自动聚焦控制单元、电子设备以及自动聚焦控制方法技术

本发明专利技术披露了自动聚焦控制单元、电子设备以及自动聚焦控制方法，其中，该自动聚焦控制单元包括：第一发光元件；线传感器；第二发光元件；狭缝构件；移动机构；以及控制器。通过本发明专利技术，可以执行快速聚焦，而不会使物镜的焦点在样本上产生大的偏离。

【技术实现步骤摘要】

总的来说，本专利技术涉及用于通过定位地调节测试样本和物镜来自动控制焦点的自动聚焦控制单元和方法。具体:l也，本专利技术涉及当 为使用而切换多个物镜时能够根据物镜来执行聚焦的自动聚焦控 制单元和方法、以及电子i殳备。
技术介绍
在诸如光学显微镜、深度计等的光学设备领域中，已使用自动 聚焦装置来作为用于自动聚焦到将被检验的测试样本上的装置。自动聚焦装置的实例包括以下这种装置为进行自动聚焦，激 光束被导向测试样本，从测试样本反射的激光束被检测作为反射激 光束，并基于反射激光束来确定与测试样本的位置关系。该自动聚 焦装置设置有检测反射激光束的光学检测器(例如，光电二极管)。如果上述自动聚焦装置被用在光学显微镜中，则激光束从光源 发出并经由物镜导向测试样本。经由物镜引导的激光束变成测试样 本上的反射激光束，该反射激光束再次经由物镜导向光电才企测器。反射激光束在光电检测器上形成与在测试样本和物镜之间的 距离相对应的光点。在其上安装有自动聚焦装置的光学显微镜中， 移动物镜，使得反射激光束可以在光电检测器上的预定位置处形成 光点。以这种方式，光学显微镜执行了聚焦。用于显微镜的焦点检测方法的已知实例包括刀口法、差分光斑尺寸法、散光法、横向移动法以及傅科(Foucault)法。在这些方 法中，本领域通常^f吏用的是4吏用刀口法的^支术。刀口法是焦点检测^支术，其使用刀口镜和双分割光4妄收元件 (dual partitioning light-receiving element)来执行自动聚焦。例如， 如附图说明图12所示，在刀口4竟105遮蔽掉约一半的光通量的同时，乂人半 导体二才及管102发射的激光束经由准直透4竟106并经由物销:101导 向测试样本103。从测试样本103反射的激光束通过刀口4竟105的 镜表面反射向双分光接收元件104。在物镜101聚焦在测试样本103 的前表面上的同时，预先放置双分光接收元件104以使相同量的反 射激光束可以^皮导向构成双分光^r收元件104的两个光^:收部。如果测试 样本103散焦，那么从测试样本103反射的激光束从 双分光接收器104的入射位置偏移。这导致在来自构成双分光4妻收 元件104的两个光4妾收部的输出之间存在偏差。因此，刀口法通过 使测试样本103或物镜101沿光轴方向移动至来自两个光接收部的 输出变为4皮此相等的位置来实现在测试样本103上的聚焦。顺便提及，近年来，LCD面板、电子设备等已由微小电路图案 形成而基板日益大型化。其制造步骤和检验步骤日益期望能够高速且高4青确度地指定测试目标区域并聚焦在该测试目标区^或上。为了 满足需要，如下已提出在显微镜下的部件检测。提供了放大率互不 相同的多个物镜。当检测用于大型测试样本的对准标记时，使用低 倍率物镜，而当检验测试样本的期望区域时，使用高倍率物镜。即，根据4全验部的位置或状态来切换所4吏用的物4竟。然而，在^f吏用刀口法的焦点检测法中，如果切4灸物4竟101而导 致光轴的不对准或色差，那么双分光4妄收元件104的入射位置将如 图13所示偏离。对于每个物镜IOI，这就需要一种装置来将校正值 加到双分光接收元件104的输出上。提出焦点控制方法作为用于校正色差的技术。在焦点控制方法 中，即使色差校正透镜沿着光轴方向移动并且具有不同色差特性的 物镜用作替换，仍能够校正聚焦误差。这种方法可能需要用于移动 色差校正透镜而不会使光轴不对准的装置，该装置可能需要高精度 的配件。另外，增加的光学部件使其结构扩大，并且提高了焦点枱r 测设备的成本。因此，难以在传统的标准显微镜上安装焦点检测装 备。参见日本专利公开第Hei 10-161195号和第Hei 11-249027号。
技术实现思路
期望提供能够通过校正由于切换物镜而导致的光轴不对准和 色差来高速且高精确度地执行聚焦的自动聚焦控制单元、装有该自 动聚焦控制单元的电子设备以及自动聚焦控制方法。根据本专利技术的实施例，提供了一种自动聚焦控制单元，其包括 第 一发光元件，用于经由从放大率互不相同的多个物镜中选出的单 个物镜向样本发射激光束；线传感器，具有彼此相邻配置的多个光接收元件，多个光接收元件的一部分接收从样本反射的光；第二发 光元件，用于向多个光接收元件的另一部分发射激光束；狭缝构件， 用于以使线传感器被从第二发光元件发射的激光束照射的区域逐 渐增大的方式横穿线传感器；移动机构，用于沿多个光接收元件的 配置方向相对于反射光的光轴相对地移动线传感器；以及控制器， 用于在所选物4竟聚焦在样本的状态下，与所选物4竟相关联地记录^皮 从第二发光元件发射的激光束照射的多个光接收元件和通过多个 光接收元件接收的光量，并且当再次使用物镜时，基于所记录的值 来控制线传感器的位置。根据本专利技术的另 一个实施例，提供了 一种装有自动聚焦控制装 置的电子设备，其包括第一发光元件，用于经由从放大率互不相 同的多个物镜中选出的单个物镜向样本发射激光束；线传感器，具 有彼此相邻配置的多个光接收元件，多个光接收元件的一部分接收 从样本反射的光；第二发光元件，用于向多个光接收元件的另一部 分发射激光束；狭缝构件，用于以使线传感器被从第二发光元件发 射的激光束照射的区域逐渐增大的方式横穿线传感器；移动机构， 用于沿多个光4妄收元件的配置方向相对于反射光的光轴相对地移 动线传感器；以及控制器，用于在所选物镜聚焦在样本的状态下， 与所选物镜相关联地记录被从第二发光元件发射的激光束照射的 多个光接收元件和通过多个光接收元件接收的光量，并且当再次使 用物4竟时，基于所记录的值来控制线传感器的位置。根据本专利技术的又一个实施例，提供了 一种自动聚焦控制方法， 其包括以下步骤对于以可选方式i殳置并具有不同》文大率的多个物 镜中的每一个，在从第一发光元件发射的激光束聚焦在样本上的线 传感器的基准位置处，作为基准元件，记录位于线传感器的一端附 近、经受被从样本反射的光照射的多个光4妄收元件以及位于线传感 器的另 一端附近、经由狭缝构件接收从第二发光元件发射的激光束的区域逐渐增大的另外多个光接收元件，并记录通过位于线传感器的另一端附近的基准元件所接收的光量作为基准信号；与所选物镜 相关联地，基于基准元件和基准信号，将线传感器移动至基准位置； 以及使物镜或样本沿物镜的光轴方向移动，使得可以将由经由所选 物镜导向样本的激光束产生的反射光均等地导向位于移动至基准 位置的线传感器的 一端附近的基准元件。根据本专利技术的实施例，由于线传感器预先移动至与所选物镜相 关联的基准位置，所以可以执行快速聚焦，而不会使物镜的焦点在 样本上产生大的偏离。附图i兌明图1是示出显微镜的结构的示意图2是示出自动聚焦控制单元的实施例的截面图3是示出自动聚焦控制单元的基本结构的示意图4示出了光电4企测部；图5是示出通过线传感器检测到的接收光量；图6A、图6B和图6C示出了在切:换物4竟而导致光轴未对准的 状态下的自动聚焦控制单元，图6A示出了在线传感器上向右偏离 的光轴，图6B示出了在线传感器上没有偏离的光轴，以及图6C示 出了在线传感器上向左偏离的光轴；图7A和图7B是示出通过基准元件检测到的接收反射激光束 的量的曲线图；图8示出了通过刀口镜遮蔽一半多点的发射激光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动聚焦控制单元，包括：　第一发光元件，用于经由从放大率互不相同的多个物镜中选出的单个物镜向样本发射激光束；　线传感器，具有彼此相邻配置的多个光接收元件，所述多个光接收元件的一部分接收从所述样本反射的光；　第二发光元件 ，用于向所述多个光接收元件的另一部分发射激光束；　狭缝构件，用于以使所述线传感器被从所述第二发光元件发射的所述激光束照射的区域逐渐增大的方式横穿所述线传感器；　移动机构，用于沿所述多个光接收元件的配置方向相对于反射光的光轴相对地 移动所述线传感器；以及　控制器，用于在所选物镜聚焦在所述样本的状态下，与所选物镜相关联地记录被从所述第二发光元件发射的所述激光束照射的所述多个光接收元件和通过所述多个光接收元件接收的光量，并且当再次使用所述物镜时，基于所记录的值来控制 所述线传感器的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤英树，星光男，菊地清幸，松木康记，武山宅寿，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]