JP2004045327A - Instrument and method for measuring spot - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【技術分野】
本発明は、被検レンズ等によって集光されたスポット像を拡大して観察するためのスポット測定機及びスポット測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ディスクの高密度化の為、光源波長が405mm、対物レンズがNA0.85を用いる光ピックアップやそれに用いる対物レンズの開発が進められている。
【0003】
光ディスクに対し情報を記録もしくは再生するための光学式記録再生装置の光ピックアップ装置や、それに用いる集光レンズ等は、これによるビーム収束特性がピックアップ製造やレンズ品質検査において重要な課題となっており、そのスポット形状を精密に計測することが望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる結像用レンズのスポット形状を簡易かつ精密に計測することができる装置は存在しない。
【0005】
そこで、本発明は、ピックアップ装置に用いる集光レンズ等によって形成されるスポット形状を簡易かつ精密に計測する装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るスポット測定機は、被検物によって集光されたスポット像を拡大して撮像面に投影する拡大光学系と、前記撮像面に投影されたスポット像を撮影する拡大撮像手段と、前記拡大撮像手段で撮像したスポット像を表示する表示手段と、前記撮像面に共役な位置に配置されるオートコリメータ用光源とを備える。ここで、「表示手段」は、画像表示用のディスプレイに限らず、プリンタ等を含み、「スポット像」の表示方法も画像に限らず、輝度やその他のパラメータを光軸やこれに垂直な方向にプロファイルしたグラフ、数表等にすることができる。
【0007】
上記スポット測定機では、オートコリメータ用光源によって、レンズ等の被検物の傾きを取り除くことができるので、被検物による集光状態を正確に検出することができる。
【0008】
また、上記スポット測定機の具体的な態様では、前記拡大光学系は、対物レンズ及び結像レンズを有する低倍投影光学系と、リレー(拡大)レンズを有する高倍投影光学系とを備える。この場合、低倍投影光学系でアライメントの動作が可能になり、拡大光学系全体でスポット像の観察が可能になる。
【0009】
また、上記スポット測定機の具体的な態様では、前記オートコリメータ用光源は、前記低倍投影光学系及び前記高倍投影光学系の間に配置された分岐用ミラーによって分岐された光路上に配置される。この場合、低倍投影光学系を利用したオートコリメートが可能になる。
【0010】
また、上記スポット測定機の具体的な態様では、前記分岐用ミラーによって分岐された光路上に、被検物によって集光されたスポット像を低倍で撮影するアライメント撮像手段をさらに備える。この場合、低倍投影光学系を利用したオートコリメート用のシステムを簡易なものとできる。
【0011】
また、上記スポット測定機の具体的な態様では、前記オートコリメータ用光源を動作させて被検物の傾きを修正する際には、前記対物レンズを光路上から退避させる。
【0012】
また、上記スポット測定機の具体的な態様では、前記オートコリメータ用光源は、異なる波長のレーザ光を発生する複数のレーザ光源を含む。この場合、被検物に特定波長に対する反射防止膜が形成されていても、波長の選択によって被検物から十分な光量の反射光を得ることができるので、前記被検物の姿勢を正確に制御することができる。
【0013】
また、上記スポット測定機の具体的な態様では、前記高倍投影光学系が光軸方向に可動になっている。この場合、対物レンズを除くピックアップの平行光の収束度や発散度を確定することができる。又、被検物がR状となっていた場合の傾き調整も可能である。
【0014】
また、本発明に係るスポット測定方法は、上記スポット測定機の具体的な態様では、被検物によって集光されたスポット像を拡大して撮像面に投影するスポット測定方法であって、被検物によって集光されたスポット像を第1対物レンズを含む低倍投影光学系で撮影する工程と、前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系で撮影されたスポット像に基づいて被検物をセンタリングする第1センタリング工程と、前記第1センタリング工程でセンタリングされた被検物によって集光されたスポット像を前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影する工程と、前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影されたスポット像に基づいて被検物をセンタリングする第2センタリング工程と、前記第2センタリング工程でセンタリングされた被検物によって集光されたスポット像を第2対物レンズを含む高倍投影光学系で撮影する工程と、前記第2対物レンズを含む低倍投影光学系で撮影されたスポット像に基づいて被検物をセンタリングする第3センタリング工程と、前記第3センタリング工程でセンタリングされた被検物によって集光されたスポット像を前記第2対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影する工程とを備える。
【0015】
上記スポット測定方法では、低倍投影光学系や高倍投影光学系を活用して段階的にセンタリングを行うので、被検物によって形成されたスポット像を測定光学系によって形成される目標の観察視野に確実に導入することができる。
【0016】
また、上記スポット測定方法の具体的な態様では、前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系の倍率が、前記第2対物レンズを含む低倍投影光学系の倍率よりも低い。
【0017】
また、上記スポット測定方法の具体的な態様では、各センタリング工程の前後いずれか又は両方において自動フォーカス工程を備える。この場合、センタリングが確実になる。
【0018】
また、上記スポット測定方法の具体的な態様では、各センタリング工程の前後いずれか又は両方において自動調光工程を備える。この場合、センタリングが確実になる。
【0019】
また、上記スポット測定方法の具体的な態様では、前記センタリング工程は、撮影されたスポット像の重心位置又はピーク強度位置を算出する工程と、被検物を支持するステージを前記重心位置の光軸からのずれを相殺する対応量だけ駆動する工程とを含む。
【0020】
また、上記スポット測定方法の具体的な態様では、前記自動フォーカス工程は、事前に前記低倍投影光学系又は前記測定光学系を試験的に駆動してピント方向を予測する工程を備える。
【0021】
また、上記スポット測定方法の具体的な態様では、前記第2対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影する工程は、光軸方向に撮像面を段階的に移動させつつ、被検物によって集光されたスポット像を撮影する工程を含む。この場合、被検物の集光特性を光軸方向に沿って段階的に検出することができ、被検物のスポット形状を立体的に計測することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態に係るスポット測定装置の外観的な構造を説明する図である。このスポット測定装置は、台座11上に固定されて被検レンズを含む被検対象100を支持する支持ステージ21と、台座11から鉛直方向に延びる支柱13に取り付けられたZ軸粗動ステージ23と、Z軸粗動ステージ23に固定されて昇降する観察ヘッド25とを備える。
【0023】
ここで、支持ステージ21は、被検対象100をz軸の回りに所望の角度だけ回転させるθ回転ステージ21aと、被検対象100をz−y面内で任意の位置に移動させるXYステージ21bと、被検対象100をx軸及びy軸の回りに所望の角度だけ回転させるαβ回転ステージ21cとを備える。これらのステージ21a〜21cとZ軸粗動ステージ23等との組み合わせにより、被検対象100を、観察ヘッド25に対して3次元的に任意の配置及び姿勢に保持することができる。
【0024】
観察ヘッド25の下端には、複数の異なる倍率の対物レンズ31、32を取り付けたレボルバ34が固定されており、各対物レンズ31、32を切り換えて光路上に配置することができる。具体的な実施例では、各対物レンズ31、32の倍率をそれぞれ5倍、100倍とした。ここで、対物レンズの倍率とは、結像レンズ41との焦点距離の比率であり、例えば結像レンズの焦点距離fc=180mmであれば、対物レンズの焦点距離fo=1.8mmのとき、この対物レンズは100倍である。観測ヘッド25の内部には、対物レンズ31、32からの平行光束を一旦集光させる結像レンズ41と、結像レンズ41を経て収束される光束を部分的に分岐するハーフミラー51と、ハーフミラー51によって分岐された光路上に配置される分岐光学系52と、結像レンズ41の集光点近傍において光路上に退避可能に配置されるNDフィルタ61と、NDフィルタ61の近傍において光路上に退避可能に配置されるチャート63と、結像レンズ41の焦点後方に配置されてz軸方向すなわち光軸方向に移動可能な高倍率撮像部71とが配置されている。
【0025】
ここで、レボルバ34に固定された高倍率側の対物レンズ31は、ピエゾ素子を内蔵するZ軸微動装置35によってZ軸方向すなわち光軸方向に微動可能になっている。
【0026】
分岐光学系52は、ハーフミラー51によって分岐された低倍像を撮影するアライメントカメラ54と、オートコリメータ用光源である一対のレーザ光源55、56とを備える。アライメント撮像手段であるアライメントカメラ54には、ハーフミラー54aで反射された分岐光が入射する。また、レーザ光源55からの例えば波長410nmの第1コリメータ光は、ダイクロイックミラー56a及びハーフミラー54a、51を経て、結像レンズ41に入射し、平行光束となってレボルバー34に向かう。また、レーザ光源56からの例えば波長655nmの第2コリメータ光も、ダイクロイックミラー56a及びハーフミラー54a、51を経て、結像レンズ41に入射し、平行光束となってレボルバー34に向かう。なお、ダイクロイックミラー56aは、誘電体多層膜の形成したものからなり、異なる波長の第1及び第2コリメータ光を効率よく結合して同一光路に導く。
【0027】
チャート63は、高倍率撮像部71に投影されるスポット像やアライメント像の光軸からの偏心量を視覚的に計測するためのものであり、これに設けたスケールに対応する量だけ被検対象100を変位させたり姿勢を調節したりすることで、スポット像やアライメント像を比較的簡単に調整することができる。なお、高倍率撮像部71によってスポット像を読み取って画像処理する最終的計測時には、チャート63を光路上から取り除く。
【0028】
高倍率撮像部71は、リレー(拡大)レンズ73と拡大撮像手段である測定用カメラ74とを備える。リレー(拡大)レンズ73には、結像レンズ41を経て一旦集光された観察光が入射して、被検対象100によって形成されたスポットの拡大像を測定用カメラ74の撮像面74aに投影する。リレーレンズ73を介在させることで、測定用カメラ74には、アライメントカメラ54の例えば10倍の像が投影される。つまり、高倍率の対物レンズ31と低倍率の対物レンズ32を交換して用いることにより、測定用カメラ74では50倍と1000倍の像を観察することができる。なお、アライメントカメラ54では、対物レンズ31、32の交換によって5倍と100倍の像を観察することができる。
【0029】
以上のスポット測定装置において、対物レンズ31、32、結像レンズ41、及びリレーレンズ73は、拡大光学系すなわち測定光学系を構成する。
【0030】
図2は、図1に示すスポット測定装置の制御系を説明する図である。このスポット測定装置は、制御系として、支持ステージ駆動装置26と、昇降ステージ駆動装置27と、対物倍率変更用のレボルバ駆動装置36と、オートコリメータ用の一対のレーザドライバ57、58と、輝度調節用のフィルタ駆動装置65と、撮像部駆動用の撮像部駆動装置76と、測定用のレーザドライバ110と、これらを統括的に制御するコンピュータ80とを備える。なお、レボルバ駆動装置36は、Z軸微動装置35を構成するピエゾ素子に駆動電圧を供給するD/A変換回路等も内蔵している。
【0031】
支持ステージ駆動装置26は、コンピュータ80からの指示に基づいて被検対象100のxy面内での位置や回転角又は傾斜姿勢を制御する。昇降ステージ駆動装置27は、コンピュータ80からの指示に基づいて観察ヘッド25を昇降させて結像位置、結像状態等を調節する。レボルバ駆動装置36は、コンピュータ80からの指示に基づいてレボルバ34を適当なタイミングで適当量だけ回転させることができ、任意の対物レンズ31、32を光軸OA上に配置する、もしくは、対物レンズ等を介さない状態にすることができるとともに、内蔵するZ軸微動装置35動作させて対物レンズ31を光軸OA方向に適宜微動させることができる。両レーザドライバ57、58は、オートコリメーションに際してコンピュータ80からの指示に基づいて両レーザ光源55、56を適当なタイミングで動作させて、オートコリメーションに必要なアライメント光を発生する。フィルタ駆動装置65は、測定用カメラ74にてスポット像を観察する際にコンピュータ80からの指示に基づいてNDフィルタ61を適宜動作させて撮像面74aにおける照射輝度を調節する。撮像部駆動装置76は、コンピュータ80からの指示に基づいて高倍率撮像部71を光軸OA方向に沿って往復微動させることができ、平行光の収束、発散を確認したりオートコリメータ時のR面の傾き調節ができる。測定用のレーザドライバ110は、コンピュータ80からの指示に基づいて被検対物レンズ101に検査光を入射させてスポット像を形成させる。なお、アライメントカメラ54や測定用カメラ74によって検出された画像は、コンピュータ80によって適宜画像処理される。この際、アライメントカメラ54や測定用カメラ74の電子シャッタを調節することにより、画像の輝度又は明るさを調節することができる。
【0032】
以下、図1及び図2に示すスポット測定機の動作について説明する。まず、オートコリメーター機能を用いた被検対象100のアライメントについて説明する。このとき、被検対象100側のレーザ光源102の動作を停止させるとともに、分岐光学系52側のレーザ光源55もしくは56を動作させる。この際、レボルバ34を動作させて対物レンズ31、32を光軸OA外に退避させる。レーザ光源55もしくは56からのアライメント光は、結像レンズ41を経て被検対物レンズ101の上面に入射する。被検対物レンズ101上面の外周には、通常比較的平坦な環状面が形成されているので、この環状面で反射された計測光は、折り返されてほぼ平行に進行し、結像レンズ41等を経てアライメントカメラ54にアライメント像として入射する。次に、支持ステージ21に設けたαβ回転ステージ21c等を動作させて被検対象100の傾斜を調節して計測光のスポット像がアライメントカメラ54の画角の中心に入射するようにセンタリングする。これにより、被検対物レンズ101の光軸をスポット測定機の光軸OAとほぼ一致させることができる。この段階で、画像の読取をアライメントカメラ54から測定用カメラ74に切り換える。次に、撮像部駆動装置76を介して高倍率撮像部71を光軸OA方向に移動させて測定用カメラ74で検出されるアライメント像のスポット径を最も小さくする。次に、支持ステージ21に設けたαβ回転ステージ21c等を再度微動させて被検対象100の傾斜姿勢を調節して計測光のアライメント像が測定用カメラ74の画角の中心に入射するようにセンタリングする。これにより、被検対物レンズ101の光軸をスポット測定機の光軸OAと平行に精密に配置することができる。
【0033】
この際、被検対物レンズ101に入射させるアライメント光は、両レーザ光源55、56のいずれか一方もしくは両方とできるが、被検対物レンズ101に反射防止コートが形成されている場合、両レーザ光源55、56の一方についての反射光が弱くなる可能性があるので、高い強度の計測光が得られるように、レーザ光源55、56のいずれか一方を適宜選択する。
【0034】
また、以上の説明では、被検対物レンズ101外周の環状面がR状になっている場合や、被検対物レンズ101の中央の光学面がほぼ平面の場合、光学面自体を利用することもできる。被検対物レンズ101外周の環状面や中央の光学面が曲面である場合、高倍率撮像部71を光軸OA方向に移動させてアライメント像を最も小さくして傾き調整する。高倍率撮像部71の位置或いは変位量から、計測光の収束度や発散度すなわち面の曲率をある程度定量的に確認することができる。
【0035】
以下、被検対象100によって形成されるスポット像の観察について説明する。この場合、被検対象100側のレーザ光源102を動作させて、分岐光学系52側のレーザ光源55、56の動作を停止する。この際、レボルバ34を動作させて対物レンズ31等を光軸OA上に配置する。レーザ光源102からの検査光を被検対物レンズ101に入射させることによって形成されたスポット像からの観察光は、対物レンズ31、結像レンズ41等を経てハーフミラー51で反射され、アライメントカメラ54に入射する。次に、支持ステージ21に設けたXYステージ21bを動作させて観察光のスポットがアライメントカメラ54の画角の中心に入射するようにセンタリングする。次に、画像の読取をアライメントカメラ54から測定用カメラ74に切り換える。次に、支持ステージ21に設けたXYステージ21bを再度動作させて観察光のスポット像が測定用カメラ74の画角の中心に入射するようにセンタリングする。このようにして、測定用カメラ74の画角中央に投影されたスポット像については、その形状や輝度分布を計測することができ、コンピュータ80に設けた表示手段であるディスプレイ81やプリンタ等に計測結果や解析結果を表示することができる。
【0036】
以上のようなスポット像のアライメントや計測に際して、Z軸粗動ステージ23やZ軸微動装置35を適宜動作させてスポット像のフォーカスを調整する。また、スポット像のアライメントや計測に際しては、NDフィルタ61の透過率と、アライメントカメラ54や測定用カメラ74のシャッタスピードの調整とによって、アライメントカメラ54や測定用カメラ74で検出するスポット像の輝度を適宜調節する。
【0037】
さらに、スポット像の計測に際しては、対物レンズ31をZ軸微動装置35によってz軸方向に例えば25nm程度の単位で段階的に微動させつつ、測定用カメラ74でスポット像を取り込み、取り込んだ画像を分析することにより、スポット像の光軸OA方向のプロファイルを計測することもできる。
【0038】
図3は、図1及び図2に示すスポット測定装置をコンピュータ80による制御のもとで自動アライメント動作させる処理を説明するフローチャートである。ここで、「自動アライメント動作」とは、被検対象100によって形成されるスポット像を測定用カメラ74の画像の中心に自動的に導く一連の工程を意味する。
【0039】
まず、スポット測定装置の状態を初期化する(ステップS1a)。具体的には、レボルバ34を駆動して対物レンズ31、32を低倍側に設定し、コンピュータ80によって画像処理する対象をアライメントカメラ54側の画像とする。
【0040】
次に、被検対物レンズ101によって形成されたスポット像について光軸OAの付近でオートフォーカスを行うための準備として、オートゲイン処理を行うとともに(ステップS1b)、オートセンタリング処理を行う(ステップS1c)。なお、オートゲイン処理では、アライメントカメラ54によって得られるスポット像の輝度を測定に適する状態に調整し、オートセンタリング処理では、アライメントカメラ54によって得られるスポット像を画面の中心に移動させる。
【0041】
次に、Z軸粗動ステージ23やZ軸微動装置35を利用して、アライメントカメラ54によって得られるスポット像のオートフォーカスを行ってシャープな画像を得る(ステップS1d)。
【0042】
次に、次段の処理で倍率を増加させた場合にも、測定用カメラ74の画像中にスポット像が収まるように、上記ステップS1b、S1cと同様の手順で、オートゲイン処理を行うとともに(ステップS1e)、オートセンタリング処理を行う(ステップS1f)。
【0043】
次に、現在光軸OA上にある対物レンズ31、32が高倍率か低倍率かを判断する(ステップS1g)。当初は、低倍率であるから、次のステップステップS1hで、現在観察中のカメラが測定系のものかアライメント系のものかを判断する。当初は、アライメントカメラ54側の画像を処理しているので、次のステップS1iで、カメラを測定系に切り換えて測定用カメラ74側からの画像をコンピュータ80に取り込んで、ステップS1bに戻る。この場合、コンピュータ80で処理される画像は、5倍から50倍に拡大される。
【0044】
その後は、測定用カメラ74から得たスポット像について、オートゲイン処理を行い(ステップS1b)、オートセンタリング処理を行って(ステップS1c)、オートフォーカス処理を行う(ステップS1d)。さらに、次段の処理で画像中にスポット像が収まるように、オートゲイン処理を行い(ステップS1e)、オートセンタリング処理を行う(ステップS1f)。次に、ステップS1gで現在の対物レンズ32が再度低倍率と判断されるが、次のステップステップS1hでは、現在観察中のカメラが測定系のものと判断される。この場合、次のステップS1jで、カメラを再度アライメント系に切り換え、低倍率の対物レンズ32から高倍率の対物レンズ31に切り換える(ステップS1k)。この場合、コンピュータ80で処理される画像は、50倍から100倍に拡大される。
【0045】
その後、アライメントカメラ54から得たスポット像について、オートゲイン処理を行い(ステップS1b)、オートセンタリング処理を行って(ステップS1c)、オートフォーカス処理を行う(ステップS1d)。さらに、次段の処理で画像中にスポット像が収まるように、オートゲイン処理を行い(ステップS1e)、オートセンタリング処理を行う(ステップS1f)。次のステップS1gでは、現在の対物レンズ31が高倍率と判断され、次のステップステップS1mでは、現在観察中のカメラがアライメント系のものと判断される。この場合、次のステップS1nで、カメラを再度測定系に切り換える。この場合、コンピュータ80で処理される画像は、100倍から1000倍に拡大される。
【0046】
その後、測定用カメラ74から得たスポット像について、オートゲイン処理を行い(ステップS1b)、オートセンタリング処理を行って(ステップS1c)、オートフォーカス処理を行う(ステップS1d)。さらに、次段の処理で画像中にスポット像が収まるように、オートゲイン処理を行い(ステップS1e)、オートセンタリング処理を行う(ステップS1f)。以上のようにして得た被検対物レンズ101のスポット像は、最大の拡大像となっており、さらに画像の中心にセンタリングされており、スポット形状の計測に適する。
【0047】
図4は、図3のステップS1b、S1eにおけるオートゲイン処理を概念的に説明するフローチャートである。まず、撮像のゲインに関する初期設定が行われる(ステップS2a)。具体的には、アライメントカメラ54や測定用カメラ74の電子シャッタについては、スポット像を暗くするようにシャッタ速度を最も高速にするとともに、NDフィルタ61については、スポット像を明るくするように透過率を最も大きくする。次に、シャッタ速度の最適値を求めるオートシャッタ調整を行う(ステップS2b)。具体的には、シャッタ速度を徐々に増加させてスポット像の輝度分布を検出し、スポット像の輝度ピーク値が飽和した場合には、このシャッタ速度を設定値とする。なお、アライメントカメラ54の場合、NDフィルタ61による調整ができないので、飽和する一段前のシャッタ速度を設定値とする。次に、現在使用しているカメラが測定系のものかアライメント系のものかを判断する(ステップS2c)。アライメントカメラ54側の画像を処理している場合は、処理を終了し、測定用カメラ74側の画像を処理している場合は、次のステップS2dで、オートND調整を行う(ステップS2d)。具体的には、NDフィルタ61の透過率を徐々に増加させてスポット像の輝度分布を検出し、スポット像の輝度ピーク値の飽和が解消した場合には、このシャッタ速度を設定値とする。
【0048】
図5は、図3のステップS1c、S1fにおけるオートセンタリング処理を概念的に説明するフローチャートである。まず、オートゲイン処理後の画像がアライメントカメラ54や測定用カメラ74から読み込まれる(ステップS3a)。次に、取り込んだ画像について輝度分布の解析を行って、スポット像の重心がカメラの画素中心からどれだけずれているかを検出する(ステップS3b)。この際、画素単位のずれ量が、μm単位のずれ量に換算され、さらにXYステージ21bを駆動するためのモータのパルス数に変換される。最後に、XYステージ21bを移動させて、スポット像の重心を画素中心に移動させる(ステップS3c)。
【0049】
図6は、図3のステップS1dにおけるオートフォーカス処理を概念的に説明するフローチャートである。まず、ピント方向すなわちZ軸微動装置35やZ軸粗動ステージ23の駆動方向を予想する(ステップS4a)。このため、ピントを特定方向に大きめに振って画像を再取得し、スポット像がほとんど画面内にあって検出エネルギー(すなわち輝度分布の総和)が高くなる方向か、スポット像の径が狭くなる方向をピント方向とする。次に、ステップS4aで得たピント方向にZ軸微動装置35やZ軸粗動ステージ23を駆動する(ステップS4b)。次に、ステップS4bによる移動後の画像を取り込んで移動前のものと比較して、スポット径が狭くなったか否かを判断する(ステップS4c)。スポット径が狭くなっている場合、新たなz軸上の位置をベストピント位置として更新記録する(ステップS4d)。スポット径が狭くなっていない場合や、ベストピント位置の更新が終了した場合、スポット径が大きくなったか否かを判断する(ステップS4e)。スポット径が大きくなっていなければ、ステップS4bに戻ってステップS4eまでの処理を繰り返し、スポット径が大きくなっていれば、直前に更新されたベストピント位置を最適値として、Z軸微動装置35やZ軸粗動ステージ23を駆動してベストピント位置になるように戻す(ステップS4f)。
【0050】
以下、図4〜図6に示すフローチャートの内容を具体的な実施例として詳細に説明する。
【0051】
図7〜図9は、図4のオートゲイン処理の詳細を示すフローチャートである。まず図7において、カメラが測定系であるか否かを判断し(ステップS21a)、”YES”すなわち測定用カメラ74から画像を取り込んでいる場合、NDフィルタ61を開放する(ステップS21b)。次に、電子シャッタの速度を最速とした(ステップS21c)後、オートシャッタ調整処理を行う(ステップS21d)。次のステップS21eでは、オートシャッタ調整処理でエラーが発生したか否かを判断し、エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示して処理を中断する。エラーが発生してなければ、ステップS21fでカメラが測定系であるか否かを判断し、アライメントカメラ54からの画像が取り込まれている場合、処理を終了するが、測定用カメラ74からの画像が取り込まれている場合、オートND調整処理を行う(ステップS21g)。次のステップS21hでは、オートND調整処理でエラーが発生したか否かを判断し、エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示して処理を中断する。エラーが発生してなければ、このオートゲイン処理を終了する。
【0052】
図8は、図7のステップS21dに対応するオートシャッタ調整処理を説明するフローチャートである。まず、現在画像取り込み中のカメラにおいて、シャッタ速度を取得し(ステップS22a)、そのシャッタ速度で画像を取り込む(ステップS22b)。次のステップS22cでは、画像の輝度のピーク強度が飽和状態か否かを判断し、飽和していない場合、シャッタ速度が最低値で最も明るい設定になっているか否かを判断する(ステップS22d)。シャッタ速度が最低値である場合、この処理を終了するが、シャッタ速度が最低値でない場合、シャッタ速度を一段上げて画像を明るくする(ステップS22e)。一方、ステップS22cで輝度のピーク強度が飽和状態であると判断された場合、カメラがアライメント系であるか否かを判断し(ステップS22f)、測定用カメラ74から画像を取り込んでいる場合、そのまま処理を終了するが、アライメントカメラ54から画像を取り込んでいる場合、シャッタ速度を一段下げて画像を暗し(ステップS22g)、その後処理を終了する。
【0053】
図9は、図7のステップS21gに対応するオートND調整処理を説明するフローチャートである。まず、NDフィルタ61について現在のND値を取得し(ステップS23a)、そのND値が最も暗い設定になっているか否かを判断する(ステップS23b)。ND値が最も暗くない場合、NDフィルタ61のND値を1段上げて暗くして(ステップS23c)、そのND値で画像を取り込む(ステップS23d)。次のステップS23eでは、輝度のピーク強度が非飽和状態か否かを判断し、非飽和状態となった場合、ステップS23aに戻ってステップS23dまでの処理を繰り返し、輝度のピーク強度が飽和状態である場合、この処理を終了する。一方、ステップS23bでND値が最も暗いと判断された場合、現在のカメラについてシャッタ速度を取得する(ステップS23f)。次に、シャッタ速度が最速値か否かを判断する(ステップS23g)。シャッタ速度が最速値で最も暗い設定になっている場合、正常な画像が得られていないものと判断して処理を中断する。一方、シャッタ速度が最速値でないと判断された場合、NDフィルタ61による調整がきかなかったものとして、NDフィルタ61を開放し元の状態に戻す(ステップS23h)。
【0054】
図10及び図11は、図5のオートセンタリング処理の詳細を示すフローチャートである。まず、現在画像取り込み中のカメラにおいて、視野を取得し(ステップS31a)、1画素当りのサイズ(移動量)を算出する。次のステップS31bでは、以下のループが6回繰り返されたか否かを判断し、繰り返し回数が5以下であれば、現在のカメラから画像を取り込む(ステップS31c)。次に、取り込んだ画像から輝度重心を画素上の座標として算出し(ステップS31d)、画像のコントラストが低いか否かを判断する(ステップS31e)。画像のコントラストが低い場合、十分な測定精度が得られないものとして処理を中断し、画像のコントラストが所定値以上である場合、輝度重心の画像中心像からのずれ量を算出する(ステップS31f)。次のステップS31gでは、ずれ量が±2画素未満であるか否かを判断し(ステップS31g)、ずれ量が±2画素以上であれば、得られたずれ量をXYステージ21bを駆動する支持ステージ駆動装置27に設けたパルスモータまたはエンコーダのパルス量に換算する(ステップS31h)。次に、移動先のパルス位置すなわちパルスに換算した座標位置を算出する(ステップS31j)。次に、移動先のパルス位置を目標値として、XYステージ21bの移動を開始させる(ステップS31k)。次のステップS31mでは、目標位置に到達したか、或いはタイムアウトとなったか否かを判断し、いずれでもなければ、50mS間待機して(ステップS31n)、ステップS31mに戻り、以上のチェックを繰り返す。ステップS31mで”YES”と判断された場合、次のステップS31pでタイムアウトでステップS31mから出たか否かを判断する。タイムアウトでない場合、目標位置到達によってステップS31mから抜けたと判断し、ステップS31bに戻ってステップS31nまでのずれ補正処理を繰り返すが、タイムアウトの場合、エラーメッセージを表示して処理を中断する。ステップS31bで6回のループ終了と判断された場合や、ステップS31gですれ量が2画素以上と判断された場合、センタリングが完了あるいは概ね完了と判断して、処理を終了する。
【0055】
図12は、図6のオートフォーカス処理を具体化したフローチャートである。まず、レボルバ駆動装置36から現在使用中の対物レンズ倍率を取得する。次のステップS41bでは、対物レンズが高倍率であるか否かと、現在使用しているカメラが測定系のものかアライメント系のものか否かとを判断する(ステップS41b)。対物レンズが低倍率である場合や、アライメントカメラ54からの画像を処理している場合は、昇降ステージ駆動装置27を介してZ軸粗動ステージ23を駆動することにより、ZステージAF処理を行う(ステップS41c)。一方、対物レンズが高倍率であり、かつ、測定用カメラ74からの画像を処理している場合は、レボルバ駆動装置36に設けた制御回路を介して、Z軸微動装置35を構成するピエゾ素子を駆動することにより、PZT−AF処理を行う(ステップS41d)。このPZT−AF処理の後は、ピエゾ素子の0セット位置をリセットして、次回のPZT−AF処理に必要な可動範囲を確保しておく(ステップS41e)。以上のステップS41c、S41eの終了後は、オートフォーカス中にエラーが発生したか否かを判断し(ステップS41f)、エラーが発生した場合、エラーメッセージを表示して処理を中断する。エラーが発生してなければ、このオートフォーカス処理を終了する。
【0056】
図13〜図16は、図12のステップS41cに対応するZステージAF処理を詳細に説明する図である。まず、図13において、ピント方向予想処理を行う(ステップS42a)。次に、Z軸粗動ステージ23の移動速度を総合倍率に基づいて決定する(ステップS42b)。次に、移動速度の微調整量すなわちステップ移動量を既定のテーブルから取得する(ステップS42c)。次に、ステップS42aで得たピント予想方向への微動を開始しつつ(ステップS42d)、スポット径が最小となる位置を初期化する(ステップS42e)。次に、Z軸粗動ステージ23の現在位置を取得し(ステップS42f)、この際の画像を取り込んで(ステップS42g)、画面中の最大輝度値を算出する(ステップS42h)。次に、スポット径を算出する(ステップS42i)。この際、x軸方向の輝度分布に関し、1/e2となる幅をスポット径とする。次のステップS42jでは、スポット径が最大画素640中の600画素以下であるか否かを判断する。スポット径が600画素より大きくボケが大きい場合、次回移動速度の設定を早くして(ステップS42k)、Z軸粗動ステージ23を上述の次回移動速度で移動させ(ステップS42m)、前回検出スポット径の記憶値として現在のスポット値を保存する(ステップS42n)。その後は、ステップS42fに戻って処理を繰り返す。一方、スポット径が600画素以下でボケが小さい場合、次回移動速度の設定を遅くする(ステップS42p)。次のステップS42qで、前回に対して今回のスポット径が狭くなったか否かを判断する。ポット径が狭くなったと判断された場合、このスポット径をベストスポット径として更新するとともに、この際のZ軸粗動ステージの位置をベストピント位置として更新する。次のステップS42sで、前回に対して今回のスポット径が太ったか否かを判断する。スポット径が太っていない場合、スポット径の連続膨張回数の記憶値を一旦リセットして(ステップS42t)、ステップS42mに進む。一方、ステップS42sでポット径が太っていると判断された場合、連続膨張回数の記憶値に1を加算する(ステップS42u)。次のステップS42vでは、連続膨張回数が4回になっているか否かを判断し、連続膨張回数が4回に満たなければ、ステップS42mに進み、連続膨張回数が4回になっていれば、ステップS42wに進んでZ軸粗動ステージ23の動作を停止し(ステップS42w)、Z軸粗動ステージ23をステップS42rのベストピント位置に移動させ、処理を終了する。
【0057】
図15は、図13のステップS42aにおけるピント方向予想処理の詳細を説明する。まず、Z軸微動装置35すなわちピエゾ素子が有効か否かの情報を取り込む(ステップS43a)。つまり、低倍率の対物レンズ32では、Z軸微動装置35を設けていないので、ピエゾ素子が無効となる。次に、+側移動距離を取得する(ステップS43b)。この+側移動距離は、総合倍率によって適宜決定される。次に、現在使用しているカメラから画像を取り込んで(ステップS43c)、その画像のコントラストが低いか否かを判断する(ステップS43d)。コントラストが低いか否かは、スポット径が500画素より大きく、かつ、飽和が生じていなければ、低コントラストと判断される。画像のコントラストが低い場合、+側移動距離を延長して再設定し(ステップS43e)、現在の画像からスポット像のトータルエネルギを算出する(ステップS43f)。次に、画像のコントラストが高い場合を含め、ピント方向を+側移動距離だけ移動させた+側比較位置まで移動させる(ステップS43g)。この際、ピエゾ素子が有効で+側移動距離がピエゾ素子でカバーできる範囲であれば、ピエゾ素子すなわちZ軸微動装置35を動作させる。反対に、ピエゾ素子が無効であったり+側移動距離がピエゾ素子でカバーできる範囲を超えている場合、Z軸粗動ステージ23を動作させる。次に、ステップS43hで、ステップS43dの判断が低コントラストであった否かを判断する。所定以上のコントラストがあった場合、+側比較位置での画像におけるスポット径を取得し(ステップS43i)、+側比較位置に移動する前後を比較して、スポット径が狭くなる方向をピント方向とする(ステップS43j)。一方、ステップS43hで低コントラストと判断された場合、+側比較位置でのトータルエネルギを算出し(ステップS43k)、+側比較位置に移動する前後を比較して、トータルエネルギが高くなる方向をピント方向とする(ステップS43m)。
【0058】
図16は、図15のステップS43gにおける+側比較位置移動処理の詳細を説明する。まず、Z軸微動装置35すなわちピエゾ素子の位置を取得し(ステップS44a)、移動対象を決定する(ステップS44b)。図15で説明した+側移動距離がピエゾ素子でカバーできる範囲であり、現在の対物レンズが高倍率でZ軸微動装置35を備えるものであるとき、移動対象をピエゾ素子すなわちZ軸微動装置35とする。それ以外の場合は、移動対象をZ軸粗動ステージ23とする。ステップS44bで移動対象がZ軸微動装置35とされた場合、図15の処理において前のステップで得た+側移動距離だけピエゾ素子を駆動して(ステップS44c)、現在観察中のカメラから画像を取り込み(ステップS44d)、ピエゾ素子を元の位置に戻す(ステップS44e)。なお、ピエゾ素子を元の位置戻すのは、図13及び図14のフローに戻った際にAFをかける余裕を残したものである(ここは、Z粗動ステージ23の説明であるが、この+側比較位置移動処理は、PZT−AF処理でも活用される。)。一方、ステップS44bで移動対象がZ軸粗動ステージ23とされた場合、現在のステージ位置を取得する(ステップS44f)。次に、Z軸粗動ステージ23を駆動して+側移動距離だけ移動させる(ステップS44g)。この際、+側移動距離は、モータの駆動に必要なパルス数に換算される。次のステップS44hでは、目標位置に到達したか、或いはタイムアウトとなったか否かを判断し、いずれでもなければ、50mS間待って(ステップS44i)、ステップS44hに戻る。ステップS44hでYESと判断された場合、次のステップS44jでタイムアウトでステップS44hから出たか否かを判断する。タイムアウトによって目標位置へ到達していないと判断された場合、エラーメッセージを表示して処理を中断する。一方、ステップS44jでタイムアウトになることなく目標位置へ到達したと判断された場合、画像を採取したか否かを判断する(ステップS44k)。画像が未採取であれば、画像を取り込んで(ステップS44m)、Z軸粗動ステージ23を元に戻す(ステップS44n)。
【0059】
図17及び図18は、図12のステップS41dにおけるPZT−AF処理の詳細を説明するフローチャートである。まず、シャッタ速度を最低値にして画像を明るくし(ステップS45a)、ND値を最低値にして画像を明るくする(ステップS45b)。次に、図15で説明したピント方向予想処理を行う(ステップS45c)。次に、ステップS42aで得たピント方向にピエゾ素子すなわちZ軸微動装置35をステップ移動させる(ステップS45e)。ステップ移動の単位は、例えば0.05μmとする。次に、画像を取り込んで(ステップS45f)、最大輝度値を検出する(ステップS45g)。次に、最大輝度値が飽和状態か否かを判断し(ステップS45h)、飽和している場合、シャッタ速度が最速値で最も暗い設定か否かを判断する(ステップS45i)。ステップS45iでシャッタ速度が最速値でないと判断された場合、シャッタ速度を一段上げて画像を暗くしてステップS45fに戻る。ステップS45hで飽和してないと判断された場合や、ステップS45iでシャッタ速度が最速値と判断された場合、ステップS45fで取り込んだ画像からスポット径を算出し(ステップS45k)、ピエゾ素子によるステップ移動前に登録されている最小スポット径と比較して径が減少したか否かを判断する(ステップS45m)。スポット径が減少したと判断された場合、この際のスポット径を最小スポット径として更新・保存し(ステップS45n)、この最小スポット径に対応するピエゾ位置を更新・保存する(ステップS45p)。その後、ステップS45kで算出したスポット径が10回連続して最小スポット径よりも大きくなったか否かを判断する(ステップS45q)。スポット径が最小スポット径よりも大きくなっても、連続10回未満である場合、ステップS45eに戻ってステップS45pまでの処理を繰り返す。一方、ステップS45qでスポット径が連続10回以上続けて最小スポット径よりも大きくなったと判断された場合、ベストフォーカスを通過したものとして、ステップS45pで保存したピエゾ位置までフォーカスを戻す(ステップS45r)。
【0060】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のスポット測定機によれば、オートコリメータ用光源によって被検物の傾きを取り除くことができるので、被検物による集光状態を正確に検出することができる。
【0061】
また、本発明のスポット測定方法によれば、低倍投影光学系や高倍投影光学系を活用して段階的にセンタリングを行うので、被検物によって形成されたスポット像を測定光学系によって形成される目標の観察視野に確実に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係るスポット測定装置の外観的な構造を説明する図である。
【図2】図1に示すスポット測定装置の制御系を説明する図である。
【図3】図1及び図2に示すスポット測定装置をアライメント動作させる処理を説明するフローチャートである。
【図4】図3におけるオートゲイン処理を概念的に説明するフローチャートである。
【図5】図3におけるオートセンタリング処理を概念的に説明するフローチャートである。
【図6】図3におけるオートフォーカス処理を概念的に説明するフローチャートである。
【図7】図4の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図8】図4の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図9】図4の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図10】図5の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図11】図10の処理の続きを説明するフローチャートである。
【図12】図6の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図13】図12の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図14】図13の処理の続きを説明するフローチャートである。
【図15】図13の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図16】図15の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図17】図12の処理をより詳細に説明するフローチャートである。
【図18】図17の処理の続きを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
23 Z軸粗動ステージ
25 観察ヘッド
26 支持ステージ駆動装置
27 昇降ステージ駆動装置
31,32 各対物レンズ
35 Z軸微動装置
41 結像レンズ
51 ハーフミラー
52 分岐光学系
54 アライメントカメラ
55,56 レーザ光源
57,58 レーザドライバ
61 NDフィルタ
71 高倍率撮像部
73 リレーレンズ
74 測定用カメラ
80 コンピュータ
101 被検対物レンズ
102 レーザ光源[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a spot measuring device and a spot measuring method for enlarging and observing a spot image condensed by a test lens or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to increase the density of optical discs, an optical pickup using a light source wavelength of 405 mm and an objective lens of NA 0.85 and an objective lens used therefor have been developed.
[0003]
For optical pickup devices of optical recording / reproducing devices for recording or reproducing information on or from optical discs, and condensing lenses used therefor, the beam convergence characteristics due to this have become an important issue in pickup manufacturing and lens quality inspection. It is desired to precisely measure the spot shape.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is no device capable of simply and accurately measuring the spot shape of such an imaging lens.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus for simply and precisely measuring a spot shape formed by a condenser lens or the like used in a pickup device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a spot measuring device according to the present invention includes an enlargement optical system that enlarges a spot image condensed by a subject and projects the spot image on an imaging surface, and a spot image projected on the imaging surface. The image capturing apparatus further includes: an enlarged image capturing unit that captures an image; a display unit that displays a spot image captured by the enlarged image capturing unit; and a light source for an autocollimator disposed at a position conjugate to the imaging surface. Here, the "display means" is not limited to a display for image display, but includes a printer, etc., and the display method of the "spot image" is not limited to an image. Graphs, numerical tables, and the like.
[0007]
In the spot measuring device, the inclination of the object such as a lens can be removed by the light source for the autocollimator, so that the light condensing state of the object can be accurately detected.
[0008]
In a specific aspect of the spot measuring instrument, the magnifying optical system includes a low-magnification projection optical system having an objective lens and an imaging lens, and a high-magnification projection optical system having a relay (magnification) lens. In this case, the alignment operation can be performed with the low-magnification projection optical system, and the observation of the spot image can be performed with the entire magnifying optical system.
[0009]
In a specific aspect of the spot measuring device, the light source for the autocollimator is disposed on an optical path branched by a branching mirror disposed between the low magnification projection optical system and the high magnification projection optical system. You. In this case, autocollimation using a low magnification projection optical system becomes possible.
[0010]
In a specific aspect of the spot measuring device, an alignment imaging unit that captures a spot image condensed by the test object at a low magnification on an optical path branched by the branching mirror is further provided. In this case, a system for autocollimation using a low magnification projection optical system can be simplified.
[0011]
In a specific aspect of the spot measuring device, when the inclination of the test object is corrected by operating the light source for the autocollimator, the objective lens is retracted from the optical path.
[0012]
In a specific aspect of the spot measuring instrument, the light source for the autocollimator includes a plurality of laser light sources that generate laser lights having different wavelengths. In this case, even if an anti-reflection film for a specific wavelength is formed on the test object, a sufficient amount of reflected light can be obtained from the test object by selecting the wavelength, so that the posture of the test object can be accurately determined. Can be controlled.
[0013]
In a specific aspect of the spot measuring instrument, the high-magnification projection optical system is movable in the optical axis direction. In this case, the convergence and divergence of the parallel light of the pickup excluding the objective lens can be determined. In addition, it is also possible to adjust the tilt when the test object has an R shape.
[0014]
The spot measuring method according to the present invention, in a specific aspect of the spot measuring device, is a spot measuring method for enlarging and projecting a spot image condensed by a test object onto an imaging surface. Photographing a spot image converged by an object with a low-magnification projection optical system including a first objective lens, and a test object based on the spot image photographed with the low-magnification projection optical system including the first objective lens A first centering step of centering the image, and measuring the spot image converged by the test object centered in the first centering step by adding a high-magnification projection optical system to the low-magnification projection optical system including the first objective lens. A step of taking an image with an optical system, and centering the test object based on a spot image taken with a measuring optical system in which a high-magnification projection optical system is added to the low-magnification projection optical system including the first objective lens. A second centering step, a step of photographing a spot image condensed by the test object centered in the second centering step with a high-magnification projection optical system including a second objective lens, and the second objective lens. A third centering step of centering the test object based on the spot image photographed by the low-magnification projection optical system; and a spot image condensed by the test object centered in the third centering step. Photographing with a measurement optical system in which a high-magnification projection optical system is added to a low-magnification projection optical system including a lens.
[0015]
In the above spot measurement method, since the centering is performed stepwise by utilizing the low magnification projection optical system and the high magnification projection optical system, the spot image formed by the test object is placed in the target observation field formed by the measurement optical system. It can be surely introduced.
[0016]
In a specific aspect of the spot measuring method, the magnification of a measurement optical system obtained by adding a high-magnification projection optical system to the low-magnification projection optical system including the first objective lens is adjusted to a low-magnification projection optical system including the second objective lens. It is lower than the magnification of the optical system.
[0017]
Further, in a specific aspect of the spot measuring method, an automatic focusing step is provided before and / or after each centering step. In this case, centering is assured.
[0018]
Further, in a specific mode of the spot measuring method, an automatic dimming step is provided before and / or after each centering step. In this case, centering is assured.
[0019]
In a specific aspect of the spot measuring method, the centering step includes a step of calculating a barycentric position or a peak intensity position of the captured spot image, and a stage that supports a test object, and an optical axis of the barycentric position. Driving by a corresponding amount that cancels the deviation from
[0020]
In a specific aspect of the spot measuring method, the automatic focusing step includes a step of experimentally driving the low-magnification projection optical system or the measurement optical system in advance to predict a focus direction.
[0021]
In a specific aspect of the spot measuring method, the step of photographing with a measuring optical system in which a high-magnification projection optical system is added to the low-magnification projection optical system including the second objective lens includes: Capturing a spot image converged by the test object while moving the target. In this case, the light-collecting characteristics of the test object can be detected stepwise along the optical axis direction, and the spot shape of the test object can be measured three-dimensionally.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram illustrating an external structure of a spot measuring device according to an embodiment of the present invention. The spot measuring apparatus includes a
[0023]
Here, the
[0024]
At the lower end of the
[0025]
Here, the high-magnification-
[0026]
The branch
[0027]
The
[0028]
The high-
[0029]
In the above spot measuring device, the
[0030]
FIG. 2 is a diagram illustrating a control system of the spot measuring device shown in FIG. The spot measuring device includes a support
[0031]
The support
[0032]
Hereinafter, the operation of the spot measuring device shown in FIGS. 1 and 2 will be described. First, the alignment of the
[0033]
At this time, the alignment light to be incident on the
[0034]
In the above description, the optical surface itself may be used when the annular surface of the outer periphery of the
[0035]
Hereinafter, observation of a spot image formed by the subject 100 will be described. In this case, the
[0036]
In the alignment and measurement of the spot image as described above, the focus of the spot image is adjusted by appropriately operating the Z-axis
[0037]
Further, when measuring the spot image, the
[0038]
FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of causing the spot measuring device shown in FIGS. 1 and 2 to perform an automatic alignment operation under the control of the
[0039]
First, the state of the spot measuring device is initialized (step S1a). Specifically, the
[0040]
Next, as preparation for performing auto-focusing on the spot image formed by the
[0041]
Next, using the Z-axis
[0042]
Next, even when the magnification is increased in the next process, the auto gain process is performed in the same procedure as in steps S1b and S1c so that the spot image is included in the image of the measurement camera 74 (see FIG. In step S1e), an auto centering process is performed (step S1f).
[0043]
Next, it is determined whether the
[0044]
After that, the spot image obtained from the measuring
[0045]
Thereafter, the spot image obtained from the
[0046]
Thereafter, the spot image obtained from the measuring
[0047]
FIG. 4 is a flowchart conceptually explaining the auto gain processing in steps S1b and S1e in FIG. First, an initial setting relating to the imaging gain is performed (step S2a). Specifically, the shutter speed of the electronic shutter of the
[0048]
FIG. 5 is a flowchart conceptually illustrating the auto-centering process in steps S1c and S1f in FIG. First, the image after the automatic gain processing is read from the
[0049]
FIG. 6 is a flowchart conceptually illustrating the autofocus processing in step S1d of FIG. First, the focus direction, that is, the driving direction of the Z-axis
[0050]
Hereinafter, the contents of the flowcharts shown in FIGS. 4 to 6 will be described in detail as specific examples.
[0051]
7 to 9 are flowcharts showing details of the auto gain processing of FIG. First, in FIG. 7, it is determined whether or not the camera is a measurement system (step S21a). If "YES", that is, if an image is captured from the
[0052]
FIG. 8 is a flowchart illustrating an automatic shutter adjustment process corresponding to step S21d in FIG. First, a shutter speed is acquired from the camera currently capturing an image (step S22a), and an image is captured at the shutter speed (step S22b). In the next step S22c, it is determined whether or not the peak intensity of the brightness of the image is saturated. If not, it is determined whether or not the shutter speed is set to the lowest value and the brightest (step S22d). . If the shutter speed is the lowest value, this process ends. If the shutter speed is not the lowest value, the image is brightened by increasing the shutter speed by one step (step S22e). On the other hand, when it is determined in step S22c that the peak intensity of the luminance is in a saturated state, it is determined whether the camera is an alignment system (step S22f). When the image is captured from the
[0053]
FIG. 9 is a flowchart illustrating the automatic ND adjustment processing corresponding to step S21g in FIG. First, the current ND value of the
[0054]
FIGS. 10 and 11 are flowcharts showing details of the auto-centering process of FIG. First, the field of view is acquired by the camera currently capturing an image (step S31a), and the size (movement amount) per pixel is calculated. In the next step S31b, it is determined whether or not the following loop has been repeated six times. If the number of repetitions is five or less, an image is captured from the current camera (step S31c). Next, the luminance center of gravity is calculated as coordinates on the pixel from the captured image (step S31d), and it is determined whether or not the contrast of the image is low (step S31e). If the contrast of the image is low, the processing is interrupted assuming that sufficient measurement accuracy cannot be obtained, and if the contrast of the image is equal to or greater than a predetermined value, the amount of shift of the luminance centroid from the image center image is calculated (step S31f). . In the next step S31g, it is determined whether or not the displacement is less than ± 2 pixels (step S31g). If the displacement is ± 2 pixels or more, the obtained displacement is supported for driving the
[0055]
FIG. 12 is a flowchart that embodies the autofocus process of FIG. First, the magnification of the currently used objective lens is obtained from the
[0056]
FIGS. 13 to 16 are diagrams for explaining the Z stage AF processing corresponding to step S41c in FIG. 12 in detail. First, in FIG. 13, focus direction prediction processing is performed (step S42a). Next, the moving speed of the Z-axis
[0057]
FIG. 15 illustrates details of the focus direction prediction processing in step S42a of FIG. First, information as to whether or not the Z-axis
[0058]
FIG. 16 illustrates details of the + side comparison position moving process in step S43g of FIG. First, the position of the Z-axis
[0059]
FIG. 17 and FIG. 18 are flowcharts illustrating details of the PZT-AF processing in step S41d of FIG. First, the image is brightened by setting the shutter speed to the minimum value (step S45a), and the image is brightened by setting the ND value to the minimum value (step S45b). Next, the focus direction prediction process described with reference to FIG. 15 is performed (step S45c). Next, the piezo element, that is, the Z-axis
[0060]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the spot measuring device of the present invention, the inclination of the test object can be removed by the light source for the autocollimator, so that the light condensing state by the test object can be accurately detected. it can.
[0061]
Further, according to the spot measuring method of the present invention, since the centering is performed stepwise using the low-magnification projection optical system or the high-magnification projection optical system, the spot image formed by the test object is formed by the measurement optical system. Can be reliably introduced into the observation field of view of the target.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an external structure of a spot measuring device according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a control system of the spot measuring device shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a process for causing the spot measuring device shown in FIGS. 1 and 2 to perform an alignment operation.
FIG. 4 is a flowchart conceptually explaining an auto gain process in FIG. 3;
FIG. 5 is a flowchart conceptually illustrating an auto-centering process in FIG.
FIG. 6 is a flowchart conceptually explaining an autofocus process in FIG. 3;
FIG. 7 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 4 in more detail;
FIG. 8 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 4 in more detail;
FIG. 9 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 4 in more detail;
FIG. 10 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 5 in more detail;
FIG. 11 is a flowchart illustrating a continuation of the processing in FIG. 10;
FIG. 12 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 6 in more detail;
FIG. 13 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 12 in more detail;
FIG. 14 is a flowchart illustrating a continuation of the processing in FIG. 13;
FIG. 15 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 13 in more detail.
FIG. 16 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 15 in more detail;
FIG. 17 is a flowchart illustrating the processing of FIG. 12 in more detail;
FIG. 18 is a flowchart illustrating a continuation of the processing in FIG. 17;
[Explanation of symbols]
23 Z axis coarse movement stage
25 Observation head
26 Support stage drive
27 Lifting stage drive
31, 32 each objective lens
35 Z axis fine movement device
41 Imaging lens
51 Half mirror
52 branch optical system
54 Alignment Camera
55,56 laser light source
57,58 Laser driver
61 ND filter
71 High magnification imaging unit
73 relay lens
74 Camera for measurement
80 Computer
101 Objective lens to be inspected
102 laser light source
Claims (14)
前記撮像面に投影されたスポット像を撮影する拡大撮像手段と、
前記拡大撮像手段で撮像したスポット像を表示する表示手段と、
前記撮像面に共役な位置に配置されるオートコリメータ用光源と
を備えるスポット測定機。An enlargement optical system for enlarging a spot image focused by the test object and projecting the spot image on an imaging surface;
Magnifying imaging means for photographing a spot image projected on the imaging surface,
Display means for displaying a spot image picked up by the enlarged image pickup means;
And a light source for an autocollimator disposed at a position conjugate to the imaging surface.
被検物によって集光されたスポット像を第1対物レンズを含む低倍投影光学系で撮影する工程と、
前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系で撮影されたスポット像に基づいて被検物をセンタリングする第1センタリング工程と、
前記第1センタリング工程でセンタリングされた被検物によって集光されたスポット像を前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影する工程と、
前記第1対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影されたスポット像に基づいて被検物をセンタリングする第2センタリング工程と、
前記第2センタリング工程でセンタリングされた被検物によって集光されたスポット像を第2対物レンズを含む高倍投影光学系で撮影する工程と、
前記第2対物レンズを含む低倍投影光学系で撮影されたスポット像に基づいて被検物をセンタリングする第3センタリング工程と、
前記第3センタリング工程でセンタリングされた被検物によって集光されたスポット像を前記第2対物レンズを含む低倍投影光学系に高倍投影光学系を付加した測定光学系で撮影する工程と、
を備えるスポット測定方法。A spot measurement method for enlarging and projecting a spot image condensed by a test object onto an imaging surface,
Photographing a spot image converged by the test object with a low-magnification projection optical system including a first objective lens;
A first centering step of centering the test object based on a spot image captured by the low-magnification projection optical system including the first objective lens;
Photographing a spot image condensed by the test object centered in the first centering step with a measurement optical system in which a high-magnification projection optical system is added to a low-magnification projection optical system including the first objective lens;
A second centering step of centering the test object based on a spot image taken by a measurement optical system obtained by adding a high-magnification projection optical system to the low-magnification projection optical system including the first objective lens;
Capturing a spot image focused by the test object centered in the second centering step with a high-magnification projection optical system including a second objective lens;
A third centering step of centering the test object based on a spot image captured by the low-magnification projection optical system including the second objective lens;
Capturing a spot image converged by the test object centered in the third centering step with a measurement optical system in which a high-magnification projection optical system is added to a low-magnification projection optical system including the second objective lens;
A spot measurement method comprising:
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- 2002-07-15 JP JP2002205694A patent/JP2004045327A/en active Pending
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