JPH04149506A - 自動焦点調節装置 - 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］ 本発明は自動焦点調節装置に関する。

［従来の技術］ 顕微鏡による観察を行う際、従来の顕微鏡には観察対象
物に対する焦点を合わせる自動焦点調節装置が備えられ
ているものがある。

第５図は従来の自動焦点調節装置の概略構成を示す説明
図である。

従来の自動焦点調節装置には、レーザー光を発すること
が可能なレーザー発光器を内蔵したレーザー変位計４１
と、変位計カウンタ４２、コンピュータ４３、画像処理
部４４、Ｚ軸制御部４５、撮像デバイス４６、顕微鏡４
７、検査板４８及びＺ軸ステージ４９が備えられている
。

レーザー変位計４１は、これに内蔵されているレーザー
発光器からレーザー光が検査板４８に照射されたときに
、検査板４８からの反射光を受は取ることができるよう
に検査板４８の上方に配置されている。

撮像デバイス４６及び顕微鏡４７はＺ軸ステージ４９に
取り付けられており、Ｚ軸ステージ４９は図示Ｚ−２方
向へ移動可能なように構成されている。

この従来の自動焦点調節装置において焦点合わせを行う
ための動作（第１の動作）を以下に説明する。

レーザー変位計４１では検査板４８へ発光したレーザー
光の反射光を利用することにより、レーザー変位計４１
から検査板４８までの距離が測定される。

コンピュータ４３はこの測定された距離及び顕微鏡４７
のレンズの光学特性に基づいて焦点を合わせるべく図示
Ｚ−Ｚ方向へのＺ軸ステージ４９の移動距離を求める。

コンピュータ４３により求められたＺ軸ステージ４９の
移動距離のデータはＺ軸制御部４５へ送圧され、Ｚ軸制
御部４５はＺ軸ステージ４９を図示Ｚ−Ｚ方向へこの移
動距離だけ移動させ、従って、焦点を合わせることが可
能になる。

又、この自動焦点調節装置では、焦点合わせを行うため
の他の動作（第２の動作）が可能である。

即ち、撮像デバイス４６によって顕微鏡４７を介して検
査板４８の画像が撮像され、撮像された画像は画像処理
部４４へ送出され、画像処理部４４では焦点合わせに必
要な画像の処理が行われる。

コンピュータ４３はこの処理データ及び顕微鏡４７のレ
ンズの光学特性に基ついて焦点を合わせるべく図示Ｚ−
Ｚ方向へのＺ軸ステージｄ９の移動距離を求める。

コンピュータ４３により求められたＺ軸ステージ４９の
移動距離のデータはＺ軸制御部４５へ送出され、Ｚ軸制
御部４５はＺ細ステージ４９を図示ｚ−Ｚ方向へこの移
動距離だけ移動させる。

これらの一連の動作が繰り返され、従って、焦点を合わ
せることが可能になる。

［発明が解決しようとする課題］ このような上述の従来の自動焦点調節装置では、液晶パ
ネルのガラス基板のような透明な基板を検査板４８とし
て観察する場合、上述の第１の動作によると、レーザー
変位計４１に内蔵されているレーザー発光器から発光さ
れたレーザー光（図示−点鎖線）が検査板４８の垂線に
対して浅い角度で照射、反射されるため、検査板４８を
透過してしまうレーザー光があり、レーザー変位計４１
から検査板４８までの距離を測定するのに十分な検査板
４８からの反射光がレーザー変位計４１に届かない。

又、ウェーハのような鏡面を有している基板を検査板４
８として観察する場合にも、この場合にはレーザー光が
検査板４８に対して正反射し拡散光が存在しないため、
レーザー変位計４１によってレーザー変位計４１から検
査板４８までの距離を十分測定することができない。

従って、液晶パネルのガラス基板のような透明な基板及
び鏡面を有するウェーハを検査板４８とする場合には、
第１の動作によって自動で焦点合わせを行うことができ
ない。

第２の動作では、液晶パネルのガラス基板のような透明
な基板及び鏡面を有するウェーハを検査板４８とする場
合に限らず、撮像デバイス４６による検査板４８の撮像
によって最初に得られた焦点の合っていない画像から、
焦点が合っているときの検査板４８の位置と現在の検査
板４８の位置との距離が判っても、焦点がずれている方
向が判らないため、−度の焦点合わせ動作で焦点を合わ
せられるとはいえず、２回以上の焦点合わせの作業を繰
り返すことが必要となる。

従って、本発明は、透過性の高いガラス基板や鏡面を有
している基板を検査観察する際に自動で焦点を合わせる
ことができる自動焦点調節装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 光源と、観察面に像を投影する投影手段と、像を撮像す
る撮像手段と、焦点を合わせるための所定の基準データ
が記憶されている記憶制御手段と、光源、投影手段及び
撮像手段が取り付けられており観察面と垂直な方向に移
動可能な移動可能手段とを備えており、記憶制御手段は
基準データと撮像手段によって撮像された像画像の位置
データとから移動可能手段の現在の位置から焦点が合う
位置までの移動距離を求めると共にこの求めた移動距離
に応じて移動可能手段を移動させるように構成されてい
る。

［作用］ 光源からの光は投影手段によって観察面に像として投影
され、投影された像は撮像手段によって撮像されて像画
像が生成される。生成された像画像の位置データと予め
記憶されており焦点を合わせるための所定の基準データ
とから記憶制御手段によって移動可能手段の現在の位置
から焦点が合う位置までの移動距離が求められ、移動可
能手段は求められた移動距離だけ観察面と垂直な方向へ
光源と投影手段と撮像手段と共に移動するので、従って
、透過性の高いガラス基板や鏡面を有している基板を検
査観察する際に自動で焦点を合わせることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る自動焦点調節装置の要部構成を示
すブロック図である。

この実施例の自動焦点調節装置には、光源１１、スリッ
ト板１２、投影レンズ１３、検査板１４、撮像レンズ１
５、撮像デバイス１６、画像処理部１７及び２軸ステ一
ジ部１８が備えられている。

検査板１４は例えば、液晶パネルの透明なガラス基板か
ら構成されている。

撮像デバイス１６は受光部１６ａを備えている。

光源１１と撮像デバイス１６とは、光源１１からの光が
検査板１４に反射して撮像デバイス１６の受光部１６ａ
で受は取られるように検査板１４の上方に配置されてい
る。

光源１１、スリット板１２、投影レンズ１３、撮像レン
ズ１５及び撮像デバイス１６から成っている光学系はＺ
軸ステージ部１８に取り付けられており、Ｚ軸ステージ
部１８は検査板１４と垂直な方向（図示Ｉの方向）に光
学系と共に移動可能なように構成されている。

スリット板１２及び投影レンズ１３は本発明の投影手段
の一実施例である。撮像レンズ１５及び撮像デバイス１
６は本発明の撮像手段の一実施例である。

画像処理部１７は本発明の記憶制御手段の一実施例であ
る。Ｚ軸ステージ部１８は本発明の移動可能手段の一実
施例である。

光源１１からの光は光路２１に沿ってスリット板１２を
通過し、投影レンズＩ３によって検査板１４上にスリッ
ト像２２が形成される。

スリット像２２は光路２３に沿って撮像レンズ１５を通
過し撮像デバイス１６の受光部１６ａにスリット像２４
が形成される。

この場合、検査板１４は透明なガラス基板から構成され
ているため、光源１１からスリット像２２までの光路２
１とスリット像２２から受光部１６ａまでの光路２３と
は、検査板１４の表面に対して正反射の関係にある。

受光ｍ１６ａに形成されたスリット像２４は、電気信号
に変換されて画像処理部１７に送出される。

画像処理部１７では後述するように、スリット像２４の
位置ずれと撮像レンズ１５の所定の倍率とからスリット
像２２の位置ずれΔｄが求められ、この位置ずれΔｄか
ら焦点が合っているときの検査板１４の位置と現在の検
査板１４の位置との距離を算出する。

この算出結果を図示していない接続線を介してＺ軸ステ
ージ部１８に送出し、２軸ステ一ジ部１８に取り付けら
れている光学系全体を移動させて焦点を合わせる。

次に、スリット像２２の位置ずれΔｄ及び焦点を合わせ
るために２軸ステ一ジ部１８を移動させる距離ΔＺの求
め方を説明する。

第２図は第１図のスリット像２２の位置ずれΔｄ及び焦
点を合わせるためにＺ軸ステージ部１８を移動させる距
離ΔＺの求め方を示す説明図する。

焦点が合っているときには、光源１１からの光は光路２
１に沿ってスリット板１２及び投影レンズ１３を通過し
、検査板＋４（図示実線）上の０点にスリット像２２を
形成する。このスリット像２２は光路２３に沿って撮像
レンズ１５を通過し、撮像デバイス１６の受光部１６ａ
の０”点にスリット像が形成される。

図示していないＺ軸ステージ部をΔＺだけ検査板１４（
図示−点鎖線）に近づけたときには、光源１１からの光
は光路２１に沿ってスリット板１２及び投影レンズ１３
を通過し、検査板１４上のＰ点にスリット像２２を形成
する。このスリット像２２は光路２５に沿って撮像レン
ズ１５を通過し受光部１６ａのＰ”点にスリット像が形
成される。

従って、焦点が合っているときに検査板１４上に形成さ
れるスリット像の位置と、Ｚ軸ステージ部を焦点が合っ
ている状態からΔＺだけ検査板１４に近づけたときに検
査板１４上に形成されるスリット像の位置との差、即ち
位置ずれ△ｄは撮像デノくイス１６の受光部１６ａでは
長さ○”Ｐ”としてとらえられ、この長さＯ″Ｐ”　と
撮像レンズ１５の所定の倍率とからスリット像２２の位
置ずれΔｄは求められる。

画像処理部１７には、受光部＋６１でとらえられる合焦
時のＯ”点の位置が基準データとして、又、撮像レンズ
Ｉ５の所定の倍率βが記憶されている。

ここで例えば、検査板１４を観察した際に受光部Ｈ＋ａ
でとらえられたスリット像の位置ずれの長さがしてあっ
たとすると、検査板１４上に形成されるスリット像２２
の位置ずれΔｄは、（１）式によって求められる。

Δｄ＝ｏ″Ｐ”／β　　　　　　　　・・・・・・　（
１）このようにして求められるスリット像２２の位置ず
れΔｄを用い、Ｚ軸ステーン部の移動距離ΔＺの求め方
を説明する。

Ｚ軸ステージ部を焦点が合っている状態からΔＺだけ検
査板Ｉ４に近づけたときには、焦点が合っているときに
検査板１４上の０点の位置に形成されるスリット像２２
に対応するスリット像はＰ点に形成される。

Ｐ点で正反射した光路２５と０点における検査板１４の
垂線αとが交わる点を○′点とすると、△０ＰＱ＝△○
’ＰＱ（合同）より ０Ｑ＝Ｏ°　Ｑ＝ΔＺ ００’　　＝２・△Ｚ Δｄ＝２−ΔＺ−３１ｎθ 、°、　　ΔＺ＝Δｄ／（２・ｓｉｎθ）　　−・”　
　（２）ここで、検査板１４が透明なガラス基板から構
成されており、光源１１から光が検査板１４の表面に対
して正反射されるため、角度θは光源１１から光の入射
角度及び反射角度と等しい値であり、光源１１、スリッ
ト板１２、投影レンズ１３、撮像レンズ１５及び撮像デ
バイス１６から成っている光学系と検査板１４との構成
により固有の値をとることができる。

上述のようにして求められた検査板１４上に形成される
スリット像２２の位置ずれΔｄと角度θとを用いて、画
像処理部Ｉ７において（２）式から△Ｚが算出され、こ
のデータはＺ軸ステージ部へ送出される。

光学系が取り付けられているＺ軸ステージ部は算出され
たΔＺだけ移動することにより、従って、透過性の高い
ガラス基板を検査観察する際に自゛動で焦点を合わせる
ことができる。

第３図は本発明に係る自動焦点調節装置の全体構成を示
すブロック図である。

同図に示すように、符号１０は第１図の光源１１、スリ
ット板１２、投影レンズ１３、撮像レンズ１５、撮像デ
バイス１６及びＺ軸ステージ部１８を含んでいる光学デ
バイスを表しており、検査板１４の上方に配置されてい
る。

光学デバイス１０の撮像デバイス１６は、画像処理部１
７ａに接続されている。

画像処理部１７ａはコンピュータ１９に接続されており
、コンピュータ１９はＺ軸ステージ駆動部２０を介して
Ｚ軸ステージ部１８に接続されている。

上述したスリット像２２の位置ずれΔｄ及び焦点を合わ
せるためにＺ軸ステージ部１８を移動させる距離ΔＺの
算出は、その算出プログラムをコンピュータ１９によっ
て実行するように装置を構成してもよい。

この場合、コンピュータ１９で算出された２軸ステ一ジ
部Ｉｌｌの移動距離ΔＺのデータはＺ軸ステージ駆動部
２０へ送出され、Ｚ軸ステージ駆動部２０によってＺ軸
ステージ部１８の移動が制御される。

コンピュータ１９及びＺ軸ステージ駆動部２０は、本発
明の記憶制御手段の一実施例である。゛上述の実施例の
自動焦点調節装置は、透過性の高いガラス基板から構成
されている検査板１４の表面だけでなく裏面での反射に
よるスリット像をとらえることにより、検査板１４の裏
面において焦点を合わせることも可能である。

第４図は本発明に係る自動焦点調節装置を検査板ｉ４の
裏面において焦点を合わせるように使用する場合の説明
図である。

焦点が合っているときには、光源＋１からの光は光路２
１に沿ってスリット板１２及び投影レンズ１３を通過し
、透明なガラス基板から構成されている検査板１４（図
示実線）の表面のＰ点から検査板１４へ入射し、検査板
１４の裏面のＲ点でスリット像が形成される。

Ｒ点で反射されたスリット像の光か検査板１４の表面上
の８点から出ていくとすると、光路ＰＲと光路Ｒ８とは
検査板１４の裏面において正反射の関係にあるため、ス
リット像は光路２６に沿って撮像レンズ１５を通過し、
撮像デバイス１６の受光部１６ａにスリット像が形成さ
れる。

この状態から光学系の取り付けられている図示していな
いＺ軸ステージ部が検査板１４からΔＵだけ離れると、
光源ＩＩからの光は光路２１に沿ってスリット板１２及
び投影レンズ１３を通過し、検査板１４（図示−点鎖線
）の表面のＰ゛点から検査板１４へ入射し、検査板１４
の裏面のＲ°点でスリット像が形成される。

Ｒ′点で反射されたスリット像の光が検査板１４の表面
上のＳ゛点から出ていくとすると、光路Ｐ。

Ｒ′　と光路Ｒ’　　Ｓ’　　とは検査板１４の裏面に
おいて正反射の関係にあるため、スリット像は光路２Ｔ
に沿って撮像レンズ１５を通過し、撮像デバイス１６の
受光部１６ａにスリット像が形成される。

検査板１４の裏面に形成されるスリット像の位置ずれΔ
ｅは、前述と同様にして撮像デバイス１６の受光ｔｌ１
５ａに形成されるスリット像の位置のずれから求められ
る。

画像処理部１７には、受光部１６ａでとらえられる合焦
時のスリット像の位置か基準位置データとして、又、撮
像レンズＩ５の所定の倍率が記憶されている。

画像処理部１７では、（２）式においてΔＺをΔＵに、
△ｄをΔｅに置き換えた式においてこのΔｅを用いるこ
とによりΔＵが算出され、このデータはＺ軸ステージ部
へ送出される。

光学系が取り付けられているＺ軸ステージ部は算出され
たΔＵだけ移動することにより、従って、透過性の高い
ガラス基板を検査観察する際に自動で焦点を合わせるこ
とができる。

上述の実施例では、撮像デバイス１６の受光部１６１に
スリット像が形成されるような構成の自動焦点調節装置
について説明したが、このようにスリット像を形成する
ことは画像処理部１７において画像処理を行う際に、例
えば光源１１からの直線光を用いて受光部１６ａにポイ
ント像を形成した場合の画像処理に比べて処理時間が短
くなるという利点があるが、必ずしも上述のようにスリ
ット像を利用しなくてもポイント像を利用して画像処理
を行うように装置を構成してもよい。

又、検査板１４として透過性の高いガラス基板を用いた
場合について説明したが、鏡面を有しているウェーハを
検査板１４とした場合にも、同様に自動で焦点を合わせ
ることができる。

更に、上述の実施例の装置を、例えば顕微鏡等の観察手
段と組合わせて使用する場合には、この観察手段をＺ軸
ステージ部１８に取り付けることにより、Ｚ軸ステージ
部１８の移動に伴い上述の光学系と共に移動可能なよう
に構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、光源と、観察面に像を投
影する投影手段と、像を撮像する撮像手段と、焦点を合
わせるための所定の基準データが記憶されている記憶制
御手段と、光源、投影手段及び撮像手段が取り付けられ
ており観察面と垂直な方向に移動可能な移動可能手段と
を備えており、記憶制御手段は基準データと撮像手段に
よって撮像された像画像の位置データとから移動可能手
段の現在の位置から焦点が合う位置までの移動距離を求
めると共にこの求めた移動距離に応じて移動可能手段を
移動させるように構成されているので、従って、透過性
の高いガラス基板や鏡面を有している基板を検査観察す
る際に自動で焦点を合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動焦点調節装置の要部構成を示
すブロック図、第２図は第１図のスリット像の位置ずれ
Δｄ１焦点を合わせるためにＺ軸ステージ部を移動させ
る距離ΔＺの求め方を示す説明図、第３図は本発明に係
る自動焦点調節装置の全体構成を示すブロック図、第４
図は本発明に係る自動焦点調節装置を検査板１４の裏面
において焦点を合わせるように使用する場合の説明図、
第５図は従来の自動焦点調節装置の概略構成を示す説明
図である。 １１・・・・・・光源、１２・・・・・・スリット板、
１３・・・・・・投影レンズ、１４・・・・・・検査板
、＋５・・・・・・撮像レンズ、＋６・・・・・・撮像
デバイス、１６ａ・・・・・・受光部、１７・・・・・
・画像処理部、１８・・・・・・Ｚ軸ステージ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、観察面に像を投影する投影手段と、前記像を撮
   像する撮像手段と、焦点を合わせるための所定の基準デ
   ータが記憶されている記憶制御手段と、前記光源、前記
   投影手段及び前記撮像手段が取り付けられており前記観
   察面と垂直な方向に移動可能な移動可能手段とを備えて
   おり、前記記憶制御手段は前記基準データと前記撮像手
   段によって撮像された像画像の位置データとから前記移
   動可能手段の現在の位置から焦点が合う位置までの移動
   距離を求めると共に該求めた移動距離に応じて前記移動
   可能手段を移動させるように構成されていることを特徴
   とする自動焦点調節装置。