JPH05203445A - 共焦点型焦点位置検出装置 - Google Patents
共焦点型焦点位置検出装置Info
- Publication number
- JPH05203445A JPH05203445A JP8368392A JP8368392A JPH05203445A JP H05203445 A JPH05203445 A JP H05203445A JP 8368392 A JP8368392 A JP 8368392A JP 8368392 A JP8368392 A JP 8368392A JP H05203445 A JPH05203445 A JP H05203445A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- focus position
- confocal
- optical system
- sample
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 画像処理装置の自動焦点合わせを高速化でき
る共焦点型焦点位置検出装置、あるいは試料面の凹凸を
短時間で測定できる共焦点型焦点位置検出装置を提供す
ることにある。 【構成】 光ファイバーを利用する共焦点型焦点位置検
出装置において、光ファイバー９の端面６をアクチュエ
ータ８によって光軸方向に高速で往復移動させ、試料２
表面の共焦点光学系１の焦点位置からのずれを表す高周
波誤差信号を光検出器１４ａに発生させる。また同時に
端面６を光軸に垂直な面内で走査させ、試料２表面上で
光のスポットを走査させる。
る共焦点型焦点位置検出装置、あるいは試料面の凹凸を
短時間で測定できる共焦点型焦点位置検出装置を提供す
ることにある。 【構成】 光ファイバーを利用する共焦点型焦点位置検
出装置において、光ファイバー９の端面６をアクチュエ
ータ８によって光軸方向に高速で往復移動させ、試料２
表面の共焦点光学系１の焦点位置からのずれを表す高周
波誤差信号を光検出器１４ａに発生させる。また同時に
端面６を光軸に垂直な面内で走査させ、試料２表面上で
光のスポットを走査させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像計測装置の自動焦
点合わせ機構に組み込まれる共焦点型焦点位置検出装置
に関するものである。また試料面の表面形状、段差等を
測定する共焦点型焦点位置検出装置に関するものであ
る。
点合わせ機構に組み込まれる共焦点型焦点位置検出装置
に関するものである。また試料面の表面形状、段差等を
測定する共焦点型焦点位置検出装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、共焦点型焦点位置検出装置は、例
えば、特開平３−８７８０４号公報に示されるようなス
キャニング共焦点顕微鏡などに組み込まれている。その
構成は、光ファイバーに光を入射させる入射光学系と、
光ファイバー端面から出射する光を試料面上に集光させ
ると同時に試料面上からの反射光を前記光ファイバー端
面に集光させ、光ファイバーに戻す共焦点型光学系と、
その戻り光の一部または全部を前記光ファイバーから取
り出す分岐光学系と、その取り出された光を光検出器で
電気信号に変換し信号処理する電気系とから成り、分岐
光学系から取り出される光量に基づいて、共焦点型光学
系の焦点位置に対する試料面のずれを検出している。
えば、特開平３−８７８０４号公報に示されるようなス
キャニング共焦点顕微鏡などに組み込まれている。その
構成は、光ファイバーに光を入射させる入射光学系と、
光ファイバー端面から出射する光を試料面上に集光させ
ると同時に試料面上からの反射光を前記光ファイバー端
面に集光させ、光ファイバーに戻す共焦点型光学系と、
その戻り光の一部または全部を前記光ファイバーから取
り出す分岐光学系と、その取り出された光を光検出器で
電気信号に変換し信号処理する電気系とから成り、分岐
光学系から取り出される光量に基づいて、共焦点型光学
系の焦点位置に対する試料面のずれを検出している。
【０００３】このような共焦点型焦点位置検出装置、ま
たは光ファイバーを使用しないタイプの共焦点型焦点位
置検出装置においても、試料面が共焦点光学系の焦点位
置に対して、共焦点光学系から離れる方向にあるのか、
近づく方向にあるのかを判断するために、試料か共焦点
光学系に含まれる対物レンズのどちらかを光軸方向へ沿
って往復移動させ、焦点位置からのずれを表す誤差信号
を発生させる必要がある。従来は、共焦点光学系に含ま
れる対物レンズを微小な振幅で往復移動させる方式が多
かった。
たは光ファイバーを使用しないタイプの共焦点型焦点位
置検出装置においても、試料面が共焦点光学系の焦点位
置に対して、共焦点光学系から離れる方向にあるのか、
近づく方向にあるのかを判断するために、試料か共焦点
光学系に含まれる対物レンズのどちらかを光軸方向へ沿
って往復移動させ、焦点位置からのずれを表す誤差信号
を発生させる必要がある。従来は、共焦点光学系に含ま
れる対物レンズを微小な振幅で往復移動させる方式が多
かった。
【０００４】また、共焦点型焦点位置検出装置で試料面
の表面形状、段差等を測定する場合には、従来は、試料
面を光軸に垂直な面内で走査させる方式が多かった。同
時に試料か共焦点光学系に含まれる対物レンズのどちら
かを光軸方向へ移動させ、連続して焦点合わせを行い、
その移動量を記録して試料表面の表面形状、段差等を測
定していた。
の表面形状、段差等を測定する場合には、従来は、試料
面を光軸に垂直な面内で走査させる方式が多かった。同
時に試料か共焦点光学系に含まれる対物レンズのどちら
かを光軸方向へ移動させ、連続して焦点合わせを行い、
その移動量を記録して試料表面の表面形状、段差等を測
定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料あ
るいは共焦点光学系に含まれる対物レンズの慣性力のた
めに振動周波数を上げることが困難で、したがって焦点
位置検出の応答速度を上げることが困難であった。
るいは共焦点光学系に含まれる対物レンズの慣性力のた
めに振動周波数を上げることが困難で、したがって焦点
位置検出の応答速度を上げることが困難であった。
【０００６】また、表面形状を測定する場合には、試料
を支持し、走査させる移動台の慣性力のために走査速度
を上げることが困難で、測定に長い時間を要した。
を支持し、走査させる移動台の慣性力のために走査速度
を上げることが困難で、測定に長い時間を要した。
【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは焦点位
置検出の応答速度の早い共焦点型焦点位置検出装置を提
供することにある。また、走査速度が速く、短時間で表
面形状を測定できる共焦点型焦点位置検出装置を提供す
ることにある。
になされたものであり、その目的とするところは焦点位
置検出の応答速度の早い共焦点型焦点位置検出装置を提
供することにある。また、走査速度が速く、短時間で表
面形状を測定できる共焦点型焦点位置検出装置を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、光ファイバーに光を入射させる入射光
学系と、光ファイバー端面から出射する光を試料面上に
集光させると同時に試料面上からの反射光を前記光ファ
イバー端面に集光させ、光ファイバーに戻す共焦点型光
学系と、その戻り光の一部または全部を前記光ファイバ
ーから取り出す分岐光学系と、その取り出された光を光
検出器で電気信号に変換し信号処理する電気系を有し、
分岐光学系から取り出される光量に基づいて、共焦点型
光学系の焦点位置に対する試料面のずれを検出する共焦
点型焦点位置検出装置において、共焦点型光学系に面す
る光ファイバー端面が、光軸方向に往復移動させられる
積層圧電等のアクチュエータ手段を備えることを特徴と
している。また、前記の構成に加えて、光ファイバー端
面を光軸に垂直な面内で走査させ、試料面上に集光され
る光の位置を走査させるようにした手段を備えることを
特徴としている。
に、本発明では、光ファイバーに光を入射させる入射光
学系と、光ファイバー端面から出射する光を試料面上に
集光させると同時に試料面上からの反射光を前記光ファ
イバー端面に集光させ、光ファイバーに戻す共焦点型光
学系と、その戻り光の一部または全部を前記光ファイバ
ーから取り出す分岐光学系と、その取り出された光を光
検出器で電気信号に変換し信号処理する電気系を有し、
分岐光学系から取り出される光量に基づいて、共焦点型
光学系の焦点位置に対する試料面のずれを検出する共焦
点型焦点位置検出装置において、共焦点型光学系に面す
る光ファイバー端面が、光軸方向に往復移動させられる
積層圧電等のアクチュエータ手段を備えることを特徴と
している。また、前記の構成に加えて、光ファイバー端
面を光軸に垂直な面内で走査させ、試料面上に集光され
る光の位置を走査させるようにした手段を備えることを
特徴としている。
【０００９】
【作用】上記の構成を有する本発明の共焦点型焦点位置
検出装置においては、光ファイバーの振動させられる部
分の質量は極めて小さく、アクチュエータにかかる負荷
を非常に小さくできるので、光ファイバー端面を高速で
往復移動、つまり高周波振動させることが容易にでき
る。これにより、共焦点光学系の焦点位置に対する試料
面のずれを表す高周波誤差信号を発生できるので、焦点
位置検出の応答速度を速くできる。
検出装置においては、光ファイバーの振動させられる部
分の質量は極めて小さく、アクチュエータにかかる負荷
を非常に小さくできるので、光ファイバー端面を高速で
往復移動、つまり高周波振動させることが容易にでき
る。これにより、共焦点光学系の焦点位置に対する試料
面のずれを表す高周波誤差信号を発生できるので、焦点
位置検出の応答速度を速くできる。
【００１０】また、同様にアクチュエータにかかる負荷
を非常に小さくできるので、光ファイバー端面を光軸に
垂直な面内で高速で走査できる。これにより、試料を直
接走査することなく、試料面上に集光される光の位置が
走査されるので、走査速度を従来よりも速くできる。
を非常に小さくできるので、光ファイバー端面を光軸に
垂直な面内で高速で走査できる。これにより、試料を直
接走査することなく、試料面上に集光される光の位置が
走査されるので、走査速度を従来よりも速くできる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１２】図１は、本発明の共焦点型焦点位置検出装
置を備え、自動的に焦点合わせが行われる画像処理装置
を示す図である。
置を備え、自動的に焦点合わせが行われる画像処理装置
を示す図である。
【００１３】共焦点型焦点位置検出装置は、半導体レー
ザや発光ダイオードなどの光源１３と集光レンズ１２を
含み光を光ファイバー９に入射させる入射光学系１１
と、２本の光ファイバー間の漏れ光の部分結合を利用し
て光を分岐し、同時に試料２の表面からの反射光の一部
を光検出器１４ａに導く分岐光学系１０と、一方が入射
光学系１１に固定され、途中分岐光学系１０につなが
り、もう一方が機枠１６に固定され、余長部７を介して
光ファイバー端面６がアクチュエータ８に固定されてい
る光ファイバー９と、光ファイバー端面６から出射され
る発散光を平行光にする集光レンズ５と、半透鏡４と、
光を試料２の表面に集光する対物レンズ３とからなり、
同時に反射光を再び光ファイバー端面６に集光し光ファ
イバー９に戻す共焦点光学系１と、戻された反射光のう
ち分岐光学系１０で一部取り出された光を電気信号に変
換する光検出器１４ａと、その電気信号の信号処理回路
１４ｂを含む電気系１４と、光ファイバー端面６を矢印
で示す光軸方向へ高速で往復移動、つまり高周波振動さ
せるアクチュエータ８と、アクチュエータ８を駆動する
と同時に駆動信号の一部を参照信号１５として信号処理
回路１４ｂに送るアクチュエータ駆動回路２５とから構
成されている。
ザや発光ダイオードなどの光源１３と集光レンズ１２を
含み光を光ファイバー９に入射させる入射光学系１１
と、２本の光ファイバー間の漏れ光の部分結合を利用し
て光を分岐し、同時に試料２の表面からの反射光の一部
を光検出器１４ａに導く分岐光学系１０と、一方が入射
光学系１１に固定され、途中分岐光学系１０につなが
り、もう一方が機枠１６に固定され、余長部７を介して
光ファイバー端面６がアクチュエータ８に固定されてい
る光ファイバー９と、光ファイバー端面６から出射され
る発散光を平行光にする集光レンズ５と、半透鏡４と、
光を試料２の表面に集光する対物レンズ３とからなり、
同時に反射光を再び光ファイバー端面６に集光し光ファ
イバー９に戻す共焦点光学系１と、戻された反射光のう
ち分岐光学系１０で一部取り出された光を電気信号に変
換する光検出器１４ａと、その電気信号の信号処理回路
１４ｂを含む電気系１４と、光ファイバー端面６を矢印
で示す光軸方向へ高速で往復移動、つまり高周波振動さ
せるアクチュエータ８と、アクチュエータ８を駆動する
と同時に駆動信号の一部を参照信号１５として信号処理
回路１４ｂに送るアクチュエータ駆動回路２５とから構
成されている。
【００１４】なお、アクチュエータ８が請求項１に記載
の光ファイバー端面を光軸方向に移動させるアクチュエ
ータ手段に相当し、例えば積層圧電アクチュエータ等に
より構成される。
の光ファイバー端面を光軸方向に移動させるアクチュエ
ータ手段に相当し、例えば積層圧電アクチュエータ等に
より構成される。
【００１５】一方、画像処理装置は、照明光学系と撮影
光学系と画像データ処理系を含む画像処理部２８と、共
焦点型焦点位置検出装置と画像処理装置の光軸を結合す
る半透鏡４と、試料２を載せ、電気系１４から焦点ずれ
信号１９を受けて、その信号を打ち消すように図１の矢
印で示す光軸方向へ試料２を上下させるＺ方向移動台２
７と、その駆動回路２６から構成されている。尚、対物
レンズ３は照明光学系と撮影光学系の一部でもある。ま
た、画像処理部２８と共焦点光学系１が支持されている
機枠１６は、図示されない支持台に固定されている。
光学系と画像データ処理系を含む画像処理部２８と、共
焦点型焦点位置検出装置と画像処理装置の光軸を結合す
る半透鏡４と、試料２を載せ、電気系１４から焦点ずれ
信号１９を受けて、その信号を打ち消すように図１の矢
印で示す光軸方向へ試料２を上下させるＺ方向移動台２
７と、その駆動回路２６から構成されている。尚、対物
レンズ３は照明光学系と撮影光学系の一部でもある。ま
た、画像処理部２８と共焦点光学系１が支持されている
機枠１６は、図示されない支持台に固定されている。
【００１６】次に、共焦点型焦点位置検出装置による自
動焦点合わせの動作を図１乃至図５を参照して説明す
る。
動焦点合わせの動作を図１乃至図５を参照して説明す
る。
【００１７】入射光学系１１により光ファイバー９に入
射された光は、分岐光学系１０でその一部が失われた
後、光ファイバー端面６から出射され、共焦点光学系１
によって、試料２の表面に集光される。図１の実線で示
した状態は、試料２の表面が対物レンズ１３の焦点位置
にある場合であり、この時反射された光は共焦点光学系
１を通って、光ファイバー端面６に最も効率良く戻さ
れ、分岐光学系１０で分岐されて、電気系１４の光検出
器１４ａで検出される。しかし、試料２の表面が焦点位
置にない場合には、光ファイバー端面６に集光される光
のスポット径が大きくなるので、光ファイバー９に戻さ
れる光量が減少する。このため、焦点位置からのずれに
対する光検出器１４ａの出力は図２に示したような正規
関数状の挙動を示す。
射された光は、分岐光学系１０でその一部が失われた
後、光ファイバー端面６から出射され、共焦点光学系１
によって、試料２の表面に集光される。図１の実線で示
した状態は、試料２の表面が対物レンズ１３の焦点位置
にある場合であり、この時反射された光は共焦点光学系
１を通って、光ファイバー端面６に最も効率良く戻さ
れ、分岐光学系１０で分岐されて、電気系１４の光検出
器１４ａで検出される。しかし、試料２の表面が焦点位
置にない場合には、光ファイバー端面６に集光される光
のスポット径が大きくなるので、光ファイバー９に戻さ
れる光量が減少する。このため、焦点位置からのずれに
対する光検出器１４ａの出力は図２に示したような正規
関数状の挙動を示す。
【００１８】ところで、ここで光ファイバー端面６が共
焦点光学系１側に近づくと、対物レンズ３で集光される
集光点の位置が、図１に破線で示したように、試料２の
内部にでき、逆に光ファイバー端面６が共焦点光学系１
から離れると、集光点は試料２の外部にできる。それぞ
れの場合、反射光が最も光ファイバー９に戻されるの
は、試料２の表面が集光点に来た場合であるので、試料
２の表面の焦点位置からのずれに対する光検出器１４ａ
の出力の挙動は図３に示したようになる。そこで、光フ
ァイバー端面６を、図４（ａ）のように、周波数ｆ0で
往復移動、つまり振動させると、試料２の表面が焦点位
置にある場合には、図４の（ｂ）のように２倍の周波数
ｆ0×２の信号が光検出器１４ａより得られる。試料２
の表面が焦点位置より上、例えば図３のＡで示す位置に
ある場合には、図４（ｃ）のように周波数ｆ0の同位相
の信号が光検出器１４ａより得られる。試料２の表面が
焦点位置より下、例えば図３のＢで示す位置にある場合
には、図４（ｄ）のように周波数ｆ0の逆位相の信号が
光検出器１４ａより得られる。
焦点光学系１側に近づくと、対物レンズ３で集光される
集光点の位置が、図１に破線で示したように、試料２の
内部にでき、逆に光ファイバー端面６が共焦点光学系１
から離れると、集光点は試料２の外部にできる。それぞ
れの場合、反射光が最も光ファイバー９に戻されるの
は、試料２の表面が集光点に来た場合であるので、試料
２の表面の焦点位置からのずれに対する光検出器１４ａ
の出力の挙動は図３に示したようになる。そこで、光フ
ァイバー端面６を、図４（ａ）のように、周波数ｆ0で
往復移動、つまり振動させると、試料２の表面が焦点位
置にある場合には、図４の（ｂ）のように２倍の周波数
ｆ0×２の信号が光検出器１４ａより得られる。試料２
の表面が焦点位置より上、例えば図３のＡで示す位置に
ある場合には、図４（ｃ）のように周波数ｆ0の同位相
の信号が光検出器１４ａより得られる。試料２の表面が
焦点位置より下、例えば図３のＢで示す位置にある場合
には、図４（ｄ）のように周波数ｆ0の逆位相の信号が
光検出器１４ａより得られる。
【００１９】そこで、図４（ａ）のように得られた信号
と、図４（ｂ）乃至（ｄ）のように得られた信号との電
気的な積をとって、その結果が０のときは焦点位置にあ
り、正のときは焦点位置より上にずれている、負ときは
の焦点位置より下にずれていると判定されるわけであ
る。
と、図４（ｂ）乃至（ｄ）のように得られた信号との電
気的な積をとって、その結果が０のときは焦点位置にあ
り、正のときは焦点位置より上にずれている、負ときは
の焦点位置より下にずれていると判定されるわけであ
る。
【００２０】前記の信号処理は一般に位相弁別検波法と
呼ばれる。その方式の信号処理回路を含む電気系１４と
アクチュエータ駆動回路２５の主要部分を図５に示す。
アクチュエータ駆動回路２５内の周波数ｆ0の発信器２
５ａの信号は増幅器２５ｂで増幅され図１のアクチュエ
ータ８を駆動するが、信号の一部は参照信号１５として
電気系１４内の信号処理回路１４ｂ内の位相弁別検波部
に送られる。一方、光検出器１４ａの信号は、周波数ｆ
0の同調増幅器で増幅され、周波数ｆ0の帯域濾波器を通
され、位相弁別検波部に入力される。ここで前記の発信
器２５ａの信号との電気的なかけ算が行われた後、低域
濾波器を通されて、前記の０、正、負の焦点ずれ信号１
９が生成される。この焦点ずれ信号１９は、移動台駆動
回路２６に送られ、Ｚ方向移動台２７はこの焦点ずれ信
号１９が０になる方向に動かされ、０になったときに画
像処理部２８が画像データを取得するわけである。
呼ばれる。その方式の信号処理回路を含む電気系１４と
アクチュエータ駆動回路２５の主要部分を図５に示す。
アクチュエータ駆動回路２５内の周波数ｆ0の発信器２
５ａの信号は増幅器２５ｂで増幅され図１のアクチュエ
ータ８を駆動するが、信号の一部は参照信号１５として
電気系１４内の信号処理回路１４ｂ内の位相弁別検波部
に送られる。一方、光検出器１４ａの信号は、周波数ｆ
0の同調増幅器で増幅され、周波数ｆ0の帯域濾波器を通
され、位相弁別検波部に入力される。ここで前記の発信
器２５ａの信号との電気的なかけ算が行われた後、低域
濾波器を通されて、前記の０、正、負の焦点ずれ信号１
９が生成される。この焦点ずれ信号１９は、移動台駆動
回路２６に送られ、Ｚ方向移動台２７はこの焦点ずれ信
号１９が０になる方向に動かされ、０になったときに画
像処理部２８が画像データを取得するわけである。
【００２１】次に、この動作を数式を使って説明する。
説明を簡単にするために、図２の正規関数状の光検出器
１４ａの信号を次に示す数１の余弦関数Ｓ０ように表す
ことができるものとする。
説明を簡単にするために、図２の正規関数状の光検出器
１４ａの信号を次に示す数１の余弦関数Ｓ０ように表す
ことができるものとする。
【００２２】
【数１】
【００２３】ここで、光ファイバー端面６を周波数ｆ0
の正弦関数で往復移動、つまり振動させると、次に示す
数２で表される電気信号Ｓ１が光検出器１４ａより発生
する。
の正弦関数で往復移動、つまり振動させると、次に示す
数２で表される電気信号Ｓ１が光検出器１４ａより発生
する。
【００２４】
【数２】
【００２５】この信号が同調増幅器で周波数ｆ0付近の
周波数が強調されて増幅され、周波数ｆ0の帯域濾波器
を通されると、上記した数２で表されるＳ１のＤＣ成分
と周波数ｆ0の高調波成分が除去されて、周波数ｆ0の成
分だけが通される。この信号は、参照信号１５との積が
とられ、次に示す数３に表されるような電気信号Ｓ２と
さる。
周波数が強調されて増幅され、周波数ｆ0の帯域濾波器
を通されると、上記した数２で表されるＳ１のＤＣ成分
と周波数ｆ0の高調波成分が除去されて、周波数ｆ0の成
分だけが通される。この信号は、参照信号１５との積が
とられ、次に示す数３に表されるような電気信号Ｓ２と
さる。
【００２６】
【数３】
【００２７】次に低域濾波器を通されて変動成分が除去
されて、次に示す数４で表される電気信号Ｓ３となる。
されて、次に示す数４で表される電気信号Ｓ３となる。
【００２８】
【数４】
【００２９】上記した数４から試料２の表面が焦点位置
（Ｚ＝０）にある場合、信号Ｓ３も０になることがわか
る。また、正弦関数が一次関数で近似される領域では、
次に示す数５に示すように、電気信号Ｓ４は、ずれの量
に比例するので、電気信号Ｓ４から直接ずれの量を読み
取ることも可能である。
（Ｚ＝０）にある場合、信号Ｓ３も０になることがわか
る。また、正弦関数が一次関数で近似される領域では、
次に示す数５に示すように、電気信号Ｓ４は、ずれの量
に比例するので、電気信号Ｓ４から直接ずれの量を読み
取ることも可能である。
【００３０】
【数５】
【００３１】応答速度を速くするには、低域濾波器の通
過帯域を広げることが必要であるが、上記した数３から
わかるように、そのためには振動の周波数ｆ0を高くし
なければならない。本発明では、図１からわかるよう
に、アクチュエータ８にかかる負荷が非常に小さいの
で、往復移動、つまり振動の周波数ｆ0をを容易に高く
でき、応答速度の速い焦点位置検出装置の提供が可能と
なった。
過帯域を広げることが必要であるが、上記した数３から
わかるように、そのためには振動の周波数ｆ0を高くし
なければならない。本発明では、図１からわかるよう
に、アクチュエータ８にかかる負荷が非常に小さいの
で、往復移動、つまり振動の周波数ｆ0をを容易に高く
でき、応答速度の速い焦点位置検出装置の提供が可能と
なった。
【００３２】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の実施例においては前述実施例に共通する部分
には同一の符号を付けて説明を省略する。
お、以下の実施例においては前述実施例に共通する部分
には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００３３】図６は、請求項２に記載された共焦点型焦
点位置検出装置の一例を示すもので、光ファイバー端面
６は、第１の実施例と同じく アクチュエータ８で光軸
方向へ往復移動される他に、それぞれ、アクチュエータ
８と同様な構成のアクチュエータ１７及び１８で光軸と
垂直な面内で変位させられる。なお、３つのアクチュエ
ータ８と１７及び１８の光ファイバーを支持していない
方の端部は、機枠１６に固定されている。また、アクチ
ュエータ１７及び１８が請求項２に記載の光ファイバー
端面を光軸に垂直な面内で走査させるアクチュエータ手
段に相当する。この場合、図１に於てＺ方向移動台２７
は固定されていて、図７に示すように、電気系１４から
の焦点ずれ信号１９はアクチュエータ駆動回路２５に送
られ、アクチュエータ８を往復移動、つまり振動させる
正弦関数の振動電圧に重畳される直流電圧を決めるのに
使われる。光ファイバー端面６がアクチュエータ１７及
び１８によってラスタースキャン式に走査されると、図
８に示すように、対物レンズ３で集光される光のスポッ
トも焦点位置の面内でラスタースキャン式に走査され
る。
点位置検出装置の一例を示すもので、光ファイバー端面
６は、第１の実施例と同じく アクチュエータ８で光軸
方向へ往復移動される他に、それぞれ、アクチュエータ
８と同様な構成のアクチュエータ１７及び１８で光軸と
垂直な面内で変位させられる。なお、３つのアクチュエ
ータ８と１７及び１８の光ファイバーを支持していない
方の端部は、機枠１６に固定されている。また、アクチ
ュエータ１７及び１８が請求項２に記載の光ファイバー
端面を光軸に垂直な面内で走査させるアクチュエータ手
段に相当する。この場合、図１に於てＺ方向移動台２７
は固定されていて、図７に示すように、電気系１４から
の焦点ずれ信号１９はアクチュエータ駆動回路２５に送
られ、アクチュエータ８を往復移動、つまり振動させる
正弦関数の振動電圧に重畳される直流電圧を決めるのに
使われる。光ファイバー端面６がアクチュエータ１７及
び１８によってラスタースキャン式に走査されると、図
８に示すように、対物レンズ３で集光される光のスポッ
トも焦点位置の面内でラスタースキャン式に走査され
る。
【００３４】試料２の表面の光が照射される場所が、図
４の実線で示すように、たまたま焦点位置にあれば、反
射光は光ファイバー９に最も良く戻される。しかし、図
８の破線で示すように、もしずれていれば、０でないず
れの信号１９が電気系１４からアクチュエータ駆動回路
２５に送られ、それを打ち消すようにアクチュエータ８
に直流電圧が加えられるので、ずれの信号１９は０に戻
される。ラスタースキャン式に走査しながら各位置でア
クチュエータ８に加えられる直流電圧をサンプリングし
て、試料２の表面のＺ方向の凹凸が測定され方式であ
る。また、試料２の表面が高度の研磨面で、凹凸が非常
に小さい場合には、前述したように、電気系１４から出
るずれの信号は凹凸の量に比例するので、アクチュエー
タ８に直流電圧を加えず、ラスタースキャン式に走査し
ながら各位置で焦点ずれの信号１９をサンプリングし
て、試料２の表面のＺ方向の凹凸が測定される。
４の実線で示すように、たまたま焦点位置にあれば、反
射光は光ファイバー９に最も良く戻される。しかし、図
８の破線で示すように、もしずれていれば、０でないず
れの信号１９が電気系１４からアクチュエータ駆動回路
２５に送られ、それを打ち消すようにアクチュエータ８
に直流電圧が加えられるので、ずれの信号１９は０に戻
される。ラスタースキャン式に走査しながら各位置でア
クチュエータ８に加えられる直流電圧をサンプリングし
て、試料２の表面のＺ方向の凹凸が測定され方式であ
る。また、試料２の表面が高度の研磨面で、凹凸が非常
に小さい場合には、前述したように、電気系１４から出
るずれの信号は凹凸の量に比例するので、アクチュエー
タ８に直流電圧を加えず、ラスタースキャン式に走査し
ながら各位置で焦点ずれの信号１９をサンプリングし
て、試料２の表面のＺ方向の凹凸が測定される。
【００３５】従来は、図１のＺ方向移動台２７の他に、
光軸に垂直な面内のＸ軸とＹ軸の移動台が追加され、試
料２を直接走査していた。このため、移動台の慣性力等
の影響で、高速に走査することは不可能で、測定に時間
がかかった。本発明によれば、前述したよいうに、アク
チュエータ８と１７及び１８にかかる負荷が小さいの
で、高速に走査でき、測定時間を短くすることが可能に
なった。
光軸に垂直な面内のＸ軸とＹ軸の移動台が追加され、試
料２を直接走査していた。このため、移動台の慣性力等
の影響で、高速に走査することは不可能で、測定に時間
がかかった。本発明によれば、前述したよいうに、アク
チュエータ８と１７及び１８にかかる負荷が小さいの
で、高速に走査でき、測定時間を短くすることが可能に
なった。
【００３６】本発明は以上詳述した実施例に限定される
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々
の変更を加えることができる。
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々
の変更を加えることができる。
【００３７】例えば、図１では、２本並べられた光ファ
イバーの戻り光の部分結合による分岐光学系を用いてい
るが、図９に示すように２個の偏光ビームスプリッター
２０及び２１と偏波面を４５度回転させるファラデーロ
ーテータ２２を組み合わせた分岐光学系を用いることも
可能である。この分岐光学系は光アイソレータの機能も
兼ねるので、光源１３として半導体レーザを使用する場
合には、戻り光による半導体レーザの不安定性を回避で
き、適している。
イバーの戻り光の部分結合による分岐光学系を用いてい
るが、図９に示すように２個の偏光ビームスプリッター
２０及び２１と偏波面を４５度回転させるファラデーロ
ーテータ２２を組み合わせた分岐光学系を用いることも
可能である。この分岐光学系は光アイソレータの機能も
兼ねるので、光源１３として半導体レーザを使用する場
合には、戻り光による半導体レーザの不安定性を回避で
き、適している。
【００３８】また、図１の共焦点光学系は、平行光が入
射するとき無収差で光が集光されるように設計された無
限遠補正対物レンズを用いているが、そうでない有限遠
補正対物レンズを用いても共焦点光学系は構成できる。
射するとき無収差で光が集光されるように設計された無
限遠補正対物レンズを用いているが、そうでない有限遠
補正対物レンズを用いても共焦点光学系は構成できる。
【００３９】また、図１では焦点合わせをするのに試料
２を直接光軸方向へ移動させているが、試料２は固定し
て、機枠１６を光軸方向へ移動させても良い。
２を直接光軸方向へ移動させているが、試料２は固定し
て、機枠１６を光軸方向へ移動させても良い。
【００４０】また、図１のアクチュエータ８は積層圧電
の他にムービングマグネット、ムービングコイル、磁歪
素子等でも良い。
の他にムービングマグネット、ムービングコイル、磁歪
素子等でも良い。
【００４１】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実
施することができる。
者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実
施することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明によれば、共焦点光学系の焦点位置に対する試料面
のずれを表す誤差信号を高周波で発生できるので、焦点
位置検出の応答速度を速くできる。
発明によれば、共焦点光学系の焦点位置に対する試料面
のずれを表す誤差信号を高周波で発生できるので、焦点
位置検出の応答速度を速くできる。
【００４３】また、試料を直接走査することなく、試料
面上に集光される光の位置が走査されるので、走査速度
を従来よりも速くできる。
面上に集光される光の位置が走査されるので、走査速度
を従来よりも速くできる。
【図１】本発明の共焦点型焦点位置検出装置を備えた画
像処理装置を示す構成図である。
像処理装置を示す構成図である。
【図２】光ファイバー端面が静止しているときの試料の
位置による光検出器の出力を示すグラフである。
位置による光検出器の出力を示すグラフである。
【図３】光ファイバー端面が移動したときの試料の位置
による光検出器の出力を示すグラフである。
による光検出器の出力を示すグラフである。
【図４】位相弁別検波法による焦点位置ずれの検出方法
を説明するグラフである。
を説明するグラフである。
【図５】位相弁別検波法による焦点位置ずれの検出方法
を説明する回路構成図である。
を説明する回路構成図である。
【図６】本発明の他の実施例を説明する構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を説明する回路構成図であ
る。
る。
【図８】本発明の光のスポットの走査方法を説明する模
式図である。
式図である。
【図９】本発明の分岐光学系の別の実施例を示す構成図
である。
である。
１ 共焦点光学系 ２ 試料 ６ 光ファイバー端面 ８ アクチュエータ手段 １０ 分岐光学系 １１ 入射光学系 １４ 電気系 １７ アクチュエータ手段 １８ アクチュエータ手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 7/28
Claims (2)
- 【請求項１】 光ファイバーに光を入射させる入射光学
系と、 光ファイバー端面から出射する光を試料面上に集光させ
ると同時に該試料面上からの反射光を前記光ファイバー
端面に集光させ、該光ファイバーに戻す共焦点型光学系
と、 前記戻り光の一部または全部を前記光ファイバーから取
り出す分岐光学系と、 前記取り出し光を光検出器で電気信号に変換し信号処理
する電気系を有し、 前記分岐光学系から取り出される光量に基づいて、前記
共焦点型光学系の焦点位置に対する前記試料面のずれを
検出する共焦点型焦点位置検出装置において、 前記共焦点型光学系に面する前記光ファイバー端面を光
軸方向に移動させるアクチュエータ手段を備えたことを
特徴とする共焦点型焦点位置検出装置。 - 【請求項２】 前記光ファイバー端面を光軸に垂直な面
内で走査させる手段を備えた請求項１に記載の共焦点型
焦点位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8368392A JPH05203445A (ja) | 1991-11-28 | 1992-04-06 | 共焦点型焦点位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-314487 | 1991-11-28 | ||
| JP31448791 | 1991-11-28 | ||
| JP8368392A JPH05203445A (ja) | 1991-11-28 | 1992-04-06 | 共焦点型焦点位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203445A true JPH05203445A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=26424718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8368392A Pending JPH05203445A (ja) | 1991-11-28 | 1992-04-06 | 共焦点型焦点位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05203445A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999063387A1 (en) * | 1998-06-02 | 1999-12-09 | Science Applications International Corporation | Method and apparatus for controlling the focus of a read/write head for an optical scanner |
| JP2001272606A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Olympus Optical Co Ltd | 照明光学系及び照明光学系を備えた顕微鏡 |
| JP2002267933A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ顕微鏡 |
| JP2006220953A (ja) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Olympus Corp | レーザ光照射装置およびレーザ光照射装置付顕微鏡装置 |
| JP2009063446A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置 |
| JP2009080502A (ja) * | 2008-12-05 | 2009-04-16 | Carl Zeiss Jena Gmbh | 走査ユニット付き顕微鏡における放射を走査ヘッドに結合するための配置およびその操作方法 |
| JP2010127920A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Disco Abrasive Syst Ltd | エッジ検出装置およびレーザ加工装置 |
| JP4806194B2 (ja) * | 2002-12-20 | 2011-11-02 | マウナ ケア テクノロジーズ | 集積化走査式ミニチュア型共焦点光学ヘッドおよび同ヘッドを用いた共焦点イメージング装置 |
| JP2020091220A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | オリンパス株式会社 | 光プローブ、光学変位計、および表面形状測定機 |
-
1992
- 1992-04-06 JP JP8368392A patent/JPH05203445A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999063387A1 (en) * | 1998-06-02 | 1999-12-09 | Science Applications International Corporation | Method and apparatus for controlling the focus of a read/write head for an optical scanner |
| JP2001272606A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Olympus Optical Co Ltd | 照明光学系及び照明光学系を備えた顕微鏡 |
| JP4671463B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2011-04-20 | オリンパス株式会社 | 照明光学系及び照明光学系を備えた顕微鏡 |
| JP2002267933A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ顕微鏡 |
| JP4806194B2 (ja) * | 2002-12-20 | 2011-11-02 | マウナ ケア テクノロジーズ | 集積化走査式ミニチュア型共焦点光学ヘッドおよび同ヘッドを用いた共焦点イメージング装置 |
| JP2006220953A (ja) * | 2005-02-10 | 2006-08-24 | Olympus Corp | レーザ光照射装置およびレーザ光照射装置付顕微鏡装置 |
| JP2009063446A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置 |
| JP2010127920A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Disco Abrasive Syst Ltd | エッジ検出装置およびレーザ加工装置 |
| JP2009080502A (ja) * | 2008-12-05 | 2009-04-16 | Carl Zeiss Jena Gmbh | 走査ユニット付き顕微鏡における放射を走査ヘッドに結合するための配置およびその操作方法 |
| JP2020091220A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | オリンパス株式会社 | 光プローブ、光学変位計、および表面形状測定機 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH03291614A (ja) | 共焦点走査型顕微鏡 | |
| JPH09166485A (ja) | 光学装置 | |
| JP2000275027A (ja) | スリット共焦点顕微鏡とそれを用いた表面形状計測装置 | |
| EP0283256A2 (en) | Scanning optical microscope | |
| JPH05203445A (ja) | 共焦点型焦点位置検出装置 | |
| JP2007248168A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH06137864A (ja) | 共焦点型焦点位置検出装置 | |
| JPH04157415A (ja) | 共焦点走査型干渉顕微鏡 | |
| JP2663195B2 (ja) | 共焦点走査型顕微鏡 | |
| JPH05224127A (ja) | 共焦点走査型微分干渉顕微鏡 | |
| JP2004102228A (ja) | 合焦装置及び変位センサ並びに共焦点顕微鏡 | |
| JP2998333B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP2660612B2 (ja) | 走査幅検出装置および走査型顕微鏡の倍率表示装置 | |
| JPH05127089A (ja) | 走査型顕微鏡 | |
| JP2950004B2 (ja) | 共焦点レーザ顕微鏡 | |
| JPH05296842A (ja) | 偏光共焦点走査顕微鏡 | |
| US10564181B2 (en) | Atomic force microscope with optical guiding mechanism | |
| JP2690120B2 (ja) | 光走査装置 | |
| JPH0553059A (ja) | 共焦点走査型顕微鏡 | |
| JP2631774B2 (ja) | 走査型顕微鏡 | |
| JP2613130B2 (ja) | 共焦点走査型位相差顕微鏡 | |
| JP2631779B2 (ja) | 走査型顕微鏡 | |
| JPH0545588A (ja) | 走査型顕微鏡 | |
| KR100961881B1 (ko) | 광섬유를 이용한 공초점 현미경 | |
| JPH05313087A (ja) | 走査始点検出装置 |