JP2004045327A - Instrument and method for measuring spot - Google Patents

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JP2004045327A
JP2004045327A JP2002205694A JP2002205694A JP2004045327A JP 2004045327 A JP2004045327 A JP 2004045327A JP 2002205694 A JP2002205694 A JP 2002205694A JP 2002205694 A JP2002205694 A JP 2002205694A JP 2004045327 A JP2004045327 A JP 2004045327A
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Yasuyuki Natsuno
夏野 靖幸
Akitoshi Nozaki
野崎 昭俊
Katsuya Yagi
八木 克哉
Hideyuki Fujii
藤井 英之
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Konica Minolta Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an instrument that can easily and precisely measure the shape of a spot formed by means of a condenser lens etc., used for pickup devices. <P>SOLUTION: The observational light from a spot image formed by making the inspecting light from a laser light source 102 incident on an objective lens 101 to be inspected is reflected by a half mirror 51 through an objective lens 31, image forming lens 41, etc., and made incident on an alignment camera 54. Then centering is performed so that the spot of the observational light may be made incident on the center of the angle of view of the alignment camera 54 by moving an X-Y stage 21b installed on a supporting stage 21. Thereafter, the camera 54 is switched to a measuring camera 74 in image reading and centering is performed so that the spot image of the observational light may be made incident on the center of the angle of view of the camera 74 by again moving the X-Y stage 21b. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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/e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 support stage 21 fixed on the pedestal 11 and supporting the object 100 to be inspected including the lens to be inspected, a Z-axis coarse movement stage 23 attached to a column 13 extending from the pedestal 11 in the vertical direction. And an observation head 25 fixed to the Z-axis coarse movement stage 23 and moved up and down.
[0023]
Here, the support stage 21 includes a θ rotation stage 21a that rotates the object 100 around the z-axis by a desired angle, and an XY stage 21b that moves the object 100 to an arbitrary position in the xy plane. And an αβ rotation stage 21c for rotating the subject 100 around the x-axis and the y-axis by a desired angle. By combining these stages 21a to 21c with the Z-axis coarse movement stage 23 and the like, the subject 100 can be three-dimensionally held in an arbitrary arrangement and posture with respect to the observation head 25.
[0024]
At the lower end of the observation head 25, a revolver 34 to which a plurality of objective lenses 31 and 32 of different magnifications are attached is fixed, and the objective lenses 31 and 32 can be switched and arranged on the optical path. In a specific example, the magnifications of the objective lenses 31 and 32 were set to 5 times and 100 times, respectively. Here, the magnification of the objective lens is the ratio of the focal length with the imaging lens 41. For example, if the focal length fc of the imaging lens is 180 mm, when the focal length fo of the objective lens is 1.8 mm, This objective lens is 100 times. Inside the observation head 25, an imaging lens 41 for once collecting parallel light beams from the objective lenses 31 and 32, a half mirror 51 for partially splitting a light beam converged through the imaging lens 41, and a half mirror 51 A branch optical system 52 disposed on the optical path branched by the mirror 51, an ND filter 61 disposed retreatably on the optical path in the vicinity of the focusing point of the imaging lens 41, and an optical path close to the ND filter 61 on the optical path And a high-magnification imaging unit 71 disposed behind the focal point of the imaging lens 41 and movable in the z-axis direction, that is, in the optical axis direction.
[0025]
Here, the high-magnification-side objective lens 31 fixed to the revolver 34 can be finely moved in the Z-axis direction, that is, in the optical axis direction by a Z-axis fine movement device 35 having a built-in piezo element.
[0026]
The branch optical system 52 includes an alignment camera 54 that captures a low-magnification image branched by the half mirror 51, and a pair of laser light sources 55 and 56 that are light sources for an autocollimator. The branched light reflected by the half mirror 54a enters the alignment camera 54 as the alignment imaging means. Further, the first collimator light having a wavelength of, for example, 410 nm from the laser light source 55 is incident on the imaging lens 41 via the dichroic mirror 56a and the half mirrors 54a and 51, and becomes a parallel light flux toward the revolver 34. Further, the second collimator light having a wavelength of, for example, 655 nm from the laser light source 56 is also incident on the imaging lens 41 via the dichroic mirror 56a and the half mirrors 54a and 51, and forms a parallel light flux toward the revolver 34. The dichroic mirror 56a is formed of a dielectric multilayer film, and efficiently couples the first and second collimator lights having different wavelengths and guides them to the same optical path.
[0027]
The chart 63 is for visually measuring the amount of eccentricity of the spot image or the alignment image projected on the high-magnification imaging unit 71 from the optical axis. The spot image and the alignment image can be adjusted relatively easily by displacing the 100 or adjusting the posture. Note that the chart 63 is removed from the optical path at the time of final measurement in which the spot image is read by the high-magnification imaging unit 71 and image processing is performed.
[0028]
The high-magnification imaging unit 71 includes a relay (magnification) lens 73 and a measurement camera 74 as an enlargement imaging unit. The observation light once condensed via the imaging lens 41 is incident on the relay (magnification) lens 73, and an enlarged image of the spot formed by the subject 100 is projected on the imaging surface 74 a of the measurement camera 74. I do. With the relay lens 73 interposed, an image 10 times larger than that of the alignment camera 54 is projected on the measurement camera 74, for example. In other words, by exchanging the high-magnification objective lens 31 and the low-magnification objective lens 32, the measurement camera 74 can observe images of 50 × and 1000 ×. In the alignment camera 54, images of 5 × and 100 × can be observed by exchanging the objective lenses 31 and 32.
[0029]
In the above spot measuring device, the objective lenses 31 and 32, the imaging lens 41, and the relay lens 73 constitute a magnifying optical system, that is, a measuring optical system.
[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 stage driving device 26, a lifting stage driving device 27, a revolver driving device 36 for changing the objective magnification, a pair of laser drivers 57 and 58 for an autocollimator, and a brightness adjusting device as a control system. And an imaging unit driving device 76 for driving the imaging unit, a laser driver 110 for measurement, and a computer 80 for controlling these components. The revolver driving device 36 also has a built-in D / A conversion circuit for supplying a driving voltage to the piezo elements constituting the Z-axis fine movement device 35.
[0031]
The support stage driving device 26 controls the position, the rotation angle, or the inclination posture of the subject 100 in the xy plane based on an instruction from the computer 80. The elevating stage driving device 27 raises and lowers the observation head 25 based on an instruction from the computer 80, and adjusts an imaging position, an imaging state, and the like. The revolver driving device 36 can rotate the revolver 34 by an appropriate amount at an appropriate timing based on an instruction from the computer 80, and can arrange any of the objective lenses 31 and 32 on the optical axis OA. The objective lens 31 can be finely moved in the direction of the optical axis OA by operating the built-in Z-axis fine movement device 35 as well as the state without any intervention. The laser drivers 57 and 58 operate the laser light sources 55 and 56 at an appropriate timing based on an instruction from the computer 80 at the time of auto-collimation, and generate alignment light necessary for auto-collimation. When observing the spot image with the measuring camera 74, the filter driving device 65 appropriately operates the ND filter 61 based on an instruction from the computer 80 to adjust the irradiation luminance on the imaging surface 74a. The imaging unit driving device 76 can finely reciprocate the high-magnification imaging unit 71 along the optical axis OA direction based on an instruction from the computer 80, check the convergence and divergence of the parallel light, and check the R at the time of the autocollimator. The tilt of the surface can be adjusted. The laser driver 110 for measurement causes the inspection light to be incident on the objective lens 101 based on an instruction from the computer 80 to form a spot image. The images detected by the alignment camera 54 and the measurement camera 74 are appropriately processed by the computer 80. At this time, the brightness or brightness of the image can be adjusted by adjusting the electronic shutter of the alignment camera 54 or the measurement camera 74.
[0032]
Hereinafter, the operation of the spot measuring device shown in FIGS. 1 and 2 will be described. First, the alignment of the test object 100 using the autocollimator function will be described. At this time, the operation of the laser light source 102 on the test object 100 side is stopped, and the laser light source 55 or 56 on the branch optical system 52 side is operated. At this time, the revolver 34 is operated to retract the objective lenses 31 and 32 outside the optical axis OA. The alignment light from the laser light source 55 or 56 is incident on the upper surface of the objective lens 101 via the imaging lens 41. Since a relatively flat annular surface is usually formed on the outer periphery of the upper surface of the objective lens 101 to be measured, the measurement light reflected on this annular surface is turned back and travels almost in parallel, and the imaging lens 41 and the like are turned around. And enters the alignment camera 54 as an alignment image. Next, the inclination of the test object 100 is adjusted by operating the αβ rotation stage 21 c and the like provided on the support stage 21, and the spot image of the measurement light is centered so as to enter the center of the angle of view of the alignment camera 54. Thereby, the optical axis of the test objective lens 101 can be made substantially coincident with the optical axis OA of the spot measuring instrument. At this stage, the reading of the image is switched from the alignment camera 54 to the measurement camera 74. Next, the high-magnification imaging unit 71 is moved in the direction of the optical axis OA via the imaging unit driving device 76 to minimize the spot diameter of the alignment image detected by the measurement camera 74. Next, the αβ rotation stage 21c and the like provided on the support stage 21 are finely moved again to adjust the inclination posture of the test object 100 so that the alignment image of the measurement light is incident on the center of the angle of view of the measurement camera 74. Center. Thereby, the optical axis of the test objective lens 101 can be precisely arranged in parallel with the optical axis OA of the spot measuring instrument.
[0033]
At this time, the alignment light to be incident on the objective lens 101 can be either one or both of the two laser light sources 55 and 56. However, if the anti-reflection coat is formed on the objective lens 101, Since there is a possibility that the reflected light of one of the laser light sources 55 and 56 becomes weak, one of the laser light sources 55 and 56 is appropriately selected so as to obtain the measurement light of high intensity.
[0034]
In the above description, the optical surface itself may be used when the annular surface of the outer periphery of the objective lens 101 to be inspected has an R shape or when the central optical surface of the objective lens 101 to be inspected is substantially flat. it can. When the annular surface or the central optical surface on the outer periphery of the test objective lens 101 is a curved surface, the high-magnification imaging unit 71 is moved in the direction of the optical axis OA to minimize the alignment image and adjust the tilt. From the position or displacement of the high-magnification imaging unit 71, the degree of convergence and divergence of the measurement light, that is, the curvature of the surface can be quantitatively confirmed to some extent.
[0035]
Hereinafter, observation of a spot image formed by the subject 100 will be described. In this case, the laser light source 102 on the test object 100 side is operated, and the operation of the laser light sources 55 and 56 on the branch optical system 52 side is stopped. At this time, the revolver 34 is operated to dispose the objective lens 31 and the like on the optical axis OA. Observation light from a spot image formed by making the inspection light from the laser light source 102 incident on the objective lens 101 to be inspected is reflected by the half mirror 51 via the objective lens 31, the imaging lens 41, and the like, and is reflected by the alignment camera 54. Incident on. Next, the XY stage 21b provided on the support stage 21 is operated to perform centering so that the spot of the observation light is incident on the center of the angle of view of the alignment camera 54. Next, the image reading is switched from the alignment camera 54 to the measurement camera 74. Next, the XY stage 21b provided on the support stage 21 is operated again to perform centering so that the spot image of the observation light enters the center of the angle of view of the measuring camera 74. In this manner, the shape and brightness distribution of the spot image projected at the center of the angle of view of the measuring camera 74 can be measured, and the spot image can be measured on a display 81 or a printer as a display means provided in the computer 80. Results and analysis results can be displayed.
[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 coarse movement stage 23 and the Z-axis fine movement device 35. In alignment and measurement of the spot image, the brightness of the spot image detected by the alignment camera 54 and the measurement camera 74 is adjusted by adjusting the transmittance of the ND filter 61 and the shutter speed of the alignment camera 54 and the measurement camera 74. Is adjusted as appropriate.
[0037]
Further, when measuring the spot image, the objective lens 31 is finely moved stepwise in units of, for example, about 25 nm in the z-axis direction by the Z-axis fine movement device 35, while the spot image is captured by the measurement camera 74, and the captured image is read. By performing the analysis, the profile of the spot image in the optical axis OA direction can also be measured.
[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 computer 80. Here, the “automatic alignment operation” means a series of steps for automatically guiding a spot image formed by the subject 100 to the center of the image of the measurement camera 74.
[0039]
First, the state of the spot measuring device is initialized (step S1a). Specifically, the revolver 34 is driven to set the objective lenses 31 and 32 on the low magnification side, and the image to be processed by the computer 80 is set as the image on the alignment camera 54 side.
[0040]
Next, as preparation for performing auto-focusing on the spot image formed by the objective lens 101 near the optical axis OA, an auto-gain process is performed (step S1b), and an auto-centering process is performed (step S1c). . In the auto gain process, the brightness of the spot image obtained by the alignment camera 54 is adjusted to a state suitable for measurement, and in the auto centering process, the spot image obtained by the alignment camera 54 is moved to the center of the screen.
[0041]
Next, using the Z-axis coarse movement stage 23 and the Z-axis fine movement device 35, the spot image obtained by the alignment camera 54 is auto-focused to obtain a sharp image (step S1d).
[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 objective lenses 31, 32 currently on the optical axis OA are high magnification or low magnification (step S1g). Initially, since the magnification is low, in the next step S1h, it is determined whether the camera under observation is of the measurement type or the alignment type. Initially, the image on the alignment camera 54 side is processed, so in the next step S1i, the camera is switched to the measurement system, the image from the measurement camera 74 is taken into the computer 80, and the process returns to step S1b. In this case, the image processed by the computer 80 is magnified 5 to 50 times.
[0044]
After that, the spot image obtained from the measuring camera 74 is subjected to an auto gain process (step S1b), an auto centering process (step S1c), and an auto focus process (step S1d). Further, an auto gain process is performed so that the spot image is contained in the image in the next process (step S1e), and an auto centering process is performed (step S1f). Next, in step S1g, the current objective lens 32 is again determined to have a low magnification, but in the next step S1h, the camera under observation is determined to be of the measurement system. In this case, in the next step S1j, the camera is switched to the alignment system again, and the low magnification objective lens 32 is switched to the high magnification objective lens 31 (step S1k). In this case, the image processed by the computer 80 is magnified 50 to 100 times.
[0045]
Thereafter, the spot image obtained from the alignment camera 54 is subjected to an auto gain process (step S1b), an auto centering process (step S1c), and an auto focus process (step S1d). Further, an auto gain process is performed so that the spot image is contained in the image in the next process (step S1e), and an auto centering process is performed (step S1f). In the next step S1g, it is determined that the current objective lens 31 has a high magnification, and in the next step S1m, it is determined that the camera under observation is of the alignment type. In this case, in the next step S1n, the camera is switched to the measurement system again. In this case, the image processed by the computer 80 is enlarged 100 times to 1000 times.
[0046]
Thereafter, the spot image obtained from the measuring camera 74 is subjected to an auto gain process (step S1b), an auto centering process (step S1c), and an auto focus process (step S1d). Further, an auto gain process is performed so that the spot image is contained in the image in the next process (step S1e), and an auto centering process is performed (step S1f). The spot image of the test objective lens 101 obtained as described above is the largest enlarged image, and is further centered at the center of the image, and is suitable for spot shape measurement.
[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 alignment camera 54 and the measuring camera 74 is set to the highest speed so as to darken the spot image, and the transmittance of the ND filter 61 is set so as to brighten the spot image. The largest. Next, automatic shutter adjustment for obtaining an optimum value of the shutter speed is performed (step S2b). Specifically, the brightness distribution of the spot image is detected by gradually increasing the shutter speed, and when the brightness peak value of the spot image is saturated, the shutter speed is set to a set value. In the case of the alignment camera 54, since the adjustment by the ND filter 61 cannot be performed, the shutter speed immediately before the saturation is set as the set value. Next, it is determined whether the camera currently used is of the measurement type or the alignment type (step S2c). If the image on the alignment camera 54 is being processed, the process is terminated. If the image on the measurement camera 74 is being processed, the automatic ND adjustment is performed in the next step S2d (step S2d). Specifically, the luminance distribution of the spot image is detected by gradually increasing the transmittance of the ND filter 61, and when the saturation of the luminance peak value of the spot image has been eliminated, the shutter speed is set to the set value.
[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 alignment camera 54 or the measurement camera 74 (step S3a). Next, the luminance distribution of the captured image is analyzed to detect how much the center of gravity of the spot image deviates from the pixel center of the camera (step S3b). At this time, the shift amount in pixel units is converted into a shift amount in μm units, and further converted into the number of motor pulses for driving the XY stage 21b. Finally, the XY stage 21b is moved to move the center of gravity of the spot image to the center of the pixel (step S3c).
[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 fine movement device 35 or the Z-axis coarse movement stage 23 is predicted (step S4a). For this reason, the image is reacquired by shaking the focus slightly larger in a specific direction, and the spot image is almost in the screen and the detected energy (that is, the sum of the luminance distributions) is increased, or the spot image diameter is reduced. Is the focusing direction. Next, the Z-axis fine movement device 35 and the Z-axis coarse movement stage 23 are driven in the focusing direction obtained in step S4a (step S4b). Next, the image after the movement in step S4b is captured and compared with the image before the movement to determine whether or not the spot diameter is reduced (step S4c). If the spot diameter is narrow, a new position on the z-axis is updated and recorded as the best focus position (step S4d). If the spot diameter has not become narrow or the update of the best focus position has been completed, it is determined whether or not the spot diameter has become large (step S4e). If the spot diameter is not large, the process returns to step S4b and repeats the processing up to step S4e. If the spot diameter is large, the Z-axis fine movement device 35 or The Z-axis coarse movement stage 23 is driven to return to the best focus position (step S4f).
[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 measurement camera 74, the ND filter 61 is opened (step S21b). Next, after setting the speed of the electronic shutter to the highest speed (step S21c), an automatic shutter adjustment process is performed (step S21d). In the next step S21e, it is determined whether or not an error has occurred in the automatic shutter adjustment processing. If an error has occurred, an error message is displayed and the processing is interrupted. If no error has occurred, it is determined in step S21f whether or not the camera is a measurement system. If an image from the alignment camera 54 has been captured, the process ends. If the is loaded, the automatic ND adjustment process is performed (step S21g). In the next step S21h, it is determined whether or not an error has occurred in the automatic ND adjustment processing. If an error has occurred, an error message is displayed and the processing is interrupted. If no error has occurred, the automatic gain processing ends.
[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 alignment camera 54, the shutter speed is lowered by one step to darken the image (step S22g), and then the process ends.
[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 ND filter 61 is obtained (step S23a), and it is determined whether or not the ND value is set to be the darkest (step S23b). If the ND value is not the darkest, the ND value of the ND filter 61 is raised by one step to make it darker (step S23c), and an image is captured with the ND value (step S23d). In the next step S23e, it is determined whether or not the peak intensity of the luminance is in a non-saturated state. If the peak state of the luminance is in a non-saturated state, the process returns to step S23a and the processing up to step S23d is repeated. If there is, this process ends. On the other hand, if it is determined in step S23b that the ND value is the darkest, the shutter speed is acquired for the current camera (step S23f). Next, it is determined whether or not the shutter speed is the fastest value (step S23g). If the shutter speed is the fastest value and the darkest setting, it is determined that a normal image has not been obtained, and the processing is interrupted. On the other hand, if it is determined that the shutter speed is not the highest value, it is determined that the adjustment by the ND filter 61 has not been completed, and the ND filter 61 is opened and returned to the original state (step S23h).
[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 XY stage 21b. It is converted into a pulse amount of a pulse motor or an encoder provided in the stage driving device 27 (step S31h). Next, the pulse position of the movement destination, that is, the coordinate position converted into the pulse is calculated (step S31j). Next, the movement of the XY stage 21b is started with the target pulse position as the target value (step S31k). In the next step S31m, it is determined whether or not the target position has been reached or a time-out has occurred. If not, the process waits for 50 ms (step S31n), returns to step S31m, and repeats the above checks. If "YES" is determined in the step S31m, it is determined whether or not the process has left the step S31m due to a timeout in a next step S31p. If the timeout has not occurred, it is determined that the process has left step S31m due to the arrival at the target position, and the process returns to step S31b and repeats the deviation correction processing up to step S31n. If the timeout has occurred, an error message is displayed and the processing is interrupted. If it is determined in step S31b that the loop has been completed six times, or if it is determined in step S31g that the swaging amount is equal to or more than two pixels, it is determined that the centering has been completed or substantially completed, and the processing is terminated.
[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 revolver driving device 36. In the next step S41b, it is determined whether or not the objective lens has a high magnification and whether or not the camera currently used is of a measurement type or an alignment type (step S41b). When the objective lens has a low magnification or when processing an image from the alignment camera 54, the Z-stage AF process is performed by driving the Z-axis coarse movement stage 23 via the elevation stage driving device 27. (Step S41c). On the other hand, when the objective lens has a high magnification and processes an image from the measuring camera 74, a piezo element constituting the Z-axis fine movement device 35 is controlled via a control circuit provided in the revolver driving device 36. To perform the PZT-AF process (step S41d). After the PZT-AF processing, the 0 set position of the piezo element is reset to secure a movable range necessary for the next PZT-AF processing (step S41e). After the above steps S41c and S41e, it is determined whether or not an error has occurred during autofocusing (step S41f). If an error has occurred, an error message is displayed and the process is interrupted. If no error has occurred, the auto focus process ends.
[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 coarse movement stage 23 is determined based on the total magnification (step S42b). Next, a fine adjustment amount of the moving speed, that is, a step moving amount is obtained from a predetermined table (step S42c). Next, while starting the fine movement in the expected focus direction obtained in step S42a (step S42d), the position where the spot diameter becomes minimum is initialized (step S42e). Next, the current position of the Z-axis coarse movement stage 23 is obtained (Step S42f), the image at this time is captured (Step S42g), and the maximum luminance value on the screen is calculated (Step S42h). Next, the spot diameter is calculated (step S42i). At this time, regarding the luminance distribution in the x-axis direction, 1 / e 2 Is the spot diameter. In the next step S42j, it is determined whether or not the spot diameter is equal to or less than 600 pixels among the maximum pixels 640. When the spot diameter is larger than 600 pixels and blur is large, the setting of the next movement speed is increased (step S42k), and the Z-axis coarse movement stage 23 is moved at the above-mentioned next movement speed (step S42m). The current spot value is stored as the stored value of (Step S42n). Thereafter, the process returns to step S42f to repeat the processing. On the other hand, when the spot diameter is 600 pixels or less and the blur is small, the setting of the next moving speed is slowed down (step S42p). In the next step S42q, it is determined whether or not the spot diameter this time is smaller than the previous time. When it is determined that the pot diameter has become narrow, this spot diameter is updated as the best spot diameter, and the position of the Z-axis coarse movement stage at this time is updated as the best focus position. In the next step S42s, it is determined whether or not the spot diameter this time is larger than the previous time. If the spot diameter is not thick, the stored value of the number of continuous expansions of the spot diameter is temporarily reset (step S42t), and the process proceeds to step S42m. On the other hand, when it is determined in step S42s that the pot diameter is large, 1 is added to the stored value of the number of continuous expansions (step S42u). In the next step S42v, it is determined whether or not the number of continuous inflation is four. If the number of continuous inflation is less than four, the process proceeds to step S42m, and if the number of continuous inflation is four, Proceeding to step S42w, the operation of the Z-axis coarse movement stage 23 is stopped (step S42w), the Z-axis coarse movement stage 23 is moved to the best focus position in step S42r, and the process is terminated.
[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 fine movement device 35, that is, the piezo element is valid is taken in (step S43a). That is, in the low-magnification objective lens 32, since the Z-axis fine movement device 35 is not provided, the piezo element becomes invalid. Next, the plus side movement distance is acquired (step S43b). This + side moving distance is appropriately determined by the total magnification. Next, an image is captured from the camera currently used (step S43c), and it is determined whether or not the contrast of the image is low (step S43d). Whether the contrast is low or not is determined as low contrast if the spot diameter is larger than 500 pixels and no saturation occurs. If the contrast of the image is low, the + side movement distance is extended and reset (step S43e), and the total energy of the spot image is calculated from the current image (step S43f). Next, including the case where the contrast of the image is high, the focus direction is moved to the + side comparison position moved by the + side movement distance (step S43g). At this time, if the piezo element is effective and the + side movement distance is within the range that can be covered by the piezo element, the piezo element, that is, the Z-axis fine movement device 35 is operated. Conversely, when the piezo element is invalid or the + side movement distance exceeds the range that can be covered by the piezo element, the Z-axis coarse movement stage 23 is operated. Next, in step S43h, it is determined whether or not the determination in step S43d is low contrast. If the contrast is equal to or more than a predetermined value, the spot diameter in the image at the + side comparison position is acquired (step S43i), and the direction in which the spot diameter becomes smaller is compared with the focus direction before and after moving to the + side comparison position. (Step S43j). On the other hand, if it is determined in step S43h that the contrast is low, the total energy at the + side comparison position is calculated (step S43k), and before and after moving to the + side comparison position, the direction in which the total energy becomes higher is focused. The direction is set (step S43m).
[0058]
FIG. 16 illustrates details of the + side comparison position moving process in step S43g of FIG. First, the position of the Z-axis fine movement device 35, that is, the position of the piezo element is obtained (step S44a), and the movement target is determined (step S44b). When the current moving distance of the + side described with reference to FIG. 15 is a range that can be covered by the piezo element and the current objective lens is provided with the Z-axis fine movement device 35 at a high magnification, the moving object is the piezo element, that is, the Z-axis fine movement device 35 And In other cases, the movement target is the Z-axis coarse movement stage 23. When the movement target is the Z-axis fine movement device 35 in step S44b, the piezo element is driven by the + side movement distance obtained in the previous step in the processing of FIG. 15 (step S44c), and the image from the camera under observation is displayed. (Step S44d), and the piezo element is returned to the original position (step S44e). The reason why the piezoelectric element is returned to the original position is to leave a margin for performing AF when returning to the flow of FIGS. 13 and 14 (this is a description of the Z coarse movement stage 23, The + side comparison position moving process is also used in the PZT-AF process.) On the other hand, when the movement target is the Z-axis coarse movement stage 23 in step S44b, the current stage position is acquired (step S44f). Next, the Z-axis coarse movement stage 23 is driven to move by the + side movement distance (step S44g). At this time, the + side moving distance is converted into the number of pulses required for driving the motor. In the next step S44h, it is determined whether or not the target position has been reached or a time-out has occurred. If neither is reached, the process waits for 50 ms (step S44i) and returns to step S44h. If YES is determined in the step S44h, it is determined whether or not the process has left the step S44h due to a timeout in the next step S44j. If it is determined that the target position has not been reached due to timeout, an error message is displayed and the processing is interrupted. On the other hand, when it is determined that the target position has been reached without time-out in step S44j, it is determined whether an image has been sampled (step S44k). If the image has not been collected, the image is captured (step S44m), and the Z-axis coarse movement stage 23 is returned to the original position (step S44n).
[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 fine movement device 35 is step-moved in the focusing direction obtained in step S42a (step S45e). The unit of the step movement is, for example, 0.05 μm. Next, an image is captured (step S45f), and a maximum luminance value is detected (step S45g). Next, it is determined whether or not the maximum luminance value is saturated (step S45h). If the maximum luminance value is saturated, it is determined whether or not the shutter speed is the fastest value and the darkest setting (step S45i). If it is determined in step S45i that the shutter speed is not the highest value, the image is darkened by increasing the shutter speed by one step, and the process returns to step S45f. If it is determined in step S45h that the shutter speed is not saturated, or if it is determined in step S45i that the shutter speed is the fastest value, the spot diameter is calculated from the image captured in step S45f (step S45k), and the step movement by the piezo element is performed. It is determined whether or not the diameter is smaller than the previously registered minimum spot diameter (step S45m). If it is determined that the spot diameter has decreased, the spot diameter at this time is updated and stored as the minimum spot diameter (step S45n), and the piezo position corresponding to this minimum spot diameter is updated and stored (step S45p). Thereafter, it is determined whether or not the spot diameter calculated in step S45k is larger than the minimum spot diameter ten times in a row (step S45q). Even if the spot diameter becomes larger than the minimum spot diameter, if it is less than 10 times in a row, the process returns to step S45e and repeats the processing up to step S45p. On the other hand, if it is determined in step S45q that the spot diameter has become larger than the minimum spot diameter continuously for 10 times or more, it is determined that the best focus has been passed, and the focus is returned to the piezo position stored in step S45p (step S45r). .
[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)

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.
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、リレーレンズを有する高倍投影光学系とを備える請求項1記載のスポット測定機。The spot measuring machine according to claim 1, wherein 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 lens. 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請求項2記載のスポット測定機。3. The spot measuring machine according to claim 2, wherein 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. 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とを特徴とする請求項3記載のスポット測定機。4. The spot measuring apparatus according to claim 3, further comprising an alignment imaging unit configured to capture a low-magnification spot image condensed by the test object on the optical path branched by the branching mirror. 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ことを特徴とする請求項2記載のスポット測定機。3. The spot measuring machine according to claim 2, wherein when the inclination of the test object is corrected by operating the light source for the autocollimator, the objective lens is retracted from an optical path. 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とを特徴とする請求項1記載のスポット測定機。The spot measuring machine according to claim 1, wherein the light source for the autocollimator includes a plurality of laser light sources that generate laser lights having different wavelengths. 前記高倍投影光学系は、光軸方向に可動になっていることを特徴とする請求項2から請求項5記載のスポット測定機。The spot measuring apparatus according to claim 2, wherein the high-magnification projection optical system is movable in an optical axis direction. 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:
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は、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ことを特徴とする請求項8記載のスポット測定方法。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 lower than the magnification of the low-magnification projection optical system including the second objective lens. Item 8. The spot measuring method according to item 8. 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とを特徴とする請求項8及び請求項9のいずれか記載のスポット測定方法。10. The spot measuring method according to claim 8, further comprising an automatic focusing step before or after each centering step or both. 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とを特徴とする請求項8及び請求項9のいずれか記載のスポット測定方法。10. The spot measuring method according to claim 8, further comprising an automatic dimming step before or after each of the centering steps or both. 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請求項8及び請求項9のいずれか記載のスポット測定方法。The centering step is a step of calculating a center of gravity position or a peak intensity position of a captured spot image, and a step of driving a stage supporting a test object by a corresponding amount that offsets a deviation from the optical axis of the center of gravity position. The spot measuring method according to claim 8, comprising: 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請求項10記載のスポット測定方法。11. The spot measuring method according to claim 10, wherein the automatic focusing step includes a step of driving the low-magnification projection optical system or the measurement optical system experimentally to predict a focus direction in advance. 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とを特徴とする請求項8及び請求項9のいずれか記載のスポット測定方法。The step of taking an image with the measuring optical system in which the high-magnification projection optical system is added to the low-magnification projection optical system including the second objective lens is performed by moving the imaging surface stepwise in the optical axis direction while collecting the light by the test object. 10. The spot measuring method according to claim 8, further comprising a step of photographing a spot image.
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