JPH0787378A

JPH0787378A - 合焦検出装置

Info

Publication number: JPH0787378A
Application number: JP5247318A
Authority: JP
Inventors: Giichi Konishi; 義一小西; Shigeyuki Akimoto; 茂行秋元
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成であり、被測定対象物の所定位置
からの偏差量及びその方向を迅速かつ正確に求めること
ができる合焦検出装置を提供する。【構成】光軸に対して傾いた方向にパターンを有する
パターン部と、このパターンを被対象物上に投影する投
影光学系と、パターンが投影された被対象物の像を検出
する検出部と、検出部の検出信号のうち、投影されたパ
ターン像に対応する信号中でコントラストが最大となる
位置に基づいて合焦状態を検出する合焦状態検出部とを
有することを特徴とする合焦検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合焦検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】オートフォーカス機構では、正確かつ迅
速に合焦検出を行うことが重要である。従来、様々な合
焦検出方法が提案されているが、代表的なものに光スポ
ットを利用する方法と画像コントラストを利用する方法
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前者の光スポットを利
用する方法では、ワーク表面の凸凹や段差によって光が
散乱されるため、ワークの表面状態が悪い場合には高精
度で合焦検出を行うことが難しかった。

【０００４】後者の画像コントラストを利用する方法
は、縞パターンをワーク表面に投影してその像のコント
ラストをフォトダイオードアレイやＣＣＤカメラで検出
する方法である。この方法では、例えば顕微鏡ユニット
とワークの距離を変化させつつ投影された縞パターンに
関する信号を取り込み、これを処理することによって合
焦検出並びに合焦動作を行う構成になっている。このた
め、合焦が終了するまでかなりの時間を要する欠点があ
った。

【０００５】このような問題点に鑑み、本発明は簡単な
構成を有し、しかも被測定対象物の所定（合焦）位置か
らの偏差量及びその方向を迅速かつ正確に求めることが
できる合焦検出装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、光軸に対し
て傾斜した方向にパターンを有するパターン部と、この
パターンを被対象物上に投影する投影光学系と、パター
ンが投影された被対象物の像を検出する検出部と、検出
部の検出信号のうち、投影されたパターン像に対応する
信号中でコントラストが最大となる位置に基づいて合焦
状態を検出する合焦状態検出部とを有することを特徴と
する合焦検出装置を要旨としている。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。図１は本発明の実施例における光学系を示
す概念図である。

【０００８】光源１から出た光は、一旦コリメータレン
ズ２を通って平行光束となりパターン３を照射する。

【０００９】パターン３は、平板状であり、図２に示す
ように同じ幅の明暗部の繰り返しで構成されている。パ
ターン３は、対物レンズ７によって形成される被測定物
側の端部３ａと光源側の端部３ｂとの像が、少なくと
も、対物レンズ７の焦点深度から外れるように、光軸と
直行する方向から角度θで傾斜させる必要がある。ま
た、パターン３の明暗部の繰り返しピッチｐは、対物レ
ンズ７による投影倍率をＭとし、要求される位置合せの
精度をｄz とした場合、ｄz ≧Ｍ＊ｐ＊ｓｉｎθなる関
係を満足するように決定されている。

【００１０】パターン３は、被測定物Ｍが所定位置に配
置されたときに、パターンの中央部がピントのあった鮮
明な像として被測定物Ｍの表面に形成されるように配置
される。

【００１１】パターン３を通過した光は、ハーフミラー
６で反射され、しかる後に、対物レンズ７を通って被測
定物Ｋ付近にパターン３の像３′を形成する。パターン
３の両端部、すなわち被測定物側の端部３ａ及び光源側
の端部３ｂは、図１に示すように、像３′の一方の端部
３ａ′及び他方の端部３ｂ′として結像する。

【００１２】被測定物Ｋからの反射光は、対物レンズ７
によって一旦結像され、その後、リレーレンズ８を介し
て、カメラ部１０に導かれる。

【００１３】カメラ部１０は、撮像管やＣＣＤカメラ等
で構成することができる。信号処理の観点からいえば、
カメラ部の水平走査方向に上記パターン３の繰り返し方
向すなわち光軸に対して傾斜した方向を一致させること
が好ましい。カメラ部１０は、極値検出部２０に接続さ
れている。

【００１４】極値検出部２０は、カメラ部１０からの画
像信号のうち、光軸に対して傾斜した方向を横切る水平
走査線の信号を抜き出し、そのピーク位置及びボトム位
置を求める。そして、コントラストを検出し、コントラ
ストが一番大きなパターン像の位置を求めるのである。

【００１５】次にピントずれの大きさ及びその方向の求
め方を説明する。

【００１６】制御演算部１００は、コントラスト検出部
２０からの信号を受け、互いに隣り合うピークレベルと
ボトムレベルの比（又は差）が一番大きくなるようなピ
ーク位置をコントラスト最大位置とみなす。

【００１７】そして、コントラスト最大位置と、パター
ン中心との偏差ｄを求め、この偏差ｄを、そのときの被
測定物の位置と予め定めた所定位置との差に変換する。
その為には、両者の関係を予め求めておき、この対応関
係に基づいて換算を行うようにすれば良い。

【００１８】又、被測定物が所定位置のどちら側にずれ
ているかは、次のようにして判定する。すなわち、パタ
ーン中心よりも光源側のパターン部分がコントラスト最
大（鮮明な像）になった場合には、被対象物が所定位置
よりも手前に位置しているものと判定する。反対に、パ
ターン中心よりも被対象物側のパターン部分がコントラ
スト最大（鮮明な像）になった場合には、被対象物が所
定位置よりも後ろ側に位置しているものと判定する。

【００１９】被対象物が所定位置にあるときには、例え
ば図４に示す信号１１が得られる。また、被対象物が所
定位置よりも手前側にあるときには、例えば図５の信号
１２が得られる。反対に、被対象物が所定位置よりも後
ろ側にあるときには、例えば図６の信号１３が得られ
る。なお、図４〜図６における矢印は各信号におけるパ
ターン中央位置を示している。

【００２０】以上のようにして、予め定めた所定位置と
被測定物の位置との偏差の大きさ及び偏差の方向（手前
側か後ろ側か）を求め、表示部３０で表示する。

【００２１】また、制御演算部１００は、前述のように
して求めた偏差の大きさ及び方向に基づき、被測定部移
動部４０を制御して被測定物を所定位置まで移動させ
る。被測定部移動部４０は、例えば、光軸方向に被測定
物Ｋを移動させるためのステージとして構成する。

【００２２】さて、制御演算部１００において前述の方
法でコントラストデータの処理を行った場合には、投影
されたパターン３の１ピッチ程度の分解能しか得られな
いが、図７に示すフローチャートに従って内挿を行うこ
とにより、より高精度にコントラスト最大位置を求める
ことができる。

【００２３】まず、Ｓ１において、極値検出部の出力か
らピークを抽出し、Ｓ２において、抽出された各ピーク
を通る近似曲線を求める。ここで、近似曲線を求める方
法としては、１）スプラインの補間法、２）直線近似に
よる方法等がある。なお、両方法とも周知の方法である
ので簡単に述べる。

【００２４】１）スプラインの補間法スプラインの補間法とは、与えられた区間を幾つかの小
区間にわけ、それぞれの小区間ごとに多項式（よく利用
されるのは３次の多項式）を適用し、全体として、与え
られた点を通り、かつ、１階及び２階の微係数が与えら
れる点で一致するように定めるものである。

【００２５】２）直線近似による方法右上がり又は左上がりの傾斜をそれぞれ直線近似し、そ
の近似直線の交点をピークとする方法である。

【００２６】このようにして、Ｓ２で近似曲線を求めた
後で、Ｓ３において、この近似曲線に基づいてピーク位
置を定め、これをコントラスト最大の位置とする。

【００２７】次に、Ｓ４において、Ｓ３で求めたコント
ラスト最大の位置とパターン中心位置との偏差量及び偏
差方向を求め、Ｓ５で表示又は移動制御を行う。図３に
示すように、表示部３０で表示したり、被測定物移動部
４０を駆動して被測定物を所定位置に移動させるのであ
る。最後にＳ５で検出の継続・終了を決定する。

【００２８】上述のように、内挿を行うことによって、
投影されたパターンの１ピッチ（その光軸方向長さ）よ
りも細かい分解能を得ることができる。

【００２９】なお、光軸とパターン３のなす角を９０度
に近づけることによって分解能を高めることができる
が、その場合には概略の焦点出しが多少難しくなる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の合焦検出装置は、光軸に対して
傾いた方向にパターンを有するパターン部と、このパタ
ーンを被対象物上に投影する投影光学系と、パターンが
投影された被対象物の像を検出する検出部と、検出部の
検出信号のうち、投影されたパターン像に対応する信号
中でコントラストが最大となる位置に基づいて合焦状態
を検出する合焦状態検出部と、を有することを特徴とす
るので、簡単な構成により、被測定対象物の所定位置か
らの偏差の量及び方向を求めることができる。

【００３１】又、請求項２のように内挿を行うことによ
って、投影したパターンのピッチ以下の精度で被測定対
象物が所定位置からの偏差の量及び方向を求めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における光学系を示す概念図。

【図２】図１のパターンを示す平面図。

【図３】実施例における信号の流れを示すブロック図。

【図４】被対象物が所定位置にあるときに得られる信号
を示す図。

【図５】被対象物が所定位置よりも手前側にあるときに
得られる信号を示す図。

【図６】被対象物が所定位置よりも後ろ側にあるときに
得られる信号を示す図。

【図７】コントラスト最大位置を求める際に内挿を行う
場合のフローチャート。

【符号の説明】

１光源２コリメータレンズ３パターン６ハーフミラー７対物レンズ８リレーレンズ１０カメラ部２０極値（コントラスト）検出部３０表示部４０被測定部移動部１００制御演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸に対して傾いた方向にパターンを有
するパターン部と、このパターンを被対象物上に投影する投影光学系と、パターンが投影された被対象物の像を検出する検出部
と、検出部の検出信号のうち、投影されたパターン像に対応
する信号中でコントラストが最大となる位置に基づいて
合焦状態を検出する合焦状態検出部と、を有することを特徴とする合焦検出装置。
【請求項２】請求項１記載の合焦検出装置において、上記パターン部は、周期的な明暗の繰り返しパターンか
らなり、上記合焦状態検出部は、検出信号の複数のピークを通る
近似曲線を想定し、その近似曲線のピーク位置をコント
ラスト最大位置とするように構成されていることを特徴
とする合焦検出装置。