KR940002356B1

KR940002356B1 - 비접촉자동초점위치맞춤방법 및 장치

Info

Publication number: KR940002356B1
Application number: KR1019870014764A
Authority: KR
Inventors: 가쯔시게 나까무라
Original assignee: 미따까 고오끼 가부시끼가이샤; 나까무라 기이찌
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1994-03-23
Also published as: JPS63163313A; JPH0563771B2; US4843228A; EP0273717A3; EP0273717B1; KR880008043A; EP0273717A2; DE3784231T2; DE3784231D1

Abstract

내용 없음.

Description

비접촉자동초점위치맞춤방법 및 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 관련된 기본구조를 나타낸 개략설명도.

제2도는 대상물이 광학기구측으로 엇갈리게 놓여져 있는 상태를 나타낸 제1도 상당의 개략설명도.

제3도는 대상물이 반광학기구측으로 엇갈리게 놓여져 있는 상태를 나타낸 제1도 상당의 개략설명도.

제4도 및 제5도는, 각각 본 발명의 제2실시예를 나타낸 확대설명도.

제6도 및 제7도는, 각각 본 발명의 제3실시예를 나타낸 확대설명도.

제8도 및 제9도는, 각각 본 발명의 제4실시예를 나타낸 확대설명도.

제10도는 제9도중의 화살표 X부분을 나타낸 확대도.

제11도는 불투명체에 초점이 맞춰진 상태를 나타낸 제10도 상당의 확대도.

제12-제14도는, 각각 본 발명의 제5실시예를 나타낸 확대설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저광선 2 : 광학기구

3 : 초점위치맞춤기구 4 : 대상물

4a : 표면 4b : 이면

5 : 광축 6 : 가동미러

7 : 고정미러 8 : 대물렌즈

9 : 결상렌즈 10 : 확대렌즈

11 : 광위치검출기 11a : 포토센서

11b : 포토센서 12 : 반사점

14 : 반사점 15 : 재결상점

16 : 반사점 17 : 재결상점

18 : 불투명체 19 : 투명체

19a : 표면 19b : 이면

20 : 불투명체(작은 사이즈) 21 : 대상물

22 : 표면 23 : 구멍

24 : 밑바닥 θ : 조사각도

θ1 : 조사각도(대 : 大) θ2 : 조사각도(소 : 小)

a-n : 측정광속 A : 반대상물측

B : 대상물측 P1 : 초점

P2 : 재결상점 P3 : 중립위치

X : 거리 Y : 거리

본 발명은 편광 He-Ne레이저광선을 측정광속으로서 이용한 비접촉자동초점위치맞춤방법 및 장치에 관한 것이다.

각종의 사이즈, 형상, 물성을 가진 대상물에, 광학적으로 비접촉으로 초점위치를 맞춘다는 것은 기술적으로 어려운 문제이다. 그러나, 그 비접촉초점위치맞춤 기술의 용도가 너무나 광범위 하기때문에 오늘날도 많은 학자들이 연구를 거듭하고 있는 과제이다.

그리고, 종래에 널리 쓰여져 왔던 일반적인 초점위치맞춤기술로서, 컴퓨터를 이용하는 화상처리기술이 있지마는, 이 화상처리기술에 있어서는 그 장치가 너무나 대규모적이고, 또 화상주사를 하고 있기 때문에 초점위치맞춤속도가 늦는 등의 수많은 문제점이 있어서 그다지 실용적이라고는 말할수 없었다.

그리하여 본 발명자는 상기와 같은 문제점에 응하기 위해 오랜 세월에 걸친 예의 연구를 하여 온 결과로서, 예전에 비접촉자동위치맞춤장치(일본특허출원 소60-214773호 참조)를 제안하였다.

그렇지만, 작금의 기술진보에 따라, 광학적으로 감지키 어려운 투명체가 함유된 대상물, 그 투명체가 측근위치에 배치되어 있는 대상물, 매우 미소한 사이즈, 형상으로 된 대상물 등의 각종의 대상물이 출현하여 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 종래의 제안을 더욱 개량하여 상기와 같은 각종 대상물에 대해서도 정확하고 확실하게 대처할 수 있는 비접촉자동초점위치맞춤방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 수많은 그 밖의 특징과 이점은 이후에서의 상세한 설명과 첨부도면을 참조함으로써 분명하여질 것이다.

상기와 같은 투명체 등을 처리하는 경우, 투명체의 표면에는 화상이 존재하지 않기 때문에 상기와 같은 화상처리기술에 있어서는 그 대응이 불가능하다.

제1발명에 관계되는 비접촉자동초점위치맞춤방법은, 광학기구의 광축과 평행하게 발사된 측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선을, 광축에 대해서 45도의 경사각도를 유지하면서 평행이동이 자재로운 가동미러에서 반사하고, 그 고정미러에서 반사된 측정광속을, 대물렌즈에서 굴절시킨 후 투명체에 향하여 조사하고, 그 투명체의 표면에서 반사된 측정광속을, 다시 대물렌즈에서 굴절시킨 후 광위치검출기에서 수광하고, 그 광위치 검출기로 부터의 위치신호에 대응하는 초점위치맞춤기구에서 적어도, 투명체와 대물렌즈간의 거리를 조정함으로써 측정광속을 투명체의 표면으로 자동적으로 초점위치맞춤하는 것으로서, 상기의 가동미러를 반투명체측으로 평행이동시킴으로써 고정미러에서 반사된 측정광속을 대물렌즈의 외주부측에서 굴절시켜 그 측정광속을 큰 조사각도로써 투명체에 조사하고, 그리고 투명체의 표면이외에서 반사되는 측장광속을 대물렌즈에 입사불능한 방향으로 반사시키는 것이다.

제2발명에 관계되는 비접촉자동초점위치맞춤방법은, 광학기구의 광축과 평행하게 발사된 측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선을, 광축에 대해서 45도의 경사각도를 유지하면서 평행이동이 자재로운 가동미러에서 반사하고, 그 가동미러에서 반사된 측정광속을, 광축과 45도의 경사각도로 배치된 고정미러에서 반사하고, 그 고정미러에서 반사된 측정광속을, 대물렌즈에서 굴절시키고,그리고 투명체를 개재시킨 후 불투명체로 향하여 조사하고, 그 불투명체의 표면에서 반사된 측정광속을, 다시 대물렌즈에 굴절시킨 후 광위치검출기에서 수광하고, 그 광위치검출기로 부터의 위치신호에 대응하는 초점위치맞춤기구에서 적어도, 불투명체와 대물렌즈간의 거리를 조정함으로써 측정광속을 불투명체의 표면으로 자동적으로 초점위치맞춤하는 것으로서, 상기의 가동미러를 반투명체측으로 평행이동시킴으로써 고정미러에서 반사된 측정광속을 대물렌즈의 중심부측에서 굴절시켜 그 측정광속을 광축에 접근시킨 좁은 조사각도로써 개재하는 투명체 및 불투명체에 조사하는 것이다.

제3발명에 관계되는 비접촉자동초점위치맞춤장치는, 레이저기구, 광학기구, 초점위치맞춤기구등으로 구성되는 것이고, 상기의 레이저기구는 ; 측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선을 광학기구의 광축과 평행하게 발사하는 것이고 상기의 광학기구는 ; 광축에 대해서 평행이동이 자재롭고, 또한 레이저기구로 부터 발사된 측정광속을 직각방향으로 반사자재로운 가동미러와, 그 가동미러에서 반사된 측정광속을 광축과 평행한 방향으로 반사하고, 그 측정광속을 가동미러의 평행이동위치에 따라서 광축으로 접근ㆍ이반 자재로운 측정광속으로 하는 고정미러와, 그 고정미러에서 반사된 측정광속과 광축의 거리에 따른 조사각도로써, 그 측정광속을 대상물에 조사시킴과 동시에 대상물에서 반사된 측정광속을 다시 굴절하는 대물렌즈와, 대상물로부터 반사하여 대물랜즈에서 굴절된 측정광속을, 광축상에서 결상시키는 결상렌즈와, 결상렌즈를 통과한 측정광속을 수광하는 광위치검출기 등으로 이루어지고, 상기의 초점위치맞춤기구는 ; 광위치검출기로부터의 위치신호에 따라 광학기구에서 조사되는 측정광속을 대상물의 표면으로 자동적으로 초점위치맞춤하기 위해 적어도, 대상물 또는 대물렌즈의 어느 것인가를 이동시켜 대상물과 대물렌즈간의 거리를 조정자재롭게한 것이다.

가동미러를 평행이동시킴으로써 고정미러에 있어서의 측정광속의 반사점을 변화시키고, 그리고 이 고정미러에 있어서의 반사점의 위치에 따라서 고정미러에서 반사된 측정광속을 광축에 대해 접근 및 이탈을 자유롭게 하도록 되어있다. 측정광속이 광축으로 접근하면, 측정광속은 대물렌즈의 중심부측에서 굴절하고, 광축에 접근한 작은 조사각도로써 대상물에 조사된다. 또 측정광속이 광축으로부터 이반하면, 측정광속은 대물렌즈의 외주부측에서 굴절하고, 광축에 대한 큰 조사각도로써 대상물에 조사된다. 이와 같이 가동미러의 평행이동위치에 따라서 측정광속의 조사각도를 변화시킬 수가 있기 때문에 대상물의 표면에 초점을 맞출 수 있는 최적의 조사각도를 얻기가 가능해진다.

이하 본 발명의 적합한 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

[실시예 1]

우선, 본 발명에 관계되는 비접촉자동초점위치맞춤장치의 기본구조를, 먼저 제1도-제3도에 나타낸 1실시예에 의거하여 설명한다. 1은 레이저기구, 2는 광학기구[도면중의 2점 쇄사선으로 둘러싸인 부분], 3은 초점위치맞춤기구, 4는 대상물을 각각 나타내고 있다.

레이저기구(1)는 측정광속(a)으로서의 편광 He-Ne레이저광선 즉, 편광된 He-Ne레이저광선을, 후술하는 광학기구(2)의 광축(5)과 평행하게 발사하는 것이다.

광학기구(2)는 가동미러(6), 고정미러(7), 대물렌즈(8), 결상렌즈(9), 확대렌즈(10), 광위치검출기(11)를 구비하고 있다. 가동미러(6)는 레이저기구(1)에서 발사된 측정광속(a)을 광축(5)에 대해서 평행이동하면서 직각방향으로 반사할 수 있도록 되어 있다. 고정미러(7)는 하아프미러로서, 상기의 가동미러(6)에서 반사된 측정광속(b)을 다시 직각으로 반사하고, 광축(5)과 평행한 측정광속(c)으로 하는 것이다. 또 이 고정미러(7)에 있어서의 반사점(12)의 위치에 따라서 고정미러(7)로부터 반사되는 측정광속(c)은 광축(5)에 대해 접근 및 이탈이 자유로와진다.

다음에 고정미러(7)에서 반사된 측정광속(c)은 대물렌즈(8)에서 굴절시켜진 뒤에 대상물(4)에 조사되고,측정광속(d)이 되어 초점(P1)이 표면(4a)에 합치한다.대상물(4)에의 측정광속(d)의 조사각도(θ)는 측정광속(c)의 광축(5)과의 거리에 따라 결정된다. 즉, 고정미러(7)에서 반사된 측정광속(c)이 광축(5)으로부터 이반하고 있는경우는, 측정광속(c)은 대물렌즈(8)의 외주부측에서 굴절되기 때문에 큰 조사각도(θ)로써 대상물(4)에 조사된다. 반대로, 측정광속(c)이 광축(5)에 접근하고 있는 경우는, 측정광속(c)은 대물렌즈(8)의 중심부측에서 굴절되기 때문에 작은 조사각도(θ)로써 대상물(4)에 조사되는 것이다.

대상물(4)의 표면(4a)에 있어서 조사각도(θ)와 같은 반사각도로써 반사한 측정광속(e)은 대물렌즈(8)에서 다시 굴절시켜서 광축(5)과 평행한 측정광속(f)이 된다.이 측정광속(f)은 결상렌즈(9)에서 또 다시 굴절되어 측정광속(g)이 되고,광축(5)상의 재결상점(P2)을 통과하여 확대렌즈(10)에로 인도되어진다. 그리고 측정광속(g)은 이 확대렌즈(10)에서 굴절되고,측정광속(h)이 되어 광위치검출기(11)의 2분할포토센서(11a),(11b)에서 수광된다.

그리고 이 광위치검출기(11)로서는 반도체광위치검출기(PSD:position-Sensitive Detecter)를 채용하였다. 이 반도체위치 검출기(PSD)는 화상위에서 주사를 하지 않고 입사광의 위치정보를 함유한 위치신호를 얻을 수 있고, CCD.MOS등의 고체촬상소자에 비해 보다 높은 분해능력을 가지며 높은 샘플링 그레이드(Sampling grade)를 얻을 수 있다. 그리고 이 광위치검출기(11)는 초점위치맞춤기구(3)와 전기적으로 접속되어 있어며,광위치검출기(11)에 있어서 측정광속(h)이 어느 쪽의 포토센서(11a),(11b)에서 수광되었는가를 나타내는 위치신호가 초점위치맞춤기구(3)에 보내지도록 되어있다. 포토센서(11a)는 대상물(4)과 대물렌즈(8)의 거리를 짧게하는 신호를 초점위치맞춤기구(3)에 전하고, 포토센서(11b)s느 거리를 넓게하는 위치신호르 전하도록 되었다.

초점위치맞춤기구(3)로서는 서어보회로에 의하여 모우터를 구동시키는 매우 동작속도가 빠른 '서어보 기구'를 채용하였다. 그리고 이 초점위치맞춤기구(3)는 대상물(4)에 접속하고 있고, 광위치검출기(11)로 부터의 위치신호에 따라 대상물(4)과 대물렌즈(8)의 거리를 조정하고, 대상물(4)의 표면(4a)에서 측정광속(d)의 초점(P1)이 합치하도록 되어 있다. 게다가 이 초점위치맞춤기구(3)는 대물렌즈(8)(혹은 광학기구 2 전체)의 방향을 이동시킬 수도 있으며 대상물(4)과 대물렌즈(8)(혹은 광학기구 2 전체)의 양방을 이동시킬 수도 있다.

초점이 맞쳐져 있는 상태[제1도 참조]

측정광속(d)의 초점(P1)이 대상물(4)의 표면(4a)에 합치되어 있는 상태가 초점위치가 맞춰져 있는 상태이며,이 상태에 있어서 대상물(4)로부터 반사된 측정광속(h)포토센서(11a),(11b)의 중립위치(P3)(즉,균형이 잡혀져 있는 위치)에서 수광되고, 초점위치맞춤기구(3)를 작동시키지 않도록 되어있다.

대상물이 광학기구측으로 접근되어 있는 상태[제2도 참조]

대상물(4)이 광학기구(2)측으로 어그러져서 초점이 어긋나 있는 경우에는,대물렌즈(8)에서 굴절된 측정광속(d)이 대상물(4)의 표면(4a)에 있어서의 광축(5)보다 하방의 반사점(14)에서 반사되고, 그냥 그대로 대물렌즈(8),결상렌즈(9)를 통과하여 앞의 재결상점(P2)보다도 그 앞의 재결상점(15)을 통과하고, 확대렌즈(10)의 외주부측을 통과하여 하측의 포토센서(11b)에서 수광된다. 그렇게 되면, 그 위치신호가 초점위치맞춤기구(3)에 보내져 대상물(4)을 광학기구(2)로 부터 멀어지도록 이동시켜 측정광속(h)이 포토센서(11a),(11b)의 중립위치(P3)에 왔을 때에 초점위치맞춤기구(3)의 작동은 정지한다. 따라서, 상기의 제1도와 같이 측정광속(d)의 초점(P1)의 대상물(4)의 표면(4a)에 맞추어지게 된다.

대상물이 광학기구측으로부터 멀어져 있는 상태[제3도 참조]

앞서와는 반대로, 대상물(4)이 광학기구(2)로부터 멀어져서 표면(4a)이 초점(P1)에서 어긋나 있는 경우에는. 대물렌즈(8)에서 굴절된 측정광속(d)이 대상물(4)의 표면(4a)에 있어서의 광축(5)보다 상방의 반사점(16)에서 반사되어 그냥 그대로 대물렌즈(8),결상렌즈(9), 확대렌즈(10), 바로 앞의 재결상점(17)을 통과하여 상측의 포토센서(11a)에 수광된다. 그렇게되면, 그 위치신호가 초점위치맞춤기구(3)에 보내저 초점 위치맞춤기구(3)과 대상물(4)을 광학기구(2)측으로 접근되도록 이동시켜 상기의 제1도와 같이 측정광속(d)의 초점위치맞춤을 행할 수 있도록 되어있다.

이와 같이 대상물(4)이 대물렌즈(8)의 초점(P1)으로 부터 어그러져 있다고 하더라도 그것을 자동적으로 시정ㆍ조정하여 측정광속(d)의 초점(P1)을 대상물(4)의 표면(4a)에 바싹 맞출 수가 있다. 또한 대상물(4)이 만약, 광축(5)에 대해 경사상태에 있었다하더라도 그 대상물(4)의 표면(4a)으로 부터의 난반사광으로 광위치검출기(11) 및 초점위치맞춤기구(3)를 작동할 수가 있으므로 문제는 없다. 게다가, 이상의 구본구조에 있어서, 고정미러(7)로서 하아프미러를 채용하였지마는, 2색성미러(dichroic mirror), 레이저미러 그밖의 미러일지라도 상관은 없다. 또 광위치검출기(11)로서 반도체광위치검출기(PSD)를 채용하였지마는, 기타의 광위치검출기 예컨대 포토다이오드(PD) 등을 채용하더라도 마찬가지 정도의 효과를 기대할 수 있다. 그리고 초점위치맞춤기구(3)로서 서어보 기구를 채용하였지마는 , 서어보 기구와 같은 정도의 동작속도를 가진 기구라면 그 밖의 것도 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한 광위치검출기(11)의 바로 그 앞 위치에 편향 필터를 배치하고, 편광 He-Ne레이저광선과 같은 파장(6328Å) 부근의 입사광을 차단하고, 내잡음성을 향상시키는 것도 가능하다.

이 기본적구조 및 작용을 이용함으로써 예전의 제안(일본특허출원 소 60-214773호)에서도 개시하였지만, 이하와 같은 유익한 이용을 도모할 수 있다.

(1) 대상물 (4)의 위치(거리)맞춤을 행할 수 있으므로 각종부품(대상물)의 소정위치에의 위치결정 및 설치를 정확하고도 신속하게 행할 수 있다.

(2) 상기의 위치(거리)맞춤을 하나의 부품(대상물)으로 복수 포인트에 동시에 행하면, 그 부품의 경사도(수직도)를 정확히 설정할 수 있다.

(3) 초점위치맞춤기구(3)로 광학기구(2)를 이동시켜서 초점이 맞추어지도록 하고, 아울러 어떤 대물렌즈(8)를 그냥 그대로 현미경이나 망원경 등의 광학기기의 대물렌즈로서 겸용하면, 그러한 광학기기의 자동초점맞춤(오토 포우커스 : auto focus)을 행할 수 있다.

(4) 대물렌즈(8)를 이동시켜서 초점맞춤을 행하도록 하고, 그 대물렌즈(8)의 이동량을 부호기(encoder)등에 의해 수치화하면 그 수치로서 대상물(4)에서 대물렌즈(8)[광학기구 2]까지의 거리를 비접촉으로 계측할 수 있음과 더불어 3차원측정기의 비접촉센서, 액체표면의 자동변위측정에 응용할 수 있다.

(5) 반사대상물과 대물렌즈(8)간에 투명체를 개재시켜 그 때의 대물렌즈(8)간의 이동량과 그 투명체의 굴절률로서 그 투명체의 두께를 비접촉으로 측정할 수 있다.

그리고 이 비접촉자동초점위치맞춤장치의 특징은, 가동미러(6)의 평행이동에 따라 임의로 조정ㆍ선택한 조사각도(θ)로써 상기의 비접촉자동위치맞춤을 행할 수 있으므로 전술한 기본적작용효과에 더하여 이하와 같은 우수한 작용효과를 가져올 수 있다. 이하, 그 우수한 작용효과를 설명한다.

[실시예 2]

제4도 및 제5도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 도면이다. 그런데, 앞서의 실시예와 공통되는 부분에 관해서는 동일한 부호를 사용하고, 또 광학기구(2)의대물렌즈(8)와 대상물(4)의 근변만을 도시하기로 하고 그 밖의 도시는 생략한다.

대상물(4)에의 조사각도(θ)를 가변설정할 수 있는 것이 특징인 본 비접촉자동초점위치맞춤장치는, 광학적감지가 비교적 곤란한 투명체의 위치(초점)맞춤에 가장 적합하다. 투명체인 대상물(4)은 그 표면(4a)과 이면(4b)에서 각각 반사가 행해진다. 즉, 어떤 조사각도(θ)로써 조사된 측정광속(d)은 그냥 그대로 대상물(4)내에 굴절되어 투과하여가는 측정광속(i)과, 표면(4a)에서 반사되는 측정광속(e)으로 일단 나누어진다. 한편, 대상물(4)내에 투과되어 있었던 측정광속(i)은 또 다시 이면(4b)측으로 빠져나가는 측정광속(j)과, 이면(4b)에서 반사되는 측정광속(k)으로 나누어진다. 따라서, 표면(4a)에서 반사된 측정광속(e)과, 이면(4b)에서 반사된 측정광속(k)의 양방이 다시 대물렌즈(8)에서 굴절되어 광위치검출기(11)에서 감지된다[제4도 참조]. 표면(4a)으로 부터의 측정광속(e)쪽이 강한 경우에는 표면(4a)에 초점이 맞지마는, 이면(4b)으로부터의 측정광속(k)쪽이 강한 경우가 있는데, 그때에는 그 이면(4b)으로부터 반사된 이 측정광속(k)으로서 광위치검출기(11) 및 초점위치맞춤기구(3)가 지배되어 이면(4b)에 초점이 맞취져 버릴 우려가 있다.

그리하여, 그와 같은 경우에는, 가동미러(6)를 반대상물측(A)으로 이동시킴으로써 고정미러(7)에서 반사된 측정광속(c)을 대물렌즈(8)의 외주부측에서 굴절시켜 측정광속(d)을 큰 조사각도(θ1)로써 대상물(4)에 조사하면 된다. 그렇게 하면, 표면(4a) 및 이면(4b)에서 반사되는 측정광속(e),(k)도 아울러 그 반사각도가 넓어지고, 이면(4b)으로부터 반사된 측정광속(k)은 대물렌즈(8)에 입사불능한 방향으로 반사되게 된다. 따라서, 표면(4a)에서 반사된 측정광속(e)만이 대물렌즈(8)에서 굴절되어 이 측정광속(e)에 의하여 초점위치맞춤기구(3)를 작동시키기가 가능하여진다. 또한, 표면(4a)으로부터의 측정광속(e)은 투명체인 대상물(4)의 표면(4a)으로부터의 반사광인 것이기 때문에 그 광량은 적지마는 광위치검출기(11)에서 전기적으로 증폭하면 문제가 없다.

즉, 이 실시예는 실제로 초점을 맞추고자 하는 대상물(투명체)(4)의 표면(4a)이외에서 반사되는 측정광속(k)을 대물렌즈(8)에 입사불능한 방향으로 반사시켜야 할 측정광속의 조사각도(θ)를 조정하는 것이며, 대상물(투명체)(4)의 이면(4b)측으로 불투명체등이 접합 또는 사이를 띠어 배치되어 있는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

[실시예 3]

제6도 및 제7도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 도면이다. 이 실시예에서는 투명체(대상물)(4)의 내부에 불투명(18)가 존재하는 경우에 관하여 설명한다. 이 경우는 불투명체(18)에서 반사되는 측정광속(ℓ)쪽이, 표면(4a)에서 반사되는 측정광속(e)보다도 강하기 때문에 광위치검출기(11) 및 초점위치맞춤기구(3)는 반드시 불투명체(18)의 표면으로 초점위치맞춤을 하여 버린다[제6도 참조]. 그렇게 하면, 실제로 초점위치맞춤을 행하고자하는 투명체(4)의 표면(4a)에 초점이 맞춰지지 않게 되어 버린다. 이와 같은 경우에는 가동미러(6)를 반대상물측(A)으로 평행이동시켜 측정광속(d)를 큰 조사각도(θ1)로 함으로써 측정광속(d)의 불투명체(18)에서의 반사를 회피할 수 있다[제7도 참조]. 따라서, 투명체(4)의 표면(4a)에서 반사된 측정광속(e)만에 의하여 초점위치맞춤기구(3)를 작동시켜 투명체(4)의 표면(4a)에 초점을 맞추기가 가능하여진다. 이 실시예의 적용예로서는 예컨대, 투명기판내에 전자회로(반도체 등)를 봉입한 경우 등에 가장 적합하다. 또한 불투명체(18)가 투명체(4)의 내부에 존재하는 경우 뿐만이 아니라. 전술한 바와 같이 투명체(4)의 이면(4b)측으로 불투명체(18)등이 접합 또는 사이를 띠어 배치되어 있는 경우에도 불투명체(18)와 측정광속(d)의 간섭(조사)를 회피하면 본 실시예와 마찬가지로 투명체(4)의 표면(4a)에만 초점을 맞출 수가 있다.

[실시예 4]

제8도 - 제11도는 본 발명의 제4실시예를 나타낸 도면이다.

이 실시예에서는 투명체(19)의 내부에 작은 사이즈의 불투명체(20)가 있는데, 그 작은 사이즈의 불투명체(20)의 표면에 초점을 맞추고자 하는 경우에 관하여 설명한다. 불투명체(20)가 작기 때문에 조사각도(θ)가 넓으면 대물렌즈(8)로 부터의 측정광속(d)은 맞춰지지 아니하며, 투명체(19)의 표면(19a)에서 반사된 측정광속(e)에서 광위치검출기(11), 초점위치맞춤기구(3)가 작동하여 이 투명체(19)의 표면(19a)에 초점이 맞춰져 버려 불투명체(20)에 초점을 맞출 수가 없다[제8도 참조].

그리하여, 가동미러(6)를 대상물측(B)으로 평행이동시킴으로써 광축(5)에 접근시킨 좁은 조사각도(θ2)로써 측정광속(d)을 조사한다.[제9도 참조]. 그러면, 측정광속(d)이 광축(5)에 접근한 상태에서 조사되므로 그다지 불투명체(20)가 극소하지 않는 한 측정광속(d)은 불투명체(20)에 맞취지게 된다. 측정광속(d)이 불투명체(20)에 일단 맞춰지면 불투명체(20)로부터 반사되는 측정광속(m)쪽이 투명체(19)의 표면(19a)에서 반사되는 측정광속(e)보다 강하기 때문에[제10도 참조] 광위치검출기(11), 초점위치맞춤기구(3)는 이 불투명체(20)로 부터 반사한 측정광속(m)에 의하여 작동하며 불투명체(20)로부터 반사한 측정광속(m)에 의하여 작동하며 불투명체(20)의 표면에 초점을 맞추게 된다[제11도 참조]. 그러므로 투명체(19)의 두께가 두껍더라도 문제없이 초점위치에 맞출 수가 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 전자회로(반도체 등)를 투명기판내에 봉입하였을 때의 전자회로자체에 초점을 맞출 경우 본 비접촉자동초점위치맞춤장치를 현미경에 조립해 넣어 이용할 때 슬라이드 글라스(slide glas)와 커버 글라스(cover glas)등으로 끼워둔 대상물로서의 검사체 자체에 초점을 맞추는 경우 등에 가장 적합하다. 또한 불투명체(20)가 투명체(19)의 내부에 존재하는 경우뿐만이 아니라. 전술한 바와 마찬가지로 투명체(19)의 이면(19b)측으로 불투명체(20) 등이 접합 또는 사이를 띠어 배치되어 있는 경우에도 그 불투명체(20)의 쪽으로 초점을 맞출 수가 있다.

[실시예 5]

제12도-제14도는 본 발명의 제5실시예를 나타낸 도면이다. 이 실시예에서는 본 발명의 비접촉자동초점위치맞춤장치를 이용하여 비접촉으로 거리를 계측하는 경우의 설명을 한다. 대상물(21)의 표면(22)에는 깊은 미소한 지름의 구멍(23)에 형성되어 있다. 이 구멍(23)은 지름이 미소한 사이즈이며 깊이가 있는 것이기 때문에 통상의 계측기기로서는 그 깊이를 계측하기는 곤란하다. 그러나, 본 발명에 관계되는 비접촉자동초점위치맞춤장치를 이용함으로써 계측이 가능하여진다.

우선, 제1단계로서 가동미러(6)를 대상물측(B)으로 평행이동시킴으로써 측정광속(d)을 광측(5)에 접근시킨 좁은 조사각도(θ2)에서 표면(22)에 입사하여 초점(P1)을 맞춘다. 이때의 표면(22)과 대물렌즈(8)(광학기구 2)간의 거리를 X로 한다[제12도 참조]. 제2단계로서 광학기구(2) 전체를 평행하게 이동시켜서 측정광속(d)의 초점(P1)을 구멍(23)의 중심부에 맞춘다. 그러면 측정광속(d)이 구멍(23)의 밑 바닥(24)에 닿아 측정광속(n)으로서 대물렌즈(8)에 반사되어 온다[제13도 참조]. 이때에도 측정광속(d)의 조사각도(θ2)가 좁기 때문에 구멍(23)의 내벽 등에 간섭하는 경우가 없이 확실한 반사가 행하여진다. 구멍(23)의 밑 바닥(24)에 있어서의 반사점(25)은 광축(5)으로부터 어긋나 있기 때문에 초점위치맞춤기구(3)의 작동에 의하여 광학기구(2) 전체가 대상물(21)쪽으로 이동하여 밑바닥(24)에 있어서의 광축(5)위에 초점(P1)이 맞춰진다[제14도 참조]. 그리고 이때의 표면(22)과 대물렌즈(8)(광학기구 2)간의 거리를 Y로 하면 구멍(23)의 길이는 X-Y로서 구해진다. 또, 대물렌즈(8)(광학기구 2)의 이동량이 구멍(23)의 깊이 자체이므로 부호기(encoder)등으로 계측한 그 이동량으로서 구멍(23)의 깊이를 직접 구해도 된다.

이와 같이 측정광속(a)이 편광 He-Ne레이저광선인 것 및 그 측정광속(d)의 조사각도(θ)를 가동미러(6)의 평행이동에 의하여 좁게 조정할 수 있기 때문에 종래에는 비교적 곤란하였던 미소한 지름의 사이즈의 구멍(23)의 깊이도 비접촉으로자동적으로 계측할 수가 있다.

또, 이 계측대상인 구멍(23)과 대물렌즈(8)간에 만약, 투명체가 개지되어 있다고 하더라도 전술하였던 바와 같이 문제없이 계측할 수 있다.

본 발명은 이상 설명하여 온 바와 같은 내용의 것이기 때문에 이하에 나타내는 바와 같은 각종의 효과를 가져올 수 있다.

(a) 광학적감지가 어려운 투명체를 함유하는 대상물이나, 불투명체가 접합 혹은 이간배치되어 있는 경우 등에 있어서도 측정광속의 조사각도를 변화시킴으로써 투명체의 표면이든 불투명체의 표면이든 자유롭게 비접촙으로, 또한 정확한 자동초점위치맞춤을 행할 수 있다.

(b) 조사각도를 좁게할 수가 있기 때문에 그 사이즈가 미소한 대상물에 대응할 수 있다.

(c) 측정광속으로서 편광 He-Ne레이저광선을 채용하였으므로 다른 레이저광선에 비하여 광속이 미세하기 때문에 집광스포트가 매우 좁고 넓어지지 아니하므로 그 만큼광위치검출기에 있어서의 위치검출을 높은 정밀도(고분해 능력)로 행할 수 있는 것이다. 이 편광 He-Ne레이저광선의 집광스포트의 지름은 대물렌즈의 배율에도 의하지마는, 대체적으로 1μ-100μ으로 매우 좁은 것이다(즉, 초점위치맞춤의 정밀도가 높다).

또, 본 발명의 실시예에 의하면, (d) 측정광속의 변위를 확대렌즈로 확대하기 때문에 작은 변위도 빠뜨리지 않고 정확하게 확대하고, 그 후 광위치검출기에서 위치검출을 하므로 높은 정밀도의 위치검출을 실현할 수 있다. 따라서, 대물렌즈와 대상물의 간격이 넓어져 초점정밀도가 저하되기 쉬운 상황하에서도 높은 정밀도의 초점위치맞춤을 실현할 수가 있다(즉, 초점위치맞춤의 정밀도가 높다).

(e) 광위치검출기로서의 반도체 광위치검출기(PSD)는 검출한 측정광속의 스포트의 중심위치를 출력할 뿐이기 때문에 휘도분포가 변화하더라도 그 영향을 받지 않고 대상물의 표면에 있어서의 휘도분포(콘트라스트)에 의하여 초점위치맞춤의 정밀도가 영향을 받지 않는다(즉, 내잡음성, 측정의 확실성이 높다).

(f) 광위치검출기로서 반도체광위치검출기(PSD)를 채용하고, 또 한편 초점위치맞춤기구로서 서어보기구를 채용하였기 때문에 평균 10mm sec의 재빠른 동작으로 광학기구와 대상물간의 거리를 조정할 수가 있다(즉, 초점위치맞춤속도가 빠르다).

Claims

광학기구(2)의 광축(5)과 평행하게 발사된 측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선(a)을 광축에 대해서 45도의 경사각도를 유지하면서 평행이동 자재로운 가동미러(6)에서 반사하고, 상기 가동미러에서 반사된 측정광속(b)을 광축과 45도의 경사각도로 배치된 고정미러(7)에서 반사하고, 상기 고정미러에서 반사된 측정광속(c)을 대물렌즈(8)에서 굴절시킨 후 투명체(4)를 향하여 조사(d)하고, 상기 투명체의 표면(4a)에서 반사된 측정광속(e)을 다시 대물렌즈에서 굴절시킨 수 광위치검출기(11)에서 수광하고, 상기 광위치검출기로부터의 위치신호에 대응하는 초점위치맞춤기구(3)에서, 적어도 투명체와 대물렌즈간의 거리를 조정함으로써, 측정광속을 투명체의 표면에 자동적으로 초점위치를 맞추는 것으로서, 상기의 가동미러를 반투명체측으로 평행이동시킴으로써 고정미러에서 반사된 측정광속을 대물렌즈의 외주부측에서 굴절시키고, 측정광속을 큰 조사각도(θ)로써 투명체에 조사하고, 그리고 투명체의 표면이외에서 반사되는 측정광속(k)을 대물렌즈에 입사불능한 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 비접촉자동초점위치맞춤방법.
상기 투명체가 그 내부에 불투명체를 포함하고, 그리고 상기 투명체의 표면 이외에서 반사되는 측정광속이 불투명체의 표면이외 또는 표면에서 반사되는 측정광속을 포함하는 것인 청구범위 제1항에 있어서의 방법.
투명체의 이면측에 불투명체가 접합 또는 이간배치되고, 투명체의 표면이외에서 반사되는 측정광속이 불투명체의 표면이외 또는 표면에서 반사되는 측정광속을 함유하는 것인 청구범위 제1항에 있어서의 방법.
광학기구(2)의 광축(5)과 평행하게 발사된 측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선(a)을 광축에 대해서 45도의 경사각도를 유지하면서 평행이동자재로운 가동미러(6)에서 반사하고, 상기 가동미러에서 반사된 측정광속(c)을 광축과 45도의 경사각도로서 배치된 고정미러에서 반사하고, 상기 고정미러에서 반사된 측정광속을 대물렌즈(8)에서 굴절시키고, 그리고 투명체(19)를 통해서는 불투명체(20)로 향하여 조사하고, 상기 불투명체의 표면에서 반사된 측정광속(m)을 다시 대물렌즈에서 굴절시킨 후 광위치검출기(11)에서 수광하고, 상기 광위치검출기로부터의 위치신호에 대응하는 초점위치맞춤기구(3)에서, 적어도 불투명체와 대물렌즈간의 거리를 조정함으러써 측정광속을 불투명체의 표면으로 자동적으로 초점위치를 맞추는 것으로서, 상기의 가동미러를 불투명체측으로 평행이동시킴으로써 고정미러에서 반사된 측정광속(c)을 대물렌즈의 중심부측에서 굴절시키고, 측정광속을 광축에 접근시킨 좁은 조사각도로써 대물렌즈와 불투명체간에 개재하는 투명체를 통하여 불투명체 조사하는 것을 특징으로 하는 비접촉자동초점위치맞춤방법.
상기 투명체가 그 내부에 투명체의 표면 사이즈보다 좁은 표면 사이즈를 가진 불투명체를 포함하고, 그리고 투명체의 표면이외에서 반사되는 측정광속이 불투명체의 표면이외 또는 표면에서 반사되는 측정광속을 포함하는 것인 청구범위 제4항에 있어서의 방법.
상기 투명체의 이면측에, 투명체의 표면사이즈 보다 좁은 표면사이즈를 가진 불투명체가 접합 또는 이간배치되고, 상기 투명체의 표면이외에서 반사되는 측정광속이 불투명체의 표면이외 또는 표면에서 반사되는 측정광속을 포함하는 것인 청구범위 제4항에 있어서의 방법.
광학기구의 광축과 평행하게 발사된 측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선을, 광축에 대해서 45도의 경사각도를 유지하면서 평행이동자재로운 가동미러에서 반사하고, 상기 가동미러에서 반사된 측정광속을 광축과 45도의 경사각도로 배치된 고정미러에서 반사하고, 상기 고정미러에서 반사된 측정광속을 대물렌즈에서 굴절시키고 그리고 대상물의 표면에 형성되어 있는 깊은 미소한 지름의 구멍의 밑바닥에 향하여 조사하고, 상기 밑바닥의 표면에서 반사된 측정광속을 다시 대물랜즈에서 굴절시킨 후 광위치검출기에서 수광하고, 상기 광위치검출기로부터의 위치신호에 대응하는 초점위치맞춤기구에서, 적어도 구멍의 밑바닥과 대물렌즈간의 거리를 조정함으로써 측정광속을 밑바닥의 표면으로 자동적으로 초점위치를 맞추는 것으로서, 상기의 가동미러를 대상물측으로 평행이동시킴으로써 고정미러에서 반사된 측정광속을 대물렌즈의 중심부측에서 굴절시키고, 측정광속을 광축으로 접근시킨 좁은 조사각도로써 구멍의 밑바닥에 조사하는 것을 특징으로 하는 비접촉자동초점위치맞춤방법.
측정광속으로서의 편광 He-Ne레이저광선(a)을 광학기구의 광축(5)과 평행하게 발사하는 레이저 기구(1)와 ; 광축에 대해서 평행이동이 자재롭고, 또한 상기 레이저기구로 부터 발사된 측정광속을 직각방향으로 반사가 자재로운 가동미러(6)와, 상기 가동미러에서 반사된 측정광속(b)을 광축과 평행한 방향으로 반사하고, 그 측정광속(c)을 가동미러의 평행이동위치에 대응하여 광축으로 접근 및 이탈이 자재로운 측정광속으로하는 고정미러(7)와, 상기 고정미러에서 반사된 측정광속(c)과 광축과의 거리에 따른 조사각도로써 그 측정광속을 대상물(4)에 조사시킴과 동시에 대상물에서 반사된 측정광속을 다시 굴절하는 대물렌즈(8)와, 대상물로부터 반사되어 대물렌즈에서 굴절된 측정광속(f)을 광축상에서 결상시키는 결상렌즈(9) 및 상기 결상렌즈를 통과한 측정광속(g)을 수광하는 광위치검출기(11)로 이루어진 광학기구(2)와 ; 그리고 광위치검출기로부터의 위치신호에 따라 광학기구(2)로부터 조사되는 측정광속을 대상물(4)의 표면으로 자동적으로 초점위치맞춤하여야 할, 적어도 대상물 또는 대물렌즈의 어느 것인가를 이동시켜 대상물과 대물렌즈간의 거리를 조정자재롭게 하는 초점위치 맞춤기구(3)로 구성됨을 특징으로 하는 비접촉자동초점위치맞춤장치.
상기 고정미러가 하아프미러인 청구범위 제8항에 있어서의 장치.
상기 광위치검출기가 반도체 광위치검출기(POSITION-SENSITIVE DETECTOR)인 청구범위 제8항 또는 제9항에 있어서의 장치.
상기 초점위치맞춤기구가 서어보기구를 구비하고 있는 청구범위 제8항 내지 제10항중 어느 하나에 있어서의 장치.