JP2003344752A - 合焦検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、簡便にして容易に、信頼性の高い
安定した合焦位置の検出を実現し得るようにすることの
ある。 【解決手段】測定対象１１からの反射光を集光点Ｑに対
して前側及び後側、集光点Ｑにおいて分割して、これら
の光量の光強度を第１乃至第３の受光素子２０、２２、
１８で検出して信号処理系２３で、変位信号（Ａ−Ｂ）
／（Ａ＋Ｂ）及び除算信号（Ａ−Ｂ）／Ｃを生成し、そ
の除算信号と第１のしきい値Ｔ1に基づいて、合焦動作
範囲を判定し、この動作範囲判定後、上記除算信号と第
２のしきい値Ｔ2に基づいて合焦不能の有無を判定し、
合焦可を判定した状態で、変位信号に基づいて合焦位置
を検出して測定対象１１の合焦位置を検出し、測定対象
１１との合焦を制御するように構成し、所期の目的を達
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば顕微鏡等
の測定対象の高さを測定するのに用いられる合焦検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の合焦検出装置として
は、特開平８―３０４０１９号公報に開示される技術が
知られている。即ち、この公報には、図８に示すように
半導体レーザ１ａから出射された測定光は、偏光ビーム
スプリヅタ１ｂで反射された後、１／４波長板１ｃ及び
結像レンズ１ｄ、対物レンズ１ｅを介して、測定対象１
の表面(例えば、ＩＣ基板表面又は材料の加工表面等)に
集光される。測定対象１の表面で反射した反射光は、対
物ンンズ１ｅ、結像レンズ１ｄ及び１／４波長板１ｃか
ら偏光ビームスプリッタ１ｆを透過して、ビームスプリ
ッタ１ｇによって２方向に振り分けられる。このビーム
スプリッタ１ｇを透過した反射光は、ビームスプリッタ
１ｈによってさらに２方向に振り分けられる。

【０００３】ビームスプリッタ１ｈを透過した反射光
は、集光点Ｑよりも前側に配置された第１の絞り３ａを
介して第１の受光素子３ｂに照射され、その他方の反射
光は、ビームスプリッタ１ｈから反射した後、集光点Ｑ
よりも後側に配置された第２の絞り２ａを介して第２の
受光素子２ｂに照射される。

【０００４】また、上記ビームスプリッタ１ｇで反射さ
れた反射光は、集光点Ｑに配置された第３の受光素子４
に照射される。上記第１、第２及び第３の受光素子３
ｂ、２ｂ、４は、受光した光量に対応した電気信号Ａ、
Ｂ、Ｃを信号処理系５に出力する。

【０００５】信号処理系５は、入力した各信号に対して
所定の演算を施して、測定対象１の表面の変位に対応し
た変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び除算信号（Ａ＋
Ｂ）／Ｃを生成して出力する機能を有する。第１及び第
２の受光素子３ｂ、２ｂから、図９（ａ）に示すような
特性を有する電気信号Ａ、Ｂが出力された場合、信号処
理系５は、これら電気信号Ａ，Ｂに対して（Ａ−Ｂ）／
（Ａ＋Ｂ）なる演算を実行する。この結果、信号処理系
５からは、図９(ｂ)に示すような特性を有する変位信号
(即ち、合焦時に信号レベルが０(ゼロ)になる変位信号)
が図示しない制御部に出力される。制御部（図示せず）
は、変位信号が０となる、即ち、（Ａ−Ｂ）／（Ａ十
Ｂ）＝０を満たす位置に測定対象１の表面が来るよう
に、上記測定対象１自体若しくは、焦点検出装置を移動
制御することにより、該測定対象１の表面に対する合焦
動作が行われる。

【０００６】ところで、このような信号処理系５で生成
した変位信号は、その自体にノイズ成分を含んでいるた
め０になることはない。そこで、上記制御部（図示せ
ず）は、予め上限しきい値、下限しきい値を設定し、こ
れら上限・下限しきい値で挟まれる領域を合焦動作範囲
とし、変位信号が前記合焦動作範囲内にあるとき、合焦
と判断する方法が採用されている（図９（ｃ）参照）。

【０００７】しかしながら、上記合焦検出装置にあって
は、測定対象１の表面の反射率や表面状態により合焦位
置の誤検出(擬合焦)が発生するという不都合を有する。
これを防ぐため信号処理系５において、第３の受光素子
４からの電気信号Ｃに基づいて除算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃ
信号を生成し、この信号があるしきい値（Ｔ）以下の場
合は、センサ出力を無効と判断することにより、擬合焦
を回避する方法が採られている。

【０００８】しかしながら、上記擬合焦を回避する手段
では、測定対象１として、モールド表面等、表面の荒れ
ものを測定した場合、合焦近傍までは合焦動作を行える
が合焦付近において、測定光のスポット径が小さくな
り、その粗い表面により、測定光が対物レンズ１ｅのＮ
Ａ外に反射されてしまい、合焦が困難となるという不具
合を有する。

【０００９】即ち、合焦付近では、図１０に示すように
上記第１及び第２の受光素子３ｂ、２ｂの信号レベルが
低下し、合焦付近において、除算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃが
しきい値(T)より低くなると、擬合焦と誤検出してしま
い、合焦位置の検出が困難となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の合焦検出装置では、信号レベルの低下により、擬合
焦と誤検出して、合焦不能となるという不具合を有す
る。

【００１１】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、簡便にして容易に、信頼性の高い安定した合焦位
置の検出を実現し得るようにした合焦検出装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、測定光を測
定対象に照射し、該測定対象からの反射光を集光する光
学系と、この光学系で取得した反射光の集光位置に対し
て前側及び後側の各光強度を検出する第１及び第２の光
検出手段と、前記光学系で取得した反射光の集光位置の
光強度を検出する第３の光検出手段と、前記第１及び第
２の光検出手段で検出した光強度情報に基づいて変位信
号を算出し、前記第１乃至第３の光検出手段で検出した
光強度情報に基づいて除算信号を算出する信号処理手段
と、この信号処理手段で算出した除算信号と予め設定し
た擬合焦検出用の第１のしきい値に基づいて合焦動作範
囲を判定し、合焦動作範囲判定後、前記除算信号と、予
め設定した合焦検出用の第２のしきい値に基づいて合焦
不能の有無を判定し、合焦可を判定した後、前記変位信
号に基づいて前記測定対象の位置を検出して合焦制御す
る制御手段とを備えて合焦検出装置を構成した。

【００１３】上記構成によれば、第１乃至第３の光検出
手段で検出した光強度情報より算出した除算信号と第１
のしきい値に基づいて、合焦動作範囲を判定し、この動
作範囲判定後、上記除算信号と第２のしきい値に基づい
て合焦不能の有無を判定し、合焦可を判定した状態で、
第１及び第２の光検出手段で検出した光強度情報より算
出した変位信号に基づいて合焦位置を検出して測定対象
の位置を検出し、測定対象との合焦を制御している。従
って、擬合焦の誤判定の防止が図れ、安定した合焦位置
の検出が可能となる。

【００１４】また、発明は、前記測定対象に照射する測
定光のスポット径を可変制御するスポット調整手段を備
え、前記制御手段で合焦位置の判定が困難な状態で、前
記スポット調整手段を駆動制御してスポット径を大きく
して位置の検出を行うように構成した。

【００１５】上記構成によれば、合焦位置の判定が困難
な状態で、測定光のスポット径を大きくして合焦位置の
検出が行われる。従って、合焦不能の防止が図れ、安定
した合焦位置の検出が可能となる。

【００１６】また、この発明は、前記制御手段で、合焦
位置の判定が困難な状態で、前記変位信号に基づいて合
焦前位置及び合焦後位置を検出して焦点位置を推定し、
焦点位置を推定して前記測定対象の位置を検出して制御
するように構成した。

【００１７】上記構成によれば、変位信号に基づいて合
焦前位置及び合焦後位置を検出して焦点位置を推定し、
この焦点位置に基づいて合焦位置が検出される。従っ
て、さらに、合焦不能の防止が図れて安定した合焦位置
の検出が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】図１は、この発明の一実施の形態に係る合
焦検出装置を示すもので、集光用光学系を構成する対物
レンズ１０は、測定対象１１に対向配置される。この対
物レンズ１０には、半導体レーザ１２から出射された測
定光が偏光ビームスプリッタ１３、１／４波長板１４及
び結像レンズ１５を介して導かれ、該測定光を上記測定
対象１１の表面に集光照射する。

【００２０】上記偏向ビームスプリッタ１３の透過光路
上には、反射光を３分割する３分割手段を構成する第１
及び第２のビームスプリッタ１６、１７が順に配され
る。そして、この第１のビームスプリッタ１６の反射光
路上の集光点（集光位置）Ｑには、光検出手段を構成す
る第３の受光素子１８が配される。

【００２１】また、第２のビームスプリッタ１７の透過
光路上の集光点（集光位置）Ｑの前側には、第１の絞り
１９を介して光検出手段を第１の受光素子２０が配され
る。そして、この第２のビームスプリッタ１７の反射光
路の集光点（焦点位置）Ｑの後側には、第２の絞り２１
を介して第２の受光素子２２が配される。

【００２２】上記第１乃至第３の受光素子２０、２２、
１８は、それぞれ信号処理系２３に接続され、入力した
光量に応じて図２（ａ）に示す電気信号Ａ、Ｂ、Ｃを信
号処理系２３に出力する。

【００２３】信号処理系２３は、減算器２３１、加算器
２３２、第１の除算器２３３、第２の除算器２３４を備
え、上記第１及び第２の受光素子２０、２２から出力さ
れた電気信号Ａ，Ｂが減算器２３１及び加算器２３２に
入力される。ここで、減算器２３１は、電気信号Ａ、Ｂ
を減算処理して減算信号（Ａ−Ｂ）を算出して第１の除
算器２３３に出力する。同時に、加算器２３２には、電
気信号Ａ、Ｃを加算処理して加算信号（Ａ＋Ｂ）を算出
して第１及び第２の除算器２３３、２３４に出力する。

【００２４】第１の除算器２３３は、減算信号（Ａ−
Ｂ）と加算信号（Ａ＋Ｂ）を除算処理を施して図２
（ｂ）に示す変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を算出す
る。同時に、第２の除算器２３４には、第３の受光素子
１８から出力された電気信号Ｃが入力され、この電気信
号Ｃと上記加算信号（Ａ＋Ｂ）とを除算処理して図２
（ｃ）に示す除算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃを算出する。

【００２５】上記信号処理系２３には、制御手段を構成
するコントローラ２４が接続され、このコントローラ２
４に対して変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び除算信
号（Ａ＋Ｂ）／Ｃを出力する。このコントローラ２４に
は、例えば対物レンズ移動調整用の駆動モータ２５が接
続され、入力した除算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃ及び変位信号
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に基づいて後述するように変位
の判断及び合焦判定を実行して駆動信号を生成し、該駆
動モータ２５を駆動制御して対物レンズ１０を移動制御
し、測定対象１１との合焦位置を制御する。

【００２６】ここで、上記コントローラ２４の変位の判
断及び合焦判定を説明する。このコントローラ２４は、
予め擬合焦判定用の第１のしきい値Ｔ1及び合焦不能
（合焦エラー）検出用の第２のしきい値Ｔ2が設定され
ており（図２（ｃ）参照）、信号処理系２３より変位信
号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び除算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃ
が入力されると、その第１のしきい値Ｔ1に基づいて除
算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃのうち、該第１のしきい値Ｔ1以
上になる領域を合焦動作範囲として判定する。

【００２７】そして、この合焦動作範囲を検出した後、
上記変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が０になる合焦位
置を検出する。この際、コントローラ２４は、合焦動作
範囲を検出する際に除算信号がしきい値Ｔ1以下の領域
を、擬合焦として判定し、その判定後は、除算信号（Ａ
＋Ｂ）／Ｃが第１のしきい値Ｔ1以下になっても擬合焦
として判定しないように動作する。

【００２８】そして、コントローラ２４は、合焦動作範
囲判定後、変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が０になる
合焦位置を探す際に除算信号（Ａ−Ｂ）／Ｃが、上記第
１のしきい値Ｔ1より小さな値の第２のしきい値Ｔ2を下
回ると、合焦精度が悪化すると判断して合焦不能（エラ
ー）を判定する。例えば、合焦位置検出時、コントロー
ラ２４は、合焦不能の有無検出／合焦検出を選択的に実
行する。

【００２９】これにより、コントローラ２４は、測定対
象２２が例えばモールドで、その表面が荒れていて、上
記図１０に示す変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を入力
された場合、擬合焦と判断することなく合焦位置を検出
する。そして、例えば図３（ａ）に示す電気信号Ａ、
Ｂ、Ｃに基づく変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）（図３
（ｂ）参照）及び除算信号（Ａ−Ｂ）／Ｃ（図３（ｃ）
参照）の如く焦点位置に幅を有するような場合は、合焦
検出に幅を持ち精度が悪化するため合焦不能と判断す
る。これら機能により、表面の荒れた測定対象のように
焦点付近の信号レベルが低下する場合であっても、精度
の高い合焦検出が可能となり、しかも、合焦精度が悪化
する場合、合焦不能処理することにより、信頼性の高い
合焦動作が可能となる。

【００３０】上記構成により、測定対象１１から反射し
た反射光は、対物レンズ１０、結像レンズ１５及び１／
４波長板１４から偏光ビームスプリッタ１３を経た後、
第１のビームスプリッタ１６によって直交する２方向に
振り分けられる。この第１のビームスプリッタ１６で振
り分けられた一方の反射光は、第３の受光素子１８に照
射され、その他方が、さらに第２のビームスプリッタ１
７に導かれて、さらに直交する２方向に振り分けられ
る。

【００３１】この第２のビームスプリッタ１７により振
り分けられた反射光は、第１及び第２の絞り１９、２１
を介して第１及び第２の受光素子２０、２２にそれぞれ
照射される。

【００３２】ここで、上記第１乃至第３の受光素子１
８、２０、２２は、それぞれ受光した光量に対応した電
気信号Ａ、Ｂ、Ｃを信号処理系２３に出力する。する
と、信号処理系２３は、第１及び第２の受光素子２０、
２２から出力された電気信号Ａ、Ｂを減算器２３１で減
算処理を施して減算信号（Ａ−Ｂ）を算出し、その加算
器２３２で電気信号Ａ，Ｂを加算処理を施して加算信号
（Ａ＋Ｂ）を算出し、これら減算信号（Ａ−Ｂ）及び加
算信号（Ａ＋Ｂ）を第１の除算器２３３で除算処理し
て、変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求めてコントロ
ーラ２４に出力する。同時に、信号処理系２３は、第２
の除算器２３４で、電気信号Ｃと加算器２３２から出力
された加算信号（Ａ＋Ｂ）を除算処理を施して除算信号
（Ａ＋Ｂ）／Ｃを算出し、上記コントローラ２４に出力
する。

【００３３】コントローラ２４は、信号処理系２３から
の変位信号及び減算信号に基づいて上述したように先ず
予め設定される第１のしきい値Ｔ1に基づいて除算信号
（Ａ＋Ｂ）／Ｃのうち、該第１のしきい値Ｔ1以上にな
る領域（合焦動作範囲）を判定する。次に、この合焦動
作範囲を検出後、変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が０
になる合焦位置を検出する。この際、コントローラ２４
は、合焦動作範囲を検出する際に除算信号がしきい値Ｔ
1以下の領域を、擬合焦として判定し、その判定後は、
除算信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃがしきい値Ｔ1以下になっても
擬合焦として判定しないように動作する。

【００３４】そして、コントローラ２４は、合焦動作範
囲判定後、変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が０になる
合焦位置を探す際に除算信号（Ａ−Ｂ）／Ｃがエラーし
きい値Ｔ2を下回ると、合焦精度が悪化すると判断して
合焦不能（エラー）を判定する。例えば、合焦位置検出
時、コントローラ２４は、合焦不能の有無検出／合焦検
出を選択的に実行し、合焦位置を検出した状態で、この
合焦位置情報に基づいて上記駆動モータ２５を駆動し、
対物レンズ１０を測定対象方向に動作させて合焦位置に
移動制御する。

【００３５】このように、上記合焦検出装置は、測定対
象１１からの反射光を集光点Ｑに対して前側及び後側、
集光点Ｑにおいて分割して、これらの光量の光強度を第
１乃至第３の受光素子２０、２２、１８で検出して信号
処理系２３で、変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び除
算信号（Ａ−Ｂ）／Ｃを生成し、その除算信号と第１の
しきい値Ｔ1に基づいて、合焦動作範囲を判定し、この
動作範囲判定後、上記除算信号と第２のしきい値Ｔ2に
基づいて合焦不能の有無を判定し、合焦可を判定した状
態で、変位信号に基づいて合焦位置を検出して測定対象
１１の合焦位置を検出し、測定対象１１との合焦を制御
するように構成した。

【００３６】これによれば、測定対象１１の表面が荒れ
ている例えばモールド等で、上記図１０に示す変位信号
が入力された場合にも、効果的に擬合焦の防止が図れ、
安定した合焦制御が実現される。そして、コントローラ
２４は、上述したように図３に示す変位信号の場合は、
合焦検出に幅を持ち精度が悪化すると判断して、合焦不
能と判断することが可能となる。

【００３７】この結果、表面の荒れた測定対象１１に対
しても精度の高い合焦検出が可能となり、しかも、その
機能選択により合焦精度が悪化する場合は、合焦不能処
理することにより、信頼性の高い安定した合焦位置の検
出が実現される。

【００３８】また、この発明は、上記実施の形態に限る
ことなく、その他、図４に示すように構成することで、
さらに有効な効果が期待される。但し、図４において
は、上記図１と同一部分について、同一符号を付して、
その詳細な説明について省略する。

【００３９】図４の実施の形態においては、測定光のス
ポット径を可変調整するスポット系調整手段を備えて構
成したものである。このスポット調整手段は、半導体レ
ーザ１２と偏向ビームスプリッタ１３との間にコリメー
タレンズ２６を矢印方向に移動調整自在に配する。この
コリメータレンズ２６には、スポット制御部２７が接続
され、このスポット制御部２７には、コントローラ２４
が接続される。このスポット制御部２７は、コントロー
ラ２４からの制御信号に応動してコリメータレンズ２６
を矢印Ｄ、Ｅ方向に移動制御して焦点位置における半導
体レーザ１２からの測定光のスポット径を可変制御す
る。

【００４０】即ち、コントローラ２４は、図５に示すよ
うにステップＳ１において、合焦検出中に合焦検出の失
敗の有無を判断し、ＮＯを判定すると、ステップＳ２に
移行して合焦を完了する。

【００４１】また、ステップＳ１において、例えば除算
信号（Ａ＋Ｂ）／Ｃが、第２のしきい値Ｔ2を下回り合
焦不能となったりして，ＹＥＳを判定すると、ステップ
Ｓ３に移行してスポット径を大きくするスポット制御信
号を生成してスポット制御部２７に出力する。すると、
スポット制御部２７は、コリメータレンズ２６を矢印Ｄ
方向に移動させ、半導体レーザ１２からの測定光のスポ
ット径を大きく設定し、再度合焦動作行い合焦位置を検
出する（ステップＳ４）。

【００４２】そして、ステップＳ５において、再び、合
焦検出の失敗の有無を判定し、ＮＯを判定すると、上記
ステップＳ２に移行して合焦を完了する。また、ステッ
プＳ５における合焦検出の失敗の有無の判定において、
ＹＥＳを判定すると、合焦エラーとして合焦不可となる
（ステップＳ６）。

【００４３】このようなスポット調整手段を備えること
により、例えば測定対象１１の表面が粗かったりして、
合焦検出できなかった場合にも測定光のスポット径を変
更することで第１乃至第３の受光素子２０、２２、１８
からの電気信号Ａ、Ｂ、Ｃを効率良く取得することが可
能となる。

【００４４】この結果、合焦精度が悪かったり、合焦不
能な表面の粗い測定対象１１に対しても合焦検出するこ
とができて、さらに表面形状が荒れた測定対象の合焦検
出が可能となる。そして、これによれば、合焦位置の安
定した検出が可能となり、その仕様形態の多様化が図れ
る。

【００４５】なお、上記実施の形態では、コリメータレ
ンズ２６を用いてスポット調整手段を構成した場合で説
明したが、これに限ることなく、その他、各種の構成が
可能である。

【００４６】さらに、この発明は、上記各実施の形態に
限ることなく、例えば図６（ａ）に示す従来の手段では
合焦不能な電気信号Ａ、Ｂ、Ｃが信号処理系２３に入力
され、算出した変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）（図６
（ｂ）参照）がエラー情報となり、上記実施の形態で説
明したスポット調整手段で測定光のスポット径を大きく
設定しても合焦位置（Ｚ）の判定が困難な場合、合焦前
・後情報に基づく合焦推定を行う処理を付加するように
構成してもよい。

【００４７】この合焦推定を行う処理を付加した実施の
形態によれば、さらに合焦位置（Ｚ）の確実な取得が実
現されることにより、さらに仕様形態の多様化の促進に
寄与される。

【００４８】即ち、コントローラ２４は、図７に示す処
理手順で測定対象１１の表面に対する合焦位置（Ｚ）を
推定する。但し、図７においては、上記図５に示すステ
ップＳ５までは同様の手順で実行し、このステップＳ５
の合焦の失敗の有無の判定において、ＹＥＳを判定した
状態で、合焦位置（Ｚ）の推定を行う。但し、図７にお
いては、図５と同一ステップについて同一符号を付し
て、その説明を省略する。

【００４９】上記ステップＳ５において、合焦検出の失
敗のＹＥＳを判定した状態で、ステップＳ７に移行す
る。このステップＳ７において、図７に示すようにエラ
ー発生位置から上下方向に変位信号が予め設定された第
１の変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）（Ｓ1）と一致す
る位置（合焦前位置（Ｚ1）を特定（複数存在した場合
は、エラー発生位置に最も近い位置を合焦前位置（Ｚ
1）とする））する。同時に、ステップＳ７において、
第２の変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）（Ｓ2）と一致
する位置（合焦後位置（Ｚ2）を特定（複数存在した場
合は、エラー発生位置に最も近い位置を合焦後位置（Ｚ
2）とする））する。

【００５０】次に、ステップＳ８に移行して、図６
（ｂ）に示すように合焦前位置（Ｚ1）と合焦後位置
（Ｚ2）に基づいて合焦位置（Ｚ）を推定し、合焦検出
を終了する。この推定した合焦位置（Ｚ）に基づいてコ
ントローラ２４は、この合焦駆動信号を生成して上記駆
動モータ２５を駆動制御し、対物レンズ１０を測定対象
１１に対する合焦位置（Ｚ）に移動制御する。

【００５１】ここで、第１の変位信号（Ａ−Ｂ）／（Ａ
＋Ｂ）出力（Ｓ1）、第２の受光素子２２の出力（Ｓ2）
と合焦前位置（Ｚ1）、合焦後位置（Ｚ2）の関係は、予
め実測してコントローラ２４に記憶される。

【００５２】なお、上記各実施の形態においては、対物
レンズ１０を移動制御して測定対象１１に対する合焦を
行うように構成した場合で説明したが、これに限ること
なく、装置全体を移動制御して測定対象１１に対する合
焦位置を制御するように構成することも可能である。

【００５３】よって、この発明は、上記各実施の形態に
限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱し
ない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。
さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含ま
れており、開示される複数の構成要件における適宜な組
合せにより種々の発明が抽出され得る。

【００５４】例えば各実施形態に示される全構成要件か
ら幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しよう
とする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で
述べられている効果が得られる場合には、この構成要件
が削除された構成が発明として抽出され得る。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、簡便にして容易に、信頼性の高い安定した合焦位置
の検出を実現し得るようにした合焦検出装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係る合焦検出装置の
配置構成を構成図である。

【図２】図１の第１乃至第３の受光素子の出力より生成
される変位信号及び除算信号を示した特性図である。

【図３】図１のコントローラの変位の判断及び合焦判定
動作を説明するために示した特性図である。

【図４】この発明の他の実施の形態に係る合焦検出装置
の配置構成を構成図である。

【図５】図４の合焦判定動作を示したフローチャートで
ある。

【図６】この発明の他の実施の形態に係る合焦検出装置
の合焦位置の推定動作を説明するために示した特性図で
ある。

【図７】図６の合焦位置推定動作を示したフローチャー
トである。

【図８】従来の合焦検出装置の配置構成を示した構成図
である。

【図９】図８で取得される変位信号、除算信号及び合焦
判定動作を示した特性図である。

【図１０】図８の問題点を説明するために示した特性図
である。

【符号の説明】

１０ … 対物レンズ １１ … 測定対象 １２ … 半導体レーザ １３ … 偏向ビームスプリッタ １４ … １／４波長板 １５ … 結像レンズ １６ … 第１のビームスプリッタ １７ … 第２のビームスプリッタ １８ … 第３の受光素子 １９ … 第１の絞り ２０ … 第１の受光素子 ２１ … 第２の絞り ２２ … 第２の受光素子 ２３ … 信号処理系 ２３１ … 減算器 ２３２ … 加算器 ２３３ … 第１の除算器 ２３４ … 第２の除算器 ２４ … コントローラ ２５ … 駆動モータ ２６ … コリメータレンズ ２７ … スポット制御部 Ａ、Ｂ、Ｃ … 電気信号 Ｑ … 集光点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定光を測定対象に照射し、該測定対象
   からの反射光を集光する光学系と、 この光学系で取得した反射光の集光位置に対して前側及
   び後側の各光強度を検出する第１及び第２の光検出手段
   と、 前記光学系で取得した反射光の集光位置の光強度を検出
   する第３の光検出手段と、 前記第１及び第２の光検出手段で検出した光強度情報に
   基づいて変位信号を算出し、前記第１乃至第３の光検出
   手段で検出した光強度情報に基づいて除算信号を算出す
   る信号処理手段と、 この信号処理手段で算出した除算信号と予め設定した擬
   合焦検出用の第１のしきい値に基づいて合焦動作範囲を
   判定し、合焦動作範囲判定後、前記除算信号と、予め設
   定した合焦検出用の第２のしきい値に基づいて合焦不能
   の有無を判定し、合焦可を判定した後、前記変位信号に
   基づいて前記測定対象の位置を検出して合焦制御する制
   御手段とを具備することを特徴とする合焦検出装置。
2. 【請求項２】 さらに、前記測定対象に照射する測定光
   のスポット径を可変制御するスポット調整手段を備え、
   前記制御手段で合焦位置の判定が困難な状態で、前記ス
   ポット調整手段を駆動制御してスポット径を大きくして
   位置の検出することを特徴とする請求項１記載の合焦検
   出装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、合焦位置の判定が困難
   な状態で、前記変位信号に基づいて合焦前位置及び合焦
   後位置を検出して焦点位置を推定し、前記測定対象の位
   置を検出して合焦制御することを特徴とする請求項１又
   は２記載の合焦検出装置。