图像测量设备制造技术

一种满足下面的表达式（１）的蝇眼积分器被用于照明系统：Φ×φ／ｆ＞Ｍ×Ｄ↓［Ｌ］×ＮＡ↓［Ｌ］（１）。其中，Φ是与蝇眼积分器的出射端面内接的圆的直径；φ是与构成蝇眼积分器的每个透镜元件的端面内接的圆的直径；ｆ是构成蝇眼积分器的每个透镜元件的焦距；Ｍ是成像光学系统的变焦变倍比，Ｄ↓［Ｌ］是对于成像光学系统变焦低倍侧所需要的视场直径，以及ＮＡ↓［Ｌ］是对于成像光学系统变焦低倍侧必要的数值孔径。因此，可以提供图像测量设备，其可以防止从低变倍到高变倍的不足的ＮＡ和视场的不均匀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学类型图像测量设备，其测量样品，诸如机械 部件和半导体芯片。
技术介绍
传统地，作为测量样品的工件的形状尺寸的测量设备，测量显微 镜或图像测量设备普及广泛。在这种测量设备中，放置在可水平移动 的平台上的样品被放大并且通过光学系统被投影到图像摄取设备，并 且，通过利用投影像被转换成的图像信号，来测量样品的表面形状、缺陷检查、坐标和尺寸。例如，日本专利特开No. 11-183124(专利文献 l)公开了这种测量设备。通常，测量设备包括透射照明和顶置式照明，它们是照明系统， 并且顶置式照明被专门用于测量诸如机械部件这样的透明对象时。顶 置式光照明包括卤素灯、集光透镜、和聚光透镜，并且物体以远心的 方式通过物镜被照明。专利文献l:日本专利特开No. 11-18312
技术实现思路
本专利技术要解决的问题另一方面，成像光学系统包括物镜和成像透镜，并且样品的图像 形成在图像摄取装置上。存在一种众所周知的设备，其包括可以根据 样品的尺度改变倍率的变焦光学系统。在包括变焦光学系统的设备的照明中，需要如此的照明光，艮口，其中在变焦低倍侧的宽广视场和在变焦高倍侧的高NA之间建立平衡。然而，在传统的顶置式照明系统中，不幸的是，在变焦高倍侧的NA 不足，或者在变焦低倍侧的视场的附近变暗。近来，随着LED的广泛 普及，LED被越来越多地采用为照明光学系统的光源。与卤素灯相比， LED具有诸如低功耗、恒定色温、和快速响应的多种优点。然而，因 为发光区域小于卤素灯的发光区域，上述问题变得更加明显。根据上述，本专利技术的目的是提供一种包括变焦光学系统的图像测 量设备，其中利用顶置式照明，可以防止在从变焦低倍到变焦高倍的 范围中的NA的不足和不均匀视场，在所述顶置式照明中，使用诸如 LED这样的小面积光源。解决问题的装置根据本专利技术的第一方面，图像测量设备包括成像光学系统，从 样品侧起包括物镜和变焦光学系统；以及照明光学系统，从光源侧起 包括光源和蝇眼积分器，所述照明光学系统通过所述物镜照明所述样品，其中，所述蝇眼积分器满足表达式(l): Ox^MxDlxNAl (1) 其中，①是在蝇眼积分器的出射端面中内接的圆的直径， 小是在构成蝇眼积分器的每个透镜元件的端面中内接的圆的直径， f是构成蝇眼积分器的每个透镜元件的焦距， M是成像光学系统的变焦变倍比，D^是对于成像光学系统变焦低倍侧必要的视场直径，以及 NA^是对于成像光学系统变焦低倍侧必要的数值孔径。根据本专利技术的第二方面，在根据第一方面的图像测量设备中，蝇 眼积分器进一步满足表达式(2)和(3):<))/f>DL/F (2) (|)<NALxF (3) 其中F是物镜的焦距。根据本专利技术的第三方面，根据第一方面的图像测量设备包括在所 述物镜和所述蝇眼积分器之间的照明中继透镜。根据本专利技术的第四方面，根据第三方面的图像测量设备中，蝇眼 积分器进一步满足表达式(2')和(3'):(()/(fxB)>DL/F (2，) c|)xB<NALxF (3，) 其中F是物镜的焦距，以及 B是中继透镜倍率。专利技术效果因此，本专利技术可以提供包括变焦光学系统的图像测量设备，在所 述图像测量设备中，利用顶置式照明，可以防止在从变焦低倍到变焦 高倍的范围中的NA的不足和不均匀视场，在所述顶置式照明中，使用 诸如LED这样的小面积光源。附图说明图1是示意性地示出根据本专利技术的第一实施例的图像测量设备的视图。图2是示出传统照明光学系统的视图。 图3是蝇眼积分器的示意图。图4是示出蝇眼的数值孔径和照明区域之间的关系的视图。图5是用于说明蝇眼之间的间隔的限制的视图。图6是说明根据本专利技术的第二实施例的图像测量设备的示意图。字母或数字的说明1 LED光源2 集光透镜3 蝇眼积分器54扩散板5折叠式反射镜6偏光板7偏光分束器8消光滤光器9物镜101/4波板11样品12变焦光学系统13检偏器14成像透镜15CCD16激光二极管17泛光灯透镜18光接收透镜19二分割传感器20孔径光阑21光源22聚光透镜23透镜元件24照明中继透镜25视场光阑具体实施例方式下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施方式。图1是示意性地示出根据本专利技术的第一实施例的图像测量设备的视图。通过集光透镜2 使从LED 1出射的光平行，并且所述光入射到蝇眼积分器3。蝇眼积 分器3设置在物镜9的焦点位置处以执行远心照明。在通过扩散板4之后，从蝇眼积分器3出射的光通量的光学路径6被折叠式反射镜5改变，在通过偏光板6之后，光通量被偏光分束器7的涂层反射，并且光通量被引导进入成像光学系统。同时，过量的光通量被孔径光阑20阻挡。然后，光通量通过物镜9和1/4波板10,并 且利用光通量照明样品11。在通过1/4波板10和物镜9之后，从样品11衍射的光透射通过 偏光分束器7的涂层，并且光入射到变焦光学系统12。变焦光学系统 12具有根据样品11的尺寸改变光学系统的成像倍率的功能。然后，光 透射通过检偏器13，并且由成像透镜14将样品的图像形成在CCD 15 上。依次设置偏光板6、偏光分束器7、消光滤光器8、 1/4波板10和 检偏器13，从而减小由来自棱镜、物镜等的表面反射引起的噪声。下 面将介绍偏光板6、偏光分束器7、消光滤光器8、 1/4波板10和检偏 器13的功能。偏光板6被设置为朝向如此的方向，g卩，在所述方向上，在垂直 于纸张表面的方向上的线偏振光可以透射通过偏光板6。检偏器13被 设置为朝向如此的方向，即，在所述方向上，在平行于纸张表面的方 向上的线偏振光可以透射通过检偏器13。透射通过偏光板6的光变成 在垂直于纸张表面的方向上的线偏振光，并且光被偏光分束器7反射。 轻微地透射通过偏光分束器7的分量被消光滤光器8吸收。从棱镜和 物镜的表面反射的光是在垂直于纸张表面的方向上的线偏振光，并且 因此，大部分光不能以直线行进通过偏光分束器7。因为以直线行进的 部分泄漏的分量不能透射通过检偏器13，所以表面反射光不能到达 CCD 15。另一方面，样品被透射穿过1/4波板10的照明光照明，并且从样 品衍射的光再次透射穿过1/4波板。在两次透射穿过1/4波板的光中， 在垂直于纸张表面的方向上的线偏振光旋转90度，从而变成平行于纸 张表面的方向上的线偏振光。因此，从样品11反射的光可以透射通过 偏光分束器7和检偏器13，从而到达CCD 15。透射通过检偏器13的光变成线偏振光。因此，当彩色三CCD照相机被用作CCD 15时，为 了避免线偏振光的不良效应，理想地，将1/4波板(未示出)设置在检偏 器的背后以将线偏振光转换成圆偏振光。光学系统还包括自动聚焦系统。从激光二极管16出射的光通过泛 光灯透镜17被聚集到样品上。从样品反射的光透射通过光接收透镜18， 并且在二分割传感器19上成像。当样品的位置竖直地移动时，在传感 器上的图像水平地移动，这使得自动聚焦得以实现。在第一实施例中 采用斜入射型自动聚焦。另一方面，在其中物镜9具有相对大的数值 孔径的情形中，也可以使用刀口型(knife-edge type)自动聚焦。在刀口 型自动聚焦中，透射通过物镜9的光的一半被隐蔽在光瞳上。在本专利技术的变焦低倍侧，假设DL是必要的视场直径，NAl是必要 的数值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像测量设备，包括：　成像光学系统，所述成像光学系统从样品侧起包括物镜和变焦光学系统；以及　照明光学系统，所述照明光学系统从光源侧起包括光源和蝇眼积分器，所述照明光学系统通过所述物镜照明所述样品，　其中所述蝇眼积分器满足表达式（１）：　Φ×φ／ｆ＞Ｍ×Ｄ↓［Ｌ］×ＮＡ↓［Ｌ］　（１）　其中Φ是在蝇眼积分器的出射端面中内接的圆的直径，　φ是在构成蝇眼积分器的每个透镜元件的端面中内接的圆的直径，　ｆ是构成蝇眼积分器的每个透镜元件的焦距，　Ｍ是成像光学系统的变焦变倍比，　Ｄ↓［Ｌ］是对于成像光学系统变焦低倍侧必要的视场直径，并且　ＮＡ↓［Ｌ］是对于成像光学系统变焦低倍侧必要的数值孔径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：持田大作，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]