JPH0623808B2 - 光学器械の自動焦点調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学器械の放射路に導入できるとともに試料
の表面を走査するための測定ビームと、試料の表面に対
する光学器械の焦点調節の正確さを判定するための検出
器と、検出器で発生した自動焦点信号を最適化すること
で光学器械の焦点面に対する試料の相対位置を調節する
ための制御装置とを備えた顕微鏡の如き光学器械の自動
焦点調節装置に関する。

独国特許公告第2,234,448号公報から、顕微鏡用自動焦
点調節装置において光学器械の結像放射路に配置された
光抵抗器が焦点を合わせた最大ピーク値を有する信号を
回路に与えることが知られている。この自動焦点信号
は、試料面と焦点面間に相対運動を起こすための駆動装
置を制御するために使用される。この配置において、焦
点調節、すなわち試料面と焦点面の一致は、自動焦点信
号のピーク値から得られる。自動焦点信号それ自体は試
料の結像から直接得られる。すなわち、試料像の明るさ
の変化は焦点調節程度の機能として直接的に判定され、
自動焦点信号として使用される。テスト結果を改善する
ために、焦点調節に独立する明るさ値は、拡散粉砕した
ガラスによつて被覆された別の光検出器の助けを借り
て、基準値として判定される。

独国特許公告第2,442,167号公報から、顕微鏡の自動焦
点調節装置においてレーザビームが反射光線装置を介し
て顕微鏡に反射するとともに反射光線集光レンズに焦点
を結ぶことが知られている。このレーザ光線の点は、試
料面と一致すべき焦点面において対物レンズによつて正
確に像が結ばれる。しかしながら、試料面が焦点面に位
置していなければ、試料面上の光の点はいくぶん大きな
点にぼやける。この既知の装置において試料に当たるレ
ーザ光線の点が最小の直径にセットされていると、これ
は顕微鏡中の試料に焦点を合わせている。

試料の像が現われる中間像面において、小領域光検出器
は、レーザ光線の点像中の明るさを測定する。明るいが
低いと、光の点は大きくなり、顕微鏡が焦点を外れてい
ることを意味する。明るさが最大であると、光の点は最
小となり、焦点に合わさつていることを示す。自動焦点
調節のために、電子式アナログ回路は顕微鏡台の高さ調
節用のモータを制御し、光検出器は最大の明るさを受け
ることができる。この既知の装置は、レーザ用の需要が
あるため比較的精巧である。

これに対し、本発明は、正確に働く簡単な自動焦点調節
装置を提供することを基本的な目的としている。

この目的を達成するために、本発明はその出発点とし
て、測定絞りの像を、例えば反射によつて光学器械の主
放射路へ、例えば常套的な照射装置を介して結合すると
いう基本的概念を用いる。この配置において、測定絞り
は、要すれば焦点調節中に動いて、焦点にセットされる
時、測定絞りの中間像が試料面にあり、したがつて同時
に焦点が合つているため焦点面にも位置するように、配
置されている。その後、この測定絞りの中間像は、適当
な検出器によつて、要すれば検出絞りの助けを借りて、
光学器械の適当な位置で走査される。自動焦点装置の焦
点調節移動中に得られる検出器の出力信号は、試料面が
焦点面を通る時にピーク値を通るいわゆる自動焦点信号
として、制御装置に供給され、その制御装置によつて試
料と光学器械間の焦点調節移動用駆動装置が制御され
る。制御装置は自動焦点信号のピーク値が焦点位置であ
ることを認識する。

それで、本発明の原理は、明確化した形状を有するとと
もに焦点調節移動を制御するために測定された人為的な
コントラストを焦点面に発生させることにある。これに
対し、試料上のある種の最小コントラストは既知の自動
焦点装置でも要求されている。

本発明による光学器械の自動焦点調節装置は、測定ビー
ムによつて光学器械の放射路に結像するとともに焦点を
結ぶとき絞り像の名目位置が試料の面に位置するように
測定絞りが配置され、光学器械の像面においてまたはそ
れと光学的に等価な面において、測定絞りに補足する検
出絞りが検出器の前法に配置されているという特徴を備
えている。それで、測定絞りは、測定ビームの助けを借
りて、例えば顕微鏡の常套的な照射装置の照射放射の一
部として、光学器械の放射路へ、測定絞りの中間像が、
焦点にない位置での試料面そして焦点面に位置するよう
に、結像される。この測定絞りの中間像は、光学器械の
主放射路を介して試料の所で再び結像し、焦点調節の質
を分析する目的で適当な検出機構によつて走査される。
検出器の配置を単純化または容易にするために、測定絞
りを結像する放射の少なくとも一部は、半透明ミラーの
助けを借りて主放射路から分離し、主放射路の外側に配
置された検出器上に像を結ぶことができる。

最も簡単な実施例では、検出絞りは、検出器の前方に配
置されるとともに、測定絞りに補足するように、例えば
枠取り型測定絞りを伴う穴絞りとして、構成することが
できる。

光学器械が試料上に焦点を結ぶとき、検出器の出力側で
自動焦点信号が本発明の意義内で得られ、その自動焦点
信号は、試料面が光学器械の焦点面を通る時にピーク値
となり、ピーク時に焦点調節駆動装置用制御装置はその
操作状態が最適になる。検出絞りおよび検出器組み合せ
の他の実例は、実施例において詳細に説明する。

本発明による自動焦点調節装置は、簡単な手段を用いて
極めて正確な自動焦点設定を得ることができ、また試料
ホルダまたは光学器械の焦点の極めて浅い深みを有する
試料スライドの調節の正確さについての厳しい要求に合
致させることができる。それで例えば、0.2μｍの大き
さおよびそれ以下の程度の光学器械に対する試料ホルダ
の調節の正確さも全く容易に可能である。さらに、光学
器械の常套的な照射装置が使用できるので、適当形状の
測定絞りを照射放射路へ適宜位置、特に視野絞りの面ま
たはそれと共役な面に、挿入するのみでよく、例えばレ
ーザの形態での付加的な照射装置は必要としない。

光学器械の視野が損われないように、測定絞りは、可能
ならば像が視野の外側に位置するような範囲に、光学器
械の光軸に対して側方向に片寄つているのが好ましい。

すでに前に説明したように、主放射路から測定絞りの像
を含むビームを分離するとともに検出絞りと検出器とか
ら成る測定機構へ上記ビームを投射して自動焦点信号を
発生するように、例えば半透明ミラーの形態でのビーム
デバイダを、対物レンズと接眼レンズ間の光学器械の主
放射路中に配置することができる。これにより、主放射
路およびとりわけ接眼レンズによる空間的制限が大きく
排除されるので、おそらく下流の検出絞りを含む検出器
構造を単純化できる。

以下に光学器械の２つの実施例を説明するが、それらの
光学器械においては常套的な試料照射が異なつており、
それぞれ透過光線および投射光線を用いて実施される。

透過光線を用いて照射を行う場合、その方法では、照射
ビームは光学器械の試料へ基本的には試料を通る光軸に
同軸的に放射され、本発明による測定絞りは、照射装置
の集光レンズの前方でビーム方向に配置され、次いで集
光レンズは（透明な）試料ホルダの前方でビーム方向に
配置されているのが好都合である。自動的に焦点調節す
るために、測定絞りの第１中間像は、集光レンズの助け
を借りて意図した試料面へしつかりと設定される。試
料、試料ホルダ、集光レンズおよび測定絞りは互いに結
合したまま、光学器械、例えば顕微鏡に対する相互空間
を保持しながら、駆動装置の助けを借りて光軸方向に移
動することができる。試料面に位置した測定絞りの中間
像は、光学器械の助けを借りて、試料面と焦点面とが一
致する時のみ検出絞りに焦点を結ぶ。駆動装置により相
対移動が行われると、検出器の自動焦点信号はピーク値
を通り、焦点調節機構はそのピーク値へ自動的に調節す
る。

光学器械が投射光線を用いて操作される場合、測定絞り
は、光学器械の焦点面に中間像が生成するように、集光
レンズの前方の照射放射路へ挿入されているのが好まし
い。試料面も焦点面に位置していると、中間絞り像は試
料面で反射するとともに検出絞りへ焦点を合わせる。こ
れは、検出器の自動焦点信号がピーク値を有していて、
焦点を外れている場合、すなわち試料面が焦点面から離
れていると、中間絞り像は、試料面上へ焦点を外して到
着し、そこで反射し、検出絞り上で焦点を欠いた状態で
映像する。その後、検出器の自動焦点信号はピーク値か
らそれる。さらにその後、試料ホルダ用の駆動装置は、
前記したように自動焦点信号の助けを借りて、光学器械
に相対的に制御される。

上記したように、測定絞りは穴絞りまたは枠取り絞りと
して構成することができ、検出絞りは測定絞りに補足す
る枠取り絞りまたは穴絞りとして構成することができ
る。測定絞りを片側だけの絞りとして構成して、検出絞
りも該当する補足的な片側だけの絞りとして構成するこ
とができる。

好ましい実施例において、測定絞りは視野に対して方位
角絞りとして構成される。この機構において、検出絞り
は２つの検出器部から成り、その方位角空間は検出絞り
の位置で測定絞りの像の幅に相当している。上記方位角
絞りは色収差が生じないという有益性を備えており、他
方、半径絞り、すなわち絞りのエツジが半径方向に位置
していると、レンズのエツジに向けて色収差が増大す
る。

試料面と焦点面間の相対位置のある初期の位置で焦点調
節移動を起こさねばならない方向を判定できるために
は、検出絞りを使用する場合、望まれる自動焦点信号ピ
ーク値が位置する方向を判定するように最初にテスト移
動を行う必要がある。このテスト移動中、ピーク値の方
向で自動焦点信号が変化しなければ、焦点調節移動は逆
転しなければならない。

このテスト移動を節約するために、異なる像面に配置さ
れた好ましくは数個の検出絞りと関連する検出器を設け
ることができ、その異なる自動焦点信号から要求される
焦点調節移動方向、すなわち必要な調節方向を引き出す
ことができる。

本発明によると、調節移動を制御する制御装置は、自動
焦点信号を増幅する制御可能な増幅器と、増幅された自
動焦点信号をさらに処理するとともに駆動装置用調節信
号を発生するためのアナログまたはデジタルコンピユー
タとを備えている。この機構において、異なる照射状態
または変動する試料反射性でも同じ自動焦点信号を常に
得られるように、増幅器用制御信号がコンピユータによ
つて発生するのが好ましい。実際の明暗度は、中間像面
に配置された基準探針プローブを用いて、または実際の
焦点調節処理前に焦点調節検出器を用いて測定される。
このようにして得られた基準信号は、増幅器の出力信号
を基準値に増幅するために使用される。

測定エラーをさらに平均化するために、本発明では数個
で特に同様の測定絞りを該当する面に設けることがで
き、該当する数の測定絞り像を関連した検出絞りおよび
該当する検出器上に結ぶことができる。これは、適当な
評価後、駆動装置用制御装置に測定信号として印加され
る数個の自動焦点信号を与える。

各検出絞りの変形例として、２つの接近して隣接する検
出器を設けることもでき、その検出器は、出力信号の差
異の助けを借りて、関係する測定絞り像のエツジで、コ
ントラスト測定を基本的に実施することができる。この
場合、最大コントラストは、測定絞りの結像が最適であ
り、試料に対して光学器械の焦点が合つていることを意
味する。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

図中、第１図は本発明による第１実施例を示すもので透
過光線顕微鏡の概略説明図、第２図は本発明による第２
実施例を示すもので投射光線顕微鏡の概略説明図、第３
図は自動焦点信号を表示するグラフ、第４図は制御装置
のブロツク図、第5a図は片側だけの測定絞りの概略説明
図、第５ｂ図は第５ａ図を補足する片側だけの検出絞り
の概略説明図、第５ｃ図は対象測定目的用に２つの接近
隣接検出器を備えた、検出絞りに代わるものの概略説明
図、第６図は測定絞りと補足的な検出絞りとを備えた、
視野を示す概略説明図である。

以下は顕微鏡に関する説明であるが、本発明による自動
焦点調節装置は、他の光学器械にも同様に適用すること
ができる。

第１図に示す透過光線顕微鏡は、共通の光軸１′を有す
る対物レンズ１と接眼レンズ２とを備えている。平行照
射ビーム４は試料６を照射するための集光レンズ３によ
つて焦点を結び、試料６を照射する。試料６は、透明な
試料ホルダ５を用いて、顕微鏡で観察する試料面が集光
レンズ３の焦点面に位置するように、集光レンズ３と相
対的に指定された位置に保持されている。また照射ビー
ムを使用して、集光レンズ３の前方の放射路に配置され
た測定絞りＭＢの像を、集光レンズ３の焦点面、すなわ
ち試料面へ映しだす。測定絞りＭＢの中間像ＭＢ′は自
動焦点調節のために使用される。

第１図に示すように、試料面はすでに顕微鏡の焦点面Ｆ
に正確に配置されている。すなわち顕微鏡はすでに試料
６に焦点を合わせている。この位置で、測定絞りＭＢの
中間像ＭＢ′は、もう一方の中間像ＭＢが所定位置で
得られるように対物レンズ１によつて接眼レンズ２に結
像する。できることなら測定絞りとその映像によつて視
界がそこなわれないように、測定絞りは、中間像ＭＢ
が接眼レンズ２の視界絞りに当たる、すなわち視界の外
側に位置するように、光軸１′に対して側方に片寄つて
いる。顕微鏡の主放射路から映像ビームの一部を結合す
るとともに検出絞りＤＢへ向けるために、対物レンズ１
と接眼レンズ２との間に、半透明ミラー７がビームデバ
イダとして配置されている。この検出絞りＤＢは、測定
絞りＭＢの中間像ＭＢ″のミラー７で偏向した部分が、
顕微鏡が試料に焦点を合わせているときそれに補足する
検出絞りＤＢによつてきつちりと枠取りされるように、
寸法を設定し配置されている。光軸１′に対して測定絞
りＭＢが片寄つて配置されているため、検出絞りＤＢも
またミラー７によつて偏向した第２の光軸７′に対して
側方に片寄つている。

検出絞りＤＢを越えた所に、検出絞りＤＢを透過した光
の機能として自動焦点信号ＡＦを発生する光検出器８が
配置されている。この自動焦点信号ＡＦは、投射光線強
度に基本的に比例している。

測定絞りＭＢ，集光レンズ３，試料ホルダ５および試料
６が共同して右に移動していて顕微鏡が試料６に対して
焦点がずれていて、これらの部品が再び焦点面Ｆを通る
ように左に移動し始めると、焦点路の機能として、第３
図に示した自動焦点信号ＡＦが得られる。試料６が対物
レンズ１に余りにも接近していると、枠取り絞りとして
構成した測定絞りＭＢの中間像ＭＢ′は顕微鏡の焦点面
Ｆに位置せず、検出絞りＤＢで得られる測定絞りＭＢの
像ＭＢ″は不鮮明であつてきわめてぼやけた像となる。
これは絞りＤＢに光を透過させ、光検出器８での自動焦
点信号の強度は比較的高いものとなる。試料６が焦点面
Ｆに接近すると、測定絞りＭＢの像ＭＢ″は絞りＤＢに
おいて徐々に鮮明になり、光検出器８の自動焦点信号は
減少し、ついには焦点を結ぶとき最小となる。試料６が
対物レンズ１から離れて第１図の左手側へ進むと、絞り
ＤＢでの像ＭＢ″は焦点が外れた結果として再びぼや
け、自動焦点信号ＡＦは再び増大する。第３図において
この自動焦点信号ＡＦは、信号曲線の最小値の右方で最
大値があり、この最大値は、ひどい焦点ずれを起こして
いる光検出器８の実質的に平穏な照射にほぼ相当してい
る。

試料および照射装置が対物レンズに対してさらに左側へ
移動すると、自動焦点信号は、一定の焦点ずれを起こし
ながら、明るさが光源からの距離の二乗で減少するの
で、いわゆる“高原”領域に入る。

第１図において、光検出器８の自動焦点信号ＡＦは制御
装置９へ供給され、制御装置９は、ホルダまたは管１１
を顕微鏡に対して光軸１′の方向に動かすための駆動装
置１０を制御する。このホルダまたは管１１の内部で、
測定絞りＭＢ，集光レンズ３，透明な試料ホルダ５およ
び試料６は、測定絞りＭＢが照射されるとき、測定絞り
ＭＢの中間像ＭＢ′が試料面に位置するように、保持さ
れている。

制御装置９は、ホルダまたは管１１を顕微鏡に対して相
対移動するために装置１０を駆動することによつて、ピ
ーク値（第３図における捕獲範囲中の曲線の最小値、一
般に、その範囲は、システムが、焦点調節移動のための
（測定絞り像のコントラストが消滅する情況の高原境界
内での）方向を認識していることを意味する）を推測す
るように自動焦点信号ＡＦに応答する。

このために、制御装置９は、例えば対物レンズを損傷し
ないように対物レンズに対して距離を増大することによ
つてホルダまたは管１１のテスト移動ができるように配
置し、制御装置は、このテスト移動中に自動焦点信号Ａ
Ｆが増大するかまたは減少するか、したがつて焦点位置
が第３図の信号曲線の最小値の右に位置するかまたは左
に位置するかを判定することができる。この判定結果に
基づいて、制御装置９は、駆動移動が最小値、すなわち
焦点位置へ達するように維持するかまたは逆転しなけれ
ばならないかを判断する。焦点合わせは、信号変化が漸
進移動と共にゼロになり符号を変えるとき、すなわち信
号差がゼロを通るとき、達成されたことになる。このゼ
ロ変移に達つしたとき、駆動装置１０は停止する。

上記したように、自動焦点信号が最小であるのは焦点面
にあるのに相当している。自動焦点制御はこの焦点の周
囲でいわゆる制御振動を行うことができる。相対する明
暗度変化の感度が高いためこれらの制御振動がほとんど
常に見えるので、自動焦点制御は停止すべきである。制
御の停止および開始はそれぞれ以下の可能性に従つて行
われる： 停止条件：モータが運転方向をＮ回変えたら制御を停止
する。

開始条件：自動焦点信号を測定する検出器が明暗度変化
△Ｉを検出したら制御を再始動する。この明暗度変化は
焦点が外れているかまたは試料表面の反射特性の変化の
ために生じると考えられる。

Ｎおよび△Ｉの両者共に検出され、焦点調節を制御する
アナログまたはデジタルコンピユータによつてその後の
演算処理に使用される。

焦点調節移動の始めに、試料が、焦点面Ｆの外側、すな
わち（第３図の右側の）いわゆる捕獲範囲の外側に離れ
て位置しておれば、制御装置９は、高原領域で低信号が
生じるので、捕獲範囲における信号曲線の左手側下降部
ではないことを認識できる。

これから制御装置９は、捕獲範囲に達するまで初めは顕
微鏡の方向におけるホルダまたは管１１の比較的大きい
移動が行われねばならないと判断する。上記の一般的か
つ機能的に説明した制御装置９の操作モードは、制御装
置回路の多数の異なる詳細部を許す。しかしながら、こ
の回路に関する詳細は省略できるように、専門家には知
られている。特に、制御装置は、アナログまたはデジタ
ルまたはそれらを混合した技術において信号を処理でき
る。

第１図に比較して、第２図は、顕微鏡は投射光線と共に
操作される、すなわち試料面は顕微鏡の観察方向から照
射される点において、基本的に相達する。このために、
照射ビームは、照射集光レンズ３′と半透明ミラー１２
とを介して、対物レンズ１と管状レンズ１３間の光軸
１′にほぼ直角に、顕微鏡の主放射ビームへ反射する。
この照射集光レンズ３′は管状レンズ１３と同一または
類似の光学特性（品質等）を有するのが好ましい。この
集光レンズ３′は顕微鏡の焦点面Ｆを照射する。すなわ
ち、照射ビーム４の放射路に配置された測定絞りＭＢ
は、顕微鏡の焦点面Ｆに像を結ぶとともに、この点で中
間像ＭＢ′が得られる。測定絞りＭＢは、第１図で説明
したのと同様の理由から、光軸１′に対して片寄つてい
る。

第２図に示すように、試料ホルダ５′に取り付けられた
試料６（不透明でもよい）が顕微鏡の焦点面Ｆに位置し
ていない、例えば焦点面Ｆの左にあると、試料６の表面
には測定絞りＭＢと不鮮明な像が作られる。顕微鏡は、
測定絞りＭＢと試料６の両方の該当する不鮮明な像を投
射する。検出絞りＤＢには、測定絞りＭＢの該当する不
鮮明な像ＭＢ″が現われる。試料面が焦点面Ｆにあると
きのみ、測定絞りＭＢの鮮明な像が試料６の表面に得ら
れ、検出絞りＤＢにも測定絞りの像ＭＢ″は鮮明であ
り、光検出器８の自動焦点信号ＡＦは第３図の曲線にお
いて最小値となる。その他については、試料ホルダ５′
用駆動装置１０の制御は、第１図の実施例におけるもの
に該当している。

照射状態が異なつてもまたは試料の反射性が変動しても
常に変わらない自動焦点信号ＡＦが得られるように、第
４図による制御装置９は、自動焦点信号用に制御可能な
アナログ増幅器９ａを備えている。例えばアナログ増幅
器９ａの利得率を変更するための制御信号は、駆動装置
１０用の制御信号をも発生するアナログまたはデジタル
コンピユータ９ｂによつて発生される。この機構におい
て、実際の明暗度は、顕微鏡の中間像面中で基準探針プ
ローブ（図示せず）を用いて設定され、基準信号９ｄと
して増幅器９ｃに印加される。基準信号はまた、焦点調
節が始まる前は、光検出器８から直接引き出すこともで
きる。増幅器９ａの利得率は適当な値にセツトし焦点調
節中は一定に維持される。

第１図および第２図に関連して、枠取り測定絞りＭＢと
それに補足する検出絞りＤＢとは、穴絞りの形態で開示
されている。これらの絞りは、例えば第５ａ図による片
側だけの絞り形状（測定絞り）に、またそれに補足する
片側だけの検出絞りＤＢ（第５ｂ図）の形状に構成する
ことができる。検出絞りＤＢに代えて、互いに小さい距
離に配置した２つの検出器D₁およびD₂を、微分回路21を
介して絞り像のエツジでコントラストを測定するように
配置することができる。したがつて、測定絞りは最大コ
ントラストで鮮明に像を結ぶ。このような配置を第５ｃ
図に示す。

コントラスト測定は測定絞りを用いずに中間像中で直接
的に実施することもできる。しかしながらこの方法は、
コントラストのない表面、例えば未加工ウエハーでは失
敗する。

第６図によると、半径絞りおよび方位角絞りを使用でき
るが、半径絞りはレンズエツジに向けて増大する色収差
を避けるために光軸からの距離は余り大きくならないよ
うに注意しなければならない。これに対し、方位角絞り
では色収差は発生しない。第６図は、そのような方位角
測定絞りＭＢとそれに関連する検出絞りＤＢ₁およびＤ
Ｂ₂を示すものである。さらに、接眼レンズ絞り（約１
８mm直径を有する穴絞り）によつて開閉する視野２０が
示されている。

本発明による自動焦点調節は顕微鏡の対物レンズを通し
て実施されるので、焦点調節の正確さは同じ測定におい
て焦点の深さが減ずると共に増大し、調節の正確さは、
（入射光線法における）対物レンズとは独立して、焦点
の深さに常に相当して得られる。

この焦点調節は、口径絞りの調節、照射条件、および
（測定絞りが使用されるならば）試料の表面特性とも無
関係である。照射口径が増大すると、焦点深さが減少し
て調節の正確さが改善される。

透過光線法（第１図参照）と比較して、本発明による自
動焦点調節は、（第２図の）投射光線法において、予備
調節後、試料の位置および厚みとは無関係に、中間像Ｍ
Ｂ′は常に顕微鏡の焦点面にあるという利点を備えてい
る。対物レンズを交換しても、測定絞りは対物レンズに
よつて初め１：ｍの像の大きさ（倍率）に従つて焦点面
に像を結び、次いで検出絞りの面にｍ：１に拡大して結
像するので、測定絞りの調節を変える必要はない。それ
で対物レンズの像の大きさは、測定絞り像ＭＢの位置
および大きさに影響しない。これは、拡大比率の（シヨ
ートニングアウト「shortening out)に相当する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の透過光線顕微鏡の概略説
明図、第２図は本発明の第２実施例の投射光線顕微鏡の
概略説明図、第３図は自動焦点信号を表わすグラフ、第
４図は制御装置のブロツク図、第５ａ図は片側だけの測
定絞りの概略説明図、第５ｂ図は第５ａ図を補足する片
側だけの検出絞りの概略説明図、第５ｃ図はコントラス
ト測定目的用に２つの接近隣接検出器を備えた、検出絞
りに代わるものの概略説明図、第６図は測定絞りと補足
的な検出絞りとを備えた視野を表わす概略説明図であ
る。 １…対物レンズ、１′，７′…光軸、２…接眼レンズ、
３…集光レンズ、３′…照射集光レンズ、４…照射ビー
ム、５，５′…試料ホルダ、６…試料、７，１２…半透
明ミラー、８…光検出器、９…制御装置、９ａ…制御可
能なアナログ増幅器、９ｂ…アナログまたはデジタルコ
ンピユータ、９ｄ…基準信号、１０…駆動装置、１１…
ホルダまたは管、１３…管状レンズ、２０…視野、２１
…微分回路、ＭＢ…測定絞り、ＭＢ′，ＭＢ″，ＭＢ
…像、ＤＢ…検出絞り、ＤＢ₁，ＤＢ₂…補足的な絞り、
ＡＦ…自動焦点信号、Ｆ…焦点面、D₁,D₂…検出器

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）光学器械の放射路に導入できるととも
   に試料（６）の表面を走査するための測定ビームと、 ｂ）試料（６）の表面に対する光学器械の合焦状態か否
   かを判断するための検出器（８）と、 ｃ）検出器（８）で発生した自動焦点信号（ＡＦ）を最
   適化することで光学器械の焦点面（Ｆ）に対する試料
   （６）の相対位置を調節するための制御装置（９）とを
   備え、かつ、 ｄ）測定ビームによって光学器械の放射路に結像すると
   ともに、少なくとも焦点を結ぶとき絞り像（ＭＢ′）の
   合焦点位置が試料（６）の面に位置するように測定絞り
   （ＭＢ）が配置され、 ｅ）測定絞り（ＭＢ）に補足する検出絞り（ＤＢ）が、
   光学器械の像面（ＭＢ）と光学的に等価な面ＭＢ″に
   おいて配置されている顕微鏡の如き光学器械の自動焦点
   調節装置にして、 測定絞り（ＭＢ）は光学器械の光軸（１′）に対して側
   方向に片寄っていて、測定絞り（ＭＢ）の大きさと位置
   を絞り像（ＭＢ）が接眼レンズ（２）中の視野（２
   ０）の外側に配置されるようにしたことを特徴とする光
   学器械の自動焦点調節装置。
2. 【請求項２】対物レンズ（１）と接眼レンズ（２）との
   間で光学器械の放射路中に、主放射路から測定ビームを
   分離するためのビームデバイダ（７）を配置したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】光学器械は透過光線を用いて操作され、
   ａ）測定ビームは照射ビーム（４）に基本的に平行に走
   行し、ｂ）測定絞り（ＭＢ）は集光レンズ（３）の前方
   でビーム方向に配置され、ｃ）測定絞り（ＭＢ）の像
   （ＭＢ′）は試料ホルダ（５）の試料面（第１図）に予
   め設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の装置。
4. 【請求項４】試料ホルダ（５）は、試料（６）、集光レ
   ンズ（３）および測定絞り（ＭＢ）と共に、光軸
   （１′）の方向に光学器械の焦点面（Ｆ）に相対的に動
   くことができることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の装置。
5. 【請求項５】光学器械は透過光線を用いて操作され、測
   定ビームは、対物レンズ（１）の後方でビーム方向にお
   いて光学器械の放射路へ反射するとともに、対物レンズ
   （１）を通して光学器械の焦点面（Ｆ）（第２図）に像
   を結ぶことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の装置。
6. 【請求項６】試料ホルダ（５′）は試料（６）と共に光
   学器械の光軸（１′）の方向に焦点面（Ｆ）に相対的に
   動くことができることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載の装置。
7. 【請求項７】測定絞り（ＭＢ）は穴絞りまたは枠取り絞
   りとして構成され、検出絞り（ＤＢ）は測定絞り（Ｍ
   Ｂ）に補足する枠取りまたは穴絞りとして構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項及至第６項の
   いずれかに記載の装置。
8. 【請求項８】測定絞り（ＭＢ）は片側だけの絞りとして
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   及至第６項のいずれかに記載の装置。
9. 【請求項９】検出絞り（ＤＢ）は測定絞り（ＭＢ）に補
   足する片側だけの絞りとして構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第８項記載の装置。
10. 【請求項１０】測定絞り（ＭＢ）は視野（２０）に関し
    て方位角方向の絞りとして構成され、検出絞り（ＤＢ）
    は方位角方向に間隔を置いて配置した（第６図）２つの
    補足的な絞り（ＤＢ_１，ＤＢ_２）を設けていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項及至第６項のいずれかに
    記載の装置。
11. 【請求項１１】数個の測定絞り（ＭＢ）と、測定絞り
    （ＭＢ）に補足するとともに関連する検出器（８）を備
    えた数個の検出絞り（ＤＢ）とを設けたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項及至第６項のいずれかに記載の
    装置。
12. 【請求項１２】数個の検出絞りは（ＤＢ）と、該検出絞
    り（ＤＢ）に関連する検出器（８）は異なる像面に配置
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項及至
    第６項のいずれかに記載の装置。
13. 【請求項１３】調整運動を制御する制御装置（９）は、
    自動焦点信号（ＡＦ）を増幅する制御可能な増幅器（９
    ａ）と、増幅された自動焦点信号（ＡＦ）をさらに処理
    するとともに駆動装置（１０）用の調節信号を発生する
    アナログまたはデジタルコンピュータ（９ｂ）とを備え
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項及至第６
    項のいずれかに記載の装置。
14. 【請求項１４】コンピュータ（９ｂ）は増幅器（９ａ）
    用の制御信号を発生することを特徴とする特許請求の範
    囲第１３項記載の装置。
15. 【請求項１５】増幅器（９ａ）用の基準信号を発生する
    ために光学器械の中間像面に基準探針プローブを設けて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の装
    置。
16. 【請求項１６】１つの機械的な検出絞り（ＤＢ）に代え
    て、測定絞り（ＭＢ）の像コントラストを測定する少な
    くとも２つの検出器が像面（第５図ｃ）に設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項及至第６項の
    いずれかに記載の装置。