オートフォーカス機構及びこれを備えた光学式処理装置
【課題】近赤外領域のレーザを使用した場合であっても誤検出を防止することのできるオートフォーカス機構及びこれを備えた光学処理装置を提供する。
【解決手段】光源１０と、試料を光軸に沿って移動させる試料台移動部３と、試料を移動させて対物レンズの焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段と、を備えるオートフォーカス機構において、自動焦点合わせ手段は、試料の表面からの反射光を受光する受光素子と、試料の移動時に、受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出プログラム６１ａと、算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する焦点位置検出プログラム６１ｂと、を備え、判定値算出プログラム６１ａにより算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定プログラム６１ｃを備える。
【解決手段】光源１０と、試料を光軸に沿って移動させる試料台移動部３と、試料を移動させて対物レンズの焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段と、を備えるオートフォーカス機構において、自動焦点合わせ手段は、試料の表面からの反射光を受光する受光素子と、試料の移動時に、受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出プログラム６１ａと、算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する焦点位置検出プログラム６１ｂと、を備え、判定値算出プログラム６１ａにより算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定プログラム６１ｃを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機構及びこれを備えた光学式処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オートフォーカス機構を備えた顕微鏡やレーザ加工装置などの光学式処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
オートフォーカス機構においては、焦点位置検出原理の１つとして、例えば、ダブルピンホール方式が知られている。
ダブルピンホール方式は、例えば、図９に示すように、レーザダイオード（ＬＤ）２０１から出射されたレーザ光が対物レンズ２０２を介して試料Ｓに照射され、試料Ｓ表面で反射された反射光が対物レンズ２０２及び結像レンズ２０３を介して戻ってきてビームスプリッタ２０４で分岐され、受光素子Ａ及び受光素子Ｂに照射される構成である。
【０００３】
ここで、図９（ｂ）に示すように、受光素子Ａ及び受光素子Ｂの出力が等しいときの対物レンズ２０２と試料Ｓとの位置を「レーザ焦点位置」という。
また、図９（ａ）に示すように、受光素子Ａの出力が受光素子Ｂの出力より大きい場合、対物レンズ２０２と試料Ｓの間の距離が、レーザ焦点位置より遠くに離れている。
また、図９（ｃ）に示すように、受光素子Ａの出力が受光素子Ｂの出力より小さい場合、対物レンズ２０２と試料Ｓの間の距離が、レーザ焦点位置より近くなっている。
【０００４】
このとき、受光素子Ａ及び受光素子Ｂの電圧は、下記式により「Ｓ信号」として合成され、このＳ信号の電圧値を基にレーザ焦点位置の検出が行われている。
Ｓ信号電圧＝（Ａ信号電圧−Ｂ信号電圧）／（Ａ信号電圧＋Ｂ信号電圧）×ゲイン
なお、Ｓ信号電圧とはＳ信号の電圧値であり、Ａ信号電圧とは受光素子Ａの出力電圧値であり、Ｂ信号電圧とは受光素子Ｂの出力電圧値ある。
具体的に、各信号電圧（Ａ信号電圧、Ｂ信号電圧、Ｓ信号電圧）は、図１０の関係を示す。図１０において、縦軸は電圧値、横軸は対物レンズ２０２と試料Ｓの距離である。
ここで、図１０のＳ信号において、「レーザ焦点位置」での電圧値（図中×印）を「ゼロクロス電圧」と称する。測定中、Ｓ信号の電圧値が「ゼロクロス電圧」になったときに、レーザ焦点位置と判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなオートフォーカス機構を備えた光学式処理装置において、例えば画像を観察する場合などには、照明光を使用しているので可視光領域のレーザを使用すると照明光との分離が困難になるため、近赤外領域（６８０ｎｍ）以上の波長のレーザ光源が使用されている。
ここで、図１１に、青色フィルタ（Ｂ）及び緑色フィルタ（Ｇ）にオートフォーカスを実施した場合のＳ信号の検出波形を示し、図１２に、赤色フィルタ（Ｒ）にオートフォーカスを実施した場合のＳ信号の検出波形を示す。
図１２では、図１１と比較してゼロクロス電圧の位置がずれているのがわかる。
これは、図１３に示すように、赤色フィルタ（Ｒ）では近赤外領域のレーザが試料を透過してしまい、裏面で反射した信号と表面で反射した信号（図１２における破線）が検出されて両者が合算されてしまったため、本来のゼロクロス電圧の位置付近が平坦な波形となってしまったためである。
このように、オートフォーカス機構を備えた光学式処理装置において、近赤外領域の波長のレーザ光源を使用した場合、レーザ光源の波長を透過する試料を使用してオートフォーカスを実施すると、上記のような誤検出が発生し、ゼロクロス電圧の位置がずれるために、画像がぼけてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、近赤外領域のレーザを使用した場合であっても誤検出を防止することのできるオートフォーカス機構及びこれを備えた光学式処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、
試料に対物レンズを介してレーザ光を照射する光源と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させる移動手段と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を、前記移動手段により移動させて前記対物レンズの焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段と、
を備えるオートフォーカス機構において、
前記自動焦点合わせ手段は、
前記試料の表面から反射された光をピンホール方式又はナイフエッジ方式による光導入機構を介して受光する一対の受光素子と、
前記移動手段による前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方の移動時に、前記一対の受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出手段と、
前記判定値算出手段により算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する焦点位置検出手段と、を備え、
前記判定値算出手段により算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１記載のオートフォーカス機構を備える光学式処理装置であって、
前記試料の表面の観察像を結像するカメラ部及び／又は前記試料の表面をレーザ加工するためのレーザ加工光源部と、
前記試料の表面で反射された反射光を前記前記カメラ部に導くための観察光学系及び／又は前記レーザ加工光源部により照射されたレーザ光を前記試料の表面に導くための加工光学系と、
前記閾値設定手段により前記閾値が設定変更された場合、オートフォーカスを行った際の前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学式処理装置において、
前記調整手段は、
前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部を光軸に沿って移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の光学式処理装置において、
前記調整手段は、
前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズを移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズの設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の光学式処理装置において、
前記調整手段は、
前記焦点位置検出手段で検出されるレーザ焦点位置と前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置との変位差を予め記憶する記憶部を備え、
オートフォーカスを行った際に、前記記憶部に記憶された前記変位差分、前記移動手段により前記試料もしくは対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させることで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オートフォーカス機構は、一対の受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出手段と、判定値算出手段により算出された判定値が所定の閾値に達した位置をレーザ焦点位置として検出する焦点位置検出手段と、等を備える自動焦点合わせ手段と、判定値算出手段により算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定手段と、を備えている。
このため、判定値の変化率に基づいて好適な閾値が設定されることとなり、近赤外領域の波長のレーザを使用した光学式処理装置において、カラーフィルタを観察・加工した場合でも、オートフォーカスにより画像がぼけるなどの誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光学式処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学式処理装置の本体部の構成を示す模式図である。
【図３】Ｓ信号曲線を示す図である。
【図４】Ｓ信号曲線の閾値の設定変更を説明するための図である。
【図５】ゼロクロス電圧発生回路を示す図である。
【図６】図１の光学式処理装置のレーザ焦点位置検出処理を示すフローチャートである。
【図７】変形例１の光学式処理装置の本体部の構成を示す模式図である。
【図８】変形例２の光学式処理装置の本体部の構成を示す模式図である。
【図９】焦点位置検出原理であるダブルピンホール方式を説明するための図である。
【図１０】Ａ信号電圧、Ｂ信号電圧、Ｓ信号電圧の関係を説明するための図である。
【図１１】青色フィルタ及び緑色フィルタでオートフォーカスを実施した場合のＳ信号電圧の検出波形を示す。
【図１２】赤色フィルタでオートフォーカスを実施した場合のＳ信号電圧の検出波形を示す。
【図１３】誤検出が起こることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、図２における左右方向をＸ方向とし、前後方向をＹ方向とし、上下方向をＺ方向とする。
【００１６】
光学式処理装置１００は、オートフォーカス機構を用いて試料Ｓの表面の観察や加工などを行う装置である。なお、本実施形態においては、光学式処理装置１００として、ピンホール方式の光導入機構を備えた構成を例示する。
具体的に、光学式処理装置１００は、図１、２に示すように、本体部１、試料台２、試料台移動部３、操作部４と、モニタ５、制御部６、等を備えている。
【００１７】
本体部１は、図１、２に示すように、レーザ光源１０、検出部３０、ＣＣＤカメラ４０、レーザ加工光源部５０、集光光学系２０Ａ、観察光学系２０Ｂ、及び加工光学系２０Ｃ、等を備えている。
【００１８】
レーザ光源１０は、例えば、近赤外領域（６８０ｎｍ）の波長のレーザ光を発生する光源であり、集光光学系２０Ａに向けて光を出射する。
【００１９】
集光光学系２０Ａは、レーザ光源１０からの光を試料Ｓの表面に導入する。
集光光学系２０Ａは、第１ハーフミラー２１、第２ハーフミラー２２、コリメータレンズ２３、及び対物レンズ２４を備えて構成されている。
【００２０】
第１ハーフミラー２１は、レーザ光源１０のＺ方向下方に配置され、レーザ光源１０より出射されてＺ方向下向きに進む光をＸ方向左向きに反射させる。
第２ハーフミラー２２は、第１ハーフミラー２１のＸ方向左側に配置され、第１ハーフミラー２１に反射されてＸ方向左向きに進む光を反射してＺ方向下向きに向かわせる。
コリメータレンズ２３は、第２ハーフミラー２２のＺ方向下方に配置され、第２ハーフミラー２２からのレーザ光を平行光として、対物レンズ２４に照射させる。
対物レンズ２４は、試料Ｓに対向して備えられ、コリメータレンズ２３から照射された平行光を収束させて試料Ｓの表面において合焦させる。このとき、対物レンズ２４に対する試料Ｓ表面のＺ方向の位置は、レーザ焦点位置となっている。
【００２１】
また、集光光学系２０Ａは、光導入機構として、試料Ｓの表面で反射された光を検出部３０に導入する。
具体的に、試料Ｓの表面にて反射された光は、対物レンズ２４、コリメータレンズ２３、第２ハーフミラー２２、及び第１ハーフミラー２１を順に透過して、第１ハーフミラー２１のＸ方向右側に配置されたビームスプリッタ２５に入射し、当該ビームスプリッタ２５により２つに分岐されて検出部３０の２つの受光素子３１，３２にて受光されるようになっている。
【００２２】
検出部３０は、試料Ｓの表面からの反射光をピンホール方式による光導入機構（集光光学系２０Ａ）を介して受光する。検出部３０は、２つの受光素子３１，３２と、受光素子３１，３２のそれぞれに備えられたピンホール（図示省略）と、を備え、ビームスプリッタ２５により２つに分岐された光をそれぞれ受光し、その光の光量を検出する。
【００２３】
また、試料Ｓの表面にて反射された光は、図２に示すように、ＣＣＤカメラ４０にも入射されるようになっている。即ち、試料Ｓの表面にて反射され、対物レンズ２４、コリメータレンズ２３を透過してきた光の一部は、第２ハーフミラー２２も透過してＣＣＤカメラ４０に向かうようになっている。
【００２４】
ＣＣＤカメラ４０は、試料Ｓの表面からの反射光に基づいて試料Ｓの表面の画像を撮像し、画像データを取得して制御部６に出力する。ＣＣＤカメラ４０には、観察光学系２０Ｂを介して試料Ｓの表面からの反射光が到達するようになっている。
【００２５】
観察光学系２０Ｂは、ＣＣＤカメラ４０に試料Ｓの表面からの反射光を導入する。
観察光学系２０Ｂは、対物レンズ２４、コリメータレンズ２３、第２ハーフミラー２２、チューブレンズ２６、第３ハーフミラー２７、及び反射ミラー２８を備えて構成されている。
【００２６】
対物レンズ２４、コリメータレンズ２３、及び第２ハーフミラー２２は、試料Ｓの表面で反射された反射光を透過させる。
チューブレンズ２６は、第２ハーフミラー２２のＺ方向上方に配置され、第２ハーフミラー２２から出射してＺ方向上向きに進む光を結像させて、第３ハーフミラー２７に対して出射する。
第３ハーフミラー２７は、チューブレンズ２６のＺ方向上方に配置され、チューブレンズ２６からの光をＸ方向左側に反射させる。
反射ミラー２８は、第３ハーフミラー２７のＸ方向左側に配置され、第３ハーフミラー２７からの光をＺ方向上方に反射させてＣＣＤカメラ４０に向かわせる。
【００２７】
レーザ加工光源部５０は、加工用のレーザ光を試料Ｓの表面に対して出射するものである。例えば、レーザ加工光源部５０は、液晶ワークの欠陥ヵ所を検出しリペアを行うためにレーザ光を照射する。
レーザ加工光源部５０は、例えば、紫外域、可視域、赤外域にわたる広範な波長域を有するレーザ光を出射可能に構成され、修正に適した波長のレーザ光を、波長フィルタ等を介して選択して使用するようになっている。
【００２８】
加工光学系２０Ｃは、レーザ加工光源部５０により照射されたレーザ光を試料Ｓの表面に導入する。加工光学系２０Ｃは、第３ハーフミラー２７、チューブレンズ２６、第２ハーフミラー２２、コリメータレンズ２３、及び対物レンズ２４を備えて構成されている。
従って、レーザ加工光源部５０から出射したレーザ光は、第３ハーフミラー２７、チューブレンズ２６、第２ハーフミラー２２、コリメータレンズ２３、及び対物レンズ２４を順に透過して試料Ｓの表面に到達する。
【００２９】
試料台２は、対物レンズ２４の下方に位置し、その上面に試料Ｓを載置するようになっている。試料台２は、試料台移動部３により垂直方向（Ｚ方向）に移動可能である。
また、試料台２は、ＸＹ駆動機構（図示省略）を備え、水平方向（ＸＹ方向）にも移動可能である。
【００３０】
試料台移動部３は、試料台２をＺ方向に移動可能に支持している。
具体的に、試料台移動部３は、制御部６が出力する制御信号に応じて試料台２をＺ方向に移動させると共に、試料台２のＺ方向における位置（位置座標）を制御部６に出力する。即ち、試料台移動部３により、試料台２と対物レンズ２４との間の相対距離を変化させることで、対物レンズ２４に対する試料Ｓ表面の位置を、レーザ焦点位置に合わせることが可能となっている。
このように、試料台移動部３は、試料台２を対物レンズ２４の光軸に沿って移動させる移動手段として機能している。
なお、対物レンズ２４を当該対物レンズ２４の光軸に沿って移動可能な構成としても良い。
【００３１】
操作部４は、キーボードやマウス等により構成されており、観察などを行う際のユーザによる入力操作を実行させる。操作部４により所定の入力操作がなされると、その入力操作に応じた所定の操作信号が制御部６に出力される。
具体的に、操作部４は、試料Ｓの種類に応じて、ユーザがモード変更を指定する際に利用される。モード変更とは、レーザ焦点位置を最適な位置に自動で決定するモードへの変更である。例えば、赤色フィルタや透明なフィルムのような、レーザ光源の波長を透過する試料（Ｓ信号の検出波形に平坦部が現れる試料（図３（Ｂ）参照））などの観察等を行う場合に、ユーザは、モード変更を行う。
【００３２】
モニタ５は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置により構成されており、ＣＣＤカメラ４０が撮像した試料Ｓの表面の画像や、Ｓ信号の検出波形等を表示することができるようになっている。
【００３３】
制御部６は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、記憶部６３、等を備えて構成され、記憶部６３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の動作を行うための動作制御等を行う機能を有する。
【００３４】
ＣＰＵ６1は、記憶部６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、光学式処理装置１００全体の制御を行う。
【００３５】
ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６1により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
【００３６】
記憶部６３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部６３は、ＣＰＵ６1が光学式処理装置１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
【００３７】
より具体的には、記憶部６３は、例えば、判定値算出プログラム６３ａ、焦点位置検出プログラム６３ｂ、閾値設定プログラム６３ｃ、調整プログラム６３ｄ、変位差記憶部６３ｅ、等を格納している。
【００３８】
判定値算出プログラム６３ａは、例えば、ＣＰＵ６1に、試料台移動部３による試料Ｓの移動時に、一対の受光素子３１，３２がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６1は、試料台移動部３により試料Ｓの位置が移動している際、即ち、対物レンズ２４と試料Ｓとの相対距離が変化している際、受光素子３１，３２がそれぞれ出力する電圧の出力値を合成し、その合成値を判定値として算出する。
この合成値（判定値）は、Ｓ信号として、例えば図３（Ａ）（Ｂ）に示すようなグラフとして算出される。なお、図３（Ａ）は、通常得られるＳ信号であり、図３（Ｂ）は、平坦部が現れた場合のＳ信号を示した一例である。また、図３（Ａ）（Ｂ）において、縦軸は電圧であり、横軸は対物レンズ２４と試料Ｓとの距離である。
ＣＰＵ６1は、かかる判定値算出プログラム６３ａを実行することで、判定値算出手段として機能する。
【００３９】
焦点位置検出プログラム６３ｂは、例えば、ＣＰＵ６1に、判定値算出プログラム６３ａの実行により算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６1は、判定値算出プログラム６３ａの実行により判定値が算出されると、その判定値の大きさ（電圧の大きさ）が所定の閾値に達したか否かを随時判断しており、当該所定の閾値に達した時点での、対物レンズ２４と試料Ｓとの位置を、レーザ焦点位置として検出する。
例えば、図３（Ａ）の例では、ＣＰＵ６1は、縦軸の値（電圧）が所定の閾値である５００［ｍＶ］に達した場合に、その時点の位置である±０［ｍｍ］をレーザ焦点位置として検出する。
また、図３（Ｂ）の例では、モード変更の指定が行われていない場合、ＣＰＵ６1は、縦軸の値（電圧）が所定の閾値である５００［ｍＶ］に達した場合に、その時点の位置である−０．４［ｍｍ］をレーザ焦点位置として検出する。
ＣＰＵ６1は、かかる焦点位置検出プログラム６３ｂを実行することで、焦点位置検出手段として機能する。
【００４０】
閾値設定プログラム６３ｃは、例えば、ＣＰＵ６1に、判定値算出プログラム６３ａの実行により算出される判定値の閾値を設定変更する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ユーザが操作部４によってモード変更を指示した場合、ＣＰＵ６1は、閾値設定プログラム６３ｃを実行し、判定値算出プログラム６３ａにより算出されたＳ信号の変化率に基づいて閾値を設定変更する。
より具体的には、例えば、Ｓ信号の検出波形に平坦部が現れる試料（図３（Ｂ）参照）の測定を行う場合、ユーザは、モード変更を指示する操作を行う。そして、モード変更を指示する操作が行われると、ＣＰＵ６1は、例えば、図４に示すように、Ｓ信号の波形の平坦部が終了した後の一点Ｐを閾値として設定変更する。
従って、図４の例では、ＣＰＵ６1は、上記焦点位置検出プログラム６３ｂを実行し、縦軸の値（電圧）が所定の閾値である６００［ｍＶ］に達した場合に、その時点の位置である０．１［ｍｍ］をレーザ焦点位置として検出する。
【００４１】
ここで、図５に、ゼロクロス電圧発生回路９を示す。
ゼロクロス電圧発生回路９は、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路）９１と、コンパレータ９２と、等から構成されている。
ユーザにより、モード変更が指定された場合、上記閾値設定プログラム６３ｃによって新たな閾値が設定変更され、新たな閾値を指示する指示信号がＤＡＣ９１を介してコンパレータに入力される。コンパレータ９２にはＳ信号が入力されており、コンパレータ９２は、Ｓ信号の値が指定された新たな閾値に達すると、ゼロクロス電圧として出力を切り替える。
ＣＰＵ６1は、かかる閾値設定プログラム６３ｃを実行することで、閾値設定手段として機能する。
【００４２】
調整プログラム６３ｄは、例えば、ＣＰＵ６1に、閾値設定プログラム６３ｃの実行により閾値が設定変更された場合、オートフォーカスを行った際のＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する機能を実現させるプログラムである。
なお、この調整プログラム６３ｄは、ユーザによりモード変更が指定された場合にＣＰＵ６1により実行される。
ユーザによりモード変更が指定された場合、ＣＰＵ６1は、測定前のキャリブレーションによって、判定値算出プログラム６３ａを実行し判定値を算出し、閾値を変更してＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置のズレ量（変位差）を求めて、変位差記憶部６３ｅに記憶しておく。
そして、測定時において、ＣＰＵ６1は、変位差記憶部６３ｅに記憶された変位差分、試料台移動部３により試料Ｓを対物レンズ２４の光軸に沿って移動させることで、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する。
従って、判定値の閾値を変更した場合にも、調整プログラム６３ｄの実行により、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置が補正されることとなる。
ＣＰＵ６1は、かかる調整プログラム６３ｄを実行することで、調整手段として機能する。
【００４３】
変位差記憶部６３ｅは、記憶部として、上記したように、キャリブレーション時に求められた変位差を記憶する。すなわち、モード変更が指定された場合には、変位差記憶部６３ｅには、焦点位置検出プログラム６３ｂの実行により検出されるレーザ焦点位置とＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置との変位差が、測定前のキャリブレーション段階で記憶される。
【００４４】
なお、本実施形態においては、一対の受光素子３１，３２、判定値算出プログラム６３ａ、及び焦点位置検出プログラム６３ｂにより、対物レンズ２４の焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段が構成されている。
また、本実施形態においては、レーザ光源１０、試料台移動部３、自動焦点合わせ手段、及び閾値設定プログラム６３ｃによりオートフォーカス機構が構成されている。
【００４５】
次に、図６を用いて、本発明の光学式処理装置１００のオートフォーカス処理について説明する。
なお、ここでは、ユーザによりモード変更操作が指定されていることとする。
また、下記のステップＳ１及びステップＳ２は、キャリブレーション時の処理であり、ステップＳ３以降は、測定時の処理である。
【００４６】
まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ６1は、受光素子３１，３２がそれぞれ出力する電圧の出力値を合成し、その合成値を判定値として算出する。
次いで、ステップＳ２において、ＣＰＵ６1は、ステップＳ１にて算出した判定値から、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置のズレ量（変位差）を求めて、変位差記憶部６３ｅに記憶する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ６１は、ユーザによりモード変更操作がなされているか否かを判断し、モード変更操作がなされていない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、続くステップＳ４において、予め設定された閾値に達した位置にて、レーザ焦点位置の検出を行い、本処理を終了する。
一方、モード変更操作がなされている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、続くステップＳ５において、ＣＰＵ６1は、上記ステップＳ２において記憶した変位差を用いて、ＣＣＤカメラ４０及び／又はレーザ加工光源部５０の焦点位置の調整を行う。
次いで、ステップＳ６において、ＣＰＵ６1は、閾値を設定変更する。
次いで、ステップＳ７において、ＣＰＵ６1は、判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出し、本処理を終了する。
【００４８】
以上のように、本実施形態の光学式処理装置１００によれば、判定値の変化率に基づいて好適な閾値が設定されることとなり、近赤外領域の波長のレーザを使用した光学式処理装置１００において、カラーフィルタなどの試料Ｓを観察や加工をした場合でも、オートフォーカスにより画像がぼけるなどの誤検出を防止することができる。
【００４９】
また、本実施形態の光学式処理装置１００によれば、変位差を予め記憶する変位差記憶部６３ｅを備え、オートフォーカスを行った際に、変位差記憶部６３ｅに記憶された変位差分、試料台移動部３により試料Ｓを対物レンズ２４の光軸に沿って移動させることで、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する構成である。
このため、閾値を変更した場合にも、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置を補正することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態においては、閾値が設定変更された場合、調整プログラム６３ｄによって、オートフォーカスを行った際のＣＣＤカメラ４０及び／又はレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する構成について説明しているが、これ以外にも、例えば下記の変形例１、２により当該焦点位置を調整することも可能である。
【００５１】
（変形例１）
変形例１では、図７に示すように、調整手段としてＣＣＤカメラ４０及び／又はレーザ加工光源部５０を光軸に沿って移動させる移動機構４１、５１を備えている。
即ち、ＣＣＤカメラ４０とレーザ加工光源部５０とは、この移動機構４１、５１により高さ調整（設置位置の調整）が可能となっており、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の高さ調整を行うことによって、当該ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置を焦点位置検出プログラム６３ｂの実行により検出された位置に一致させることができる。
【００５２】
（変形例２）
変形例２では、図８に示すように、調整手段として観察光学系２０Ｂ及び／又は加工光学系２０Ｃの焦点調節用レンズであるチューブレンズ２６を移動させる移動機構２６１を備えている。
即ち、チューブレンズ２６は、この移動機構２６１によりそれぞれＺ方向の位置調整（設置位置の調整）が可能となっており、チューブレンズ２６の位置調製を行うことによって、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置を焦点位置検出プログラム６３ｂの実行により検出された位置に一致させることができる。
ことができる。
【００５３】
また、上記実施形態、及び変形例１、２においては、試料Ｓの表面から反射された光をピンホール方式による光導入機構を介して一対の受光素子３１，３２に導入する構成を例示して説明しているが、ナイフエッジ方式の光導入機構により光が導入されることとしてしても良い。
ナイフエッジ方式では、一対の受光素子として、２分割フォトダイオードが配され、その手前の光路にナイフエッジが配置されている。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、チューブレンズ２６は、第２ハーフミラー２２と第３ハーフミラー２７との間に配置されているが、観察光学系２０Ｂと加工光学系２０Ｃとで別々にチューブレンズを備える構成とすることもできる。即ち、第３ハーフミラー２７と反射ミラー２８との間、及び第３ハーフミラー２７とレーザ加工光源部５０との間に、チューブレンズを備えることとしても良い。
【００５５】
また、上記実施形態においては、光学式処理装置として、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の両者を備えた構成を例示して説明したが、何れか一方のみを備えた構成であっても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１ 本体部
２ 試料台
３ 試料台移動部（移動手段）
４ 操作部
５ モニタ
６ 制御部
６３ 記憶部
６３ａ 判定値算出プログラム（判定値算出手段）
６３ｂ 焦点位置検出プログラム（焦点位置検出手段）
６３ｃ 閾値設定プログラム（閾値設定手段）
６３ｄ 調整プログラム（調整手段）
６３ｅ 変位差記憶部（記憶部）
１０ レーザ光源
２０Ａ 集光光学系
２０Ｂ 観察光学系
２０Ｃ 加工光学系
２１ 第１ハーフミラー
２２ 第２ハーフミラー
２３ コリメータレンズ
２４ 対物レンズ
２５ ビームスプリッタ
２６ チューブレンズ（焦点調節用レンズ）
２６１ 移動機構
２７ 第３ハーフミラー
２８ 反射ミラー
３０ 検出部
３１，３２ 受光素子
４０ ＣＣＤカメラ（カメラ部）
５０ レーザ加工光源部
４１、５１ 移動機構
１００ 光学式処理装置
Ｓ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機構及びこれを備えた光学式処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オートフォーカス機構を備えた顕微鏡やレーザ加工装置などの光学式処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
オートフォーカス機構においては、焦点位置検出原理の１つとして、例えば、ダブルピンホール方式が知られている。
ダブルピンホール方式は、例えば、図９に示すように、レーザダイオード（ＬＤ）２０１から出射されたレーザ光が対物レンズ２０２を介して試料Ｓに照射され、試料Ｓ表面で反射された反射光が対物レンズ２０２及び結像レンズ２０３を介して戻ってきてビームスプリッタ２０４で分岐され、受光素子Ａ及び受光素子Ｂに照射される構成である。
【０００３】
ここで、図９（ｂ）に示すように、受光素子Ａ及び受光素子Ｂの出力が等しいときの対物レンズ２０２と試料Ｓとの位置を「レーザ焦点位置」という。
また、図９（ａ）に示すように、受光素子Ａの出力が受光素子Ｂの出力より大きい場合、対物レンズ２０２と試料Ｓの間の距離が、レーザ焦点位置より遠くに離れている。
また、図９（ｃ）に示すように、受光素子Ａの出力が受光素子Ｂの出力より小さい場合、対物レンズ２０２と試料Ｓの間の距離が、レーザ焦点位置より近くなっている。
【０００４】
このとき、受光素子Ａ及び受光素子Ｂの電圧は、下記式により「Ｓ信号」として合成され、このＳ信号の電圧値を基にレーザ焦点位置の検出が行われている。
Ｓ信号電圧＝（Ａ信号電圧−Ｂ信号電圧）／（Ａ信号電圧＋Ｂ信号電圧）×ゲイン
なお、Ｓ信号電圧とはＳ信号の電圧値であり、Ａ信号電圧とは受光素子Ａの出力電圧値であり、Ｂ信号電圧とは受光素子Ｂの出力電圧値ある。
具体的に、各信号電圧（Ａ信号電圧、Ｂ信号電圧、Ｓ信号電圧）は、図１０の関係を示す。図１０において、縦軸は電圧値、横軸は対物レンズ２０２と試料Ｓの距離である。
ここで、図１０のＳ信号において、「レーザ焦点位置」での電圧値（図中×印）を「ゼロクロス電圧」と称する。測定中、Ｓ信号の電圧値が「ゼロクロス電圧」になったときに、レーザ焦点位置と判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなオートフォーカス機構を備えた光学式処理装置において、例えば画像を観察する場合などには、照明光を使用しているので可視光領域のレーザを使用すると照明光との分離が困難になるため、近赤外領域（６８０ｎｍ）以上の波長のレーザ光源が使用されている。
ここで、図１１に、青色フィルタ（Ｂ）及び緑色フィルタ（Ｇ）にオートフォーカスを実施した場合のＳ信号の検出波形を示し、図１２に、赤色フィルタ（Ｒ）にオートフォーカスを実施した場合のＳ信号の検出波形を示す。
図１２では、図１１と比較してゼロクロス電圧の位置がずれているのがわかる。
これは、図１３に示すように、赤色フィルタ（Ｒ）では近赤外領域のレーザが試料を透過してしまい、裏面で反射した信号と表面で反射した信号（図１２における破線）が検出されて両者が合算されてしまったため、本来のゼロクロス電圧の位置付近が平坦な波形となってしまったためである。
このように、オートフォーカス機構を備えた光学式処理装置において、近赤外領域の波長のレーザ光源を使用した場合、レーザ光源の波長を透過する試料を使用してオートフォーカスを実施すると、上記のような誤検出が発生し、ゼロクロス電圧の位置がずれるために、画像がぼけてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、近赤外領域のレーザを使用した場合であっても誤検出を防止することのできるオートフォーカス機構及びこれを備えた光学式処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、
試料に対物レンズを介してレーザ光を照射する光源と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させる移動手段と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を、前記移動手段により移動させて前記対物レンズの焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段と、
を備えるオートフォーカス機構において、
前記自動焦点合わせ手段は、
前記試料の表面から反射された光をピンホール方式又はナイフエッジ方式による光導入機構を介して受光する一対の受光素子と、
前記移動手段による前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方の移動時に、前記一対の受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出手段と、
前記判定値算出手段により算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する焦点位置検出手段と、を備え、
前記判定値算出手段により算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１記載のオートフォーカス機構を備える光学式処理装置であって、
前記試料の表面の観察像を結像するカメラ部及び／又は前記試料の表面をレーザ加工するためのレーザ加工光源部と、
前記試料の表面で反射された反射光を前記前記カメラ部に導くための観察光学系及び／又は前記レーザ加工光源部により照射されたレーザ光を前記試料の表面に導くための加工光学系と、
前記閾値設定手段により前記閾値が設定変更された場合、オートフォーカスを行った際の前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学式処理装置において、
前記調整手段は、
前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部を光軸に沿って移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の光学式処理装置において、
前記調整手段は、
前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズを移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズの設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の光学式処理装置において、
前記調整手段は、
前記焦点位置検出手段で検出されるレーザ焦点位置と前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置との変位差を予め記憶する記憶部を備え、
オートフォーカスを行った際に、前記記憶部に記憶された前記変位差分、前記移動手段により前記試料もしくは対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させることで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オートフォーカス機構は、一対の受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出手段と、判定値算出手段により算出された判定値が所定の閾値に達した位置をレーザ焦点位置として検出する焦点位置検出手段と、等を備える自動焦点合わせ手段と、判定値算出手段により算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定手段と、を備えている。
このため、判定値の変化率に基づいて好適な閾値が設定されることとなり、近赤外領域の波長のレーザを使用した光学式処理装置において、カラーフィルタを観察・加工した場合でも、オートフォーカスにより画像がぼけるなどの誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光学式処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学式処理装置の本体部の構成を示す模式図である。
【図３】Ｓ信号曲線を示す図である。
【図４】Ｓ信号曲線の閾値の設定変更を説明するための図である。
【図５】ゼロクロス電圧発生回路を示す図である。
【図６】図１の光学式処理装置のレーザ焦点位置検出処理を示すフローチャートである。
【図７】変形例１の光学式処理装置の本体部の構成を示す模式図である。
【図８】変形例２の光学式処理装置の本体部の構成を示す模式図である。
【図９】焦点位置検出原理であるダブルピンホール方式を説明するための図である。
【図１０】Ａ信号電圧、Ｂ信号電圧、Ｓ信号電圧の関係を説明するための図である。
【図１１】青色フィルタ及び緑色フィルタでオートフォーカスを実施した場合のＳ信号電圧の検出波形を示す。
【図１２】赤色フィルタでオートフォーカスを実施した場合のＳ信号電圧の検出波形を示す。
【図１３】誤検出が起こることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、図２における左右方向をＸ方向とし、前後方向をＹ方向とし、上下方向をＺ方向とする。
【００１６】
光学式処理装置１００は、オートフォーカス機構を用いて試料Ｓの表面の観察や加工などを行う装置である。なお、本実施形態においては、光学式処理装置１００として、ピンホール方式の光導入機構を備えた構成を例示する。
具体的に、光学式処理装置１００は、図１、２に示すように、本体部１、試料台２、試料台移動部３、操作部４と、モニタ５、制御部６、等を備えている。
【００１７】
本体部１は、図１、２に示すように、レーザ光源１０、検出部３０、ＣＣＤカメラ４０、レーザ加工光源部５０、集光光学系２０Ａ、観察光学系２０Ｂ、及び加工光学系２０Ｃ、等を備えている。
【００１８】
レーザ光源１０は、例えば、近赤外領域（６８０ｎｍ）の波長のレーザ光を発生する光源であり、集光光学系２０Ａに向けて光を出射する。
【００１９】
集光光学系２０Ａは、レーザ光源１０からの光を試料Ｓの表面に導入する。
集光光学系２０Ａは、第１ハーフミラー２１、第２ハーフミラー２２、コリメータレンズ２３、及び対物レンズ２４を備えて構成されている。
【００２０】
第１ハーフミラー２１は、レーザ光源１０のＺ方向下方に配置され、レーザ光源１０より出射されてＺ方向下向きに進む光をＸ方向左向きに反射させる。
第２ハーフミラー２２は、第１ハーフミラー２１のＸ方向左側に配置され、第１ハーフミラー２１に反射されてＸ方向左向きに進む光を反射してＺ方向下向きに向かわせる。
コリメータレンズ２３は、第２ハーフミラー２２のＺ方向下方に配置され、第２ハーフミラー２２からのレーザ光を平行光として、対物レンズ２４に照射させる。
対物レンズ２４は、試料Ｓに対向して備えられ、コリメータレンズ２３から照射された平行光を収束させて試料Ｓの表面において合焦させる。このとき、対物レンズ２４に対する試料Ｓ表面のＺ方向の位置は、レーザ焦点位置となっている。
【００２１】
また、集光光学系２０Ａは、光導入機構として、試料Ｓの表面で反射された光を検出部３０に導入する。
具体的に、試料Ｓの表面にて反射された光は、対物レンズ２４、コリメータレンズ２３、第２ハーフミラー２２、及び第１ハーフミラー２１を順に透過して、第１ハーフミラー２１のＸ方向右側に配置されたビームスプリッタ２５に入射し、当該ビームスプリッタ２５により２つに分岐されて検出部３０の２つの受光素子３１，３２にて受光されるようになっている。
【００２２】
検出部３０は、試料Ｓの表面からの反射光をピンホール方式による光導入機構（集光光学系２０Ａ）を介して受光する。検出部３０は、２つの受光素子３１，３２と、受光素子３１，３２のそれぞれに備えられたピンホール（図示省略）と、を備え、ビームスプリッタ２５により２つに分岐された光をそれぞれ受光し、その光の光量を検出する。
【００２３】
また、試料Ｓの表面にて反射された光は、図２に示すように、ＣＣＤカメラ４０にも入射されるようになっている。即ち、試料Ｓの表面にて反射され、対物レンズ２４、コリメータレンズ２３を透過してきた光の一部は、第２ハーフミラー２２も透過してＣＣＤカメラ４０に向かうようになっている。
【００２４】
ＣＣＤカメラ４０は、試料Ｓの表面からの反射光に基づいて試料Ｓの表面の画像を撮像し、画像データを取得して制御部６に出力する。ＣＣＤカメラ４０には、観察光学系２０Ｂを介して試料Ｓの表面からの反射光が到達するようになっている。
【００２５】
観察光学系２０Ｂは、ＣＣＤカメラ４０に試料Ｓの表面からの反射光を導入する。
観察光学系２０Ｂは、対物レンズ２４、コリメータレンズ２３、第２ハーフミラー２２、チューブレンズ２６、第３ハーフミラー２７、及び反射ミラー２８を備えて構成されている。
【００２６】
対物レンズ２４、コリメータレンズ２３、及び第２ハーフミラー２２は、試料Ｓの表面で反射された反射光を透過させる。
チューブレンズ２６は、第２ハーフミラー２２のＺ方向上方に配置され、第２ハーフミラー２２から出射してＺ方向上向きに進む光を結像させて、第３ハーフミラー２７に対して出射する。
第３ハーフミラー２７は、チューブレンズ２６のＺ方向上方に配置され、チューブレンズ２６からの光をＸ方向左側に反射させる。
反射ミラー２８は、第３ハーフミラー２７のＸ方向左側に配置され、第３ハーフミラー２７からの光をＺ方向上方に反射させてＣＣＤカメラ４０に向かわせる。
【００２７】
レーザ加工光源部５０は、加工用のレーザ光を試料Ｓの表面に対して出射するものである。例えば、レーザ加工光源部５０は、液晶ワークの欠陥ヵ所を検出しリペアを行うためにレーザ光を照射する。
レーザ加工光源部５０は、例えば、紫外域、可視域、赤外域にわたる広範な波長域を有するレーザ光を出射可能に構成され、修正に適した波長のレーザ光を、波長フィルタ等を介して選択して使用するようになっている。
【００２８】
加工光学系２０Ｃは、レーザ加工光源部５０により照射されたレーザ光を試料Ｓの表面に導入する。加工光学系２０Ｃは、第３ハーフミラー２７、チューブレンズ２６、第２ハーフミラー２２、コリメータレンズ２３、及び対物レンズ２４を備えて構成されている。
従って、レーザ加工光源部５０から出射したレーザ光は、第３ハーフミラー２７、チューブレンズ２６、第２ハーフミラー２２、コリメータレンズ２３、及び対物レンズ２４を順に透過して試料Ｓの表面に到達する。
【００２９】
試料台２は、対物レンズ２４の下方に位置し、その上面に試料Ｓを載置するようになっている。試料台２は、試料台移動部３により垂直方向（Ｚ方向）に移動可能である。
また、試料台２は、ＸＹ駆動機構（図示省略）を備え、水平方向（ＸＹ方向）にも移動可能である。
【００３０】
試料台移動部３は、試料台２をＺ方向に移動可能に支持している。
具体的に、試料台移動部３は、制御部６が出力する制御信号に応じて試料台２をＺ方向に移動させると共に、試料台２のＺ方向における位置（位置座標）を制御部６に出力する。即ち、試料台移動部３により、試料台２と対物レンズ２４との間の相対距離を変化させることで、対物レンズ２４に対する試料Ｓ表面の位置を、レーザ焦点位置に合わせることが可能となっている。
このように、試料台移動部３は、試料台２を対物レンズ２４の光軸に沿って移動させる移動手段として機能している。
なお、対物レンズ２４を当該対物レンズ２４の光軸に沿って移動可能な構成としても良い。
【００３１】
操作部４は、キーボードやマウス等により構成されており、観察などを行う際のユーザによる入力操作を実行させる。操作部４により所定の入力操作がなされると、その入力操作に応じた所定の操作信号が制御部６に出力される。
具体的に、操作部４は、試料Ｓの種類に応じて、ユーザがモード変更を指定する際に利用される。モード変更とは、レーザ焦点位置を最適な位置に自動で決定するモードへの変更である。例えば、赤色フィルタや透明なフィルムのような、レーザ光源の波長を透過する試料（Ｓ信号の検出波形に平坦部が現れる試料（図３（Ｂ）参照））などの観察等を行う場合に、ユーザは、モード変更を行う。
【００３２】
モニタ５は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置により構成されており、ＣＣＤカメラ４０が撮像した試料Ｓの表面の画像や、Ｓ信号の検出波形等を表示することができるようになっている。
【００３３】
制御部６は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、記憶部６３、等を備えて構成され、記憶部６３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の動作を行うための動作制御等を行う機能を有する。
【００３４】
ＣＰＵ６1は、記憶部６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、光学式処理装置１００全体の制御を行う。
【００３５】
ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６1により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
【００３６】
記憶部６３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部６３は、ＣＰＵ６1が光学式処理装置１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
【００３７】
より具体的には、記憶部６３は、例えば、判定値算出プログラム６３ａ、焦点位置検出プログラム６３ｂ、閾値設定プログラム６３ｃ、調整プログラム６３ｄ、変位差記憶部６３ｅ、等を格納している。
【００３８】
判定値算出プログラム６３ａは、例えば、ＣＰＵ６1に、試料台移動部３による試料Ｓの移動時に、一対の受光素子３１，３２がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６1は、試料台移動部３により試料Ｓの位置が移動している際、即ち、対物レンズ２４と試料Ｓとの相対距離が変化している際、受光素子３１，３２がそれぞれ出力する電圧の出力値を合成し、その合成値を判定値として算出する。
この合成値（判定値）は、Ｓ信号として、例えば図３（Ａ）（Ｂ）に示すようなグラフとして算出される。なお、図３（Ａ）は、通常得られるＳ信号であり、図３（Ｂ）は、平坦部が現れた場合のＳ信号を示した一例である。また、図３（Ａ）（Ｂ）において、縦軸は電圧であり、横軸は対物レンズ２４と試料Ｓとの距離である。
ＣＰＵ６1は、かかる判定値算出プログラム６３ａを実行することで、判定値算出手段として機能する。
【００３９】
焦点位置検出プログラム６３ｂは、例えば、ＣＰＵ６1に、判定値算出プログラム６３ａの実行により算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６1は、判定値算出プログラム６３ａの実行により判定値が算出されると、その判定値の大きさ（電圧の大きさ）が所定の閾値に達したか否かを随時判断しており、当該所定の閾値に達した時点での、対物レンズ２４と試料Ｓとの位置を、レーザ焦点位置として検出する。
例えば、図３（Ａ）の例では、ＣＰＵ６1は、縦軸の値（電圧）が所定の閾値である５００［ｍＶ］に達した場合に、その時点の位置である±０［ｍｍ］をレーザ焦点位置として検出する。
また、図３（Ｂ）の例では、モード変更の指定が行われていない場合、ＣＰＵ６1は、縦軸の値（電圧）が所定の閾値である５００［ｍＶ］に達した場合に、その時点の位置である−０．４［ｍｍ］をレーザ焦点位置として検出する。
ＣＰＵ６1は、かかる焦点位置検出プログラム６３ｂを実行することで、焦点位置検出手段として機能する。
【００４０】
閾値設定プログラム６３ｃは、例えば、ＣＰＵ６1に、判定値算出プログラム６３ａの実行により算出される判定値の閾値を設定変更する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ユーザが操作部４によってモード変更を指示した場合、ＣＰＵ６1は、閾値設定プログラム６３ｃを実行し、判定値算出プログラム６３ａにより算出されたＳ信号の変化率に基づいて閾値を設定変更する。
より具体的には、例えば、Ｓ信号の検出波形に平坦部が現れる試料（図３（Ｂ）参照）の測定を行う場合、ユーザは、モード変更を指示する操作を行う。そして、モード変更を指示する操作が行われると、ＣＰＵ６1は、例えば、図４に示すように、Ｓ信号の波形の平坦部が終了した後の一点Ｐを閾値として設定変更する。
従って、図４の例では、ＣＰＵ６1は、上記焦点位置検出プログラム６３ｂを実行し、縦軸の値（電圧）が所定の閾値である６００［ｍＶ］に達した場合に、その時点の位置である０．１［ｍｍ］をレーザ焦点位置として検出する。
【００４１】
ここで、図５に、ゼロクロス電圧発生回路９を示す。
ゼロクロス電圧発生回路９は、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路）９１と、コンパレータ９２と、等から構成されている。
ユーザにより、モード変更が指定された場合、上記閾値設定プログラム６３ｃによって新たな閾値が設定変更され、新たな閾値を指示する指示信号がＤＡＣ９１を介してコンパレータに入力される。コンパレータ９２にはＳ信号が入力されており、コンパレータ９２は、Ｓ信号の値が指定された新たな閾値に達すると、ゼロクロス電圧として出力を切り替える。
ＣＰＵ６1は、かかる閾値設定プログラム６３ｃを実行することで、閾値設定手段として機能する。
【００４２】
調整プログラム６３ｄは、例えば、ＣＰＵ６1に、閾値設定プログラム６３ｃの実行により閾値が設定変更された場合、オートフォーカスを行った際のＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する機能を実現させるプログラムである。
なお、この調整プログラム６３ｄは、ユーザによりモード変更が指定された場合にＣＰＵ６1により実行される。
ユーザによりモード変更が指定された場合、ＣＰＵ６1は、測定前のキャリブレーションによって、判定値算出プログラム６３ａを実行し判定値を算出し、閾値を変更してＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置のズレ量（変位差）を求めて、変位差記憶部６３ｅに記憶しておく。
そして、測定時において、ＣＰＵ６1は、変位差記憶部６３ｅに記憶された変位差分、試料台移動部３により試料Ｓを対物レンズ２４の光軸に沿って移動させることで、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する。
従って、判定値の閾値を変更した場合にも、調整プログラム６３ｄの実行により、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置が補正されることとなる。
ＣＰＵ６1は、かかる調整プログラム６３ｄを実行することで、調整手段として機能する。
【００４３】
変位差記憶部６３ｅは、記憶部として、上記したように、キャリブレーション時に求められた変位差を記憶する。すなわち、モード変更が指定された場合には、変位差記憶部６３ｅには、焦点位置検出プログラム６３ｂの実行により検出されるレーザ焦点位置とＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置との変位差が、測定前のキャリブレーション段階で記憶される。
【００４４】
なお、本実施形態においては、一対の受光素子３１，３２、判定値算出プログラム６３ａ、及び焦点位置検出プログラム６３ｂにより、対物レンズ２４の焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段が構成されている。
また、本実施形態においては、レーザ光源１０、試料台移動部３、自動焦点合わせ手段、及び閾値設定プログラム６３ｃによりオートフォーカス機構が構成されている。
【００４５】
次に、図６を用いて、本発明の光学式処理装置１００のオートフォーカス処理について説明する。
なお、ここでは、ユーザによりモード変更操作が指定されていることとする。
また、下記のステップＳ１及びステップＳ２は、キャリブレーション時の処理であり、ステップＳ３以降は、測定時の処理である。
【００４６】
まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ６1は、受光素子３１，３２がそれぞれ出力する電圧の出力値を合成し、その合成値を判定値として算出する。
次いで、ステップＳ２において、ＣＰＵ６1は、ステップＳ１にて算出した判定値から、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置のズレ量（変位差）を求めて、変位差記憶部６３ｅに記憶する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ６１は、ユーザによりモード変更操作がなされているか否かを判断し、モード変更操作がなされていない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、続くステップＳ４において、予め設定された閾値に達した位置にて、レーザ焦点位置の検出を行い、本処理を終了する。
一方、モード変更操作がなされている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、続くステップＳ５において、ＣＰＵ６1は、上記ステップＳ２において記憶した変位差を用いて、ＣＣＤカメラ４０及び／又はレーザ加工光源部５０の焦点位置の調整を行う。
次いで、ステップＳ６において、ＣＰＵ６1は、閾値を設定変更する。
次いで、ステップＳ７において、ＣＰＵ６1は、判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出し、本処理を終了する。
【００４８】
以上のように、本実施形態の光学式処理装置１００によれば、判定値の変化率に基づいて好適な閾値が設定されることとなり、近赤外領域の波長のレーザを使用した光学式処理装置１００において、カラーフィルタなどの試料Ｓを観察や加工をした場合でも、オートフォーカスにより画像がぼけるなどの誤検出を防止することができる。
【００４９】
また、本実施形態の光学式処理装置１００によれば、変位差を予め記憶する変位差記憶部６３ｅを備え、オートフォーカスを行った際に、変位差記憶部６３ｅに記憶された変位差分、試料台移動部３により試料Ｓを対物レンズ２４の光軸に沿って移動させることで、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する構成である。
このため、閾値を変更した場合にも、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置を補正することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態においては、閾値が設定変更された場合、調整プログラム６３ｄによって、オートフォーカスを行った際のＣＣＤカメラ４０及び／又はレーザ加工光源部５０の焦点位置を調整する構成について説明しているが、これ以外にも、例えば下記の変形例１、２により当該焦点位置を調整することも可能である。
【００５１】
（変形例１）
変形例１では、図７に示すように、調整手段としてＣＣＤカメラ４０及び／又はレーザ加工光源部５０を光軸に沿って移動させる移動機構４１、５１を備えている。
即ち、ＣＣＤカメラ４０とレーザ加工光源部５０とは、この移動機構４１、５１により高さ調整（設置位置の調整）が可能となっており、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の高さ調整を行うことによって、当該ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置を焦点位置検出プログラム６３ｂの実行により検出された位置に一致させることができる。
【００５２】
（変形例２）
変形例２では、図８に示すように、調整手段として観察光学系２０Ｂ及び／又は加工光学系２０Ｃの焦点調節用レンズであるチューブレンズ２６を移動させる移動機構２６１を備えている。
即ち、チューブレンズ２６は、この移動機構２６１によりそれぞれＺ方向の位置調整（設置位置の調整）が可能となっており、チューブレンズ２６の位置調製を行うことによって、ＣＣＤカメラ４０やレーザ加工光源部５０の焦点位置を焦点位置検出プログラム６３ｂの実行により検出された位置に一致させることができる。
ことができる。
【００５３】
また、上記実施形態、及び変形例１、２においては、試料Ｓの表面から反射された光をピンホール方式による光導入機構を介して一対の受光素子３１，３２に導入する構成を例示して説明しているが、ナイフエッジ方式の光導入機構により光が導入されることとしてしても良い。
ナイフエッジ方式では、一対の受光素子として、２分割フォトダイオードが配され、その手前の光路にナイフエッジが配置されている。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、チューブレンズ２６は、第２ハーフミラー２２と第３ハーフミラー２７との間に配置されているが、観察光学系２０Ｂと加工光学系２０Ｃとで別々にチューブレンズを備える構成とすることもできる。即ち、第３ハーフミラー２７と反射ミラー２８との間、及び第３ハーフミラー２７とレーザ加工光源部５０との間に、チューブレンズを備えることとしても良い。
【００５５】
また、上記実施形態においては、光学式処理装置として、ＣＣＤカメラ４０及びレーザ加工光源部５０の両者を備えた構成を例示して説明したが、何れか一方のみを備えた構成であっても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１ 本体部
２ 試料台
３ 試料台移動部（移動手段）
４ 操作部
５ モニタ
６ 制御部
６３ 記憶部
６３ａ 判定値算出プログラム（判定値算出手段）
６３ｂ 焦点位置検出プログラム（焦点位置検出手段）
６３ｃ 閾値設定プログラム（閾値設定手段）
６３ｄ 調整プログラム（調整手段）
６３ｅ 変位差記憶部（記憶部）
１０ レーザ光源
２０Ａ 集光光学系
２０Ｂ 観察光学系
２０Ｃ 加工光学系
２１ 第１ハーフミラー
２２ 第２ハーフミラー
２３ コリメータレンズ
２４ 対物レンズ
２５ ビームスプリッタ
２６ チューブレンズ（焦点調節用レンズ）
２６１ 移動機構
２７ 第３ハーフミラー
２８ 反射ミラー
３０ 検出部
３１，３２ 受光素子
４０ ＣＣＤカメラ（カメラ部）
５０ レーザ加工光源部
４１、５１ 移動機構
１００ 光学式処理装置
Ｓ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対物レンズを介してレーザ光を照射する光源と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させる移動手段と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を、前記移動手段により移動させて前記対物レンズの焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段と、
を備えるオートフォーカス機構において、
前記自動焦点合わせ手段は、
前記試料の表面から反射された光をピンホール方式又はナイフエッジ方式による光導入機構を介して受光する一対の受光素子と、
前記移動手段による前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方の移動時に、前記一対の受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出手段と、
前記判定値算出手段により算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する焦点位置検出手段と、を備え、
前記判定値算出手段により算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定手段を備えることを特徴とするオートフォーカス機構。
【請求項２】
請求項１記載のオートフォーカス機構を備える光学式処理装置であって、
前記試料の表面の観察像を結像するカメラ部及び／又は前記試料の表面をレーザ加工するためのレーザ加工光源部と、
前記試料の表面で反射された反射光を前記前記カメラ部に導くための観察光学系及び／又は前記レーザ加工光源部により照射されたレーザ光を前記試料の表面に導くための加工光学系と、
前記閾値設定手段により前記閾値が設定変更された場合、オートフォーカスを行った際の前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする光学式処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、
前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部を光軸に沿って移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする請求項２に記載の光学式処理装置。
【請求項４】
前記調整手段は、
前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズを移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズの設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする請求項２に記載の光学式処理装置。
【請求項５】
前記調整手段は、
前記焦点位置検出手段で検出されるレーザ焦点位置と前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置との変位差を予め記憶する記憶部を備え、
オートフォーカスを行った際に、前記記憶部に記憶された前記変位差分、前記移動手段により前記試料もしくは対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させることで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整することを特徴とする請求項２に記載の光学式処理装置。
【請求項１】
試料に対物レンズを介してレーザ光を照射する光源と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させる移動手段と、
前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方を、前記移動手段により移動させて前記対物レンズの焦点合わせを行う自動焦点合わせ手段と、
を備えるオートフォーカス機構において、
前記自動焦点合わせ手段は、
前記試料の表面から反射された光をピンホール方式又はナイフエッジ方式による光導入機構を介して受光する一対の受光素子と、
前記移動手段による前記試料もしくは前記対物レンズの少なくとも一方の移動時に、前記一対の受光素子がそれぞれ出力する出力値に基づいて所定の演算により判定値を算出する判定値算出手段と、
前記判定値算出手段により算出された判定値が所定の閾値に達した位置を、レーザ焦点位置として検出する焦点位置検出手段と、を備え、
前記判定値算出手段により算出される判定値の閾値を設定変更する閾値設定手段を備えることを特徴とするオートフォーカス機構。
【請求項２】
請求項１記載のオートフォーカス機構を備える光学式処理装置であって、
前記試料の表面の観察像を結像するカメラ部及び／又は前記試料の表面をレーザ加工するためのレーザ加工光源部と、
前記試料の表面で反射された反射光を前記前記カメラ部に導くための観察光学系及び／又は前記レーザ加工光源部により照射されたレーザ光を前記試料の表面に導くための加工光学系と、
前記閾値設定手段により前記閾値が設定変更された場合、オートフォーカスを行った際の前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする光学式処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、
前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部を光軸に沿って移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする請求項２に記載の光学式処理装置。
【請求項４】
前記調整手段は、
前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズを移動させる移動機構を備え、
前記移動機構により前記観察光学系及び／又は加工光学系の焦点調節用レンズの設置位置を調整することで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を前記焦点位置検出手段で検出された位置に一致させることを特徴とする請求項２に記載の光学式処理装置。
【請求項５】
前記調整手段は、
前記焦点位置検出手段で検出されるレーザ焦点位置と前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置との変位差を予め記憶する記憶部を備え、
オートフォーカスを行った際に、前記記憶部に記憶された前記変位差分、前記移動手段により前記試料もしくは対物レンズの少なくとも一方を前記対物レンズの光軸に沿って移動させることで、前記カメラ部及び／又は前記レーザ加工光源部の焦点位置を調整することを特徴とする請求項２に記載の光学式処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５７６６１（Ｐ２０１１−２５７６６１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３５３７（Ｐ２０１０−１３３５３７）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]