KR20060132579A - 이미징 시스템의 초점을 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20060132579A
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피터 에프. 그레브
앨버트 비즐스마
빌렘 제이. 로지에르
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광학 시스템(20)의 초점은 상기 광학 시스템의 초점면(66)의 다른 면들에서 주기적 구조를 갖는 제 1 및 제 2 테스트 객체(62, 64)를 배열하고, 방사-민감성 검출 시스템(30)의 다른 영역(32, 34)상에 형성된 이미지의 변조 깊이의 차이를 결정하는 것에 의해 신뢰성 있고 정밀한 방식에서 결정될 수 있다.

Description

이미징 시스템의 초점을 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR DETERMINING FOCUS OF AN IMAGING SYSTEM}
본 발명은 광학 시스템의 초점을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:
- 조명 시스템과 방사-민감성 검출 시스템 사이에 광학 시스템을 배열하는 단계;
- 상기 조명 시스템과 상기 광학 시스템 사이에 테스트 객체를 배열하는 단계;
- 상기 검출 시스템상에 광학 시스템에 의해 테스트 객체를 이미징하는 단계;와
- 상기 테스트 객체 이미지의 변조 깊이로부터 초점면의 위치를 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장치와 관련이 있다.
광축을 구비한 이미징 시스템의 초점은 이 이미징 시스템의 초점면의 축 위치를 의미하는 것으로 이해된다. 이 시스템은 많은 렌즈 요소 및/또는 미러 요소를 포함하는 결합된 시스템일 수 잇으며, 이 요소는 요구되는 축 위치에 객체를 함께 이미징한다. 이 이미징 시스템은 또한 단일 미러 요소일 수 있다. 초점 검출은 광학 분야에서 널리 이용되며, 예를 들면, 단일 혹은 조합된 렌즈 또는 미러의 초점면을 결정하기 위해서나 이 시스템의 초점면이 이 장치내의 요구되는 위치에 있는 지를 결정하기 위해 광 이미징 시스템을 포함하는 광학 장치의 제조 동안에 이용된다.
최적의 초점을 결정하기 위한 여러 방법이 당업계에서 알려져 있고, 축의 방향으로 이동된(테스트) 객체 또는 축의 방향으로 전치된(displaced) 센서를 사용하고, 이 이미징 시스템의 초점면이 어디에 있는 지를 결정하기 위해 센서 출력 신호를 비교하는 방법이 알려져 있다. 미국 특허 US-A6,195,159는 이 방법을 사용하는 렌즈 테스팅 시스템을 설명한다.
본원 발명의 방법을 가장 잘 접근하는 방법은 단일 테스트 객체를 이용하는 동적인 방법이다. 이 객체는 "초점을 통과하여 스캐닝(scanned through focus)"되는데, 이 객체가 최적 초점 위치의 한 면에서의 위치로부터 다른 면의 위치으로 확장되는, 축의 범위를 통과하여 이동되는 것을 의미한다. 대안적으로, 이 이미징 시스템 자체 또는 그 일부분이 스캐닝될 수 있다. 스캐닝 동안, 이 이미지의 컨트래스트 또는 선명도는 센서에 의해 공급되는 신호로부터 결정되며, 이 센서는 이 테스트 객체의 이미지를 받으며, 이 컨트래스트 값이 저장된다. 이 이동 객체 또는 이 이동 이미징 시스템 이미지의 어느 위치가 획득되는 지에 대한 결정이 내려지며, 이 객체와 이미지는 동일한 비선명도(unsharpness)를 갖는다. 이 두 위치의 중간 위치가 최적의 초점이 얻어지는 위치이다.
이 객체가 광과 어두운 영역을 포함하는 경우에, 변조 깊이는 컨트래스트에 대한 측정이고, 이 위치의 함수가 최적 초점 범위에서, 즉, 최적 초점을 접근할 때, 작은 변이를 보이고, 심지어는 최적 초점에서 아무 변이도 보이지 않으므로, 기존 방법의 민감도는 낮다. 이것은 낮은 측정 정밀도를 야기시킨다. 최적 초점 범위에서 디포커스(defocus)의 양(amount)을 추정하는 것은 어렵다. 게다가, 검출된 초점 에러의 부호는, 즉, 실제 초점이 최적 초점의 한 면 혹은 다른 면에 있는 것은 이 객체 또는 이 이미징 시스템을, 이 변조의 충분한 변이가 관측될 수 있도록 초점 밖으로 멀리 이동시키지 않고는 결정할 수 없다. 결과적으로, 디포커스의 정확한 양과 부호가 고정된 광학 시스템에 대해서 결정될 수 없다.
본 발명의 목적은 개시 단락에서 정의된 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 고정밀도로 초점 변이의 양뿐만 아니라 이러한 변이의 부호도 결정하는 것을 허용하고, 정적인(static) 방법이며, 최소 개수의 광학 요소를 사용한다. 이 방법은 테스트 객체를 배열하는 단계는 상기 조명 시스템과 상기 광학 시스템의 기대되는 초점면 사이에 제 1테스트 객체와 상기 평면과 상기 광학 시스템 사이에 제2 테스트 객체를 배열하는 단계를 포함하는 단계로서, 이에 따라 제 1 및 제 2 테스트 객체는 상기 광학 시스템의 광축에 대해 다른 위치에서 배열되는 것과, 테스트 객체를 배열하는 단계와, 초점을 설정하는 단계는 두 개의 테스트 객체 이미지 각각의 변조 깊이를 결정하는 단계와, 상기 두 테스트 객체의 위치에 대해 초점 위치를 나타내는 차이값을 얻기 위해 서로로부터 획득된 변조 깊이 값을 차감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 객체가 이미징 시스템의 초점면의 전후에 제각기 배열되는, 동일한 구조를 갖는 두 개의 테스트 객체와 연관된 통과-초점 변조(Mtf) 곡선이 서로에 대해 이동될 것이라는 통찰에 기반을 두고 있다. 곡선(Mtf)은 객체의 이미지에서의 변조를 상기 이미징 시스템의 최적 초점면에 대한 이 객체의 축 위치의 함수로서 보여 준다. MTF 혹은 변조 전달 함수는 광학에서 잘 알려진 매개변수이다. 일반적으로, 이미징 시스템에 의해 형성되는 이미지의 컨트래스트는 이 이미지에서 회색값의 변조의 견지에서 주어진다. 현재, 이미징 시스템의 변조 전달은 주기적 구조를 보이는 객체에 의해 결정된다. 주어진 주기성을 위한 회색값 변조는 이 주기성을 위한 변조 전달이라고 불린다. 이 명세서에서, Mtf는 주어진 주기성을 갖는 객체와 연관된 Mtf를 의미한다고 이해된다. 상기 두 개의 통과-초점 변조 곡선은 가우스(Gaussian) 형태를 가지고 있다. Mtf 곡선의 폭은 다른 것들 중에서 이 객체에서의 주기성과 토우(tow) 객체 사이의 거리에 종속된다. 현재, 이 폭은 반치전폭(full width at half maximum: FWHM)으로 표시된다. 만약 상기 두 부-객체의 곡선이 서로에 대해서 근접하다면, 즉, 상단간의 거리가 FWHM 차감의 약 1.5배보다 작으면, 소위 S-곡선에서 각각의 결과로부터의 곡선이 얻어질 것이며, 이것은 제로 주위에서 실질적으로 선형의 기울기를 보인다. S-곡선에서 이 제로는 이 이미징 시스템의 최적 초점을 나타낸다.
본 발명의 정적인 측정 방법에서, 어떠한 통과-초점 스캐닝도 사용되지 않으며, 주어진 초점 위치에 대해, 각 객체를 대해 하나씩, 두 개의 변조값이 얻어지고, 따라서, 하나의 차이값은 얻어지는 초점 위치에 대해 독특한 크기(magnitude)와 부호(+ 혹은 -)를 갖는다. 이 차이값은 최적의 초점을 얻기 위해 필요한 정정의 양과 부호를 지시한다. 최적의 초점을 위해 이 두 개의 객체에 연관된 변조는 동일한 값을 가지고 있으며, 이 값은 상기 토론된 기존의 방법에서 사용되었던 예를 들면, 최대값 0.5에서 0.8과는 매우 다르다. 본 발명의 정적인 차감 방법은 모든 디포커스에 대해 디포커스의 정확한 양과 부호를 제공한다. 고품질 광학 시스템에 대해, 이 방법은 이 광학 시스템의 초점 깊이의 1% 정도의 민감도를 가지고 디포커스의 양을 측정하는 것을 허용한다. 이 포커스 깊이 또는 초점 범위는 허용할 만한, 즉, 허용할 만한 이미지가 얻어질 수 있는 디포커스의 양이다.
바람직하게, 이 방법은 초점이 이 이미징 시스템의 시역의 다른 지점에서 결정된다는 것을 추가적인 특징으로 한다.
이런 방식으로, 시역을 가로지르는 평균 디포커스와 필드 굴곡 및 그 형태와 같은 이 이미징 시스템의 매개변수가 결정될 수 있고, 필드의 다른 지점에서의 단일 주파수 변조가 추정될 수 있다.
본 발명은 또한 이 방법을 수행하기 위한 장치와 관련이 있다. 이 장치는 조명 빔을 공급하기 위한 방사원, 테스트 객체, 측정될 상기 광학 시스템을 위한 위치, 광-민감성 검출 시스템 및 상기 검출 시스템으로부터의 신호를 처리하기 위한 처리 수단을 연속적으로 포함하는 것과, 이 장치는 상기 광학 시스템의 기대되는 최적 초점의 다른 면과 상기 장치의 축에 대해 다른 위치에 배열되는 두 개의 부-객체를 포함하는 것, 및 상기 방사-민감성 검출 시스템은 상기 부-객체의 이미지를 위한 분리적인 검출 영역을 포함하는 것, 그리고 상기 처리 수단은 상기 이미지의 컨트래스트에 있어서의 차이를 계산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 장치의 실시예는 이 부-객체가 격자라는 것을 특징으로 한다.
광학 격자는 광학 시스템의 특성을 측정하기 위한 테스트 객체로서 매우 적합하다.
본 발명의 이것과 다른 측면은 아래에서 설명되는 실시예를 참조하여 비-제한적인 예를 통해, 명백하고 명료하게 될 것이다.
도 1은 이미징 시스템의 초점을 결정하기 위한 종래의 장치를 도시한 도면.
도 2는 통과-초점(through-focus) 변조 곡선을 도시한 도면.
도 3은 이미징 시스템의 초점을 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 실시예를 도시한 도면.
도 4는 상기 장치를 사용해 얻어진 통과-초점 변조 곡선을 도시한 도면.
도 5는 이 곡선 간의 차이를 나타내는 곡선을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 테스트 객체의 실시예를 도시한 도면.
도 7은 이와 같은 테스트 객체를 격자(grating) 구조 세트의 실시예를 도시 한 도면.
도 8은 복수의 격자 구조 세트를 구비한 테스트 객체를 도시한 도면.
도 9는 추가적인 렌즈를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 실시예를 도시한 도면.
도 1은 최적-초점 검출 장치(1)를 보여 준다. 이 장치는 조명 빔(8)을 제공하는 조명 시스템(2)을 포함한다. 이 조명 시스템은 방사원(4)을 포함하며, 임의의 타입일 수 있으며; 예를 들면, 이 시스템은 단일 렌즈(6)로서 도식적으로 보여진 빔-형성 렌즈(optics)를 포함한다. 이 장치는 테스트 객체(10)를 추가적으로 포함하며, 이 테스트 객체는 격자 스트립(strip)(14) 및 중간적 스트립(14)로 이루어진 격자 구조(12)를 포함한다. 이 격자 구조는 투명 기판(16)에 의해 지지된다. 이 격자는 투과 격자 또는 흑백 격자, 즉, 투명 격자 스트립 및 비투명(흡수 또는 반사) 중간 스트립을 갖는 격자일 수 있다. 이 격자는 또한 위상 격자일 수 있는데, 즉, 이 격자 스트립은 제1 레벨에 위치되어 있고, 중간 스트립은 이 기판 표면에 대해 제2 레벨에 위치되어 있다. 이 격자는 조명 빔(8)에 의해 조명된다.
측정될 이미징 시스템(20)은 테스트 객체를 통과하는 방사 경로에서 홀더(미도시)에 삽입된다. 이 이미징 시스템은 단일 렌즈에 의해 표현되지만, 많은 렌즈를 포함하는 조합된 이미징 시스템일 수 있다. 측정 동안에, 이 시스템(20)은 테스트 객체를 방사-민감 검출 시스템(30) 상에 이미징하며, 이에 따라 격자 구조의 각 지점은 이 검출 시스템의 분리적인 지점에 결합된다. 이것은 격자 구조의 지점으로부 터 시작하는 부-빔(18)에 의해 도 1에서 보여진다. 이 방사-민감 검출 시스템은 종래 기술에서 잘 알려진 CCD 센서 혹은 CMOS 센서와 같은 카메라의 센서일 수 있다. 이 센서의 출력은 또한 잘 알려진 전자 처리 유닛(40)과 연결된다.
이 센서에 형성된 이미지의 민감도 또는 컨트래스트는 이 초점, 즉, 이 이미징 시스템의 최적 초점 객체면의 위치에 대해 테스트 객체의 축(Z-) 위치에 의존한다. 격자와 같은 명암 라인의 패턴으로 이루어진 객체의 이미지에 대해, 컨트래스트는 강도 또는 그레이값의 변조의 견지에서 표현된다. 이 변조(M)는 이미징된 객체에서 주기성 또는 공간적 주파수에 의존한다. 단지 하나의 공간적 주파수(sf)를 갖는 객체의 이미지는 단지 하나의 변조(Msf)를 포함한다. 잘 알려진 MTF(modulation transfer function: 변조 전달 함수)는 공간 주파수의 함수로서 변조를 나타내는데, 이것은 일반적으로 mm당 라인(lpmm)으로 표현된다. 초점의 함수로서의 변조(M)의 변이는 통과-초점 변조(Mtf)일 수 있다.
도 2는 10 lpmm{곡선(50)}의 공간적 주파수를 갖는 객체에 대한 이러한 Mtf의 예를 나타낸다. 디포커스(Δz)는 수평축(mm 단위)을 따라 플로팅되고, 변조 진폭(MA)는 수직축을 따라 플로팅된다. 이 객체에서 공간적 주파수의 변조 의존성을 나타내기 위해, 8 lpmm, 6 lpmm, 4 lpmm 및 2 lpmm의 공간적 주파수를 위한 곡선(51, 52, 53 및 54)이 제각기 주어진다.
광센서, 이 센서에 연결된 신호-처리 디바이스 및 처리 소프트웨어에 의해 객체의 이미지에서 변조를 결정하는 방법은 광학계에서 일반적으로 알려져 있다. 이상적인 경우, 즉, Δz가 제로이거나 또는 이 객체가 이 이미징 시스템의 최적 초점면에 있는 경우에, 이 변조는 최대이다.
종래의 방법에서, 이 기준은 이 이미지에서 최대 변조를 얻고자 하는 이미징 시스템의 최적의 초점을 결정하기 위해 사용된다. 하지만, 이 "최대 변조" 방법은 다음의 단점을 보인다.
- Δz의 함수로서 변조(M)의 변이는 이 곡선의 상단에서, 즉, Δz이 제로인 경우에 제일 작다(실제적으로 제로). 따라서, 이 방법은 임계 지점에서 상대적으로 덜 민감하다.
- 상단에 근접하여 상단에 어떻게 도달하는 지를 변조 값만으로만 결정하는 것은 어렵다. 추가적인 단계로서, 초점을 거쳐 워블링(wobbling) 또는 스캐닝이 어느 방향으로 갈 지에 대한 정보를 얻기 위해 실제에서 사용된다. 상기에서 설명한 것처럼, 최적의 초점을 추정하기 위해 동일한 (비)선명도를 제공하는 두 개의 위치를 탐색하는 것(디포커스 세팅)이 가능하다. 최적 초점 위치는 이 두 위치의 중간이다. 그러나, 이렇게 얻어진 결과는 상단 근처에서 모호한데, 이는 정밀하지 않은 작동기 또는 센서 화소 패턴를 갖는 에일리어싱(aliasing)을 야기시키는 테스트-객체 이미지의 간섭은 교란 효과(disturbing effect)를 일으킬 수 있기 때문이다.
- 최적의 변조값을 발견하기 위해 초점을 변경시키는 것이 가능하지 않다면, 변조값으로부터 실제 초점을 발견하는 것은 가능하지 않을 것이다. 이것은 완성된 이미징 시스템의 초점을 결정하는 것이 가능하지 않음을 의미한다.
- 이미징 시스템의 일부 응용에서, 객체면의 편향(tilt)를 결정하는 것이 요 구된다. 이것은 이미지 필드의 모서리에서 정밀한 초점 측정을 요구한다. 종래 방법에 의해 이러한 측정을 실현하기는 어렵다.
본 발명은 이미징 시스템의 실제 초점을 결정하는 것을 허용하는 방법을 제공하며, 이 방법은 요소의 이동을 필요로 하지 않는다. 도 3은 이 방법을 수행하기 위한 장치의 도면을 도시한다. 도 1의 장치에서와 같은, 이 장치의 요소는 동일한 참조 번호에 의해 표시된다. 본 발명에 따라, 두 개의 (부-) 테스트 격자(62 및 64)가 광축(Z)의 다른 면에 배열된다. 부-격자중의 하나는 이 이미징 시스템의 최적 초점면(66)의 앞에 위치되어, 다른 부-격자는 이 면의 뒤에 위치되고, 이 격자는 이미징 시스템(20)으로부터 다른 축 거리에서 위치된다. 이 이미징 시스템(20)은 부-격자(62 및 64)의 이미지(68 및 70)를 제각기 검출 시스템의 다른 영역 또는 센서(40)에 형성한다. 이 센서 영역은 분리적으로 그리고 동시적으로 읽혀 진다. 이 이미징 시스템은 카메라의 대물 렌즈일 수 있으며, CCD 센서 또는 CMOS 센서의 형태로 방사-민감 검출 시스템과 근접되게 배열된다.
부격자(62 및 64)는 이미징 시스템에서 다른 거리에 있으며, 이 격자와 연관된 Mtf 곡선(72 및 74)은 도 4에서 도시된 대로 서로에 대해 이동될 수 있다. 처리기(40)에서, 부-격자와 연관된 측정된 M 값이 서로에 대해 비교되며, 즉, 이것들은 서로로부터 차감된다. Mtf 곡선의 관점에서 이것은 곡선(72 및 74)이 서로에 대해 차감되는 것을 의미하며, 이것은 도 5에서 도시된 대로 차감 ΔMtf 곡선(76)을 야기할 것이다. S-곡선이라 불리는 이 곡선은 Δz=0, 즉, 최적 초점 지점에서 급한 기 울기를 보인다. 따라서, 높은 정밀도를 가지고 이 이미징 시스템의 초점의 위치를 결정하는 것이 가능하게 된다. 부-격자를 위해 측정된 M 값 사이의 차이의 각 값(ΔM)은 이제 이 이미징 시스템의 초점의 한 위치를 나타낸다. 실제 초점과 요구되는 초점의 변이의 양과 부호 모두는 신속하고 정확하게 결정될 수 있다.
부-격자 또는 다른 테스트 부-객체는 분리적인 요소일 수 있다. 바람직하게, 이것은 도 6에서 도시된 대로 한 요소(80)에서 집적된다. 이 요소는 두 개의 투명한, 예를 들면, 유리 플레이트(82 및 84)를 포함하며, 홀더(90)에 의해 지탱되기 위해 리브(rib)(88)를 가지고 제공되는 스페이서(86)에 의해 분리된다. 플레이트(82)의 오른쪽 면은 제 1 부-격자(62)를 포함하며, 플레이트(84)의 왼쪽 면은 제 2 부-격자(64)를 포함한다. 이 플레이트는 크롬층으로 코팅될 수 있으며, 격자 스트립은 이 층에 에칭된다. 요소(80)는 측정 장치에서 축상 위치에 배열되어, 최적 초점면(66)이 이 두 부-격자 사이에, 이상적인 경우는 이 부-격자의 중간 지점에 놓인다. 만약 충분한 광품질을 갖는 재질이 이 격자 플레이트를 위해 선택되고, 따라서, 이 플레이트가 충분히 두껍게 만들어 질 수 있다면, 이 부-격자는 한 플레이트의 반대 쪽에 배열된다.
도 7은 이 테스트 격자 구조의 실제적인 실시예의 평면도이다. 참조 번호(62 및 64)는 상단 부-격자 및 하단 부-격자를 제각기 표시한다. 격자 스트립은, 센서의 격자 구조와 화소 구조간의 간섭으로부터 야기되는, 모아레(Moire) 패턴의 형성을 방지하기 위해 작은 각도로, 예를 들면, 8˚ 정도로 튀틀릴 수 있다. 격자 구조의 공간적 주파수는 예를 들면 12 lpmm 정도이다. 일반적으로, 양쪽 격자의 확 대는 약간 다를 수 있으며, 이는 격자가 이미징 시스템으로부터 다른 거리에 배열되기 때문이다. 하지만, 격자의 이미지는 동일한 공간적 주파수를 보인다. 이것은 약간 다른 공간적 주파수를 갖는 격자를 사용해서 얻어질 수 있으며, 그 결과 확대에 있어서의 차이가 보상될 수 있다. 격자의 각 면에서 변조 측정을 위한 참조로서, 예를 들면, 2 lpmm의 공간적 주파수에서 격자 스트립(94)을 갖는 보다 성긴(coaser) 격자 구조가 배열될 수 있다. 도 3의 그래프의 관점에서, 성긴 격자 구조는 변조 깊이 값(1)을 제공한다.
초점은 측정되는 이미징 시스템의 시역의 여러 위치에서 결정될 수 있다. 이것은 편향과 필드 굴곡과 같은 이미징 시스템의 보다 많은 매개변수를 측정하는 것을 허용한다. 도 8은 이와 같은 측정을 수행하기 위해 적절한 격자 구조의 실시예를 도시한다. 이 격자 구조는 상단 부-격자(62), 하단 부-격자(64) 각각의 9개의 집합과, 이 부-격자의 양쪽 면에 보다 성긴 참조 격자 구조를 포함한다. 이미징 시스템의 광축과 Y축 주위의 센서면 사이의 편향을 측정하기 위해, 예를 들면, 집합(101, 102, 103 및 107, 108, 109)이 사용될 수 있다. Y-편향이 이 집합에 대해 발견된 초점과 이 집합간의 거리 사이의 평균 차이로부터 결정될 수 있다. 예를 들면, 집합(101, 104, 107 및 103, 106, 109)에 대해 발견된 초점과 이 집합 간의 거리 사이의 평균 차이로부터, x-축 주위의 편향이 발견될 수 있다.
X-방향에서 필드 굴곡을 결정하기 위해, 예를 들면, 집합(102, 105, 및 108)이 사용될 수 있다. 먼저 X-축을 따라 편향이 상기에서 설명된 대로 결정된다. 그 다음에, 이 편향은 처리 소프트웨어에 의해 제로로 세팅되며, 이것은 집합(102, 105, 108)을 위한 새로운 초점으로 결과된다. 마지막으로, 곡선이 집합(102, 105 및 108)의 (새로운) 초점을 통해 피팅(fitting)된다. 유사한 방식으로, Y-방향에서 의 필드 굴곡은 부-격자의 세 개의 집합에 의해 결정될 수 있다.
본 발명은 광학 시스템을 특징짓기 위한 목적을 위해 광 시스템의 다른 타입의 초점을 결정하기 위해서, 또는 광학 시스템이 포함되어야 할 장치에서 위치적인 세팅을 적응시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 시스템의 한 예는 카메라의 대물 렌즈이다. 휴대폰이나 다른 핸드-헬드(hand-held) 장치에서 사용되는 것과 같은 작고 간단한 카메라를 위해서, 대물 렌즈는 카메라로부터 멀리 떨어져 있는, 즉, 광학 용어로 무한대의 객체를 또한 충분히 선명하게 투영해야 한다. 이러한 대물 렌즈는 매우 큰 초점 깊이를 갖는 유한 개의 (finite) 결합 대물 렌즈를 구비해야 한다. 이러한 대물 렌즈를 위해서, 카메라부터 가장 멀리 떨어져 있는 테스트 격자가 초점을 벗어나는 것을 달성하기 위해 요구된다. 이 목적을 달성하기 위해, 추가적인 렌즈가 대물 렌즈와 두 개의 테스트 격자 사이에 배열된다.
도 9는 이와 같은 추가적인 렌즈(124)를 갖는 장치의 실시예를 도시한다. 이 도면에서 요소(112)는 예를 들면 배경 조명 시스템과 같은 조명 시스템이다. 요소(114)는 카메라이고 요소(116)는 초점이 결정될 대물 렌즈이다. 요소(120 및 122)는 최적 초점면의 다른 쪽 면에 배열된 부-격자이다. 큰 초점 깊이를 갖는 대물 렌즈에 대해, 부-격자(120)이 초점이 맞추어져 있다. 이 부-격자를 본 발명에서 요구되는 대로 초점 밖으로 이동시키면, 렌즈(124)는 부-격자(122)과 대물 렌즈(116) 사이에 배열된다. 이 렌즈에 의해, 최적 초점면(118)이 대물 렌즈(116)를 향하도록 이동되며, 그 결과 부-격자(120)가 초점면으로부터 편리한 거리에 위치되게 된다. 이런 방식으로, 본 발명은 큰 초점 깊이를 갖는 이미징 시스템을 위해 또한 사용될 수 있다. 요소(126)는 최적 초점면의 한 지점으로부터의 부-빔이며, 이 빔을 대물 렌즈가 받는다.
본 발명은 격자 뿐만 아니라 주기적 구조를 갖는 다른 테스트 객체와도 수행될 수 있다.
본 발명은 이미징 시스템의 초점을 결정하기 위한 방법 및 장치에 이용 가능하다.

Claims (6)

  1. 광학 시스템의 초점을 결정하는 방법에 있어서,
    - 조명 시스템과 방사-민감성 검출 시스템 사이에 상기 광학 시스템을 배열하는 단계;
    - 상기 조명 시스템과 상기 광학 시스템 사이에 테스트 객체를 배열하는 단계;
    - 상기 검출 시스템상에 광학 시스템에 의해 상기 테스트 객체를 이미징하는 단계;와
    - 상기 테스트 객체 이미지의 변조 깊이로부터 초점 면의 위치를 설정하는 단계를 포함하며,
    테스트 객체를 배열하는 단계는 상기 조명 시스템과 상기 광학 시스템의 기대되는 초점 평면 사이에 제1 테스트 객체와 상기 평면과 상기 광학 시스템 사이에 제 2테스트 객체를 배열하는 것을 포함하는 단계로서, 이에 따라 제1 및 제2 테스트 객체는 상기 광학 시스템의 광축에 대해 다른 위치에서 배열되는, 테스트 객체를 배열하는 단계를 포함하고,
    초점을 설정하는 단계는 상기 두 개의 테스트 객체 이미지 각각의 변조 깊이를 결정하고, 상기 두 테스트 객체의 위치에 대해 초점 위치를 나타내는 차이값을 얻기 위해 서로로부터 획득된 변조 깊이 값을 차감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템의 초점을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 초점은 상기 이미징 시스템의 시역(field of view)에서의 다른 지점에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템의 초점을 결정하는 방법.
  3. 광학 시스템의 초점을 결정하기 위한 장치에 있어서, 조명 빔을 공급하기 위한 방사원, 테스트 객체, 측정될 상기 광학 시스템을 위한 위치, 광-민감성 검출 시스템 및 상기 검출 시스템으로부터의 신호를 처리하기 위한 처리 수단을 연속적으로 포함하며, 상기 테스트 객체는 상기 광학 시스템의 기대되는 최적 초점의 다른 면과 상기 장치의 축에 대해 다른 위치에 배열되는 두 개의 부-객체(sub-object)를 포함하고, 상기 방사-민감성 검출 시스템은 상기 부-객체의 이미지를 위한 분리적인 검출 영역을 포함하며, 상기 처리 수단은 상기 이미지의 컨트래스트에 있어서의 차이를 계산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템의 초점을 결정하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부-객체는 격자(grating)인, 광학 시스템의 초점을 결정하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 격자는 투명 플레이트의 전단부와 후단부에 각각 배열되는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템의 초점을 결정하기 위한 장치.
  6. 제3항, 제4항 또는 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 추가적인 렌즈 시스템이 상기 광학 시스템과 상기 광학 시스템에 가장 근접한 부-객체 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템의 초점을 결정하기 위한 장치.
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