JPH0843717A - Focus detector - Google Patents
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- JPH0843717A JPH0843717A JP18143594A JP18143594A JPH0843717A JP H0843717 A JPH0843717 A JP H0843717A JP 18143594 A JP18143594 A JP 18143594A JP 18143594 A JP18143594 A JP 18143594A JP H0843717 A JPH0843717 A JP H0843717A
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡或いは光学測定
機器等において、被検出体に対して合焦を行う焦点検出
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 an object to be detected in a microscope or an optical measuring device.
【０００２】[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から知ら
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、これらのうち代表的な二種につい
て以下に説明する。図３は、従来の焦点検出装置の構成
を示す図である。この図に示すように、まず半導体レー
ザ１から出射されたレーザビームは、偏光ビームスプリ
ッタ２に入射する。偏光ビームスプリッタ２で反射され
た光は、１／４波長板３を介して結像レンズ４で平行光
束に変換され、対物レンズ５を介して被測定面６に集光
される。そして、この被測定面６で反射された反射光
は、再度、対物レンズ５，結像レンズ４及び１／４波長
板３を介して偏光ビームスプリッタ２に入射する。この
とき、前記入射光は、１／４波長板３を透過した際、そ
の偏光の方向が９０度ずらされる。従って、この入射光
は、偏光ビームスプリッタ２を透過することが可能にな
り、更にビームスプリッタ７によって二方向に振り分け
られる。そして、この一方の光線は、結像レンズ４の集
光点Ｐの位置より前に配置された第一の絞り８を介して
第一の受光素子９に照射され、又、他方の光線は、結像
レンズ４の集光点Ｐの位置より後に配置された第二の絞
り１０を介して第二の受光素子１１に照射されるように
なっている。2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a focus detecting apparatus which irradiates a surface to be measured with a probe light through an objective lens and detects a focus on an object based on the reflected light from the surface to be measured. Several configurations are known as this type of focus detection apparatus, and two typical types of them will be described below. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional focus detection device. As shown in this figure, the laser beam emitted from the semiconductor laser 1 first enters the polarization beam splitter 2. The light reflected by the polarization beam splitter 2 is converted into a parallel light flux by the imaging lens 4 via the quarter-wave plate 3 and is condensed on the measured surface 6 via the objective lens 5. Then, the reflected light reflected by the surface 6 to be measured enters the polarization beam splitter 2 again via the objective lens 5, the imaging lens 4 and the quarter-wave plate 3. At this time, when the incident light passes through the quarter-wave plate 3, the polarization direction of the incident light is shifted by 90 degrees. Therefore, this incident light can be transmitted through the polarization beam splitter 2, and is further divided into two directions by the beam splitter 7. Then, this one light ray is applied to the first light receiving element 9 through the first diaphragm 8 arranged before the position of the condensing point P of the imaging lens 4, and the other light ray is The second light receiving element 11 is irradiated with light through the second diaphragm 10 arranged after the position of the condensing point P of the imaging lens 4.
【０００３】第一の受光素子９及び第二の受光素子１１
は、夫々受光した被測定面６からの反射光の光量に対応
した電気信号を信号処理系１２へ送出する機能を有して
いる。この信号処理系１２は、入力された各信号に対し
て所定の演算を行い、被測定面６の変位に応じた変位信
号を出力する機能を備えている。今、第一の受光素子９
及び第二の受光素子１１から信号処理系１２に向けて、
図４（ａ）に示すような特性を有する電気信号が送出さ
れたとすると、信号処理系１２によって、図４（ｂ）に
示すような特性を有する変位信号が形成される。そし
て、この変位信号に基づいて被測定面６における合焦判
定が行われる。First light receiving element 9 and second light receiving element 11
Has a function of sending to the signal processing system 12 an electric signal corresponding to the amount of the reflected light from the measured surface 6 respectively received. The signal processing system 12 has a function of performing a predetermined calculation on each input signal and outputting a displacement signal according to the displacement of the measured surface 6. Now, the first light receiving element 9
And from the second light receiving element 11 to the signal processing system 12,
If an electric signal having the characteristic shown in FIG. 4A is transmitted, the signal processing system 12 forms a displacement signal having the characteristic shown in FIG. 4B. Then, based on this displacement signal, the focus determination on the surface 6 to be measured is performed.
【０００４】図５は、図３に示したものとは異なるもう
一つの従来の焦点検出装置の構成を示した図である。こ
の図に示したように、半導体レーザ１から出射したレー
ザビームは、コリメータレンズ１４を介して平行光束に
された後、光路中に配置された遮蔽板１６によって、そ
の光束の半分が遮光される。又、その光束の残り半分
は、集光レンズ１５によって結像（Ｐは中間結像位置）
された後、偏光ビームスプリッタ２に入射する。偏光ビ
ームスプリッタ２によって反射されたレーザビームは、
順に、１／４波長板３，結像レンズ４及び対物レンズ５
を介して被測定面６に集光されるようになっている。FIG. 5 is a diagram showing the structure of another conventional focus detection device different from that shown in FIG. As shown in this figure, the laser beam emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by the collimator lens 14 into a parallel luminous flux, and then half of the luminous flux is shielded by the shielding plate 16 arranged in the optical path. . The other half of the light flux is imaged by the condenser lens 15 (P is an intermediate image formation position).
After being reflected, it enters the polarization beam splitter 2. The laser beam reflected by the polarization beam splitter 2 is
1/4 wave plate 3, imaging lens 4 and objective lens 5 in this order
The light is focused on the surface 6 to be measured via.
【０００５】被測定面６で反射された光は、再度対物レ
ンズ５及び結像レンズ４を介して、１／４波長板３へ入
射する。このとき、前記光線が１／４波長板３を透過す
る際、その偏光方向が９０°ずらされる。このようにし
て、被測定面６からの反射光は、偏光ビームスプリッタ
２を透過することができ、二分割受光素子１３に結像す
ることができるようになる（Ｐは結像レンズ４の集光
点）。The light reflected by the surface 6 to be measured again enters the quarter-wave plate 3 via the objective lens 5 and the imaging lens 4. At this time, when the light beam passes through the quarter-wave plate 3, its polarization direction is shifted by 90 °. In this way, the reflected light from the surface 6 to be measured can be transmitted through the polarization beam splitter 2 and can be imaged on the two-divided light receiving element 13 (P is a collection of the imaging lens 4). Light spot).
【０００６】この二分割受光素子１３は、二つの光電変
換部Ａ，Ｂを備えている。そして、これら光電変換部
Ａ，Ｂは、夫々受光した光量に応じた電圧信号を出力で
きるようになっている。図６（ａ）には、図５に示した
焦点検出装置における光電変換部Ａ，Ｂから出力された
電圧信号ａ，ｂの変化特性が夫々示されている（横軸は
被測定面６の位置を示している）。そして、これらの電
圧信号ａ，ｂは、夫々信号処理系１２に送出され、所定
の演算が実行されて焦点検出信号が形成される。又、図
６（ｂ）には、電圧信号ａ，ｂに対して演算が実行され
た結果得られた変位信号特性が示されており、図５に示
した焦点検出装置では、かかる変位信号から焦点検出信
号が得られるようになっている。具体的には、点線ｃが
（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）の演算結果から得られた変位信
号特性を示し、実線ｄが（ａ−ｂ）の演算結果から得ら
れた変位信号特性を示している。これら何れかの変位信
号ｃ，ｄのゼロクロスに基づいて合焦の状態が判定され
るようになっている。The two-divided light receiving element 13 includes two photoelectric conversion units A and B. Each of the photoelectric conversion units A and B can output a voltage signal corresponding to the amount of light received. FIG. 6A shows the change characteristics of the voltage signals a and b output from the photoelectric conversion units A and B in the focus detection device shown in FIG. 5 (the horizontal axis represents the measured surface 6). Position is shown). Then, these voltage signals a and b are respectively sent to the signal processing system 12, and a predetermined calculation is executed to form a focus detection signal. Further, FIG. 6B shows a displacement signal characteristic obtained as a result of performing the calculation on the voltage signals a and b, and in the focus detection device shown in FIG. A focus detection signal can be obtained. Specifically, the dotted line c indicates the displacement signal characteristic obtained from the calculation result of (ab) / (a + b), and the solid line d indicates the displacement signal characteristic obtained from the calculation result of (ab). ing. The in-focus state is determined based on the zero cross of any one of the displacement signals c and d.
【０００７】以上説明した二つの従来の焦点検出装置
は、顕微鏡或いは光学測定機器において、観察或いは測
定対象となる被検体に対し合焦を行うために使用されて
いる。The two conventional focus detecting devices described above are used in a microscope or an optical measuring instrument for focusing on an object to be observed or measured.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】焦点検出装置では、光
学部材による反射光ノイズ，信号の電気的ノイズ又は光
学部材の調整度等により、合焦判定に誤差を生じること
がある。このような誤差は、特に、焦点検出装置を光学
測定機器に適用した場合に、測定精度上問題となる。そ
こで、上記のようなノイズ等が生じても、より安定した
合焦判定を実現するためには、後述のように、変位信号
の合焦点Ｆ近傍での傾きを大きくとり（図７参照）、同
量のノイズに対し測定面の変位を小さく抑制できるよう
にすればよい。これを実行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、即ち、従
来例においては対物レンズ５及び結像レンズ４による倍
率を大きくすればよい。これにより、被測定面６の変位
に対する受光素子１３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近傍での傾きを
大きくすることができるようになる。In the focus detection device, an error may occur in the focus determination due to the reflected light noise due to the optical member, the electrical noise of the signal, the adjustment degree of the optical member, or the like. Such an error becomes a problem in terms of measurement accuracy, especially when the focus detection device is applied to an optical measurement device. Therefore, in order to realize more stable focus determination even when the above noise or the like occurs, as described later, the displacement signal has a large inclination in the vicinity of the focus F (see FIG. 7). It suffices if the displacement of the measurement surface can be suppressed to be small for the same amount of noise. As a device configuration for executing this, the magnification of the optical system provided in the focus detection device, that is, the magnification of the objective lens 5 and the imaging lens 4 in the conventional example may be increased. As a result, the amount of movement of the condensing point P of the imaging lens 4 on the side of the light receiving element 13 with respect to the displacement of the surface 6 to be measured increases, and the inclination of the displacement signal near the focal point F can be increased. .
【０００９】図７（ａ），（ｂ）には前述の第一の従来
例における倍率変化とその変位信号に対する効果が、同
図（ｃ），（ｄ）には第二の従来例における倍率変化と
その変位信号に対する効果が夫々示されている。しかし
ながら、従来例の装置構成においては、焦点検出装置の
光学系の倍率を大きくすると、光検出器出力も図７に示
す如く変化し、合焦点Ｆ近傍の狭い領域に圧縮されてし
まうことになる。このため、実質上焦点検出装置を使用
できる範囲が狭い領域に限定されてしまう。FIGS. 7 (a) and 7 (b) show the change in magnification in the first conventional example and its effect on the displacement signal, and FIGS. 7 (c) and 7 (d) show the magnification in the second conventional example. The change and its effect on the displacement signal are shown respectively. However, in the device configuration of the conventional example, when the magnification of the optical system of the focus detection device is increased, the photodetector output also changes as shown in FIG. 7, and the output is compressed into a narrow region near the in-focus point F. . Therefore, the range in which the focus detection device can be practically used is limited to a narrow region.
【００１０】以上のように、従来の焦点検出装置では、
安定した合焦点の判定と、より広範囲に亘る領域での合
焦点の判定とを同時に行うことは困難であった。このこ
とは、特に、焦点検出装置の光学測定機器への適用を考
慮すると、三次元構造を有する被検体への対応が精度
上、或いは合焦点の判定可能な範囲が狭くなるという点
で難しくなり、問題となる。As described above, in the conventional focus detection device,
It has been difficult to perform stable determination of the in-focus point and determination of the in-focus point in a wider area at the same time. This makes it difficult to deal with an object having a three-dimensional structure in terms of accuracy, or in that the range in which the in-focus point can be determined becomes narrow, especially when the application of the focus detection device to optical measurement equipment is considered. , Becomes a problem.
【００１１】そこで、本発明は、上記のような従来技術
の有する問題点に鑑みなされたもので、より安定した合
焦点の判定をより広範囲に亘る領域において行うことが
でき、且つ、様々な被検体への対応が可能な焦点検出装
置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and more stable determination of the in-focus point can be performed in a wider area, and various objects can be detected. It is an object of the present invention to provide a focus detection device capable of handling a sample.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明による焦点検出装置は、光源からの
光を被測定面へ向けて照射し、この被測定面からの反射
光を受光光学系へ導くための対物レンズと、複数の光路
を有し各々倍率が異なるレンズが配置された受光光学系
と、この受光光学系を介して入射する前記被測定面から
の反射光の光量に対応した信号を出力する光検出手段
と、この光検出手段からの出力信号に基づき被測定面の
位置を判定するための信号を出力する信号処理系とが備
えられていることを特徴とする。更に、本発明の装置
は、前記光検出手段が集光点前後に配置された絞り手段
と光電変換手段から構成され、又、前記光検出手段は集
光点に配置された分割受光素子から構成されていること
を特徴としている。In order to achieve the above object, the focus detection apparatus according to the present invention irradiates light from a light source onto a surface to be measured and reflects light reflected from the surface to be measured. An objective lens for guiding to the light receiving optical system, a light receiving optical system in which lenses having a plurality of optical paths and different magnifications are arranged, and the amount of light reflected from the surface to be measured incident through the light receiving optical system. And a signal processing system for outputting a signal for determining the position of the surface to be measured based on the output signal from the light detecting means. . Further, in the apparatus of the present invention, the light detection means is composed of diaphragm means and photoelectric conversion means arranged before and after the condensing point, and the light detection means is composed of divided light receiving elements arranged at the condensing point. It is characterized by being.
【００１３】従って、本発明の装置では、光源から出射
された光は、対物レンズを介し被測定面に照射され、こ
の被測定面に反射された光は、対物レンズを通り光分割
手段により、複数の光路に振り分けられ、各々結像レン
ズにより異なる倍率で集光される。そして、この結像レ
ンズから射出された光は、夫々備えられた光検出手段に
より検出され、信号処理系により被測定面位置に対応し
た変位信号を得ることができる。Therefore, in the device of the present invention, the light emitted from the light source is irradiated onto the surface to be measured through the objective lens, and the light reflected on the surface to be measured passes through the objective lens and is divided by the light splitting means. It is divided into a plurality of optical paths, and is condensed at different magnifications by respective imaging lenses. Then, the light emitted from this imaging lens is detected by the respective photodetection means, and the signal processing system can obtain the displacement signal corresponding to the position of the surface to be measured.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳
細に説明する。第一実施例 図１は、本実施例にかかる焦点検出装置の構成を示した
図である。図１に示すように、本実施例の焦点検出装置
は、レーザ出射手段２０から出射されるレーザビームが
偏光ビームスプリッタ２１で反射され、結像レンズ２
２，ハーフミラー２３，１／４波長板２４及び対物レン
ズ２５を順に通過して、被測定面２６に集光されるよう
になっている。更に、被測定面２６から反射された光
は、再度対物レンズ２５を介し、平行光束として出射さ
れて１／４波長板２４に入射する。この入射光は、１／
４波長板２４により９０°偏光の方向がずらされる。そ
して、１／４波長板２４から出射された光は、ハーフミ
ラー２３に入射し、このハーフミラー２３によって、か
かる光線は二つの光路に振り分けられる。The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a focus detection device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, in the focus detection apparatus of the present embodiment, the laser beam emitted from the laser emission means 20 is reflected by the polarization beam splitter 21, and the imaging lens 2
2, the half mirror 23, the quarter wavelength plate 24, and the objective lens 25 in order, and the light is focused on the surface 26 to be measured. Further, the light reflected from the surface to be measured 26 is emitted again as a parallel light flux through the objective lens 25 and enters the quarter wavelength plate 24. This incident light is 1 /
The four-wave plate 24 shifts the direction of 90 ° polarization. The light emitted from the quarter-wave plate 24 enters the half mirror 23, and the half mirror 23 divides the light beam into two optical paths.
【００１５】まず、この光線の一方は結像レンズ２２を
有する第一の光路に導かれるようになっている。即ち、
第一の光路に導かれる光線は、焦点距離ｆ1 を有する結
像レンズ２２を介して偏光ビームスプリッタ２１に入射
される。この光線は、前述のように、１／４波長板２４
によりその偏光方向が９０°ずらされているため、偏光
ビームスプリッタ２１を透過でき、ビームスプリッタ２
７に入射することができる。ビームスプリッタ２７に入
射した光は、更に二方向に分割され、その一方の光線
は、第一の絞り２８ａを介して第一の受光素子２９ａへ
出射され、他方の光線は、第二の絞り２８ｂを介して第
二の受光素子２９ｂへ出射されるようになっている。First, one of the light rays is guided to the first optical path having the imaging lens 22. That is,
The light beam guided to the first optical path is incident on the polarization beam splitter 21 via the imaging lens 22 having the focal length f 1 . This light beam is transmitted through the quarter wave plate 24 as described above.
Since the polarization direction of the beam splitter 2 is shifted by 90 °, it can be transmitted through the polarization beam splitter 21.
7 can be incident. The light incident on the beam splitter 27 is further split into two directions, one light beam of which is emitted to the first light receiving element 29a via the first diaphragm 28a, and the other light beam of which is the second diaphragm 28b. The light is emitted to the second light receiving element 29b via the.
【００１６】第一の絞り２８ａは、結像レンズ２２及び
ビームスプリッタ２７を介して集光される光線の結像位
置Ｑよりも前側の位置に、ビームスプリッタ２７に対面
した形で配置されている。一方、第二の絞り２８ｂは、
結像レンズ２２及びビームスプリッタ２７を介して結像
される光線の結像位置Ｑよりも後側の位置に、結像位置
Ｑを挟んだ状態で且つビームスプリッタ２７に対面した
形で配置されている。又、第一の受光素子２９ａ及び第
二の受光素子２９ｂは、夫々受光した光量に応じた電気
信号を信号処理系３０へ送出し得る機能を有している。The first diaphragm 28a is arranged facing the beam splitter 27 at a position in front of the image forming position Q of the light beam condensed through the image forming lens 22 and the beam splitter 27. . On the other hand, the second diaphragm 28b is
It is arranged at a position rearward of the image forming position Q of the light beam formed through the image forming lens 22 and the beam splitter 27, with the image forming position Q sandwiched therebetween and in a form facing the beam splitter 27. There is. The first light receiving element 29a and the second light receiving element 29b each have a function of sending an electric signal corresponding to the amount of received light to the signal processing system 30.
【００１７】又、前述のハーフミラー２３により振り分
けられたもう一方の光線は結像レンズ３２を有する第二
の光路に導かれる。即ち、この光線は、反射ミラー３１
で反射された後、焦点距離ｆ2 を有する結像レンズ３２
を介してビームスプリッタ３３により更に二方向へ分割
される。そして、結像レンズ３２の集光位置Ｒの前側及
び後側に夫々配置された第一の絞り３４ａ及び第二の絞
り３４ｂを介し、これらが夫々第一の受光素子３５ａ及
び第二の受光素子３５ｂに入射する。更に、第一の受光
素子３５ａ及び第二の受光素子３５ｂも、夫々受光した
光量に応じた電気信号を信号処理系３０へ送出し得る機
能を有している。The other light beam split by the half mirror 23 is guided to the second optical path having the imaging lens 32. That is, this light beam is reflected by the reflection mirror 31.
Imaging lens 32 having a focal length f 2 after being reflected by
It is further divided into two directions by the beam splitter 33 via. Then, through the first diaphragm 34a and the second diaphragm 34b arranged on the front side and the rear side of the condensing position R of the imaging lens 32, respectively, these are respectively the first light receiving element 35a and the second light receiving element. It is incident on 35b. Further, each of the first light receiving element 35a and the second light receiving element 35b also has a function of sending an electric signal corresponding to the amount of received light to the signal processing system 30.
【００１８】信号処理系３０には、入力された各信号に
対して所定の演算（具体的には、各信号の差／和演算）
を実行して、被測定面２６の表面形状に応じた変位信号
を形成する機能が備えられている。そして、このとき形
成された変位信号に基づいて、被測定面２６に対する合
焦制御が行われる。The signal processing system 30 performs a predetermined calculation on each input signal (specifically, a difference / sum calculation of each signal).
Is executed to form a displacement signal according to the surface shape of the surface to be measured 26. Then, based on the displacement signal formed at this time, focusing control for the surface 26 to be measured is performed.
【００１９】ここで、結像レンズ２２を通る第一の光路
と、結像レンズ３２を通る第二の光路とにおいて、結像
レンズ２２，３２夫々の倍率を考慮すると、対物レンズ
２５の焦点距離をｆ0 とした場合、本実施例の装置で
は、対物レンズ２５からの出射光束は平行光であるた
め、前記第一，第二の光路における倍率を夫々Ｍ1 ，Ｍ
2とすると、 Ｍ1 ＝ｆ1 ／ｆ0 ・・・・（１） Ｍ2 ＝ｆ2 ／ｆ0 ・・・・（２） で示される。ｆ1 とｆ2 とを異なる値に設定することに
より、信号処理系３０において、高倍率による変位信号
と低倍率による変位信号との二つの信号が同時に得られ
るようになる。この結果、従来の装置では実現すること
が不可能であった高倍率での変位信号によるより安定し
た合焦判定と、低倍率での変位信号によるより広範囲の
被測定面位置への対応とを一つのセンサ構成で実現する
ことができるようになり、種々の構造を有する被検体へ
の対応が可能になる。Here, in the first optical path passing through the imaging lens 22 and the second optical path passing through the imaging lens 32, considering the magnification of each of the imaging lenses 22 and 32, the focal length of the objective lens 25 is taken into consideration. When f is 0 , in the apparatus of the present embodiment, since the light flux emitted from the objective lens 25 is parallel light, the magnifications in the first and second optical paths are M 1 and M, respectively.
When 2, M 1 = f 1 / f 0 ···· (1) represented by M 2 = f 2 / f 0 ···· (2). By setting f 1 and f 2 to different values, the signal processing system 30 can simultaneously obtain two signals, that is, a high-magnification displacement signal and a low-magnification displacement signal. As a result, it is possible to achieve more stable focus determination with a displacement signal at a high magnification, which cannot be realized with a conventional device, and support a wider range of measured surface positions by a displacement signal at a low magnification. This can be realized with a single sensor configuration, and it is possible to deal with subjects having various structures.
【００２０】第二実施例 図２は、本実施例にかかる焦点検出装置の構成を示す図
である。本実施例は第一実施例において示した装置の変
形例を示したものであり、以下第一実施例の装置と同一
部材には同一の符号を付して説明する。図２に示すよう
に、本実施例の装置は、レーザ出射手段２０から出射さ
れたレーザビームをコリメータレンズ４０を介して平行
光束とした後（Ｐは中間結像位置）、光路中に配置され
た遮蔽板４１によって、前記光束の半分が遮蔽されて、
その残り半分は、集光レンズ４２によって集光された
後、偏光ビームスプリッタ２１に入射されるように構成
されている。次に、偏光ビームスプリッタ２１により反
射された光は、第一実施例に示した装置と同様に、結像
レンズ２２，ハーフミラー２３，１／４波長板２４及び
対物レンズ２５を透過して被測定面２６に照射されるよ
うになっている。 Second Embodiment FIG. 2 is a view showing the arrangement of the focus detection apparatus according to this embodiment. The present embodiment shows a modified example of the device shown in the first embodiment, and the same members as those of the device of the first embodiment will be described with the same reference numerals. As shown in FIG. 2, the apparatus of the present embodiment is arranged in the optical path after the laser beam emitted from the laser emission means 20 is made into a parallel light flux via the collimator lens 40 (P is an intermediate image forming position). Half of the luminous flux is shielded by the shielding plate 41,
The other half is configured to be incident on the polarization beam splitter 21 after being condensed by the condensing lens 42. Next, the light reflected by the polarization beam splitter 21 passes through the imaging lens 22, the half mirror 23, the quarter wave plate 24, and the objective lens 25, and is received by the objective lens 25 as in the device shown in the first embodiment. The measurement surface 26 is irradiated.
【００２１】被測定面２６からの反射光は、第一実施例
の装置と同様に、再度対物レンズ２５，１／４波長板２
４を透過した後、ハーフミラー２３により第一の光路と
第二の光路とに振り分けられる。そして、第一，第二の
光路に夫々配置されている結像レンズ２２，３２を透過
した後、結像レンズ２２を介した光は偏光ビームスプリ
ッタ２１を透過し、結像レンズ２２の集光点Ｑの位置に
配置された二分割受光素子４３に集光する。尚、二分割
受光素子４３は、二つの光電変換部Ａ，Ｂを備えてお
り、これらの光電変換部Ａ，Ｂは夫々受光した光量に応
じた電圧信号を出力できるようになっている。一方、結
像レンズ３２を介した光は、同様に、結像レンズ３２の
集光点Ｒの位置に配置された二分割受光素子４４に集光
する（二分割受光素子４４も二分割受光素子４３と同様
に構成されている）。これら二つの受光素子４３，４４
からの出力信号は、夫々信号処理系３０へ送出され、そ
こで演算が実行された後に、被測定面２６の変位に対応
する変位信号を得ることができるようになっている。The reflected light from the surface to be measured 26 is again the objective lens 25 and the quarter-wave plate 2 as in the apparatus of the first embodiment.
After passing through 4, the light is split into a first optical path and a second optical path by the half mirror 23. Then, after passing through the image forming lenses 22 and 32 respectively arranged in the first and second optical paths, the light passing through the image forming lens 22 passes through the polarization beam splitter 21 and is condensed by the image forming lens 22. The light is focused on the two-divided light receiving element 43 arranged at the position of the point Q. The two-divided light receiving element 43 is provided with two photoelectric conversion units A and B, and these photoelectric conversion units A and B can output a voltage signal according to the amount of received light. On the other hand, the light that has passed through the imaging lens 32 is similarly condensed on the two-divided light receiving element 44 arranged at the position of the condensing point R of the imaging lens 32 (the two-divided light receiving element 44 is also a two-divided light receiving element). 43 is configured in the same manner). These two light receiving elements 43, 44
The output signals from the respective devices are sent to the signal processing system 30, and after the calculation is executed therein, the displacement signal corresponding to the displacement of the measured surface 26 can be obtained.
【００２２】このように、本実施例の装置によっても、
第一実施例において示した装置と同様に、高倍率での変
位信号と、低倍率での変位信号とを同時に得ることがで
き、より安定した合焦判定をより広範囲に亘る領域にお
いて実現できるようになる。As described above, according to the apparatus of this embodiment,
Similar to the device shown in the first embodiment, it is possible to obtain a displacement signal at a high magnification and a displacement signal at a low magnification at the same time, so that more stable focus determination can be realized in a wider area. become.
【００２３】尚、本発明の装置は、上記各実施例におい
て示した装置構成に限定されず、被測定面からの反射光
を二つの光路に分割し、夫々の光路に設けられている受
光素子により検出され、この検出データを共通の信号処
理系により演算を行い得るように構成すれば、問題なく
上記本発明の目的を達成することが可能である。The device of the present invention is not limited to the device configuration shown in each of the above-described embodiments, and the reflected light from the surface to be measured is split into two optical paths, and light receiving elements provided in the respective optical paths. If the detection data is detected and the calculation is performed by a common signal processing system, the above object of the present invention can be achieved without any problem.
【００２４】[0024]
【発明の効果】上述のように、本発明による焦点検出装
置は、高倍率又は低倍率の双方により合焦判定を行うこ
とで、より安定した合焦判定をより広範囲に亘る領域に
おいて実現することができる。而も、本発明の装置は、
前記合焦判定を一つの検出装置によって実現できるとい
う利点を有している。As described above, the focus detection device according to the present invention realizes more stable focus determination in a wider area by performing focus determination with both high magnification and low magnification. You can Moreover, the device of the present invention is
There is an advantage that the focus determination can be realized by one detection device.
【図１】本発明の第一実施例にかかる焦点検出装置の構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a focus detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第二実施例にかかる焦点検出装置の構
成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a focus detection device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】従来の焦点検出装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional focus detection device.
【図４】（ａ）は図３に示した装置に備えられている受
光素子による出力信号の特性を示した図であり、（ｂ）
は（ａ）に示した信号に基づき信号処理系により合焦が
行われた結果を示した図である。4A is a diagram showing characteristics of an output signal by a light receiving element provided in the device shown in FIG. 3, and FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a result of focusing performed by a signal processing system based on the signal shown in FIG.
【図５】従来の焦点検出装置の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional focus detection device.
【図６】（ａ）は図５に示した焦点検出装置に備えられ
た光電変換部Ａ，Ｂから出力された電気信号ａ，ｂの特
性を示した図であり、（ｂ）はこの電気信号ａ，ｂに対
して信号処理系により演算が行われた結果生成された変
位信号の特性を示した図である。6A is a diagram showing characteristics of electric signals a and b output from photoelectric conversion units A and B provided in the focus detection device shown in FIG. 5, and FIG. It is the figure which showed the characteristic of the displacement signal produced | generated as a result of the signal processing system having calculated with respect to the signals a and b.
【図７】（ａ）及び（ｂ）は図３に示した装置における
倍率変化とその変位信号に対する効果を示した図であ
り、（ｃ）及び（ｄ）は図５に示した装置における倍率
変化とその変位信号に対する効果を示した図である。7 (a) and 7 (b) are diagrams showing a change in magnification and its effect on a displacement signal in the apparatus shown in FIG. 3, and FIGS. 7 (c) and (d) are magnifications in the apparatus shown in FIG. It is a figure showing a change and its effect on a displacement signal.
１ 半導体レーザ ２，２１ 偏光ビームスプリッタ ３，２４ １／４波長板 ４，２２，３２ 結像レンズ ５，２５ 対物レンズ ６，２６ 被測定面 ７，２７，３３ ビームプリッタ ８，２８ａ，３４ａ 第一の絞り ９，２９ａ，３５ａ 第一の受光素子 １０，２８ｂ，３４ｂ 第二の絞り １１，２９ｂ，３５ｂ 第二の受光素子 １２，３０ 信号処理系 １３，４３，４４ 二分割受光素子 １４，４０ コリメータレンズ １５，４２ 集光レンズ １６，４１ 遮蔽板 ２０ レーザ出射手段 ２３ ハーフミラー ３１ 反射ミラー 1 Semiconductor Laser 2,21 Polarization Beam Splitter 3,24 1/4 Wave Plate 4,22,32 Imaging Lens 5,25 Objective Lens 6,26 Measured Surface 7,27,33 Beam Plitter 8,28a, 34a First Diaphragm 9, 29a, 35a First light receiving element 10, 28b, 34b Second diaphragm 11, 29b, 35b Second light receiving element 12, 30 Signal processing system 13, 43, 44 Two-divided light receiving element 14, 40 Collimator lens 15, 42 Condensing lens 16, 41 Shielding plate 20 Laser emitting means 23 Half mirror 31 Reflecting mirror
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G03B 3/00 A
Claims (3)
該被測定面からの反射光を受光光学系へ導くための対物
レンズと、複数の光路を有し各々倍率が異なるレンズが
配置された受光光学系と、該受光光学系を介して入射す
る前記被測定面からの反射光の光量に対応した信号を出
力する光検出手段と、該光検出手段からの出力信号に基
づき被測定面の位置を判定するための信号を出力する信
号処理系とが備えられていることを特徴とする焦点検出
装置。1. An objective lens for radiating light from a light source toward a surface to be measured and guiding reflected light from the surface to be measured to a light receiving optical system, and a lens having a plurality of optical paths and different magnifications. A light receiving optical system arranged, a light detecting unit for outputting a signal corresponding to the amount of light reflected from the surface to be measured which is incident through the light receiving optical system, and a light receiving unit based on an output signal from the light detecting unit. A focus detection device, comprising: a signal processing system that outputs a signal for determining the position of the measurement surface.
れた絞り手段と光電変換手段とからなることを特徴とす
る請求項１に記載の焦点検出装置。2. The focus detection device according to claim 1, wherein the light detection unit includes a diaphragm unit and a photoelectric conversion unit arranged before and after the condensing point.
点に配置された分割受光素子からなることを特徴とする
請求項１に記載の焦点検出装置。3. The focus detecting device according to claim 1, wherein the light detecting means is composed of a divided light receiving element arranged at a condensing point of the imaging lens.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18143594A JPH0843717A (en) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Focus detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18143594A JPH0843717A (en) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Focus detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843717A true JPH0843717A (en) | 1996-02-16 |
Family
ID=16100730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18143594A Withdrawn JPH0843717A (en) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Focus detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843717A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000162506A (en) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Confocal microscope |
| EP0953859A3 (en) * | 1998-04-22 | 2002-09-25 | Nec Corporation | Detection of focal point by means ot two split sensors at different positions along the optical axis |
| EP2653902A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-23 | Mitutoyo Corporation | Autofocus mechanism |
-
1994
- 1994-08-02 JP JP18143594A patent/JPH0843717A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0953859A3 (en) * | 1998-04-22 | 2002-09-25 | Nec Corporation | Detection of focal point by means ot two split sensors at different positions along the optical axis |
| JP2000162506A (en) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Confocal microscope |
| US6204962B1 (en) | 1998-11-30 | 2001-03-20 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Confocal microscope |
| EP2653902A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-23 | Mitutoyo Corporation | Autofocus mechanism |
| US9031399B2 (en) | 2012-04-17 | 2015-05-12 | Mitutoyo Corporation | Autofocus mechanism |
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