JPH01162105A - オートフオーカス機構付光学測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、オートフォーカス８１構付光学測定機に係り
、特に、投影機や測定顕微鏡等に用いるのに好適な、オ
ートフォーカス機構を備えた光学測定機の改良に関する
ものである。

【従来の技術】

投影機や測定顕微鏡等の光学測定機においては、作業者
の負担を減らし、測定作業の迅速化を図るために、各種
のオートフォーカス機構が提案されている。 出願人も特開昭６０−８４５２２で、投影画像のエツジ
検出用の４分割された受光素子を含むエツジ検出装置の
出力信号のなまりから、逆に測定対象物が投影レンズ系
に対して合焦されているか否かを検出するようにしたオ
ートフォーカス機構を提案している。 このオートフォーカス機構は、具体的には、測定対象物
自体のエツジ部分の像と、エツジ検出装置のセンサ部と
を相対的に振動させて、出力されるエツジ検出信号であ
るＳカーブ曲線が、合焦時に最大振幅となり、非合焦時
に小さな振幅となることを利用したもので、前記Ｓカー
ブ曲線を観察しながら測定対象物を載せた載物台を上下
して、前記Ｓカーブ曲線の変化率が最も大きくなるとこ
ろで載物台を固定するようにしたものである。

【発−明が解決しようとする問題点】

しかしながら、特開昭６０−８４５２２で提案したオー
トフォーカス機構は、測定対象物自体のエツジ部分の像
を利用して合焦を行う機構であるため、次のような問題
点を有していた。 ■測定対象物のエツジ部の像を、エツジ検出装置のセン
サの前面に移動させるまでの移動時間が必要である。 ■測定対象物を載置した載物台又はセンナのいずれかを
機械的に振動させる必要があり、合焦までに時間が多く
かかる。 ■センサを振動させる場合には、線溝が複雑化し、一方
、載物台を撮動させるとずれば、特に測定対象物が重い
場合等、載物台の駆動モータ等に過度の負担がかかる。 又、測定対象面が合焦面に対して、上下いずれの側にず
れているかわからないため、合焦を迅速に行うことがで
きないという問題点もあった。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、測定対象物自体のエツジ部分を利用４ることなく
合焦を行うことができ、しかも、測定対象面が合焦面に
対して、いずれの側にずれているかも知ることができ、
迅速な合焦操作が可能なオートフォーカス機構付光学測
定機を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、測定対象物を１ｌＩｔａする載物台と、測定
対象物を照明するための照明系と、測定対象物の像を結
像面上に形成する結像光学系と、前記載物台と結像光学
系を結像光学系の光軸方向に相対変位させる駆動装置と
を含んで構成される光学測定機において、消去可能なエ
ツジパターンの像を前記結像光学系の光軸に対して一定
の交差角で測定対象面上に照射する照射手段と、前記結
像面上の明暗のエツジ位置に応じて変化するエツジ信号
を出力するセンサと、該エツジ信号が所定飴になるよう
に前記駆動装置を動作させる制御回路とを備え、前記載
物台と結像光学系を前記光軸方向に相対変位させるとき
に、前記エツジパターンの像の前記結像光学系による再
形成像が、前記センサの前面を横切ることを利用して測
定対象物の合焦を行うことによって、萌配目的を達成し
たものである。

【作用】

本発明においては、測定対象面に斜め方向からエツジパ
ターンを照射して、そのエツジパターンの結像光学系に
よる再形成像をセンサで受けるようにしている。従って
、載物台と結像光学系を相対変位させると、それに対応
して再形成像のエツジ部がセンサの前面を横切るので、
合焦操作が可能となる。この際、測定対象面の合焦面に
対する位置ずれの方向によって、再形成像ができる位置
が異なるので、測定対象面が合焦面の上側又は下側にあ
るのかがわかり、迅速な合焦操作が可能となる。又、合
焦に際して、測定対象物自体のエツジ部の像をエツジセ
ンサの前面に移動させる必要がない。更に、エツジセン
サ又は載物台を機械的に振動させる必要がない。従って
、機構も単純であり、駆動モータ等に過度の負担がかか
ることもない。

【実施例】

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本発明の第１実施例は、第１図に示ず如く、測定対象物
を載置する載物台１０と、測定対象物を照明するための
落射照明系１２と、前記載物台１０と投影レンズ１４を
含む結像光学系を、該投影レンズ１４の光軸Ｘに沿って
相対移動さぜる２軸駆動装置１６とを含んで構成される
落射照明方式の反射型投影検査機に本発明を適用したも
のである。 前記載物台１０は、Ｚ軸駆動装置１６のＺ軸駆動回路１
６Ａの出力によって回転駆動されるＺ軸モータ１６Ｂに
よって、上下方向（Ｚ方向）に変位するようにされてい
る。 前記載物台１０は、又、Ｘ軸駆動回路（図示省略）の出
力によって回転駆動されるＸ軸モータ１８及びＹ軸駆動
回路（図示省略）の出力によって回転駆動されるＹ軸モ
ータ２ｏにより、それぞれ２方向と垂直なＸ方向及びＹ
方向に移動可能とされており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の
位置が、それぞれＸ軸検出器１９及びＹ軸検出器２１に
よって検出されている。 前記載物台１０上に載置された測定対象物の測定対象面
８には、例えばランプ及び集光レンズを含む前記落射照
明系１２から、ハーフミラ−２４を介して照明光が照射
されている。 この落射照明系１２による照明光に加えて、本発明に係
る消去可能なエツジパターン２６の像２６Ａが、測定対
象面８上に投射されている。 前記エツジパターン２６は、液晶セル２８中の液晶パタ
ーンを、表示回路３０の出力によってＡンオフ制御する
ことによって得られており、消去可能とされている。 前記エツジパターン２６は、例えばレーザダイオード（
ＬＤ）３２Ａとコリメータレンズ３２Ｂからなる照射手
段３２によって照明されており、該照射手段３２で生成
された平行光線によって、エツジパターン２６の像２６
Ａ（この実施例では１種の影）が、結像光学系の光軸Ｘ
との交差角θ（０くθくπ／２）（第３図参照）で、測
定対象物上の測定対象面８に投射される。 測定対象面８における測定対象物の像及びエツジパター
ンの投射像２６Ａは、前記投影レンズ１４及びハーフミ
ラ−２４を介して、スクリーン３６上の結像面ＩＰに投
影されている。従って、載物台１０、即ち測定対象面８
が合焦面ＦＰから上下に変位すると、該スクリーン３６
上の結像面ＩＰに形成されるエツジパターンの再形成像
２７のエツジ部は左右に移動する。 ＃Ｊ艷ススクリーン３６上、１１η記エツジパターンの
再形成像２７が形成される位置、例えば中央位置には、
例えば透明固定板４０によって、センサ４２が固定され
ている。 このセンサ４２は、第２図に詳細に示ず如く、例えば同
芯円上に２分割された受光索子４２Ａ１４２Ｂと、その
出力を処理スるプリアンプ４４Ａ１４４Ｂと、該プリア
ンプ４４Ａ、４４Ｂ出力の検出信号ａ、ｂを入力し、差
動増幅値としてのエツジ信号Ｃ（工ａ−ｂ）を得る差動
増幅器４６とを含んで構成されている。 前記センサ４２の検出信＠ａ及び差動増幅器４６出力の
エツジ信号Ｃから、測定対象物の凹凸に対応した反射像
の明暗のコントラストによってエツジパルスＩを発生す
るためのエツジ信号発生回路４８は、例えば出願人が特
開昭６１−１２８１０５で開示した如く、載物台１０の
Ｘ−Ｙ方向の移動によって、エツジ部がセンサ４２の前
面を横切り、一定の領域内でエツジ信号Ｃが零を横切る
ときにエツジパルスｌを生成して後出ＣＰＵ５６に出力
する機能を有する。なお、具体的な構成は特開昭６１−
１２８１０５に開示されているので、詳細な説明は省略
する。 制御回路５０は、前記センサ４２出力のエツジ信号Ｃか
ら焦点を検出するための、本発明に係る焦点検出回路５
２と、前記２軸駆動回路１６ＡにＺＩａｌｌの速度設定
を与えるためのＺ軸速度設定回路５４と、中央処理ユニ
ット（ＣＰｔＪ）５６と、システムバス５８とを含んで
構成されている。 前記焦点検出回路５２は、第２図に詳細に示した如く、
参照電圧Ｖ　ｒｅｆが零のコンパレータ５２Ａと、該コ
ンパレータ５２Ａの出力信号に、の立ち上がり又は立ち
下がりで合焦信号に２を励起するパルス発生回路５２Ｂ
とから構成されており、両信号に１、ｋ２は、いずれも
ＣＰＬＩ５６に入力されている。 前記載物台１０の近傍には、第１図に示す如く、近接ス
イッチ６０が配設されており、この近接スイッチ６０か
らは、載物台１０が下降して下死点に到達したとぎにオ
ンとなる信号ｎが出力され、システムバス５８を介して
ＣＰＬＩ５６に入力される。 前記表示回路３０には、ＣＰＬＩ５６から、液晶セル２
８にエツジパターン２６を表示又は消去させるための表
示信号ぶが入力されている。 前記ＣＰＬＩ５６からＺ軸速度設定回路５４へは、２軸
駆動回路１６Ａを介してＺ軸方向に載物台１０を高速又
は低速で送り、あるいは載物台１０を停止させるための
速度信号Ｏが出力さ・れている。 第１図において、６２はキーボード、６４は表示器、６
６はプリンタである。 以下、第３図及び第４図を参照して、第１実施例の作用
を説明する。 第３図に示す如く、載物台１０が７方向（図では上方向
）に変位すると、測定対象面８は８Ａ→８Ｂ→８Ｃと変
位して、エツジパターン２６の投射像のエツジ部が右方
向に移動し、これに伴って、エツジパターンの再形成像
２７のエツジ部は２７Ａ→２７８→２７Ｇと図の左方向
に移動する。従って、載物台１０の変位Ｚに対する第２
図の各部信号の波形は、第４図に示す如くとなる。 第４図において、センサ４２内の検出信号ａ１ｂは位相
のずれた信号であり、差動増幅されたエツジ信号Ｃは、
いわゆるＳカーブ信号となるため、焦点検出回路５２の
コンパレータ５２Ａの出力イａ号（方向信号）は、ＺＯ
＜ＺくＺｌ、即ち合焦点Ｚ１より下側でｒｌ　Ｊ　、Ｚ
ｌ　＜Ｚ＜Ｚ２、即ち、合焦点Ｚ１より上側で「０」の
２値信号となり、出力信号に１の変化点２０．Ｚｌ、Ｚ
２において合焦信号に２がパルスとして生成され、ＣＰ
’Ｕ５６に入力される。 この実施例では合焦可能領域は２０＜Ｚ＜Ｚ２であり、
仮に、Ｚ＝Ｚ３　（２０＜Ｚ３＜Ｚｌ　）であると、Ｃ
ＰＬＩ５６は、まず方向信号に１から載物台１０が合焦
位ＩＵＺ１より下にあると判断し、Ｚ軸速度設定回路５
４に入力する速度信号０を調節して、載物台１０を上昇
させる。この過程において、合焦信号に２が出力される
と、ＣＰＵ５６は測定対象物が合焦されたと判断して、
速度信号Ｏを零にし、載物台１０を合焦位置Ｚ１で停止
させる。 この際、測定対象物が合焦面ＦＰの上側にあるか下側に
あるかによって、方向信号に１の極性が反転するため、
より迅速な合焦操作が可能となっている。 一方、エツジ検出は、合焦操作を終了してエツジパター
ン２６を消去した後、載物台１０のＸ−Ｙ方向への移動
により、測定対象物の反射像の明暗のコントラストの検
出によって行うが、具体的な作用は特開昭６１−１２８
１０５に開示されているので、詳細な説明は省略する。 本実施例においては、前記制御回路５０が、参照電圧Ｖ
ｒｅｒが零のコンパレータ５２Ａと、該コンパレータ５
２Ａの出力信号ｋｌの立ち上がり又は立ち下がりにおい
て合焦信号に２を励起するパルス発生回路５２Ｂとを含
む焦点検出回路５２を備えたものとしているので、比較
的簡単な回路構成で、合焦位置を確実に検出することが
できる。 なお、焦点検出回路の構成はこれに限定されず、エツジ
パターンの再形成ｔ＆２７がセンサ４２の前面を横切っ
たことを検出できるものであれば、他の構成であっても
よい。 又、本実施例においては、消去可能なエツジパターン２
６を、液晶セル２８中の液晶パターンで得るようにして
いるので、可動部を用いる必要がなく、信頼性も高い。 なお、消去可能なエツジパターンの構成はこれに限定さ
れず、例えば、機械的に出入りするナイフェツジや、回
転式シャッタ等で形成することもできる。 又、本実施例においては、前記センサ４２が、同芯円上
に分割された２個の受光索子４２Ａ、４２Ｂと、該２個
の受光索子４２Ａ、４２Ｂの出力の差を演算する差動増
幅器４６とを含んで構成され、該差動増幅器４６の出力
をエツジ信号Ｃとしているので、センサの構成が簡略で
ある。 なお、センサの種類は、これに限定されず、例えば、第
５図に示した第２実施例の如く、出願人が特開昭６０−
８４５２２で開示した、４分割された受光素子を含むセ
ンサ７０を用いることも可能である。 第２実施例のセンサ７０は、等角度でブロック状に配列
された４個の受光素子７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ１７００
と、隣接する受光素子７０Ａと７０Ｓ、７０Ｃと７００
の出力Ａと８．ＣとＤをそれぞれ差動増幅する２個の差
動増幅器７０［，７０Ｆと、該差動増幅器７０Ｅと７０
Ｆの出力Ｅ（ＯＣＡ−Ｂ）とＦ　（匡Ｃ−Ｄ）の差ｃ　
　（＝Ｅ−Ｆ）を演算する差演算器７０Ｇと、前記差動
増幅器７０Ｅと７０Ｆの和ａ　　（−Ｅ＋Ｆ）を演ＩＴ
る和演算器７０Ｈとから構成されている。 この第２実施例において、エツジパターンの再形成像２
７がセンサ７０の前面をＺ′力方向横切ると、各信号は
第６図に示す如く変化し、第１実施例と同様のＳカーブ
状のエツジ信＠Ｃが得られるので、第１実施例と同様に
して合焦位置の検出が可能である。 なお、前記実施例においては、本発明が、落射照明方式
の反射型投影検査機に適用されていたが、本発明の適用
範囲はこれに限定されず、透過型の光学測定機にも同様
に適用できることは明らかである。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、測定対象物自体の
エツジ部分を用いることなく合焦を行うことができ、し
かも、測定対象面が合焦面に対して、いずれの側にずれ
ているかも知ることができる。従って、迅速な合焦操作
が可能となる。又、合焦に際して、測定対象物のエツジ
部の像をセンサ前面に移動させる必要がなく、合焦まで
の時間を短縮することができる。更に、機械的にセンサ
゛又は載物台を振動させる必要がなく、合焦が迅速に行
えるだけでなく、機構が単純化できる。又、載物台の駆
動モータ等に過度の負担がかかることがない等の優れた
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るオートフォーカス機構付光学測
定機の第１実施例の全体構成を示す、−部所面図を含む
ブロック線図、第２図は、第１実施例のセンサと制御回
路を詳細に示ず、一部ブロック線図を含む、第１図のＩ
ｔ−Ｉ線に沿う断面図、第３図は、第１実施例の作用を
説明するための線図、第４図は、同じく各部信号波形の
例を示ず線図、第５図は、本発明の第２実施例で用いら
れているセンサの構成を承り、一部ブロック線図を含む
平面図、第６図は、第２実施例の各部信号波形の例を示
ず線図である。 ８・・・測定対象面、 ＦＰ・・・合焦面、 １０・・・載物台、 １２・・・落射照明系、 １４・・・投影レンズ、 １６・・・Ｚ軸駆動装置、 ２６・・・エツジパターン、 ２６Ａ・・・エツジパターンの投！）Ｊ　＠、２７．２
７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ ・・・エツジパータンの再形成像、 ２８・・・液晶セル、 ３０・・・表示回路、 ℃・・・表示信号、 ３２・・・投射手段、 ３２Ａ・・・レーザダイオード（ＬＤ）、３２Ｂ・・・
コリメータレンズ、 ３６・・・スクリーン、 ＩＰ・・・結像面、 ４２．７０・・・センサ、 ４２Ａ、４２Ｂ、７０Ａ、７０Ｂ。 ７０Ｃ，７０Ｄ・・・受光素子、 ４６．７０Ｅ、７０Ｆ・・・差動増幅器、Ｃ・・・エツ
ジ信号、 ５０・・・制御回路、 ５２・・・焦点検出回路、 に１・・・方向信号、 ｋ２・・・合焦信号、 ５６・・・中央処理ユニット（ＣＰＵ）、７０Ｇ・・・
差演算器、 ７０Ｈ・・・和演算器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象物を載置する載物台と、測定対象物を照
   明するための照明系と、測定対象物の像を結像面上に形
   成する結像光学系と、前記載物台と結像光学系を結像光
   学系の光軸方向に相対変位させる駆動装置とを含んで構
   成される光学測定機において、 消去可能なエッジパターンの像を前記結像光学系の光軸
   に対して一定の交差角で測定対象面上に照射する照射手
   段と、 前記結像面上の明暗のエッジ位置に応じて変化するエッ
   ジ信号を出力するセンサと、 該エッジ信号が所定値になるように前記駆動装置を動作
   させる制御回路とを備え、 前記載物台と結像光学系を前記光軸方向に相対変位させ
   るときに、前記エッジパターンの像の前記結像光学系に
   よる再形成像が、前記センサの前面を横切ることを利用
   して測定対象物の合焦を行うことを特徴とするオートフ
   ォーカス機構付光学測定機。
2. （２）前記消去可能なエッジパターンが、液晶セル中の
   液晶パターンで形成されている特許請求の範囲第１項記
   載のオートフォーカス機構付光学測定機。
3. （３）前記センサが、同芯円状に分割された２個の受光
   素子を含んで構成されている特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載のオートフォーカス機構付光学測定機。