JPH0787378A - Focusing detection device - Google Patents
Focusing detection deviceInfo
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- JPH0787378A JPH0787378A JP5247318A JP24731893A JPH0787378A JP H0787378 A JPH0787378 A JP H0787378A JP 5247318 A JP5247318 A JP 5247318A JP 24731893 A JP24731893 A JP 24731893A JP H0787378 A JPH0787378 A JP H0787378A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、合焦検出装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focus detection device.
【0002】[0002]
【従来の技術】オートフォーカス機構では、正確かつ迅
速に合焦検出を行うことが重要である。従来、様々な合
焦検出方法が提案されているが、代表的なものに光スポ
ットを利用する方法と画像コントラストを利用する方法
がある。2. Description of the Related Art In an autofocus mechanism, it is important to detect the focus accurately and quickly. Conventionally, various focus detection methods have been proposed, and typical methods include a method using a light spot and a method using image contrast.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】前者の光スポットを利
用する方法では、ワーク表面の凸凹や段差によって光が
散乱されるため、ワークの表面状態が悪い場合には高精
度で合焦検出を行うことが難しかった。In the former method using a light spot, since light is scattered by unevenness or steps on the surface of the work, focus detection is performed with high accuracy when the surface condition of the work is poor. It was difficult.
【0004】後者の画像コントラストを利用する方法
は、縞パターンをワーク表面に投影してその像のコント
ラストをフォトダイオードアレイやCCDカメラで検出
する方法である。この方法では、例えば顕微鏡ユニット
とワークの距離を変化させつつ投影された縞パターンに
関する信号を取り込み、これを処理することによって合
焦検出並びに合焦動作を行う構成になっている。このた
め、合焦が終了するまでかなりの時間を要する欠点があ
った。The latter method of utilizing image contrast is a method of projecting a stripe pattern on the surface of a work and detecting the contrast of the image with a photodiode array or a CCD camera. In this method, for example, a signal relating to a projected fringe pattern is captured while changing the distance between the microscope unit and the work, and the signal is processed to perform focus detection and focus operation. Therefore, there is a drawback that it takes a considerable amount of time to finish focusing.
【0005】このような問題点に鑑み、本発明は簡単な
構成を有し、しかも被測定対象物の所定(合焦)位置か
らの偏差量及びその方向を迅速かつ正確に求めることが
できる合焦検出装置を提供することを目的としている。In view of such a problem, the present invention has a simple structure and is capable of promptly and accurately obtaining the deviation amount and the direction of the object to be measured from a predetermined (focus) position. An object is to provide a focus detection device.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、光軸に対し
て傾斜した方向にパターンを有するパターン部と、この
パターンを被対象物上に投影する投影光学系と、パター
ンが投影された被対象物の像を検出する検出部と、検出
部の検出信号のうち、投影されたパターン像に対応する
信号中でコントラストが最大となる位置に基づいて合焦
状態を検出する合焦状態検出部とを有することを特徴と
する合焦検出装置を要旨としている。According to the present invention, there is provided a pattern portion having a pattern in a direction inclined with respect to an optical axis, a projection optical system for projecting this pattern on an object, and an object on which the pattern is projected. A detection unit that detects the image of the object, and a focus state detection unit that detects the focus state based on the position of the detection signal of the detection unit that has the maximum contrast in the signal corresponding to the projected pattern image. The gist is a focus detection device characterized by having:
【0007】[0007]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。図1は本発明の実施例における光学系を示
す概念図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an optical system in an embodiment of the present invention.
【0008】光源1から出た光は、一旦コリメータレン
ズ2を通って平行光束となりパターン3を照射する。The light emitted from the light source 1 once passes through the collimator lens 2 to become a parallel light beam, and illuminates the pattern 3.
【0009】パターン3は、平板状であり、図2に示す
ように同じ幅の明暗部の繰り返しで構成されている。パ
ターン3は、対物レンズ7によって形成される被測定物
側の端部3aと光源側の端部3bとの像が、少なくと
も、対物レンズ7の焦点深度から外れるように、光軸と
直行する方向から角度θで傾斜させる必要がある。ま
た、パターン3の明暗部の繰り返しピッチpは、対物レ
ンズ7による投影倍率をMとし、要求される位置合せの
精度をdz とした場合、dz ≧M*p*sinθなる関
係を満足するように決定されている。The pattern 3 is in the form of a flat plate, and as shown in FIG. 2, is formed by repeating bright and dark portions having the same width. The pattern 3 is perpendicular to the optical axis so that the images of the end 3a on the object side and the end 3b on the light source side, which are formed by the objective lens 7, deviate at least from the depth of focus of the objective lens 7. It is necessary to incline at an angle θ. Further, the repeating pitch p of the bright and dark portions of the pattern 3 satisfies the relation of dz ≧ M * p * sin θ, where M is the projection magnification of the objective lens 7 and dz is the required alignment accuracy. It has been decided.
【0010】パターン3は、被測定物Mが所定位置に配
置されたときに、パターンの中央部がピントのあった鮮
明な像として被測定物Mの表面に形成されるように配置
される。The pattern 3 is arranged so that when the object M to be measured is arranged at a predetermined position, the central portion of the pattern is formed on the surface of the object M to be measured as a sharp image with focus.
【0011】パターン3を通過した光は、ハーフミラー
6で反射され、しかる後に、対物レンズ7を通って被測
定物K付近にパターン3の像3′を形成する。パターン
3の両端部、すなわち被測定物側の端部3a及び光源側
の端部3bは、図1に示すように、像3′の一方の端部
3a′及び他方の端部3b′として結像する。The light passing through the pattern 3 is reflected by the half mirror 6, and thereafter passes through the objective lens 7 to form an image 3'of the pattern 3 in the vicinity of the object K to be measured. Both ends of the pattern 3, that is, the end 3a on the DUT side and the end 3b on the light source side are connected as one end 3a 'and the other end 3b' of the image 3 ', as shown in FIG. Image.
【0012】被測定物Kからの反射光は、対物レンズ7
によって一旦結像され、その後、リレーレンズ8を介し
て、カメラ部10に導かれる。The reflected light from the object K to be measured is the objective lens 7
The image is once formed by and then guided to the camera unit 10 via the relay lens 8.
【0013】カメラ部10は、撮像管やCCDカメラ等
で構成することができる。信号処理の観点からいえば、
カメラ部の水平走査方向に上記パターン3の繰り返し方
向すなわち光軸に対して傾斜した方向を一致させること
が好ましい。カメラ部10は、極値検出部20に接続さ
れている。The camera unit 10 can be composed of an image pickup tube, a CCD camera or the like. From a signal processing perspective,
It is preferable that the repeating direction of the pattern 3, that is, the direction inclined with respect to the optical axis, is made to coincide with the horizontal scanning direction of the camera unit. The camera unit 10 is connected to the extreme value detection unit 20.
【0014】極値検出部20は、カメラ部10からの画
像信号のうち、光軸に対して傾斜した方向を横切る水平
走査線の信号を抜き出し、そのピーク位置及びボトム位
置を求める。そして、コントラストを検出し、コントラ
ストが一番大きなパターン像の位置を求めるのである。The extreme value detecting section 20 extracts a signal of a horizontal scanning line which crosses a direction inclined with respect to the optical axis from the image signal from the camera section 10 and obtains its peak position and bottom position. Then, the contrast is detected and the position of the pattern image with the highest contrast is obtained.
【0015】次にピントずれの大きさ及びその方向の求
め方を説明する。Next, how to obtain the magnitude of the focus shift and its direction will be described.
【0016】制御演算部100は、コントラスト検出部
20からの信号を受け、互いに隣り合うピークレベルと
ボトムレベルの比(又は差)が一番大きくなるようなピ
ーク位置をコントラスト最大位置とみなす。The control calculation unit 100 receives the signal from the contrast detection unit 20, and regards the peak position where the ratio (or difference) between the peak level and the bottom level adjacent to each other is the largest as the contrast maximum position.
【0017】そして、コントラスト最大位置と、パター
ン中心との偏差dを求め、この偏差dを、そのときの被
測定物の位置と予め定めた所定位置との差に変換する。
その為には、両者の関係を予め求めておき、この対応関
係に基づいて換算を行うようにすれば良い。Then, a deviation d between the maximum contrast position and the pattern center is obtained, and this deviation d is converted into a difference between the position of the measured object at that time and a predetermined position.
For that purpose, the relationship between the two may be obtained in advance, and conversion may be performed based on this correspondence relationship.
【0018】又、被測定物が所定位置のどちら側にずれ
ているかは、次のようにして判定する。すなわち、パタ
ーン中心よりも光源側のパターン部分がコントラスト最
大(鮮明な像)になった場合には、被対象物が所定位置
よりも手前に位置しているものと判定する。反対に、パ
ターン中心よりも被対象物側のパターン部分がコントラ
スト最大(鮮明な像)になった場合には、被対象物が所
定位置よりも後ろ側に位置しているものと判定する。Further, which side of the predetermined position the object to be measured is displaced is determined as follows. That is, when the contrast on the light source side of the pattern center is the maximum (clear image), it is determined that the object is located in front of the predetermined position. On the other hand, when the contrast of the pattern portion closer to the object than the center of the pattern has the maximum contrast (clear image), it is determined that the object is located behind the predetermined position.
【0019】被対象物が所定位置にあるときには、例え
ば図4に示す信号11が得られる。また、被対象物が所
定位置よりも手前側にあるときには、例えば図5の信号
12が得られる。反対に、被対象物が所定位置よりも後
ろ側にあるときには、例えば図6の信号13が得られ
る。なお、図4〜図6における矢印は各信号におけるパ
ターン中央位置を示している。When the object is at a predetermined position, for example, the signal 11 shown in FIG. 4 is obtained. Further, when the object is on the front side of the predetermined position, for example, the signal 12 of FIG. 5 is obtained. On the contrary, when the object is behind the predetermined position, for example, the signal 13 shown in FIG. 6 is obtained. The arrows in FIGS. 4 to 6 indicate the pattern center position in each signal.
【0020】以上のようにして、予め定めた所定位置と
被測定物の位置との偏差の大きさ及び偏差の方向(手前
側か後ろ側か)を求め、表示部30で表示する。As described above, the magnitude of the deviation between the predetermined position and the position of the object to be measured and the direction of the deviation (front side or rear side) are obtained and displayed on the display unit 30.
【0021】また、制御演算部100は、前述のように
して求めた偏差の大きさ及び方向に基づき、被測定部移
動部40を制御して被測定物を所定位置まで移動させ
る。被測定部移動部40は、例えば、光軸方向に被測定
物Kを移動させるためのステージとして構成する。Further, the control calculation section 100 controls the measured section moving section 40 to move the measured object to a predetermined position based on the magnitude and direction of the deviation obtained as described above. The measured portion moving unit 40 is configured as, for example, a stage for moving the measured object K in the optical axis direction.
【0022】さて、制御演算部100において前述の方
法でコントラストデータの処理を行った場合には、投影
されたパターン3の1ピッチ程度の分解能しか得られな
いが、図7に示すフローチャートに従って内挿を行うこ
とにより、より高精度にコントラスト最大位置を求める
ことができる。When the contrast data is processed by the above-described method in the control calculation unit 100, only a resolution of about one pitch of the projected pattern 3 can be obtained, but the interpolation is performed according to the flowchart shown in FIG. By performing the above, the maximum contrast position can be obtained with higher accuracy.
【0023】まず、S1において、極値検出部の出力か
らピークを抽出し、S2において、抽出された各ピーク
を通る近似曲線を求める。ここで、近似曲線を求める方
法としては、1)スプラインの補間法、2)直線近似に
よる方法等がある。なお、両方法とも周知の方法である
ので簡単に述べる。First, in S1, a peak is extracted from the output of the extreme value detecting section, and in S2, an approximate curve passing through each extracted peak is obtained. Here, as a method for obtaining an approximate curve, there are 1) a spline interpolation method, 2) a linear approximation method, and the like. Both methods are well known methods and will be briefly described.
【0024】1)スプラインの補間法 スプラインの補間法とは、与えられた区間を幾つかの小
区間にわけ、それぞれの小区間ごとに多項式(よく利用
されるのは3次の多項式)を適用し、全体として、与え
られた点を通り、かつ、1階及び2階の微係数が与えら
れる点で一致するように定めるものである。1) Spline interpolation method In the spline interpolation method, a given section is divided into several subsections, and a polynomial (often used cubic polynomial) is applied to each subsection. However, as a whole, it is determined so that the points pass through the given points and the differential coefficients of the first and second floors coincide with each other.
【0025】2)直線近似による方法 右上がり又は左上がりの傾斜をそれぞれ直線近似し、そ
の近似直線の交点をピークとする方法である。2) Method based on linear approximation This is a method in which a slope that rises to the right or a slope that rises to the left is linearly approximated, and the intersection point of the approximate straight line is taken as the peak.
【0026】このようにして、S2で近似曲線を求めた
後で、S3において、この近似曲線に基づいてピーク位
置を定め、これをコントラスト最大の位置とする。In this way, after the approximate curve is obtained in S2, the peak position is determined based on this approximate curve in S3, and this is set as the maximum contrast position.
【0027】次に、S4において、S3で求めたコント
ラスト最大の位置とパターン中心位置との偏差量及び偏
差方向を求め、S5で表示又は移動制御を行う。図3に
示すように、表示部30で表示したり、被測定物移動部
40を駆動して被測定物を所定位置に移動させるのであ
る。最後にS5で検出の継続・終了を決定する。Next, in S4, the deviation amount and the deviation direction between the position of the maximum contrast obtained in S3 and the pattern center position are obtained, and display or movement control is performed in S5. As shown in FIG. 3, it is displayed on the display unit 30 or the measured object moving unit 40 is driven to move the measured object to a predetermined position. Finally, in S5, the continuation / end of detection is determined.
【0028】上述のように、内挿を行うことによって、
投影されたパターンの1ピッチ(その光軸方向長さ)よ
りも細かい分解能を得ることができる。By performing the interpolation as described above,
It is possible to obtain a finer resolution than one pitch (the length in the optical axis direction) of the projected pattern.
【0029】なお、光軸とパターン3のなす角を90度
に近づけることによって分解能を高めることができる
が、その場合には概略の焦点出しが多少難しくなる。The resolution can be improved by bringing the angle formed by the optical axis and the pattern 3 close to 90 degrees, but in that case, rough focusing becomes somewhat difficult.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明の合焦検出装置は、光軸に対して
傾いた方向にパターンを有するパターン部と、このパタ
ーンを被対象物上に投影する投影光学系と、パターンが
投影された被対象物の像を検出する検出部と、検出部の
検出信号のうち、投影されたパターン像に対応する信号
中でコントラストが最大となる位置に基づいて合焦状態
を検出する合焦状態検出部と、を有することを特徴とす
るので、簡単な構成により、被測定対象物の所定位置か
らの偏差の量及び方向を求めることができる。The focus detection device of the present invention has a pattern portion having a pattern in a direction inclined with respect to the optical axis, a projection optical system for projecting this pattern onto an object, and a pattern projected. A detection unit that detects the image of the object, and a focus state detection that detects the focus state based on the position of the detection signal of the detection unit that has the maximum contrast in the signal corresponding to the projected pattern image. It is possible to obtain the amount and direction of the deviation of the measured object from the predetermined position with a simple configuration.
【0031】又、請求項2のように内挿を行うことによ
って、投影したパターンのピッチ以下の精度で被測定対
象物が所定位置からの偏差の量及び方向を求めることが
できる。By performing the interpolation as in the second aspect, the amount and direction of the deviation of the object to be measured from the predetermined position can be obtained with accuracy equal to or lower than the pitch of the projected pattern.
【図1】本発明の実施例における光学系を示す概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an optical system in an example of the present invention.
【図2】図1のパターンを示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the pattern of FIG.
【図3】実施例における信号の流れを示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a signal flow in the embodiment.
【図4】被対象物が所定位置にあるときに得られる信号
を示す図。FIG. 4 is a diagram showing signals obtained when the object is at a predetermined position.
【図5】被対象物が所定位置よりも手前側にあるときに
得られる信号を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a signal obtained when the object is on the front side of a predetermined position.
【図6】被対象物が所定位置よりも後ろ側にあるときに
得られる信号を示す図。FIG. 6 is a diagram showing signals obtained when the object is behind a predetermined position.
【図7】コントラスト最大位置を求める際に内挿を行う
場合のフローチャート。FIG. 7 is a flowchart for performing interpolation when obtaining the maximum contrast position.
1 光源 2 コリメータレンズ 3 パターン 6 ハーフミラー 7 対物レンズ 8 リレーレンズ 10 カメラ部 20 極値(コントラスト)検出部 30 表示部 40 被測定部移動部 100 制御演算部 1 light source 2 collimator lens 3 pattern 6 half mirror 7 objective lens 8 relay lens 10 camera section 20 extreme value (contrast) detection section 30 display section 40 measured section moving section 100 control calculation section
Claims (2)
するパターン部と、 このパターンを被対象物上に投影する投影光学系と、 パターンが投影された被対象物の像を検出する検出部
と、 検出部の検出信号のうち、投影されたパターン像に対応
する信号中でコントラストが最大となる位置に基づいて
合焦状態を検出する合焦状態検出部と、 を有することを特徴とする合焦検出装置。1. A pattern portion having a pattern in a direction inclined with respect to an optical axis, a projection optical system for projecting the pattern on an object, and detection for detecting an image of the object on which the pattern is projected. And a focus state detection unit that detects a focus state based on the position of the detection signal of the detection unit that has the maximum contrast in the signal corresponding to the projected pattern image. Focus detection device.
らなり、 上記合焦状態検出部は、検出信号の複数のピークを通る
近似曲線を想定し、その近似曲線のピーク位置をコント
ラスト最大位置とするように構成されていることを特徴
とする合焦検出装置。2. The focus detection device according to claim 1, wherein the pattern portion is formed of a periodic light and dark repeating pattern, and the focus state detection portion is an approximate curve passing through a plurality of peaks of a detection signal. Assuming that the peak position of the approximated curve is the maximum contrast position, the focus detection apparatus is characterized.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5247318A JPH0787378A (en) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | Focusing detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5247318A JPH0787378A (en) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | Focusing detection device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0787378A true JPH0787378A (en) | 1995-03-31 |
Family
ID=17161618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5247318A Pending JPH0787378A (en) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | Focusing detection device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0787378A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004528605A (en) * | 2001-06-05 | 2004-09-16 | カール ツアイス マイクロエレクトロニック システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Autofocus device for optical equipment |
JP2006139182A (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | V Technology Co Ltd | Automatic focusing device and method |
JP2011504143A (en) * | 2007-11-21 | 2011-02-03 | カールツァイス アーゲー | Laser optical machining |
DE10362244B4 (en) * | 2003-04-29 | 2014-06-26 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Locating focal position during sample imaging involves acquiring reflected light intensity values with position sensitive receiver inclined to field aperture, determining center of contrast position |
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DE102006027836B4 (en) * | 2006-06-16 | 2020-02-20 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Microscope with auto focus device |
-
1993
- 1993-09-09 JP JP5247318A patent/JPH0787378A/en active Pending
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