JPH08334700A - 光学顕微鏡における焦点検出装置及びその設計方法 - Google Patents
光学顕微鏡における焦点検出装置及びその設計方法Info
- Publication number
- JPH08334700A JPH08334700A JP13919595A JP13919595A JPH08334700A JP H08334700 A JPH08334700 A JP H08334700A JP 13919595 A JP13919595 A JP 13919595A JP 13919595 A JP13919595 A JP 13919595A JP H08334700 A JPH08334700 A JP H08334700A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- condensing
- focal length
- laser light
- objective
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Focusing (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学顕微鏡における自動焦点検出装置を形成
する各集光手段の焦点距離を決定するに際して、合理的
な設計を行なう。 【構成】 本発明は、レーザ光を第１の集光点に集光す
る焦点距離がｆ1 の第１集光レンズと、第１の集光点に
集光されたレーザ光の発散光をコリメートする焦点距離
がｆ0 の第２集光レンズと、レーザ光を対物レンズに導
き入れる導入光学系と、レーザ光を第２の集光点に集光
する焦点距離がｆ2 の第３集光レンズとを備えた光学顕
微鏡における焦点検出装置において、第１集光レンズ、
第２集光レンズ、第３集光レンズが所定の条件式を満た
した光学顕微鏡における焦点検出装置である。
する各集光手段の焦点距離を決定するに際して、合理的
な設計を行なう。 【構成】 本発明は、レーザ光を第１の集光点に集光す
る焦点距離がｆ1 の第１集光レンズと、第１の集光点に
集光されたレーザ光の発散光をコリメートする焦点距離
がｆ0 の第２集光レンズと、レーザ光を対物レンズに導
き入れる導入光学系と、レーザ光を第２の集光点に集光
する焦点距離がｆ2 の第３集光レンズとを備えた光学顕
微鏡における焦点検出装置において、第１集光レンズ、
第２集光レンズ、第３集光レンズが所定の条件式を満た
した光学顕微鏡における焦点検出装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡における焦
点検出装置及びその設計方法に係わり、特に、瞳分割方
式のアクティブ型焦点検出装置及びその設計方法に関す
る。
点検出装置及びその設計方法に係わり、特に、瞳分割方
式のアクティブ型焦点検出装置及びその設計方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の光学顕微鏡におけるアク
ティブ型自動焦点検出装置の構成を示す図である。同図
に示すように、レーザ出射手段１から出射したレーザビ
ームは、コリメータレンズ２を介して光軸に平行な光束
とされた後、光路中に配置された遮蔽板３によって平行
光束の半分が遮断される。
ティブ型自動焦点検出装置の構成を示す図である。同図
に示すように、レーザ出射手段１から出射したレーザビ
ームは、コリメータレンズ２を介して光軸に平行な光束
とされた後、光路中に配置された遮蔽板３によって平行
光束の半分が遮断される。
【０００３】そして、残りの半分の平行光束は、偏向ビ
ームスプリッタ４によって、反射され、１／４波長板５
を介して、集光レンズ６によって、結像レンズ８の像側
焦点位置Ｐに集光される。
ームスプリッタ４によって、反射され、１／４波長板５
を介して、集光レンズ６によって、結像レンズ８の像側
焦点位置Ｐに集光される。
【０００４】さらに、この光線は特定波長域の光のみを
反射するダイクロイックミラー７によって反射され結像
レンズ８、対物レンズ９を順に介して、被検査体が載置
された被測定面１０上に集光されるようになっている。
反射するダイクロイックミラー７によって反射され結像
レンズ８、対物レンズ９を順に介して、被検査体が載置
された被測定面１０上に集光されるようになっている。
【０００５】また、被測定面１０に載置された被検査体
にて反射した反射光は、対物レンズ９、結像レンズ８を
順に介してダイクロイックミラー７に入射される。この
入射光のうち、ダイクロイックミラー７を通過した光
は、接岸レンズ１５を介して観察されるとともに、ダイ
クロイックミラー７で反射させられた前記特定波長域の
光は、集光レンズ６、１／４波長板５を順に介して平行
光とされ、偏向ビームスプリッタ４を通過する。
にて反射した反射光は、対物レンズ９、結像レンズ８を
順に介してダイクロイックミラー７に入射される。この
入射光のうち、ダイクロイックミラー７を通過した光
は、接岸レンズ１５を介して観察されるとともに、ダイ
クロイックミラー７で反射させられた前記特定波長域の
光は、集光レンズ６、１／４波長板５を順に介して平行
光とされ、偏向ビームスプリッタ４を通過する。
【０００６】この偏向ビームスプリッタ４を通過した平
行光は、遮蔽板１１、集光レンズ１２を介して、集光レ
ンズ１２の集光位置Ｑに配置された二分割受光素子１３
に集光される。
行光は、遮蔽板１１、集光レンズ１２を介して、集光レ
ンズ１２の集光位置Ｑに配置された二分割受光素子１３
に集光される。
【０００７】この二分割受光素子１３は、光電変換素子
であり、被測定面１０からの反射光をこれに対応した
Ａ，Ｂ二つの電気信号に変換した後、各々を信号処理系
１４に送出する。そして、この信号処理系１４におい
て、所定の演算を行ない、被測定面１０の変位信号を得
ている。
であり、被測定面１０からの反射光をこれに対応した
Ａ，Ｂ二つの電気信号に変換した後、各々を信号処理系
１４に送出する。そして、この信号処理系１４におい
て、所定の演算を行ない、被測定面１０の変位信号を得
ている。
【０００８】上述のような構成の光学顕微鏡におけるア
クティブ型自動焦点検出装置においては、被測定面１０
の微細な表面形状の変化による合焦精度の劣化を防止す
るため、集光レンズ６の焦点距離ｆ1 と集光レンズ１２
の焦点距離ｆ2 との関係をｆ2 ＞ｆ1 とすることによ
り、焦点光学系２１の倍率を観察光学系２２の倍率より
も大きくなるように設定している。
クティブ型自動焦点検出装置においては、被測定面１０
の微細な表面形状の変化による合焦精度の劣化を防止す
るため、集光レンズ６の焦点距離ｆ1 と集光レンズ１２
の焦点距離ｆ2 との関係をｆ2 ＞ｆ1 とすることによ
り、焦点光学系２１の倍率を観察光学系２２の倍率より
も大きくなるように設定している。
【０００９】しかしながら、このような構成の検出光学
系においては、位相差、微分干渉、偏光などの様々な顕
鏡法に応じて、偏光素子や位相素子が対物レンズ９と結
像レンズ８との間に挿入された場合、焦点光学系２１に
光量損や位相変化による悪影響を及ぼしてしまうという
問題があった。
系においては、位相差、微分干渉、偏光などの様々な顕
鏡法に応じて、偏光素子や位相素子が対物レンズ９と結
像レンズ８との間に挿入された場合、焦点光学系２１に
光量損や位相変化による悪影響を及ぼしてしまうという
問題があった。
【００１０】そこで、これらの問題を解決するために、
図３に示すような焦点検出装置も考案されている。な
お、図２と同一部分には、同一符号を付し、その説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
図３に示すような焦点検出装置も考案されている。な
お、図２と同一部分には、同一符号を付し、その説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００１１】すなわち、図２に示した焦点検出装置との
相違点は、焦点光学系２１と観察光学系２２との光路を
ダイクロイックミラー３１により分離し、焦点光学系２
１には結像レンズ３２、観察光学系２２には結像レンズ
３３をそれぞれ設けたことにある。
相違点は、焦点光学系２１と観察光学系２２との光路を
ダイクロイックミラー３１により分離し、焦点光学系２
１には結像レンズ３２、観察光学系２２には結像レンズ
３３をそれぞれ設けたことにある。
【００１２】さらに、焦点光学系２１には、ダイクロイ
ックミラー３１にて反射した反射光を結像レンズ３２に
入射させるための反射鏡３４と、結像レンズ３２を通過
した反射光を反射させて、集光レンズ６に入射させる反
射鏡３５とを設ける。
ックミラー３１にて反射した反射光を結像レンズ３２に
入射させるための反射鏡３４と、結像レンズ３２を通過
した反射光を反射させて、集光レンズ６に入射させる反
射鏡３５とを設ける。
【００１３】このような構成を採用することにより、ダ
イクロイックミラー３１と結像レンズ３３との間にいか
なる光学部材が着脱されても焦点光学系２１に影響を与
えることはない。
イクロイックミラー３１と結像レンズ３３との間にいか
なる光学部材が着脱されても焦点光学系２１に影響を与
えることはない。
【００１４】また、このような構成のアクティブ型自動
焦点検出装置においては、焦点光学系２１の倍率を観察
光学系２２の倍率より大きく設定しようとする場合、集
光レンズ１２、集光レンズ６の焦点距離に加えて、結像
レンズ３２の焦点距離を変えることができるので、倍率
設定の自由度も高くすることができる。
焦点検出装置においては、焦点光学系２１の倍率を観察
光学系２２の倍率より大きく設定しようとする場合、集
光レンズ１２、集光レンズ６の焦点距離に加えて、結像
レンズ３２の焦点距離を変えることができるので、倍率
設定の自由度も高くすることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
ような検出光学系において、集光レンズ６の焦点距離を
ｆ1 ，集光レンズ１２の焦点距離をｆ2 、焦点光学系２
１における結像レンズ３２の焦点距離をｆ0 、観察光学
系２２における結像レンズ３３の焦点距離をｆvとする
と、焦点光学系２１の倍率を観察光学系２２の倍率より
大きくするためには、下記（１）式の条件を満たすこと
が必要である。
ような検出光学系において、集光レンズ６の焦点距離を
ｆ1 ，集光レンズ１２の焦点距離をｆ2 、焦点光学系２
１における結像レンズ３２の焦点距離をｆ0 、観察光学
系２２における結像レンズ３３の焦点距離をｆvとする
と、焦点光学系２１の倍率を観察光学系２２の倍率より
大きくするためには、下記（１）式の条件を満たすこと
が必要である。
【００１６】 ｆv ＜ （ｆ2 ・ｆ0 ）／ｆ1 …（１） また、図２に示した検出光学系においては、ｆ0 ＝ｆv
であるから ｆ2 ＞ ｆ1 …（２） となる。
であるから ｆ2 ＞ ｆ1 …（２） となる。
【００１７】しかしながら、上記（１），（２）式に示
した条件式を満たすｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 の組み合わせは、
何種類も考えることができるので、実際に光学系を設計
する際の指針としては必ずしも十分とは言えず、焦点検
出装置の設計に膨大な時間を要するという問題があっ
た。
した条件式を満たすｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 の組み合わせは、
何種類も考えることができるので、実際に光学系を設計
する際の指針としては必ずしも十分とは言えず、焦点検
出装置の設計に膨大な時間を要するという問題があっ
た。
【００１８】また、焦点検出装置の合理的な設計を行な
うことが出来ないことから、光学顕微鏡全体の構成が大
きくなってしまうという問題があった。本発明は、上記
実情に鑑みてなされたものであり、光学顕微鏡における
焦点検出装置を形成する各集光手段の焦点距離を決定す
るに際して、設計上の制約条件を提供することにより、
焦点検出装置の設計時間の短縮を図ることのできる光学
顕微鏡における焦点検出装置の設計方法を提供すること
を目的とする。
うことが出来ないことから、光学顕微鏡全体の構成が大
きくなってしまうという問題があった。本発明は、上記
実情に鑑みてなされたものであり、光学顕微鏡における
焦点検出装置を形成する各集光手段の焦点距離を決定す
るに際して、設計上の制約条件を提供することにより、
焦点検出装置の設計時間の短縮を図ることのできる光学
顕微鏡における焦点検出装置の設計方法を提供すること
を目的とする。
【００１９】また、本発明は、焦点検出装置の合理的な
設計を行なうことにより、光学顕微鏡の小型化を図るこ
とのできる光学顕微鏡における焦点検出装置を提供する
ことを目的とする。
設計を行なうことにより、光学顕微鏡の小型化を図るこ
とのできる光学顕微鏡における焦点検出装置を提供する
ことを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】従って、まず、上記目的
を達成するために請求項１に係る発明は、レーザ光出射
手段から出射したレーザ光をコリメートするコリメータ
レンズと、このコリメータレンズによりコリメートされ
たレーザ光の一部を第１の集光点に集光する焦点距離が
ｆ1 である第１の集光レンズと、前記第１の集光点に集
光されたレーザ光の発散光をコリメートする焦点距離が
ｆ0 である第２の集光レンズと、この第２の集光レンズ
によりコリメートされたレーザ光を、観察光学系の結像
レンズと、複数の対物レンズのうち選択された対物レン
ズとの間の光軸に中心を略一致させて前記対物レンズに
導き入れる導入光学系と、前記対物レンズを透過して被
測定面にて反射した後に、対物レンズ、導入光学系、第
２の集光レンズ、第１の集光レンズを透過してきたレー
ザ光を２分割受光素子を配した第２の集光点に集光する
焦点距離がｆ2 である第３の集光レンズとを備えた光学
顕微鏡における焦点検出装置において、前記複数の対物
レンズのうち、開口数と焦点距離の積が最も小さな対物
レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆob、観察光学系
の前記結像レンズの焦点距離をｆv として、第１の集光
レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レンズは、下記
（ａ）〜（ｄ）式を満たす光学顕微鏡における焦点検出
装置である。
を達成するために請求項１に係る発明は、レーザ光出射
手段から出射したレーザ光をコリメートするコリメータ
レンズと、このコリメータレンズによりコリメートされ
たレーザ光の一部を第１の集光点に集光する焦点距離が
ｆ1 である第１の集光レンズと、前記第１の集光点に集
光されたレーザ光の発散光をコリメートする焦点距離が
ｆ0 である第２の集光レンズと、この第２の集光レンズ
によりコリメートされたレーザ光を、観察光学系の結像
レンズと、複数の対物レンズのうち選択された対物レン
ズとの間の光軸に中心を略一致させて前記対物レンズに
導き入れる導入光学系と、前記対物レンズを透過して被
測定面にて反射した後に、対物レンズ、導入光学系、第
２の集光レンズ、第１の集光レンズを透過してきたレー
ザ光を２分割受光素子を配した第２の集光点に集光する
焦点距離がｆ2 である第３の集光レンズとを備えた光学
顕微鏡における焦点検出装置において、前記複数の対物
レンズのうち、開口数と焦点距離の積が最も小さな対物
レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆob、観察光学系
の前記結像レンズの焦点距離をｆv として、第１の集光
レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レンズは、下記
（ａ）〜（ｄ）式を満たす光学顕微鏡における焦点検出
装置である。
【００２１】 ｆ2 ＝（ｆv ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（ａ） ｆ0 ／ｆ1 ＝（ｆv ・β）／ｆ2 …（ｂ） １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（ｃ） ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（ｄ） また、請求項２に係る発明は、レーザ光出射手段から出
射したレーザ光をコリメートするコリメータレンズと、
このコリメータレンズによりコリメートされたレーザ光
の一部を第１の集光点に集光する焦点距離がｆ1 である
第１の集光レンズと、前記第１の集光点に集光されたレ
ーザ光の発散光をコリメートする焦点距離がｆ0 である
第２の集光レンズと、この第２の集光レンズによりコリ
メートされたレーザ光を、観察光学系の結像レンズと、
複数の対物レンズのうち選択された対物レンズとの間の
光軸に中心を略一致させて前記対物レンズに導き入れる
導入光学系と、前記対物レンズを透過して被測定面にて
反射した後に、対物レンズ、導入光学系、第２の集光レ
ンズ、第１の集光レンズを透過してきたレーザ光を２分
割受光素子を配した第２の集光点に集光する焦点距離が
ｆ2 である第３の集光レンズとを備えた光学顕微鏡にお
ける焦点検出装置の設計方法において、前記複数の対物
レンズのうち、開口数と焦点距離の積が最も小さな対物
レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆob、観察光学系
の前記結像レンズの焦点距離をｆv として、前記第１の
集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レンズを、
下記（ａ）〜（ｄ）式の条件を満たすように選択する光
学顕微鏡における焦点検出装置の設計方法である。
射したレーザ光をコリメートするコリメータレンズと、
このコリメータレンズによりコリメートされたレーザ光
の一部を第１の集光点に集光する焦点距離がｆ1 である
第１の集光レンズと、前記第１の集光点に集光されたレ
ーザ光の発散光をコリメートする焦点距離がｆ0 である
第２の集光レンズと、この第２の集光レンズによりコリ
メートされたレーザ光を、観察光学系の結像レンズと、
複数の対物レンズのうち選択された対物レンズとの間の
光軸に中心を略一致させて前記対物レンズに導き入れる
導入光学系と、前記対物レンズを透過して被測定面にて
反射した後に、対物レンズ、導入光学系、第２の集光レ
ンズ、第１の集光レンズを透過してきたレーザ光を２分
割受光素子を配した第２の集光点に集光する焦点距離が
ｆ2 である第３の集光レンズとを備えた光学顕微鏡にお
ける焦点検出装置の設計方法において、前記複数の対物
レンズのうち、開口数と焦点距離の積が最も小さな対物
レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆob、観察光学系
の前記結像レンズの焦点距離をｆv として、前記第１の
集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レンズを、
下記（ａ）〜（ｄ）式の条件を満たすように選択する光
学顕微鏡における焦点検出装置の設計方法である。
【００２２】 ｆ2 ＝（ｆv ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（ａ） ｆ0 ／ｆ1 ＝（ｆv ・β）／ｆ2 …（ｂ） １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（ｃ） ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（ｄ） さらに、請求項３に係る発明は、レーザ光出射手段から
出射したレーザ光をコリメートするコリメータレンズ
と、このコリメータレンズによりコリメートされたレー
ザ光の一部を第１の集光点に集光する焦点距離がｆ1 で
ある第１の集光レンズと、前記第１の集光点に集光され
たレーザ光の発散光をコリメートする焦点距離がｆ0 で
ある第２の集光レンズと、この第２の集光レンズにより
コリメートされたレーザ光を、被測定面に集光する複数
の対物レンズと、前記複数の対物レンズのうち選択され
た対物レンズを透過して被測定面にて反射した後に、対
物レンズ、第２の集光レンズ、第１の集光レンズを透過
してきたレーザ光を２分割受光素子を配した第２の集光
点に集光する焦点距離がｆ2 である第３の集光レンズと
を備えた光学顕微鏡における焦点検出装置において、前
記複数の対物レンズのうち、開口数と焦点距離の積が最
も小さな対物レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆob
として、第１の集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の
集光レンズは、下記（ａ）〜（ｄ）式を満たす光学顕微
鏡における焦点検出装置である。
出射したレーザ光をコリメートするコリメータレンズ
と、このコリメータレンズによりコリメートされたレー
ザ光の一部を第１の集光点に集光する焦点距離がｆ1 で
ある第１の集光レンズと、前記第１の集光点に集光され
たレーザ光の発散光をコリメートする焦点距離がｆ0 で
ある第２の集光レンズと、この第２の集光レンズにより
コリメートされたレーザ光を、被測定面に集光する複数
の対物レンズと、前記複数の対物レンズのうち選択され
た対物レンズを透過して被測定面にて反射した後に、対
物レンズ、第２の集光レンズ、第１の集光レンズを透過
してきたレーザ光を２分割受光素子を配した第２の集光
点に集光する焦点距離がｆ2 である第３の集光レンズと
を備えた光学顕微鏡における焦点検出装置において、前
記複数の対物レンズのうち、開口数と焦点距離の積が最
も小さな対物レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆob
として、第１の集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の
集光レンズは、下記（ａ）〜（ｄ）式を満たす光学顕微
鏡における焦点検出装置である。
【００２３】 ｆ2 ＝（ｆ0 ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（ａ） ｆ2 ＝β・ｆ1 …（ｂ） １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（ｃ） ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（ｄ）
【００２４】
【作用】請求項１又は請求項３に係る発明は、第１の集
光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レンズは、
（ａ）〜（ｄ）式を満たすようなものが用いられている
ので、設計が合理的に行なわれ、その結果、光学顕微鏡
全体を小型化することができる。
光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レンズは、
（ａ）〜（ｄ）式を満たすようなものが用いられている
ので、設計が合理的に行なわれ、その結果、光学顕微鏡
全体を小型化することができる。
【００２５】請求項２に係る発明は、光学顕微鏡におけ
る焦点検出装置を設計するに際し、第１の集光レンズ、
第２の集光レンズ、第３の集光レンズを（ａ）〜（ｄ）
式の条件に基づいて選択するので、設計時間を大幅に短
縮することができる。
る焦点検出装置を設計するに際し、第１の集光レンズ、
第２の集光レンズ、第３の集光レンズを（ａ）〜（ｄ）
式の条件に基づいて選択するので、設計時間を大幅に短
縮することができる。
【００２６】
【実施例】まず、図３に示す光学顕微鏡における自動焦
点検出装置において、観察光学系２２の倍率に対する焦
点光学系２１の倍率比βの条件について説明する。この
倍率比βは、二分割受光素子１３から信号処理系１４に
出力されるＡＦ信号Ａ，Ｂに基づいて定められる。図１
に示すように、二分割受光素子１３から出力されたＡＦ
信号Ａ，Ｂから演算される誤差信号（Ａ−Ｂ）は、倍率
比βが小さいときは、一点鎖線で示した信号Ｘのように
なり、倍率比βが大きいときは、実線で示した信号Ｙの
ようになる。
点検出装置において、観察光学系２２の倍率に対する焦
点光学系２１の倍率比βの条件について説明する。この
倍率比βは、二分割受光素子１３から信号処理系１４に
出力されるＡＦ信号Ａ，Ｂに基づいて定められる。図１
に示すように、二分割受光素子１３から出力されたＡＦ
信号Ａ，Ｂから演算される誤差信号（Ａ−Ｂ）は、倍率
比βが小さいときは、一点鎖線で示した信号Ｘのように
なり、倍率比βが大きいときは、実線で示した信号Ｙの
ようになる。
【００２７】従って、倍率比βが大きい場合、二分割受
光素子１３より出力されるＡＦ信号Ａ，Ｂから算出され
る誤差信号（Ａ−Ｂ）がデフォーカス量に対して急激に
減衰するため、誤差信号（Ａ−Ｂ）が得られる範囲が狭
くなる。
光素子１３より出力されるＡＦ信号Ａ，Ｂから算出され
る誤差信号（Ａ−Ｂ）がデフォーカス量に対して急激に
減衰するため、誤差信号（Ａ−Ｂ）が得られる範囲が狭
くなる。
【００２８】これは、二分割受光素子１３の受光面に於
けるデフォーカス量に伴なうビームの広がり具合に依存
し、像側の開口数ＮＡと、縦倍率Ｍ2 によって決定され
る。ここで、誤差信号（Ａ−Ｂ）が得られるデフォーカ
ス範囲をΔＺとすると ΔＺ ＝ １／（ＮＡ）2 ・（Ｍ2 ）2 ｝＝１／（ＮＡob・Ｍ）2 …（３） なお、ＮＡobは、対物レンズ９の開口数である。
けるデフォーカス量に伴なうビームの広がり具合に依存
し、像側の開口数ＮＡと、縦倍率Ｍ2 によって決定され
る。ここで、誤差信号（Ａ−Ｂ）が得られるデフォーカ
ス範囲をΔＺとすると ΔＺ ＝ １／（ＮＡ）2 ・（Ｍ2 ）2 ｝＝１／（ＮＡob・Ｍ）2 …（３） なお、ＮＡobは、対物レンズ９の開口数である。
【００２９】一方、焦点深度ΔＤはＮＡobに対し、 ΔＤ ＝ １／（ＮＡob）2 …（４） である。
【００３０】従って、誤差信号（Ａ−Ｂ）が存在する範
囲ΔＺと焦点深度ΔＤの比は、 ΔＤ／ΔＺ ＝ Ｍ2 …（５） となる。
囲ΔＺと焦点深度ΔＤの比は、 ΔＤ／ΔＺ ＝ Ｍ2 …（５） となる。
【００３１】例えば、Ｍ＝１００倍、ＮＡob＝０．８の
対物レンズを用いて、β＝１の場合には、完全反射面で
ΔＺ＝±１０［μｍ］、ΔＤ＝±０．５［μｍ］、ΔＺ
とΔＤの比は、２０：１程度になる。また、Ｍ＝１０倍
の場合には、ΔＺとΔＤの比は、２０００：１程度にな
る。
対物レンズを用いて、β＝１の場合には、完全反射面で
ΔＺ＝±１０［μｍ］、ΔＤ＝±０．５［μｍ］、ΔＺ
とΔＤの比は、２０：１程度になる。また、Ｍ＝１０倍
の場合には、ΔＺとΔＤの比は、２０００：１程度にな
る。
【００３２】以上の考察から、対物レンズ９の倍率が１
００倍の場合、βを１０(1/2) とすると、誤差信号（Ａ
−Ｂ）が得られるデフォーカスの範囲ΔＺは、観察系２
２の焦点深度ΔＤの２倍程度となる。
００倍の場合、βを１０(1/2) とすると、誤差信号（Ａ
−Ｂ）が得られるデフォーカスの範囲ΔＺは、観察系２
２の焦点深度ΔＤの２倍程度となる。
【００３３】従って、βの上限をＭ＝１００の対物レン
ズに対する誤差信号（Ａ−Ｂ）の検出可能範囲に設定す
ると下記（６）式の条件を得ることができる。 １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（６） なお、鏡面に対して一般の試料面に対するΔＺの係数を
約１／２程度とする。
ズに対する誤差信号（Ａ−Ｂ）の検出可能範囲に設定す
ると下記（６）式の条件を得ることができる。 １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（６） なお、鏡面に対して一般の試料面に対するΔＺの係数を
約１／２程度とする。
【００３４】次に、集光レンズ６，１２間の平行光束の
半径ｒの条件について説明する。遮蔽板３、１１は、瞳
分割方式の最も重要な光学要素であり、その調整状態に
よって、ＡＦ性能全体が左右されるといっても過言では
ない。そこで、遮蔽板３、１１のエッジによる回折光の
影響、調整位置の誤差が十分無視することができ、且つ
レーザ光が十分平行ビームとして空間に存在し得る条件
を考える。
半径ｒの条件について説明する。遮蔽板３、１１は、瞳
分割方式の最も重要な光学要素であり、その調整状態に
よって、ＡＦ性能全体が左右されるといっても過言では
ない。そこで、遮蔽板３、１１のエッジによる回折光の
影響、調整位置の誤差が十分無視することができ、且つ
レーザ光が十分平行ビームとして空間に存在し得る条件
を考える。
【００３５】例えば、半径ｒ＝０．４［ｍｍ］のＨｅ−
Ｎｅレーザの広がり角は、θ＝λ／（π・ｒ）とする
と、５×１０-4［ｒａｄ］程度であり、レーザ光路が１
００［ｍｍ］の場合、１００×５×１０-4＝０．０５
［ｍｍ］だけ半径ｒが増加する。
Ｎｅレーザの広がり角は、θ＝λ／（π・ｒ）とする
と、５×１０-4［ｒａｄ］程度であり、レーザ光路が１
００［ｍｍ］の場合、１００×５×１０-4＝０．０５
［ｍｍ］だけ半径ｒが増加する。
【００３６】従って、レーザ光路が１００［ｍｍ］で、
ビーム径の増加を２０％以下に抑えるとすると（７）式
の条件を得ることができる。 ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（７） なお、本実施例に於いては、瞳分割方式を採用している
ことから、上記計算は、半径ｒをさらに１／２としてい
る。
ビーム径の増加を２０％以下に抑えるとすると（７）式
の条件を得ることができる。 ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（７） なお、本実施例に於いては、瞳分割方式を採用している
ことから、上記計算は、半径ｒをさらに１／２としてい
る。
【００３７】そして、（６）、（７）式の条件下におい
て、 ｆ2 ＝（ｆv ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（８） ｆ0 ／ｆ1 ＝（ｆv ・β）／ｆ2 …（９） を満足するｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 からその他のスペース、レ
ンズ設計の難易などの付帯条件を考慮して最終値を決定
する。
て、 ｆ2 ＝（ｆv ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（８） ｆ0 ／ｆ1 ＝（ｆv ・β）／ｆ2 …（９） を満足するｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 からその他のスペース、レ
ンズ設計の難易などの付帯条件を考慮して最終値を決定
する。
【００３８】また、図２に示した焦点検出装置において
は、ｆ0 ＝ｆv として、上記（６）〜（９）式を適用す
ればよい。なお、一般に顕微鏡は、何本かの対物レンズ
がレボルバー等によって交換可能であるが、ここで与え
られるＮＡob，ｆobは、複数の対物レンズのうち、開口
数と焦点距離の積が最も小さい対物レンズの数値であ
る。一般に、最高倍率の対物レンズがこれに相当する。
は、ｆ0 ＝ｆv として、上記（６）〜（９）式を適用す
ればよい。なお、一般に顕微鏡は、何本かの対物レンズ
がレボルバー等によって交換可能であるが、ここで与え
られるＮＡob，ｆobは、複数の対物レンズのうち、開口
数と焦点距離の積が最も小さい対物レンズの数値であ
る。一般に、最高倍率の対物レンズがこれに相当する。
【００３９】従って、本実施例の光学顕微鏡における自
動焦点検出装置の設計方法によれば、各集光レンズの焦
点距離を決定するに際して、設計上の制約条件を与える
ことにより、焦点検出装置の設計を迅速に行なうことが
できる。
動焦点検出装置の設計方法によれば、各集光レンズの焦
点距離を決定するに際して、設計上の制約条件を与える
ことにより、焦点検出装置の設計を迅速に行なうことが
できる。
【００４０】また、上記設計方法によって設計された焦
点検出装置を有する光学顕微鏡によれば、装置全体を小
型化することができ、且つ試料の微細な表面構造による
合焦精度の劣化が少なく、組立調整の際に精密な機械的
精度が要求されることがない。
点検出装置を有する光学顕微鏡によれば、装置全体を小
型化することができ、且つ試料の微細な表面構造による
合焦精度の劣化が少なく、組立調整の際に精密な機械的
精度が要求されることがない。
【００４１】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
光学顕微鏡における焦点検出装置を形成する各集光手段
の焦点距離を決定するに際して、設計上の制約条件を提
供することにより、焦点検出装置の設計時間の短縮を図
ることのできる光学顕微鏡における焦点検出装置の設計
方法を提供することができる。また、焦点検出装置の合
理的な設計を行なうことにより、光学顕微鏡の小型化を
図ることのできる光学顕微鏡における焦点検出装置を提
供することができる。
光学顕微鏡における焦点検出装置を形成する各集光手段
の焦点距離を決定するに際して、設計上の制約条件を提
供することにより、焦点検出装置の設計時間の短縮を図
ることのできる光学顕微鏡における焦点検出装置の設計
方法を提供することができる。また、焦点検出装置の合
理的な設計を行なうことにより、光学顕微鏡の小型化を
図ることのできる光学顕微鏡における焦点検出装置を提
供することができる。
【図１】本発明の光学顕微鏡における自動焦点検出装置
の二分割受光素子における誤差信号を説明するための図
である。
の二分割受光素子における誤差信号を説明するための図
である。
【図２】従来の光学顕微鏡におけるアクティブ型自動焦
点検出装置の構成を示す図である。
点検出装置の構成を示す図である。
【図３】従来の光学顕微鏡におけるアクティブ型自動焦
点検出装置の変形例の構成を示す図である。
点検出装置の変形例の構成を示す図である。
１…レーザ出射手段、２…コリメータレンズ、３…遮蔽
板、４…偏向ビームスプリッタ、５…１／４波長板、６
…集光レンズ、７…ダイクロイックミラー、８…結像レ
ンズ、９…対物レンズ、１０…被測定面、１１…遮蔽
板、１２…集光レンズ、１３…二分割受光素子、１４…
信号処理系、１５…対物レンズ、２１…焦点光学系、２
２…観察光学系、３１…ダイクロイックミラー、３２，
３３…結像レンズ、３４…反射鏡。
板、４…偏向ビームスプリッタ、５…１／４波長板、６
…集光レンズ、７…ダイクロイックミラー、８…結像レ
ンズ、９…対物レンズ、１０…被測定面、１１…遮蔽
板、１２…集光レンズ、１３…二分割受光素子、１４…
信号処理系、１５…対物レンズ、２１…焦点光学系、２
２…観察光学系、３１…ダイクロイックミラー、３２，
３３…結像レンズ、３４…反射鏡。
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザ光出射手段から出射したレーザ光
をコリメートするコリメータレンズと、このコリメータ
レンズによりコリメートされたレーザ光の一部を第１の
集光点に集光する焦点距離がｆ1 である第１の集光レン
ズと、前記第１の集光点に集光されたレーザ光の発散光
をコリメートする焦点距離がｆ0 である第２の集光レン
ズと、この第２の集光レンズによりコリメートされたレ
ーザ光を、観察光学系の結像レンズと、複数の対物レン
ズのうち選択された対物レンズとの間の光軸に中心を略
一致させて前記対物レンズに導き入れる導入光学系と、
前記対物レンズを透過して被測定面にて反射した後に、
対物レンズ、導入光学系、第２の集光レンズ、第１の集
光レンズを透過してきたレーザ光を２分割受光素子を配
した第２の集光点に集光する焦点距離がｆ2 である第３
の集光レンズとを備えた光学顕微鏡における焦点検出装
置において、 前記複数の対物レンズのうち、開口数と焦点距離の積が
最も小さな対物レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆ
ob、観察光学系の前記結像レンズの焦点距離をｆv とし
て、 第１の集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レン
ズは、下記（ａ）〜（ｄ）式を満たすことを特徴とする
光学顕微鏡における焦点検出装置。 ｆ2 ＝（ｆv ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（ａ） ｆ0 ／ｆ1 ＝（ｆv ・β）／ｆ2 …（ｂ） １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（ｃ） ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（ｄ） - 【請求項２】 レーザ光出射手段から出射したレーザ光
をコリメートするコリメータレンズと、このコリメータ
レンズによりコリメートされたレーザ光の一部を第１の
集光点に集光する焦点距離がｆ1 である第１の集光レン
ズと、前記第１の集光点に集光されたレーザ光の発散光
をコリメートする焦点距離がｆ0 である第２の集光レン
ズと、この第２の集光レンズによりコリメートされたレ
ーザ光を、観察光学系の結像レンズと、複数の対物レン
ズのうち選択された対物レンズとの間の光軸に中心を略
一致させて前記対物レンズに導き入れる導入光学系と、
前記対物レンズを透過して被測定面にて反射した後に、
対物レンズ、導入光学系、第２の集光レンズ、第１の集
光レンズを透過してきたレーザ光を２分割受光素子を配
した第２の集光点に集光する焦点距離がｆ2 である第３
の集光レンズとを備えた光学顕微鏡における焦点検出装
置の設計方法において、 前記複数の対物レンズのうち、開口数と焦点距離の積が
最も小さな対物レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆ
ob、観察光学系の前記結像レンズの焦点距離をｆv とし
て、 前記第１の集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光
レンズを、下記（ａ）〜（ｄ）式の条件を満たすように
選択することを特徴とする光学顕微鏡における焦点検出
装置の設計方法。 ｆ2 ＝（ｆv ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（ａ） ｆ0 ／ｆ1 ＝（ｆv ・β）／ｆ2 …（ｂ） １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（ｃ） ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（ｄ） - 【請求項３】 レーザ光出射手段から出射したレーザ光
をコリメートするコリメータレンズと、このコリメータ
レンズによりコリメートされたレーザ光の一部を第１の
集光点に集光する焦点距離がｆ1 である第１の集光レン
ズと、前記第１の集光点に集光されたレーザ光の発散光
をコリメートする焦点距離がｆ0 である第２の集光レン
ズと、この第２の集光レンズによりコリメートされたレ
ーザ光を、被測定面に集光する複数の対物レンズと、前
記複数の対物レンズのうち選択された対物レンズを透過
して被測定面にて反射した後に、対物レンズ、第２の集
光レンズ、第１の集光レンズを透過してきたレーザ光を
２分割受光素子を配した第２の集光点に集光する焦点距
離がｆ2 である第３の集光レンズとを備えた光学顕微鏡
における焦点検出装置において、 前記複数の対物レンズのうち、開口数と焦点距離の積が
最も小さな対物レンズの開口数をＮＡob、焦点距離をｆ
obとして、 第１の集光レンズ、第２の集光レンズ、第３の集光レン
ズは、下記（ａ）〜（ｄ）式を満たすことを特徴とする
光学顕微鏡における焦点検出装置。 ｆ2 ＝（ｆ0 ・β・ｒ）／（ＮＡob・ｆob） …（ａ） ｆ2 ＝β・ｆ1 …（ｂ） １ ≦ β ≦ １０(1/2) …（ｃ） ｒ ≧ ０．５［ｍｍ］ …（ｄ）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13919595A JP3619571B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 光学顕微鏡における焦点検出装置及びその設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13919595A JP3619571B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 光学顕微鏡における焦点検出装置及びその設計方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334700A true JPH08334700A (ja) | 1996-12-17 |
| JP3619571B2 JP3619571B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=15239776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13919595A Expired - Fee Related JP3619571B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 光学顕微鏡における焦点検出装置及びその設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3619571B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009535645A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | クオリティー ヴィジョン インターナショナル インコーポレイテッド | レーザーレンジセンサシステムの光学アダプタおよび方法 |
| JP2014052476A (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Astro Design Inc | レーザー走査蛍光顕微鏡装置 |
| JP2014219690A (ja) * | 2014-07-14 | 2014-11-20 | 株式会社ニコン | オートフォーカス光学装置、顕微鏡 |
| CN114585958A (zh) * | 2019-10-19 | 2022-06-03 | 美国赛库莱特生物有限公司 | 虚拟基准 |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP13919595A patent/JP3619571B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009535645A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | クオリティー ヴィジョン インターナショナル インコーポレイテッド | レーザーレンジセンサシステムの光学アダプタおよび方法 |
| JP2014052476A (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Astro Design Inc | レーザー走査蛍光顕微鏡装置 |
| JP2014219690A (ja) * | 2014-07-14 | 2014-11-20 | 株式会社ニコン | オートフォーカス光学装置、顕微鏡 |
| CN114585958A (zh) * | 2019-10-19 | 2022-06-03 | 美国赛库莱特生物有限公司 | 虚拟基准 |
| CN114585958B (zh) * | 2019-10-19 | 2024-05-28 | 美国赛库莱特生物有限公司 | 显微镜和用于使流体通道中的荧光标记成像的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3619571B2 (ja) | 2005-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5343038A (en) | Scanning laser microscope with photo coupling and detecting unit | |
| US5225671A (en) | Confocal optical apparatus | |
| KR19990076486A (ko) | 광강도 변환 소자, 광학 장치 및 광디스크장치 | |
| JPH0723844B2 (ja) | 表面形状測定器 | |
| JPH05142462A (ja) | 合焦装置 | |
| JP3619571B2 (ja) | 光学顕微鏡における焦点検出装置及びその設計方法 | |
| JP5016009B2 (ja) | 光信号処理装置およびその組み立て方法 | |
| CN111090223B (zh) | 一种光学测量系统 | |
| KR102106861B1 (ko) | 광학식 높이 계측용 광모듈 | |
| US4247200A (en) | Projection type lens meter | |
| US4691098A (en) | Focus control device | |
| JP3290705B2 (ja) | 共焦点光学系 | |
| JPH07168122A (ja) | 投光光学系及び受光光学系 | |
| JPH11153754A (ja) | 照明光学系及びアキシコンプリズム | |
| CN114690393B (zh) | 一种内调焦望远镜 | |
| JP2020076649A (ja) | 分光光学系、分光計測システム、及び、半導体検査方法 | |
| JP3368128B2 (ja) | 光軸ずれ補正装置 | |
| JP3494148B2 (ja) | フォーカス検出装置及びレーザ検査加工装置 | |
| JP2000121945A (ja) | 集光装置 | |
| JP3331144B2 (ja) | ビーム整形光学系 | |
| JPH089697Y2 (ja) | 顕微鏡のオートフオーカス装置 | |
| JPH0843717A (ja) | 焦点検出装置 | |
| JP2009288074A (ja) | 収差測定装置 | |
| JPH07129977A (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JPS5942509A (ja) | 焦点位置検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040628 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041109 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Effective date: 20041115 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071119 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 4 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081119 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091119 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101119 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |