JPH11326745A - Focal position detecting device and method - Google Patents

Focal position detecting device and method

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JPH11326745A
JPH11326745A JP13678798A JP13678798A JPH11326745A JP H11326745 A JPH11326745 A JP H11326745A JP 13678798 A JP13678798 A JP 13678798A JP 13678798 A JP13678798 A JP 13678798A JP H11326745 A JPH11326745 A JP H11326745A
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JP
Japan
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image
images
evaluation value
focus
focal position
Prior art date
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Application number
JP13678798A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Usumoto
宏昭 臼本
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focal position detecting device and a focal position detecting method for detecting a focal position in optical measurement at high speed. SOLUTION: By consecutively driving a stage 41 in a direction Z, a sample 9 placed on the stage 41 is moved in the direction of the optical axis Lb of an image formation optical system 20b and plural images are acquired during the consecutive movement. The image acquiring operation includes image pickup operation by an image forming part 31 and transfer operation to a memory 32. An evaluated value calculation part 33 calculates the focus evaluated values F of the respective images concurrently with the image acquiring operation, so that total processing time is shortened. A focal position calculation part 60 calculates the focal position based on plural focus evaluated values F.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的測定に際し
て測定対象物を配置すべき焦点位置を検出する焦点位置
検出装置および焦点位置検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focal position detecting device and a focal position detecting method for detecting a focal position at which an object to be measured is to be placed during optical measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板上のパターンの検査、生体試
料の検査等のように試料に対して何らかの光学的測定を
行う際には、測定対象物である試料を結像光学系の焦点
位置に配置することが必要となる。
2. Description of the Related Art When some kind of optical measurement is performed on a sample, such as inspection of a pattern on a semiconductor substrate, inspection of a biological sample, etc., the sample to be measured is moved to a focal position of an imaging optical system. It is necessary to arrange.

【0003】そして、代表的な従来技術においては、所
定のパターンを試料に投影しておき、試料と結像光学系
との距離を間欠的に変化させつつその投影パターンを逐
次に撮像し、その撮像画像中の投影パターンの鮮鋭度
(シャープネス)が最大になったときの試料の位置を焦
点位置として検出するようにしている。
In a typical prior art, a predetermined pattern is projected on a sample, and the projected pattern is sequentially imaged while intermittently changing the distance between the sample and the imaging optical system. The position of the sample when the sharpness (sharpness) of the projection pattern in the captured image is maximized is detected as the focal position.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術においては、各画像の撮像毎に試料台または結像
光学系の移動と停止とを行う必要があるため、焦点位置
の検出完了までに多くの時間を要していた。
However, in this prior art, since it is necessary to move and stop the sample stage or the imaging optical system every time each image is taken, it is often necessary to complete the detection of the focal position. It took time.

【0005】また、この従来技術では、1回の撮像が完
了するごとにその撮像結果に基づく鮮鋭度の評価計算を
行い、そのような1組の処理が完了してから次の撮像位
置へ移動するように構成されているため、焦点位置の検
出完了までにさらに多くの時間を要するなどの問題を有
していた。
Further, in this prior art, each time one imaging is completed, an evaluation calculation of sharpness is performed based on the imaging result, and after such a set of processing is completed, the image is moved to the next imaging position. Therefore, there is a problem that it takes more time to complete the detection of the focal position.

【0006】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、光学
的測定における焦点位置を高速に検出することができる
焦点位置検出装置および焦点位置検出方法を提供するこ
とを目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a focus position detecting device and a focus position detecting method capable of detecting a focus position in optical measurement at high speed.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達するため、
請求項1に記載の焦点位置検出装置は、光学的測定にお
ける焦点位置を検出する焦点位置検出装置であって、
(a)測定対象物からの光を所定の受光位置へと導く結像
光学系と、(b)前記結像光学系に対する前記測定対象物
の相対的な光学的距離を連続的に変更する距離変更手段
と、(c)前記光学的距離の変更状況を検出する検出手段
と、(d)前記光学的距離の連続的な変更の際に前記測定
対象物の画像を前記受光位置において順次に複数回撮像
し、それによって複数の画像を順次に取得する画像取得
手段と、(e)前記複数の画像の順次取得動作と並行し
て、各画像が取得された時点における前記測定対象物の
合焦状態の評価値を取得済の画像から順次に算出する評
価値算出手段と、(f)前記複数の画像のそれぞれを取得
した際における前記光学的距離の変更状況と、前記複数
の画像のそれぞれについての前記評価値との関係に基づ
いて、前記焦点位置を求める焦点位置算出手段と、を備
えることを特徴とする。
In order to achieve the above object,
The focus position detection device according to claim 1 is a focus position detection device that detects a focus position in optical measurement,
(a) an imaging optical system that guides light from a measurement target to a predetermined light receiving position, and (b) a distance that continuously changes a relative optical distance of the measurement target with respect to the imaging optical system. Changing means, (c) detecting means for detecting a change state of the optical distance, and (d) sequentially changing the image of the measurement object at the light receiving position when the optical distance is continuously changed. Image capturing means for sequentially capturing a plurality of images, and (e) focusing the measurement target at the time when each image is captured in parallel with the sequential image capturing operation of the plurality of images. Evaluation value calculation means for sequentially calculating the evaluation value of the state from the acquired images, and (f) the change state of the optical distance when each of the plurality of images is acquired, and for each of the plurality of images Focus for obtaining the focus position based on the relationship with the evaluation value of Characterized in that it comprises a 置算 out means.

【0008】請求項2に記載の焦点位置検出装置は、請
求項1に記載の焦点位置検出装置において、前記画像取
得手段は、一定速度で連続的に前記光学的距離が変更さ
れる間に前記複数の画像を取得することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the focus position detecting apparatus according to the first aspect, the image obtaining means is configured to continuously change the optical distance at a constant speed. A feature is to acquire a plurality of images.

【0009】請求項3に記載の焦点位置検出装置は、請
求項1または請求項2に記載の焦点位置検出装置におい
て、前記評価値算出手段は、(e-1)互いに並列的に設け
られ、2以上の画像を交互または循環的に受け取って、
受け取られたそれぞれの画像について前記評価値を算出
する複数の単位算出手段を備えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the focus position detecting device according to the first or second aspect, the evaluation value calculating means is provided in parallel with each other; Receiving two or more images alternately or cyclically,
It is characterized by comprising a plurality of unit calculation means for calculating the evaluation value for each received image.

【0010】請求項4に記載の焦点位置検出装置は、請
求項1ないし請求項3のいずれかに記載の焦点位置検出
装置において、前記焦点位置算出手段は、前記焦点位置
を決定するにあたって、前記複数の画像のそれぞれが取
得された際の前記光学的距離の変更状況を各画像の撮像
所要時間に応じて修正して使用することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the focal position detecting device according to any one of the first to third aspects, the focal position calculating means is configured to determine the focal position. It is characterized in that the change state of the optical distance when each of the plurality of images is obtained is corrected according to the required imaging time of each image and used.

【0011】請求項5に記載の焦点位置検出方法は、光
学的測定における焦点位置を検出する焦点位置検出方法
であって、(a)測定対象物からの光を所定の受光位置へ
と導く結像光学系に対する前記測定対象物の相対的な光
学的距離を連続的に変更する距離変更工程と、(b)前記
光学的距離の変更状況を検出する検出工程と、(c)前記
光学的距離の連続的な変更と同期して前記測定対象物の
画像を前記受光位置において順次に複数回撮像し、それ
によって複数の画像を順次に取得する画像取得工程と、
(d)前記画像取得工程と並行して、各画像が取得された
時点における前記測定対象物の合焦状態の評価値を取得
済の画像から順次に算出する評価値算出工程と、(e)前
記複数の画像のそれぞれを取得した際における前記光学
的距離の変更状況と、前記複数の画像のそれぞれについ
ての前記評価値との関係に基づいて、前記焦点位置を求
める焦点位置工程段と、を備えることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a focal position detecting method for detecting a focal position in an optical measurement, wherein (a) light from a measuring object is guided to a predetermined light receiving position. A distance changing step of continuously changing a relative optical distance of the object to be measured with respect to an image optical system, (b) a detecting step of detecting a change state of the optical distance, and (c) the optical distance An image acquisition step of sequentially taking an image of the measurement object a plurality of times at the light receiving position in synchronization with the continuous change of the image, thereby sequentially acquiring a plurality of images,
(d) in parallel with the image obtaining step, an evaluation value calculating step of sequentially calculating the evaluation value of the in-focus state of the measurement object at the time when each image is obtained, from the obtained images, and (e) A focus position step for determining the focus position based on a relationship between the change in the optical distance when each of the plurality of images is acquired and the evaluation value for each of the plurality of images, It is characterized by having.

【0012】請求項6に記載の焦点位置検出方法は、請
求項5に記載の焦点位置検出方法において、前記画像取
得工程においては、一定速度で連続的に前記光学的距離
が変更される間に前記複数の画像が取得されることを特
徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the focus position detecting method according to the fifth aspect, in the image acquiring step, the optical distance is continuously changed at a constant speed. The method is characterized in that the plurality of images are obtained.

【0013】請求項7に記載の焦点位置検出方法は、請
求項5または請求項6に記載の焦点位置検出方法におい
て、前記評価値算出工程は、(d-1)2以上の画像を複数
の単位算出手段に交互または循環的に与え、前記2以上
の画像のそれぞれについての前記評価値を前記複数の単
位算出手段によって算出する工程を備えることを特徴と
する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the focus position detecting method according to the fifth or sixth aspect, the evaluation value calculating step includes the step of calculating (d-1) 2 or more images by a plurality of images. The method further comprises the step of alternately or cyclically providing the evaluation value to the unit calculation means and calculating the evaluation value for each of the two or more images by the plurality of unit calculation means.

【0014】請求項8に記載の焦点位置検出方法は、請
求項5ないし請求項7のいずれかに記載の焦点位置検出
方法において、前記焦点位置算出工程においては、前記
焦点位置を決定するにあたって、前記複数の画像のそれ
ぞれが取得された際の前記光学的距離の変更状況を各画
像の撮像所要時間に応じて修正して使用することを特徴
とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the focus position detecting method according to any one of the fifth to seventh aspects, in the calculating of the focal position, the determining of the focal position is performed. It is characterized in that a change state of the optical distance when each of the plurality of images is acquired is corrected according to a required imaging time of each image and used.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】<A.第1実施形態> <装置>図1は、本発明の第1実施形態の焦点検出装置
1の構成を示す模式図である。焦点検出装置1は試料9
の光学的測定(たとえば半導体基板上に形成された薄膜
の膜厚測定)に先立って測定対象物である試料9を配置
すべき焦点位置を検出する装置であり、焦点位置の検出
後に試料9を焦点位置に配置する焦点合わせの機能(正
確には、試料9の観察面を焦点位置に配置する機能)も
有している。
<A. First Embodiment><Apparatus> FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a focus detection apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. The focus detection device 1 has a sample 9
Is a device for detecting the focal position where the sample 9 to be measured is to be placed prior to the optical measurement (for example, measuring the thickness of a thin film formed on a semiconductor substrate). It also has a function of focusing at the focal position (more precisely, a function of arranging the observation surface of the sample 9 at the focal position).

【0017】この焦点検出装置1は、試料9へ照射され
る照明光11Lを出射する光源部11、光源部11から
の照明光11Lを試料9へと導く照明光学系20a、試
料9からの反射光31Lを所定の受光位置へと導く結像
光学系20b、反射光31Lを受光して試料9の画像信
号を生成する画像生成部31、試料9が載置されるステ
ージ41、およびこのステージ41を駆動して垂直方向
(Z方向)および水平方向に移動させることが可能なス
テージ駆動部42を備えている。ステージ駆動部42に
は、その駆動量(したがって、ステージ41の移動量)
を検出するエンコーダ42Eが取り付けられている。
The focus detecting device 1 includes a light source section 11 for emitting illumination light 11L radiated to the sample 9, an illumination optical system 20a for guiding illumination light 11L from the light source section 11 to the sample 9, and a reflection from the sample 9. An imaging optical system 20b for guiding the light 31L to a predetermined light receiving position, an image generating unit 31 for receiving the reflected light 31L and generating an image signal of the sample 9, a stage 41 on which the sample 9 is placed, and the stage 41 Is provided with a stage drive unit 42 which can be driven to move in the vertical direction (Z direction) and the horizontal direction. The driving amount of the stage driving unit 42 (the moving amount of the stage 41)
Is installed.

【0018】照明光学系20aは、レンズ21、選択的
遮光部22、ハーフミラー23および対物レンズ24を
有しており、光源部11から出射された照明光11Lが
レンズ21および選択的遮光部22を介してハーフミラ
ー23に入射し、ハーフミラー23にて反射した照明光
11Lが対物レンズ24を介して試料9上に照射される
ようになっている。また、選択的遮光部22は、試料9
が配置されるべき焦点位置と光学的に共役な関係にある
位置に配置される。選択的遮光部22は、視野絞り22
aとその中央部に配置される透光パターン部材22bと
を有し、透光パターン部材22bには図2(a)に示すよ
うにストライプ状の透明領域15Tと遮光領域15Bと
を交互に配列させた縞模様のパターン15が描かれてい
る(図2(a)では遮光領域15Bはハッチングによって
描かれているが、実際には黒のベタ領域である)。この
パターン15は照明光学系20aにより試料9上に投影
される。このパターン15は、視野の中央部から少しず
らした位置に配置することにより焦点位置検出後の光学
測定においてパターン15が邪魔にならないようにする
ことが好ましい。あるいは、焦点位置検出後に、透光パ
ターン部材22bを移動させることによりパターン15
を視野外としてもよい。
The illumination optical system 20a has a lens 21, a selective light-shielding part 22, a half mirror 23, and an objective lens 24. The illumination light 11L emitted from the light source part 11 receives the lens 21 and the selective light-shielding part 22. The illumination light 11 </ b> L reflected on the half mirror 23 via the objective lens 24 irradiates the sample 9 via the objective lens 24. In addition, the selective light shielding unit 22
Is located at a position that is optically conjugate with the focal position to be located. The selective light blocking part 22 includes a field stop 22.
a and a light-transmitting pattern member 22b disposed at the center thereof, and the light-transmitting pattern member 22b has stripe-shaped transparent regions 15T and light-shielding regions 15B alternately arranged as shown in FIG. The striped pattern 15 is drawn (in FIG. 2A, the light-shielding area 15B is drawn by hatching, but is actually a solid black area). This pattern 15 is projected onto the sample 9 by the illumination optical system 20a. It is preferable that the pattern 15 is disposed at a position slightly shifted from the center of the visual field so that the pattern 15 does not disturb the optical measurement after the focus position is detected. Alternatively, the pattern 15 is moved by moving the light-transmitting pattern member 22b after the focus position is detected.
Out of the field of view.

【0019】結像光学系20bは、対物レンズ24、ハ
ーフミラー23、およびレンズ25を有しており、その
光軸Lbと照明光学系20aの光軸Laとはハーフミラ
ー23において交わっている。すなわち、焦点検出装置
1では試料9上にて照明光学系20aと結像光学系20
bとが光軸Lbを共有する同軸落射照明の形態が採用さ
れている。試料9からの反射光31Lは対物レンズ2
4、ハーフミラー23、およびレンズ25を順に介して
画像生成部31へと導かれる。
The imaging optical system 20b has an objective lens 24, a half mirror 23, and a lens 25, and its optical axis Lb and the optical axis La of the illumination optical system 20a intersect at the half mirror 23. That is, in the focus detection device 1, the illumination optical system 20 a and the imaging optical system 20
The form of coaxial epi-illumination in which b shares the optical axis Lb is adopted. The reflected light 31L from the sample 9 is
The light is guided to the image generation unit 31 via the half mirror 23 and the lens 25 in this order.

【0020】画像生成部31は、2次元に配列された受
光素子を有するCCDカメラを有し、反射光31Lを受
光して試料9の画像信号を生成するようになっている。
なお、この際、生成される画像は、図2(a)のパターン
15を試料表面への投影した像(すなわち図2(b)の投
影パターン15P)を含んだものとなる。
The image generator 31 has a CCD camera having light receiving elements arranged two-dimensionally, and receives the reflected light 31L to generate an image signal of the sample 9.
At this time, the generated image includes an image obtained by projecting the pattern 15 of FIG. 2A onto the sample surface (that is, the projected pattern 15P of FIG. 2B).

【0021】さらに、焦点検出装置1は、カメラ制御部
30、メモリ32、評価値算出部33、ステージ駆動制
御部40、および焦点位置算出部60をも備えている。
The focus detecting device 1 further includes a camera control unit 30, a memory 32, an evaluation value calculation unit 33, a stage drive control unit 40, and a focus position calculation unit 60.

【0022】カメラ制御部30は、画像生成部31にお
ける画像信号の生成を制御し、生成された画像信号をメ
モリ32へと転送し、メモリ32においてデジタルの画
像信号として格納する。評価値算出部33は、メモリ3
2に格納された画像に対して所定部分のフォーカス評価
値を求めるものである。
The camera control section 30 controls the generation of image signals in the image generation section 31, transfers the generated image signals to the memory 32, and stores them as digital image signals in the memory 32. The evaluation value calculation unit 33 stores the memory 3
2 is to calculate a focus evaluation value of a predetermined portion with respect to the image stored in 2.

【0023】また、ステージ駆動制御部40は、ステー
ジ駆動部42に対して制御信号を送出することにより、
ステージ41およびステージ41上に載置される試料9
を垂直方向(図1中に示すZ方向)に昇降させるととも
に水平方向にも移動させることができる。ステージ41
をZ方向に移動させることにより、試料9と結像光学系
20bとを光軸Lbに沿って相対的に移動させることが
でき、それによって試料9と結像光学系20bとの光学
距離を連続的に変更することができる。
The stage drive control section 40 sends a control signal to the stage drive section 42,
The stage 41 and the sample 9 placed on the stage 41
Can be moved up and down in the vertical direction (the Z direction shown in FIG. 1) and also in the horizontal direction. Stage 41
Is moved in the Z direction, the sample 9 and the imaging optical system 20b can be relatively moved along the optical axis Lb, and thereby, the optical distance between the sample 9 and the imaging optical system 20b is continuously set. Can be changed.

【0024】さらに、焦点位置算出部60は、後述する
ように、複数の位置においてそれぞれ撮像された画像の
フォーカス評価値に基づいて、焦点位置を算出する。
Further, the focus position calculating section 60 calculates the focus position based on the focus evaluation values of the images picked up at a plurality of positions, as will be described later.

【0025】また、焦点検出装置1は、光源部11の光
量などを制御する光源制御部10、諸条件のキー入力お
よび画像の表示出力などのヒューマンインターフェイス
を担当する入出力部50をも備えている。
The focus detection device 1 further includes a light source control unit 10 for controlling the light amount of the light source unit 11 and the like, and an input / output unit 50 for performing a human interface such as key input of various conditions and display output of an image. I have.

【0026】さらに、焦点検出装置1は、全体制御部1
00をも備えている。全体制御部100は、光源制御部
10、カメラ制御部30、評価値算出部33、ステージ
駆動制御部40などの各制御部に対する大まかな制御指
令を与え、その制御指令の送出タイミングを制御する。
一方、各制御部は、全体制御部100からの制御指令に
応じて個別の具体的な制御を実際に行い、各制御部1
0,30,33,40は互いに並列的に処理を行う。
Further, the focus detection device 1 includes an overall control unit 1
00 is also provided. The general control unit 100 gives a rough control command to each control unit such as the light source control unit 10, the camera control unit 30, the evaluation value calculation unit 33, and the stage drive control unit 40, and controls the transmission timing of the control command.
On the other hand, each control unit actually performs individual specific control according to a control command from the overall control unit 100, and each control unit 1
0, 30, 33, and 40 perform processing in parallel with each other.

【0027】たとえば、ステージ駆動制御部40は、全
体制御部100によって送出された移動指令(制御指
令)を受け取り、ステージ駆動部42を実際に制御す
る。ステージ41は、ステージ駆動部42のモータ駆動
などにより、Z方向に移動することが可能である。全体
制御部100は、ステージ駆動制御部40への制御指令
送出後は、ステージ駆動部42の実際の駆動制御には関
与せず、その間に別の処理(たとえばカメラ制御部30
に対する撮像指令)を行うことが可能である。
For example, the stage drive control section 40 receives the movement command (control command) sent by the overall control section 100 and actually controls the stage drive section 42. The stage 41 can be moved in the Z direction by driving a motor of a stage driving unit 42 or the like. After sending the control command to the stage drive control unit 40, the overall control unit 100 does not participate in the actual drive control of the stage drive unit 42, and performs another process (for example, the camera control unit 30) during that time.
Can be performed.

【0028】カメラ制御部30は、全体制御部100に
よって送出された撮像指令(制御指令)を受け取り、画
像生成部31により撮像を行う。全体制御部100は、
カメラ制御部30への制御指令送出後は、カメラ制御部
30の動作には関与せず、その間に別の処理を行うこと
が可能である。ここで、カメラ制御部30とステージ駆
動制御部40とは並列的に処理が行われ得る。
The camera control section 30 receives the imaging command (control command) sent by the overall control section 100 and performs imaging with the image generation section 31. The overall control unit 100
After sending the control command to the camera control unit 30, it does not participate in the operation of the camera control unit 30, and it is possible to perform another process during that time. Here, the camera control unit 30 and the stage drive control unit 40 can perform processing in parallel.

【0029】また、全体制御部100は、画像生成部3
1における撮像動作が終了した後、評価値算出部33に
対してフォーカス評価値の算出を行う旨の制御指令(フ
ォーカス評価値算出指令)を送出する。これにより、評
価値算出部33において、メモリ32に格納された画像
に対して所定部分のフォーカス評価値が算出される。上
記と同様に、全体制御部100は、評価値算出部33へ
の制御指令送出後は、評価値算出部33の動作には関与
せず、その間に別の処理を行うことが可能である。つま
り、画像生成部31の撮像動作を制御するカメラ制御部
30と評価値算出部33とは並列的に動作することが可
能である。
The overall control unit 100 includes the image generation unit 3
After the imaging operation in 1 is completed, a control command (focus evaluation value calculation command) for calculating the focus evaluation value is transmitted to the evaluation value calculation unit 33. Thus, the evaluation value calculation unit 33 calculates a focus evaluation value of a predetermined portion of the image stored in the memory 32. Similarly to the above, after transmitting the control command to the evaluation value calculation unit 33, the overall control unit 100 can perform another process during the period without being involved in the operation of the evaluation value calculation unit 33. That is, the camera control unit 30 that controls the imaging operation of the image generation unit 31 and the evaluation value calculation unit 33 can operate in parallel.

【0030】なお、上記の各制御部はこの実施の形態で
はコンピュータ・システム(以下、「コンピュータ」と
いう。)を利用して構成されており、評価値算出部3
3、焦点位置算出部60、全体制御部100は、プログ
ラムを実行することにより動作する形態となっている。
また、カメラ制御部30、ステージ駆動制御部40はコ
ンピュータに設けられた電気的回路として構築されてい
る。これらの構成は全てソフトウェア的に構築されてい
てもよく、全てハードウェア的に構築されていてもよ
い。さらには、部分的にのみソフトウェア的に構築され
ていてもよい。また、全体制御部100による各構成間
の動作関係の調整は、各構成間で担保されていてもよ
く、いずれかの構成が全体制御部100の役割を兼ねて
いてもよい。既述したカメラ制御部30と評価値算出部
33との並列的動作は、たとえばカメラ制御部30と評
価値算出部33とに、別個のCPUまたは別個の専用ハ
ードウエア回路を使用することによって達成することも
可能であり、また、それらに単一のCPUを使用すると
きにはそのCPUのマルチタスク機能を利用することに
よっても達成可能である。
In the present embodiment, each of the above-mentioned control units is configured using a computer system (hereinafter, referred to as a “computer”).
3. The focus position calculation unit 60 and the overall control unit 100 are configured to operate by executing a program.
The camera control unit 30 and the stage drive control unit 40 are configured as electric circuits provided in a computer. All of these configurations may be configured as software, or all may be configured as hardware. Further, it may be constructed only partially as software. The adjustment of the operation relationship between the components by the overall control unit 100 may be ensured between the components, and any one of the components may also serve as the role of the overall control unit 100. The parallel operation of the camera control unit 30 and the evaluation value calculation unit 33 described above is achieved, for example, by using a separate CPU or a separate dedicated hardware circuit for the camera control unit 30 and the evaluation value calculation unit 33. It can also be achieved by using a single CPU for them, and by using the multitasking function of that CPU.

【0031】<動作>図3および図4を参照しながら、
焦点検出装置1の動作を説明する。ここで、図3は焦点
検出装置1の動作を説明するフローチャートであり、図
4は各制御部における動作を表すタイミングチャートで
ある。
<Operation> Referring to FIGS. 3 and 4,
The operation of the focus detection device 1 will be described. Here, FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation of the focus detection device 1, and FIG. 4 is a timing chart illustrating the operation of each control unit.

【0032】まず、図3に示すように、動作開始(ステ
ップSP10)後、ステージ41を駆動して試料9を初
期位置へ移動する(ステップSP20)。この初期位置
は、ステージ41のZ方向(図1参照)の移動によって
試料9が焦点位置を通過するように、結像光学系20b
に対して十分に遠い位置あるいは近い位置となるように
設定する。
First, as shown in FIG. 3, after the operation starts (step SP10), the stage 41 is driven to move the sample 9 to the initial position (step SP20). The initial position is set so that the sample 9 passes through the focal position by the movement of the stage 41 in the Z direction (see FIG. 1).
Is set to be a position sufficiently far or close to.

【0033】その後、全体制御部100は、ステージ4
1をZ方向に移動させる旨の移動指令をステージ駆動制
御部40に対して送出する(ステップSP30)。ステ
ージ駆動制御部40は、移動指令に応答して、所定の移
動区間を所定の速度で連続的に移動するように、ステー
ジ駆動部42を駆動制御する。初期の加速期間を過ぎて
実質的に一定速度となるための初期加速期間があらかじ
め実測などによって確認されており、その初期加速期間
が経過した後、この連続移動の間に、複数の位置におけ
る画像(サンプル画像)が順次に取得され、取得された
画像のそれぞれに対してフォーカス評価値が求められ
る。画像の取得をステージ41が所定の一定速度で移動
する間に行うことが好ましいのは、速度変化が撮像動作
および位置測定などに与える影響を軽減するためであ
る。
Thereafter, the overall control unit 100 controls the stage 4
A movement command to move 1 in the Z direction is sent to the stage drive controller 40 (step SP30). The stage drive control unit 40 drives and controls the stage drive unit 42 so as to continuously move in a predetermined moving section at a predetermined speed in response to the movement command. After the initial acceleration period, an initial acceleration period for achieving a substantially constant speed has been confirmed in advance by actual measurement and the like, and after the initial acceleration period has elapsed, during this continuous movement, images at a plurality of positions are obtained. (Sample images) are sequentially acquired, and a focus evaluation value is obtained for each of the acquired images. The reason why the image acquisition is preferably performed while the stage 41 moves at a predetermined constant speed is to reduce the influence of the speed change on the imaging operation and the position measurement.

【0034】つぎに、全体制御部100は、初期加速期
間経過後に撮像指令S1をカメラ制御部30に対して送
出する(ステップSP40)。撮像指令S1に応答し
て、カメラ制御部30は、画像生成部31により撮像を
開始する。図4に示すように、時刻t10から時刻t1
1に至る期間P11において、CCD(Charge coupled
device)における電荷蓄積が行われて画像が生成され、
その後、時刻t11から時刻t12に至る期間P12に
おいて、生成された画像がメモリ32へと転送され、メ
モリ32においてデジタルの画像信号として格納され
る。このようにして、ひとつの位置における画像が取得
される。
Next, the overall control section 100 sends an imaging command S1 to the camera control section 30 after the elapse of the initial acceleration period (step SP40). In response to the imaging command S1, the camera control unit 30 causes the image generation unit 31 to start imaging. As shown in FIG. 4, from time t10 to time t1
In the period P11 leading to the period No. 1, the CCD (Charge coupled)
device) to generate an image.
Thereafter, in a period P12 from time t11 to time t12, the generated image is transferred to the memory 32 and stored in the memory 32 as a digital image signal. In this way, an image at one position is obtained.

【0035】また、全体制御部100は、ステージ41
の現在位置を取得する(ステップ50)。この位置取得
は、たとえばステージ駆動部42に取り付けたエンコー
ダ42Eからの出力パルス信号を位置検出信号として利
用して行うことができる。この実施形態では結像光学系
20bは固定位置にあるから、このようなステージ41
の現在位置は、結像光学系20bと試料9の観察面(上
面)との光学的な相対距離の変更状況を表現する情報と
なっている。そして、図4の例では、最初に撮像された
画像Ik(k=1:図示せず)に対して、時刻t10に
おける現在位置を対応づけている。すなわち、ステージ
41のZ方向の位置を焦点位置と試料9との光学的な相
対距離関係を示す指標として用い、画像が撮像された時
点でのステージ41のZ方向の現在位置を、「k番目の
サンプリング位置Zk」(最初の画像取り込みの際には
k=1)として、撮像された画像Ikに対応づける。こ
の対応づけは、たとえば、その画像Ikを格納したファ
イルのヘッダに、サンプリング位置Zkを記憶したアド
レスの情報を入れておくことによって行うことができ
る。なお、前述したように、CCDへの電荷蓄積により
生成された画像Ikはメモリ32に転送されて格納され
るが、この画像の生成および転送に必要とされる時間幅
が図4のΔt1となる。
The overall control unit 100 includes a stage 41
Is obtained (step 50). This position acquisition can be performed using, for example, an output pulse signal from an encoder 42E attached to the stage drive unit 42 as a position detection signal. In this embodiment, since the imaging optical system 20b is at a fixed position, such a stage 41
The current position is information expressing the state of change in the optical relative distance between the imaging optical system 20b and the observation surface (upper surface) of the sample 9. In the example of FIG. 4, the current position at time t10 is associated with the first image Ik (k = 1: not shown). That is, the position of the stage 41 in the Z direction is used as an index indicating the optical relative distance relationship between the focal position and the sample 9, and the current position of the stage 41 in the Z direction at the time when the image is captured is referred to as “k-th position”. As the sampling position Zk ”(k = 1 at the time of the first image capturing) and is associated with the captured image Ik. This association can be performed, for example, by putting information on the address where the sampling position Zk is stored in the header of the file storing the image Ik. As described above, the image Ik generated by the charge accumulation in the CCD is transferred to and stored in the memory 32. The time width required for generating and transferring this image is Δt1 in FIG. .

【0036】その後、画像Ikに対するフォーカス評価
値Fkを算出する旨のフォーカス評価値算出指令が全体
制御部100によって評価値算出部33に送出される
(ステップSP60)。
Thereafter, a focus evaluation value calculation command for calculating the focus evaluation value Fk for the image Ik is sent by the overall control unit 100 to the evaluation value calculation unit 33 (step SP60).

【0037】評価値算出部33は、フォーカス評価値算
出指令に応答して、時刻t13から時刻t14に至る期
間P14(時間幅Δt2)において、フォーカス評価値
Fk(k=1)を算出する。画像生成部31において生
成される画像Ikには投影パターン15Pが含まれてお
り、この投影パターン15Pを含む領域に対してフォー
カス評価値Fkを求めることができる。ここで、フォー
カス評価値Fkは、コントラストや鮮鋭度(シャープネ
ス)等のフォーカスの度合いを表す値であればどのよう
なものでもよい。
In response to the focus evaluation value calculation command, the evaluation value calculation unit 33 calculates the focus evaluation value Fk (k = 1) in a period P14 (time width Δt2) from time t13 to time t14. The image Ik generated by the image generation unit 31 includes the projection pattern 15P, and the focus evaluation value Fk can be obtained for an area including the projection pattern 15P. Here, the focus evaluation value Fk may be any value as long as the value indicates the degree of focus such as contrast and sharpness (sharpness).

【0038】一方、全体制御部100は、ステップSP
40の最初の実行開始時点から所定時間Δt0だけ経過
した後にこのステップSP40に戻り、次の撮像指令S
2をカメラ制御部30に送出する。この撮像指令S2
は、期間P14における評価値算出部33の処理の終了
を待たずに送出され、期間P21(次述)における撮像
動作は、評価値算出部33の処理と並列的に行われる。
On the other hand, the overall control unit 100 executes step SP
After a lapse of a predetermined time Δt0 from the first execution start time of Step 40, the process returns to Step SP40, and the next imaging command S
2 to the camera control unit 30. This imaging command S2
Is transmitted without waiting for the end of the processing of the evaluation value calculation unit 33 in the period P14, and the imaging operation in the period P21 (described below) is performed in parallel with the processing of the evaluation value calculation unit 33.

【0039】カメラ制御部30は、撮像指令S2に応答
して、上記と同様に、画像取得動作を行なう。すなわ
ち、時刻t20から時刻t21に至る期間P21におい
て、CCDにおける電荷蓄積が行われて次の画像Ik+1
が生成され、その後、時刻t21から時刻t22に至る
期間P22において、生成された画像Ik+1がメモリ3
2へと転送され、メモリ32においてデジタルの画像信
号として格納される。このような撮像動作は、期間P1
4において行われる前回の画像Ikについての評価値算
出部33の処理と並列して行われる。
The camera control section 30 performs an image acquiring operation in the same manner as described above in response to the imaging command S2. That is, in the period P21 from the time t20 to the time t21, the charge is stored in the CCD and the next image Ik + 1
Is generated. Thereafter, in a period P22 from time t21 to time t22, the generated image Ik + 1 is stored in the memory 3
2 and stored in the memory 32 as a digital image signal. Such an imaging operation is performed during the period P1.
The processing is performed in parallel with the processing of the evaluation value calculation unit 33 for the previous image Ik performed in 4.

【0040】また、上記と同様に、ステージ41のサン
プリング位置Zk+1を取得する(ステップ50)。
Further, similarly to the above, the sampling position Zk + 1 of the stage 41 is obtained (step 50).

【0041】その後、メモリ32に格納された画像Ik+
1に対して、その画像Ik+1に対するフォーカス評価値F
k+1を算出する旨のフォーカス評価値算出指令が全体制
御部100によって評価値算出部33に送出される(ス
テップSP60)。フォーカス評価値算出指令に応答し
て、評価値算出部33は、時刻t23から時刻t24に
至る期間P24において、フォーカス評価値Fk+1を算
出する。
Thereafter, the image Ik + stored in the memory 32
1, the focus evaluation value F for the image Ik + 1
A focus evaluation value calculation command for calculating k + 1 is sent by the overall control unit 100 to the evaluation value calculation unit 33 (step SP60). In response to the focus evaluation value calculation command, the evaluation value calculation unit 33 calculates the focus evaluation value Fk + 1 in a period P24 from time t23 to time t24.

【0042】このようにして、撮像指令S2に対応する
画像Ik+1が取得され、取得された画像Ik+1に対するフ
ォーカス評価値Fk+1が取得される。
In this way, the image Ik + 1 corresponding to the imaging command S2 is obtained, and the focus evaluation value Fk + 1 for the obtained image Ik + 1 is obtained.

【0043】以上のような、画像取得動作および評価値
算出動作を繰り返して行い、所定の回数だけ終了したか
どうかを判断して(ステップSP70)、所定の回数の
動作が終了した時点で、次の焦点位置算出動作(ステッ
プSP80)に移行する。
The above-described image acquisition operation and evaluation value calculation operation are repeatedly performed, and it is determined whether the operation has been completed a predetermined number of times (step SP70). To the focus position calculation operation (step SP80).

【0044】ステップSP80においては、上記ステッ
プ40〜ステップSP60を順次に繰り返すことによっ
て得られた複数の画像{Ik}(k=1,2,…、N)
のそれぞれに対応するフォーカス評価値{Fk}とサン
プリング位置{Zk}との情報に基づいて、焦点位置を
算出する(なお、記号{ }は、k=1,2,…、Nに
ついての集合を表している)。
In step SP80, a plurality of images {Ik} (k = 1, 2,..., N) obtained by sequentially repeating steps 40 to SP60.
Is calculated based on the information of the focus evaluation value {Fk} and the sampling position {Zk} corresponding to each of the above (the symbol {} is a set of k = 1, 2,..., N Represents).

【0045】図5は、複数の画像{Ik}に対するサン
プリング位置{Zk}およびフォーカス評価値{Fk}
を、それぞれ、横軸および縦軸にプロットしたグラフで
ある。白丸は測定点の値を示している。サンプリング位
置{Zk}の相互間の値は補間により与えることがで
き、この補間は2次および高次の曲線近似などを用いて
行うことができ、それによって実質的に連続的に変化す
るフォーカス評価値(フォーカス評価曲線)Fを得るこ
とができる。焦点位置算出部60は、このような補間に
より、フォーカス評価値Fが最適となる焦点位置に対応
するステージ41の位置Zfを求める。逆に言えば、ス
テージ41がこの位置Zfに存在するときに、試料9の
観察面が焦点位置に位置することとなる。たとえば図2
(b)の縞模様のパターンの明るい部分の濃度に対する暗
い部分の濃度の比(コントラストの逆数)をフォーカス
評価値Fとするような場合は、このフォーカス評価値F
の最小値を与えるような位置が、試料9の観察面が焦点
位置Zfに一致する状態となる。このようにして、複数
の画像{Ik}のそれぞれに対応するフォーカス評価位
置{Zk}およびそれらにおけるフォーカス評価値{F
k}に基づいて焦点位置を検出することができ、焦点検
出動作を終了する(ステップSP90)。
FIG. 5 shows sampling positions {Zk} and focus evaluation values {Fk} for a plurality of images {Ik}.
Are plotted on the horizontal axis and the vertical axis, respectively. Open circles indicate the values at the measurement points. The value between the sampling positions {Zk} can be given by interpolation, which can be done using quadratic and higher order curve approximations, etc., so that the focus evaluation changes substantially continuously. The value (focus evaluation curve) F can be obtained. The focus position calculation unit 60 obtains the position Zf of the stage 41 corresponding to the focus position at which the focus evaluation value F is optimal by such interpolation. Conversely, when the stage 41 is at this position Zf, the observation surface of the sample 9 is located at the focal position. For example, FIG.
In the case where the ratio of the density of the dark part to the density of the bright part (the reciprocal of the contrast) of the striped pattern in FIG.
Is a state where the observation surface of the sample 9 coincides with the focal position Zf. Thus, focus evaluation positions {Zk} corresponding to each of the plurality of images {Ik} and focus evaluation values {F
The focus position can be detected based on k}, and the focus detection operation ends (step SP90).

【0046】さらに、上記のようにして得られた位置Z
fにステージ41を移動した後に、光学的な測定を行
う。これにより、試料9の観察面を焦点位置に配置し
て、光学的測定を行うことができる。
Further, the position Z obtained as described above is obtained.
After the stage 41 is moved to f, optical measurement is performed. Thereby, the observation surface of the sample 9 can be arranged at the focal position and the optical measurement can be performed.

【0047】なお、画像取得動作およびフォーカス評価
値算出動作などの上記の測定動作は、位置Zfの上下に
またがる少なくとも3つの位置について行われればよ
い。また、上記の焦点検出動作で求められる焦点位置の
検出誤差は、要求される分解能に対する焦点深度内にあ
れば十分である。このような条件を満たすように、サン
プリング位置の間隔およびステージ41の位置決め精度
などを定めることにより、十分な性能を有する焦点位置
検出を行うことができる。
The above measurement operations such as the image acquisition operation and the focus evaluation value calculation operation need only be performed for at least three positions over and under the position Zf. Further, the detection error of the focus position obtained by the above-described focus detection operation is sufficient if it is within the depth of focus for the required resolution. By determining the interval between the sampling positions, the positioning accuracy of the stage 41, and the like so as to satisfy such conditions, it is possible to perform the focus position detection with sufficient performance.

【0048】<実施形態の特徴的効果>上記のように、
本実施形態の焦点検出装置1は、ステージ41を連続的
に移動させて結像光学系20bに対する試料9の光学的
な相対距離を連続的に変更させる間に複数の画像{I
k}を取得し、複数の画像{Ik}のそれぞれに対応する
複数のフォーカス評価値{Fk}を算出する。また、焦
点検出装置1は、画像の取得動作とフォーカス評価値の
算出動作とを、並列的に行うことができることに注意が
必要である。たとえば、撮像指令S2は、期間P14に
おける評価値算出部33の処理の終了を待たずに送出さ
れ、期間P21における撮像動作は、評価値算出部33
の処理と並列的に行われる。このような並列処理によ
り、全体の処理時間の短縮を図ることができる。
<Characteristic Effects of Embodiment> As described above,
The focus detection device 1 according to the present embodiment continuously moves the stage 41 to continuously change the optical relative distance of the sample 9 with respect to the imaging optical system 20b while the plurality of images ΔI
k}, and calculates a plurality of focus evaluation values {Fk} corresponding to the respective images {Ik}. It should be noted that the focus detection device 1 can perform the image acquisition operation and the focus evaluation value calculation operation in parallel. For example, the imaging command S2 is transmitted without waiting for the end of the processing of the evaluation value calculation unit 33 in the period P14, and the imaging operation in the period P21 is performed by the evaluation value calculation unit 33.
Is performed in parallel with the processing of. Such parallel processing can reduce the overall processing time.

【0049】図8は、この実施形態の利点を明確にする
ために、従来の焦点位置の検出技術の例を示す図であ
る。従来においては、撮像指令S1’に応答して、制御
部30’は、CCDによる画像の撮像を期間P11’に
おいて行い、撮像された画像を期間P12’においてメ
モリ32’(図示しない)へと転送して画像を取得する
ように制御し、その画像に対するフォーカス評価値を期
間P14’において算出していた。そして、期間P1
4’におけるフォーカス評価値算出が終了した後、次の
撮像指令S2’が発行され、その撮像指令S2’に応答
して、期間P21’、P22’の画像取得動作と期間P
24’のフォーカス評価値算出動作が行われていた。す
なわち、画像取得動作およびフォーカス評価値算出動作
が逐次的(直列的)に行われていたため、焦点位置検出
動作の高速化には限界があった。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional focus position detection technique in order to clarify the advantages of this embodiment. Conventionally, in response to the imaging command S1 ', the control unit 30' performs imaging of the image by the CCD in the period P11 ', and transfers the captured image to the memory 32' (not shown) in the period P12 '. Control to acquire an image, and the focus evaluation value for the image is calculated in the period P14 ′. And period P1
After the calculation of the focus evaluation value in 4 ′ is completed, the next imaging command S2 ′ is issued, and in response to the imaging command S2 ′, the image acquisition operation in the periods P21 ′ and P22 ′ and the period P
The focus evaluation value calculation operation of 24 'was performed. That is, since the image acquisition operation and the focus evaluation value calculation operation are performed sequentially (in series), there is a limit to speeding up the focus position detection operation.

【0050】一方、本発明の実施形態の装置1において
は、前述したように、ある撮像指令S(たとえばS2)
に対する画像Ik+1の取得動作は、それよりも前の撮像
指令S(たとえばS1)によって取得された画像Ikに
対するフォーカス評価値Fkの算出動作に対して並列的
に行うことが可能である。したがって、全体の処理時間
の短縮を図ることが可能である。
On the other hand, in the apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, as described above, a certain imaging instruction S (for example, S2)
Can be performed in parallel with the calculation operation of the focus evaluation value Fk for the image Ik acquired by the imaging command S (for example, S1) earlier than that. Therefore, it is possible to reduce the overall processing time.

【0051】また、実施形態の装置1における各撮像指
令S1、S2、S3...の送出間隔は一定の時間幅Δt0
とされているが、この時間幅Δt0は、 画像取得のための期間Δt1と、 フォーカス評価値算出動作のための期間Δt2と、の
うちの最大値以上という条件に従って定められている。
これは、図4のような並列処理の繰返しが可能であるた
めの条件である。図4の例ではこの最大値は時間間隔Δ
t1である。
The transmission intervals of the imaging commands S1, S2, S3... In the apparatus 1 of the embodiment have a fixed time width Δt0.
However, the time width Δt0 is determined in accordance with the condition that it is equal to or more than the maximum value of the period Δt1 for acquiring the image and the period Δt2 for the focus evaluation value calculation operation.
This is a condition for enabling the parallel processing as shown in FIG. 4 to be repeated. In the example of FIG. 4, this maximum value is the time interval Δ
t1.

【0052】この事情を別の観点から見ると、図4の例
の場合、各撮像指令S1、S2、S3...の送出間隔Δ
t0と、画像取得のための期間Δt1との差、すなわち、
Δtm=(Δt0−Δt1)は時間的マージンにすぎない
ため、このマージンΔtmが実質的にゼロとなるように
撮像指令の送出間隔Δt0を設定しておくことによっ
て、理論上、最大の処理速度を得ることができる。
Looking at this situation from another viewpoint, in the case of the example of FIG. 4, the transmission interval Δ of each imaging command S1, S2, S3.
The difference between t0 and the period Δt1 for image acquisition, ie,
Since .DELTA.tm = (. DELTA.t0-.DELTA.t1) is only a time margin, by setting the imaging command transmission interval .DELTA.t0 so that the margin .DELTA.tm becomes substantially zero, the theoretical maximum processing speed can be reduced. Obtainable.

【0053】なお、評価値算出部33などを並列的に複
数設けた場合については次の第2実施形態において説明
する。
A case in which a plurality of evaluation value calculation sections 33 and the like are provided in parallel will be described in the second embodiment.

【0054】<B.第2実施形態>図6は、第2実施形
態に係る焦点検出装置1Bの構成を示す模式図である。
第2実施形態の焦点検出装置1Bは、複数(図では2
つ)のメモリ33A、33Bと、評価値算出部33A、
33Bとを備える点以外は、第1実施形態の焦点検出装
置1と同様の構成である。以下では、このような構成に
基づいて、第1実施形態の焦点検出装置1よりも並列度
の高い処理を行うことにより、さらに高速に焦点位置検
出動作を行うことができることについて、図7を参照し
ながら説明する。
<B. Second Embodiment> FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a focus detection device 1B according to a second embodiment.
The focus detection device 1B according to the second embodiment has a plurality of
) Memories 33A and 33B and an evaluation value calculation unit 33A,
The configuration is the same as that of the focus detection device 1 of the first embodiment except that the focus detection device 1 includes a focus detection device 33B. Hereinafter, based on such a configuration, by performing processing with higher parallelism than the focus detection device 1 of the first embodiment, it is possible to perform the focus position detection operation at higher speed with reference to FIG. I will explain while.

【0055】図7は、焦点検出装置1Bのカメラ制御部
30および評価値算出部33A、33Bにおける並列処
理を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing parallel processing in the camera control unit 30 and the evaluation value calculation units 33A and 33B of the focus detection device 1B.

【0056】まず、全体制御部100は、カメラ制御部
30に対して撮像指令S1を送出する。カメラ制御部3
0は、撮像指令S1に応答して、時刻t10から時刻t
12に至るまでの期間P10(時間幅Δt1)におい
て、画像の生成とメモリ32Aへの転送とを含む画像取
得動作を行う。そして、取得された画像に対して、評価
値算出部33Aは、時刻t13から時刻t14に至るま
での期間P14(時間幅Δt2)において、フォーカス
評価値Fの算出を行う。
First, the overall control unit 100 sends an imaging command S1 to the camera control unit 30. Camera control unit 3
0 corresponds to the time t10 from the time t10 in response to the imaging command S1.
During a period P10 (time width Δt1) leading to 12, an image acquisition operation including image generation and transfer to the memory 32A is performed. Then, for the acquired image, the evaluation value calculation unit 33A calculates the focus evaluation value F in a period P14 (time width Δt2) from time t13 to time t14.

【0057】また、全体制御部100は、期間P14に
おけるフォーカス評価値算出動作と並列して、カメラ制
御部30に対して撮像指令S2を送出する。カメラ制御
部30は、この撮像指令S2に応答して、時刻t20か
ら時刻t22に至るまでの期間P20において、画像の
生成とメモリ32Bへの転送とを含む画像取得動作を行
う。そして、時刻t23から時刻t24に至るまでの期
間P24において、フォーカス評価値Fの算出を評価値
算出部33Bにおいて行う。
In addition, the overall control unit 100 sends an imaging command S2 to the camera control unit 30 in parallel with the focus evaluation value calculation operation in the period P14. In response to the imaging command S2, the camera control unit 30 performs an image acquisition operation including generation of an image and transfer to the memory 32B during a period P20 from time t20 to time t22. Then, in a period P24 from time t23 to time t24, the focus evaluation value F is calculated in the evaluation value calculation unit 33B.

【0058】上記の動作においては、カメラ制御部30
における処理と評価値算出部33Aにおける処理とが並
列的に実行されるのみならず、カメラ制御部30におけ
る処理と評価値算出部33Bにおける処理とについても
並列的に実行され、さらには評価値算出部33Aにおけ
る処理と評価値算出部33Bにおける処理とについても
並列的に実行される。したがって、処理の並列度が高く
なり、全体の処理時間を短縮することができる。
In the above operation, the camera control unit 30
Is performed not only in parallel with the process in the evaluation value calculation unit 33A, but also in the camera control unit 30 and the process in the evaluation value calculation unit 33B in parallel. The processing in the unit 33A and the processing in the evaluation value calculation unit 33B are also executed in parallel. Therefore, the degree of parallelism of processing is increased, and the overall processing time can be reduced.

【0059】より定量的には期間P14と期間P24と
がオーバラップすることが可能であるため、第1実施形
態における「撮像指令の繰返し周期Δt0がフォーカス
評価値の算出期間Δt2以上でなければならない」とい
う条件が、第2実施形態においては「繰返し周期Δt0
は、フォーカス評価値算出期間Δt2の1/2以上でな
ければならない」という条件に緩和される。
Since the period P14 and the period P24 can be more quantitatively overlapped with each other, the "repetition period Δt0 of the imaging command must be longer than the calculation period Δt2 of the focus evaluation value in the first embodiment. In the second embodiment, the condition "repetition period Δt0
Must be 以上 or more of the focus evaluation value calculation period Δt2 ”.

【0060】したがって、このような処理時間の短縮の
効果は、フォーカス評価値の算出期間Δt2が、画像取
得期間Δt1よりも長い場合に、特に大きいものとな
る。また、フォーカス評価値の算出期間Δt0が、画像
取得期間Δt1よりもさらに長い場合には、さらにメモ
リおよび評価値算出部の数を増やして処理の並列度を高
めることにより、さらに全体の処理時間を短縮すること
ができる。
Therefore, the effect of shortening the processing time is particularly large when the calculation period Δt2 of the focus evaluation value is longer than the image acquisition period Δt1. When the calculation period Δt0 of the focus evaluation value is longer than the image acquisition period Δt1, the total processing time can be further reduced by further increasing the number of memories and evaluation value calculation units to increase the degree of parallelism of processing. Can be shortened.

【0061】一般に、M個(Mは2以上の整数)のメモ
リおよび評価値算出部(フォーカス評価値の単位算出手
段)を配置し、これらを並列動作可能とするとともに、
複数の画像を交互または循環的に受け取って、それぞれ
の画像についてのフォーカス評価値を算出するようにし
たとき、撮像指令の繰返し周期Δt0は、 画像取得期間Δt1 フォーカス評価値算出期間Δt2の(1/N)のうち
の最大のもの以上であり、最大効率(最大速度)は、撮
像指令の繰返し周期Δt0が上記のうちの最大値と
実質的に同じときに得られる。
Generally, M (M is an integer of 2 or more) memories and an evaluation value calculation unit (unit for calculating a focus evaluation value) are arranged, and these can be operated in parallel.
When a plurality of images are alternately or cyclically received and the focus evaluation value is calculated for each image, the repetition period Δt0 of the imaging command is (1/1) of the image acquisition period Δt1 and the focus evaluation value calculation period Δt2. N) or more, and the maximum efficiency (maximum speed) is obtained when the repetition period Δt0 of the imaging command is substantially equal to the maximum value among the above.

【0062】<C.他の実施形態>上記実施形態におい
ては、フォーカス評価値算出指令は、全体制御部100
が評価値算出部33に対して送出しているが、カメラ制
御部30が評価値算出部33に対して送出することなど
も可能である。
<C. Other Embodiments> In the above embodiment, the focus evaluation value calculation command is transmitted to the overall control unit 100.
Is transmitted to the evaluation value calculation unit 33, but the camera control unit 30 can also transmit the evaluation value to the evaluation value calculation unit 33.

【0063】また、上記実施形態においては、各撮像指
令Sは、所定の時間間隔で送出するようにしたが、本発
明はこれに限定されない。たとえば、ステージ41が所
定の位置に到達した時点で次の撮像指令Sを送出するよ
うにしても良い。
In the above embodiment, each imaging command S is transmitted at a predetermined time interval. However, the present invention is not limited to this. For example, the next imaging command S may be transmitted when the stage 41 reaches a predetermined position.

【0064】さらに、上記実施形態においては、ステー
ジ41のサンプリング位置{Zk}は撮像指令Sを送出
した時点における現在位置であるとしたが、これに限定
されない。より好ましくは、実際にCCDカメラによっ
て撮像された画像の生成時点をより反映させる時刻に対
応する位置であるとすることができる。たとえば、CC
Dにおいて電荷が蓄積されて画像が生成される期間P1
1(図4で時刻t10から時刻t11に至る期間)の中
間の時刻に対応する位置をサンプリング位置Zkとする
ことができる。このように移動速度およびCCD電荷蓄
積時間などを考慮した位置修正により、さらに焦点位置
の測定精度を向上させることができる。
Further, in the above embodiment, the sampling position {Zk} of the stage 41 is the current position at the time when the imaging command S is sent, but the present invention is not limited to this. More preferably, the position may be a position corresponding to a time at which the generation time of an image actually captured by the CCD camera is more reflected. For example, CC
Period P1 during which an image is generated by accumulating charges in D
A position corresponding to an intermediate time of 1 (a period from time t10 to time t11 in FIG. 4) can be set as the sampling position Zk. As described above, by correcting the position in consideration of the moving speed, the CCD charge accumulation time, and the like, the measurement accuracy of the focal position can be further improved.

【0065】すなわち、この場合には、複数の画像が生
成された際の結像光学系と試料との光学的な相対距離関
係を各画像の撮像所要時間に応じて修正する修正手段が
焦点位置算出部60に設けられ、その修正手段による修
正結果を考慮して、焦点位置が算出されることになる。
たとえば、そのような撮像所要時間をΔtd(図示せ
ず)とし、その間に結像光学系と試料との相対距離がΔ
Lだけ変化する場合は、サンプリング位置Zkに距離Δ
Lを加算した値(Zk+ΔL)を新たな修正後の相対距
離として利用する。この場合、図5のグラフは全体とし
て右側にΔLだけずれることになる。
That is, in this case, the correction means for correcting the optical relative distance relationship between the imaging optical system and the sample when a plurality of images are generated in accordance with the time required for capturing each image is provided by the correction means. The focal position is calculated in consideration of the correction result provided by the correction unit provided in the calculation unit 60.
For example, the required imaging time is represented by Δtd (not shown), during which the relative distance between the imaging optical system and the sample becomes Δtd.
If the distance changes by L, the distance Δ
The value (Zk + ΔL) obtained by adding L is used as a new corrected relative distance. In this case, the graph of FIG. 5 is shifted to the right by ΔL as a whole.

【0066】また、上記実施形態においては、パターン
15を投影した画像に対してフォーカス評価値を算出し
たが、これに限定されない。たとえば、測定対象物であ
る試料9自身にパターン15に相当するようなものが存
在する場合(たとえば半導体基板上に配線パターンが既
に作成されている場合など)には、そのパターン部分を
含む画像に対して、フォーカス評価値を算出することも
できる。
In the above embodiment, the focus evaluation value is calculated for the image on which the pattern 15 is projected. However, the present invention is not limited to this. For example, when there is an object corresponding to the pattern 15 in the sample 9 itself to be measured (for example, when a wiring pattern is already created on a semiconductor substrate), an image including the pattern portion is displayed. On the other hand, a focus evaluation value can be calculated.

【0067】なお、試料9と結像光学系20bとの光学
的距離を連続的に変更するにあたって、結像光学系20
bの方を移動させてもよい。
When the optical distance between the sample 9 and the image forming optical system 20b is continuously changed, the image forming optical system 20
b may be moved.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上のように、請求項1に記載の焦点位
置検出装置および請求項5に記載の焦点位置検出方法に
よれば、測定対象物の複数の画像は、結像光学系に対す
る測定対象物の相対的な光学的距離が連続的に変更され
る際に順次に複数回撮像されることによりに取得される
ので、測定対象物の相対移動を停止させることなく複数
の画像を高速に取得することができる。また、複数の画
像の順次取得動作と並行して、各画像が取得された時点
における測定対象物の合焦状態の評価値が取得済の画像
から順次に算出されるので、焦点位置検出に要する時間
全体に対する評価値算出時間の影響を低減することがで
きる。このように得られる複数の画像のそれぞれについ
ての評価値とそれぞれの画像を取得した際における光学
的距離の変更状況とに基づいて焦点位置を求めるので、
高速に焦点位置を検出することができる。
As described above, according to the focus position detecting apparatus according to the first aspect and the focus position detecting method according to the fifth aspect, a plurality of images of the object to be measured are measured with respect to the imaging optical system. When the relative optical distance of the object is continuously changed, the image is acquired by being sequentially imaged a plurality of times, so that a plurality of images can be quickly captured without stopping the relative movement of the measurement object. Can be obtained. In addition, in parallel with the sequential acquisition operation of a plurality of images, the evaluation value of the in-focus state of the measurement target at the time when each image is acquired is sequentially calculated from the acquired images, so that it is necessary for focus position detection. The influence of the evaluation value calculation time on the entire time can be reduced. Since the focus position is obtained based on the evaluation value of each of the plurality of images obtained in this way and the change state of the optical distance when each image is obtained,
The focus position can be detected at high speed.

【0069】請求項2に記載の焦点位置検出装置および
請求項6に記載の焦点位置検出方法によれば、複数の画
像は、光学的距離が一定速度で連続的に変更される間に
取得されるので、安定した画像の取得が可能になる。
According to the focal position detecting device of the second aspect and the focal position detecting method of the sixth aspect, a plurality of images are acquired while the optical distance is continuously changed at a constant speed. Therefore, a stable image can be obtained.

【0070】請求項3に記載の焦点位置検出装置および
請求項7に記載の焦点位置検出方法によれば、2以上の
画像のそれぞれについての評価値は、互いに並列的に求
められるので、さらに高速に焦点位置を検出することが
できる。
According to the focus position detecting device according to the third aspect and the focus position detecting method according to the seventh aspect, since the evaluation values for each of the two or more images are obtained in parallel with each other, the speed is further increased. Can be detected.

【0071】請求項4に記載の焦点位置検出装置および
請求項8に記載の焦点位置検出方法によれば、焦点位置
を決定するにあたって、複数の画像のそれぞれが取得さ
れた際の光学的距離の変更状況を各画像の撮像所要時間
に応じて修正して使用するので、焦点位置をさらに正確
に求めることができる。
According to the focal position detecting device of the fourth aspect and the focal position detecting method of the eighth aspect, when determining the focal position, the optical distance at the time when each of a plurality of images is acquired is determined. Since the change status is used after being corrected according to the required imaging time of each image, the focal position can be more accurately obtained.

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

【図1】本発明の第1実施形態の焦点検出装置1の構成
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a focus detection device 1 according to a first embodiment of the present invention.

【図2】パターン15を示す図である。FIG. 2 is a view showing a pattern 15;

【図3】焦点検出装置1の動作を説明するフローチャー
トである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of the focus detection device 1.

【図4】各制御部における動作を表すタイミングチャー
トである。
FIG. 4 is a timing chart illustrating an operation in each control unit.

【図5】サンプリング位置Zkとフォーカス評価値Fと
の関係を表すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a sampling position Zk and a focus evaluation value F.

【図6】第2実施形態に係る焦点検出装置1Bの構成を
示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a focus detection device 1B according to a second embodiment.

【図7】カメラ制御部30および評価値算出部33A、
33Bにおける並列処理を示す図である。
FIG. 7 shows a camera controller 30 and an evaluation value calculator 33A;
It is a figure showing parallel processing in 33B.

【図8】従来例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1B 焦点検出装置 9 試料 11 光源部 11L 照明光 15 パターン 20a 照明光学系 20b 結像光学系 21 レンズ 22 遮光部 22b 透光部材 23 ハーフミラー 24 対物レンズ 25 レンズ 31 画像生成部 31L 反射光 41 ステージ 42 ステージ駆動部 La,Lb 光軸 S,S1,S2 撮像指令 Reference Signs List 1, 1B focus detection device 9 sample 11 light source unit 11L illumination light 15 pattern 20a illumination optical system 20b imaging optical system 21 lens 22 light shielding unit 22b light transmitting member 23 half mirror 24 objective lens 25 lens 31 image generation unit 31L reflected light 41 Stage 42 Stage drive unit La, Lb Optical axis S, S1, S2 Imaging command

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光学的測定における焦点位置を検出する
焦点位置検出装置であって、 (a)測定対象物からの光を所定の受光位置へと導く結像
光学系と、 (b)前記結像光学系に対する前記測定対象物の相対的な
光学的距離を連続的に変更する距離変更手段と、 (c)前記光学的距離の変更状況を検出する検出手段と、 (d)前記光学的距離の連続的な変更の際に前記測定対象
物の画像を前記受光位置において順次に複数回撮像し、
それによって複数の画像を順次に取得する画像取得手段
と、 (e)前記複数の画像の順次取得動作と並行して、各画像
が取得された時点における前記測定対象物の合焦状態の
評価値を取得済の画像から順次に算出する評価値算出手
段と、 (f)前記複数の画像のそれぞれを取得した際における前
記光学的距離の変更状況と、前記複数の画像のそれぞれ
についての前記評価値との関係に基づいて、前記焦点位
置を求める焦点位置算出手段と、を備えることを特徴と
する焦点位置検出装置。
1. A focal position detecting device for detecting a focal position in an optical measurement, comprising: (a) an imaging optical system for guiding light from an object to be measured to a predetermined light receiving position; Distance changing means for continuously changing a relative optical distance of the object to be measured with respect to an image optical system; (c) detecting means for detecting a change state of the optical distance; (d) the optical distance In the case of continuous change, the image of the measurement object is sequentially imaged a plurality of times at the light receiving position,
Image acquisition means for sequentially acquiring a plurality of images, (e) in parallel with the operation of sequentially acquiring the plurality of images, the evaluation value of the in-focus state of the measurement object at the time when each image is acquired Evaluation value calculating means for sequentially calculating the acquired images, (f) the change state of the optical distance when each of the plurality of images is acquired, and the evaluation value for each of the plurality of images And a focus position calculating means for calculating the focus position based on the relationship between the focus position and the focus position.
【請求項2】 請求項1に記載の焦点位置検出装置にお
いて、 前記画像取得手段は、一定速度で連続的に前記光学的距
離が変更される間に前記複数の画像を取得することを特
徴とする焦点位置検出装置。
2. The focus position detecting device according to claim 1, wherein the image acquiring unit acquires the plurality of images while the optical distance is continuously changed at a constant speed. Focus position detecting device.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の焦点位
置検出装置において、 前記評価値算出手段は、 (e-1)互いに並列的に設けられ、2以上の画像を交互ま
たは循環的に受け取って、受け取られたそれぞれの画像
について前記評価値を算出する複数の単位算出手段を備
えることを特徴とする焦点位置検出装置。
3. The focal position detecting device according to claim 1, wherein the evaluation value calculating means is provided in parallel with each other, and alternately or cyclically switches two or more images. A focus position detecting device comprising: a plurality of unit calculating means for calculating the evaluation value for each of the received images.
【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の焦点位置検出装置において、 前記焦点位置算出手段は、前記焦点位置を決定するにあ
たって、前記複数の画像のそれぞれが取得された際の前
記光学的距離の変更状況を各画像の撮像所要時間に応じ
て修正して使用することを特徴とする焦点位置検出装
置。
4. The focal position detecting device according to claim 1, wherein said focal position calculating means determines each of said plurality of images when determining said focal position. A focus position detection device, wherein the change state of the optical distance is corrected according to a required time for capturing each image.
【請求項5】 光学的測定における焦点位置を検出する
焦点位置検出方法であって、 (a)測定対象物からの光を所定の受光位置へと導く結像
光学系に対する前記測定対象物の相対的な光学的距離を
連続的に変更する距離変更工程と、 (b)前記光学的距離の変更状況を検出する検出工程と、 (c)前記光学的距離の連続的な変更と同期して前記測定
対象物の画像を前記受光位置において順次に複数回撮像
し、それによって複数の画像を順次に取得する画像取得
工程と、 (d)前記画像取得工程と並行して、各画像が取得された
時点における前記測定対象物の合焦状態の評価値を取得
済の画像から順次に算出する評価値算出工程と、 (e)前記複数の画像のそれぞれを取得した際における前
記光学的距離の変更状況と、前記複数の画像のそれぞれ
についての前記評価値との関係に基づいて、前記焦点位
置を求める焦点位置工程段と、を備えることを特徴とす
る焦点位置検出方法。
5. A focus position detection method for detecting a focus position in an optical measurement, comprising: (a) the relative position of the measurement object with respect to an imaging optical system for guiding light from the measurement object to a predetermined light receiving position; A distance change step of continuously changing the optical distance, (b) a detection step of detecting the change state of the optical distance, (c) synchronous with the continuous change of the optical distance, The image of the object to be measured is sequentially imaged a plurality of times at the light receiving position, whereby an image acquiring step of sequentially acquiring a plurality of images, (d) In parallel with the image acquiring step, each image is acquired. An evaluation value calculating step of sequentially calculating the evaluation value of the in-focus state of the measurement object at the time from the acquired image, and (e) a change situation of the optical distance when each of the plurality of images is acquired And, for each of the plurality of images, Based on the relationship between the value, the focus position detection method characterized by and a focus position steps stage of determining the focal position.
【請求項6】 請求項5に記載の焦点位置検出方法にお
いて、 前記画像取得工程においては、一定速度で連続的に前記
光学的距離が変更される間に前記複数の画像が取得され
ることを特徴とする焦点位置検出方法。
6. The focus position detecting method according to claim 5, wherein in the image obtaining step, the plurality of images are obtained while the optical distance is continuously changed at a constant speed. Characteristic focus position detection method.
【請求項7】 請求項5または請求項6に記載の焦点位
置検出方法において、 前記評価値算出工程は、 (d-1)2以上の画像を複数の単位算出手段に交互または
循環的に与え、前記2以上の画像のそれぞれについての
前記評価値を前記複数の単位算出手段によって算出する
工程を備えることを特徴とする焦点位置検出方法。
7. The focus position detecting method according to claim 5, wherein the evaluation value calculating step includes: (d-1) alternately or cyclically giving two or more images to a plurality of unit calculating means. And a step of calculating the evaluation value for each of the two or more images by the plurality of unit calculation means.
【請求項8】 請求項5ないし請求項7のいずれかに記
載の焦点位置検出方法において、 前記焦点位置算出工程においては、前記焦点位置を決定
するにあたって、前記複数の画像のそれぞれが取得され
た際の前記光学的距離の変更状況を各画像の撮像所要時
間に応じて修正して使用することを特徴とする焦点位置
検出方法。
8. The focal position detecting method according to claim 5, wherein in the focal position calculating step, each of the plurality of images is obtained when determining the focal position. A focus position detecting method, wherein the change state of the optical distance at that time is corrected and used according to the required imaging time of each image.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100357823C (en) * 2004-11-30 2007-12-26 奥林巴斯株式会社 Focus detection apparatus and control method thereof

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