JP3236090B2 - Plane azimuth measuring device, plane azimuth measuring method, and optical component inspection method - Google Patents
Plane azimuth measuring device, plane azimuth measuring method, and optical component inspection methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光学部品等の面方位
を測定する面方位測定装置に関し、特に、正確な測定を
迅速に行うことを可能にしたものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plane azimuth measuring apparatus for measuring the plane azimuth of an optical component or the like, and more particularly to a plane azimuth measuring apparatus capable of quickly performing accurate measurement.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、プリズムの屈折率を測定する場
合、一般に、プリズムの頂角を求める必要があるが、そ
のためには、通常、プリズムの頂角を構成する2つの面
の方位を計測して求める。また、各種の光学装置に用い
られるポリゴンミラー等の多面体ミラーにあっては、各
面のなす角度が正確に所定の角度をなしているか否かが
光学装置の性能を左右する重要な要因の1つである。こ
の角度を求める場合にも各面の方位を計測するのが一般
的である。さらに、例えば、ガルバノミラーの振れ角を
求める場合においても、その面の方位を計測する必要が
ある。2. Description of the Related Art For example, when measuring the refractive index of a prism, it is generally necessary to find the apex angle of the prism. For this purpose, the orientation of two surfaces forming the apex angle of the prism is usually measured. Ask. In the case of polyhedral mirrors such as polygon mirrors used in various optical devices, it is one of the important factors that affect the performance of the optical device whether or not the angles formed by the respective surfaces accurately form a predetermined angle. One. Even when this angle is obtained, it is general to measure the azimuth of each surface. Further, for example, when obtaining the deflection angle of a galvanomirror, it is necessary to measure the azimuth of the surface.
【0003】上述のような面方位の計測には、一般に、
オートコリメータを利用した装置が用いられていた。図
18は従来の面方位測定装置の構成を示す図である。図
18において、基台2には、該基台2に略垂直な軸Oを
中心として回転自在なように試料台3及びスウィーベル
アーム4がそれぞれ設けられており、このスウィーベル
アーム4には試料台3上に載置された試料1の被測定面
から反射されてくる光を観測するための望遠鏡5が取り
付けられている。なお、試料台3には該試料台3上に載
置された試料1の水平方向に対する傾斜角度を調整する
傾斜ネジ3aを備えた傾斜角度調整機構が設けられてお
り、一方、基台2上には、スウィーベルアーム4の回転
角度を読み取るための角度目盛板2a及び角度目盛読取
用顕微鏡2bが設けられている。この角度目盛板2aも
軸Oのまわりに回転調整ができるようになっている。な
お、この角度目盛板2aの代わりにロータリーエンコー
ダを設けて目盛りをデジタル表示させるタイプのものも
ある。In order to measure the plane orientation as described above, generally,
A device using an autocollimator has been used. FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a conventional plane orientation measuring device. In FIG. 18, a sample table 3 and a swivel arm 4 are provided on the base 2 so as to be rotatable around an axis O substantially perpendicular to the base 2. A telescope 5 for observing the light reflected from the surface to be measured of the sample 1 placed on 3 is attached. The sample table 3 is provided with a tilt angle adjusting mechanism provided with a tilt screw 3a for adjusting the tilt angle of the sample 1 mounted on the sample table 3 with respect to the horizontal direction. Is provided with an angle scale plate 2a for reading the rotation angle of the swivel arm 4, and an angle scale reading microscope 2b. The angle scale plate 2a can also be rotated around the axis O. In addition, there is a type in which a rotary encoder is provided instead of the angle scale plate 2a to display the scale digitally.
【0004】望遠鏡5は、オートコリメータを兼ねる構
造となっている。すなわち、望遠鏡5は、試料1の被測
定面に対向して配置される鏡筒前部に設けられた対物レ
ンズ5a及び鏡筒後部に設けられた接眼レンズ5bから
なる観測光学系と、対物レンズ5aを共通にし、該対物
レンズ5aと接眼レンズ5bとの間に設けられたビーム
スプリッタ5cによって観測光学系外に分岐して形成さ
れた光路上において対物レンズ5aの焦点面と光学的に
共役な位置に設けられた投影用指標5d及び投影用光源
5eからなる投影光学系とを有する。投影用指標5dか
ら出た光はビームスプリッタ5cで反射し、対物レンズ
5aによって平行光にされて外部に出射される。また、
対物レンズ5aの焦点面上には基準指標5fが設けられ
ており、望遠鏡5への入射光の光軸が該望遠鏡5の光軸
と一致したときに入射光の接眼レンズによる像が基準指
標5fの像に一致して観測されるようになっている。し
たがって、望遠鏡5を試料1の被測定面に向けてそのと
きの投影用指標5dの反射像を観測し、その反射像が基
準指標5fの像に一致するように望遠鏡5の角度を調整
することにより望遠鏡の光軸を外部反射面に対して垂直
に設定することができ、そのときの望遠鏡5の角度を読
み取ることにより試料1の被測定面の法線の方向すなわ
ち方位を知ることができる。The telescope 5 has a structure that also serves as an autocollimator. That is, the telescope 5 includes an observation optical system including an objective lens 5a provided at a front part of a lens barrel and an eyepiece 5b provided at a rear part of the lens barrel, which are arranged to face a surface to be measured of the sample 1, and an objective lens. 5a is common, and is optically conjugate with the focal plane of the objective lens 5a on an optical path branched out of the observation optical system by a beam splitter 5c provided between the objective lens 5a and the eyepiece 5b. A projection optical system including a projection index 5d and a projection light source 5e provided at a position. Light emitted from the projection index 5d is reflected by the beam splitter 5c, converted into parallel light by the objective lens 5a, and emitted outside. Also,
A reference index 5f is provided on the focal plane of the objective lens 5a. When the optical axis of the light incident on the telescope 5 coincides with the optical axis of the telescope 5, the image of the incident light from the eyepiece is used as the reference index 5f. Is observed in accordance with the image of. Therefore, the telescope 5 is pointed at the surface to be measured of the sample 1, the reflected image of the projection index 5d at that time is observed, and the angle of the telescope 5 is adjusted so that the reflected image matches the image of the reference index 5f. Thus, the optical axis of the telescope can be set perpendicular to the external reflection surface, and by reading the angle of the telescope 5 at that time, the direction, that is, the direction of the normal line of the measured surface of the sample 1 can be known.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の面方位測定装置には以下のような問題点があっ
た。However, the above-mentioned conventional plane orientation measuring apparatus has the following problems.
【0006】すなわち、試料1の面方位を測定するため
には、測定者が望遠鏡5を覗きこんで、投影視標5dの
像や基準指標5fを観測しながら、これらが正確に重な
るように望遠鏡5の角度を調整する必要があるが、これ
を正確に行うことが必ずしも容易ではなく、これがた
め、測定精度に一定の限界が生じていた。しかも、正確
に一致しているか否かの判断には個人差があり、測定精
度にバラツキが生ずるという問題点もあった。That is, in order to measure the plane orientation of the sample 1, the observer looks into the telescope 5 and observes the image of the projection target 5d and the reference index 5f, so that the telescope 5 and the reference index 5f are accurately overlapped. Although it is necessary to adjust the angle of No. 5, it is not always easy to do this accurately, and this has caused a certain limit in measurement accuracy. In addition, there is a problem that there is an individual difference in determining whether or not they are exactly the same, and there is a problem that measurement accuracy varies.
【0007】また、測定作業には集中力が必要であり、
特に角度の測定精度が±1秒程度を要求される場合に
は、測定時間も長くなりその分だけ作業者の精神的な疲
労は累積される。しかも、集中力の持続には限界があ
り、単位時間あたりの測定個数、再現性(測定値の信頼
性)が共に時間の経過とともに低下したり、長期間の測
定作業により眼精疲労に起因する測定者の視力の低下の
おそれもあった。In addition, the measurement work requires concentration,
In particular, when the measurement accuracy of the angle is required to be about ± 1 second, the measurement time becomes longer and the mental fatigue of the worker is accumulated accordingly. In addition, there is a limit to the duration of concentration, and the number of measurements per unit time and the reproducibility (reliability of measured values) both decrease with the passage of time. There was also a risk that the eyesight of the measurer would decrease.
【0008】本発明は上述の背景のもとでなされたもの
であり、精度の高い測定を迅速に行うことができる面方
位測定装置を提供することを目的としたものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above background, and has as its object to provide a plane orientation measuring apparatus capable of quickly performing highly accurate measurement.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかる面方位測定装置は (1) 試料の被測定面の面方位を測定するための面方位
測定装置において、前記試料を載置するための試料台
と、前記試料台上に載置された試料の周りに前記試料に
対して相対的に回転自在に設けられた望遠鏡であって、
該望遠鏡の対物光学系の焦点面と光学的に共役な面に配
置された撮影用指標と、この撮影用指標を照明して得ら
れる投影光を前記対物光学系を通して外部に出射させる
投影用光源と、前記対物光学系を通して入射した光によ
ってその焦点面に結像される光学像を検出する位置検出
型の撮像素子とを備えた望遠鏡と、前記試料台上に載置
された試料に対する前記望遠鏡の相対的な回転角度に対
応する電気的信号を発生する角度測定装置と、前記撮像
素子によって形成される画像に前記被測定面に対して前
記望遠鏡の向きが所定の向きにある時の投影用指標像の
位置を示す基準指標の画像を重ねて形成する画像信号を
発生する基準指標発生装置と、前記撮像素子、角度測定
装置及び基準指標発生装置を制御するとともに、これら
から送出される画像信号を含む信号を処理する処理装置
とを有し、前記処理装置は、前記望遠鏡を前記試料台に
載置された被測定試料の被測定面に向けたときに前記撮
像素子によって形成される投影用指標像の位置と前記基
準指標像の位置とのずれに対応する信号を求め、この求
めた信号と前記角度測定装置から発生される回転角度に
対応する電気的信号とから被測定面の方位を求める処理
を行う機能を備えたものであることを特徴とする構成と
し、また、この構成1の態様として、 (2) 構成1に記載の面方位測定装置において、前記撮
像素子は、前記対物光学系の焦点面に配置された2次元
撮像素子と、前記焦点面と光学的に共役な位置に配置さ
れた1次元撮像素子とからなることを特徴とした構成と
した。また、本発明にかかる面方位測定方法は、 (3) 被測定試料の被測定面の方位を測定する面方位
測定方法において、前記試料を試料台上に載置して、対
物光学系と、該対物光学系の焦点面と光学的に共役な面
に配置された指標と、前記対物光学系を通して入射した
光によってその焦点面に結像される光学像を検出する位
置検出型の撮像素子とを用い、前記試料に対して前記対
物光学系を相対的に回転して、該焦点面に前記指標の像
を、前記像を構成する光が該指標から前記対物光学系を
通り、前記被測定面により反射され、再び前記対物光学
系を通って前記焦点面に入射するようにして結像させ、
前記試料に対する前記対物光学系の相対的な回転角度に
対応する電気的信号を発生させ、前記対物光学系を前記
試料台に載置された被測定試料の被測定面に向けた時に
前記撮像素子によって形成される指標像の位置と前記被
測定面に対し前記対物光学系が所定の向きにある時に前
記撮像素子によって形成される基準指標像の位置とのず
れに対応する信号を求め、この求めた信号と前記角度測
定装置から発生される回転角度に対応する電気的信号と
から前記被測定面の面方位を求めることを特徴とする構
成とした。また、本発明にかかる光学部品の検査方法
は、 (4) 光学部品の第一の面と第二の面が交わる角度を
測定し、前記角度が所定の範囲にあるかどうか検査する
光学部品の検査方法において、請求項3に記載された面
方位測定方法により前記第一の面と第二の面の面方位を
求め、前記第一の面と第二の面方位より第一の面と第二
の面が交わる角度を求め、前記角度が所定の範囲にある
光学部品を製品とすることを特徴とする構成とした。こ
の構成4の態様として、 (5) 前記光学部品がプリズムであり、前記角度がプ
リズムの頂角であることを特徴とする構成、及び、 (6) 前記光学部品が多面体ミラーであり、前記角度
が多面体ミラーの各面をなす角度であることを特徴とす
る構成とした。According to the present invention, there is provided a plane direction measuring apparatus for measuring a plane direction of a surface to be measured of a sample, wherein: A sample table for mounting a, and a telescope provided rotatably relative to the sample around the sample mounted on the sample table,
A photographing index disposed on a plane optically conjugate with the focal plane of the objective optical system of the telescope, and a projection light source for emitting projection light obtained by illuminating the imaging index to the outside through the objective optical system A telescope comprising: a position detection type imaging element that detects an optical image formed on a focal plane by light incident through the objective optical system; and the telescope for a sample placed on the sample stage. An angle measuring device for generating an electric signal corresponding to a relative rotation angle of the telescope for projecting an image formed by the image sensor when the telescope is oriented in a predetermined direction with respect to the surface to be measured. A reference index generator for generating an image signal for superimposing and forming an image of the reference index indicating the position of the index image; and controlling the image pickup device, the angle measuring device, and the reference index generator, and an image transmitted from these. A processing device for processing a signal including a signal, wherein the processing device is configured to project a projection formed by the imaging element when the telescope is directed at a measurement target surface of a measurement target sample mounted on the sample stage. position and the group use the index image
A signal corresponding to the deviation from the position of the quasi-index image is obtained, and this
Signal and the rotation angle generated by the angle measuring device.
The present invention is characterized in that it has a function of performing a process of obtaining the azimuth of the surface to be measured from the corresponding electric signal. As an aspect of this configuration 1, (2) the surface described in the configuration 1 In the azimuth measuring device, the image sensor may include a two-dimensional image sensor arranged on a focal plane of the objective optical system and a one-dimensional image sensor arranged at a position optically conjugate with the focal plane. The configuration was characteristic. Also, the plane orientation measuring method according to the present invention is: (3) In the plane orientation measuring method for measuring the orientation of the surface to be measured of the sample to be measured, the sample is placed on a sample table, and an objective optical system; An index disposed on a plane optically conjugate with the focal plane of the objective optical system, and a position detection type image sensor for detecting an optical image formed on the focal plane by light incident through the objective optical system. The objective optical system is rotated relative to the sample, and the image of the target is placed on the focal plane, and the light constituting the image passes through the objective optical system from the target and passes through the object to be measured. Reflected by the surface, again through the objective optical system and incident on the focal plane to form an image,
The imaging device generates an electrical signal corresponding to a relative rotation angle of the objective optical system with respect to the sample, and directs the objective optical system toward a measurement surface of a measurement sample mounted on the sample stage. wherein the position of the index image formed by the
When the objective optical system is in a predetermined orientation with respect to the measurement surface,
The position of the reference index image formed by the image sensor
A signal corresponding to this is obtained, and the obtained signal and the angle measurement are obtained.
Electrical signal corresponding to the rotation angle generated from the
From which the plane orientation of the surface to be measured is obtained. The method for inspecting an optical component according to the present invention may further include: (4) measuring an angle at which the first surface and the second surface of the optical component intersect, and inspecting whether the angle is within a predetermined range. In the inspection method, the plane orientation of the first plane and the second plane is determined by the plane orientation measurement method according to claim 3, and the first plane and the second plane are determined from the first plane and the second plane orientation. An angle at which the two surfaces intersect is determined, and an optical component having the angle within a predetermined range is used as a product. (5) The optical component is a prism, and the angle is a vertex angle of the prism; and (6) the optical component is a polyhedral mirror, and the angle is Is an angle forming each surface of the polyhedral mirror.
【0010】[0010]
【作用】上述の構成1によれば、撮像素子に形成された
光学像の位置は画像処理によって求められ、この位置と
基準指標の位置並びに角度測定装置による角度測定値と
から各面の方位を求めることができる。これによれば、
従来のように、投影用指標像を基準指標に正確に合わせ
るために望遠鏡を正確に回転調整する必要がなくなり、
これら像が撮像素子の撮像範囲内に治まるように粗調整
するだけでよい。したがって、迅速な測定が可能とな
る。しかも、これらの計測は処理装置による画像処理を
含む処理によって行われるから、測定者の熟練度や疲労
度等に依存せずに常に一定の精度が得られる。According to the above configuration 1, the position of the optical image formed on the image sensor is determined by image processing, and the azimuth of each surface is determined from this position, the position of the reference index, and the angle measured by the angle measuring device. You can ask. According to this,
As in the past, there is no need to precisely adjust the rotation of the telescope to accurately align the projection target image with the reference target,
It is only necessary to make a rough adjustment so that these images fall within the imaging range of the imaging device. Therefore, quick measurement is possible. In addition, since these measurements are performed by processing including image processing by the processing device, constant accuracy can always be obtained without depending on the skill or fatigue of the measurer.
【0011】また、構成2によれば、例えば、2次元撮
像素子では主としてモニター情報を得るようにし、計測
情報は分解能の高い1次元撮像素子によって得るように
することによって、精度が高くかつ操作性のよい装置を
得ることが可能となる。According to the second aspect, for example, monitor information is mainly obtained by a two-dimensional image pickup device, and measurement information is obtained by a one-dimensional image pickup device having a high resolution. It is possible to obtain a good device.
【0012】[0012]
【実施例】図1は本発明の一実施例にかかる面方位測定
装置の全体構成を示す図である。以下、図1を参照しな
がら一実施例を説明する。なお、この実施例は上述の図
18に示される従来例と多くの部分が共通するので、共
通する部分には同一の符号を付してその説明の一部を省
略し、以下では、この実施例に特有な点を中心に説明す
る。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a plane direction measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIG. Since this embodiment has many parts in common with the conventional example shown in FIG. 18 described above, common parts are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted. The explanation focuses on the points specific to the example.
【0013】図1において、基台21に、該基台21に
略垂直な軸Oを中心として回転自在なように試料台3及
びスウィーベルアーム4がそれぞれ設けられ、このスウ
ィーベルアーム4に、試料台3上に載置された試料1の
被測定面から反射されてくる光を観測するための望遠鏡
51が取り付けられている。これらの点は、上述の従来
例とほぼ同一の構成を有する。In FIG. 1, a sample base 3 and a swivel arm 4 are provided on a base 21 so as to be rotatable about an axis O substantially perpendicular to the base 21. The swivel arm 4 is provided with a sample base. A telescope 51 for observing light reflected from the surface to be measured of the sample 1 mounted on 3 is attached. These points have almost the same configuration as the above-described conventional example.
【0014】この実施例が上述の従来例と異なる点は、
スウィーベルアーム4に取り付けられた望遠鏡51が、
上述の従来例の望遠鏡5の接眼レンズ5bの代わりに撮
像素子51bを設けたものである点、上述の従来例で
は、基台2が角度目盛板2aを内蔵しているのに対し
て、この実施例の基台21は角度目盛板の代わりにロー
タリーエンコーダ21aを内蔵している点、並びに、こ
れら撮像素子51b及びロータリーエンコーダ21aを
制御してこれらからの情報を処理するとともに必要な演
算及び表示を行うディスプレイ機能付き画像演算・処理
装置(以下、処理装置と略称する)9及び撮像素子51
bによって撮像された像に重ねて表示する基準指標を発
生するレチクルジェネレータ10を新たに設けた点であ
る。This embodiment is different from the conventional example described above in that:
The telescope 51 attached to the swivel arm 4
The image pickup device 51b is provided instead of the eyepiece 5b of the telescope 5 in the above-described conventional example. In the above-described conventional example, the base 2 has the built-in angle scale plate 2a. The base 21 of the embodiment has a built-in rotary encoder 21a instead of an angle scale plate, and controls the image pickup device 51b and the rotary encoder 21a to process information from them and to perform necessary calculations and display. Image processing / processing device with display function (hereinafter, abbreviated as processing device) 9 and image pickup device 51
The reticle generator 10 for generating a reference index to be displayed so as to be superimposed on the image taken by b is newly provided.
【0015】ここで、基台21上に設けられたロータリ
ーエンコーダ21aは、試料台3及びスウィーベルアー
ム4の回転角度座標に対応する信号を発生して処理装置
9に送出する。Here, the rotary encoder 21 a provided on the base 21 generates a signal corresponding to the rotation angle coordinates of the sample table 3 and the swivel arm 4 and sends the signal to the processing device 9.
【0016】望遠鏡51は、上述の従来例で、望遠鏡5
における接眼レンズ5bの代わりに撮像素子を設けたほ
かは同一の構成を有している。すなわち、図2は望遠鏡
51を示す図であるが、この図2に示されるように、望
遠鏡51は、オートコリメータと同様の構造となってお
り、試料1の被測定面に対向して配置される鏡筒前部に
設けられた対物レンズ51a及びこの対物レンズ51a
の焦点位置であって鏡筒後部に設けられた撮像素子51
bからなる観測光学系と、対物レンズ51aを共通に
し、該対物レンズ51aと撮像素子51bとの間に設け
られたビームスプリッタ51cによって観測光学系外に
分岐して形成された光路上において撮像素子51bと光
学的に共役な位置に設けられた投影用指標51d及び投
影用光源51eからなる投影光学系とを有する。投影用
指標51dの光はビームスプリッタ51cで反射して対
物レンズ51aによって平行光にされて外部に出射さ
れ、試料面に入射する。試料1の被測定面で反射された
光は、同じ対物レンズ51aで集光され、ビームスプリ
ッタ51cを通過して投影用指標51eとは光学的に共
役な位置に配置された撮像素子51b上に焦点を結ぶ。
つまり、投影用指標51dの像が撮像素子51b上に結
像される。投影用指標51dとして、本実施例では、図
3に示されるような2重十字線を用いたが、同様の機能
を果たす他の形態のものでもよい。望遠鏡51の光軸が
試料面に垂直になったとき、投影用指標51dの像は基
準の位置、例えば、後述する光学的に調整した状態のレ
チクルの位置に結像する。以上は、オートコリメーショ
ンの原理としてよく知られているものである。The telescope 51 is the conventional example described above,
Has the same configuration except that an image sensor is provided instead of the eyepiece lens 5b. That is, FIG. 2 is a view showing the telescope 51. As shown in FIG. 2, the telescope 51 has a structure similar to that of the autocollimator, and is arranged to face the surface of the sample 1 to be measured. Objective lens 51a provided at the front of the lens barrel and the objective lens 51a
Image pickup device 51 provided at the focal position of
b, and the objective lens 51a is made common, and the image pickup device is formed on an optical path branched out of the observation optical system by a beam splitter 51c provided between the objective lens 51a and the image pickup device 51b. The projection optical system includes a projection index 51d and a projection light source 51e provided at a position optically conjugate with the projection index 51b. The light of the projection index 51d is reflected by the beam splitter 51c, converted into parallel light by the objective lens 51a, emitted outside, and incident on the sample surface. The light reflected by the measured surface of the sample 1 is condensed by the same objective lens 51a, passes through the beam splitter 51c, and enters the image pickup device 51b arranged at a position optically conjugate with the projection target 51e. Focus.
That is, the image of the projection target 51d is formed on the image sensor 51b. In this embodiment, a double crosshair as shown in FIG. 3 is used as the projection index 51d, but another form that performs the same function may be used. When the optical axis of the telescope 51 is perpendicular to the sample surface, the image of the projection target 51d forms an image at a reference position, for example, a position of an optically adjusted reticle to be described later. The above is well known as the principle of autocollimation.
【0017】撮像素子51bは、例えば、2次元CCD
のように、多数の光検出素子を平面上に配列してそれぞ
れを画素としたもので、処理装置9によって制御され、
対物レンズ51aによって結像された光の像を電気的信
号に変換し、処理装置9に送出する。The image sensor 51b is, for example, a two-dimensional CCD.
As described above, a large number of photodetectors are arranged on a plane and each is a pixel, and is controlled by the processing device 9,
The light image formed by the objective lens 51a is converted into an electric signal and transmitted to the processing device 9.
【0018】処理装置9は、マイクロプロセッサその他
の情報処理用回路等の必要な回路を内蔵し、表示用のデ
ィスプレイ9aを有するもので、所定の指令によりあら
かじめ記憶されている所定のプログラムにしたがってロ
ータリーエンコーダ21a、撮像素子51b及びレチク
ルジェネレータ10を制御するとともにこれらから送出
される角度信号や画像信号その他の信号の処理、必要な
演算、もしくは表示を行う処理を実行するものである。
なお、処理装置9の具体的機能については、本実施例の
装置を用いて測定を実施する手順とともに後述する。The processing device 9 includes necessary circuits such as a microprocessor and other information processing circuits and has a display 9a for display. The processing device 9 is operated in accordance with a predetermined program stored in advance by a predetermined command. It controls the encoder 21a, the imaging element 51b, and the reticle generator 10 and executes processing of an angle signal, an image signal, and other signals sent from the encoder 21a, necessary calculation, or processing for performing display.
The specific function of the processing device 9 will be described later together with the procedure for performing the measurement using the device of the present embodiment.
【0019】レチクルジェネレータ10は、図4に示さ
れるように、撮像素子51bによって形成される画像が
表示される画面上に、上述の従来例における基準指標5
fと同様の機能を果たす基準指標たる垂直レチクル51
fv及び水平レチクル51fhを表示する画像信号を発生す
るものである。これらレチクル51fv及び51fhは、上
下左右に調整できるようになっているが、光学系の調整
(アライメント)を行った後は固定する。投影用指標5
1dの像が撮像素子によって取り込まれると、図5に示
されるように、画面上には両者が合成された画像が表示
される。そして、望遠鏡51の光軸が試料面に垂直にな
った場合には、図6に示されるように、垂直レチクル5
1fv及び水平レチクル51fhが投影用指標51dの2重
線の中央に位置することになり、このときの望遠鏡51
の角度座標がそのまま試料面の方位を示すことになる。As shown in FIG. 4, the reticle generator 10 displays the reference index 5 of the above-described conventional example on a screen on which an image formed by the image sensor 51b is displayed.
Vertical reticle 51 as a reference index that performs the same function as f
fv and an image signal for displaying the horizontal reticle 51fh. These reticles 51fv and 51fh can be adjusted up, down, left and right, but are fixed after the adjustment (alignment) of the optical system. Projection index 5
When the image of 1d is captured by the image sensor, an image in which both images are combined is displayed on the screen as shown in FIG. Then, when the optical axis of the telescope 51 is perpendicular to the sample surface, as shown in FIG.
1fv and the horizontal reticle 51fh are located at the center of the double line of the projection index 51d.
Of the sample surface indicates the orientation of the sample surface as it is.
【0020】なお、測定者(オペレータ)がロータリー
エンコーダ21aからの出力(角度情報)をリアルタイ
ムで観察できれば、オペレーション作業の能率が向上す
るので、必要に応じて、ロータリーエンコーダと画像処
理・演算装置との間に角度表示器を設置するようにして
もよい。If the measurer (operator) can observe the output (angle information) from the rotary encoder 21a in real time, the efficiency of the operation work is improved. Therefore, if necessary, the rotary encoder and the image processing / computing device can be used. An angle indicator may be provided between the two.
【0021】さらに、通常の画像処理装置のディスプレ
イ装置では、処理時に画像表示が固定されてしまうので
処理時における撮像素子による像をリアルタイムで観察
できなくなる。それゆえ、処理時においても撮像素子に
よる像をリアルタイムで観察できるようにしてオペレー
ション作業が行いやすくするために、画像観察用モニタ
をレチクルジェネレータ21aと処理装置9との間に設
置することが好ましい。また、上述の処理装置9は、画
像処理装置とパーソナルコンピュータ、あるいは、画像
処理装置とパーソナルコンピュータとモニタという構成
にも置き換えられる。Further, in a display device of a normal image processing apparatus, the image display is fixed at the time of processing, so that it is impossible to observe an image by the image pickup device at the time of processing in real time. Therefore, it is preferable that an image observation monitor is provided between the reticle generator 21a and the processing device 9 so that an image obtained by the image sensor can be observed in real time even during processing so that the operation work can be easily performed. Further, the processing device 9 described above can be replaced with a configuration including an image processing device and a personal computer, or a configuration including an image processing device, a personal computer, and a monitor.
【0022】さて、上述の実施例の装置を用い、試料と
してのプリズムを用いてこのプリズムの頂角を構成する
2つの面の方位を測定してプリズムの頂角を求める場合
の例を説明する。図7及び図8は本実施例の装置を用い
てプリズムの頂角を測定する方法の説明図である。図7
及び図8において、プリズム1の頂角をΦとし、この頂
角を構成する2つの面をA,Bとする。図7に示される
方法は、試料台3を固定しておいて望遠鏡51を回転操
作することによって望遠鏡51を面A,Bに向け、これ
らの面方位を測定する。これに対して、図8に示される
例は望遠鏡51を固定しておいて試料台3を回転させる
ことにより面A,Bを望遠鏡51に向け、これらの面方
位を測定するものである。これらいずれの方法によって
も頂角を測定することができるが、以下では、図7に示
される方法で測定する例を説明する。Now, an example will be described in which the apparatus of the above-described embodiment is used to measure the azimuth of two surfaces forming the apex angle of the prism using the prism as a sample to obtain the apex angle of the prism. . 7 and 8 are explanatory diagrams of a method for measuring the apex angle of the prism using the apparatus of the present embodiment. FIG.
8 and FIG. 8, the vertex angle of the prism 1 is Φ, and two surfaces forming the vertex angle are A and B. In the method shown in FIG. 7, the telescope 51 is turned to the planes A and B by rotating the telescope 51 while the sample table 3 is fixed, and these plane directions are measured. On the other hand, in the example shown in FIG. 8, the surfaces A and B are directed to the telescope 51 by rotating the sample table 3 while the telescope 51 is fixed, and the plane directions are measured. The apex angle can be measured by any of these methods. Hereinafter, an example in which the apex angle is measured by the method shown in FIG. 7 will be described.
【0023】プリズム1の頂角Фは、面Aの方位a(ベ
クトル)及び面Bの方位b(ベクトル)に対して、Φ=
π−|a−b|を満たす関係にある。ここで、面Aの方
位a及び面Bの方位bは、それぞれの面に対する法線の
方向を表す法線ベクトルと同義である。なお、ベクトル
の大きさは1(単位ベクトル)とする。このベクトルの
測定は、望遠鏡51をオートコリメータとして用いて測
定する。この場合、図9に示されるように、望遠鏡51
によって、面A,B(以下、試料面という)の方位を表
すパラメータである極座標表示の角度Θ,ψを測定す
る。ここで、スウィーベルアーム4の回転角度がΘ(ロ
ータリーエンコーダ21aの検出値)、スウィーベルア
ーム4の回転方向を含む面に垂直な方向の角度がψであ
る。座標軸の原点は、スウィーベルアーム4の回転中心
軸と試料台3の試料載置面との交点である。試料面の向
きの調整は、Θ方向には,スウィーベルアームを動かす
ことで,ψ方向には試料台3を傾斜させることで行う。The apex angle の of the prism 1 is given by Φ = φ with respect to the direction a (vector) of the surface A and the direction b (vector) of the surface B.
There is a relationship that satisfies π− | ab |. Here, the azimuth a of the surface A and the azimuth b of the surface B are synonymous with a normal vector representing the direction of the normal to each surface. Note that the magnitude of the vector is 1 (unit vector). The vector is measured using the telescope 51 as an autocollimator. In this case, as shown in FIG.
Thus, angles Θ and の in polar coordinates, which are parameters representing the directions of the planes A and B (hereinafter, referred to as sample planes), are measured. Here, the rotation angle of the swivel arm 4 is Θ (detected value of the rotary encoder 21a), and the angle in the direction perpendicular to the plane including the rotation direction of the swivel arm 4 is ψ. The origin of the coordinate axes is the intersection between the rotation center axis of the swivel arm 4 and the sample mounting surface of the sample table 3. The direction of the sample surface is adjusted by moving the swivel arm in the direction Θ and by tilting the sample stage 3 in the direction ψ.
【0024】望遠鏡51の光軸と試料面方位とが大略垂
直になるように設定すると、ディスプレイ9aには図1
0に示されるような表示がなされる。図10において、
いま、水平方向の破線αで示す1ライン分(1画素の
幅)の画像の輝度分布を考えると、図11に示されるよ
うになる。図11の横軸は水平方向の距離、縦軸は輝度
レベルである。撮像素子51b上に形成される像の各構
成要素の位置はその構成要素を検出する特定の画素に対
応している。よって、像の構成要素の位置は、原理的に
は撮像素子51bを構成する画素のうち、例えば、左か
ら何番目にあたるかということから求められる。実際に
は、画像処理に所定の処理を付加することにより求めら
れる。When the optical axis of the telescope 51 is set so as to be substantially perpendicular to the sample plane orientation, the display 9a is displayed as shown in FIG.
The display as shown in FIG. In FIG.
Now, considering the luminance distribution of an image for one line (width of one pixel) indicated by a horizontal broken line α, the result is as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 11 is the horizontal distance, and the vertical axis is the luminance level. The position of each component of the image formed on the imaging element 51b corresponds to a specific pixel for detecting the component. Therefore, in principle, the position of the component of the image is obtained from, for example, the position from the left of the pixels constituting the image sensor 51b. Actually, it is obtained by adding a predetermined process to the image processing.
【0025】図11において、投影用指標51dの2重
線とレチクル51fvの位置が求まれば、2重線の中央と
レチクルの中心との距離dを求めることができる。すな
わち、2重線の位置をそれぞれx1 ,x2 、レチクル5
1fvの位置をx3 とすると、距離dは次の(1) 式で表わ
される。In FIG. 11, if the position of the double line of the projection index 51d and the position of the reticle 51fv are obtained, the distance d between the center of the double line and the center of the reticle can be obtained. That is, the positions of the double lines are x 1 and x 2 , respectively, and the reticle 5
When the position of 1fv and x 3, the distance d is expressed by the following equation (1).
【0026】d=x3 −(x1 +x2 )/2……(1) ここで、x1 ,x2 ,x3 を求めるには、レチクル51
fvと投影用指標51dとを区別する必要があるととも
に、これらには幅があるので、その幅の中心位置を求め
る必要がある。以下、その方法を説明する。D = x 3- (x 1 + x 2 ) / 2 (1) Here, to obtain x 1 , x 2 , x 3 , the reticle 51
It is necessary to distinguish fv from the projection index 51d, and since these have a width, it is necessary to find the center position of the width. Hereinafter, the method will be described.
【0027】まず、レチクル51fvと投影用指標51d
とを区別するには、いくつかの方法が考えられる。例え
ば、(a) 線種を変える、(b) 線の太さを変える、(c) 線
の色を変える、(d) 光学的な性質を利用する、(e) レチ
クルの長さを調節してレチクルと指標像との長さの差か
ら判断する、等の方法が考えられる。ここで、(a) 〜
(c) 、(e) の方法は自明であるので説明を省略し、以下
に(d) の方法を若干説明する。First, a reticle 51fv and a projection index 51d
There are several ways to distinguish between For example, (a) change line type, (b) change line thickness, (c) change line color, (d) use optical properties, (e) adjust reticle length. For example, a method of judging from a difference in length between the reticle and the index image can be considered. Where (a) ~
Since the methods (c) and (e) are self-evident, the description will be omitted, and the method (d) will be described below.
【0028】画像処理において像の濃度を表す場合、一
般に8ビット長のデータを用いる。これを濃度(像の明
るさ)に対応させると128階調(128段階)に区別
することができる(勿論8ビットデータにこだわる必要
はなく、本案の主旨が実現できれば何ビットでもかまわ
ない)。ここで、撮像素子51bに投影される投影用視
標51dの像は、光学系を通過しているために厳密な矩
形状のパターンとはならない。すなわち、光学系の結像
特性により、多少裾が広がった釣り鐘状の輝度分布をも
つことになる。他方、レチクルの場合は電気的に像を形
成しているために完全な矩形状のパターンを作成できる
(もちろん電気的には任意のパターンが作成可能であ
り、指標像と区別できるパターンであればどのようなも
のでもかまわない)。この形状の差から両者を区別でき
る。すなわち、図12に示されるように、いま、1つの
ピークに注目し、その山の中で最も輝度が高いレベルを
100%とする。これを基準にして、90%,80%…
というように適当な間隔で輝度レベル(スライスレベ
ル、2値化レベルともいう)を設ける。このレベルの山
の幅をそれぞれ求めると、釣り鐘状のパターンを示して
いる場合には,レベルを低くするに従って幅が広くな
る。一方、図13に示されるように、電気的に作成した
レチクルの場合は、レベルを変化させても幅は変化しな
い。このようにして、撮像素子51bによる像が投影視
標51dであるかレチクル51fvであるかを区別する。When representing the density of an image in image processing, data of 8-bit length is generally used. If this is made to correspond to the density (brightness of the image), it can be distinguished into 128 gradations (128 steps) (of course, there is no need to stick to 8-bit data, and any number of bits can be used if the gist of the present invention can be realized). Here, the image of the projection target 51d projected on the image sensor 51b does not form a strict rectangular pattern because it passes through the optical system. That is, due to the imaging characteristics of the optical system, a bell-shaped luminance distribution with a slightly wider tail is obtained. On the other hand, in the case of a reticle, a completely rectangular pattern can be created because an image is formed electrically (of course, any pattern can be created electrically and any pattern that can be distinguished from the index image). Anything is fine). Both can be distinguished from this difference in shape. That is, as shown in FIG. 12, one peak is focused on, and the level with the highest luminance in the peak is set to 100%. 90%, 80%…
Thus, luminance levels (also called slice levels and binarization levels) are provided at appropriate intervals. When the widths of the peaks at this level are obtained, when a bell-shaped pattern is shown, the width becomes wider as the level is lowered. On the other hand, as shown in FIG. 13, in the case of an electrically created reticle, the width does not change even if the level is changed. In this way, it is determined whether the image obtained by the imaging element 51b is the projection target 51d or the reticle 51fv.
【0029】また、レチクル51fvと投影用指標51d
の像の中央位置は、次のようにして求める。図14に示
されるように、例えば、適当なスライスレベルでの幅L
2 を求め,その中点を像の中央と定める。次に、撮像素
子51bの受像領域の端から数えて最初にスライスレベ
ルを越える画素までの距離L1 を計測する。そうする
と、ピークの中央位置LC は、次の(2) 式で求められ
る。A reticle 51fv and a projection index 51d
The center position of the image is determined as follows. As shown in FIG. 14, for example, the width L at an appropriate slice level
2 is determined, and the midpoint is determined as the center of the image. Next, to measure the distance L 1 of the first to the pixel exceeding the slice level counted from the end of the image receiving region of the imaging device 51b. Then, the center position L C of the peak is obtained by the following equation (2).
【0030】LC =L1 +L2 /2……(2) ところで、撮像素子51bの画素を構成する個々の光検
出素子は有限の大きさを持っている。そのため、その画
素よりも小さい距離を測定することは原理的に難しい。
従って、測定値はプラスマイナス1画素分の誤差が含ま
れることになる。これを量子化誤差という。この量子化
誤差を軽減するためには、異なる条件で複数のL1 ,L
2 を求め、それらの平均をとる。例えば、(a) 図14に
おいて複数のスライスレベルで中央を決めたり、あるい
は、(b) 図10のライン(α、β)に相当するラインを
複数設定してデータをとることによっても計測精度は高
くできる。無論、全面のデータを使ってもかまわない。
また、(c) 望遠鏡51の位置を少し動かすか、あるい
は、(d) 撮像素子51bを光軸に対して垂直に動かして
レチクルと投影用指標像との相対的な位置を変化させる
事でもできる。さらに、 (e) 撮像素子51bを光軸に
対し平行に動かしてやや焦点ボケの状態を作り同様の操
作を行う、こと等によっても計測精度を向上させること
ができる。さらに、これらを任意に組み合わせたり、全
てを組み合わせたりしてもよい。さらには、以上の方法
とは別に、図10のラインαに相当するライン上のデー
タを元にして平滑化微分法を用いてピークを求める方法
もある。[0030] L C = L 1 + L 2 /2 ...... (2) By the way, each of the light detection element constituting the pixels of the image pickup device 51b has a finite size. Therefore, it is theoretically difficult to measure a distance smaller than the pixel.
Therefore, the measured value includes an error of plus or minus one pixel. This is called a quantization error. To reduce this quantization error, a plurality of L 1 , L
Find 2 and take their average. For example, (a) determining the center at a plurality of slice levels in FIG. 14 or (b) setting a plurality of lines corresponding to the lines (α, β) in FIG. Can be higher. Of course, you can use the entire data.
Alternatively, (c) slightly moving the position of the telescope 51, or (d) moving the image sensor 51b perpendicular to the optical axis to change the relative position between the reticle and the projection target image. . Further, (e) the imaging element 51b is moved in parallel to the optical axis to create a slightly out-of-focus state and perform the same operation to improve the measurement accuracy. Further, these may be arbitrarily combined or all may be combined. Further, apart from the above method, there is also a method of obtaining a peak using a smoothing differential method based on data on a line corresponding to the line α in FIG.
【0031】次に、このようにして求めた距離dを望遠
鏡51の回転角度に換算する。この換算は、求めるべき
望遠鏡51の回転角度をΘx 、対物レンズの焦点距離を
fとすると、次の(3) 式によって求められる。Next, the distance d thus obtained is converted into the rotation angle of the telescope 51. This conversion is obtained by the following equation (3), where Δx is the rotation angle of the telescope 51 to be obtained and f is the focal length of the objective lens.
【0032】tanΘx =d/f……(3) なお、距離dの精度は、撮像素子51bを構成する1画
素の大きさの精度に依存する。ところが、場合によって
は、画素の大きさ、またはレンズの焦点距離が正確に得
られない場合、またはそのほかの理由でΘx とdとの関
係が理論上求められないことも考えられる。このような
場合には、実際に校正実験を行ってその結果からΘx と
dとの関係を決定する。TanΘx = d / f (3) The precision of the distance d depends on the precision of the size of one pixel constituting the image sensor 51b. However, in some cases, it is conceivable that the relationship between の x and d cannot be theoretically obtained when the size of the pixel or the focal length of the lens cannot be obtained accurately or for other reasons. In such a case, a calibration experiment is actually performed, and the relationship between Δx and d is determined based on the results.
【0033】また、望遠鏡51の現在位置を表す角度を
Θn とすると、このθn と前に求めたθx とを用いてレ
チクル上に投影用指標像が合致したときの望遠鏡51の
位置を求めることができる。すなわち、このときの角度
をθL とすると、ΘL は、上記Θn とΘx とから、次の
(4) 式によって求められる。If the angle representing the current position of the telescope 51 is Θn, it is possible to determine the position of the telescope 51 when the projection index image matches on the reticle using θn and θx obtained previously. it can. That is, assuming that the angle at this time is θL, ΘL is given by the following equation from Θn and Θx.
It is obtained by equation (4).
【0034】ΘL =Θn +Θx ……(4) 同様にして、ψ座標(画面上のy方向)Θy についても
求めることができる。ΘL = Θn + Θx (4) Similarly, ψcoordinates (y direction on the screen) Θy can be obtained.
【0035】以上で求めたΘL 、Θy は、試料面の法線
ベクトルの方向を極座標で表わしたときの角度パラメー
ターに対応している。そこで、改めてΘL 、Θy をθ、
ψとそれぞれ定義し、試料面の方位とする。そうする
と、面Aの法線ベクトルaの直交座標系のベクトル成分
(a1 ,a2 ,a3 )は、 a1 =sinθa ・cosψa a2 =sinθa ・sinψa a3 =cosθa と表される。ΘL and Θy obtained above correspond to the angle parameters when the direction of the normal vector of the sample surface is represented by polar coordinates. Therefore, ΘL and Θy are θ and
そ れ ぞ れ is defined as the direction of the sample surface. Then, the vector component of the orthogonal coordinate system of the normal vector a surface A (a 1, a 2, a 3) is expressed as a 1 = sinθa · cosψa a 2 = sinθa · sinψa a 3 = cosθa.
【0036】次に、以上述べた操作を、プリズム1の他
方の面Bについて行い、同様にして試料面方位を求め
る。出射面Bの法線ベクトルbの直交座標系のベクトル
成分(b1 ,b2 ,b3 )は、 b1 =sinθb ・cosψb b2 =sinθb ・sinψb b3 =cosθb と表される。Next, the above-described operation is performed on the other surface B of the prism 1, and the sample plane orientation is similarly obtained. The vector components (b 1 , b 2 , b 3 ) of the normal vector b of the exit surface B in the orthogonal coordinate system are expressed as b 1 = sin θb · cosψb b 2 = sin θb · sinψb b 3 = cos θb.
【0037】これらベクトルa,bのなす角度をφとす
ると、φはベクトルの内積の公式を用いて、次の(5) 式
から求めることができる。Assuming that the angle between these vectors a and b is φ, φ can be obtained from the following equation (5) using the formula of the inner product of the vectors.
【0038】 φ=cos-1{(a1 b1 +a2 b2 +a3 b3 )/ (a1 2 +a2 2 +a3 2 )1/2 (b1 2 +b2 2 +b2 2 )1/2 }…(5) ただし、0≦φ≦πである。[0038] φ = cos -1 {(a 1 b 1 + a 2 b 2 + a 3 b 3) / (a 1 2 + a 2 2 + a 3 2) 1/2 (b 1 2 + b 2 2 + b 2 2) 1 / 2 } (5) where 0 ≦ φ ≦ π.
【0039】こうしてφを求めると、プリズム1の頂角
Φは、次の(6) 式から求められる。 Φ=π−φ……(6) (変形例)なお、上述の一実施例では、望遠鏡51に設
けた撮像素子51bとして2次元撮像素子を用いた例を
掲げたが、図15及び図16に示されるように、2次元
撮像素子に加えて分解能の高い1次元撮像素子を用いて
もよい。When φ is obtained in this manner, the vertex angle Φ of the prism 1 can be obtained from the following equation (6). Φ = π−φ (6) (Modification) In the above-described embodiment, an example in which a two-dimensional image sensor is used as the image sensor 51b provided in the telescope 51 has been described. As shown in (1), a one-dimensional image sensor with high resolution may be used in addition to the two-dimensional image sensor.
【0040】図15に示される望遠鏡52は、対物レン
ズの焦点位置に2次元撮像素子52bを配置し、投影用
指標52d及び投影用光源の光路を形成するビームスプ
リッタ52cと2次元撮像素子52bとの間に第2のビ
ームスプリッタ52gを配置し、このビームスプリッタ
52gの反射光路上にリレーレンズRL1 ,RL2 を介
して1次元撮像素子52fを上記2次元撮像素子と光学
的に共役な位置に設けたものである。これにより、2次
元撮像素子52bによる像を主としてモニタリングに利
用し、計測用のデータは分解能が高く計測範囲の広い1
次元撮像素子52fによって得ることが可能になり、分
解能が高く計測範囲の広い測定が可能になる。すなわ
ち、現在市販されている2次元センサー(撮像素子)の
画素数は、一般にx、y方向共に510画素、高分解能
タイプでもせいぜい1000画素程度であるが、1次元
センサー(撮像素子)は、5000画素程度のものまで
市販されている。なお、リレーレンズRL1 、RL2 を
適当に選択(ズームレンズでもかまわない)すること
で、計測範囲をより広く、またはより細かく(分解能を
高める)する事ができる。例えば、高分解能を得ようと
する場合、測定範囲が狭くなることが考えられる。この
場合には、2次元センサーで大ざっぱな位置情報を求
め、1次元センサーの有効測定範囲に導入させるガイド
情報を出力することもできる。1次元センサーで得られ
る信号は、図10で示される場合と全く同様である。こ
こで、ライン(破線)β方向を計測するには、1次元セ
ンサーのマウント部に回転機構を設け、センサーを光軸
の回りに90度回転させるか、又は、RL1 とRL2 と
の間に、像回転用のプリズム素子を配置し、このプリズ
ム素子を回転させることによって行なう。In the telescope 52 shown in FIG. 15, a two-dimensional image pickup device 52b is arranged at a focal position of an objective lens, and a beam splitter 52c and a two-dimensional image pickup device 52b forming an optical path of a projection index 52d and a projection light source. A second beam splitter 52g is disposed between the two, and a one-dimensional image sensor 52f is provided on the reflected light path of the beam splitter 52g via relay lenses RL1 and RL2 at a position optically conjugate with the two-dimensional image sensor. It is a thing. Thus, the image obtained by the two-dimensional image sensor 52b is mainly used for monitoring, and the data for measurement has a high resolution and a wide measurement range.
This can be obtained by the two-dimensional imaging device 52f, and measurement with a high resolution and a wide measurement range can be performed. That is, the number of pixels of currently marketed two-dimensional sensors (image sensors) is generally 510 pixels in both the x and y directions, and at most about 1000 pixels even in the high-resolution type. It is commercially available up to pixels. By appropriately selecting the relay lenses RL1 and RL2 (or a zoom lens), the measurement range can be made wider or finer (resolution can be increased). For example, when trying to obtain high resolution, the measurement range may be narrowed. In this case, rough position information can be obtained by the two-dimensional sensor, and guide information to be introduced into the effective measurement range of the one-dimensional sensor can be output. The signal obtained by the one-dimensional sensor is exactly the same as that shown in FIG. Here, in order to measure the line (broken line) β direction, a rotation mechanism is provided in the mount portion of the one-dimensional sensor, and the sensor is rotated 90 degrees around the optical axis, or between the RL1 and RL2, An image is rotated by arranging a prism element for image rotation.
【0041】ところで、上記図15に示される例は、1
次元センサーが1個であるために、1回の操作で一つの
方向の角度(例えば、図10のα方向)しか計測できな
い。それ故、α、β両方向を計測しようとする場合、回
転機構を設けなければならない。これに対し、図16に
示される望遠鏡53では、1次元センサーを2個用い、
それぞれを光軸の回りに互いに直交するように配置する
ことにより、回転機構のような機械駆動部を用いずに、
図10に示す破線αとβの両方の方向を同時に計測でき
るようにしたものである。すなわち、図16において、
1次元撮像素子53f、リレーレンズRL1 及びリレー
レンズRL2 は、それぞれ図15に示される望遠鏡52
の1次元撮像素子52f、リレーレンズRL1 ,RL2
に相当するが、これら2つのリレーレンズRL1 とRL
2 との間に第3のビームスプリッタ53hを配置して1
次元撮像素子53fの光学系の光路と分岐する光路を形
成してこの光路上に第3のリレーレンズRL3 及び第2
の1次元撮像素子53iを設けたものである。Incidentally, the example shown in FIG.
Since there is one dimension sensor, only one angle (for example, the α direction in FIG. 10) can be measured by one operation. Therefore, when trying to measure both α and β directions, a rotating mechanism must be provided. In contrast, the telescope 53 shown in FIG. 16 uses two one-dimensional sensors,
By arranging each orthogonally around the optical axis, without using a mechanical drive such as a rotating mechanism,
It is possible to simultaneously measure both directions of the broken lines α and β shown in FIG. That is, in FIG.
The one-dimensional image sensor 53f, the relay lens RL1, and the relay lens RL2 are respectively provided with the telescope 52 shown in FIG.
One-dimensional image sensor 52f, relay lenses RL1, RL2
But these two relay lenses RL1 and RL
2 and a third beam splitter 53h is arranged to
An optical path branched from the optical path of the optical system of the three-dimensional image sensor 53f is formed, and the third relay lens RL3 and the second
Is provided with the one-dimensional imaging device 53i.
【0042】なお、望遠鏡52及び53において、2次
元撮像素子52b及び53bを単に像を観察(モニタ)
するためのものとして機能させる場合には、これを接眼
レンズに置き換えることも可能である。In the telescopes 52 and 53, the two-dimensional imaging devices 52b and 53b are used to simply observe (monitor) images.
In order to function as an eyepiece, this can be replaced with an eyepiece.
【0043】さらに、図17に示されるように、図1及
び図2における望遠鏡51の代わりに、この望遠鏡51
における対物レンズ51aの代わりに該対物レンズ51
aと同様の機能を果たす凹面鏡54a及び平面鏡54j
を配置した望遠鏡54を用いてもよい。Further, as shown in FIG. 17, this telescope 51 is used instead of the telescope 51 shown in FIGS.
Of the objective lens 51a in place of the objective lens 51a in
A concave mirror 54a and a plane mirror 54j that perform the same function as a.
May be used.
【0044】以上詳述した実施例によれば、試料面方位
を決定するために望遠鏡内に結像される光学像の位置計
測を撮像素子を用いて画像処理によって行なうようにし
たので、基準指標に投影用指標の像を正確に一致させる
操作をすることなく光学像の正確な位置計測が可能にな
り、正確な測定を極めて迅速に行なうことが可能になっ
た。しかも、撮像素子を用いて画像処理によって行なう
ようにしたことにより、一連の計測データを人手を介す
ことなくコンピュータ等の情報処理装置に直接自動的に
入力できるようになり、これにより、作業者のオペレー
トによる疲労を最小限に抑え、かつ、測定精度を安定化
でき、測定時間の短縮を実現することができる。According to the embodiment described in detail above, the position of an optical image formed in the telescope is determined by image processing using an image pickup device in order to determine the sample plane orientation. Thus, accurate position measurement of an optical image can be performed without performing an operation for accurately matching the image of a projection target, and accurate measurement can be performed very quickly. In addition, by performing image processing using an image sensor, a series of measurement data can be automatically input directly to an information processing device such as a computer without manual operation, thereby enabling a worker In this manner, the fatigue caused by the operation can be minimized, the measurement accuracy can be stabilized, and the measurement time can be shortened.
【0045】本実施例にかかる面方位測定装置により、
実際に屈折率測定作業を行ない従来法との比較を行った
ところ、測定時間は約20%(80%減)となった。ま
た、測定の精度は従来の方法を熟練者が細心の注意のも
とで行なった場合と同程度の結果が得られている。さら
に、測定値の繰り返し安定性は、約30%の向上が確認
された。With the plane orientation measuring apparatus according to this embodiment,
When the refractive index measurement operation was actually performed and the comparison with the conventional method was performed, the measurement time was about 20% (reduced by 80%). In addition, the accuracy of the measurement is almost the same as that obtained when a skilled person performs the method with great care. Further, the repetition stability of the measured value was confirmed to be improved by about 30%.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる面
方位測定装置は、試料の面方位を観測する望遠鏡の対物
光学系の焦点面に位置検出型の撮像素子を配置し、該撮
像素子によって得られる光学像に処理装置による画像処
理を含む処理を施すことによって該光学像の位置を求
め、この位置と基準指標発生装置によって形成される基
準指標の位置並びに角度測定装置による角度測定値とか
ら各面の方位を求めるようにしたものである。これによ
り、従来のように、投影用指標像を基準指標に正確に合
わせるために望遠鏡を正確に回転調整する必要をなく
し、迅速な測定を可能とし、かつ、測定者の熟練度や疲
労度等に依存せずに常に一定の精度を得られるようにし
たものである。As described in detail above, the plane direction measuring apparatus according to the present invention has a position detecting type image pickup device arranged on the focal plane of the objective optical system of the telescope for observing the plane direction of the sample, and the image pickup apparatus is provided with the position detection type image pickup element. The position of the optical image is obtained by performing processing including image processing by the processing device on the optical image obtained by the element, and the position of the optical image and the position of the reference index formed by the reference index generation device and the angle measurement value by the angle measurement device Thus, the orientation of each surface is obtained from This eliminates the need to accurately adjust the rotation of the telescope to accurately align the projection target image with the reference target, as in the past, enables quick measurement, and improves the skill and fatigue of the measurer. Thus, a constant accuracy can be always obtained without depending on.
【図1】本発明の一実施例にかかる面方位測定装置の構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a plane orientation measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図2】望遠鏡51の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a telescope 51.
【図3】投影用指標51dの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a projection index 51d.
【図4】レチクル像の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a reticle image.
【図5】投影用指標像及びレチクル像の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a projection target image and a reticle image.
【図6】投影用指標像及びレチクル像の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a projection target image and a reticle image.
【図7】プリズムの頂角測定法の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of measuring a vertex angle of a prism.
【図8】プリズムの頂角測定法の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a method of measuring a vertex angle of a prism.
【図9】プリズム面A,Bの方位を表すパラメータの説
明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of parameters representing the directions of the prism surfaces A and B.
【図10】望遠鏡51をプリズム面に向けたときのディ
スプレイ9aの表示画像の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a display image on a display 9a when the telescope 51 is turned to a prism surface.
【図11】図10における水平方向の破線αで示す1ラ
イン分の画像の輝度分布を示す図である。11 is a diagram illustrating a luminance distribution of an image for one line indicated by a horizontal broken line α in FIG. 10;
【図12】光学像の幅の中心位置を求める方法の説明図
である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a method for obtaining a center position of a width of an optical image.
【図13】レチクルの幅の中心位置を求める方法の説明
図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a method for obtaining a center position of a reticle width.
【図14】光学像の中央位置を求める方法の説明図であ
る。FIG. 14 is an explanatory diagram of a method for obtaining a center position of an optical image.
【図15】望遠鏡の変形例の構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a modification of the telescope.
【図16】望遠鏡の変形例の構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a modification of the telescope.
【図17】望遠鏡の変形例の構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a modification of the telescope.
【図18】従来の面方位測定装置の構成を示す図であ
る。FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a conventional plane orientation measuring device.
【符号の説明】 1…プリズム、2…基台、3…試料台、4…スウィーベ
ルアーム、5,51,52,53,54…望遠鏡、9…
処理装置、10…レチクルジェネレータ、5a,51
a,52a,53a…対物レンズ、51b,52b,5
3b,52f,53f,53i…撮像素子、5c,51
c,52c,52g,53c,53h,53g……ビー
ムスプリッタ、5d,51d,52d,53d…投影用
指標、5e,51e,52e,53e…投影用光源、R
L1 ,RL2 ,RL3 …リレーレンズ。[Description of Signs] 1 ... Prism, 2 ... Base, 3 ... Sample stand, 4 ... Swivel arm, 5,51,52,53,54 ... Telescope, 9 ...
Processing device, 10 ... reticle generator, 5a, 51
a, 52a, 53a ... objective lens, 51b, 52b, 5
3b, 52f, 53f, 53i: Image sensor, 5c, 51
c, 52c, 52g, 53c, 53h, 53g... beam splitter, 5d, 51d, 52d, 53d... projection index, 5e, 51e, 52e, 53e.
L1, RL2, RL3 ... Relay lens.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G02B 27/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 G02B 27/30
Claims (6)
面方位測定装置において、 前記試料を載置するための試料台と、 前記試料台上に載置された試料の周りに前記試料に対し
て相対的に回転自在に設けられた望遠鏡であって、該望
遠鏡の対物光学系の焦点面と光学的に共役な面に配置さ
れた撮影用指標と、この撮影用指標を照明して得られる
投影光を前記対物光学系を通して外部に出射させる投影
用光源と、前記対物光学系を通して入射した光によって
その焦点面に結像される光学像を検出する位置検出型の
撮像素子とを備えた望遠鏡と、 前記試料台上に載置された試料に対する前記望遠鏡の相
対的な回転角度に対応する電気的信号を発生する角度測
定装置と、 前記撮像素子によって形成される画像に前記被測定面に
対して前記望遠鏡の向きが所定の向きにある時の投影用
指標像の位置を示す基準指標の画像を重ねて形成する画
像信号を発生する基準指標発生装置と、 前記撮像素子、角度測定装置及び基準指標発生装置を制
御するとともに、これらから送出される画像信号を含む
信号を処理する処理装置とを有し、 前記処理装置は、前記望遠鏡を前記試料台に載置された
被測定試料の被測定面に向けたときに前記撮像素子によ
って形成される投影用指標像の位置と前記基準指標像の
位置とのずれに対応する信号を求め、この求めた信号と
前記角度測定装置から発生される回転角度に対応する電
気的信号とから被測定面の方位を求める処理を行う機能
を備えたものであることを特徴とする面方位測定装置。1. A plane direction measuring apparatus for measuring a plane direction of a surface to be measured of a sample, comprising: a sample stage on which the sample is mounted; and a sample stage around the sample stage mounted on the sample stage. A telescope provided rotatably relative to the sample, a photographing index disposed on a plane optically conjugate with a focal plane of an objective optical system of the telescope, and an illumination of the photographing index. A projection light source for projecting the projection light obtained through the objective optical system to the outside, and a position detection type image sensor for detecting an optical image formed on a focal plane by light incident through the objective optical system. A telescope provided with: an angle measuring device that generates an electric signal corresponding to a relative rotation angle of the telescope with respect to a sample placed on the sample stage; and an object to be measured on an image formed by the imaging device. Of the telescope against the plane A reference index generator that generates an image signal that is formed by superimposing a reference index image indicating the position of the projection index image when the orientation is in a predetermined direction, and the image sensor, the angle measurement device, and the reference index generator. And a processing device for processing a signal including an image signal transmitted from the control device, wherein the processing device directs the telescope toward the surface to be measured of the sample to be measured placed on the sample stage. Sometimes the position of the projection target image formed by the imaging device and the position of the reference target image
A signal corresponding to the deviation from the position is obtained, and the obtained signal is
The electric power corresponding to the rotation angle generated from the angle measuring device
A plane azimuth measuring apparatus having a function of performing a process of obtaining an azimuth of a measured surface from an air signal .
て、 前記撮像素子は、前記対物光学系の焦点面に配置された
2次元撮像素子と、前記焦点面と光学的に共役な位置に
配置された1次元撮像素子とからなることを特徴とした
面方位測定装置。2. The plane orientation measuring apparatus according to claim 1, wherein the image sensor is located at a position optically conjugate with the two-dimensional image sensor arranged on a focal plane of the objective optical system. A plane direction measurement device, comprising: a one-dimensional imaging device arranged.
方位測定方法において、 前記試料を試料台上に載置して、 対物光学系と、該対物光学系の焦点面と光学的に共役な
面に配置された指標と、前記対物光学系を通して入射し
た光によってその焦点面に結像される光学像を検出する
位置検出型の撮像素子とを用い、前記試料に対して前記
対物光学系を相対的に回転して、該焦点面に前記指標の
像を、前記像を構成する光が該指標から前記対物光学系
を通り、前記被測定面により反射され、再び前記対物光
学系を通って前記焦点面に入射するようにして結像さ
せ、 前記試料に対する前記対物光学系の相対的な回転角度に
対応する電気的信号を発生させ、 前記対物光学系を前記試料台に載置された被測定試料の
被測定面に向けた時に前記撮像素子によって形成される
指標像の位置と前記被測定面に対し前記対物光学系が所
定の向きにある時に前記撮像素子によって形成される基
準指標像の位置とのずれに対応する信号を求め、この求
めた信号と前記角度測定装置から発生される回転角度に
対応する電気的信号とから前記被測定面の面方位を求め
ることを特徴とする面方位測定方法。 3. A plane orientation measuring method for measuring an orientation of a surface to be measured of a sample to be measured, wherein the sample is placed on a sample stage, and an objective optical system; An index disposed on a plane conjugate to the target, and a position detection type imaging element that detects an optical image formed on the focal plane by light incident through the objective optical system, and the objective is placed on the sample. By rotating the optical system relatively, the image of the target on the focal plane, the light constituting the image passes from the target through the objective optical system, is reflected by the surface to be measured, and again the objective optical system Passing through the focal plane to form an image, generating an electrical signal corresponding to a relative rotation angle of the objective optical system with respect to the sample, and mounting the objective optical system on the sample stage When the imaging element is turned toward the surface to be measured of the sample to be measured, The objective optical system is located with respect to the position of the index image formed by the element and the surface to be measured.
The base formed by the image sensor when in a certain orientation
A signal corresponding to the deviation from the position of the quasi-index image is obtained, and this
Signal and the rotation angle generated by the angle measuring device.
The plane orientation of the surface to be measured is determined from the corresponding electrical signal.
A plane orientation measuring method characterized in that:
度を測定し、前記角度が所定の範囲にあるかどうか検査
する光学部品の検査方法において、 請求項3に記載された面方位測定方法により前記第一の
面と第二の面の面方位を求め、 前記第一の面と第二の面方位より第一の面と第二の面が
交わる角度を求め、前記角度が所定の範囲にある光学部
品を製品とすることを特徴とする光学部品の検査方法。4. An optical component inspection method for measuring an angle at which a first surface and a second surface of an optical component intersect with each other and inspecting whether the angle is within a predetermined range. The plane orientation of the first plane and the second plane is obtained by a plane orientation measurement method, and the angle at which the first plane and the second plane intersect is obtained from the first plane and the second plane orientation, and the angle is obtained. A method for inspecting an optical component, wherein an optical component within a predetermined range is used as a product.
がプリズムの頂角であることを特徴とする請求項4に記
載の光学部品の検査方法。5. The method according to claim 4, wherein the optical component is a prism, and the angle is a vertex angle of the prism.
角度が多面体ミラーの各面をなす角度であることを特徴
とする請求項4に記載の光学部品の検査方法。6. The method according to claim 4, wherein the optical component is a polyhedral mirror, and the angle is an angle forming each surface of the polyhedral mirror.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31990292A JP3236090B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Plane azimuth measuring device, plane azimuth measuring method, and optical component inspection method |
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---|---|---|---|
JP31990292A JP3236090B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Plane azimuth measuring device, plane azimuth measuring method, and optical component inspection method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06167325A JPH06167325A (en) | 1994-06-14 |
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