JP2995238B2 - 線に沿って面を光学的に走査する走査装置 - Google Patents
線に沿って面を光学的に走査する走査装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は線に沿って面を光学的
に走査する走査装置に関する。
に走査する走査装置に関する。
【0002】更に詳述すると、この発明は上記のような
走査装置であって、該装置が前記面を源とする放射を検
出する放射感知型検出系と、前記面の領域を該放射感知
型検出系上に結像させる光学系と、走査すべき面の前記
領域を選択する偏向系とを有するような装置に関する。
この場合、前記光学系は第1及び第2の円柱状副光学系
を有し、この第1の円柱状副光学系は走査すべき前記線
に対し平行かつ近傍に配置され、前記第2の円柱状副光
学系は前記検出系の近傍に配置される。この種の装置は
対象物の表面を検査するために、例えば当該対象物上に
存在する標識を読み取るために、使用される。また、上
記のような装置は電子回路のような製品を、その回路上
に配置された部品が正しい位置に在るか否かを判定する
ことにより検査するためにも使用される。
走査装置であって、該装置が前記面を源とする放射を検
出する放射感知型検出系と、前記面の領域を該放射感知
型検出系上に結像させる光学系と、走査すべき面の前記
領域を選択する偏向系とを有するような装置に関する。
この場合、前記光学系は第1及び第2の円柱状副光学系
を有し、この第1の円柱状副光学系は走査すべき前記線
に対し平行かつ近傍に配置され、前記第2の円柱状副光
学系は前記検出系の近傍に配置される。この種の装置は
対象物の表面を検査するために、例えば当該対象物上に
存在する標識を読み取るために、使用される。また、上
記のような装置は電子回路のような製品を、その回路上
に配置された部品が正しい位置に在るか否かを判定する
ことにより検査するためにも使用される。
【0003】
【従来の技術】冒頭に述べたような形式の装置は例えば
米国特許第3,787,107号から既知である。この
特許は、コンベアベルト上にある対象物の表面を走査し
て当該対象物上に設けられた文字等の標識の形の情報を
読み取る装置について述べている。この場合、上記面上
の線はレーザビームと回転多面鏡の形の偏向系とを用い
て光スポットにより走査される。上記光スポットの存在
により前記線の領域を選択する。前記面により反射され
た放射光は、次いで、円柱レンズの形の2個の円柱状光
学系を介して光電変換器上に投射される。この光電変換
器、即ち放射感知型検出系、の出力信号は前記面の反射
係数の、従って標識が在るか無いかの、目安となる。
米国特許第3,787,107号から既知である。この
特許は、コンベアベルト上にある対象物の表面を走査し
て当該対象物上に設けられた文字等の標識の形の情報を
読み取る装置について述べている。この場合、上記面上
の線はレーザビームと回転多面鏡の形の偏向系とを用い
て光スポットにより走査される。上記光スポットの存在
により前記線の領域を選択する。前記面により反射され
た放射光は、次いで、円柱レンズの形の2個の円柱状光
学系を介して光電変換器上に投射される。この光電変換
器、即ち放射感知型検出系、の出力信号は前記面の反射
係数の、従って標識が在るか無いかの、目安となる。
【0004】上記既知の装置は、放射ビームにより照明
された面上の領域の放射量を、従ってその領域の反射係
数を、測定する。しかしながら、この既知の装置は他の
測定を行うには、特に走査すべき線に沿い輪郭を測定す
ることにより面の凹凸を決定するには、適していない。
このような輪郭測定は、高さが変化する表面を有するよ
うな部材、例えば部品が平坦な支持板上の決められた位
置に配置されねばならないような電気回路或いは色では
なくて高さにより背景から識別されるような標識、を検
査する場合に特に有利である。
された面上の領域の放射量を、従ってその領域の反射係
数を、測定する。しかしながら、この既知の装置は他の
測定を行うには、特に走査すべき線に沿い輪郭を測定す
ることにより面の凹凸を決定するには、適していない。
このような輪郭測定は、高さが変化する表面を有するよ
うな部材、例えば部品が平坦な支持板上の決められた位
置に配置されねばならないような電気回路或いは色では
なくて高さにより背景から識別されるような標識、を検
査する場合に特に有利である。
【0005】したがって、この発明の一つの目的は光学
的方法により三次元検査を実施することができるような
走査装置を提供することにある。この目的を達成するた
め、この発明による走査装置は、前記偏向系が前記第1
及び第2の円柱状副光学系の間の放射通路に配置され、
前記光学系が結像レンズを有し、この結像レンズが、前
記走査方向を横切る方向で見た場合に前記面が前記第1
の円柱状副光学系により前記結像レンズ中に結像される
一方、前記結像レンズが前記第2の円柱状副光学系によ
り前記検出系上に結像されるように、配置される。もし
結像レンズが無かったとしたら、公称面と当該光学系の
光学軸との交点は走査方向を横切る方向で見た場合に検
出系上に正しく結像されるであろう。しかし、他の視野
では像は全く形成されない。また、面内にあるが前記光
学軸に隣接する他の点或いは異なる高さの他の各点はか
なりの収差を伴って結像されてしまう。結像レンズがあ
ると、像は走査方向から見た場合にも形成される。ま
た、走査方向を横切る方向に見た場合、前記結像レンズ
は視野レンズとして機能し当該面における収差と深さ変
化(depth transformation)とを補正するので、前記面
の公称走査点の周囲の部分が前記検出系に空間的に表示
され、しかもこの表示はほとんど収差を呈しない。この
場合、視野も大幅に拡大され、口径食(vignetting)が
防止される。前記面の実際に結像される部分は偏向系の
位置又は設定により決定される。
的方法により三次元検査を実施することができるような
走査装置を提供することにある。この目的を達成するた
め、この発明による走査装置は、前記偏向系が前記第1
及び第2の円柱状副光学系の間の放射通路に配置され、
前記光学系が結像レンズを有し、この結像レンズが、前
記走査方向を横切る方向で見た場合に前記面が前記第1
の円柱状副光学系により前記結像レンズ中に結像される
一方、前記結像レンズが前記第2の円柱状副光学系によ
り前記検出系上に結像されるように、配置される。もし
結像レンズが無かったとしたら、公称面と当該光学系の
光学軸との交点は走査方向を横切る方向で見た場合に検
出系上に正しく結像されるであろう。しかし、他の視野
では像は全く形成されない。また、面内にあるが前記光
学軸に隣接する他の点或いは異なる高さの他の各点はか
なりの収差を伴って結像されてしまう。結像レンズがあ
ると、像は走査方向から見た場合にも形成される。ま
た、走査方向を横切る方向に見た場合、前記結像レンズ
は視野レンズとして機能し当該面における収差と深さ変
化(depth transformation)とを補正するので、前記面
の公称走査点の周囲の部分が前記検出系に空間的に表示
され、しかもこの表示はほとんど収差を呈しない。この
場合、視野も大幅に拡大され、口径食(vignetting)が
防止される。前記面の実際に結像される部分は偏向系の
位置又は設定により決定される。
【0006】前記面を検出系上に結像する結像レンズ
は、前記の2つの円柱状副光学系を互いに正確に結像し
あうような実視野レンズに比べて、収差の低減に関して
はより好ましい効果を有していることが分かった。
は、前記の2つの円柱状副光学系を互いに正確に結像し
あうような実視野レンズに比べて、収差の低減に関して
はより好ましい効果を有していることが分かった。
【0007】上記結像レンズは単一レンズでよいが、複
数のレンズ素子からなる系であってもよい。
数のレンズ素子からなる系であってもよい。
【0008】前記の第1の円柱レンズを設けることに
は、偏向系の不完全さによる所望の走査線からのずれが
大幅に低減されるという、他の利点がある。
は、偏向系の不完全さによる所望の走査線からのずれが
大幅に低減されるという、他の利点がある。
【0009】前記円柱状副光学系は、例えば、円柱レン
ズを有してなっている。好ましい実施例は、少なくとも
一方の円柱状副光学系が凹状の円柱状鏡を有しているこ
とを特徴としている。また、反射系はレンズの開口数よ
りも大幅に大きな開口数を有して実現することができ
る。この構成によれば、前記面を源とし、かつ、該面の
垂直線に対して45度以上の角度で延びる放射光を受入
することが可能になる。
ズを有してなっている。好ましい実施例は、少なくとも
一方の円柱状副光学系が凹状の円柱状鏡を有しているこ
とを特徴としている。また、反射系はレンズの開口数よ
りも大幅に大きな開口数を有して実現することができ
る。この構成によれば、前記面を源とし、かつ、該面の
垂直線に対して45度以上の角度で延びる放射光を受入
することが可能になる。
【0010】上記実施例は、好ましくは、前記円柱状鏡
が楕円形を有することを特徴とする。良好な像は、一方
の焦点が前記面の公称位置に位置し他方の焦点が前記結
像レンズ中に位置するような楕円を選択することにより
得ることができる。更に、楕円円柱状鏡は切削機(mill
ing machine )により比較的容易に作成することができ
る。
が楕円形を有することを特徴とする。良好な像は、一方
の焦点が前記面の公称位置に位置し他方の焦点が前記結
像レンズ中に位置するような楕円を選択することにより
得ることができる。更に、楕円円柱状鏡は切削機(mill
ing machine )により比較的容易に作成することができ
る。
【0011】円柱レンズが使用された場合、当該走査装
置は前記第1及び第2の円柱状副光学系が円形からずれ
た屈折面を持つ円柱レンズ(非球面レンズ)を有してい
ることを特徴とする。これらのレンズによれば、当該系
の軸線上に位置する各点を略像誤差なしに結像させるこ
とができる。上記軸線上に位置しない各点の像における
収差は前記結像レンズにより低減される。
置は前記第1及び第2の円柱状副光学系が円形からずれ
た屈折面を持つ円柱レンズ(非球面レンズ)を有してい
ることを特徴とする。これらのレンズによれば、当該系
の軸線上に位置する各点を略像誤差なしに結像させるこ
とができる。上記軸線上に位置しない各点の像における
収差は前記結像レンズにより低減される。
【0012】本発明による走査装置は、更に、前記結像
レンズが前記偏向系と第2の円柱状副光学系との間の放
射通路上に配置されることを特徴としている。結果とし
て、前記結像レンズを横切る放射ビームの方角は偏向系
の位置とは無関係となる。したがって、レンズと光学的
光通路とは単純になる。
レンズが前記偏向系と第2の円柱状副光学系との間の放
射通路上に配置されることを特徴としている。結果とし
て、前記結像レンズを横切る放射ビームの方角は偏向系
の位置とは無関係となる。したがって、レンズと光学的
光通路とは単純になる。
【0013】走査することができる面の幅は限られてい
る。何故なら、走査すべき線上の異なる点と検出系との
間の光学通路は異なってはならず、または極僅かしか異
なってはならないからである。このことは、偏向系は前
記面から極遠方になくてはならず、また前記幅が結像レ
ンズの焦点距離よりも大幅に小さくなければならないこ
とを、意味する。この欠点を除去するため、本発明によ
る走査装置は、前記光学系が補正系を有し、該補正系は
走査すべき領域と放射感知型検出系との間の光学距離が
偏向系の制御に略無関係となるように第1の円柱状副光
学系と偏向系との間における放射通路上に配置されるこ
とを特徴とする。また、本発明による走査装置は好まし
くは更に前記補正系が放射通路に順次配置された少なく
とも2個の曲面鏡を有することを特徴とする。上記のよ
うな補正系であって、一方の鏡が好ましくは双曲の凸状
を呈し第2の鏡が好ましくは放物の凹状を呈するような
系の補助によれば、上記面を、走査ビームの主軸が常に
例えば該走査すべき面に垂直な同一の角度で延在するよ
うにしたまま、テレセントリックに(telecentrically
)走査することができる。上記のような補正系はヨー
ロッパ特許出願公開第EP-A-0351011号に記載されてい
る。しかしながら、このヨーロッパ出願に記載された走
査装置は本発明による走査装置におけるように第1及び
第2の円柱状副光学系を有していない。また、空間像を
形成すると共に大きな開口数を有し、従って走査方向を
横切る方向の放射を大幅に入力することができるので高
さの測定が可能である等の本発明の作用効果は上記ヨー
ロッパ出願には記載されていない。なお、上記ヨーロッ
パ出願に記載された補正系は面を広い範囲に渡り及び高
精度でテレセントリックに走査することを可能にする。
る。何故なら、走査すべき線上の異なる点と検出系との
間の光学通路は異なってはならず、または極僅かしか異
なってはならないからである。このことは、偏向系は前
記面から極遠方になくてはならず、また前記幅が結像レ
ンズの焦点距離よりも大幅に小さくなければならないこ
とを、意味する。この欠点を除去するため、本発明によ
る走査装置は、前記光学系が補正系を有し、該補正系は
走査すべき領域と放射感知型検出系との間の光学距離が
偏向系の制御に略無関係となるように第1の円柱状副光
学系と偏向系との間における放射通路上に配置されるこ
とを特徴とする。また、本発明による走査装置は好まし
くは更に前記補正系が放射通路に順次配置された少なく
とも2個の曲面鏡を有することを特徴とする。上記のよ
うな補正系であって、一方の鏡が好ましくは双曲の凸状
を呈し第2の鏡が好ましくは放物の凹状を呈するような
系の補助によれば、上記面を、走査ビームの主軸が常に
例えば該走査すべき面に垂直な同一の角度で延在するよ
うにしたまま、テレセントリックに(telecentrically
)走査することができる。上記のような補正系はヨー
ロッパ特許出願公開第EP-A-0351011号に記載されてい
る。しかしながら、このヨーロッパ出願に記載された走
査装置は本発明による走査装置におけるように第1及び
第2の円柱状副光学系を有していない。また、空間像を
形成すると共に大きな開口数を有し、従って走査方向を
横切る方向の放射を大幅に入力することができるので高
さの測定が可能である等の本発明の作用効果は上記ヨー
ロッパ出願には記載されていない。なお、上記ヨーロッ
パ出願に記載された補正系は面を広い範囲に渡り及び高
精度でテレセントリックに走査することを可能にする。
【0014】本発明による走査装置は、更に、前記結像
レンズがアナモルフィックレンズ(anamorphotic lens
)であることを特徴としている。当該結像レンズを構
成するレンズ系は2つの機能を満たす。前述したよう
に、結像レンズは走査方向を横切る方向における円筒状
光学系の結像誤差を補正すると共に視野を拡大するため
に用いられる。更に、該レンズ系は走査すべき面の像を
前記円柱状光学系が全く倍率(power )を有しない走査
方向において検出系上に形成する。アナモルフィックレ
ンズが用いられた場合は、前記の2つの機能が互いに独
立に最適化される。
レンズがアナモルフィックレンズ(anamorphotic lens
)であることを特徴としている。当該結像レンズを構
成するレンズ系は2つの機能を満たす。前述したよう
に、結像レンズは走査方向を横切る方向における円筒状
光学系の結像誤差を補正すると共に視野を拡大するため
に用いられる。更に、該レンズ系は走査すべき面の像を
前記円柱状光学系が全く倍率(power )を有しない走査
方向において検出系上に形成する。アナモルフィックレ
ンズが用いられた場合は、前記の2つの機能が互いに独
立に最適化される。
【0015】本発明による走査装置の好ましい実施例
は、更に、前記第1及び第2の円柱状副光学系が結像レ
ンズに対して対称に配置されることを特徴としている。
対称な系においては、第2の円柱状副光学系が第1の円
柱状副光学系により引き起こされる像の誤差を補償す
る。また、他の利点は単一の形状の円柱レンズまたは円
柱状鏡のみが必要であるという点にある。そして、この
ような構成によれば質的に良好な像が得られることが分
かった。
は、更に、前記第1及び第2の円柱状副光学系が結像レ
ンズに対して対称に配置されることを特徴としている。
対称な系においては、第2の円柱状副光学系が第1の円
柱状副光学系により引き起こされる像の誤差を補償す
る。また、他の利点は単一の形状の円柱レンズまたは円
柱状鏡のみが必要であるという点にある。そして、この
ような構成によれば質的に良好な像が得られることが分
かった。
【0016】本発明による走査装置の実施例は、更に、
前記放射感知型検出系がレンズ系に先行された放射感知
型の検出器を少なくとも一個有し、このレンズ系の主軸
が前記第2の円柱状副光学系の主軸に対してある角度で
延在していることを特徴としている。前記光学系は前記
面の実空間像を形成し、また前記円柱レンズ又は円柱状
鏡は走査方向を横切る方向に比較的大きな開口数を有し
ているので、前記検出系は三角測量法が使用されこれに
より選択領域の高さが得られるように構成することがで
きる。この場合、二重の三角測量法の方が望ましい。何
故なら、その方が影に対してより敏感でなく、かつ、よ
り正確な情報が得られるからである。
前記放射感知型検出系がレンズ系に先行された放射感知
型の検出器を少なくとも一個有し、このレンズ系の主軸
が前記第2の円柱状副光学系の主軸に対してある角度で
延在していることを特徴としている。前記光学系は前記
面の実空間像を形成し、また前記円柱レンズ又は円柱状
鏡は走査方向を横切る方向に比較的大きな開口数を有し
ているので、前記検出系は三角測量法が使用されこれに
より選択領域の高さが得られるように構成することがで
きる。この場合、二重の三角測量法の方が望ましい。何
故なら、その方が影に対してより敏感でなく、かつ、よ
り正確な情報が得られるからである。
【0017】本発明による走査装置の好ましい実施例
は、前記光学系が供給された放射ビームを前記面上に焦
点を結ばせるべく全体として又は部分的に使用されるこ
とを特徴とすると共に、前記偏向系がこのようにして形
成された放射スポットを走査すべき線に渡り移動させる
ために使用される。この場合、走査すべき領域は、該領
域を走査すべき領域に沿い移動する小さな放射スポット
により露光することにより正確に選択することができ
る。当該走査装置中に既に存在する光学系は前記面上に
そのような小さな放射スポットを形成するのに極めて好
適である。この場合に前記光学系を使用する他の利点
は、入射放射ビームが前記面からの放射光を受け取る方
向と同一な例えば該面に垂直な方向で入射するので、影
効果が殆ど働かないという点にある。上記入力放射ビー
ムは光学系全体を横切るか、又は偏向系と前記面との間
の部分のみを横切る。後者の場合、上記放射ビームは例
えば鏡を介して導入することができる。
は、前記光学系が供給された放射ビームを前記面上に焦
点を結ばせるべく全体として又は部分的に使用されるこ
とを特徴とすると共に、前記偏向系がこのようにして形
成された放射スポットを走査すべき線に渡り移動させる
ために使用される。この場合、走査すべき領域は、該領
域を走査すべき領域に沿い移動する小さな放射スポット
により露光することにより正確に選択することができ
る。当該走査装置中に既に存在する光学系は前記面上に
そのような小さな放射スポットを形成するのに極めて好
適である。この場合に前記光学系を使用する他の利点
は、入射放射ビームが前記面からの放射光を受け取る方
向と同一な例えば該面に垂直な方向で入射するので、影
効果が殆ど働かないという点にある。上記入力放射ビー
ムは光学系全体を横切るか、又は偏向系と前記面との間
の部分のみを横切る。後者の場合、上記放射ビームは例
えば鏡を介して導入することができる。
【0018】本発明による走査装置の実施例は、更に、
前記放射感知型検出系が前記面上の複数の点を検出する
ように構成され、これら点が走査中に並置された平行な
通路をたどるようにすることを特徴とする。この構成に
よれば、前記面が複数の線に沿って同時に走査されるの
で、高速で走査される。
前記放射感知型検出系が前記面上の複数の点を検出する
ように構成され、これら点が走査中に並置された平行な
通路をたどるようにすることを特徴とする。この構成に
よれば、前記面が複数の線に沿って同時に走査されるの
で、高速で走査される。
【0019】
【実施例】以下、本発明を上述した見地及び他の見地か
ら実施例につき詳細に説明する。
ら実施例につき詳細に説明する。
【0020】図1の(a)及び(b)はこの発明による
走査装置を概念的に示している。ここで、図1の(a)
は側面図であり走査方向は図の面に垂直となる、また、
図1の(b)は正面図であり走査方向は図の面上にあり
双頭矢印31により示される。
走査装置を概念的に示している。ここで、図1の(a)
は側面図であり走査方向は図の面に垂直となる、また、
図1の(b)は正面図であり走査方向は図の面上にあり
双頭矢印31により示される。
【0021】面10の一部は、2個の円柱レンズ41及
び42と対物系43とを有する光学系により、検出面2
1を具備する検出系20の近傍に結像される。上記各円
柱レンズは、前記第1の円柱レンズにより形成される走
査すべき面の公称位置の像が走査方向を横切る方向にお
いて前記第2の円柱レンズ42により形成される前記検
出面21の像と一致するように、配置されている。そし
て、結像レンズ(対物系)43はこれらの像の位置に配
置される。この結像レンズ43は、さもなくば光軸と走
査すべき面の公称位置との交点の周囲の点の像に存在す
る結像誤差を低減させる。当該光学系をこのように構成
したことにより、この光学系は走査方向を横切る方向に
おいて大きな開口数を、従って、比較的大きな解像力及
び大きな光出力を有することになる。この場合、前記検
出系及び走査すべき面は比較的離して配置することが可
能であるから、偏向系30用の空間が確保され、この偏
向系により前記面10を線に沿って走査することができ
る。上記構成により前記検出系20を高さ測定系として
構成することが可能になるので、面10の凹凸を測定す
ることが可能である。偏向系30は、例えば、検流計鏡
或いは回転多面体のような軸の回りに回転する鏡、又は
音響光学素子である。
び42と対物系43とを有する光学系により、検出面2
1を具備する検出系20の近傍に結像される。上記各円
柱レンズは、前記第1の円柱レンズにより形成される走
査すべき面の公称位置の像が走査方向を横切る方向にお
いて前記第2の円柱レンズ42により形成される前記検
出面21の像と一致するように、配置されている。そし
て、結像レンズ(対物系)43はこれらの像の位置に配
置される。この結像レンズ43は、さもなくば光軸と走
査すべき面の公称位置との交点の周囲の点の像に存在す
る結像誤差を低減させる。当該光学系をこのように構成
したことにより、この光学系は走査方向を横切る方向に
おいて大きな開口数を、従って、比較的大きな解像力及
び大きな光出力を有することになる。この場合、前記検
出系及び走査すべき面は比較的離して配置することが可
能であるから、偏向系30用の空間が確保され、この偏
向系により前記面10を線に沿って走査することができ
る。上記構成により前記検出系20を高さ測定系として
構成することが可能になるので、面10の凹凸を測定す
ることが可能である。偏向系30は、例えば、検流計鏡
或いは回転多面体のような軸の回りに回転する鏡、又は
音響光学素子である。
【0022】前記結像系43は走査された領域の像を走
査方向においても形成する。この結像系43と円柱レン
ズ41、42との組合せが、逆像(retro-image )の走
査を実際に実現可能にする。検出系20の位置に形成さ
れる光度的実像は三角測量法或いはその他の高さ測定法
により観察することができるので、前記面10の反射差
のみならず高度差も検出することができる。前記結像系
43は、走査方向及び走査方向を横切る方向の両方にお
いて倍率が最適化されるようなアナモルフィック(anam
orphotic)なものでよい。
査方向においても形成する。この結像系43と円柱レン
ズ41、42との組合せが、逆像(retro-image )の走
査を実際に実現可能にする。検出系20の位置に形成さ
れる光度的実像は三角測量法或いはその他の高さ測定法
により観察することができるので、前記面10の反射差
のみならず高度差も検出することができる。前記結像系
43は、走査方向及び走査方向を横切る方向の両方にお
いて倍率が最適化されるようなアナモルフィック(anam
orphotic)なものでよい。
【0023】図2の(a)及び図2の(b)は本発明に
よる走査装置の実際の実施例を示す。この実施例におい
て、前記偏向系は回転多面鏡32であり、該回転多面鏡
は対物系、即ち結像レンズ43と第1の円柱レンズ41
との間に配置されている。これらの2つのレンズの間に
おける偏向系の位置は、当該偏向系の制御に無関係に放
射ビームが対物系43を同一の方角に横切るから該系は
異なる方角の放射ビーム用に関して設計する必要がない
ことを意味する。
よる走査装置の実際の実施例を示す。この実施例におい
て、前記偏向系は回転多面鏡32であり、該回転多面鏡
は対物系、即ち結像レンズ43と第1の円柱レンズ41
との間に配置されている。これらの2つのレンズの間に
おける偏向系の位置は、当該偏向系の制御に無関係に放
射ビームが対物系43を同一の方角に横切るから該系は
異なる方角の放射ビーム用に関して設計する必要がない
ことを意味する。
【0024】上記の場合に対物系43と面10との間の
光学距離を一定に保つため、当該走査装置は一対の補正
鏡51及び52を有する。これらの補正鏡は前記対物系
と前記面との間の放射通路を、当該放射通路の長さが前
記多面鏡32の位置に無関係となるように延在する。更
に、この補正系は当該光学系の焦点距離が等しく維持さ
れるように、いかなる正味の倍率も有していない。ま
た、この補正系は斜めの放射ビームに起因する影効果が
可能な最大限に除去されるように前記面10のテレセン
トリックな走査を可能にする。この補正系は、好ましく
は、双曲円柱状の第1の凸面鏡51と放物円柱状の第2
の凹面鏡52とを有してなっている。小さな走査幅の場
合は、円形円柱状を使用すれば最適形状を充分に近似す
ることになる。このような補正系は、前述したヨーロッ
パ特許出願公開第EP-A-0351011号公報に記載されている
ので、詳細については該公報を参照されたい。
光学距離を一定に保つため、当該走査装置は一対の補正
鏡51及び52を有する。これらの補正鏡は前記対物系
と前記面との間の放射通路を、当該放射通路の長さが前
記多面鏡32の位置に無関係となるように延在する。更
に、この補正系は当該光学系の焦点距離が等しく維持さ
れるように、いかなる正味の倍率も有していない。ま
た、この補正系は斜めの放射ビームに起因する影効果が
可能な最大限に除去されるように前記面10のテレセン
トリックな走査を可能にする。この補正系は、好ましく
は、双曲円柱状の第1の凸面鏡51と放物円柱状の第2
の凹面鏡52とを有してなっている。小さな走査幅の場
合は、円形円柱状を使用すれば最適形状を充分に近似す
ることになる。このような補正系は、前述したヨーロッ
パ特許出願公開第EP-A-0351011号公報に記載されている
ので、詳細については該公報を参照されたい。
【0025】図示した本実施例においては、前記面は走
査されるべき線の近傍に配置されたランプのような光源
により均一に露光してもよい。このような照明の場合、
前記面の多くの部分が前記検出系上に結像される。該面
の満足のゆく表示を得るためには、一個の小さな検出器
か又は多数の小さな検出器を有する検出系を使用する必
要がある。
査されるべき線の近傍に配置されたランプのような光源
により均一に露光してもよい。このような照明の場合、
前記面の多くの部分が前記検出系上に結像される。該面
の満足のゆく表示を得るためには、一個の小さな検出器
か又は多数の小さな検出器を有する検出系を使用する必
要がある。
【0026】前記面上の点の高さは当該面を非常に小さ
な放射スポットを用いて露光することにより測定するこ
とができる。原理的には、この放射スポットは別の光学
系により該面上に投射することができる。しかしなが
ら、この構成は放射スポットの動きを当該走査装置によ
る走査に同期させるための複雑な制御系を必要とする。
一方、面10を検出系20上に結像する光学系を該面を
露光するためにも使用すれば、上記のような制御系は必
要ではない。この場合、偏向系30又は32は前記面上
の点を露光するように作用すると同時にこの露光された
点を囲む領域を選択するよう作用する。
な放射スポットを用いて露光することにより測定するこ
とができる。原理的には、この放射スポットは別の光学
系により該面上に投射することができる。しかしなが
ら、この構成は放射スポットの動きを当該走査装置によ
る走査に同期させるための複雑な制御系を必要とする。
一方、面10を検出系20上に結像する光学系を該面を
露光するためにも使用すれば、上記のような制御系は必
要ではない。この場合、偏向系30又は32は前記面上
の点を露光するように作用すると同時にこの露光された
点を囲む領域を選択するよう作用する。
【0027】図2に示すように、当該装置は例えばレー
ザのような光源ユニット60を有している。もし必要な
らば、当該光源ユニットには放射スポットが仮想検出面
21に形成されるように光学系が設けられる。この放射
スポットは前記素子42、43、52、51及び41を
有する光学系を介して面10上に結像される。また、他
の例においては、上記入射放射ビームを位置69の鏡に
より側部から導入することもできる。
ザのような光源ユニット60を有している。もし必要な
らば、当該光源ユニットには放射スポットが仮想検出面
21に形成されるように光学系が設けられる。この放射
スポットは前記素子42、43、52、51及び41を
有する光学系を介して面10上に結像される。また、他
の例においては、上記入射放射ビームを位置69の鏡に
より側部から導入することもできる。
【0028】前記面により反射された放射光は検出面2
1まで逆方向に通過し、例えば対物レンズ22及び23
を介して、位置感知型放射検出器24及び25上に投射
される。これらの位置感知型放射検出器は、入力放射の
強度を示すのみならず放射感知面上の放射スポットの位
置をも示す出力信号を提供する。このような検出器は例
えば多数の分離された素子または位置感知型フォトダイ
オード(PSD)を有している。前記レンズ22及び2
3の各主軸は前記円柱レンズ42の主軸に、従って当該
光学系の主軸に、対して角度を以て延在しているから、
検出器24及び25に入射する放射光の位置を測定する
ことにより三角測量法が実施される。この結果、前記面
の露光された部分の像の空間位置を、従ってこの面のこ
の部分の高さを、決定することができる。そして、線を
走査する際に多数の測定を行えば、前記面のこの線に沿
う高さの形状(輪郭)が得られる。
1まで逆方向に通過し、例えば対物レンズ22及び23
を介して、位置感知型放射検出器24及び25上に投射
される。これらの位置感知型放射検出器は、入力放射の
強度を示すのみならず放射感知面上の放射スポットの位
置をも示す出力信号を提供する。このような検出器は例
えば多数の分離された素子または位置感知型フォトダイ
オード(PSD)を有している。前記レンズ22及び2
3の各主軸は前記円柱レンズ42の主軸に、従って当該
光学系の主軸に、対して角度を以て延在しているから、
検出器24及び25に入射する放射光の位置を測定する
ことにより三角測量法が実施される。この結果、前記面
の露光された部分の像の空間位置を、従ってこの面のこ
の部分の高さを、決定することができる。そして、線を
走査する際に多数の測定を行えば、前記面のこの線に沿
う高さの形状(輪郭)が得られる。
【0029】図2は2個の対物レンズ22及び23及び
2個の検出器24及び25を示している。検出器を有す
る単一の対物系と比較して、この構成はより一層正確な
測定を可能にし、又急峻な高度差の場合の影効果の影響
もより小さい。
2個の検出器24及び25を示している。検出器を有す
る単一の対物系と比較して、この構成はより一層正確な
測定を可能にし、又急峻な高度差の場合の影効果の影響
もより小さい。
【0030】前記光源ユニット60は、面10上の単一
の点のみならず並置関係の多数の点が露光されるよう
に、構成することができる。これらの点は走査方向を横
切る方向に互いにずらすことができ、これにより面の走
査が単一の露光点の場合よりも大幅に高速で進行するよ
うにすることができる。この場合、前記検出系は勿論多
数の照射点を検出するように構成しなければならない。
また、前記面のより大きな部分を露光してもよく、ま
た、より多くの並置点が検出できるように多数の小さな
検出器を使用してもよい。
の点のみならず並置関係の多数の点が露光されるよう
に、構成することができる。これらの点は走査方向を横
切る方向に互いにずらすことができ、これにより面の走
査が単一の露光点の場合よりも大幅に高速で進行するよ
うにすることができる。この場合、前記検出系は勿論多
数の照射点を検出するように構成しなければならない。
また、前記面のより大きな部分を露光してもよく、ま
た、より多くの並置点が検出できるように多数の小さな
検出器を使用してもよい。
【0031】前記面の(一部の)高さを表す情報は共焦
点(confocal)検出法によっても得ることができる。こ
の場合は、点状の光源及び点状の検出器の両方が同一の
点に結像され、この点は走査すべき面の上又は近傍の公
称位置に位置する。
点(confocal)検出法によっても得ることができる。こ
の場合は、点状の光源及び点状の検出器の両方が同一の
点に結像され、この点は走査すべき面の上又は近傍の公
称位置に位置する。
【0032】また、干渉法、フーコー法又は非点収差法
等の他の既存の高さ測定原理を使用してもよい。当該装
置においては、前記の大きな開口数がこれらの使用を可
能にする。
等の他の既存の高さ測定原理を使用してもよい。当該装
置においては、前記の大きな開口数がこれらの使用を可
能にする。
【0033】図3及び図4は本発明による走査装置の構
成をプリント回路板を走査する実施例に関して示してい
る。
成をプリント回路板を走査する実施例に関して示してい
る。
【0034】放射源ユニットは平行化されたレーザビー
ム62を発生するレーザ61を有している。このビーム
は電気/光学変調器63を通過され、使用される検出器
に対して光強度を適応化させるようにしてもよい。この
レーザビーム62はレンズ65に入力され、該レンズは
このビームを仮想面21における焦点66に焦点を結ば
せる。しかる後、当該レーザビームは第2の円柱レンズ
42を横切り、折り返し鏡45及び46で反射され、結
像レンズ即ちレンズ43a及び43bを有する結像系を
横切り、走査すべき面10方向に回転多面鏡32を介し
て偏向される。前記補正鏡51及び52は、多面鏡32
と走査すべき面10との間に配置される。最終的に、前
記レーザビームは面10上に走査スポット12を形成
し、該走査スポットは前記多面鏡32の回転により面1
0上を矢印31の方向に移動する。この面から反射され
た放射光は上記光学系を逆方向に横切り、前記仮想面2
1の上又は近傍に像を形成する。この像はレンズ22及
び23並びに検出器24及び25を有する検出系により
観察される。
ム62を発生するレーザ61を有している。このビーム
は電気/光学変調器63を通過され、使用される検出器
に対して光強度を適応化させるようにしてもよい。この
レーザビーム62はレンズ65に入力され、該レンズは
このビームを仮想面21における焦点66に焦点を結ば
せる。しかる後、当該レーザビームは第2の円柱レンズ
42を横切り、折り返し鏡45及び46で反射され、結
像レンズ即ちレンズ43a及び43bを有する結像系を
横切り、走査すべき面10方向に回転多面鏡32を介し
て偏向される。前記補正鏡51及び52は、多面鏡32
と走査すべき面10との間に配置される。最終的に、前
記レーザビームは面10上に走査スポット12を形成
し、該走査スポットは前記多面鏡32の回転により面1
0上を矢印31の方向に移動する。この面から反射され
た放射光は上記光学系を逆方向に横切り、前記仮想面2
1の上又は近傍に像を形成する。この像はレンズ22及
び23並びに検出器24及び25を有する検出系により
観察される。
【0035】図4に示すように、面10の全体はプリン
ト回路板を走査方向を横切る矢印11の方向に移動させ
ることにより走査される。
ト回路板を走査方向を横切る矢印11の方向に移動させ
ることにより走査される。
【0036】前記円柱レンズ41及び42の代わりに、
又はそれらに加えて、円柱状鏡を使用してもよい。この
場合を図5に示す。なお、この図は前記図2の(a)に
対応させることができる。図5において、円柱状鏡14
1a、141b、142a及び142bが前記円柱レン
ズ41及び42に追加して設けられている。走査すべき
面の近傍の上記鏡141a及び141bの各反射面は楕
円の一部を形成し、その一方の焦点Fcは当該系の光学
軸と走査すべき面の公称位置との交点に位置し、第2の
焦点Ffは前記結像レンズ43の中心に位置する。第2
の円柱鏡系142a及び142bも楕円形状を有し、そ
の一方の焦点Ffは前記結像レンズの中心に一致し、他
方の焦点Fdは前記検出面21に位置する。
又はそれらに加えて、円柱状鏡を使用してもよい。この
場合を図5に示す。なお、この図は前記図2の(a)に
対応させることができる。図5において、円柱状鏡14
1a、141b、142a及び142bが前記円柱レン
ズ41及び42に追加して設けられている。走査すべき
面の近傍の上記鏡141a及び141bの各反射面は楕
円の一部を形成し、その一方の焦点Fcは当該系の光学
軸と走査すべき面の公称位置との交点に位置し、第2の
焦点Ffは前記結像レンズ43の中心に位置する。第2
の円柱鏡系142a及び142bも楕円形状を有し、そ
の一方の焦点Ffは前記結像レンズの中心に一致し、他
方の焦点Fdは前記検出面21に位置する。
【0037】円柱状鏡141a及び141bは面10か
らの放射を広い角度で入力することを可能にする。この
構成は当該走査装置の解像度を、円柱レンズ41のみを
使用した走査装置に比較して、より改善する。このより
よい解像度を利用するため、前記検出系は更に対物レン
ズ122及び123が先行する追加位置感知型検出器1
24及び125を有している。図には、更に、円柱レン
ズ41又は円柱状鏡141a及び141bを介して入力
される前記面からの放射光の通路を示している。走査す
べき面が公称位置である場合の該面から発生する放射光
に関しても、放射光の通路が(点線で)示されている。
なお、上記のような楕円鏡は、例えば回転切削刃を備え
る切削機(millinng machine)を用い加工部材の動きの
方向に対してこの切削刃の回転軸がある角度で延在する
ようにすれば、作成することができる。
らの放射を広い角度で入力することを可能にする。この
構成は当該走査装置の解像度を、円柱レンズ41のみを
使用した走査装置に比較して、より改善する。このより
よい解像度を利用するため、前記検出系は更に対物レン
ズ122及び123が先行する追加位置感知型検出器1
24及び125を有している。図には、更に、円柱レン
ズ41又は円柱状鏡141a及び141bを介して入力
される前記面からの放射光の通路を示している。走査す
べき面が公称位置である場合の該面から発生する放射光
に関しても、放射光の通路が(点線で)示されている。
なお、上記のような楕円鏡は、例えば回転切削刃を備え
る切削機(millinng machine)を用い加工部材の動きの
方向に対してこの切削刃の回転軸がある角度で延在する
ようにすれば、作成することができる。
【0038】図6は円柱状鏡141a及び141bが光
を入力するために用いられる場合の前記補正鏡51及び
52の位置を示している。これら鏡51及び52は、円
柱レンズ41のみが存在する走査装置におけるよりも、
僅かに広くなっている。以上に述べた部分を読解すれ
ば、この図における各素子及びそれらの機能を説明する
ことは不要であろう。
を入力するために用いられる場合の前記補正鏡51及び
52の位置を示している。これら鏡51及び52は、円
柱レンズ41のみが存在する走査装置におけるよりも、
僅かに広くなっている。以上に述べた部分を読解すれ
ば、この図における各素子及びそれらの機能を説明する
ことは不要であろう。
【0039】本発明による走査装置は(三次元)対象物
を検査するのに使用するのみならず、例えばプリント回
路板製造時のようにパターンを備える面あるいは感光層
を用いて作成される他のパターンを露光するためにも使
用することが可能である。
を検査するのに使用するのみならず、例えばプリント回
路板製造時のようにパターンを備える面あるいは感光層
を用いて作成される他のパターンを露光するためにも使
用することが可能である。
【図1】図1は、本発明による走査装置の一実施例を概
念的に示す図であり、(a)は側面図、(b)は正面
図、
念的に示す図であり、(a)は側面図、(b)は正面
図、
【図2】図2は、放射光通路が折り返された本発明によ
る走査装置の他の実施例を概念的に示す図で、(a)は
側面図、(b)は正面図、
る走査装置の他の実施例を概念的に示す図で、(a)は
側面図、(b)は正面図、
【図3】図3は、本発明による走査装置の更に他の実施
例の正面図、
例の正面図、
【図4】図4は、同実施例の側面図、
【図5】図5は、本発明による走査装置の更に他の実施
例の側面図、
例の側面図、
【図6】図6は、補正系と楕円鏡との同時使用を説明す
る図である。
る図である。
10 面 20 検出系 21 検出面 22 対物レンズ 23 対物レンズ 24 検出器 25 検出器 30 偏向系 32 偏向系 41 第1の円柱レンズ 42 第2の円柱レンズ 43 対物系(結像系) 51 補正鏡 52 補正鏡 60 光源ユニット(放射源ユニット)
フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, T he Netherlands (72)発明者 ヨセフ・ルイス・ホレイオン オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ 1 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 26/10
Claims (12)
- 【請求項1】 線に沿って面(10)を光学的に走査す
る走査装置であって、前記面(10)を源とする放射を
検出する放射感知型の検出系(20)と、前記面(1
0)における領域を前記放射感知型検出系(20)上に
結像させる光学系と、走査すべき前記面(10)におけ
る前記領域を選択する偏向系(30)とを有し、前記光
学系が第1及び第2の円柱状副光学系(41、42、1
41a、141b、142a、142b)を有し、前記
第1の円柱状副光学系(41、141a、141b)が
走査すべき前記線に対して近傍にかつ平行に配置され、
前記第2の円柱状副光学系(42、142a、142
b)が前記検出系(20)の近傍に配置された走査装置
において、前記偏向系(30)は前記第1の円柱状副光
学系(41)と前記第2の円柱状副光学系(42)との
間の放射通路に配置され、前記光学系は結像レンズ(4
3)を有し、該結像レンズは、走査方向を横切る方向に
見た場合に、前記面(10)が前記第1の円柱状副光学
系(41、141a、141b)により前記結像レンズ
(43)内に結像され、この結像レンズ(43)が前記
第2の円柱状副光学系(42、142a、142b)に
より前記検出系(20)上に結像されるように配置され
ている、ことを特徴とする走査装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の走査装置において、前
記円柱状副光学系の内の少なくとも一つが凹状の円柱状
鏡(141a、141b、142a、142b)を有す
ることを特徴とする走査装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の走査装置において、前
記円柱状鏡(141a、141b、142a、142
b)が楕円形状を有していることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の走査装置において、前
記第1及び第2の円柱状副光学系が円形形状からずれた
屈折面を持つ非球面円柱レンズ(41、42)を有して
いることを特徴とする走査装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の走査装置において、前
記結像レンズ(43)が前記偏向系(30)と前記第2
の円柱状副光学系(42;142a、142b)との間
の放射通路に配置されていることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項6】 請求項4に記載の走査装置において、前
記光学系は補正系(51、52)を有し、該補正系は、
前記第1の円柱状副光学系(41;141a、141
b)と前記偏向系(30)との間の放射通路に、走査す
べき前記領域と前記放射感知型検出系(20)との間の
光学距離が前記偏向系(30)の位置に実質的に無関係
となるように配置されていることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項7】 請求項6に記載の走査装置において、前
記補正系(51、52)が前記放射通路に順次配置され
た少なくとも2個の曲面鏡を有して構成されていること
を特徴とする走査装置。 - 【請求項8】 請求項1ないし請求項7の何れか一項に
記載の走査装置において、前記結像レンズ(43)がア
ナモルフィックレンズであることを特徴とする走査装
置。 - 【請求項9】 請求項1ないし請求項8の何れか一項に
記載の走査装置において、前記第1の円柱状副光学系
(41;141a、141b)と前記第2の円柱状副光
学系(42;142a、142b)とが前記結像レンズ
(43)に対して対称に配置されていることを特徴とす
る走査装置。 - 【請求項10】 請求項1ないし請求項9の何れか一項
に記載の走査装置において、前記放射感知型検出系はレ
ンズ系に先行された少なくとも1個の放射感知型検出器
(22、23、122、123)を有し、このレンズ系
の主軸線が前記第2の円柱状副光学系(42;142
a、142b)の主軸線に対して角度をもって延在して
いることを特徴とする走査装置。 - 【請求項11】 請求項1ないし請求項10の何れか一項
に記載の走査装置において、当該走査装置は放射ビーム
を供給する放射源ユニットを有し、前記光学系は前記の
供給された放射ビームを前記面(10)上に焦点を合わ
せるべく全体として又は部分的に配置され、前記偏向系
(30)はこのようにして形成された放射スポットを走
査すべき線にわたって移動させるように構成されている
ことを特徴とする走査装置。 - 【請求項12】 請求項1ないし請求項11の何れか一項
に記載の走査装置において、前記の放射感知型検出系
(20)は前記面上の複数の点を検出するように構成さ
れ、これら点が走査中に並置された平行な通路をたどる
ように構成されていることを特徴とする走査装置。
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