JPH0629712B2 - 投影検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、投影レンズからの結像光束を反射部材を介し
てスクリーン上に投影する投影検査装置の改良に関す
る。

（発明の背景） 従来、複雑な２次元物体の形状を計測する最も一般的な
方法は工場顕微鏡ないし投影検査器で載物台を使用して
各点の座標を測定し、演算をすることによって形状を求
める。この方法はエンコーダー等の使用によってデジタ
ル測定ができ、その出力をコンピューター等で処理する
ことによって複雑な形状の情報をただちに得ることが可
能になった。このような測定では、投影器も物体の測定
点を指し示す機能しか持たないが、投影器の広い視野は
測定点の全体中での位置を把握するうえで大変便利なも
のである。さらに工場顕微鏡より楽な観察姿勢であるた
め長時間の測定にも疲れないという利点も持っている。

そのような投影器の長所をより生かすものとしてスクリ
ーンにレトロフィットで取り付ける位置検出装置があ
る。これはスクリーン十字線と測定点を合致させる時生
じる個人誤差をなくして精度を上げ、さらに測定点の検
出時間を短縮し、能率を向上させるようにしたもので特
開昭５９−１６２４０４のようなものが従来より知られ
ている。

しかしながら、上記従来例では、スクリーンの表面に後
付けされる前記位置検出装置は直径が１０mm程度もある
ため、該位置検出装置が取付けられた領域がスクリーン
上で覆われてしまい、測定点が若干不明確になり、測定
がしずらく、複雑な形状の測定では測定点がずれること
によって誤差が生じ易かった。また、代表点の測定だけ
では測定として不十分な複雑な形状の測定として、今な
お重要な測定法であるチャートを使用しての比較測定を
行なう場合には、該位置検出装置をスクリーンの表面か
ら取り外す必要があり、該位置検出装置を必要に応じて
取り付けたり、取り外したりすることは大変煩わしいと
いう問題点があった。

このような問題点の改善を指向した従来の投影検査装置
として、例えば第５図に示すようなものがある。

第５図に示す従来の位置検出装置内蔵型投影検査装置
は、投影レンズ１からの結像光束をスクリーン２に反射
する反射部材３と該投影レンズ１との間に、該投影レン
ズ１からの結像光束を反射部材３に反射する別の反射部
材４を配置し、該反射部材４の一部を半透過面にするこ
とにより、該投影レンズ１からの結像光束を２分し、該
反射部材４の透過光路上に位置検出装置５を配置したも
のである。

しかしながら、第５図に示す従来例では、前記反射部材
４を半透過面にした場合には、該反射部材４を投影レン
ズ１の光軸に斜めに配置しているので、該反射部材４を
透過して前記位置検出装置５に入射する光束には収差が
生じており、この収差によって該位置検出装置５による
位置検出精度が悪影響を受けてしまうという問題点があ
った。

さらに、上記特開昭５９−１６２４０４号公報に開示さ
れた従来の問題点を解決した投影検査装置の他の従来例
としては、第６図に示すようなものがある。

第６図に示す従来の投影検査装置は、投影レンズ１から
の結像光束をハーフミラー６で２分割し、該ハーフミラ
ー６の反射光をスクリーン２に、ハーフミラー６の透過
光を位置検出装置５にそれぞれ導くように構成したもの
である。

しかしながら、第６図に示す従来例では、位置検出装置
５側にもかなりの光量を送る必要があるため、スクリー
ン２側に送られる光量が減り、該スクリーン２上の明る
さが低下してしまい、これによって比較的明るい雰囲気
では使用することができなくなってしまい、また投影レ
ンズ１とスクリーン２との間の結像光束は非常に太いた
め、前記ハーフミラー６としては大きなものが必要であ
り、このような大きなハーフミラー６を精度良く作るこ
とが難しく、２重像等が生じるのを避けるには該ハーフ
ミラー６を厚くすることができず、したがって該ハーフ
ミラー６を保持することが難しいという問題点があっ
た。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、スクリーン上での明るさをほとんど低下させる
ことなく、検出素子上での明るさを十分確保でき、これ
によって比較的明るい雰囲気での使用が可能であり、か
つ測定が迅速に行なえ、操作性の良い投影検査装置を提
供することを目的としている。

（発明の概要） かかる目的を達成するための本発明の要旨は、投影レン
ズからの結像光束を反射部材を介してスクリーン上に投
影する投影検査装置において、該投影レンズとスクリー
ンとの間に、接合面上に半透過面が形成された光束分割
プリズムを配置し、該光束分割プリズムの透過光路上に
前記反射部材およびスクリーンを配置し、該光束分割プ
リズムの反射光路上に、検出素子と、該光束分割プリズ
ムで反射された光束を前記スクリーンへの投影倍率より
小さい倍率で前記検出素子上に結像する収斂性レンズと
を設けたことを特徴とする投影検査装置に存する。

そして、上記投影検査装置では、前記反射光路上に配置
された収斂性レンズは前記光束分割プリズムで反射され
た光束を前記スクリーンへの投影倍率より小さい倍率で
前記検出素子上に結像しているため、縮小像の照度は高
められるので、該検出素子への光量の分割を少なくして
も、検出素子を作動させるに十分な照度が得られる。し
たがって、スクリーンへの光量を十分確保できる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示してい
る。

第１図に示す投影検査装置１０は、投影レンズ系２０か
らの結像光束をダハプリズム３０、光束分割プリズム４
０およびミラー５０を介してスクリーン６０上に投影す
るように構成されている。

投影検査装置１０の本体１１のベース部１２内には、ス
テージ１３上に載置された被測定物Ｓを透過照明するた
めの透過照明系１４が内蔵されている。

本体１１の中央部外側には、前記投影レンズ系２０を介
して被測定物Ｓを落射照明するための落射照明系１５が
取り付けられている。

該投影レンズ系２０はレンズマウント１６を介して本体
１１に取り付けられている。

前記光束分割プリズム４０はダハプリズム３０とミラー
５０との間でダハプリズム３０にごく接近して配置され
ている。

該光束分割プリズム４０の透過光路Ａ上にはミラー５０
およびスクリーン６０が配置され、該光束分割プリズム
４０の反射光路Ｂ上には、縁端検出素子７０と、光束分
割プリズム４０で反射された光束をスクリーン６０への
投影倍率より小さい倍率で縁端検出素子７０上に結像す
る収斂性レンズ８０とが配置されている。縁端検出素子
７０は投影検査装置本体１１の上部に設けられており、
透過光路Ａのミラー５０とスクリーン６０との間で、反
射光路Ｂが交差している。

第１図および第２図に示すように、光束分割プリズム４
０は、２つのくさび形プリズム４１、４２が接合されて
形成されている。

該２つのくさび形プリズム４１、４２の接合面４３は、
半透過面と成っており、該接合面４３で反射された結像
光束はくさび形プリズム４１の入射面４１ａで全反射さ
れるように該くさび形プリズム４１が形成されている。
さらに、該くさび形プリズム４１には、入射面４１ａで
全反射された反射光の光軸に垂直に射出面４１ｂが形成
されている。

該射出面４１ｂに近接した位置には、該射出面４１ｂか
ら射出された光束を縁端検出素子７０上に結像する前記
収斂性レンズ８０が配置されている。

上述した如く、該収斂性レンズ８０が、光束分割プリズ
ム４０で反射されて射出面４１ｂから射出された光束を
スクリーン６０への投影倍率より小さい倍率で縁端検出
素子７０上に結像するようにしたのは、縁端検出素子７
０上の明るさは収斂性レンズ８０の倍率の２乗に反比例
するため、光束分割プリズム４０により分割される縁端
検出素子７０側への光量を少なくしても、該縁端検出素
子７０を作動させるのに十分な明るさが得られるよう
し、これによってスクリーン６０側へ送られる光量の損
失を最少限にするためである。

本実施例の投影検査装置１０としてスクリーン６０の有
口径が３００mm、投影系の全長が１２００mm程度の投影
検査装置を考えた場合には、該収斂性レンズ８０の倍率
βは＋０．４倍位が望ましい。該収斂性レンズ８０の倍
率βは＋０．４倍位に設定した場合には、光束分割プリ
ズム４０の接合面４３の透過率を８０％〜９０％程度に
しても、スクリーン６０上の明るさをほとんど低下させ
ることなく、かつ縁端検出素子７０を十分作動させるこ
とができる。

以下、作用を説明する。

透過照明系１４あるいは落射照明系１５で照明された被
測定物Ｓは投影レンズ系２０によってスクリーン６０上
に結像される。該投影レンズ系２０からの結像光束はダ
ハプリズム３０によって左右が反転され、光束分割プリ
ズム４０を介してミラー５０に向けて射出される。前記
入射面４１ａから光束分割プリズム４０内に入射した結
像光束の一部は接合面４３を反射し、大部分の光束は接
合面４３を透過する。

該接合面４３を透過した結像光束は、くさび形プリズム
４２からミラー５０に向けて射出され、該ミラー５０で
反射された結像光束はスクリーン６０に正立像で投影さ
れ、該スクリーン６０上に被測定物Ｓの拡大投影像が形
成される。ここで、上述したように、接合面４３の透過
率が８０％〜９０％程度に設定されているので、該スク
リーン６０側へ送られる光量の損失は最少限に抑えられ
ており、スクリーン６０上の明るさはほとんど低下して
いない。

一方、接合面４３で反射された結像光束は、くさび形プ
リズム４１の入射面４１ａで全反射され、射出面４１ｂ
から収斂性レンズ８０に向けて射出される。該収斂性レ
ンズ８０は、射出面４１ｂからの結像光束を＋０．４倍
位の小さい倍率で縮小して縁端検出素子７０上に結像す
る。ここで、前記接合面４３の透過率が８０％〜９０％
程度に設定されているため、光束分割プリズム４０によ
り分割される縁端検出素子７０側への光量は少ないが、
該縁端検出素子７０上の明るさは収斂性レンズ８０の倍
率の２乗に反比例するので、該縁端検出素子７０には、
該縁端検出素子７０が作動するのに十分な明るさの像が
形成される、即ち、縮小率β＝０．４により、１／β²
＝１／（０．４）²＝６．２５倍の明るさとなる。

なお、上記実施例では縁端検出素子７０を、スクリーン
６０への光束から外して本体１１の上部に配置し、これ
によって空間の有効利用を図ったが、該縁端検出素子７
０を、スクリーン６０を正面から見た場合に本体１１の
左側部あるいは右側部に配置し、収斂性レンズ８０から
の光束を反射部材で折り曲げて縁端検出素子７０に導く
ように構成してもよい。

また、前記光束分割プリズム４０の取り付け位置につい
ては、前記レンズマウント１６がターレット式のもので
ある場合には、空間的余裕がないため、該光束分割プリ
ズム４０をダハプリズム３０とミラー５０との間に配置
するのがもっとも望ましいが、該レンズマウント１６が
ターレット式のものでない場合には、空間的余裕ができ
るため、該光束分割プリズム４０を上記以外の場所に配
置することもできる。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

第３図および第４図は本発明の第２実施例を示してい
る。第３図は光束分割プリズム４０の入射面を含む面内
での構成図であり、第４図は第３図中の矢印IVの方向か
ら見た構成図である。

この第２実施例は、前記光束分割プリズム４０で反射さ
れた結像光束を前記縁端検出素子７０に導くと共に合焦
位置検出系にも導くように構成したものであり、その他
の構成は上記第１実施例のものと同様である。

第３図および第４図に示すように、前記くさび形プリズ
ム４１の射出面４１ｂには、該射出面４１ｂから射出さ
れる結像光束を２分するビームスプリッタ９０が固着さ
れている。該ビームスプリッタ９０の透過光路側の射出
面には、前記収斂性レンズ８０が固着されており、該ビ
ームスプリッタ９０の反射光路側の射出面には、該ビー
ムスプリッタ９０で反射された結像光束を縮小して合焦
位置検出系１００が合焦位置検出素子１０１上に結像す
る収斂性レンズ１１０が固着されている。

該収斂性レンズ１１０の倍率β′は、前記収斂性レンズ
８０の倍率（β＝＋０．４）よりさらに小さく、β′＝
＋０．２倍程度である。したがって、ビームスプリッタ
９０の透過光と反射光との分割比を８：２程度として
も、合焦位置検出素子１０１上の明るさは、縁端検出素
子７０上の明るさとほぼ同じになる。

従って、このような構成とすれば第２実施例でも、光束
分割プリズム４０の接合面４３の透過率を、上記第１実
施例の場合と同様に８０％〜９０％程度にすることがで
き位置検出素子と合焦検出素子を配置してもスクリーン
上の明るさをほとんど低下させることがない。

前記合焦位置検出系１００は、公知の方法により、ビー
ムスプリッタ９０で分割された結像光束をプリズム１０
２でさらに２分割すると共に光路差を生じさせ、合焦位
置検出素子１０１上において前記ピン位置および後ピン
位置で高周波成分を抽出して合焦位置を検出するように
構成されたものである。

上記構成を有する第２実施例の投影検査装置では、光束
分割プリズム４０の接合面４３で反射された結像光束
は、前記くさび形プリズム４１の入射面４１ａで全反射
されて射出面４１ｂから射出された後、ビームスプリッ
タ９０によって透過光と反射光とに２分される。

該ビームスプリッタ９０を透過した結像光束は収斂性レ
ンズ８０によって縮小されて縁端検出素子７０上に結像
される。一方、ビームスプリッタ９０で反射された結像
光束は、収斂性レンズ１１０によって縮小され、プリズ
ム１０２を介して合焦位置検出素子１０１上に結像され
る。

また、この第２実施例においても、前記接合面４３の透
過率が８０％〜９０％程度に設定されているため、スク
リーン６０側へ送られる光量の損失は最少限に抑えられ
ており、スクリーン６０上の明るさはほとんど低下して
いない。

一方、収斂性レンズ８０、収斂性レンズ１１０はビーム
スプリッタ９０で分割された結像光束をそれぞれスクリ
ーン６０に形成される像よりも小さい倍率で縮小して縁
端検出素子７０、合焦位置検出素子１０１上に結像して
いるので、縁端検出素子７０、合焦位置検出素子１０１
上には該縁端検出素子７０、合焦位置検出素子１０１が
作動するのに十分な光量がそれぞれ入っている。

なお、光束分割プリズム４０の接合面４３上に形成され
る半透過面は、この接合面の全面にわたって均一に形成
されてもよいし、光路の一部のみの光を反射すべく部分
的な半透過面としてもよい。部分的な半透過面とする場
合にも、この面での透過率が８０〜９０％に保たれるた
め、スクリーン上でのカゲリはほとんどない。また上記
第２実施例において、前記収斂性レンズ８０および収斂
性レンズ１１０は空間的余裕があればビームスプリッタ
９０に接合する必要がない。

さらに、本発明は上記各実施例に限定されるものではな
く、縁端検出素子７０を設けずに、合焦位置検出系１０
０のみを前記光束分割プリズム４０の反射光路上に配置
するように構成してもよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 本発明に係る投影検査装置によれば、光束分割プリズム
で反射された結像光束を収斂性レンズによってスクリー
ンへの投影倍率より小さい倍率で検出素子上に結像させ
ているので、スクリーン上での明るさをほとんど低下さ
せることなく、検出素子上での明るさを十分確保でき、
これによって比較的明るい雰囲気での使用が可能であ
り、かつ測定がし易く、測定を迅速に行なうことがで
き、操作性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示してお
り、第１図は投影検査装置を示す概略的な光学系配置
図、第２図は主要部を示す拡大側面図、第３図および第
４図は本発明の第２実施例を示しており、第３図は主要
部を示す側面図、第４図は第３図のIV矢視図、第５図は
従来例を示す概略的な光学系配置図、第６図は別の従来
例を示す概略的な光学系配置図である。 １０…投影検査装置 ２０…投影レンズ系（投影レンズ） ４０…光束分割プリズム ４３…接合面、５０…ミラー（反射部材） ６０…スクリーン ７０…縁端検出素子（検出素子） １０１…合焦位置検出素子（検出素子） ８０，１１０…収斂性レンズ Ａ…光束分割プリズムの透過光路 Ｂ…光束分割プリズムの反射光路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投影レンズからの結像光束を反射部材を介
   してスクリーン上に投影する投影検査装置において、該
   投影レンズとスクリーンとの間に、接合面上に半透過面
   が形成された光束分割プリズムを配置し、該光束分割プ
   リズムの透過光路上に前記反射部材およびスクリーンを
   配置し、該光束分割プリズムの反射光路上に、検出素子
   と、該光束分割プリズムで反射された光束を前記スクリ
   ーンへの投影倍率より小さい倍率で前記検出素子上に結
   像する収歛性レンズとを設けたことを特徴とする投影検
   査装置。