KR100939679B1 - Apparatus and method for adjusting the focus automatically - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동 초점 조절 수단으로서 레이저 스팟 간의 간격 거리를 제 1 차 수단으로 사용하고, 레이저 스팟의 형상은 제 2 차 수단으로 채용함으로써, 검사 시편에 의해 발생될 수 있는 패턴 영향, 난반사 문제에 유연하게 대응하여 자동 초점 조절을 수행할 수 있고, 정확히 측정된 좌표값을 근거로 하여 산출된 길이 데이터를 제 1 차 초점 조절 수단으로 이용하여 정확한 자동 초점 조절이 가능한 자동 초점 조절 장치를 제공하는 것이다.The present invention uses the distance between the laser spots as the primary means as the auto focusing means, and the shape of the laser spot is adopted as the secondary means, so that it is flexible to the problem of pattern influence and diffuse reflection which may be generated by the test specimen. It is possible to provide an autofocus control device capable of performing autofocus control in correspondence, and enabling accurate autofocus control by using length data calculated based on accurately measured coordinate values as the first focus control means.
본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치는 레이저 광 출력부, 시준 렌즈, 핀홀, 회절 격자, 집광 렌즈, 광 분할기, 대물 렌즈, 원기둥 렌즈 및 광 검출기로 구성된 광학 시스템과 상기 광 검출기에 검출된 레이저 광선 스팟의 형상 및 스팟 간의 거리를 판독하는 연산 장치와; 초점이 맞을 경우의 스팟 간의 간격 거리값 (기준값)이 저장되는 기억 매체와; 새로운 검사 시편 로딩 시 검출된 형상 및 스팟 간의 거리를 상기 기억 매체에 저장된 기준값과 비교하여 초점이 맞을 때의 형상 및 스팟 간의 거리를 유지하도록 제어하는 제어 장치; 및 상기 제어 장치에 의한 제어 신호에 따라 구동되는 구동 모터를 포함하도록 구성되어 있다.The auto focusing apparatus according to the present invention is an optical system consisting of a laser light output unit, a collimating lens, a pinhole, a diffraction grating, a condenser lens, a light splitter, an objective lens, a cylindrical lens, and a light detector, and a laser beam spot detected by the light detector. An arithmetic device for reading the shape and the distance between the spots; A storage medium which stores a distance distance value (reference value) between spots when focus is achieved; A control device for controlling the distance between the shape and the spot at the time of focus by comparing the distance between the shape and the spot detected when loading a new test specimen to the reference value stored in the storage medium; And a drive motor driven according to the control signal by the control device.
자동 초점 조절 Auto focus
Description
본 발명은 마이크로 현미경 (Microscope)과 같은 광학 장치에 부착되거나 그 자체로서 단독으로 사용되어 초점을 자동으로 조절할 수 있는 자동 초점 조절 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 광원부로부터 출사된 레이저 광선을 회절 격자를 통하여 복수 개의 광선으로 분할시키고 상기 광선들을 검사 시편에 반사시킨 후, 반사된 상기 광선에 임의적으로 비점수차를 발생시켜 광 검출기로 입력시킴으로써 상기 광 검출기에 검출된 세 개의 레이저빔 스팟 (Spot) 간의 거리와 스팟의 형상을 측정하여 자동 초점 조절을 수행하는 자동 초점 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an autofocus control apparatus and method that can be automatically attached to an optical device such as a microscope or used alone as an apparatus, and more specifically, a laser beam emitted from a laser light source unit. Three laser beam spots detected in the photodetector by dividing the light into a plurality of light rays through a diffraction grating and reflecting the light rays on the test specimen, and then randomly generating astigmatism on the reflected light beam and inputting the photodetector to the photodetector. The present invention relates to an auto focusing apparatus and a method for performing auto focusing by measuring a distance between spots and a shape of a spot.
비접촉 방식으로 초점을 자동으로 조절하는 장치가 CDP (Compact Disk Player) 나 비디오 디스크플레이어 (Video Disk Player)등에서 사용되고 있다. CDP 등에서 사용하는 자동 초점 조절 장치는 레이저 광선을 사용하여 상기 레이저 광선 을 회절 격자로 통과시켜 분할시킨 후 편광 프리즘을 이용하여 CD의 뒷면에 조사하고 이로부터 반사된 레이저 광선을 다시 광 검출기로 입력하여 상기 광 검출기에 모인 하나의 레이저 광선 스팟을 통하여 초점 조절을 수행하였다.A device that automatically adjusts the focus in a non-contact manner is used in CDP (Compact Disk Player) or Video Disk Player. The auto focusing device used in CDP or the like uses a laser beam to split the laser beam through a diffraction grating, and then irradiates the back of the CD using a polarizing prism and inputs the laser beam reflected therefrom back into the photo detector. Focus adjustment was performed through one laser beam spot collected at the light detector.
즉, CDP 등에 사용된 종래의 초점 조절 방법은 광 검출기에 한 개의 레이저 광선 스팟이 맺히게 한 후, 맺혀진 스팟 형상이 원형인지 여부를 판단하여 자동 초점 조절을 수행하였다. CDP의 경우는 평면도가 좋고 표면이 고른 CD의 뒷면에 레이저 광을 조사하고, 이로부터 반사되는 광의 형상을 이용하므로 초점을 비교적 정확하게 맞힐 수 있었다. 하지만 상기와 같은 자동 초점 조절 방법을 LCD패널과 같이 패턴을 갖고 있는 시료에 적용할 경우 난반사와 패턴에 의한 간섭 때문에 초점 조절이 용이하지 않았다. 패턴이 형성된 LCD 패널을 검사할 경우, 검사 전에 정확한 초점을 자동으로 조절할 필요가 있는데 CDP에 적용되는 상기 방법을 적용할 경우에는 LCD 패널에 형성된 패턴에 의해서 난반사가 심하게 발생되어 스팟의 형상이 매우 불균일하거나 완전하지 못한 상태로 광 검출기 상에 형성될 수 있어 자동 초점 조절이 곤란하거나 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.That is, in the conventional focusing method used in the CDP or the like, one laser beam spot is formed on the photodetector, and then the auto focus adjustment is performed by determining whether the formed spot shape is circular. In the case of the CDP, since the laser beam is irradiated to the back side of the CD having a good flatness and a uniform surface, the shape of the light reflected therefrom can be used to focus relatively accurately. However, when the auto focusing method described above was applied to a sample having a pattern such as an LCD panel, the focusing was not easy due to the interference caused by the diffuse reflection and the pattern. When inspecting a patterned LCD panel, it is necessary to automatically adjust the correct focus before the inspection. When the above method applied to the CDP is applied, irregular reflection is severely generated by the pattern formed on the LCD panel, and thus the shape of the spot is very uneven. It may be formed on the photo detector in a state of incomplete or incomplete, it is difficult to adjust the auto focus or there is a problem that the reliability is lowered.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자동 초점 조절 수단으로서 레이저 스팟 간의 간격 거리를 제 1 차 수단으로 사용하고, 레이저 스팟의 형상은 제 2 차 수단으로 채용함으로써 상기와 같이 두 가지의 초점 조절 수단을 구비하여, 검사 시편에 의해 발생될 수 있는 패턴 영향, 난반사 문제에 유연하게 대응하여 자동 초점 조절을 수행할 수 있고, 정확히 측정된 좌표값을 근거로 하여 산출된 길이 데이터를 제 1 차 초점 조절 수단으로 이용함으로써 더욱 정확한 자동 초점 조절이 가능한 자동 초점 조절 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to use the distance between laser spots as the primary means as the auto focusing means, and the shape of the laser spot is employed as the secondary means. By providing two kinds of focus adjustment means as described above, it is possible to flexibly respond to the pattern influence and diffuse reflection problem that can be generated by the test specimen, and to perform auto focus adjustment, based on the accurately measured coordinate values. It is an object of the present invention to provide an autofocus control apparatus and method capable of more accurate autofocus adjustment by using the calculated length data as the primary focus adjustment means.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치는 레이저 광 출력부의 레이저 광선을 사용하여 검사 시편에 반사된 레이저 광을 광 검출기에서 읽어 비접촉 방식으로 초점 거리를 조절하여 자동으로 초점을 맞추도록 하는 장치로서, 광량을 조절할 수 있는 원형 레이저 광선이 출력되는 레이저 광 출력부와; 출력된 레이저 광선을 집속시켜 평행한 광선으로 출력해 주는 시준 렌즈 (Collimating Lens)와; 평행한 광선의 크기를 줄여주기 위한 핀홀(Pinhole)과; 출사된 레이저를 복수 개의 광선으로 나뉘게 하는 회절 격자(Diffraction Grating)와; 나누어진 광선을 대물 렌즈의 유효 구경(Aperture)에 입사시키기 위한 집광 렌 즈(Focusing Lens)와; 집광 렌즈를 통과한 광선을 시편에 입사시키는 동시에 시편에 반사되어 되돌아오는 광선을 광 검출기로 보내주는 광 분할기(Beam Splitter)와; 시편을 확대하여 관찰하는 대물 렌즈와; 광 분할기에서 광 검출기로 향하는 광선에 임의적으로 비점수차를 발생시키기 위한 원기둥 렌즈(Cylindrical Lens)와; 상기 원기둥 렌즈를 통과한 광을 광 검출기의 영역으로 모아주는 볼록 렌즈와; 상기 렌즈들을 경유하여 최종적으로 레이저 광이 입사하는 광 검출기와; 상기 광 검출기에 검출된 레이저 광선 스팟의 형상 및 스팟 간의 거리를 판독하는 연산 장치와; 초점이 맞을 경우의 스팟 간의 거리값 (기준값)이 저장되는 기억 매체와; 검사 시편 로딩 시 검출된 형상 및 스팟 간의 거리를 상기 기억 매체에 저장된 기준값과 비교하여 초점이 맞을 때의 형상 및 스팟 간의 거리를 갖도록 제어하는 제어 장치; 및 상기 제어 장치에 의한 제어 신호에 따라 구동되는 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The automatic focusing device according to the present invention for achieving the above object is to automatically focus by adjusting the focal length in a non-contact manner by reading the laser light reflected on the test specimen using a laser beam of the laser light output unit from the optical detector An apparatus for providing a light source, comprising: a laser light output unit for outputting a circular laser beam capable of adjusting a light amount; A collimating lens for focusing the output laser beam and outputting the parallel laser beam; A pinhole for reducing the size of parallel rays; A diffraction grating for dividing the emitted laser into a plurality of light rays; A focusing lens for injecting the divided light beam into the effective aperture of the objective lens; A beam splitter for injecting a light beam passing through the condenser lens into the specimen and sending a light beam reflected back to the specimen to the light detector; An objective lens for magnifying and observing the specimen; A cylindrical lens for arbitrarily generating astigmatism in the light beam from the light splitter to the light detector; A convex lens for collecting the light passing through the cylindrical lens to an area of a photo detector; A photo detector through which the laser light finally enters through the lenses; An arithmetic device for reading the shape of the laser beam spot detected by the light detector and the distance between the spots; A storage medium which stores a distance value (reference value) between spots when focus is achieved; A control device for controlling the distance between the shape and the spot at the time of focusing by comparing the distance between the shape and the spot detected when the test specimen is loaded with the reference value stored in the storage medium; And a drive motor driven according to the control signal by the control device.
본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치 및 그 방법에 의하면, 정확히 측정된 좌표값을 근거로 하여 산출된 길이 데이터를 제 1 차 초점 조절 수단으로 이용함으로써 더욱 정확한 자동 초점 조절이 가능하고, 자동 초점 조절을 위한 수단으로서 두 가지 요소를 채용함으로써 검사 시편에 의해 발생될 수 있는 패턴 영향, 난반사 문제에 유연하게 대처하여 자동 초점 조절을 수행할 수 있는 현저한 효과가 있다.According to the auto focusing device and the method according to the present invention, by using the length data calculated based on the accurately measured coordinate values as the primary focusing means, more accurate autofocusing is possible, By employing two factors as a means for achieving this, there is a remarkable effect that it is possible to flexibly cope with pattern influences and diffuse reflection problems that may be generated by the test specimen and to perform auto focus adjustment.
이하에서, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the specific content for the practice of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing the configuration of an auto focusing device according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치(120)는 광량을 조절할 수 있는 원형 레이저 광이 출력되는 레이저 광 출력부(10)와, 출력된 레이저 광선을 집광시켜 평행한 광선으로 출력해 주는 시준 렌즈(20)와, 평행한 광선의 크기를 줄여주기 위한 핀홀(30)과, 출사된 레이저를 3개의 광선으로 분할하는 회절 격자(40)와, 나누어진 광선을 대물 렌즈의 유효 구경에 입사시키기 위한 집광 렌즈(50)와, 집광 렌즈(50)를 통과한 광선을 시편(80)에 입사시키는 동시에 시편(80)에 반사되어 되돌아오는 광선을 광 검출기(110)로 보내주는 광 분할기(60)와, 시편(80)을 확대하여 관찰하는 대물 렌즈(70)와, 광 분할기(60)에서 출력된 광선에 임의적으로 비점수차를 발생시키기 위한 원기둥 렌즈(90, 91)와, 상기 원기둥 렌즈(90, 91)를 통과한 광을 광 검출기(110)의 영역으로 모아주는 볼록 렌즈(100) 및 상기 렌즈들을 경유하여 최종적으로 레이저 광이 도달되는 광 검출기(110)를 포함하도록 구성되어 진다.Referring to FIG. 1, the
또한, 상기에서는 입사된 레이저 광선이 3개의 광선으로 분할되는 회절 격자(40)를 채용하여 설명 및 도시하였으나 2개 또는 4개 이상의 광선으로 분할되도록 하는 회절 격자를 구비하여 본 발명에 따른 자동 초점 조절의 목적을 달성할 수 도 있음은 물론이다.In addition, in the above description, although the diffraction grating 40 in which the incident laser beam is divided into three beams has been described and illustrated, the autofocus control according to the present invention is provided with a diffraction grating for splitting the beam into two or more than four beams. Of course it can also achieve the purpose of.
본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치(120)에 있어서, 상기 레이저 광원부(10)로부터 발생되는 레이저 광은 평행광 (Collimated Beam)이 아닌 방사광 (Diverging Beam)으로 출사된다. 따라서 상기 레이저 광원부(10) 전방에는 레이저 광선을 집광시켜 평행 광선으로 출력해 주기 위한 시준 렌즈(20)가 구비되어야 하고, 더욱 정밀한 초점 조절을 위한 레이저 광선의 형성 및 회절 격자로의 입사를 위하여 상기 시준 렌즈(20) 전방에 핀홀(30)을 더 구비하였다. 상기 핀홀(30)을 이용하면 사용하는 레이저 광의 크기를 임의로 조절해 줄 수 있다.In the
상기 과정을 거쳐 평행광으로 변환된 레이저 광선은 회절격자(40)를 사용하여 분할시켜 3개의 광선(주 광선 1개, 보조 광선 2개)으로 나뉘어지도록 한다.The laser beam converted into parallel light through the above process is divided into three beams (one main beam and two auxiliary beams) by using the diffraction grating 40.
또한, 상기 회절격자(40)를 통하여 나누어진 광선은 집광 렌즈(50)를 거쳐 대물 렌즈(70)에 도달하도록 구성함으로써 분할된 3개의 레이저 광선이 대물 렌즈(70)의 유효 구경에 정확히 입사할 수 있도록 한다.In addition, the beam split through the
본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치(120)의 광 분할기(Beam Splitter; 60)는 집광 렌즈(50)를 통과한 광선을 검사 시편(80)이 위치한 곳으로 입사시키는 동시에 상기 검사 시편(80)으로부터 반사되어 돌아오는 광선을 직각으로 반사시켜 상기 광 검출기(110)가 위치한 방향으로 입사시켜 주는 역할을 한다.The beam splitter 60 of the
검사 시편(80)으로부터 반사된 후, 상기 광 분할기(60)를 통하여 광 검출기 (110) 위치 방향으로 반사된 레이저 광선은 상기 광 검출기(110)와 광 분할기(60) 사이에 구비된 원기둥 렌즈(90, 91)와 볼록 렌즈(100)를 거쳐 최종적으로 광 검출기(110)에 도달된다.After reflecting from the
상기 원기둥 렌즈(90, 91)는 광 검출기(110)에 도달한 레이저 광의 스팟 형상과 스팟 간의 거리로부터 자동 초점 조절을 수행하기 위하여 광 분할기(60)에서 출력된 광선에 임의적으로 비점수차를 유발시키기 위한 수단이다. 상기 원기둥 렌즈(90, 91)는 한 개 또는 두 개의 원기둥 렌즈가 레이저 광의 진행 경로 상에 일렬로 배치된다.The
상기 원기둥 렌즈(90, 91)를 통과한 광은 볼록 렌즈(100)를 통하여 광 검출기(110) 영역으로 집광되어 최종적으로 광 검출기(110) 상에 상을 맺게 된다.The light passing through the
상기 과정을 거쳐 광 검출기(110) 상에 형성되는 레이저 광선의 스팟에 관하여 보다 상세히 살펴보면 도 2와 같다.Looking at the spot of the laser beam formed on the
초점이 맞지 않는 경우와 초점이 맞는 경우를 상호 간에 비교해 보면 검출된 레이저 광선의 스팟 형상과 스팟의 중심점 사이의 거리가 각각 다르다. 즉, 초점이 일치하는 초점 거리(L1, L2, L3)에 비해 대물 렌즈(70)로부터 검사 시편(80)까지의 거리가 긴 경우에는 초점이 일치하는 경우와 비교할 때 스팟 중심점 사이의 거리(L4, L5, L6)가 짧고, 형상도 검출기(110) 상에서 세로 방향의 타원형으로 나타난다. 또한, 대물 렌즈(70)로부터 검사 시편(80)까지의 거리가 대물 렌즈(70)의 초점 거리보다 짧은 경우에는 스팟의 중심점 사이의 거리(L7, L8, L9)가 멀어지고 형상은 가로 방향의 타원형으로 나타난다.When comparing the unfocused and focused cases, the distance between the spot shape of the detected laser beam and the center point of the spot is different. That is, when the distance from the
종래의 자동 초점 조절 장치는 광 검출기(110)에 모여 형성된 한 개의 스팟 형상이나 형상의 방향만을 초점 조절을 위한 수단으로 사용하였다. 상기와 같은 초점 조절 방법은 시편에 한 점으로 초점을 맺힘으로 시편(80)의 패턴이나 난반사에 취약하여 스팟의 형상이 매우 불균일하거나 완전하지 못한 상태로 광 검출기(110) 상에 형성될 경우 자동 초점 조절이 곤란하거나 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.In the conventional auto focusing apparatus, only one spot shape or the direction of the shape formed in the
그러나 본 발명에 따른 자동 초점 조절 방법은 시편에 서로 다른 세 개의 초점을 맺히게 하여 시편(80)의 패턴이나 난반사에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 광 검출기(110)에 세 개의 레이저 광선 스팟이 형성되게 하여 스팟의 형상뿐만 아니라 스팟 중심점 간의 간격 거리에 관한 정보도 판독 및 연산하여 자동 초점 조절을 위한 수단으로 사용하고 있다.However, the automatic focusing method according to the present invention can reduce the influence of the pattern or diffuse reflection of the
즉, 본 발명에 따른 자동 초점 조절 방법은 레이저 스팟 중심점 간의 거리를 초점 조절을 위한 제 1 차 수단으로 사용하고, 레이저 스팟의 형상은 제 2 차 수단으로 사용하고 있다.That is, in the auto focus adjusting method according to the present invention, the distance between the laser spot center points is used as the primary means for focusing, and the shape of the laser spot is used as the secondary means.
더욱 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 자동 초점 조절은 기본적으로 적어도 하나 이상의 스팟 간격 거리를 이용하여 초점 조절이 수행되고, 만약 검사 시편(80)의 영향으로 광 검출기(110) 상에 레이저 광선 스팟이 한 개만 형성될 경우에는 상기 스팟 중심점 간의 간격 거리 산출이 불가능해지므로 상기와 같은 경우에는 2차 수단으로서 스팟의 형상을 이용하여 초점 조절이 수행된다.In more detail, the auto focus adjustment according to the present invention basically performs focus adjustment using at least one or more spot interval distances, and if the laser beam spot is formed on the
따라서, 상기와 같은 두 가지의 조절 수단을 구비함으로써 검사 시편(80)에 의해 발생될 수 있는 패턴 영향, 난반사 문제에 유연하게 대응할 수 있고, 정확히 측정된 좌표값을 근거로 하여 산출된 간격 길이 데이터를 초점 조절을 위한 제 1 차 수단으로 채용함으로써 더욱 정확한 자동 초점 조절이 가능해진다.Therefore, by providing the above two adjusting means, it is possible to flexibly cope with the pattern influence and the diffuse reflection problem that may be generated by the
또한, 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치(120)는 상기 광 검출기(110)로서 CCD를 채용하였다. 광 검출기란 광 신호를 검출하여 이를 같은 정보를 가진 전기적인 신호로 바꾸어 주는 역할을 하는 소자를 말한다.In addition, the
CCD (Charge-Coupled Device)는 빛을 전하로 변환시켜 화상을 얻어내는 센서로서 전하결합소자라고도 부른다. CCD는 여러 개의 축전기가 쌍으로 상호 연결되어 있는 회로로 구성되어 있고, 회로 내의 각 축전기는 자신 주변의 축전지로 충적된 전하를 전달한다.CCD (Charge-Coupled Device) is a sensor that converts light into electric charge and obtains an image. It is also called a charge-coupled device. A CCD consists of a circuit in which several capacitors are interconnected in pairs, with each capacitor in the circuit delivering charges charged to the battery around it.
CCD 칩은 많은 광다이오드 (Photo-diode) 들이 모여있는 칩이다. 각각의 광다이오드에 빛이 빛추어지면 광자(Photon)의 양에 따라 전자가 생기고 해당 광다이오드의 전자량이 각각 빛의 밝기를 뜻하게 되어 이 정보를 재구성함으로써 화면을 이루는 이미지정보가 만들어진다.CCD chips are chips that have many photo-diodes. When light is emitted to each photodiode, electrons are generated according to the amount of photons, and the amount of electrons of the photodiode represents the brightness of the light, thereby reconstructing the information to form image information that forms a screen.
또한, 상기 광 검출기로는 상기 CCD 대신 CMOS를 적용할 수도 있음은 물론이다.In addition, of course, CMOS may be applied to the photo detector instead of the CCD.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 자동 초점 조절 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 임의의 크기로 출사된 레이져 광선은 시준 렌즈(20)와 핀 홀을 지나면서 원하는 크기로 집광된 평행 광선으로 변환된다. 상기 레이저 광선은 투과형 회절 격자(40)를 통과하면서 회절 현상을 일으켜 세 개로 나누어지고, 대물 렌즈(70) 의 유효 구경의 크기에 맞추기 위한 집광 렌즈(50)를 통과하여 광 분할기(60)에 입사한다. 광 분할기(60)에 입사한 세 개의 광선은 직진하여 대물 렌즈(70) 방향으로 출력되고, 대물 렌즈(70)의 중앙으로 입사한 광선은 검사시편(80)에 반사되어 다시 대물 렌즈(70)를 통과한다. 이때, 세 개의 광선 중 주광선은 광축을 따라 통과하여 대물 렌즈(70) 유효 구경의 중심을 지나고 나머지 두 개의 보조 광선은 일정한 각도를 갖고 대물 렌즈(70) 유효 구경을 통과한다.Referring to Figure 1 will be described with respect to the auto focus adjustment method according to the present invention. The laser beam emitted at an arbitrary size is converted into a parallel beam focused at a desired size while passing through the
검사 시편(80)에 반사된 후 다시 대물 렌즈(70)를 통과하여 광 분할기(60)에 입사한 상기 주광선 및 보조광선은 광 분할기(60)에 의해 그 진행 방향이 90°반사된 후 출력된다.The main and auxiliary beams, which are reflected by the
광 분할기(60)에서 90°회전하여 출력된 상기 세 개의 광선은 두 개의 원기둥 렌즈(90, 91)에 의해 비점수차가 발생하며 최종적으로 광 검출기(110)에 각각 도달된다.The three light beams rotated by 90 ° from the
이후, 다음과 과정을 통하여 본 발명에 따른 자동 초점 조절이 이루어진다.Then, the auto focus adjustment according to the present invention is performed through the following process.
먼저, 도 2 (a) 에 도시된 바와 같이, 검사 시편(80)이 초점이 맞는 거리에 있는 경우에는 원기둥 렌즈(90, 91)에 의해 유발된 비점수차에 의하여 주광선 및 보조광선이 원형의 이미지를 나타내고, 도 2 (b) 및 (c) 에 도시된 바와 같이, 검사 시편(80)이 초점이 맞지 않는 거리에 있는 경우에는 타원형 또는 일직선의 이미지를 나타내며 상기 광 검출기(110)에 검출되도록 원기둥 렌즈(90, 91)와 광 검출기(110)의 거리를 지정한다.First, as shown in FIG. 2 (a), when the
즉 상기 설정에 의하여 대물 렌즈(70)로부터 검사 시편(80)까지의 거리가 대물 렌즈(70)의 초점 상에 있는 경우, 원형의 레이저 광선이 광 검출기(110)에 검출되고 초점에서 벗어나면 타원형 또는 일직선의 광선이 광 검출기(110)에 검출되도록 기준 이미지를 설정하는 단계이다.That is, when the distance from the
상기 단계 이후, 초점이 맞는 거리에 있을 경우 즉, 레이저 광선 스팟이 원형의 이미지를 나타낼 때의 형상 및 스팟 간의 거리(L1, L2, L3)를 판독하여 기억 매체에 입력 저장한다. 상기 기억 매체에 저장된 형상과 거리(L1, L2, L3)는 추후 자동 초점 조절을 위한 기준값으로서 역할을 하는 비교 인자로 사용된다. 광 검출기(110)에 검출된 형상 또는 스팟 간의 거리가 상기 기준값과 달라지면 기억된 위치와 형상 즉, 상기 기준값과 일치하도록 모터를 제어하여 항상 초점 거리에 위치하도록 자동으로 초점을 맞추어 준다.After this step, when the distance is in focus, i.e., the shape when the laser beam spot represents a circular image and the distance between the spots L1, L2, L3 are read and stored in the storage medium. The shapes and distances L1, L2, L3 stored in the storage medium are used as comparison factors which serve as reference values for auto focusing later. When the distance between the shape or the spot detected by the
상기 광 검출기(110) 상에 형성된 스팟의 형상 및 거리는 다음과 같은 방법을 통하여 판독된다.The shape and distance of the spot formed on the
첫째, 스팟의 형상을 이용하는 경우, 광 검출기(110)에 형성되는 원형 또는 타원형에 해당하는 정사각형 내지 직사각형의 가로/세로 길이의 비율을 측정 연산함으로써 수행된다.First, when using the shape of the spot, it is performed by measuring the ratio of the horizontal / vertical length of the square to the rectangle corresponding to the circular or oval formed on the
즉, 초점이 맞을 경우에는 원형 형상의 스팟이 형성되고 상기 원형 스팟은 가로/세로의 길이 비율이 1:1로 구성된다. 따라서, 광 검출기(110)에 형성된 스팟 형상의 길이 비율을 판독하여 상기 길이 비율이 1:1 관계가 되도록 모터를 구동하 여 대물 렌즈(70)와 검사 시편(80) 간의 거리를 조절함으로써 자동 초점 조절이 가능해 진다.That is, when the focus is in focus, a circular spot is formed and the circular spot has a length / length ratio of 1: 1. Therefore, by reading the length ratio of the spot shape formed in the
둘째, 스팟 간의 거리를 이용하는 경우, 적어도 두 개의 스팟 간에 거리를 산출하여 초점이 맞을 경우에 해당하는 스팟 간의 거리(기준값)와 비교함으로써 초점 조절이 수행된다.Second, when the distance between the spots is used, focusing is performed by calculating a distance between at least two spots and comparing the distance between the spots (reference value) corresponding to the case where the focus is achieved.
즉, 초점이 맞지 않는 경우와 초점이 맞는 경우를 상호 간에 비교해 보면 검출된 레이저 광선의 스팟 사이의 거리가 각각 다르다. 즉, 초점이 맞는 초점 거리에 비해 대물 렌즈(70)로부터 검사 시편(80)까지의 거리가 짧을 경우에는 초점이 맞는 경우에 비해 스팟 사이의 거리가 멀고, 대물 렌즈(70)로부터 검사 시편(80)까지의 거리가 대물 렌즈(70)의 초점 거리보다 긴 경우에는 스팟 사이의 거리가 짧아진다.In other words, when comparing the case of out of focus with the case of in focus, the distances between the spots of the detected laser beams are different. That is, when the distance from the
따라서, 초점이 맞을 경우에 형성되는 각 스팟의 중심점의 좌표값을 측정하여 연산하면 각 스팟 간의 거리가 산출되고, 산출된 상기 간격 길이를 기준값으로 설정하여 기억매체에 저장시킨다. 이후, 검사 시편(80)의 로딩(loading)시 마다, 검출되는 레이저 광선 스팟 간의 거리를 상기와 같은 방식으로 산출하여 상기 스팟 간의 간격 길이가 기억매체에 저장된 기준값과 일치되도록 모터를 구동하여 대물 렌즈(70)와 검사 시편(80) 간의 거리를 조절함으로써 자동 초점 조절이 가능해 진다.Accordingly, when the coordinate value of the center point of each spot formed when the focus is in focus is calculated and calculated, the distance between the spots is calculated, and the calculated interval length is set as a reference value and stored in the storage medium. Subsequently, each time the loading of the
도 2(b)의 경우는 대물렌즈와 시편 간의 거리가 초점에 일치되지 않고 멀게 위치하는 상태를 나타낸 것으로서, 도 2(a)의 초점이 일치하는 경우의 L1 및 L2의 크기보다 L4 및 L5의 크기가 작게 나타나며, 빔 형상은 상하로 길쭉한 형상으로 나타나게 된다. 도 2(c)의 경우는 대물렌즈와 시편 간의 거리가 초점에 일치되지 않고 가까이 위치하는 상태를 나타낸 것으로서, 도 2(a)의 초점이 일치하는 경우의 L1 및 L2의 크기보다 L7 및 L8의 크기가 크게 나타나며, 빔 형상은 좌우로 길쭉한 형상으로 나타나게 된다.In the case of FIG. 2 (b), the distance between the objective lens and the specimen is located far from the focal point, and the distance between L4 and L5 is larger than that of L1 and L2 when the focal point of FIG. The size is small and the beam shape is elongated up and down. In the case of FIG. 2 (c), the distance between the objective lens and the specimen is located close to the focal point and not close to the focal point. When the focal point of FIG. 2 (a) coincides, the size of L7 and L8 The size is large and the beam shape is elongated from side to side.
또한, 본 발명에 따른 자동 초절 조절 장치(120)는 나이프에지(Knife Edge)를 더 구비하여 광 검출기(110) 상에 반원 또는 반타원형의 형상을 갖는 레이저 스팟이 형성되도록 하고 상기 스팟으로부터 자동 초점 조절을 수행할 수도 있음은 물론이다.In addition, the automatic
또한, 상기에서는 입사된 레이져 광선이 3개의 광선으로 분할되는 회절 격자(40)를 채용하여 설명 및 도시하였으나 2개 또는 4개 이상의 광선으로 분할되도록 하는 회절 격자를 구비하여 본 발명에 따른 자동 초점 조절의 목적을 달성할 수도 있으며, 복수의 개수로 분할된 스팟이 일직선으로 배열되지 않고 다양한 형태로 배치될 수 있음은 물론이다.In addition, in the above description, although the
도 3 은 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치를 현미경과 같은 광학 장치에 적용한 상태를 나타낸 적용 상태도이다.3 is an application state diagram showing a state in which the auto focusing device according to the present invention is applied to an optical device such as a microscope.
본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치(120)는 도 1 에 도시된 본 발명의 기본적 구성 요소에 다수 개의 광 분할기(61,62,63,64)를 더 부가하여 도 3 에 도시된 바와 같이 현미경(200) 등의 광학 장치에 부착되어 자동 초점 조절 기능을 수행할 수 있게 된다. 현미경(200)은 광원(illumination)에서 출사되는 광을 대물렌즈(70)를 통하여 시편(80)에 조사하고, 시편으로부터 반사되는 광을 CCD를 통하여 영상으로 생성한 후, 이를 육안으로 확대 관찰하는 장치이다. LCD 패널 공정에서는 현미경으로 패턴을 검사하고, 불량 패턴이 발견되는 경우 레이저 수선 장치(laser repair)를 이용하여 해당 패턴을 제거하고 새로운 패턴을 삽입하게 된다.The
본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치(120)는 비단 현미경뿐만 아니라 각종 광학 검사 장치에 적용될 수 있다. 즉, 도 1 에서 기술한 본 발명의 기본적인 구성 요소에 다수 개의 광 분할기, 거울 등을 추가로 부가하여 본 발명의 기술적 사상에 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.The
도 1 은 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치의 구성을 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing the configuration of an auto focusing device according to the present invention;
도 2 (a), (b) 및 (c)는 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치의 광 검출기에 검출된 레이저 스팟 형상 및 스팟의 중심점 간의 거리가 출력된 화면.2 (a), (b) and (c) is a screen output the distance between the laser spot shape and the center point of the spot detected by the optical detector of the autofocus control device according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치를 현미경과 같은 광학 장치에 적용한 상태를 나타낸 적용 상태도.3 is an application state diagram showing a state in which the auto focusing device according to the present invention is applied to an optical device such as a microscope.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 레이저 광 출력부 20 : 시준 렌즈10
30 : 핀홀 40 : 회절 격자30
50 : 집광 렌즈 60 : 광 분할기50: condenser lens 60: light splitter
70 : 대물 렌즈 80 : 검사 시편70: objective lens 80: test specimen
90, 91 : 원기둥 렌즈 100 : 볼록 렌즈90, 91: cylindrical lens 100: convex lens
110 : 광 검출기 120 : 자동 초점 조절 장치110: light detector 120: auto focusing device
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