(57)【要約】      （修正有）【課題】物体上の観察領域を走査光学系で走査する以前に、画像として観察用表示部に表示し観察確認する。【解決手段】レーザ光源２からの光束を垂直方向の回転軸とした回転ミラー５を経て物体表面を走査する光学系１を構成し、一旦、一次結像面に結像させる。この一次結像面からの光束を表面が水平方向となるよう設置した前記物体に向かうよう縦型構造とした画像光学系１６を構成して一次結像面と物体間に設置する。画像光学系１６の上方から別途設置した照明光学系で物体表面を照明し、その照明領域からの反射光を画像光学系から観察用表示部１９に送って観察用画像として確認する。【選択図】図３
2007155527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特願２００５−１８８４９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【実施例１】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【実施例２】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【実施例３】
【００１７】
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。
【実施例４】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来装置を説明するための平面図。
【図２】本発明の概略を説明する図。
【図３】本発明装置の全体的な構成を示した概略斜視図。
【図４】観察用表示部の表示画面を説明する図。
【図５】作業工程を説明するフロー図。
【図６】タイミング検出光学系について説明する図。
【図７】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。
【図８】画像光学系中に設置する絞りの説明図。
【図９】図８の光学系の説明図。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００２０】
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
【図１】
2007155527.tif 000003
【図２】
2007155527.tif 000004
【図３】
2007155527.tif 000005
【図４】
2007155527.tif 000006
【図５】
2007155527.tif 000007
【図６】
2007155527.tif 000008
【図７】
2007155527.tif 000009
【図８】
2007155527.tif 000010
【図９】
2007155527.tif 000011
【図１０】
2007155527.tif 000012