JPH1164719A - 焦点検出手段を備えた顕微鏡および変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光源に発光ダイオードを用い、瞳径の小さい対
物レンズを用いた場合であっても、良好なフォーカスエ
ラー信号が得られる焦点検出手段付き顕微鏡を提供す
る。 【解決手段】対物レンズ１０２を含む観察光学系と、被
検物体１２３を搭載するためのステージと、対物レンズ
１０２の焦点位置からの被検物体１２３の位置ずれを検
出する焦点検出手段とを有する。焦点検出手段は、照明
光学系１３、８０、１１４と、集光光学系１１４と、集
光光学系１１４の集光した光束のビームサイズを集光光
学系１１６の焦点の前後でそれぞれ検出する第１および
第２の検出部１１８、１１９と、第１および第２の検出
部１１８、１１９の検出したビームサイズの差を求め、
フォーカスエラー信号を得る演算部１２６とを備える。
照明光学系は、発光ダイオード１３と、発光ダイオード
１３の出射光を通過させるためのピンホール８０と、ピ
ンホール８０を通過した光を平行光にするコリメータレ
ンズ１１４とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動焦点合わせ
のために焦点検出装置を備えた顕微鏡、ならびに、非接
触で被測定物の表面の変位を検出する変位計測装置に関
する。

【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。

【０００３】図６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のブロック図であ
る。図６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。

【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との間には光軸１０１に沿っ
て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、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。

【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。

【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、ビーム
スプリッタ１１７を透過した光束が収束する収束点１２
０の近傍に配置されている。一方、第２の光検出器１１
９は、ビームスプリッタ１１７で反射された光束が収束
する収束点１２１の近傍に配置されている。第１の光検
出器１１８と集光レンズ１１６との距離は、集光レンズ
１１６の焦点距離ｃよりもＬ1だけ長く設定され、第２
の光検出器１１９と集光レンズ１１６との距離は、集光
レンズ１１６の焦点距離ｃよりもＬ2だけ短く設定され
ている。すなわち、第１の光検出器１１８は、被検面１
２３が対物レンズ１０２の焦点位置にある場合の収束点
１２０の位置からＬ１だけ離れた位置に配置され、第２
の光検出器１１９は、被検面１２３が対物レンズ１０２
の焦点位置にある場合の収束点１２１の位置からＬ2だ
け集光レンズ１１６寄りに配置されている。

【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７に示すようにそれぞ
れ中央部に円形の光検出部１１８ａ、１１９ａと、これ
を取り囲む光検出部１１８ｂ、１１９ｂとを有してい
る。これらの光検出部１１８ａ、１１８ｂ、１１９ａ、
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。

【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
ている。制御装置１２６は、移動ステージ１２５の動作
を制御する。

【０００９】図６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１２４
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１
１７へ入射する。

【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７に示すように、光スポット１３２及び１３３
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１
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、光スポット１３２のスポット径と光スポット１３３
のスポット径との差を表す（｜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。ただし、｜１１８ａ
｜、｜１１８ｂ｜、｜１１９ａ｜、｜１１９ｂ｜は、そ
れぞれ、光検出部１１８ａ、光検出部１１８ｂ、光検出
部１１９ａ、光検出部１１９ｂの出力である。

【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。この状態で、照明
光学系の光源１１０の出射した可視光を、コリメータレ
ンズ１１１で平行光にして、ビームスプリッタ１０８で
偏向し、対物レンズ１０２で被検面１２３上に合焦さ
せ、反射光を、対物レンズ１０２、対物レンズ１０３、
俯視プリズム１０４、接眼レンズ１０５を介して観察す
ることにより、合焦状態で被検面１２３の像を観察する
ことができる。

【００１２】また、このフォ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もできる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の焦点
検出装置付き顕微鏡において、光源１１３として発光ダ
イオードを用いると、瞳径の小さい対物レンズ１０２を
用いた場合に良好なフォーカスエラー信号が得られない
という問題が生じていた。これを具体的に説明する。

【００１４】例えば、図６の焦点検出装置付き顕微鏡に
おいて、光源１１３として株式会社日立製作所製の赤外
発光ダイオード（型番ＨＥ７６０ＳＧ）を用い、対物レ
ンズ１０２として焦点距離２０ｍｍ、瞳径１２ｍｍの瞳
径が比較的大きいものを用い、集光レンズ１１６の焦点
距離を４０ｍｍ、Ｌ1およびＬ2を共に６０００μｍ、対
物レンズ１０２と集光レンズ１１６との間の距離を１８
０ｍｍ、光検出部１１８ａおよび光検出部１１９ａの直
径を共に１０４８μｍ、光検出部１１８ｂおよび１１９
ｂの外形サイズを共に６０００μｍ×６０００μｍとし
た場合には、図２（ａ）に示すように良好なフォーカス
エラー信号が得られる。ただし、図２（ａ）において、
横軸は対物レンズ１０２の焦点位置を０とした場合の被
検面１２３の位置であり、縦軸はフォーカスエラー信号
の強度を示す。よって、図２（ａ）のように、被検面１
２３の位置が対物レンズ１０２の焦点位置にあるときに
は、フォーカスエラー信号は０であり、被検面１２３が
正の方向にずれたときには、フォーカスエラー信号が正
の値になり、被検面１２３が負の方向にずれたときに
は、フォーカスエラー信号が負の値になり、フォーカス
エラー信号の値から被検面１２３の位置が検出できる。

【００１５】一方、対物レンズ１０２として焦点距離
１．３３ｍｍ、瞳径２．４ｍｍの瞳径が小さいレンズを
用い、光検出部１１８ａおよび光検出部１１９ａの直径
を共に９８３μｍにし、これ以外の他の条件は上述の条
件と同じにした場合、フォーカスエラー信号は、図２
（ｂ）に示すような形状になる。すなわち、図２（ｂ）
のように、被検面１２３が焦点位置にあるときに、フォ
ーカスエラー信号は正の値であり、被検面１２３が正の
方向にずれた場合も負の方向にずれた場合もフォーカス
エラー信号は正の値ままである。このことは、一般に瞳
径の小さい高倍率な対物レンズを、発光ダイオードを光
源１１３として用いた場合には、被検面１２３を対物レ
ンズ１０２の焦点位置に位置あわせできないことを意味
する。

【００１６】なお、光源に半導体レーザを用いた場合に
は、同じ瞳径が小さい対物レンズ１０２を用いても、良
好なフォーカスエラー信号が得られ、このような問題は
生じない。

【００１７】本発明は、この問題を解決し、光源に発光
ダイオードを用い、瞳径の小さい対物レンズを用いた場
合であっても、良好なフォーカスエラー信号が得られる
焦点検出手段付き顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１８】

【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手段を備えた
顕微鏡が提供される。

【００１９】すなわち、対物レンズを含む観察光学系
と、前記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
照明光学系と、前記被検物体で反射され、再び前記対物
レンズを通過した前記照明光の反射光を集光する集光光
学系と、前記集光光学系の集光した前記反射光のビーム
サイズを前記集光光学系の焦点の前後でそれぞれ検出す
る第１および第２の検出部と、前記第１および第２の検
出部の検出したビームサイズの差を求め、フォーカスエ
ラー信号を得る演算部とを備え、前記照明光学系は、発
光ダイオードと、前記発光ダイオードの出射光を通過さ
せるためのピンホールと、前記ピンホールを通過した光
を平行光にするコリメータレンズとを含むことを特徴と
する焦点検出手段を備えた顕微鏡を提供する。

【００２０】

【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。

【００２１】発明者は、焦点検出光学系の光源として発
光ダイオードを用い、瞳径の小さい対物レンズの場合
に、良好なフォーカスエラー信号が得られなくなる原因
について検討したところ、発光ダイオードの発光部分の
径が大きいこと、ならびに、発光ダイオードの発光部分
の形状が影響しているのではないかと推測された。そこ
で、発光ダイオードから出射された光を一旦ピンホール
に通過させたものを、焦点検出光学系の照明光として用
いる実験を行ったところ、瞳径の小さい対物レンズであ
っても、良好なフォーカスエラー信号が得られることが
わかった。このような構造の焦点検出光学系を備えた顕
微鏡について、以下具体的に説明する。

【００２２】まず、本発明の第１の実施の形態による焦
点検出光学系付き顕微鏡について、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焦点検
出光学系とから構成されている。図１の顕微鏡におい
て、観察光学系および照明光学系は、上述の図６の顕微
鏡と同じであるので、ここでは簡単に説明する。観察光
学系は、第１対物レンズ１０２と、第２対物レンズ１０
３と、俯視プリズム１０４と、接眼レンズ１０５とを有
する。照明光学系は、可視光線を出射する照明光源１１
０と集光レンズ１１１と、ビームスプリッタ１０８とを
有する。これらの配置は、図６の顕微鏡と同じである。

【００２３】焦点検出光学系は、赤外光を出射する発光
ダイオード１３と、発光ダイオード１３から出射された
光を通過させるためのピンホール８０と、コリメータレ
ンズ１１４と、ビームスプリッタ１１５と、ダイクロイ
ックミラー１０７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とを有する。コリメータレンズ１１４は、ピ
ンホール８０を通過した発光ダイオード１３の光をコリ
メータする位置に配置されている。他の光学素子の配置
は、図６の顕微鏡と同じであるのでここでは説明を省略
する。また、第１の光検出器１１８および第２の光検出
器１１９の光検出部の構成も、図６の顕微鏡と同じ図７
の構成であるのでここでは説明を省略する。

【００２４】なお、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。

【００２５】図１の構成では、発光ダイオード１３から
出射された光は、ピンホール８０の開口部を通過する。
これにより、ピンホール８０の開口部の位置に光源が配
置されている場合と同じように、ピンホール８０からコ
リメータレンズ１１４に光が入射する。コリメータレン
ズ１１４は、ピンホール８０からの光をコリメートす
る。コリメートされた光は、図６の顕微鏡の場合と同様
に、ビームスプリッタ１１５、ダイクロイックミラー１
０７で反射され、対物レンズ１０２で集光され、被検面
１２３で反射され、ダイクロイックミラー１０７で反射
され、ビームスプリッタ１１５を通過し、集光レンズ１
１６で収束される。収束光は、ビームスプリッタ１１７
により、収束点１２０および収束点１２１に収束する２
つの光束に分離され、それぞれ第１の光検出器１１８お
よび第２の光検出器１１９に検出される。第１および第
２の光検出器１１８、１１９の光検出部１１８ａ、１１
８ｂ、１１９ａ、１１９ｂからの出力信号は、制御装置
１２６内の演算増幅器１２９、１３０、１３１により演
算され、図６の場合と同様に（｜１１８ａ｜−｜１１８
ｂ｜）−（｜１１９ａ｜−｜１１９ｂ｜）で表されるフ
ォーカスエラー信号が出力される。

【００２６】本実施の形態では、図１の構成で、次のよ
うな条件で実験を行い、良好なフォーカスエラー信号を
得ることができることが確認された。

【００２７】すなわち、発光ダイオード１３として、株
式会社日立製作所製の赤外発光ダイオード（型番ＨＥ７
６０ＳＧ）を用い、ピンホール８０として、開口部の径
が１００μｍφのものを用いた。また、対物レンズ１０
２は、焦点距離を１．３３ｍｍ、対物レンズ１０２の瞳
径を２．４ｍｍと、瞳径が小さなものを用いた。集光レ
ンズ１１６の焦点距離は、４０ｍｍ、Ｌ1およびＬ2は共
に６０００μｍ、、対物レンズ１０２と集光レンズ１１
６との間の距離は１８０ｍｍ、光検出部１１８ａおよび
光検出部１１９ａの直径は共に３２８μｍ、光検出部１
１８ｂおよび１１９ｂの外形サイズは共に６０００μｍ
×６０００μｍとした。

【００２８】この条件で得られたフォーカスエラー信号
は、図３のような形状であり、瞳径が小さい対物レンズ
１０２を用いているにもかかわらず、被検面１２３の位
置が対物レンズ１０２の焦点位置にあるときには、フォ
ーカスエラー信号は０であり、被検面１２３が正の方向
にずれたときには、フォーカスエラー信号が正の値にな
り、被検面１２３が負の方向にずれたときには、フォー
カスエラー信号が負の値になっている。このことから、
ピンホール８０を用いることにより、瞳径が小さい対物
レンズを用いた場合にも、良好なフォーカスエラー信号
が得られることが確認された。

【００２９】したがって、図１の構成の顕微鏡では、対
物レンズ１０２の瞳径が小さい場合であっても、フォー
カスエラー信号を用いて制御装置１２６が被検面１２３
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。よって、一般に瞳径の小さい高倍
率の対物レンズ１０２を合焦させることが可能になり、
観察光学系で高倍率で被検面を観察することができる。

【００３０】つぎに、本発明の第２の実施の形態の焦点
検出光学系付き顕微鏡について、図４を用いて説明す
る。

【００３１】図４の顕微鏡は、発光ダイオード１３とピ
ンホール８０との間に、集光レンズ８１を配置するもの
である。ピンホール８０の開口部は、集光レンズ８１が
発光ダイオード１３の光を集光する位置に位置合わせさ
れている。他の構成は、第１の実施の形態の図１の構成
と同じであるので説明を省略する。

【００３２】図４の顕微鏡では、発光ダイオード１３か
ら出射された光を集光レンズ８によって、ピンホール８
１の開口部に集光するため、ピンホールでカットされる
光量が図１の構成よりも少ない。よって、光検出器１１
８、１１９の受光量が、図１の構成よりも増加し、被検
面１２３の反射率が低い場合であっても、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、図１と同
様に、ピンホール８０を用いているため、対物レンズ１
０２として瞳径が小さいレンズを用いた場合にも、良好
なフォーカスエラー信号が得られる。

【００３３】つぎに、本発明の第３の実施の形態の変位
計測装置について図５を用いて説明する。

【００３４】第３の実施の形態の図５の変位計測装置
は、第１の実施の形態の図１の顕微鏡から、対物レンズ
１０２を除いた観察光学系、照明光学系、ダイクロイッ
クミラー１０７、および、ステージ１２５を除去したも
のである。発光ダイオード１３とコリメータレンズ１１
４との間には、図１の顕微鏡と同じく、ピンホール８０
が配置されている。なお、図５では図１と同じ部品につ
いて同じ番号を付している。

【００３５】図５の変位計測装置では、被検物体１２４
の被検面１２３の光軸１０１方向についての変位量を制
御装置１２６のフォーカスエラー信号の大きさから計測
することができる。図５の変位計測装置では、図１の顕
微鏡のオートフォーカス光学系と同じく、瞳径の小さな
対物レンズ１０２を用いた場合にも、フォーカスエラー
信号を得ることができるため、高倍率の瞳径の小さな対
物レンズ１０２を用いて、精度良く変位を検出すること
ができる。各部の動作は図１の顕微鏡の焦点検出の動作
と同じであるので説明を省略する。

【００３６】なお、上述の第１、第２、第３の実施の形
態においては、ピンホール８０として、開口部が１００
μｍφのものを用いたが、他の大きさのものを用いるこ
とも可能である。

【００３７】このとき、図１、図５の構成の場合には、
ピンホール８０の開口部の直径をΦ1、発光ダイオード
１３の発光部の径をＤ、発光ダイオード１３とピンホー
ル８０との間の距離をＨ、発光ダイオード１３から出射
する光の発散角をθとすると、 Φ1＜（Ｄ＋Ｈ×θ）・１／２ を満たす開口部の直径のピンホール８０を用いることが
好ましい。

【００３８】また、図４の集光レンズ８１を用いる構成
の場合には、ピンホール８０の開口部の径をΦ2、発光
ダイオード１３から出射された光のピンホール８０上の
像サイズをＫとすると、 Φ2＜Ｋ・１／２ を満たす開口部の直径のピンホール８０を用いることが
好ましい。

【００３９】また、上述の第３の実施の形態では、発光
ダイオードから出射された光を直接ピンホールに通過さ
せる変位計測装置を示したが、ピンホールを通過する光
量を増加させるために、第２の実施の形態のように発光
ダイオードとピンホールとの間に集光レンズを配置する
変位計測装置にすることも可能である。

【００４０】なお、上述の第１、第２、第３の実施の形
態において、赤外光を出射する発光ダイオード１３を用
いたが、可視光を出射する発光ダイオードを用いること
もできる。この場合、ダイクロイックミラー１０７の代
わりにビームスプリッタを用いる。

【００４１】また、上述の第１、第２、第３の実施の形
態において、発光ダイオード１３からの光を直線偏光に
してビームスプリッタ１１５に入射させるようにすると
ともに、ビームスプリッタ１１５と被検面１２３との間
に、四分の一波長板を設置して、直線偏光を円偏光に変
換して被検面１２３に照射し、反射光を四分の一波長板
により、直交する直線偏光に変換することにより、被検
面１２３で反射した光をすべて光検出器１１８、１１９
で検出することができる。これにより、光検出器１１
８、１１９の受光光量が増加するため、低反射率の被検
面１２３でもより高感度でフォーカスエラ信号を得るこ
とができる。

【００４２】また、光検出器１１８、１１９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１１８、１１９等にＣＣＤを用いるこ
ともできる。その場合は、適当な信号処理回路が必要に
なる。

【００４３】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、光源に発
光ダイオードを用い、瞳径の小さい対物レンズを用いた
場合であっても、良好なフォーカスエラー信号が得られ
る焦点検出手段付き顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】（ａ）図６の従来の焦点検出装置付き顕微鏡の
良好なフォーカスエラー信号を示すグラフ、（ｂ）図６
の従来の焦点検出装置付き顕微鏡で光源１１３として発
光ダイオードを、対物レンズ１０２として瞳径の小さな
レンズを用いた場合のフォーカスエラ信号を示すグラ
フ。

【図３】図１の焦点検出装置付き顕微鏡で対物レンズ１
０２として瞳径の小さなレンズを用いた場合のフォーカ
スエラ信号を示すグラフ。

【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。

【図５】本発明の第３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。

【図６】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。

【図７】図１および図６の光検出器１１８、１１９の光
検出部の構成、および、信号処理回路の構成を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１３ 発光ダイオード ８０ ピンホール ８１ 集光レンズ １０２ 対物レンズ １０７ ダイクロイックミラー １１３ 光源 １１４ コリメータレンズ １１６ 集光レンズ １１５、１１７ ビームスプリッタ １１８、１１９ 光検出器 １１８ａ、１１８ｂ、１１９ａ、１１９ｂ 光検出部 １２３ 被検面 １２４ 被検物体 １２５ ステージ １２６ 制御手段 １２９、１３０、１３１ 演算増幅器 １３２、１３３ 光スポット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対物レンズを含む観察光学系と、前記被検
   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照明光学系と、前記被検物体で
   反射され、再び前記対物レンズを通過した前記照明光の
   反射光を集光する集光光学系と、前記集光光学系の集光
   した前記反射光のビームサイズを前記集光光学系の焦点
   の前後でそれぞれ検出する第１および第２の検出部と、
   前記第１および第２の検出部の検出したビームサイズの
   差を求め、フォーカスエラー信号を得る演算部とを備
   え、 前記照明光学系は、発光ダイオードと、前記発光ダイオ
   ードの出射光を通過させるためのピンホールと、前記ピ
   ンホールを通過した光を平行光にするコリメータレンズ
   とを含むことを特徴とする焦点検出手段を備えた顕微
   鏡。
2. 【請求項２】対物レンズを含む観察光学系と、前記被検
   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照明光学系と、前記被検物体で
   反射され、再び前記対物レンズを通過した前記照明光の
   反射光を集光する集光光学系と、前記集光光学系の集光
   した前記反射光のビームサイズを前記集光光学系の焦点
   の前後でそれぞれ検出する第１および第２の検出部と、
   前記第１および第２の検出部の検出したビームサイズの
   差を求め、フォーカスエラー信号を得る演算部とを備
   え、 前記照明光学系は、発光ダイオードと、前記発光ダイオ
   ードから出射された光を集光する集光レンズと、前記集
   光レンズの集光位置に配置され、前記光を通過させるた
   めのピンホールと、前記ピンホールを通過した光を平行
   光にするコリメータレンズとを含むことを特徴とする焦
   点検出手段を備えた顕微鏡。
3. 【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、前記発光ダイオードの発光部の径をＤ、
   前記発光ダイオードと前記ピンホールとの距離をＨ、前
   記発光ダイオードの出射する光の発散角をθとしたと
   き、前記ピンホールの開口部の径をΦ1は、 Φ1＜（Ｄ＋Ｈ×θ）・１／２ を満たす大きさ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. 【請求項４】請求項２に記載の焦点検出手段を備えた顕
   微鏡において、前記ピンホール上における前記集光レン
   ズによって形成される前記発光ダイオードの像の径をＫ
   としたとき、前記ピンホールの開口部の径をΦ2は、 Φ2＜Ｋ・１／２ を満たす大きさであることを特徴とする焦点検出手段を
   備えた顕微鏡。
5. 【請求項５】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照明光学系と、前記被検物体で反射
   され、再び前記対物レンズを通過した前記照明光の反射
   光を集光する集光光学系と、前記集光光学系の集光した
   前記反射光の光束のビームサイズを前記集光光学系の焦
   点の前後でそれぞれ検出する第１および第２の検出部
   と、前記第１および第２の検出部の検出したビームサイ
   ズの差を求め、フォーカスエラー信号を得る演算部とを
   備え、 前記照明光学系は、発光ダイオードと、前記発光ダイオ
   ードの出射光を通過させるためのピンホールと、前記ピ
   ンホールを通過した光を平行光にするコリメータレンズ
   とを含むことを特徴とする変位計測装置。