JPH1090591A - 焦点検出装置 - Google Patents
焦点検出装置Info
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- JPH1090591A JPH1090591A JP8246492A JP24649296A JPH1090591A JP H1090591 A JPH1090591 A JP H1090591A JP 8246492 A JP8246492 A JP 8246492A JP 24649296 A JP24649296 A JP 24649296A JP H1090591 A JPH1090591 A JP H1090591A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】動作範囲が広く、しかも高い精度で焦点検出を
行える焦点検出装置を提供する。 【解決手段】半導体レーザー２０は光周波数が一定周波
数ｆ0 で変動するレーザー光を射出する。レーザー光は
偏光ビームスプリッタ２２により参照光と測定光に分割
される。参照光は参照鏡２４を経て受光素子２９に入射
する。測定光束は対物レンズ４により平行光となり、被
検体５で反射された後、受光素子２９に入射する。参照
光と測定光は干渉するため、受光素子２９の出力は周波
数ｆ0 に両者の光周波数差のビートが乗ったものにな
る。信号処理部３１はビートの数を計数し、ＣＰＵ３２
はその計数値ｍを合焦時の計数値ｍ0 と比較して被検体
５の合焦点からのずれを求め、計数値ｍがｍ0 に等しく
なる位置に被検体５を移動させる。その後、従来通りの
焦点検出系３３を用いて高精度の焦点検出を行う。
行える焦点検出装置を提供する。 【解決手段】半導体レーザー２０は光周波数が一定周波
数ｆ0 で変動するレーザー光を射出する。レーザー光は
偏光ビームスプリッタ２２により参照光と測定光に分割
される。参照光は参照鏡２４を経て受光素子２９に入射
する。測定光束は対物レンズ４により平行光となり、被
検体５で反射された後、受光素子２９に入射する。参照
光と測定光は干渉するため、受光素子２９の出力は周波
数ｆ0 に両者の光周波数差のビートが乗ったものにな
る。信号処理部３１はビートの数を計数し、ＣＰＵ３２
はその計数値ｍを合焦時の計数値ｍ0 と比較して被検体
５の合焦点からのずれを求め、計数値ｍがｍ0 に等しく
なる位置に被検体５を移動させる。その後、従来通りの
焦点検出系３３を用いて高精度の焦点検出を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡や光学測定
機器等において、被検体に対し焦点検出を行う焦点検出
装置に関する。
機器等において、被検体に対し焦点検出を行う焦点検出
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プローブ光を対物レンズを通して被測定
面に照射し、その被測定面からの反射光に基づいて、被
検体に対し焦点検出を行う焦点検出装置が従来より知ら
れている。特開平５−３２２５６１号は焦点検出装置の
一例を開示している。
面に照射し、その被測定面からの反射光に基づいて、被
検体に対し焦点検出を行う焦点検出装置が従来より知ら
れている。特開平５−３２２５６１号は焦点検出装置の
一例を開示している。
【０００３】図５は、特開平５−３２２５６１号の焦点
検出装置に非常に良く似ている、従来の焦点検出装置の
一例を示している。図５において、半導体レーザー１か
ら射出されたレーザー光は、偏光ビームスプリッタ２で
反射され、１／４波長板３を通過し、対物レンズ４によ
り被検体５に集光される。被検体５からの反射光は、対
物レンズ４、１／４波長板３、偏光ビームスプリッタ２
を透過し、ビームスプリッタ６により二本の光束に分割
される。ビームスプリッタ６で反射された光束は、像側
の集光点Ｐの前方に配置された第一の絞り７を通って、
第一の受光素子８に入射する。ビームスプリッタ６を通
過した光束は、像側の集光点Ｐの後方に配置された第二
の絞り９を通って、第二の受光素子１０に入射する。
検出装置に非常に良く似ている、従来の焦点検出装置の
一例を示している。図５において、半導体レーザー１か
ら射出されたレーザー光は、偏光ビームスプリッタ２で
反射され、１／４波長板３を通過し、対物レンズ４によ
り被検体５に集光される。被検体５からの反射光は、対
物レンズ４、１／４波長板３、偏光ビームスプリッタ２
を透過し、ビームスプリッタ６により二本の光束に分割
される。ビームスプリッタ６で反射された光束は、像側
の集光点Ｐの前方に配置された第一の絞り７を通って、
第一の受光素子８に入射する。ビームスプリッタ６を通
過した光束は、像側の集光点Ｐの後方に配置された第二
の絞り９を通って、第二の受光素子１０に入射する。
【０００４】第一の受光素子８は入射光量に対応した電
気信号Ａを、第二の受光素子１０は入射光量に対応した
電気信号Ｂを信号処理系１１に出力する。被検体面変位
に対する第一の受光素子８の出力Ａと第二の受光素子１
０の出力Ｂを図６（ａ）に示す。信号処理系１１は、第
一の受光素子８からの出力信号Ａと第二の受光素子１０
からの出力信号Ｂに基づき、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の
演算を行い、図６（ｂ）に示す変位信号を得る。この変
位信号は、合焦位置で０を示し、合焦位置からのずれの
方向に対応した符号をとる。ＣＰＵ１２は、信号処理系
１１からの変位信号が０となるように、被検体５あるい
は焦点検出装置全体を移動させる駆動部（図示せず）を
駆動する。このような一連の動作により、焦点検出装置
の焦点が被検体面に合わせられる。
気信号Ａを、第二の受光素子１０は入射光量に対応した
電気信号Ｂを信号処理系１１に出力する。被検体面変位
に対する第一の受光素子８の出力Ａと第二の受光素子１
０の出力Ｂを図６（ａ）に示す。信号処理系１１は、第
一の受光素子８からの出力信号Ａと第二の受光素子１０
からの出力信号Ｂに基づき、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の
演算を行い、図６（ｂ）に示す変位信号を得る。この変
位信号は、合焦位置で０を示し、合焦位置からのずれの
方向に対応した符号をとる。ＣＰＵ１２は、信号処理系
１１からの変位信号が０となるように、被検体５あるい
は焦点検出装置全体を移動させる駆動部（図示せず）を
駆動する。このような一連の動作により、焦点検出装置
の焦点が被検体面に合わせられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５（ａ）から分かる
ように、受光素子８と１０の出力信号ＡとＢは共に山形
のカーブを示し、合焦点からある程度以上離れると、出
力信号ＡとＢのレベルは非常に低くなる。実際の構成に
おいては、光学部材による反射光ノイズや電気的ノイズ
が存在するため、低い信号レベルでの動作は、合焦点の
誤判定の頻度を高める。誤判定を避けるため、焦点検出
は、一般に、ある一定レベル以上の受光素子８と１０の
出力信号ＡとＢに基づいて行われる。つまり、焦点検出
装置の動作範囲は合焦点を含むある範囲に限られる。
ように、受光素子８と１０の出力信号ＡとＢは共に山形
のカーブを示し、合焦点からある程度以上離れると、出
力信号ＡとＢのレベルは非常に低くなる。実際の構成に
おいては、光学部材による反射光ノイズや電気的ノイズ
が存在するため、低い信号レベルでの動作は、合焦点の
誤判定の頻度を高める。誤判定を避けるため、焦点検出
は、一般に、ある一定レベル以上の受光素子８と１０の
出力信号ＡとＢに基づいて行われる。つまり、焦点検出
装置の動作範囲は合焦点を含むある範囲に限られる。
【０００６】また、反射光ノイズや電気ノイズの影響
は、合焦点近傍においては焦点検出の誤差の原因とな
り、特に焦点検出装置を光学測定機器に適用した場合に
測定精度を低下させてしまうことがある。このような状
況では、光学系の倍率を上げ、これにより被検体５の変
位に対する像側集光点Ｐの移動量を大きくし、図７
（ｂ）に示すように合焦点近傍における変位信号の傾き
を大きくすることが有効である。これにより、同量のノ
イズに対して、焦点検出の不安定さを抑えることができ
る。
は、合焦点近傍においては焦点検出の誤差の原因とな
り、特に焦点検出装置を光学測定機器に適用した場合に
測定精度を低下させてしまうことがある。このような状
況では、光学系の倍率を上げ、これにより被検体５の変
位に対する像側集光点Ｐの移動量を大きくし、図７
（ｂ）に示すように合焦点近傍における変位信号の傾き
を大きくすることが有効である。これにより、同量のノ
イズに対して、焦点検出の不安定さを抑えることができ
る。
【０００７】しかし、光学系の倍率を上げると、受光素
子の出力カーブは図７（ａ）に示すように急峻なものと
なり、このため、焦点検出装置の動作範囲は合焦点近傍
の非常に狭い範囲に狭めてしまう。
子の出力カーブは図７（ａ）に示すように急峻なものと
なり、このため、焦点検出装置の動作範囲は合焦点近傍
の非常に狭い範囲に狭めてしまう。
【０００８】つまり、合焦点の検出精度の向上と焦点検
出装置の動作範囲の拡大は二律背反の関係にあり、検出
精度の向上を図ると動作範囲は縮小し、動作範囲の拡大
を図ると検出精度は低下してしまう。
出装置の動作範囲の拡大は二律背反の関係にあり、検出
精度の向上を図ると動作範囲は縮小し、動作範囲の拡大
を図ると検出精度は低下してしまう。
【０００９】以上の様に、従来の焦点検出装置では、広
い範囲にわたり高い精度での合焦点の検出を実現するこ
とはできない。特に、焦点検出装置の光学測定機器への
適用を考えると、高さ方向に変化を持つ試料を高精度で
測定する要求が強くあるため、高精度での焦点検出は重
要である。また、動作範囲の狭さは、高さ変化に対して
焦点ずれの方向を見失う事態を招く要因になり、特に自
動測定の要求に対して測定時間短縮への重要な問題であ
る。
い範囲にわたり高い精度での合焦点の検出を実現するこ
とはできない。特に、焦点検出装置の光学測定機器への
適用を考えると、高さ方向に変化を持つ試料を高精度で
測定する要求が強くあるため、高精度での焦点検出は重
要である。また、動作範囲の狭さは、高さ変化に対して
焦点ずれの方向を見失う事態を招く要因になり、特に自
動測定の要求に対して測定時間短縮への重要な問題であ
る。
【００１０】本発明は、上述した従来技術が抱える問題
点を鑑みて成されたものであり、その目的は、広い範囲
にわたって合焦点を高い精度で検出できる焦点検出装置
を提供することである。
点を鑑みて成されたものであり、その目的は、広い範囲
にわたって合焦点を高い精度で検出できる焦点検出装置
を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的は本発明の焦
点検出装置によって達成される。本発明の焦点検出装置
は、プローブ光を射出する手段と、プローブ光を集光す
る対物レンズと、被検体からのプローブ光の反射光に基
づいてプローブ光の焦点に対する被検体の位置を検出す
る焦点検出系と、光周波数が一定の周波数で周期的に変
化する光を射出する光源手段と、光源からの射出光を参
照光と測定光に分割する光分割手段と、参照光を反射す
る参照鏡と、測定光を対物レンズを介して被検体に平行
光として照射する手段と、被検体からの測定光の反射光
と参照鏡からの参照光の反射光とを結合して干渉光を生
成させる光結合手段と、干渉光の強度を検知する光検知
手段と、光検知手段からの出力信号に基づいて、参照光
と測定光の光路差に依存して変化する干渉光のビートを
計数し、プローブ光の焦点に対する被検体の位置を検出
する信号処理部とを有している。
点検出装置によって達成される。本発明の焦点検出装置
は、プローブ光を射出する手段と、プローブ光を集光す
る対物レンズと、被検体からのプローブ光の反射光に基
づいてプローブ光の焦点に対する被検体の位置を検出す
る焦点検出系と、光周波数が一定の周波数で周期的に変
化する光を射出する光源手段と、光源からの射出光を参
照光と測定光に分割する光分割手段と、参照光を反射す
る参照鏡と、測定光を対物レンズを介して被検体に平行
光として照射する手段と、被検体からの測定光の反射光
と参照鏡からの参照光の反射光とを結合して干渉光を生
成させる光結合手段と、干渉光の強度を検知する光検知
手段と、光検知手段からの出力信号に基づいて、参照光
と測定光の光路差に依存して変化する干渉光のビートを
計数し、プローブ光の焦点に対する被検体の位置を検出
する信号処理部とを有している。
【００１２】光源手段は、半導体レーザーと、半導体レ
ーザーに一定の周波数で周期的に変化する注入電流を供
給する発振器とを含み、光分割手段は偏光ビームスプリ
ッタを含み、光結合手段は、光分割手段の偏光ビームス
プリッタと、参照光の光路上に配置された１／４波長板
と、測定光の光路上に配置された１／４波長板とを含
み、光検知手段は、入射光の強度に対応した電気信号を
出力する受光素子を含み、参照鏡は偏光ビームスプリッ
タを基準にして対物レンズよりも近くに配置されてい
る。
ーザーに一定の周波数で周期的に変化する注入電流を供
給する発振器とを含み、光分割手段は偏光ビームスプリ
ッタを含み、光結合手段は、光分割手段の偏光ビームス
プリッタと、参照光の光路上に配置された１／４波長板
と、測定光の光路上に配置された１／４波長板とを含
み、光検知手段は、入射光の強度に対応した電気信号を
出力する受光素子を含み、参照鏡は偏光ビームスプリッ
タを基準にして対物レンズよりも近くに配置されてい
る。
【００１３】信号処理部は、受光素子の出力信号から光
源手段からの射出光の周波数の成分を除去するハイパス
フィルタと、ハイパスフィルタからの出力をパルス列に
変換するコンパレータと、コンパレータからのパルス列
を適宜通過させ遮断するゲートと、ゲートを通過したパ
ルスの数を計数するカウンタと、光源手段からの射出光
の光周波数の周期的変化の周期の整数倍に相当する時間
だけゲートを開かせる手段とを含んでいる。
源手段からの射出光の周波数の成分を除去するハイパス
フィルタと、ハイパスフィルタからの出力をパルス列に
変換するコンパレータと、コンパレータからのパルス列
を適宜通過させ遮断するゲートと、ゲートを通過したパ
ルスの数を計数するカウンタと、光源手段からの射出光
の光周波数の周期的変化の周期の整数倍に相当する時間
だけゲートを開かせる手段とを含んでいる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。本発明の実施形態の焦
点検出装置の構成を図１に示す。半導体レーザー２０に
は、発振器３０により、一定の周波数ｆ0 で周期的に変
化する注入電流が供給される。このため、半導体レーザ
ー２０は、注入電流に応じて、一定の周波数ｆ0 で強度
が変化する光を射出する。言い換えれば、図２（ａ）に
示すように、光周波数νが一定の周波数ｆ0 で周期的に
変化する光を射出する。
の実施の形態について説明する。本発明の実施形態の焦
点検出装置の構成を図１に示す。半導体レーザー２０に
は、発振器３０により、一定の周波数ｆ0 で周期的に変
化する注入電流が供給される。このため、半導体レーザ
ー２０は、注入電流に応じて、一定の周波数ｆ0 で強度
が変化する光を射出する。言い換えれば、図２（ａ）に
示すように、光周波数νが一定の周波数ｆ0 で周期的に
変化する光を射出する。
【００１５】半導体レーザー２０から射出されたレーザ
ー光は、コリメータレンズ２１で平行光に変えられ、偏
光ビームスプリッタ２２に入射する。レーザー光の偏光
方向は偏光ビームスプリッタ２２の透光軸に対して４５
゜に設定されており、レーザー光は偏光ビームスプリッ
タ２２により二本の光束に分割される。
ー光は、コリメータレンズ２１で平行光に変えられ、偏
光ビームスプリッタ２２に入射する。レーザー光の偏光
方向は偏光ビームスプリッタ２２の透光軸に対して４５
゜に設定されており、レーザー光は偏光ビームスプリッ
タ２２により二本の光束に分割される。
【００１６】偏光ビームスプリッタ２２で反射された第
一の光束は、１／４波長板２３を通過し、参照鏡２４で
反射され、１／４波長板２３を通過し、偏光ビームスプ
リッタ２２を通過し、偏光板２８に入射する。以下の記
述では、第一の光束は参照光束あるいは単に参照光と記
す。
一の光束は、１／４波長板２３を通過し、参照鏡２４で
反射され、１／４波長板２３を通過し、偏光ビームスプ
リッタ２２を通過し、偏光板２８に入射する。以下の記
述では、第一の光束は参照光束あるいは単に参照光と記
す。
【００１７】一方、偏光ビームスプリッタ２２を通過し
た第二の光束は、１／４波長板２５を通過し、集光レン
ズ２６により集束光に変えられ、対物レンズ４の後側焦
点Ｂに一旦集光した後、ハーフミラー２７で反射され、
対物レンズ４により平行光に変えられ、被検体５に入射
する。被検体５に入射した平行光は、被検体５で反射さ
れ、対物レンズ４により集束光に変えられ、ハーフミラ
ー２７で反射され、集光レンズ２６により平行光に変え
られ、１／４波長板２５を通過し、偏光ビームスプリッ
タ２２で反射され、偏光板２８に入射する。以下の記述
では、第二の光束は測定光束あるいは単に測定光と記
す。
た第二の光束は、１／４波長板２５を通過し、集光レン
ズ２６により集束光に変えられ、対物レンズ４の後側焦
点Ｂに一旦集光した後、ハーフミラー２７で反射され、
対物レンズ４により平行光に変えられ、被検体５に入射
する。被検体５に入射した平行光は、被検体５で反射さ
れ、対物レンズ４により集束光に変えられ、ハーフミラ
ー２７で反射され、集光レンズ２６により平行光に変え
られ、１／４波長板２５を通過し、偏光ビームスプリッ
タ２２で反射され、偏光板２８に入射する。以下の記述
では、第二の光束は測定光束あるいは単に測定光と記
す。
【００１８】偏光板２８の透光軸は、偏光ビームスプリ
ッタ２２の透光軸に対して４５゜傾けられている。この
ため、参照光束と測定光束は共に半分が偏光板２８を通
過する。参照光の偏光板２８を通過した成分と測定光の
偏光板２８を通過した成分は、互いに干渉し、受光素子
２９に入射する。
ッタ２２の透光軸に対して４５゜傾けられている。この
ため、参照光束と測定光束は共に半分が偏光板２８を通
過する。参照光の偏光板２８を通過した成分と測定光の
偏光板２８を通過した成分は、互いに干渉し、受光素子
２９に入射する。
【００１９】参照鏡２４は、偏光ビームスプリッタ２２
を基準にして、対物レンズ４よりも近くに配置されてい
る。従って、被検体５が対物レンズ４の光軸上のどの位
置にあっても、測定光と参照光の間には常に光路差Ｄが
存在する。
を基準にして、対物レンズ４よりも近くに配置されてい
る。従って、被検体５が対物レンズ４の光軸上のどの位
置にあっても、測定光と参照光の間には常に光路差Ｄが
存在する。
【００２０】このため、図２（ｂ）に示すように、測定
光は常に参照光に対してΔｔ＝Ｄ／ｃ（ｃは光速）だけ
遅れて受光素子２９に入射する。つまり、受光素子２９
に対する参照光の入射時刻と測定光の入射時刻の間には
常にΔｔの時間差が生じる。
光は常に参照光に対してΔｔ＝Ｄ／ｃ（ｃは光速）だけ
遅れて受光素子２９に入射する。つまり、受光素子２９
に対する参照光の入射時刻と測定光の入射時刻の間には
常にΔｔの時間差が生じる。
【００２１】この時間差Δｔのため、受光素子２９で検
出される干渉信号は、図２（ｃ）に示すように、参照光
と測定光の光周波数差Δνのビートが変調周波数ｆ0 に
のった形となる。この光周波数差あるいはビート周波数
Δνは、参照光と測定光の光路差Ｄの大小により増減す
る受光素子２９の出力は信号処理部３１へ送られる。信
号処理部３１の詳しい構成を図３に示す。
出される干渉信号は、図２（ｃ）に示すように、参照光
と測定光の光周波数差Δνのビートが変調周波数ｆ0 に
のった形となる。この光周波数差あるいはビート周波数
Δνは、参照光と測定光の光路差Ｄの大小により増減す
る受光素子２９の出力は信号処理部３１へ送られる。信
号処理部３１の詳しい構成を図３に示す。
【００２２】信号処理部３１において、受光素子２９か
らの出力は、アンプ４０で増幅され、ハイパスフィルタ
４１によって変調周波数ｆ0 以下が除去され、ｆ0 を越
える周波数のみの信号つまりビート周波数に対応した信
号となり、コンパレータ４２により信号周波数に応じた
パルス列としてゲート４３に送られる。
らの出力は、アンプ４０で増幅され、ハイパスフィルタ
４１によって変調周波数ｆ0 以下が除去され、ｆ0 を越
える周波数のみの信号つまりビート周波数に対応した信
号となり、コンパレータ４２により信号周波数に応じた
パルス列としてゲート４３に送られる。
【００２３】ゲート４３を通過した信号はカウンタ４４
によりパルス数ｍが計数される。その計数値ｍはＣＰＵ
３２に入力される。また、コンパレータ４５によって、
発振器３０の変調周波数ｆ0 に応じたパルス列が生成さ
れ、このパルス列はｎ0 に設定されたｎ進カウンタ４６
に入力される。ｎ進カウンタはコンパレータ４５から入
力されるパスルをｎ0 個計数するあいだ出力を示し、そ
の出力はゲート４３とＣＰＵ３２に入力される。
によりパルス数ｍが計数される。その計数値ｍはＣＰＵ
３２に入力される。また、コンパレータ４５によって、
発振器３０の変調周波数ｆ0 に応じたパルス列が生成さ
れ、このパルス列はｎ0 に設定されたｎ進カウンタ４６
に入力される。ｎ進カウンタはコンパレータ４５から入
力されるパスルをｎ0 個計数するあいだ出力を示し、そ
の出力はゲート４３とＣＰＵ３２に入力される。
【００２４】これにより、変調周波数ｆ0 の周期のｎ0
倍に相当する時間の間、ゲート４３が開く。従って、カ
ウンタ４４は、その時間の間、コンパレータ４２から供
給されるパルスの数すなわち干渉信号のビートの数を計
数し、その計数値ｍをＣＰＵ３２に出力する。計数値ｍ
は、参照光と測定光の光路差に依存して変化し、被検体
５が対物レンズに近づくと減少し、遠ざかると増加す
る。
倍に相当する時間の間、ゲート４３が開く。従って、カ
ウンタ４４は、その時間の間、コンパレータ４２から供
給されるパルスの数すなわち干渉信号のビートの数を計
数し、その計数値ｍをＣＰＵ３２に出力する。計数値ｍ
は、参照光と測定光の光路差に依存して変化し、被検体
５が対物レンズに近づくと減少し、遠ざかると増加す
る。
【００２５】ＣＰＵ３２は、被検体５が合焦点の位置に
ある時の計数値ｍ0 を予め記憶しており、カウンタ４４
から入力される計数値ｍを、予め記憶している合焦時の
計数値ｍ0 と比較することによって、被検体５の合焦点
からのずれ方向とずれ量に算出する。さらに、ＣＰＵ３
２は、算出したずれ方向とずれ量に基づいて、計数値ｍ
がｍ0 に等しくなるように、被検体５あるいは焦点検出
装置全体を移動させる駆動部（図示せず）を駆動する。
ある時の計数値ｍ0 を予め記憶しており、カウンタ４４
から入力される計数値ｍを、予め記憶している合焦時の
計数値ｍ0 と比較することによって、被検体５の合焦点
からのずれ方向とずれ量に算出する。さらに、ＣＰＵ３
２は、算出したずれ方向とずれ量に基づいて、計数値ｍ
がｍ0 に等しくなるように、被検体５あるいは焦点検出
装置全体を移動させる駆動部（図示せず）を駆動する。
【００２６】以上の一連の動作によって被検体５が合焦
点に大まかに合わせられる。つまり、大まかな焦点検出
が行われる。この大まかな焦点検出は、被検体５に平行
光を照射して行っているので、デフォーカスによる信号
レベルの低下がなく、極めて広い範囲にわたり動作可能
である。
点に大まかに合わせられる。つまり、大まかな焦点検出
が行われる。この大まかな焦点検出は、被検体５に平行
光を照射して行っているので、デフォーカスによる信号
レベルの低下がなく、極めて広い範囲にわたり動作可能
である。
【００２７】ハーフミラー２７の上方には、従来例と同
じ焦点検出系３３（図５参照）が配置されおり、上述し
た大まかな焦点検出の後に、この焦点検出系３３を用い
て焦点検出を行う。焦点検出系３３を用いた焦点検出は
精度が高く、その動作の詳細は「従来の技術」のところ
で既に説明してあるので、ここでは省略する。
じ焦点検出系３３（図５参照）が配置されおり、上述し
た大まかな焦点検出の後に、この焦点検出系３３を用い
て焦点検出を行う。焦点検出系３３を用いた焦点検出は
精度が高く、その動作の詳細は「従来の技術」のところ
で既に説明してあるので、ここでは省略する。
【００２８】このように本実施形態の焦点検出装置で
は、被検体５が焦点検出系３３の動作範囲外に位置する
ときは干渉光学系により大まかな焦点検出により被検体
５を焦点検出系３３の動作範囲内に移動させ、被検体５
が焦点検出系３３の動作範囲内に位置するときは焦点検
出系３３により高精度の焦点検出を行うので、極めて広
い動作範囲を確保できるとともに高精度の焦点検出が行
える。しかも、その焦点検出は短時間の内に行える。
は、被検体５が焦点検出系３３の動作範囲外に位置する
ときは干渉光学系により大まかな焦点検出により被検体
５を焦点検出系３３の動作範囲内に移動させ、被検体５
が焦点検出系３３の動作範囲内に位置するときは焦点検
出系３３により高精度の焦点検出を行うので、極めて広
い動作範囲を確保できるとともに高精度の焦点検出が行
える。しかも、その焦点検出は短時間の内に行える。
【００２９】本実施形態の焦点検出装置の動作範囲は光
学系倍率とは無関係であり、従って光学系倍率は合焦精
度確保のために任意に設定できるので、極めて広範囲に
おいて高い精度で焦点検出を行える焦点検出装置を実現
できる。
学系倍率とは無関係であり、従って光学系倍率は合焦精
度確保のために任意に設定できるので、極めて広範囲に
おいて高い精度で焦点検出を行える焦点検出装置を実現
できる。
【００３０】続いて、本実施形態の干渉光学系の変形例
について図４を用いて説明する。本変形例では、被検体
５に向う測定光の光路において、集光レンズ５６に関し
て、対物レンズ４の後側焦点Ｂと共役な位置Ｂ’に開口
部５５が配置されている。
について図４を用いて説明する。本変形例では、被検体
５に向う測定光の光路において、集光レンズ５６に関し
て、対物レンズ４の後側焦点Ｂと共役な位置Ｂ’に開口
部５５が配置されている。
【００３１】半導体レーザー２０から射出されたレーザ
ー光は、コレクタレンズ５０により集束光に変えられ、
偏光ビームスプリッタ５１に入射する。レーザー光の偏
光方向は偏光ビームスプリッタ５１の透光軸に対して４
５゜に設定されており、レーザー光は偏光ビームスプリ
ッタ５１により参照光束と測定光束に分割される。
ー光は、コレクタレンズ５０により集束光に変えられ、
偏光ビームスプリッタ５１に入射する。レーザー光の偏
光方向は偏光ビームスプリッタ５１の透光軸に対して４
５゜に設定されており、レーザー光は偏光ビームスプリ
ッタ５１により参照光束と測定光束に分割される。
【００３２】偏光ビームスプリッタ５１で反射された参
照光束は、１／４波長板５２を通過し、参照鏡５３で反
射され、１／４波長板５２を通過し、偏光ビームスプリ
ッタ５１を通過し、偏光板２８に入射する。
照光束は、１／４波長板５２を通過し、参照鏡５３で反
射され、１／４波長板５２を通過し、偏光ビームスプリ
ッタ５１を通過し、偏光板２８に入射する。
【００３３】一方、偏光ビームスプリッタ５１を通過し
た測定光束は、１／４波長板５４を通過し、点Ｂ’で一
旦集光した後、発散光となり集光レンズ５６に入射す
る。その後、測定光は、集光レンズ５６により集束光に
変えられ、対物レンズ４の後側焦点Ｂに一旦集光した
後、ハーフミラー２７で反射され、対物レンズ４により
平行光に変えられ、被検体５に入射する。被検体５に入
射した平行光は、被検体５で反射され、対物レンズ４に
より集束光に変えられ、ハーフミラー２７で反射され、
点Ｂに一旦集光した後、発散光となり集光レンズ５６に
入射し、その後、集光レンズ５６により集束光に変えら
れ、点Ｂ’に一旦集光した後に発散光となり、１／４波
長板５４を通過し、偏光ビームスプリッタ５１で反射さ
れ、偏光板２８に入射する。
た測定光束は、１／４波長板５４を通過し、点Ｂ’で一
旦集光した後、発散光となり集光レンズ５６に入射す
る。その後、測定光は、集光レンズ５６により集束光に
変えられ、対物レンズ４の後側焦点Ｂに一旦集光した
後、ハーフミラー２７で反射され、対物レンズ４により
平行光に変えられ、被検体５に入射する。被検体５に入
射した平行光は、被検体５で反射され、対物レンズ４に
より集束光に変えられ、ハーフミラー２７で反射され、
点Ｂに一旦集光した後、発散光となり集光レンズ５６に
入射し、その後、集光レンズ５６により集束光に変えら
れ、点Ｂ’に一旦集光した後に発散光となり、１／４波
長板５４を通過し、偏光ビームスプリッタ５１で反射さ
れ、偏光板２８に入射する。
【００３４】偏光板２８を通過した参照光と測定光は、
互いに干渉し、受光素子２９に入射する。受光素子２９
による光電変換後の処理は、前述の実施形態と同じであ
る。本変形例においては、被検体面での回折等の影響に
より生じた不所望な光は、開口部５５によって遮られる
ので、より安定した測定が行われる。これにより、被検
体５の選択範囲が広がり、様々な種類の被検体５に対し
て、広い範囲にわたり高精度な焦点検出動作を行える焦
点検出装置が実現できる。
互いに干渉し、受光素子２９に入射する。受光素子２９
による光電変換後の処理は、前述の実施形態と同じであ
る。本変形例においては、被検体面での回折等の影響に
より生じた不所望な光は、開口部５５によって遮られる
ので、より安定した測定が行われる。これにより、被検
体５の選択範囲が広がり、様々な種類の被検体５に対し
て、広い範囲にわたり高精度な焦点検出動作を行える焦
点検出装置が実現できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、極めて広い動作範囲を
有し、しかも高い精度で焦点検出を行える焦点検出装置
が得られる。
有し、しかも高い精度で焦点検出を行える焦点検出装置
が得られる。
【図１】本発明の実施形態の焦点検出装置の構成を示し
ている。
ている。
【図２】（ａ）は図１の半導体レーザーからの射出光の
時間に対する光周波数の変化の様子を示し、（ｂ）は図
１の受光素子に入射する参照光と測定光の時間に対する
光周波数の変化の様子を示し、（ｃ）は図１の受光素子
からの出力信号の時間に対する強度の変化の様子を示し
ている。
時間に対する光周波数の変化の様子を示し、（ｂ）は図
１の受光素子に入射する参照光と測定光の時間に対する
光周波数の変化の様子を示し、（ｃ）は図１の受光素子
からの出力信号の時間に対する強度の変化の様子を示し
ている。
【図３】図１の信号処理部の詳細な構成を示している。
【図４】図１の焦点検出装置の干渉光学系の変形例を示
している。
している。
【図５】従来の焦点検出装置の一例を示している。
【図６】（ａ）は図５の装置における被検体面変位に対
する受光素子出力の変化の様子を示し、（ｂ）は図５の
装置における被検体面変位に対する変位信号の変化の様
子を示している。
する受光素子出力の変化の様子を示し、（ｂ）は図５の
装置における被検体面変位に対する変位信号の変化の様
子を示している。
【図７】（ａ）は光学系の倍率の違いによる被検体面変
位に対する受光素子出力の変化の様子の違いを示し、
（ｂ）は光学系の倍率の違いによる被検体面変位に対す
る変位信号の変化の様子の違いを示している。
位に対する受光素子出力の変化の様子の違いを示し、
（ｂ）は光学系の倍率の違いによる被検体面変位に対す
る変位信号の変化の様子の違いを示している。
４ 対物レンズ ５ 被検体 ２０ 半導体レーザー ２２ 偏光ビームスプリッタ ２４ 参照鏡 ２９ 受光素子 ３０ 発振器 ３１ 信号処理部 ３２ ＣＰＵ ３３ 焦点検出系
Claims (3)
- 【請求項１】プローブ光を射出する手段と、 プローブ光を集光する対物レンズと、 被検体からのプローブ光の反射光に基づいてプローブ光
の焦点に対する被検体の位置を検出する焦点検出系と、 光周波数が一定の周波数で周期的に変化する光を射出す
る光源手段と、 光源からの射出光を参照光と測定光に分割する光分割手
段と、 参照光を反射する参照鏡と、 測定光を対物レンズを介して被検体に平行光として照射
する手段と、 被検体からの測定光の反射光と参照鏡からの参照光の反
射光とを結合して干渉光を生成させる光結合手段と、 干渉光の強度を検知する光検知手段と、 光検知手段からの出力信号に基づいて、参照光と測定光
の光路差に依存して変化する干渉光のビートを計数し、
プローブ光の焦点に対する被検体の位置を検出する信号
処理部とを有している、焦点検出装置。 - 【請求項２】請求項１において、 光源手段は、半導体レーザーと、半導体レーザーに一定
の周波数で周期的に変化する注入電流を供給する発振器
とを含み、 光分割手段は偏光ビームスプリッタを含み、 光結合手段は、光分割手段の偏光ビームスプリッタと、
参照光の光路上に配置された１／４波長板と、測定光の
光路上に配置された１／４波長板とを含み、 光検知手段は、入射光の強度に対応した電気信号を出力
する受光素子を含み、 参照鏡は偏光ビームスプリッタを基準にして対物レンズ
よりも近くに配置されている、焦点検出装置。 - 【請求項３】請求項２において、 信号処理部は、 受光素子の出力信号から光源手段からの射出光の周波数
の成分を除去するハイパスフィルタと、 ハイパスフィルタからの出力をパルス列に変換するコン
パレータと、 コンパレータからのパルス列を適宜通過させ遮断するゲ
ートと、 ゲートを通過したパルスの数を計数するカウンタと、 光源手段からの射出光の光周波数の周期的変化の周期の
整数倍に相当する時間だけゲートを開かせる手段とを含
んでいる、焦点検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8246492A JPH1090591A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 焦点検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8246492A JPH1090591A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 焦点検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090591A true JPH1090591A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17149211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8246492A Withdrawn JPH1090591A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 焦点検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1090591A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7130057B2 (en) * | 2002-12-20 | 2006-10-31 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for controlling the position of a probe location relative to a fixed reference point of a probe processing equipment |
| US7724353B2 (en) | 2006-08-03 | 2010-05-25 | Casio Computer Co., Ltd. | Method for measuring distance to object |
| JP2013508756A (ja) * | 2009-10-16 | 2013-03-07 | ソルラブス、 インコーポレイテッド | オートフォーカス装置 |
| WO2013084616A1 (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | 株式会社日立製作所 | 距離計測方法および装置とそれを搭載した形状計測装置 |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP8246492A patent/JPH1090591A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7130057B2 (en) * | 2002-12-20 | 2006-10-31 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for controlling the position of a probe location relative to a fixed reference point of a probe processing equipment |
| US7724353B2 (en) | 2006-08-03 | 2010-05-25 | Casio Computer Co., Ltd. | Method for measuring distance to object |
| JP2013508756A (ja) * | 2009-10-16 | 2013-03-07 | ソルラブス、 インコーポレイテッド | オートフォーカス装置 |
| WO2013084616A1 (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | 株式会社日立製作所 | 距離計測方法および装置とそれを搭載した形状計測装置 |
| JP2013117453A (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Hitachi Ltd | 距離計測方法および装置とそれを搭載した形状計測装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031202 |