optical system showing a state in which a sample is irradiated with laser light according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a three-dimensional view of an optical system showing a path through which laser light reflected from a specimen according to a second embodiment of the present invention is guided to a two-divided light receiving element.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an autofocus microscope according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a polarizing plate according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a three-dimensional view of an optical system showing a state in which a sample is irradiated with laser light according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a three-dimensional view of an optical system showing a path through which laser light reflected from a sample according to a third embodiment of the present invention is guided to a two-divided light receiving element.
FIG. 14 is a model diagram showing a vibration direction according to a shearing amount of a differential interference prism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a model diagram showing a vibration direction according to a shearing amount of a differential interference prism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a model diagram showing a vibration direction according to a shearing amount of a differential interference prism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a differential interference prism unit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a differential interference prism unit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a microscope apparatus to which a focusing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention is applied.
FIG. 20 is a flowchart showing an operation procedure of the focusing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing a sum signal according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a microscope apparatus to which a focusing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention is applied.
FIG. 23 is a diagram showing an example of a detection result of the value of X with respect to the shearing position according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a flowchart showing an operation procedure of the focusing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a microscope apparatus to which a focusing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention is applied.
FIG. 26 is a diagram showing a configuration of a focusing device according to a conventional example.
FIG. 27 is a diagram showing a relationship between incident light incident on a quarter-wave plate from a deflection beam splitter according to a conventional example and reflected light incident on a deflection beam splitter from the quarter-wave plate.
FIG. 28 is a diagram showing characteristics of electric signals A and B respectively sent from the first light receiving element and the second light receiving element according to the conventional example toward the signal processing system.
FIG. 29 is a diagram showing an error signal according to a conventional example.
FIG. 30 is a diagram showing a vibration direction of laser light according to a conventional example.
FIG. 31 is a diagram showing a vibration direction of a laser beam according to a conventional example.
FIG. 32 is a diagram showing a vibration direction of a laser beam according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser light source
2 ... Collimating lens
3 ... Shield plate
4 ... Polarizing beam splitter
5 ... Special polarization beam splitter
6 ... Lens
7 ... Lens
8 ... 1/4 wavelength plate
9 ... Dichroic mirror
10 ... prism for differential interference
11 ... Objective lens
12 ... Sample
14 ... Mirror
15 ... Shield plate
16 ... Imaging lens
17 ... Two-divided light receiving element
18 ... Shield plate
19 ... imaging lens
20... Two-divided light receiving element
30 ... Conducting sighting part
41. Signal processing system
50: Polarizing beam splitter
51 ... Shielding plate
52 ... Imaging lens
53... Two-divided light receiving element
55 ... Mirror
60 ... Floodlight for epi-illumination
61 ... Light source
62 ... Projection lens
63 ... Polarizer
64: Focus detection unit
65 ... Tube
66 ... Analyzer
67 ... Half Mirror
71 ... Polarizing plate
72 ... Mirror
73 ... Polarizing plate
74 ... Motor
81. Differential interference prism
82 ... Prism frame
83 ... Frame
84 ... Knob screw
85 ... Spring
86 ... Linear scale
87 ... Transmission sensor
88 ... Pulse motor
89 ... Gear
90 ... Lead screw
91 ... Gear
92 ... sensor plate

Claims

A light source that emits measurement light;
An objective lens for condensing the measurement light emitted from the light source on the surface to be measured;
An imaging lens for imaging the reflected light from the surface to be measured;
Signal detection means for detecting the reflected light;
Focus detection means for detecting an error signal in the vicinity of the focal point of the measurement surface based on the signal detected by the signal detection means;
A differential interference prism provided between the objective lens and the imaging lens;
Driving means for driving the differential interference prism according to the in-focus state based on the detection result by the focus detection means;
A focusing device characterized by comprising:

The drive unit includes a determination unit that determines whether focusing is possible based on a ratio of the amount of the reflected light with respect to a shearing amount of the differential interference prism, and when the focus is not focused by the determination unit, the differential interference prism 2. The in-focus state is determined by driving out of the optical path, and after the in-focus state is maintained, the in-focus position is maintained and the differential interference prism is driven back into the optical path. Focusing device .