JPS62909A

JPS62909A - 自動焦点制御装置

Info

Publication number: JPS62909A
Application number: JP13994485A
Authority: JP
Inventors: Muneki Hamashima; 宗樹浜島
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1987-01-06
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH0743458B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、対物レンズもしく１まステージをモーターで
駆動することにより、ステージとの被測定面に該対物レ
ンズを自動合焦させる自動焦点制御２置に関する。

（発明の１＋ｆ景）従来、光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、ウェハ等のＩＣパタ
ーンの検査あるいは測定？Ｃ置等において。

操作性や精度の向上のために種々の方法で自動焦点制御
が行なわれている。

一般にこの種の自動焦点制御装置には、高精度でかつ高
速な制御が強く要望されている。

しかしながら１合焦績度を上げることと制御速度を高め
ることとは互いに相反する関係にあり。

従来の自動合焦装置では、上記各種のＷＡ微泣や測定装
置等において要求されている高精度と高速さとの両方を
同時に満足させることができないという問題点があった
。

（発明の目的）本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、高精度の合焦制御を高速度で行なうことのでき
る自動合焦制御装置を提供することを目的としている。

（発明の概要）かかる目的を達成するための本発明の要旨は、対物レン
ズもしくはステージをモーターで駆動することにより、
ステージ上の被測定面に該対物しンズを自動合焦させる
自動焦点制御装置において、前記被測定面からの反射光
を結像する結像光学系を設け、前記対物レンズおよび結
像光学系に関して前記被測定面と共役な位置より前方で
該反射光の結像位置を検出して前ピン信号を出力する前
ビン検出部、該共役位置より後方で該反射光の結像位置
を検出して後ビン信号を出力する後ビン検出部、および
該共役位置で該反射光の結像位置を検出して合焦ピン信
号を出力する合焦ビン検出部をそれぞれ設け、前記前ピ
ン信号と前記後ビン信号との差に相当する差動信号を求
め、該差動信号により前記モーターをサーボ駆動して合
焦位置付近までの粗い合−無制御を行なうサーボ駆動回
路を設け、さらに前記サーボ駆動の終了を検知し、該終
了の検知時に動作可能となり、前記合焦ビン信号により
前記モーターをパルスｗＡ勤して合焦位置付近での厳密
な合焦制御を行なう合焦ビン制御回路を設けて成ること
を特徴とする自動焦点制御装置に存する。

そして、上記自動焦点制御装置では、前記サーボ駆動に
より合焦位置付近までの粗い合焦制御が高速で行なわれ
、該合焦位置付近で該サーボ駆動から前記パルス駆動に
切換わり、該パルス駆動により合焦位置までの厳密な合
焦制御が行なわれるように成っている。

（実施例）以下１図面に基づいて本発明の各実施例を説明する。

第１図から第６図は本発明の第１実施例を示しており、
第１図は自動焦点制御装置の概略的な光学系の配置図で
ある。

第１図に示す自動焦点制御装置ｌは、ステージ（図示省
略）上の被測定面２（例えばステージ上に配置された観
察されるべき物体の表面）゛に対物レンズ３を自動合焦
させるもので、レーザ光源４からのレーザ光束は、ビー
ムエキスパンダー５によりその光束が拡大された後、ハ
ーフミラ−６で反射され、さらにハーフミラ−７を透過
して対物レンズ３に入射し、該対物レンズ３により集光
されて被測定面２に結像されるように構成されている。

被測定面２で反射され、かつハーフミラ−７で反射され
た反射光の光路中には一定の周期で振動する振動ミラー
８および固定のハーフミラ−９が配置されている。ハー
フミラ−９の反射光路中には結像レンズ１０が、ハーフ
ミラ−９の透過光路中にはミラー１１を介して結像レン
ズ１２がそれぞれ設けられている。

該結像レンズ１０の後方には、対物レンズ３および結像
レンズ１０に関して被測定面２と共役な位置より前方（
物体側）で該結像レンズ１０による結像位置（反射光の
結像位置）を検出して前ピン信号を出力する前ビン検出
部１３と、該被測定面２と共役な位置より後方（像側）
で該結像レンズ１０による結像位置を検出して後ビン信
号を出力する後ビン検出部１４とが配置されている。

前記結像レンズ１２の後方には、被測定面２と共役な位
置で結像レンズ１０による結像位置を検出して合焦ピン
信号を出力する合焦ビン検出部１５が配置されている。

前ビン検出部１３は、被測定面２と共役な位置より前方
に、光軸に泊って所定の間隔で配列されたｎ個の検出部
で構成されている。すなわち、該前ビン検出部１３は、
結像レンズ１（Ｍ）後方に設けられたハーフミラ−１６
の反射光路中において所定の間隔で配列されたｎ個のハ
ーフミラ−Ｍｌｌ〜Ｍｉｎと、各ハーフミラ−Ｍｌｌ〜
ＭＩｎの反射光路中に配置されたｎ個のアパーチャーＡ
ｌｌ〜Ａｌ１１と。

各アパーチャーＡ１１−ＡＩ！＋の後方に配置されたｎ
個の光電検出器ＤＩｌ〜Ｄｉｎとから構成されている。

ここでは、各光電検出器ＤＩｌ〜Ｄｉｎとしてフォトデ
ィテクターが使用されているが、ｎ個のフォトディテク
ターを用いる代りにフォトダイオードアレイのようなリ
ニアセンサーを用いても良い。

各７パーチヤーＡＩｌ〜Ａｌｎのうち、アパーチャーＡ
ｌｎが前記被測定面２と共役な位置に最も近くなってい
る。

前記後ビン検出部１４は、被測定面２と共役な位置に対
して前ビン検出部１３のｎ個の検出部と。

はぼ等距離の位置にそれぞれ配列されたｎ個の検出部で
構成されている。すなわち、該後ビン検出部１４は、ハ
ーフミラ−１６の透過光路中に設けられたミラー１７の
反射光路中において所定の間隔で配列されたｎ個のハー
フミラ−Ｍ２１〜Ｍ２ｎと５各ハーフミラ−Ｍ２１〜Ｍ
２ｎの反射光路中に配置されたｎ個のアパーチャーＡ２
１〜Ａ２ｎと、各７パーチヤーＡ２１〜Ａ２ｎの後方に
配置された光電検出器Ｄ２１〜Ｄ２ｎとから構成されて
いる。ここで、各光電検出Ｄ　Ｄ　２１”　Ｄ　２ｎと
してフォトディテクターが使用されているが、前記前ビ
ン検出部１３の場合と同様にｎ個のフォトディテクター
を用いる代りにフォトダイオードアレイのようなリニア
センサーを用いても良い。

各７パーチヤーＡ２１〜Ａ２ｎのうち、アパーチャーＡ
２１が前記被測定面２と共役な位置に最も近くなってい
る。

なお、前ビン検出部１３および後ビン検出部１４の各検
出部は１個（ｎ＝　１）ずつでも良い。

この場合のダイナミックレンジ、すなわち１個ずつの前
ビン検出部と後ビン検出部とにより対物レンズ３の結像
位置を検知できるサーボエリアは、第５図で示すＳＬで
ある。また、前ビン検出部１３および後ビン検出部１４
の各検出部をそれぞれｎ個とした場合のサーボエリアは
、第５図で示すＳｎであり、該サーボエリアＳｎはｎの
値が大きくなれば広くなる。

前記合焦ビン検出部１５は、被測定面２と共役な位置に
設けられたアパーチャーＡと、その後方に配置された光
電検出器りとから構成されている。

ここで、光電検出器りとしてフォトディテクターが使用
されている。

なお、対物レンズ３の焦点距離をｆ　、／結像レンズ１
０の焦点距離をｆｌ、結像レンズ１２の焦点距離をｆ２
とすると、各焦点距離の関係は。

ｆ２／ｆｌ工２〜３゜ｆ１／ｆ侃１０〜２０と成っている。

このように各焦点距離の関係を定めたことにより、前ビ
ン検出部１３および後ビン検出部１４の位Ｍ調整が容易
となり、該前ビン検出部１３あるいは後ビン検出部１４
が本来あるべき位置から若干ズしてしまっても、このズ
レが合焦精度に大きな影響を与えないような構成に成っ
ている。

第２図は、対物レンズ３が合焦した時における上記各光
電検出器からの出力信号波形を示しており、該各市力信
号波形は前記振動ミラー８の振動周期で変調された信号
となっている。

ｔ５２図（＆）は前記前ビン検出部１３の第１番目の光
電検出器Ｄｌｌからの前ビン信号波形を、第２図（ｂ）
は前ビン検出部１３の第ｎ番目の光電検出器Ｄｉｎから
の前ビン信号波形を示しており、中間の前ビン信号波形
は省略されている。第２図（ｃ）は光電検出器りからの
合焦ビン信号波形を示している。第２図（ｄ）は後ビン
検出部１４の第１Ｗｆ目の光電検出器０２１からの後ビ
ン信号波形を、第２図（ｅ）は後ビン検出部１４の第ｎ
番目の光電検出器Ｄ２コからの後ビン信号波形をそれぞ
れ示しており、中間の後ビン信号波形は省略されている
。

次に、第２図に示す各信号を信号処理し、対物レンズ３
を駆動するＤＣモータＭを制御する制御回路について第
３図を参照して説明する。

第３図に示すように、該制御回路はサーボ駆動回路３１
と合焦ビン制御回路３２とから構成されている。

サーボ駆動回路３１は、第２図（ａ）　、　（ｂ）に示
すような前ビン信号と第２図（ｄ）、（ｅ）に示すよう
な後ビン信号との差に相当する差動信号を求め、該差動
信号によりＤＣモータＭをサーボ駆動して第５図に示す
合焦位置付近５０までの粗い合焦制御を行なう回路であ
る。

合焦ピン制御回２８３２は、前記差動信号をモニターし
てサーボ駆動回路３１によるサーボ駆動の終了を検知し
、該終了の検知時に動作可能となり、第２図（Ｃ）に示
す合焦ビン信号によりＤＣモータＭをパルス駆動して合
焦位置付近５０での厳密な合焦制御を行なう回路である
。

前記サーボ駆動回路３１の入力部には、前ビン検出部１
３の各光電検出器Ｄｌｌ−Ｄｉｎに対応してｎ個設けら
れ、該各光電検出器Ｄｌｌ−Ｄｌｎからの各前ビン信号
を前記振動ミラー８による変調周波数成分で同調検波す
るＡＣ検波器Ｆｌｌ〜Ｆｉｎと。

後ピン検出部１４のも光τし検出器Ｄ２１”Ｄ２ｒ＋に
対応してｎ個設けられ、該各光電検出器Ｄ２１〜Ｄ２ｎ
からの各後ビン信号を前記振動ミラー８による変調周波
数成分で同調検波するＡＣ検波器Ｆ２１〜Ｆ２ｎとが設
けられている。

各ＡＣ検波器Ｆｌｌ〜ＦＩｎの出力端子は、該ＡＣ検波
器Ｆｉｌ〜ＦＩｎにより同調検波されたｎ個の萌ビン信
号を合計したトータル前ピン信号を出力するアナログ加
算器３３の入力端子に接続されている。

各ＡＣ検波器Ｆ２１〜Ｆ２ｎの出力端子は、該ＡＣ検波
器Ｆ２１〜Ｆ２ｎにより同調検波されたｎ個の後ビン信
号を合計したトータル後ピン信号を出力するアナログ加
算器３４の入力端子に接続されている。尚ｎ＝１の場合
は３３．３４のアナログ加算器は不要である。

アナログ加算器３３．３４には、前記トータル前ピン信
号、トータル後ピン信号のＡＣ成分の実効値を出力する
自乗検波器３５．３６がそれぞれ接続されている。

該自乗検波器３５．３６の出力端子にはサーボアンプ３
７の入力端子が接続され、かつ該サーボアンプ３７の出
力端子はスイッチＳＷを介してＤＣモータＭに接続され
ており、該サーボアンプ３７は、自乗検波器３５から送
られるトータル前ピン信号と自乗検波器３６から送られ
るトータル後ピン信号との差に相当する差動信号をスイ
ッチＳＷを介してＤＣモータＭに出力し、該差動信号に
より前記ＤＣモータＭをサーボ駆動させるように成って
いる。

該サーボアンプ３７からの差動信号は、第５図に示すよ
うに、対物レンズ３による結像位置が前記サーボエリア
Ｓ１あるいはＳｎ外にあるとき。

あるいは前記合焦位置付近５０までの粗い合焦制御が成
されたときにほぼＯとなる。

前記合焦ピンＪ制御回路３２の入力部には、合焦ビン検
出部１５の光電検出器りからの合焦ビン信号を前記振動
ミラー８による変調周波数成分で同調検波するＡＣ検波
器Ｆが設けられている。該ＡＣ検波器Ｆには、該ＡＣ検
波器Ｆからの合焦ビン信号のＡＣ成分の実効値を出力す
る自乗検波器３８が接続されている。

この自乗検波器３８は割算器３９の分子に接続されてお
り、かつ該割算器３９の分母は被測定面２からの反射光
強度を読みとるモニター信号出力回路４０の出力にｊＨ
ｂｌされている。したがって。

該ｖＪ算器３９は、合焦精度が被測定面２のパターン像
のコントラストに依存しないように自乗検波器３８から
の合焦ピン信号をモニター信号で割算し、自動ゲイン制
御（ＡＧＣ）を行なうと同時にＡ／Ｄコンバータ４３の
入力レベルに適合させるべく強度調整するように成って
いる。このｕＲ器は全く同様の機能として３７のサーボ
信号出力にも設けると更によい、この時分母には４０の
出力が、分子には３７の出力が接続されることになる。

また３５，３６．３８の検出器はＡＣ成分の最大値と最
小値の差を検出するピークホールド回路でもよい。

割算器３９の出力は、前記振動ミラー８の振動周期に同
期したマイクロプロセッサ−（ＭＰＵ）４１からのタイ
ミング信号によりサンプルボールドするサンプルホール
ド回路４２に接続されている。

サンプルホールド回路４２はＡ／Ｄコンバータ４３を介
してマイクロプロセッサ−４１のメモリーＵ　（ＲＡＭ
）４４に接続されており、サンプルホールド回路４２か
らのア六ログ信号１廿Ａ／Ｄコンバータ４３によりデジ
タル化されてメモリ一部４４にとりこまれるように成っ
ている。このメモリ一部４４からは第４図に示すような
デジタル信号が得られる。

マイクロプロセッサ−４１と前記サーボアンプ３７との
間には、サーボ駆動回路３１による前記サーボ駆動の終
了を検知しくサーボアンプ３７からの差動信号がほぼ０
になったことを検知し）。

該検知時にｒｌＪの信号をマイクロプロセッサ−４１に
送るウィンドウコンパレータ４５が接続されている。該
ウィンドウコンパレータ４５は、該サーボ駆動が終了し
てサーボアンプ３７からの差動信号が第５図に示すよう
に該ウィンドウコンパレータ４５の勅Ｉ″Ｉ範囲（ＯＶ
イナ８の範囲）５１内となった時に「１」の信号をマイ
クロプロセッサ−４１に送る。

該マイクロプロセッサ−４１は、ウィンドウコンパレー
タ４５から「１】の信号を受けた際に第４図に示すよう
なメモリ一部４４からのデジタル信号により、前記サー
ボ駆動の終了時における現在値Ｐ１から合焦位置である
最大値ＰＯまでの微少駆動量Δを算出し、該微少駆動量
ΔによりＤ／Ａコンバーク４６を介してＤＣモータＭを
パルス的に駆動し、これにより第５図に示す前記合焦位
置付Ｊ５０での厳密な合焦制御を行なう機能を有してい
る。

また、マイクロプロセッサ−４１がＤＣモータＭをパル
ス的に駆動するために、該ＤＣモータＭにはロータリー
エンコーダ４７が装着されており該マイクロプロセッサ
−４１はロータリーエンコーダ４７の出力を読み取りな
がらＤＣモータＭを制御するように成っている。

さらに、マイクロプロセッサ−４１は、前記対物レンズ
３による結像位、？１が前記サーボエリアＳ１あるいは
Ｓｎ内に入るまで不図示の駆動径路によりＤＣモータＭ
を駆動して対物レンズ３を連続的に定速駆動させる信号
サーチ駆動機能を有しており、かつ該結像位置がサーボ
エリアＳｌあるいはＳｎ内に入ったときに前記スイー、
チＳＷを閉成するように成っている。

次に、Ｌ記構成をイｉする自動焦【飄制御装置１の・肋
作を説明する。

第１図に示すように、レーデ光源４からのレーザ光束は
、ビームエキスパンダー５によりそノ光束が拡大される
。この拡大された光束は、ハーフミラ−６で反射され、
さらにハーフミラ−７を透過して対物レンズ３に入射し
、１懐７’を物レンズ３により集光されて被Ｘｌｌ定而
２に結像される。

被測定面２からの反射光は１．Ｙ、１物レンズ３を透過
した後ハーフミラ−７で反射され、さらに該反射光は一
定の周ｌｏｔで振動する振動ミラー８で反射される。該
反射光の一方はハーフミラ−９で反射され、その他方は
ハーフミラ−９七透過する。

ハーフミラ−９からの反射光は結像レンズ１０により結
像される。結像レンズ１０による結像光束は、ハーフミ
ラ−１６を介して前ピン検出部１３に導かれるとノ（に
ハーフミラ−１６，ハーフミラ−１７を介して後ビン検
出部１４に導かれる。

ハーフミラ−１６で反射された結像光栄は、各ハーフミ
ラ−Ｍｌｌ〜Ｍｉｎで反射されて各７パーチヤーＡｌｌ
〜Ａｌｎに達する。１司様に、ハーフミラ−１７で反射
された結像光栄は、各ハーフミラ−Ｍ　２１−　Ｍ　２
ｎで反Ｑ１されて各７パーチヤーＡ２１〜Ａ２ｎに達す
る。

被Ｘ１ｌｌ定而２からの反］す光が針、ｊ物レンズ３お
よび結像レンズ１０により、該対物レンズ３および結像
レンズ１０に関して被Δ１１１定而２と共役な位置の面
接に配置されたア・ぐ−チャーＡｌｌ〜Ａ　ｌｎオよび
Ａ２１〜Ａ２ｎのどこに結像されているかにより、その
結像位置に応じた第２図（ａ）、（ｔ＋）に示すような
前ピン信号が尤Ｉ亡ゆ］８鼻Ｄ１１〜１ｎから、第２図
（ｄ）、（ｅ）に示すような少ビン信号が光電検出器Ｄ
２１〜２ｎからそれぞれ出力される。

ハーフミラ−９の透過光はハーフミラ−１１で反射され
た後に結像レンズ１２により結像される。

結像レンズ１２による結像光束は、対物レンズ３および
結像レンズ１０に関して被測定面２と共役な位置に配置
された合焦ビン検出部１５のアパーチャーＡに到達し、
該結像レンズ１２による結像位置に応じた第２図（Ｃ）
に示すような合焦ビン信号が光電検出器りから出力され
る。

各光電検出器Ｄ１１〜ｉｎからの前ビン信号はＡＣ検波
器Ｆｉｌ〜Ｆｉｎに、各光電検出器０２１〜２ｎからの
後ビン信号はＡＣ検波器Ｆ２１〜Ｆ２ｎにそれぞれ送ら
れる。各ＡＣ検波器ＦＩＬ−ＦｉｎおよびＦ２１〜Ｆ２
ｎからは、振動ミラー８による変調周波数成分で同調検
波されたｎ個の前ビン信号およびｎ個の後ビン信号がそ
れぞれ出力される。

該ｎ個の前ビン信号およびｎ個の後ビン信号は、アナロ
グ加算器３３および３４でそれぞれ合計され、トータル
前ビン信号がアナログ加算器３３かも、トータル後ピン
信号がアナログ加算器３４かも出力される。

該トータル前ビン信号のＡＣ成分の実効値が自乗検波器
３５からサーボアンプ３７の一方の入力端子に、前記ト
ータル後ピン信号のＡＣ成分の実効値が自乗検波器３６
からサーボアンプ３７の他方の入力端子にそれぞれ出力
され、該サーボアンプ３７からは第５図に示すような該
両実効値の差に相当する差動信号が出力される。

該サーボアンプ３７からの差動信号は、第５図に示すよ
うに、対物レンズ３および結像レンズ１０による結像位
置が前記サーボエリアＳｌあるいはＳｎの外にあるとき
、あるいは該結像位置が合焦位置付近５０にあるときに
はほぼＯとなっている（５１で−示す範囲内にある）。

前記ウィンドウコンパレータ４５は、サーボアンプ３７
からの差動信号がほぼＯとなっているときには「１」の
信号を、それ以外の場合には「０」の信号をそれぞれ出
力し、該ウィンドウコンパレータ４５からの出力信号を
マイクロプロセッサ−４１が読み取る。

一方、光電検出器りからの前記合焦ビン信号は。

ＡＣ検波器Ｆに送られ、該ＡＣ検波器Ｆにより前記振動
ミラー８による変調周波数成分で同調検波され、該同調
検波された合焦ビン信号のＡＣ成分の実効値が自乗検波
器３８から出力される。該実効値は、反射光強度に応じ
たモニター信号出力回路４０からのモニター信号で割算
器３９により割算される。

該１ｇ４算器３９かもの出力信号は、前記振動ミラー８
の振動周期に同期したマイクロプロセッサ−（ＭＰＵ）
４１からのタイミング信号によりサンプルホールドされ
、該サンプルホールド回路４２からのアナログ信号はＡ
／Ｄコンバータ４３によりデジタル化されてメモリ一部
４４にとりこまれる。このメモリ一部４４からは第４図
に示すような合焦ビン制御のためのデジタル信号が得ら
れる。

次に、第６図に示す自動焦点制御シーケンスのフローチ
ャートを参照して自動焦点制御装置１の制御動作を説明
する。

第６図に示す差動処理フラグ■とは、マイクロプロセッ
サ−４１がウィンドウコンパレータ４５の出力を読み取
り、前記結像レンズ１０による結像位置が第５図に示す
サーボエリアＳｌあるいはＳｎ内にあるか否かを識別す
るものである。この差動処理フラグ■においては、ステ
ップ■でマイクロプロセッサ−４１がウィンドウコンパ
レータ４５から「０」の信号を読み取ったときには、マ
イクロプロセッサー４１は前記結像位置がサーボエリア
Ｓ１あるいはＳｎ内にあると判断し、前記スイッチＳＷ
をオンにしてサーボ駆動回路３１による前記サーボ駆動
を可能にし、ステップ■からステップ■に移る。

また、ステップ■でマイクロプロセッサ−４１がウィン
ドウコンパレータ４５からｒｌＪの信号を読み取ったと
きには、マイクロプロセッサ−４１は、前記結像位置が
サーボエリアＳ１あるいはＳｎの外にあるためにウィン
ドウコンパレータ４５が「１」の信号を出力しているの
か、あるいは該結像位置が第５図に示す合焦位置付近５
０にあるためにウィンドウコンパレータ４５が「１」の
信号を出力しているのかをマイクロプロセッサ−４１は
判断できないので、マイクロプロセッサ−４１はスイッ
チＳＷをオフにして前記サーボ駆動を禁止したままステ
ップ■からステ°７プ■に移る。

このステップ■おいては、マイクロプロセンサー４１は
メモリ一部４４から第４図に示すデジタル信号（合焦ピ
ン信号）を読み取り、該マイクロプロセッサ−４１は、
ｕ、デジタル信号が小さい場合には、前記結像位置がサ
ーボエリアＳｌあるいはＳｎの外にあるとＮ断し、ステ
ップ■からステップ■に移り、該デジタル信号が大きい
場合には。

該結像位置が前記合焦位置付近５０にあると判断し、ス
テップ■からステップ■に移る。

ステップ■では、前記信号サーチ駆動が行なわれる。す
なわち、マイクロプロセッサ−４１は、前記結像位置が
サーボエリアＳ１あるいはＳｎ内に入るまで不図示の駆
動径路によりＤＣモータＭを駆動して対物レンズ３を連
続的に定速駆動させながらフラグを読み、フラグが立っ
た所でＣｔｊ記結像位置がサーボエリアＳ１あるいはＳ
ｎ内に入った所で）ステップ■からステップ■に移り、
該ＤＣモータＭを停止させると共に前記スイッチＳＷを
オンにする。

前記ステップ■では、スイッチＳＷがオンになっている
ので、サーボアンプ３７からの差動信号がスイッチＳＷ
を介してＤＣモータＭに伝達され、該差動信号によりＤ
ＣモータＭがサーボ駆動される。このサーボ駆動は高速
度で実行され、第５図に示す前記合焦位置付近５０まで
の粗い合焦制御が成されたときに該差動信号はほぼＯと
なり、該サーボ駆動が終了する。このとき、前述したよ
うにウィンドウコンパレータ４５の出力信号は【０」か
らｒｌＪに変化し、該ｒｌＪの信号をマイクロプロセン
サー４１が読み取ることによりステップ■からステップ
■を介してステップ■に移り、合焦ビン制御が開始され
る。

この合焦ビンＩｆｍでは、マイクロプロセッサ−４１は
、第４図に示すようなデジタル信号（合焦ピン信号）を
メモリ一部４４から読み込み、前記サーボ駆動の終了時
における現在値Ｐ１から合焦位置である最大値ＰＯまで
の微少駆動量Δを算出し、該微少駆動量ΔによりＤ／Ａ
コンバータ４６を介してＤＣモータＭをパルス的に駆動
し、これにより第５図に示す前記合焦位置付近５０での
厳密な合焦間Ａを行なう。

なお、この厳密な合焦制御を行なう原には、前記サーボ
駆動により前記合焦位置付近５０までの粗い合焦制御が
すでに成されており、該厳密な合焦制御を行なう前記合
焦位置付近５０の範囲は。

±０．５μｍ程度のわずかなものである。したがって、
このわずかな範囲において第４図に示すようなデジタル
的な山登り法で合焦制御を行なっても、この＠密な合焦
制御は極めて単時間で実行される。このようにして、す
べての合焦制御が終了する。

なお、前記サーボ駆動の終了時における対物レンズ３の
位首をポテンショメータ（図示省略）あるいはロータリ
ーエンコーダ４７で読み取り、この値をメモリ一部４４
で記憶しておき、パルス、駆動によるｆＩ＆密な合焦制
御の終了時における対物レンズ３の位ｎを再び読み取り
、これらの両読み取り値の差をメモリ一部４４で記憶し
ておく、このようにしておくと、２回目以降の合焦制御
動作は、サーボ駆動の終了後に該再読み取り値の差を補
正するだけで、前記パルス駆動による厳密な合焦間Ａを
行なわずに合焦制御を終了させることができ。

その実行速度が一層向上される。

次に、本発明の第２実施例を第７図および第８図に基づ
いて説明する。

この第２実施例は、上記第１実施例の破線で囲んだ部分
のみを変更したものであり、他の構成については該第１
実施例と同様である。

第７図に示すように、被測定面２からの反射光を反射す
るハーフミラ−７の後方にはハーフミラ−７１が設けら
れており、該ハーフミラ−７１の透過光路中には前記結
像レンズ１２および前記合焦ピン検出部１５としてＣＣ
Ｄの様なイメージセンサ−７０が配置されている。該イ
メージセンサ−７０は、前記アパーチャーＡ、光電検出
器りと同様に、対物レンズ３および結像レンズ１０に関
して被測定面２と共役な位置に設けられている。

そして、該ハーフミラ−７１の反射光路中には振動ミラ
ー７２が設けられており、該振動ミラー７２により変調
された光束は結像レンズ１０により前記前ピン検出部１
３および後ビン検出部１４に到達するように成っている
。

この第２実施例の場合には、イメージセンサ−７０に到
達する光束については変調を加える必要がないので、振
動ミラー７２がハーフミラ−７１の透過光路中から外れ
た位置に設けられている。

該イメージセンサ−７０からは第８図に示すような合焦
ビン信号が出力され、該合焦ビン信号は前記合焦ビン制
御回路３２のＡＣ検波器Ｆ、自乗検波器３８を介さずに
割算器３９に入力され、サンプルホールド回路４２に送
られる。該サンプルホールド回路４２では、イメージセ
ンサ−７０を駆動するＣＯＤドライバー（図示省略）の
クロ。

クパルスにより該合焦ビン信号がサンプルホールドされ
る。

また、この実施例の場合には、マイクロプロセ−７サー
４１は第４図に示すようなメモリ一部４４からのデジタ
ル信号の最大値を求めておく必要がある。

上記以外の動作については、Ｅ記第１実施例の場合と同
様である。

尚、上述した実施例ではモータにより対物レンズを駆動
したが、ステージを駆動してもよいことはいうまでもな
い。

（発明の効果）本発明に係る自動焦点制御’Ａとによれば、高速度で実
行されるサーボ駆動により合焦位置付近までの粗い合焦
制御を行ない、かつ該合無位ｎ付近では該サーボ駆動か
らパルス駆動に切換わり、該パルス駆動により合焦位置
付近での厳密な合焦制御を行なっているので、高速度で
、かつ高精度の自動合焦が可能となる。

さらに、前ピン検出部および後ビン検出部を、光軸に沿
って所定の間隔で配列された複数の検出部でそれぞれｙ
ｉ戊することにより、前記サーボ駆動が可能なダイナミ
ックレンジを広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図は本発明の第１実施例を示しており、
第１図は自動焦点制御装置を示す光学系の配置図、第２
図（ａ）、（ｂ）は前ピン信号の波形図。第２図（ｃ）は合焦ビン信号の波形図、第２図（ｄ）。（ｅ）は後ピン信号の波形図、第３図は制御回路のブロ
ック図、第４図はデジタル信号の波形図、第５図は差動
信号の波形図、第６図は動作説明のためのフローチャー
ト、第７図およびｍ８図は本発明の第２実施例を示して
おり、第７［Ａは主要部を示す光学系の配置図、第８図
は合焦ビン信号の波形図である。ｌ・・・自動焦点制御装置　２・・・被測定面３・・・
対物レンズ　　　　Ｍ・・・モーター１０・・・結像レ
ンズ（結像光学系）１２・・・結像レンズ（結像光学系）１３・・・前ピン検出部　　１４・・・後ビン検出部１
５・・・合焦ピノ検出部　３１サ一ボ駆動回路３２・・
・合焦ビン制御回路ＤＩｌ〜Ｄｌｎ・・・前ピン検出部の複数の検出部第２
図第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対物レンズもしくはステージをモーターで駆動す
ることにより、ステージ上の被測定面に該対物レンズを
自動合焦させる自動焦点制御装置において、前記被測定
面からの反射光を結像する結像光学系を設け、前記対物
レンズおよび結像光学系に関して前記被測定面と共役な
位置より前方で該反射光の結像位置を検出して前ピン信
号を出力する前ピン検出部、該共役位置より後方で該反
射光の結像位置を検出して後ピン信号を出力する後ピン
検出部、および該共役位置で該反射光の結像位置を検出
して合焦ピン信号を出力する合焦ピン検出部をそれぞれ
設け、前記前ピン信号と前記後ピン信号との差に相当す
る差動信号を求め、該差動信号により前記モーターをサ
ーボ駆動して合焦位置付近までの粗い合焦制御を行なう
サーボ駆動回路を設け、さらに前記サーボ駆動の終了を
検知し、該終了の検知時に動作可能となり、前記合焦ピ
ン信号により前記モーターをパルス駆動して合焦位置付
近での厳密な合焦制御を行なう合焦ピン制御回路を設け
て成ることを特徴とする自動焦点制御装置。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の自動焦点制御装置
において、前記前ピン検出部を光軸に沿って所定の間隔
で配列された複数の検出部で構成し、かつ前記後ピン検
出部を前記各複数の検出部と前記共役位置に対してほぼ
等距離の位置にそれぞれ配列した複数の検出部で構成し
たことを特徴とする自動焦点制御装置。