JPH11142720A - Focus detector - Google Patents
Focus detectorInfo
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- JPH11142720A JPH11142720A JP31217497A JP31217497A JPH11142720A JP H11142720 A JPH11142720 A JP H11142720A JP 31217497 A JP31217497 A JP 31217497A JP 31217497 A JP31217497 A JP 31217497A JP H11142720 A JPH11142720 A JP H11142720A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Focusing (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡や光学測定
器等に用いられる被検体に対して合焦を行なうための焦
点検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focus detecting device for focusing on a subject used in a microscope, an optical measuring instrument, or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】対物レンズを通してプローブ光を被検体
表面に照射し、その反射光に基づいて被検体表面に対し
焦点検出を行なう焦点検出装置が知られている。この種
の焦点検出装置としては幾つかの構成が知られている
が、そのうち、代表的な装置について説明する。2. Description of the Related Art There is known a focus detection apparatus which irradiates a probe light onto a surface of an object through an objective lens and detects a focus on the surface of the object based on reflected light. Several configurations are known as this type of focus detection device. Among them, a representative device will be described.
【0003】図4は、特開平8−304694号に開示
されている焦点検出装置の構成を示している。半導体レ
ーザー1から射出されたレーザー光ビームは、偏光ビー
ムスプリッター2で反射され、その反射光ビームは、1
/4波長板3を介して結像レンズ4で平行光ビームにさ
れ、対物レンズ5を介して被検体表面6に集光される。
被検体表面6で反射された光ビームは、再度対物レンズ
5、結像レンズ4、1/4波長板3を介して偏光ビーム
スプリッター2に入射する。この入射光ビームは、1/
4波長板3を二回透過したことにより、最初の光ビーム
に対して偏光方向が90度ずれており、このため今度は
偏光ビームスプリッター2を透過する。偏光ビームスプ
リッター2を透過した光ビームは、ビームスプリッター
7によって二方向に振り分けられる。その一方の光ビー
ムは、結像レンズ4の集光点Pより距離Lだけ前方に配
置された第一の絞り8を介して第一の受光素子9に入射
し、他方の光ビームは結像レンズ4の集光点Pより距離
Lだけ後方に配置された第二の絞り10を介して第二の
受光素子11に入射する。FIG. 4 shows the configuration of a focus detection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304694. A laser light beam emitted from a semiconductor laser 1 is reflected by a polarizing beam splitter 2, and the reflected light beam
The light beam is converted into a parallel light beam by the imaging lens 4 via the 波長 wavelength plate 3 and is condensed on the surface 6 of the subject via the objective lens 5.
The light beam reflected by the subject surface 6 is incident on the polarization beam splitter 2 again via the objective lens 5, the imaging lens 4, and the quarter-wave plate 3. This incident light beam is 1 /
As a result of transmitting through the four-wavelength plate twice, the polarization direction is shifted by 90 degrees with respect to the first light beam, so that the light beam passes through the polarization beam splitter 2 this time. The light beam transmitted through the polarizing beam splitter 2 is divided in two directions by a beam splitter 7. One of the light beams enters the first light receiving element 9 via the first stop 8 disposed a distance L ahead of the focal point P of the imaging lens 4, and the other light beam forms an image. The light is incident on the second light receiving element 11 via the second stop 10 disposed behind the light condensing point P of the lens 4 by the distance L.
【0004】第一の受光素子9と第二の受光素子11は
それぞれ被検体表面6からの反射光量に対応した電気信
号を生成して信号処理系12に送出する。信号処理系1
2は、入力された各信号に対して所定の演算を行ない、
被検体表面6の変位に応じた変位信号を出力する。[0004] The first light receiving element 9 and the second light receiving element 11 each generate an electric signal corresponding to the amount of reflected light from the surface 6 of the subject and send it to the signal processing system 12. Signal processing system 1
2 performs a predetermined operation on each input signal,
A displacement signal according to the displacement of the subject surface 6 is output.
【0005】第一の受光素子9と第二の受光素子11か
ら信号処理系12に向けて、図5(a)に示される特性
を持つ電気信号Bと電気信号Aがそれぞれ送出され、信
号処理系12によって被検体表面6の変位を検知する信
号として(A−B)/(A+B)の演算が行なわれ、図
5(b)に示されるような、合焦点Fにおいて0となる
変位信号が求められる。この変位信号が0となる位置に
被検体表面6がくるように、被検体表面6自体もしくは
焦点検出装置を移動させて合焦動作を行なっている。An electric signal B and an electric signal A having the characteristics shown in FIG. 5A are sent from the first light receiving element 9 and the second light receiving element 11 to the signal processing system 12, respectively. The calculation of (AB) / (A + B) is performed as a signal for detecting the displacement of the object surface 6 by the system 12, and a displacement signal which becomes 0 at the focal point F as shown in FIG. Desired. The focusing operation is performed by moving the subject surface 6 itself or the focus detection device so that the subject surface 6 comes to a position where the displacement signal becomes 0.
【0006】図5(a)からも明らかなように、合焦点
Fから離れた位置に被検体表面6がある場合には、生成
される信号Aと信号Bの出力レベルが低くなるため、電
気的ノイズや光学的ノイズの影響を受け易くなる。これ
により、図5(b)に示されるように、被検体表面6が
真の合焦点F以外に位置するときでも、{(A−B)/
(A+B)}=0という判定結果を生む場合がある(以
下、擬合焦と呼ぶ)。As is clear from FIG. 5 (a), when the subject surface 6 is located at a position distant from the focal point F, the output levels of the generated signals A and B are low, so that Susceptible to mechanical noise and optical noise. Accordingly, as shown in FIG. 5B, even when the subject surface 6 is located at a position other than the true focal point F, {(AB) /
In some cases, a determination result of (A + B)} = 0 may be produced (hereinafter, referred to as pseudo-focusing).
【0007】このような擬合焦の発生を防止するため、
図5(c)に示されるように、信号(A+B)に対して
しきい値Tを設定し、光量レベルがしきい値Tより低下
した場合、すなわち、被検体表面6が合焦点Fより所定
量以上離れた場合には合焦判定を行なわないようにし
て、合焦動作範囲を限定している。In order to prevent the occurrence of such false focusing,
As shown in FIG. 5C, a threshold value T is set for the signal (A + B), and when the light amount level falls below the threshold value T, that is, when the subject surface 6 is located When the distance is more than a certain amount, the focus determination is not performed, and the focus operation range is limited.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】焦点検出装置の合焦判
定は、電気的ノイズや光学的ノイズや光学部材の調整な
どに起因する誤差を含んでいる。この合焦誤差は、特に
合焦検出を被検体表面に対して合焦させたときの対物レ
ンズもしくは被検体の高さの位置を判定することで被検
体の高さ方向の寸法を測定する光学測定器に用いた場
合、測定精度上問題となる。The focus determination of the focus detecting device includes an error caused by electric noise, optical noise, adjustment of an optical member, or the like. This focusing error is determined by measuring the height dimension of the object by determining the position of the object lens or the height of the object when the focus detection is focused on the surface of the object. When used in a measuring instrument, there is a problem in measurement accuracy.
【0009】合焦判定の誤差を少なくする、すなわち、
合焦精度を高めるには、図6(b)に示すように、合焦
点F近傍における変位信号の傾きを大きくし、同量のノ
イズに対して被検体表面の変位を小さく制御できるよう
にすればよい。これを実現するための装置構成として
は、焦点検出装置に備えられた光学系の倍率、すなわ
ち、図4の装置においては対物レンズ5と結像レンズ4
よりなる光学系の倍率を大きく設定すればよい。これに
より、被検体表面6の変位に対する受光素子11側の結
像レンズ4の集光点Pの移動量が大きくなり、変位信号
の合焦点F近傍での傾きは大きくなる。[0009] To reduce the focus determination error, ie,
To increase the focusing accuracy, as shown in FIG. 6B, the inclination of the displacement signal near the focal point F is increased so that the displacement of the surface of the subject can be controlled to be smaller with respect to the same amount of noise. I just need. As a device configuration for realizing this, the magnification of the optical system provided in the focus detection device, that is, in the device of FIG.
The magnification of the optical system may be set large. Accordingly, the amount of movement of the focal point P of the imaging lens 4 on the light receiving element 11 side with respect to the displacement of the subject surface 6 increases, and the inclination of the displacement signal near the focal point F increases.
【0010】焦点検出装置の光学系の倍率を高めること
は、合焦判定の誤差を少なくする反面、図6(a)に示
されるように、受光素子の出力のピーク幅を狭めるた
め、信号(A+B)がしきい値を越える範囲、すなわ
ち、合焦動作範囲を狭めてしまう。このように、合焦判
定誤差の低減、すなわち、合焦精度の向上を図ると、合
焦動作範囲は狭まってしまう。Increasing the magnification of the optical system of the focus detecting device reduces errors in focus determination, but reduces the peak width of the output of the light receiving element as shown in FIG. A + B) exceeds the threshold, that is, the focusing operation range is narrowed. As described above, when the focus determination error is reduced, that is, the focus accuracy is improved, the focus operation range is reduced.
【0011】被検体は、常に合焦動作範囲の内側に位置
する保証はなく、合焦動作範囲の外側に位置することも
ある。このような場合には、焦点検出装置は被検体を合
焦動作範囲の内側へ移動させる。被検体の合焦動作範囲
の内側への移動は次のように行なわれる。The subject is not always guaranteed to be located inside the focusing operation range, and may be located outside the focusing operation range. In such a case, the focus detection device moves the subject to the inside of the focusing operation range. The movement of the subject inside the focusing operation range is performed as follows.
【0012】信号(A+B)としきい値Tとの比較によ
り、被検体が合焦動作範囲の内側に位置するか否かを判
定しながら、対物レンズに対して被検体を光軸方向に相
対的に移動させる。対物レンズに対する被検体の相対的
な移動は、対物レンズと被検体の衝突を避けるため、図
7に示されるように、最初に対物レンズと被検体の間隔
を広げるように行ない、対物レンズと被検体の間隔が最
大となる間に被検体が合焦動作に入らなかった場合に
は、今度は反対に対物レンズと被検体の間隔を狭めるよ
うに行なう。By comparing the signal (A + B) with the threshold value T, it is determined whether or not the subject is located inside the focusing operation range, and the subject is moved relative to the objective lens in the optical axis direction. Move to The relative movement of the subject with respect to the objective lens is performed by first increasing the distance between the objective lens and the subject, as shown in FIG. 7, in order to avoid collision between the objective lens and the subject. If the subject does not enter the focusing operation while the interval between the subjects is maximized, the distance between the objective lens and the subject is reduced on the contrary.
【0013】対物レンズに対する被検体の移動は、常に
被検体と対物レンズの間隔を広げるように開始するた
め、その逆方向に合焦点が位置する場合には、対物レン
ズと被検体の間隔を最大に広げた後に最初の間隔に戻す
までの動作は全く無駄となる。この無駄な動作は、その
動作時間の分だけ合焦動作に要する時間を長くしてい
る。Since the movement of the object with respect to the objective lens always starts to increase the distance between the object and the objective lens, the distance between the objective lens and the object is maximized when the focal point is located in the opposite direction. The operation until the space is returned to the initial interval after being spread out is completely useless. This useless operation increases the time required for the focusing operation by the operation time.
【0014】すなわち、対物レンズに対する被検体の移
動は、最初から合焦点に近づく方向に行なうのが望まし
いが、場合によってはいったん遠ざけてしまうため、そ
の場合には合焦までに多くの時間を要してしまう。That is, it is desirable to move the subject with respect to the objective lens from the beginning in a direction approaching the focal point, but in some cases, the subject is once moved away from the objective lens, and in that case, much time is required until focusing. Resulting in.
【0015】とくに、合焦精度の高い合焦検出装置で
は、前述したように、合焦動作範囲が狭いため、被検体
が合焦動作範囲から外れることが多くなる。このため、
合焦動作に要する時間が長くなる傾向がある。本発明
は、このような現状を鑑みて成されたもので、その目的
は、合焦精度が高く、しかも合焦動作に要する時間が短
い焦点検出装置を提供することである。In particular, in a focus detection device with high focusing accuracy, as described above, since the focusing operation range is narrow, the subject often falls out of the focusing operation range. For this reason,
The time required for the focusing operation tends to be long. The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a focus detection device having high focusing accuracy and a short time required for a focusing operation.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の焦点検出装置
は、プローブ光を射出する光源と、光源に変調をかけて
交流のプローブ光を射出させる光源変調手段と、光源か
らのプローブ光を集光し、また被検体からの反射光を集
光する光学系と、プローブ光の集光点と被検体の表面と
の間の位置ずれを検知する焦点検出部とを有し、前記光
学系は、反射光を二本のビームに分ける光分割手段を含
み、前記焦点検出部は、一方のビームの集光点の前方に
配置された第一の受光素子と、他方のビームの集光点の
後方に配置された第二の受光素子と、第一と第二の受光
素子の出力信号に基づいて演算により変位信号を求める
信号処理手段とを含んでいる。SUMMARY OF THE INVENTION A focus detecting device according to the present invention comprises a light source for emitting probe light, a light source modulating means for modulating the light source to emit an alternating probe light, and a probe light from the light source. An optical system that emits light and also condenses reflected light from the subject, and a focus detection unit that detects a displacement between the converging point of the probe light and the surface of the subject, and the optical system includes: A light splitting unit that splits the reflected light into two beams, wherein the focus detection unit includes a first light receiving element disposed in front of a converging point of one beam, and a focusing unit of the other beam. It includes a second light receiving element disposed rearward, and signal processing means for obtaining a displacement signal by calculation based on output signals of the first and second light receiving elements.
【0017】例えば、ある実施の形態においては、前記
焦点検出部は、第一と第二の受光素子の出力信号の高周
波成分を取り出すハイパスフィルターと、第一と第二の
受光素子の出力信号の低周波成分を取り出すローパスフ
ィルターと、ハイパスフィルターとローパスフィルター
の出力信号を信号処理手段に選択的に供給する信号切換
手段とを有している。For example, in one embodiment, the focus detecting section includes a high-pass filter for extracting high-frequency components of output signals of the first and second light receiving elements, and a high-pass filter for extracting output signals of the first and second light receiving elements. It has a low-pass filter for extracting low-frequency components, and signal switching means for selectively supplying output signals of the high-pass filter and the low-pass filter to the signal processing means.
【0018】また、別の実施の形態においては、前記光
源変調手段は、光源を変調するか否かを切り換える切換
手段を含んでおり、この切換手段は前記焦点検出部によ
って制御される。Further, in another embodiment, the light source modulating means includes a switching means for switching whether or not to modulate the light source, and the switching means is controlled by the focus detecting section.
【0019】[0019]
【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。まず、第一の実施の形
態の焦点検出装置について図1を用いて説明する。図1
において、光源たとえば半導体レーザー21は変調器3
6により交流に変調されたプローブ光を射出する。半導
体レーザー21から射出されたプローブ光であるレーザ
ービームは、偏光ビームスプリッター22に対してs偏
光であるため、偏光ビームスプリッター22によって反
射される。反射された光は、1/4波長板23を通過
し、結像レンズ24によって平行ビームに変えられ、対
物レンズ25によって集光され、被検体26に照射され
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a focus detection device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
, A light source such as a semiconductor laser 21 is
A probe light modulated into alternating current by 6 is emitted. The laser beam, which is the probe light emitted from the semiconductor laser 21, is s-polarized with respect to the polarization beam splitter 22, and is reflected by the polarization beam splitter 22. The reflected light passes through the 波長 wavelength plate 23, is converted into a parallel beam by the imaging lens 24, is condensed by the objective lens 25, and is irradiated on the subject 26.
【0020】被検体26の表面で反射された光は、対物
レンズ25、結像レンズ24、1/4波長板23を経
て、偏光ビームスプリッター22に入射する。この光
は、1/4波長板23の二回の通過により偏光ビームス
プリッター22に対してp偏光となっているため、偏光
ビームスプリッター22を通過する。The light reflected on the surface of the subject 26 passes through the objective lens 25, the imaging lens 24, and the quarter-wave plate 23, and enters the polarization beam splitter 22. This light is p-polarized with respect to the polarizing beam splitter 22 by twice passing through the quarter-wave plate 23, and thus passes through the polarizing beam splitter 22.
【0021】偏光ビームスプリッター22を通過した光
は、ビームスプリッター27によって二本のビームに分
割される。ビームスプリッター27を通過したビーム
は、結像レンズ24の集光点Pに対して距離Lだけ前方
に配置された第一の絞り28を介して第一の受光素子2
9に入射する。一方、ビームスプリッター27により反
射されたビームは、結像レンズ24の集光点Pに対して
距離Lだけ後方に配置された第二の絞り30を介して第
二の受光素子31に入射する。The light that has passed through the polarizing beam splitter 22 is split into two beams by a beam splitter 27. The beam that has passed through the beam splitter 27 passes through a first stop 28 disposed a distance L ahead of the converging point P of the imaging lens 24 and passes through the first light receiving element 2.
9 is incident. On the other hand, the beam reflected by the beam splitter 27 enters the second light receiving element 31 via the second stop 30 disposed behind the focal point P of the imaging lens 24 by a distance L.
【0022】第一の受光素子29は入射光量に対応した
電気信号Bを、第二の受光素子31は入射光量に対応し
た電気信号Aを出力する。ハイパスフィルター(HP
F)33は電気信号Aと電気信号Bに対して高周波成分
を通過させ、電気信号AHと電気信号BHを生成する。
また、ローパスフィルター(LPF)34は電気信号A
と電気信号Bに対して低周波成分を通過させ、電気信号
ALと電気信号BLを生成する。切換器35は、信号
(A+B)を予め設定したしきい値と比較し、信号(A
+B)がしきい値より大きい場合には電気信号ALと電
気信号BLを選択して出力し、信号(A+B)がしきい
値より小さい場合には電気信号AHと電気信号BHを選
択して出力する。The first light receiving element 29 outputs an electric signal B corresponding to the amount of incident light, and the second light receiving element 31 outputs an electric signal A corresponding to the amount of incident light. High pass filter (HP
F) 33 passes the high frequency components to the electric signal A and the electric signal B to generate the electric signal AH and the electric signal BH.
The low-pass filter (LPF) 34 outputs the electric signal A
And an electric signal B to pass a low frequency component to generate an electric signal AL and an electric signal BL. The switch 35 compares the signal (A + B) with a preset threshold value and outputs the signal (A
+ B) is larger than the threshold value, selects and outputs the electric signal AL and the electric signal BL, and when the signal (A + B) is smaller than the threshold value, selects and outputs the electric signal AH and the electric signal BH. I do.
【0023】信号処理系32は、切換器35から供給さ
れる電気信号AHとBHあるいは電気信号ALとBLに
対して、所定の演算を行なう。この演算は、電気信号A
HとBHの供給に対しては、それらの振幅をそれぞれA
とBとして、また、電気信号ALとBLの供給に対して
は、それらの値をそれぞれAとBとして、(A−B)/
(A+B)の演算を行なう。この演算結果すなわち変位
信号は、プローブ光の集光点Fと被検体26の表面の光
軸に沿った相対的なずれに対応している。The signal processing system 32 performs a predetermined operation on the electric signals AH and BH or the electric signals AL and BL supplied from the switch 35. This calculation is based on the electric signal A
For the supply of H and BH, their amplitudes are A
And B, and for the supply of electrical signals AL and BL, their values are A and B, respectively, and (AB) /
The operation of (A + B) is performed. This calculation result, that is, the displacement signal, corresponds to the relative shift along the optical axis of the converging point F of the probe light and the surface of the subject 26.
【0024】次に、本実施形態の焦点検出装置の動作に
ついて図2を参照しながら説明する。焦点検出開始時、
切換器35は信号AHと信号BHを出力しており、信号
処理系32は、信号AHの振幅をA、信号BHの振幅を
Bとして、(A−B)/(A+B)の演算処理を行なう
ことにより変位信号を生成する。この変位信号は、信号
AHと信号BHの振幅に基づいて生成されるため、電気
的あるいは光学的なオフセット(直流レベルの信号)に
影響されない。Next, the operation of the focus detection device of this embodiment will be described with reference to FIG. At the start of focus detection,
The switch 35 outputs the signal AH and the signal BH, and the signal processing system 32 performs the arithmetic processing of (A−B) / (A + B) with the amplitude of the signal AH as A and the amplitude of the signal BH as B. Thus, a displacement signal is generated. Since this displacement signal is generated based on the amplitude of the signal AH and the signal BH, it is not affected by an electrical or optical offset (DC level signal).
【0025】半導体レーザー21が交流に変調されてい
るため、プローブ光の振幅は周期的に変動する。その結
果、受光素子29と31の出力は、図2(a)に示され
るように、その振幅と振動中心は入射光量に応じて変化
する。このため、集光点Fの近くにおいては、信号AH
と信号BHは共に十分に検出可能な振幅を有している。Since the semiconductor laser 21 is modulated into an alternating current, the amplitude of the probe light fluctuates periodically. As a result, as shown in FIG. 2A, the outputs of the light receiving elements 29 and 31 vary in amplitude and center of vibration according to the amount of incident light. Therefore, the signal AH near the converging point F
And the signal BH both have sufficiently detectable amplitudes.
【0026】また、集光点Fから比較的遠い位置(例え
ば従来例の合焦動作範囲を外れた位置)においても、信
号AHと信号BHの一方は十分に検出可能な振幅を有し
ている。このため、被検体表面が集光点Fから遠くに位
置している場合、すなわち、被検体表面からの反射光量
が少ない場合にも、両者の相対的なずれの方向を変位信
号の正負に従って判定できる。これにより被検体26ま
たは対物レンズ25が光軸に沿って適切な方向に移動さ
れる。Also, at a position relatively far from the focal point F (for example, at a position outside the focusing operation range of the conventional example), one of the signal AH and the signal BH has a sufficiently detectable amplitude. . Therefore, even when the surface of the subject is located far from the focal point F, that is, when the amount of reflected light from the surface of the subject is small, the direction of the relative displacement between the two is determined according to the sign of the displacement signal. it can. Thereby, the subject 26 or the objective lens 25 is moved in an appropriate direction along the optical axis.
【0027】切換器35は、図2(b)に示されるよう
に、信号処理系32内の加算部32aの出力信号(A+
B)を所定のしきい値と比較し、信号(A+B)がしき
い値を上回ると、その出力を信号AHと信号BHから信
号ALと信号BLに切り換える。しきい値は、信号AH
または信号BHの振幅に相当する値と、信号AHと信号
BHの振幅の和に相当する値との間の値、好適には中間
近くの値に設定される。As shown in FIG. 2B, the switch 35 outputs the output signal (A +) of the adder 32a in the signal processing system 32.
B) is compared with a predetermined threshold, and when the signal (A + B) exceeds the threshold, the output is switched from the signal AH and the signal BH to the signal AL and the signal BL. The threshold is the signal AH
Alternatively, the value is set to a value between the value corresponding to the amplitude of the signal BH and the value corresponding to the sum of the amplitudes of the signal AH and the signal BH, preferably a value near the middle.
【0028】信号(AH+BH)がしきい値を上回る範
囲では、信号処理系32は、信号ALの値をA、信号B
Lの値をBとして、(A−B)/(A+B)の演算処理
を行なうことにより変位信号を生成する。信号ALと信
号BLは、レーザー光の変調成分がLPF34により除
去されているため、図2(c)に示されるように、実質
的に従来例と同じ直流信号波形となる。従って、この様
に直流成分に基づいて得られる変位信号は、従来例にお
いて得られる変位信号とほぼ同等であり、合焦動作は従
来例と全く同様に行なわれる。In the range where the signal (AH + BH) exceeds the threshold value, the signal processing system 32 sets the value of the signal AL to A and the signal B to
Assuming that the value of L is B, a displacement signal is generated by performing an arithmetic process of (AB) / (A + B). Since the modulated components of the laser beam are removed by the LPF 34, the signal AL and the signal BL have substantially the same DC signal waveform as the conventional example, as shown in FIG. 2C. Therefore, the displacement signal obtained based on the DC component in this manner is substantially the same as the displacement signal obtained in the conventional example, and the focusing operation is performed in exactly the same manner as in the conventional example.
【0029】以上の説明から分かるように、本実施形態
ではその合焦動作範囲が従来例のそれに比べて実質的に
拡大されている。これにより、被検体26または対物レ
ンズ25の適切な移動方向を検知できる範囲が広がるた
め、合焦動作に要する時間が短縮される。As can be seen from the above description, in this embodiment, the focusing operation range is substantially expanded as compared with that of the conventional example. Thereby, the range in which the appropriate movement direction of the subject 26 or the objective lens 25 can be detected is widened, and the time required for the focusing operation is reduced.
【0030】次に、第二の実施の形態の焦点検出装置に
ついて図3を用いて説明する。図3において、図1と同
じ参照符号は、第一の実施の形態と同じ部材を示してい
る。図3に示されるように、信号処理系42には、受光
素子29からの信号Bと、受光素子31からの信号Aが
直接入力されており、信号処理系42の加算部42aの
出力信号(A+B)が変調器41に入力されている。Next, a focus detection device according to a second embodiment will be described with reference to FIG. 3, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same members as in the first embodiment. As shown in FIG. 3, the signal B from the light receiving element 29 and the signal A from the light receiving element 31 are directly input to the signal processing system 42, and the output signal of the adding unit 42 a of the signal processing system 42 ( A + B) is input to the modulator 41.
【0031】変調器41は、信号処理系42から供給さ
れる信号(A+B)を所定のしきい値と比較し、その比
較結果に応じて適宜、半導体レーザー21に変調をかけ
る。つまり、変調器41は、信号(A+B)がしきい値
より小さい場合には、半導体レーザー21に変調をか
け、信号(A+B)がしきい値より大きい場合には、半
導体レーザー21に変調をかけずに通常通りに点灯させ
る。The modulator 41 compares the signal (A + B) supplied from the signal processing system 42 with a predetermined threshold value, and modulates the semiconductor laser 21 as appropriate according to the comparison result. That is, the modulator 41 modulates the semiconductor laser 21 when the signal (A + B) is smaller than the threshold, and modulates the semiconductor laser 21 when the signal (A + B) is larger than the threshold. And turn on as usual.
【0032】半導体レーザー21が変調器41により変
調されている場合は、信号Aと信号Bは第一の実施の形
態におけるHPFを通過した信号と同様に扱い、半導体
レーザー21が変調器41により変調されていない場合
は、信号Aと信号Bは第一の実施の形態におけるLPF
を通過した信号と同様に扱うことで、第一の実施の形態
と同様の機能を実現できる。When the semiconductor laser 21 is modulated by the modulator 41, the signals A and B are handled in the same manner as the signal passed through the HPF in the first embodiment, and the semiconductor laser 21 is modulated by the modulator 41. If not, the signals A and B are the LPFs in the first embodiment.
The same function as in the first embodiment can be realized by treating the signal in the same way as the signal that has passed through.
【0033】本実施形態は、変調器に変調するかしない
かの切換機能を付加することによって第一の実施の形態
と同様の機能を実現しており、第一の実施の形態と比較
してHPFとLPFと切換器が不要なため、構成の簡略
化の面では非常に有益である。This embodiment realizes the same function as that of the first embodiment by adding a function of switching between modulation and non-modulation to the modulator. Since the HPF, the LPF, and the switch are not required, it is very useful in terms of simplifying the configuration.
【0034】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で行なわ
れる実施を全て含む。例えば、焦点検出は、実施形態で
説明した方式に代えて、瞳分割法や非点収差法など、周
知の他の方式を用いて行なってもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes all embodiments carried out without departing from the gist of the invention. For example, instead of the method described in the embodiment, the focus detection may be performed using another known method such as a pupil division method or an astigmatism method.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明の焦点検出装置によれば、合焦動
作範囲が実質的に拡大され、従来例の合焦動作範囲の外
側においても合焦判定が行なえ、合焦判定の正確さを確
保しつつ広い範囲にわたって合焦動作が行なえる。従っ
て、様々な形状を有する被検体に対しても短時間で合焦
動作が行なえる。According to the focus detecting device of the present invention, the focusing operation range is substantially expanded, and the focus can be determined even outside the conventional focusing operation range, and the accuracy of the focus determination can be improved. Focusing operation can be performed over a wide range while securing. Therefore, a focusing operation can be performed in a short time even on a subject having various shapes.
【図1】第一の実施の形態による焦点検出装置の構成を
示している。FIG. 1 shows a configuration of a focus detection device according to a first embodiment.
【図2】図1の装置において得られる信号波形を示して
おり、(a)は受光素子の出力波形、(b)はHPFの
出力に基づく信号(A+B)の波形、(c)はLPF出
力の波形を示している。FIGS. 2A and 2B show signal waveforms obtained in the apparatus of FIG. 1, wherein FIG. 2A shows an output waveform of a light receiving element, FIG. 2B shows a waveform of a signal (A + B) based on an HPF output, and FIG. 3 shows the waveforms of FIG.
【図3】第二の実施の形態による焦点検出装置の構成を
示している。FIG. 3 shows a configuration of a focus detection device according to a second embodiment.
【図4】従来例による焦点検出装置の構成を示してい
る。FIG. 4 shows a configuration of a focus detection device according to a conventional example.
【図5】図4の装置において得られる信号波形を示して
おり、(a)は受光素子の出力波形、(b)は変位信号
の波形、(c)は信号(A+B)の波形を示している。5A and 5B show signal waveforms obtained in the apparatus of FIG. 4, wherein FIG. 5A shows an output waveform of a light receiving element, FIG. 5B shows a waveform of a displacement signal, and FIG. 5C shows a waveform of a signal (A + B). I have.
【図6】光学系の倍率の違いによる波形の変化を示して
おり、(a)は低倍率時と高倍率時の受光素子の出力波
形、(b)は低倍率時と高倍率時の変位信号の波形を示
している。6A and 6B show a change in a waveform due to a difference in magnification of an optical system. FIG. 6A shows an output waveform of a light receiving element at low magnification and high magnification, and FIG. 6B shows displacement at low magnification and high magnification. 4 shows a signal waveform.
【図7】図4の装置による合焦動作時における被検体の
合焦点Fに対する移動の様子を示している。FIG. 7 shows how the subject moves with respect to a focal point F during a focusing operation by the apparatus of FIG.
21 半導体レーザー 24 結像レンズ 25 対物レンズ 27 ビームスプリッター 29、31 受光素子 32 信号処理系 33 ハイパスフィルター 34 ローパスフィルター 35 切換器 36 変調器 Reference Signs List 21 semiconductor laser 24 imaging lens 25 objective lens 27 beam splitter 29, 31 light receiving element 32 signal processing system 33 high-pass filter 34 low-pass filter 35 switch 36 modulator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03B 13/36 G02B 7/11 N G03B 3/00 A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G03B 13/36 G02B 7/11 N G03B 3/00 A
Claims (3)
変調手段と、 光源からのプローブ光を集光し、また被検体からの反射
光を集光する光学系と、 プローブ光の集光点と被検体の表面との間の位置ずれを
検知する焦点検出部とを有し、 前記光学系は、反射光を二本のビームに分ける光分割手
段を含み、 前記焦点検出部は、一方のビームの集光点の前方に配置
された第一の受光素子と、他方のビームの集光点の後方
に配置された第二の受光素子と、第一と第二の受光素子
の出力信号に基づいて演算により変位信号を求める信号
処理手段とを含んでいる焦点検出装置。A light source for emitting probe light; a light source modulating means for modulating the light source to emit AC probe light; condensing probe light from the light source; and collecting reflected light from the subject. An optical system that emits light; and a focus detection unit that detects a positional shift between a converging point of the probe light and the surface of the subject. The optical system splits reflected light into two beams. Including means, the focus detection unit, a first light receiving element disposed in front of the focal point of one beam, and a second light receiving element disposed behind the focal point of the other beam, A focus detection device including signal processing means for obtaining a displacement signal by calculation based on output signals of the first and second light receiving elements.
第一と第二の受光素子の出力信号の高周波成分を取り出
すハイパスフィルターと、第一と第二の受光素子の出力
信号の低周波成分を取り出すローパスフィルターと、ハ
イパスフィルターとローパスフィルターの出力信号を信
号処理手段に選択的に供給する信号切換手段とを有して
いる焦点検出装置。2. The method according to claim 1, wherein the focus detection unit includes:
A high-pass filter that extracts high-frequency components of the output signals of the first and second light-receiving elements, a low-pass filter that extracts low-frequency components of the output signals of the first and second light-receiving elements, and output signals of the high-pass filter and the low-pass filter. A focus detection device having signal switching means for selectively supplying the signal processing means.
は、光源を変調するか否かを切り換える切換手段を含ん
でおり、この切換手段は前記焦点検出部によって制御さ
れる焦点検出装置。3. The focus detecting device according to claim 1, wherein the light source modulating means includes switching means for switching whether or not to modulate the light source, and the switching means is controlled by the focus detecting unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31217497A JPH11142720A (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Focus detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31217497A JPH11142720A (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Focus detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11142720A true JPH11142720A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=18026121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31217497A Withdrawn JPH11142720A (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Focus detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11142720A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200043950A (en) * | 2020-04-16 | 2020-04-28 | 삼성디스플레이 주식회사 | Method of monitoring a laser beam and laser irradiation apparatus using the same |
-
1997
- 1997-11-13 JP JP31217497A patent/JPH11142720A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200043950A (en) * | 2020-04-16 | 2020-04-28 | 삼성디스플레이 주식회사 | Method of monitoring a laser beam and laser irradiation apparatus using the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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