(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズまたはステージを光軸方向に移動して前記ステージ上の観察対象物に対する合焦制御を自動的に行なう自動合焦動作手段と、
前記観察対象物に対する前記合焦制御の実行中に、各光学素子の切換えや前記ステージの前記光軸方向に直交するＸＹ方向への移動を指示する駆動制御信号または前記各光学素子切換えや前記ステージのＸＹ方向への移動を検出するセンサからの出力信号から合焦評価が不能または合焦ができなくなる要因を検出する要因検出手段と、
この要因検出手段からの出力により、前記要因を検出した場合に前記合焦制御を一時停止させ、前記要因が除去されると前記一時停止を解除して合焦制御を実行する制御手段と、
を具備したことを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】
制御手段は、前記要因検出手段からの出力により合焦動作の一時停止があった後、前記要因検出手段からの出力により対物レンズと観察対象物の位置関係が合焦状態にあるかどうか、合焦状態になければ合焦の状態よりどの方向にどの程度離れているかを評価する合焦評価ができることを条件に、前記観察対象物に対する合焦制御を可能にしたことを特徴とする請求項１記載の自動合焦装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡や光学測定器などの光学機器に用いられる合焦装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡や光学測定器などの光学機器には、観察対象物に対し、自動的に焦点を合わせる自動合焦装置が用いられている。
【０００３】
そして、このような自動合焦装置としては、従来、特開昭５８−２１７９０９号公報や特開昭６０−４２７２５号公報に開示された装置が知られている。
【０００４】
図４は、これらに開示される自動合焦装置を示すもので、測定光源１から出射される直線偏光の測定用光束を、コリメータレンズ２を介して平行光束に規制した後、偏光ビームスプリッタ３、λ／４板４を透過させて円偏光に変換し、さらにダイクロイックミラー５で所定の波長を有する測定用光束のみを反射して対物レンズ６を介してステージ７上の観察対象物８に照射させる。また、観察対象物８の表面で反射された反射光束を、再び対物レンズ６を介してダイクロイックミラー５に入射させ、その一部を透過して観察用結像レンズ９を介して結像位置１０に像を結び、一方、残りの部分をダイクロイックミラー５で反射し、λ／４板４を透過させて最初の直線偏光に対して９０°ずれた直線偏光として、偏光ビームスプリッタ３で反射させ、結像レンズ１１を介して受光素子１２で受光させる。そして、この受光素子１２で受光した反射光束の結像状態を演算制御装置１３により検知し、その出力を駆動装置１４に入力し、この駆動装置１４によりステージ７または対物レンズ６を光軸方向に移動させることで光学系の合焦を行なうようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような自動合焦装置では、合焦のための動作の途中で、例えば対物レンズの交換や検鏡方式を切換えるなどの原因により、合焦動作を続けることができなくなるので、スイッチを切り自動的に合焦動作を停止させる必要がある。そして、必要な操作が終わって、合焦動作を再開させるには、改めて合焦動作のスタートスイッチなどを操作するようにしている。
【０００６】
ところが、このように合焦の動作途中で停止した場合、停止原因が無くなる度に、改めて合焦動作のスタートスイッチを操作して合焦動作を再開させているため、例えば、流れ作業で行なわれるウェハ基板の表面検査工程での観察用顕微鏡に適用されたような場合は、その都度スタートスイッチを再操作するようになり、このためのタクトタイムが加算され、作業能率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、合焦作業の簡単化を実現できる自動合焦装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、対物レンズまたはステージを光軸方向に移動して前記ステージ上の観察対象物に対する合焦制御を自動的に行なう自動合焦動作手段と、前記観察対象物に対する前記合焦制御の実行中に、各光学素子の切換えや前記ステージの前記光軸方向に直交するＸＹ方向への移動を指示する駆動制御信号または前記各光学素子切換えや前記ステージのＸＹ方向への移動を検出するセンサからの出力信号から合焦評価が不能または合焦ができなくなる要因を検出する要因検出手段と、この要因検出手段からの出力により、前記要因を検出した場合に前記合焦制御を一時停止させ、前記要因が除去されると前記一時停止を解除して合焦制御を実行する制御手段と、を具備したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御手段は、前記要因検出手段からの出力により合焦動作の一時停止があった後、前記要因検出手段からの出力により対物レンズと観察対象物の位置関係が合焦状態にあるかどうか、合焦状態になければ合焦の状態よりどの方向にどの程度離れているかを評価する合焦評価ができることを条件に、前記観察対象物に対する合焦制御を可能にしたことを特徴としている。
【００１０】
この結果、本発明によれば、自動合焦のための合焦評価が不能または合焦できなくなる要因が生じると、一時的に自動合焦を停止し、これらの要因が除去されると、自動的に合焦動作を再開できるので、合焦作業の簡単化を実現できる。
【００１１】
また、本発明によれば、自動合焦のための合焦評価が不能または合焦できなくなる要因が生じても、合焦の可能性があれば合焦まで移行できるので、効率のよい合焦動作を得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。
【００１３】
図１は、本発明の合焦装置が適用される落射照明型顕微鏡の概略構成を示している。図において、２１は焦点光学系で、この焦点光学系２１は、上述した図４で述べたと同様な構成をなしていて、同図と同一部分には、同符号を付している。
【００１４】
このような焦点光学系２１には、表示部２２を接続している。この表示部２２は、ＣＣＤカメラ２２ａとモニタ２２ｂを有するもので、焦点光学系２１の観察用結像レンズ９を介した結像位置１０にＣＣＤカメラ２２ａを配置し、観察対象物８を撮像するとともに、撮像した観察対象物８の画像をモニタ２２ｂに表示するようにしている。
【００１５】
また、焦点光学系２１には、制御部２３を接続している。この制御部２３は、Ａ／Ｄ変換器２３ａ、ＣＰＵ２３ｂを有するもので、このうちＣＰＵ２３ｂには、駆動装置２４の他に、自動合焦のための合焦評価が不能または合焦できなくなる要因を検出するための要因検出手段として対物レンズ切換え検出部２５、検鏡変更検出部２６、ステージ移動検出部２７、ローダ／アンローダ動作検出部２８を接続している。
【００１６】
ここで、Ａ／Ｄ変換器２３ａは、焦点光学系２１の受光素子１２で集光された反射光束に応じた電気信号をデジタル信号に変換するもので、このデジタル信号をＣＰＵ２３ｂに入力するようにしている。
【００１７】
対物レンズ切換え検出部２５は、焦点光学系２１での対物レンズ６の倍率などを切換えるため図示しないレボルバの動作状態を検出するものである。検鏡変更検出部２６は、顕微鏡の検鏡方法の変更などの切換え動作状態を検出するものである。ステージ移動検出部２７は、観察対象物８を動かすためステージ７をＸＹ方向に移動する状態を検出するものである。ローダ／アンローダ動作検出部２８は、ステージ７上への観察対象物８の取り換え状態を検出するものである。
【００１８】
なお、要因検出手段としては、各光学素子やステージの駆動制御信号または切換えや移動を検出するセンサからの出力信号を検出したり、さらに操作部の指令信号を検出するなど合焦評価が不能または合焦できなくなる要因を検出できるものであればよい。
【００１９】
ＣＰＵ２３ｂは、Ａ／Ｄ変換器２３ａからのデジタル信号に基づいて合焦評価を行ない合焦動作が可能か否かを判断するとともに、この結果に基づいて駆動装置２４によりステージ７または対物レンズ６を光軸方向に移動させて光学系の自動合焦を行ない、また、対物レンズ切換え検出部２５、検鏡変更検出部２６、ステージ移動検出部２７、ローダ／アンローダ動作検出部２８より自動合焦のための合焦評価不能または合焦ができなくなる各種要因に相当する出力が与えられると、この時点のＡ／Ｄ変換器２３ａからのデジタル信号に対する合焦評価の結果から、これら要因が除去されるまで自動合焦を一時停止するようになっている。
【００２０】
ここで、合焦評価とは、対物レンズ６と観察対象物８の位置関係が合焦状態にあるかどうか、合焦状態になければ合焦の状態よりどの方向にどの程度離れているかなどの評価である。
【００２１】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００２２】
まず、観察対象物８をステージ７に載置し、合焦を自動で行なう自動合焦動作を設定する。
【００２３】
この状態から、焦点光学系２１において、ステージ７上の観察対象物８に測定用光束を照射し、観察対象物８の表面で反射された反射光束が受光素子１２で受光すると、この受光素子１２より出力される電気信号が、Ａ／Ｄ変換器２３ａによりデジタル信号に変換され、ＣＰＵ２３ｂに入力される。
【００２４】
すると、ＣＰＵ２３ｂにおいて、Ａ／Ｄ変換器２３ａからのデジタル信号に基づいて合焦評価が行なわれ合焦動作が可能か否かが判定され、この判定結果が駆動装置２４に出力される。これによりステージ７または対物レンズ６は、光軸方向に移動され、自動合焦が行なわれる。そして、このような自動合焦動作により得られる観察対象物８の観察像は、焦点光学系２１の観察用結像レンズ９を介して結像位置１０に配置されたＣＣＤカメラ２２ａにより撮像されるとともに、モニタ２２ｂに表示される。
【００２５】
次に、このような自動合焦動作において、一時停止要因である、例えば観察対象物８を動かすためステージ７をＸＹ方向に移動した場合を説明する。
【００２６】
この場合、図２に示すフローチャートが実行される。
【００２７】
まず、ステップ２０１で、焦点光学系２１での自動合焦による合焦への追い込み動作が実行されているものとする。このような合焦動作の状態からステップ２０２で、観察対象物８を動かしたいためステージ７をＸＹ方向に移動することがあると、ステージ７の移動をステージ移動検出部２７が検出し、検出出力を制御部２３のＣＰＵ２３ｂに出力する。
【００２８】
ＣＰＵ２３ｂでは、ステップ２０３で、ステージ移動検出部２７からの出力により合焦評価が可能か否か、または合焦できるか否かの判断を行なう。ここでの合焦評価は、対物レンズ６と観察対象物８の位置関係が合焦状態にあるかどうか、合焦状態になければ合焦の状態よりどの方向にどの程度離れているかの評価である。
【００２９】
ここで、合焦評価できると判断されると、ステップ２０１に戻り、合焦への追い込み動作が続けられる。一方、合焦評価できないと判断されると、ステップ２０４に進み、ＣＰＵ２３ｂにより自動合焦を一時停止させる指令が出力される。
【００３０】
ステップ２０５では、合焦評価の不能または合焦できなくなる要因の発生により合焦動作が一時停止した場合でも、合焦評価の判定を行ない合焦評価が合焦の指標になる場合は、合焦動作の一時停止を解除し、合焦追い込み動作を開始させる。このステップ２０５で、合焦評価できないと判断されると、ステップ２０６で、観察対象物８の移動が終了したか否かがステージ移動検出部２７の出力から判断される。ここで、観察対象物８の移動が続いていると判断されると、ステップ２０４の一時停止状態を維持し続ける。また、観察対象物８の移動終了が判断されると、ステップ２０７に進み、合焦開始のシーケンスに移行する。
【００３１】
この合焦開始のシーケンスでは、図３に示すフローチャートが実行される。
【００３２】
まず、ステップ３０１で、ステージ７上の観察対象物８に測定用光束を照射し、観察対象物８の表面で反射された反射光束が受光素子１２で受光する。そして、の受光素子１２より出力される電気信号が、Ａ／Ｄ変換器２３ａを介してＣＰＵ２３ｂに入力されると、ステップ３０２で、Ａ／Ｄ変換器２３ａのデジタル信号に基づいて合焦評価できる信号レベルかが判断される。ここで、合焦評価できる信号レベルと判断されると、ステップ３０３に進み、この時の合焦評価の結果に基づいて合焦に追い込む動作を実行する。ここでの合焦に追い込む動作とは、合焦評価により合焦に達していない場合、その結果（合焦よりどの方向にどの程度離れているか）を利用して対物レンズ６と観察対象物８の位置関係が合焦になるように動作させることである。
【００３３】
一方、ステップ３０２で、合焦評価できる信号レベルでないと判断されると、ステップ３０４に進み、合焦評価できる信号レベルを得られる位置をサーチ（検索）する。ここでのサーチ（検索）とは、対物レンズ６と観察対象物８の取り得る位置の全範囲を移動させながら合焦評価できるポイントを検索することである。
【００３４】
そして、ステップ３０２に戻って、再び合焦評価できる信号レベルかの判断が行なわれる。
【００３５】
従って、このようにすれば、対物レンズ６またはステージ７を光軸方向に移動し、この移動にともなうＡ／Ｄ変換器２３ａからのデジタル信号から合焦評価を行い、この結果に基づいてステージ７上の観察対象物８に対する合焦制御を行なうようになっていて、例えば観察対象物８上の観察位置を変更するためステージ７がＸＹ方向に移動され、この状態をステージ移動検出部２７が検出すると、この検出された観察対象物８の移動という要因が除去されるまで観察対象物８に対する合焦制御を一時停止させるようにしたので、オペレータは、観察対象物の観察に合焦操作のことを全く考えることなく、また、合焦操作に知識が全くなくても、最終的に合焦状態を得られるようになり、合焦作業の簡単化を実現できる。そして、このような自動合焦装置を、例えば、流れ作業で行なわれるウェハ基板の表面検査工程での観察用顕微鏡に適用すると、合焦動作を再開させる度にスタートスイッチを再操作するような面倒な手間が省略できるので、タクトタイムを短縮でき、作業能率の向上を図ることができる。
【００３６】
また、自動合焦のための合焦評価ができなくなる要因が生じても、合焦の可能性があれば観察対象物８に対する合焦制御を継続できるようになっているので、不必要に合焦動作を一時停止することがなくなり、効率のよい合焦動作を得られる。
【００３７】
なお、上述では、自動合焦動作の一時停止要因として、ステージ移動検出部２７により検出されるステージ７のＸＹ方向に動かし観察対象物８を移動させる場合について述べたが、対物レンズ切換え検出部２５により検出される対物レンズ６の倍率などを切換えるため図示しないレボルバが動作される場合、検鏡変更検出部２６により検出される顕微鏡の検鏡方法の変更などの切換えの場合、ローダ／アンローダ動作検出部２８により検出されるステージ７上への観察対象物８の取り換えの場合にも、同様にして自動合焦動作が一時的に停止にされ、一時停止の原因が解消されるのを待って合焦動作が再び実行されるようになる。
【００３８】
また、上述した実施の形態では、自動合焦のための合焦評価ができなくなる要因を検出するための例として、対物レンズ切換え検出部２５、検鏡変更検出部２６、ステージ移動検出部２７、ローダ／アンローダ動作検出部２８を述べたが、これら以外の要因を検出するものについても適用できることは勿論である。また、このような各種の検出手段を用いずに、対物レンズ切換え、検鏡変更、ステージ移動、ローダ／アンローダ動作のコントローラのコントロールの状態に基づいて、自動合焦のための合焦評価ができなくなる要因の有無を検知するようにすることもできる。
【００３９】
さらに、上述した実施の形態では、本発明の合焦装置を落射照明型顕微鏡に適用した例を述べたが、光学測定器などの光学機器への適用も可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、自動合焦のための合焦評価ができなくなる要因が生じると、一時的に自動合焦を停止し、これらの要因が除去されると、自動的に合焦動作を再開できるので、観察対象物の観察に合焦操作のことを全く考えることなく、また、合焦操作に知識が全くなくても、最終的に合焦状態を得られるようになり、合焦作業の簡単化を実現できる。
【００４１】
また、自動合焦のための合焦評価ができなくなる要因が生じても、合焦の可能性があれば合焦まで移行できるので、不必要に合焦動作を一時停止することがなくなり、効率のよい合焦動作を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】一実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】一実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】従来の自動合焦装置の一例の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１…測定光源
２…コリメータレンズ
３…偏光ビームスプリッタ
４…λ／４板
５…ダイクロイックミラー
６…対物レンズ
７…ステージ
８…観察対象物
９…観察用結像レンズ
１０…結像位置
１１…結像レンズ
１２…受光素子
１３…演算制御装置
１４…駆動装置
２１…焦点光学系
２２…表示部
２２ａ…ＣＣＤカメラ
２２ｂ…モニタ
２３…制御部
２３ａ…Ａ／Ｄ変換器
２３ｂ…ＣＰＵ
２４…駆動装置
２５…対物レンズ切換え検出部
２６…検鏡変更検出部
２７…ステージ移動検出部
２８…ローダ／アンローダ動作検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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