(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源と測定対象物との間に配され、前記光源からの出射光と前記測定対象物からの戻り光とが同一光路となるように通過させる光学部と、
前記光学部を通過した前記戻り光によりフォーカス検出を行う検出手段と、
を備え、
前記光学部は、
前記光源からの前記出射光を平行光とする凸レンズと、
前記凸レンズからの前記平行光を円環状に変形させる光形状変形手段と、
前記光形状変形手段からの円環状の光により前記測定対象物の表面に円環状のパターン像を集光させる対物レンズと、
を備え、
前記光形状変形手段は、前記測定対象物の表面にて反射した前記戻り光を変形前の元の形状に戻して前記検出手段に到達させることを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記光形状変形手段は、円錐レンズであることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記円錐レンズは、着脱可能に備えられていることを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記光形状変形手段は、円錐ミラーであることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記光形状変形手段は、
一定速度で回転する回転軸と、
前記回転軸に対して傾いて配される駆動ミラーと、
前記回転軸を駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記回転軸を駆動状態と静止状態とに切り替え可能であり、
前記回転軸を駆動状態と静止状態とに切り替えることにより、前記パターン像の形状を円環状とスポット状とに切り替えることを特徴とする請求項５に記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
前記光形状変形手段と前記対物レンズとの間に、前記光学系の光路長を変更するための光学部材を備えていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
前記光源からの前記出射光の波長を変更することで、前記パターン像の色が変更可能であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像計測機や光学機器に設けられるオートフォーカス装置が知られている。
オートフォーカス装置は、単一の光ビームを測定対象物（ワーク）に集光してフォーカス検出を行い、合焦位置を取得する。
具体的に、オートフォーカス装置では、例えば、図１６に示すように、レーザダイオード５０１から出射したレーザ光を、対物レンズ５０２を介してワークＷに照射させ、ワークＷの表面で反射されて対物レンズ５０２及び凸レンズ５０３を介して戻ってきた反射光を、ビームスプリッタ５０４で分岐して受光素子５０５Ａ及び受光素子５０５Ｂに照射させるようになっている。このとき、ワークＷの表面には、微小スポットＳが結像されている。
【０００３】
このようなオートフォーカス装置では、例えば、図１７に示すように、ワークＷの表面に段差部があった場合、この段差部にてフォーカス検出がなされると段差部に照射される単一の光ビームが段差部の境界線（エッジ）によって散乱するため、フォーカス検出を実行できないという問題があった。
そのため、例えば、シリンドリカルレンズを用いて、ワークＷの表面上に結像するレーザ光の形状をライン形状とし、平均化効果を向上させて、段差部でもフォーカス検出を可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７６３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の発明では、例えば、図１８に示すように、段差部のエッジの方向とレーザ光のラインの方向が一致した場合など、ワークＷの向き（段差の方向）によっては依然として光の散乱が発生してしまい、フォーカス検出が困難な場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、測定対象物の表面に段差部があった場合でも好適に測定できるオートフォーカス装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、オートフォーカス装置において、
光源と、
前記光源と測定対象物との間に配され、前記光源からの出射光と前記測定対象物からの戻り光とが同一光路となるように通過させる光学部と、
前記光学部を通過した前記戻り光によりフォーカス検出を行う検出手段と、
を備え、
前記光学部は、
前記光源からの前記出射光を平行光とする凸レンズと、
前記凸レンズからの前記平行光を円環状に変形させる光形状変形手段と、
前記光形状変形手段からの円環状の光により前記測定対象物の表面に円環状のパターン像を集光させる対物レンズと、
を備え、
前記光形状変形手段は、前記測定対象物の表面にて反射した前記戻り光を変形前の元の形状に戻して前記検出手段に到達させることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のオートフォーカス装置において、
前記光形状変形手段は、円錐レンズであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のオートフォーカス装置において、
前記円錐レンズは、着脱可能に備えられていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のオートフォーカス装置において、
前記光形状変形手段は、円錐ミラーであることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のオートフォーカス装置において、
前記光形状変形手段は、
一定速度で回転する回転軸と、
前記回転軸に対して傾いて配される駆動ミラーと、
前記回転軸を駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のオートフォーカス装置において、
前記駆動手段は、前記回転軸を駆動状態と静止状態とに切り替え可能であり、
前記回転軸を駆動状態と静止状態とに切り替えることにより、前記パターン像の形状を円環状とスポット状とに切り替えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載のオートフォーカス装置において、
前記光形状変形手段と前記対物レンズとの間に、前記光学系の光路長を変更するための光学部材を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載のオートフォーカス装置において、
前記光源からの前記出射光の波長を変更することで、前記パターン像の色が変更可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、出射光を平行光とする凸レンズと対物レンズとの間に、凸レンズからの平行光を円環状に変形する光形状変形手段が備えられている。
このため、測定対象物の表面に円環状のパターン像が結像され、スポット状のパターン像に比べて平均化効果が向上するので、測定対象物の表面に段差部があった場合でもフォーカス検出ができることとなる。また、その段差部が如何なる向きであっても、円環状であるため、ライン形状のように段差部形状と一致して光が散乱すること無く、フォーカス検出ができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のオートフォーカス装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１のオートフォーカス装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】測定対象物の表面のパターン像と段差部とを示す模式図である。
【図４】パターン像の色を変更した状態を示す模式図である。
【図５】図１のオートフォーカス装置の変形例の構成を示す模式図である。
【図６】第２実施形態のオートフォーカス装置の構成を示す模式図である。
【図７】図６のオートフォーカス装置の制御構成を示すブロック図である。
【図８】測定対象物の表面のパターン像と段差部とを示す模式図である。
【図９】パターン像の色を変更した状態を示す模式図である。
【図１０】図６のオートフォーカス装置の変形例の構成を示す模式図である。
【図１１】第３実施形態のオートフォーカス装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１１のオートフォーカス装置の制御構成を示すブロック図である。
【図１３】測定対象物の表面のパターン像と段差部とを示す模式図である。
【図１４】パターン像の色を変更した状態を示す模式図である。
【図１５】図１１のオートフォーカス装置の変形例の構成を示す模式図である。
【図１６】従来のオートフォーカス装置の構成を示す模式図である。
【図１７】従来のオートフォーカス装置の問題点を説明するための図である。
【図１８】従来のオートフォーカス装置の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照して、本発明に係るオートフォーカス装置について、詳細に説明する。
本発明のオートフォーカス装置は、例えば、顕微鏡、画像計測機などの光学装置に搭載されるものである。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、構成について説明する。
本実施形態におけるオートフォーカス装置１００は、図１、２に示すように、光出射部１と、ハーフミラー２と、光学部１０と、ビームスプリッタ３と、検出部（検出手段）４Ａ，４Ｂと、演算部５と、ステージ６と、ステージ駆動機構部７と、制御部９と、等を備えている。
なお、本実施形態においては、図１に示すように、光出射部１からハーフミラー２に向かう方向をＸ方向（左右方向）、ハーフミラー２から光学部１０に向かう方向をＺ方向（高さ方向）、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向（前後方向）とする。
【００１９】
光出射部１は、例えば、放電灯、発光ダイオード、レーザなどの光源を備え、光ビームを発生させて出射する。光出射部１から出射された光（出射光）は、光出射部１のＸ方向右側に配置されたハーフミラー２に照射される。
【００２０】
ハーフミラー２は、光出射部１から入射した光を、光出射部１のＺ方向下側に配置された光学部１０に向かって反射させる。ハーフミラー２により反射された光は、光学部１０に上方から照射される。
また、ハーフミラー２は、ワークＷの表面にて反射され、下方から光学部１０を透過して進んできた戻り光を透過させ、ビームスプリッタ３に向かって照射する。
【００２１】
光学部１０は、ハーフミラー２とワークＷとの間に配され、光出射部１からの出射光とワークＷからの戻り光とを同一光路にて通過させる。
【００２２】
具体的に、光学部１０は、上方から順に凸レンズ１１と、円錐レンズ１２と、対物レンズ１３と、を備えている。なお、凸レンズ１１、円錐レンズ１２、及び対物レンズ１３は、光軸が同一となっている。
【００２３】
凸レンズ１１は、ハーフミラー２から入射した光を平行光として、下方の円錐レンズ１２に照射する。
【００２４】
円錐レンズ１２は、光形状変形手段として、凸レンズ１１からの円形状の平行光を円環状に変形させる。
具体的に、円錐レンズ１２は、その頂点が下側となるように配置された円錐形状のレンズである。この円錐レンズ１２の円錐面に上方から平行光が照射されると、平行光は円環状ビーム（リング状ビーム）に変換されて、下方の対物レンズ１３に照射される。
【００２５】
対物レンズ１３は、ワークＷに対向して備えられ、円錐レンズ１２から照射された円環状ビームによりワークＷの表面に円環状のパターン像を結像させる。
【００２６】
従って、ハーフミラー２から照射され、光学部１０（凸レンズ１１、円錐レンズ１２、対物レンズ１３）を透過してワークＷに到達した光は、当該ワークＷの表面において円環状のパターン像を形成する。
このとき、図３に示すように、パターン像が円環状であるため、ワークＷの表面のエッジがパターン像に対して如何なる向きとなっていてもフォーカス検出ができるようになっている。
そして、ワークＷの表面にて反射され、出射光と同一光路を逆方向に進むワークＷからの戻り光は、光学部１０を下方から透過する際に、円錐レンズ１２により円環状ビームから円形状の平行光に再度変換されて、上方のハーフミラー２を透過して、ビームスプリッタ３に向かう。
【００２７】
また、円錐レンズ１２は、着脱可能に備えられており、円錐レンズ１２の抜き差しにより、ワークＷの表面に現れるパターン像を円環状とスポット状とに切り替えることができるようになっている。
つまり、円錐レンズ１２が取り外されている場合には、対物レンズ１３は、凸レンズ１１から照射される平行光によりワークＷの表面にスポット状のパターン像を結像させる。
【００２８】
ビームスプリッタ３は、ハーフミラー２のＺ方向上側に配置され、光学部１０及びハーフミラー２を下方から透過してきたワークＷの表面からの戻り光を２つに分岐して、検出部４Ａ，４Ｂに入射させる。
【００２９】
検出部４Ａ，４Ｂは、受光素子４１Ａ，４１Ｂと、各受光素子４１Ａ，４１Ｂに備えられたピンホール４２Ａ，４２Ｂと、から構成されている。
検出部４Ａ，４Ｂは、ビームスプリッタ３により２つに分岐された光のうち一方をそれぞれ受光し、受光した光の光量を検出する。
【００３０】
演算部５は、検出部４Ａ，４Ｂからの出力信号のそれぞれを、増幅器（図示省略）により増幅し、演算回路（図示省略）によりそれらの増幅信号の差をとることにより、フォーカス誤差信号を取得する。
【００３１】
ステージ６は、対物レンズ１３のＺ方向の下方において、その上面にワークＷを載置する。このステージ６は、ステージ駆動機構部７により水平（Ｘ、Ｙ方向）及び垂直（Ｚ方向）の３方向に移動可能となっている。
【００３２】
ステージ駆動機構部７は、ステージ６をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能に支持している。
具体的に、ステージ駆動機構部７は、制御部９が出力する制御信号に応じてステージ６をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させると共に、ステージ６のＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置（位置座標）を制御部９に出力する。従って、ステージ駆動機構部７により、ステージ６と対物レンズ１３との間の相対距離を変化させ、ワークＷの表面に焦点を合わせる（フォーカスを検出する）ことが可能となっている。
【００３３】
なお、本発明の実現は光出射部１の波長にはよらない為、光出射部１の光源を適宜変更して、光出射部１から出射する光の波長を変更することが出来る。
そして、光出射部１から出射される光の波長を変更することで、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ワークＷの表面に現れるパターン像の色が変更される。つまり、ワークＷの特性（色や反射率）に応じてパターン像の色が変更できるようになっている。
【００３４】
制御部９は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２、記憶部９３、等を備え、光出射部１、検出部４Ａ，４Ｂ、演算部５、ステージ駆動機構部７、等と接続されている。
【００３５】
ＣＰＵ９１は、例えば、記憶部９３に記憶されている各種処理プログラムに従って、各種の制御処理を行う。
【００３６】
ＲＡＭ９２は、ＣＰＵ９１により演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。
【００３７】
記憶部９３は、例えば、ＣＰＵ９１によって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ９１によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部９３に記憶されている。
【００３８】
次に、作用について説明する。
オートフォーカス装置１００では、光出射部１から出射した光は、ハーフミラー２を介して光学部１０に照射され、光学部１０を上方から透過してワークＷに照射される。そして、ワークＷの表面にて反射された戻り光は、光学部１０及びハーフミラー２を下方から透過して、ビームスプリッタ３を介して検出部４Ａ，４Ｂに入射する。
このとき、光学部１０は、凸レンズ１１と対物レンズ１３との間に円錐レンズ１２を備えており、このため、ワークＷの表面に結像されるパターン像が円環状に形成されることとなる。そして、ワークＷの表面にて反射した戻り光は、再度、下方から光学部１０内の円錐レンズ１２を透過するため、円形状に戻される。
つまり、光出射部１から出射した円形状の出射光は、円錐レンズ１２により円環状となりワークＷの表面にて反射して、円環状の戻り光は円錐レンズ１２により円形状に戻って検出部４Ａ，４Ｂに到達する。
ここで、パターン像が円環状であるため、円形レーザの円周部分に沿って平均化効果が向上し、ワークＷの表面に段差部があった場合でもフォーカス検出が可能となる。また、パターン像が円環状であるため、段差部のエッジの方向が如何なる向きであっても、フォーカス検出が可能である。
更に、円錐レンズ１２は、着脱可能に備えられているため、円錐レンズ１２の抜き差しにより、パターン像をスポット状と円環状とに切り替えることができる。
【００３９】
以上にように、本実施形態のオートフォーカス装置１００によれば、光出射部１と、光出射部１からの出射光をワークＷに照射させ、出射光と同一光路を逆方向に進むワークＷからの戻り光を通過させる光学部１０と、光学部１０を通過した戻り光によりフォーカス検出を行う検出部４Ａ，４Ｂと、を備え、光学部１０は、光出射部１からの出射光を平行光とする凸レンズ１１と、凸レンズ１１からの平行光を円環状に変形する円錐レンズ１２と、円錐レンズ１２からの円環状の光によりワークＷの表面に円環状のパターン像を集光させる対物レンズ１３と、を備えている。
このため、ワークＷの表面に円環状のパターン像が結像され、スポット状のパターン像に比べて平均化効果が向上するので、ワークＷの表面に段差部があった場合でもフォーカス検出ができることとなる。また、その段差部が如何なる向きであっても、円環状であるため、ライン形状のように段差部形状と一致して光が散乱すること無く、フォーカス検出ができることとなる。
【００４０】
また、本実施形態のオートフォーカス装置１００によれば、円錐レンズ１２は、着脱可能に備えられている。
このため、円錐レンズ１２の抜き差しにより、パターン像をスポット状と円環状とに切り替えることができるので、例えば狭小範囲においてスポット状のパターン像が形成されるように切り替えることが可能となり、汎用性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態のオートフォーカス装置１００によれば、光出射部１からの出射光の波長を変更することで、パターン像の色が変更可能である。
このため、ワークＷの特性（色や反射率）に応じてパターン像の色が変更でき、汎用性を向上させることができる。
【００４２】
（変形例１）
次に、上記の第１実施形態の変形例である変形例１について説明する。
変形例１のオートフォーカス装置１００Ａには、図５に示すように、円錐レンズ１２と対物レンズ１３との間に、光学部１０Ａの光路長を変更するための光学部材であるリレーレンズ１４が備えられている。
これにより、円錐レンズ１２から出射した光は、対物レンズ１３に到達するまでの間に別の光学系を経由することができるようになっている。
なお、この光学系を形成するレンズは、１枚のリレーレンズに限定されものではなく、その数は適時設定可能であるのは勿論である。
従って、オートフォーカス装置１００Ａは、装置構成などに応じて光学部１０Ａの光路長を適宜調整することが可能となり、利便性を向上させることができる。
【００４３】
（第２実施形態）
まず、構成について説明する。
本実施形態におけるオートフォーカス装置２００は、図６、７に示すように、光出射部１と、ハーフミラー２と、光学部２０と、ビームスプリッタ３と、検出部（検出手段）４Ａ，４Ｂと、演算部５と、ステージ６と、ステージ駆動機構部７と、波長変更部（波長変更手段）８と、制御部９と、等を備えている。
なお、本実施形態においては、図６に示すように、光出射部１からハーフミラー２に向かう方向をＺ方向（高さ方向）、ハーフミラー２から光学部２０に向かう方向をＸ方向（左右方向）、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向（前後方向）とする。
【００４４】
光出射部１は、例えば、放電灯、発光ダイオード、レーザなどの光源を備え、光ビームを発生させて出射する。光出射部１から出射された光（出射光）は、光出射部１のＺ方向下側に配置されたハーフミラー２に照射される。
【００４５】
ハーフミラー２は、光出射部１から入射した光を、光出射部１のＸ方向左側に配置された光学部２０に向かって反射させる。ハーフミラー２から出射された光は、光学部２０に右方から照射される。
また、ハーフミラー２は、ワークＷの表面にて反射されて光学部２０を出射光とは逆方向に通過して進んできた戻り光を透過させ、ビームスプリッタ３に向かって照射する。
【００４６】
光学部２０は、ハーフミラー２とワークＷとの間に配され、光出射部１からの出射光とワークＷからの戻り光とを同一光路にて通過させる。
【００４７】
具体的に、光学部２０は、凸レンズ２１と、円錐ミラー２２と、対物レンズ２３と、を備えている。
【００４８】
凸レンズ２１は、ハーフミラー２から入射した光を平行光として、凸レンズ２１のＸ方向左側に配置される円錐ミラー２２に照射する。
【００４９】
円錐ミラー２２は、光形状変形手段として、凸レンズ２１からの円形状の平行光を円環状に変形させる。
具体的に、円錐ミラー２２は、鏡面加工された円錐面を持ち、当該円錐面の軸線Ｌが凸レンズ２１からの平行光に対して斜めになるように配置されている。
このため、凸レンズ２１からの平行光は、円錐ミラー２２の円錐面に対して斜めの方向から照射され、円錐ミラー２２によって反射される際に円環状ビーム（リング状ビーム）に変換されて、下方の対物レンズ２３に照射される。
【００５０】
対物レンズ２３は、ワークＷに対向して備えられ、円錐ミラー２２から照射された円環状ビームによりワークＷの表面に円環状のパターン像を結像させる。
【００５１】
従って、ハーフミラー２から照射され、光学部２０（凸レンズ２１、円錐ミラー２２、対物レンズ２３）を通過してワークＷに到達した光は、当該ワークＷの表面において円環状のパターン像を形成することとなる。
このとき、図８に示すように、パターン像が円環状であるため、ワークＷの表面のエッジがパターン像に対して如何なる向きとなっていてもフォーカス検出ができるようになっている。
そして、ワークＷの表面にて反射され、出射光と同一光路を逆方向に進むワークＷからの戻り光は、光学部２０を出射光と逆方向に通過する際に、円錐ミラー２２により円環状ビームから円形状の平行光に再度変換されて、ハーフミラー２を透過して、ビームスプリッタ３に向かうことなる。
【００５２】
ビームスプリッタ３は、ハーフミラー２のＸ方向右側に配置され、光学部２０及びハーフミラー２を通過してきたワークＷの表面からの戻り光を２つに分岐して、検出部４Ａ，４Ｂに入射させる。
【００５３】
検出部４Ａ，４Ｂは、受光素子４１Ａ，４１Ｂと、各受光素子４１Ａ，４１Ｂに備えられたピンホール４２Ａ，４２Ｂと、から構成されている。
検出部４Ａ，４Ｂは、それぞれがビームスプリッタ３により２つに分岐された光のうち一方を受光し、受光した光の光量を検出する。
【００５４】
演算部５は、検出部４Ａ，４Ｂからの出力信号のそれぞれを、増幅器（図示省略）により増幅し、演算回路（図示省略）によりそれらの増幅信号の差をとることにより、フォーカス誤差信号を取得する。
【００５５】
ステージ６は、対物レンズ２３のＺ方向の下方において、その上面にワークＷを載置する。このステージ６は、ステージ駆動機構部７により水平（Ｘ、Ｙ方向）及び垂直（Ｚ方向）の３方向に移動可能となっている。
【００５６】
ステージ駆動機構部７は、ステージ６をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能に支持している。
具体的に、ステージ駆動機構部７は、制御部９が出力する制御信号に応じてステージ６をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させると共に、ステージ６のＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置（位置座標）を制御部９に出力する。従って、ステージ駆動機構部７により、ステージ６と対物レンズ２３との間の相対距離を変化させ、ワークＷの表面に焦点を合わせる（フォーカスを検出する）ことが可能となっている。
【００５７】
なお、本発明の実現は光出射部１の波長にはよらない為、光出射部１の光源を適宜変更して、光出射部１から出射する光の波長を変更することが出来る。
そして、光出射部１から出射される光の波長を変更することで、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ワークＷの表面に現れるパターン像の色が変更される。つまり、ワークＷの特性（色や反射率）に応じてパターン像の色が変更できるようになっている。
【００５８】
制御部９は、図７に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２、記憶部９３、等を備え、光出射部１、検出部４Ａ，４Ｂ、演算部５、ステージ駆動機構部７、等と接続されている。
【００５９】
ＣＰＵ９１は、例えば、記憶部９３に記憶されている各種処理プログラムに従って、各種の制御処理を行う。
【００６０】
ＲＡＭ９２は、ＣＰＵ９１により演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。
【００６１】
記憶部９３は、例えば、ＣＰＵ９１によって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ９１によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部９３に記憶されている。
【００６２】
次に、作用について説明する。
オートフォーカス装置２００では、光出射部１から出射した光は、ハーフミラー２を介して光学部２０に照射され、光学部２０を通過してワークＷに照射される。そして、ワークＷの表面にて反射された戻り光は、光学部２０及びハーフミラー２を出射光とは逆方向に通過して、ビームスプリッタ３を介して検出部４Ａ，４Ｂに入射する。
このとき、光学部２０は、凸レンズ２１と対物レンズ２３との間に円錐ミラー２２を備えており、このため、ワークＷの表面に結像されるパターン像が円環状に形成されることとなる。そして、ワークＷの表面にて反射した戻り光は、再度、光学部２０内の円錐ミラー２２により反射するため、円形状に戻される。
つまり、光出射部１から出射した円形状の出射光は、円錐ミラー２２により円環状となりワークＷの表面にて反射して、円環状の戻り光は円錐ミラー２２により円形状に戻って検出部４Ａ，４Ｂに到達する。
ここで、パターン像が円環状であるため、円形レーザの円周部分に沿って平均化効果が向上し、ワークＷの表面に段差部があった場合でもフォーカス検出が可能となる。また、パターン像が円環状であるため、段差部のエッジの方向が如何なる向きであっても、フォーカス検出が可能である。
【００６３】
以上にように、本実施形態のオートフォーカス装置２００によれば、光出射部１と、光出射部１からの出射光をワークＷに照射させ、出射光と同一光路を逆方向に進むワークＷからの戻り光を通過させる光学部２０と、光学部２０を通過した戻り光によりフォーカス検出を行う検出部４Ａ，４Ｂと、を備え、光学部２０は、光出射部１からの出射光を平行光とする凸レンズ２１と、凸レンズ２１からの平行光を円環状に変形する円錐ミラー２２と、円錐ミラー２２からの円環状の光によりワークＷの表面に円環状のパターン像を集光させる対物レンズ２３と、を備えている。
このため、ワークＷの表面に円環状のパターン像が結像され、スポット状のパターン像に比べて平均化効果が向上するので、ワークＷの表面に段差部があった場合でもフォーカス検出ができることとなる。また、その段差部が如何なる向きであっても、円環状であるため、ライン形状のように段差部形状と一致して光が散乱すること無く、フォーカス検出ができることとなる。
【００６４】
また、本実施形態のオートフォーカス装置２００によれば、光出射部１からの出射光の波長を変更することで、パターン像の色が変更可能である。
このため、ワークＷの特性（色や反射率）に応じてパターン像の色が変更でき、汎用性を向上させることができる。
【００６５】
（変形例２）
次に、上記の第２実施形態の変形例である変形例２について説明する。
変形例１のオートフォーカス装置２００Ａには、図１０に示すように、円錐ミラー２２と対物レンズ２３との間に、光学部２０Ａの光路長を変更するための光学部材であるリレーレンズ２４が備えられている。
これにより、円錐ミラー２２から出射した光は、対物レンズ２３に到達するまでの間に別の光学系を経由することができるようになっている。
なお、この光学系を形成するレンズは、１枚のリレーレンズに限定されものではなく、その数は適時設定可能であるのは勿論である。
従って、オートフォーカス装置２００Ａは、装置構成などに応じて光学部２０Ａの光路長を適宜調整することが可能となり、利便性を向上させることができる。
【００６６】
（第３実施形態）
まず、構成について説明する。
本実施形態におけるオートフォーカス装置３００は、図１１、１２に示すように、光出射部１と、ハーフミラー２と、光学部３０と、ビームスプリッタ３と、検出部（検出手段）４Ａ，４Ｂと、演算部５と、ステージ６と、ステージ駆動機構部７と、制御部９Ａと、等を備えている。
なお、本実施形態においては、図１１に示すように、光出射部１からハーフミラー２に向かう方向をＺ方向（高さ方向）、ハーフミラー２から光学部３０に向かう方向をＸ方向（左右方向）、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向（前後方向）とする。
【００６７】
光出射部１は、例えば、放電灯、発光ダイオード、レーザなどの光源を備え、光ビームを発生させて出射する。光出射部１から出射された光（出射光）は、光出射部１のＺ方向下側に配置されたハーフミラー２に照射される。
【００６８】
ハーフミラー２は、光出射部１から入射した光を、光出射部１のＸ方向左側に配置された光学部３０に向かって反射させる。ハーフミラー２から出射された光は、光学部３０に右方から照射される。
また、ハーフミラー２は、ワークＷの表面にて反射され、光学部３０を出射光とは逆方向に通過して進んできた戻り光を透過させ、ビームスプリッタ３に向かって照射する。
【００６９】
光学部３０は、ハーフミラー２とワークＷとの間に配され、光出射部１からの出射光とワークＷからの戻り光とを同一光路にて通過させる。
【００７０】
具体的に、光学部３０は、凸レンズ３１と、光形状変形部３２と、対物レンズ３３と、を備えている。
【００７１】
凸レンズ３１は、ハーフミラー２から入射した光を平行光として、凸レンズ３１のＸ方向左側に配置される光形状変形部３２に照射する。
【００７２】
光形状変形部３２は、光形状変形手段として、凸レンズ３１からの円形状の平行光を円環状に変形させる。
具体的に、光形状変形部３２は、回転軸３２１と、駆動ミラー３２２と、回転軸３２１を駆動する駆動部（駆動手段）３２３と、を備えている。
【００７３】
回転軸３２１は、その一端に駆動ミラー３２２を備え、駆動部３２３により駆動されて一定速度で回転する。
【００７４】
駆動ミラー３２２は、回転軸３２１に対して傾いて配されている。また、駆動ミラー３２２は、そのミラー面が、凸レンズ３１からの平行光に対して斜めになるように配置されている。そして、駆動ミラー３２２は、回転軸３２１の回転と連動して動作しつつ、凸レンズ３１からの平行光を対物レンズ３３に対して反射させる。
具体的には、凸レンズ３１からの円形状の平行光は、駆動ミラー３２２のミラー面に対して斜めの方向から照射され、当該駆動ミラー３２２によって反射される際に回転軸３２１が駆動部３２３の駆動に応じて回転した場合に、円環状ビーム（リング状ビーム）に変換されて、下方の対物レンズ３３に照射されるようになっている。
つまり、駆動ミラー３２２が回転駆動すると反射角度が変化するため、光はその反射角度に応じてワークＷの表面を円環状に連続移動し、円環状のパターン像で結像する。
【００７５】
駆動部３２３は、制御部９Ａが出力する制御信号に応じて回転軸３２１を駆動させる。
具体的に、駆動部３２３は、回転軸３２１を駆動状態と静止状態とに切り替え可能であり、回転軸３２１を駆動状態と静止状態とに切り替えることにより、パターン像の形状を円環状とスポット状とに切り替えることができるようになっている。
【００７６】
対物レンズ３３は、ワークＷに対向して備えられ、駆動ミラー３２２が駆動している場合には、駆動ミラー３２２から照射された円環状ビームによりワークＷの表面に円環状のパターン像を結像させる。
また、対物レンズ３３は、駆動ミラー３２２が静止している場合には、駆動ミラー３２２から照射された平行光によりワークＷの表面にスポット状のパターン像を結像させる。
【００７７】
従って、ハーフミラー２から照射され、光学部３０（凸レンズ３１、光形状変形部３２、対物レンズ３３）を通過してワークＷに到達した光は、駆動ミラー３２２が駆動している場合には、当該ワークＷの表面において円環状のパターン像を形成することとなる。
このとき、図１３に示すように、パターン像が円環状であるため、ワークＷの表面のエッジがパターン像に対して如何なる向きとなっていてもフォーカス検出ができるようになっている。
そして、ワークＷの表面にて反射され、出射光と同一光路を逆方向に進むワークＷからの戻り光は、光学部３０を出射光と逆方向に通過する際に、光形状変形部３２により円環状ビームから円形状の平行光に再度変換されて、ハーフミラー２を透過して、ビームスプリッタ３に向かうことなる。
【００７８】
ビームスプリッタ３は、ハーフミラー２のＸ方向右側に配置され、光学部３０及びハーフミラー２を通過してきたワークＷの表面からの戻り光を２つに分岐して、検出部４Ａ，４Ｂに入射させる。
【００７９】
検出部４Ａ，４Ｂは、受光素子４１Ａ，４１Ｂと、各受光素子４１Ａ，４１Ｂに備えられたピンホール４２Ａ，４２Ｂと、から構成されている。
検出部４Ａ，４Ｂは、それぞれがビームスプリッタ３により２つに分岐された光のうち一方を受光し、受光した光の光量を検出する。
【００８０】
演算部５は、検出部４Ａ，４Ｂからの出力信号のそれぞれを、増幅器（図示省略）により増幅し、演算回路（図示省略）によりそれらの増幅信号の差をとることにより、フォーカス誤差信号を取得する。
【００８１】
ステージ６は、対物レンズ３３のＺ方向の下方において、その上面にワークＷを載置する。このステージ６は、ステージ駆動機構部７により水平（Ｘ、Ｙ方向）及び垂直（Ｚ方向）の３方向に移動可能となっている。
【００８２】
ステージ駆動機構部７は、ステージ６をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能に支持している。
具体的に、ステージ駆動機構部７は、制御部９Ａが出力する制御信号に応じてステージ６をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させると共に、ステージ６のＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置（位置座標）を制御部９Ａに出力する。従って、ステージ駆動機構部７により、ステージ６と対物レンズ３３との間の相対距離を変化させ、ワークＷの表面に焦点を合わせる（フォーカスを検出する）ことが可能となっている。
【００８３】
なお、本発明の実現は光出射部１の波長にはよらない為、光出射部１の光源を適宜変更して、光出射部１から出射する光の波長を変更することが出来る。
そして、光出射部１から出射される光の波長を変更することで、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、ワークＷの表面に現れるパターン像の色が変更される。つまり、ワークＷの特性（色や反射率）に応じてパターン像の色が変更できるようになっている。
【００８４】
制御部９Ａは、図１２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１Ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２Ａ、記憶部９３Ａ、等を備え、光出射部１、検出部４Ａ，４Ｂ、演算部５、ステージ駆動機構部７、駆動部３２３、等と接続されている。
【００８５】
ＣＰＵ９１Ａは、例えば、記憶部９３Ａに記憶されている各種処理プログラムに従って、各種の制御処理を行う。
【００８６】
ＲＡＭ９２Ａは、ＣＰＵ９１Ａにより演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。
【００８７】
記憶部９３Ａは、例えば、ＣＰＵ９１Ａによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ９１Ａによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部９３Ａに記憶されている。
【００８８】
次に、作用について説明する。
オートフォーカス装置３００では、光出射部１から出射した光は、ハーフミラー２を介して光学部３０に照射され、光学部３０を通過してワークＷに照射される。そして、ワークＷの表面にて反射された戻り光は、光学部３０及びハーフミラー２を出射光とは逆方向に通過して、ビームスプリッタ３を介して検出部４Ａ，４Ｂに入射する。
このとき、光学部３０は、凸レンズ３１と対物レンズ３３との間に光形状変形部３２を備えており、このため、駆動ミラー３２２が駆動している場合には、ワークＷの表面に結像されるパターン像が円環状に形成されることとなる。そして、ワークＷの表面にて反射した戻り光は、再度、光学部３０内の光形状変形部３２により反射するため、円形状に戻される。
つまり、駆動ミラー３２２が駆動している場合には、光出射部１から出射した円形状の出射光は、光形状変形部３２により円環状となりワークＷの表面にて反射して、円環状の戻り光は光形状変形部３２により円形状に戻って検出部４Ａ，４Ｂに到達する。
ここで、パターン像が円環状であるため、円形レーザの円周部分に沿って平均化効果が向上し、ワークＷの表面に段差部があった場合でもフォーカス検出が可能となる。また、パターン像が円環状であるため、段差部のエッジの方向が如何なる向きであっても、フォーカス検出が可能である。
更に、回転軸３２１を駆動状態と静止状態とに切り替えることができ、駆動ミラー３２２を静止させて、パターン像をスポット状に切り替えることができる。
【００８９】
以上にように、本実施形態のオートフォーカス装置３００によれば、光出射部１と、光出射部１からの出射光をワークＷに照射させ、出射光と同一光路を逆方向に進むワークＷからの戻り光を通過させる光学部３０と、光学部３０を通過した戻り光によりフォーカス検出を行う検出部４Ａ，４Ｂと、を備え、光学部３０は、光出射部１からの出射光を平行光とする凸レンズ３１と、凸レンズ３１からの平行光を円環状に変形する光形状変形部３２と、光形状変形部３２からの円環状の光によりワークＷの表面に円環状のパターン像を集光させる対物レンズ３３と、を備えている。
このため、ワークＷの表面に円環状のパターン像が結像され、スポット状のパターン像に比べて平均化効果が向上するので、ワークＷの表面に段差部があった場合でもフォーカス検出ができることとなる。また、その段差部が如何なる向きであっても、円環状であるため、ライン形状のように段差部形状と一致して光が散乱すること無く、フォーカス検出ができることとなる。
【００９０】
また、本実施形態のオートフォーカス装置３００によれば、駆動部３２３は、回転軸３２１を駆動状態と静止状態とに切り替え可能であり、回転軸３２１を駆動状態と静止状態とに切り替えることにより、パターン像の形状は円環状とスポット状とに切り替わるようになっている。
このため、回転軸３２１を駆動状態と静止状態とに切り替えることにより、例えば狭小範囲においてスポット状のパターン像が形成されるように切り替えることが可能となり、汎用性を向上させることができる。
【００９１】
また、本実施形態のオートフォーカス装置３００によれば、光出射部１からの出射光の波長を変更することで、パターン像の色が変更可能である。
このため、ワークＷの特性（色や反射率）に応じてパターン像の色が変更でき、汎用性を向上させることができる。
【００９２】
（変形例３）
次に、上記の第１実施形態の変形例である変形例３について説明する。
変形例３のオートフォーカス装置３００Ａには、図１５に示すように、駆動ミラー３２２と対物レンズ３３との間に、光学部３０Ａの光路長を変更するための光学部材であるリレーレンズ３４が備えられている。
これにより、駆動ミラー３２２から出射した光は、対物レンズ３３に到達するまでの間に別の光学系を経由することができるようになっている。
なお、この光学系を形成するレンズは、１枚のリレーレンズに限定されものではなく、その数は適時設定可能であるのは勿論である。
従って、オートフォーカス装置３００Ａは、装置構成などに応じて光学部３０Ａの光路長を適宜調整することが可能となり、利便性を向上させることができる。
【００９３】
なお、上記第１〜第３実施形態のオートフォーカス装置においては、何れもピンホール法の構成を例示しているが、例えば、ナイフエッジ法、フーコー法、非点収差法、等のピンホール法以外の検出原理を用いることとしても良い。
【符号の説明】
【００９４】
（第１実施形態）
１００  オートフォーカス装置
１  光出射部（光源）
２  ハーフミラー
３  ビームスプリッタ
４Ａ，４Ｂ  検出部（検出手段）
５  演算部
６  ステージ
７  ステージ駆動機構部
８  波長変更部（波長変更手段）
９  制御部
１０  光学部
１１  凸レンズ
１２  円錐レンズ（光形状変形手段）
１３  対物レンズ
Ｗ  ワーク（測定対象物）
（変形例１）
１００Ａ  オートフォーカス装置
１０Ａ  光学部
１１  凸レンズ
１２  円錐レンズ（光形状変形手段）
１３  対物レンズ
１４  リレーレンズ
（第２実施形態）
２００  オートフォーカス装置
１  光出射部（光源）
２  ハーフミラー
３  ビームスプリッタ
４Ａ，４Ｂ  検出部（検出手段）
５  演算部
６  ステージ
７  ステージ駆動機構部
８  波長変更部（波長変更手段）
９  制御部
２０  光学部
２１  凸レンズ
２２  円錐ミラー（光形状変形手段）
Ｌ  軸線
２３  対物レンズ
Ｗ  ワーク（測定対象物）
（変形例２）
２００Ａ  オートフォーカス装置
２０Ａ  光学部
２１  凸レンズ
２２  円錐ミラー（光形状変形手段）
２３  対物レンズ
２４  リレーレンズ
（第３実施形態）
３００  オートフォーカス装置
１  光出射部（光源）
２  ハーフミラー
３  ビームスプリッタ
４Ａ，４Ｂ  検出部（検出手段）
５  演算部
６  ステージ
７  ステージ駆動機構部
８  波長変更部（波長変更手段）
９Ａ  制御部
３０  光学部
３１  凸レンズ
３２  光形状変形部（光形状変形手段）
３２１  回転軸
３２２  駆動ミラー
３２３  駆動部（駆動手段）
３３  対物レンズ
Ｗ  ワーク（測定対象物）
（変形例３）
３００Ａ  オートフォーカス装置
３０Ａ  光学部
３１  凸レンズ
３２  光形状変形部（光形状変形手段）
３２１  回転軸
３２２  駆動ミラー
３２３  駆動部（駆動手段）
３３  対物レンズ
３４  リレーレンズ
【図１】
0005576195.tif 000002
【図２】
0005576195.tif 000003
【図３】
0005576195.tif 000004
【図４】
0005576195.tif 000005
【図５】
0005576195.tif 000006
【図６】
0005576195.tif 000007
【図７】
0005576195.tif 000008
【図８】
0005576195.tif 000009
【図９】
0005576195.tif 000010
【図１０】
0005576195.tif 000011
【図１１】
0005576195.tif 000012
【図１２】
0005576195.tif 000013
【図１３】
0005576195.tif 000014
【図１４】
0005576195.tif 000015
【図１５】
0005576195.tif 000016
【図１６】
0005576195.tif 000017
【図１７】
0005576195.tif 000018
【図１８】
0005576195.tif 000019