JPS63199310A - Method and apparatus for contactless automatic multi-point focus positioning - Google Patents
Method and apparatus for contactless automatic multi-point focus positioningInfo
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- JPS63199310A JPS63199310A JP3143787A JP3143787A JPS63199310A JP S63199310 A JPS63199310 A JP S63199310A JP 3143787 A JP3143787 A JP 3143787A JP 3143787 A JP3143787 A JP 3143787A JP S63199310 A JPS63199310 A JP S63199310A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は測定光束として偏光He−Neレーザ光線を
利用した非接触多点自動焦点位置決め方法及び装置に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a non-contact multi-point automatic focus positioning method and apparatus using a polarized He--Ne laser beam as a measurement light beam.
〈従来の技術〉
様々なサイズ・形状・物性を有する対象物へ、光学的に
非接触で焦点位置合わせすることは、技術的に難しい問
題である。しかし、その非接触焦点位置合わせ技術の用
途が非常に多くあることから、今でも多くの学者が研究
を重ねている課題である。<Prior Art> Optically and non-contact focusing on objects having various sizes, shapes, and physical properties is a technically difficult problem. However, since there are so many uses for this non-contact focusing technology, it is still a subject that many scholars are researching.
例えば、この非接触焦点位置合わせ技術の応用用途して
は、主に以下のようなものがある。For example, the main applications of this non-contact focusing technology are as follows.
■ 対物レンズを移動させて焦点を合わせるよウニし、
且つその対物レンズをそのまま顕微鏡や望遠鏡などの光
学機器の対物レンズとして兼用すれば、それら光学機器
の自動焦点合わせ(オートフォーカス)を行える。■ Move the objective lens to focus,
Moreover, if the objective lens is used as it is as an objective lens for optical instruments such as a microscope or a telescope, automatic focusing of these optical instruments can be performed.
■ 対物レンズを移動させて焦点合わせを行うようにし
、その対物レンズの移動量をエンコーダ等により数値化
すれば、その数値より対象物から対物レンズまでの距離
を非接触で計測することができると共に、三次元測定器
の非接触センサー、液体表面の自動変位測定としても応
用することができる。■ If the objective lens is moved to focus, and the amount of movement of the objective lens is quantified using an encoder, etc., the distance from the object to the objective lens can be measured without contact. It can also be applied as a non-contact sensor for three-dimensional measuring instruments, and automatic displacement measurement of liquid surfaces.
■ 対象物の位置(距離)合わせを行えるので、各種部
品(対象物)の所定位置への位置決め・設置を正確且つ
迅速に行うことができる。- Since the position (distance) of objects can be adjusted, various parts (objects) can be positioned and installed at predetermined positions accurately and quickly.
■ 上記の位置(距離)合わせを、1部品(対象物)で
複数ポイント同時に行°えば、その部品の傾斜度(垂直
度)を正確に設定することができ名。■ If you perform the above position (distance) alignment at multiple points on one part (object) at the same time, you can accurately set the inclination (verticality) of that part.
■ 反射対象物(対象物)と対物レンズ゛との間に透明
体を介在させ、その時の対物レンズの移動量と、その透
明体の屈折率から、その透明体の厚さを非接触で測定す
ることができる。■ A transparent body is interposed between the reflective object (object) and the objective lens, and the thickness of the transparent body is measured without contact based on the amount of movement of the objective lens at that time and the refractive index of the transparent body. can do.
そして、本発明者はこのように有用性の弗素に高い技術
的課題を長年にわたって鋭意研究をしてきた結果として
、先に非接触自動位置合わせ装置(特願昭60−214
773号参照)を提案した。As a result of many years of intensive research into technical issues related to the usefulness of fluorine, the present inventor has developed a non-contact automatic positioning device (Japanese Patent Application No. 60-214).
773)).
〈発明が解決しようとする問題点〉 □しかしな
がら、この先の提案は対象物上の1箇所だけに焦点に合
わせるためのものであり、対物レンズからの距離が互い
に異なる焦点目標(目標部位)が1つの対象物中に複数
ある場合には、対象物或いは装置のいずれかを各箇所に
応じて横方向へ移動:し、個々の目標部位に対して焦点
位置合わせを行わな゛ければならなかった。特に非接触
自動位置合わせ装置を顕微鏡等に組み合わせて自動焦点
位置合わせ(オートフォーカス)を行わせる場合、いっ
たん固定した視野の中で、複数の目標部位を次々に焦点
位置合わせすることは不可能であった。例えば、半導体
製品やプラスチック製品の予め決まった凸凹のある複数
箇所を、前記顕微鏡により順に目視検査する場合などは
、その都度対象物或いは装置をその検査箇所に応じて横
方向(見ている方向に対して横方向、つまり近接・離反
方向に対する直角方向)へ移動して、検査箇所(目標部
位)を顕微鏡の視野の真ん中に位置させなければ、焦点
が合わなかった。<Problem to be solved by the invention> □However, the above proposal is for focusing only on one location on the object, and the focus targets (target locations) at different distances from the objective lens are If there are multiple targets in one target, either the target or the device must be moved laterally depending on each location, and focus positioning must be performed on each individual target location. . In particular, when a non-contact automatic positioning device is combined with a microscope etc. to perform automatic focus positioning (autofocus), it is impossible to focus on multiple target areas one after another within a once fixed field of view. there were. For example, when visually inspecting multiple locations of a semiconductor product or plastic product that have predetermined unevenness using the microscope, each time the object or device is moved laterally (in the direction of viewing) depending on the inspection location. On the other hand, the microscope had to move laterally (that is, perpendicular to the approaching and separating directions) to position the inspection area (target area) in the center of the field of view of the microscope, otherwise it would not be in focus.
そこで、本発明者は対象物或いは装置を横方向に移動さ
せることなく、対象物における複数の目標部位に対して
個々に焦点位置合わせすることができる非接触多点自動
焦点位置決め装置を開発すべく、研究を更に進めた結果
、本発明(装置)を知見するに至ったものである。Therefore, the present inventor aimed to develop a non-contact multi-point automatic focus positioning device that can individually focus on multiple target parts of an object without moving the object or the device laterally. As a result of further research, the present invention (device) was discovered.
〈問題点を解決するための手段〉
上記の目的を達成するための本発明の構成を第1図(A
) (B) (C)〜第3図(A) (B)(C)に基
づいて示す。<Means for solving the problems> The configuration of the present invention to achieve the above object is shown in Figure 1 (A
) (B) (C) to FIG. 3 (A) (B) (C).
第1発明(特許請求の範囲第1項記載の発明)に係る非
接触多点自動焦点位置決め方法は、レーザ機構1X〜1
zから選択的に発した各測定光束11〜13としての偏
光He−Neレーザ光線を、対象物10表面に複数設定
した各目標部位X〜Zへ照射すべく、各第1ミラー2X
〜2Zにて所定角度方向へ反射し、
各第1ミラーにて反射された各測定光束を、第2ミラー
3で反射した後に、対物レンズ4により屈折させて対象
物へ照射せしめ、
対象物で反射され再度対物レンズにて屈折された各測定
光束を、結像レンズ4にて各光軸14X〜14Z上に結
像させ、
結像レンズを経た各測定光束を、対応する各光位置検出
器8X〜8Zにて受光し、
各測定光束が各光位置検出器のセンサー中心18X〜1
8Z以外で受光された際に発せられる位置信号に応じて
、少なくとも対象物又は対物レンズのいずれかを移動さ
せ、各目標部位と対物レンズとの距離りを各目標部位ご
と対物レンズの焦点距離Fに合致せしめるものであって
、
前記距離りが焦点距離Fに合致した状態において、前記
第2ミラーにて反射された各測定光束11C112c、
13cと、対象物で反射され対物レンズにて再度屈折さ
れた各測定光束11f、12f、13fの両方が、互い
に焦点p1と対物レンズの中心点19と各センサー中心
との3点を通過する各光軸14X〜14Zに対して平行
であるものである。The non-contact multi-point automatic focus positioning method according to the first invention (the invention described in claim 1) includes laser mechanisms 1X to 1.
Each of the first mirrors 2
〜2Z in a predetermined angle direction, each measurement light beam reflected by each first mirror is reflected by the second mirror 3, and then refracted by the objective lens 4 and irradiated onto the target object. Each measurement light beam that has been reflected and refracted by the objective lens is imaged on each optical axis 14X to 14Z by the imaging lens 4, and each measurement light beam that has passed through the imaging lens is transmitted to each corresponding optical position detector. Light is received at 8X to 8Z, and each measurement light beam is centered at 18X to 1 at the sensor center of each optical position detector.
According to the position signal emitted when light is received at a position other than 8Z, at least either the target object or the objective lens is moved, and the distance between each target part and the objective lens is determined by the focal length F of the objective lens for each target part. In a state where the distance matches the focal length F, each measurement light beam 11C112c reflected by the second mirror,
13c and each measurement light beam 11f, 12f, 13f reflected by the object and refracted by the objective lens, each passing through three points: the focal point p1, the center point 19 of the objective lens, and the center of each sensor. It is parallel to the optical axes 14X to 14Z.
第2発明(特許請求の範囲第2項記載の発明)に係る非
接触多点自動焦点位置決め方法は、測定光束11〜13
としての偏光He−Neレーザ光線を選択的に発するレ
ーザ機構IX〜IZと、該レーザ機構から発せられた各
測定光束を、対象物10表面に複数設定した各目標部位
X〜Zへ照射すべく、該各目標部位に応じた各所定角度
方向へ反射する第1ミラー2X〜2Zと、該第1ミラー
にて反射された各測定光束を、対象物側へ反射する第2
ミラー3と、
該第2ミラーにて反射された測定光束を屈折して対象物
に照射せしめると共に、対象物で反射された測定光束を
再度屈折する対物レンズ4と、該対物レンズにて屈折さ
れた各測定光束を、屈折して各光軸上14X〜14Zに
結像させる結像レンズ5と、
対象物の各目標部位に各々対応して設けられ、前記結像
レンズを経た各測定光束を、各センサー中心18X〜1
8Z以外で受光した場合に、その受光位置に応じた位置
信号を発する光位置検出器8X〜8Zと、
該光位置検出器からの位置信号に応じて、少なくとも対
象物又は対物レンズのいずれがを移動させ、各目標部位
と対物レンズとの距離りを各目標部位ごと対物レンズの
焦点距離Fに合致せしめる焦点位置合わせ機構と、を備
えるものであって、前記距離りが焦点距離Fに合致した
状態において、前記第2ミラーにて反射された各測定光
束11c、12c、13cと、対象物で反射され対物レ
ンズにて再度屈折された各測定光束11f、12f、1
3fの両方が、互いに焦点p1と対物レンズの中心点1
9と各センサー中心との3点を通過する各光軸14X〜
14Zに対して平行であるものである。The non-contact multi-point automatic focus positioning method according to the second invention (the invention described in claim 2) includes measuring light beams 11 to 13.
laser mechanisms IX to IZ that selectively emit polarized He-Ne laser beams, and each measurement light beam emitted from the laser mechanisms to irradiate each target region X to Z set in plurality on the surface of the object 10. , first mirrors 2X to 2Z that reflect in each predetermined angular direction according to each target region, and a second mirror that reflects each measurement light beam reflected by the first mirror toward the object side.
a mirror 3; an objective lens 4 that refracts the measurement light beam reflected by the second mirror to irradiate the object; and an objective lens 4 that refracts the measurement light beam reflected by the object; an imaging lens 5 that refracts each measurement light beam and forms an image on each optical axis from 14X to 14Z; , each sensor center 18X~1
Optical position detectors 8X to 8Z that emit a position signal according to the light receiving position when light is received at a position other than 8Z; and a focus positioning mechanism that moves the distance between each target part and the objective lens to match the focal length F of the objective lens for each target part, and the distance matches the focal length F. In this state, the measurement light beams 11c, 12c, 13c reflected by the second mirror and the measurement light beams 11f, 12f, 1 reflected by the object and refracted by the objective lens.
Both of 3f are mutually focused at the focal point p1 and the center point 1 of the objective lens.
Each optical axis 14X passes through three points: 9 and the center of each sensor
It is parallel to 14Z.
〈実 施 例〉
O
以下、この発明(第1発明及び第2発明)の一実施例を
第1図(A)(B)(C)〜第4図に示した装置に基づ
いて説明する。<Example> O An example of the present invention (first invention and second invention) will be described below based on the apparatus shown in FIGS. 1(A), (B), and (C) to FIG. 4.
この実施例に係る非接触多点自動焦点位置決め装置は、
3′台のレーザ機構LX〜IZ、第1ミラー2X〜2Z
、第2ミラー3、対物レンズ4、結像レンズ5、フィル
ドレンズ6、拡大レンズ7.3つの光位置検出器8X〜
8Z、焦点位置合わせ機構9を備えている。そして、1
0は対象物で、その表面に対物レンズ4からの距離りが
互いに異なる目標部位x、y、zを備えている。The non-contact multi-point automatic focus positioning device according to this embodiment is as follows:
3' laser mechanisms LX to IZ, first mirrors 2X to 2Z
, second mirror 3, objective lens 4, imaging lens 5, filled lens 6, magnifying lens 7. Three optical position detectors 8X~
8Z and a focus positioning mechanism 9. And 1
0 is an object, and its surface is provided with target parts x, y, and z at different distances from the objective lens 4.
レーザ機構IX〜IZは、各々測定光束11〜13とし
ての偏光He−Neレーザ光線、つま□り偏光されたH
e−N’eレーザ光線を発するもので、それぞれ対象物
10の各目標部位x、y、zに対応して設けられである
。そして、このレーザ機構IX〜IZは、図示せぬスイ
ッチにより、任意のものだけ測定光束11〜13を発す
ることができる。The laser mechanisms IX-IZ each receive polarized He-Ne laser beams as measuring beams 11-13, i.e. polarized H
They emit e-N'e laser beams, and are provided corresponding to each target region x, y, z of the object 10, respectively. The laser mechanisms IX to IZ can emit any measurement light beams 11 to 13 by means of a switch (not shown).
第1麺ラー2X〜2Zは、それぞれ各レーザ機構IX〜
IZの出口側に配され、各レーザ機構1X〜1Zから発
せられた測定光束11〜13を、所定の角度で反射でき
るようになっ□ている。従って、各第1ミラー2X〜2
Zは、それぞれ別々の傾斜角度を有している。The first noodle rollers 2X to 2Z each have a laser mechanism IX to
It is disposed on the exit side of the IZ and is capable of reflecting the measurement light beams 11 to 13 emitted from the respective laser mechanisms 1X to 1Z at a predetermined angle. Therefore, each first mirror 2X~2
Z has different inclination angles.
第2ミラー3は、ハーフミラ−で、前記第1ミラー2X
〜2Zにて反射された測定光束11〜13を、それぞれ
対象物10側にある対物レンズ4へ向けて反射する。The second mirror 3 is a half mirror, and the first mirror 2X
The measurement light beams 11 to 13 reflected at ~2Z are each reflected toward the objective lens 4 on the object 10 side.
対物レンズ4は、前記第2ミラー3にて反射された測定
光束11〜13を屈折してから対象物10へ向けて照射
させ、そして対象物10の表面で反射された測定光束1
1〜13を再度屈折するものである。また、この対物レ
ンズ4は後述する焦点位置合わせ機構9により、対象物
10に対して近接・離反自在に移動するようにされてい
るものである。The objective lens 4 refracts the measurement light beams 11 to 13 reflected by the second mirror 3 and irradiates the measurement light beams 11 to 13 toward the object 10, and the measurement light beam 1 reflected from the surface of the object 10.
1 to 13 are refracted again. Further, the objective lens 4 is configured to be able to move toward and away from the object 10 by a focus positioning mechanism 9, which will be described later.
結像レンズ5は、対物レンズ4にて屈折された測定光束
11〜13を再度屈折し、後述する各光軸14X〜14
Z上で結像させるものである。The imaging lens 5 refracts the measurement light beams 11 to 13 refracted by the objective lens 4, and aligns them with optical axes 14X to 14, which will be described later.
This is to form an image on the Z.
フィルドレンズ6は、前記結像レンズ5にて屈折された
測定光束11〜13を更に屈折し、各測定光束11〜1
3が光軸14X−14Zから余り離反しないようにして
、拡大レンズ7へと導くものである。The filled lens 6 further refracts the measurement light beams 11 to 13 refracted by the imaging lens 5, and each measurement light beam 11 to 1
3 is guided to the magnifying lens 7 in such a way that it does not deviate too far from the optical axis 14X-14Z.
拡大レンズ7は、フィルドレンズ6にて屈折された測定
光束11〜13を更に屈折して、光位置検出器8X〜8
Zへと導くものである。尚、フィルドレンズ6で屈折さ
れた測定光束11〜13が必ず拡大レンズ7にて屈折さ
れるように、結像レンズ5とフィルドレンズ6との距離
11と、フィルドレンズ6と拡大レンズ′7との距離1
2の関係は、1#!1+1#!2=1/fとなっている
。The magnifying lens 7 further refracts the measurement light beams 11 to 13 refracted by the filled lens 6, and transmits them to the optical position detectors 8X to 8.
It leads to Z. Note that the distance 11 between the imaging lens 5 and the filled lens 6 and the distance between the filled lens 6 and the magnifying lens '7 are adjusted so that the measurement light beams 11 to 13 refracted by the filled lens 6 are always refracted by the magnifying lens 7. distance 1
The relationship between 2 is 1#! 1+1#! 2=1/f.
ここで、fはフィルドレンズ6の焦点距離である。Here, f is the focal length of the filled lens 6.
光位置検出器8X〜8Zとしては、それぞれ上側ホトセ
ンサー15X〜15Z、下側ホトセンサー16X〜16
Zより構成されたホトダイオード(PD)を採用した。The optical position detectors 8X to 8Z include upper photosensors 15X to 15Z and lower photosensors 16X to 16, respectively.
A photodiode (PD) composed of Z was adopted.
このホトダイオード(PD)は、画像上で走査を行わず
入射光の位置情報を含んだ位置信号を得ることができ、
COD、MO8等の固体撮像素子に比べて、より高い分
解能を持ち高いサンプリンググレードを得ることができ
る。尚、ホトダイオード(PD)の代わりに半導体装置
検出器(PSD)を使用することもできる。拡大レンズ
7通過後の測定光束11〜13を、専のセンサー中心1
8X〜18Zで受光した際には位置信号をいっさい発し
ないが、センサー中心18X〜18Zからどちらか一方
にズして、上側ホトセンサー15X〜15Z、下側ホト
センサー16X〜16Zのいずれかで受光した際には、
後述する焦点位置合わせ機構9へ位置信号を発するよう
になっている。つまり、上側ホトセンサー15X〜15
Zは、対象物10と対物レンズ4との距離りを小さくす
る信号を焦点位置合わせ機構9へ伝え、下側ホトセンサ
ー16X〜16Zはその距離りを大きくする位置信号を
伝えるようになっている。This photodiode (PD) can obtain a position signal containing position information of incident light without scanning the image.
Compared to solid-state imaging devices such as COD and MO8, it has higher resolution and can obtain a higher sampling grade. Note that a semiconductor device detector (PSD) can also be used instead of a photodiode (PD). The measurement light beams 11 to 13 after passing through the magnifying lens 7 are sent to the center of a dedicated sensor 1.
When light is received at 8X to 18Z, no position signal is emitted, but the light is shifted to either side from the sensor center 18X to 18Z and received by either the upper photosensor 15X to 15Z or the lower photosensor 16X to 16Z. When you do,
A position signal is sent to a focus positioning mechanism 9, which will be described later. In other words, the upper photo sensor 15X~15
Z transmits a signal that reduces the distance between the object 10 and the objective lens 4 to the focus positioning mechanism 9, and the lower photosensors 16X to 16Z transmit a position signal that increases the distance. .
焦点位置合わせ機構9としては、サーボ回路によってモ
ータを駆動させる非常に動作スピードの速い「サーボ機
構」を採用した。そして、この実施例において、図示は
しないが焦点位置合わせ機構9は対物レンズ4に接続し
てあり、この対物レンズ4を移動させることにより光位
置検出器8X〜8Zからの位置信号に応じて、対象物1
0と対物レンズ4との距離りを調整でき、対象物10表
面の各目標部位X−Xに測定光束11〜13の焦点p1
を合致するようになっている。つまり、各目標部位X〜
Zと対物レンズ4との距離りを冬目tM 部位X−zご
と対物レンズ4の焦点距離Fに合致せしめるようになっ
ている。尚、この焦点位置合わせ機構9は、対象物10
の方を移動させることもできるし、対物レンズ4と対象
物10の両方を移動させることもできる。As the focus positioning mechanism 9, a ``servo mechanism'' with an extremely fast operating speed, in which a motor is driven by a servo circuit, is employed. In this embodiment, although not shown, the focus positioning mechanism 9 is connected to the objective lens 4, and by moving the objective lens 4, according to the position signals from the optical position detectors 8X to 8Z, Object 1
The distance between 0 and the objective lens 4 can be adjusted, and the focal point p1 of the measurement light beams 11 to 13 can be adjusted to each target region XX on the surface of the object 10.
It is designed to match. In other words, each target region
The distance between Z and the objective lens 4 is made to match the focal length F of the objective lens 4 for each part Xz. Note that this focus positioning mechanism 9
The objective lens 4 and the object 10 can both be moved.
この非接触多点自動焦点位置決め装置は、以上のような
全体構造をしており、対象物10における目標部位Xの
焦点位置合わせを行う際には、レーザ機構IX、第1ミ
ラー2X、光位置検出器8Xを使用し、他の目標部位Y
の焦点位置合わせを行う際には、レーザ機構IY、第1
ミラー2Y、光位置検出器8Yを使用し、更に他の目標
部位Zの焦点位置合わせを行う際には、レーザ機構IZ
、第1ミラー2Z、光位置検出器8Zを各々使用するよ
うになっている。そして、各目標部位X〜Zの焦点位置
合わせを行う際に、各目標部位X〜Zおける測定光束1
1〜13の焦点p1と、対物レンズ4の中心点19と、
対応する各光位置検出器8X〜8Zのセンサー中心18
X〜18Zとの3点を通過する各光軸14X〜142が
、各目標部位X〜Zに応じて形成されるものである。This non-contact multi-point automatic focus positioning device has the overall structure as described above, and when performing focus positioning of the target region X on the object 10, the laser mechanism IX, the first mirror 2X, the optical position Using detector 8X, other target area Y
When performing focus positioning of the laser mechanism IY, the first
When using the mirror 2Y and the optical position detector 8Y to perform focal positioning of another target region Z, the laser mechanism IZ
, a first mirror 2Z, and an optical position detector 8Z. Then, when performing focal position alignment of each target region X to Z, the measurement light flux 1 at each target region X to Z is
The focal points p1 of 1 to 13, the center point 19 of the objective lens 4,
Sensor center 18 of each corresponding optical position detector 8X to 8Z
Each of the optical axes 14X to 142 passing through three points X to 18Z is formed according to each target region X to Z.
次に、作用を説明する。Next, the effect will be explained.
まず、各目標部位X〜Zにおいて、それぞれ焦点位置合
わせが行なえる仕組みを基本的作用として各目標部位X
〜Zごと順次説明する。そして、その後に、本装置を顕
微鏡のオートフォーカス機構として利用した実際の操作
例を具体的作用として説明する。First, each target region
~Z will be explained one by one. After that, an actual operation example in which the present device is used as an autofocus mechanism of a microscope will be explained as a concrete operation.
□ 基本的作用 □
目標。位Xの場合〔第1(A)図〜第1(C)尚、以下
測定光束11を光路順に沿ってlla、11b、11c
m・・−として説明するものとする。□ Basic action □ Goal. In the case of position
It shall be explained as m...-.
(a)焦点が合っている状態
第1図(A)は焦点が合っている状態を示している。最
初に対物レンズ4と目標部位Xとの距離りが、対物レン
ズ4の焦点距離Fと合致している場合を説明する。まず
、レーザ機構IXにて光軸14Xと平行に発せられた測
定光束11aは、第1ミラー2Xにて直角に反射され、
光軸14Xと直角な測定光束11bとなる。この測定光
束11bはハーフミラ−である他の第1ミラー2Y、2
Zを透過して第2ミラー3へ当たり、そこで反射されて
光軸14Xと平行な測定光束11cになる。(a) State in focus FIG. 1(A) shows a state in focus. First, a case will be described in which the distance between the objective lens 4 and the target site X matches the focal length F of the objective lens 4. First, the measurement light beam 11a emitted by the laser mechanism IX in parallel to the optical axis 14X is reflected at right angles by the first mirror 2X,
The measurement light beam 11b is perpendicular to the optical axis 14X. This measurement light beam 11b is applied to the other first mirrors 2Y, 2 which are half mirrors.
It passes through Z and hits the second mirror 3, where it is reflected and becomes a measurement light beam 11c parallel to the optical axis 14X.
この測定光束11cは次に対物レンズ4にて屈折され、
測定光束Lidとなって対象物10の目標部位Xに照射
される。この時、対物レンズ4と目標部位Xとの距離り
は、対物レンズ4の焦点距離Fとなっているので、測定
光束lidの焦点p1は、目標部位Xと合致している。This measurement light beam 11c is then refracted by the objective lens 4,
The measurement light flux Lid is irradiated onto the target region X of the object 10. At this time, the distance between the objective lens 4 and the target site X is the focal length F of the objective lens 4, so the focal point p1 of the measurement light beam lid matches the target site X.
測定光束11dは、目標部位Xにおいて入射角−反射角
の原則により反射されて測定光束lieとなり、再度対
物レンズ4にて屈折される。この対物レンズ4にて屈折
された測定光束11fは、再び光軸14Xと平行な方向
へ導かれ、ハーフミラ−である第2ミラー3を透過した
のち結像レンズ5にて屈折される。結像レンズ5にて屈
折された測定光束11gは、フィルドレンズ6の中心点
20の位置に相当する光軸14X上で結像点p2を形成
した後、測定光束11hとなって拡大レンズ7へと導か
れる。The measurement light beam 11d is reflected at the target site X according to the principle of incident angle-reflection angle, becomes a measurement light beam lie, and is refracted by the objective lens 4. The measurement light beam 11f refracted by the objective lens 4 is guided again in a direction parallel to the optical axis 14X, passes through the second mirror 3 which is a half mirror, and is then refracted by the imaging lens 5. The measurement light flux 11g refracted by the imaging lens 5 forms an imaging point p2 on the optical axis 14X corresponding to the position of the center point 20 of the filled lens 6, and then becomes a measurement light flux 11h to the magnifying lens 7. I am guided.
このとき測定光束11gはフィルドレンズ6の中心点2
0を通過ことから、屈折による方向変更なしに測定光束
11hとなって拡大レンズ7へ導かれる。そして、拡大
レンズ7にて屈折された測定光束11iは、光位置検出
器8Xのセンサー中心18Xにて受光される。このよう
にセンサー中心1’ 8 Xで測定光束11iを受光し
ている状態が、焦点の合っている状態で、この場合には
、光位置検出器8Xに接続されている焦点位置合わせ機
構9は作動せず、対物レンズ4を何ら移動させない。At this time, the measurement light beam 11g is at the center point 2 of the filled lens 6.
0, it becomes a measurement light beam 11h and is guided to the magnifying lens 7 without changing its direction due to refraction. The measurement light beam 11i refracted by the magnifying lens 7 is received at the sensor center 18X of the optical position detector 8X. The state in which the measurement light beam 11i is received at the sensor center 1' 8X in this way is the focused state, and in this case, the focus positioning mechanism 9 connected to the optical position detector 8X is It does not operate and does not move the objective lens 4 at all.
(b)対物レンズが遠い状態
第1図(B)図は、目標部位Xと対物レンズ4との距離
りが、対物レンズ4の焦点距離Fより大きい場合を示し
ている。(b) State where the objective lens is far away FIG. 1(B) shows a case where the distance between the target region X and the objective lens 4 is larger than the focal length F of the objective lens 4.
まず、レーザ機構1から発せられた測定光束11aが対
物レンズ4にて屈折されるまでは、先の(a)の場合と
同様であるが、対物レンズ4で屈折された測定光束li
dは光軸14X上で目標部位Xに当たらず、光軸14X
より上方の別の反射位置21に当たって反射される。そ
して、この反射位置21が対物レンズ4による測定光束
lidの焦点p1よりも遠いことから、測定光束lie
は先の(a)の場合よりも対物レンズ4の外周側で屈折
され、光軸14Xとは平行でない(光軸14Xに接近し
ようとする)測定光束11fとなって結像レンズ5以降
へ導かれる。そして、最終的に光位置検出器8Xの上側
ホトセンサー15Xにて受光され、焦点位置合わせ機構
9がこの上側ホトセンサー15Xからの位置信号により
、対物レンズ4をA側へ移動させる。そして、対物レン
ズ4による測定光束lidの焦点p1が目標部位Xに合
致した時点、すなわち測定光束11iが光位置検出器8
Xのセンサー中心18Xで受光された時点で、対物レン
ズ4の焦点位置合わせ機構9によるA側への移動は終了
する。この時の対物レンズ4の位置は前記(a)と同じ
位置である。First, the process until the measurement light beam 11a emitted from the laser mechanism 1 is refracted by the objective lens 4 is the same as in the previous case (a), but the measurement light beam li refracted by the objective lens 4
d does not hit the target part X on the optical axis 14X,
It hits another reflection position 21 higher up and is reflected. Since this reflection position 21 is farther than the focal point p1 of the measurement light flux lid by the objective lens 4, the measurement light flux lie
is refracted closer to the outer periphery of the objective lens 4 than in the previous case (a), becomes a measurement light beam 11f that is not parallel to the optical axis 14X (tries to approach the optical axis 14X), and is guided to the imaging lens 5 and beyond. It will be destroyed. The light is finally received by the upper photosensor 15X of the optical position detector 8X, and the focus positioning mechanism 9 moves the objective lens 4 to the A side based on the position signal from the upper photosensor 15X. Then, when the focal point p1 of the measurement light flux lid by the objective lens 4 coincides with the target region X, that is, the measurement light flux 11i is detected by the optical position detector 8.
When light is received at the X sensor center 18X, the movement of the objective lens 4 toward the A side by the focus positioning mechanism 9 ends. The position of the objective lens 4 at this time is the same as in (a) above.
(C)対物レンズが対象物に近づいて状態第1図(C)
は、目標部位Xと対物レンズ10との距離りが、対物レ
ンズ4の焦点距離Fより小さい場合を示している。この
場合は、測定光束11eが先の(ハ)とは逆に測定光束
lidが光軸14Xより下側の別の反射位置2Zで反射
され、そして先の(a)の場合よりも対物レンズ4の内
側(光軸14X側)で屈折され、光軸14Xとは平行で
ない(光軸14Xから離反しようとする)測定光束11
fとなって結像レンズ5以降へ導かれる。そして、最終
的に光位置検出器8Xの下側ホトセンサー16Xにて受
光され、焦点位置合わせ機構9がこの下側ホトセンサー
16Xからの位置信号により、対物レンズ4をB側へ移
動させる。そして、対物レンズ4による測定光束lid
の焦点p1が目標部位Xに合致した時点、すなわち対物
レンズ4が先の(a)と同じ位置にきた時に対物レンズ
4の移動は終了する。(C) State where the objective lens approaches the object (Figure 1)
shows a case where the distance between the target region X and the objective lens 10 is smaller than the focal length F of the objective lens 4. In this case, contrary to the previous case (c), the measurement light beam 11e is reflected at another reflection position 2Z below the optical axis 14X, and the measurement light beam 11e is reflected by the objective lens 4 more than in the previous case (a). The measurement light beam 11 is refracted inside (on the optical axis 14X side) and is not parallel to the optical axis 14X (trying to move away from the optical axis 14X).
f and is guided to the imaging lens 5 and beyond. The light is finally received by the lower photosensor 16X of the optical position detector 8X, and the focus positioning mechanism 9 moves the objective lens 4 toward the B side based on the position signal from the lower photosensor 16X. Then, the measurement light flux lid by the objective lens 4
The movement of the objective lens 4 ends when the focal point p1 matches the target region X, that is, when the objective lens 4 comes to the same position as in (a) above.
以上にように、対物レンズ4の位置が正規の焦点位置か
らズしていても、゛自動的に修正・是正できるようにな
っている。As described above, even if the position of the objective lens 4 deviates from the normal focal position, it can be automatically corrected and corrected.
標 立Yの場合〔第2(A)図〜第2(C)図、第4図
(a)焦点が合っている状態
第2(A)図は焦点が合っている状態である。In the case of elevation Y [Figs. 2(A) to 2(C), Fig. 4(a): In-focus state; Fig. 2(A) shows the in-focus state.
レーザ機構IYから発せられた測定光束12aは、第1
ミラー2Yにて反射され、目標部位Xの場合の測定光束
11bとは角度q分だけズした方向から測定光束12b
として第2ミラー3へ当たる。The measurement light beam 12a emitted from the laser mechanism IY is
The measurement light beam 12b is reflected by the mirror 2Y and is from a direction shifted by an angle q from the measurement light beam 11b for the target site X.
As a result, the second mirror 3 is hit.
そして、この角度αの違いにより、第2ミラー3にて反
射された測定光束12cは、この目標部位Yにおける光
軸14Yと平行な方向へ導かれ、先の目標部位Xの場合
と同様に、対物レンズ4を経て目標部位Yにて反射され
、そして再度対物レンズ4にて屈折され光軸14Yと平
行な測定光束11fとなる。この測定光束11fは、結
像レンズ5を経て、フィルドレンズ6中における光軸1
4Y上において結像点p2を形成し、そのまま拡大2ル
レンズ7を経て光位置検出器8Yのセンサー中心18Y
にて受光される。Due to this difference in angle α, the measurement light beam 12c reflected by the second mirror 3 is guided in a direction parallel to the optical axis 14Y at this target site Y, and as in the case of the target site X, It passes through the objective lens 4, is reflected at the target site Y, and is refracted by the objective lens 4, becoming a measurement light beam 11f parallel to the optical axis 14Y. This measurement light beam 11f passes through the imaging lens 5 and passes through the optical axis 1 in the filled lens 6.
An image forming point p2 is formed on the optical position detector 8Y through the magnifying lens 7, and then the image forming point p2 is formed on the optical position detector 8Y at the sensor center 18Y.
The light is received at
この目標部位Yの場合、前述の如く対物レンズ4と結像
レンズ5との間の測定光束12c、12rが互いに光軸
14Yに対して平行関係にあることから、測定光束12
dの焦点p1が合っている状態においては、第4図に示
されるように、目標部位Yを別の位置Y”に平行移動さ
せても、対物レンズ4が焦点距離Fを隔てた状態のまま
追従して移動するので、焦点p1にて反射された測定光
束11gは常に同じ位置に結像点p2を形成し、拡大レ
ンズ7を経た測定光束12iは光位置検出器8Yのセン
サー中心18Yにて受光される。つまり、先の光軸14
Xから焦点p1までの距離23と、光軸14Xから結像
点p2までの距離I!、4との比は不変である。従って
、対物レンズ4からの距離が異なるどのような目標部位
Y°に対しても焦点位置合わせを行うことができる。こ
のことは、一方で対物レンズ4に対して対象物10が全
体的に接近或いは離反しようが、必ず目標部位Yに焦点
位置合わせを行えることも示している。従って、この対
象物10とは異なった目標部位を有する別の対象物に対
して焦点位置合わせを行うに際しても、この装置をその
まま使用することができるし、対物レンズ4でなく対象
物10の方を焦点位置合わせ機構9で移動させる際にも
支障はない。この点は本発明の最大の特徴点であり、こ
のことは先の目標部位X、又は後述する目標部位Zの場
合についても同様のことである。In the case of this target region Y, since the measurement light beams 12c and 12r between the objective lens 4 and the imaging lens 5 are parallel to each other with respect to the optical axis 14Y as described above, the measurement light beam 12
In a state where the focal point p1 of d is in focus, as shown in FIG. Since the measurement light beam 11g is reflected at the focal point p1, it always forms an imaging point p2 at the same position, and the measurement light beam 12i that has passed through the magnifying lens 7 is at the sensor center 18Y of the optical position detector 8Y. The light is received.In other words, the optical axis 14
The distance 23 from X to the focal point p1 and the distance I from the optical axis 14X to the imaging point p2! , 4 remains unchanged. Therefore, the focal position can be adjusted for any target portion Y° having a different distance from the objective lens 4. On the other hand, this also shows that regardless of whether the object 10 approaches or moves away from the objective lens 4 as a whole, the focus can always be aligned on the target region Y. Therefore, even when performing focus positioning on another object having a different target region from this object 10, this device can be used as is, and it is possible to use the object 10 instead of the objective lens 4. There is no problem when moving the focus positioning mechanism 9. This point is the most distinctive feature of the present invention, and the same applies to the target region X described above or the target region Z described later.
(b)対物レンズが遠い状態
そして、第2図(B)に示す如く、目標部位Yと対物レ
ンズ4との距離りが、対物レンズ4の焦点距離Fより大
きい場合には、前記目標部位Xの場合と同様に、測定光
束12iが上側ホトセンサー15Yにて受光されるので
、対物レンズ4をA側へ移動させ、対物レンズ4による
測定光束12dの焦点p1と目標部位Yとを合致させる
。(b) State where the objective lens is far away. Then, as shown in FIG. 2(B), if the distance between the target region Y and the objective lens 4 is larger than the focal length F of the objective lens 4, As in the case of , the measurement light beam 12i is received by the upper photosensor 15Y, so the objective lens 4 is moved to the A side, and the focal point p1 of the measurement light beam 12d by the objective lens 4 is made to coincide with the target region Y.
(C)対物レンズが対象物に近づいている状態そして、
第2図(C)に示す如く、目標部位Yと対物レンズ4と
の距離りが、対物レンズ4の焦点距MFより小さい場合
は、先の(ハ)とは逆に測定光束12+が下側ホトセン
サー16Yにて受光されるので、対物レンズ4をB側へ
移動させ、対物レンズ4による測定光束12dの焦点・
plと目標部位Yとを合致させる。(C) A state in which the objective lens approaches the object, and
As shown in FIG. 2 (C), when the distance between the target region Y and the objective lens 4 is smaller than the focal length MF of the objective lens 4, the measurement light beam 12+ is directed downward, contrary to the previous (c). Since the light is received by the photosensor 16Y, the objective lens 4 is moved to the B side, and the focal point of the measurement light beam 12d by the objective lens 4 is
Match pl with the target site Y.
目標部位Zの場ム〔第3(八)図〜第3(C)゛レーザ
機構IZから発せられた測定光束13aは、第1ミラー
2Zにて反射され、測定光束13bとなり先の目標部位
Yの場合とは逆の方向へ角度β分だけズした方向から第
2ミラー3へ当たる。Field of target region Z [Figures 3 (8) to 3 (C)] The measurement light beam 13a emitted from the laser mechanism IZ is reflected by the first mirror 2Z and becomes the measurement light beam 13b to the destination target region Y It hits the second mirror 3 from a direction shifted by an angle β in the opposite direction to that in the case of .
そして、この角度βの違1t1&こより、測定光束13
dは目標部位2へ向けて照射される。Then, from the difference of this angle β 1t1 & , the measurement luminous flux 13
d is irradiated toward the target region 2.
この目標部位Zの場合も、対物レンズ4による測定光束
13dの焦点p1が目標部位Zに合致している状態(第
3(A)図参照)では、測定光束13iは光位置検出器
8Zのセンサー中心18Z受光される。そして対物レン
ズ4が対象物10から遠のいてズしている場合(第3(
B)図参照)は、測定光束13iが上側ホトセンサー1
57にて受光されて対物レンズ4をA側へ移動させ、ま
た対象物4が対象物10に近づいてズしている場合(第
3(C)図参照)は、測定光束13iが下側ホトセンサ
ー167にて受光されて対物レンズ4をB側へ移動させ
て、焦点p1を目標部位Zに合致される。尚、この目標
部位Zの場合においても、対物レンズ4と結像レンズ5
との間の測定光束13c、13fが互いに光軸142に
対して平行であることから、目標部位2の位置が、仮に
(対物レンズ4からの距離が異なる)別の位置であった
としても、焦点位置合わせすることができる。In the case of this target region Z, when the focal point p1 of the measurement light beam 13d by the objective lens 4 matches the target region Z (see FIG. 3(A)), the measurement light beam 13i is detected by the sensor of the optical position detector 8Z. Light is received at the center 18Z. If the objective lens 4 is moving away from the object 10 (third (3)
B) Refer to the figure), the measurement light beam 13i is the upper photosensor 1.
57 and moves the objective lens 4 to the A side, and when the object 4 approaches the object 10 and shifts (see Fig. 3(C)), the measurement light beam 13i is directed toward the lower photo. When the light is received by the sensor 167, the objective lens 4 is moved to the B side, and the focal point p1 is aligned with the target region Z. Note that even in the case of this target region Z, the objective lens 4 and the imaging lens 5
Since the measurement light beams 13c and 13f between the two are parallel to the optical axis 142, even if the target region 2 is at a different position (with a different distance from the objective lens 4), The focus can be adjusted.
□ 具体的作用 □
以上のように、この装置は各目標部位χ〜Zにおいて、
それぞれ別個に焦点位置合わせ(焦点ズレの是正)を行
うことができるので、対物レンズ4を顕微鏡の対物レン
ズとして兼用した場合、固定した1つの視野の中におけ
る複数点(この実施例の場合は3ケ所)を自動焦点位置
合わせ(オートフォーカス)することができる。□ Specific action □ As mentioned above, this device has the following effects at each target site χ~Z:
Since focus alignment (correction of focus deviation) can be performed separately for each, when objective lens 4 is also used as a microscope objective lens, multiple points (in this example, 3 points) can be adjusted in one fixed field of view. Automatic focus positioning (autofocus) is possible.
すなわち、固定した視野の中で、焦点を合わせる目標部
位X〜Zの変更を行うことができる。以下に目標部位X
−2を変更する場合の例を挙げる。That is, the target parts X to Z to be focused on can be changed within a fixed field of view. Target area X below
An example of changing -2 is given below.
最初に、目標部位Xに焦点を合わせている状態から、こ
の目標部位Xよりも手前側(対物レンズ4からの距離の
小さい)目標部位Yに変更する場合を説明する。First, a case will be described in which the focus is changed from the focus on the target site X to the target site Y on the near side of the target site X (smaller distance from the objective lens 4).
まず、目標部位Xに焦点を合わせた状態(第1図(A)
)で目標部位Xの観察・検査する。そして、目標部位X
の検査・観察が終了したら、次に観察者の手元に配置し
た図示せぬスイッチを切り換えて、測定光束12aをレ
ーザ機構IYから発する。レーザ機構IYから発せられ
た測定光束12aは、先の目標部位Xよりも手前側の目
標部位Yに当たるが、対物レンズ4の位置が目標部位X
に対応した位置のままなので、この目標部位Yで反射さ
れてきた測定光束12iは下側ホトセンサー16Yにて
受光される。従って、対物レンズ4はこの下側ホトセン
サー16Yからの位置信号にて焦点位置合わせ機構9を
作動させ、対物レンズ4をB側へ移動させ、ちょうど焦
点p1が目標部位Yに合致した時点で位置決めされる。First, the state where the focus is on the target part X (Fig. 1 (A)
) to observe and inspect target area X. And target area X
When the inspection/observation is completed, a switch (not shown) placed at the observer's hand is then turned over to emit the measurement light beam 12a from the laser mechanism IY. The measurement light beam 12a emitted from the laser mechanism IY hits the target region Y on the nearer side than the previous target region X, but the position of the objective lens 4 is
Since it remains at the position corresponding to , the measurement light beam 12i reflected from this target region Y is received by the lower photosensor 16Y. Therefore, the objective lens 4 operates the focus positioning mechanism 9 based on the position signal from the lower photosensor 16Y, moves the objective lens 4 to the B side, and positions the objective lens 4 just when the focus point p1 matches the target region Y. be done.
このように、この目標部位Yにも顕微鏡の光学的焦点が
合うことになるので、その目標部位Yの観察・検査を行
うことができる。尚、以上のことは手前側の目標部位に
変更する場合、すなわち目標部位X→目標部位Z、目標
部位Y→目標部位Zの場合でも同様である。In this way, the optical focus of the microscope is also on this target site Y, so that the target site Y can be observed and inspected. Note that the above also applies to the case of changing to the target part on the near side, that is, the case of changing from the target part X to the target part Z or from the target part Y to the target part Z.
次に逆の場合、すなわち目標部位Yに焦点を合わせてい
る状態から、この目標部位Yよりも遠い(対物レンズ4
からの距離の大きい)目標部位Xに変更する場合を説明
する。Next, in the opposite case, that is, from a state in which the focus is on the target region Y, the target region Y is further away (objective lens 4
A case of changing to target region X (which is located at a large distance from
この場合は、図示せぬスイッチにより測定光束11aを
レーザ機構IXから発するように切り換える。そうする
と、目標部位Xの方が目標部位Yよりも対物レンズ4か
ら遠いので、測定光束11dの焦点p1が目標部位Xに
合致せず、目標部位Xにて反射されたlliは上側ホト
センサー15Xにて受光される。従って、対物レンズ4
はA側へ目標部位Xを追いかけるように移動し、焦点が
あった位置で停止する。このことは、遠くの目標部位に
変更する場合、すなわち目標部位2→目標部位Y、目標
部位Z→目標部位Xの場合も同様である。このように1
つの固定した視野の中で、手元のスイッチを切り変える
だけで、3つの目標部位X〜Zの何れにも焦点を合わせ
ることができる。In this case, a switch (not shown) is used to switch the measurement light beam 11a so that it is emitted from the laser mechanism IX. Then, since the target part X is farther from the objective lens 4 than the target part Y, the focal point p1 of the measurement light beam 11d does not match the target part light is received. Therefore, objective lens 4
moves toward the A side as if chasing the target part X, and stops at the focal point. This also applies when changing to a distant target site, that is, when changing from target site 2 to target site Y, or from target site Z to target site X. Like this 1
Within one fixed field of view, it is possible to focus on any of the three target areas X to Z by simply flipping a switch at hand.
次にレーザ機構IX−IZからの測定光束11〜13の
発し方を第5図(A)〜第5図(C)に示した実施例に
基づいて説明する。Next, how to emit the measurement light beams 11 to 13 from the laser mechanism IX-IZ will be explained based on the embodiment shown in FIGS. 5(A) to 5(C).
各レーザ機構IX〜IZの出口側に、各レーザ機構1X
〜1Zからの測定光束11〜工3に対応する開閉口23
X〜23Zを形成自在な遮蔽板24を設ける。そして、
図示せぬスイッチによりその開閉口23X〜23Zが各
々開閉するようにしである。また、各開閉口23X〜2
3Zに対応する部分には各々測定光束11〜13を感知
するセンサー(ホトカプラー)25X〜25Zが設けで
ある。尚、このセンサー25X〜25Zは、各開閉口2
3X〜23Zを開けた際に、測定光束11〜13と対応
する位置から外れて測定光束11〜13を感知しないよ
うになっている。そして、3つのレーザ機構IX〜1z
からは全て測定光束11〜13を発した状態にしておく
。従って、観察者は図示せぬスイッチを操作して、所望
の開閉口23X〜23Zを開けることにより、測定光束
23X〜23Zの中から必要なものだけを発することが
できる。また、前記センサー26X−L25Zにより、
今どの測定光束11〜13が発せられているか(どれが
塞がれているか)を、スイッチ手元の図示せぬ表示機構
により知ることができ、図示せぬスイッチ機構の操作性
を高めるようにしである。更に、このセンサー25X〜
25Zをコンピュータと電気的に接続し、各開閉口23
X〜23zの開く順序及び開(時間をコンピュータによ
り自動制御することもできる。Each laser mechanism 1X is installed on the exit side of each laser mechanism IX to IZ.
Opening/closing opening 23 corresponding to measurement light flux 11 to 3 from ~1Z
A shielding plate 24 that can freely form X to 23Z is provided. and,
The opening/closing ports 23X to 23Z are opened and closed by switches not shown. In addition, each opening/closing port 23X~2
Sensors (photocouplers) 25X to 25Z for sensing the measurement light beams 11 to 13 are provided at the portions corresponding to 3Z, respectively. In addition, these sensors 25X to 25Z are connected to each opening/closing port 2.
When opening 3X to 23Z, the measurement light beams 11 to 13 are not detected because they are removed from the positions corresponding to the measurement light beams 11 to 13. And three laser mechanisms IX~1z
From then on, measurement light beams 11 to 13 are all emitted. Therefore, by operating a switch (not shown) and opening the desired opening/closing ports 23X-23Z, the observer can emit only the necessary light beams from among the measurement light beams 23X-23Z. Furthermore, the sensor 26X-L25Z allows
It is possible to know which measurement light beams 11 to 13 are currently being emitted (which ones are blocked) by a display mechanism (not shown) near the switch, thereby improving the operability of the switch mechanism (not shown). be. Furthermore, this sensor 25X~
25Z to the computer and open/close each opening 23.
The opening order and opening time of X to 23z can also be automatically controlled by a computer.
次にレーザ機構1X〜1Zからの測定光束11〜13の
発し方の別の実施例を第6図に基づいて説明する。Next, another example of how the measurement light beams 11 to 13 are emitted from the laser mechanisms 1X to 1Z will be described based on FIG. 6.
この実施例は、1台のレーザ機構1で測・走光束11a
〜13aを発するようにした例である。つまり、1台の
レーザ機構1から発せられた測定光束12aを、3つの
ハーフミラ−26X〜26Zにて分岐するものである。In this embodiment, one laser mechanism 1 is used to measure and travel light flux 11a.
This is an example in which 13a is emitted. That is, the measurement light beam 12a emitted from one laser mechanism 1 is branched by three half mirrors 26X to 26Z.
まず、レーザ機構1から発せられた測定光束11aは、
最下のハーフミラ−26Xに当たって、反射するものと
、透過するものとに分かれる。透過したものはそのまま
目標部位X用の測定光束11aとして第1ミラー?Xに
て・反射される。そして、前記ハーフミラ−Xにて反射
されたものは、直ぐ真上のハーフミラ−25Yに当たり
、そこでも反射するものと透過するものに分かれる。反
射したものは目標部位Y用の測定光束12aとして第1
ミラー2Yにて反射される。そして、透過したものは、
またすぐ上のハーフミラ−25Zにて反射され、目標部
位Z用の測定光束13aとして第1ミラー2Zにて反射
される。このようにして、一本の平行な測定光束11a
を3本の平行な測定光束11 a % 12 a 51
3aとし、遮蔽板24の各センサー25X〜25Z付き
開閉口23X〜23Zにより、測定光束11a、12a
、13aの中から必要なものだけ選択・照射できるよう
になっている。その他は先の実施例と同様である。First, the measurement light beam 11a emitted from the laser mechanism 1 is
When the light hits the lowermost half mirror 26X, it is divided into those that are reflected and those that are transmitted. The transmitted light is directly transferred to the first mirror as the measurement light beam 11a for the target region X? Reflected at X. The light reflected by the half mirror X hits the half mirror 25Y directly above, where it is also divided into reflected light and transmitted light. The reflected light is used as the first measurement light beam 12a for the target area Y.
It is reflected by the mirror 2Y. And what passed through,
It is also reflected by the half mirror 25Z directly above it, and is reflected by the first mirror 2Z as the measurement light beam 13a for the target region Z. In this way, one parallel measurement light beam 11a
Three parallel measurement light beams 11 a % 12 a 51
3a, and the opening/closing openings 23X to 23Z with the respective sensors 25X to 25Z of the shielding plate 24 allow the measurement light fluxes 11a and 12a to be
, 13a, only the necessary ones can be selected and irradiated. The rest is the same as the previous embodiment.
尚、以上において、本装置を顕微鏡等のオートフォーカ
ス機構として利用する例を示したが、冒頭にも述べた如
き他の用途に適用することができる。また、1つの対象
物10に3つの目標部位X〜Zがある例を示したが、2
つ或いは、3つ以上の目標部位がある対象物に対しても
各目標部位毎に焦点位置合わせを行うことができる。In the above, an example has been shown in which the present device is used as an autofocus mechanism for a microscope, etc., but it can also be applied to other uses as mentioned at the beginning. In addition, although an example was shown in which one object 10 has three target parts X to Z, two
Alternatively, even for an object having three or more target regions, focus positioning can be performed for each target region.
〈効 果〉
この発明(第1発明及び第2発明)に係る非接触多点自
動焦点位置決め方法及び装置は以上説明してきた如き内
容のものなので、以下に示す如き種々の効果を奏するこ
とができる。<Effects> Since the non-contact multi-point automatic focus positioning method and device according to the present invention (first invention and second invention) have the contents as explained above, they can produce various effects as shown below. .
(a)1つの対象物表面に対物レンズからの距離が互い
に異なる複数の目標部位があっても、対物レンズ或いは
対象物を各目標部位に応じて横方向へ移動させることな
く、各目標部位に対して焦点位置合わせを行うことがで
きる。従って、本装置を光学機器のオートフォーカスに
利用した際には、1つの固定した視野の中で(−眼で)
複数の目標部位の焦点位置合わせを行うことができる。(a) Even if there are multiple target areas on the surface of a single object with different distances from the objective lens, each target area can be moved without moving the objective lens or the object laterally according to each target area. It is possible to perform focal position alignment. Therefore, when using this device for autofocusing of optical equipment, it is necessary to
Focus alignment of multiple target regions can be performed.
しかも対物レンズと結像レンズとの間の測定光束が光軸
に対して互いに平行関係にあることから、対物レンズか
らの距離が異なるどのような目標部位に対しても焦点位
置合わせを行うことができる。Furthermore, since the measurement light beams between the objective lens and the imaging lens are parallel to each other with respect to the optical axis, it is possible to perform focus positioning on any target site that is at a different distance from the objective lens. can.
(b) 測定光束として偏光He−Neレーザ光線を
採用したので、他のレーザ光線に比べて光束が細いうえ
に集光スポットが非常に小さく広がらないので、その分
、光位置検出器での位置検出を高精度(高分解能)で行
えるものである。この偏光He−Neレーザ光線の集光
スポットの径は対物レンズの倍率にもよるが、大体1μ
〜100μと非常に小さいものである(つまり、焦点位
置合わせ精度が高い)。(b) Since a polarized He-Ne laser beam was used as the measurement light beam, the light beam is thinner than other laser beams, and the focused spot is very small and does not spread, so the position on the optical position detector can be adjusted accordingly. Detection can be performed with high precision (high resolution). The diameter of the focused spot of this polarized He-Ne laser beam depends on the magnification of the objective lens, but is approximately 1 μm.
It is very small at ~100μ (that is, the focus positioning accuracy is high).
また、この発明の実施例によれば、
(C)測定光束の変位を拡大レンズで拡大するので、小
さな変位も見逃さずに正確に拡大し、その後光位置検出
器にて位置検出するので、高精度の位置検出を実現する
ことができる。従って、対物レンズと対象物との間隔が
大きく焦点精度が低下しやすい状況であっても、高精度
の焦点位置合わせを実現することができる(つまり、焦
点位置合わせ精度が高い)。Further, according to the embodiment of the present invention, (C) Since the displacement of the measurement light beam is magnified by the magnifying lens, even small displacements are magnified accurately without missing them, and then the position is detected by the optical position detector, so that Accurate position detection can be achieved. Therefore, even in a situation where the distance between the objective lens and the object is large and the focus accuracy tends to decrease, highly accurate focus positioning can be achieved (that is, the focus positioning accuracy is high).
(d) 光位置検出器としてのホトダイオード(PD
)は、検出した測定光束のスポットの重心位置を出力す
るだけなので、輝度分布が変化しても影響を受けず、対
象物の表面における輝度分布(コントラスト)によって
焦点位置合わせ精度が影響を受けない(つまり、耐ノイ
ズ性、測定の確実性が高い)。(d) Photodiode (PD) as an optical position detector
) only outputs the position of the center of gravity of the spot of the detected measurement light beam, so it is not affected by changes in the brightness distribution, and the focusing accuracy is not affected by the brightness distribution (contrast) on the surface of the object. (In other words, noise resistance and measurement reliability are high).
(e) 光位置検出器としてホトダイオード(PD)
を採用し、且つ焦点位置合わせ機構としてサーボ機構を
採用したので、平均10ssecの素早い動作で、光学
機構と対象物との間の距離を調整することができる(つ
まり、焦点位置合わせ速度が速い)。(e) Photodiode (PD) as optical position detector
In addition, since a servo mechanism was adopted as the focus positioning mechanism, the distance between the optical mechanism and the object can be adjusted with a quick operation of 10 ssec on average (in other words, the focus positioning speed is fast). .
第1図(A)は、目標部位Xに焦点があっている状態を
示すこの発明(第1発明及び第2発明)の一実施例に係
る本装置の概略説明図、第1図(B)は、目標部位Xか
ら対物レンズが遠のいてズしている状態を示す第1図(
A)相当の概略説明図、
第1図(C)は、目標部位Xに対物レンズが接近しすぎ
ている状態を示す第1図(A)相当の概略説明図、
第2図(A)は、目標部位Yに焦点があっている状態を
示すこの発明(第1発明及び第2発明)の一実施例に係
る本装置の概略説明図、第2図(B)は、目標部位Yか
ら対物レンズが遠のいてズしている状態を示す第2図(
A)相当の概略説明図、
第2図(C)は、目標部位Yに対物レンズが接近しすぎ
ている状態を示す第2図(A)相当の概略説明図、
第3図(A)は、目標部位Zに焦点があっている状態を
示すこの発明(第1発明及び第2発明)の一実施例に係
る本装置の概略説明図、第3図(B)は、目標部位Zか
ら対物レンズが遠のいてズしている状態を示す第3図(
A)相当の概略説明図、
第3図(C)は、目標部位Zに対物レンズが接近しすぎ
ている状態を示す第3図(A)相当の概略説明図、
第4図は、第2図(A)において対物レンズが目標部位
Yに追従して移動する場合を示す概略説明図、
第5図(A)〜第5図(C)は、各々測定光束の発し方
の別の実施例を示す概略説明図、そして、第6図は、測
定光束の発し方の更に別の実施例を示す概略説明図であ
る。
IX、IY、IZ −レーザ機構
2X、2Y、2Z −・ 第1ミラー3− 第2ミ
ラー
4− 対物レンズ
5 ・・−結像レンズ
6− フィルドレンズ
7− 拡大レンズ
8X、8Y、8Z 、−−一 結像レンズ9−・−焦
点位置合わせ機構
10−・ 対象物
lL12.13 −・−測定光束
14X、14Y、14Z 、−−一 光軸15X、1
5Y、15z・−上側ホトセンサー16X、16Y、1
6Z−・ 下側ホトセンサー18X、 18Y、 18
z−(! ン4j−中心19−・−対物レンズの中心点
20 ・−フィルドレンズの中心点
X、Y、Z −目標部位
α −測定光束12bの角度
β −測定光束13bの角度
L −対物レンズと対象物の距離
F −対物レンズの焦点距離FIG. 1(A) is a schematic explanatory diagram of the present device according to an embodiment of the present invention (first invention and second invention) showing a state in which the focus is on the target region X, and FIG. 1(B) Figure 1 shows a state in which the objective lens is moving away from the target region X (
A) A schematic explanatory diagram equivalent to Fig. 1(C) is a schematic explanatory diagram equivalent to Fig. 1(A) showing a state in which the objective lens is too close to the target region , a schematic explanatory diagram of the present device according to an embodiment of the present invention (first invention and second invention) showing a state where the focus is on the target region Y, and FIG. Figure 2 shows the lens moving away from the camera (
A) is a schematic explanatory diagram equivalent to Fig. 2(C) is a schematic explanatory diagram equivalent to Fig. 2(A) showing a state in which the objective lens is too close to the target region Y; , a schematic explanatory diagram of the present device according to an embodiment of the present invention (first invention and second invention) showing a state where the focus is on the target region Z, and FIG. Figure 3 shows a state in which the lens is moving away (
A) A schematic explanatory diagram equivalent to FIG. 3(C) is a schematic explanatory diagram equivalent to FIG. A schematic explanatory diagram showing the case where the objective lens moves to follow the target region Y in FIG. FIG. 6 is a schematic explanatory diagram showing still another example of how to emit a measurement light beam. IX, IY, IZ - Laser mechanism 2X, 2Y, 2Z - First mirror 3 - Second mirror 4 - Objective lens 5 ... - Imaging lens 6 - Filled lens 7 - Magnifying lens 8X, 8Y, 8Z, - 1. Imaging lens 9--Focus positioning mechanism 10--Object lL12.13--Measurement light flux 14X, 14Y, 14Z, ---1 Optical axis 15X, 1
5Y, 15z・-Upper photosensor 16X, 16Y, 1
6Z-・Lower photosensor 18X, 18Y, 18
z-(! - Center 19 - Center point 20 of the objective lens - Center point X, Y, Z of the filled lens - Target area α - Angle β of the measurement light beam 12b - Angle L of the measurement light beam 13b - Objective Distance between lens and object F - focal length of objective lens
Claims (2)
光束11〜13としての偏光He−Neレーザ光線を、
対象物10表面に複数設定した各目標部位X〜Zへ照射
すべく、各第1ミラー2X〜2Zにて所定角度方向へ反
射し、 各第1ミラーにて反射された各測定光束を、第2ミラー
3で反射した後に、対物レンズ4により屈折させて対象
物へ照射せしめ、 対象物で反射され再度対物レンズにて屈折された各測定
光束を、結像レンズ4にて各光軸14X〜14Z上に結
像させ、 結像レンズを経た各測定光束を、対応する各光位置検出
器8X〜8Zにて受光し、 各測定光束が各光位置検出器のセンサー中心18X〜1
8Z以外で受光された際に発せられる位置信号に応じて
、少なくとも対象物又は対物レンズのいずれかを移動さ
せ、各目標部位と対物レンズとの距離Lを各目標部位ご
と対物レンズの焦点距離Fに合致せしめるものであって
、 前記距離Lが焦点距離Fに合致した状態において、前記
第2ミラーにて反射された各測定光束11c、12c、
13cと、対象物で反射され対物レンズにて再度屈折さ
れた各測定光束11f、12f、13fの両方が、互い
に焦点p1と対物レンズの中心点19と各センサー中心
との3点を通過する各光軸14X〜14Zに対して平行
であることを特徴とする非接触多点自動焦点位置決め方
法。(1) Polarized He-Ne laser beams as measurement light beams 11 to 13 selectively emitted from laser mechanisms 1X to 1Z,
In order to irradiate a plurality of target parts X to Z set on the surface of the object 10, each of the first mirrors 2X to 2Z reflects in a predetermined angle direction, and each measurement light beam reflected by each of the first mirrors is After being reflected by two mirrors 3, it is refracted by an objective lens 4 and irradiated onto the target object.The measurement light beams reflected by the target object and refracted by the objective lens are directed to each optical axis 14X by the imaging lens 4. 14Z, each measurement light flux that has passed through the imaging lens is received by each corresponding optical position detector 8X to 8Z, and each measurement light flux is focused on the sensor center 18X to 1 of each optical position detector.
According to the position signal emitted when light is received at a position other than 8Z, at least either the target object or the objective lens is moved, and the distance L between each target part and the objective lens is determined by the focal length F of the objective lens for each target part. In a state where the distance L matches the focal length F, each measurement light beam 11c, 12c reflected by the second mirror,
13c and each measurement light beam 11f, 12f, 13f reflected by the object and refracted by the objective lens, each passing through three points: the focal point p1, the center point 19 of the objective lens, and the center of each sensor. A non-contact multi-point automatic focus positioning method characterized by being parallel to optical axes 14X to 14Z.
ザ光線を選択的に発するレーザ機構1X〜1Zと、 該レーザ機構から発せられた各測定光束を、対象物10
表面に複数設定した各目標部位X〜Zへ照射すべく、該
各目標部位に応じた各所定角度方向へ反射する第1ミラ
ー2X〜2Zと、 該第1ミラーにて反射された各測定光束を、対象物側へ
反射する第2ミラー3と、 該第2ミラーにて反射された測定光束を屈折して対象物
に照射せしめると共に、対象物で反射された測定光束を
再度屈折する対物レンズ4と、該対物レンズにて屈折さ
れた各測定光束を、屈折して各光軸上14X〜14Zに
結像させる結像レンズ5と、 対象物の各目標部位に各々対応して設けられ、前記結像
レンズを経た各測定光束を、各センサー中心18X〜1
8Z以外で受光した場合に、その受光位置に応じた位置
信号を発する光位置検出器8X〜8Zと、 該光位置検出器からの位置信号に応じて、少なくとも対
象物又は対物レンズのいずれかを移動させ、各目標部位
と対物レンズとの距離Lを各目標部位ごと対物レンズの
焦点距離Fに合致せしめる焦点位置合わせ機構と、を備
えるものであって、前記距離Lが焦点距離Fに合致した
状態において、前記第2ミラーにて反射された各測定光
束11c、12c、13cと、対象物で反射され対物レ
ンズにて再度屈折された各測定光束11f、12f、1
3fの両方が、互いに焦点p1と対物レンズの中心点1
9と各センサー中心との3点を通過する各光軸14X〜
14Zに対して平行であることを特徴とする非接触多点
自動焦点位置決め装置。(2) Laser mechanisms 1X to 1Z that selectively emit polarized He-Ne laser beams as measurement light beams 11 to 13, and each measurement light beam emitted from the laser mechanisms to the object 10.
First mirrors 2X to 2Z that reflect in respective predetermined angular directions according to each target area in order to irradiate each target area X to Z set on the surface; and each measurement light beam reflected by the first mirror. a second mirror 3 that reflects the light toward the object, and an objective lens that refracts the measurement light beam reflected by the second mirror to irradiate the object and refracts the measurement light beam reflected by the object. 4, an imaging lens 5 that refracts each measurement light beam refracted by the objective lens and forms an image on each optical axis from 14X to 14Z; Each measurement light beam passing through the imaging lens is placed at the center of each sensor from 18X to 1
Optical position detectors 8X to 8Z that emit a position signal according to the light receiving position when light is received at a position other than 8Z; and a focus positioning mechanism that moves the distance L between each target part and the objective lens to match the focal length F of the objective lens for each target part, and the distance L matches the focal length F. In this state, the measurement light beams 11c, 12c, 13c reflected by the second mirror and the measurement light beams 11f, 12f, 1 reflected by the object and refracted by the objective lens.
Both of 3f are mutually focused at the focal point p1 and the center point 1 of the objective lens.
Each optical axis 14X passes through three points: 9 and the center of each sensor
A non-contact multi-point automatic focus positioning device characterized by being parallel to 14Z.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3143787A JPS63199310A (en) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | Method and apparatus for contactless automatic multi-point focus positioning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3143787A JPS63199310A (en) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | Method and apparatus for contactless automatic multi-point focus positioning |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63199310A true JPS63199310A (en) | 1988-08-17 |
Family
ID=12331212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3143787A Pending JPS63199310A (en) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | Method and apparatus for contactless automatic multi-point focus positioning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63199310A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5760885A (en) * | 1994-12-04 | 1998-06-02 | Seiko Epson Corporation | Light-sensing device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59171812A (en) * | 1983-02-15 | 1984-09-28 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | Optical inspection device and method |
| JPS59193407A (en) * | 1983-04-18 | 1984-11-02 | Canon Inc | distance measuring device |
-
1987
- 1987-02-16 JP JP3143787A patent/JPS63199310A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59171812A (en) * | 1983-02-15 | 1984-09-28 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | Optical inspection device and method |
| JPS59193407A (en) * | 1983-04-18 | 1984-11-02 | Canon Inc | distance measuring device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5760885A (en) * | 1994-12-04 | 1998-06-02 | Seiko Epson Corporation | Light-sensing device |
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