JPH08178623A - 光学測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、測定対象物のエッジで形成される
位置または長さ測定と、高さ測定を１回の走査で簡単か
つ迅速に行う光学測定装置を提供する。 【構成】ステージ１に載置された測定対象物３に対する
透過光の変化からエッジ信号Ｉをエッジ検出部３０で検
出するとともに、測定対象物３の測定点５と対物レンズ
２との相対距離を一定に保つのに要する合焦信号Ｊを合
焦検出部３１で検出し、この合焦検出部３１での合焦信
号Ｊよりオートフォーカス系により測定対象物３の測定
点５と対物レンズ２との相対距離を一定に保ち、エッジ
検出部３０より検出されたエッジ信号Ｉの立ち下がりで
エッジ検出部３０をオフ、合焦検出部３１をオン、合焦
信号Ｊにより合焦検出部３１をオフ、エッジ検出部３０
をオンに制御し、この制御で有効とされた合焦信号Ｊよ
り測定対象物３の光軸方向の高さを、エッジ信号Ｉによ
りエッジで形成される位置または長さを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡に用いるの
に好適な拡大光学系、オートフォーカス系およびエッジ
検出器を備え、測定対象物のエッジで形成される形状と
その光軸方向の高さの座標値などを自動的に取り込み測
定を行う光学測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学測定装置として、測定顕微鏡
のように測定対象物をステージ上に載置し、測定対象物
のエッジなどの測定点を拡大光学系を介して接眼レンズ
や撮像装置により拡大観察しながらステージを移動さ
せ、その移動量から測定対象物の形状を測定するものが
普及している。

【０００３】このような光学測定装置では、測定点を測
定対象物のエッジなどに合わせる作業を人間が行うよう
にすると、作業者による個人誤差や測定時間などの相違
により差が生じ、また、かかる測定に膨大な時間と手間
を要するという不都合があった。

【０００４】そこで、このような不都合を回避するた
め、測定点がエッジに合ったときにエッジ信号を出力す
るエッジ検出器が開発されている。このエッジ検出器
は、測定対象物に光を当て、その反射光または透過光の
変化から、測定対象物のエッジが測定点を通過するのを
判定し、エッジ信号を出力するようにしたもので、測定
の際にエッジ検出装置からエッジ信号が出力されたとき
にステージ座標を読み取るようにしている。また、さら
にオートフォーカス系を備えることで、測定対象物の測
定点に焦点を合わせ、このときの拡大光学系の移動量か
ら測定点の高さも求めることができるようにしている。

【０００５】このようにして、光学測定装置にエッジ検
出器やオートフォーカス系を備えることにより、エッジ
で形成される形状や高さの測定を、個人誤差を少なく、
効率的に行うことができる。

【０００６】図７は、従来の光学測定装置の一例を示す
ものである。図において、１はステージで、このステー
ジ１上には、測定対象物３が載置され、この測定対象物
３は、透過光源４によって照明されている。

【０００７】そして、測定対象物３の測定点５を透過し
た照明光は、対物レンズ２により平行光束となり、集光
レンズ８によって集光される。この集光レンズ８上側の
焦点の位置にピンホール９が配置されており、このピン
ホール９を透過した光が受光素子１０により受光され
る。受光素子１０は、ピンホール９を透過した光の強度
に比例した電気信号を出力し、この電気信号をエッジ検
出部３０に与える。

【０００８】エッジ検出部３０では、受光素子１０から
の電気信号を増幅し、所定値Ｖｔｈをしきい値としてパ
ルス信号に変換しエッジ信号Ｉを生成する。一方、ステ
ージ１は、ホストコンピュータ４０の指示によりステー
ジ駆動回路３４を介してステージモータ２０を駆動する
ことで、対物レンズ２の光軸と垂直な方向に移動され、
このステージ１の移動量は、ステージスケール２１から
出力される電気信号をもとにステージ移動量カウンタ３
５で計数することで得られるようになる。そして、この
ステージ移動量カウンタ３５は、エッジ信号Ｉの立ち上
がりまたは立ち下がりのタイミングで、その時のステー
ジ移動量をホストコンピュータ４０に出力するようにな
る。また、対物レンズ２は、Ｚ軸駆動回路３２を介して
Ｚ軸モータ１８を駆動することで、その光軸方向に移動
可能にしている。

【０００９】これにより、ステージ１と対物レンズ２の
間の相対的な距離を変化でき、対物レンズ２の移動量
は、Ｚ軸スケール１９からの電気的信号をもとにＺ軸移
動量カウンタ３３で計数することで得られるようにな
る。

【００１０】レーザダイオード１１から出力されるプロ
ーブ光１７は、レンズ１５、ハーフミラー６、対物レン
ズ２を介して測定対象物３の測定点５に集光され、測定
対象物３で反射されたプローブ光１７は、対物レンズ
２、ハーフミラー７を介した後、集光レンズ１６により
収束光にされ、ハーフミラー１４により２方向に分離さ
れる。そして、このハーフミラー１４で反射したプロー
ブ光は、集光レンズ１６の焦点面の前方に設けられたピ
ンホール１３ａを通して、受光素子１２ａに入射され、
また、ハーフミラー１４を透過したもう一方のプローブ
光は、焦点面の後方にあるピンホール１３ｂを通って、
受光素子１２ｂに入射される。

【００１１】そして、これら受光素子１２ａ、１２ｂか
らの出力は、合焦検出部３１に送られ、この合焦検出部
３１で、受光素子１２ａの出力と受光素子１２ｂの出力
の差から焦点信号が求められ、この焦点信号からＺ軸を
駆動するための帰還信号Ｈが生成される。

【００１２】この帰還信号Ｈは、Ｚ軸駆動回路３２に入
力され、Ｚ軸モータ１８を駆動することで対象レンズ２
が光軸方向に移動する。これにより、測定点５と対物レ
ンズ２の間の距離が常に一定に保たれるオートフォーカ
ス系が構成される。

【００１３】また、合焦検出部３１から出力される合焦
信号Ｊは、焦点信号の絶対値が所定の値ｐ以下になった
ときにパルス信号として発生され、Ｚ軸移動量カウンタ
３３に与えられる。Ｚ軸移動量カウンタ３３では、合焦
信号Ｊが入力されたときに、その時のＺ軸移動量をホス
トコンピュータ４０に出力する。

【００１４】なお、ホストコンピュータ４０から出力す
るオートフォーカス制御信号Ｋにより、合焦検出部３１
のオン・オフを切り替えることができるようになってい
て、合焦検出部３１はオフの時には帰還信号Ｈと合焦信
号Ｊを出力せずに、対物レンズ２の駆動を停止する。

【００１５】しかして、このような構成による光学測定
は、まず、合焦検出部３１をオフにした状態で、ステー
ジ駆動回路３４を介してステージ１を移動させること
で、ステージ移動量カウンタ３５から測定対象物３のエ
ッジの座標を取り込み、また、合焦検出部３１をオンに
してオートフォーカス系を有効にし、ステージ１を移動
させて高さを測定する場所に測定点５を合わせること
で、Ｚ軸移動量カウンタ３３から高さの情報を取り込む
ことができるようにしている。

【００１６】一方、この種の光学測定機として、特公平
４−２６６８５号公報に開示されたものもある。この光
学測定機では、焦点信号を遅延させて帰還信号を生成
し、Ｚ軸を駆動させるオートフォーカス系を用いてい
る。そして、焦点信号の絶対値が所定の値を越えた時に
エッジ信号を出力するエッジ判定回路を備えている。

【００１７】従って、この方法でも、エッジ信号を用い
ることで形状測定が可能であり、また、拡大光学系と測
定対象物の測定点の距離を常に一定にすることにより、
高さの測定も可能になる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す光学測定装置では、エッジ検出を行っている時に拡
大光学系やステージの間の距離を変化させると、エッジ
検出部３０への反射光または透過光が変化してしまい、
エッジを正しく検出することができなくなる。また、エ
ッジ位置でオートフォーカス系の光検出部３０の出力が
不安定になる。このため、通常エッジ位置ではオートフ
ォーカス系を動作させないことから、エッジ検出を行っ
ているときにはオートフォーカス系は使用できない。こ
のことは、測定対象物のエッジの位置と高さ方向の測定
を同時に行うことができず、同じ所を２回走査して別々
に測定しなければならず、そのために膨大な時間と手間
を要するとともに、作業者の操作も複雑になってしまう
という問題点があった。

【００１９】また、特公平４−２６６８５号公報では、
オートフォーカス系を動作させながらエッジの検出を行
うようにしているので、オートフォーカス系を使用しな
がらエッジの検出を行うことはできる。しかし、焦点信
号を遅延させた帰還信号を使ってＺ軸の駆動を行ってい
るため、迅速なオートフォーカスの追従が行えず、測定
に長時間を要するという問題点があった。

【００２０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、測定対象物のエッジで形成される位置または長さ測
定と、高さ測定を、１回の走査で簡単かつ迅速に行うこ
とができる光学測定装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定対象物を
載置するステージと、このステージに対し光軸と垂直な
方向に相対移動可能に設けられた拡大光学系と、前記拡
大光学系に対し相対移動される前記測定対象物に対する
透過光または反射光の変化から前記測定対象物のエッジ
部に対応したエッジ信号を検出するエッジ検出手段と、
前記測定対象物の測定点と前記拡大光学系との相対距離
を一定に保つのに要する合焦信号を検出する合焦検出手
段と、この合焦検出手段からの合焦信号により前記ステ
ージと前記拡大光学系の光軸方向の相対的な距離を制御
し前記測定対象物の測定点と拡大光学系との相対距離を
一定に保つオートフォーカス手段と、前記エッジ検出手
段からのエッジ信号および前記合焦検出手段からの合焦
信号により前記エッジ検出手段および前記合焦検出手段
の有効または無効を制御する制御手段とを具備し、この
制御手段より有効とされた前記合焦検出手段の合焦信号
より前記測定対象物の前記光軸方向の高さを測定すると
ともに、前記エッジ検出手段のエッジ信号により前記エ
ッジで形成される位置または長さを測定するようにして
いる。

【００２２】また、本発明では、前記制御手段は、前記
エッジ信号により前記合焦検出手段を有効かつ前記エッ
ジ検出手段を無効に制御し、前記合焦信号により前記エ
ッジ検出手段を有効かつ前記合焦検出手段を無効に制御
するようにしている。また、本発明では、前記オートフ
ォーカス手段は、共焦点型オートフォーカス系のものと
している。

【００２３】

【作用】この結果、本発明によれば、測定対象物を載置
するステージに対し光軸と垂直な方向に相対移動可能に
拡大光学系を設け、この拡大光学系に対して相対移動さ
れる測定対象物に対する透過光または反射光の変化から
測定対象物のエッジ部に対応したエッジ信号をエッジ検
出手段で検出し、測定対象物の測定点と拡大光学系との
相対距離を一定に保つのに要する合焦信号を合焦検出手
段で検出し、この合焦検出手段の合焦信号によりステー
ジと拡大光学系の光軸方向の相対的な距離を制御して測
定対象物の測定点と拡大光学系との相対距離をオートフ
ォーカス手段により一定に保ち、前記エッジ検出手段よ
り検出されたエッジ信号および合焦検出手段より検出さ
れた合焦信号によりエッジ検出手段および合焦検出手段
の有効または無効が制御され、この制御で有効とされた
合焦信号より測定対象物の光軸方向の高さを、また、エ
ッジ検出手段のエッジ信号によりエッジで形成される位
置または長さをそれぞれ測定できるようにしたことによ
り、１回の走査で、これらの測定結果を全て得られるよ
うになる。

【００２４】また、本発明によれば、制御手段は、エッ
ジ信号により合焦検出手段を有効かつエッジ検出手段を
無効に制御し、合焦信号によりエッジ検出手段を有効か
つ合焦検出手段を無効に制御することにより、エッジ信
号によってのみ合焦検出手段が有効になるので、エッジ
信号が検出されない測定対象物が存在しない箇所で、オ
ートフォーカス手段が不要に動作するのを防止すること
ができる。

【００２５】また、本発明によれば、オートフォーカス
手段を共焦点型オートフォーカス系により構成したの
で、測定対象物の測定点と拡大光学系との相対距離を一
定に保つのに要した距離に相当する合焦信号を高精度に
得られる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従い説明す
る。 （第１実施例）図１は、第１実施例の概略構成を示すも
ので、図７と同一部分には同符号を付している。

【００２７】この第１実施例では、新たにエッジ検出・
合焦検出制御部３６を設けている。このエッジ検出・合
焦検出制御部３６は、エッジ検出部３０からのエッジ信
号Ｉと合焦検出部３１からの合焦信号Ｊが入力され、エ
ッジ検出部制御信号Ｌとオートフォーカス制御信号Ｋを
出力するようにしている。

【００２８】ここでのエッジ信号制御信号Ｌは、エッジ
検出部３０のオン・オフを切り替えるための信号で、エ
ッジ検出部３０はオフの時はエッジ信号を変化させな
い。また、オートフォーカス制御信号Ｋは、合焦検出部
３１のオン・オフを切り替えるための信号で、合焦検出
部３１はオフの時には帰還信号Ｈと合焦信号Ｊを出力せ
ず、対物レンズ２を停止するようにしている。

【００２９】一方、測定対象物３は、ステージ１の上に
載せられており、透過光源４によって照明される。そし
て、対物レンズ２と集光レンズ８により拡大光学系を構
成している。

【００３０】測定対象物３の測定点５を透過した照明光
は、対物レンズ２により平行光束となり、集光レンズ８
によって集光される。この光は、ピンホール９と受光素
子１０とエッジ検出部３０からなるエッジ検出器に入射
される。

【００３１】ピンホール９は、集光レンズ８の上側の焦
点の位置に配置されており、受光素子１０はピンホール
９を透過した光を受け、その強度に比例した電気信号を
出力するようにしている。

【００３２】エッジ検出部３０では、受光素子１０から
の電気信号を増幅し、所定値Ｖｔｈをしきい値としてパ
ルス信号に変換してエッジ信号Ｉを生成する。また、ス
テージ１は、ステージ駆動回路３４とステージモータ２
０から構成される垂直方向移動機構により光軸と垂直方
向に移動可能にしている。つまり、ホストコンピュータ
４０の指示によりステージ駆動回路３４を介してステー
ジモータ２０を駆動することで、垂直方向移動機構を介
して、対物レンズ２の光軸と垂直な方向にステージ１を
移動可能にしている。

【００３３】このステージ１の移動量は、ステージスケ
ール２１とステージ移動量カウンタ３５からなる垂直方
向測長装置により測長され、ステージスケール２１から
出力される電気信号をステージ移動量カウンタ３５で計
数することで得られる。

【００３４】そして、このステージ移動量カウンタ３５
は、エッジ信号Ｉの立ち上がりまたは立ち下がりのタイ
ミングで、その時のステージ移動量をホストコンピュー
タ４０に出力するようになる。

【００３５】Ｚ軸駆動回路３２とＺ軸モータ１８により
Ｚ軸方向駆動機構を構成し、また、Ｚ軸スケール１９と
Ｚ軸駆動量カウンタ３５によりＺ軸方向測長装置を構成
している。

【００３６】そして、対物レンズ２は、Ｚ軸方向駆動機
構を構成するＺ軸駆動回路３２によりＺ軸モータ１８を
駆動することで、光軸方向に移動可能にしていて、ステ
ージ１と対物レンズ２の間の相対的な距離を変化できる
ようにしている。また、対物レンズ２の移動量は、Ｚ軸
方向測長装置を構成するＺ軸スケール１９からの電気的
信号をＺ軸移動量カウンタ３３で計数することにより得
られる。

【００３７】一方、レーザダイオード１１、レンズ１
５、集光レンズ１６、ハーフミラー１４、ピンホール１
３ａと１３ｂ、受光素子１２ａと１２ｂ、そして合焦検
出部３１により共焦点型のオートフォーカス系が構成さ
れている。

【００３８】この場合、レーザダイオード１１から出力
されるプローブ光１７は、レンズ１５、ハーフミラー
６、対物レンズ２を介して測定点５に集光される。ま
た、測定対象物３で反射されたプローブ光１７は、対物
レンズ２、ハーフミラー７を介した後、集光レンズ１６
により収束光にされ、ハーフミラー１４により２方向に
分離される。

【００３９】そして、ハーフミラー１４で反射したプロ
ーブ光は、集光レンズ１６の焦点面の前方に設けられた
ピンホール１３ａを通して、受光素子１２ａに入射さ
れ、また、ハーフミラー１４を透過したもう一方のプロ
ーブ光は、焦点面の後方にあるピンホール１３ｂを通っ
て、受光素子１２ｂに入射される。

【００４０】これら受光素子１２ａ、１２ｂからの出力
は、合焦検出部３１に送られ、この合焦検出部３１で、
受光素子１２ａの出力と受光素子１２ｂの出力の差から
焦点信号が求められ、この焦点信号からＺ軸を駆動する
ための帰還信号Ｈが生成される。

【００４１】この帰還信号Ｈは、Ｚ軸駆動回路３２に入
力され、Ｚ軸モータ１８を駆動することで対物レンズ２
が光軸方向に移動する。これにより、測定点５と対物レ
ンズ２の間の距離が常に一定に保たれるオートフォーカ
ス系が構成される。

【００４２】また、合焦検出部３１は、焦点信号の絶対
値が特定の値ｐ以下になったときに合焦点と判断し、合
焦信号Ｊを発生する。そして、合焦信号ＪがＺ軸移動量
カウンタ３３に入力されると、その時のＺ軸移動量がホ
ストコンピュータ４０に出力される。

【００４３】そして、エッジ検出部３０のエッジ信号Ｉ
と合焦検出部３１の合焦信号Ｊは、エッジ検出・合焦検
出制御部３６に入力される。この場合、エッジ検出・合
焦検出制御部３６は、エッジ信号Ｉの立ち下がりを検出
すると、エッジ検出部制御信号Ｌによりエッジ検出部３
０をオフにするとともに、オートフォーカス制御信号Ｋ
により合焦検出部３１をオンにする。また、合焦信号Ｊ
を検出すると、逆に、オートフォーカス制御信号Ｋによ
り合焦検出部３１をオフにするとともに、エッジ検出部
制御信号Ｌによりエッジ検出部３０をオンにする。

【００４４】しかして、このような構成において、例え
ば、図２に示すように不連続で各表面が平らな測定対象
物３として、リードフレームのリード部などのエッジ間
の長さとリード部の高さについて、ステージ１を図示左
方向に移動しながら測定する場合の動作を説明する。

【００４５】ここで、図３は、受光素子１０の出力、エ
ッジ信号Ｉ、焦点信号および合焦信号Ｊの関係を示して
いる。いま、図２に示すように透過照明光が対物レンズ
２に入射している状態では、エッジ検出器３０はオン、
合焦検出部３１はオフになっている。この状態から、ス
テージ１を図示左方向に移動することで、測定対象物３
のａ点が測定点５を横切ると、透過照明光は遮られるた
め、図３（ａ）に示すように受光素子１０からの出力は
小さくなる。そして、この出力が、Ｖｔｈより小さくな
ると、同図（ｂ）に示すようにエッジ信号Ｉが立ち下が
る。このエッジ信号Ｉの立ち下がりにより、ステージ移
動量カウンタ３５がラッチされ、ａ点に対応する座標が
出力され、ホストコンピュータ４０に取り込まれる。

【００４６】同時に、エッジ検出・合焦検出制御部３６
は、エッジ信号Ｉの立ち下がりによりエッジ検出部３０
をオフ、合焦検出部３１をオンにする。合焦検出部３１
がオンになると、帰還信号ＨがＺ軸駆動回路３２に出力
され、モータ１８を介して対物レンズ２が移動され、こ
れにより同図（ｃ）に示す焦点信号、つまり受光素子１
２ａと１２ｂの差信号が変化される。そして、この焦点
信号の絶対値がｐ以下になると、同図（ｄ）に示す合焦
信号Ｊが発生し、この合焦信号Ｊのパルスの立ち下がり
により、その時のＺ軸移動量がＺ軸移動量カウンタ３３
でラッチされ、ホストコンピュータ４０に取り込まれ
る。

【００４７】これにより、基準位置からのａ点とｂ点の
間で測定対象物３の高さが測定される。また、エッジ検
出・合焦検出制御部３６は、合焦信号Ｊのパルスの立ち
下がりにより、合焦検出部３１をオフに、エッジ検出器
３０をオンにする。

【００４８】次に、測定点５をｂ点が横切ると、透過照
明光が対物レンズ２に入射するようになるので、図３
（ａ）に示すように受光素子１０の出力は大きくなる。
そして、受光素子１０の出力がＶｔｈを越えると、同図
（ｂ）に示すようにエッジ信号Ｉが立ち上がり、その時
のステージ移動量、つまりｂ点の座標がラッチされてホ
ストコンピュータ４０に取り込まれる。

【００４９】このような動作により、測定対象物３のａ
点のエッジからｂ点のエッジまでの距離とその間の高さ
を１回の走査で測定することが可能になり、以下同様に
して、ｃ点のエッジとｄ点のエッジまでの距離と高さも
測定できるようになる。

【００５０】この場合、エッジ信号Ｉの立ち下がりでの
み、合焦検出器３１をオンするようにしているので、測
定対象物３が存在していない時にはオートフォーカス系
が動作することがなく、対物レンズ２の無駄な動きを防
止している。

【００５１】従って、このような第１実施例によれば、
測定対象物３を載置するステージ１に対し光軸と垂直な
方向に相対移動可能に対物レンズ２を配置し、この対物
レンズ２に対して相対移動される測定対象物３に対する
透過光の変化から測定対象物３のエッジ部に対応したエ
ッジ信号Ｉをエッジ検出部３０で検出し、一方、ステー
ジ１と対物レンズ２の光軸方向の相対的な距離を制御し
測定対象物３の測定点５と対物レンズ２との相対距離を
オートフォーカス系により一定に保ち、このオートフォ
ーカス系により測定対象物３の測定点５と対物レンズ２
との相対距離を一定に保つのに要した距離に相当する合
焦信号Ｊを合焦検出部３１で検出し、エッジ検出・合焦
検出制御部３６によりエッジ検出部３０より検出された
エッジ信号Ｉの立ち下がりによりエッジ検出部３０をオ
フ、合焦検出部３１をオンにし、また、合焦信号Ｊによ
り、合焦検出部３１をオフ、エッジ検出部３０をオンに
するように制御し、この制御で有効とされた合焦信号Ｊ
より測定対象物３の光軸方向の高さを、また、エッジ検
出部３０のエッジ信号Ｉによりエッジで形成される位置
または長さをそれぞれ測定するようにしているので、１
回の走査で、これらの測定結果を全て得られ、かかる測
定作業を簡単かつ迅速に行うことができ、しかも、同一
箇所での距離と高さの対応付けを容易に行うようにもで
きる。

【００５２】また、エッジ信号Ｉの立ち下がりのタイミ
ングで合焦検出部３１をオンにするようにするので、エ
ッジ信号Ｉが検出されない測定対象物３が存在しない所
で、オートフォーカス系が不要に動作することがなくな
り、対物レンズ２の無駄な動きも防止することができ
る。 （第２実施例）図４は、第２実施例の概略構成を示すも
ので、図１と同一部分には、同符号を付している。

【００５３】この場合、図４では、図１で示す透過光源
４に代えて、反射光源２２を用いるようにしたものであ
る。この透過光源２２から放射された光は、ハーフミラ
ー２３によって反射され、対物レンズ２を介して測定点
５に集光される。そして、測定対象物３からの反射光
は、対物レンズ２と集光レンズ８を透過した後、集光レ
ンズの上側の焦点位置に配置されたピンホール９と通し
て受光素子１０に入射される。

【００５４】この場合、ピンホール９が集光レンズ８の
上側の焦点にあるため、受光素子１０の出力は、測定点
５が測定対象物３の表面上に一致しているとき最も大き
くなる。また、エッジ検出部３０は、受光素子１０から
の電気信号を増幅し、その信号が所定値Ｖｔｈより小さ
くなったときに、負のパルスのエッジ信号Ｉを生成す
る。ステージ移動量カウンタ３５は、エッジ信号Ｉの立
ち下がりのタイミングにより、その時のステージ移動量
をホストコンピュータ４０に出力するようにしている。

【００５５】しかして、このような構成において、例え
ば、図５に示すように表面が平らで段差を持った測定対
象物３について、そのエッジ間の長さと高さを、ステー
ジ１を図示左方向に移動しながら測定する場合の動作を
説明する。

【００５６】ここで、図６は、受光素子１０の出力、エ
ッジ信号Ｉ、焦点信号および合焦信号Ｊの関係を示して
いる。まず、図５の（Ａ）の状態では、エッジ検出部３
０はオン、合焦検出部３１はオフになっている。この状
態から、ステージ１を図示左方向に移動することで、測
定対象物３のａ点が測定点５を横切ると、この測定点５
が測定対象物３表面より下になるため、反射光がピンホ
ール９で集光しなくなり、図６（ａ）に示すように受光
素子１０の出力が小さくなる。このとき、受光素子１０
の出力がＶｔｈより小さくなると、同図（ｂ）に示すよ
うにエッジ信号Ｉの負のパルスが出力される。このエッ
ジ信号Ｉの立ち下がりにより、ステージ移動量カウンタ
３５からａ点に対応する座標が出力され、ホストコンピ
ュータ４０に取り込まれる。

【００５７】同時に、エッジ検出・合焦検出制御部３６
は、エッジ信号の立ち下がりによりエッジ検出部３０を
オフに、合焦検出部３１をオンにする。合焦検出部３１
がオンになると、帰還信号ＨがＺ軸駆動回路３２に出力
され、モータ１８を介して対物レンズ２が移動され、こ
れにより同図（ｃ）に示す焦点信号、つまり受光素子１
２ａと１２ｂの差信号が変化される。そして、この焦点
信号の絶対値がｐ以下になると、同図（ｄ）に示す合焦
信号Ｊが発生し、この合焦信号Ｊのパルスの立ち下がり
により、その時のＺ軸移動量がＺ軸移動量カウンタ３３
でラッチされ、ホストコンピュータ４０に取り込まれ
る。

【００５８】これにより、ａ点とｂ点の間の測定対象物
３の高さが測定される。また、エッジ検出・合焦検出制
御部３６は、合焦信号Ｊのパルスの立ち下がりにより、
合焦検出部３１をオフに、エッジ検出器をオンにする。

【００５９】このとき測定点５は、第６図の（Ｂ）に示
すように、測定対象物３の表面に一致しているので、受
光素子１０の出力は再び大きくなっている。次に、測定
点５をｂ点が横切る場合には、上述したａ点の場合と同
様に、測定点５は測定対象物３の表面より下にくること
になる。このため、受光素子１０の出力は再び小さくな
り、エッジ信号Ｉの負のパルスが出力される。以下、ａ
点の場合と同様な動作が繰り返される。

【００６０】このような動作により、測定対象物のａ点
のエッジからｂ点のエッジまでの距離とａ点とｂ点のエ
ッジの高さを一度に測定することが可能になる。従っ
て、このような第２実施例によれば、反射光源２２を用
いることで、測定対象物３として段差を持った形状のも
のについても、測定対象物３の光軸方向の高さを、ま
た、エッジで形成される位置または長さを、１回の走査
による測定で簡単かつ迅速に得られるようになる。

【００６１】なお、上述した第１および第２実施例で
は、エッジ信号Ｉと合焦信号Ｊをエッジ検出・合焦検出
制御部３６に入力し、またエッジ検出部制御信号Ｌとオ
ートフォーカス信号Ｋをエッジ検出・合焦検出制御部３
６から出力するようにしたが、これらエッジ信号Ｉと合
焦信号Ｊをホストコンピュータ４０に入力し、またエッ
ジ検出部制御信号Ｌとオートフォーカス信号Ｋをホスト
コンピュータ４０から出力するようにして、エッジ検出
・合焦検出制御部３６の役割をホストコンピュータ４０
が行うようにすることもできる。

【００６２】また、ステージ１は１自由度しか持ってい
ないが、対物レンズ２の光軸に垂直な面内で移動可能な
ＸＹステージを用いて、２次元的な座標を取り込むよう
にしてもよい。また、Ｚ軸移動量カウンタ３５をラッチ
するためのエッジ信号と、合焦検出部３１を制御する為
にエッジ検出・合焦検出制御部３６に出力するエッジ信
号を別々にし、それぞれ異なるしきい値を用いること
で、エッジ付近でのオートフォーカス系の動作を安定さ
せることも可能である。また、エッジ検出で用いている
ピンホール９は、スリットを用いることもできる。ま
た、オートフォーカス系は、上述の第１および第２実施
例では共焦点型のオートフォーカス系を用いているが、
非点収差やひとみ分割などの方法を用いたオートフォー
カス系においても同様な効果が得られる。

【００６３】以上、実施例に基づいて説明したが、本明
細書中には、以下の発明が含まれる。 （１）測定対象物を載置するステージと、このステージ
に対し光軸と垂直な方向に相対移動可能に設けられた拡
大光学系と、前記拡大光学系に対し相対移動される前記
測定対象物に対する透過光または反射光の変化から前記
測定対象物のエッジ部に対応したエッジ信号を検出する
エッジ検出手段と、前記測定対象物の測定点と前記拡大
光学系との相対距離を一定に保つのに要する合焦信号を
検出する合焦検出手段と、この合焦検出手段からの合焦
信号により前記ステージと前記拡大光学系の光軸方向の
相対的な距離を制御し前記測定対象物の測定点と拡大光
学系との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段
と、前記エッジ検出手段からのエッジ信号および前記合
焦検出手段からの合焦信号により前記エッジ検出手段お
よび前記合焦検出手段の有効または無効を制御する制御
手段とを具備し、この制御手段より有効とされた前記合
焦検出手段の合焦信号より前記測定対象物の前記光軸方
向の高さを測定するとともに、前記エッジ検出手段のエ
ッジ信号により前記エッジで形成される位置または長さ
を測定することを特徴とする光学測定装置。

【００６４】このようにすれば、測定対象物のエッジで
形成される位置または長さ測定と、高さ測定を１回の走
査で簡単かつ迅速に行うことができる。 （２）（１）記載の光学測定装置において、前記制御手
段は、前記エッジ信号により前記合焦検出手段を有効か
つ前記エッジ検出手段を無効に制御し、前記合焦信号に
より前記エッジ検出手段を有効かつ前記合焦検出手段を
無効に制御するようにしている。

【００６５】このようにすれば、エッジ信号によっての
み合焦検出手段が有効になるので、エッジ信号が検出さ
れない測定対象物が存在しない箇所で、オートフォーカ
ス手段が不要に動作するのを防止することができる。

【００６６】（３）（１）記載の光学測定装置におい
て、前記オートフォーカス手段は、共焦点型オートフォ
ーカス系からなっている。このようにすれば、測定対象
物の測定点と拡大光学系との相対距離を一定に保つのに
要した距離に相当する合焦信号を高精度に得られる。

【００６７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、測定
対象物のエッジで形成される位置または長さ測定と高さ
測定を、１回の走査で簡単かつ迅速に行うことができ、
しかも、同一箇所での距離と高さの対応付けを容易に行
うようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成を示す図。

【図２】第１実施例を説明するための測定点の周辺の
図。

【図３】第１実施例を説明するための各部の信号波形
図。

【図４】本発明の第２実施例の概略構成を示す図。

【図５】第２実施例を説明するための測定点の周辺の
図。

【図６】第２実施例を説明するための各部の信号波形
図。

【図７】従来の光学測定装置の概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…ステージ、２…対物レンズ、３…測定対象物、４…
透過光源、５…測定点、６、７…ハーフミラー、９…ピ
ンホール、１０…受光素子、１１…レーザダイオード、
１２ａ，１２ｂ…ピンホール、１３ａ，１３ｂ…受光素
子、１４…ハーフミラー、１７…プローブ光、１８…Ｚ
軸モータ、１９…Ｚ軸スケール、２０…ステージモー
タ、２１…ステージスケール、２２…透過光源、３０…
エッジ検出部、３１…合焦検出部、３２…Ｚ軸駆動回
路、３３…Ｚ軸移動量カウンタ、３４…ステージ駆動回
路、３５…ステージ移動量カウンタ、４０…ホストコン
ピュータ、Ｉ…エッジ信号、Ｊ…合焦信号、Ｋ…オート
フォーカス制御信号、Ｌ…エッジ検出部制御信号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物を載置するステージと、 このステージに対し光軸と垂直な方向に相対移動可能に
   設けられた拡大光学系と、 前記拡大光学系に対し相対移動される前記測定対象物に
   対する透過光または反射光の変化から前記測定対象物の
   エッジ部に対応したエッジ信号を検出するエッジ検出手
   段と、 前記測定対象物の測定点と前記拡大光学系との相対距離
   を一定に保つのに要する合焦信号を検出する合焦検出手
   段と、 この合焦検出手段からの合焦信号により前記ステージと
   前記拡大光学系の光軸方向の相対的な距離を制御し前記
   測定対象物の測定点と拡大光学系との相対距離を一定に
   保つオートフォーカス手段と、 前記エッジ検出手段からのエッジ信号および前記合焦検
   出手段からの合焦信号により前記エッジ検出手段および
   前記合焦検出手段の有効または無効を制御する制御手段
   とを具備し、 この制御手段より有効とされた前記合焦検出手段の合焦
   信号より前記測定対象物の前記光軸方向の高さを測定す
   るとともに、前記エッジ検出手段のエッジ信号により前
   記エッジで形成される位置または長さを測定することを
   特徴とする光学測定装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記エッジ信号により
   前記合焦検出手段を有効かつ前記エッジ検出手段を無効
   に制御し、前記合焦信号により前記エッジ検出手段を有
   効かつ前記合焦検出手段を無効に制御することを特徴と
   する請求項１記載の光学測定装置。
3. 【請求項３】 前記オートフォーカス手段は、共焦点型
   オートフォーカス系であることを特徴とする請求項１記
   載の光学測定装置。