JP2010008458A - 光学式測定装置および投影板に形成されたパターン - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカスの精度を良好に維持できる光学式測定装置を提供すること。
【解決手段】投影板にはサイズの異なる複数のパターンＰ１〜Ｐ３が形成され、小さなサイズのパターンＰ１〜Ｐ３ほど投影板を透過する光束の中心軸Ｌ近くに配置されている。そのため、低倍率の時には、光束の中心軸Ｌから離れた位置にある大きなサイズのパターンＰ３が用いられ、高倍率の時には、光束の中心軸Ｌに近接配置される小さなサイズのパターンＰ１が用いられることとなるので、ズーミングに伴うパターンＰ１〜Ｐ３のサイズの変化を抑制でき、フォーカスの精度を良好に維持できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学式測定装置および投影板に形成されたパターンに関する。

図１は、従来の画像測定装置１の構成を示す図、図６は、被測定物に投影された従来のパターンＰを示す図である。なお、図６は、中間倍率の結像レンズ４が使用された際に観察されるパターンＰを示している。
従来、画像測定装置において、投影板を利用してオートフォーカスを行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の画像測定装置１は、図１に示すように、照明光を射出する照明手段２と、照明手段２からの光を被測定物に集光させるとともに被測定物で反射した光を集光する対物レンズ３と、焦点距離（倍率）がそれぞれ異なりかつ切替可能に設置され、対物レンズ３により集光された光を結像する複数の結像レンズ４と、これら各レンズ３，４を介してテーブル５上に載置された被測定物の像を撮像して撮像画像を取得するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどの撮像手段６とを備えている。

また、画像測定装置１は、照明手段２からの光を対物レンズ３側に反射するとともに対物レンズ３からの光を結像レンズ４側に透過するハーフミラー７と、ハーフミラー７および照明手段２間に設けられているとともに、照明手段２からの光を遮る等しい大きさの複数の三角形のパターンＰ（図６）が形成され、被測定物に前記パターンＰを投影する投影板８と、投影板８とハーフミラー７との間に設けられた投影レンズ９と、対物レンズ３を当該対物レンズ３の光軸Ｌ方向へ移動させる駆動手段１０と、画像測定装置１全体を制御するとともに駆動手段１０を制御して、対物レンズ３を被測定物にフォーカスが合う位置に移動させる制御手段１１とを備えている。

このような画像測定装置１において、制御手段１１は、駆動手段１０を制御し、前記三角形のパターンＰが投影された被測定物の撮像画像を、対物レンズ３の光軸Ｌ方向における位置を異ならせて複数取得する。そして、制御手段１１は、各撮像画像における明部８１（図６）と暗部８２（図６）とのコントラストの差などから、被測定物に対して対物レンズ３のフォーカスが合う位置を判定し、当該位置に対物レンズ３を移動させる。このような画像測定装置１は、投影板８により被測定物に投影されたパターンＰによるコントラストに基づいてフォーカスを合わせるので、鏡面やガラス面などのコントラストの低いものにもフォーカスを合わせることができる。

特開２００４−２９０６９号公報

図７は、低倍率の結像レンズ４に切り替えた際に観察される従来のパターンＰを示す図、図８は、高倍率の結像レンズ４に切り替えた際に観察される従来のパターンＰを示す図である。
しかしながら、特許文献１に記載の画像測定装置１では、倍率の異なる結像レンズ４に切り替えた場合、図７および図８に示すように、パターンＰのサイズが大きく変化してしまうので、倍率によってはパターンＰのエッジがぼやけるなどしてフォーカスの精度が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、フォーカスの精度を良好に維持できる光学式測定装置および投影板に形成されたパターンを提供することにある。

本発明の光学式測定装置は、被測定物に光を集光させる対物レンズと、前記対物レンズから出射された光に基づく前記被測定物の像を観察可能な観察光学系と、前記観察光学系で得られた前記被測定物の像のコントラストに基づいて前記対物レンズをその光軸方向へ移動させる駆動手段とを備えた光学式測定装置であって、パターンが形成された投影板を含み、前記投影板に形成された前記パターンを前記被測定物に投影する投影手段が設けられ、前記パターンは、サイズが異なる複数のパターンを備え、小さなサイズのパターンほど、前記投影板を透過する光束の中心軸近くに配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、投影板にはサイズの異なる複数のパターンが形成され、小さなサイズのパターンほど光軸（投影板を透過する光束の中心軸）近くに配置されている。そのため、低倍率の時には、光軸から離れた位置にある大きなサイズのパターンが用いられ、高倍率の時には、光軸に近接配置される小さなサイズのパターンが用いられることとなるので、ズーミングに伴うパターンサイズの変化を抑制でき、フォーカスの精度を良好に維持できる。

本発明では、前記観察光学系は、焦点距離がそれぞれ異なり、かつ切替可能に設置され、前記対物レンズにより集光された光を結像する複数の結像レンズを備え、前記投影手段は、照明光を射出する照明手段と、前記照明手段からの光が透過する前記投影板と、前記対物レンズおよび前記結像レンズ間に設けられ、前記対物レンズからの光を前記結像レンズ側に透過させるとともに、前記照明手段から射出されて前記投影板を透過した光を前記対物レンズ側に反射するハーフミラーとを備え、前記サイズの異なる各パターンは、それぞれ、前記各結像レンズに対応したサイズとなっていることが好ましい。

このような構成によれば、投影板に形成されたサイズの異なる各パターンが、焦点距離がそれぞれ異なる各結像レンズに対応したサイズ、すなわち、焦点距離が異なる各結像レンズを用いて被測定物を撮像した際に同程度の大きさに観察されるサイズとなっているので、ズーミングに伴うパターンサイズの変化を十分に抑制でき、フォーカスの精度を確実に良好に維持できる。

本発明では、前記パターンは、三角形状に形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、パターンが三角形状に形成されているので、被測定物のエッジが方向性を有していても、被測定物のエッジを残すことができる。そのため、パターンのエッジが判別し易くなり、フォーカスの精度を確実に良好に維持できる。

本発明の投影板に形成されたパターンは、投影板に形成されたパターンを被測定物に投影し、前記パターンが投影された被測定物の像のコントラストに基づいて対物レンズをその光軸方向へ移動させる光学式測定装置における投影板に形成されたパターンであって、当該パターンは、サイズの異なる複数のパターンを備え、小さなサイズのパターンほど、所定の一点の近くに配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、本発明のパターンは、サイズの異なる複数のパターンを備え、小さなサイズのパターンほど所定の一点の近くに配置されているので、前記一点の位置が光軸（投影板を透過する光束の中心軸）と一致するように、当該パターンが形成された投影板を光学式測定装置に設置することで、低倍率の時には、光軸から離れた位置にある大きなサイズのパターンが用いられ、高倍率の時には、光軸に近接配置される小さなサイズのパターンが用いられることとなる。従って、本発明のパターンが形成された投影板を光学式測定装置に用いることで、ズーミングに伴うパターンサイズの変化を抑制でき、フォーカスの精度を良好に維持できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、従来の画像測定装置１について説明する際に用いた図１を用いて、本実施形態の光学式測定装置としての画像測定装置１について説明する。画像測定装置１の投影板８以外の構成については、従来の画像測定装置１と同様であるので、以下では、投影板８以外の構成については簡略に説明する。

画像測定装置１は、図１に示すように、従来の画像測定装置１と同様、照明手段２、対物レンズ３、切替可能に設置された焦点距離が異なる３つの結像レンズ４（例えば１Ｘ、２Ｘ、６Ｘ）、これら各レンズ３，４を介してテーブル５上の被測定物を撮像するＣＣＤカメラなどの撮像手段６、ハーフミラー７、詳しくは後述するパターンＰ１〜Ｐ３（図２参照）を被測定物に投影する投影板８、投影レンズ９、対物レンズ３を対物レンズ３の光軸Ｌ方向へ移動させる駆動手段１０、および駆動手段１０を制御して対物レンズ３を被測定物にフォーカスが合う位置に移動させる制御手段１１を備えている。

本実施形態では、結像レンズ４および撮像手段６を含んで、対物レンズ３から出射された光に基づく被測定物の像を観察可能な本発明の観察光学系１２が構成され、照明手段２、ハーフミラー７、投影板８、および投影レンズ９を含んで、投影板８に形成された前記パターンＰ１〜Ｐ３を被測定物に投影する本発明の投影手段１３が構成されている。

図２は、投影板８に形成されているパターンＰ１〜Ｐ３を示す図である。なお、低倍率の結像レンズ４（１Ｘ）が使用された際には、当該図２に示されたパターンＰ１〜Ｐ３が観察されることとなる。
このような画像測定装置１において、投影板８には、電子ビーム描画、転写、エッチング、およびダイシングソーによる切断などの一般加工技術により、図２に示すように、照明手段２からの光を遮蔽する複数の三角形のパターンＰ１〜Ｐ３が形成されている。なお、投影板８は、各パターンＰ１〜Ｐ３を表示する液晶板（液晶パネル）であってもよい。

これらのパターンＰ１〜Ｐ３は、３種類の異なるサイズに形成されており、小さなサイズから、パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３の順になっている。パターンＰ１は高倍率の結像レンズ４（６Ｘ）に対応し、パターンＰ２は中間倍率の結像レンズ４（２Ｘ）に対応し、パターンＰ３は低倍率の結像レンズ４（１Ｘ）に対応している。これらの各パターンＰ１〜Ｐ３は、結像レンズ４が倍率の異なるものに切り換えられた際に、同程度の大きさで観察されるサイズに形成されている。

また、各パターンＰ１〜Ｐ３は、照明手段２から射出されて投影板８を透過する光束の中心軸Ｌ（光軸Ｌ）を中心としてパターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３の順に、かつ、各結像レンズ４を用いて撮像された撮像画像におけるコントラストが、当該結像レンズ４に対応するパターンＰ１〜Ｐ３によって主に生じるように配置されている。

このような本実施形態では、制御手段１１は、駆動手段１０を制御し、前記パターンＰ１〜Ｐ３が投影された被測定物の撮像画像を、対物レンズ３の光軸Ｌ方向における位置を異ならせて複数取得する。そして、制御手段１１は、各撮像画像における明部８１と暗部８２とのコントラストの差などから被測定物に対して対物レンズ３のフォーカスが合った位置を判定し、当該位置に対物レンズ３を移動させる。ここで、低倍率の結像レンズ４を用いて被測定物が撮像される場合、被測定物の測定面の広い領域が撮像されることとなり、図２に示すように、被測定物に投影されたパターンＰ１〜Ｐ３全てが撮像されることとなるので、明部８１と暗部８２とのコントラストは、他のパターンＰ２，Ｐ１に比べて大きなパターンＰ３によって主に生じることとなる。

図３は、中間倍率の結像レンズ４を使用した際に観察されるパターンＰ１〜Ｐ３を示す図である。
また、中間倍率の結像レンズ４によって被測定物が撮像される場合、図３に示すように、被測定物に投影されたパターンＰ１〜Ｐ３のうち、光軸Ｌを中心とした中程度の大きさの領域（図２参照）内に入るパターンＰ１，Ｐ２が主に撮像されることとなるので、明部８１と暗部８２とのコントラストは、パターンＰ１より大きなサイズのパターンＰ２によって主に生じることとなる。

図４は、高倍率の結像レンズ４を使用した際に観察されるパターンＰ１、Ｐ２を示す図である。
さらに、高倍率の結像レンズ４によって被測定物が撮像される場合、図４に示すように、光軸Ｌを中心とした狭い領域（図２参照）内に入るパターンＰ１が主に撮像されることとなるので、明部８１と暗部８２とのコントラストは、主にパターンＰ１によって生じることとなる。

このように、本実施形態では、小さなサイズのパターンＰ１〜Ｐ３ほど、投影板８において光軸Ｌの近くに形成されているので、低倍率の時には、光軸Ｌから離れた位置にある低倍率用の大きなサイズのパターンＰ３が用いられ、中間倍率の時には、光軸Ｌ周りに配置される中間程度のサイズのパターンＰ２が用いられ、高倍率の時には、光軸Ｌに近接配置される小さなサイズのパターンＰ１が用いられることとなる。従って、倍率の異なる結像レンズ４に切り換えた際にパターンサイズが変化してしまうことを抑制でき、フォーカスの精度を良好に維持できる。

加えて、各パターンＰ１〜Ｐ３のサイズは、結像レンズ４に対応したサイズ、すなわち、各結像レンズ４を用いて被測定物を撮像した際に同程度の大きさに観察されるサイズとなっているので、倍率の異なる結像レンズ４に切り換えた際にパターンＰ１〜Ｐ３のサイズが変化することを十分に抑制でき、フォーカスの精度を確実に良好に維持できる。

図５は、撮像画像における被測定物のエッジを示す図である。
また、各パターンＰ１〜Ｐ３が三角形状に形成されているので、図５に示すように、被測定物のエッジが方向性を有していても、被測定物のエッジを残すことができる。そのため、パターンのエッジが判別し易くなり、フォーカスの精度をより確実に良好に維持できる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、観察光学系１２は、結像レンズ４を備えていたが、観察光学系１２は、焦点距離を変化させることができ、かつピント位置を移動させないズームレンズを備えていてもよい。

前記実施形態では、投影手段に形成されたパターンは三角形に形成されていたが、投影手段に形成されるパターンは、三角形に限らず、各撮像画像のパターンによるコントラストの差から、対物レンズ３のフォーカスが合った位置を判定できるものであれば、どのような形状に形成されていてもよい。
前記実施形態では、本発明を画像測定装置に適用する例を示したが、本発明は、顕微鏡などの他の光学式測定装置に適用されてもよい。

本発明は、画像測定装置や顕微鏡などの光学式測定装置に好適に利用できる。また、本発明は、画像測定装置や顕微鏡などの光学式測定装置の投影板に形成されたパターンに好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係る画像測定装置および従来の画像測定装置の構成を示す図。 前記実施形態の投影板に形成されているパターンを示す図。 前記実施形態の中間倍率の結像レンズを使用した際に観察されるパターンを示す図。 前記実施形態の高倍率の結像レンズを使用した際に観察されるパターンを示す図。 前記実施形態の撮像画像における被測定物のエッジを示す図。 被測定物に投影された従来のパターンを示す図。 低倍率の結像レンズに切り替えた際に観察される従来のパターンを示す図 高倍率の結像レンズに切り替えた際に観察される従来のパターンを示す図。

符号の説明

１…画像測定装置（光学式測定装置）、２…照明手段、３…対物レンズ、４…結像レンズ、７…ハーフミラー、８…投影板、１０…駆動手段、１２…観察光学系、１３…投影手段、Ｐ１〜Ｐ３…パターン。

Claims (4)

1. 被測定物に光を集光させる対物レンズと、
   前記対物レンズから出射された光に基づく前記被測定物の像を観察可能な観察光学系と、
   前記観察光学系で得られた前記被測定物の像のコントラストに基づいて前記対物レンズをその光軸方向へ移動させる駆動手段とを備えた光学式測定装置であって、
   パターンが形成された投影板を含み、前記投影板に形成された前記パターンを前記被測定物に投影する投影手段が設けられ、
   前記パターンは、サイズが異なる複数のパターンを備え、小さなサイズのパターンほど、前記投影板を透過する光束の中心軸近くに配置されている
   ことを特徴とする光学式測定装置。
2. 請求項１に記載の光学式測定装置において、
   前記観察光学系は、焦点距離がそれぞれ異なり、かつ切替可能に設置され、前記対物レンズにより集光された光を結像する複数の結像レンズを備え、
   前記投影手段は、
   照明光を射出する照明手段と、
   前記照明手段からの光が透過する前記投影板と、
   前記対物レンズおよび前記結像レンズ間に設けられ、前記対物レンズからの光を前記結像レンズ側に透過させるとともに、前記照明手段から射出されて前記投影板を透過した光を前記対物レンズ側に反射するハーフミラーとを備え、
   前記サイズの異なる各パターンは、それぞれ、前記各結像レンズに対応したサイズとなっている
   ことを特徴とする光学式測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学式測定装置において、
   前記パターンは、三角形状に形成されている
   ことを特徴とする光学式測定装置。
4. 投影板に形成されたパターンを被測定物に投影し、前記パターンが投影された被測定物の像のコントラストに基づいて対物レンズをその光軸方向へ移動させる光学式測定装置における投影板に形成されたパターンであって、
   当該パターンは、サイズの異なる複数のパターンを備え、小さなサイズのパターンほど、所定の一点の近くに配置されている
   ことを特徴とする投影板に形成されたパターン。

Images