JPS58160907A - 顕微鏡用焦点検出装置 - Google Patents

顕微鏡用焦点検出装置

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Publication number
JPS58160907A
JPS58160907A JP4408482A JP4408482A JPS58160907A JP S58160907 A JPS58160907 A JP S58160907A JP 4408482 A JP4408482 A JP 4408482A JP 4408482 A JP4408482 A JP 4408482A JP S58160907 A JPS58160907 A JP S58160907A
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JP
Japan
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lens
focus
light
photodetector
objective lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP4408482A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasushi Oki
裕史 大木
Aiichi Ishikawa
愛一 石川
Kuniyuki Yoshikawa
吉川 邦行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
Priority to JP4408482A priority Critical patent/JPS58160907A/ja
Publication of JPS58160907A publication Critical patent/JPS58160907A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/241Devices for focusing
    • G02B21/245Devices for focusing using auxiliary sources, detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焦点検出制置1%に鵬黴鏡用の自動焦点調節装
置1;関する。
従来のこの種のi!電としては1例えば米国特許第5.
721827号明細書の様に書面と共役な位雷にスリッ
トvt@、  ここン通過した元を焦点検出用元脚とし
て用いるものか知られている。しかしこの方式では、試
p面で反射して戻ってきた焦点検出用jtIIの光検出
器上に於ける強電か合焦時と非合焦時で着しく異なる辷
、スリットを通過させる為に光源の余エネルギーの瞳部
しか使えないという欠点かあった。このため光検出器と
して非常に感度の高いものY用いる公費かあり、又6反
射率の低い賦科由では焦点検出装置か作動しなくなると
いう障害か生じた。父、感度の高い元横出1!h1に:
用いても、焦点すれかおこると九〇)Ij![11か急
激に大きく変化するため、ダイナミックレンジの関係か
ら0作動範囲を広くとれないという間亀もあった一0又
0%開昭54−40649号公轍に開示されたfjkt
では具体的な魚点検出用党伽のとり万か明示されてはい
ないか0元源に集九レンズを組ろ曾わせるだけでは当然
上述したような問題か生ずる。
本発明はこれらの欠点ン解決し0元源の元1gt十分に
利用でさ、且つ酋焦時、非酋焦時を通じて光検出器上で
の熱漬、検出用元−束の光強直か変わらない様な一徴鏡
用焦点検出装置を得ることン目的゛−と−ず1τ 纂1図は0本発明に於ける元字糸の基本的な概念図であ
り(1)は試料(2)IIOウェハ寺フ。
(2)は纂ルンズ、(6)は@2レンズ、(4)は書面
である。第ルンズ(2)は一般に1w4倣−の鷹寸荀レ
ンズに相当するものである。纂2レンズ(6)の前側焦
点l纂ルンズ(2)の後側焦点の位置(対物レンズ内に
後側焦点かある場合は・後側焦点の、それより像側にあ
るレンズによる像の位11)に曾わせることにより、試
料面上の点(5)より元軸に平行に出射した丸線(点組
で図示)は、蘂ルンス(2)娶経て第2レンズ(3)’
t’fi遇したのち、hび元軸C二平村な光−となって
渾圓上の共役点(b’J i二連する。第1図より明ら
かなように、第ルンスシ)及び纂2ししており、纂ルン
ズ(21二人射する平行元鎌束は纂2レンズ(5)t’
出射するとき再び平行党纏東となる。いま、纂ルンズ(
2)に入射する光線6ムかシフトして6A′の位ll1
l二なったとすると、′@3レンズ(3)ン通過する対
応する出射光−は$1図に示したごと<6Bから6 B
’の位置4ニシフトする。このときのシフト量の比(纂
1図に於ける距aSと距離8′との比]は嘱ルンズQ)
及び纂2レンズ(5)よりなる元竿系の**倍皐Mに等
しい。
一2図は、纂1図に於ける第ルンズ(2)及び試14(
tD(1)の拡大図である。纂2図に於いて元lll1
8か元軸と角度θ馨なしてl@ルンスQ)から出射する
とき、試料面かfjIA悪的な酋焦位t (9)にあれ
は反射光は8′となるが、試料圓か酋焦位t(9)より
dだけすれた位11(9’lにあるときは反射光は8″
となる。このときの反射光のシフト量Sは82図より 8=2dtanθ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(1)となる。像間上でのシフトt8′は入射
位置のシフト歓のM倍(MはMe倍軍)であるから8=
2dMtanθ・・・・・・・・・・・・・・・(2)
となる。
典型的な横付としてd ” 1 ttrn、 M=4 
Q、θ=24の場合を考えると(2)式より 8′=5
5゜6fimとなる。即ち1μmの焦点すれか*面上で
65.6μmの反射光シフトとなって検出できるから、
渾面(又はその共役点)上盛−イメージせンサY配置し
ておけば反射光の変位により焦点すれか検出でさる。纂
2図シー於ける光線8は焦、娠検出用元森に相当し、第
ルンズ及び纂2レンズより成る元学糸の像側よりある程
度の84wもった平竹元−乗として0元軸に対しメリジ
オナル向内で211轟な角度をなして入射させるが、該
元芋糸かアフィー刀ル系であるため焦点ずれ量にかかわ
らず9反射元の元来の太さは一定であり、従ってイメー
ジセンサ上での反射光の強fは一足である。このイメー
ジセンサの出力から焦点ずれdY(21式により検出し
、これtモータ等の駆動手段でフィードバックすること
により自動焦点tsmiitが構成される。
纂3図は、上述の構成に基づく本発明Y*倣跳の自前焦
点調節装置(−用いた*m例の概略41!取図である。
(10)は試料向、(11)は、鵜1図に於ける纂ルン
ズ(2■:対応する顕微−の対物レンズ、+12)はハ
ーフミラ−(又はダイクロイックミラー)、  113
7は可視透過赤外光カットフィルタ、(14Jは観察用
像I1m、  115)は@1図に於ける纂2レンズ(
5)に河応する禰助レンズ、+16Jは焦点検出用赤外
jt源、+173はコリメートレンズ、(18)はハー
フミラ−,119)は可視元カット赤外透過フィルタ、
120)は紙面1ユ直交する方向に1率をもったシリン
ドリカルレンズ(纂4#AJ、(21)はイメージでン
サ、(22+は観察用照明光源、  (25)は可視I
!に過赤外カットフィルタ、+247はハーフミラ−,
1257は変位検出回路、+26Jはモータ駆1121
tgl路。
(27)はステージ駆動用モータである。いま。
十分(ニルさい光源(16)Y出た光廖はコリメートレ
ンズ(17目−よって平行光a束となるが、この平行九
騨宋が紙面内で対物レンズ元軸111a)l:対し着干
の角度tな丁ように元$116)とレンズ(17J’か
配llされている。
この平行光融宋はハーフミラ−+187’t’経て補助
レンズ+15)ン過過し、ハーフミラ−(12J、 (
243)j−経て対物レンズロ1月二人射し、試料面(
10)で反射したのち再び同じ経略Y通ってハーフミラ
−1l8)C違する。
このとき元婦宋か平行光−束の状總−二戻るのは前述し
た通りである。次にハーフミラ−(1B)1に:通過し
た元繍來はIIIT視元カット赤外透過フィルタ(19
)によって一部用照明jt源(22)による成分(これ
は雑f成分となる一ン取り除かれ、さらにシリンドリカ
ルレンズ(20)によって紙面に直交する方向(ピント
ずれ4二よるシフトが生じない方向]の光縁束径馨政ら
れたあとイメージセンサ(21)に入射する。ここで、
観察用照明か雑音として焦点検出光@l:まじって残ら
ぬよう、観察用照明光源(22)とハーフミラ−(24
)との間6:可視透過赤外カットフィルタ123)か記
音され。
父、観察用g1向口42に赤外光−か到達せぬ様、ハー
フミラ−(12)と観察用書面(14)との間番二可視
透過赤外カットフ4JL、91133か配置されている
。イメージセンサ(21)からの出力信号は変位検出回
路+25)lユより。
合焦に必要なステージ128)の駆動量に対応Tる信号
に変換され、この出力信号に基さモータ駆@[911M
+263がステージ駆wJ用モータ(27)i’粗駆動
、ステージ(28)が必貿童移動して酋漬か行われる。
このようなlB成(二よれば、焦点外れの状態礁;おい
ても元検出―上に於ける焦点検出用光―束の光強直が一
定となるような焦点検出糸t’lpl[できるから、ダ
イナミックレンジの狭い元横1fjftでも安定して作
動させることかできる。又、焦点検出用元麿の光源とし
て半導体レーザの様な発光体のきわめて小さいものを用
いれは、焦点短離が小さくrナンバーが小さな明るいコ
リメートレンズな使用すること(二より細くて強度の大
8な焦点検出用九縁Y:得ることができる。ざら4;1
元検出−の1創(二、焦点検出用元−のシフト方向と1
父する方向すなわち渠5図中紙面に撫直な方向に曲率t
もったI@4図のfi+視図のごときシリンドリカルレ
ンズ(20)か挿入されているので稍tI;影曽なく元
検出養上での無点横出用元愚の光*[’に増大させるこ
とか01能である。
従って1党元感度の低い元検出指でも安定して動作させ
ることか可能となり、又0反射率の低い試料l111ニ
ー刈しても扁精匿で付熱を行なうことかでさる。
伺、′5を検出器としてイメージセンサを用いることの
メリットを次に述べる。ます、検出n覆か商いこと、こ
れはイメージセンサのビツナ(二もよるか、境在では回
路技術等vtめ10μ禍の変位は容易6:検出できる。
父、デジタル的な処塩となるため、温度や湿度等の変化
による誤差も少ない。次ζ二徴械的取付位−゛の一警か
容易である。これはイメージπフサ上での原点を任意6
;選ぶことができるため。
無点検出用jtiIかシフトする方向の取付精贋かされ
めて大まかでよいことに起因するものである。又、イメ
ージセンサ上での原点を任意−二移動できる様なl!!
ll1i2!1栴成にすれは、対物レンズを交換したと
さにせンサ上での合焦位置か変わっても簡単な操作1 
flJえは手動リセットノによりすぐに付熱を始めるこ
とかできる。父、イメージセンサ、伸−二すニアイメー
ジπンサは他の受光素子ζ:比べて受光部か長いので、
自動焦点#14節範四が広くでさる。賊後ζ;、対重し
ンスとの合成で7フオーカル糸を形成−(る為の補助レ
ンズ(二関してであるか。
正レンズに限らす灼蜀レンズの瞳位置によっては負レン
ズY用いてもよい。又、灼柳しンスか物体w≦二はぼテ
レセントリックで、且つ射出瞳の位置も大よそ−!にす
る様に設計されていれは、後側焦点(又は上町Fの泣電
もはば一足となっているはずであるから、上記テレセン
ドリンクの条件か守られている限り。
対物レンズ馨交換しても補助レンズを交換する必要はな
い。
以上の株に1本発明によれは合焦時及び非合焦aiv通
して充積fil器上での焦点検出用元栂束の元9i度が
変わらないため、一般に受元感度が低く、受光面積も狭
く0月つダイナミックレンジも狭いイメージせンサン、
焦点横出用元検出益として安定して動作させることか可
能となり、より広い範囲にわたって^精度の合焦検出が
nJ能となる。
【図面の簡単な説明】
纂1図は本発明による装置の元字糸の基本的な概念図。 纂2図は購1図の纂ルンズ、lit科面部分の拡大図。 軌3図は本開明による爽′m例の概略傳成図。 l1A4図はシリンドリカルレンズの斜視図である。 〔主要部分の符号の説明〕 16・・・・・・・・・・・・・・・焦点検出光Ql赤
外光源10・・・・・・・・・・・・・試料面11・・
・・・・・・・・・・・・・対物レンズ21・・・・・
・・・・・・・・・・イメージセンサ15・・・・・・
・・・・・・・・・補助レンズ出 願 人 : 日本元
学工業株式会社、tI図 第2因

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 対智レンズと、該対重レンズの**より一焦点検出用−
    yt、**w賦科面へ供給するための照明手段と、l[
    試料面で反射され再び対重しンズ官貴6;戻ってくる骸
    ′yt、l1束の位置を検出する光検出器とt有する順
    黴鏡用焦点検出装置(:於いて、鎖対豐レンズの像儒に
    咳対豐レンズとの合皮で7フオーカル系をなす補助レン
    ズを設け、W記照明手設は沸点検出用元111にとして
    該アフォーカル系へ平行党−束を供給することC;より
    前記光検出器上に於ける光強[Y−足としたことt特徴
    とする朧黴鏡用焦点検出装置。
JP4408482A 1982-03-19 1982-03-19 顕微鏡用焦点検出装置 Pending JPS58160907A (ja)

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JP4408482A JPS58160907A (ja) 1982-03-19 1982-03-19 顕微鏡用焦点検出装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP4408482A JPS58160907A (ja) 1982-03-19 1982-03-19 顕微鏡用焦点検出装置

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JPS58160907A true JPS58160907A (ja) 1983-09-24

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ID=12681745

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4408482A Pending JPS58160907A (ja) 1982-03-19 1982-03-19 顕微鏡用焦点検出装置

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JP (1) JPS58160907A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6084522A (ja) * 1983-10-17 1985-05-13 Mitsutoyo Mfg Co Ltd 投影検査機
US6974938B1 (en) 2000-03-08 2005-12-13 Tibotec Bvba Microscope having a stable autofocusing apparatus
CN108646396A (zh) * 2018-04-27 2018-10-12 合肥工业大学 自动对焦显微镜系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6084522A (ja) * 1983-10-17 1985-05-13 Mitsutoyo Mfg Co Ltd 投影検査機
JPH04246B2 (ja) * 1983-10-17 1992-01-06 Mitutoyo Corp
US6974938B1 (en) 2000-03-08 2005-12-13 Tibotec Bvba Microscope having a stable autofocusing apparatus
US7016110B2 (en) 2000-03-08 2006-03-21 Tibotec Bvba Microscope suitable for high-throughput screening having an autofocusing apparatus
CN108646396A (zh) * 2018-04-27 2018-10-12 合肥工业大学 自动对焦显微镜系统
CN108646396B (zh) * 2018-04-27 2020-10-02 合肥工业大学 自动对焦显微镜系统

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