JPH07198345A - 円径測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円形試料のエッジの検出誤差を補正でき、円
形試料の径を正確に測定できる円径測定装置を提供す
る。 【構成】 円形試料１は、ＸＹステージ２の一面上に載
置され、ステージ２の他面側に配置された照明光学系に
より透過照明される。照明光学系からの光は、ステージ
２を透過してピンホール５を介して光検出器６の受光面
に結像それ、光電変換される。光検出器６の出力信号
は、エッジ検出器９に与えられる。ステージ駆動装置１
２によるステージ２の駆動により、ピンホール５の中心
軸に試料１のエッジが位置すると、エッジ検出器９はエ
ッジ検出信号を出力し、これをカウンタ１０を介して演
算器１１へ入力させる。演算器１１は、記憶器１３に記
憶された補正値を参照して、エッジ検出器９による検出
誤差を補正して円形試料１の正しい径を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、円形試料の径を光学的
に測定するための装置に係り、特に円形試料のエッジ検
出誤差を補正して正確な径を測定する円径測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来のエッジ検出装置を示す。こ
の装置は、試料１′のエッジを光学的に検出するもので
ある。図７において、試料１は、後述の対物レンズ３′
に対して垂直方向に移動可能なステージ２′の一面上に
載置され、ステージ２′の他面側に配置された光源（図
示せず）により、透過照明されている。

【０００３】ステージ２′の一面側には、ステージ２′
表面の法線方向に沿って、対物レンズ３′、結像レンズ
４′、ピンホール５′及び光検出部６′が順次に配置さ
れている。対物レンズ３′の焦点は試料１の表面に位置
され、上述の透過照明光は、対物レンズ３′、結像レン
ズ４′及びピンホール５′を経て光検出器６′により受
光される。光検出器６′は、受光された光をその強度に
応じて光電変換し、比較器７の第１の入力端へ入力させ
る。比較器７の第２の入力端には、閾値設定手段８にて
設定された所定の閾値が入力される。ここで所定の閾値
とは、明部と暗部とにおける出力の中間の値（５０％）
である。従って、試料１のエッジがピンホール５の中心
に位置すると、即ち、試料１のエッジが検出されると、
比較器７の第１入力端への入力値は、閾値設定手段８に
よる閾値と等しくなる。比較器７は、光検出器６′によ
る検出光強度と、閾値設定手段８による閾値とを比較す
る結果、試料１のエッジが検出されると、エッジ検出信
号を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エッジ検出装置は、図８に示すように、試料１が円形で
あり、この円形試料１の径を測定する場合には、試料１
のエッジがピンホール５の中心位置だとしても、光検出
器６′の出力は中間の値（５０％）にならない。実際、
図９に示すように、試料１のエッジがピンホール５の中
心からずれた位置で、比較器７の第１入力端への入力が
閾値に達し、エッジ検出信号が出力されてしまう。従っ
て、エッジ検出が誤差を含み、測定精度の低下という問
題が生じる。

【０００５】ここで、円形試料１の概略的な径が既知で
ある場合には、閾値設定手段８による設定閾値が円形試
料１の径に対応する閾値になるように、操作者が閾値設
定手段８を手動操作して設定変更することも考えられ
る。しかし、様々な円の径を測定する場合には、その都
度に閾値の設定変更せねばならず、作業が繁雑であり、
多くの時間を要するという問題がある。

【０００６】従って本発明の目的は、円形試料のエッジ
の検出誤差を補正でき、閾値の設定を変更することなく
円形試料の径を正確に測定できる円径測定装置を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を達成するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、円形試料の径を測定するための装置であ
って、光源と、この光源から射出された光の円形試料に
対する反射光または透過光を受光する光検出器とを含む
光学系と、この光学系と円形試料とを、円形試料の法線
方向に対して垂直な方向へ相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記光学系と円形試料との相対移動
期間中の前記光検出器の出力に基づいて、円形試料のエ
ッジを検出するエッジ検出手段と、円形試料と前記光学
系との相対的移動量を計数する計数手段と、前記計数手
段の出力に基づいて円形試料の径を演算し、且つその演
算結果に対し、前記エッジ検出手段の検出誤差を補正す
る演算手段とを備える円径測定装置を提供する。

【０００８】本発明の一実施例によれば、前記光学系
が、円形試料からの光を前記光検出器に対して結像させ
る結像光学系と、前記光検出器と前記結像光学系との間
に配置されたピンホールとを含む。

【０００９】本発明の一実施例によれば、前記演算手段
が、演算部と記憶手段とを有する。この場合、前記演算
手段の演算部は、先ず円形試料の補正前の径を演算す
る。一方、前記演算手段の記憶手段は、前記結像光学系
の拡大倍率と前記ピンホールの径とに対して定まる補正
値を表すデータ、或いは円形試料の既知の径を表すデー
タを予め記憶している。この場合、前記演算手段は、そ
の演算部により円形試料の補正前の径を演算し、その演
算結果に前記記憶手段に記憶されたデータを参照して円
形試料の実際の径を求める。尚、本発明において、用語
「円形試料」とは、数学的に厳密な円形の試料のみなら
ず、実質的に円形な試料をも含む広い意味に理解すべき
である。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、エッジ検出手段による円
形試料のエッジ検出には誤差が含まれているが、円形試
料のエッジ検出に基づく円形試料の径の算出の際には、
演算手段によってエッジ検出手段による誤差が補正され
る。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の第１実施例に係る円径測定装
置を示す。この装置は、円形試料の少なくとも三点のエ
ッジ位置を検出することにより、円形試料の径を測定す
るものである。

【００１２】円形試料１は、対物レンズ３に対して垂直
方向に移動可能なＸＹステージ２の一面（載置面）上に
載置され、ステージ２の他面側に配置された照明光学系
（図示せず）により透過照明される。

【００１３】ステージ２の載置面側の円形試料１の上方
には、円形試料１のエッジからの光を検出するための検
出光学系が配置されている。この検出光学系は、ステー
ジ２の載置面の法線方向に沿って、載置面から順次に配
置された上述の対物レンズ３、結像レンズ４、ピンホー
ル５及び光検出器６を含む。

【００１４】対物レンズ３の焦点は、試料１の表面に位
置されている。照明光学系からの光は、ステージ２を透
過して対物レンズ３、結像レンズ４及びピンホール５を
介して光検出器６の受光面に結像され、ここで光電変換
される。光検出器６により光電変換された電気信号は、
エッジ検出器９に与えられる。

【００１５】ステージ駆動装置１２によるステージ２の
駆動により、ピンホール５の中心軸（検出光学系の光
軸）またはその近傍に試料１のエッジが位置すると、エ
ッジ検出器９はエッジ検出信号を出力し、これをカウン
タ１０へ入力させる。それと同時に、このエッジ検出信
号が出力されたときのステージ２の座標値がカウンタ１
０により計数される。このカウンタ１０の出力が演算器
１１に入力され、ここで円形試料１の径が演算される
が、検出誤差を補正して円形試料１の正確な径が演算さ
れる。

【００１６】検出誤差の補正の説明に先だって、本発明
の円径測定装置において、検出誤差の補正がない場合を
考える。透過照明光学系からの光がステージ２を照明す
ると、この照明光は、試料１によりその一部を遮断され
た後、対物レンズ３により結像レンズ４に導かれて結像
され、ピンホール５を介して光検出器６に入射し、光検
出器６にて光電変換される。その結果、光検出器６から
は、図２に示すような波形が出力される。この出力はエ
ッジ検出器９に入力され、このエッジ検出器９の出力が
明部と暗部との中間の値（５０％）となったときに、エ
ッジ検出信号がカウンタ１０に入力される。そのときの
ステージ２の座標値がカウンタ１０により計数され、そ
れに基づいてカウンタ１０はエッジ位置を出力する。

【００１７】このようにして少なくとも三点のエッジ位
置を検出することにより、図３に示す破線の円形試料１
の径が演算される。しかしながら、この円形試料１の径
は、図３に示すように検出誤差を含んでいる。

【００１８】実際には、ピンホール５の中心位置が試料
１のエッジと一致したときにエッジ検出信号を出力し、
図３に実線で示した円形試料１の径を求めるべきであ
る。本発明の円径測定装置は、図３に実線で示した円形
試料１の径を求めるように適合されている。以下、検出
誤差の補正について説明する。

【００１９】図４は検出すべきエッジ部の拡大図を示
す。円形試料１の径をＲ、ピンホール５の半径をｒ、検
出誤差を含む円形試料１の径をａとすると、ピンホール
５の中心位置が図３に示す破線の円形試料１のエッジと
一致したとき、ピンホール５のエッジと円形試料１のエ
ッジとの交点を通り、且つピンホール５の接線をなす二
本の直線の間の角度αは、

【００２０】

【数１】 角度αをなす二本の接線と検出すべきエッジ部との間の
角度βは、

【００２１】

【数２】 となる。これら角度α，βを用いて図４に斜線で示した
Ａ部の面積ＳA 及びＢ部の面積ＳB を求めると、

【００２２】

【数３】

【００２３】ここで、 ＳA ＋ＳB ＝πｒ² ／２ となるａを求めると２（Ｒ−ａ）が直径での誤差とな
る。尚、ここで用いたピンホール５の半径ｒは次式に示
される。

【００２４】

【数４】

【００２５】但し、ｒ′は実際のピンホール５の半径、
Ｎは倍率である。このように、図２に破線で示した円の
径に基づいて演算器１１により上述の式（ｉ）乃至（i
v) を演算し、検出誤差を補正して円形試料１の真の径
を算出することにより、オペレータは様々な円の径を測
定する場合にも、繁雑な閾値の設定変更をすることな
く、正確に円形試料１の径を求めることが可能となる。

【００２６】図５は本発明の第２実施例を説明する。本
実施例の第１実施例に対する差異は、演算器１１に記憶
器１３を設けたことにある。記憶器１３には、図６に示
すような、光学系の拡大倍率とピンホール５の径とに対
して定まる補正値が、検出誤差を含んだ円形試料１の径
に対応して予め記憶されている。ここで図６は例えば倍
率が１０倍、ピンホール５の径が４０μｍのときに円形
試料１の径を測定する場合におけるグラフである。

【００２７】本実施例においては、エッジ検出器９の出
力が明部と暗部との中間の値（５０％）となったとき
に、エッジ検出信号がカウンタ１０に入力される。その
ときのステージ２の座標値がカウンタ１０により計数さ
れ、それに基づいてカウンタ１０はエッジ位置を出力す
る。それに基づいて演算器１１は、検出誤差を含んだ円
形試料１の径ａ（図４参照）を計算する。次いで、演算
器１１は、検出誤差を含んだ円形試料１の径ａに対応す
る補正値を記憶器１３から読み出し、円形試料１の径ａ
を補正し、円形試料１の真の径Ｒを算出する。このよう
にして、円形試料１の真の径Ｒを正確に求めることが可
能となる。

【００２８】ここで円形試料１の真の径Ｒが既知の場合
には、記憶器１３には補正値に代えて、円形試料１の真
の径Ｒを記憶させておいてもよい。本発明は上述した実
施例のみに限定されるものではなく、幾多の変更又は変
形が可能である。例えば上記実施例においては照明を透
過照明としたが、落射照明としてもよい。

【００２９】上述の実施例においては、閾値をピンホー
ル５における明部と暗部との出力の中間の値（５０％）
として設定したが、所望により他の値に設定してもよ
い。上述の実施例においては、光学系が固定され、ステ
ージ２が移動可能であるが、逆にステージ２を固定し、
光学系を対物レンズ３の光軸に対して垂直方向に移動可
能としてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の円径測定装
置によれば、エッジ検出誤差を補正するようにしたの
で、様々な円の径を測定する場合にも、繁雑な閾値の設
定変更を伴わずに、円形試料の径を正確に測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る円径測定装置を示す
ブロック図である。

【図２】図１の光検出器から出力される波形を示す線図
である。

【図３】図１のピンホールの中心位置と円形試料のエッ
ジとの位置関係を示す上面図である。

【図４】図３において検出すべき円形試料のエッジを拡
大して示す上面図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る円径測定装置を示す
ブロック図である。

【図６】図５の記憶器に記憶された光学系の拡大倍率と
ピンホールの径とに対して定まる補正値を示す線図であ
る。

【図７】従来の検出装置を示すブロック図である。

【図８】図７の装置による円形試料のエッジの理想的且
つ仮想的な検出状態を示し、円形試料のエッジとピンホ
ールの中心とが一致した状態を示す上面図である。

【図９】図７の装置による円形試料のエッジの実際の検
出状態を示し、円形試料のエッジとピンホールの中心と
が一致していない状態を示す上面図である。

【符号の説明】

１…円形試料、３，４…レンズ（結像光学系）、５…ピ
ンホール、６…光検出器、９…エッジ検出器（エッジ検
出手段）、１０…カウンタ（計数手段）、１１…演算器
（演算手段）、１２…ステージ駆動装置（移動手段）、
１３…記憶器（記憶手段）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形試料の径を測定するための装置であ
   って、 光源と、この光源から射出された光の円形試料に対する
   反射光または透過光を受光する光検出器とを含む光学系
   と、 この光学系と円形試料とを、円形試料の法線方向に対し
   て垂直な方向へ相対移動させる移動手段と、 前記移動手段による前記光学系と円形試料との相対移動
   期間中の前記光検出器の出力に基づいて、円形試料のエ
   ッジを検出するエッジ検出手段と、 円形試料と前記光学系との相対的移動量を計数する計数
   手段と、 前記計数手段の出力に基づいて円形試料の径を演算し、
   且つその演算結果に対し、前記エッジ検出手段の検出誤
   差を補正する演算手段とを備える円径測定装置。
2. 【請求項２】 前記光学系が、円形試料からの光を前記
   光検出器に対して結像させる結像光学系と、前記光検出
   器と前記結像光学系との間に配置されたピンホールとを
   含む請求項１記載の円径測定装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段が、演算部と記憶手段とを
   有する請求項１または２記載の円径測定装置。
4. 【請求項４】 前記演算手段の演算部が、円形試料の補
   正前の径を演算する請求項３記載の円径測定装置。
5. 【請求項５】 前記演算手段の記憶手段が、前記結像光
   学系の拡大倍率と前記ピンホールの径とに対して定まる
   補正値を表すデータを予め記憶している請求項３または
   ４記載の円径測定装置。
6. 【請求項６】 前記演算手段の記憶手段が、円形試料の
   既知の径を表すデータを予め記憶している請求項３また
   は４記載の円径測定装置。
7. 【請求項７】 前記演算手段が、その演算部により円形
   試料の補正前の径を演算し、その演算結果に前記記憶手
   段に記憶されたデータを参照して円形試料の実際の径を
   求める請求項５または６記載の円径測定装置。