JP5864347B2 - Auto focus mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、オートフォーカス機構に係り、特に、扱いやすく安定したオートフォーカス制御を可能としながら、多種多様な測定ワークに対応可能なオートフォーカス機構に関する。 The present invention relates to an autofocus mechanism, and more particularly to an autofocus mechanism that can handle a wide variety of measurement workpieces while enabling easy and stable autofocus control.
従来、特許文献1に示すようなオートフォーカス機構が知られている。図4に示す如く、このオートフォーカス機構1は、レーザ光16を集光して測定ワーク2に照射する対物レンズ14と、対物レンズ14を介して測定ワーク2からの反射光を分岐するビームスプリッタ20と、分岐された一方の反射光の焦点位置FPの手前側に配置された第1ピンホール22と、第1ピンホール22を通過した反射光を受光する第1フォトダイオード24と、分岐されたもう一方の反射光の焦点位置FPの奥側に配置された第2ピンホール26と、第2ピンホール26を通過した反射光を受光する第2フォトダイオード28と、第1、第2フォトダイオード24、28から出力される信号をそれぞれA信号電圧、B信号電圧に変換し、式(1)、(2)に示すA+B信号電圧V(A+B)とS信号電圧VSとを求める処理部(図示せず)と、を備える。ここで、反射光の焦点位置FPは、対物レンズ14と測定ワーク2との間の距離Zが丁度焦点距離となったときに得られる位置である。なお、符号12は結像レンズである。
A+B信号電圧V(A+B)=A信号電圧+B信号電圧 (1)
S信号電圧VS=(A信号電圧−B信号電圧)/(A信号電圧+B信号電圧)(2)
Conventionally, an autofocus mechanism as shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 4, the autofocus mechanism 1 includes an
A + B signal voltage V (A + B) = A signal voltage + B signal voltage (1)
S signal voltage VS = (A signal voltage−B signal voltage) / (A signal voltage + B signal voltage) (2)
オートフォーカス機構1は、S信号電圧VSが所定の電圧(合焦判断電圧VFJ;測定ワーク2と対物レンズ14との間の距離Zが対物レンズ14の焦点距離とされた際に得られる電圧)となる位置を合焦位置PFJとしており、この合焦位置PFJになるように測定ワーク2を対物レンズ14に対して位置決めすることでオートフォーカス制御を実現している。
In the autofocus mechanism 1, the S signal voltage VS is a predetermined voltage (focus determination voltage VFJ; voltage obtained when the distance Z between the measurement workpiece 2 and the
しかし、対物レンズ14と測定ワーク2との間の距離Zに対して式(2)で示すS信号電圧VSは図5(縦軸は電圧E、横軸は距離Z、他の図も同様)に示すような変化をし、合焦位置PFJ以外の位置で合焦判断電圧VFJと同じ電圧が白抜き矢印で示す数箇所で存在する場合がある。
However, the S signal voltage VS represented by the equation (2) with respect to the distance Z between the
そこで、合焦位置PFJの決定のためにS信号電圧VSが使用可能か否か判断するのに、式(1)で示すA+B信号電圧V(A+B)を用いている。A+B信号電圧V(A+B)が所定電圧(S信号有効判定電圧VSV)以上の部分(合焦位置判断可能領域EAV)を有する場合に、図6(A)に示す如く、その合焦位置判断可能領域EAVの間にあるS信号電圧VSから合焦位置PFJを判断するようにしている。即ち、S信号有効判定電圧VSVは、距離Zにおける合焦判断電圧VFJの有効な領域を決定するための電圧であり、A+B信号電圧V(A+B)から自身を減算して得た電圧がゼロ以上の距離Zにおける合焦判断電圧VFJを有効とする閾値電圧とされている。 Therefore, the A + B signal voltage V (A + B) shown in Expression (1) is used to determine whether or not the S signal voltage VS can be used to determine the in-focus position PFJ. When the A + B signal voltage V (A + B) has a portion (focus position determination possible area EAV) that is equal to or higher than a predetermined voltage (S signal valid determination voltage VSV), the focus position can be determined as shown in FIG. The focus position PFJ is determined from the S signal voltage VS between the areas EAV. That is, the S signal validity determination voltage VSV is a voltage for determining an effective region of the focus determination voltage VFJ at the distance Z, and the voltage obtained by subtracting itself from the A + B signal voltage V (A + B) is zero or more. The focus determination voltage VFJ at the distance Z is set to be a threshold voltage.
ここで、A+B信号電圧V(A+B)は、通常ほぼ合焦位置PFJで最大値となる正規分布状の形状をしているが、測定ワーク2の反射率によってはA+B信号電圧V(A+B)の信号レベルが変化してしまう。例えば、測定ワーク2の反射率が低い場合には、図6(B)に示す如く、A+B信号電圧V(A+B)が距離Zの全域で低くなり合焦位置判断可能領域EAVが狭くなる。そのため、オートフォーカス制御できる範囲が狭くなってしまう。最悪、A+B信号電圧V(A+B)がS信号有効判定電圧VSVよりも小さくなると合焦位置判断可能領域EAVが無くなり、オートフォーカス制御ができなくなる。 Here, the A + B signal voltage V (A + B) has a normally distributed shape that is generally the maximum value at the in-focus position PFJ. However, depending on the reflectance of the measurement workpiece 2, the A + B signal voltage V (A + B) The signal level changes. For example, when the reflectance of the measurement workpiece 2 is low, as shown in FIG. 6B, the A + B signal voltage V (A + B) is lowered throughout the distance Z, and the focus position determination possible area EAV is narrowed. Therefore, the range in which autofocus control can be performed becomes narrow. In the worst case, when the A + B signal voltage V (A + B) is smaller than the S signal validity determination voltage VSV, the focus position determination possible area EAV disappears, and autofocus control cannot be performed.
反対に、測定ワーク2の反射率が高い場合は、図6(C)に示す如く、A+B信号電圧V(A+B)が大きくなり合焦位置判断可能領域EAVが広くなり過ぎる。そのため、合焦位置PFJ以外の位置(白抜き○)も合焦位置PFJと誤判断してしまうこととなる。
逆に、S信号有効判定電圧VSVの設定値の違いにより、上記同様に合焦位置判断可能領域EAVが無くなったり、広くなりすぎたりする。
On the other hand, when the reflectance of the measurement workpiece 2 is high, as shown in FIG. 6C, the A + B signal voltage V (A + B) becomes large, and the focus position determination possible area EAV becomes too wide. Therefore, positions other than the in-focus position PFJ (outlined circles) are erroneously determined as in-focus positions PFJ.
On the other hand, due to the difference in the set value of the S signal validity determination voltage VSV, the focus position determination possible area EAV is lost or too wide as described above.
従って、安定したオートフォーカス制御を実現するためには、このS信号有効判定電圧VSVの値をどのように設定するかが重要となる。このため、測定ワーク2毎にS信号有効判定電圧VSVを設定することが考えられる。しかし、測定ワーク2は多種多様であり、工場出荷時などの初期のS信号有効判定電圧VSVの設定調整だけでは対応できないおそれもある。このため、S信号有効判定電圧VSVを変更可能としてもよいが、その場合には距離Zに対するS信号電圧VSやA+B信号電圧V(A+B)の測定の実施やオートフォーカスの制御方法の把握が必要となる。このような作業は大変煩雑で、オートフォーカス制御を扱いづらくしてしまうおそれがあった。 Therefore, in order to realize stable autofocus control, it is important how to set the value of the S signal validity determination voltage VSV. For this reason, it is conceivable to set the S signal validity determination voltage VSV for each measurement workpiece 2. However, there are a wide variety of measurement workpieces 2 and there is a possibility that the measurement workpiece 2 cannot be dealt with only by adjusting the setting of the initial S signal validity determination voltage VSV at the time of factory shipment. For this reason, the S signal validity determination voltage VSV may be changeable, but in that case, it is necessary to measure the S signal voltage VS and the A + B signal voltage V (A + B) with respect to the distance Z and to grasp the control method of the autofocus. It becomes. Such an operation is very complicated and may make it difficult to handle the autofocus control.
そこで本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、扱いやすく安定したオートフォーカス制御を可能としながら、多種多様な測定ワークに対応可能なオートフォーカス機構を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to provide an autofocus mechanism that can handle a wide variety of measurement workpieces while enabling easy and stable autofocus control. To do.
本願の請求項1に係る発明は、レーザ光を集光して測定ワークに照射する対物レンズと、該対物レンズを介して該測定ワークからの反射光を分岐するビームスプリッタと、分岐された一方の該反射光の焦点位置の手前側に配置された第1光量制限素子と、該第1光量制限素子を通過した該反射光を受光する第1受光素子と、分岐されたもう一方の該反射光の焦点位置の奥側に配置された第2光量制限素子と、該第2光量制限素子を通過した該反射光を受光する第2受光素子と、第1、第2受光素子から出力される信号をそれぞれA信号電圧、B信号電圧に変換し、式(1)、(2)に示すA+B信号電圧とS信号電圧とを求める処理部と、を備えるオートフォーカス機構において、前記処理部に、前記S信号電圧における最大電圧を示す最大位置から前記対物レンズと前記測定ワークとの間の距離が小さくなる方向にあり且つ該距離が該対物レンズの焦点距離とされた際に得られる該S信号電圧である合焦判断電圧と該最大電圧から該合焦判断電圧を減算して得た電圧よりも小さく設定される許容電圧との和の電圧が前記S信号電圧となる前記距離における前記A+B信号電圧を第1下限電圧と定める第1演算手段と、前記S信号電圧における最小電圧を示す最小位置から前記距離が拡大する方向にあり且つ前記合焦判断電圧と前記許容電圧との差の電圧が前記S信号電圧となる前記距離における前記A+B信号電圧を第2下限電圧と定める第2演算手段と、該第1、第2下限電圧のうちの高い方の電圧を下限電圧と定める第3演算手段と、前記S信号電圧において前記最大位置と前記最小位置の間にある前記合焦判断電圧と同じ電圧となる前記距離における前記A+B信号電圧を上限電圧と定める第4演算手段と、前記上限電圧と前記下限電圧とを、前記A+B信号電圧から自身を減算して得た電圧がゼロ以上の前記距離における前記合焦判断電圧を有効とする閾値電圧であるS信号有効判定電圧の設定可能な範囲の上限値と下限値として出力する出力手段と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
A+B信号電圧=A信号電圧+B信号電圧 (1)
S信号電圧=(A信号電圧−B信号電圧)/(A信号電圧+B信号電圧) (2)
The invention according to claim 1 of the present application includes an objective lens that condenses laser light and irradiates the measurement workpiece, a beam splitter that branches reflected light from the measurement workpiece via the objective lens, and one branched beam A first light quantity limiting element disposed on the near side of the focal position of the reflected light, a first light receiving element that receives the reflected light that has passed through the first light quantity limiting element, and the other branched branched reflection. Output from the second light quantity limiting element disposed behind the focal position of the light, the second light receiving element that receives the reflected light that has passed through the second light quantity limiting element, and the first and second light receiving elements. In an autofocus mechanism comprising: a processing unit that converts a signal into an A signal voltage and a B signal voltage, and obtains an A + B signal voltage and an S signal voltage as shown in equations (1) and (2), Maximum indicating the maximum voltage in the S signal voltage The focus determination voltage, which is the S signal voltage obtained when the distance between the objective lens and the measurement workpiece is reduced from the position, and the distance is the focal length of the objective lens, and the maximum A first voltage that defines the A + B signal voltage at the distance at which the sum voltage with the allowable voltage set smaller than the voltage obtained by subtracting the focus determination voltage from the voltage becomes the S signal voltage is defined as a first lower limit voltage. The calculation means and the distance at which the distance is expanded from the minimum position indicating the minimum voltage in the S signal voltage and the difference voltage between the focus determination voltage and the allowable voltage is the S signal voltage. A second calculating means for determining the A + B signal voltage as the second lower limit voltage; a third calculating means for determining the higher one of the first and second lower limit voltages as the lower limit voltage; and the maximum position in the S signal voltage. When Fourth arithmetic means for defining the A + B signal voltage at the distance that is the same voltage as the focus determination voltage between the minimum positions as an upper limit voltage, and the upper limit voltage and the lower limit voltage from the A + B signal voltage. An output means for outputting as an upper limit value and a lower limit value of a settable range of the S signal valid judgment voltage, which is a threshold voltage for validating the focus judgment voltage at the distance where the voltage obtained by subtracting itself is zero or more; By solving, the above-mentioned problems are solved.
A + B signal voltage = A signal voltage + B signal voltage (1)
S signal voltage = (A signal voltage−B signal voltage) / (A signal voltage + B signal voltage) (2)
本願の請求項2に係る発明は、前記出力手段が、前記S信号有効判定電圧が入力可能とされた入出力部とされ、前記処理部が該S信号有効判定電圧を記憶する記憶部を備えるようにしたものである。 In the invention according to claim 2 of the present application, the output means includes an input / output unit to which the S signal validity determination voltage can be input, and the processing unit includes a storage unit that stores the S signal validity determination voltage. It is what I did.
本願の請求項3に係る発明は、前記処理部が、前記第3、第4演算手段と接続された通信手段と、該通信手段と通信可能とされたホストコントローラとを備え、該ホストコントローラに前記出力手段を接続するようにしたものである。 In the invention according to claim 3 of the present application, the processing unit includes a communication unit connected to the third and fourth calculation units, and a host controller capable of communicating with the communication unit. The output means is connected.
本発明によれば、扱いやすく安定したオートフォーカス制御を可能としながら、多種多様な測定ワークに対応可能となる。 According to the present invention, it is possible to handle a wide variety of measurement workpieces while enabling easy and stable autofocus control.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
最初に、第1実施形態に係るオートフォーカス機構の構成について、図1を用いて説明する。 First, the configuration of the autofocus mechanism according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
オートフォーカス機構100は、図1に示す如く、光学ヘッド104と、光学ヘッド104をZ軸方向に移動可能に支持するスタンド106と、光学ヘッド104からの出力を処理する処理部108と、を備える。なお、測定ワーク102は、図示せぬXYステージを介してスタンド106に支持される。 As shown in FIG. 1, the autofocus mechanism 100 includes an optical head 104, a stand 106 that supports the optical head 104 so as to be movable in the Z-axis direction, and a processing unit 108 that processes an output from the optical head 104. . The measurement workpiece 102 is supported on the stand 106 via an XY stage (not shown).
前記光学ヘッド104は、図1に示す如く、レーザダイオード110とチューブレンズ112と対物レンズ114と第1ビームスプリッタ118と第2ビームスプリッタ120と第1ピンホール122(第1光量制限素子)と第1フォトダイオード124(第1受光素子)と第2ピンホール126(第2光量制限素子)と第2フォトダイオード128(第2受光素子)とを備える。なお、第1、第2ピンホール122、126の代わりに、ナイフエッジ等を用いた光量制限素子を用いてもよい。 As shown in FIG. 1, the optical head 104 includes a laser diode 110, a tube lens 112, an objective lens 114, a first beam splitter 118, a second beam splitter 120, a first pinhole 122 (first light quantity limiting element), 1 photodiode 124 (first light receiving element), a second pinhole 126 (second light quantity limiting element), and a second photodiode 128 (second light receiving element). Instead of the first and second pinholes 122 and 126, a light quantity limiting element using a knife edge or the like may be used.
レーザダイオード110は、図1に示す如く、測定ワーク102を照射するレーザ光116を出射する。出射されたレーザ光116は、チューブレンズ112によりコリメートされる(なお、チューブレンズが不要な構成でもよい)。コリメートされたレーザ光116は、対物レンズ114で集光され測定ワーク102に照射される。照射されたレーザ光116は、測定ワーク102で反射される。そして、その反射されたレーザ光116は、対物レンズ114とチューブレンズ112を介して、第1ビームスプリッタ118で反射される。第1ビームスプリッタ118で反射されたレーザ光116は、第2ビームスプリッタ120で2つに分岐される。即ち、第2ビームスプリッタ120(ビームスプリッタ)は、対物レンズ114を介して測定ワーク102からの反射光を分岐する。 As shown in FIG. 1, the laser diode 110 emits a laser beam 116 that irradiates the measurement workpiece 102. The emitted laser beam 116 is collimated by the tube lens 112 (a configuration that does not require a tube lens may be used). The collimated laser beam 116 is collected by the objective lens 114 and irradiated onto the measurement workpiece 102. The irradiated laser beam 116 is reflected by the measurement workpiece 102. The reflected laser beam 116 is reflected by the first beam splitter 118 via the objective lens 114 and the tube lens 112. The laser beam 116 reflected by the first beam splitter 118 is branched into two by the second beam splitter 120. That is, the second beam splitter 120 (beam splitter) branches reflected light from the measurement workpiece 102 via the objective lens 114.
図1に示す如く、第1ピンホール122は、分岐された一方の反射光の焦点位置FPの手前側に配置されている。ここで、反射光の焦点位置FPは対物レンズ114と測定ワーク102との間の距離Zが丁度焦点距離となったときに得られる位置であり、焦点位置FPは第1フォトダイオード124の内側にくる。第1フォトダイオード124は、第1ピンホール122を通過した反射光を受光する。一方で、図1に示す如く、第2ピンホール126は、分岐されたもう一方の反射光の焦点位置FPの奥側に配置されている。即ち、ここでの反射光の焦点位置FPは、第2ピンホール126の外側(手前側)にくる。第2フォトダイオード128は、第2ピンホール126を通過した反射光を受光する。第1、第2フォトダイオード124、128はそれぞれ、受光した光量に応じた電気信号を出力する。 As shown in FIG. 1, the first pinhole 122 is disposed on the front side of the focal position FP of one branched reflected light. Here, the focal position FP of the reflected light is a position obtained when the distance Z between the objective lens 114 and the measurement workpiece 102 becomes just the focal distance, and the focal position FP is located inside the first photodiode 124. come. The first photodiode 124 receives the reflected light that has passed through the first pinhole 122. On the other hand, as shown in FIG. 1, the second pinhole 126 is disposed on the back side of the focal position FP of the other reflected light branched. That is, the focal position FP of the reflected light here is outside (near side) the second pinhole 126. The second photodiode 128 receives the reflected light that has passed through the second pinhole 126. The first and second photodiodes 124 and 128 each output an electrical signal corresponding to the amount of received light.
前記スタンド106には、図1に示す如く、Z方向に移動可能な光学ヘッド移動機構132が設けられており、光学ヘッド移動機構132に光学ヘッド104が固定されている。光学ヘッド移動機構132には位置検出部130が取り付けられており、位置検出部130は光学ヘッド移動機構132のZ軸方向への移動量を検出して距離Zの位置データとして出力する構成とされている。
As shown in FIG. 1, the stand 106 is provided with an optical
前記処理部108は、図1に示す如く、A信号電圧変換部134とB信号電圧変換部136とA+B信号電圧変換部138とS信号電圧変換部140とS信号・A+B信号電圧検出部142とS信号・A+B信号・位置データ記憶部144と、演算・制御部146(第1〜第4演算手段)とS信号有効判定電圧記憶部148(記憶部)と外部通信部150(通信手段)とホストコントローラ152と入出力部154(出力手段)とを備える。
As shown in FIG. 1, the processing unit 108 includes an A signal
A、B信号電圧変換部134、136はそれぞれ、図1に示す如く、第1、第2フォトダイオード124、128から出力される信号を電圧であるA、B信号電圧に変換する。A、B信号電圧は、A+B信号電圧変換部138で式(1)に従いA+B信号電圧V(A+B)に変換され、S信号電圧変換部140で式(2)に従いS信号電圧VSに変換される。S信号・A+B信号電圧検出部142は、対物レンズ114と測定ワーク102との間の距離Zの変化に対応するS信号電圧VS及びA+B信号電圧V(A+B)の測定によって、それぞれデータに変換する。S信号・A+B信号・位置データ記憶部144では、データとされたS信号電圧VS及びA+B信号電圧V(A+B)と、位置検出部130から出力される距離Zの位置データと、を組にして記憶する。演算・制御部146は、前述の組とされたデータから、S信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の上限電圧Vmaxと下限電圧Vminとを算出する。なお、S信号有効判定電圧VSVは、距離Zにおける合焦判断電圧VFJの有効な領域を決定するための電圧であり、A+B信号電圧V(A+B)から自身を減算して得た電圧がゼロ以上の距離Zにおける合焦判断電圧VFJを有効とする閾値電圧とされている(合焦判断電圧VFJは、距離Zが対物レンズ114の焦点距離とされた際に得られる電圧である)。外部通信部150は、演算・制御部146に接続されており、ホストコントローラ152と通信可能とされている(無線でも有線でもよい)。即ち、外部通信部150は、ホストコントローラ152に上限電圧Vmaxと下限電圧Vminとを通知するようにされている。ホストコントローラ152には入出力部154が接続されている。入出力部154は、キーボード、スピーカ、モニターなどから構成され、上限電圧Vmaxと下限電圧VminとがS信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の上限値と下限値としてモニターに表示(出力)される。この上限値と下限値に基づき、操作者はキーボードよりS信号有効判定電圧VSVを入力する。入力されたS信号有効判定電圧VSVはホストコントローラ152から外部通信部150に通信される。そして、演算・制御部146に接続されたS信号有効判定電圧記憶部148にS信号有効判定電圧VSVが記憶される。記憶されたS信号有効判定電圧VSVは、オートフォーカス制御で使用される。なお、処理部108のうち、ホストコントローラ152と入出力部154とは他の構成要素とは別体とされ、ホストコントローラ152と入出力部154とは他のオートフォーカス機構と兼用とすることができる。
As shown in FIG. 1, the A and B
次に、S信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の上限値と下限値とを出力する処理手順について、図2、図3を用いて説明する。 Next, a processing procedure for outputting an upper limit value and a lower limit value of a settable range of the S signal validity determination voltage VSV will be described with reference to FIGS.
まず、光学ヘッド移動機構132をZ方向に移動させることで光学ヘッド104を変位させる。そして、合焦位置PFJ近傍の対物レンズ114と測定ワーク102との距離Zの変化に対応するS信号電圧VS及びA+B信号電圧V(A+B)を、対物レンズ114と測定ワーク102との距離Zを短い方から一定間隔で測定する(図2(A)、図3のステップS2)。そして、順番に測定結果をS信号・A+B信号・位置データ記憶部144に記憶する。
First, the optical head 104 is displaced by moving the optical
次に、S信号電圧VS、A+B信号電圧V(A+B)、及び位置データを演算・制御部146に読み出す。そして、S信号電圧VSにおける最大電圧を示す位置である最大位置Pを算出する(図3のステップS4)。そして、最大位置Pから対物レンズ114と測定ワーク102との距離Zが小さくなる方向(図2(B)でZ方向左側)にくるS信号電圧VS上の第1合焦判断位置Qを算出する(図3のステップS6)。第1合焦判断位置Qは、合焦判断電圧VFJと許容電圧との和の電圧(第1合焦判断電圧VFM1)がS信号電圧VSとなる位置である。なお、合焦判断電圧VFJは、距離Zが対物レンズ114の焦点距離とされた際に得られる電圧である。また、許容電圧は、オートフォーカス機構100における電気的なノイズや機構部の振動によって生じる測定誤差などを勘案して定められる電圧であり、S信号電圧VSにおける最大電圧から合焦判断電圧VFJを減算して得た電圧よりも小さく設定される(具体的な一例を示すと、合焦位置PFJで光学ヘッド104を静止させ、S信号電圧VSを複数回測定する。その複数の測定値から、標準偏差の3σを求め、その1/2を許容電圧とすることができる)。そして、第1合焦判断位置Qと同じ距離ZにおけるA+B信号電圧V(A+B)を第1下限電圧Rと定める(図2(B)、図3のステップS8)。
Next, the S signal voltage VS, the A + B signal voltage V (A + B), and the position data are read out to the calculation /
次に、S信号電圧VSにおける最小電圧を示す位置である最小位置Uを算出する(図3のステップS10)。そして、最小位置Uから対物レンズ114と測定ワーク102との距離Zが拡大する方向(図2(C)でZ方向右側)にくるS信号電圧VS上の第2合焦判断位置Vを算出する(図3のステップS12)。第2合焦判断位置Vは、合焦判断電圧VFJと許容電圧との差の電圧(第2合焦判断電圧VFM2)がS信号電圧VSとなる位置である。そして、第2合焦判断位置Vと同じ距離ZにおけるA+B信号電圧V(A+B)を第2下限電圧Wと定める(図2(C)、図3のステップS14)。 Next, a minimum position U that is a position indicating the minimum voltage in the S signal voltage VS is calculated (step S10 in FIG. 3). Then, the second in-focus determination position V on the S signal voltage VS is calculated in the direction in which the distance Z between the objective lens 114 and the measurement workpiece 102 increases from the minimum position U (right side in the Z direction in FIG. 2C). (Step S12 in FIG. 3). The second focus determination position V is a position where the difference voltage between the focus determination voltage VFJ and the allowable voltage (second focus determination voltage VFM2) becomes the S signal voltage VS. Then, the A + B signal voltage V (A + B) at the same distance Z as the second focus determination position V is determined as the second lower limit voltage W (FIG. 2C, step S14 in FIG. 3).
次に、第1、第2下限電圧R、Wのうちの高い方の電圧をS信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の下限電圧Vminと定める。つまり、第1下限電圧Rと第2下限電圧Wとを比較する(図3のステップS16)。そして、第1下限電圧Rが第2下限電圧W以上であれば、下限電圧Vminを第1下限電圧Rとする(図3のステップS18、本実施形態が該当)。逆に、第1下限電圧Rが第2下限電圧Wよりも小さければ、下限電圧Vminを第2下限電圧Wとする(図3のステップS20)。 Next, the higher one of the first and second lower limit voltages R and W is determined as the lower limit voltage Vmin within a settable range of the S signal validity determination voltage VSV. That is, the first lower limit voltage R and the second lower limit voltage W are compared (step S16 in FIG. 3). If the first lower limit voltage R is equal to or higher than the second lower limit voltage W, the lower limit voltage Vmin is set as the first lower limit voltage R (step S18 in FIG. 3, this embodiment is applicable). Conversely, if the first lower limit voltage R is smaller than the second lower limit voltage W, the lower limit voltage Vmin is set as the second lower limit voltage W (step S20 in FIG. 3).
次に、S信号電圧VSにおいて最大位置Pと最小位置Uの間にある合焦判断電圧VFJと同じ電圧となる合焦判断位置S(=PFJ)を算出する(図3のステップS22)。そして、合焦判断位置Sと同じ距離ZにおけるA+B信号電圧V(A+B)を上限電圧Vmaxと定める(図2(D)、図3のステップS24)。 Next, a focus determination position S (= PFJ) that is the same voltage as the focus determination voltage VFJ between the maximum position P and the minimum position U in the S signal voltage VS is calculated (step S22 in FIG. 3). Then, the A + B signal voltage V (A + B) at the same distance Z as the in-focus determination position S is determined as the upper limit voltage Vmax (FIG. 2 (D), step S24 in FIG. 3).
次に、演算・制御部146は、外部通信部150を介し、上限電圧Vmaxと下限電圧Vminとをホストコントローラ152に送信する。ホストコントローラ152は、入出力部154に上限電圧Vmaxと下限電圧Vminとを、A+B信号電圧V(A+B)から自身を減算して得た電圧がゼロ以上の距離Zにおける合焦判断電圧VFJを有効とする閾値電圧であるS信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の上限値と下限値として出力(表示通知)する(図3のステップS26)。
Next, the calculation /
反射率の異なる部位が複数存在する測定ワークの場合には、各部位間で対物レンズと測定ワークとの間の距離Zに対するA+B信号電圧V(A+B)が異なってくる。そのため、従来技術では、各部位で最適なS信号有効判定電圧VSVが異なってしまうことで、S信号有効判定電圧VSVの設定が困難であった。 In the case of a measurement work having a plurality of parts having different reflectances, the A + B signal voltage V (A + B) with respect to the distance Z between the objective lens and the measurement work differs between the parts. Therefore, in the prior art, setting of the S signal validity determination voltage VSV is difficult because the optimum S signal validity determination voltage VSV is different in each part.
これに対し、本実施形態においては、オートフォーカス制御のためのS信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の上限値と下限値が通知される。この意味するところは、測定ワーク102の各部位毎にS信号有効判定電圧VSVの設定可能な範囲の上限電圧Vmaxと下限電圧Vminとを示すことが可能となる。このため、測定ワーク102の各部位に共通する範囲があれば、S信号有効判定電圧VSVとしてはその共通する範囲内の値を設定すれば、全部位でオートフォーカス制御が可能となる。もし、測定ワーク102の各部位に共通する範囲が無い場合でも、設定したS信号有効判定電圧VSVの値によってオートフォーカス制御が可能な部位と不可能な部位とが把握できる。このため、例えば設計情報に基づき部位を特定し、部位毎にS信号有効判定電圧VSVを変更することで測定ワーク102の全部位でオートフォーカス制御が可能となる。つまり、本実施形態においては、特に、ICパターンのような反射率の異なる部位が複数存在する測定ワーク102において有効であり、本実施形態のオートフォーカス機構100は、光学顕微鏡、FPD(フラットパネルディスプレイ)検査/リペア装置、LCD検査/リペア装置、IC検査/リペア装置、及び被接触変位測定装置に適用することが可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, an upper limit value and a lower limit value of a settable range of the S signal validity determination voltage VSV for autofocus control are notified. This means that an upper limit voltage Vmax and a lower limit voltage Vmin within a settable range of the S signal validity determination voltage VSV can be indicated for each part of the measurement workpiece 102. For this reason, if there is a range common to each part of the measurement work 102, if the value within the common range is set as the S signal validity determination voltage VSV, autofocus control is possible in all parts. Even if there is no common range for each part of the measurement work 102, the part where the autofocus control is possible and the part where the autofocus control is impossible can be grasped by the value of the set S signal validity determination voltage VSV. For this reason, for example, by specifying the part based on the design information and changing the S signal validity determination voltage VSV for each part, the autofocus control can be performed on all parts of the measurement workpiece 102. In other words, the present embodiment is particularly effective for the measurement workpiece 102 in which there are a plurality of parts having different reflectances such as an IC pattern, and the autofocus mechanism 100 of the present embodiment is an optical microscope, FPD (flat panel display). ) It can be applied to inspection / repair devices, LCD inspection / repair devices, IC inspection / repair devices, and contact displacement measuring devices.
また、本実施形態においては、入出力部154が、S信号有効判定電圧VSVが入力可能とされ、処理部108がS信号有効判定電圧VSVを記憶するS信号有効判定電圧記憶部148を備えている。このため、設定可能な範囲に基づいて定めたS信号有効判定電圧VSVを用いて安定且つ再現性の高いオートフォーカス制御をすることが可能となる。
In the present embodiment, the input /
また、本実施形態においては、処理部108が、演算・制御部146と接続された外部通信部150と、外部通信部150と通信可能とされたホストコントローラ152とを備え、ホストコントローラ152に入出力部154が接続されている。このため、ホストコントローラ152と入出力部154とを複数のオートフォーカス機構に共通して使用することができる。即ち、オートフォーカス機構100を低コスト化することが可能となる。
In the present embodiment, the processing unit 108 includes an
従って、本実施形態においては、扱いやすく安定したオートフォーカス制御を可能としながら、多種多様な測定ワーク102に対応可能である。 Therefore, in this embodiment, it is possible to deal with a wide variety of measurement workpieces 102 while enabling easy and stable autofocus control.
本発明について本実施形態を挙げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。 Although the present invention has been described with reference to the present embodiment, the present invention is not limited to the present embodiment. That is, it goes without saying that improvements and design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、入出力部154が、S信号有効判定電圧VSVが入力可能とされ、処理部108がS信号有効判定電圧VSVを記憶するS信号有効判定電圧記憶部148を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、入出力部ではなく単に表示するだけで、定められたS信号有効判定電圧VSVを設定可能な範囲に調整可能にする光学ヘッド等の調整機構を備えるようしてもよいし、S信号有効判定電圧記憶部が存在せず、オートフォーカス制御毎にS信号有効判定電圧VSVを入力するようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the input /
また、上記実施形態においては、処理部108が、演算・制御部146と接続された外部通信部150と、外部通信部150と通信可能とされたホストコントローラ152とを備え、ホストコントローラ152に入出力部154が接続されていたが、本発明はこれに限定されない。外部通信部やホストコントローラがなく、入出力部が直接的に演算・制御部に接続されていてもよい。
In the above embodiment, the processing unit 108 includes the
また、上記実施形態においては、演算・制御部146が上限電圧Vmaxと下限電圧Vminを定めるまで行っていたが、本発明はこれに限定されない。演算・制御部は単に、S信号・A+B信号・位置データ記憶部とS信号有効判定電圧記憶部と外部通信部との間のデータのやり取りを制御するだけとし、上限電圧Vmaxと下限電圧Vminを定めるまでの演算をホストコントローラで行うようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although it performed until the calculation /
本発明は、特にレーザ光を用いたオートフォーカス機構であり、光学顕微鏡、FPD(フラットパネルディスプレイ)検査/リペア装置、LCD検査/リペア装置、IC検査/リペア装置、及び被接触変位測定装置に広く適用することができる。 The present invention is an autofocus mechanism using laser light in particular, and is widely used in optical microscopes, FPD (flat panel display) inspection / repair devices, LCD inspection / repair devices, IC inspection / repair devices, and contact displacement measuring devices. Can be applied.
1、100…オートフォーカス機構
2、102…測定ワーク
12…結像レンズ
14、114…対物レンズ
16、116…レーザ光
20…ビームスプリッタ
22、122…第1ピンホール
24、124…第1フォトダイオード
26、126…第2ピンホール
28、128…第2フォトダイオード
104…光学ヘッド
106…スタンド
108…処理部
110…レーザダイオード
112…チューブレンズ
118…第1ビームスプリッタ
120…第2ビームスプリッタ
130…位置検出部
132…光学ヘッド移動機構
134…A信号電圧変換部
136…B信号電圧変換部
138…A+B信号電圧変換部
140…S信号電圧変換部
142…S信号・A+B信号電圧検出部
144…S信号・A+B信号・位置データ記憶部
146…演算・制御部
148…S信号有効判定電圧記憶部
150…外部通信部
152…ホストコントローラ
154…入出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... Autofocus mechanism 2,102 ...
Claims (3)
前記処理部に、
前記S信号電圧における最大電圧を示す最大位置から前記対物レンズと前記測定ワークとの間の距離が小さくなる方向にあり且つ該距離が該対物レンズの焦点距離とされた際に得られる該S信号電圧である合焦判断電圧と該最大電圧から該合焦判断電圧を減算して得た電圧よりも小さく設定される許容電圧との和の電圧が前記S信号電圧となる前記距離における前記A+B信号電圧を第1下限電圧と定める第1演算手段と、
前記S信号電圧における最小電圧を示す最小位置から前記距離が拡大する方向にあり且つ前記合焦判断電圧と前記許容電圧との差の電圧が前記S信号電圧となる前記距離における前記A+B信号電圧を第2下限電圧と定める第2演算手段と、
該第1、第2下限電圧のうちの高い方の電圧を下限電圧と定める第3演算手段と、
前記S信号電圧において前記最大位置と前記最小位置の間にある前記合焦判断電圧と同じ電圧となる前記距離における前記A+B信号電圧を上限電圧と定める第4演算手段と、
前記上限電圧と前記下限電圧とを、前記A+B信号電圧から自身を減算して得た電圧がゼロ以上の前記距離における前記合焦判断電圧を有効とする閾値電圧であるS信号有効判定電圧の設定可能な範囲の上限値と下限値として出力する出力手段と、
を備えることを特徴とするオートフォーカス機構。
A+B信号電圧=A信号電圧+B信号電圧 (1)
S信号電圧=(A信号電圧−B信号電圧)/(A信号電圧+B信号電圧) (2) An objective lens for condensing laser light and irradiating the measurement workpiece, a beam splitter for branching the reflected light from the measurement workpiece via the objective lens, and a front side of the focal position of one of the branched reflected light A first light amount limiting element disposed on the first light receiving element, a first light receiving element that receives the reflected light that has passed through the first light amount limiting element, and a rear side of the focal position of the other reflected light that has been branched. The second light quantity limiting element, the second light receiving element that receives the reflected light that has passed through the second light quantity limiting element, and the signals output from the first and second light receiving elements are the A signal voltage and the B signal voltage, respectively. In an autofocus mechanism comprising: a processing unit that converts to A + B signal voltage and S signal voltage expressed by equations (1) and (2),
In the processing unit,
The S signal obtained when the distance between the objective lens and the measurement workpiece is reduced from the maximum position indicating the maximum voltage in the S signal voltage and the distance is set as the focal length of the objective lens. The A + B signal at the distance at which the sum voltage of the focus determination voltage, which is a voltage, and the allowable voltage set smaller than the voltage obtained by subtracting the focus determination voltage from the maximum voltage is the S signal voltage First computing means for determining the voltage as a first lower limit voltage;
The A + B signal voltage at the distance where the distance increases from the minimum position indicating the minimum voltage in the S signal voltage and the difference voltage between the focus determination voltage and the allowable voltage becomes the S signal voltage. A second calculating means for determining a second lower limit voltage;
Third computing means for determining a higher one of the first and second lower limit voltages as a lower limit voltage;
A fourth calculation means for defining the A + B signal voltage at the distance, which is the same voltage as the focus determination voltage between the maximum position and the minimum position in the S signal voltage, as an upper limit voltage;
Setting of the S signal valid judgment voltage which is a threshold voltage for validating the focus judgment voltage at the distance where the voltage obtained by subtracting the upper limit voltage and the lower limit voltage from the A + B signal voltage is zero or more Output means for outputting the upper and lower limits of the possible range;
An autofocus mechanism characterized by comprising:
A + B signal voltage = A signal voltage + B signal voltage (1)
S signal voltage = (A signal voltage−B signal voltage) / (A signal voltage + B signal voltage) (2)
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