フォーカス調整装置及び方法
【課題】高速なフォーカス調整が求められる場合においても対応可能なフォーカス調整装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系１６と、成形光学系１６からの円環状ビームを被検体２へ照射する対物レンズ１９と、被検体２からの戻り光を受光する受光素子２１と、受光素子２１により受光された戻り光のビーム形状に基づいて被検体との間でフォーカス調整を行うフォーカス調整部２３、２４とを備える。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系１６と、成形光学系１６からの円環状ビームを被検体２へ照射する対物レンズ１９と、被検体２からの戻り光を受光する受光素子２１と、受光素子２１により受光された戻り光のビーム形状に基づいて被検体との間でフォーカス調整を行うフォーカス調整部２３、２４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に光を照射し、その戻り光を受光してフォーカス調整を行うフォーカス調整装置及び方法に関し、特に通常のコントラスト法と比較してより高速にフォーカス調整を行う際に好適なフォーカス調整装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コントラスト法に基づいてＡＦ（オートフォーカス）制御を行うフォーカス調整装置、またこれを適用したカメラが知られている。コントラスト法では、被写体をＣＣＤ等の撮像素子で撮像して画像信号を生成し、この生成した画像信号から所定エリア内の空間周波数帯域の成分を抽出し、その絶対値を積分することで焦点評価値を算出する。この算出した焦点評価値は、焦点検出エリアのコントラストに対応しているため、焦点評価値が高くなるにつれてコントラストそのものが高くなる。像のコントラストは、合焦レンズが合焦位置に近いほど高くなるため、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を合焦位置と判断することが可能となる。このため、かかる焦点評価値のピーク位置を見つけて合焦レンズをフォーカスすることで、被写体に精度よく合焦させることができる。
【０００３】
このようなコントラスト法を利用した技術としては、例えば特許文献１に示すようなレンズ制御システムが提案されている。一般的に被写体を撮像するカメラに対してフォーカス調整機能を持たせる場合には、上述コントラスト法により、合焦時間が５００ミリ秒程度であっても、ユーザに対してそれほど違和感を感じさせることはない。
【０００４】
これに対して、このようなカメラとしての使用ではなく、例えばベルトコンベア上で搬送される多数の被検体の個々につき画像処理を通じて検査する検査装置としての使用の場合、瞬時のフォーカス調整を実現する必要があり、一般的には５０ミリ秒程度の合焦時間で行う必要がある。しかしながら、上述したコントラスト法では、かかる５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整が困難であるため、ベルトコンベア上で搬送される個々の被検体に対して合焦させることができず、高速な被検体検査を行うことができないという問題点があった。
【０００５】
また、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させる必要もあった。
【０００６】
また、特にレンズ等を始めとした光学部品からなる被検体を検査する場合に、係る被検体上に形成された微細な疵も合焦時に様々な影響を及ぼすものとなる。このため、高速なフォーカス調整を行う上で、かかる微細な疵も高精度に検出した上で、これに応じた合焦を実現する必要もあった。
【０００７】
なお、従来技術としては、例えば特許文献２のレーザ加工方法の発明において実際に自動焦点合わせを行う技術も開示されているが、上述した問題点を解決しえるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８００４８号公報
【特許文献２】特開２００８−８７０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、例えばベルトコンベア上で搬送される多数の被検体の個々につき画像処理を通じて検査する場合等のように、５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整が求められる場合においても対応可能なフォーカス調整装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
また本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う際に、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させることが可能なフォーカス調整装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係るフォーカス調整装置は、レーザ光を出射する光源と、上記光源から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系と、上記成形光学系からの円環状ビームを被検体へ照射する照射光学系と、上記被検体からの戻り光を受光する受光手段と、上記受光手段により受光された戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うフォーカス調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係るフォーカス調整装置は、請求項１記載の発明において、上記成形光学系は、上記光源から出射されたレーザ光の光軸上において円錐部同士が対向するように並設された一対のアキシコンレンズからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の非連続点を識別し、その識別した非連続点に基づいて上記被検体表面に形成された段差部の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の屈曲点を識別し、その識別した屈曲点に基づいて上記被検体表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に係るフォーカス調整方法は、光源からレーザ光を出射し、上記出射したレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形し、上記円環状ビームを被検体へ照射し、上記被検体からの戻り光を受光し、上記受光した戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述の如き構成からなる本発明によれば、被検体に対するフォーカス調整をコントラスト法と比較してより高速に行うことが可能となり、５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整を行うことが可能となる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う際に、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させることができる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う上で、微細な疵も高精度に検出した上で、これに応じた合焦を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用したフォーカス調整装置のブロック構成図である。
【図２】本発明を適用したフォーカス調整装置の他のブロック構成図である。
【図３】実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を、合焦時ビーム形状を基準として識別する場合について説明するための図である。
【図４】実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別する場合について説明するための図である。
【図５】円環ビーム形状の輪郭の非連続点に基づいて段差を識別する例について説明するための図である。
【図６】円環形状に形成された屈曲点の位置に基づいて被検体表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別する例を示す図である。
【図７】本発明を適用したフォーカス調整装置の更なる他のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明を適用したフォーカス調整装置１のブロック構成を示している。このフォーカス調整装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源１１と、このレーザ光源１１から出射されたレーザ光のビーム径を拡径する凹レンズ１２と、凹レンズ１２により拡径されたレーザ光を平行光とする凸レンズ１３と、この凸レンズ１３を通過するレーザ光の光路中に配設された第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５とから構成され、レーザ光を円環状のビームに成形する成形光学系１６と、成形光学系により成形された円環状ビームの光路中に配設されたビームスプリッタ１８と、このビームスプリッタ１８からの円環状ビームを被検体２上に集光させる対物レンズ１９と、被検体２を反射してビームスプリッタ１８を透過した戻り光の光路中に配設されたチューブレンズ２０と、チューブレンズ２０により集光された戻り光を受光する受光素子２１とを備えている。
【００２２】
また、この受光素子２１は、制御部２２に電気的に接続され、更にこの制御部２２は、チューブレンズ２０を介してフォーカス調整を実現するための第１のフォーカス調整部２３と、対物レンズ１９を介してフォーカス調整を実現するための第２のフォーカス調整部２４とに接続されている。
【００２３】
ちなみに、このフォーカス調整装置１は、被検体２を画像処理を介して検査するための検査装置等に対して実装される場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、被写体を撮像するカメラ等、フォーカス調整が必要となるいかなる機器に対して適用されるものであってもよい。
【００２４】
被検体２は、本発明を適用したフォーカス調整装置１によるフォーカス調整の対象となるものであって、仮にフォーカス調整装置１が検査装置に実装される場合には、その検査装置による検査対象になる。かかる場合において、被検体２は、例えばベルトコンベア等を介して搬送されてくるものであってもよく、フォーカス制御装置１は、そのベルトコンベア上の個々の被検体２に対してフォーカス調整を行っていくことになる。
【００２５】
光源１１は、図示しないホルダに取り付けられ、例えば重水素ランプ（Ｄ2ランプ）やタングステンランプ等を用いるようにしてもよいし、半導体レーザを使用するようにしてもよい。光源１１から出射されるレーザ光の波長は、いかなるものであってもよいが、赤外帯域や紫外帯域といった可視帯域以外の波長のみを含むレーザ光を使用するようにしてもよい。なお、本発明では、光源１１としてレーザ光を発光するものに限定されるものではなく、通常の光を発光するものであってもよいが、以下の説明においてはレーザ光が発光された場合を例にとり説明をする。
【００２６】
凹レンズ１２は、光源１１から出射されたレーザ光が最初に入射する光学部品であり、当該レーザ光が拡散光線として伝播するように光を屈折させるものである。この凹レンズ１２を通過したレーザ光は、ビーム径がより拡大された状態で凸レンズ１３へと入射する。
【００２７】
凸レンズ１３は、拡散光線として伝播されてきたレーザ光の光路上に配設され、当該レーザ光を屈折させることによりこれを平行光線に変換する。凸レンズ１３を通過したレーザ光は、成形光学系１６へと導かれる。
【００２８】
成形光学系１６を構成する第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５は、それぞれ円錐面を有する円錐部１４ａ、１５ａと、円筒部１４ｂ、１５ｂとから構成される。第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５は、光源１１からの光を光軸上の直線像に変換する軸対称面を備えた光学素子である。これら一対の第１のアキシコンレンズ１４並びに第２のアキシコンレンズ１５は、光源１１から出射されたレーザ光の光軸上において円錐部１４ａ、１５ａの先端同士が対向するように並設される。これにより、凸レンズ１３からの平行光を第１のアキシコンレンズ１４の円筒部１４ｂ側から入射させると、入射した光が円錐部１４ａの斜面及び頂点から射出される際にリング状に集光されて、リング状のビームが形成される。リング状のビームは、第２のアキシコンレンズ１５の円錐部１５ａから入射して、円環状ビームとされ、第２のアキシコンレンズ１５の円筒部１５ｂ側から射出される。
【００２９】
なお、成形光学系１６は、上述した一対のアキシコンレンズ１４、１５を介して平行光を円環状ビームに変換できるものであればいかなる部品、系で構成されていてもよい。
【００３０】
ちなみに、この成形光学系１６の例としては、このような一対のアキシコンレンズ１４、１５を用いる場合に限定されるものではなく、例えば円環状のビームが透過可能なようにマスクパターンが施されたマスクを用いてもよいし、所定のビームモードに変換可能な偏光子を用いるようにしてもよい。この偏光子としては、アジマス偏光に変換可能な偏光子、或いはラディアル偏光に変換可能な位相素子を用いるようにしてもよい。また，成形光学系を使わず，TEM01モードを発信するレーザ光源を使用してもよい。
【００３１】
凹レンズ１７は、この成形光学系１６を通過した円環状ビームの径を若干調整するものであれば足り、その曲面は緩やかなものであってもよい。この凹レンズ１７は、あくまで成形光学系１６を構成する第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５と相俟って、被検体２に対して照射する円環状ビームが当該被検体２上で、或いは被検体２に到達する前にフォーカスしないようにするために設けられたものである。このため、成形光学系１６における第２のアキシコンレンズ１５の光軸方向の位置を調整するのみで円環状ビームが被検体２上で又はその到達前にフォーカスするのを防止できるのであれば、この凹レンズ１７の構成を省略するようにしてもよい。
【００３２】
ビームスプリッタ１８は、凹レンズ１７から入射されてくる円環状ビームをそのまま直線状に透過させ、また被検体２の方向に屈折させる。またこのビームスプリッタ１８は、被検体２からの戻り光をそのまま直線状に透過させ、またその戻り光を折り曲げる。このとき、ビームスプリッタ１８に入射する光のうち、１／２が直線状に透過し、１／２が折り曲げられるものとしたとき、円環状ビームが被検体２を反射し、その戻り光が受光素子２１側へと出射する割合は、当初の1／４の割合となる。
【００３３】
対物レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの円環状ビームを被検体２上に集光させる。このとき対物レンズ１９は、被検体２に対して照射される円環状ビームが被検体２上で、またこれに到達する前に合焦することなく、あくまで円環状のままのビーム形状で照射されるように、予め被検体２との距離が調整されている。
【００３４】
また、この対物レンズ１９は、フォーカス調整部２４による制御の下で、被検体２に対する距離が自在に調整可能とされている。また、この対物レンズ１９は、フォーカス調整部２４による制御の下、被検体２に対する傾斜角度等も調整可能とされていてもよい。
【００３５】
チューブレンズ２０は、ビームスプリッタ１８を直線状に通過した戻り光が入射される。このチューブレンズ２０は、入射されてくる戻り光を集光し、これを受光素子２１へ結像させる。この受光素子２１上に結像させる際には、受光素子２１に到達する前に合焦してしまうのを防止できるような位置にチューブレンズ２０が設けられていることが望ましい。
【００３６】
受光素子２１は、チューブレンズ２０によって結像された戻り光を受光して光電変換する。この光電変換された信号は、制御部２２に送られる。ちなみに、この受光素子２１は、円環状ビームからなる戻り光の平面的な形状をも識別することができるように、２次元的に規則的に配列されていることが望ましい。
【００３７】
制御部２２は、少なくともＣＰＵ(Central Processing Unit)を有する制御ユニットとして構成されていればよいが、外付けのＰＣ（パーソナルコンピュータ）等で具体化されるものであってもよい。この制御部２２は、受光素子２１から送信されてくる電気信号に含まれる、戻り光のビーム形状を識別する。この制御部２２は、識別した戻り光のビーム形状に基づいて、第１のフォーカス調整部２３及び／又は第２のフォーカス調整部２４に対して、実際にフォーカス調整を行うための制御信号を送信する。このとき、制御部２２は、得られた戻り光のビーム形状を図示しない画像表示装置を介して表示させるようにしてもよい。
【００３８】
第１のフォーカス調整部２３は、制御部２２から送信されてきた制御信号に基づいて、チューブレンズ２０を光軸方向へ移動させることによりフォーカス調整を行う。
【００３９】
また、第２のフォーカス調整部２４は、制御部２２から送信されてきた制御信号に基づいて、対物レンズ１９を光軸方向へ移動させることによりフォーカス調整を行う。このとき第２のフォーカス調整部２４は、受信した制御信号に基づいて、対物レンズ１９を被検体２に対して傾けるための制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
ちなみに、制御部２２、第１のフォーカス調整部２３、第２のフォーカス調整部２４を独立した構成要素として捉えてもよいが、概念的にはこれらを一まとめにしてフォーカス調整手段として捉えるようにしてもよい。
【００４１】
なお本発明を適用したフォーカス調整装置１は、例えば図２に示すような形態で具体化されるものであってもよい。この図２の構成では、先ず凹レンズ１２と、凸レンズ１３との間にポラライザ３０を挿入する。成形光学系１６と、凹レンズ１７との間に１／２波長板３１を設けている。また、図１でいうビームスプリッタ１８の代替として、偏光ビームスプリッタ３３で構成し、かかる偏光ビームスプリッタ３３と、対物レンズ１９との間に、１／４波長板３２を配設している。
【００４２】
ポラライザ３０は、光源１１から出射された、各種偏光成分が混合した状態にあるレーザ光のうち、直線偏光成分のみを通過させる。また１／２波長板３１は、直線偏光成分の方向を所定の方向（例えばＰ波）に回転させる。
【００４３】
１／４波長板３２は、通過する光ビームに１／４波長の位相差を与える。すなわち、この１／４波長板３２は、入射した往路の光ビームを直線偏光（Ｐ波）から円偏光に変換し、被検体２で反射された復路の光ビームを円偏光から直線偏光（Ｓ波）に変換する。
【００４４】
また偏光ビームスプリッタ３３は、Ｐ波とされて入射した光ビームを被検体２側へ導くとともに、被検体２側からＳ波として入射されてくる戻り光をそのまま透過させる。
【００４５】
このような図２の構成からなるフォーカス調整装置１によれば、光源１１から出射されるレーザ光の偏光成分が各種混合したものであっても、より高い光効率を以って受光素子２１により電気信号に変換することが可能となる。
【００４６】
次に、本発明を適用したフォーカス調整装置１の動作について説明をする。
【００４７】
フォーカス調整装置１として図１の構成を例にとると、先ず光源１１から出射されたレーザ光は、凹レンズ１２によって拡径され、凸レンズ１３によって平行光とされた上で成形光学系１６により円環状ビームとされる。この円環状ビームは、凹レンズ１７によりビーム径が若干調整された上でビームスプリッタ１８を介して光路が折り曲げられ、対物レンズ１９により集光されて被検体２上に照射される。この被検体２上に照射された円環状ビームは、被検体２上を反射し、対物レンズ１９を介してビームスプリッタ１８へと導かれる。
【００４８】
このとき、戻り光の一部は、ビームスプリッタ１８を通過し、チューブレンズ２０を介して受光素子２１上に結像され、光電変換される。光電変換によって得られた電気信号は、制御部２２へと送られることになる。このとき、制御部２２は、得られた電気信号を介して実際に受光素子２１上に結像された戻り光のビーム形状を取得することが可能となる。
【００４９】
ちなみに制御部２２は、予め合焦時において受光素子２１において結像されるであろう円環状ビームのパターンを取得しているものとする。この合焦時における円環状ビームの形状を図３(a)に示すように、合焦時ビーム形状という。そして、この制御部２２は、新たに取得した戻り光のビーム形状を、合焦時ビーム形状を基準として比較を行う。具体的には、制御部２２は、実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を、合焦時ビーム形状を基準として識別する。そして制御部２２は、その識別結果に基づいてフォーカス調整を行うべく、第１のフォーカス調整部２３、第２のフォーカス調整部２４に対して制御信号を送信する。
【００５０】
実際に図３(b)に示すように新たに取得した戻り光の円環形状が、合焦時ビーム形状を基準とした場合に、より小径だった場合には、対物レンズ１９と被検体２との間の距離が長いために合焦できない場合を示している。このため、かかる場合には、合焦時ビームパターンと同径となるまで、対物レンズ１９を被検体２に対して近づける動作を行う。
【００５１】
また図３(c)に示すように新たに取得した戻り光の円環形状が、合焦時ビーム形状を基準とした場合に、より大径だった場合には、対物レンズ１９と被検体２との間の距離が短いために合焦できない場合を示している。このため、かかる場合には、合焦時ビームパターンと同径となるまで、対物レンズ１９を被検体２に対して遠ざける動作を行う。
【００５２】
また本発明によれば、図４に示すように、合焦時ビーム形状と比較して、被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。仮に被検体２が対物レンズ１９に対して傾いている場合には、円環形状からなるビーム形状は、楕円形状に歪曲してしまい、また、その円環の幅ｘ、ｙも偏りが生じてしまう。ちなみに、この円環の歪曲方向や、その幅の偏りが生じる方向は、被検体２の対物レンズ１９に対する傾きに対応したものである。また、実際に被検体２が対物レンズ１９に対してどの程度傾いているかは、円環の歪曲度合や、円環の幅ｘ、ｙの大きさ、比率等から識別することができる。特にこの円環の幅ｘ、ｙの比率から、その被検体２の傾きをより定量的に求めることが可能となる。
【００５３】
そして、この戻り光の円環形状の歪曲方向や歪曲度合を識別することで、実際に対物レンズ１９が被検体２にどの方向でどの程度傾いているかを識別し、その識別結果に基づいて対物レンズ１９を被検体２に対して傾ける動作を行う。このとき、被検体２から戻り光の円環形状を随時識別することにより、合焦時ビーム形状との間でどの程度の形状上の差異があるかを判別し、その判別結果に応じて対物レンズ１９への動作を修正するようにしてもよい。
【００５４】
また、図５(a)に示すように表面がフラットな被検体２の場合には、得られる円環形状は何れも連続した輪郭を持つものとして現れる。合焦時ビーム形状は、この図５(a)に示すように、ｚ軸方向がフラットな被検体２をターゲットにし、予め取得したものとしている。
【００５５】
これに対して、図５(b)に示すように、被検体２がｚ軸方向において段差が存在する場合には、得られる円環ビーム形状の輪郭が非連続なものとして形成される。このため制御部２２は、被検体２からの実際の戻り光の円環形状の非連続点を識別し、その識別した非連続点に基づいて被検体表面に形成された段差部の位置及び／又は形状を判別するようにしてもよい。そして、この判別結果に基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００５６】
ちなみに、この非連続点におけるズレ量ｙを定量的に判別することにより、かかる段差部における具体的な段差も識別することができ、これに基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００５７】
更に本発明によれば、例えば図６に示すように、被検体２の表面において欠陥が形成されている場合には、当該欠陥の形成されている位置において戻り光の円環形状に屈曲点が形成される。この屈曲点の位置を識別し、その識別した結果に基づいて被検体２表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００５８】
上述の如き構成からなる本発明によれば、被検体２に対するフォーカス調整をコントラスト法と比較してより高速に行うことが可能となり、５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整を行うことが可能となる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う際に、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させることができる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う上で、微細な疵も高精度に検出した上で、これに応じた合焦を実現することが可能となる。
【００５９】
なお本発明は、例えば赤外光を用いてフォーカス調整を行うようにしてもよく、観察像に影響を及ぼすことなく高速に焦点位置を制御することが可能となる。
【００６０】
また、本発明は、上述したフォーカス調整装置に限定されるものではなく、被検体の形状測定装置として具体化されるものであってもよい。この形状測定装置への応用を考える場合には、第１のフォーカス調整部２３、第２のフォーカス調整部２４の構成を省略するようにしてもよい。
【００６１】
かかる場合において、制御部２２は、受光素子２１において受光された戻り光のビーム形状の各部の寸法に応じた数値を計算し、これをディスプレイ等を初めとした図示しない表示装置へ出力する。戻り光のビーム形状の各部の寸法に応じた数値とは、例えば、図４でいうところのｘとｙの比率等いかなるものであってもよい。
【００６２】
また図７は、他の実施の形態を示している。この形態では、成形光学系１６を構成する第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５の代替として、マスク４３が描かれたガラス板４５を配設するようにしてもよい。このガラス板４５に描かれたマスク４３のパターンは、図７に示すように中心に円が塗りつぶされてなるとともに、その円を中心とした輪状の太線が描かれている。このような形のマスク４３を通過した光は、上述したアキシコンレンズ１４、１５を通過したときと同様の円環形状のビームとすることが可能となる。
【００６３】
また本発明は、第３のフォーカス調整装置２５が設けられていてもよい。この第３のフォーカス調整装置２５は、被検体２を移動させることにより対物レンズ１９との距離を調整するものである。この第３のフォーカス調整装置２５を、第１のフォーカス調整装置２３、第２のフォーカス調整装置２４との関係において自在に調整するようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６４】
１ フォーカス調整装置
２ 被検体
１１ レーザ光源
１２、１７ 凹レンズ
１３ 凸レンズ
１４ 第１のアキシコンレンズ
１５ 第２のアキシコンレンズ
１６ 成形光学系
１８ ビームスプリッタ
１９ 対物レンズ
２０ チューブレンズ
２１ 受光素子
２２ 制御部
２３ 第１のフォーカス調整部
２４ 第２のフォーカス調整部
３０ ポラライザ
３１ １／２波長板
３２ １／４波長板
３３ 偏光ビームスプリッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に光を照射し、その戻り光を受光してフォーカス調整を行うフォーカス調整装置及び方法に関し、特に通常のコントラスト法と比較してより高速にフォーカス調整を行う際に好適なフォーカス調整装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コントラスト法に基づいてＡＦ（オートフォーカス）制御を行うフォーカス調整装置、またこれを適用したカメラが知られている。コントラスト法では、被写体をＣＣＤ等の撮像素子で撮像して画像信号を生成し、この生成した画像信号から所定エリア内の空間周波数帯域の成分を抽出し、その絶対値を積分することで焦点評価値を算出する。この算出した焦点評価値は、焦点検出エリアのコントラストに対応しているため、焦点評価値が高くなるにつれてコントラストそのものが高くなる。像のコントラストは、合焦レンズが合焦位置に近いほど高くなるため、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を合焦位置と判断することが可能となる。このため、かかる焦点評価値のピーク位置を見つけて合焦レンズをフォーカスすることで、被写体に精度よく合焦させることができる。
【０００３】
このようなコントラスト法を利用した技術としては、例えば特許文献１に示すようなレンズ制御システムが提案されている。一般的に被写体を撮像するカメラに対してフォーカス調整機能を持たせる場合には、上述コントラスト法により、合焦時間が５００ミリ秒程度であっても、ユーザに対してそれほど違和感を感じさせることはない。
【０００４】
これに対して、このようなカメラとしての使用ではなく、例えばベルトコンベア上で搬送される多数の被検体の個々につき画像処理を通じて検査する検査装置としての使用の場合、瞬時のフォーカス調整を実現する必要があり、一般的には５０ミリ秒程度の合焦時間で行う必要がある。しかしながら、上述したコントラスト法では、かかる５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整が困難であるため、ベルトコンベア上で搬送される個々の被検体に対して合焦させることができず、高速な被検体検査を行うことができないという問題点があった。
【０００５】
また、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させる必要もあった。
【０００６】
また、特にレンズ等を始めとした光学部品からなる被検体を検査する場合に、係る被検体上に形成された微細な疵も合焦時に様々な影響を及ぼすものとなる。このため、高速なフォーカス調整を行う上で、かかる微細な疵も高精度に検出した上で、これに応じた合焦を実現する必要もあった。
【０００７】
なお、従来技術としては、例えば特許文献２のレーザ加工方法の発明において実際に自動焦点合わせを行う技術も開示されているが、上述した問題点を解決しえるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８００４８号公報
【特許文献２】特開２００８−８７０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、例えばベルトコンベア上で搬送される多数の被検体の個々につき画像処理を通じて検査する場合等のように、５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整が求められる場合においても対応可能なフォーカス調整装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
また本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う際に、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させることが可能なフォーカス調整装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係るフォーカス調整装置は、レーザ光を出射する光源と、上記光源から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系と、上記成形光学系からの円環状ビームを被検体へ照射する照射光学系と、上記被検体からの戻り光を受光する受光手段と、上記受光手段により受光された戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うフォーカス調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係るフォーカス調整装置は、請求項１記載の発明において、上記成形光学系は、上記光源から出射されたレーザ光の光軸上において円錐部同士が対向するように並設された一対のアキシコンレンズからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の非連続点を識別し、その識別した非連続点に基づいて上記被検体表面に形成された段差部の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係るフォーカス調整装置は、請求項１又は２記載の発明において、上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の屈曲点を識別し、その識別した屈曲点に基づいて上記被検体表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に係るフォーカス調整方法は、光源からレーザ光を出射し、上記出射したレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形し、上記円環状ビームを被検体へ照射し、上記被検体からの戻り光を受光し、上記受光した戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述の如き構成からなる本発明によれば、被検体に対するフォーカス調整をコントラスト法と比較してより高速に行うことが可能となり、５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整を行うことが可能となる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う際に、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させることができる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う上で、微細な疵も高精度に検出した上で、これに応じた合焦を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用したフォーカス調整装置のブロック構成図である。
【図２】本発明を適用したフォーカス調整装置の他のブロック構成図である。
【図３】実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を、合焦時ビーム形状を基準として識別する場合について説明するための図である。
【図４】実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別する場合について説明するための図である。
【図５】円環ビーム形状の輪郭の非連続点に基づいて段差を識別する例について説明するための図である。
【図６】円環形状に形成された屈曲点の位置に基づいて被検体表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別する例を示す図である。
【図７】本発明を適用したフォーカス調整装置の更なる他のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明を適用したフォーカス調整装置１のブロック構成を示している。このフォーカス調整装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源１１と、このレーザ光源１１から出射されたレーザ光のビーム径を拡径する凹レンズ１２と、凹レンズ１２により拡径されたレーザ光を平行光とする凸レンズ１３と、この凸レンズ１３を通過するレーザ光の光路中に配設された第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５とから構成され、レーザ光を円環状のビームに成形する成形光学系１６と、成形光学系により成形された円環状ビームの光路中に配設されたビームスプリッタ１８と、このビームスプリッタ１８からの円環状ビームを被検体２上に集光させる対物レンズ１９と、被検体２を反射してビームスプリッタ１８を透過した戻り光の光路中に配設されたチューブレンズ２０と、チューブレンズ２０により集光された戻り光を受光する受光素子２１とを備えている。
【００２２】
また、この受光素子２１は、制御部２２に電気的に接続され、更にこの制御部２２は、チューブレンズ２０を介してフォーカス調整を実現するための第１のフォーカス調整部２３と、対物レンズ１９を介してフォーカス調整を実現するための第２のフォーカス調整部２４とに接続されている。
【００２３】
ちなみに、このフォーカス調整装置１は、被検体２を画像処理を介して検査するための検査装置等に対して実装される場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、被写体を撮像するカメラ等、フォーカス調整が必要となるいかなる機器に対して適用されるものであってもよい。
【００２４】
被検体２は、本発明を適用したフォーカス調整装置１によるフォーカス調整の対象となるものであって、仮にフォーカス調整装置１が検査装置に実装される場合には、その検査装置による検査対象になる。かかる場合において、被検体２は、例えばベルトコンベア等を介して搬送されてくるものであってもよく、フォーカス制御装置１は、そのベルトコンベア上の個々の被検体２に対してフォーカス調整を行っていくことになる。
【００２５】
光源１１は、図示しないホルダに取り付けられ、例えば重水素ランプ（Ｄ2ランプ）やタングステンランプ等を用いるようにしてもよいし、半導体レーザを使用するようにしてもよい。光源１１から出射されるレーザ光の波長は、いかなるものであってもよいが、赤外帯域や紫外帯域といった可視帯域以外の波長のみを含むレーザ光を使用するようにしてもよい。なお、本発明では、光源１１としてレーザ光を発光するものに限定されるものではなく、通常の光を発光するものであってもよいが、以下の説明においてはレーザ光が発光された場合を例にとり説明をする。
【００２６】
凹レンズ１２は、光源１１から出射されたレーザ光が最初に入射する光学部品であり、当該レーザ光が拡散光線として伝播するように光を屈折させるものである。この凹レンズ１２を通過したレーザ光は、ビーム径がより拡大された状態で凸レンズ１３へと入射する。
【００２７】
凸レンズ１３は、拡散光線として伝播されてきたレーザ光の光路上に配設され、当該レーザ光を屈折させることによりこれを平行光線に変換する。凸レンズ１３を通過したレーザ光は、成形光学系１６へと導かれる。
【００２８】
成形光学系１６を構成する第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５は、それぞれ円錐面を有する円錐部１４ａ、１５ａと、円筒部１４ｂ、１５ｂとから構成される。第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５は、光源１１からの光を光軸上の直線像に変換する軸対称面を備えた光学素子である。これら一対の第１のアキシコンレンズ１４並びに第２のアキシコンレンズ１５は、光源１１から出射されたレーザ光の光軸上において円錐部１４ａ、１５ａの先端同士が対向するように並設される。これにより、凸レンズ１３からの平行光を第１のアキシコンレンズ１４の円筒部１４ｂ側から入射させると、入射した光が円錐部１４ａの斜面及び頂点から射出される際にリング状に集光されて、リング状のビームが形成される。リング状のビームは、第２のアキシコンレンズ１５の円錐部１５ａから入射して、円環状ビームとされ、第２のアキシコンレンズ１５の円筒部１５ｂ側から射出される。
【００２９】
なお、成形光学系１６は、上述した一対のアキシコンレンズ１４、１５を介して平行光を円環状ビームに変換できるものであればいかなる部品、系で構成されていてもよい。
【００３０】
ちなみに、この成形光学系１６の例としては、このような一対のアキシコンレンズ１４、１５を用いる場合に限定されるものではなく、例えば円環状のビームが透過可能なようにマスクパターンが施されたマスクを用いてもよいし、所定のビームモードに変換可能な偏光子を用いるようにしてもよい。この偏光子としては、アジマス偏光に変換可能な偏光子、或いはラディアル偏光に変換可能な位相素子を用いるようにしてもよい。また，成形光学系を使わず，TEM01モードを発信するレーザ光源を使用してもよい。
【００３１】
凹レンズ１７は、この成形光学系１６を通過した円環状ビームの径を若干調整するものであれば足り、その曲面は緩やかなものであってもよい。この凹レンズ１７は、あくまで成形光学系１６を構成する第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５と相俟って、被検体２に対して照射する円環状ビームが当該被検体２上で、或いは被検体２に到達する前にフォーカスしないようにするために設けられたものである。このため、成形光学系１６における第２のアキシコンレンズ１５の光軸方向の位置を調整するのみで円環状ビームが被検体２上で又はその到達前にフォーカスするのを防止できるのであれば、この凹レンズ１７の構成を省略するようにしてもよい。
【００３２】
ビームスプリッタ１８は、凹レンズ１７から入射されてくる円環状ビームをそのまま直線状に透過させ、また被検体２の方向に屈折させる。またこのビームスプリッタ１８は、被検体２からの戻り光をそのまま直線状に透過させ、またその戻り光を折り曲げる。このとき、ビームスプリッタ１８に入射する光のうち、１／２が直線状に透過し、１／２が折り曲げられるものとしたとき、円環状ビームが被検体２を反射し、その戻り光が受光素子２１側へと出射する割合は、当初の1／４の割合となる。
【００３３】
対物レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの円環状ビームを被検体２上に集光させる。このとき対物レンズ１９は、被検体２に対して照射される円環状ビームが被検体２上で、またこれに到達する前に合焦することなく、あくまで円環状のままのビーム形状で照射されるように、予め被検体２との距離が調整されている。
【００３４】
また、この対物レンズ１９は、フォーカス調整部２４による制御の下で、被検体２に対する距離が自在に調整可能とされている。また、この対物レンズ１９は、フォーカス調整部２４による制御の下、被検体２に対する傾斜角度等も調整可能とされていてもよい。
【００３５】
チューブレンズ２０は、ビームスプリッタ１８を直線状に通過した戻り光が入射される。このチューブレンズ２０は、入射されてくる戻り光を集光し、これを受光素子２１へ結像させる。この受光素子２１上に結像させる際には、受光素子２１に到達する前に合焦してしまうのを防止できるような位置にチューブレンズ２０が設けられていることが望ましい。
【００３６】
受光素子２１は、チューブレンズ２０によって結像された戻り光を受光して光電変換する。この光電変換された信号は、制御部２２に送られる。ちなみに、この受光素子２１は、円環状ビームからなる戻り光の平面的な形状をも識別することができるように、２次元的に規則的に配列されていることが望ましい。
【００３７】
制御部２２は、少なくともＣＰＵ(Central Processing Unit)を有する制御ユニットとして構成されていればよいが、外付けのＰＣ（パーソナルコンピュータ）等で具体化されるものであってもよい。この制御部２２は、受光素子２１から送信されてくる電気信号に含まれる、戻り光のビーム形状を識別する。この制御部２２は、識別した戻り光のビーム形状に基づいて、第１のフォーカス調整部２３及び／又は第２のフォーカス調整部２４に対して、実際にフォーカス調整を行うための制御信号を送信する。このとき、制御部２２は、得られた戻り光のビーム形状を図示しない画像表示装置を介して表示させるようにしてもよい。
【００３８】
第１のフォーカス調整部２３は、制御部２２から送信されてきた制御信号に基づいて、チューブレンズ２０を光軸方向へ移動させることによりフォーカス調整を行う。
【００３９】
また、第２のフォーカス調整部２４は、制御部２２から送信されてきた制御信号に基づいて、対物レンズ１９を光軸方向へ移動させることによりフォーカス調整を行う。このとき第２のフォーカス調整部２４は、受信した制御信号に基づいて、対物レンズ１９を被検体２に対して傾けるための制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
ちなみに、制御部２２、第１のフォーカス調整部２３、第２のフォーカス調整部２４を独立した構成要素として捉えてもよいが、概念的にはこれらを一まとめにしてフォーカス調整手段として捉えるようにしてもよい。
【００４１】
なお本発明を適用したフォーカス調整装置１は、例えば図２に示すような形態で具体化されるものであってもよい。この図２の構成では、先ず凹レンズ１２と、凸レンズ１３との間にポラライザ３０を挿入する。成形光学系１６と、凹レンズ１７との間に１／２波長板３１を設けている。また、図１でいうビームスプリッタ１８の代替として、偏光ビームスプリッタ３３で構成し、かかる偏光ビームスプリッタ３３と、対物レンズ１９との間に、１／４波長板３２を配設している。
【００４２】
ポラライザ３０は、光源１１から出射された、各種偏光成分が混合した状態にあるレーザ光のうち、直線偏光成分のみを通過させる。また１／２波長板３１は、直線偏光成分の方向を所定の方向（例えばＰ波）に回転させる。
【００４３】
１／４波長板３２は、通過する光ビームに１／４波長の位相差を与える。すなわち、この１／４波長板３２は、入射した往路の光ビームを直線偏光（Ｐ波）から円偏光に変換し、被検体２で反射された復路の光ビームを円偏光から直線偏光（Ｓ波）に変換する。
【００４４】
また偏光ビームスプリッタ３３は、Ｐ波とされて入射した光ビームを被検体２側へ導くとともに、被検体２側からＳ波として入射されてくる戻り光をそのまま透過させる。
【００４５】
このような図２の構成からなるフォーカス調整装置１によれば、光源１１から出射されるレーザ光の偏光成分が各種混合したものであっても、より高い光効率を以って受光素子２１により電気信号に変換することが可能となる。
【００４６】
次に、本発明を適用したフォーカス調整装置１の動作について説明をする。
【００４７】
フォーカス調整装置１として図１の構成を例にとると、先ず光源１１から出射されたレーザ光は、凹レンズ１２によって拡径され、凸レンズ１３によって平行光とされた上で成形光学系１６により円環状ビームとされる。この円環状ビームは、凹レンズ１７によりビーム径が若干調整された上でビームスプリッタ１８を介して光路が折り曲げられ、対物レンズ１９により集光されて被検体２上に照射される。この被検体２上に照射された円環状ビームは、被検体２上を反射し、対物レンズ１９を介してビームスプリッタ１８へと導かれる。
【００４８】
このとき、戻り光の一部は、ビームスプリッタ１８を通過し、チューブレンズ２０を介して受光素子２１上に結像され、光電変換される。光電変換によって得られた電気信号は、制御部２２へと送られることになる。このとき、制御部２２は、得られた電気信号を介して実際に受光素子２１上に結像された戻り光のビーム形状を取得することが可能となる。
【００４９】
ちなみに制御部２２は、予め合焦時において受光素子２１において結像されるであろう円環状ビームのパターンを取得しているものとする。この合焦時における円環状ビームの形状を図３(a)に示すように、合焦時ビーム形状という。そして、この制御部２２は、新たに取得した戻り光のビーム形状を、合焦時ビーム形状を基準として比較を行う。具体的には、制御部２２は、実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を、合焦時ビーム形状を基準として識別する。そして制御部２２は、その識別結果に基づいてフォーカス調整を行うべく、第１のフォーカス調整部２３、第２のフォーカス調整部２４に対して制御信号を送信する。
【００５０】
実際に図３(b)に示すように新たに取得した戻り光の円環形状が、合焦時ビーム形状を基準とした場合に、より小径だった場合には、対物レンズ１９と被検体２との間の距離が長いために合焦できない場合を示している。このため、かかる場合には、合焦時ビームパターンと同径となるまで、対物レンズ１９を被検体２に対して近づける動作を行う。
【００５１】
また図３(c)に示すように新たに取得した戻り光の円環形状が、合焦時ビーム形状を基準とした場合に、より大径だった場合には、対物レンズ１９と被検体２との間の距離が短いために合焦できない場合を示している。このため、かかる場合には、合焦時ビームパターンと同径となるまで、対物レンズ１９を被検体２に対して遠ざける動作を行う。
【００５２】
また本発明によれば、図４に示すように、合焦時ビーム形状と比較して、被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。仮に被検体２が対物レンズ１９に対して傾いている場合には、円環形状からなるビーム形状は、楕円形状に歪曲してしまい、また、その円環の幅ｘ、ｙも偏りが生じてしまう。ちなみに、この円環の歪曲方向や、その幅の偏りが生じる方向は、被検体２の対物レンズ１９に対する傾きに対応したものである。また、実際に被検体２が対物レンズ１９に対してどの程度傾いているかは、円環の歪曲度合や、円環の幅ｘ、ｙの大きさ、比率等から識別することができる。特にこの円環の幅ｘ、ｙの比率から、その被検体２の傾きをより定量的に求めることが可能となる。
【００５３】
そして、この戻り光の円環形状の歪曲方向や歪曲度合を識別することで、実際に対物レンズ１９が被検体２にどの方向でどの程度傾いているかを識別し、その識別結果に基づいて対物レンズ１９を被検体２に対して傾ける動作を行う。このとき、被検体２から戻り光の円環形状を随時識別することにより、合焦時ビーム形状との間でどの程度の形状上の差異があるかを判別し、その判別結果に応じて対物レンズ１９への動作を修正するようにしてもよい。
【００５４】
また、図５(a)に示すように表面がフラットな被検体２の場合には、得られる円環形状は何れも連続した輪郭を持つものとして現れる。合焦時ビーム形状は、この図５(a)に示すように、ｚ軸方向がフラットな被検体２をターゲットにし、予め取得したものとしている。
【００５５】
これに対して、図５(b)に示すように、被検体２がｚ軸方向において段差が存在する場合には、得られる円環ビーム形状の輪郭が非連続なものとして形成される。このため制御部２２は、被検体２からの実際の戻り光の円環形状の非連続点を識別し、その識別した非連続点に基づいて被検体表面に形成された段差部の位置及び／又は形状を判別するようにしてもよい。そして、この判別結果に基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００５６】
ちなみに、この非連続点におけるズレ量ｙを定量的に判別することにより、かかる段差部における具体的な段差も識別することができ、これに基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００５７】
更に本発明によれば、例えば図６に示すように、被検体２の表面において欠陥が形成されている場合には、当該欠陥の形成されている位置において戻り光の円環形状に屈曲点が形成される。この屈曲点の位置を識別し、その識別した結果に基づいて被検体２表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００５８】
上述の如き構成からなる本発明によれば、被検体２に対するフォーカス調整をコントラスト法と比較してより高速に行うことが可能となり、５０ミリ秒程度の高速なフォーカス調整を行うことが可能となる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う際に、被検体表面に段差が形成されていたり、或いは斜めに傾いた状態で載置されていた場合においても、これらの各状態を高速に検出した上でフォーカス調整に反映させることができる。また、本発明では、かかる高速なフォーカス調整を行う上で、微細な疵も高精度に検出した上で、これに応じた合焦を実現することが可能となる。
【００５９】
なお本発明は、例えば赤外光を用いてフォーカス調整を行うようにしてもよく、観察像に影響を及ぼすことなく高速に焦点位置を制御することが可能となる。
【００６０】
また、本発明は、上述したフォーカス調整装置に限定されるものではなく、被検体の形状測定装置として具体化されるものであってもよい。この形状測定装置への応用を考える場合には、第１のフォーカス調整部２３、第２のフォーカス調整部２４の構成を省略するようにしてもよい。
【００６１】
かかる場合において、制御部２２は、受光素子２１において受光された戻り光のビーム形状の各部の寸法に応じた数値を計算し、これをディスプレイ等を初めとした図示しない表示装置へ出力する。戻り光のビーム形状の各部の寸法に応じた数値とは、例えば、図４でいうところのｘとｙの比率等いかなるものであってもよい。
【００６２】
また図７は、他の実施の形態を示している。この形態では、成形光学系１６を構成する第１のアキシコンレンズ１４、第２のアキシコンレンズ１５の代替として、マスク４３が描かれたガラス板４５を配設するようにしてもよい。このガラス板４５に描かれたマスク４３のパターンは、図７に示すように中心に円が塗りつぶされてなるとともに、その円を中心とした輪状の太線が描かれている。このような形のマスク４３を通過した光は、上述したアキシコンレンズ１４、１５を通過したときと同様の円環形状のビームとすることが可能となる。
【００６３】
また本発明は、第３のフォーカス調整装置２５が設けられていてもよい。この第３のフォーカス調整装置２５は、被検体２を移動させることにより対物レンズ１９との距離を調整するものである。この第３のフォーカス調整装置２５を、第１のフォーカス調整装置２３、第２のフォーカス調整装置２４との関係において自在に調整するようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００６４】
１ フォーカス調整装置
２ 被検体
１１ レーザ光源
１２、１７ 凹レンズ
１３ 凸レンズ
１４ 第１のアキシコンレンズ
１５ 第２のアキシコンレンズ
１６ 成形光学系
１８ ビームスプリッタ
１９ 対物レンズ
２０ チューブレンズ
２１ 受光素子
２２ 制御部
２３ 第１のフォーカス調整部
２４ 第２のフォーカス調整部
３０ ポラライザ
３１ １／２波長板
３２ １／４波長板
３３ 偏光ビームスプリッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
上記光源から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系と、
上記成形光学系からの円環状ビームを被検体へ照射する照射光学系と、
上記被検体からの戻り光を受光する受光手段と、
上記受光手段により受光された戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うフォーカス調整手段とを備えること
を特徴とするフォーカス調整装置。
【請求項２】
上記成形光学系は、上記光源から出射されたレーザ光の光軸上において円錐部同士が対向するように並設された一対のアキシコンレンズからなること
を特徴とする請求項１記載のフォーカス調整装置。
【請求項３】
上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項４】
上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項５】
上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の非連続点を識別し、その識別した非連続点に基づいて上記被検体表面に形成された段差部の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項６】
上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の屈曲点を識別し、その識別した屈曲点に基づいて上記被検体表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項７】
レーザ光を出射する光源と、
上記光源から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系と、
上記成形光学系からの円環状ビームを被検体へ照射する照射光学系と、
上記被検体からの戻り光を受光する受光手段と、
上記受光手段により受光された戻り光のビーム形状の各部の寸法に応じた数値を出力する出力手段とを備えること
を特徴とする被検体の形状測定装置。
【請求項８】
光源からレーザ光を出射し、上記出射したレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形し、上記円環状ビームを被検体へ照射し、上記被検体からの戻り光を受光し、上記受光した戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うこと
を特徴とするフォーカス調整方法。
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
上記光源から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系と、
上記成形光学系からの円環状ビームを被検体へ照射する照射光学系と、
上記被検体からの戻り光を受光する受光手段と、
上記受光手段により受光された戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うフォーカス調整手段とを備えること
を特徴とするフォーカス調整装置。
【請求項２】
上記成形光学系は、上記光源から出射されたレーザ光の光軸上において円錐部同士が対向するように並設された一対のアキシコンレンズからなること
を特徴とする請求項１記載のフォーカス調整装置。
【請求項３】
上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な大小関係を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項４】
上記フォーカス調整手段は、合焦時における戻り光の円環状のビーム形状を基準としたときに、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の相対的な歪曲度合を識別し、当該識別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項５】
上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の非連続点を識別し、その識別した非連続点に基づいて上記被検体表面に形成された段差部の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項６】
上記フォーカス調整手段は、上記被検体からの実際の戻り光の円環形状の屈曲点を識別し、その識別した屈曲点に基づいて上記被検体表面に形成された欠陥の位置及び／又は形状を判別し、当該判別結果に基づいてフォーカス調整を行うこと
を特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項７】
レーザ光を出射する光源と、
上記光源から出射されたレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形する成形光学系と、
上記成形光学系からの円環状ビームを被検体へ照射する照射光学系と、
上記被検体からの戻り光を受光する受光手段と、
上記受光手段により受光された戻り光のビーム形状の各部の寸法に応じた数値を出力する出力手段とを備えること
を特徴とする被検体の形状測定装置。
【請求項８】
光源からレーザ光を出射し、上記出射したレーザ光をその光軸を中心とする円環状のビームに成形し、上記円環状ビームを被検体へ照射し、上記被検体からの戻り光を受光し、上記受光した戻り光のビーム形状に基づいて上記被検体との間でフォーカス調整を行うこと
を特徴とするフォーカス調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１３１７４（Ｐ２０１２−１１３１７４Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２９８０（Ｐ２０１０−２６２９８０）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（５９２２５３７３６）シグマ光機株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（５９２２５３７３６）シグマ光機株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
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