JPH10260363A - Microscope equipped with focus detecting means, and displacement measuring instrument - Google Patents

Microscope equipped with focus detecting means, and displacement measuring instrument

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Publication number
JPH10260363A
JPH10260363A JP9064793A JP6479397A JPH10260363A JP H10260363 A JPH10260363 A JP H10260363A JP 9064793 A JP9064793 A JP 9064793A JP 6479397 A JP6479397 A JP 6479397A JP H10260363 A JPH10260363 A JP H10260363A
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JP
Japan
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detection unit
light
detection
light beam
detecting
Prior art date
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Pending
Application number
JP9064793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Shionoya
孝 塩野谷
Katsura Otaki
桂 大滝
Yutaka Iwasaki
豊 岩崎
Kazuya Okamoto
和也 岡本
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP9064793A priority Critical patent/JPH10260363A/en
Publication of JPH10260363A publication Critical patent/JPH10260363A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus detecting device which can detect focus excellently even if the pupil diameter of the objective of a microscope varies. SOLUTION: Optical detection surfaces of optical detectors 18 and 19 of the focus detecting device are divided into >=3 optical detection parts outwardly from the center. When the pupil diameter of the object is small, a focus error signal is found by using the difference between the output of a more inside optical detection part 18a and the sum of outputs of more outside optical detection parts 18b and 18c. When the pupil diameter of the objective is large, a focus error signal is found by using the difference between the sum of the output of the two inside optical detection parts 18a and 18b and the sum of the output of the more outside optical detection part 18c. Consequently, at least two kind of focus error signals can be obtained according to the pupil diameter of the objective, so a better signal can be selected and used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、顕微鏡の自動焦
点合せ等に用いられる、非接触で被測定物の表面の変位
を検出する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting the displacement of the surface of an object to be measured in a non-contact manner, which is used for automatic focusing of a microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、焦点検出方法としては、例えば、
差動ビームサイズ方式と呼ばれる方法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, focus detection methods include, for example,
A method called a differential beam size method is known.

【0003】図20は、従来の落射照明型の顕微鏡の焦
点検出に差動ビームサイズ方式の焦点検出装置を用いた
場合の顕微鏡と焦点検出装置の概略構成図である。図2
0の装置は、顕微鏡の観察光学系と照明光学系、ならび
に、オートフォーカス光学系とから構成されている。
FIG. 20 is a schematic configuration diagram of a conventional epi-illumination type microscope when a differential beam size type focus detection device is used for focus detection of the microscope and the focus detection device. FIG.
The device No. 0 includes an observation optical system of a microscope, an illumination optical system, and an autofocus optical system.

【0004】顕微鏡の観察光学系は、第1対物レンズ1
02と、第2対物レンズ103と、俯視プリズム104
と、接眼レンズ105とを有する。第1対物レンズ10
2と第2対物レンズ103との間には、平行光路が形成
されている。この平行光路には、ダイクロイックミラー
107と、ビームスプリッタ108とが、平行光路の光
軸101に対してそれぞれ45度の角度で設置されてい
る。ダイクロイックミラー107は赤外光を反射し可視
光を透過する特性を有する。
The observation optical system of the microscope includes a first objective lens 1
02, a second objective lens 103, and a bird's-eye view prism 104
And an eyepiece 105. First objective lens 10
A parallel optical path is formed between the second objective lens 103 and the second objective lens 103. In this parallel light path, a dichroic mirror 107 and a beam splitter 108 are installed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis 101 of the parallel light path. The dichroic mirror 107 has a characteristic of reflecting infrared light and transmitting visible light.

【0005】顕微鏡の照明光学系は、可視光線を出射す
る照明光源110と集光レンズ111とを有し、照明光
束はビームスプリッタ108によって反射され、上記の
平行光路に導かれる。
[0005] The illumination optical system of the microscope has an illumination light source 110 for emitting visible light and a condenser lens 111, and the illumination light beam is reflected by the beam splitter 108 and guided to the above-mentioned parallel optical path.

【0006】オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源113と、コリメータレンズ114と、ビーム
スプリッタ115と、集光レンズ116と、ビームスプ
リッタ117と、第1の光検出器118と、第2の光検
出器119を有する。第1の光検出器118は、収束点
120よりも被検物体124から離間して設置さてい
る。一方、第2の光検出器119は、収束点121より
も被検物体124に近接して設置されている。収束点1
20は、集光レンズ116によって収束され、ビームス
プリッタ117を透過した光が収束する点である。収束
点121は、集光レンズ116によって収束されて、ビ
ームスプリッタ117で反射した光が収束する点であ
る。
The autofocus optical system includes a light source 113 for emitting infrared light, a collimator lens 114, a beam splitter 115, a condenser lens 116, a beam splitter 117, a first photodetector 118, It has two photodetectors 119. The first photodetector 118 is located farther from the object 124 than the convergence point 120. On the other hand, the second photodetector 119 is installed closer to the test object 124 than the convergence point 121. Convergence point 1
Reference numeral 20 denotes a point where light converged by the condenser lens 116 and transmitted through the beam splitter 117 converges. The convergence point 121 is a point at which light converged by the condenser lens 116 and reflected by the beam splitter 117 converges.

【0007】第1の光検出器118の光検出部と第2の
光検出器119の光検出部は、図21に示すようにそれ
ぞれ中央部の正方形の光検出部118a、119aと、
これを取り囲む光検出部118b、119bとを有して
いる。また、これらの光検出部118a、118b、1
19a、119bは、演算増幅器129、130に接続
され、演算増幅器129、130は、演算増幅器131
に接続されている。
As shown in FIG. 21, a light detecting section of the first light detector 118 and a light detecting section of the second light detector 119 have square central light detecting sections 118a and 119a, respectively.
It has photodetectors 118b and 119b surrounding it. In addition, these light detection units 118a, 118b, 1
19a and 119b are connected to operational amplifiers 129 and 130, respectively.
It is connected to the.

【0008】演算増幅器129、130、131は、制
御装置126内に配置される。被検物体124は、光軸
101方向に移動可能な移動ステージ125に搭載され
る。制御装置126は、移動ステージ125の動作を制
御する。
[0008] The operational amplifiers 129, 130 and 131 are arranged in the control unit 126. The test object 124 is mounted on a moving stage 125 that can move in the direction of the optical axis 101. The control device 126 controls the operation of the moving stage 125.

【0009】図20の構成において、光源113から出
射し、コリメータレンズ114を通った光束は、ビーム
スプリッタ115によって反射され、さらにダイクロイ
ックミラー107によって反射され、対物レンズ102
へ入射し、被検物体124上で結像する。被検物体12
4の被検面123からの反射光束は対物レンズ102を
通過し、ダイクロイックミラー107によって反射さ
れ、ビームスプリッタ115を透過し、ビームスプリッ
タ117へ入射する。
In the configuration shown in FIG. 20, a light beam emitted from a light source 113 and passing through a collimator lens 114 is reflected by a beam splitter 115, further reflected by a dichroic mirror 107, and
And forms an image on the test object 124. Test object 12
The light beam reflected from the test surface 123 passes through the objective lens 102, is reflected by the dichroic mirror 107, passes through the beam splitter 115, and enters the beam splitter 117.

【0010】光検出器118、119上には、ビームス
プリッタ117で分割された第1及び第2の光線束によ
って、図21に示すように、光スポット132及び13
3が夫々形成される。第1の光検出器118上に形成さ
れる光スポット132は、対物レンズ102と被検物体
124とが離間すれば大きくなり、接近すれば小さくな
る。一方、第2の光検出器119上に形成される光スポ
ット133は、光スポット132とは逆に、対物レンズ
102と被検物体124とが離間すれば小さくなり、接
近すれば大きくなる。双方の光検出器118、119の
検出信号から演算増幅器129、130、131によ
り、(118a−118b)−(119a−119b)
を求めて、この信号をフォーカスエラー信号とすれば、
S字特性をもつフォーカスエラー信号が得られる。
As shown in FIG. 21, light spots 132 and 13 are formed on the photodetectors 118 and 119 by the first and second light beams split by the beam splitter 117.
3 are formed respectively. The light spot 132 formed on the first photodetector 118 increases when the objective lens 102 and the object 124 are separated from each other, and decreases when the object lens 102 and the object 124 approach each other. On the other hand, the light spot 133 formed on the second photodetector 119 becomes smaller when the objective lens 102 and the test object 124 are separated from each other, and becomes larger when they are closer to each other. (118a-118b)-(119a-119b) from the detection signals of both photodetectors 118, 119 by operational amplifiers 129, 130, 131.
If this signal is used as a focus error signal,
A focus error signal having an S-shaped characteristic is obtained.

【0011】よって、フォーカスエラー信号が正のとき
は前ピン状態、負のときは後ピン状態、零のときは合焦
状態と判断することが可能である。この差動信号から被
検面の位置を判断して、制御装置126により移動ステ
ージ125を上下させ自動的に合焦状態に位置合わせを
することが可能である。
Therefore, when the focus error signal is positive, it is possible to determine the front focus state, when the focus error signal is negative, it is possible to determine the rear focus state, and when the focus error signal is zero, it is possible to determine the focus state. It is possible to determine the position of the surface to be inspected from this differential signal and move the moving stage 125 up and down by the control device 126 to automatically adjust the position to the focused state.

【0012】また、このフオーカスエラー信号から被検
物体124の変位量を計測することができる。
Further, the displacement amount of the test object 124 can be measured from the focus error signal.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】顕微鏡では観察倍率を
変化させるとき、倍率(焦点距離)の異なる対物レンズ
と交換することがあるが、顕微鏡の対物レンズの瞳径は
通常、倍率ごとに異なるため、平行光束の径が対物レン
ズの種類により変化し、光検出器上の光スポット径が変
化する。
When changing the observation magnification in a microscope, the microscope may be replaced with an objective lens having a different magnification (focal length). However, the pupil diameter of the objective lens of the microscope is usually different for each magnification. The diameter of the parallel light beam changes depending on the type of the objective lens, and the light spot diameter on the photodetector changes.

【0014】このため、対物レンズによっては、光検出
部の寸法に対して光スポット径が小さすぎ、内側の光検
出部の径よりも小さい径になる場合、もしくは、光スポ
ット径が大きすぎ、外側の光検出部の径よりも大きい径
になる場合が生じうる。このように、光スポット径が小
さすぎたり大きすぎたりすると、焦点検出をうまく行う
ことができなくなる。具体的には、光検出部の寸法に対
して光スポット径が小さすぎる場合は、フォーカスエラ
ー信号のS字カーブの合焦点付近に平らな領域が現れ
る。また、光検出部の寸法に対して光スポット径が大き
すぎる場合は、フォーカスエラー信号のS字カーブの合
焦点付近のリニアな領域が狭くなり、また、焦点検出範
囲も狭くなり、また、焦点検出の感度が低下する。
For this reason, depending on the objective lens, the light spot diameter is too small with respect to the size of the light detecting section and smaller than the diameter of the inner light detecting section, or the light spot diameter is too large. There may be a case where the diameter becomes larger than the diameter of the outer light detection unit. If the light spot diameter is too small or too large, focus detection cannot be performed properly. Specifically, when the light spot diameter is too small with respect to the size of the light detection unit, a flat area appears near the focal point of the S-shaped curve of the focus error signal. If the diameter of the light spot is too large with respect to the size of the light detection unit, the linear area near the focal point of the S-shaped curve of the focus error signal becomes narrow, the focus detection range becomes narrow, and The sensitivity of detection decreases.

【0015】したがって、従来の顕微鏡に用いられる差
動ビームサイズ方式の焦点検出装置では、焦点検出に用
いることのできる顕微鏡の対物レンズの種類が瞳径によ
り限られてしまうという問題点があった。
Therefore, the focus detection device of the differential beam size type used in the conventional microscope has a problem that the type of objective lens of the microscope which can be used for focus detection is limited by the pupil diameter.

【0016】本発明はこの問題点を解決し、顕微鏡の対
物レンズの瞳径が変化した場合でも良好に焦点検出手段
を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to solve this problem and to provide a microscope which is provided with a focus detecting means even when the pupil diameter of the objective lens of the microscope changes.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、以下のような焦点検出装置を備え
た顕微鏡が提供される。
According to the present invention, there is provided a microscope having the following focus detecting device.

【0018】すなわち、対物レンズを含む観察光学系
と、被検物体を搭載するためのステージと、前記対物レ
ンズの焦点位置からの前記被検物体の位置ずれを検出す
る焦点検出手段とを有し、前記焦点検出手段は、前記対
物レンズを通して前記被検物体に照明光を照射するため
の照明光学系と、前記被検物体からの前記照明光の反射
光束を収束するための集光光学系と、前記反射光束を第
1および第2光束に分割するための分割手段と、前記第
1および第2光束をそれぞれ検出するための第1および
第2検出手段と、前記第1および第2検出手段の検出結
果を演算することにより、少なくとも2種類のフォーカ
スエラー信号を求めることが可能な演算手段とを有し、
前記第1検出手段は、前記第1光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第2検出手段は、前記第2光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、前記第1および第2
検出手段は、それぞれ、前記第1および第2光束のう
ち、光軸部分の光束、その外側の光束、さらにその外側
の順に光軸から離れた部分の光束を検出するために、合
わせて3以上の検出部を有し、前記演算手段は、前記3
以上の検出部のうちもっとも中心に位置する検出部の出
力と、それよりも外側に位置するすべての検出部の出力
の和との差分を、それぞれ第1および第2検出手段につ
いて求め、これらを用いて第1のフォーカスエラー信号
を求める第1演算部と、前記3以上の検出部のうち中心
に近い2つの検出部の出力の和と、それらよりも外側に
位置するすべての検出部の出力の和との差分を、それぞ
れ第1および第2の検出手段について求め、これらを用
いて第2のフォーカスエラー信号を求める第2演算部と
を有することを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微鏡
である。
That is, an observation optical system including an objective lens, a stage for mounting the test object, and focus detecting means for detecting a displacement of the test object from a focal position of the objective lens are provided. An illumination optical system for irradiating the test object with illumination light through the objective lens, and a condensing optical system for converging a reflected light beam of the illumination light from the test object. Dividing means for dividing the reflected light beam into first and second light beams, first and second detecting means for detecting the first and second light beams, respectively, and first and second detecting means. Calculating means for calculating at least two types of focus error signals by calculating the detection result of
The first detection unit is disposed at a position farther from the object than a convergence point at which the first light beam is converged by the light-collecting optical system, and the second detection unit is configured such that the second light beam is The first and second light sources are arranged at a position closer to the test object than a convergence point converged by the light collecting optical system;
Detecting means for detecting a light flux of an optical axis portion, a light flux outside the light flux portion, and a light flux of a portion further away from the optical axis in the order outside the light flux portion among the first and second light fluxes, respectively, in total of three or more. And the calculating means includes the detecting unit
The difference between the output of the detection unit located at the center of the above detection units and the sum of the outputs of all the detection units located outside it is obtained for the first and second detection means, respectively. And a sum of outputs of two detectors near the center among the three or more detectors, and outputs of all detectors located outside of the first and second detectors. And a second calculation unit for obtaining a difference between the first focus error signal and the second focus error signal using the first and second detection means, respectively, and a microscope having focus detection means. It is.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0020】まず、本発明の第1の実施の形態による焦
点検出装置を備えた顕微鏡について、図1を用いて説明
する。図1の顕微鏡は、観察光学系と照明光学系とオー
トフォーカス光学系とから構成されている。
First, a microscope provided with a focus detection device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The microscope shown in FIG. 1 includes an observation optical system, an illumination optical system, and an autofocus optical system.

【0021】観察光学系は、第1対物レンズ2と、第2
対物レンズ3と、俯視プリズム4と、接眼レンズ5とを
有する。第1対物レンズ2と第2対物レンズ3との間に
は平行光路が形成されている。この平行光路には、ダイ
クロイックミラー7と、ビームスプリッタ8とが、平行
光路の光軸1に対してそれぞれ45度の角度で設置され
ている。ダイクロイックミラー7は、赤外光を反射し可
視光を透過する特性を有する。
The observation optical system includes a first objective lens 2 and a second objective lens 2.
It has an objective lens 3, a bird's-eye view prism 4, and an eyepiece 5. A parallel optical path is formed between the first objective lens 2 and the second objective lens 3. In this parallel optical path, a dichroic mirror 7 and a beam splitter 8 are installed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis 1 of the parallel optical path. The dichroic mirror 7 has a characteristic of reflecting infrared light and transmitting visible light.

【0022】照明光学系は、可視光線を出射する照明光
源10と集光レンズ11とを有する。照明光学系から出
射された照明光束は、ビームスプリッタ8によって反射
され、上記の平行光路に導かれる。
The illumination optical system has an illumination light source 10 that emits visible light and a condenser lens 11. The illumination light beam emitted from the illumination optical system is reflected by the beam splitter 8 and guided to the above-mentioned parallel optical path.

【0023】オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源13と、コリメータレンズ14と、ビームスプ
リッタ15と、集光レンズ16と、ビームスプリッタ1
7と、第1の光検出器18と、第2の光検出器19とを
有する。光源13には、赤外光を出射する半導体レーザ
を用いた。第1の光検出器18は、収束点20よりも被
検物体24から離間して設置されている。一方、第2の
光検出器19は収束点21よりも被検物体24に近接し
て設置されている。収束点20は、集光レンズ16によ
って収束され、ビームスプリッタ17を透過した光が収
束する点である。収束点21は、集光レンズ16によっ
て収束され、さらに、ビームスプリッタ17で反射した
光が収束する点である。
The autofocus optical system includes a light source 13 for emitting infrared light, a collimator lens 14, a beam splitter 15, a condenser lens 16, and a beam splitter 1.
7, a first light detector 18, and a second light detector 19. As the light source 13, a semiconductor laser that emits infrared light was used. The first photodetector 18 is installed farther from the object 24 than the convergence point 20. On the other hand, the second photodetector 19 is installed closer to the test object 24 than the convergence point 21. The convergence point 20 is a point at which light converged by the condenser lens 16 and transmitted through the beam splitter 17 converges. The convergence point 21 is a point where the light is converged by the condenser lens 16 and the light reflected by the beam splitter 17 converges.

【0024】第1の光検出器18の光検出部と第2の光
検出器19の光検出部は、それぞれ、図2に示すよう
に、中央に正方形の検出領域を持つ光検出部18a、1
9aを有している。その外側には、光検出部18a、1
9aを囲む検出領域を有する光検出部18b、19bが
配置されている。さらに、その外側には、光検出部18
b、19bを囲む検出領域を有する光検出部18c、1
9cが配置されている。光検出部18a〜18cならび
に光検出部19a〜19cのそれぞれの光検出領域は、
半導体基板に不純物をドープすることにより形成されて
いる。図2では、隣接する光検出部同士が、互いに接す
るように描いているが、実際には、隣接する光検出部の
間には、光を検知しない不感領域が形成されている。
As shown in FIG. 2, the light detecting section of the first light detector 18 and the light detecting section of the second light detector 19 each have a light detecting section 18a having a square detection area at the center. 1
9a. Outside the photodetectors 18a, 1
Photodetectors 18b and 19b having a detection area surrounding 9a are arranged. Further, on the outside thereof, a light detecting unit 18 is provided.
b, light detecting portions 18c, 1 having a detection area surrounding 19b
9c is arranged. The respective light detection areas of the light detection units 18a to 18c and the light detection units 19a to 19c are:
The semiconductor substrate is formed by doping impurities. In FIG. 2, the adjacent light detection units are drawn so as to be in contact with each other. However, in practice, a dead area where light is not detected is formed between the adjacent light detection units.

【0025】光検出部18a〜18c、19a〜19c
は、演算増幅器27、28、29、30、31、32、
33、34、35、36に接続されている。演算増幅器
27、28、29、30は、入力された2つの信号を加
算する増幅器であり、演算増幅器31、32、33、3
4、35、36は、入力された2つの信号を差分する増
幅器である。
Light detectors 18a to 18c, 19a to 19c
Are operational amplifiers 27, 28, 29, 30, 31, 32,
33, 34, 35 and 36. The operational amplifiers 27, 28, 29, and 30 are amplifiers that add two input signals, and are operational amplifiers 31, 32, 33, and 3,
Reference numerals 4, 35 and 36 denote amplifiers for differentiating the two input signals.

【0026】演算増幅器27は、光検出部18a,18
bの出力を加算する。演算増幅器28は、光検出部18
b,18cの出力を加算する。演算増幅器31は、光検
出部18aの出力と、演算増幅器28の出力とを差分す
る。演算増幅器32は、演算増幅器27の出力と、光検
出部18cの出力とを差分する。一方、演算増幅器29
は、光検出部19a,19bの出力を加算する。演算増
幅器30は、光検出部19b,19cの出力を加算す
る。演算増幅器33は、光検出部19aの出力と、演算
増幅器30の出力とを差分する。演算増幅器34は、演
算増幅器29の出力と、光検出部19cの出力とを差分
する。
The operational amplifier 27 includes light detection units 18a, 18
The output of b is added. The operational amplifier 28 is connected to the light detector 18
b, 18c are added. The operational amplifier 31 makes a difference between the output of the photodetector 18a and the output of the operational amplifier 28. The operational amplifier 32 makes a difference between the output of the operational amplifier 27 and the output of the light detector 18c. On the other hand, the operational amplifier 29
Adds the outputs of the photodetectors 19a and 19b. The operational amplifier 30 adds the outputs of the light detectors 19b and 19c. The operational amplifier 33 makes a difference between the output of the photodetector 19a and the output of the operational amplifier 30. The operational amplifier 34 makes a difference between the output of the operational amplifier 29 and the output of the light detection unit 19c.

【0027】演算増幅器35は、演算増幅器31の出力
と演算増幅器33の出力とを差分する。演算増幅器36
は、演算増幅器32の出力と演算増幅器34の出力とを
差分する。光検出器18a〜18c、光検出器19a〜
19cのそれぞれの出力を|18a|〜|18c|、|
19a|〜|19c|と表した場合、演算増幅器35の
出力は、(|18a|−(|18b|+|18c|))
−(|19a|−(|19b|+|19c|))と表す
ことができる。同様に、演算増幅器36の出力は、
((|18a|+|18b|)−|18c|)−((|
19a|+|19b|)−|19c|)と表すことがで
きる。
The operational amplifier 35 makes a difference between the output of the operational amplifier 31 and the output of the operational amplifier 33. Operational amplifier 36
Subtracts the output of the operational amplifier 32 from the output of the operational amplifier 34. Photodetectors 18a-18c, photodetectors 19a-
19c are | 18a | to | 18c |, |
When expressed as 19a | to | 19c |, the output of the operational amplifier 35 is (| 18a |-(| 18b | + | 18c |)).
− (| 19a | − (| 19b | + | 19c |)). Similarly, the output of operational amplifier 36 is
((| 18a | + | 18b |)-| 18c |)-((|
19a | + | 19b |)-| 19c |).

【0028】なお、演算増幅器27〜36は、制御装置
26内に配置される。被検物体24は、光軸1方向に移
動可能な移動ステージ25に搭載される。制御装置26
は、移動ステージ25の動作を制御する。
The operational amplifiers 27 to 36 are arranged in the control device 26. The test object 24 is mounted on a moving stage 25 that can move in the optical axis 1 direction. Control device 26
Controls the operation of the moving stage 25.

【0029】つぎに、図1の焦点検出装置を備えた顕微
鏡の各部の動作について説明する。
Next, the operation of each part of the microscope provided with the focus detecting device shown in FIG. 1 will be described.

【0030】光源13から出射し、コリメータレンズ1
4を通った光束は、ビームスプリッタ15によって反射
され、さらにダイクロイックミラー7によって反射さ
れ、対物レンズ2へ入射し、被検物体24上で結像す
る。被検物体24の被検面23からの反射光束は対物レ
ンズ2を通過し、ダイクロイックミラー7によって反射
され、ビームスプリッタ15を透過し、集光レンズ16
を通過し、ビームスプリッタ17へ入射する。
The collimator lens 1 is emitted from the light source 13
The light beam passing through 4 is reflected by the beam splitter 15, further reflected by the dichroic mirror 7, enters the objective lens 2, and forms an image on the test object 24. The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, passes through the beam splitter 15, and
And enters the beam splitter 17.

【0031】光検出器18、19上には、ビームスプリ
ッタ17で分割された第1及び第2の光線束によって、
図2に示すように、光スポット37及び38が夫々形成
される。第1の光検出器18上に形成される光スポット
37のスポット径は、対物レンズ2と被検物体24とが
離間すれば大きくなり、接近すれば小さくなる。一方、
第2の光検出器19上に形成される光スポット38のス
ポット径は、光スポット37とは逆に、対物レンズ2と
被検物体24とが離間すれば小さくなり、接近すれば大
きくなる。
On the photodetectors 18 and 19, the first and second light beams split by the beam splitter 17 are used.
As shown in FIG. 2, light spots 37 and 38 are respectively formed. The spot diameter of the light spot 37 formed on the first photodetector 18 increases when the objective lens 2 and the object 24 are separated, and decreases when the object lens 2 and the object 24 approach each other. on the other hand,
Contrary to the light spot 37, the spot diameter of the light spot 38 formed on the second photodetector 19 becomes smaller when the objective lens 2 and the object 24 are separated from each other, and becomes larger when the object lens 2 and the object 24 come closer.

【0032】対物レンズ2の瞳径が小さく、被検面23
を光軸1方向に移動させて、被検面23を対物レンズ2
の焦点位置に配置した場合に、光スポット38が光検出
部19bの内側に入ってしまい、光検出部19c上に光
スポットがかからないような瞳径の対物レンズ2を用い
る際には、演算増幅器35の出力の(|18a|−(|
18b|+|18c|))−(|19a|−(|19b
|+|19c|))を用い、この信号をフォーカスエラ
ー信号とすれば、S字特性をもつフォーカスエラー信号
が得られる。
The pupil diameter of the objective lens 2 is small,
Is moved in the direction of the optical axis 1 so that the test surface 23 is
When the objective lens 2 having a pupil diameter such that the light spot 38 enters the inside of the light detection unit 19b and the light spot does not fall on the light detection unit 19c when the objective lens 2 is disposed at the focal position of 35 output (| 18a |-(|
18b | + | 18c |))-(| 19a |-(| 19b
| + | 19c |)) and using this signal as a focus error signal, a focus error signal having S-characteristics can be obtained.

【0033】一方、対物レンズ2の瞳径が大きく、被検
面23を光軸1方向に移動させて、被検面23を対物2
の焦点位置に配置した場合に、光スポット38のスポッ
ト径が光検出部19bの径より大きく、光検出部19b
の全面に光が照射されるような瞳径の対物レンズ2を用
いる際には、演算増幅器36の出力の((|18a|+
|18b|)−|18c|)−((|19a|+|19
b|)−|19c|)を用い、この信号をフォーカスエ
ラー信号とすれば、S字特性をもつフォーカスエラー信
号が得られる。
On the other hand, the pupil diameter of the objective lens 2 is large, and the test surface 23 is moved in the direction of the optical axis 1 so that the test surface 23
When the light spot 38 is disposed at the focal position, the spot diameter of the light spot 38 is larger than the diameter of the light
When using the objective lens 2 having a pupil diameter such that light is irradiated onto the entire surface of the optical amplifier 36, the output of the operational amplifier 36 ((| 18a | +
| 18b |)-| 18c |)-((| 19a | + | 19)
If b |)-| 19c |) is used as a focus error signal, a focus error signal having an S-shaped characteristic can be obtained.

【0034】このように、演算増幅器35の出力を、選
択的に使い分けることにより、対物レンズ2の瞳径が小
さい場合にも大きい場合にも、S字カーブを描き、S字
カーブの合焦点付近のリニアな領域が広く、合焦検出の
感度がよいフォーカスエラー信号を得ることができる。
フォーカス信号が正のときは前ピン状態、負のときは後
ピン状態、零のときは合焦状態と判断することが可能で
ある。このフォーカスエラー信号から被検面の位置を判
断して、制御装置26により移動ステージ25を上下さ
せ合焦状態に位置合わせをすることが可能である。この
状態で、照明光源10から被検物体24に照射された光
を、観察光学系により観察することにより、合焦状態で
被検物体24の像を観察することができる。
As described above, by selectively using the output of the operational amplifier 35, an S-shaped curve is drawn regardless of whether the pupil diameter of the objective lens 2 is small or large, and the vicinity of the focal point of the S-shaped curve is obtained. Can obtain a focus error signal having a wide linear region and good focus detection sensitivity.
When the focus signal is positive, it is possible to determine the front focus state, when the focus signal is negative, it is possible to determine the rear focus state, and when the focus signal is zero, it is possible to determine the focus state. It is possible to determine the position of the surface to be inspected from the focus error signal, and to move the moving stage 25 up and down by the control device 26 to adjust the position to a focused state. In this state, by observing the light emitted from the illumination light source 10 to the test object 24 with the observation optical system, the image of the test object 24 can be observed in a focused state.

【0035】また、このフオーカスエラー信号から被検
物体24の変位量を計測することもできる。
Further, the displacement amount of the test object 24 can be measured from the focus error signal.

【0036】第1の実施の形態の図1の焦点検出装置付
き顕微鏡において、以下のような条件で装置を作製し、
実験を行い、瞳径の異なる複数の対物レンズについてフ
ォーカスエラー信号を得た。
In the microscope with the focus detecting device of FIG. 1 of the first embodiment, the device is manufactured under the following conditions.
An experiment was performed to obtain focus error signals for a plurality of objective lenses having different pupil diameters.

【0037】集光レンズ16の焦点距離を40mm、収束
点20と光検出器18の間の距離を6000μm、収束
点21と光検出器19の間の距離を6000μm、光検
出器18の光検出部18aの寸法を350μm×350
μm、光検出部18bの寸法を950μm×950μm、
光検出部18cの寸法を6000μm×6000μm、光
検出器19の光検出部19aの寸法を350μm×35
0μm、光検出部19bの寸法を950μm×950μ
m、光検出部19cの寸法を6000μm×6000μm
とした。
The focal length of the condenser lens 16 is 40 mm, the distance between the convergence point 20 and the photodetector 18 is 6000 μm, the distance between the convergence point 21 and the photodetector 19 is 6000 μm, and the light detection of the photodetector 18 is performed. The size of the portion 18a is 350 μm × 350
μm, the size of the light detecting portion 18b is 950 μm × 950 μm,
The size of the light detecting portion 18c is 6000 μm × 6000 μm, and the size of the light detecting portion 19a of the light detector 19 is 350 μm × 35.
0 μm, the size of the photodetector 19b is 950 μm × 950 μm
m, the size of the light detection unit 19c is 6000 μm × 6000 μm
And

【0038】そして、対物レンズ2として、焦点距離お
よび瞳径が異なる6種類のレンズを用い、演算増幅器3
5の出力、または、演算増幅器36の出力によりフォー
カスエラー信号を得た。この時のフォーカスエラー信号
を図3(a)〜(f)に示す。なお、図3(a)〜
(f)において、横軸は被検面23の変位量、縦軸はフ
ォーカスエラー信号の強度を示す。
Then, as the objective lens 2, six types of lenses having different focal lengths and pupil diameters are used.
5 or the output of the operational amplifier 36, a focus error signal was obtained. FIGS. 3A to 3F show focus error signals at this time. In addition, FIG.
In (f), the horizontal axis indicates the amount of displacement of the test surface 23, and the vertical axis indicates the intensity of the focus error signal.

【0039】この条件の場合には、対物レンズ2の瞳径
3.6mm以下のときには、演算増幅器35の出力の方
が、演算増幅器36の出力よりも、S字カーブの合焦点
付近がリニア領域が直線に近いフォーカスエラー信号が
得られ、また、対物レンズ2の瞳径6.4mm以上のとき
には、演算増幅器36の出力の方が、演算増幅器35の
出力よりも、S字カーブの合焦点付近のリニア領域の範
囲が広いフォーカスエラー信号が得られた。よって、図
3(a)、(b)には、演算増幅器35の出力のフォー
カスエラー信号を、図3(c)〜(f)には、演算増幅
器36の出力のフォーカスエラー信号を示す。
Under this condition, when the pupil diameter of the objective lens 2 is 3.6 mm or less, the output of the operational amplifier 35 is closer to the focal point of the S-shaped curve than the output of the operational amplifier 36 in the linear region. When a focus error signal close to a straight line is obtained and the pupil diameter of the objective lens 2 is 6.4 mm or more, the output of the operational amplifier 36 is closer to the focal point of the S-shaped curve than the output of the operational amplifier 35. A focus error signal having a wide linear range was obtained. Therefore, FIGS. 3A and 3B show focus error signals output from the operational amplifier 35, and FIGS. 3C to 3F show focus error signals output from the operational amplifier 36.

【0040】具体的には、図3(a)は、顕微鏡の対物
レンズ2に焦点距離1.33mm、瞳径2.4mmの対物レ
ンズを用いた場合で、演算増幅器35から得られたフォ
ーカスエラー信号をグラフ化したものである。
More specifically, FIG. 3A shows a case where an objective lens having a focal length of 1.33 mm and a pupil diameter of 2.4 mm is used as the objective lens 2 of the microscope, and the focus error obtained from the operational amplifier 35 is shown. It is a graph of a signal.

【0041】図3(b)は顕微鏡の対物レンズ2に焦点
距離2mm、瞳径3.6mmの対物レンズを用いた場合で、
演算増幅器35から得られたフォーカスエラー信号をグ
ラフ化したものである。
FIG. 3B shows a case where an objective lens having a focal length of 2 mm and a pupil diameter of 3.6 mm is used as the objective lens 2 of the microscope.
This is a graph of the focus error signal obtained from the operational amplifier 35.

【0042】図3(c)は顕微鏡の対物レンズ2に焦点
距離4mm、瞳径6.4mmの対物レンズを用いた場合で、
瞳径が大きいため、演算増幅器36から得られたフォー
カスエラー信号をグラフ化したものである。
FIG. 3C shows a case where an objective lens having a focal length of 4 mm and a pupil diameter of 6.4 mm is used as the objective lens 2 of the microscope.
Since the pupil diameter is large, the focus error signal obtained from the operational amplifier 36 is graphed.

【0043】図3(d)は顕微鏡の対物レンズ2に焦点
距離10mm、瞳径9.2mmの対物レンズを用いた場合
で、同じく演算増幅器36から得られたフォーカスエラ
ー信号をグラフ化したものである。
FIG. 3D is a graph in which a focus error signal obtained from the operational amplifier 36 is graphed when an objective lens having a focal length of 10 mm and a pupil diameter of 9.2 mm is used as the objective lens 2 of the microscope. is there.

【0044】図3(e)は顕微鏡の対物レンズ2に焦点
距離20mm、瞳径12mmの対物レンズを用いた場合で、
演算増幅器36から得られたフォーカスエラー信号をグ
ラフ化したものである。
FIG. 3E shows a case where an objective lens having a focal length of 20 mm and a pupil diameter of 12 mm is used as the objective lens 2 of the microscope.
This is a graph of the focus error signal obtained from the operational amplifier 36.

【0045】図3(f)は顕微鏡の対物レンズ2に焦点
距離40mm、瞳径10.4mmの対物レンズを用いた場合
で、演算増幅器36から得られたフォーカスエラー信号
をグラフ化したものである。
FIG. 3F is a graph showing a focus error signal obtained from the operational amplifier 36 when an objective lens having a focal length of 40 mm and a pupil diameter of 10.4 mm is used as the objective lens 2 of the microscope. .

【0046】なお、制御装置26において、制御に用い
るフォーカスエラー信号として、演算増幅器35の出力
および演算増幅器36の出力のうちいずれかを選択する
ために、制御装置26に外部からの選択を受け付ける選
択手段を設けておくことができる。また、複数の対物レ
ンズを取り付けることができ、これらのうちの一つを対
物レンズ2として選択的に光軸1上に配置することがで
きるレボルバーを使用する場合には、光軸1上に配置し
た対物レンズ2に応じて、制御装置26に演算増幅器3
5または演算増幅器36の選択信号を送出する手段をレ
ボルバーに取り付けておくことも可能である。
In the control device 26, in order to select either the output of the operational amplifier 35 or the output of the operational amplifier 36 as a focus error signal used for control, the control device 26 accepts an external selection. Means can be provided. Further, when a revolver that can be provided with a plurality of objective lenses and one of which can be selectively disposed on the optical axis 1 as the objective lens 2 is used, the revolver is disposed on the optical axis 1. The operational amplifier 3 is provided to the control device 26 in accordance with the objective lens 2 that has been set.
It is also possible to attach a means for transmitting the selection signal of 5 or the operational amplifier 36 to the revolver.

【0047】上述してきたように、第1の実施の形態の
焦点検出装置つき顕微鏡では、図2のような構成の光検
出部を有する光検出器を用いることにより、電気的な信
号処理回路を切り換えるという簡単な操作で、広範囲の
瞳径の対物レンズ2について、良好なフォーカスエラー
信号を得ることができる。
As described above, in the microscope with the focus detecting device according to the first embodiment, the electric signal processing circuit can be implemented by using the photodetector having the photodetector having the configuration as shown in FIG. With a simple operation of switching, a good focus error signal can be obtained for the objective lens 2 having a wide range of pupil diameters.

【0048】また、図1の構成において、ダイクロイッ
クミラー7とビームスプリッタ15の間に四分の一波長
板を設置し、光源13を直線偏光の光を出射する光源と
し、ビームスプリッタ15を偏光ビームスプリッタとす
る構成にすることにより、被検面で反射した光をすべて
光検出器18、19で検出することができ、光検出器1
8、19の受光光量が増えるため、低反射率の試料でも
より高感度でフォーカスエラー信号を得ることができ
る。
In the configuration of FIG. 1, a quarter-wave plate is provided between the dichroic mirror 7 and the beam splitter 15, the light source 13 is used as a light source for emitting linearly polarized light, and the beam splitter 15 is used as a polarized beam. With the configuration as the splitter, all the light reflected on the surface to be detected can be detected by the photodetectors 18 and 19, and the photodetector 1
Since the amounts of received light 8 and 19 increase, a focus error signal can be obtained with higher sensitivity even with a sample having a low reflectance.

【0049】つぎに、本発明の第2の実施の形態の焦点
検出装置付き顕微鏡について図4を用いて説明する。
Next, a microscope with a focus detection device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0050】図4の構成は、第1の実施の形態の図1の
構成と、観察光学系および照明光学系が同様の構成であ
るが、オートフォーカス光学系の部分が異なっており、
光検出器18、19をビームスプリッタ17に接着剤等
で直接固定している。図4では図1と同様の部品につい
ては同じ番号をつけている。
The configuration of FIG. 4 is similar to the configuration of FIG. 1 of the first embodiment in the observation optical system and the illumination optical system, but differs in the autofocus optical system.
The photodetectors 18 and 19 are directly fixed to the beam splitter 17 with an adhesive or the like. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0051】第2の実施の形態のオートフォーカス光学
系は、赤外光を出射する光源13と、コリメータレンズ
14と、ビームスプリッタ15と、集光レンズ16と、
ビームスプリッタ17と、ビームスプリッタ17に接着
剤で固定された第1の光検出器18と、第2の光検出器
19を有する。第1の光検出器18を収束点20よりも
被検物体24から離間して設置し、第2の光検出器19
を収束点21よりも被検物体24に近接して設置するた
めに、ビームスプリッタ17は、収束点20がビームス
プリッタ17の内部に位置し、収束点21がビームスプ
リッタ17の外部に位置するような形状を有している。
The autofocus optical system according to the second embodiment comprises a light source 13 for emitting infrared light, a collimator lens 14, a beam splitter 15, a condenser lens 16,
It has a beam splitter 17, a first photodetector 18 fixed to the beam splitter 17 with an adhesive, and a second photodetector 19. The first photodetector 18 is installed at a position farther from the object 24 than the convergence point 20, and the second photodetector 19 is provided.
Is positioned closer to the test object 24 than the convergence point 21, the beam splitter 17 is configured such that the convergence point 20 is located inside the beam splitter 17 and the convergence point 21 is located outside the beam splitter 17. Shape.

【0052】第1の光検出器18の光検出部の形態なら
びに第2の光検出器19の光検出部の形態は、第1の実
施の形態と同じであるので説明を省略する。
The form of the light detecting section of the first light detector 18 and the form of the light detecting section of the second light detector 19 are the same as those of the first embodiment, so that the description will be omitted.

【0053】図4の焦点検出装置付き顕微鏡の焦点検出
の動作は、第1の実施の形態と同様であるので説明を省
略する。
The focus detection operation of the microscope with the focus detection device shown in FIG. 4 is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.

【0054】第2の実施の形態の図4の構成では、光検
出器18、19が、ビームスプリッタ17に固定されて
いるため、光学素子のアライメントを容易に行うことが
できる。よって、光検出器18、19とビームスプリッ
タ光学素子の位置ズレによって、フォーカスエラー信号
が悪影響を受けることがないという利点を有する。
In the configuration of FIG. 4 of the second embodiment, since the photodetectors 18 and 19 are fixed to the beam splitter 17, alignment of optical elements can be easily performed. Therefore, there is an advantage that the focus error signal is not adversely affected by the positional deviation between the photodetectors 18 and 19 and the beam splitter optical element.

【0055】次に、本発明の第3の実施の形態による焦
点検出装置付き顕微鏡について図5を用いて説明する。
Next, a microscope with a focus detection device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0056】図5の構成は、オートフォーカス光学系が
図1の構成とは異なっている。これを以下説明する。な
お、照明光学系および観察光学系については図1の構成
と同じであるため説明を省略する。なお、図5では、図
1と同様の部品については同じ番号をつけている。
The configuration of FIG. 5 differs from the configuration of FIG. 1 in the autofocus optical system. This will be described below. Note that the illumination optical system and the observation optical system are the same as those in FIG. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0057】第3の実施の形態のオートフォーカス光学
系は、赤外光を出射する光源13と、コリメータレンズ
16と、プリズム40と、第1、第2の光検出器18、
19が形成されたSi基板41と、台42とを有する。
光源13は、本実施の形態では半導体レーザを用いた。
プリズム40は、Si基板41に接着剤により固定され
ており、光源13、コリメータレンズ16、Si基板4
1は台42に固定されている。プリズム40の面44に
は透過率66.7%、反射率33.3%となる光学薄膜
がコーティングされている。プリズム40の面43には
透過率50%、反射率50%となる光学薄膜がコーティ
ングされている。
The autofocus optical system according to the third embodiment comprises a light source 13 for emitting infrared light, a collimator lens 16, a prism 40, first and second photodetectors 18,
It has a Si substrate 41 on which the 19 is formed and a table 42.
In this embodiment, the light source 13 uses a semiconductor laser.
The prism 40 is fixed to the Si substrate 41 by an adhesive, and the light source 13, the collimator lens 16, and the Si substrate 4
1 is fixed to the base 42. The surface 44 of the prism 40 is coated with an optical thin film having a transmittance of 66.7% and a reflectance of 33.3%. The surface 43 of the prism 40 is coated with an optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50%.

【0058】図5の構成において、光源13から出射し
た光はプリズム40の面43と面44を透過し、コリメ
ータレンズ16によって平行にされた光は、ダイクロイ
ックミラー7によって反射され、対物レンズ2へ入射
し、制御装置26によって光軸1方向に移動可能な移動
ステージ25上に置かれた被検物体24上で結像する。
In the configuration shown in FIG. 5, the light emitted from the light source 13 passes through the surfaces 43 and 44 of the prism 40, and the light collimated by the collimator lens 16 is reflected by the dichroic mirror 7 to the objective lens 2. The light enters and is imaged on the test object 24 placed on the movable stage 25 movable in the optical axis 1 direction by the control device 26.

【0059】被検物体24の被検面23からの反射光束
は対物レンズ2を通過し、ダイクロイックミラー7によ
って反射され、コリメータレンズ16を通過し、プリズ
ム40の面44に入射する。プリズム40の面44には
透過率66.7%、反射率33.3%となる光学薄膜が
コーティングされているため、入射光の1/3は、面4
4で反射し、光検出器19に入射する。残りの2/3の
光は、面44を透過し、プリズム40の面43に入射す
る。プリズム40の面43には透過率50%、反射率5
0%となる光学薄膜がコーティングされているため、入
射光のうちの半分は、光は光検出器18に入射する。
The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, passes through the collimator lens 16, and enters the surface 44 of the prism 40. Since the surface 44 of the prism 40 is coated with an optical thin film having a transmittance of 66.7% and a reflectance of 33.3%, 1/3 of the incident light is
The light is reflected at 4 and enters the photodetector 19. The remaining / of the light passes through the surface 44 and enters the surface 43 of the prism 40. The surface 43 of the prism 40 has a transmittance of 50% and a reflectance of 5
Since the optical thin film of 0% is coated, half of the incident light is incident on the photodetector 18.

【0060】第1の光検出器18の光検出部と第2の光
検出器19の光検出部は、第1の実施の形態と同じであ
り、焦点検出の動作も第1の実施の形態と同じであるの
で説明を省略する。
The light detector of the first light detector 18 and the light detector of the second light detector 19 are the same as in the first embodiment, and the operation of focus detection is also the first embodiment. Therefore, the description is omitted.

【0061】図5の構成のオートフォーカス光学系は、
図1の構成よりも集光レンズが1枚少ないため、光学部
品の点数が少ない。しかも、光検出器18、19が1つ
のSi基板41上に形成されているため、光検出器1
8、19間のアライメントの手間が省け、価格を低減す
ることができるという利点を有する。さらに、台42に
Si基板41、光源13、コリメータレンズ16が固定
されているので、光学素子の位置ズレによるフォーカス
エラー信号への影響を少なくすることができるという利
点を有する。
The autofocus optical system having the structure shown in FIG.
Since the number of condensing lenses is one less than in the configuration of FIG. 1, the number of optical components is small. Moreover, since the photodetectors 18 and 19 are formed on one Si substrate 41, the photodetector 1
There is an advantage that the trouble of alignment between 8 and 19 can be omitted and the price can be reduced. Further, since the Si substrate 41, the light source 13, and the collimator lens 16 are fixed to the table 42, there is an advantage that the influence of the positional shift of the optical element on the focus error signal can be reduced.

【0062】また、演算増幅器27、28、29、3
0、31、32、33、34、35、36を半導体プロ
セス技術によりSi基板41に作り込むことも可能であ
る。このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。
The operational amplifiers 27, 28, 29, 3
0, 31, 32, 33, 34, 35 and 36 can be formed in the Si substrate 41 by a semiconductor process technology. This can further reduce the cost of the device.

【0063】次に、本発明の第4の実施の形態の焦点検
出装置付き顕微鏡について図6を用いて説明する。
Next, a microscope with a focus detection device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0064】図6の構成は、光源13が直線偏光の光を
出射する光源であるということと、コリメータレンズ1
6とダイクロイックミラー7の間に四分の一波長板45
が設置されていることと、面43、44の光学薄膜の特
性が異なること以外、第3の実施の形態の図5の構成と
同じである。具体的には、光源13として、X方向の直
線偏光の光を出射する光源を用いている。プリズム40
の面44にはX方向の直線偏光の光を100%透過し、
Y方向の直線偏光の光に対して透過率50%、反射率5
0%となる光学薄膜がコーティングされている。プリズ
ム40の面43にはX方向の直線偏光の光を100%透
過し、Y方向の直線偏光の光を100%反射する光学薄
膜がコーティングされている。図6において、図5の構
成と同様の部品については同じ番号をつけた。
FIG. 6 shows that the light source 13 is a light source for emitting linearly polarized light,
Quarter-wave plate 45 between 6 and dichroic mirror 7
Is the same as the configuration of the third embodiment shown in FIG. 5 except that the optical film is provided and the characteristics of the optical thin films on the surfaces 43 and 44 are different. Specifically, a light source that emits linearly polarized light in the X direction is used as the light source 13. Prism 40
The surface 44 transmits 100% of linearly polarized light in the X direction,
50% transmittance and 5 reflectance for linearly polarized light in the Y direction
0% of the optical thin film is coated. The surface 43 of the prism 40 is coated with an optical thin film that transmits 100% of linearly polarized light in the X direction and reflects 100% of linearly polarized light in the Y direction. 6, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.

【0065】直線偏光の光を出射する光源13から出射
したX方向の直線偏光の光は、プリズム40の面43と
面44を透過し、コリメータレンズ16によって平行に
され、四分の一波長板45を透過することにより円偏光
の光に変換され、ダイクロイックミラー7によって反射
され、対物レンズ2へ入射し、制御装置26によって光
軸1方向に移動可能な移動ステージ25上に置かれた被
検物体24上で結像する。被検物体24の被検面23か
らの反射光束は対物レンズ2を通過し、ダイクロイック
ミラー7によって反射され、再び四分の一波長板45を
透過することによりY方向の直線偏光の光に変換され、
コリメータレンズ16を通過し、プリズム40の面44
に入射する。面44にはX方向の直線偏光の光を100
%透過し、Y方向の直線偏光の光に対して透過率50
%、反射率50%となる光学薄膜がコーティングされて
おり、面44で反射した光は光検出器19に入射し、面
44を透過した光はプリズム40の面43に入射する。
プリズム40の面43にはX方向の直線偏光の光を10
0%透過し、Y方向の直線偏光の光を100%反射する
光学薄膜がコーティングされており、面43で反射した
光は光検出器18に入射する。.第1の光検出器18の
光検出部と第2の光検出器19の光検出部の形態は、第
1の実施の形態と同じである。また、焦点検出の動作に
ついても第1の実施の形態と同じであるので説明を省略
する。
The linearly polarized light in the X direction emitted from the light source 13 that emits linearly polarized light passes through the surfaces 43 and 44 of the prism 40, is made parallel by the collimator lens 16, and becomes a quarter-wave plate. The light is converted into circularly polarized light by passing through 45, reflected by the dichroic mirror 7, incident on the objective lens 2, and placed on a movable stage 25 movable in the optical axis 1 direction by the controller 26. An image is formed on the object 24. The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, and passes through the quarter-wave plate 45 again to be converted into linearly polarized light in the Y direction. And
After passing through the collimator lens 16, the surface 44 of the prism 40
Incident on. The surface 44 receives 100 linearly polarized light in the X direction.
%, And a transmittance of 50 for linearly polarized light in the Y direction.
%, And an optical thin film having a reflectivity of 50% is coated. The light reflected on the surface 44 is incident on the photodetector 19, and the light transmitted on the surface 44 is incident on the surface 43 of the prism 40.
10 linearly polarized light in the X direction is applied to the surface 43 of the prism 40.
An optical thin film that transmits 0% and reflects 100% of linearly polarized light in the Y direction is coated, and the light reflected by the surface 43 enters the photodetector 18. The form of the light detecting section of the first light detector 18 and the light detecting section of the second light detector 19 are the same as those in the first embodiment. The focus detection operation is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0066】図6の構成では、図5と同じようにオート
フォーカス光学系の光学部品の点数が少なく、かつ、光
検出器18、19が1つのSi基板41上に形成されて
いるので、アライメントの手間が省け、価格を低減する
ことができるという利点を有する。さらに、台42にS
i基板41、光源13、コリメータレンズ16が固定さ
れているので、光学素子の位置ズレによるフォーカスエ
ラー信号への影響を少なくすることができるという利点
を有する。
In the configuration of FIG. 6, as in FIG. 5, the number of optical components of the autofocus optical system is small, and the photodetectors 18 and 19 are formed on one Si substrate 41. This has the advantage that the trouble can be saved and the price can be reduced. In addition, S
Since the i-substrate 41, the light source 13, and the collimator lens 16 are fixed, there is an advantage that the influence of the positional shift of the optical element on the focus error signal can be reduced.

【0067】また、演算増幅器27、28、29、3
0、31、32、33、34、35、36を半導体プロ
セス技術によりSi基板41に形成することが可能であ
り、このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。
The operational amplifiers 27, 28, 29, 3
0, 31, 32, 33, 34, 35, and 36 can be formed on the Si substrate 41 by a semiconductor process technique, so that the cost of the device can be further reduced.

【0068】さらに、第4の実施の形態では被検面で反
射した光をすべて光検出器18、19で検出する構成に
するとができ、光検出器18、19で受光する光量が増
えるため、低反射率の試料でもより高感度でフォーカス
エラー信号を得ることができる。また、光源13への戻
り光がないため、光源13として半導体レーザを用いた
場合にも光源13の出射波長を安定化させることができ
る。
Further, in the fourth embodiment, all the light reflected on the surface to be detected can be detected by the photodetectors 18 and 19, and the amount of light received by the photodetectors 18 and 19 increases. Even with a sample having a low reflectance, a focus error signal can be obtained with higher sensitivity. In addition, since there is no return light to the light source 13, the emission wavelength of the light source 13 can be stabilized even when a semiconductor laser is used as the light source 13.

【0069】つぎに、本発明の第5の実施の形態の焦点
検出装置付き顕微鏡について、図7を用いて説明する。
Next, a microscope with a focus detection device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0070】なお、図7の構成において、観察光学系お
よび照明光学系の構成は、第1の実施の形態と同じであ
るため、図7では、照明光学系のすべてと、観察光学系
の一部を省略して示している。第5の実施の形態の図7
の構成では、オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源13と、コリメータレンズ16と、プリズム4
6と、第1、第2の光検出器18、19が形成されたS
i基板41と、台42を有する。光源13には半導体レ
ーザを用いた。プリズム49はSi基板41に接着剤に
より固定されており、光源13、Si基板41は台42
に固定されている。プリズム46の面47と面48の光
検出器19の上には、透過率50%、反射率50%とな
る光学薄膜がコーティングされている。また、面49に
は反射率100%の光学薄膜がコーティングされてい
る。
Since the configuration of the observation optical system and the illumination optical system in the configuration of FIG. 7 is the same as that of the first embodiment, FIG. 7 shows all of the illumination optical system and one of the observation optical systems. The parts are omitted. FIG. 7 of the fifth embodiment
In the configuration described above, the autofocus optical system includes a light source 13 that emits infrared light, a collimator lens 16, and a prism 4.
6 and the S on which the first and second photodetectors 18 and 19 are formed.
It has an i-substrate 41 and a table 42. A semiconductor laser was used as the light source 13. The prism 49 is fixed to the Si substrate 41 with an adhesive, and the light source 13 and the Si substrate 41 are
It is fixed to. An optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50% is coated on the photodetectors 19 on the surfaces 47 and 48 of the prism 46. The surface 49 is coated with an optical thin film having a reflectance of 100%.

【0071】光源13から出射し、プリズム46の面4
7で反射し、コリメータレンズ16によって平行にされ
た光は、ダイクロイックミラー7によって反射され、対
物レンズ2へ入射し、被検物体24上で結像する。被検
物体24の被検面23からの反射光束は対物レンズ2を
通過し、ダイクロイックミラー7によって反射され、コ
リメータレンズ16を通過し、プリズム46の面47に
入射する。面47には透過率50%、反射率50%とな
る光学薄膜がコーティングされているため、入射光の1
/2は、面47を透過し、プリズム46の面48に入射
する。面48の光検出器19上には透過率50%、反射
率50%となる光学薄膜がコーティングされているた
め、この面に入射した光の1/2は、面48を透過し、
光検出器19に入射する。面48で反射した光はプリズ
ム46の面49に入射する。面49には反射率100%
の光学薄膜がコーティングされており、面49で反射し
た光は光検出器18に入射する。また、レンズ16の収
束点20は、面49上に位置するようにアライメントさ
れている。
The light emitted from the light source 13 and the surface 4 of the prism 46
The light reflected by 7 and made parallel by the collimator lens 16 is reflected by the dichroic mirror 7, enters the objective lens 2, and forms an image on the test object 24. The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, passes through the collimator lens 16, and enters the surface 47 of the prism 46. The surface 47 is coated with an optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50%, so that one
/ 2 is transmitted through the surface 47 and enters the surface 48 of the prism 46. Since the optical detector 19 on the surface 48 is coated with an optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50%, half of the light incident on this surface is transmitted through the surface 48,
The light enters the photodetector 19. The light reflected by the surface 48 is incident on the surface 49 of the prism 46. 100% reflectance on surface 49
The light reflected by the surface 49 is incident on the photodetector 18. The convergence point 20 of the lens 16 is aligned so as to be located on the surface 49.

【0072】なお、第1の光検出器18の光検出部と第
2の光検出器19の光検出部の形態は、第1の実施の形
態と同じであるので説明を省略する。また、焦点検出の
動作は第1の実施の形態と同様であるので説明を省略す
る。
The form of the light detecting section of the first light detector 18 and the form of the light detecting section of the second light detector 19 are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The operation of focus detection is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0073】このように、第5の実施の形態ではオート
フォーカス光学系の光学部品の点数が少なく、かつ、光
検出器18、19が1つのSi基板41上に形成されて
いるので、アライメントの手間が省け、価格を低減する
ことができるという利点を有する。さらに、台42にS
i基板41、光源13が固定されているので、光学素子
の位置ズレによるフォーカスエラー信号への影響を少な
くすることができるという利点を有する。また、光源1
3から出射された被検物体24への照明光が、プリズム
46の内部を通過しないため、強度の強い光を被検物体
24に照射できる。
As described above, in the fifth embodiment, the number of optical components of the autofocus optical system is small, and the photodetectors 18 and 19 are formed on one Si substrate 41. There is an advantage that labor can be saved and the price can be reduced. In addition, S
Since the i-substrate 41 and the light source 13 are fixed, there is an advantage that the influence on the focus error signal due to the displacement of the optical element can be reduced. Light source 1
Since the illumination light emitted from 3 to the object 24 does not pass through the inside of the prism 46, it is possible to irradiate the object 24 with strong light.

【0074】また、演算増幅器27、28、29、3
0、31、32、33、34、35、36を半導体プロ
セス技術によりSi基板41に形成することが可能であ
り、このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。
The operational amplifiers 27, 28, 29, 3
0, 31, 32, 33, 34, 35, and 36 can be formed on the Si substrate 41 by a semiconductor process technique, so that the cost of the device can be further reduced.

【0075】つぎに、本発明の第6の実施の形態焦点検
出装置付き顕微鏡の構成を図8を用いて説明する。
Next, the configuration of a microscope with a focus detection device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0076】図8は本発明の第6の実施の形態による顕
微鏡の焦点検出装置の概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a microscope focus detection apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

【0077】なお、図8の構成において、観察光学系お
よび照明光学系の構成は、第1の実施の形態と同じであ
るため、図8では、照明光学系のすべてと、観察光学系
の一部を省略して示している。図8では図5と同様の部
品については同じ番号をつけた。
In the configuration of FIG. 8, since the configurations of the observation optical system and the illumination optical system are the same as those of the first embodiment, FIG. 8 shows all of the illumination optical system and one of the observation optical systems. The parts are omitted. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. 5 are given the same numbers.

【0078】第6の実施の形態の図8の構成では、オー
トフォーカス光学系は、赤外光を出射する光源13と、
コリメータレンズ16と、ビームスプリッタ50と、第
1、第2の光検出器18、19が形成されたSi基板4
1と、台42を有する。ビームスプリッタ50はSi基
板41に接着剤により固定されており、光源13、コリ
メータレンズ16、Si基板41は、台42に固定され
ている。ビームスプリッタ50の面51および面52の
光検出器19上には、透過率50%、反射率50%とな
る光学薄膜がコーティングされている。
In the configuration of FIG. 8 of the sixth embodiment, the autofocus optical system includes a light source 13 for emitting infrared light,
Si substrate 4 on which collimator lens 16, beam splitter 50, and first and second photodetectors 18 and 19 are formed
1 and a table 42. The beam splitter 50 is fixed to the Si substrate 41 by an adhesive, and the light source 13, the collimator lens 16, and the Si substrate 41 are fixed to the base 42. On the photodetectors 19 on the surfaces 51 and 52 of the beam splitter 50, an optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50% is coated.

【0079】光源13から出射された光は、ビームスプ
リッタ50を透過し、コリメータレンズ16によって平
行にされ、ダイクロイックミラー7によって反射され、
対物レンズ2へ入射し、制御装置26によって光軸1方
向に移動可能な移動ステージ25上に置かれた被検物体
24上で結像する。被検物体24の被検面23からの反
射光束は対物レンズ2を通過し、ダイクロイックミラー
7によって反射され、ビームスプリッタ50の面51に
入射する。面51には透過率50%、反射率50%とな
る光学薄膜がコーティングされており、面51で反射し
た光はビームスプリッタ50の面52に入射する。ビー
ムスプリッタ50の面52の光検出器19上には透過率
50%、反射率50%となる光学薄膜がコーティングさ
れており、面52を透過した光は光検出器19に入射
し、ビームスプリッタ50の面52で反射した光はビー
ムスプリッタ50の面53に入射する。面53には反射
率100%の光学薄膜がコーティングされており、面5
3で反射した光は光検出器18に入射する。またレンズ
16の収束点は、面53上に位置するようにレンズとプ
リズム46とが位置あわせされている。
The light emitted from the light source 13 passes through the beam splitter 50, is made parallel by the collimator lens 16, is reflected by the dichroic mirror 7, and
The light enters the objective lens 2 and is imaged on a test object 24 placed on a movable stage 25 movable in the direction of the optical axis 1 by a control device 26. The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, and enters the surface 51 of the beam splitter 50. The surface 51 is coated with an optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50%, and the light reflected on the surface 51 is incident on the surface 52 of the beam splitter 50. An optical thin film having a transmittance of 50% and a reflectance of 50% is coated on the photodetector 19 on the surface 52 of the beam splitter 50, and the light transmitted through the surface 52 enters the photodetector 19, The light reflected by the surface 52 of the beam splitter 50 is incident on the surface 53 of the beam splitter 50. The surface 53 is coated with an optical thin film having a reflectance of 100%.
The light reflected by 3 enters the photodetector 18. The lens and the prism 46 are positioned so that the convergence point of the lens 16 is located on the surface 53.

【0080】図8の構成において、第1の光検出器18
の光検出部と第2の光検出器19の光検出部の形態は、
第1の実施の形態と同じであるので説明を省略する。ま
た、焦点検出の動作は、第1の実施の形態と同様である
ので説明を省略する。
In the configuration of FIG. 8, the first photodetector 18
The form of the photodetector of the second photodetector 19 is as follows.
The description is omitted because it is the same as that of the first embodiment. The operation of focus detection is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0081】第6の実施の形態の図8の構成では、オー
トフォーカス光学系の光学部品の点数が少なく、かつ、
光検出器18、19が1つのSi基板41上に形成され
ているので、アライメントの手間が省け、価格を低減す
ることができるという利点を有する。さらに、台42に
Si基板41、光源13、コリメータレンズ16が固定
されているので、光学素子の位置ズレによるフォーカス
エラー信号への影響を少なくすることができるという利
点を有する。
In the configuration of FIG. 8 of the sixth embodiment, the number of optical components of the autofocus optical system is small, and
Since the photodetectors 18 and 19 are formed on one Si substrate 41, there is an advantage that the labor for alignment can be omitted and the cost can be reduced. Further, since the Si substrate 41, the light source 13, and the collimator lens 16 are fixed to the table 42, there is an advantage that the influence of the positional shift of the optical element on the focus error signal can be reduced.

【0082】また、演算増幅器27、28、29、3
0、31、32、33、34、35、36を半導体プロ
セス技術によりSi基板41に形成することが可能であ
り、このことにより、装置の価格を更に低減することが
できる。
The operational amplifiers 27, 28, 29, 3
0, 31, 32, 33, 34, 35, and 36 can be formed on the Si substrate 41 by a semiconductor process technique, so that the cost of the device can be further reduced.

【0083】また、第5、第6の実施の形態では、第4
の実施の形態のように光源13に直線偏光の光を出射す
る光源を用い、コリメータレンズ16とダイクロイック
ミラー7の間に四分の一波長板を挿入し、かつ、プリズ
ム46の面47の光学薄膜とビームスプリッタ50の面
51の光学薄膜を偏光依存性を有する光学薄膜とするこ
とにより偏光分離を行うと、光検出器18、19に被検
面からの反射光をすべて受光でき、高感度でフォーカス
エラー信号を得ることができる。
In the fifth and sixth embodiments, the fourth
A light source that emits linearly polarized light is used as the light source 13, a quarter-wave plate is inserted between the collimator lens 16 and the dichroic mirror 7, and the optical surface 47 of the prism 46 is When polarization separation is performed by making the thin film and the optical thin film on the surface 51 of the beam splitter 50 an optical thin film having polarization dependency, the photodetectors 18 and 19 can receive all the reflected light from the surface to be measured, and have high sensitivity. To obtain a focus error signal.

【0084】つぎに、本発明の本発明の第7実施の形態
による焦点検出装置付き顕微鏡について、図9を用いて
説明する。図9において、図1と同様の部品については
同じ番号をつけた。
Next, a microscope with a focus detection device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0085】図9の構成では、集光レンズ16とビーム
スプリッタ17との間に、多重反射板60が設置されて
いて、それ以外の構成は第1の実施の形態と同じであ
る。多重反射板60の面61、62には反射膜がコーテ
ィングされている。このように、多重反射板60を設置
することにより、集光レンズ16の焦点距離が長い場合
でも、集光レンズ16とビームスプリッタ17との間の
距離を短くできるため、オートフォーカス光学系を小型
化することができる。
In the configuration shown in FIG. 9, a multiple reflection plate 60 is provided between the condenser lens 16 and the beam splitter 17, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. The surfaces 61 and 62 of the multiple reflection plate 60 are coated with a reflection film. By installing the multiple reflection plate 60 in this manner, even if the focal length of the condenser lens 16 is long, the distance between the condenser lens 16 and the beam splitter 17 can be shortened. Can be

【0086】図9において、第1の光検出器18の光検
出部と第2の光検出器19の光検出部は第1の実施の形
態と同じであるので説明を省略する。焦点検出の動作に
ついても第1の実施の形態と同様であるので説明を省略
する。
In FIG. 9, the photodetector of the first photodetector 18 and the photodetector of the second photodetector 19 are the same as those in the first embodiment, so that the description is omitted. The operation of the focus detection is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.

【0087】次に、本発明の第8の実施の形態の焦点検
出装置付き顕微鏡について、図10を用いて説明する。
図10では、図1と同様の部品については同じ番号をつ
けた。
Next, a microscope with a focus detection device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 10, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0088】図10の構成では、コリメータレンズ14
とビームスプリッタ15との間に、回折格子70が設置
されていている。また、光検出器71、72の光検出部
の形状が、第1の実施の形態の光検出器18、19の光
検出部とは異なる。これ以外の構成は第1の実施の形態
と同じである。
In the configuration of FIG. 10, the collimator lens 14
A diffraction grating 70 is provided between the beam splitter 15 and the beam splitter 15. Further, the shape of the light detectors of the light detectors 71 and 72 is different from the light detectors of the light detectors 18 and 19 of the first embodiment. The other configuration is the same as that of the first embodiment.

【0089】第8の実施の形態の図10の構成では、オ
ートフォーカス光学系は、赤外光を出射する光源13
と、コリメータレンズ14と、回折格子70と、ビーム
スプリッタ15と、集光レンズ16と、ビームスプリッ
タ17と、第1の光検出器71と、第2の光検出器72
とを有する。光源13には半導体レーザを用いた。第1
の光検出器71は、回折格子70によって分離された3
つの光の収束点20a、20b、20cよりも被検物体
24から離間して設置されている。一方、第2の光検出
器72は収束点21a、21b、21cよりも被検物体
24に近接して設置されている。
In the configuration of FIG. 10 according to the eighth embodiment, the autofocus optical system includes a light source 13 for emitting infrared light.
, A collimator lens 14, a diffraction grating 70, a beam splitter 15, a condenser lens 16, a beam splitter 17, a first photodetector 71, and a second photodetector 72.
And A semiconductor laser was used as the light source 13. First
The photodetector 71 of 3 is separated by the diffraction grating 70
The convergence points 20a, 20b, and 20c of the two lights are set apart from the object 24 to be measured. On the other hand, the second photodetector 72 is installed closer to the test object 24 than the convergence points 21a, 21b, and 21c.

【0090】第1の光検出器71の光検出部と第2の光
検出器72の光検出部は、図11に示すように正方形の
3個の光検出部71a、71b、71c、72a、72
b、72cをそれぞれ3組ずつ有している。また、これ
らの光検出部には図示していない信号処理回路が接続さ
れている。
The light detector of the first light detector 71 and the light detector of the second light detector 72 have three square light detectors 71a, 71b, 71c, 72a, as shown in FIG. 72
b and 72c are three sets each. Further, a signal processing circuit (not shown) is connected to these photodetectors.

【0091】光源13から出射し、コリメータレンズ1
4を通った光束は回折格子70で、3本の光束(0次
光、−1次光、+1次光)に分離される。該3本の光束
はビームスプリッタ15によって反射され、さらにダイ
クロイックミラー7によって反射され、対物レンズ2へ
入射し、制御装置26によって光軸1方向に移動可能な
移動ステージ25上に置かれた被検物面23上で3つの
光スポット73、74、75を結像する。被検物体24
の被検面23で反射した3本の光束は対物レンズ2を通
過し、ダイクロイックミラー7によって反射され、ビー
ムスプリッタ15を透過し、集光レンズ16を通過し、
ビームスプリッタ17へ入射する。
The light emitted from the light source 13 and the collimator lens 1
The light beam passing through 4 is split by the diffraction grating 70 into three light beams (0-order light, -1st-order light, and + 1st-order light). The three light beams are reflected by the beam splitter 15, further reflected by the dichroic mirror 7, incident on the objective lens 2, and placed on a moving stage 25 movable by the control device 26 in the direction of the optical axis 1. The three light spots 73, 74, 75 are imaged on the object surface 23. Test object 24
The three light beams reflected by the test surface 23 pass through the objective lens 2, are reflected by the dichroic mirror 7, pass through the beam splitter 15, pass through the condenser lens 16,
The light enters the beam splitter 17.

【0092】光検出器71、72上には、ビームスプリ
ッタ17で分割された第1及び第2の3本の光線束によ
って、光スポット76a、76b、76c及び77a、
77b、77cが夫々形成される。第1の光検出器71
上に形成される光スポット76a、76b、76cは、
対物レンズ2と被検物体24とか離間すれば大きくな
り、接近すれば小さくなる。一方、第2の光検出器72
上に形成される光スポット77a、77b、77cは、
光スポット76a、76b、76cとは逆に、対物レン
ズ2と被検物体24とが離間すれば小さくなり、接近す
れば大きくなる。
On the photodetectors 71 and 72, light spots 76a, 76b, 76c, and 77a are formed by the first and second three light beams split by the beam splitter 17.
77b and 77c are respectively formed. First photodetector 71
The light spots 76a, 76b, 76c formed above are
The distance increases when the objective lens 2 and the object 24 are separated from each other, and decreases when the object lens 2 approaches the object 24. On the other hand, the second photodetector 72
The light spots 77a, 77b, 77c formed above are
Contrary to the light spots 76a, 76b and 76c, the distance decreases when the objective lens 2 and the object 24 are separated, and increases when the object lens 2 approaches the object.

【0093】光検出部76aと77aの信号を第1の実
施例と同様に信号処理することにより、フォーカスエラ
ー信号が得られる。同様に光検出器76bと77b、光
検出器76cと77cからもそれぞれフォーカスエラー
信号が得られる。
By subjecting the signals of the photodetectors 76a and 77a to signal processing in the same manner as in the first embodiment, a focus error signal is obtained. Similarly, focus error signals are obtained from the photodetectors 76b and 77b and the photodetectors 76c and 77c, respectively.

【0094】図10の構成では、回折格子70によって
分離された光束が、被検面23上の異なる3点に照射さ
れるため、これらの3点についての被検面23のフォー
カスエラー信号が得られる。よって、被検面23が段差
を有する場合にも、被検面23上の3つの光スポットの
うち1つが段差のエッジにかかると、その部分ではフォ
ーカスエラー信号が乱れることがあるが、他の2点では
正常なフォーカスエラー信号が得られる。よって、3つ
の信号を平均化することにより、段差を有する試料でも
良好に焦点検出を行うことができる。また、3つのフォ
ーカスエラー信号のうちもっとも良好なフォーカスエラ
ー信号を選択して焦点検出を行うこともできる。
In the configuration shown in FIG. 10, since the light beam separated by the diffraction grating 70 is applied to three different points on the surface 23 to be inspected, focus error signals of the surface 23 to be inspected for these three points are obtained. Can be Therefore, even when the surface 23 to be inspected has a step, if one of the three light spots on the surface 23 to be inspected hits the edge of the step, the focus error signal may be disturbed at that portion, but other portions may be disturbed. At two points, a normal focus error signal is obtained. Therefore, by averaging the three signals, it is possible to perform good focus detection even on a sample having a step. Further, the focus detection can be performed by selecting the best focus error signal among the three focus error signals.

【0095】また、光検出器71、72を収束点20
a,20b,20c、21a,21b,21cからそれ
ぞれ遠ざけて配置している場合、光スポット76a、7
6b、76c及び77a、77b、77cのうち隣り合
う光スポット同士が一部重なることがある。このように
光スポット同士が一部重なる場合には、図22に示すよ
うな多分割型の光検出部を有する光検出器を用いる。
The light detectors 71 and 72 are set at the convergence point 20.
a, 20b, 20c, 21a, 21b, 21c, the light spots 76a, 7
Adjacent light spots among 6b, 76c and 77a, 77b, 77c may partially overlap. When the light spots partially overlap each other, a photodetector having a multi-segment type photodetector as shown in FIG. 22 is used.

【0096】対物レンズの瞳径が小さい場合は、光検出
器71の光スポット71aについて、光検出部78eの
出力と、光検出部78a、78b、78c、78d、7
8f、78g、78h、78i、78j、78k、78
l、78m、78n、78o、78p、78qの出力の
和との差分を演算増幅器で求める。また、光検出器72
の光スポット77aについて、光検出部79eの出力
と、光検出部79a、79b、79c、79d、79
f、79g、79h、79i、79j、79k、79
l、79m、79n、79o、79p、79qの出力の
和との差分を演算増幅器で求める。そして、両演算増幅
器の出力差をさらに演算増幅器で求めることにより、光
スポット76a,77aについてのフォーカスエラー信
号が得られる。
When the pupil diameter of the objective lens is small, the output of the light detecting unit 78e and the light detecting units 78a, 78b, 78c, 78d, 7d for the light spot 71a of the light detector 71 are determined.
8f, 78g, 78h, 78i, 78j, 78k, 78
The difference between the sum of the outputs of 1, 78m, 78n, 78o, 78p, and 78q is obtained by an operational amplifier. Also, the photodetector 72
Of the light spot 77a, the output of the light detection unit 79e and the light detection units 79a, 79b, 79c, 79d, 79
f, 79g, 79h, 79i, 79j, 79k, 79
The difference between the sum of the outputs of 1, 79m, 79n, 79o, 79p, and 79q is obtained by an operational amplifier. Then, the output difference between the two operational amplifiers is further obtained by the operational amplifier, thereby obtaining a focus error signal for the light spots 76a and 77a.

【0097】また、光検出器71の光スポット76bに
ついては、光検出部78oの出力と、光検出部78c、
78d、78e、78f、78g、78h、78i、7
8j、78k、78l、78m、78n、78p、78
q、78r、78s、78t、78u、78v、78
w、78x、78y、78z、78Aの出力の和との差
分を演算増幅器で求める。同様に光検出器72の光スポ
ット77bについて、光検出部79oの出力と、光検出
部79c、79d、79e、79f、79g、79h、
79i、79j、79k、79l、79m、79n、7
9p、79q、79r、79s、79t、79u、79
v、79w、79x、79y、79z、79Aの出力の
和との差分を演算増幅器で求める。そして、両演算増幅
器の出力差をさらに演算増幅器で求めることにより、光
スポット76b、77bについてのフォーカスエラー信
号が得られる。
Further, regarding the light spot 76b of the light detector 71, the output of the light detection unit 78o and the light detection unit 78c,
78d, 78e, 78f, 78g, 78h, 78i, 7
8j, 78k, 78l, 78m, 78n, 78p, 78
q, 78r, 78s, 78t, 78u, 78v, 78
The difference from the sum of the outputs of w, 78x, 78y, 78z and 78A is obtained by an operational amplifier. Similarly, for the light spot 77b of the light detector 72, the output of the light detection unit 79o and the light detection units 79c, 79d, 79e, 79f, 79g, 79h,
79i, 79j, 79k, 79l, 79m, 79n, 7
9p, 79q, 79r, 79s, 79t, 79u, 79
The difference between the sum of the outputs of v, 79w, 79x, 79y, 79z, and 79A is obtained by an operational amplifier. Then, the output difference between the two operational amplifiers is further obtained by the operational amplifier, so that a focus error signal for the light spots 76b and 77b can be obtained.

【0098】また、光検出器71の光スポット76cに
ついては、光検出部78yの出力と、光検出部78m、
78n、78o、78p、78q、78r、78s、7
8t、78u、78v、78w、78x、78z、78
A、78B、78Cの出力の和との差分を演算増幅器で
求める。また、光検出器72の光スポット77cについ
て、光検出部79yの出力と、光検出部79m、79
n、79o、79p、79q、79r、79s、79
t、79u、79v、79w、79x、79z、79
A、79B、79Cの出力の和との差分を演算増幅器で
求める。そして、良縁算増幅器の出力差をさらに演算増
幅器で求めることにより、光スポット76c、77cに
ついてのフォーカスエラー信号が得られる。
Further, regarding the light spot 76c of the light detector 71, the output of the light detector 78y and the light detector 78m,
78n, 78o, 78p, 78q, 78r, 78s, 7
8t, 78u, 78v, 78w, 78x, 78z, 78
The difference between the sum of the outputs of A, 78B and 78C is obtained by an operational amplifier. In addition, regarding the light spot 77c of the light detector 72, the output of the light detection unit 79y and the light detection units 79m, 79m
n, 79o, 79p, 79q, 79r, 79s, 79
t, 79u, 79v, 79w, 79x, 79z, 79
The difference from the sum of the outputs of A, 79B and 79C is obtained by an operational amplifier. Then, the output difference of the good-matching amplifier is further obtained by the operational amplifier, thereby obtaining a focus error signal for the light spots 76c and 77c.

【0099】これにより、対物レンズ2の瞳径が小さい
場合の3つの光スポットについてのフォーカスエラー信
号がそれぞれ得られる。
Thus, focus error signals for three light spots when the pupil diameter of the objective lens 2 is small are obtained.

【0100】一方、対物レンズの瞳径が大きい場合は、
光検出器71の光スポット76aについて、光検出部7
8b、78d、78e、78f、78i、78j、78
kの出力の和と、光検出部78a、78c、78g、7
8h、78l、78m、78n、78o、78p、78
qの出力の和との差分を演算増幅器で求める。また、光
検出器72の光スポット77aについて、光検出部79
b、79d、79e、79f、79i、79j、79k
の出力の和と、光検出部79a、79c、79g、79
h、79l、79m、79n、79o、79p、79q
の出力の和との差分を演算増幅器で求める。そして、両
演算増幅器の差分をさらに演算増幅器で求めることによ
り、光スポット76a,77aについてのフォーカスエ
ラー信号が得られる。
On the other hand, when the pupil diameter of the objective lens is large,
Regarding the light spot 76a of the photodetector 71, the light detection unit 7
8b, 78d, 78e, 78f, 78i, 78j, 78
k and the sum of the outputs of the light detectors 78a, 78c, 78g, and 7
8h, 78l, 78m, 78n, 78o, 78p, 78
The difference between q and the sum of the outputs is obtained by an operational amplifier. Further, regarding the light spot 77a of the light detector 72, the light detecting section 79
b, 79d, 79e, 79f, 79i, 79j, 79k
And the photodetectors 79a, 79c, 79g, 79
h, 79l, 79m, 79n, 79o, 79p, 79q
The difference from the sum of the outputs is obtained by the operational amplifier. Then, the difference between the two operational amplifiers is further obtained by the operational amplifier to obtain a focus error signal for the light spots 76a and 77a.

【0101】また、光検出器71の光スポット76bに
ついて、光検出部78i、78j、78k、78n、7
8o、78p、78s、78t、78uの出力の和と、
光検出部78c、78d、78e、78f、78g、7
8h、78l、78m、78q、78r、78v、78
w、78x、78y、78z、78Aの出力の和との差
分を演算増幅器で求める。また、光検出器72の光スポ
ット77bについて、光検出部79i、79j、79
k、79n、79o、79p、79s、79t、79u
の出力の和と、光検出部79c、79d、79e、79
f、79g、79h、79l、79m、79q、79
r、79v、79w、79x、79y、79z、79A
の出力の和との差分を演算増幅器で求める。そして、両
演算増幅器の出力の差分を、さらに演算増幅器により求
めることにより、光スポット76b,77bについての
フォーカスエラー信号が得られる。
Further, regarding the light spot 76b of the photodetector 71, the light detection units 78i, 78j, 78k, 78n, 7
8o, 78p, 78s, 78t, 78u,
Photodetectors 78c, 78d, 78e, 78f, 78g, 7
8h, 78l, 78m, 78q, 78r, 78v, 78
The difference from the sum of the outputs of w, 78x, 78y, 78z and 78A is obtained by an operational amplifier. Further, regarding the light spot 77b of the photodetector 72, the light detection units 79i, 79j, 79
k, 79n, 79o, 79p, 79s, 79t, 79u
And the photodetectors 79c, 79d, 79e, 79
f, 79g, 79h, 79l, 79m, 79q, 79
r, 79v, 79w, 79x, 79y, 79z, 79A
The difference from the sum of the outputs is obtained by the operational amplifier. Then, the difference between the outputs of the two operational amplifiers is further obtained by the operational amplifiers, thereby obtaining focus error signals for the light spots 76b and 77b.

【0102】さらに、光検出器71の光スポット76c
について、光検出部78s、78t、78u、78x、
78y、78z、78Bの出力の和と、光検出部78
m、78n、78o、78p、78q、78r、78
v、78w、78A、78Cの出力の和との差分を演算
増幅器によって求める。また、光検出器72の光スポッ
ト77cについて、光検出部79s、79t、79u、
79x、79y、79z、79Bの出力の和と、光検出
部79m、79n、79o、79p、79q、79r、
79v、79w、79A、79Cの出力の和との差分を
演算増幅器によって求める。そして、両演算増幅器の出
力の差分をさらに演算増幅器によって求めることによ
り、光スポット76c、77cについてのフォーカスエ
ラー信号が得られる。
Further, the light spot 76c of the photodetector 71
For the photodetectors 78s, 78t, 78u, 78x,
The sum of the outputs of 78y, 78z and 78B and the light detection unit 78
m, 78n, 78o, 78p, 78q, 78r, 78
The difference between the sum of the outputs of v, 78w, 78A, and 78C is obtained by the operational amplifier. Further, regarding the light spot 77c of the photodetector 72, the light detection units 79s, 79t, 79u,
The sum of the outputs of 79x, 79y, 79z, and 79B, and the photodetectors 79m, 79n, 79o, 79p, 79q, 79r,
The difference from the sum of the outputs of 79v, 79w, 79A, and 79C is obtained by an operational amplifier. Then, the difference between the outputs of the two operational amplifiers is further obtained by the operational amplifier, thereby obtaining a focus error signal for the light spots 76c and 77c.

【0103】これにより、対物レンズ2の瞳径が大きい
場合の被検面23上の3点についてのそれぞれのフォー
カスエラー信号が得られる。
As a result, focus error signals for three points on the test surface 23 when the pupil diameter of the objective lens 2 is large can be obtained.

【0104】なお、第8の実施の形態の図10の構成で
は、回折格子70により、光源13からの光束を分割
し、被検面23上の3点に光を照射しているが、光源1
3として、3つの発光部がアレイ状に配置された半導体
レーザを用いることにより、回折格子70を用いずに、
被検面23上の3点に光を照射することができる。ま
た、被検面23上に光を照射する点は、3点に限らず、
4点以上にすることも可能である。この場合にも、光検
出器71、72の光検出部を光スポット数に対応させた
数だけ用意しておくことにより、被検面23の各点につ
いてフォーカスエラー信号を得ることができる。
In the configuration shown in FIG. 10 of the eighth embodiment, the light beam from the light source 13 is divided by the diffraction grating 70, and three points on the test surface 23 are irradiated with light. 1
By using a semiconductor laser in which three light emitting units are arranged in an array as 3 and without using the diffraction grating 70,
Light can be applied to three points on the test surface 23. The number of points on the surface 23 to be irradiated with light is not limited to three.
Four or more points can be provided. In this case as well, a focus error signal can be obtained for each point on the surface 23 to be detected by preparing the light detectors of the light detectors 71 and 72 in a number corresponding to the number of light spots.

【0105】以上の第1から第8の実施の形態では、光
検出器の光検出部として、中心の光検出部が正方形の形
状のものを用いたが、この形状に限らず、図12
(a)、(b)のような円形や、図12(c)のような
長方形でも良い。図12(c)の場合は光検出部88c
からの信号を、図2の光検出部18aからの信号と見な
し、図12(c)の光検出部88bからの信号と光検出
部88dからの信号の和信号を図2の光検出部18bか
らの信号と見なし、図12(c)の光検出部88aから
の信号と光検出部88eからの信号の和信号を図2の光
検出部18cからの信号と見なすことにより、図2の正
方形の光検出部と同様のフォーカスエラー信号を得るこ
とができる。また、図12(a)、(b)のように光検
出部が円形の場合は異方性がないため、正方形の場合に
比べ、被検物体の置き方によるフォーカスエラー信号へ
の方向依存性が無くなるという効果がある。
In the first to eighth embodiments described above, the photodetector of the photodetector has a square shape at the center, but is not limited to this shape.
A circle as shown in FIGS. 12A and 12B or a rectangle as shown in FIG. In the case of FIG. 12C, the light detection unit 88c
2 is regarded as a signal from the light detection unit 18a in FIG. 2, and the sum signal of the signal from the light detection unit 88b and the signal from the light detection unit 88d in FIG. 12C, and the sum signal of the signal from the light detection unit 88a and the signal from the light detection unit 88e in FIG. 12C is regarded as the signal from the light detection unit 18c in FIG. And a focus error signal similar to that obtained by the photodetector of FIG. In addition, when the light detection unit is circular as shown in FIGS. 12A and 12B, there is no anisotropy. Therefore, the direction dependency on the focus error signal due to the placement of the test object is smaller than when the light detection unit is square. Has the effect of disappearing.

【0106】つぎに、本発明の第9の実施の形態による
焦点検出装置付き顕微鏡の構成について、図13を用い
て説明する。
Next, the configuration of a microscope with a focus detection device according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0107】図13の構成では、光源13とコリメータ
レンズ14との間に、スリット80を配置している。ま
た、光検出器81、82の光検出部の形態は図15に示
したような構成である。他の構成は、図1と同様であ
る。なお、図13では図1と同様の部品については同じ
番号をつけた。
In the configuration shown in FIG. 13, a slit 80 is provided between the light source 13 and the collimator lens 14. Further, the form of the light detecting sections of the light detectors 81 and 82 has a configuration as shown in FIG. Other configurations are the same as those in FIG. In FIG. 13, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0108】図13の構成のオートフォーカス光学系
は、赤外光を出射する光源13と、スリット80と、コ
リメータレンズ14と、ビームスプリッタ15と、集光
レンズ16と、ビームスプリッタ17と、第1の光検出
器81と、第2の光検出器82を有する。光源13に
は、半導体レーザを用いた。図14にスリット80を正
面から見た図を示す。第1の光検出器81は収束点20
よりも被検物体24から離間して設置されている。一
方、第2の光検出器82は収束点21よりも被検物体2
4に近接して設置されている。第1の光検出器81の光
検出部と第2の光検出器82の光検出部は図15に示す
ように長方形の3個の光検出部を有している。またこれ
らの光検出部は、第1の実施の形態と同様の信号処理回
路に接続されている。
The autofocus optical system having the configuration shown in FIG. 13 comprises a light source 13 for emitting infrared light, a slit 80, a collimator lens 14, a beam splitter 15, a condenser lens 16, a beam splitter 17, It has one photodetector 81 and a second photodetector 82. As the light source 13, a semiconductor laser was used. FIG. 14 shows the slit 80 as viewed from the front. The first light detector 81 has a convergence point 20.
Rather than the test object 24. On the other hand, the second photodetector 82 moves the object 2
4 is installed in the vicinity. The photodetector of the first photodetector 81 and the photodetector of the second photodetector 82 have three rectangular photodetectors as shown in FIG. These photodetectors are connected to the same signal processing circuit as in the first embodiment.

【0109】第9の実施の形態の図13の構成では、ス
リット光が被検面23上に結像する。すなわち、光源1
3から出射した光の一部はスリット80を通過し、コリ
メータレンズ14を通った光束は、ビームスプリッタ1
5によって反射され、さらにダイクロイックミラー7に
よって反射され、対物レンズ2へ入射し、被検面23上
にスリット像を結像する。被検物体24の被検面23か
らの反射光束は、対物レンズ2を通過し、ダイクロイッ
クミラー7によって反射され、ビームスプリッタ15を
透過し、集光レンズ16を通過し、ビームスプリッタ1
7へ入射する。
In the configuration of FIG. 13 of the ninth embodiment, the slit light forms an image on the surface 23 to be measured. That is, the light source 1
A part of the light emitted from the light source 3 passes through the slit 80, and the light beam that has passed through the collimator lens 14
5, further reflected by the dichroic mirror 7, enters the objective lens 2, and forms a slit image on the test surface 23. The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, passes through the beam splitter 15, passes through the condenser lens 16, and passes through the beam splitter 1.
7 is incident.

【0110】光検出器81、82上には、ビームスプリ
ッタ17で分割された第1及び第2の光線束によって、
スリット像が夫々形成される。
On the photodetectors 81 and 82, the first and second light beams split by the beam splitter 17 are used.
Each slit image is formed.

【0111】焦点検出の方法は第1の実施の形態と同様
であるので説明を省略する。
The focus detection method is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0112】第9の実施の形態の図13の構成では、被
検物体24の被検面23上に、線状の像を照射するた
め、線状の像の一部が、被検面の段差部にかかっても、
他の部分において正常なフォーカスエラー信号を得るこ
とができる。よって、被検面23に段差がある場合に
も、フォーカスエラー信号は段差の影響を受けにくくな
る。
In the configuration of FIG. 13 of the ninth embodiment, since a linear image is irradiated onto the surface 23 to be inspected of the object 24, a part of the linear image is Even if it hits the step,
In other parts, a normal focus error signal can be obtained. Therefore, even when there is a step on the surface 23 to be detected, the focus error signal is less likely to be affected by the step.

【0113】また、図13の構成においては、スリット
80によって線状の像を形成しているが、光源13から
出射した光をシリンドリカルレンズで集光することによ
り、図13のスリット80の位置に線状の像を結像する
構成とすることによっても、同様の効果が得られる。こ
の場合はスリット80が不要となる。
Further, in the configuration of FIG. 13, a linear image is formed by the slit 80, but the light emitted from the light source 13 is condensed by a cylindrical lens so that it is located at the position of the slit 80 in FIG. Similar effects can be obtained by forming a linear image. In this case, the slit 80 becomes unnecessary.

【0114】つぎに、本発明の第10の実施の形態によ
る焦点検出装置付き顕微鏡の構成を図16を用いて説明
する。
Next, the configuration of a microscope with a focus detecting device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0115】なお、図16の構成において、図1と同様
の部品については同じ番号をつけた。
In the configuration of FIG. 16, the same parts as those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0116】第10の実施の形態の図16の構成では、
光検出器90、91にアクチュエ−タ92、93が接続
されていて、光検出器90、91を光軸方向に移動させ
ることができる。また、光検出部の形状が、第1の実施
の形態とは異なる。これ以外は、第1の実施の形態と同
じであるので説明を省略する。
In the configuration of FIG. 16 of the tenth embodiment,
Actuators 92 and 93 are connected to the light detectors 90 and 91, and can move the light detectors 90 and 91 in the optical axis direction. Further, the shape of the light detection unit is different from that of the first embodiment. Except for this, the configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.

【0117】オートフォーカス光学系は、赤外光を出射
する光源13と、コリメータレンズ14と、ビームスプ
リッタ15と、集光レンズ16と、ビームスプリッタ1
7と、第1の光検出器90と、第2の光検出器91を有
する。第1の光検出器90は収束点20よりも被検物体
24から離間して設置されている。一方、第2の光検出
器91は収束点21よりも被検物体24に近接して設置
されている。第1の光検出器90の光検出部と第2の光
検出器91の光検出部は、図17に示すように正方形の
2個の光検出部90a、90b、91a、91bを有し
ている。またこれらの光検出部90a、90b、91
a、91bは、演算増幅器92、93、94に接続され
ている。
The autofocus optical system includes a light source 13 for emitting infrared light, a collimator lens 14, a beam splitter 15, a condenser lens 16, and a beam splitter 1.
7, a first light detector 90 and a second light detector 91. The first photodetector 90 is installed farther from the object 24 than the convergence point 20. On the other hand, the second photodetector 91 is installed closer to the test object 24 than the convergence point 21. The photodetector of the first photodetector 90 and the photodetector of the second photodetector 91 have two square photodetectors 90a, 90b, 91a and 91b as shown in FIG. I have. Further, these light detection units 90a, 90b, 91
a and 91b are connected to operational amplifiers 92, 93 and 94, respectively.

【0118】光源13から出射し、コリメータレンズ1
4を通った光束は、ビームスプリッタ15によって反射
され、さらにダイクロイックミラー7によって反射さ
れ、対物レンズ2へ入射し、制御装置26によって光軸
1方向に移動可能な移動ステージ25上に置かれた被検
物体24上で結像する。被検物体24の被検面23から
の反射光束は対物レンズ2を通過し、ダイクロイックミ
ラー7によって反射され、ビームスプリッタ15を透過
し、集光レンズ16を通過し、ビームスプリッタ17へ
入射する。
The collimator lens 1 is emitted from the light source 13
The light beam passing through 4 is reflected by beam splitter 15, further reflected by dichroic mirror 7, incident on objective lens 2, and placed on moving stage 25 movable by control device 26 in the direction of optical axis 1. An image is formed on the inspection object 24. The light beam reflected from the test surface 23 of the test object 24 passes through the objective lens 2, is reflected by the dichroic mirror 7, passes through the beam splitter 15, passes through the condenser lens 16, and enters the beam splitter 17.

【0119】光検出器90、91上には、ビームスプリ
ッタ17で分割された第1及び第2の光線束によって、
図17に示すように、光スポット95及び96が夫々形
成される。第1の光検出器90上に形成される光スポッ
ト95は、対物レンズ2と被検物体24とか離間すれば
大きくなり、接近すれば小さくなる。一方、第2の光検
出器91上に形成される光スポット96は、光スポット
95とは逆に、対物レンズ2と被検物体24とが離間す
れば小さくなり、接近すれば大きくなる。双方の光検出
器90、91の検出信号から演算増幅器92、93、9
4により、(90a−90b)−(91a−91b)を
求めて、この信号をフォーカスエラー信号とすれば、S
字特性をもつフォーカスエラー信号が得られる。
On the photodetectors 90 and 91, the first and second light beams split by the beam splitter 17 are used.
As shown in FIG. 17, light spots 95 and 96 are respectively formed. The light spot 95 formed on the first photodetector 90 increases when the objective lens 2 and the test object 24 are separated from each other, and decreases when the object lens 2 approaches the object lens 2. On the other hand, the light spot 96 formed on the second photodetector 91 becomes smaller when the objective lens 2 and the test object 24 are separated from each other, and becomes larger when they are closer to each other. Operational amplifiers 92, 93, and 9 are obtained from the detection signals of
4, (90a-90b)-(91a-91b) is obtained, and this signal is used as a focus error signal.
A focus error signal having character characteristics is obtained.

【0120】この時、対物レンズの瞳径が大きすぎる場
合、または対物レンズの瞳径が小さすぎる場合には、ア
クチュエータ92、93を駆動して光検出器90、91
を光軸方向に移動させることにより、合焦位置での光検
出器90、91上の光スポット95、96の寸法を一定
にすることができ、良好なフォーカスエラー信号が得ら
れる。
At this time, if the pupil diameter of the objective lens is too large or the pupil diameter of the objective lens is too small, the actuators 92 and 93 are driven to drive the photodetectors 90 and 91.
Is moved in the optical axis direction, the dimensions of the light spots 95 and 96 on the photodetectors 90 and 91 at the in-focus position can be made constant, and a good focus error signal can be obtained.

【0121】フォーカス信号が正のときは前ピン状態、
負のときは後ピン状態、零のときは合焦状態と判断する
ことが可能である。この差動信号から被検面の位置を判
断して、制御装置26により移動ステージ25を上下さ
せ自動的に合焦状態に位置合わせをすることが可能であ
る。
When the focus signal is positive, the front focus state is set,
When it is negative, it can be determined that it is in the back focus state, and when it is zero, it can be determined that it is in focus. It is possible to determine the position of the surface to be inspected from this differential signal and move the moving stage 25 up and down by the control device 26 to automatically adjust the position to the focused state.

【0122】また、このフオーカスエラー信号から被検
物体24の変位量を計測することができる。
Further, the displacement amount of the test object 24 can be measured from the focus error signal.

【0123】また、第10の実施の形態においては、ア
クチュエータ92、92を設けず、集光レンズ16をズ
ームレンズとすることにより、ズームレンズ16の焦点
距離を変化させることでも同様の効果が得られる。
In the tenth embodiment, the same effect can be obtained by changing the focal length of the zoom lens 16 by providing the condenser lens 16 as a zoom lens without providing the actuators 92, 92. Can be

【0124】つぎに、本発明の第11の実施の形態によ
る変位計測装置について図18を用いて説明する。
Next, a displacement measuring apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0125】第11の実施の形態の図18の変位計測装
置は、第1の実施の形態の焦点検出装置付き顕微鏡から
照明光学系、観察光学系、ダイクロイックミラー7、お
よび、ステージ25を除去したものである。その他の構
成は第1の実施の形態の焦点検出装置と同じである。
In the displacement measuring apparatus shown in FIG. 18 according to the eleventh embodiment, the illumination optical system, the observation optical system, the dichroic mirror 7, and the stage 25 are removed from the microscope provided with the focus detecting device according to the first embodiment. Things. Other configurations are the same as those of the focus detection device according to the first embodiment.

【0126】なお、図18において、図1と同様の部品
には同じ番号をつけた。
In FIG. 18, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0127】図18の変位計測装置では、被検物体24
の被検面23の光軸1方向についての変位を計測する。
In the displacement measuring device shown in FIG.
Of the test surface 23 in the optical axis 1 direction is measured.

【0128】変位検出の動作は、第1の実施の形態の焦
点検出の動作と同じであるので説明を省略する。
The operation of the displacement detection is the same as the operation of the focus detection of the first embodiment, and the description is omitted.

【0129】図18の変位計測装置では、対物レンズ2
の倍率(焦点距離)により対物レンズの瞳径が変化する
が、図18の変位計測装置では、対物レンズの倍率(焦
点距離)を変えても、良好なフォーカスエラー信号がえ
られる。よって、フォーカスエラー信号から、被検物体
24の変位を求めることができ、対物レンズ2の倍率
(焦点距離)を変えることにより、変位測定範囲を変え
ることができる変位計測装置が実現される。変位測定範
囲が変わることにより、変位計測の分解能が変化するた
め、分解能の可変な変位計測装置を提供することができ
る。
In the displacement measuring device shown in FIG.
The pupil diameter of the objective lens changes depending on the magnification (focal length) of the objective lens. However, in the displacement measuring device of FIG. 18, even when the magnification (focal length) of the objective lens is changed, a good focus error signal can be obtained. Therefore, the displacement of the test object 24 can be obtained from the focus error signal, and a displacement measuring device that can change the displacement measurement range by changing the magnification (focal length) of the objective lens 2 is realized. Since the resolution of displacement measurement changes as the displacement measurement range changes, a displacement measurement device with variable resolution can be provided.

【0130】つぎに、本発明の第12の実施の形態によ
る変位計測装置について、図19を用いて説明する。
Next, a displacement measuring apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0131】第12の実施の形態の変位計測装置は、第
3の実施の形態の焦点検出装置付き顕微鏡から照明光学
系、観察光学系、ダイクロイックミラー7、および、ス
テージ25を除去した。その他の構成は、第3の実施の
形態の焦点検出装置と同じである。第12の実施の形態
の変位計測装置は、被検物体24の光軸1方向の変位を
計測する。なお、図19において、図5と同様の部品に
は同じ番号をつけた。
In the displacement measuring apparatus according to the twelfth embodiment, the illumination optical system, the observation optical system, the dichroic mirror 7, and the stage 25 are removed from the microscope with a focus detection device according to the third embodiment. Other configurations are the same as those of the focus detection device according to the third embodiment. The displacement measuring device according to the twelfth embodiment measures the displacement of the test object 24 in the optical axis 1 direction. In FIG. 19, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.

【0132】図19の構成による変位検出の動作は、第
3の実施の形態の焦点検出の動作と同じであるので説明
を省略する。
The operation of detecting the displacement by the configuration shown in FIG. 19 is the same as the operation of detecting the focus in the third embodiment, so that the description is omitted.

【0133】図19の変位計測装置は、図18の変位計
測装置と同様に、対物レンズの倍率(焦点距離)を変
え、対物レンズの瞳径が変化して場合にも、良好なフォ
ーカスエラー信号がえられ、フォーカスエラー信号か
ら、被検物体24の変位を求めることができる。よっ
て、対物レンズ2の倍率(焦点距離)を変えることによ
り、変位測定範囲を変えることができる変位計測装置が
実現される。
The displacement measuring device shown in FIG. 19, similarly to the displacement measuring device shown in FIG. 18, changes the magnification (focal length) of the objective lens and provides a good focus error signal even when the pupil diameter of the objective lens changes. The displacement of the test object 24 can be obtained from the focus error signal. Therefore, a displacement measurement device that can change the displacement measurement range by changing the magnification (focal length) of the objective lens 2 is realized.

【0134】さらに、図19の変位計測装置は、光学部
品の点数が少なく、かつ、光検出器18、19が1つの
Si基板41上に形成されているので、アライメントの
手間が省け、価格を低減することができるという利点を
有する。さらに、台42にSi基板41、光源13、コ
リメータレンズ16が固定されているので、光学素子の
位置ズレによるフォーカスエラー信号への影響を少なく
することができるという利点を有する。
Further, in the displacement measuring apparatus shown in FIG. 19, the number of optical components is small, and the photodetectors 18 and 19 are formed on one Si substrate 41. It has the advantage that it can be reduced. Further, since the Si substrate 41, the light source 13, and the collimator lens 16 are fixed to the table 42, there is an advantage that the influence of the positional shift of the optical element on the focus error signal can be reduced.

【0135】また、演算増幅器27、28、29、3
0、31、32、33、34、35、36(図19では
不図示)を半導体プロセス技術によりSi基板41に形
成することが可能であり、このことにより、装置の価格
を更に低減することができる。
The operational amplifiers 27, 28, 29, 3
It is possible to form 0, 31, 32, 33, 34, 35, 36 (not shown in FIG. 19) on the Si substrate 41 by a semiconductor process technology, thereby further reducing the cost of the device. it can.

【0136】なお、上述の第1〜第12の各実施の形態
では、光源13として半導体レーザを用いたが、発光ダ
イオードを用いることもできる。
Although the semiconductor laser is used as the light source 13 in each of the first to twelfth embodiments, a light emitting diode may be used.

【0137】また、光源13として、赤外光を出射する
光源を用いるとしたが、可視光光源を用いることもでき
る。可視光光源を用いる場合は、ダイクロイックミラー
の代わりにビームスプリッタを用いる。
Further, although a light source that emits infrared light is used as the light source 13, a visible light light source may be used. When using a visible light source, a beam splitter is used instead of a dichroic mirror.

【0138】また、光検出器18、19等としては、第
1の実施の形態では、半導体基板に不純物をドープさせ
ることにより検出領域を形成したものを用いると述べた
が、光検出器18、19等にCCDを用いてもできる。
その場合は、光検出器18、19等の各光検出部に対応
するCCDの出力を処理するために、適当な信号処理回
路が必要になる。
In the first embodiment, as the photodetectors 18, 19, etc., a semiconductor substrate in which a detection region is formed by doping impurities is used. For example, a CCD can be used for 19 and the like.
In that case, an appropriate signal processing circuit is required to process the output of the CCD corresponding to each light detection unit such as the light detectors 18 and 19.

【0139】また、上述の第1〜第12の各実施の形態
では、光検出器の検出部として、図2の光検出部18
a、18b、18cのように、中心から外側に向かって
3つの光検出部に分けられた光検出器を用いたが、本発
明にこれに限定されるものではなく、中心から外側に向
かって4以上の光検出部を有する光検出器を用いること
も可能である。この場合にも、光検出器上での光スポッ
トの大きさに応じて、任意の検出部とそれよりも内側の
検出部の出力の和と、前記任意の検出部よりも外側の検
出部の出力の和との差分を、それぞれの光検出器で求
め、さらにこれらの差分結果の差を求めることにより、
対物レンズの瞳径に応じてフォーカスエラー信号を得る
ことができる。
In each of the first to twelfth embodiments, the light detector 18 shown in FIG.
Although a photodetector divided into three photodetectors from the center to the outside as in a, 18b, and 18c was used, the present invention is not limited to this. It is also possible to use a photodetector having four or more photodetectors. Also in this case, according to the size of the light spot on the photodetector, the sum of the outputs of the arbitrary detection unit and the detection unit inside the detection unit and the detection unit outside the arbitrary detection unit are detected. The difference between the output and the sum is obtained by each photodetector, and the difference between these difference results is obtained.
A focus error signal can be obtained according to the pupil diameter of the objective lens.

【0140】また、上述の実施の形態では、例えば、図
2のように、演算増幅器35から(|18a|−(|1
8b|+|18c|))−(|19a|−(|19b|
+|19c|))の演算によるフォーカスエラー信号が
出力され、演算増幅器36から((|18a|+|18
b|)−|18c|)−((|19a|+|19b|)
−|19c|)の演算によるフォーカスエラー信号がさ
れる構成であるため、常に2種類のフォーカスエラー信
号が出力される。しかしながら、本発明は、このように
常に2種類以上のフォーカスエラー信号を演算してこれ
を出力する構成に限定されるものではなく、選択的に1
種類のフォーカスエラー信号を得る演算のみを行って1
種類のフォーカスエラー信号のみを出力する構成にする
こともできる。
In the above-described embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the operational amplifier 35 outputs (| 18a |-(| 1
8b | + | 18c |))-(| 19a |-(| 19b |
+ │19c│)) is output, and the operational amplifier 36 outputs ((│18a│ + │18)
b |)-| 18c |)-((| 19a | + | 19b |)
− | 19c |), so that two types of focus error signals are always output. However, the present invention is not limited to a configuration in which two or more types of focus error signals are always calculated and output as described above.
Only the calculation to obtain the type of focus error signal is performed and 1
A configuration in which only the focus error signal of the type is output may be employed.

【0141】例えば、検出部の出力を選択する選択回
路、加算回路、差分回路により演算回路を構成すること
ができる。ここで、第1および第2の検出器18、19
の検出部がm個ある場合、それぞれ内側から順に、1番
目の検出部、2番目の検出部、・・・m番目の検出部と
呼ぶとする。選択回路は、第1の検出器18の検出部の
うち、1番目からi番目(i<m)までの検出部の出力
を選択し、加算回路に加算させる。また、i+1番目か
らm番目までの検出部の出力の和を加算回路に加算させ
る。そして、1番目からi番目までの検出部の出力の和
と、i+1番目からm番目までの検出部の出力の和との
差分を差分回路に演算させる。同様に、第2の検出器1
9について、選択回路は、1番目からi番目までの検出
部の出力を選択し、加算回路に加算させる。また、i+
1番目からm番目までの検出部の出力の和を加算回路に
加算させる。そして、1番目からi番目までの検出部の
出力の和と、i+1番目からm番目までの検出部の出力
の和との差分を差分回路に演算させる。そして、第1の
検出器18について得られた差分結果と、第2の検出器
19について得られた差分結果とをさらに差分すること
により、フォーカスエラー信号が得られる。このような
演算は、演算回路を組んで実行させることも可能である
し、予め作成しておいた演算プログラムを処理装置に処
理させることによりソフトとして実行させることも可能
である。
For example, an arithmetic circuit can be constituted by a selection circuit for selecting the output of the detection section, an addition circuit, and a difference circuit. Here, the first and second detectors 18, 19
, Are referred to as a first detection unit, a second detection unit,..., An m-th detection unit in order from the inside. The selection circuit selects the outputs of the first to i-th (i <m) detection units among the detection units of the first detector 18 and causes the addition circuit to add the outputs. Further, the sum of the outputs of the (i + 1) th to mth detection units is added to the addition circuit. Then, the difference circuit calculates the difference between the sum of the outputs of the first to i-th detection units and the sum of the outputs of the (i + 1) -th to m-th detection units. Similarly, the second detector 1
For No. 9, the selection circuit selects the outputs of the first to i-th detection units and causes the addition circuit to add them. Also, i +
The sum of the outputs of the first to m-th detection units is added to the adding circuit. Then, the difference circuit calculates the difference between the sum of the outputs of the first to i-th detection units and the sum of the outputs of the (i + 1) -th to m-th detection units. Then, the difference result obtained for the first detector 18 and the difference result obtained for the second detector 19 are further differentiated to obtain a focus error signal. Such an operation can be executed by assembling an operation circuit, or can be executed as software by causing a processing device to execute an operation program created in advance.

【0142】この方法では、選択回路が選択する検出部
のiの値を、出力されるフォーカスエラー信号のグラフ
の曲線形状を見て、ユーザが設定するか、もしくは、出
力されるフォーカスエラー信号のグラフの曲線の形状に
より自動的に設定されるように構成することができる。
これにより、出力されるフォーカスエラー信号は、1つ
であるが、焦点検出や変位計測に最適なフォーカスエラ
ー信号が得られる。
In this method, the value of i of the detection unit selected by the selection circuit is set by the user by referring to the curve shape of the output focus error signal graph, or the value of the output focus error signal is selected. It can be configured to be automatically set according to the shape of the curve of the graph.
As a result, although only one focus error signal is output, an optimal focus error signal for focus detection and displacement measurement can be obtained.

【0143】また、第1の光検出器18の演算に用いる
iの値と、第2の光検出器19の演算に用いるiの値を
異なる値に設定することもできる。このようにiを異な
る値に設定することにより、光検出器18と収束点20
との間隔に対して、光検出器19と収束点21との間隔
を相対的に調整したのと同様の効果が得られる。
The value of i used for the operation of the first photodetector 18 and the value of i used for the operation of the second photodetector 19 can be set to different values. By setting i to different values in this manner, the photodetector 18 and the convergence point 20
The same effect can be obtained as when the distance between the photodetector 19 and the convergence point 21 is relatively adjusted with respect to the distance.

【0144】[0144]

【発明の効果】上述してきたように、顕微鏡の対物レン
ズの瞳径が変化した場合でも良好に焦点検出手段を備え
た顕微鏡を提供することが可能である。
As described above, even when the pupil diameter of the objective lens of the microscope changes, it is possible to provide a microscope having a good focus detecting means.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a photodetector of a photodetector of the microscope with the focus detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(f)本発明の第1の実施の形態によ
る焦点検出装置付き顕微鏡で得られたフォーカスエラー
信号を示すグラフである。
FIGS. 3A to 3F are graphs showing focus error signals obtained by a microscope with a focus detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第2の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第3の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第4の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第5の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の一部の概略構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a part of a microscope with a focus detection device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第6の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の一部の概略構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a part of a microscope with a focus detection device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第7の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第8の実施の形態による焦点検出装
置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示す説明図
である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a photodetector of a photodetector of a microscope with a focus detection device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図12】(a)〜(c) 本発明の第1〜8の実施の
形態による焦点検出装置付き顕微鏡の光検出器の光検出
部の他の構成例を示す説明図である。
FIGS. 12A to 12C are explanatory diagrams illustrating another configuration example of the light detection unit of the light detector of the microscope with the focus detection device according to the first to eighth embodiments of the present invention.

【図13】 本発明の第9の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第9の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡に用いられているスリットの形状を示す
正面図である。
FIG. 14 is a front view showing a shape of a slit used in a microscope with a focus detection device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の第9の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示す説明
図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a light detection unit of a photodetector of a microscope with a focus detection device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の第10の実施の形態による焦点検
出装置付き顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a schematic configuration of a microscope with a focus detection device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の第10の実施の形態による焦点検
出装置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の構成を示す説
明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a configuration of a photodetector of a photodetector of a microscope with a focus detection device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の第11の実施の形態による変位計
測装置の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 18 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a displacement measuring device according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の第12の実施の形態による変位計
測装置の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing a schematic configuration of a displacement measuring device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図20】 従来の焦点検出装置付き顕微鏡の概略構成
を示すブロック図である。
FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional microscope with a focus detection device.

【図21】 従来の焦点検出装置付き顕微鏡の光検出器
の光検出部の構成を示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a configuration of a photodetector of a photodetector of a conventional microscope with a focus detection device.

【図22】 本発明の第8の実施の形態による焦点検出
装置付き顕微鏡の光検出器の光検出部の別の例を示す説
明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing another example of the light detection unit of the light detector of the microscope with the focus detection device according to the eighth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2、102・・・対物レンズ 7、107・・・ダイクロイックミラー 13、113・・・光源 14、114・・・コリメータレンズ 16、116・・・集光レンズ 15、17、50、115、117・・・ビームスプリ
ッタ 18、19、71、72、81、82、90、91、1
18、119・・・光検出器 18a、18b、19a、19b、71a、71b、7
1c、72a、72b、72c、88a、88b、88
c、88d、88e、90a、90b、91a、91
b、118a、118b、119a、119b・・・光
検出部 23、123・・・被検面 24、124・・・被検物体 25、125・・・ステージ 26、126・・・制御手段 27、28、29、30、31、32、33、34、3
5、36、92、93、94、129、130、131
・・・演算増幅器 37、38、76a、76b、76c、77a、77
b、77c、132、133・・・光スポット 40、46・・・プリズム 41・・・Si基板 42・・・台 45・・・四分の一波長板 60・・・多重反射板 70・・・回折格子 80・・・スリット 92、93・・・アクチュエータ
2, 102 ... Objective lens 7, 107 ... Dichroic mirror 13, 113 ... Light source 14, 114 ... Collimator lens 16, 116 ... Condenser lens 15, 17, 50, 115, 117 ..Beam splitters 18, 19, 71, 72, 81, 82, 90, 91, 1
18, 119 ... photodetectors 18a, 18b, 19a, 19b, 71a, 71b, 7
1c, 72a, 72b, 72c, 88a, 88b, 88
c, 88d, 88e, 90a, 90b, 91a, 91
b, 118a, 118b, 119a, 119b... photodetector 23, 123... surface 24, 124... object 25, 125... stage 26, 126. 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 3,
5, 36, 92, 93, 94, 129, 130, 131
... Operational amplifiers 37, 38, 76a, 76b, 76c, 77a, 77
b, 77c, 132, 133 ... light spot 40, 46 ... prism 41 ... Si substrate 42 ... table 45 ... quarter-wave plate 60 ... multiple reflection plate 70 ...・ Diffraction grating 80 ・ ・ ・ Slit 92, 93 ・ ・ ・ Actuator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03B 13/36 G03B 3/00 A (72)発明者 岡本 和也 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G03B 13/36 G03B 3/00 A (72) Inventor Kazuya Okamoto 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation Inside

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】対物レンズを含む観察光学系と、被検物体
を搭載するためのステージと、前記対物レンズの焦点位
置からの前記被検物体の位置ずれを検出する焦点検出手
段とを有し、 前記焦点検出手段は、前記対物レンズを通して前記被検
物体に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検
物体からの前記照明光の反射光束を収束するための集光
光学系と、前記反射光束を第1および第2光束に分割す
るための分割手段と、前記第1および第2光束をそれぞ
れ検出するための第1および第2検出手段と、前記第1
および第2検出手段の検出結果を演算することにより、
少なくとも2種類のフォーカスエラー信号を求める演算
手段とを有し、 前記第1検出手段は、前記第1光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第2検出手段は、前記第2光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、 前記第1および第2検出手段は、それぞれ、前記第1お
よび第2光束のうち、光軸部分の光束、その外側の光
束、さらにその外側の順に光軸から離れた部分の光束を
検出するために、合わせて3以上の検出部を有し、 前記演算手段は、前記3以上の検出部のうちもっとも中
心に位置する検出部の出力と、それよりも外側に位置す
るすべての検出部の出力の和との差分を、それぞれ第1
および第2検出手段について求め、これらを用いて第1
のフォーカスエラー信号を求める第1演算部と、前記3
以上の検出部のうち中心に近い2つの検出部の出力の和
と、それらよりも外側に位置するすべての検出部の出力
の和との差分を、それぞれ第1および第2の検出手段に
ついて求め、これらを用いて第2のフォーカスエラー信
号を求める第2演算部とを有することを特徴とする焦点
検出手段を備えた顕微鏡。
An observation optical system including an objective lens, a stage for mounting a test object, and focus detection means for detecting a displacement of the test object from a focal position of the objective lens. An illumination optical system for irradiating the test object with illumination light through the objective lens; and a condensing optical system for converging a reflected light beam of the illumination light from the test object. Splitting means for splitting the reflected light beam into first and second light beams, first and second detecting means for detecting the first and second light beams, respectively,
And calculating the detection result of the second detection means,
Calculating means for obtaining at least two kinds of focus error signals, wherein the first detecting means is located at a position farther from the object than a convergence point at which the first light beam is converged by the light-collecting optical system. The second detection means is arranged at a position closer to the test object than a convergence point at which the second light beam is converged by the light-converging optical system. The first and second detection means Of the first and second light beams, three or more detectors are combined in order to detect the light beam in the optical axis portion, the light beam outside the light beam portion, and the light beam in a portion further away from the optical axis in order outside the light beam portion. The arithmetic means includes: a difference between the output of the detection unit located at the center of the three or more detection units and the sum of the outputs of all the detection units located outside the first detection unit;
And the second detecting means, and using these, the first
A first calculation unit for obtaining a focus error signal of
The difference between the sum of the outputs of the two detection units close to the center of the above detection units and the sum of the outputs of all the detection units located outside of them is obtained for the first and second detection means, respectively. And a second calculation unit for obtaining a second focus error signal using the above components.
【請求項2】請求項1に記載の焦点検出手段を備えた顕
微鏡において、 前記第1および第2検出手段は、それぞれ3つの検出部
を有し、前記第1検出手段の中心に位置する検出部を第
1検出部、前記第1検出部の外側の検出部を第2検出
部、第2検出部の外側の検出部を第3検出部とし、前記
第2検出手段の中心に位置する検出部を第4検出部、前
記第4検出部の外側の検出部を第5検出部、第5検出部
の外側の検出部を第6検出部とした場合、 前記第1演算部は、前記第1検出手段の第1検出部の出
力と、前記第1検出手段の第1検出部よりも外側に位置
するすべての検出部の出力の和との差分を求めるととも
に、前記第2検出手段の第3検出部の出力と、前記第2
検出手段の第3検出部よりも外側に位置するすべての検
出部の出力の和との差分を求め、前記両差分結果のさら
に差分を求めることにより第1のフォーカスエラー信号
を求め、 前記第2演算部は、前記第1検出手段の第1検出部およ
び第2検出部の出力の和と、前記第1検出手段の第2検
出部よりも外側に位置するすべての検出部の出力の和と
の差分を求めるとともに、前記第2検出手段の第3検出
部および第4検出部の出力の和と、前記第2検出手段の
第4検出部よりも外側に位置するすべての検出部の和と
の差分を求め、前記両差分結果のさらに差分を求めるこ
とにより第2のフォーカスエラー信号を求めることを特
徴とする焦点検出手段を備えた顕微鏡。
2. A microscope provided with focus detecting means according to claim 1, wherein said first and second detecting means each have three detecting portions, and a detecting means located at the center of said first detecting means. A first detection unit, a detection unit outside the first detection unit as a second detection unit, a detection unit outside the second detection unit as a third detection unit, and a detection unit located at the center of the second detection unit. When the unit is a fourth detection unit, the detection unit outside the fourth detection unit is a fifth detection unit, and the detection unit outside the fifth detection unit is a sixth detection unit. The difference between the output of the first detection unit of the first detection unit and the sum of the outputs of all the detection units located outside the first detection unit of the first detection unit is determined. 3 The output of the detection unit and the second
Calculating a first focus error signal by obtaining a difference from the sum of outputs of all the detection units located outside the third detection unit of the detection means, and further obtaining a difference between the two difference results; The calculation unit is configured to calculate a sum of outputs of the first detection unit and the second detection unit of the first detection unit, and a sum of outputs of all detection units located outside the second detection unit of the first detection unit. And the sum of the outputs of the third and fourth detectors of the second detector and the sum of all detectors located outside the fourth detector of the second detector. And a second focus error signal is obtained by calculating a difference between the two difference results.
【請求項3】請求項1に記載の焦点検出手段を備えた顕
微鏡において、 前記照明光学系は、照明光束を前記被検物体の複数の点
に照射するために、前記照明光束を複数の光束に分割す
る手段を有し、 前記集光光学系および分割手段は、前記複数の照明光束
をそれぞれ集光および分割し、 前記第1および第2検出手段は、前記被検物体の複数の
点からの反射光束に対してそれぞれ用意され、 前記演算手段は、前記被検物体の複数の点からの反射光
束それぞれについて、少なくとも前記第1および第2の
フォーカスエラー信号を求めることを特徴とする焦点検
出手段を備えた顕微鏡。
3. A microscope provided with focus detecting means according to claim 1, wherein said illumination optical system converts said illumination light beam into a plurality of light beams in order to irradiate said light beam onto a plurality of points on said test object. The light-collecting optical system and the splitting means collect and split the plurality of illumination light fluxes, respectively, and the first and second detection means are provided from a plurality of points on the test object. Wherein the calculating means obtains at least the first and second focus error signals for each of the reflected light fluxes from a plurality of points of the test object. Microscope with means.
【請求項4】請求項1に記載の焦点検出手段を備えた顕
微鏡において、 前記照明光学系は、前記被検物体上に、線状の光を照射
し、 前記第1および第2検出手段は、前記線状の光の反射光
束を受光するために、もっとも中心部の検出部の形状が
線状であることを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微
鏡。
4. The microscope provided with the focus detecting means according to claim 1, wherein the illumination optical system irradiates a linear light onto the object to be inspected, and the first and second detecting means A microscope provided with focus detection means, wherein the shape of the detection portion at the center is linear in order to receive the reflected light flux of the linear light.
【請求項5】対物レンズを含む観察光学系と、被検物体
を搭載するためのステージと、前記対物レンズの焦点位
置からの前記被検物体の位置ずれを検出する焦点検出手
段を有し、 前記焦点検出手段は、前記対物レンズを通して前記被検
物体に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検
物体からの前記照明光の反射光束を収束するための集光
光学系と、前記反射光束を第1および第2光束に分割す
るための分割手段と、前記第1および第2光束をそれぞ
れ検出するための第1および第2検出手段と、前記第1
および第2検出手段の検出結果を演算することによりフ
ォーカスエラー信号を求める演算手段とを有し、 前記第1検出手段は、前記第1光束のうちの光軸付近の
光束を受光する第1検出部と、前記第1検出部よりも外
側の光束を検出するための第2検出部とを少なくとも有
し、 前記第2検出手段は、前記第2光束のうち光軸付近の光
束を受光する第3検出部と、前記第3検出部よりも外側
の光束を検出するための第4検出部とを少なくとも有
し、 前記第1検出手段は、前記第1光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第2検出手段は、前記第2光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、 前記第1および第2検出手段には、前記第1および第2
検出手段を前記収束点に対して接近または離間させるた
めの移動手段が取り付けられていることを特徴とする焦
点検出手段を備えた顕微鏡。
5. An observation optical system including an objective lens, a stage for mounting a test object, and focus detection means for detecting a displacement of the test object from a focal position of the objective lens, The focus detection unit, an illumination optical system for irradiating the test object with illumination light through the objective lens, and a condensing optical system for converging the reflected light flux of the illumination light from the test object, Splitting means for splitting the reflected light beam into first and second light beams, first and second detecting means for detecting the first and second light beams, respectively,
And a calculating means for calculating a focus error signal by calculating a detection result of the second detecting means, wherein the first detecting means detects a first light beam that receives a light beam near an optical axis of the first light beam. And a second detection unit for detecting a light beam outside the first detection unit, wherein the second detection unit receives a light beam near an optical axis of the second light beam. At least a third detection unit, and a fourth detection unit for detecting a light beam outside the third detection unit, wherein the first detection unit converges the first light beam by the condensing optical system. And the second detecting means is arranged at a position closer to the test object than the convergence point at which the second light beam is converged by the condensing optical system. The first and second detection means are provided 1st and 2nd
A microscope equipped with a focus detecting means, wherein a moving means for moving the detecting means toward or away from the convergence point is attached.
【請求項6】被検物体に対して対向する位置に配置され
る対物レンズと、前記対物レンズを通して前記被検物体
に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検物体
からの前記照明光の反射光束を収束するための集光光学
系と、前記反射光束を第1および第2光束に分割するた
めの分割手段と、前記第1および第2光束をそれぞれ検
出するための第1および第2検出手段と、前記第1およ
び第2検出手段の検出結果を演算することにより、少な
くとも2種類のフォーカスエラー信号を求める演算手段
とを有し、 前記第1検出手段は、前記第1光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第2検出手段は、前記第2光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、 前記第1および第2の検出手段は、それぞれ、前記第1
および第2光束のうち、光軸部分の光束、その外側の光
束、さらにその外側の順に光軸から離れた部分の光束を
検出するために、合わせて3以上の検出部を有し、 前記演算手段は、前記3以上の検出部のうちもっとも中
心に位置する検出部の出力と、それよりも外側に位置す
るすべての検出部の出力の和との差分を、それぞれ第1
および第2検出手段について求め、これらを用いて第1
のフォーカスエラー信号を求める第1演算部と、前記3
以上の検出部のうち中心に近い2つの検出部の出力の和
と、それらよりも外側に位置するすべての検出部の出力
の和との差分を、それぞれ第1および第2の検出手段に
ついて求め、これらを用いて第2のフォーカスエラー信
号を求める第2演算部とを有することを特徴とする変位
計測装置。
6. An objective lens disposed at a position facing the object to be inspected, an illumination optical system for irradiating the object to be illuminated with illumination light through the objective lens, and A condensing optical system for converging the reflected light beam of the illumination light, a dividing means for dividing the reflected light beam into first and second light beams, and a first means for detecting the first and second light beams, respectively. And a second detecting means, and calculating means for calculating at least two kinds of focus error signals by calculating the detection results of the first and second detecting means, wherein the first detecting means comprises: The light beam is disposed at a position farther from the object than the convergence point at which the light beam is converged by the light-collecting optical system, and the second detector detects that the second light beam is converged by the light-converging optical system. The specimen than the point The first and second detection means are arranged at positions close to the body, respectively.
And three or more detectors in order to detect the light beam in the optical axis portion, the light beam outside the light beam portion, and the light beam portion in the order outside the light beam portion in the second light beam. Means for calculating a difference between an output of the detection unit located at the center of the three or more detection units and a sum of outputs of all detection units located outside the first detection unit, respectively,
And the second detecting means, and using these, the first
A first calculation unit for obtaining a focus error signal of
The difference between the sum of the outputs of the two detection units close to the center of the above detection units and the sum of the outputs of all the detection units located outside of them is obtained for the first and second detection means, respectively. A second calculation unit for obtaining a second focus error signal by using these.
【請求項7】請求項6に記載の変位計測装置において、 前記第1および第2検出手段は、それぞれ3つの検出部
を有し、前記第1検出手段の中心に位置する検出部を第
1検出部、前記第1検出部の外側の検出部を第2検出
部、第2検出部の外側の検出部を第3検出部とし、前記
第2検出手段の中心に位置する検出部を第4検出部、前
記第4検出部の外側の検出部を第5検出部、第5検出部
の外側の検出部を第6検出部とした場合、 前記第1演算部は、前記第1検出手段の第1検出部の出
力と、前記第1検出手段の第1検出部よりも外側に位置
するすべての検出部の出力の和との差分を求めるととも
に、前記第2検出手段の第3検出部の出力と、前記第2
検出手段の第3検出部よりも外側に位置するすべての検
出部の出力の和との差分を求め、前記両差分結果のさら
に差分を求めることにより第1のフォーカスエラー信号
を求め、 前記第2演算部は、前記第1検出手段の第1検出部およ
び第2検出部の出力の和と、前記第1検出手段の第2検
出部よりも外側に位置するすべての検出部の出力の和と
の差分を求めるとともに、前記第2検出手段の第3検出
部および第4検出部の出力の和と、前記第2検出手段の
第4検出部よりも外側に位置するすべての検出部の和と
の差分を求め、前記両差分結果のさらに差分を求めるこ
とにより第2のフォーカスエラー信号を求めることを特
徴とする変位計測装置。
7. The displacement measuring device according to claim 6, wherein each of the first and second detecting means has three detecting sections, and the first and second detecting sections each include a detecting section located at the center of the first detecting section. A detection unit, a detection unit outside the first detection unit is a second detection unit, a detection unit outside the second detection unit is a third detection unit, and a detection unit located at the center of the second detection unit is a fourth detection unit. When the detection unit, the detection unit outside the fourth detection unit is a fifth detection unit, and the detection unit outside the fifth detection unit is a sixth detection unit, the first calculation unit is a first detection unit. The difference between the output of the first detector and the sum of the outputs of all the detectors located outside the first detector of the first detector is determined, and the difference between the output of the third detector of the second detector is calculated. Output and said second
Calculating a first focus error signal by obtaining a difference from the sum of outputs of all the detection units located outside the third detection unit of the detection means, and further obtaining a difference between the two difference results; The calculation unit is configured to calculate a sum of outputs of the first detection unit and the second detection unit of the first detection unit, and a sum of outputs of all detection units located outside the second detection unit of the first detection unit. And the sum of the outputs of the third and fourth detectors of the second detector and the sum of all detectors located outside the fourth detector of the second detector. A displacement measurement apparatus for calculating a second focus error signal by calculating a difference between the two difference results.
【請求項8】被検物体に対して対向して配置される対物
レンズと、前記対物レンズを通して前記被検物体に照明
光を照射するための照明光学系と、前記被検物体からの
前記照明光の反射光束を収束するための集光光学系と、
前記反射光束を第1および第2光束に分割するための分
割手段と、前記第1および第2光束をそれぞれ検出する
ための第1および第2検出手段と、前記第1および第2
検出手段の検出結果を演算することによりフォーカスエ
ラー信号を求める演算手段とを有し、 前記第1検出手段は、前記第1光束のうちの光軸付近の
光束を受光する第1検出部と、前記第1検出部よりも外
側の光束を検出するための第2検出部とを少なくとも有
し、 前記第2検出手段は、前記第2光束のうち光軸付近の光
束を受光する第3検出部と、前記第3検出部よりも外側
の光束を検出するための第4検出部とを少なくとも有
し、 前記第1検出手段は、前記第1光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第2検出手段は、前記第2光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、 前記第1および第2検出手段には、前記第1および第2
検出手段を前記収束点に対して接近または離間させるた
めの移動手段が取り付けられていることを特徴とする変
位計測装置。
8. An object lens arranged to face the object to be examined, an illumination optical system for irradiating the object with illumination light through the object lens, and the illumination from the object to be inspected. A condensing optical system for converging the reflected light flux of light,
Splitting means for splitting the reflected light beam into first and second light beams, first and second detecting means for detecting the first and second light beams, respectively, and the first and second light beams
Calculating means for calculating a focus error signal by calculating a detection result of the detecting means, wherein the first detecting means receives a light beam near the optical axis of the first light beam; A second detection unit for detecting a light beam outside the first detection unit, wherein the second detection unit receives a light beam near an optical axis of the second light beam And at least a fourth detection unit for detecting a light beam outside the third detection unit, wherein the first detection means includes a convergence point at which the first light beam is converged by the condensing optical system. And the second detecting means is arranged at a position closer to the test object than a convergence point at which the second light flux is converged by the light-collecting optical system. The first and second detecting means include the first and second detecting means. And second
A displacement measuring device comprising a moving means for moving the detecting means closer to or away from the convergence point.
【請求項9】対物レンズを含む観察光学系と、被検物体
を搭載するためのステージと、前記対物レンズの焦点位
置からの前記被検物体の位置ずれを検出する焦点検出手
段とを有し、 前記焦点検出手段は、前記対物レンズを通して前記被検
物体に照明光を照射するための照明光学系と、前記被検
物体からの前記照明光の反射光束を収束するための集光
光学系と、前記反射光束を第1および第2光束に分割す
るための分割手段と、前記第1および第2光束をそれぞ
れ検出するための第1および第2検出手段と、前記第1
および第2検出手段の検出結果を演算することによりフ
ォーカスエラー信号を求める演算手段とを有し、 前記第1検出手段は、前記第1光束が前記集光光学系に
よって収束される収束点よりも前記被検物体から離れた
位置に配置され、前記第2検出手段は、前記第2光束
が、前記集光光学系によって収束される収束点よりも前
記被検物体に近い位置に配置され、 前記第1および第2検出手段は、それぞれ、前記第1お
よび第2光束のうち、光軸部分の光束、その外側の光
束、さらにその外側の順に光軸から離れた部分の光束を
検出するために、合わせて3以上の検出部を有し、 前記演算手段は、 前記第1検出手段の前記3以上の検出部のうち、内側か
ら順番に1以上の任意の検出部までを選択して、選択し
た検出部の出力の和を求めるとともに、前記任意の検出
部よりも外側に位置するすべての検出部の和を求め、さ
らにこれら和の差分を求め、前記第2の検出手段の前記
3以上の検出部のうち、内側から順番に1以上の任意の
検出部までを選択して、選択した検出部の出力の和を求
めるとともに、前記任意の検出部よりも外側に位置する
すべての検出部の和を求め、さらにこれら和の差分を求
め、前記第1の検出手段について求めた前記差分結果
と、前記第2の検出手段について求めた前記差分結果と
の差分をさらに求めることによりフォーカスエラー信号
を求めることを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微
鏡。
9. An observation optical system including an objective lens, a stage for mounting a test object, and focus detection means for detecting a displacement of the test object from a focal position of the objective lens. An illumination optical system for irradiating the test object with illumination light through the objective lens; and a condensing optical system for converging a reflected light beam of the illumination light from the test object. Splitting means for splitting the reflected light beam into first and second light beams, first and second detecting means for detecting the first and second light beams, respectively,
And a calculating means for calculating a focus error signal by calculating a detection result of the second detecting means. The second detection means is disposed at a position distant from the test object, and the second detecting means is disposed at a position closer to the test object than a convergence point at which the second light flux is converged by the condensing optical system; The first and second detection means are respectively for detecting a light flux of an optical axis portion, a light flux outside the light flux portion, and a light flux of a portion further away from the optical axis in the order outside the light flux portion, of the first and second light fluxes, respectively. And three or more detection units in total, and the arithmetic unit selects one or more arbitrary detection units in order from the inside of the three or more detection units of the first detection unit, and selects And the sum of the outputs of the detectors In addition, a sum of all the detection units located outside the arbitrary detection unit is obtained, and a difference between the sums is obtained. Of the three or more detection units of the second detection unit, the sum is sequentially determined from the inside. To one or more arbitrary detectors, obtain the sum of the outputs of the selected detectors, determine the sum of all detectors located outside the arbitrary detector, and further calculate the sum of these sums. A focus detection method comprising: obtaining a difference; and further obtaining a focus error signal by further obtaining a difference between the difference result obtained for the first detection means and the difference result obtained for the second detection means. Microscope with means.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7486329B2 (en) 2001-11-29 2009-02-03 Olympus Optical Co., Ltd. Focusing state signal output apparatus for a microscope representing a relative distance between a subject and an image sensing apparatus

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