JP2007155527A - Apparatus for observing surface of object - Google Patents

Apparatus for observing surface of object Download PDF

Info

Publication number
JP2007155527A
JP2007155527A JP2005351876A JP2005351876A JP2007155527A JP 2007155527 A JP2007155527 A JP 2007155527A JP 2005351876 A JP2005351876 A JP 2005351876A JP 2005351876 A JP2005351876 A JP 2005351876A JP 2007155527 A JP2007155527 A JP 2007155527A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
image
scanning
observation
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005351876A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007155527A5 (en
Inventor
Kimio Komata
小俣公夫
Satoshi Iguchi
敏 井口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OP Cell Co Ltd
Original Assignee
OP Cell Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OP Cell Co Ltd filed Critical OP Cell Co Ltd
Priority to JP2005351876A priority Critical patent/JP2007155527A/en
Publication of JP2007155527A publication Critical patent/JP2007155527A/en
Publication of JP2007155527A5 publication Critical patent/JP2007155527A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To observe and confirm an observation region on an object by displaying it as an image on an observation display part before scanning the region with a scanning optical system. <P>SOLUTION: An optical system 1 in which the surface of the object is scanned with a luminous flux from a laser light source 2 via a rotating mirror 5 with the rotation axis in the perpendicular direction is constituted so that it is once imaged on a primary imaging surface. An image optical system 16 having a vertical structure in which the luminous flux from the primary imaging surface is directed toward the object placed so that the surface is in the horizontal direction is constituted and installed between the primary imaging surface and the object. The surface of the object is illuminated by a separately installed illumination optical system from the upper part of the image optical system 16, and the reflection light from the illumination area is sent from the image optical system to the observation display part 19 so as to be confirmed as the observation image. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はレーザ光源からの光束で物体の表面を走査し、その形状を二次元的に走査し高さ方向の変位量として観察測定する装置に関するもので、特に物体表面の観察領域を予め画像として観察用表示部画面上に表示し、この表示画像が所望の観察領域とほぼ一致していることを確認してから物体表面を走査光学系を用いて走査し、その表面形状の高さ方向変位量を監察し測定するようにしたものである。 The present invention relates to an apparatus that scans the surface of an object with a light beam from a laser light source, scans the shape two-dimensionally, and observes and measures the amount of displacement in the height direction. Display on the display screen for observation. After confirming that this display image substantially matches the desired observation area, scan the object surface using the scanning optical system, and change the height of the surface shape. The amount is monitored and measured.

顕微鏡のような光学系を用いて物体表面形状を観察測定する機器は各種の分野で使用されている。このような機器で問題となることの1つに観察測定する物体上の領域が顕微鏡のような光学機器の視野によって限定されてしまうということが上げられる。そのため1つの視野に隣接している周辺部の広範囲に渡る物体表面を観察し測定しようとすると顕微鏡か物体を1視野毎に移動して、得られた画像を接合するなどの方策が必要となる。たとえば顕微鏡にデジタルカメラを連結して1視野ごとの物体表面像を画像として取り込み、その画像同士をできるだけ接近させて1つの画像としてパソコンなどに表示すれば、その表示像を広範囲像とみなして観察することができる。しかし顕微鏡の1視野として取り込める範囲は倍率にもよるが物体上のせいぜい0.5×0.5mm程度であるから、例えば10×10mm程度の範囲を取り込もうとすると1視野ごとの画像接合部の接合精度が要求される。この接合精度が不満足な場合やバラツキなどが発生すれば、全体画像として扱うときに画像に乱れが生じ、装置全体の精度向上について配慮しなければならない。さらに顕微鏡や物体を1視野毎に移動するとき移動に伴って発生する振動などについても考慮しなければならない。
また観察測定する物体表面形状の高さ方向(Z方向)変位量を顕微鏡のような機器で測定しようとすると、例えばオートフォーカス機能のような手段を利用することで、その組み込まれた光学系による視野内での測定を実施することができる。しかし解像力を得るためには焦点深度を浅くした共焦点光学系を採用することになる。そのため焦点深度を長くした光学系を得ることは困難があった。さらに前述した接合部の問題をクリアしたとしても、1視野毎に生じる接合部では高さ方向の測定を実施することは出来ないから広範囲の測定を実施することは出来ない。
一方、物体表面の広範囲部を画像として取り込み、それを表示部に表示する機器としてレーザスキャナが知られている。これは物体表面を例えばレーザビームで走査し、その反射光を画像データとして取り込むようにしているが、それによって高範囲の走査が可能となり画像データを高速に得ることが出来る。しかし一般的にスキャナは物体の表面を走査するだけで、表面形状の高さ方向変位量を測定することは出来ない。
An apparatus for observing and measuring an object surface shape using an optical system such as a microscope is used in various fields. One of the problems with such devices is that the area on the object to be observed and measured is limited by the field of view of an optical device such as a microscope. Therefore, in order to observe and measure the object surface over a wide area in the peripheral area adjacent to one field of view, it is necessary to take measures such as moving the microscope or the object for each field of view and joining the obtained images. . For example, if you connect a digital camera to a microscope and capture object surface images for each field of view as images, display them as close to each other as possible and display them as a single image on a personal computer, etc., and view the displayed image as a wide-range image. can do. However, although the range that can be captured as one field of view of the microscope is at most about 0.5 × 0.5 mm on the object, although depending on the magnification, for example, when trying to capture the range of about 10 × 10 mm, joining of the image joints for each field of view is possible. Accuracy is required. If the joining accuracy is unsatisfactory or variation occurs, the image is distorted when handled as the entire image, and it is necessary to consider improving the accuracy of the entire apparatus. Furthermore, it is necessary to consider vibrations that occur with movement of the microscope and the object for each field of view.
In addition, when trying to measure the amount of displacement in the height direction (Z direction) of the object surface shape to be observed and measured with a device such as a microscope, for example, by using a means such as an autofocus function, Measurement within the field of view can be performed. However, in order to obtain resolution, a confocal optical system with a shallow depth of focus is adopted. Therefore, it has been difficult to obtain an optical system with a long focal depth. Further, even if the above-mentioned problem of the joint portion is cleared, the measurement in the height direction cannot be performed at the joint portion generated for each visual field, and thus a wide range measurement cannot be performed.
On the other hand, a laser scanner is known as a device that captures a wide area of an object surface as an image and displays it on a display unit. In this method, the object surface is scanned with, for example, a laser beam, and the reflected light is captured as image data. This makes it possible to scan in a high range and obtain image data at high speed. However, in general, a scanner only measures the surface of an object and cannot measure the amount of displacement of the surface shape in the height direction.

このような問題に対処するため本願出願人は先に特許文献1を提案した。この文献1による装置について図1の平面図を用いて簡単に説明する。1は走査光学系で、レーザ光源2からの光束はレンズ3、ビームスプリッタ4を経て回転ミラー5に向かう。回転ミラー5はモータ6によって回転し、その回転角を変えることでfθレンズ7を経た光束が物体8の表面を走査する。物体8表面を走査した光束は反射光となって往路を戻り、レンズ7、回転ミラー5を経てビームスプリッタ4で反射して分岐され、ミラー9、レンズ10を経てフォトマルなどの受光部11に達する。受光部11で光電変換された信号は装置全体を制御する制御部12で処理され、内部の画像メモリに記憶された後、表示部13の画面に伝えられて表示される。回転ミラー5で物体8の表面を走査する方向を仮にX方向とすれば、物体8全体をY方向に移動するなどすればX、Y方向の走査領域を得ることが出来る。こうして物体8表面形状に沿って走査した光束は画像データとして記憶され、表示部13の画面に走査領域の画像として表示される。この表示画像は物体の表面形状によって変化する輝度を捉えたものであるから、受光部11からの画像データは光量差に応じた測定値とみなすことが出来る。従ってこの光量差によって表示部13に表示された画像は物体表面形状高さ方向変位量を表した画像として観察することが出来る。なお、前記特許文献1ではオートフォーカス機能などによってレンズ7の焦点位置と物体8表面間の距離を算出し、これを物体表面形状高さ方向変位量として算出する測定手段も示されているが、ここではその説明は省略する。   In order to deal with such a problem, the applicant of the present application previously proposed Patent Document 1. The apparatus according to Document 1 will be briefly described with reference to the plan view of FIG. Reference numeral 1 denotes a scanning optical system. A light beam from the laser light source 2 travels through a lens 3 and a beam splitter 4 to a rotating mirror 5. The rotating mirror 5 is rotated by a motor 6, and the surface of the object 8 is scanned by the light beam that has passed through the fθ lens 7 by changing the rotation angle. The light beam that has scanned the surface of the object 8 returns as a reflected light, travels forward through the lens 7 and the rotating mirror 5, and is reflected and branched by the beam splitter 4, and passes through the mirror 9 and the lens 10 to the light receiving unit 11 such as a photomultiplier. Reach. A signal photoelectrically converted by the light receiving unit 11 is processed by a control unit 12 that controls the entire apparatus, stored in an internal image memory, and then transmitted to and displayed on the screen of the display unit 13. If the direction in which the surface of the object 8 is scanned by the rotary mirror 5 is assumed to be the X direction, the X and Y scanning regions can be obtained by moving the entire object 8 in the Y direction. The light beam scanned along the surface shape of the object 8 is stored as image data and displayed on the screen of the display unit 13 as an image of the scanning region. Since this display image captures the luminance that varies depending on the surface shape of the object, the image data from the light receiving unit 11 can be regarded as a measurement value according to the light amount difference. Therefore, the image displayed on the display unit 13 by this light amount difference can be observed as an image representing the object surface shape height direction displacement amount. In addition, the above-mentioned Patent Document 1 also shows a measuring unit that calculates the distance between the focal position of the lens 7 and the surface of the object 8 by an autofocus function or the like and calculates this as a displacement amount in the object surface shape height direction. The description is omitted here.

このような装置を使用すれば物体8表面の広範囲部を走査光学系1で高速走査し、その反射光を受光部11に投影して画像データを作成し、それを表示画面13に送って表示することで物体表面形状の高さ方向変位量を観察することが出来る。
しかしこのような装置では走査光学系1で物体8表面を走査しているとき、その走査部分の画像若しくは走査済み部分の画像は表示画面で確認することが出来るが、未走査部分については確認することが出来ない。つまり事前に走査領域を画像として確認することが出来ない。そのため今、走査している部分が必要とする観察領域と一致しているという保証が得られない。
さらに図1の走査光学系1ではモータ6の回転軸は紙面に対して垂直方向となっていて、この回転軸に取り付けた回転ミラー5で物体8の表面を走査するようになっている。そのため走査される物体8の表面も紙面に対して垂直方向になるよう設置されることになる。しかし一般的な光学顕微鏡などで扱われる物体は、その表面が水平方向になるよう設置されるのが普通であり、その方がX、Y方向への移動も含めて操作性がよい。したがって前記した図1の装置全体を90度右方向に回転し、物体8の走査面が水平方向になるよう設置したとすれば、モータ6の回転軸も90度右方向に回転し水平方向となってしまう。そのため回転軸には微妙なたわみが発生し回転ムラやぶれなどの不安定要因となり、表示画面に表示される走査像にゆがみを発生させ正確な観察に支障が生じてしまう。そのため図1の例では操作性に多少の不便さがあってもモータ6の回転軸を垂直方向とした走査光学系1の構成とせざるを得なかった。
特願2005−188492
If such an apparatus is used, a wide area of the surface of the object 8 is scanned at high speed by the scanning optical system 1 and the reflected light is projected onto the light receiving unit 11 to create image data, which is sent to the display screen 13 for display. By doing so, the amount of displacement in the height direction of the object surface shape can be observed.
However, in such an apparatus, when the surface of the object 8 is scanned by the scanning optical system 1, the image of the scanned portion or the image of the scanned portion can be confirmed on the display screen, but the unscanned portion is confirmed. I can't. That is, the scanning area cannot be confirmed as an image in advance. Therefore, it cannot be guaranteed that the portion being scanned now matches the required observation area.
Further, in the scanning optical system 1 of FIG. 1, the rotation axis of the motor 6 is perpendicular to the paper surface, and the surface of the object 8 is scanned by the rotating mirror 5 attached to the rotation axis. Therefore, the surface of the object 8 to be scanned is also installed so as to be perpendicular to the paper surface. However, an object handled by a general optical microscope or the like is usually installed so that the surface thereof is in the horizontal direction, and the operability including movement in the X and Y directions is better. Therefore, if the entire apparatus of FIG. 1 is rotated 90 degrees to the right and the scanning surface of the object 8 is installed in the horizontal direction, the rotation axis of the motor 6 is also rotated 90 degrees to the right. turn into. For this reason, a slight deflection occurs on the rotating shaft, which causes unstable factors such as rotation unevenness and blurring, and the scanning image displayed on the display screen is distorted, thereby hindering accurate observation. Therefore, in the example of FIG. 1, even if there is some inconvenience in operability, the configuration of the scanning optical system 1 in which the rotation axis of the motor 6 is the vertical direction has to be made.
Japanese Patent Application No. 2005-188492

本発明の課題は上記問題を解決して、物体上の観察領域を事前に画像として確認できるような装置を求めることであり、それによって走査光学系で走査する範囲が必要とする観察領域とほぼ一致しているという保証が得られるようにすることである。それも走査光学系内に設置される回転ミラーの回転軸が垂直方向としたままで観察する物体の表面が水平方向となるような全体光学系とした装置を求めることである。そしてさらに装置全体の精度向上と機能を向上した装置を求めることである。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem and to obtain an apparatus that can confirm an observation area on an object as an image in advance, and thereby an area to be scanned by a scanning optical system is almost equal to an observation area that is required. It is to ensure that they are consistent. That is also to obtain an apparatus having an overall optical system in which the surface of the object to be observed is in the horizontal direction while the rotation axis of the rotary mirror installed in the scanning optical system is in the vertical direction. Further, it is necessary to obtain a device with improved accuracy and function of the entire device.

上記課題を解決するため本発明は、レーザ光源からの光束を垂直方向の回転軸とした回転ミラーを経てfθレンズの結像面に向かわせる走査光学系と、このfθレンズ結像面からの光束を受け、リレーレンズ、対物レンズを経て表面が水平方向に設置された物体に向かうよう光路を縦型構造とした画像光学系と、この画像光学系を介して物体表面を照明し、その照明領域を観察する画像として観察用表示部に伝える照明光学系と、前記照明領域中の物体表面を走査光学系と画像光学系で走査し、その反射光束を画像光学系、走査光学系を経て受け取り、物体表面形状の高さ方向変位量を光量差として検出する走査光学系中の分岐測定光学系とを有し、水平状物体表面の所望領域を予め観察画像として観察用表示部で確認してから物体表面を走査し、分岐測定光学系が検出した値を画像信号として測定用表示部に表示するようにしたことを特徴とする。
請求項2の発明によるものは前記請求項1記載の物体表面の観察装置において、走査光学系中のfθレンズを通過した光束をタイミング検出光学系に導き、同光学系中に設置した光透過部と光遮断部を交互に一定ピッチで配したグレィティングを走査するようになし、その通過光束で分岐測定光学系による画像信号の取り込みタイミングを得るようにしたことを特徴とする。
請求項3の発明によるものは前記請求項1記載の物体表面の観察装置において、画像光学系のリレーレンズと対物レンズ間位置で対物レンズの入射瞳相当位置に絞りを設置したことを特徴とする。
請求項4の発明によるものは前記請求項1記載の物体表面の観察装置において、画像光学系のリレーレンズと対物レンズ間位置で対物レンズの入射瞳相当位置にガルバノミラースキャナを設置し、走査光学系による物体上の走査方向と直交する方向に走査するようにしたことを特徴とする。
請求項5の発明によるものは前記請求項1、3、4記載の物体表面の観察装置において、画像光学系の対物レンズを交換自在としたことを特徴とする
請求項6の発明によるものは前記請求項1、3、4、5記載の物体表面の観察装置において、照明光学系と画像光学系で照明した物体上の照明領域反射光を、画像光学系を介して観察画像用受光部に投影し、その信号を物体のZ方向オートフォーカス信号として物体設置ステージに伝えるようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a scanning optical system for directing a light beam from a laser light source to an imaging surface of an fθ lens through a rotating mirror having a vertical rotation axis, and a light beam from the fθ lens imaging surface. The image optical system having a vertical structure with an optical path passing through a relay lens and an objective lens so that the surface is directed to the object installed in the horizontal direction, and the object surface is illuminated through the image optical system, and the illumination area An illumination optical system that conveys the image to the observation display unit as an image to be observed, and scans the object surface in the illumination area with the scanning optical system and the image optical system, and receives the reflected light flux through the image optical system and the scanning optical system, A branch measurement optical system in the scanning optical system that detects the amount of displacement in the height direction of the object surface shape as a light amount difference, and after confirming a desired region of the horizontal object surface in advance as an observation image on the observation display unit Scan the object surface In addition, the value detected by the branch measurement optical system is displayed as an image signal on the measurement display unit.
According to a second aspect of the present invention, in the object surface observation apparatus according to the first aspect, a light transmitting portion disposed in the optical detection system, which guides the light beam that has passed through the fθ lens in the scanning optical system to the timing detection optical system. In this case, the grating is alternately scanned at a constant pitch and scanning is performed to obtain the image signal capturing timing by the branch measurement optical system with the passing light flux.
According to a third aspect of the present invention, in the object surface observation apparatus according to the first aspect, a stop is installed at a position corresponding to the entrance pupil of the objective lens at a position between the relay lens of the image optical system and the objective lens. .
According to a fourth aspect of the present invention, in the object surface observation apparatus according to the first aspect, a galvanometer mirror scanner is installed at a position corresponding to the entrance pupil of the objective lens at a position between the relay lens of the image optical system and the objective lens. The scanning is performed in a direction orthogonal to the scanning direction on the object by the system.
According to a fifth aspect of the present invention, in the object surface observation apparatus according to the first, third, and fourth aspects, the objective lens of the image optical system can be exchanged. 6. The observation apparatus for an object surface according to claim 1, wherein the illumination area reflected light on the object illuminated by the illumination optical system and the image optical system is projected onto the observation image light receiving unit via the image optical system. Then, this signal is transmitted to the object installation stage as a Z-direction autofocus signal of the object.

本発明は走査光学系と物体間に画像光学系を設置し、この画像光学系を利用して物体表面を照明し、その反射像を観察用表示部に表示するようにした。そのためこの表示部上で物体表面の観察領域を予め確認し、必要なら物体をX、Y方向に移動して物体上の求める観察領域を表示部に映し出してから、走査光学系で物体表面上の観察領域に相当する範囲を走査できるようにした。これによって事前に走査光学系で走査する領域と必要とする観察領域がほぼ一致しているという保証を得ることが出来る。
また走査光学系から物体に向かう光束を一旦、一次結像面に結像させた後、前記した画像光学系を経て物体に向かわせるという全体光学系の構成としたので、画像光学系を一般顕微鏡と同様に縦型とすることができる。これで物体表面は水平方向として扱うことが出来、走査光学系内の回転ミラー回転軸は垂直方向のままとすることが出来る。これによって走査光学系は精度を維持することが出来、物体の取り扱い性や装置全体の操作性も向上することが出来る。
さらに画像光学系の設置は、一次結像面とfθレンズ間にグレィティングを挿入することが可能となり、回転ミラー用モータの回転ムラやfθレンズのfθ特性、製作誤差などをカバーすることが出来る。これは走査光学系によって行われる走査精度を向上することになる。また画像光学系の設置は倍率変換のための対物レンズの装着を交換自在にすることが可能となる。これは走査光学系内の構成や制御部内の演算処理などをなんら変更することなく従来走査系できなかった倍率変換を実施できるということになり、走査結果を表示する測定用表示部の画像にも有効である。さらに画像光学系の設置は、その光学系中に絞りを設置することが可能となる。これによって走査光学系が取り扱う画像のNA(開口数)を変更することが出来るから、例えばレーザスポットサイズを高精度、普通精度、低精度というようなランク分けした物体表面走査を実施することが出来る。
また画像光学系の設置は、その光学系中にガルバノミラースキャナを設置することが可能となる。このスキャナの設置は物体上の走査を回転ミラーによるX方向とスキャナによるY方向の両方で二次元的に走査することが出来るようになる。それによって走査速度を速め物体のY方向移動による振動を除去し、光学系の歪みを除去し解像力も良くすることができる。さらに画像光学系の設置はオートフォーカス機能を容易に導入することが可能となり、ピント合わせの精度を向上することが出来る。このように全体として精度の向上と新機能を得ることが出来る。
In the present invention, an image optical system is installed between the scanning optical system and the object, the object surface is illuminated using the image optical system, and the reflected image is displayed on the observation display unit. Therefore, the observation area on the object surface is confirmed in advance on the display unit, and if necessary, the object is moved in the X and Y directions to display the desired observation area on the object on the display unit, and then the scanning optical system The range corresponding to the observation area can be scanned. As a result, it can be assured that the area scanned in advance by the scanning optical system and the required observation area substantially coincide.
Also, since the light beam traveling from the scanning optical system to the object is once imaged on the primary imaging surface and then directed to the object through the image optical system, the image optical system is a general microscope. Like the vertical type. Thus, the object surface can be handled as a horizontal direction, and the rotation axis of the rotating mirror in the scanning optical system can be kept in the vertical direction. As a result, the scanning optical system can maintain accuracy, and the handling of the object and the operability of the entire apparatus can be improved.
Furthermore, the installation of the image optical system makes it possible to insert a grating between the primary image forming plane and the fθ lens, and can cover uneven rotation of the motor for the rotating mirror, fθ characteristics of the fθ lens, manufacturing errors, and the like. . This improves the scanning accuracy performed by the scanning optical system. Further, the installation of the image optical system makes it possible to exchange the objective lens for magnification conversion. This means that the magnification conversion, which was not possible with the conventional scanning system, can be performed without changing the configuration in the scanning optical system or the arithmetic processing in the control unit. It is valid. Further, the installation of the image optical system makes it possible to install a diaphragm in the optical system. As a result, the NA (numerical aperture) of the image handled by the scanning optical system can be changed, so that, for example, object surface scanning can be performed in which the laser spot size is classified into high accuracy, normal accuracy, and low accuracy. .
The image optical system can be installed by installing a galvanometer mirror scanner in the optical system. This scanner can scan the object two-dimensionally in both the X direction by the rotating mirror and the Y direction by the scanner. Accordingly, it is possible to increase the scanning speed, remove the vibration caused by the movement of the object in the Y direction, remove the distortion of the optical system, and improve the resolving power. Furthermore, the installation of the image optical system makes it possible to easily introduce an autofocus function and improve the focusing accuracy. In this way, the accuracy can be improved and new functions can be obtained as a whole.

図2は本発明の概略を説明する図である。図Aの正面図として示した光学系においてfθレンズ7の口径をD、物体8上のレーザスポット径をφ、レンズ7の焦点距離をfとした場合、
φ=α×f/D×λ
となる(α=係数、λ=波長)。
物体上の解像力を高めるためにはφを小さくすればよいから、Dは大きくなる。逆にDを小とすればφは大となり解像力は低下する。またfを大とするとφも大となり、fが小であればφも小となる。これらのことは解像力を高めさらに一般の顕微鏡と同じように縦型構造の光学系として、物体を水平面に設置したいという本発明の趣旨と相反することになる。即ち、fを長くして図A中の点線のように光路中にミラー14を設置するようにすれば縦型構造の光学系が得られる。しかしこれではφが大きくなって解像力が低下してしまう。このφを小さくして解像力を上げようとすると、Dの値が大きくなりミラー14の設置が困難となる。
このようなことに対処するため本発明は走査光学系1と物体8間に画像用の光学系を設置するようにした。これを図Bを用いて説明する。この図は光学系を説明するためのもので、図の左側に示した走査光学系1は図1と同様の平面図としてあり、図の左側に示した後に説明する画像光学系16は図2Aと同様の正面図として示してある。このような便宜的な変則説明図として示した図Bにおいて、走査光学系1からの光束はレンズ7の焦点位置15に一旦結像する。この位置を一次結像面15として投影された光束を画像光学系16を経て物体8に向かわせる。この画像光学系16中にはビームスプリッタ17が設置され光路を90度変更し、光学系16を縦型構造とする。これによって回転ミラー5の回転軸は垂直方向としたままで物体8の表面を水平方向に設置することが可能となる。また縦型構造とした画像光学系16の上方には照明光学系18が設置され、前記水平方向に設置された物体8の表面を画像光学系16を利用して照明する。照明された物体8からの反射光は画像光学系16、照明光学系18を経て観察用表示部19に送られて表示される。これで物体8上を走査光学系1で走査する以前に、物体上の走査することになる領域を観察像として観察用表示部19で確認することが出来る。つまり事前に観察したい物体8上の領域を表示部19の画面上で確認することが出来る。しかもレンズ7のDを大きくして物体8上のレーザビームスポット径φを小としたままとすることができるから、解像力を維持することが出来る。次に実施例について説明する。
FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the present invention. In the optical system shown as the front view of FIG. A, when the aperture of the fθ lens 7 is D, the laser spot diameter on the object 8 is φ, and the focal length of the lens 7 is f,
φ = α × f / D × λ
(Α = coefficient, λ = wavelength).
In order to increase the resolving power on the object, it is only necessary to decrease φ, so D increases. Conversely, if D is made small, φ becomes large and the resolving power decreases. When f is increased, φ is increased, and when f is small, φ is also decreased. These are contrary to the gist of the present invention in which the resolution is improved and the object is placed on a horizontal plane as an optical system having a vertical structure like a general microscope. That is, if f is lengthened and the mirror 14 is installed in the optical path as indicated by the dotted line in FIG. A, an optical system having a vertical structure can be obtained. However, this increases φ and reduces the resolution. If this φ is reduced to increase the resolving power, the value of D increases and the installation of the mirror 14 becomes difficult.
In order to cope with such a situation, in the present invention, an optical system for images is installed between the scanning optical system 1 and the object 8. This will be described with reference to FIG. This figure is for explaining the optical system. The scanning optical system 1 shown on the left side of the figure is a plan view similar to that of FIG. 1, and the image optical system 16 described on the left side of the figure is shown in FIG. 2A. It is shown as a front view similar to FIG. In FIG. B shown as an explanatory explanatory diagram of such anomalies, the light beam from the scanning optical system 1 once forms an image at the focal position 15 of the lens 7. The light beam projected at this position as the primary imaging plane 15 is directed to the object 8 through the image optical system 16. A beam splitter 17 is installed in the image optical system 16 to change the optical path by 90 degrees, so that the optical system 16 has a vertical structure. This makes it possible to set the surface of the object 8 in the horizontal direction while keeping the rotation axis of the rotary mirror 5 in the vertical direction. An illumination optical system 18 is installed above the image optical system 16 having a vertical structure, and the surface of the object 8 installed in the horizontal direction is illuminated using the image optical system 16. The reflected light from the illuminated object 8 is sent to the observation display unit 19 via the image optical system 16 and the illumination optical system 18 and displayed. Thus, before scanning the object 8 with the scanning optical system 1, the region to be scanned on the object can be confirmed on the observation display unit 19 as an observation image. That is, the area on the object 8 to be observed in advance can be confirmed on the screen of the display unit 19. Moreover, since the D of the lens 7 can be increased and the laser beam spot diameter φ on the object 8 can be kept small, the resolving power can be maintained. Next, examples will be described.

図3は全体構成を示した概略斜視図である。図において1は図1、図2で示した走査光学系と同様の光学系で、光学系を構成する各部材はそれぞれ図示してない保持材によって走査光学系1を収容する筐体に固定されている。回転軸が垂直方向となるよう設置された回転ミラー5で反射したレーザ光源2からの光束は、fθレンズ7を経て一次結像面15に結像する。回転ミラー5面での光束反射位置はfθレンズ7の入射瞳相当位置となるが、一次結像面15位置は図1の物体8が設置される位置に相当し、該位置からの光束は画像光学系16に進む。この光学系16はビームスプリッタ17によって光路が直角方向に曲げられ、縦型の光学系となって表面が水平方向となるよう設置された物体8に向かう。光学系光路途中にはリレーレンズ20、対物レンズ21が設置される。ビームスプリッタ17、リレーレンズ20、対物レンズ21などの部材は、図示してない保持材によって画像光学系16を収容する筐体に固定されている。対物レンズ21は必要とする各種倍率のものが用意され、光学系16中に交換自在に挿入される。ただしその機構については一般的なものを採用すればよく、ここではその説明は省略する。物体8はX、Y方向に移動できる第1ステージ22とZ方向に移動する第2ステージ23上に設置され、手動若しくは制御部12からの指令で移動する。回転ミラー5の回転動作で物体8表面を走査する方向を図1の場合と同様にX方向とすれば、第1ステージ22は制御部12からの指令による所定ピッチでY方向に自動移動するよう構成しておく。 FIG. 3 is a schematic perspective view showing the overall configuration. In the figure, reference numeral 1 denotes an optical system similar to the scanning optical system shown in FIGS. 1 and 2, and each member constituting the optical system is fixed to a housing accommodating the scanning optical system 1 by a holding material not shown. ing. The light beam from the laser light source 2 reflected by the rotating mirror 5 installed so that the rotation axis is in the vertical direction forms an image on the primary imaging surface 15 through the fθ lens 7. The light beam reflection position on the surface of the rotating mirror 5 corresponds to the position corresponding to the entrance pupil of the fθ lens 7, but the position of the primary imaging surface 15 corresponds to the position where the object 8 in FIG. 1 is installed, and the light beam from this position is the image. Proceed to optical system 16. The optical system 16 has its optical path bent in a right angle direction by a beam splitter 17 and becomes a vertical optical system toward an object 8 installed so that the surface thereof is in the horizontal direction. A relay lens 20 and an objective lens 21 are installed in the middle of the optical path of the optical system. Members such as the beam splitter 17, the relay lens 20, and the objective lens 21 are fixed to a housing that houses the image optical system 16 by a holding material (not shown). The objective lens 21 has various magnifications required, and is inserted into the optical system 16 in a replaceable manner. However, a general mechanism may be adopted, and description thereof is omitted here. The object 8 is installed on a first stage 22 that can move in the X and Y directions and a second stage 23 that moves in the Z direction, and moves manually or by a command from the control unit 12. If the direction in which the surface of the object 8 is scanned by the rotating operation of the rotating mirror 5 is set to the X direction as in FIG. 1, the first stage 22 automatically moves in the Y direction at a predetermined pitch according to a command from the control unit 12. Make up.

画像光学系16中の光軸24上方延長上にはビームスプリッタ25が設置され照明光学系18を構成する。この光学系18はLEDなどの光源26とレンズ27などによって構成され、制御部12からの指令を受けると光源26が発光する。するとその光束はビームスプリッタ25で反射されて画像用光学系16に進み、ビームスプリッタ17を通過し、リレーレンズ21、対物レンズ22を経て物体8表面を照明する。照明された物体8上の領域28からの反射光は画像光学系16を戻って照明光学系18のビームスプリッタ25を通過し、CCDなどの観察画像用受光部29に投影され、観察画像用の表示部19に画像として表示される。したがって物体8上の照明領域28は観察領域となって表示部19に表示されることになり、表示される画像を確認して必要なら第1ステージ22をX、Y方向に移動し、第2ステージ23をZ方向に移動するなどして物体8上の求める観察領域をピント合わせした状態で表示部19に写しだす。
回転ミラー5の左上方に示した30は原点検出用の光学系で、制御部12からの指令を受けて発光するLEDなどの光源31からの光束はレンズ32、ミラー33を経て回転ミラー5で反射され、受光部34に達する。回転ミラー5の回転動作に応じて受光部34が受光する信号は制御部12に送られて原点検出信号となる。
A beam splitter 25 is installed on the extension above the optical axis 24 in the image optical system 16 to constitute the illumination optical system 18. The optical system 18 includes a light source 26 such as an LED and a lens 27, and the light source 26 emits light when receiving a command from the control unit 12. Then, the light beam is reflected by the beam splitter 25, proceeds to the image optical system 16, passes through the beam splitter 17, and illuminates the surface of the object 8 through the relay lens 21 and the objective lens 22. The reflected light from the region 28 on the illuminated object 8 returns to the image optical system 16, passes through the beam splitter 25 of the illumination optical system 18, and is projected onto the observation image light receiving unit 29 such as a CCD, and is used for the observation image. The image is displayed on the display unit 19 as an image. Therefore, the illumination area 28 on the object 8 becomes an observation area and is displayed on the display unit 19. The displayed image is confirmed, and if necessary, the first stage 22 is moved in the X and Y directions and the second stage 22 is moved. The stage 23 is moved in the Z direction, and the desired observation area on the object 8 is displayed on the display unit 19 in a focused state.
An optical system 30 for detecting the origin is shown at the upper left of the rotating mirror 5, and a light beam from a light source 31 such as an LED that receives light from the controller 12 emits light through a lens 32 and a mirror 33. It is reflected and reaches the light receiving unit 34. A signal received by the light receiving unit 34 in accordance with the rotating operation of the rotating mirror 5 is sent to the control unit 12 and becomes an origin detection signal.

次に観察画像用の表示部19で確認した物体8の表面照明領域28を走査し、その物体表面高さ方向変位量を光量差として検出する作業工程について図4、図5を用いて説明する。図4は観察用表示部19の表示画面を説明する図で、図5は作業工程を説明するためのフロー図である。図5の工程35で先ず画像光学系16中に挿入する対物レンズ21の倍率を選択して所望レンズを装着する。次に工程36で照明光学系18の光源26に制御部12から指令を与えて点灯(ON)する。すると前記したようにその光束はビームスプリッタ25で反射し、画像光学系16のビームスプリッタ17、リレーレンズ20、選択した倍率の対物レンズ21を経て物体8を照明する。照明された物体8上の領域28で反射した光束は往路を戻り、照明光学系18のビームスプリッタ25を通過して受光部29に投影され、表示部19に照明領域28の画像として表示される。この表示された画像は対物レンズ21によって倍率変換されたものであり、変換された画像が観察領域として表示される。この表示される観察領域を図4の表示部19表示画面19a中に37として示した。観察領域37に表示された画像を観察確認し、第2ステージ23をZ方向に移動してピント合わせをし、また所望領域の画像が表示されるまで第1ステージ22をX、Y方向に移動し、物体上の観察領域37を選定する(工程38)。次に工程39で制御部12と連結している図示してないキーボードやマウスを用いて表示画面19a中の観察領域37内に、指定エリア40を設定する。この指定エリア40については後に説明する。指定エリア40を表示画面19a中に設定したら工程41に進む。先ず走査光学系1のレーザ光源2に制御部12からONの指令を与えて点灯し、モータ6にもON指令を与えて回転ミラー5を回転する。光源2の点灯はレンズ3、ビームスプリッタ4、回転ミラー5、レンズ7を経て一時結像面15に向かう。そして画像光学系16を経て物体8の照明領域28中にビームのスポットを結ぶ。回転ミラー5が回転すると物体上の観察領域37中を、例えばX方向にスポットが走査することになる。スポットによる実際の走査範囲と観察領域37の関係をどのようなサイズとして定めるかは自由に選択できるが、図4の例ではスポットの走査開始点Sと終了点Eが観察領域37の始端と終端と一致したものとなっている。同図に示したライン42a、42b、42cはスポットの走査軌跡を示していて、ライン42cは途中まで進んだときの状態を表している。このような走査範囲と観察領域37の関係を管理するため制御部12には原点検出用光学系30からの原点検出信号が伝えられる。   Next, an operation process of scanning the surface illumination area 28 of the object 8 confirmed by the observation image display unit 19 and detecting the amount of displacement in the object surface height direction as a light amount difference will be described with reference to FIGS. 4 and 5. . FIG. 4 is a diagram for explaining the display screen of the observation display unit 19, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the work process. First, in step 35 of FIG. 5, the magnification of the objective lens 21 to be inserted into the image optical system 16 is selected and a desired lens is mounted. Next, in step 36, a command is given from the control unit 12 to the light source 26 of the illumination optical system 18 to turn on (ON). Then, as described above, the light beam is reflected by the beam splitter 25 and illuminates the object 8 through the beam splitter 17 of the image optical system 16, the relay lens 20, and the objective lens 21 of the selected magnification. The light beam reflected by the area 28 on the illuminated object 8 returns in the forward path, passes through the beam splitter 25 of the illumination optical system 18, is projected onto the light receiving unit 29, and is displayed on the display unit 19 as an image of the illumination area 28. . This displayed image has been subjected to magnification conversion by the objective lens 21, and the converted image is displayed as an observation area. This displayed observation area is indicated as 37 in the display section 19 display screen 19a of FIG. Observe and confirm the image displayed in the observation area 37, move the second stage 23 in the Z direction to focus, and move the first stage 22 in the X and Y directions until the image of the desired area is displayed. Then, the observation region 37 on the object is selected (step 38). Next, in step 39, a designated area 40 is set in the observation area 37 in the display screen 19a by using a keyboard and a mouse (not shown) connected to the control unit 12. The designated area 40 will be described later. When the designated area 40 is set in the display screen 19a, the process proceeds to step 41. First, an ON command is given to the laser light source 2 of the scanning optical system 1 from the control unit 12 to turn on, and an ON command is also given to the motor 6 to rotate the rotating mirror 5. The light source 2 is turned on through the lens 3, the beam splitter 4, the rotating mirror 5, and the lens 7 toward the temporary imaging surface 15. Then, a beam spot is formed in the illumination area 28 of the object 8 through the image optical system 16. When the rotating mirror 5 rotates, the spot scans in the observation region 37 on the object, for example, in the X direction. The size of the relationship between the actual scanning range by the spot and the observation region 37 can be freely selected, but in the example of FIG. 4, the scanning start point S and end point E of the spot are the start and end points of the observation region 37. It is consistent with. Lines 42a, 42b, and 42c shown in the figure indicate the scanning trajectory of the spot, and the line 42c represents a state when the vehicle has progressed halfway. In order to manage the relationship between the scanning range and the observation region 37, an origin detection signal from the origin detection optical system 30 is transmitted to the control unit 12.

レーザビームのスポットがライン42となって物体表面を走査すると、その反射光は画像光学系16を戻り一次結像面15を経てレンズ7、回転ミラー5、ビームスプリッタ4を通過して分岐され受光部11に向かう。受光部11に投影された光束は画像信号となって制御部12に向かい、工程43で前記指定エリア40内の画像信号が抽出される。これは表示画面19a中に設定した指定エリア40によって規定される領域と各走査ライン42を制御部12で比較することで実行される。こうして回転ミラー5と物体8のY方向移動で順次得られた画像信号は工程44で制御部12内に収容されている画像メモリに記憶され、その内容は工程45で測定用表示部13に送られて表示される。この表示される画像は指定エリア40内のものであり、他方の観察用表示部19に表示される観察領域37の画像に比して限定されたものとなるが、対物レンズ21によって倍率変換されたものとなることは同じである。   When the laser beam spot becomes a line 42 and scans the object surface, the reflected light returns through the image optical system 16, passes through the primary imaging plane 15, passes through the lens 7, the rotating mirror 5, and the beam splitter 4, and is received. Head to part 11. The light beam projected on the light receiving unit 11 becomes an image signal and goes to the control unit 12, and the image signal in the designated area 40 is extracted in step 43. This is executed by the control unit 12 comparing the area defined by the designated area 40 set in the display screen 19a with each scanning line 42. The image signals sequentially obtained by moving the rotating mirror 5 and the object 8 in the Y direction in this way are stored in the image memory accommodated in the control unit 12 in step 44, and the contents are sent to the measurement display unit 13 in step 45. Displayed. This displayed image is in the designated area 40 and is limited compared to the image of the observation area 37 displayed on the other observation display unit 19, but the magnification is converted by the objective lens 21. It is the same to become a thing.

図示してない前記画像メモリに記憶された画像信号は物体表面の高さ方向変位量に応じて変化する輝度を光量差として測定した測定値信号でもある。このような指定エリア40の測定値信号を回転ミラー5と物体8のY方向移動によって順次画像メモリに記憶していけば、工程45で測定用表示部13に送られて測定用の画像として表示される。
こうして物体8上で特定した照明領域28は観察領域37となって先ず観察用表示部19に表示され、この観察領域37中に設定した指定エリア40内の走査画像が高さ方向変位量の測定値として測定用表示部13に表示される。両表示部19、13はその機能が類似しているが、観察用表示部19ではライン42a、b、c・・・の走査ごとに、指定エリア40内の画像が書き換えられるようにして再表示されていく。
The image signal stored in the image memory (not shown) is also a measurement value signal obtained by measuring the luminance that changes according to the amount of displacement in the height direction of the object surface as a light amount difference. If the measurement value signal of the designated area 40 is sequentially stored in the image memory by moving the rotating mirror 5 and the object 8 in the Y direction, it is sent to the measurement display unit 13 and displayed as a measurement image in step 45. Is done.
Thus, the illumination area 28 specified on the object 8 becomes an observation area 37 and is first displayed on the observation display unit 19, and the scanning image in the designated area 40 set in the observation area 37 measures the displacement in the height direction. The value is displayed on the measurement display unit 13 as a value. The display units 19 and 13 have similar functions, but the observation display unit 19 redisplays the image in the designated area 40 so that the image in the designated area 40 is rewritten for each scanning of the lines 42a, b, c. It will be done.

前記工程38のピント合わせ作業について説明する。図3において画像観察用の受光部29には照明光学系18、画像光学系16を介して照明された物体8上照明領域28よりの反射光が投影される。この反射光は前記したように物体表面の高さ方向変位量に応じて変化する輝度が光量差となって生じているものであるから、これを制御部12から第2ステージ23に伝えることによってオートフォーカス信号とすることが出来る。つまり光量差を移動指令信号とすることでオートフォーカス指令信号となる。オートフォーカスのための具体的な手段は前記特許文献1などにも示されているのでその説明は省略するが、このようにすることで第2ステージ23をZ方向に移動する信号を得ることが出来、ピント合わせを自動化することが出来る。   The focusing operation in step 38 will be described. In FIG. 3, the reflected light from the illumination area 28 on the object 8 illuminated through the illumination optical system 18 and the image optical system 16 is projected onto the light receiving unit 29 for image observation. As described above, the reflected light is generated as a light amount difference in luminance that changes in accordance with the amount of displacement in the height direction of the object surface, and is transmitted from the control unit 12 to the second stage 23. It can be an autofocus signal. That is, the autofocus command signal is obtained by using the light amount difference as the movement command signal. Specific means for auto-focusing is also described in Patent Document 1 and the like and will not be described. However, by doing so, a signal for moving the second stage 23 in the Z direction can be obtained. Yes, you can automate focusing.

実施例2は分岐測定光学系が画像信号を取り込むタイミングを検出するためのタイミング検出光学系46を新たに設置したものである。図6を用いてこの光学系46について説明する。この図は図2Bと同様に走査光学系1を平面図として、画像用光学系16とタイミング検出光学系46を正面図として示してある変則的な説明図となっている。同図において走査光学系1中のfθレンズ7からの光束は、一次結像面15に向かう途中でビームスプリッタ47により反射される。反射された光束はグレィテンィグ48、レンズ49を経て受光部50に向かう。グレィティング48は図6Bとしてその一例を示したが、薄板にスリット状の光透過部48aと光遮断部48bを交互に一定ピッチで配したもので、走査光学系1の回転ミラー5の回転動作でレンズ7を通過した光束がグレィティング48を走査する。するとグレィティング48の光透過部48aを通過した光束がパルス状に受光部50に送り出され、受光部50はその検出信号を制御部12内のA/D変換器51に送り出す。
一方、タイミング検出光学系46のビームスプリッタ47を通過した光束は、一次結像面15を経て画像光学系16を通過し、前記のようにして物体8の表面を走査する。そしてその反射光束は2つの光学系16、1に戻ってビームスプリッタ4で分岐され、受光部11から画像信号として制御部12内のA/D変換器51に伝えられる。このA/D変換器51に伝えられた画像信号は、前記タイミング検出光学系46で検出されたタイミング信号によって画像メモリ52に取り込まれていく。画像メモリ52に順次記憶された画像信号は図3などに示した測定用表示部13に画像として、あるいは物体形状高さ方向変位量として表示される。
In the second embodiment, a timing detection optical system 46 for detecting the timing at which the branch measurement optical system captures an image signal is newly installed. The optical system 46 will be described with reference to FIG. This figure is an irregular explanatory view showing the scanning optical system 1 as a plan view and the image optical system 16 and the timing detection optical system 46 as a front view as in FIG. 2B. In the figure, the light beam from the fθ lens 7 in the scanning optical system 1 is reflected by the beam splitter 47 on the way to the primary imaging plane 15. The reflected light beam travels through the grating 48 and the lens 49 to the light receiving unit 50. An example of the grating 48 is shown in FIG. 6B. However, slit-like light transmitting portions 48a and light blocking portions 48b are alternately arranged at a constant pitch on a thin plate, and the rotating operation of the rotating mirror 5 of the scanning optical system 1 is performed. The light beam that has passed through the lens 7 scans the grating 48. Then, the light beam that has passed through the light transmitting portion 48 a of the grating 48 is sent out in a pulse shape to the light receiving portion 50, and the light receiving portion 50 sends the detection signal to the A / D converter 51 in the control portion 12.
On the other hand, the light beam that has passed through the beam splitter 47 of the timing detection optical system 46 passes through the image optical system 16 through the primary imaging plane 15 and scans the surface of the object 8 as described above. The reflected light flux returns to the two optical systems 16 and 1 and is branched by the beam splitter 4, and is transmitted from the light receiving unit 11 to the A / D converter 51 in the control unit 12 as an image signal. The image signal transmitted to the A / D converter 51 is taken into the image memory 52 by the timing signal detected by the timing detection optical system 46. The image signals sequentially stored in the image memory 52 are displayed as images on the measurement display unit 13 shown in FIG. 3 or the like or as displacements in the object shape height direction.

図7はタイミング検出光学系46のタイミング信号について説明する図である。同図において53は制御部12内で発生する基準クロックの信号を表している。このクロック信号は基準となるもので正確なタイミングで発生している。このタイミングに基づいて受光部11からの画像信号を画像メモリ52に取り込んでいけば、正確な再現画像が表示部13に表示される。しかしfθレンズ7のfθ特性や製作誤差については計測可能であるが、回転ミラー5用モータ6のジッタなどの発生は予測できない。そのため画像メモリ52に取り込まれる画像のタイミングは図7の54のようなバラツキが発生する。すると測定用表示部13の画像に歪みが生じ不正確なものとなる。そのため表示部13画面上で表示画像の寸法を測定するようなときや、表示画像中の特異部、例えば異物や傷などが表示されているとき、画像に歪みがあればその形状は変化してしまう。この実施例ではグレィティング48を光学系46中に設置し、そのスリット状光透過部48aを通過する光束を画像取り込み用のタイミング信号とするようにした。図7ではこれをタイミング信号55として示してあるが、基準クロック53と同等のものとなる。
このようなタイミング検出光学系46を設置することで走査光学系1の全体精度を向上し、測定用表示部13での測定精度を高めることが出来る。これは走査光学系1と画像光学系16を分離独立して構成したことによって得られる成果でもある。
FIG. 7 is a diagram for explaining the timing signal of the timing detection optical system 46. In the figure, reference numeral 53 denotes a reference clock signal generated in the control unit 12. This clock signal is a reference and is generated at an accurate timing. If the image signal from the light receiving unit 11 is taken into the image memory 52 based on this timing, an accurate reproduced image is displayed on the display unit 13. However, although the fθ characteristic and manufacturing error of the fθ lens 7 can be measured, the occurrence of jitter or the like in the motor 6 for the rotating mirror 5 cannot be predicted. For this reason, the timing of the image taken into the image memory 52 varies as indicated by 54 in FIG. Then, the image on the measurement display unit 13 is distorted and becomes inaccurate. Therefore, when the dimensions of the display image are measured on the display unit 13 screen, or when a singular part in the display image, for example, a foreign object or a flaw is displayed, the shape changes if the image is distorted. End up. In this embodiment, the grating 48 is installed in the optical system 46, and the light beam passing through the slit-like light transmitting portion 48a is used as a timing signal for image capture. In FIG. 7, this is shown as the timing signal 55, but is equivalent to the reference clock 53.
By installing such a timing detection optical system 46, the overall accuracy of the scanning optical system 1 can be improved, and the measurement accuracy in the measurement display unit 13 can be increased. This is also a result obtained by separately configuring the scanning optical system 1 and the image optical system 16 independently.

図8は画像光学系16中に絞り56を設置して時の説明図で、図9はその光学系の説明図である。この両図を用いて実施例3について説明する。図8において画像光学系16中のリレーレンズ20と対物レンズ21間には絞り56が設置される。この絞り56は制御部12を経由してのキーボードからの指令、若しくは手動によってその口径を可変することが出来る。口径を変化させると絞り56を通過する光束径が変化し、物体8に達する走査光学系1からの走査光束径、つまりビームスポットの径が変化する。例えば絞り56の口径を絞り込むと物体8上でのスポット径は大きくなる。このスポット径について図9の光学系を用いて説明する。
図9は回転ミラー5から物体8までの光路を直線状として示したもので、ビームスプリッタ17は省略してある。回転ミラー5が回転しその反射角を変えるとレーザ光源2からの光束も反射角に応じて進行方向を変える。図ではこれを2つの光束57a、57bとして示している。光束57aは中心光軸24上を通る光束で、他方の光束57bは周辺部を通る光束となっている。両光束57はレンズ7を通過後、一次結像面15に向かう。そしてリレーレンズ20によって対物レンズ21から物体8に向かう。このとき両光束は、リレーレンズ20と対物レンズ21間で交差する。この交差位置(対物レンズ21の入射瞳位置)に絞り56が設置される。今、仮に絞り56の口径を絞りこんだとすると、図の絞り56の左側位置に矢印58で示したように口径は小となる。そのため光束58a、bの径も小となり、物体8上でのビームスポットφは大となる。この大となったビームスポットで物体上は走査され、それによって解像力は低下する。
このように絞り56を設置することで走査光学系1が取り扱う画像の解像力を変更することが出来る。そのため例えば高精度、普通精度、低精度というようなランクわけをした表面走査を実施できるようになる。このことは物体表面上の異物や傷などを検査するとき、一定サイズ以上の異物や傷に限定して検出するという作業を行うことが出来る。
FIG. 8 is an explanatory diagram when the diaphragm 56 is installed in the image optical system 16, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the optical system. Example 3 will be described with reference to these drawings. In FIG. 8, a diaphragm 56 is installed between the relay lens 20 and the objective lens 21 in the image optical system 16. The aperture of the diaphragm 56 can be varied by a command from the keyboard via the control unit 12 or manually. When the aperture is changed, the diameter of the light beam passing through the stop 56 is changed, and the diameter of the scanning light beam from the scanning optical system 1 reaching the object 8, that is, the diameter of the beam spot is changed. For example, when the aperture of the diaphragm 56 is narrowed, the spot diameter on the object 8 increases. The spot diameter will be described using the optical system of FIG.
FIG. 9 shows the optical path from the rotating mirror 5 to the object 8 as a straight line, and the beam splitter 17 is omitted. When the rotating mirror 5 rotates and changes its reflection angle, the light flux from the laser light source 2 also changes its traveling direction according to the reflection angle. In the figure, this is shown as two light beams 57a and 57b. The light beam 57a is a light beam that passes on the central optical axis 24, and the other light beam 57b is a light beam that passes through the peripheral portion. Both luminous fluxes 57 travel toward the primary image plane 15 after passing through the lens 7. Then, the object is directed from the objective lens 21 to the object 8 by the relay lens 20. At this time, both light beams intersect between the relay lens 20 and the objective lens 21. A diaphragm 56 is installed at this intersection position (incidence pupil position of the objective lens 21). If the aperture of the diaphragm 56 is now narrowed down, the aperture becomes smaller as indicated by the arrow 58 at the left position of the diaphragm 56 in the figure. Therefore, the diameters of the light beams 58a and 58b are also small, and the beam spot φ on the object 8 is large. The object is scanned with the enlarged beam spot, thereby reducing the resolving power.
By setting the diaphragm 56 in this way, the resolution of the image handled by the scanning optical system 1 can be changed. Therefore, for example, it is possible to carry out surface scanning with ranks such as high accuracy, normal accuracy, and low accuracy. This means that when inspecting foreign matter or scratches on the surface of an object, it is possible to perform an operation of detecting only foreign matter or scratches of a certain size or more.

図10はリレーレンズ20と対物レンズ21間にガルバノミラースキャナ59を設置したときの光学系説明図である。図においてガルバノミラースキャナ59は図8などで示したビームスプリッタ17の代わりに設置され、その設置位置はリレーレンズ20と対物レンズ21間位置で対物レンズの入射瞳相当位置となる。このようなスキャナ59のミラー部を制御部12からの指令で回転すると、一次結像面15からの光束が対物レンズ21を経て物体8に向かい、Y方向に走査する。これによって回転ミラー5の回転による物体上のX方向走査と合わせて物体上をX、Y方向に走査する。図ではこの走査線を60a、b、cとして表し、回転ミラー5面上の光束反射点をm1(fθレンズ7の入射瞳位置)、スキャナ59のミラー面上の光束反射点をm2(対物レンズ21の入射瞳位置)として示してある。このようにしたことによって従来のX、Y式ガルバノミラースキャナが持つ欠点であった物体上でのX、Y方向の走査歪みを最小にすることが出来る。またスキャナ59の設置は物体のY方向移動を除去することになるから、全体の走査速度を速め物体移動に伴う振動をも除去することが出来る。
尚、図10では照明光学系18を省略してあるが、図3などに示した照明用光源20からの光束をビームスプリッタ25を経てスキャナ59のミラー部に向かわせれば、それを通過した光束が物体8を照明する。そしてその反射光束は往路を戻り、観察画像用の受光部29に投影され表示部19にその像が表示される。このように図10の実施例では画像光学系16が図3などに比して変化しているが機能上は同じである。また照明光学系16も図3のように画像光学系16光軸24の上方延長線方向から照明するという方法から、対物レンズ21の上方周辺から照明するという方法にしてもよい。
FIG. 10 is an explanatory diagram of an optical system when a galvanometer mirror scanner 59 is installed between the relay lens 20 and the objective lens 21. In the figure, the galvanometer mirror scanner 59 is installed instead of the beam splitter 17 shown in FIG. 8 and the like, and the installation position is a position corresponding to the entrance pupil of the objective lens at a position between the relay lens 20 and the objective lens 21. When such a mirror part of the scanner 59 is rotated in response to a command from the control unit 12, the light beam from the primary imaging surface 15 travels toward the object 8 through the objective lens 21 and scans in the Y direction. Thus, the object is scanned in the X and Y directions together with the X direction scanning on the object by the rotation of the rotating mirror 5. In the figure, the scanning lines are represented by 60a, b, and c, the light beam reflection point on the surface of the rotating mirror 5 is m1 (incidence pupil position of the fθ lens 7), and the light beam reflection point on the mirror surface of the scanner 59 is m2 (objective lens). 21 entrance pupil position). This makes it possible to minimize scanning distortion in the X and Y directions on the object, which is a drawback of the conventional X and Y galvanometer mirror scanner. In addition, since the installation of the scanner 59 removes the movement of the object in the Y direction, it is possible to increase the overall scanning speed and remove the vibration accompanying the movement of the object.
Although the illumination optical system 18 is omitted in FIG. 10, if the light beam from the illumination light source 20 shown in FIG. 3 or the like is directed to the mirror portion of the scanner 59 through the beam splitter 25, the light beam that has passed therethrough Illuminates the object 8. Then, the reflected light flux returns in the forward path, and is projected onto the light receiving unit 29 for the observation image, and the image is displayed on the display unit 19. As described above, in the embodiment of FIG. 10, the image optical system 16 is changed as compared with FIG. 3, but the function is the same. Further, the illumination optical system 16 may also be a method of illuminating from the upper periphery of the objective lens 21 instead of illuminating from the direction of the upper extension line of the optical axis 16 of the image optical system 16 as shown in FIG.

従来装置を説明するための平面図。The top view for demonstrating a conventional apparatus. 本発明の概略を説明する図。The figure explaining the outline of the present invention. 本発明装置の全体的な構成を示した概略斜視図。The schematic perspective view which showed the whole structure of this invention apparatus. 観察用表示部の表示画面を説明する図。The figure explaining the display screen of the display part for observation. 作業工程を説明するフロー図。The flowchart explaining an operation process. タイミング検出光学系について説明する図。The figure explaining a timing detection optical system. タイミング検出光学系のタイミング信号について説明する図。The figure explaining the timing signal of a timing detection optical system. 画像光学系中に設置する絞りの説明図。Explanatory drawing of the aperture | diaphragm | set_stop installed in an image optical system. 図8の光学系の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of the optical system in FIG. 8. 画像光学系中に設置するガルバノミラースキャナの説明図。Explanatory drawing of the galvanometer mirror scanner installed in an image optical system.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・走査光学系 2・・・レーザ光源 4・・・ビームスプリッタ 5・・・回転ミラー 7・・・fθレンズ 8・・・物体 11・・・受光部 12・・・制御部 13・・・測定用表示部 15・・・一次結像面 16・・・画像光学系 18・・・照明光学系 19・・・観察用表示部 20・・・リレーレンズ 21・・・対物レンズ 24・・・光軸 26・・・照明用光源 28・・・照明領域 29・・・観察画像用受光部 30・・・原点検出用光学系 37・・・観察領域 40・・・走査領域 42・・・走査ライン 46・・・タイミング検出光学系 48・・・グレィティング 50・・・受光部 51・・・A/D変換器 52・・・画像メモリ 56・・・絞り 59・・・ガルバノミラースキャナ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Scanning optical system 2 ... Laser light source 4 ... Beam splitter 5 ... Rotating mirror 7 ... f (theta) lens 8 ... Object 11 ... Light-receiving part 12 ... Control part 13 * ··· Measurement display unit 15 ··· Primary imaging plane 16 ··· Image optical system 18 ··· Illumination optical system 19 · · · Display unit for observation 20 · · · Relay lens 21 · · · Objective lens 24 · · · .. Optical axis 26... Illumination light source 28... Illumination area 29... Observation image light receiving unit 30... Origin detection optical system 37 .. Observation area 40. Scanning line 46 ... Timing detection optical system 48 ... Grating 50 ... Light receiving part 51 ... A / D converter 52 ... Image memory 56 ... Aperture 59 ... Galvanometer mirror scanner

Claims (6)

レーザ光源からの光束を垂直方向の回転軸とした回転ミラーを経てfθレンズの結像面に向かわせる走査光学系と、
このfθレンズ結像面からの光束を受け、リレーレンズ、対物レンズを経て表面が水平方向に設置された物体に向かうよう光路を縦型構造とした画像光学系と、
この画像光学系を介して物体表面を照明し、その照明領域を観察する画像として観察用表示部に伝える照明光学系と、
前記照明領域中の物体表面を走査光学系と画像光学系で走査し、その反射光束を画像光学系、走査光学系を経て受け取り、物体表面形状の高さ方向変位量を光量差として検出する走査光学系中の分岐測定光学系とを有し、
水平状物体表面の所望領域を予め観察画像として観察用表示部で確認してから物体表面を走査し、分岐測定光学系が検出した値を画像信号として測定用表示部に表示するようにしたことを特徴とする物体表面の観察装置。
A scanning optical system for directing the light beam from the laser light source to the imaging surface of the fθ lens through a rotating mirror having a vertical rotation axis;
An image optical system that receives the light beam from the fθ lens imaging surface, and has a vertical structure on the optical path so that the surface passes through a relay lens and an objective lens and is directed to an object that is installed in a horizontal direction;
Illumination optical system that illuminates the surface of the object via this image optical system, and transmits it to the observation display unit as an image to observe the illumination area;
Scanning that scans the object surface in the illumination area with a scanning optical system and an image optical system, receives the reflected light beam through the image optical system and the scanning optical system, and detects the height direction displacement of the object surface shape as a light amount difference. A branch measurement optical system in the optical system,
The desired area of the horizontal object surface is confirmed in advance as an observation image on the observation display unit, and then the object surface is scanned, and the value detected by the branch measurement optical system is displayed on the measurement display unit as an image signal. An object surface observation device characterized by the above.
走査光学系中のfθレンズを通過した光束をタイミング検出光学系に導き、同光学系中に設置した光透過部と光遮断部を交互に一定ピッチで配したグレィティングを走査するようになし、その通過光束で分岐測定光学系による画像信号の取り込みタイミングを得るようにしたことを特徴とする前記請求項1記載の物体表面の観察装置。 The light beam that has passed through the fθ lens in the scanning optical system is guided to the timing detection optical system, and scanning of the grating in which the light transmitting portions and the light blocking portions installed in the optical system are alternately arranged at a constant pitch is performed. 2. The object surface observation apparatus according to claim 1, wherein the image signal capturing timing by the branching optical system is obtained from the passing light beam. 画像光学系のリレーレンズと対物レンズ間位置で対物レンズの入射瞳相当位置に絞りを設置したことを特徴とする前記請求項1記載の物体表面の観察装置。 2. The object surface observation apparatus according to claim 1, wherein a stop is installed at a position corresponding to the entrance pupil of the objective lens between the relay lens and the objective lens of the image optical system. 画像光学系のリレーレンズと対物レンズ間位置で対物レンズの入射瞳相当位置にガルバノミラースキャナを設置し、走査光学系による物体上の走査方向と直交する方向に走査するようにしたことを特徴とする前記請求項1記載の物体表面の観察装置。 A galvanometer mirror scanner is installed at a position corresponding to the entrance pupil of the objective lens between the relay lens and objective lens of the image optical system, and scanning is performed in a direction perpendicular to the scanning direction on the object by the scanning optical system. The apparatus for observing an object surface according to claim 1. 画像光学系の対物レンズを交換自在としたことを特徴とする前記請求項1、3、4記載の物体表面の観察装置。 5. The object surface observation apparatus according to claim 1, wherein the objective lens of the image optical system is replaceable. 照明光学系と画像光学系で照明した物体上の照明領域反射光を、画像光学系を介して観察画像用受光部に投影し、その信号を物体のZ方向オートフォーカス信号として物体設置ステージに伝えるようにしたことを特徴とする前記請求項1、3、4、5記載の物体表面の観察装置。

The illumination light reflected on the object illuminated by the illumination optical system and the image optical system is projected onto the observation image light receiving unit via the image optical system, and the signal is transmitted to the object installation stage as the Z-direction autofocus signal of the object. The object surface observation apparatus according to claim 1, 3, 4, or 5, wherein the object surface observation apparatus is configured as described above.

JP2005351876A 2005-12-06 2005-12-06 Apparatus for observing surface of object Pending JP2007155527A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005351876A JP2007155527A (en) 2005-12-06 2005-12-06 Apparatus for observing surface of object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005351876A JP2007155527A (en) 2005-12-06 2005-12-06 Apparatus for observing surface of object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007155527A true JP2007155527A (en) 2007-06-21
JP2007155527A5 JP2007155527A5 (en) 2007-12-20

Family

ID=38240097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005351876A Pending JP2007155527A (en) 2005-12-06 2005-12-06 Apparatus for observing surface of object

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007155527A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018091837A (en) * 2016-11-29 2018-06-14 セイコーエプソン株式会社 Electronic component conveyance device and electronic component inspection device
CN109991082A (en) * 2019-03-28 2019-07-09 武汉东湖学院 A kind of young modulus measuring device
JP2019117107A (en) * 2017-12-27 2019-07-18 日本信号株式会社 Line scanner
JP2021179608A (en) * 2020-05-12 2021-11-18 オーケーラボ有限会社 Laser scan microscope, laser scan microscope system, and laser ablation system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63191908A (en) * 1987-02-05 1988-08-09 Mitsutoyo Corp Optical scanning type measuring instrument
JPH07128025A (en) * 1993-11-08 1995-05-19 Omron Corp Laser-scanning height measuring apparatus
JPH085321A (en) * 1994-06-15 1996-01-12 Nikon Corp Scanning position detector
JPH09251128A (en) * 1996-03-14 1997-09-22 Keyence Corp Optical microscope
JP2000305021A (en) * 1999-04-21 2000-11-02 Keyence Corp Confocal microscope
JP2005055217A (en) * 2003-08-07 2005-03-03 Olympus Corp Method for measuring height

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63191908A (en) * 1987-02-05 1988-08-09 Mitsutoyo Corp Optical scanning type measuring instrument
JPH07128025A (en) * 1993-11-08 1995-05-19 Omron Corp Laser-scanning height measuring apparatus
JPH085321A (en) * 1994-06-15 1996-01-12 Nikon Corp Scanning position detector
JPH09251128A (en) * 1996-03-14 1997-09-22 Keyence Corp Optical microscope
JP2000305021A (en) * 1999-04-21 2000-11-02 Keyence Corp Confocal microscope
JP2005055217A (en) * 2003-08-07 2005-03-03 Olympus Corp Method for measuring height

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018091837A (en) * 2016-11-29 2018-06-14 セイコーエプソン株式会社 Electronic component conveyance device and electronic component inspection device
JP2019117107A (en) * 2017-12-27 2019-07-18 日本信号株式会社 Line scanner
CN109991082A (en) * 2019-03-28 2019-07-09 武汉东湖学院 A kind of young modulus measuring device
CN109991082B (en) * 2019-03-28 2024-03-08 武汉东湖学院 Young modulus measuring device
JP2021179608A (en) * 2020-05-12 2021-11-18 オーケーラボ有限会社 Laser scan microscope, laser scan microscope system, and laser ablation system
JP6997480B2 (en) 2020-05-12 2022-01-17 オーケーラボ有限会社 Laser scanning microscope, laser scanning microscope system and laser ablation system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101073212B1 (en) Laser scanning microscope device and surface profile measuring method thereof
US7312920B2 (en) Confocal microscope
JP2007251143A (en) Visual inspection system
JP2010101959A (en) Microscope device
JP2010256530A (en) Microscope device
JP2008051576A (en) Shape-measuring apparatus and shape-measuring method
JP2007155527A (en) Apparatus for observing surface of object
JP4725967B2 (en) Minute height measuring device and displacement meter unit
JP3509088B2 (en) Optical device for three-dimensional shape measurement
JP6590429B1 (en) Confocal microscope and imaging method thereof
JP5019279B2 (en) Confocal microscope and method for generating focused color image
JP2008256483A (en) Shape measuring system
JP5281815B2 (en) Optical device defect inspection method and optical device defect inspection apparatus
JP2007304058A (en) Micro height measuring device
JP4859451B2 (en) Apparatus for measuring optical characteristics of laser scanning optical system and method for measuring optical characteristics thereof
JP4850523B2 (en) Confocal microscope
KR20190063027A (en) A method for auto-focus controlling in a line-scanning confocal microscopy and the apparatus therefor
JP3299144B2 (en) Position detecting apparatus and position detecting method applied to proximity exposure
JP4792239B2 (en) Scanning confocal laser microscope
JP6954474B2 (en) Control device for scanning probe microscope and scanning probe microscope
JPH11243048A (en) Position detecting device and method using oblique optical-axis optical system
JP2009042128A (en) Height measuring device
JP2011027804A (en) Confocal microscope
JP4941710B2 (en) Shape measuring device and confocal microscope
JPH10132521A (en) Inclination correcting method by means of image rotation and measuring device for minute dimension

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071031

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071031

A977 Report on retrieval

Effective date: 20100225

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100309

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100506

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100622

A521 Written amendment

Effective date: 20100804

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110301

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110712

A521 Written amendment

Effective date: 20110909

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120918