JP2003083723A - Three-dimensional shape measuring optical system - Google Patents

Three-dimensional shape measuring optical system

Info

Publication number
JP2003083723A
JP2003083723A JP2001279475A JP2001279475A JP2003083723A JP 2003083723 A JP2003083723 A JP 2003083723A JP 2001279475 A JP2001279475 A JP 2001279475A JP 2001279475 A JP2001279475 A JP 2001279475A JP 2003083723 A JP2003083723 A JP 2003083723A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
light
illumination
slit
dimensional shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001279475A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Abe
芳久 阿部
Akimitsu Ebihara
明光 蛯原
Toshio Kono
利夫 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP2001279475A priority Critical patent/JP2003083723A/en
Priority to US10/237,176 priority patent/US20030058455A1/en
Publication of JP2003083723A publication Critical patent/JP2003083723A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional shape measuring optical system capable of detecting the elevation position of a measuring object with high accuracy. SOLUTION: The three-dimensional shape measurement optical system uses a confocus detection method. An object optical system (12) focuses illumination light (L1) toward the measuring object (15) and focuses reflection light (L2) from the measuring object (15) toward a line sensor (14). A polarization beam splitter (11) splits the illumination light (L1) and the reflection light (L2) into paths, and a line sensor (14) detects the quantity of the reflection light (L2). The illumination light (L1) goes in the object optical system (12) with inclination so as to pass only one side region of an iris separated into two with the light axis center (AX2) of the object optical system (12) and the light among the reflection light (L2) having passes the one side region is shielded with a shield mask (16).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は3次元形状測定光学
系に関するものであり、更に詳しくは共焦点検出方式の
3次元形状測定光学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring optical system, and more particularly to a confocal detection type three-dimensional shape measuring optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】3次元形状の測定に用いられる方式の一
つとして、共焦点検出方式が知られている。共焦点検出
方式にはピンホール方式,スリット方式等があり、ここ
ではピンホール方式の一例を挙げてその基本構成を以下
に説明する。光源から射出した照明光は、照明用ピンホ
ールの位置で光源像を形成し、照明用ピンホールを通過
する。そして、偏光ビームスプリッターで反射された
後、対物光学系により測定対象物の被測定面上に投影さ
れる。被測定面からの反射光は、対物光学系と偏光ビー
ムスプリッターを通って検出用ピンホールに入射する。
そして、検出用ピンホールを通過した反射光は、センサ
ーに入射して光量が検出される。
2. Description of the Related Art A confocal detection method is known as one of methods used for measuring a three-dimensional shape. The confocal detection method includes a pinhole method, a slit method, etc. Here, the basic configuration will be described below by taking an example of the pinhole method. The illumination light emitted from the light source forms a light source image at the position of the illumination pinhole and passes through the illumination pinhole. Then, after being reflected by the polarization beam splitter, it is projected onto the surface to be measured of the object to be measured by the objective optical system. The reflected light from the surface to be measured enters the detection pinhole through the objective optical system and the polarization beam splitter.
Then, the reflected light that has passed through the detection pinhole is incident on the sensor and the amount of light is detected.

【0003】照明用ピンホールと検出用ピンホールと
は、対物光学系に関して光学的に等価な位置(つまり共
焦点位置)に配置されている。このため、被測定面が照
明用ピンホールに対して共役な位置にあるとき、検出用
ピンホールと被測定面との共役関係が成立し、検出用ピ
ンホールを通過する照明光の光量が最大となる。そし
て、被測定面が照明用ピンホールの共役位置から外れる
と、検出用ピンホールを通過する反射光の光量が著しく
減少することになる。したがって、センサーで検出され
る光量が最大となったときの結像関係から、測定対象物
の高さ位置(つまり光軸に平行な方向の物体サイズ)を検
出することができる。
The illumination pinhole and the detection pinhole are arranged at optically equivalent positions (that is, confocal positions) with respect to the objective optical system. Therefore, when the surface to be measured is in a position conjugate with the pinhole for illumination, the conjugate relationship between the pinhole for detection and the surface to be measured is established, and the amount of illumination light passing through the pinhole for detection is maximum. Becomes Then, when the surface to be measured deviates from the conjugate position of the illumination pinhole, the amount of reflected light passing through the detection pinhole is significantly reduced. Therefore, the height position of the measurement target (that is, the object size in the direction parallel to the optical axis) can be detected from the imaging relationship when the amount of light detected by the sensor becomes maximum.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、被測定面に拡
散面(例えば鏡面が混在した拡散面)が含まれていると、
被測定面が照明用ピンホールの共役位置から外れた位置
にあっても、拡散反射光の一部が照明光と同様の光路を
たどって検出用ピンホールを通過し、センサーで検出さ
れてしまうことがある。これは測定ノイズとして測定対
象物の高さ位置の検出精度を低下させる原因となる。
However, if the surface to be measured includes a diffusing surface (for example, a diffusing surface in which mirror surfaces are mixed),
Even if the surface to be measured is out of the conjugate position of the illumination pinhole, part of the diffuse reflected light follows the same optical path as the illumination light and passes through the detection pinhole, and is detected by the sensor. Sometimes. This causes measurement noise to deteriorate the detection accuracy of the height position of the measuring object.

【0005】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、測定対象物の高さ位置を高い精度で検出
することができる3次元形状測定光学系を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a three-dimensional shape measuring optical system capable of detecting the height position of an object to be measured with high accuracy. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明の3次元形状測定光学系は、照明光を放
射する光源と、その光源からの照明光を測定対象物に向
けて結像させるとともに測定対象物からの反射光を結像
させる対物光学系と、その対物光学系に入射する照明光
と対物光学系から射出した反射光との光路分離を行うビ
ームスプリッターと、前記対物光学系から射出した反射
光の光量を検出するセンサーと、を備えた共焦点検出方
式の3次元形状測定光学系であって、前記対物光学系の
光軸を中心として2分割された瞳の片側領域のみを通過
するように照明光が前記対物光学系に対して斜入射し、
測定対象物からの反射光のうち前記片側領域を通過した
ものが遮光されるように構成されていることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a three-dimensional shape measuring optical system according to a first aspect of the present invention directs a light source that emits illumination light and the illumination light from the light source toward an object to be measured. An objective optical system that forms an image with the reflected light from the object to be measured, and a beam splitter that performs optical path separation between the illumination light that enters the objective optical system and the reflected light that exits from the objective optical system; A confocal detection type three-dimensional shape measuring optical system including a sensor that detects the amount of reflected light emitted from an objective optical system, the pupil being divided into two parts about the optical axis of the objective optical system. Illumination light obliquely enters the objective optical system so as to pass through only one side region,
It is characterized in that the reflected light from the object to be measured that passes through the one side region is shielded.

【0007】第2の発明の3次元形状測定光学系は、上
記第1の発明の構成において、前記センサーの光量検出
位置が、前記光源の共焦点位置、光源像の共焦点位置又
は共焦点位置の共役位置であることを特徴とする。
In the three-dimensional shape measuring optical system of the second invention, in the structure of the first invention, the light amount detection position of the sensor is the confocal position of the light source, the confocal position of the light source image, or the confocal position. Is a conjugate position of.

【0008】第3の発明の3次元形状測定光学系は、上
記第2の発明の構成において、前記対物光学系に関する
前記光源又は光源像の共焦点位置と前記センサーとの間
に、リレー光学系が配置されていることを特徴とする。
A three-dimensional shape measuring optical system according to a third aspect of the present invention is the relay optical system according to the configuration of the second aspect, between the sensor and the confocal position of the light source or light source image with respect to the objective optical system. Are arranged.

【0009】第4の発明の3次元形状測定光学系は、上
記第1の発明の構成において、前記光源と前記対物光学
系との間に、光量利用効率を上げるための照明光学系が
配置されていることを特徴とする。
In the three-dimensional shape measuring optical system of the fourth invention, in the configuration of the first invention, an illumination optical system for increasing the light quantity utilization efficiency is arranged between the light source and the objective optical system. It is characterized by

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した3次元形
状測定光学系を、図面を参照しつつ説明する。図1に、
3次元形状測定光学系の一部を成すスリット照明光学系
(9)の構成例を示す。また図2に、図1のスリット照明
光学系(9)を備えたスリット共焦点検出方式の3次元形
状測定光学系を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A three-dimensional shape measuring optical system embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. In Figure 1,
Slit illumination optical system that forms part of the three-dimensional shape measurement optical system
An example of the configuration of (9) is shown. FIG. 2 shows a slit confocal detection type three-dimensional shape measuring optical system including the slit illumination optical system (9) of FIG.

【0011】図1及び図2において、1はレーザーダイ
オード、2はコリメータレンズ、3は矩形開口板、4はウ
ェッジプリズムペア、5は1/2波長板、6は可変ND(N
eutral Density)フィルター、7はアナモルフィックプリ
ズムペア、8はシリンドリカルレンズ、9はスリット照明
光学系、10はスリットマスク、11は偏光ビームスプリッ
ター、12は対物光学系、13はXYステージ、14はライン
センサー、15は測定対象物、16は遮光マスクである。ま
た、L1はレーザービーム(照明光)、L2は反射光、AX1は
スリット照明光学系(9)の光軸、AX2は対物光学系(12)の
光軸である。なお、各図中のX,Y,Zは、光路展開状
態において互いに直交する方向を示しており、図1(A)
はYZ断面に相当し、図1(B)はXZ断面に相当する。
1 and 2, 1 is a laser diode, 2 is a collimator lens, 3 is a rectangular aperture plate, 4 is a wedge prism pair, 5 is a half-wave plate, and 6 is a variable ND (N
eutral Density) filter, 7 anamorphic prism pair, 8 cylindrical lens, 9 slit illumination optical system, 10 slit mask, 11 polarizing beam splitter, 12 objective optical system, 13 XY stage, 14 line A sensor, 15 is an object to be measured, and 16 is a light-shielding mask. L1 is a laser beam (illumination light), L2 is reflected light, AX1 is an optical axis of the slit illumination optical system (9), and AX2 is an optical axis of the objective optical system (12). In addition, X, Y, and Z in each figure indicate directions orthogonal to each other in the optical path expanded state, and FIG.
Corresponds to the YZ section, and FIG. 1B corresponds to the XZ section.

【0012】レーザーダイオード(1)は、照明光として
レーザービーム(L1)を放射する点光源である。そして、
レーザーダイオード(1)から放射されるレーザービーム
(L1)は、楕円錐体状に放射するガウシアンビームであ
る。レーザーダイオード(1)から放射されたレーザービ
ーム(L1)は、コリメータレンズ(2),矩形開口板(3),ウ
ェッジプリズムペア(4),1/2波長板(5),可変NDフ
ィルター(6),アナモルフィックプリズムペア(7)及びシ
リンドリカルレンズ(8)から成るスリット照明光学系(9)
によって、以下に説明するようにスリットマスク(10)の
開口位置{すなわちスリット(10h)の位置}でスリット状
に結像することになる。
The laser diode (1) is a point light source that emits a laser beam (L1) as illumination light. And
Laser beam emitted from laser diode (1)
(L1) is a Gaussian beam emitted in the shape of an elliptical cone. The laser beam (L1) emitted from the laser diode (1) is collimator lens (2), rectangular aperture plate (3), wedge prism pair (4), 1/2 wavelength plate (5), variable ND filter (6). ), Anamorphic prism pair (7) and cylindrical lens (8) slit illumination optical system (9)
As a result, an image is formed in a slit shape at the opening position of the slit mask (10) (that is, the position of the slit (10h)) as described below.

【0013】レーザーダイオード(1)から放射されたレ
ーザービーム(L1)は、まず回転対称なコリメータ光学系
であるコリメータレンズ(2)によって、放射光からコリ
メート光(すなわち平行光)に変換される。そしてレーザ
ービーム(L1)は、矩形開口板(3)の矩形開口(3h)を通過
することにより、必要な光束範囲だけに制限される。図
3に、レーザービーム(L1)のビーム形状と、矩形開口(3
h)に対応する楕円錐体状ガウシアンビーム使用範囲の断
面光量分布(i:光強度,r:ビーム径位置)と、スリット
方向(dL,dS)との関係を示す。レーザーダイオード(1)
は、図3に示すようにレーザービーム(L1)の楕円の長軸
方向がスリット(10h)のスリット長手方向(dL)と一致す
るように配置されている。これにより、スリット長手方
向(dL)の光量分布を概略均一に保ちながら光量利用効率
を高めることができる。
The laser beam (L1) emitted from the laser diode (1) is first converted from emitted light into collimated light (that is, parallel light) by a collimator lens (2) which is a rotationally symmetric collimator optical system. Then, the laser beam (L1) is limited to a necessary luminous flux range by passing through the rectangular aperture (3h) of the rectangular aperture plate (3). Figure 3 shows the beam shape of the laser beam (L1) and the rectangular aperture (3
The relationship between the cross-sectional light intensity distribution (i: light intensity, r: beam diameter position) in the use range of the elliptic cone-shaped Gaussian beam corresponding to h) and the slit direction (dL, dS) is shown. Laser diode (1)
Are arranged so that the major axis direction of the ellipse of the laser beam (L1) coincides with the slit longitudinal direction (dL) of the slit (10h) as shown in FIG. As a result, it is possible to improve the light quantity utilization efficiency while keeping the light quantity distribution in the slit longitudinal direction (dL) substantially uniform.

【0014】矩形開口(3h)を通過したレーザービーム(L
1)は、ウェッジプリズムペア(4)に入射する。ウェッジ
プリズムペア(4)は、レーザービーム(L1)の結像位置を
所望の位置へ微調整するための光軸方向偏向手段であ
る。このウェッジプリズムペア(4)の鏡筒を光軸(AX1)中
心に回転させることにより、スリット状の光源像を微小
に平行シフトさせることが可能である。したがって、レ
ーザービーム(L1)位置の微調整により、光学調整時のス
リットマスク(10)の位置とスリット結像位置との位置合
わせを行うことができる。
The laser beam (L
1) enters the wedge prism pair (4). The wedge prism pair (4) is an optical axis direction deflection means for finely adjusting the image forming position of the laser beam (L1) to a desired position. By rotating the lens barrel of the wedge prism pair (4) around the optical axis (AX1), the slit-shaped light source image can be finely shifted in parallel. Therefore, by finely adjusting the position of the laser beam (L1), the position of the slit mask (10) and the slit image forming position can be aligned during the optical adjustment.

【0015】ウェッジプリズムペア(4)を射出したレー
ザービーム(L1)は、1/2波長板(5),可変NDフィル
ター(6),アナモルフィックプリズムペア(7),シリンド
リカルレンズ(8)を順に通って、スリット(10h)位置でス
リット状の光源像を形成する。1/2波長板(5)は、図
1(A),(B)中に示すようにレーザービーム(L1)の偏光
方向を90°回転させる偏光方向変換素子である。第
1,第2プリズム(7a,7b)から成るアナモルフィックプ
リズムペア(7)は、レーザービーム(L1)をその楕円状の
長軸方向{つまりスリット長手方向(dL)}にのみ拡大する
エキスパンダー光学系である。レーザーダイオード(1)
は、一般的なレーザーダイオードと同様、その接合面に
対して平行な方向(つまり楕円錐体状ビームの短軸方向)
に偏光したレーザービーム(L1)を放射し、また前述した
ように、レーザービーム(L1)の楕円の長軸方向がスリッ
ト長手方向(dL)と一致するように配置されている(図
3)。したがってレーザービーム(L1)は、1/2波長板
(5)によりS偏光からP偏光に変換された状態でアナモ
ルフィックプリズムペア(7)に入射することになる。
The laser beam (L1) emitted from the wedge prism pair (4) passes through a half-wave plate (5), a variable ND filter (6), an anamorphic prism pair (7), and a cylindrical lens (8). A slit-shaped light source image is formed at the slit (10h) position by sequentially passing through. The half-wave plate (5) is a polarization direction conversion element for rotating the polarization direction of the laser beam (L1) by 90 ° as shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). The anamorphic prism pair (7) consisting of the first and second prisms (7a, 7b) is an expander that expands the laser beam (L1) only in the elliptical major axis direction (that is, slit longitudinal direction (dL)}. It is an optical system. Laser diode (1)
Is the direction parallel to the junction surface (that is, the minor axis direction of the elliptical cone beam), similar to a typical laser diode.
It emits a laser beam (L1) polarized into a beam and is arranged so that the major axis direction of the ellipse of the laser beam (L1) coincides with the slit longitudinal direction (dL) (FIG. 3). Therefore, the laser beam (L1) is a half-wave plate.
It is incident on the anamorphic prism pair (7) after being converted from S polarized light to P polarized light by (5).

【0016】1/2波長板(5)での偏光方向変換によ
り、アナモルフィックプリズムペア(7)のプリズム面{特
に第1,第2プリズム(7a,7b)の各第1面}にレーザービ
ーム(L1)が入射する際の透過率を最大にすることができ
る。このため、アナモルフィックプリズムペア(7)での
光量損失が少なくなり、光量利用の高効率化を達成する
ことができる。さらに、入射角をブリュースター角に近
づけることで、プリズム入射面の反射防止膜を不要にす
ることができる。また、偏光方向がスリット方向と一致
するので、効率良くレーザービーム(L1)がスリットを通
過することができる。なお、図1には示していないが、
1/2波長板(5)のすぐ後に偏光板を配置し、レーザー
ビーム(L1)の偏光方向をより精度良く揃える構成として
もよい。
By changing the polarization direction in the half-wave plate (5), a laser is applied to the prism surface of the anamorphic prism pair (7) {especially each first surface of the first and second prisms (7a, 7b)}. It is possible to maximize the transmittance when the beam (L1) is incident. Therefore, the loss of the light amount in the anamorphic prism pair (7) is reduced, and the efficiency of the light amount utilization can be improved. Further, by making the incident angle close to the Brewster angle, the antireflection film on the prism incident surface can be eliminated. Further, since the polarization direction matches the slit direction, the laser beam (L1) can efficiently pass through the slit. Although not shown in FIG. 1,
A polarizing plate may be arranged immediately after the half-wave plate (5) to align the polarization direction of the laser beam (L1) more accurately.

【0017】アナモルフィックプリズムペア(7)は、レ
ーザービーム(L1)をスリット長手方向(dL)へのみ拡大す
ることができる。所望のスリット長を得ながらもスリッ
ト短手方向(dS)の光束幅は変化しないので、スリット結
像光学系であるシリンドリカルレンズ(8)の焦点距離を
伸ばすことなく所望のNA(Numerical Aperture)を得る
ことができ、スリット照明光学系(9)の全長を短くコン
パクトにすることができる。図5(A)に示すように、負
のシリンドリカルレンズ(G1)と正のシリンドリカルレン
ズ(G2)から成るレンズ群をエキスパンダー光学系として
用いることによっても、一方向への光束拡大は可能であ
る。しかし、アナモルフィックプリズムペア(7)を用い
れば、レンズ群(G1,G2)を用いた場合よりも、図5(B)
に示すように拡大方向の両端部における光束密度の低下
が少なくなる。つまり、レンズ群を用いた場合、収差の
小さな光学系を構成することは容易でない。したがって
アナモルフィックプリズムペア(7)の使用は、拡大方向
であるスリット長手方向(dL)の光量を概略均一に保つこ
とに対しても有効である。
The anamorphic prism pair (7) can expand the laser beam (L1) only in the slit longitudinal direction (dL). While obtaining the desired slit length, the beam width in the slit lateral direction (dS) does not change, so the desired NA (Numerical Aperture) can be obtained without extending the focal length of the cylindrical lens (8) that is the slit imaging optical system. Therefore, the total length of the slit illumination optical system (9) can be made short and compact. As shown in FIG. 5 (A), it is also possible to expand the luminous flux in one direction by using a lens group including a negative cylindrical lens (G1) and a positive cylindrical lens (G2) as an expander optical system. However, when the anamorphic prism pair (7) is used, it is more likely that the lens group (G1, G2) is used than in the case of FIG.
As shown in, the decrease in the luminous flux density at both ends in the expansion direction is reduced. That is, it is not easy to construct an optical system with a small aberration when using the lens group. Therefore, the use of the anamorphic prism pair (7) is also effective for keeping the light amount in the slit longitudinal direction (dL), which is the expanding direction, substantially uniform.

【0018】可変NDフィルター(6)は、図4に示すよ
うに、ガラス基板上にND蒸着膜が形成されたND蒸着
部(6a)と、ガラス基板上にND蒸着膜が形成されていな
いND非蒸着部(6b)と、を有する構造になっている。そ
して、レーザービーム(L1)がND蒸着部(6a)、ND非蒸
着部(6b)のいずれか一方のみを通過するように、レーザ
ービーム(L1)の光路に対してND蒸着部(6a)又はND非
蒸着部(6b)を切替挿入することが可能になっている。
As shown in FIG. 4, the variable ND filter (6) includes an ND vapor deposition section (6a) having an ND vapor deposition film formed on a glass substrate and an ND vapor deposition film having no ND vapor deposition film formed on the glass substrate. It has a structure having a non-deposition portion (6b). The laser beam (L1) passes through either the ND vapor deposition section (6a) or the ND non-vapor deposition section (6b) so that the laser beam (L1) passes through the ND vapor deposition section (6a) or the optical path of the laser beam (L1). It is possible to switch and insert the ND non-deposition portion (6b).

【0019】測定対象物(15)の高さ位置(Z方向)を測定
する際、そのスキャニングは往路と復路との2回行われ
る。往路のスキャニング{測定対象物(15)の低い位置か
ら高い位置へのZ方向のスキャニング}では、レーザー
ビーム(L1)がND非蒸着部(6b)を通過し、復路のスキャ
ニング{測定対象物(15)の高い位置から低い位置へのZ
方向のスキャニング}では、レーザービーム(L1)がND
蒸着部(6a)を通過する。このように可変NDフィルター
(6)を用いてレーザービーム(L1)による照明の明暗を切
り替えれば、ラインセンサー(14)による計測のダイナミ
ックレンジを拡大することができ、したがって測定対象
物(15)の測定可能な反射率範囲を広げることができる。
When measuring the height position (Z direction) of the object to be measured (15), the scanning is performed twice, the forward path and the return path. In the forward scanning {scanning in the Z direction from the low position to the high position of the measuring object (15)}, the laser beam (L1) passes through the ND non-deposition portion (6b) and the returning scanning {measuring object ( 15) Z from high position to low position
In the direction scanning}, the laser beam (L1) is ND
It passes through the vapor deposition section (6a). Variable ND filter like this
(6) can be used to switch the lighting of the laser beam (L1) to increase or decrease the dynamic range of measurement by the line sensor (14), and thus the measurable reflectance range of the measurement object (15). Can be extended.

【0020】アナモルフィックプリズムペア(7)によっ
てスリット長手方向(dL)へ拡大されたレーザービーム(L
1)は、スリット結像光学系であるシリンドリカルレンズ
(8)によって、その楕円状光束断面の短軸方向{つまりス
リット短手方向(dS),図1(B)}にのみ結像し、長軸方
向{つまりスリット長手方向(dL),図1(A)}にはコリメ
ート状態が保たれる。レーザービーム(L1)の結像位置
は、スリットマスク(10)のスリット(10h)位置である。
このようにスリット状に結像させてスリットマスク(10)
を通過させる、いわゆるクリティカル照明を用いること
により、光量損失を軽減することができる。なお、スリ
ット照明光学系(9)でスリット(10h)位置に光源像を形成
する代わりに、その光源像と同様の発散光を放射するス
リット光源をスリット(10h)位置に配置してもよい。
The laser beam (L) expanded in the slit longitudinal direction (dL) by the anamorphic prism pair (7)
1) is a cylindrical lens that is a slit imaging optical system
By (8), an image is formed only in the short-axis direction {that is, the slit lateral direction (dS), FIG. 1 (B)} of the elliptical light beam cross section, and the long-axis direction {that is, the slit longitudinal direction (dL), FIG. The collimated state is maintained in (A)}. The imaging position of the laser beam (L1) is the slit (10h) position of the slit mask (10).
The slit mask (10) is formed by forming an image in a slit shape like this.
Light loss can be reduced by using so-called critical illumination that allows light to pass through. Instead of forming a light source image at the slit (10h) position by the slit illumination optical system (9), a slit light source that emits divergent light similar to the light source image may be arranged at the slit (10h) position.

【0021】上記スリット照明光学系(9)は、図2に示
すように、対物光学系(12)の光軸(AX2)に対して角度を
持って配置されている。つまり、スリット照明光学系
(9)の光軸(AX1)が対物光学系(12)の光軸(AX2)に対して
傾いた配置になっている。このため、スリットマスク(1
0)のスリット(10h)を通過したレーザービーム(L1)は、
斜入射照明光として対物光学系(12)に入射することにな
る。ただし、レーザービーム(L1)は対物光学系(12)に入
射する前に偏光ビームスプリッター(11)に入射する。偏
光ビームスプリッター(11)は、対物光学系(12)に入射す
る照明光(L1)と対物光学系(12)から射出した反射光(L2)
との光路分離を行う偏光分離素子である。照明光として
のレーザービーム(L1)はY方向に偏光しているため、偏
光ビームスプリッター(11)に対してS偏光として入射す
る。したがって、レーザービーム(L1)は光路を対物光学
系(12)側へ偏向されることになる。
As shown in FIG. 2, the slit illumination optical system (9) is arranged at an angle to the optical axis (AX2) of the objective optical system (12). That is, the slit illumination optical system
The optical axis (AX1) of (9) is inclined with respect to the optical axis (AX2) of the objective optical system (12). For this reason, the slit mask (1
The laser beam (L1) that passed through the slit (10h) of (0) is
It will enter the objective optical system (12) as obliquely incident illumination light. However, the laser beam (L1) enters the polarization beam splitter (11) before entering the objective optical system (12). The polarization beam splitter (11) is the illumination light (L1) that enters the objective optical system (12) and the reflected light (L2) that exits from the objective optical system (12).
A polarization splitting element for performing optical path splitting with. Since the laser beam (L1) as the illumination light is polarized in the Y direction, it enters the polarization beam splitter (11) as S-polarized light. Therefore, the laser beam (L1) is deflected along the optical path toward the objective optical system (12).

【0022】対物光学系(12)は両側テレセントリック光
学系であり、照明光(L1)を測定対象物(15)に向けてスリ
ット状に結像させるとともに、測定対象物(15)からの反
射光(L2)をラインセンサー(14)に向けてスリット状に結
像させる。この対物光学系(12)内には、1/4波長板(1
2q)が偏光方向変換素子として配置されている。対物光
学系(12)に対して斜入射した照明光(L1)は、光軸(AX2)
を中心として2分割された一方の領域において1/4波
長板(12q)を通過し、測定対象物(15)の被測定面(15s)か
らの反射光(L2)は、光軸(AX2)を中心として2分割され
た他方の領域において1/4波長板(12q)を通過する。
The objective optical system (12) is a both-side telecentric optical system, which forms the illumination light (L1) in a slit shape toward the measuring object (15) and reflects the reflected light from the measuring object (15). (L2) is imaged in a slit shape toward the line sensor (14). In the objective optical system (12), a quarter wave plate (1
2q) is arranged as a polarization direction conversion element. The illumination light (L1) that is obliquely incident on the objective optical system (12) is the optical axis (AX2).
The reflected light (L2) from the measured surface (15s) of the measurement object (15) that passes through the quarter-wave plate (12q) in one of the two divided areas with the optical axis (AX2) It passes through the quarter-wave plate (12q) in the other region divided into two with the center as the center.

【0023】上記のように1/4波長板(12q)を光路が
往復することにより、反射光(L2)の偏光方向は照明光(L
1)の偏光方向に対して90°回転したものとなる。その
結果、対物光学系(12)を射出した反射光(L2)は、偏光ビ
ームスプリッター(11)に対しP偏光として入射すること
になる。したがって、反射光(L2)は偏光ビームスプリッ
ター(11)を透過することができ、偏光ビームスプリッタ
ー(11)を通過した反射光(L2)はラインセンサー(14)の受
光面(14s)に入射する。なお、1/4波長板(12q)を用い
て照明光(L1)と反射光(L2)に対する偏光方向変換を行う
代わりに、1/2波長板を用いて照明光(L1)又は反射光
(L2)に対する偏光方向変換を行う構成としてもよい。
As the optical path reciprocates through the quarter-wave plate (12q) as described above, the polarization direction of the reflected light (L2) is changed to the illumination light (L2).
It is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of 1). As a result, the reflected light (L2) emitted from the objective optical system (12) enters the polarization beam splitter (11) as P-polarized light. Therefore, the reflected light (L2) can be transmitted through the polarization beam splitter (11), and the reflected light (L2) that has passed through the polarization beam splitter (11) is incident on the light receiving surface (14s) of the line sensor (14). . Instead of using the 1/4 wavelength plate (12q) to change the polarization direction for the illumination light (L1) and the reflected light (L2), use the 1/2 wavelength plate for the illumination light (L1) or the reflected light.
The configuration may be such that the polarization direction is converted with respect to (L2).

【0024】ラインセンサー(14)は1次元配列型のCC
D(Charge Coupled Device)から成っており、複数の受
光素子で構成された受光面(14s)をスリット(10h)の共焦
点位置に有するとともに、その受光面(14s)上に測定対
象物(15)の像が投影されるように固定配置されている。
つまり、スリット(10h)と受光面(14s)は、共に測定対象
物(15)に対して共役な位置関係{すなわち対物光学系(1
2)について光学的に等価な共焦点位置}に配置されてい
るのである。したがって、測定対象物(15)の被測定面(1
5s)に対して焦点が合っている場合には、その共役位置
にあるラインセンサー(14)の受光面(14s)上で反射光(L
2)が結像し、反射光(L2)の光量が画素毎に検出されるこ
とになる。
The line sensor (14) is a one-dimensional array type CC
D (Charge Coupled Device), which has a light receiving surface (14s) composed of a plurality of light receiving elements at the confocal position of the slit (10h), and has an object to be measured (15s) on the light receiving surface (14s). ) Is fixedly arranged so that the image of is projected.
That is, the slit (10h) and the light-receiving surface (14s) are both in a positional relationship that is conjugate with the measurement object (15) {that is, the objective optical system (1
2) is located at the optically equivalent confocal position}. Therefore, the measured surface (1
5s) is in focus, the reflected light (L) is reflected on the light receiving surface (14s) of the line sensor (14) at the conjugate position.
2) forms an image, and the amount of reflected light (L2) is detected for each pixel.

【0025】対物光学系(12)は、その内部に配置された
フォーカスレンズ群(12f)の移動により、像側共役位置
{つまり測定対象物(15)側の共役位置}のみを移動させ
て、測定対象物(15)の高さ方向(Z方向)のスキャニング
を行う。このZ方向のスキャニングはフォーカスレンズ
群(12f)の移動による簡単な構成で行われるため、スキ
ャニング機構の小型化及びスキャニングの高速化が可能
である。またXYステージ(13)は、載置された測定対象
物(15)と共にX,Y方向に移動することにより、測定対
象物(15)と照明光(L1)とのX,Y方向の相対位置を変化
させて、測定対象物(15)に対する測定領域全域の計測を
行う。
The objective optical system (12) is moved to the image side conjugate position by the movement of the focus lens group (12f) arranged therein.
Only {that is, the conjugate position on the measurement object (15) side} is moved to perform scanning in the height direction (Z direction) of the measurement object (15). Since the scanning in the Z direction is performed with a simple structure by moving the focus lens group (12f), it is possible to downsize the scanning mechanism and speed up the scanning. Further, the XY stage (13) moves in the X and Y directions together with the mounted measurement object (15), so that the relative position of the measurement object (15) and the illumination light (L1) in the X and Y directions. Is changed to measure the entire measurement region for the measurement object (15).

【0026】測定対象物(15)の3次元形状の測定におい
て、X方向のサイズは、XYステージ(13)による測定対
象物(15)の移動走査により求められ、Y方向のサイズ
は、対物光学系(12)により受光面(14s)上に投影された
像のサイズから求められる。ただし、投影像が受光面(1
4s)のY方向範囲を超える場合には、XYステージ(13)
をY方向に移動させる制御が行われる。一方、Z方向
{光軸(AX2)に対して平行な方向}のサイズ(すなわち高さ
位置)は、フォーカスレンズ群(12f)を光軸(AX2)に沿っ
て移動させながら、ラインセンサー(14)の各受光素子か
らの出力変動を読み取り、測定対象物(15)が受光面(14
s)で合焦したとき{つまり、被測定面(15s)と受光面(14
s)との共役関係の成立により出力がピークになったと
き}のフォーカスレンズ群(12f)の位置を検出することに
より求められる。したがって、XYステージ(13)で測定
対象物(15)を移動させながらフォーカスレンズ群(12f)
を移動させると、測定対象物(15)の断面形状が順次検出
されて、それを演算することにより測定対象物(15)の3
次元形状が測定される。
In the measurement of the three-dimensional shape of the measuring object (15), the size in the X direction is obtained by moving and scanning the measuring object (15) by the XY stage (13), and the size in the Y direction is determined by the objective optical system. It is obtained from the size of the image projected on the light receiving surface (14s) by the system (12). However, if the projected image is
4s) in the Y-direction range, XY stage (13)
Is controlled in the Y direction. On the other hand, Z direction
The size (that is, the height position) in the direction parallel to the optical axis (AX2) is the same as the light received by the line sensor (14) while moving the focus lens group (12f) along the optical axis (AX2). The output fluctuation from the element is read, and the measurement object (15) is
(that is, the measured surface (15s) and the light receiving surface (14s)
It is obtained by detecting the position of the focus lens group (12f) when the output peaks due to the formation of the conjugate relation with (s). Therefore, while moving the measuring object (15) on the XY stage (13), the focus lens group (12f)
When is moved, the cross-sectional shape of the measuring object (15) is sequentially detected, and by calculating it, the 3
The dimensional shape is measured.

【0027】一般的な共焦点光学系により、例えば鏡面
と拡散面とが表面に混在するような測定対象物の高さ位
置を検出した場合、対物光学系の焦点が被測定面に合っ
ていなくても、拡散面からの拡散反射光が測定対象物に
対する照射光路と同様の光路を通ってセンサーに入射
し、測定精度に影響を与えることがある。これを図6を
用いて説明する。図6(A)は全開口照明の場合、図6
(B)は斜入射照明の場合である。いずれの場合も被測定
面(15s)は像側共役位置(P2)から外れているが、物体側
共役位置(P1)に配置したピンホール板(19)のピンホール
(19h)を、拡散反射光(R1,R2)の一部(R1)が通過してい
る。このようにピンホール板(19)を空間フィルターとし
て配置しても拡散反射光(R1)がピンホール(19h)を通過
してしまうため、測定対象物(15)の高さ方向のスキャニ
ング時においてセンサー出力がピークとなる高さ位置を
検出する場合に、拡散反射光(R1)がノイズとして測定精
度に影響を及ぼし、鏡面と拡散面とで高さ測定データに
ズレを生じさせてしまう。
When a general confocal optical system detects, for example, the height position of a measuring object such that a mirror surface and a diffusing surface are mixed on the surface, the focus of the objective optical system is not on the measured surface. However, the diffused reflected light from the diffusing surface may enter the sensor through an optical path similar to the irradiation optical path for the measurement object, and affect the measurement accuracy. This will be described with reference to FIG. Fig. 6 (A) shows the case of full aperture illumination.
(B) is the case of oblique incidence illumination. In each case, the measured surface (15s) is off the image side conjugate position (P2), but the pinhole of the pinhole plate (19) placed at the object side conjugate position (P1).
Part (R1) of the diffuse reflected light (R1, R2) passes through (19h). Even if the pinhole plate (19) is arranged as a spatial filter in this way, the diffuse reflected light (R1) will pass through the pinhole (19h), so when scanning the measurement target (15) in the height direction. When detecting the height position where the sensor output has a peak, the diffuse reflection light (R1) affects the measurement accuracy as noise, and causes a difference in the height measurement data between the mirror surface and the diffusion surface.

【0028】上記拡散反射光(R1)を遮光する方法として
は、測定対象物をセットするステージ面の法線方向に対
して光軸を傾斜させて配置した照明光学系と、照明光学
系の光軸の正反射方向に光軸を合わせて配置した集光光
学系と、で光学構成することにより、上記拡散反射光(R
1)をセンサーに入射させない方法が知られている。しか
しその構成では、高さ方向にスキャニングする場合に光
学系全体又はステージを上下方向に移動させる機構が必
要となる。したがって、装置構成が大がかりなものとな
るため、スキャニングの高速化に対しては有効でない。
As a method of blocking the diffuse reflection light (R1), an illumination optical system in which the optical axis is inclined with respect to the normal direction of the stage surface on which the object to be measured is set, and light of the illumination optical system are used. The optical system is composed of a condensing optical system whose optical axis is aligned with the regular reflection direction of the axis.
A method is known in which 1) is not incident on the sensor. However, that configuration requires a mechanism for moving the entire optical system or the stage in the vertical direction when scanning in the height direction. Therefore, the device configuration becomes large, which is not effective for speeding up the scanning.

【0029】図2に示す3次元形状測定光学系では、図
7(A),(B)に示すように各像高の照明光(L1)が両側テ
レセントリックの対物光学系(12)に対して斜入射し(S
T:絞り)、図7(C)に示すように対物光学系(12)の光軸
(AX2)を中心として2分割された、対物光学系(12)の瞳
(EP)の片側領域(A1)のみを通過して被測定面(15s)を照
明する。そして、被測定面(15s)からの反射光(L2)は、
他方の片側領域(A2)を通過して対物光学系(12)を射出す
る。問題となる前記拡散反射光(R1)は、照明光(L1)と同
様の光路をたどって片側領域(A1)を通ることになるが、
図2及び図8に示すように偏光ビームスプリッター(11)
とラインセンサー(14)との間に配置されている遮光マス
ク(16)によって遮光される。このように、測定対象物(1
5)からの反射光(L2)のうち片側領域(A1)を通過した拡散
反射光(R1)は、空間フィルターとしての遮光マスク(16)
によって遮光されるため、被測定面(15s)が像側共役位
置(P2)から外れている場合でも、拡散反射光(R1)による
測定ノイズは軽減され、高さ位置検出精度が向上する。
なお、この構成はスリット共焦点検出方式に限らず、ピ
ンホール共焦点検出方式を採用した場合でも有効であ
る。
In the three-dimensional shape measuring optical system shown in FIG. 2, as shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B), the illumination light (L1) at each image height is directed to the objective optical system (12) which is telecentric on both sides. Oblique incidence (S
T: diaphragm), the optical axis of the objective optical system (12) as shown in FIG.
The pupil of the objective optical system (12) divided into two with the (AX2) as the center
The measured surface (15s) is illuminated by passing only one side area (A1) of (EP). Then, the reflected light (L2) from the measured surface (15s) is
The objective optical system (12) is emitted through the other side area (A2). The diffuse reflection light (R1) in question will follow the same optical path as the illumination light (L1) and pass through the one side area (A1),
Polarizing beam splitter (11) as shown in FIG. 2 and FIG.
The light is blocked by the light-shielding mask (16) arranged between the line sensor (14) and the line sensor (14). Thus, the measurement target (1
Diffuse reflected light (R1) that has passed through one side area (A1) of the reflected light (L2) from 5) is a light shielding mask (16) as a spatial filter.
Since the light is shielded by, the measurement noise due to the diffuse reflected light (R1) is reduced and the height position detection accuracy is improved even when the measured surface (15s) is out of the image side conjugate position (P2).
This configuration is effective not only in the slit confocal detection method but also in the pinhole confocal detection method.

【0030】図9(A)〜(C)は全開口照明の場合、図9
(D)〜(F)は斜入射照明の場合において、ラインセンサ
ー(14)の受光面(14s)に対するデフォーカス光路の変化
(A,D)、その光強度分布の変化(B,E;i:光強度)
及び検出光量の変化(C,F;q:光量)をそれぞれ示し
ている。図9(A)〜(C)と図9(D)〜(F)とを比較する
と分かるように、斜入射照明光(L1)を用いることによっ
て、受光面(14s)でのデフォーカスに対する入射光量変
化のコントラストが良くなり、高さ位置検出精度も向上
する。また、照明光(L1)はできるだけ対物光学系(12)の
光軸(AX2)から離れた位置を通過するようにした方が、
拡散反射光(R1)に対する遮光効果が良くなり、さらに検
出光量変化のコントラストも良くなる。
FIGS. 9A to 9C show the case of full aperture illumination in FIG.
(D) to (F) are changes in the defocus optical path with respect to the light receiving surface (14s) of the line sensor (14) in the case of oblique incidence illumination.
(A, D), change in light intensity distribution (B, E; i: light intensity)
And change in detected light amount (C, F; q: light amount). As can be seen by comparing FIGS. 9 (A) to 9 (C) with FIGS. 9 (D) to 9 (F), by using the obliquely incident illumination light (L1), the incidence on the defocus at the light receiving surface (14s) can be improved. The contrast of the change in light quantity is improved, and the height position detection accuracy is also improved. Also, it is better to let the illumination light (L1) pass through a position as far as possible from the optical axis (AX2) of the objective optical system (12).
The light-shielding effect on the diffuse reflection light (R1) is improved, and the contrast of the change in the detected light amount is also improved.

【0031】図2に示す3次元形状測定光学系では、ス
リット(10h)位置に形成される光源像の共焦点位置にラ
インセンサー(14)の受光面(14s)が位置しているが、光
量検出位置は、対物光学系(12)に関する光源像の共焦点
位置に限らず、対物光学系(12)に関する光源(例えば前
記スリット光源を用いた場合)の共焦点位置であっても
よく、対物光学系(12)に関する共焦点位置のリレー光学
系に関する共役位置であってもよい。図10(A),(B)
に、ラインセンサー(14)側にリレー光学系(18)を備えた
3次元形状測定光学系を示す。この3次元形状測定光学
系の特徴は、スリットマスク(10)の共焦点位置にスリッ
トマスク(17)を配置し、スリットマスク(17)とラインセ
ンサー(14)との間にリレー光学系(18)を配置した点にあ
る。そのほかは図2に示す3次元形状測定光学系と同様
の構成になっている。この場合、対物光学系(12)に関す
るスリット(10h)の共焦点位置にスリット(17h)が位置し
ており、リレー光学系(18)に関するスリット(17h)の共
役位置にラインセンサー(14)の受光面(14s)が位置して
いる。リレー光学系を用いればセンサーの位置に自由度
ができ、また被測定部を3次元形状測定用の対物光学系
(12)を通して観察する観察光学系(図示しない)も設ける
ようにできる。
In the three-dimensional shape measuring optical system shown in FIG. 2, the light receiving surface (14s) of the line sensor (14) is located at the confocal position of the light source image formed at the slit (10h) position. The detection position is not limited to the confocal position of the light source image with respect to the objective optical system (12), and may be the confocal position of the light source with respect to the objective optical system (12) (for example, when the slit light source is used). The confocal position of the optical system (12) may be the conjugate position of the relay optical system. Figure 10 (A), (B)
FIG. 3 shows a three-dimensional shape measuring optical system having a relay optical system (18) on the line sensor (14) side. The feature of this three-dimensional shape measuring optical system is that the slit mask (17) is arranged at the confocal position of the slit mask (10), and the relay optical system (18) is provided between the slit mask (17) and the line sensor (14). ) Is placed. Other than that, the configuration is similar to that of the three-dimensional shape measuring optical system shown in FIG. In this case, the slit (17h) is located at the confocal position of the slit (10h) related to the objective optical system (12), and the line sensor (14) at the conjugate position of the slit (17h) related to the relay optical system (18). The light receiving surface (14s) is located. If you use a relay optical system, you have more flexibility in the position of the sensor, and the objective optical system for measuring the part to be measured
An observation optical system (not shown) for observing through (12) can also be provided.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
定対象物からの反射光のうち検出精度に影響を及ぼすも
のは遮光される構成になっているため、測定対象物の高
さ位置を高い精度で検出することが可能である。
As described above, according to the present invention, since the reflected light from the measurement object that affects the detection accuracy is shielded, the height position of the measurement object is reduced. Can be detected with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るスリット照明光学系の構成例を模
式的に示す光学構成図。
FIG. 1 is an optical configuration diagram schematically showing a configuration example of a slit illumination optical system according to the present invention.

【図2】図1のスリット照明光学系を備えた3次元形状
測定光学系を模式的に示す概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram schematically showing a three-dimensional shape measuring optical system including the slit illumination optical system of FIG.

【図3】レーザービームのビーム形状とその断面光量分
布とスリット方向との関係を説明するための図。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the beam shape of a laser beam, its cross-sectional light amount distribution, and the slit direction.

【図4】計測システムのダイナミックレンジを拡大する
ための可変NDフィルターの動作を説明するための図。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the variable ND filter for expanding the dynamic range of the measurement system.

【図5】エキスパンダー光学系によるレーザービームの
ビーム整形を説明するための光路図。
FIG. 5 is an optical path diagram for explaining beam shaping of a laser beam by an expander optical system.

【図6】測定精度に影響を与える拡散反射光の光路を説
明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining an optical path of diffusely reflected light that affects measurement accuracy.

【図7】瞳面における反射光通過領域と反射光遮光領域
との関係を説明するための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between a reflected light passage region and a reflected light shield region on the pupil plane.

【図8】図2の3次元形状測定光学系における遮光マス
クの配置を示す斜視図。
8 is a perspective view showing an arrangement of light-shielding masks in the three-dimensional shape measuring optical system of FIG.

【図9】ラインセンサーの受光面に対するデフォーカス
光路の変化、その光強度分布の変化及び検出光量の変化
を説明するための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining changes in the defocus optical path with respect to the light receiving surface of the line sensor, changes in the light intensity distribution thereof, and changes in the detected light amount.

【図10】ラインセンサー側にリレー光学系を備えた3
次元形状測定光学系を模式的に示す光学構成図。
FIG. 10: 3 with a relay optical system on the line sensor side
The optical block diagram which shows typically a three-dimensional shape measuring optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …レーザーダイオード(光源) 9 …スリット照明光学系 10 …スリットマスク 10h …スリット 11 …偏光ビームスプリッター 12 …対物光学系 12f …フォーカスレンズ群 12q …1/4波長板 14 …ラインセンサー 14s …受光面 15 …測定対象物 15s …被測定面 16 …遮光マスク 17 …スリットマスク 17h …スリット 18 …リレー光学系 L1 …照明光(レーザービーム) L2 …反射光 AX1 …スリット照明光学系の光軸 AX2 …対物光学系の光軸 EP …瞳 1… Laser diode (light source) 9… Slit illumination optical system 10… Slit mask 10h ... slit 11… Polarizing beam splitter 12… Objective optical system 12f… Focus lens group 12q… 1/4 wave plate 14… Line sensor 14s… Light receiving surface 15… Object to be measured 15s… Surface to be measured 16… Shading mask 17… Slit mask 17h ... slit 18… Relay optics L1… Illumination light (laser beam) L2 ... Reflected light AX1… Optical axis of slit illumination optical system AX2 ... Optical axis of objective optical system EP ... Hitomi

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 利夫 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA53 BB05 DD04 FF01 FF04 FF10 GG06 GG12 HH03 HH08 JJ02 JJ09 JJ25 LL08 LL21 LL28 LL33 LL47 MM03 PP12 PP22 UU07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toshio Kono             2-3-3 Azuchi-cho, Chuo-ku, Osaka             Kokusai Building Minolta Co., Ltd. F term (reference) 2F065 AA53 BB05 DD04 FF01 FF04                       FF10 GG06 GG12 HH03 HH08                       JJ02 JJ09 JJ25 LL08 LL21                       LL28 LL33 LL47 MM03 PP12                       PP22 UU07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照明光を放射する光源と、その光源から
の照明光を測定対象物に向けて結像させるとともに測定
対象物からの反射光を結像させる対物光学系と、その対
物光学系に入射する照明光と対物光学系から射出した反
射光との光路分離を行うビームスプリッターと、前記対
物光学系から射出した反射光の光量を検出するセンサー
と、を備えた共焦点検出方式の3次元形状測定光学系で
あって、 前記対物光学系の光軸を中心として2分割された瞳の片
側領域のみを通過するように照明光が前記対物光学系に
対して斜入射し、測定対象物からの反射光のうち前記片
側領域を通過したものが遮光されるように構成されてい
ることを特徴とする3次元形状測定光学系。
1. A light source that emits illumination light, an objective optical system that images illumination light from the light source toward a measurement target, and images reflected light from the measurement target, and the objective optical system. 3 of the confocal detection method, which includes a beam splitter for separating the optical path of the illumination light incident on the lens and the reflected light emitted from the objective optical system, and a sensor for detecting the amount of the reflected light emitted from the objective optical system. A three-dimensional shape measuring optical system, wherein illumination light obliquely enters the objective optical system such that the illumination light is obliquely incident on the objective optical system so as to pass through only one side area of a pupil which is divided into two parts about the optical axis of the objective optical system. A three-dimensional shape measuring optical system, characterized in that, of the reflected light from, the light passing through the one side region is shielded.
【請求項2】 前記センサーの光量検出位置が、前記光
源の共焦点位置、光源像の共焦点位置又は共焦点位置の
共役位置であることを特徴とする請求項1記載の3次元
形状測定光学系。
2. The three-dimensional shape measuring optical system according to claim 1, wherein the light amount detection position of the sensor is a confocal position of the light source, a confocal position of a light source image, or a conjugate position of the confocal position. system.
【請求項3】 前記対物光学系に関する前記光源又は光
源像の共焦点位置と前記センサーとの間に、リレー光学
系が配置されていることを特徴とする請求項2記載の3
次元形状測定光学系。
3. A relay optical system is arranged between a confocal position of the light source or a light source image with respect to the objective optical system and the sensor.
Dimensional measurement optical system.
【請求項4】 前記光源と前記対物光学系との間に、光
量利用効率を上げるための照明光学系が配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の3次元形状測定光学
系。
4. The three-dimensional shape measuring optical system according to claim 1, further comprising an illumination optical system disposed between the light source and the objective optical system for increasing a light quantity utilization efficiency.
JP2001279475A 2001-09-14 2001-09-14 Three-dimensional shape measuring optical system Pending JP2003083723A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001279475A JP2003083723A (en) 2001-09-14 2001-09-14 Three-dimensional shape measuring optical system
US10/237,176 US20030058455A1 (en) 2001-09-14 2002-09-09 Three-dimensional shape measuring apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001279475A JP2003083723A (en) 2001-09-14 2001-09-14 Three-dimensional shape measuring optical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003083723A true JP2003083723A (en) 2003-03-19

Family

ID=19103662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001279475A Pending JP2003083723A (en) 2001-09-14 2001-09-14 Three-dimensional shape measuring optical system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003083723A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007048823A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Nikon Corp Position detection apparatus, alignment device, exposure apparatus, and manufacturing method of micro device
JP2008128744A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Nanotex Corp Distance measurement apparatus and method
US7387254B2 (en) 2004-05-20 2008-06-17 Sony Corporation Information processing system and method, information processing apparatus and method, and program
JP2009098046A (en) * 2007-10-18 2009-05-07 Hexagon Metrology Kk Three-dimensional shape measuring instrument
JP2010216880A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Omron Corp Displacement sensor
KR101327276B1 (en) * 2012-06-28 2013-11-08 주식회사 서울금속 Vision inspection apparatus using collimated light defining thin plane

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7387254B2 (en) 2004-05-20 2008-06-17 Sony Corporation Information processing system and method, information processing apparatus and method, and program
JP2007048823A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Nikon Corp Position detection apparatus, alignment device, exposure apparatus, and manufacturing method of micro device
JP2008128744A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Nanotex Corp Distance measurement apparatus and method
JP2009098046A (en) * 2007-10-18 2009-05-07 Hexagon Metrology Kk Three-dimensional shape measuring instrument
JP2010216880A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Omron Corp Displacement sensor
DE102010000468A1 (en) 2009-03-13 2010-11-18 Omron Corporation displacement sensor
US8111407B2 (en) 2009-03-13 2012-02-07 Omron Corporation Displacement sensor
DE102010000468B4 (en) * 2009-03-13 2016-12-29 Omron Corporation displacement sensor
KR101327276B1 (en) * 2012-06-28 2013-11-08 주식회사 서울금속 Vision inspection apparatus using collimated light defining thin plane

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4251129A (en) Photoelectric detecting device
JP3440465B2 (en) Multi-slit scanning imaging device
JP2514037B2 (en) Detection optical system
JP2004102225A (en) Microscope having adaptive optical apparatus, especially laser scan type microscope
JPH0141249B2 (en)
JP2004509360A (en) Arrangement configuration for confocal autofocusing
US4880310A (en) Optical device for alignment in a projection exposure apparatus
JP2003232989A (en) Automatic focusing module for system of microscopic base, microscopic system having automatic focusing module and automatic focusing method for system of microscopic base
US4932781A (en) Gap measuring apparatus using interference fringes of reflected light
US20030058455A1 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
JPH08240408A (en) Displacement sensor
JP2003083723A (en) Three-dimensional shape measuring optical system
JPH10239036A (en) Three-dimensional measuring optical device
JP4066629B2 (en) 3D shape measurement optical system
JP4147759B2 (en) 3D shape measuring instrument
JP2006337103A (en) Optical measurement apparatus
JP2757541B2 (en) Focus detection device and observation device having the same
JP2002005617A (en) Optical measurement device
JPH0580246A (en) Automatic focusing device and observation device equipped with the same
CN220872351U (en) Optical detection device and film testing equipment
JPH10133117A (en) Microscope equipped with focus detecting device
JPH05188301A (en) Laser microscope
JPH05280929A (en) Detecting device of face position and exposure device having this device
JP7379765B2 (en) Beam shape measurement optical system and beam shape measurement device
JPH01240801A (en) Apparatus and method for detecting position

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20050615