JPH11326751A - Autofocusing device - Google Patents

Autofocusing device

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Publication number
JPH11326751A
JPH11326751A JP10139236A JP13923698A JPH11326751A JP H11326751 A JPH11326751 A JP H11326751A JP 10139236 A JP10139236 A JP 10139236A JP 13923698 A JP13923698 A JP 13923698A JP H11326751 A JPH11326751 A JP H11326751A
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JP
Japan
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light
output
test surface
light receiving
subtraction circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10139236A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Iwasaki
豊 岩崎
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an autofocusing device having complete accuracy in the vicinity of the focus of an objective lens and capable of performing excellent autofocusing operation. SOLUTION: While monitoring output from a 3rd subtraction circuit 13, a controller 500 decides the moving direction of a surface to be examined 8 from the sign of the output from the circuit 13 at the point of time when autofocusing operation is started, and continues to move the surface 8 in the moving direction. When the absolute value of the output from the circuit 13 is under a previously decided set value, monitoring the output from a photodetecting element 14 is started. The set value is within a range where the output from the element 14 is monotonously increased or decreased with respect to the moving amount of the surface 8 in a focus direction. Thereafter, the movement of the surface 8 is continued without changing the moving direction of the surface 8. When the output from the element 14 is zero, the movement of the surface 8 is stopped.

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、光ディスク装置の
ピックアップや、顕微鏡等に使用されるオートフォーカ
ス装置に関し、特にスポット径検出方式のオートフォー
カス装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autofocus device used for a pickup of an optical disk device, a microscope, and the like, and more particularly to an autofocus device of a spot diameter detection system.

【0002】[0002]

【従来の技術】スポットサイズ検出型のオートフォーカ
ス装置として、特公平7−107742号公報に開示の
ものが存在する。このオートフォーカス装置は、被検面
非接触型の光学式変位計測装置の一種であり、光ディス
ク装置のオートフォーカスに使用可能である。以下、図
10を参照して、上記のような光学式変位計測装置の原
理について述べる。
2. Description of the Related Art There is a spot size detection type autofocus apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-107742. This autofocus device is a kind of a non-contact surface type optical displacement measuring device, and can be used for autofocus of an optical disk device. Hereinafter, the principle of the optical displacement measuring device as described above will be described with reference to FIG.

【0003】発光ダイオード1から出射した光は、第1
コリメータレンズ2で平行光になり、スリット板3を照
明する。スリット板3で線状に整形された光は、第1及
び第2ハーフミラー4、5を透過し、第2コリメータレ
ンズ6で平行光となり、対物レンズ7で被検面8に上に
結像する。被検面8で反射した戻り光は、再び対物レン
ズ7を透過し、第2コリメータレンズ6で収束光とな
る。第2コリメータレンズ6を通過した戻り光は、第2
ハーフミラー5を透過した後、第1ハーフミラー4で一
部が反射し、第1分割型受光素子9に入射する。第2ハ
ーフミラー5で反射された戻り光は、第2分割型受光素
子10に入射する。ここで、第1分割型受光素子9は、
第2コリメータレンズ6の焦点よりも被検面8から離れ
た側に配置されており、第2分割型受光素子10は、第
2コリメータレンズ6の焦点よりも被検面8に近接した
側に配置されている。
The light emitted from the light emitting diode 1
The light is converted into parallel light by the collimator lens 2 and illuminates the slit plate 3. The light shaped linearly by the slit plate 3 passes through the first and second half mirrors 4 and 5, becomes parallel light by the second collimator lens 6, and forms an image on the surface 8 to be detected by the objective lens 7. I do. The return light reflected by the test surface 8 passes through the objective lens 7 again, and becomes convergent light by the second collimator lens 6. The return light that has passed through the second collimator lens 6
After passing through the half mirror 5, a part of the light is reflected by the first half mirror 4 and enters the first split type light receiving element 9. The return light reflected by the second half mirror 5 enters the second split type light receiving element 10. Here, the first split type light receiving element 9
The second split type light receiving element 10 is disposed on a side farther from the test surface 8 than the focal point of the second collimator lens 6, and is closer to the test surface 8 than the focal point of the second collimator lens 6. Are located.

【0004】第1減算回路11は、第1分割型受光素子
9の内側の受光領域20が受光した戻り光の強度から外
側の受光領域19、21が受光した戻り光の強度を減じ
た値を出力する。第2減算回路12は、第2分割型受光
素子10の内側の受光領域23が受光した戻り光の強度
から外側の受光領域22、24が受光した戻り光の強度
を減じた値を出力する。第3減算回路13は、第1減算
回路11の出力から第2減算回路12の出力を減じた値
を出力する。
The first subtraction circuit 11 calculates a value obtained by subtracting the intensity of the return light received by the outer light receiving regions 19 and 21 from the intensity of the return light received by the light receiving region 20 inside the first split type light receiving element 9. Output. The second subtraction circuit 12 outputs a value obtained by subtracting the intensity of the return light received by the outer light receiving regions 22 and 24 from the intensity of the return light received by the light receiving region 23 inside the second split type light receiving element 10. The third subtraction circuit 13 outputs a value obtained by subtracting the output of the second subtraction circuit 12 from the output of the first subtraction circuit 11.

【0005】被検面8の上下方向の変位にともなって、
両分割型受光素子9、10上のスリット像の大きさが変
化する。第1減算回路11の出力と第2減算回路12の
出力とは、戻り光のビーム径が最も細くなる位置で最大
となる山形を示し、被検面8の変位量について所定量だ
け平行移動することによって重ね合わせることができ
る。そして、両減算回路11、12の出力差に対応する
第3減算回路13の出力と被検面8の変位量とをグラフ
化したものは、原点を通って単調減少或いは単調増加す
る関係にあるため、第3減算回路13の出力から被検面
8の変位量、更には被検面8が対物レンズ7の焦点位置
にあるかどうかを知ることができる。
With the vertical displacement of the surface 8 to be inspected,
The size of the slit image on both split type light receiving elements 9 and 10 changes. The output of the first subtraction circuit 11 and the output of the second subtraction circuit 12 indicate a peak which becomes the maximum at the position where the beam diameter of the return light becomes the smallest, and translates by a predetermined amount with respect to the displacement amount of the test surface 8. Can be superimposed. A graph of the output of the third subtraction circuit 13 corresponding to the output difference between the two subtraction circuits 11 and 12 and the displacement amount of the test surface 8 has a relationship of monotonically decreasing or monotonically increasing through the origin. Therefore, from the output of the third subtraction circuit 13, it is possible to know the displacement amount of the test surface 8 and whether or not the test surface 8 is at the focal position of the objective lens 7.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の光学式変位計測装置を用いてオートフォー
カス動作を行う場合、被検面の形状、光学系の構成によ
っては、対物レンズの焦点近傍で精度が不足し、良好な
オートフォーカス動作が困難であるという問題があっ
た。
However, when an auto-focus operation is performed using the optical displacement measuring device having the above-described configuration, depending on the shape of the surface to be measured and the configuration of the optical system, the vicinity of the focal point of the objective lens may be reduced. However, there is a problem that accuracy is insufficient and it is difficult to perform a good autofocus operation.

【0007】そこで、本発明は、被検面の形状、光学系
の構成に拘わらず、対物レンズの焦点近傍で十分な精度
を有し、良好なオートフォーカス動作が可能なオートフ
ォーカス装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides an autofocus apparatus which has sufficient accuracy near the focal point of an objective lens and can perform a good autofocus operation regardless of the shape of the surface to be inspected and the configuration of the optical system. The purpose is to:

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、本発明に係るオートフォーカス装置は、光源
と、該光源から出射した光を整形する開口絞りユニット
と、該開口絞りユニットに形成されている開口の像を被
検面上に結像する結像光学系と、該被検面からの反射戻
り光を集光する集光光学系と、該集光光学系の集光点の
前後に配設され、該反射戻り光のサイズを測定する光検
出手段とを有し、該光検出手段からの信号に基づいて前
記被検面の光軸方向の位置決めを行うオートフォーカス
装置において、前記開口絞りユニットは、前記被検面か
らの反射戻り光の光量を測定する光量測定手段をさらに
有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an autofocus apparatus according to the present invention comprises a light source, an aperture stop unit for shaping light emitted from the light source, and an aperture stop unit. An image forming optical system for forming an image of the formed aperture on the surface to be inspected, a light condensing optical system for condensing reflected return light from the surface to be inspected, and a condensing point of the light condensing optical system And a light detecting means for measuring the size of the reflected return light, wherein the position of the test surface in the optical axis direction is determined based on a signal from the light detecting means. The aperture stop unit further includes a light quantity measuring unit for measuring the quantity of reflected return light from the surface to be measured.

【0009】このように、前記開口絞りユニットが前記
被検面で反射されて逆進する反射戻り光の光量を測定す
る光量測定手段をさらに有するので、被検面が合焦位置
にあるとき正反射によって生じた反射戻り光については
これが開口に集中することを利用して、前記被検面の光
軸方向の位置決めを正確に行うことができ、オートフォ
ーカスの精度が高まる。
As described above, since the aperture stop unit further includes the light amount measuring means for measuring the amount of the reflected return light which is reflected on the surface to be measured and travels backward, the aperture stop unit has a positive light intensity when the surface to be measured is in the in-focus position. Utilizing the fact that the reflected return light generated by the reflection concentrates on the aperture, the position of the surface to be detected in the optical axis direction can be accurately determined, and the accuracy of the autofocus is improved.

【0010】また、好ましい態様によれば、前記光量測
定手段が前記開口絞りユニットの遮光部分の表面に配置
されていることを特徴とする。この場合、遮光部分の表
面に入射する反射戻り光の光量は、前記被検面が合焦位
置から光軸方向にずれている位置ずれ量に対応してお
り、前記被検面の光軸方向の位置決めを正確に行うこと
ができる。
According to a preferred aspect, the light quantity measuring means is arranged on a surface of a light shielding portion of the aperture stop unit. In this case, the amount of reflected return light incident on the surface of the light-shielding portion corresponds to the amount of displacement of the test surface from the in-focus position in the optical axis direction, and the amount of reflected return light in the optical axis direction of the test surface. Can be accurately positioned.

【0011】また、好ましい態様によれば、前記開口の
形状が線状又は点状であることを特徴とする。
According to a preferred aspect, the shape of the opening is linear or dotted.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態
に係るオートフォーカス装置を説明する構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an autofocus device according to an embodiment of the present invention.

【0013】このオートフォーカス装置は、焦点検出用
の光を供給する光源系100と、光源系100から出射
した光を整形する開口絞りであるアパーチャユニット2
00と、アパーチャユニット200の開口であるアパー
チャ像を被検面8上に結像するとともに被検面からの反
射戻り光を集光する結像集光光学系300と、結像集光
光学系300の集光点の前後における反射戻り光のスポ
ットサイズに関する情報を検出する検出装置400と、
オートフォーカス装置の動作を制御するコントローラ5
00とを備える。
The autofocus apparatus includes a light source system 100 for supplying light for focus detection, and an aperture unit 2 as an aperture stop for shaping light emitted from the light source system 100.
00, an image forming optical system 300 that forms an aperture image, which is an opening of the aperture unit 200, on the surface 8 to be inspected and collects reflected return light from the surface to be inspected; A detection device 400 that detects information about the spot size of the reflected return light before and after the converging point of 300,
Controller 5 for controlling the operation of the autofocus device
00.

【0014】ここで、光源系100は、焦点検出用の所
定波長の光を発生する発光ダイオード1と、発光ダイオ
ード1からの光を平行光とする第1コリメータレンズ2
とを備える。
The light source system 100 includes a light emitting diode 1 for generating light of a predetermined wavelength for focus detection and a first collimator lens 2 for converting light from the light emitting diode 1 into parallel light.
And

【0015】また、アパーチャユニット200は、スリ
ットを有するスリット板3と、スリット板3の被検面8
側に張り付けられて被検面8からの戻り光を検出する光
検出素子14とを備える。
The aperture unit 200 includes a slit plate 3 having a slit and a surface 8 to be inspected of the slit plate 3.
And a light detecting element 14 attached to the side to detect return light from the surface 8 to be detected.

【0016】また、結像集光光学系300は、光源系1
00からの光を平行光束にする第2コリメータレンズ6
と、第2コリメータレンズ6からの平行光束を被検面8
に上に集光する対物レンズ7とを備える。
Further, the image forming and condensing optical system 300 includes a light source system 1.
Second collimator lens 6 for converting light from 00 into a parallel light flux
And the parallel light beam from the second collimator lens 6
And an objective lens 7 for condensing light on the top.

【0017】また、検出装置400は、被検面8で反射
して対物レンズ7及び第2コリメータレンズ6を通過し
た反射戻り光を一部分岐するプリズムタイプの第1及び
第2ハーフミラー4、5と、両ハーフミラー4、5から
の反射戻り光を個別に検出する第1及び第2分割型受光
素子9、10と、両分割型受光素子9、10の内外の受
光領域が受光した光強度の差をそれぞれ出力する第1及
び第2減算回路11、12と、第1減算回路11の出力
から第2減算回路12の出力を減じた値を出力する第3
減算回路13とを備える。なお、第1分割型受光素子9
の位置と第2分割型受光素子10の位置とは、第2コリ
メータレンズ6の焦点位置から離間している距離が等し
くなるように、焦点位置の反対側に配置されている。つ
まり、第1の分割型受光素子9は、第2コリメータレン
ズ6の焦点よりも被検面8から離れた側に配置されてお
り、第2分割型受光素子10は、第2コリメータレンズ
6の焦点よりも被検面8に近接した側に配置されてい
る。
The detecting device 400 includes prism-type first and second half mirrors 4 and 5 for partially branching the reflected return light reflected by the surface 8 to be measured and passing through the objective lens 7 and the second collimator lens 6. And first and second split type light receiving elements 9 and 10 for individually detecting reflected return light from both half mirrors 4 and 5, and light intensity received by light receiving areas inside and outside of both split type light receiving elements 9 and 10. First and second subtraction circuits 11 and 12 for outputting the difference between the first and second subtraction circuits 12 and 12, respectively.
And a subtraction circuit 13. The first split type light receiving element 9
And the position of the second split type light receiving element 10 are arranged on the opposite side of the focal position so that the distance from the focal position of the second collimator lens 6 is equal. That is, the first split type light receiving element 9 is disposed on a side farther from the test surface 8 than the focal point of the second collimator lens 6, and the second split type light receiving element 10 is It is arranged on the side closer to the test surface 8 than the focal point.

【0018】また、コントローラ500は、第3減算回
路13及び光検出素子14の出力に基づいて、このオー
トフォーカス装置の合焦状態からのずれを検出するとと
もに被検面8を適所に移動させるオートフォーカス動作
を行う。なお、オートフォーカス動作を行う場合、コン
トローラ500には、第3減算回路13の出力と光検出
素子14の出力とが入力される。
Further, the controller 500 detects a deviation from the in-focus state of the auto-focusing device based on the outputs of the third subtraction circuit 13 and the light detecting element 14 and moves the test surface 8 to an appropriate position. Perform focus operation. When the autofocus operation is performed, the output of the third subtraction circuit 13 and the output of the photodetector 14 are input to the controller 500.

【0019】以下、図1のオートフォーカス装置の動作
について説明する。発光ダイオード1から出射した光
は、第1コリメータレンズ2で平行光になり、スリット
板3を照明する。スリット板3で線状に整形された光
は、第1及び第2ハーフミラー4、5を透過し、第2コ
リメータレンズ6で平行光となり、対物レンズ7で被検
面8に上に結像する。
Hereinafter, the operation of the autofocus device shown in FIG. 1 will be described. The light emitted from the light emitting diode 1 becomes parallel light by the first collimator lens 2 and illuminates the slit plate 3. The light shaped linearly by the slit plate 3 passes through the first and second half mirrors 4 and 5, becomes parallel light by the second collimator lens 6, and forms an image on the surface 8 to be detected by the objective lens 7. I do.

【0020】被検面8で反射した光は、再び対物レンズ
7を透過し、第2コリメータレンズ6で収束光となる。
第2コリメータレンズ6を透過した光は、第2ハーフミ
ラー5で、一部が反射し、第2分割型受光素子10に入
射する。第2ハーフミラー5で反射しなかった光は、第
1ハーフミラー4で反射し、第1分割型受光素子9に入
射する。
The light reflected by the test surface 8 passes through the objective lens 7 again and becomes convergent light by the second collimator lens 6.
Part of the light transmitted through the second collimator lens 6 is reflected by the second half mirror 5 and enters the second split type light receiving element 10. Light not reflected by the second half mirror 5 is reflected by the first half mirror 4 and enters the first split type light receiving element 9.

【0021】図2は、第1及び第2分割型受光素子9、
10の形状を説明する図である。図示のように、第1分
割型受光素子9は、3分割の受光領域19、20、21
を有するフォトダイオードで構成されており、第2分割
型受光素子10も、3分割の受光領域22、23、24
を有するフォトダイオードで構成されている。第1分割
型受光素子9を構成する3分割型のフォトダイオードの
外側の領域19、21間は電気的に接続されており、第
2分割型受光素子10を構成する3分割型のフォトダイ
オードの外側の領域22、24間も電気的に接続されて
いる。なお、第1及び第2分割型受光素子9、10の受
光領域の形状と大きさは同じになっている。両分割型受
光素子9、10に設けた長方形の受光領域19、20、
21、22、23、24の長軸は、スリット板3のスリ
ットの長軸と同じ方向に配置されている。
FIG. 2 shows the first and second split type light receiving elements 9,
It is a figure explaining 10 shapes. As shown in the drawing, the first split type light receiving element 9 includes three divided light receiving areas 19, 20, and 21.
And the second split type light receiving element 10 also has three divided light receiving areas 22, 23, and 24.
And a photodiode having the following. Regions 19 and 21 outside the three-division type photodiode constituting the first divisional type light receiving element 9 are electrically connected to each other. The outer regions 22 and 24 are also electrically connected. The shape and size of the light receiving areas of the first and second split type light receiving elements 9 and 10 are the same. Rectangular light receiving areas 19, 20, provided in the two split type light receiving elements 9, 10,
The major axes of 21, 22, 23, and 24 are arranged in the same direction as the major axis of the slit of the slit plate 3.

【0022】図1に戻って、第1減算回路11は、第1
分割型受光素子9の内側の受光領域20が受光した光の
強度から、外側の受光領域19、21が受光した光の強
度を減じた値を出力する。また、第2減算回路12は、
第2分割型受光素10子の内側の受光領域23が受光し
た光の強度から外側の受光領域22、24が受光した光
の強度を減じた値を出力する。また、第3減算回路13
は、第1減算回路11の出力から第2減算回路12の出
力を減じた値を出力する。
Returning to FIG. 1, the first subtraction circuit 11
It outputs a value obtained by subtracting the intensity of light received by the outer light receiving regions 19 and 21 from the intensity of light received by the light receiving region 20 inside the split type light receiving element 9. The second subtraction circuit 12
A value obtained by subtracting the intensity of the light received by the outer light receiving regions 22 and 24 from the intensity of the light received by the light receiving region 23 inside the second split type light receiving element 10 is output. The third subtraction circuit 13
Outputs a value obtained by subtracting the output of the second subtraction circuit 12 from the output of the first subtraction circuit 11.

【0023】図3は、第1及び第2分割型受光素子9、
10と、スリット板3のスリット像25との位置関係を
説明する模式図である。図3(a)は、被検面8が焦点
位置(合焦位置)から光軸に沿って上方(対物レンズ7
側)に移動した場合を示し、図3(b)は、被検面8が
焦点位置にある場合を示し、図3(c)は、被検面8が
焦点位置から光軸に沿って下方に移動した状態を示す。
FIG. 3 shows the first and second split type light receiving elements 9,
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a positional relationship between the slit image and a slit image of a slit plate. FIG. 3A shows that the surface 8 to be detected is moved upward along the optical axis from the focal position (in-focus position) (the objective lens 7).
3 (b) shows the case where the test surface 8 is at the focal position, and FIG. 3 (c) shows that the test surface 8 moves downward from the focal position along the optical axis. Shows the state moved to.

【0024】被検面8が、対物レンズ7の焦点位置にあ
るとき、スリット像25の投影領域は、第1及び第2分
割型受光素子9、10上で等しい大きさになっている
(図3(b)参照)。被検面8が、対物レンズ7の焦点
位置から、対物レンズ7側に接近すると、第2コリメー
タレンズ6を通った後の反射戻り光の集光位置が被検面
8から離間する側に移動するため、第1分割型受光素子
9上でのスリット像25の投影領域は、図3(b)の場
合より小さくなり、第2分割型受光素子10上でのスリ
ット像25の投影領域は、図3(b)の場合よりも大き
くなる(図3(a)参照)。一方、被検面8が、対物レ
ンズ7の焦点位置から、対物レンズ7側から離間する
と、第2コリメータレンズ6を通った後の反射戻り光の
集光位置が被検面8に接近する側に移動するため、第1
分割型受光素子9上でのスリット像25の投影領域は、
図3(b)の場合よりも大きくなり、第2分割型受光素
子10上でのスリット像25の投影領域は、図3(b)
の場合よりも小さくなる(図3(c)参照)。
When the test surface 8 is located at the focal position of the objective lens 7, the projection area of the slit image 25 has the same size on the first and second split type light receiving elements 9, 10. 3 (b)). When the test surface 8 approaches the objective lens 7 side from the focal position of the objective lens 7, the condensing position of the reflected return light after passing through the second collimator lens 6 moves to the side away from the test surface 8. Therefore, the projection area of the slit image 25 on the first split type light receiving element 9 is smaller than that of FIG. 3B, and the projection area of the slit image 25 on the second split type light receiving element 10 is It becomes larger than the case of FIG. 3B (see FIG. 3A). On the other hand, when the test surface 8 is separated from the objective lens 7 side from the focal position of the objective lens 7, the condensing position of the reflected return light after passing through the second collimator lens 6 is closer to the test surface 8. Move to the first
The projection area of the slit image 25 on the split type light receiving element 9 is
The projection area of the slit image 25 on the second split type light receiving element 10 is larger than that in the case of FIG.
(See FIG. 3C).

【0025】以上の説明から明らかなように、被検面8
の上下方向の変位にともなって、両分割型受光素子9、
10上に投影されるスリット像25の投影領域は、焦点
位置近傍において、一方のサイズが増加するときに他方
のサイズが減少するように変化する。
As is apparent from the above description, the test surface 8
With the vertical displacement of, both split type light receiving elements 9,
The projection area of the slit image 25 projected on the image 10 changes in the vicinity of the focal position so that when one size increases, the other size decreases.

【0026】図4は、横軸に被検面8の変位量をとり、
縦軸に第1及び第2減算回路11、12の出力をとった
グラフである。第1及び第2減算回路11、12の出力
は、それぞそれ実線と破線で表わされている。図示のよ
うに、被検面8の変位量に対して、第1及び第2減算回
路11、12の出力波形は、ともに上に凸の形状を示す
が、被検面8の変位量の方向に関して正負反対方向に平
行移動した関係になっている。
FIG. 4 shows the displacement of the surface 8 to be measured on the horizontal axis.
The vertical axis is a graph in which the outputs of the first and second subtraction circuits 11 and 12 are taken. Outputs of the first and second subtraction circuits 11 and 12 are represented by a solid line and a broken line, respectively. As shown in the drawing, the output waveforms of the first and second subtraction circuits 11 and 12 both show upwardly convex shapes with respect to the displacement amount of the test surface 8, but the direction of the displacement amount of the test surface 8 The relationship has been translated in the opposite directions.

【0027】図5は、横軸に被検面8の変位量をとり、
縦軸に第3減算回路13の出力をとったグラフである。
第3減算回路13は、第1減算回路11の出力と第2減
算回路12の出力との差を出力する。被検面8が図中で
矢印で示した範囲、すなわち引き込み範囲26内にある
とき、被検面の変位量と第3減算回路13の出力との関
係は、原点を通る単調な減少曲線の関係にある。つま
り、第3減算回路13の出力がゼロであれば、被検面8
が対物レンズ7の焦点位置にあることが分かり、第3減
算回路13の出力がゼロでなければ、被検面8の変位方
向及び変位量を知ることができる。
FIG. 5 shows the displacement of the surface 8 to be measured on the horizontal axis.
The vertical axis is a graph in which the output of the third subtraction circuit 13 is taken.
The third subtraction circuit 13 outputs a difference between the output of the first subtraction circuit 11 and the output of the second subtraction circuit 12. When the test surface 8 is within the range indicated by the arrow in the drawing, that is, within the pull-in range 26, the relationship between the displacement amount of the test surface and the output of the third subtraction circuit 13 is represented by a monotonous decreasing curve passing through the origin. In a relationship. That is, if the output of the third subtraction circuit 13 is zero, the test surface 8
Is located at the focal position of the objective lens 7, and if the output of the third subtraction circuit 13 is not zero, the displacement direction and the displacement amount of the test surface 8 can be known.

【0028】図6は、アパーチャユニット200の詳細
を説明する図である。スリット板3上には、光検出素子
14が配置されている。この光検出素子14には、スリ
ット板3のスリット開口15と同一の大きさの開口が形
成されており、光はここを自由に通過できる。被検面8
(図1参照)で反射された反射戻り光のうち、第1及び
第2ハーフミラー4、5を透過した光は、スリット板3
に到達する。すなわち、スリット像がスリット板3近傍
に形成される。
FIG. 6 is a diagram for explaining the details of the aperture unit 200. On the slit plate 3, a light detection element 14 is arranged. An opening having the same size as the slit opening 15 of the slit plate 3 is formed in the light detecting element 14, and light can freely pass therethrough. Test surface 8
Of the reflected return light reflected by (see FIG. 1), the light transmitted through the first and second half mirrors 4 and 5 is the slit plate 3
To reach. That is, a slit image is formed near the slit plate 3.

【0029】図7は、スリット板3上に設けた光検出素
子14とこれに入射する反射戻り光16との位置関係を
説明する模式図である。図7(a)は、被検面8が焦点
位置(合焦位置)から光軸に沿って上方(対物レンズ7
側)に移動した場合を示し、図7(b)は、被検面8が
焦点位置にある場合を示し、図7(c)は、被検面8が
焦点位置から光軸に沿って下方に移動した状態を示す。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the positional relationship between the photodetector 14 provided on the slit plate 3 and the reflected return light 16 incident thereon. FIG. 7A shows that the surface 8 to be inspected is moved upward along the optical axis from the focal position (in-focus position) (the objective lens 7).
7 (b) shows a case where the test surface 8 is at the focal position, and FIG. 7 (c) shows a case where the test surface 8 moves downward from the focal position along the optical axis. Shows the state moved to.

【0030】被検面8が対物レンズ7の焦点位置にある
とき、スリット板3の像SIは、スリット開口15と完
全に重なるため、光検出素子14には、反射戻り光16
が当たらず、光検出素子14からの出力は、ゼロとなっ
ている(図7(b)参照)。被検面8が対物レンズ7に
近接する方向に変位すると、像SIは、スリット板3の
位置より光源1側に形成されるため、反射戻り光16の
一部は、光検出素子14を照明するようになる(図7
(a)参照)。被検面8が対物レンズ7から離間する方
向に変位すると、像SIは、スリット板3の位置より被
検面8側に形成されるため、図7(a)の場合と同じ
く、反射戻り光16の一部は、光検出素子14を照明す
るようになる(図7(c)参照)。
When the test surface 8 is at the focal position of the objective lens 7, the image SI of the slit plate 3 completely overlaps with the slit opening 15.
And the output from the photodetector 14 is zero (see FIG. 7B). When the test surface 8 is displaced in the direction approaching the objective lens 7, the image SI is formed on the light source 1 side from the position of the slit plate 3, so that a part of the reflected return light 16 illuminates the photodetector 14. (Fig. 7
(A)). When the test surface 8 is displaced in a direction away from the objective lens 7, the image SI is formed on the test surface 8 side from the position of the slit plate 3, and therefore, as in the case of FIG. A part of 16 illuminates the photodetector 14 (see FIG. 7C).

【0031】以上の説明から明らかなように、被検面8
の上下方向の変位にともなって、光検出素子14からの
出力が増減する。そして、光検出素子14からの出力が
ゼロになるのは、被検面8からの反射戻り光16が元々
ない場合を除いて、被検面8が対物レンズ7の焦点位置
にある場合のみである。これを利用すれば、被検面8が
焦点位置にあるか否かを判定できる。
As is clear from the above description, the test surface 8
The output from the photodetector 14 increases and decreases with the vertical displacement of. The output from the light detecting element 14 becomes zero only when the surface 8 to be detected is at the focal position of the objective lens 7 except when there is no reflected return light 16 from the surface 8 to be detected. is there. Using this, it can be determined whether or not the test surface 8 is at the focal position.

【0032】図8は、図に示した被検面8の上下方向の
変位量に対する第3減算回路13の出力(破線)のグラ
フに、光検出素子14からの出力(実線)を重ねて示し
たグラフである。
FIG. 8 shows the output (solid line) of the photodetector 14 over the graph of the output (dashed line) of the third subtraction circuit 13 with respect to the amount of vertical displacement of the test surface 8 shown in the figure. FIG.

【0033】光検出素子14の光量検出出力は、被検面
8の光軸方向の移動にともなって増減する。すなわち、
光検出素子14の光量検出出力は、被検面8が対物レン
ズ7の焦点位置にあるとき最小値を示し、被検面8が対
物レンズ7の焦点位置から光軸方向のいずれにずれても
一旦増加する。従って、被検面8を光軸方向に移動させ
ながら光検出素子14の光量検出出力の最小値を求め、
この最小値が検出された点で被検面8の移動を停止させ
れば、被検面8が焦点位置にセットされることになる。
The light quantity detection output of the light detecting element 14 increases and decreases as the surface 8 to be detected moves in the optical axis direction. That is,
The light quantity detection output of the light detection element 14 shows a minimum value when the surface 8 to be detected is at the focal position of the objective lens 7, and the output of the light amount is shifted in any direction of the optical axis from the focal position of the objective lens 7. Once increases. Therefore, the minimum value of the light amount detection output of the light detection element 14 is obtained while moving the surface 8 to be detected in the optical axis direction,
If the movement of the test surface 8 is stopped at the point where the minimum value is detected, the test surface 8 is set at the focal position.

【0034】以下、光検出素子14の出力を利用したオ
ートフォーカス動作の手順について説明する。以下の説
明では、簡単のために、被検面8の上下方向の可動範囲
が図中で矢印で示した引き込み範囲26内にあるものと
仮定する。なお、実際の装置で、被検面8の可動範囲
が、より広範囲である場合も、第1及び第2分割型受光
素子9、10の出力の和信号の変化を検出する演算装置
を設け、この和信号を併用することによって、引き込み
範囲26に被検面8を移動させることは比較的容易であ
る。
Hereinafter, the procedure of the autofocus operation using the output of the photodetector 14 will be described. In the following description, for simplicity, it is assumed that the movable range of the test surface 8 in the vertical direction is within the pull-in range 26 indicated by an arrow in the figure. In the actual device, even when the movable range of the surface 8 to be detected is wider, an arithmetic unit for detecting a change in the sum signal of the outputs of the first and second split type light receiving elements 9 and 10 is provided. It is relatively easy to move the test surface 8 to the pull-in range 26 by using this sum signal together.

【0035】第3減算回路13の出力は、被検面8が対
物レンズ7の焦点の前後にある場合で異なった符号を有
することから、コントローラ500は、第3減算回路1
3の信号の符号によって、被検面8を移動させる方向を
知ることができる。被検面8が対物レンズ7の焦点近傍
に近づくと、第3減算回路13からの出力は、ゼロに近
づく。
Since the output of the third subtraction circuit 13 has a different sign when the surface 8 to be detected is before and after the focal point of the objective lens 7, the controller 500
The direction of moving the test surface 8 can be known from the sign of the signal 3. As the test surface 8 approaches the vicinity of the focal point of the objective lens 7, the output from the third subtraction circuit 13 approaches zero.

【0036】コントローラ500は、第3減算回路13
の出力をモニタしながら、被検面8をオートフォーカス
動作開始の時点で第3減算回路13の出力の符号から移
動方向を決定するとともにその移動方向への移動を継続
する。そして、第3減算回路13の出力の絶対値が予め
決められた設定値SV(図8参照)を下回ったところ
で、光検出素子14の出力のモニタを開始する。この設
定値SVは、光検出素子14からの出力が被検面8の焦
点方向への移動量に対して単調に増加または減少するよ
うな範囲とすることが望ましい。図示のような設定値S
Vでは、第3減算回路13の出力の絶対値が設定値SV
を下回ったとき、被検面8は範囲126内に収まってい
る。この後、被検面8の移動の方向は変えず、被検面8
の移動を継続し、光検出素子14の出力がゼロになった
時に、被検面8の移動を停止する。
The controller 500 includes a third subtraction circuit 13
While monitoring the output, the moving direction of the test surface 8 is determined from the sign of the output of the third subtraction circuit 13 at the time of the start of the autofocus operation, and the moving in the moving direction is continued. Then, when the absolute value of the output of the third subtraction circuit 13 falls below a predetermined set value SV (see FIG. 8), monitoring of the output of the photodetector 14 is started. It is desirable that the set value SV be in a range where the output from the photodetector 14 monotonically increases or decreases with respect to the movement amount of the surface 8 to be measured in the focal direction. Set value S as shown
At V, the absolute value of the output of the third subtraction circuit 13 is equal to the set value SV.
Is below the range 126, the test surface 8 falls within the range 126. Thereafter, the direction of movement of the test surface 8 is not changed, and the test surface 8 is moved.
When the output of the light detection element 14 becomes zero, the movement of the test surface 8 is stopped.

【0037】以上のような手順で、オートフォーカスを
行うことによって、高い精度で被検面8を対物レンズ7
の焦点位置で停止させることができる。
By performing auto-focusing in the above-described procedure, the surface 8 to be inspected can be moved with high accuracy to the objective lens 7.
Can be stopped at the focal position.

【0038】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は、上記実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、被検面8からの反射戻り光を検出する光
検出素子14における光検出面の形状は、スリット板3
のスリット近傍に入射する光を検出できるものであれば
任意とすることができる。
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the shape of the light detection surface of the light detection element 14 that detects the reflected return light from the surface 8 to be inspected is the slit plate 3
May be arbitrary as long as the light incident on the vicinity of the slit can be detected.

【0039】図9は、アパーチャユニット200の変形
例を説明する図である。スリット板3上には、スリット
開口15を挟んで両側に、一対の光検出素子114、1
14が配置されている。両光検出素子114、114の
光量検出出力を加算すれば、図6に示す光検出素子14
とほぼ同様の出力が得られる。つまり、両光検出素子1
14、114からの加算出力は、被検面8の光軸方向の
移動にともなって被検面8が対物レンズ7の焦点位置と
なるとき最小値を示し、対物レンズ7の焦点位置からい
ずれの光軸方向にずれても増加する。
FIG. 9 is a view for explaining a modification of the aperture unit 200. On the slit plate 3, a pair of photodetectors 114, 1
14 are arranged. By adding the light quantity detection outputs of the two light detection elements 114, 114, the light detection element 14 shown in FIG.
The output almost the same as is obtained. That is, both light detection elements 1
The added output from the reference numerals 14 and 114 indicates the minimum value when the surface 8 to be measured is at the focal position of the objective lens 7 with the movement of the surface 8 to be measured in the optical axis direction. It increases even if it shifts in the optical axis direction.

【0040】図10は、アパーチャユニット200の別
の変形例を説明する図である。スリット板3上には、中
央の円形開口115を挟んで両側に、一対の光検出素子
114、114が配置されている。この場合も、両光検
出素子114、114の光量検出出力を加算すれば、図
6に示す光検出素子14とほぼ同様の出力が得られる。
FIG. 10 is a view for explaining another modification of the aperture unit 200. On the slit plate 3, a pair of photodetectors 114, 114 are arranged on both sides of the central circular opening 115. Also in this case, by adding the light quantity detection outputs of the two light detection elements 114, 114, an output substantially similar to that of the light detection element 14 shown in FIG. 6 can be obtained.

【0041】また、以上の説明では、被検面8に移動さ
せることとしたが、光源系100、アパーチャユニット
200、結像集光光学系300等を移動させることもで
きる。
In the above description, the light source system 100, the aperture unit 200, the image-forming light condensing optical system 300, and the like can be moved.

【0042】また、被検面8を観察したり検査するため
の光学系は、結像集光光学系300とは別に設けること
もできるが、第2コリメータレンズ6及び対物レンズ7
の間にビームスプリッタを設けて観察光を分離すること
もできる。
Although an optical system for observing and inspecting the surface 8 to be inspected can be provided separately from the image-forming and condensing optical system 300, the second collimator lens 6 and the objective lens 7
The observation light can be separated by providing a beam splitter therebetween.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように、本発明に係るオートフォ
ーカス装置によれば、前記開口絞りユニットが前記被検
面で反射されて逆進する反射戻り光の光量を測定する光
量測定手段をさらに有するので、被検面が合焦位置にあ
るとき正反射によって生じた反射戻り光についてはこれ
が開口に集中することを利用して、前記被検面の光軸方
向の位置決めを行って高精度で被検面の合点を検出する
ことができ、オートフォーカスの精度が高まる。
As described above, according to the autofocus apparatus of the present invention, the aperture stop unit further includes a light amount measuring means for measuring the amount of reflected return light reflected on the surface to be measured and traveling backward. Since the reflected light generated by specular reflection when the surface to be inspected is at the in-focus position is concentrated on the aperture, the surface to be inspected is positioned in the optical axis direction with high accuracy. It is possible to detect the confluence of the surface to be inspected, and the accuracy of the autofocus is improved.

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

【図1】本発明の一実施形態であるオートフォーカス装
置の構成を示した概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an autofocus device according to an embodiment of the present invention.

【図2】第1及び第2光検出素子の受光領域の形状を示
す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a shape of a light receiving area of first and second photodetectors.

【図3】第1及び第2光検出素子付近での戻り光の様子
を示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of return light near first and second photodetectors.

【図4】被検面の変位量と第1及び第2減算回路の出力
の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a displacement amount of a test surface and outputs of first and second subtraction circuits.

【図5】被検面の変位量と第3減算回路の出力との関係
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a displacement amount of a test surface and an output of a third subtraction circuit.

【図6】スリット板とその上に配設された光検出素子の
構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a slit plate and a photodetector disposed thereon.

【図7】スリット板付近での戻り光の様子を示した模式
図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of return light near a slit plate.

【図8】被検面の変位量と第3の減算回路、スリット板
上の光検出素子の出力の関係を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a displacement amount of a surface to be inspected, an output of a third subtraction circuit, and an output of a photodetector on a slit plate.

【図9】図6の光検出素子の変形例を示した図である。FIG. 9 is a view showing a modification of the photodetector of FIG. 6;

【図10】図6の光検出素子の別の変形例を示した図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing another modified example of the photodetector of FIG.

【図11】従来のスポットサイズ検出型のオートフォー
カス装置の構成を示した概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional spot size detection type autofocus apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光ダイオード 2 第1コリメータレンズ 3 スリット板 4,5 ハーフミラー 6 第2コリメータレンズ 7 対物レンズ 8 被検面 9,10 分割型受光素子 11,12,13 減算回路 14 光検出素子 15 スリット開口 100 光源系 200 アパーチャユニット 300 結像集光光学系 400 検出装置 500 コントローラ REFERENCE SIGNS LIST 1 light emitting diode 2 first collimator lens 3 slit plate 4, 5 half mirror 6 second collimator lens 7 objective lens 8 test surface 9, 10 split type light receiving element 11, 12, 13 subtraction circuit 14 light detection element 15 slit aperture 100 Light source system 200 Aperture unit 300 Image forming and focusing optical system 400 Detection device 500 Controller

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、該光源から出射した光を整形す
る開口絞りユニットと、該開口絞りユニットに形成され
ている開口の像を被検面上に結像する結像光学系と、該
被検面からの反射戻り光を集光する集光光学系と、該集
光光学系の集光点の前後に配設され、該反射戻り光のサ
イズを測定する光検出手段とを有し、該光検出手段から
の信号に基づいて前記被検面の光軸方向の位置決めを行
うオートフォーカス装置において、 前記開口絞りユニットは、前記被検面からの反射戻り光
の光量を測定する光量測定手段をさらに有することを特
徴とするオートフォーカス装置。
A light source; an aperture stop unit for shaping light emitted from the light source; an imaging optical system for forming an image of an aperture formed in the aperture stop unit on a surface to be inspected; A light-collecting optical system that collects reflected return light from the surface to be inspected, and light detecting means that is disposed before and after the light-converging point of the light-collecting optical system and measures the size of the reflected return light. An auto-focusing device for positioning the surface to be detected in an optical axis direction based on a signal from the light detecting means, wherein the aperture stop unit measures a light amount of reflected return light from the surface to be measured. An auto-focusing device, further comprising means.
【請求項2】 前記光量測定手段は、前記開口絞りユニ
ットの遮光部分の表面に配置されていることを特徴とす
る請求項1記載のオートフォーカス装置。
2. The auto-focusing device according to claim 1, wherein said light amount measuring means is arranged on a surface of a light shielding portion of said aperture stop unit.
【請求項3】 前記開口の形状は、線状又は点状である
ことを特徴とする請求項1記載のオートフォーカス装
置。
3. The auto-focusing device according to claim 1, wherein the shape of the opening is linear or dotted.
JP10139236A 1998-05-07 1998-05-07 Autofocusing device Withdrawn JPH11326751A (en)

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