JP2738322B2 - Autofocus control method and observation device - Google Patents

Autofocus control method and observation device

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JP2738322B2
JP2738322B2 JP267095A JP267095A JP2738322B2 JP 2738322 B2 JP2738322 B2 JP 2738322B2 JP 267095 A JP267095 A JP 267095A JP 267095 A JP267095 A JP 267095A JP 2738322 B2 JP2738322 B2 JP 2738322B2
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image
observation
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focus position
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努 羽根田
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、画像処理型のオートフ
ォーカス制御方法およびその装置に関し、特に、XYス
テージを有する観察装置や加工装置等に用いると最適な
オートフォーカス制御方法および観察装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing type autofocus control method and apparatus, and more particularly to an autofocus control method and an observation apparatus which are optimal for use in an observation apparatus or a processing apparatus having an XY stage.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、顕微鏡等の光学機器において行わ
れるオートフォーカス制御方法は、特開昭63−986
15号公報や、特開平5−236315号公報に開示さ
れている画像処理による合焦点位置の検出方法により行
われていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, an autofocus control method performed in optical equipment such as a microscope is disclosed in
No. 15, JP-A-5-236315, and a method of detecting a focus position by image processing.

【0003】ここで、従来のオートフォーカス制御方法
について図4、図5および図6を参照して説明する。
Here, a conventional auto focus control method will be described with reference to FIGS. 4, 5 and 6. FIG.

【0004】図4は、オートフォーカス制御が行われる
べき、一般的な観察装置の構成を示す図であり、図5
は、従来のオートフォーカス制御方法の手順を示すフロ
ーチャートであり、図6は、Zステージの動作とコント
ラストデータとの関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a general observation device in which autofocus control is to be performed.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of a conventional autofocus control method, and FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the operation of the Z stage and contrast data.

【0005】XYステージ14上に載置されている試料
13を観察光学部22で観察する場合に、対物レンズ1
2が設置されているZステージ15をZ軸方向に移動さ
せてピントを合わせる、つまり、合焦点位置にZステー
ジ15を配置する必要がある。そして、このピント合わ
せを自動的に行うことをオートフォーカス制御という。
When the sample 13 placed on the XY stage 14 is observed by the observation optical section 22, the objective lens 1
It is necessary to move the Z stage 15 on which the 2 is installed in the Z-axis direction for focusing, that is, to arrange the Z stage 15 at the focal point position. Automatically performing this focusing is called auto focus control.

【0006】図4に示す観察装置において、オートフォ
ーカス制御を実行するために、まず、Zステージ15を
AF原点位置24に復帰させる(S201)。オートフ
ォーカスの実行が可能なZステージの初期設置位置は、
図6に示すオートフォーカス捕捉範囲26内である必要
がある。つまり、AF原点位置24をオートフォーカス
捕捉範囲26内に設定しないと、コントラストのピーク
27を検出することができず、結果として、合焦点位置
25を検出することができなくなる。次に、ステッピン
グモータ16の駆動によりZステージ15をZ軸方向に
移動させていく(S202)。Zステージ15を移動さ
せながら、逐次、観察光学部22により得られる試料1
3の像をCCDカメラ17で撮像し、画像処理部18に
よってCCDカメラ17で得られる映像信号のコントラ
ストデータをサンプリングしていく(S203)。制御
部23では、画像処理部18においてサンプリングされ
ているコントラストデータに基づいて、そのコントラス
トがピーク27となったZステージ15の位置を合焦点
位置25として検出する(S204)。そして、制御部
23は、ステッピングモータ16を駆動して、検出され
た合焦点位置25にZステージ15を設定する(S20
5)。
In the observation apparatus shown in FIG. 4, in order to execute autofocus control, first, the Z stage 15 is returned to the AF origin position 24 (S201). The initial installation position of the Z stage where auto focus can be executed is
It is necessary to be within the auto focus capture range 26 shown in FIG. That is, unless the AF origin position 24 is set within the autofocus capture range 26, the contrast peak 27 cannot be detected, and as a result, the in-focus position 25 cannot be detected. Next, the Z stage 15 is moved in the Z-axis direction by driving the stepping motor 16 (S202). The sample 1 obtained by the observation optical unit 22 sequentially while moving the Z stage 15
The image of No. 3 is picked up by the CCD camera 17, and the image processing unit 18 samples the contrast data of the video signal obtained by the CCD camera 17 (S203). The control unit 23 detects the position of the Z stage 15 where the contrast reaches the peak 27 as the focal point position 25 based on the contrast data sampled in the image processing unit 18 (S204). Then, the controller 23 drives the stepping motor 16 to set the Z stage 15 at the detected focal point position 25 (S20).
5).

【0007】Zステージの合焦点位置の検出精度は、オ
ートフォーカスの捕捉範囲を広くとると悪化し、逆に、
合焦点位置の精度を向上させるためにはオートフォーカ
スの捕捉範囲を狭くしなければならない。したがって、
通常、5〜10倍程度の低倍率の対物レンズを用いる場
合と、50倍以上の高倍率の対物レンズを用いる場合と
では、要求される合焦点位置の精度が異なるためにオー
トフォーカスの捕捉範囲を異ならせている。つまり、低
倍率の対物レンズを用いる場合には、焦点深度が大きい
ために、合焦点位置の精度がそれほど要求されない。し
たがって、オートフォーカス捕捉範囲を25〜75μm
程度と大きくとるとともに、Zステージを大きく上下に
移動させて、大まかに輝度レベルを算出して合焦点位置
を検出していた(以下、このオートフォーカス制御の実
行モードを粗動モードとする)。また、高倍率の対物レ
ンズを用いる場合では、焦点深度が小さいために、合焦
点位置の精度は±1μm以内が要求される。したがっ
て、この精度を達成するために、オートフォーカス捕捉
範囲を±6μm以内と小さくとるとともに、Zステージ
を小さく上下に微動させて、細かに輝度レベルを算出し
て合焦点位置を検出していた(以下、このオートフォー
カス制御の実行モードを微動モードとする)。
[0007] The detection accuracy of the focal point position of the Z stage deteriorates when the autofocus capture range is widened.
In order to improve the accuracy of the focus position, the capture range of the autofocus must be narrowed. Therefore,
Normally, the required focusing accuracy is different between a case where a low magnification objective lens of about 5 to 10 times is used and a case where a high magnification objective lens of 50 times or more is used. Are different. That is, when a low-magnification objective lens is used, the depth of focus is large, so that the accuracy of the in-focus position is not so required. Therefore, the autofocus capture range is 25 to 75 μm
The focus position is detected by roughly calculating the luminance level while moving the Z stage up and down as much as possible (hereinafter, the execution mode of the autofocus control is referred to as a coarse movement mode). In addition, when a high-magnification objective lens is used, since the depth of focus is small, the accuracy of the focal point must be within ± 1 μm. Therefore, in order to achieve this accuracy, the autofocus capture range is made as small as ± 6 μm or less, and the Z stage is finely moved up and down to calculate the luminance level and detect the in-focus position ( Hereinafter, the execution mode of the autofocus control is referred to as a fine movement mode.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、観察すべき
試料表面の凹凸幅は、試料ホルダの機械加工および組立
の精度や試料表面の研磨精度の問題から±25μm程度
にするのが限界であり、これ以上小さくすることは非常
に困難である。このため、従来のオートフォーカス制御
方法により、図7に示すような凹凸幅が25μmである
試料上の観察点Aを高倍率の対物レンズを用いて観察
し、続いて観察点Bを観察する場合には、以下に示すよ
うな問題点が生じる。
Generally, the width of irregularities on the surface of a sample to be observed is limited to about ± 25 μm due to problems in machining and assembly of the sample holder and polishing accuracy of the sample surface. Yes, it is very difficult to make it smaller. For this reason, when observing the observation point A on the sample having a concavo-convex width of 25 μm as shown in FIG. 7 using a high-magnification objective lens and then observing the observation point B by the conventional autofocus control method, Has the following problems.

【0009】従来のオートフォーカス制御方法における
微動モードでは、オートフォーカス捕捉範囲を±6μm
以内に設定する必要があるために、試料表面の凹凸幅2
5μmをカバーすることができない。つまり、微動モー
ドのオートフォーカス制御により高精度に合焦点位置M
0を検出し、その位置にZステージを設置して観察点A
を観察する。その後、XYステージを移動して観察点B
を対物レンズの下方に配置する。次に、前述と同様に微
動モードのオートフォーカス制御を行うわけであるが、
図7を参照すると、観察点Aと観察点Bとは25μmの
高低差があるために、観察点Aを観察した時点でのZス
テージの設置位置N1(=M0)は、観察点Bを観察す
る際の合焦点位置から約25μm離れていることにな
る。したがって、Zステージをその位置N1に設置した
状態で観察点Bを観察するために、微動モードのオート
フォーカス制御を実行したとしても、そのZステージの
初期位置が、前述のオートフォーカス捕捉範囲(±6μ
m以内)からはずれているために、合焦点位置を検出す
ることができない。このように、試料表面上でオートフ
ォーカス制御を実行できない領域が存在することにな
り、操作性が非常に悪かった。
In the fine movement mode in the conventional auto focus control method, the auto focus capture range is ± 6 μm.
It is necessary to set it within
5 μm cannot be covered. In other words, the focus position M can be accurately determined by the auto-focus control in the fine movement mode.
0 is detected, the Z stage is set at that position, and the observation point A
Observe. Then, move the XY stage to observe point B
Is placed below the objective lens. Next, the autofocus control in the fine movement mode is performed as described above.
Referring to FIG. 7, since the observation point A and the observation point B have a height difference of 25 μm, the installation position N1 (= M0) of the Z stage at the time of observing the observation point A is the observation point B. This is about 25 μm away from the in-focus position. Therefore, even if the autofocus control in the fine movement mode is executed in order to observe the observation point B in a state where the Z stage is set at the position N1, the initial position of the Z stage is set to the aforementioned autofocus capture range (± 6μ
m), the in-focus position cannot be detected. As described above, there is a region on the sample surface where the autofocus control cannot be executed, and the operability is very poor.

【0010】そして、実際に、観察点Bを観察する場合
には、Zステージをオートフォーカス捕捉範囲、つま
り、観察点Bを観察する際の合焦点位置から±6μm以
内の位置に作業者がマニュアルで移動させ、その後、再
度、オートフォーカス制御を実行させていた。この操作
手順では、作業性やスループット等が大幅に低減すると
いう問題点があった。また、この作業者によるZステー
ジのAF原点位置の復帰は、使用する対物レンズの倍率
が大きいほど、その困難性が増していた。
When actually observing the observation point B, the operator manually moves the Z stage to the autofocus capture range, that is, a position within ± 6 μm from the in-focus position when observing the observation point B. And then the auto focus control is executed again. This operation procedure has a problem that workability, throughput, and the like are significantly reduced. In addition, it is more difficult for the operator to return the AF origin position of the Z stage as the magnification of the objective lens used increases.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のオートフォーカス制御方法では、観察対
象表面の凹凸幅よりも大きい第1の移動範囲内で対物レ
ンズを上下に移動させながら撮像装置により観察対象の
画像を撮像し、その画像により画像処理装置でコントラ
ストデータを算出し、そのコントラストデータに基づい
て第1の合焦点位置を検出して、その位置に前記対物レ
ンズを設置する粗動モードのオートフォーカス制御が実
行され、続いて、第1の合焦点位置から、観察対象表面
の凹凸幅よりも小さい第2の移動範囲内で対物レンズを
移動させながら撮像装置により観察対象の画像を撮像
し、その画像により画像処理装置でコントラストデータ
を算出し、そのコントラストデータに基づいて第2の合
焦点位置を検出し、その位置に最終的に対物レンズを設
置する微動モードのオートフォーカス制御が実行され
る。
In order to solve the above-mentioned problems, in an auto-focus control method according to the present invention, an objective lens is moved up and down within a first movement range larger than the unevenness width of a surface to be observed. An image of the observation target is captured by the imaging device, contrast data is calculated by the image processing device based on the image, the first in-focus position is detected based on the contrast data, and the objective lens is set at that position. The auto-focus control in the coarse movement mode is performed. Subsequently, the object to be observed is moved by the imaging device while moving the objective lens from the first in-focus position within a second movement range smaller than the unevenness width of the surface of the object to be observed. Image, an image processing apparatus calculates contrast data based on the image, detects a second in-focus position based on the contrast data, Finally autofocus control of the fine movement mode of installing the objective lens is executed position.

【0012】粗動モードのオートフォーカス制御におけ
る対物レンズの移動範囲は、その対物レンズの倍率にも
影響されるが、観察対象の表面の凹凸幅が±25μm程
度であれば、おおよそ25〜75μm程度とする。ま
た、微動モードのオートフォーカス制御における対物レ
ンズの移動範囲は、同様に対物レンズの倍率にも左右さ
れるが、その合焦点位置の検出精度を±1μm以内とす
る必要がある場合には、3〜6μm程度とする。
The range of movement of the objective lens in the autofocus control in the coarse movement mode is also affected by the magnification of the objective lens. However, if the unevenness of the surface of the observation object is about ± 25 μm, it is about 25 to 75 μm. And The moving range of the objective lens in the autofocus control in the fine movement mode is also affected by the magnification of the objective lens. However, if the detection accuracy of the focused position needs to be within ± 1 μm, 3 About 6 μm.

【0013】さらに、観察対象上の複数の観察点を観察
する場合であっても、その都度、マニュアル操作による
対物レンズをAF原点に復帰させる必要がないため、そ
の観察対象をXYステージ上に載置し、複数の観察点を
連続して観察することも容易である。
Further, even when observing a plurality of observation points on the observation object, it is not necessary to return the objective lens to the AF origin by manual operation each time, so that the observation object is mounted on the XY stage. It is also easy to place and observe a plurality of observation points continuously.

【0014】さらに、観察対象の移動が一定時間以上行
われなかった場合には、自動的にオートフォーカス制御
が実行されるように構成することもできる。
Further, when the movement of the object to be observed has not been performed for a certain period of time or more, the automatic focusing control may be automatically executed.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0016】本実施例のオートフォーカス制御方法は、
観察すべき試料表面の凹凸幅が、要求される合焦点位置
の精度を得るために必要なオートフォーカス捕捉範囲よ
りも大きい場合に実行されると最適である。その制御手
順は、まず、オートフォーカス捕捉範囲を試料表面の凹
凸幅よりも大きくとって、大まかに合焦点位置を検出す
る第1のオートフォーカス制御(粗動モード)を行う。
次いで、第1のオートフォーカス制御により検出された
合焦点位置にZステージを設置し、その位置をAF原点
位置として、高精度に合焦点位置を検出する第2のオー
トフォーカス制御(微動モード)を行うというものであ
る。
The autofocus control method of the present embodiment is as follows.
It is optimally executed when the unevenness width of the sample surface to be observed is larger than the autofocus capture range necessary for obtaining the required accuracy of the in-focus position. In the control procedure, first, a first autofocus control (coarse movement mode) for roughly detecting an in-focus position by setting an autofocus capture range larger than a concavo-convex width of a sample surface is performed.
Next, the Z stage is installed at the focal point detected by the first autofocus control, and the position is set as the AF origin position, and the second autofocus control (fine movement mode) for detecting the focal point with high accuracy is performed. It is to do.

【0017】本実施例のオートフォーカス制御方法が実
行される観察装置の構成は、図4で示した従来のオート
フォーカス制御がなされる一般的な観察装置の構成と同
様であり、制御部における制御手順が異なるのみである
ため、その詳細な説明は省略する。ただし、以下、観察
装置の構成に付される参照番号は、その図4に付された
番号を用いるものとする。
The configuration of the observation apparatus in which the autofocus control method of the present embodiment is executed is the same as the configuration of a general observation apparatus in which the conventional autofocus control is performed as shown in FIG. Since only the procedure is different, a detailed description thereof will be omitted. However, hereinafter, the reference numbers given to the configuration of the observation device use the numbers given in FIG.

【0018】図1は、本実施例の制御手順を示すフロー
チャートであり、図2は、本実施例の動作を説明する図
であって、(a)は、微動モードのオートフォーカス制
御の動作を示す図であり、(b)は、微動モードのオー
トフォーカス制御の動作を示す図である。
FIG. 1 is a flowchart showing the control procedure of the present embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the present embodiment. FIG. 1A shows the operation of the autofocus control in the fine movement mode. It is a figure which shows, and (b) is a figure which shows the operation | movement of the auto focus control of a fine movement mode.

【0019】高倍率の対物レンズがZステージに設置さ
れているものとし、この対物レンズを用いて試料表面の
任意の観察点を観察するものとする。まず、第1のオー
トフォーカス制御(粗動モード)(S10)を実行す
る。つまり、Zステージ15を第1のAF原点位置1に
復帰させた(S101)後、Zステージ15を25〜7
5μm程度上下に移動させながら(S103)、CCD
カメラ17により対物レンズ12を通して試料13の表
面の像を撮像する。画像処理ユニット18において、C
CDカメラ17により得られた画像のコントラストを大
まかにサンプリングしていく。そして、コントラストが
ピーク5となったZステージ15の位置を第1の合焦点
位置2として検出し、その合焦点位置2にZステージ1
5を設定する(S104)。ここで、最初に設定したZ
ステージ15の位置、つまり、第1のAF原点位置1
が、粗動モードにおけるオートフォーカス捕捉範囲3か
ら外れている場合(S102)には、フォーカスエラー
となり(S105)、オートフォーカス制御が実行され
ないため、再度、マニュアル操作により、Zステージ1
5をオートフォーカス捕捉範囲3内の位置に復帰させた
後、オートフォーカス制御を実行させることになる。
It is assumed that a high-magnification objective lens is set on the Z stage, and that any observation point on the sample surface is observed using this objective lens. First, the first auto focus control (coarse movement mode) (S10) is executed. That is, after returning the Z stage 15 to the first AF origin position 1 (S101), the Z stage 15 is moved to 25-7.
While moving up and down about 5 μm (S103), the CCD
An image of the surface of the sample 13 is captured by the camera 17 through the objective lens 12. In the image processing unit 18, C
The contrast of the image obtained by the CD camera 17 is roughly sampled. Then, the position of the Z stage 15 at which the contrast reaches the peak 5 is detected as the first focal point position 2, and the Z stage 1 is located at the focal point position 2.
5 is set (S104). Here, the first set Z
The position of the stage 15, that is, the first AF origin position 1
However, if it is out of the autofocus capture range 3 in the coarse movement mode (S102), a focus error occurs (S105), and the autofocus control is not executed.
After returning the position 5 to the position within the auto focus capture range 3, the auto focus control is executed.

【0020】ただし、この時点では、粗動モードのオー
トフォーカス制御(S10)しか行われていないため
に、第1の合焦点位置2は、微動モードにおけるオート
フォーカス捕捉範囲4内には含まれているものの、その
第1の合焦点位置2の検出精度は、高倍率の対物レンズ
12を使用する際に要求されるレベルには達しておら
ず、このままでは、試料13を観察することができな
い。
However, at this point, only the autofocus control in the coarse movement mode (S10) is performed, so that the first focus position 2 is included in the autofocus capture range 4 in the fine movement mode. However, the detection accuracy of the first in-focus position 2 has not reached the level required when the high-magnification objective lens 12 is used, and the sample 13 cannot be observed as it is.

【0021】そこで、次に、第2のオートフォーカス制
御(微動モード)(S20)を実行する。この際、既に
実行された粗動モードのオートフォーカス制御(S1
0)により検出された第1の合焦点位置2にZステージ
15は設定されており、この位置2を微動モードにおけ
るAF原点位置6とする。Zステージ15をこの位置6
から上下に3〜6μm程度移動させながら(S10
6)、CCDカメラ17により対物レンズ12を通して
試料13の表面の像を撮像する。この際のZステージ1
5の移動範囲は、試料13の表面の凹凸幅よりも小さい
範囲であり、さらに言えば、後述する第2の合焦点位置
の検出精度を対物レンズ12の倍率に応じた値とするた
めに所望のオートフォーカス捕捉範囲内の値である。次
に、画像処理ユニット18において、CCDカメラ17
により得られた画像のコントラストを細かにサンプリン
グしていく。そして、コントラストがピーク8となった
Zステージ15の位置を第2の合焦点位置7として検出
し、その合焦点位置7にZステージ15を設定する(S
107)。このように、最終的に、微動モードのオート
フォーカス制御(S20)を行うことで、高倍率の対物
レンズ12を使用した場合に要求される±1μm以内の
精度で合焦点位置の検出を行うことができる。
Then, next, the second auto focus control (fine movement mode) (S20) is executed. At this time, the autofocus control in the coarse movement mode (S1
The Z stage 15 is set at the first focal point position 2 detected in step (0), and this position 2 is set as the AF origin position 6 in the fine movement mode. Move the Z stage 15 to this position 6
While moving it up and down by about 3 to 6 μm (S10
6) An image of the surface of the sample 13 is captured by the CCD camera 17 through the objective lens 12. Z stage 1 at this time
The moving range of 5 is smaller than the width of the irregularities on the surface of the sample 13. More specifically, the moving range of 5 is desired in order to set the detection accuracy of the second in-focus position described later to a value corresponding to the magnification of the objective lens 12. Is within the autofocus capture range. Next, in the image processing unit 18, the CCD camera 17
The contrast of the image obtained by is sampled finely. Then, the position of the Z stage 15 at which the contrast reaches the peak 8 is detected as the second in-focus position 7, and the Z stage 15 is set at the in-focus position 7 (S
107). Thus, finally, by performing the autofocus control (S20) in the fine movement mode, the in-focus position can be detected with an accuracy within ± 1 μm required when the high-magnification objective lens 12 is used. Can be.

【0022】このように、本実施例では、まず、粗動モ
ードのオートフォーカス制御を実行するために、最初か
ら、微動モードのオートフォーカス制御を実行する場合
と比較して、ZステージをAF原点位置に復帰させるた
めのマニュアル操作が非常に簡略化される。つまり、マ
ニュアル操作でZステージを設定させるべきAF原点位
置が合焦点位置から±6μmをある程度越えても合焦点
位置を検出することができる。
As described above, in the present embodiment, first, the Z stage is moved to the AF origin in order to execute the auto-focus control in the coarse movement mode in comparison with the case of executing the auto-focus control in the fine movement mode from the beginning. The manual operation for returning to the position is greatly simplified. In other words, the in-focus position can be detected even if the AF origin position at which the Z stage should be set by manual operation exceeds a certain degree of ± 6 μm from the in-focus position.

【0023】さらに、1度、合焦点位置を検出して、そ
の位置にZステージを設定した後、XYステージにより
試料を移動させて、試料表面の他の観察点を観察する場
合に、この試料表面の凹凸幅が±25μm程度であれ
ば、最初に粗動モードのオートフォーカス制御を実行す
ることで、試料表面の全ての領域に対して、オートフォ
ーカス制御を実行できることになる。つまり、Zステー
ジの移動範囲(言い換えれば、オートフォーカス捕捉範
囲)を25〜75μmと広くとっているので、試料表面
の凹凸幅がこのオートフォーカス捕捉範囲内であれば、
かならず、コントラストが最大となるZステージの位置
を検出することができる。したがって、試料表面の全て
の領域に対して合焦点位置を検出することができる。
Further, once the in-focus position is detected, the Z stage is set at that position, and then the sample is moved by the XY stage to observe another observation point on the sample surface. If the surface unevenness width is about ± 25 μm, the autofocus control in the coarse movement mode is performed first, so that the autofocus control can be performed on all the regions on the sample surface. That is, since the moving range of the Z stage (in other words, the autofocus capture range) is set to be as wide as 25 to 75 μm, if the unevenness width of the sample surface is within this autofocus capture range,
It is always possible to detect the position of the Z stage at which the contrast is maximum. Therefore, the in-focus position can be detected for all regions of the sample surface.

【0024】これにより、試料表面のある1点に対して
オートフォーカス制御を実行して合焦点位置を検出する
ことができれば、XYステージにより試料を移動させ
て、観察点を変えても、何等他の処理を行うことなく、
オートフォーカス制御を実行することができる。
Thus, if the in-focus position can be detected by executing the auto-focus control for a certain point on the sample surface, even if the sample is moved by the XY stage and the observation point is changed, any other Without performing the processing of
Auto focus control can be executed.

【0025】次に、本発明のオートフォーカス制御方法
をレーザリペアに適用した場合について図3を参照して
説明する。
Next, a case where the autofocus control method of the present invention is applied to laser repair will be described with reference to FIG.

【0026】図3は、レーザリペアの一実施例の構成を
示す図であり、レーザ発振器9から出射されたレーザ光
21は、ビームエキスパンダおよび可変スリット等から
なる加工光学系10により整形され、ダイクロイックミ
ラー11で反射された後、対物レンズ12を通過して基
板13の表面に照射される。基板13の表面には、導電
性物質による配線パターンが形成されており、照射され
るレーザ光21により、その配線パターンを所望の形状
に加工する。したがって、レーザ光21の照射位置は、
かなりの高精度が要求されるため、高倍率、例えば、8
0倍程度の対物レンズ12を用いて、基板13の表面を
観察しながら、レーザ光21の照射位置の位置決めを行
う必要がある。そこで、本発明のオートフォーカス制御
方法を適用することにより、高精度かつ高速に基板13
の表面を観察することができる。このオートフォーカス
制御による観察方法に関しては、既に説明しているの
で、敢えて、ここでは繰り返し説明することはしない。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the laser repair. A laser beam 21 emitted from a laser oscillator 9 is shaped by a processing optical system 10 comprising a beam expander, a variable slit, and the like. After being reflected by the dichroic mirror 11, it passes through the objective lens 12 and irradiates the surface of the substrate 13. A wiring pattern made of a conductive substance is formed on the surface of the substrate 13, and the wiring pattern is processed into a desired shape by the irradiated laser beam 21. Therefore, the irradiation position of the laser beam 21 is
Since very high precision is required, high magnification, for example, 8
It is necessary to position the irradiation position of the laser beam 21 while observing the surface of the substrate 13 using the objective lens 12 of about 0 ×. Therefore, by applying the autofocus control method of the present invention, the substrate 13 can be moved with high accuracy and high speed.
Can be observed. Since the observation method based on the autofocus control has already been described, it will not be repeated here.

【0027】そして、本発明のオートフォーカス制御に
より基板13上の任意の位置においてピントを合わせた
後、CCDカメラ17により対物レンズ12を通して撮
像される基板13の表面の画像をディスプレイ20に表
示させて、その表示画像を観察しながら、XYステージ
14により基板13を移動させて、レーザ光21の照射
位置を決定する。ここで、本実施例では、一度、合焦点
位置を検出してしまえば、基板13上の全ての領域にお
いて、Zステージ15をマニュアル操作でAF原点位置
に復帰させる必要もなく、オートフォーカス制御を実行
することができるために、最初の観察点をレーザ光21
の照射位置近傍に設定する必要がない。また、基板13
上の複数の位置に対してレーザリペアを行う場合であっ
ても、レーザ光21の照射位置を変更するごとに、マニ
ュアル操作によりZステージ15をAF原点位置に復帰
させることなく、オートフォーカス制御が実行されるた
めに、操作性が非常に向上する。
After focusing at an arbitrary position on the substrate 13 by the autofocus control of the present invention, an image of the surface of the substrate 13 taken through the objective lens 12 by the CCD camera 17 is displayed on the display 20. The substrate 13 is moved by the XY stage 14 while observing the displayed image, and the irradiation position of the laser beam 21 is determined. Here, in the present embodiment, once the in-focus position has been detected, it is not necessary to manually return the Z stage 15 to the AF origin position in all regions on the substrate 13, and the auto-focus control is performed. In order to be able to perform, the first observation point is
Need not be set near the irradiation position. Also, the substrate 13
Even when the laser repair is performed for the above plurality of positions, the auto focus control is performed without manually returning the Z stage 15 to the AF origin position every time the irradiation position of the laser beam 21 is changed. Operability is greatly improved because it is executed.

【0028】また、XYステージ14が駆動していない
時間を測定し、その時間が所定時間以上になった時点で
自動的にオートフォーカス制御が実行されるように構成
すれば、さらに、オートフォーカス制御を開始させるた
めの操作も必要なくなる。
When the time during which the XY stage 14 is not driven is measured and the autofocus control is automatically executed when the time exceeds a predetermined time, the autofocus control is further performed. The operation for starting is also unnecessary.

【0029】本発明のオートフォーカス制御方法が適用
されるべき装置は、上記のレーザリペアに限られたもの
ではなく、XYステージにより移動する試料を何らかの
手段で加工するために、その試料の表面を高精度に観察
する必要がある装置に適用されることよりその効果が発
揮される。
The apparatus to which the autofocus control method of the present invention is to be applied is not limited to the laser repair described above. In order to process a sample moving by an XY stage by some means, the surface of the sample is processed. The effect is exhibited by being applied to a device that needs to be observed with high precision.

【0030】なお、合焦点位置等の検出をZステージの
位置を基準にして説明してきたが、これは、Zステージ
と同様に上下に移動する対物レンズの位置を基準と考え
ても差し支えない。
Although the detection of the in-focus position and the like has been described with reference to the position of the Z stage, it may be considered that the position of the objective lens that moves up and down is the same as the Z stage.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオートフ
ォーカス制御方法によれば、観察対象上の複数の観察点
を連続して観察する場合であっても、常に、対物レンズ
の設置位置がオートフォーカス捕捉範囲内であるため
に、容易にオートフォーカス制御を実行することができ
る。特に、高倍率の対物レンズを使用する場合には、合
焦点位置を高精度に検出する必要があり、そのために、
オートフォーカス捕捉範囲は必然的に小さくしなければ
ならない。ところが、本発明のごとく、最初に粗動モー
ドのオートフォーカス制御を実行することで、合焦点位
置の検出精度を落とすことなく、オートフォーカス捕捉
範囲を拡大でき、操作性が飛躍的に向上する。
As described above, according to the autofocus control method of the present invention, even when a plurality of observation points on an observation object are continuously observed, the installation position of the objective lens is always maintained. Since it is within the autofocus capture range, autofocus control can be easily performed. In particular, when a high-magnification objective lens is used, it is necessary to detect the in-focus position with high accuracy.
The autofocus capture range must necessarily be small. However, by executing the auto-focus control in the coarse movement mode first as in the present invention, the auto-focus capture range can be expanded without lowering the detection accuracy of the in-focus position, and the operability is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の制御手順を示すフローチャートであ
る。
FIG. 1 is a flowchart showing a control procedure of the present invention.

【図2】本発明の動作を説明する図であり、(a)は、
粗動モードのオートフォーカス制御の動作を説明する図
であり、(b)は、微動モードのオートフォーカス制御
の動作を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
It is a figure explaining operation of auto focus control of coarse movement mode, and (b) is a figure explaining operation of auto focus control of fine movement mode.

【図3】本発明のオートフォーカス制御方法を適用した
レーザ加工装置の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus to which the autofocus control method of the present invention is applied.

【図4】オートフォーカス制御が行われる一般的な観察
装置の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a general observation device in which autofocus control is performed.

【図5】従来のオートフォーカス制御手順を示すフロー
チャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a conventional auto focus control procedure.

【図6】従来のオートフォーカス制御の動作を説明する
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of a conventional auto focus control.

【図7】従来のオートフォーカス制御の問題点を説明す
る図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a problem of the conventional auto focus control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1のAF原点位置 2 第1の合焦点位置 3 オートフォーカス捕捉範囲(粗動モード用) 4 オートフォーカス捕捉範囲(微動モード用) 5、8 (コントラストの)ピーク 6 第2のAF原点位置 7 第2の合焦点位置 9 レーザ発振器 10 加工光学系 11 ダイクロイックミラー 12 対物レンズ 13 基板(試料) 14 XYステージ 15 Zステージ 16 ステッピングモータ 17 CCDカメラ 18 画像処理装置 19 制御部 20 ディスプレイ 1 First AF origin position 2 First in-focus position 3 Autofocus capture range (for coarse movement mode) 4 Autofocus capture range (for fine movement mode) 5, 8 (Contrast) peak 6 Second AF origin position 7 Second Focusing Position 9 Laser Oscillator 10 Processing Optical System 11 Dichroic Mirror 12 Objective Lens 13 Substrate (Sample) 14 XY Stage 15 Z Stage 16 Stepping Motor 17 CCD Camera 18 Image Processing Device 19 Control Unit 20 Display

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 観察対象表面の凹凸幅よりも大きい第1
の移動範囲内で対物レンズを上下に移動させながら前記
観察対象の画像を撮像し、その画像により得られるコン
トラストデータに基づいて第1の合焦点位置を検出し、
その位置に前記対物レンズを設置する第1のステップ
と、 前記第1の合焦点位置から、前記観察対象表面の凹凸幅
よりも小さい第2の移動範囲内で前記対物レンズを移動
させながら前記観察対象の画像を撮像し、その画像によ
り得られるコントラストデータに基づいて第2の合焦点
位置を検出し、その位置に前記対物レンズを設置する第
2のステップとを含むことを特徴とするオートフォーカ
ス制御方法。
1. A method according to claim 1, wherein the first surface is larger than the width of the irregularities on the surface of the observation target.
Capturing the image of the observation target while moving the objective lens up and down within the moving range of, and detecting a first in-focus position based on contrast data obtained from the image;
A first step of installing the objective lens at that position; and performing the observation while moving the objective lens within a second movement range smaller than the unevenness width of the observation target surface from the first focal point position. Taking a target image, detecting a second focus position based on contrast data obtained from the target image, and setting the objective lens at the second focus position. Control method.
【請求項2】 前記第2の移動範囲は、前記対物レンズ
の倍率によって規定される前記第2の合焦点位置の精度
に基づいて決定される捕捉範囲以内であることを特徴と
する前記請求項1に記載のオートフォーカス制御方法。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the second movement range is within a capture range determined based on accuracy of the second focus position defined by a magnification of the objective lens. 2. The autofocus control method according to 1.
【請求項3】 前記観察表面の凹凸幅は少なくとも±2
5μm以上であり、 前記第1の移動範囲は、前記対物レンズの倍率に基づい
て25〜75μmの範囲内から選ばれた値であり、 前記第2の移動範囲は、前記対物レンズの倍率に基づい
て3〜6μmの範囲内から選ばれた値であることを特徴
とする前記請求項1に記載のオートフォーカス制御方
法。
3. The unevenness width of the observation surface is at least ± 2.
5 μm or more, the first movement range is a value selected from the range of 25 to 75 μm based on the magnification of the objective lens, and the second movement range is based on the magnification of the objective lens. 2. The autofocus control method according to claim 1, wherein the value is selected from a range of 3 to 6 μm.
【請求項4】 前記観察対象は、XYステージ上に載置
されていることを特徴とする前記請求項1に記載のオー
トフォーカス制御方法。
4. The autofocus control method according to claim 1, wherein the observation target is placed on an XY stage.
【請求項5】 前記観察対象が静止している時間を測定
し、 測定された時間が予め設定された時間に達した時点で、
自動的に前記第1のステップが実行され、続いて、前記
第2のステップが実行されることを特徴とする前記請求
項1に記載のオートフォーカス制御方法。
5. The method according to claim 5, further comprising: measuring a time when the observation target is stationary, and when the measured time reaches a preset time,
2. The autofocus control method according to claim 1, wherein the first step is automatically executed, and subsequently, the second step is executed.
【請求項6】 対物レンズを所定の移動範囲内で上下に
移動させるZステージと、 XYステージ上に載置される観察対象の像を前記対物レ
ンズを通して撮像する撮像装置と、 前記撮像装置により得られた画像データに基づいてコン
トラストデータを算出する画像処理装置と、 前記画像処理装置で算出されたコントラストデータに基
づいて前記対物レンズの合焦点位置を検出し、前記Zス
テージにより、その合焦点位置に前記対物レンズを設置
する制御装置とを備える観察装置において、 前記観察対象の表面の凹凸幅よりも大きい第1の移動範
囲で前記対物レンズを上下に移動させながら前記撮像装
置により前記観察対象の画像を撮像し、その画像に基づ
いて前記画像処理装置で算出されるコントラストデータ
に基づいて第1の合焦点位置を検出し、その位置に前記
対物レンズを設置した後、 前記第1の合焦点位置から、前記観察対象表面の凹凸幅
よりも小さい第2の移動範囲で前記対物レンズを移動さ
せながら前記撮像装置により前記観察対象の画像を撮像
し、その画像に基づいて前記画像処理装置で算出される
コントラストデータに基づいて第2の合焦点位置を検出
し、その位置に前記対物レンズを設置することを特徴と
する観察装置。
6. A Z stage for moving an objective lens up and down within a predetermined moving range, an image pickup device for picking up an image of an observation target mounted on an XY stage through the objective lens, and an image pickup device obtained by the image pickup device. An image processing device that calculates contrast data based on the obtained image data; and a focus position of the objective lens that is detected based on the contrast data calculated by the image processing device. A control device for installing the objective lens in the observation device, wherein the imaging device moves the objective lens up and down in a first movement range larger than the unevenness width of the surface of the observation target, and An image is taken, and a first focus position is set based on contrast data calculated by the image processing apparatus based on the image. Out, and after installing the objective lens at that position, the imaging device moves the objective lens from the first focal point position in a second movement range smaller than the unevenness width of the observation target surface. Capturing an image of an observation target, detecting a second focus position based on contrast data calculated by the image processing apparatus based on the image, and installing the objective lens at that position. Observation device.
【請求項7】 前記観察対象は、XYステージ上に載置
されており、 そのXYステージによる前記観察対象の移動が行われて
いない時間を測定する手段と、 測定された時間が予め設定された時間に達した時点で、
自動的に前記対物レンズの前記第1の移動範囲内での移
動を開始させることを特徴とする前記請求項5に記載の
観察装置。
7. The observation object is mounted on an XY stage, and means for measuring a time during which the observation object is not moved by the XY stage, and the measured time is set in advance. At that time,
The observation apparatus according to claim 5, wherein the movement of the objective lens within the first movement range is automatically started.
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