WO1997043678A1 - Telecentric optical device - Google Patents

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WO1997043678A1
WO1997043678A1 PCT/JP1997/001560 JP9701560W WO9743678A1 WO 1997043678 A1 WO1997043678 A1 WO 1997043678A1 JP 9701560 W JP9701560 W JP 9701560W WO 9743678 A1 WO9743678 A1 WO 9743678A1
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WO
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light
lens
hologram
focal length
telecentric optical
Prior art date
Application number
PCT/JP1997/001560
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Wakai
Keiji Terada
Masato Moriya
Original Assignee
Komatsu Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd. filed Critical Komatsu Ltd.
Publication of WO1997043678A1 publication Critical patent/WO1997043678A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems

Definitions

  • the present invention relates to a telecentric optical device which realizes a spatial filter provided between telecentric optical systems using a hologram.
  • the light of the light source 100 becomes parallel light via the lenses 101 and 102 and is incident on the pinhole array P H1.
  • the pinhole array PH1 has pinholes arranged in a matrix.
  • the light that has passed through the pinhole array PHI passes through the half mirror 103 and is collected by telecentric lenses 105 a and 105 b having a light-shielding mask (aperture stop) 104 and measured.
  • Light is emitted to object 106.
  • the object to be measured 106 is placed on a movable stage 107 that can be displaced in the Z-axis direction.
  • the light reflected by the object to be measured 106 is condensed by the lenses 105a and 105b, reflected by the half mirror 103, and formed into an image conjugate with the pinhole array PH1.
  • a pinhole array PH2 is arranged at this image forming position, and light passing through the pinhole is detected by each photodetector of the photodetector array 108.
  • the individual outputs of the photodetectors 108 are separately sampled, and the output of each photodetector is maximized. Can be detected as the surface position of the object 106.
  • a light-shielding mask 104 is provided at a position ⁇ between the telecentric lenses 105a and 105b, and the light-passing area is set by the light-shielding mask 104. In this way, effects such as reducing the diameter of spot light converged on the measured object 106 (improving resolution) are obtained.
  • the ⁇ position is, as shown in FIG.
  • a light-passing area at the pupil position is limited by a light-shielding mask having an aperture actually formed, which partially transmits light and blocks light at the other part. Therefore, although the light emitting characteristics are improved, the light receiving characteristics may be adversely affected. That is, in the conventional apparatus, when receiving light, the light is shielded by the light-shielding region of the light-shielding mask, so that the use efficiency of the received light decreases and the numerical aperture of the light-receiving optical system decreases.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of restricting a light passing area in a telecentric optical system without reducing the light use efficiency and the numerical aperture of a light receiving system. It is an object to provide an optical device. Disclosure of the invention
  • the object disposed on the predetermined inspection surface and the first and second lenses are provided by a total distance of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens.
  • Telecentric optical means having the inspection surface position as the light condensing position of the second lens, a hologram reference light source, and a first lens from the first lens.
  • a light source for the reference light which is disposed at a predetermined position between the first and second lenses, separated by a substantially focal length of the lens, diffracts light from the reference light source, and focuses the light on the first lens;
  • a hologram that has been subjected to an exposure process to reproduce light equivalent to light when one or more point light sources emitted from the light source pass through this predetermined position; and a light source near the light-collecting position of the first lens.
  • the telescope of the hologram reproduction light reflected by the object.
  • Both the and a light receiving portion for detecting light through the Bok Rick optical means, in the hologram the hologram reproducing light is so subjected to the exposure, such as played back from a partial area of the hologram.
  • an object disposed on a predetermined inspection surface The second lens is disposed so as to be separated by a total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the position of the inspection surface is set as the light condensing position of the second lens.
  • the light from the reference light source is diffracted, and one or a plurality of point light sources emitted from the condensing position of the first lens are light equivalent to the light when passing through the predetermined position.
  • the hologram reference light was so that a reference light region limiting means for limiting the hologram reference beam to be irradiated to a partial region of the hologram.
  • the object disposed on the predetermined inspection surface and the first and second lenses are provided by a total distance of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens.
  • Telecentric optical means having the inspection surface position as the light-converging position of the second lens, a hologram reference light source, and a first lens to a first lens.
  • a light beam from the reference light source is diffracted at a predetermined position between the first and second lenses, which is separated from the first lens by a substantially focal length, and is emitted from the condensing position of the first lens.
  • a hologram that has been subjected to an exposure process so as to regenerate light equivalent to the light when one or more point light sources pass through this predetermined position, and is disposed in the vicinity of the converging position of the first lens And the telecentric of the hologram reproduction light reflected by the object A light receiving unit that detects light passing through trick optical means, and an installation area of the hologram photosensitive material is limited so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial area of the hologram. To do.
  • the object disposed on the predetermined inspection surface and the first and second lenses are provided with a total distance of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens.
  • Telecentric optical means having the inspection surface position as the light condensing position of the second lens, a light source for hologram reference light, and a light source for the first lens. Between the first and second lenses separated by approximately the focal length of the first lens And a plurality of point light sources disposed at a predetermined position between the position and the inspection surface, diffracting the light from the reference light source, and emitting the light from the condensing position of the first lens.
  • a hologram that has been subjected to an exposure process to regenerate light equivalent to light when the light passes through the predetermined position; and a hologram that is disposed near the light-collecting position of the first lens and reflected by the object.
  • a light receiving unit that detects light of the hologram reproduction light that has passed through the telecentric optical unit, and the hologram is exposed so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial area of the hologram. So that
  • a pinhole having one or a plurality of apertures, an object provided on a predetermined inspection surface, and the first and second lenses are focused on the first lens.
  • the pinholes are disposed apart from each other by a total distance of a point distance and a focal length of the second lens, the aperture position of the pinhole is a light-collecting position of the first lens, and the inspection surface position is a second lens.
  • the first and second lenses which are separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens, from a telecentric optical unit having a focusing position, and a light source for hologram reference light.
  • the light from the reference light source is diffracted to reproduce light equivalent to the light when one or a plurality of point light sources emitted from the pinhole pass through the predetermined position.
  • a hologram that has been exposed to light A light receiving unit that is disposed on the opposite side of the telecentric optical means and receives light that has passed through the aperture of the pinhole and that the hologram reproduction light reflected by the object has passed through.
  • the hologram is referred to only in the vicinity of the optical axis of the telecentric optical system so that only the center transmitted light of the point light source light emitted from the pinhole and transmitted through the center of the pinhole is exposed as object light. It is characterized by being exposed to light.
  • a pinhole having one or a plurality of apertures, an object disposed on a predetermined inspection surface, and the first and second lenses are focused on the first lens.
  • the pinholes are disposed apart from each other by a total distance of a point distance and a focal length of the second lens, the aperture position of the pinhole is a light-collecting position of the first lens, and the inspection surface position is a second lens.
  • Telecentric optical means at a light condensing position, a light source for hologram reference light, and a position between the first and second lenses separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens.
  • a hologram that has been subjected to such exposure processing and the hologram is disposed on the opposite side of the telecentric optical unit with the pinhole interposed therebetween, and the hologram reproduction light reflected by the object is used to open the pinhole.
  • a light receiving unit that receives light that has passed through the hologram, and the hologram is provided at a predetermined position separated from the first lens by a focal length of the first lens toward the inspection surface during hologram exposure.
  • the one or a plurality of point light sources are incident on the hologram through the spatial filter disposed in the hologram, so that the center light transmitted through the center of the pinhole among the point light sources emitted from the pinhole is transmitted.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a modification of the third embodiment.
  • FIG. 5 A diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 A diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 A diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
  • Figure 8 Diagram explaining the central transmitted light due to the pinhole.
  • Figure 9 Diagram explaining the diffracted light around the pinhole.
  • Fig. 1 ⁇ Diagram explaining light emitted from the pinhole.
  • FIG. 11 A diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 A diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
  • Figure 13 Diagram showing conventional technology.
  • Figure 14 Diagram for explaining the pupil position.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
  • the hologram 3 is used as a spatial filter disposed at the pupil position of the telecentric optical system (the position of the optical Fourier transform plane of the object light).
  • Fig. 1W shows the configuration of the optical system during hologram exposure.
  • the point light source and the imaging point are shown as one for simplicity, but the point light source and the imaging point are one-dimensionally arranged. They may be arranged in a dimension.
  • Figure 1 Here, 1 is a pinhole, 2a and 2b are telecentric lenses, 3 is a hologram in which a hologram photosensitive material 4 is applied on a glass substrate 5, 6 is an object, 7 is a light source 8, and a lens A reference light source having a reference numeral 9 and a lens 10, a light-shielding mask 11 for restricting a transmission area of the reference light, and a light-receiving unit 12 for receiving light passing through the pinhole 1.
  • the hologram 3 is used as a means for generating a point light source, and the reference light from the reference light source 7 is incident and diffracted, as if the pinhole 1 was formed. Regenerates and emits light as if it were emitted from a pinhole.
  • the light receiving section 12 is arranged behind the pinhole position and receives light passing through the pinhole. For example, if a photodetector is used as the light receiving section 12, as in the three-dimensional shape measuring apparatus using the confocal optical system shown in FIG. The position can be measured.
  • the hologram 3 is disposed substantially at the pupil position of the telecentric lenses 2a and 2b, and the hologram 3 is exposed so as to function as a light-shielding mask for limiting the light area of the projected light.
  • diffraction The efficiency is set to, for example, 50%, and 50% of the reference light is irradiated on the object 6, and about 50% of the reflected light from the object 6 is transmitted through the hologram 3 and is incident on the light receiving section 12. You.
  • the focal length of the lens 2a is f2 and the focal length of the lens 2b is f1
  • the lenses 2a, 2a, A hologram 3 that has been exposed so that only the light projecting system functions as a light-shielding mask is disposed at a position between 2b, that is, a position ⁇ .
  • the hologram 3 although the projected light is generated from a partial area of the hologram surface, the received light can be transmitted using the entire hologram surface, and the light utilization efficiency of the light receiving system is reduced by the conventional hardware. It is significantly improved compared to the case where a wear-like light-shielding mask is used.
  • FIG. 1 shows the configuration when the hologram 3 is exposed.
  • the same thing as FIG. 1 is used as the pinhole 1, the lens 2a, and the light source 7 for the reference light, and these are placed in the same positional relationship as FIG. Deploy.
  • a light-shielding mask having a required aperture formed between the reference light source 7 and the hologram 3 1 1 is arranged. In this state, the reference light enters the hologram 3 and the parallel light enters the pinhole 1 as object light.
  • the reference light and the object light are generated by splitting the light of one laser light source or the like, so that interference occurs on the surface of the hologram 3.
  • the optical path length and the polarization direction of the reference light and the object light are made to match.
  • the point light source image formed in the pinhole is incident on the hologram 3 in a state of being converted into parallel light by the lens 2a, and is recorded.
  • the hologram 3 is of a transmission type.
  • the light receiving unit 12 is set behind the pinhole 1. Then, if the lens 2b is not installed in the previous hologram exposure, the lens 2b is installed to complete the telecentric optical system.
  • the hologram 3 that has been exposed so as to limit the light area of the light projecting system is arranged at substantially the ⁇ position of the telecentric optical system, and the holo-drum acts as a light shielding mask. Light loss in the light receiving system It is possible to minimize the decrease in the numerical aperture during light reception.
  • the hologram is provided with the function of a light-shielding mask and a spatial filter, so that it is not necessary to actually arrange the light-shielding mask and the spatial filter, and the apparatus configuration can be made compact and Problems such as interference between the reference light optical system and the spatial filter can be avoided.
  • the telecentric lenses 2a and 2b have a group lens configuration to correct aberrations, and there is a very narrow space between the lenses.
  • the light shielding mask 11 is provided at the time of hologram reproduction, but this light shielding mask 11 can be omitted. That is, in the first embodiment, the light-shielding mask 11 is an essential component only when the hologram 3 is exposed.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment as shown in FIG. 2, all the object light emitted from the pinhole 1 is exposed to the hologram 3 by irradiating the entire surface of the hologram 3 with reference light at the time of hologram exposure.
  • a light-shielding mask 11 is arranged between the reference light source 7 and the hologram 3 as shown in FIG.
  • the hologram 3 is disposed at the position ⁇ of the telecentric optical system.
  • the light-shielding mask 11 if a mask such as a variable iris diaphragm (a diaphragm of a camera) or a transmissive liquid crystal panel that can freely change the aperture diameter or the shape of the aperture is used, the light-shielding mask 11 can be changed according to the object To switch the pattern for selecting the object light. In particular, if a transmissive liquid crystal panel that can give an arbitrary two-dimensional pattern by an electric signal is used, an arbitrary light passage area can be easily set.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
  • the hologram photosensitive material 4 is provided not in the entire surface of the glass substrate 5 but in a partial area of the glass substrate 5 as shown in FIG. I try to restrict.
  • the reference light is applied to the entire surface of the glass substrate 5, but the hologram photosensitive material 4 is applied only to a partial area of the glass substrate 5. Therefore, only a part of the object light emitted from the pinhole 1 is exposed to the hologram 3.
  • the reference light is incident only on the area where the hologram photosensitive material 4 is applied. In any case, when the reference light is incident on the hologram 3, the light projected from the partial area of the hologram 3 on which the photosensitive material 4 is provided to the lens 2b is reproduced.
  • FIG. 4 shows a modified example of the third embodiment.
  • the application area of the hologram photosensitive material 4 is removed after the hologram exposure, so that the same as the embodiment shown in FIG. Only the hologram photosensitive material area corresponding to the area where the desired object light is recorded is left. That is, in this case, after recording the object light on the entire surface of the hologram 3 coated with the photosensitive material 4 on the entire surface in the same manner as in FIG. 2, only the photoreceptor area where the desired object light is recorded is recorded. And remove others.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • a light-shielding mask or the like is provided at the pupil position of the telecentric lenses 2a and 2b (the negative lens 2b does not need to be provided).
  • the spatial filter 13 is provided by itself, and the hologram 3 is provided between the device and the image plane 14.
  • the reference light source 7 is a spatial filter 1 3
  • the hologram 3 is made to enter the hologram 3 from the side opposite to the object light. That is, in this case, the hologram 3 is of a reflection type.
  • the spatial filter 13 at the pupil position is removed, and the reference light source 7 irradiates the entire surface of the hologram 3 (or only the exposed portion) with reference light.
  • the projected light is reproduced from only a part of the hologram (the area indicated by the hatching in Fig. 5 (3 ⁇ 4)) where the object light is limited by the spatial filter 13 and irradiated.
  • An image is formed at the image point by b.
  • the hologram exposure area is limited by the spatial filter 13 such as a light shielding mask disposed at the position, thereby limiting the projected light. I have.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • the hologram 3 is disposed between the pupil position of the telecentric lenses 2a and 2b and the position of the pinhole 1.
  • the reference light is applied to the entire surface of the hologram 3.
  • a spatial filter 15 such as a light-shielding mask arranged at the pupil position is used. Raise the light so as to limit the light transmission area.
  • FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention.
  • the present invention is applied to an optical pickup device.
  • the hologram 3 when the hologram 3 receives the reference light from the reference light source 7, the light is reproduced such that the light is imaged at a predetermined position on the optical disk 20 surface by the lens 2b. Exposure is performed in advance.
  • the hologram 3 is disposed, for example, at the pupil position between the telecentric lenses 2a and 2b.
  • the reference light enters the hologram 3, the reference light is diffracted and forms an image at a predetermined position on the optical disc 20. And the reflected light is lens 2b, e It is incident on the error Z signal detection system 21 via the mouth gram 3 and the lens 2a. The optical signal incident on the error signal detection system 21 is processed so that the forcing of the optical big-up and the data on the optical disk 20 are decoded.
  • a light-shielding mask 11 for limiting reference light incident on the hologram 3 is provided between the hologram 3 and the reference light source 7, whereby the light is incident on the optical disk 20. To limit the emitted light.
  • the technology corresponding to the second embodiment shown in FIG. 2 is applied to the optical pickup device.
  • the other FIGS. 1, 3, 4, and 5 are used.
  • the technology shown in FIG. 6 may be applied to an optical pickup device.
  • Fig. 8C and Fig. 9 Two types of wavefronts of the generated marginal diffracted light are generated.
  • the light intensity profiles and the light intensity patterns of the center transmitted light and the peripheral diffracted light are shown in Fig. 8 (3 ⁇ 4J, Fig. 9 and Fig. 8 fe) and Fig. 9 (3 ⁇ 4), respectively.
  • Light intensity is not uniform.
  • Fig. 10 Wfe shows the composite light of the above-mentioned central transmitted light and the peripheral diffraction light, their light intensity profiles and light intensity patterns, respectively. A dark area is formed due to the interference between the two lights.
  • the hologram 3 is exposed so that only light is used as reproduction light. That is, the peripheral diffracted light is removed.
  • FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows a configuration when the hologram 3 is exposed.
  • a pinhole array 30 in which a plurality of pinholes are two-dimensionally arranged on an object plane is arranged, and parallel light is incident on the pinhole array 20.
  • the lenses 2a and 2b constitute a telecentric system, as in the previous embodiment, and each light emitted from each pinhole of the pinhole array 30 is collected at the pupil position by the lens 2a.
  • Can be A hologram 3 is provided at the pupil position, and reference light from a reference light source 7 is incident on the hologram 3.
  • an elliptical aperture mask 11 is provided between the reference light source 7 and the hologram 3, and the center transmitted light in the exposure area of the hologram 3 is provided by the elliptical aperture mask 11.
  • the reference light is made to be incident only on the central area where the light is irradiated. That is, the reference light is prevented from being incident on the hologram area irradiated with the peripheral transmission light.
  • the hologram 3 is exposed only to the center transmitted light of the light from the pinhole array 30.
  • the reason why the aperture mask 11 is elliptical is to make the reference light irradiated on the hologram with an angle become a perfect circle on the photosensitive material surface 4 of the hologram 3.
  • the other lens 2b and the inspection object 6 are arranged, but these are of course not necessary for hologram exposure.
  • a light receiving unit array (not shown) is set behind the pinhole array 30 (upper side in the drawing). If the lens 2b is not installed during the hologram exposure, the lens 2b is installed to complete the telecentric optical system.
  • FIG. 12 shows an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a configuration when the hologram 3 is exposed.
  • a pinhole array 30 in which a plurality of pinholes are two-dimensionally arranged on the object plane is arranged, and parallel light is incident on the pinhole array 20. .
  • the lenses 2a and 2b constitute a telecentric system as in the previous embodiment, and each light emitted from each pinhole of the pinhole array 30 is collected at the ⁇ position by the lens 2a.
  • a circular aperture mask 40 having a circular aperture that transmits only the center transmission of the light incident from the lens 2a is provided.
  • the hologram 3 is disposed between the ⁇ position and the lens 2 b, and reference light from the reference light source 7 is incident on the hologram 3.
  • a light receiving unit array (not shown) is set behind the pinhole array 30 (the upper side in the drawing). Also, remove the circular opening mask 40. If the lens 2b has not been installed during the previous hologram exposure, the lens 2b is installed to complete the telecentric optical system.
  • the light shielding mask and the spatial filter for limiting the reference light or the object light be formed by forming a light shielding mask on an optical substrate by an etching process or the like so as to reduce the thickness of the mask itself. is there.
  • the light-shielding mask and spatial filter used when exposing the hologram or reproducing the hologram are not limited to those that transmit only the central part of the light, and may be any pattern that can emit the desired light, such as an annular one, a grid, or a point array. May be selected. Similarly, when restricting the area of the mouth gram photosensitive material itself, the restriction pattern is optional. It is intention.
  • the light-shielding mask disposed at the pupil position acts as a spatial filter on the optical Fourier transform plane (pupil position) of the image of the pinhole array. Therefore, by variously selecting the pattern of the light shielding mask,
  • the hologram may be of any type such as a transmission type, a reflection type, an edge illuminated type, and an evanescent wave type.
  • each of the above embodiments may be applied to the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG.
  • the object to be inspected may be moved and scanned in the height direction of the object to be inspected by the moving stage. May be configured to be movable in the height direction, and furthermore, the telecentric lenses 2a and 2b may be configured to be movable in the height direction.
  • the magnification may be any one of equal magnification, enlargement, and reduction.
  • the plurality of pinhole (point light source) images shown in the embodiments are not limited to a regular arrangement, and may be a general pattern image interpreted as comprising a plurality of point light sources. . In other words, it may be a line or a surface image.
  • each component in the above embodiment is an example, and other configurations may be adopted as long as they can achieve the same functions as those shown in the above embodiment.
  • a hologram that has been exposed so as to limit the light area of the light projecting system is disposed substantially at the pupil position of the telecentric optical system, and the action of the light shielding mask is performed by the hologram. Since this is performed, the optical loss of the light receiving system is extremely reduced, and the decrease in the numerical aperture at the time of receiving light can be minimized. Also, make the hologram have the function of a light shielding mask and a spatial filter. This eliminates the necessity of actually arranging a light-shielding mask and a spatial filter, making the device configuration compact and avoiding problems such as interference between the reference light optical system and the spatial filter.

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Abstract

A telecentric optical device comprising an object provided on a predetermined test face, a telecentric optical means in which a first lens and a second lens are spaced from each other at a distance equal to the sum of the focal lengths of the first and second lenses and the focal point of the second lens is on the test face, a hologram reference light source, a hologram which is placed in a predetermined position between the first and second lenses and apart from the first lens by the focal length of the first lens and which is exposed so as to diffract the light from the reference light source and reproduce light equivalent to the light which is produced by one or a plurality of point source, emitted from the focal point of the first lens and passes through the predetermined position, a photodetector which is placed near the focal point of the first lens and detects the hologram reproducing light which is reflected by the object and made to pass through the telecentric optical means. Exposure of the hologram resulting in reproduction of the hologram reproducing light from a part of the hologram is performed to restrict a light passing region in the telecentric optical system without lowering the light utilization efficiency and the numerical aperture of the photodetecting system.

Description

明 細 書  Specification
テレセントリック光学装置  Telecentric optics
技術分野 Technical field
この発明はホログラムを用いてテレセントリック光学系間に配設される空間フ ィルタを実現するようにしたテレセン卜リック光学装置に関する。  The present invention relates to a telecentric optical device which realizes a spatial filter provided between telecentric optical systems using a hologram.
背景技術 Background art
物体の形状を測定する技術としては、 例えば特開平 4 - 2 6 5 9 1 8号公報な どに示すように、 共焦点光学系を 2次元的に配置したものがあり、 図 1 3にその 構成を示す。  As a technique for measuring the shape of an object, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-26959, there is a technique in which confocal optical systems are arranged two-dimensionally. The configuration is shown.
図 1 3において、 光源 1 0 0の光はレンズ 1 0 1 、 1 0 2を介して平行光とな り ピンホールアレイ P H 1に入射される。 ピンホールアレイ P H1は、 ピンホール がマトリ ックス状に配設されたものである。 ピンホールァレイ P H Iを通過した光 はハーフミラー 1 0 3を透過し、 遮光マスク （開口絞り） 1 0 4を有するテレセ ントリックレンズ 1 0 5 a 、 1 0 5 bによって集光され、 被計測物体 1 0 6に投 光される。 被計測物体 1 0 6は Z軸方向に変位可能な移動ステージ 1 0 7上に載 置されている。 被計測物体 1 0 6で反射された光はレンズ 1 0 5 a 、 1 0 5 bで 集光され、 ハーフミラ一 1 0 3で反射され、 ピンホールアレイ P H1と共役な位置 に結像する。 この結像位置にピンホールアレイ P H2を配設し、 ピンホールを通過 する光を、 光検出器アレイ 1 0 8の各光検出器で検出する。  In FIG. 13, the light of the light source 100 becomes parallel light via the lenses 101 and 102 and is incident on the pinhole array P H1. The pinhole array PH1 has pinholes arranged in a matrix. The light that has passed through the pinhole array PHI passes through the half mirror 103 and is collected by telecentric lenses 105 a and 105 b having a light-shielding mask (aperture stop) 104 and measured. Light is emitted to object 106. The object to be measured 106 is placed on a movable stage 107 that can be displaced in the Z-axis direction. The light reflected by the object to be measured 106 is condensed by the lenses 105a and 105b, reflected by the half mirror 103, and formed into an image conjugate with the pinhole array PH1. A pinhole array PH2 is arranged at this image forming position, and light passing through the pinhole is detected by each photodetector of the photodetector array 108.
かかる従来構成によれば、 移動ステージ 1 0 7を Z方向に変位させながら、 光 検出器 1 0 8の個々の出力を別々にサンプリングし、 各々の光検出器の出力が最 大になったときの Z方向位置を物体 1 0 6の表面位置として検出することができ る。  According to such a conventional configuration, while the moving stage 107 is displaced in the Z direction, the individual outputs of the photodetectors 108 are separately sampled, and the output of each photodetector is maximized. Can be detected as the surface position of the object 106.
ところで、 かかる従来構成においては、 テレセントリ ックレンズ 1 0 5 aと 1 0 5 bとの間の曈位置に遮光マスク 1 0 4を配設し、 この遮光マスク 1 0 4によ つて光の通過領域を制限するようにしており、 これによつて被計測物体 1 0 6上 に集光されるスポッ ト光の径を小さくする （解像度を向上させる） などの効果を 得るようにしている。  By the way, in such a conventional configuration, a light-shielding mask 104 is provided at a position 曈 between the telecentric lenses 105a and 105b, and the light-passing area is set by the light-shielding mask 104. In this way, effects such as reducing the diameter of spot light converged on the measured object 106 (improving resolution) are obtained.
なお、 この明細書では、 曈位置とは、 図 1 4に示すように、 一方のテレセント リ ックレンズ 1 0 5 a と他方のテレセントリ ックレンズ 1 0 5 bを、 一方のレン ズ 1 0 5 aの焦点距離 f 2と他方のレンズ 1 0 5 bの焦点距離 ί' 1との合計距離 （ f 1 + f 2) だけ離間して配設し、 一方のレンズ 1 0 5 aからその焦点距離 f 2だけ (他方のレンズ 1 0 5 bからその焦点距離 f 1だけ） 離間した位置であると定義す る。 In this specification, the 曈 position is, as shown in FIG. The total distance between the focal length f2 of the lens 105a and the focal length f2 of the lens 105a and the focal length ί'1 of the lens 105b 1 + f 2) and defined as a position that is separated from one lens 105a by its focal length f2 (the other lens 105b by its focal length f1). You.
しかし、 かかる従来の装置においては、 その一部では光を透過し、 それ以外の 部分で光を遮光する、 実際に開孔が形成された遮光マスクによって、 瞳位置での 光の通過領域を制限するようにしているので、 その投光特性は向上されるものの、 受光特性に関しては逆に悪影響を与える場合がある。 すなわち、 従来装置では、 受光時には、 遮光マスクの遮光領域によって光が遮光されてしまうために、 受光 光の利用効率が低下すると共に、 受光光学系の開口数が低下十るという問題があ つた。  However, in such a conventional device, a light-passing area at the pupil position is limited by a light-shielding mask having an aperture actually formed, which partially transmits light and blocks light at the other part. Therefore, although the light emitting characteristics are improved, the light receiving characteristics may be adversely affected. That is, in the conventional apparatus, when receiving light, the light is shielded by the light-shielding region of the light-shielding mask, so that the use efficiency of the received light decreases and the numerical aperture of the light-receiving optical system decreases.
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、 受光系の光利用効率およ び開口数を低下させることなくテレセン卜リック光学系における光通過領域を制 限することができるテレセントリ ック光学装置を提供することを目的とする。 発明の開示  The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of restricting a light passing area in a telecentric optical system without reducing the light use efficiency and the numerical aperture of a light receiving system. It is an object to provide an optical device. Disclosure of the invention
請求項 1に対応する発明では、 所定の検査面上に配設される物体と、 第 1及び 第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離との合計距 離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置と したテレセントリ ック光学手段と、 ホログラムの参照光用光源と、 前記第 1のレ ンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び第 2のレンズの 間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレ ンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位置を通過する 際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラムと、 前記第 1 のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム再生 光の前記テレセン卜リック光学手段を経由した光を検出する受光部とを備えると 共に、 前記ホログラムに、 前記ホログラム再生光がホログラムの一部領域から再 生されるような露光を施すようにしている。  According to the invention corresponding to claim 1, the object disposed on the predetermined inspection surface and the first and second lenses are provided by a total distance of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens. Telecentric optical means having the inspection surface position as the light condensing position of the second lens, a hologram reference light source, and a first lens from the first lens. A light source for the reference light, which is disposed at a predetermined position between the first and second lenses, separated by a substantially focal length of the lens, diffracts light from the reference light source, and focuses the light on the first lens; A hologram that has been subjected to an exposure process to reproduce light equivalent to light when one or more point light sources emitted from the light source pass through this predetermined position; and a light source near the light-collecting position of the first lens. The telescope of the hologram reproduction light reflected by the object. Both the and a light receiving portion for detecting light through the Bok Rick optical means, in the hologram, the hologram reproducing light is so subjected to the exposure, such as played back from a partial area of the hologram.
請求項 2に対応する発明では、 所定の検査面上に配設される物体と、 第 1及び 第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離との合計距 離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置と したテレセントリ ック光学手段と、 ホログラムの参照光用光源と、 前記第 1のレ ンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び第 2のレンズの 間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレ ンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位置を通過する 際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラムと、 前記第 1 のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム再生 光の前記テレセン卜リック光学手段を経由した光を検出する受光部と、 前記ホロ グラムと参照用光源との間に配設されて、 ホログラム参照光がホログラムの一部 領域に照射されるようホログラム参照光を制限する参照光領域制限手段とを備え るようにした。 According to the invention corresponding to claim 2, an object disposed on a predetermined inspection surface, The second lens is disposed so as to be separated by a total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the position of the inspection surface is set as the light condensing position of the second lens. Telecentric optical means, a hologram reference light source, and a predetermined position between the first and second lenses, separated from the first lens by substantially the focal length of the first lens. The light from the reference light source is diffracted, and one or a plurality of point light sources emitted from the condensing position of the first lens are light equivalent to the light when passing through the predetermined position. A hologram that has been subjected to an exposure process for reproducing the hologram, and a light that has been disposed near the focusing position of the first lens and that has passed through the telecentric optical means of the hologram reproduction light reflected by the object Light-receiving part for detecting the hologram and reference Is disposed between the light source, the hologram reference light was so that a reference light region limiting means for limiting the hologram reference beam to be irradiated to a partial region of the hologram.
請求項 3に対応する発明では、 所定の検査面上に配設される物体と、 第 1及び 第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離との合計距 離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置と したテレセントリック光学手段と、 ホログラムの参照光用光源と、 前記第 1のレ ンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び第 2のレンズの 間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレ ンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位置を通過する 際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラムと、 前記第 1 のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム再生 光の前記テレセントリ ック光学手段を経由した光を検出する受光部とを備えると 共に、 前記ホログラムは、 前記ホログラム再生光がホログラムの一部領域から再 生されるようホログラム感光材の設置領域が制限されるようにする。  According to the invention corresponding to claim 3, the object disposed on the predetermined inspection surface and the first and second lenses are provided by a total distance of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens. Telecentric optical means having the inspection surface position as the light-converging position of the second lens, a hologram reference light source, and a first lens to a first lens. A light beam from the reference light source is diffracted at a predetermined position between the first and second lenses, which is separated from the first lens by a substantially focal length, and is emitted from the condensing position of the first lens. A hologram that has been subjected to an exposure process so as to regenerate light equivalent to the light when one or more point light sources pass through this predetermined position, and is disposed in the vicinity of the converging position of the first lens And the telecentric of the hologram reproduction light reflected by the object A light receiving unit that detects light passing through trick optical means, and an installation area of the hologram photosensitive material is limited so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial area of the hologram. To do.
請求項 4に対応する発明では、 所定の検査面上に配設される物体と、 第 1及び 第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離との合計距 離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置と したテレセン ト リ ック光学手段と、 ホログラムの参照光用光源と、 前記第 1のレ ンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した前記第 1及び第 2のレンズの間 の位置と、 前記検査面との間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光 を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光 がこの所定位置を通過する際の光と等価な光を再生するような露光処理が施され たホログラムと、 前記第 1のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射 された前記ホログラム再生光の前記テレセントリック光学手段を経由した光を検 出する受光部とを備えると共に、 前記ホログラムは、 前記ホログラム再生光がホ 口グラムの一部領域から再生されるような露光が施されるようにする。 According to the invention corresponding to claim 4, the object disposed on the predetermined inspection surface and the first and second lenses are provided with a total distance of a focal length of the first lens and a focal length of the second lens. Telecentric optical means having the inspection surface position as the light condensing position of the second lens, a light source for hologram reference light, and a light source for the first lens. Between the first and second lenses separated by approximately the focal length of the first lens And a plurality of point light sources disposed at a predetermined position between the position and the inspection surface, diffracting the light from the reference light source, and emitting the light from the condensing position of the first lens. A hologram that has been subjected to an exposure process to regenerate light equivalent to light when the light passes through the predetermined position; and a hologram that is disposed near the light-collecting position of the first lens and reflected by the object. A light receiving unit that detects light of the hologram reproduction light that has passed through the telecentric optical unit, and the hologram is exposed so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial area of the hologram. So that
請求項 6に対応する発明では、 1ないし複数の開孔を有するピンホールと、 所 定の検査面上に配設される物体と、 第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦 点距離と第 2のレンズの焦点距離との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記ピンホールの開孔位置を第 1のレンズの集光位置とし、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置としたテレセントリ ック光学手段と、 ホログラムの参照光 用光源と、 前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記 第 1及び第 2のレンズの間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を 回折して、 前記ピンホールから出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位置 を通過する際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラムと、 前記ピンホールを挟んで前記テレセントリ ック光学手段とは反対側に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム再生光が前記ピンホールの開孔を通過した 光を受光する受光部とを具えるとともに、 前記ホログラムは、 前記ピンホールか ら出射された点光源光のうちのピンホールの中心を透過した中心透過光のみが物 体光として露光されるよう前記テレセントリ ック光学系の光軸近傍にのみ参照光 が照射される露光が施されていることを特徴とする。  In the invention corresponding to claim 6, a pinhole having one or a plurality of apertures, an object provided on a predetermined inspection surface, and the first and second lenses are focused on the first lens. The pinholes are disposed apart from each other by a total distance of a point distance and a focal length of the second lens, the aperture position of the pinhole is a light-collecting position of the first lens, and the inspection surface position is a second lens. Between the first and second lenses, which are separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens, from a telecentric optical unit having a focusing position, and a light source for hologram reference light. At a predetermined position, the light from the reference light source is diffracted to reproduce light equivalent to the light when one or a plurality of point light sources emitted from the pinhole pass through the predetermined position. A hologram that has been exposed to light, A light receiving unit that is disposed on the opposite side of the telecentric optical means and receives light that has passed through the aperture of the pinhole and that the hologram reproduction light reflected by the object has passed through. The hologram is referred to only in the vicinity of the optical axis of the telecentric optical system so that only the center transmitted light of the point light source light emitted from the pinhole and transmitted through the center of the pinhole is exposed as object light. It is characterized by being exposed to light.
請求項 7に対応する発明では、 1ないし複数の開孔を有するピンホールと、 所 定の検査面上に配設される物体と、 第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦 点距離と第 2のレンズの焦点距離との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記ピンホールの開孔位置を第 1のレンズの集光位置とし、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置としたテレセントリ ック光学手段と、 ホログラムの参照光 用光源と、 前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した前記第 1及び第 2のレンズの間の位置と、 前記検査面との間の所定位置に配設され、 前 記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射され る 1乃至複数の点光源光がこの所定位置を通過する際の光と等価な光を再生する ような露光処理が施されたホログラムと、 前記ピンホールを挟んで前記テレセン トリ ック光学手段とは反対側に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム 再生光が前記ピンホールの開孔を通過した光を受光する受光部とを具えるととも に、 前記ホログラムは、 ホログラム露光の際に、 前記第 1のレンズから前記検査 面側に第 1のレンズの焦点距離だけ離間した所定位置に配設される空間フィルタ を介して前記 1乃至複数の点光源光がホログラムに入射されることによって、 前 記ピンホールから出射された点光源光のうちのピンホールの中心を透過した中心 透過光のみが物体光として露光されるような露光が施されていることを特徴とす る。 In the invention corresponding to claim 7, a pinhole having one or a plurality of apertures, an object disposed on a predetermined inspection surface, and the first and second lenses are focused on the first lens. The pinholes are disposed apart from each other by a total distance of a point distance and a focal length of the second lens, the aperture position of the pinhole is a light-collecting position of the first lens, and the inspection surface position is a second lens. Telecentric optical means at a light condensing position, a light source for hologram reference light, and a position between the first and second lenses separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens. And disposed at a predetermined position between the inspection surface and The light from the reference light source is diffracted, and one or more point light sources emitted from the condensing position of the first lens reproduce light equivalent to the light when passing through the predetermined position. A hologram that has been subjected to such exposure processing, and the hologram is disposed on the opposite side of the telecentric optical unit with the pinhole interposed therebetween, and the hologram reproduction light reflected by the object is used to open the pinhole. And a light receiving unit that receives light that has passed through the hologram, and the hologram is provided at a predetermined position separated from the first lens by a focal length of the first lens toward the inspection surface during hologram exposure. The one or a plurality of point light sources are incident on the hologram through the spatial filter disposed in the hologram, so that the center light transmitted through the center of the pinhole among the point light sources emitted from the pinhole is transmitted. Light only It characterized in that the exposure is applied as exposure as object light.
図面の簡単な説明 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1 ： この発明の第 1実施例を示す図。  FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
図 2 ： この発明の第 2実施例を示す図。  FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
図 3 ： この発明の第 3実施例を示す図。  FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
図 4 ：第 3実施例の変形例を説明するための図。  FIG. 4 is a diagram for explaining a modification of the third embodiment.
図 5 ： この発明の第 4実施例を示す図。  FIG. 5: A diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
図 6 ： この発明の第 5実施例を示す図。  FIG. 6: A diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
図 7 ： この発明の第 6実施例を示す図。  FIG. 7: A diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
図 8 ： ピンホールによる中心透過光を説明する図。  Figure 8: Diagram explaining the central transmitted light due to the pinhole.
図 9 ： ピンホールによる周辺回折光を説明する図。  Figure 9: Diagram explaining the diffracted light around the pinhole.
図 1 ◦ ： ピンホールを出射した光を説明する図。  Fig. 1 ◦: Diagram explaining light emitted from the pinhole.
図 1 1 ： この発明の第 7実施例を示す図。  FIG. 11: A diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
図 1 2 ： この発明の第 8実施例を示す図。  FIG. 12: A diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
図 1 3 ：従来技術を示す図。  Figure 13: Diagram showing conventional technology.
図 1 4 ：瞳位置を説明するための図。  Figure 14: Diagram for explaining the pupil position.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下この発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明する。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[第 1実施例] 図 1にこの発明の第 1実施例を示す。 [First embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
この第 1実施例においては、 テレセントリック光学系の瞳位置 （物体光の光学 的フーリエ変換面位置） に配設する空間フィルタとしてホログラム 3を用いるよ うにしており、 図 1 f はホログラム再生時の光学系の構成を示すもので、 図 1 Wはホログラム露光時の光学系の構成を示すものである。 なお、 図 1においては、 簡単化のために点光源および結像点は 1個としてして示しているが、 これら点光 源および結像点は 1次元的に配列されたもの、 さらには 2次元的に配列されたも のであってもよい。  In the first embodiment, the hologram 3 is used as a spatial filter disposed at the pupil position of the telecentric optical system (the position of the optical Fourier transform plane of the object light). Fig. 1W shows the configuration of the optical system during hologram exposure. In FIG. 1, the point light source and the imaging point are shown as one for simplicity, but the point light source and the imaging point are one-dimensionally arranged. They may be arranged in a dimension.
図 1 α こおいて、 1はピンホール、 2 a， 2 bはテレセン卜リ ックレンズ、 3はガラス基板 5上にホログラム感光材 4が塗布されたホログラム、 6は物体、 7は光源 8 , レンズ 9及びレンズ 1 0を有する参照光用光源、 1 1は参照光の通 過領域を制限する遮光マスク、 1 2はピンホール 1を介した光を受光する受光部 である。  Figure 1 α Here, 1 is a pinhole, 2a and 2b are telecentric lenses, 3 is a hologram in which a hologram photosensitive material 4 is applied on a glass substrate 5, 6 is an object, 7 is a light source 8, and a lens A reference light source having a reference numeral 9 and a lens 10, a light-shielding mask 11 for restricting a transmission area of the reference light, and a light-receiving unit 12 for receiving light passing through the pinhole 1.
かかる図 1 C に示す構成において、 ホログラム 3は点光源光の発生手段とし て用いられるもので、 参照光用光源 7からの参照光が入射されてこれが回折され ることによって、 あたかもピンホール 1のピンホールから光が出射したような光 を再生投光する。  In the configuration shown in FIG. 1C, the hologram 3 is used as a means for generating a point light source, and the reference light from the reference light source 7 is incident and diffracted, as if the pinhole 1 was formed. Regenerates and emits light as if it were emitted from a pinhole.
すなわち、 光源 8からレンズ 9、 1 0を介して参照光がホログラム 3に入射さ れると、 ピンホール 1の開孔に点光源が存在するのと等価な光がホログラム 3に よって再生される。 そして、 該再生された光はレンズ 2 bによって物体 6上に結 像される。 また、 物体 6で反射された光はレンズ 2 b、 ホログラム 3を介してレ ンズ 2 aに入射され、 レンズ 2 aによってピンホール 1のピンホール位置に集光 される。 受光部 1 2はピンホール位置の後ろ側に配されており、 ピンホールを通 過した光を受光する。 例えば、 この受光部 1 2として光検出器を用いるようにす れば、 先の図 1 3に示した共焦点光学系を用いた 3次元形状計測装置のように、 物体 6の光軸方向の位置を計測することができる。  That is, when reference light is incident on the hologram 3 from the light source 8 via the lenses 9 and 10, light equivalent to the presence of a point light source in the aperture of the pinhole 1 is reproduced by the hologram 3. Then, the reproduced light is imaged on the object 6 by the lens 2b. The light reflected by the object 6 is incident on the lens 2a via the lens 2b and the hologram 3, and is condensed by the lens 2a at the pinhole position of the pinhole 1. The light receiving section 12 is arranged behind the pinhole position and receives light passing through the pinhole. For example, if a photodetector is used as the light receiving section 12, as in the three-dimensional shape measuring apparatus using the confocal optical system shown in FIG. The position can be measured.
ここで、 ホログラム 3は、 テレセントリ ックレンズ 2 a， 2 bの略瞳位置に配 設されており、 かっこのホログラム 3には投光光の光領域を制限する遮光マスク として機能するような露光が施されている。 また、 ホログラム 3としては、 回折 効率を例えば 5 0 %とし、 参照光の 5 0 %が物体 6に照射され、 物体 6からの反 射光の約 5 0 %がホログラム 3を透過して受光部 1 2に入射されるようにしてい る。 すなわちこの実施例では、 レンズ 2 aの焦点距離を f 2とし、 レンズ 2 b焦点 距離を f 1とした場合、 これら 2つのレンズ 2 a , 2 bの焦点位置を一致させたレ ンズ 2 a , 2 b間の位置、 すなわち曈位置に、 投光系のみ遮光マスクとして機能 するような露光が施されたホログラム 3を配設するようにしている。 Here, the hologram 3 is disposed substantially at the pupil position of the telecentric lenses 2a and 2b, and the hologram 3 is exposed so as to function as a light-shielding mask for limiting the light area of the projected light. Have been. For hologram 3, diffraction The efficiency is set to, for example, 50%, and 50% of the reference light is irradiated on the object 6, and about 50% of the reflected light from the object 6 is transmitted through the hologram 3 and is incident on the light receiving section 12. You. That is, in this embodiment, assuming that the focal length of the lens 2a is f2 and the focal length of the lens 2b is f1, the lenses 2a, 2a, A hologram 3 that has been exposed so that only the light projecting system functions as a light-shielding mask is disposed at a position between 2b, that is, a position 曈.
したがって、 このホログラム 3によれば、 投光光はホログラム面の一部の領域 から発生されるものの、 受光光はホログラム全面を用いて通過させることができ、 受光系の光利用効率が従来のハードウエア的遮光マスクを用いた場合に比べ格段 に向上する。  Therefore, according to the hologram 3, although the projected light is generated from a partial area of the hologram surface, the received light can be transmitted using the entire hologram surface, and the light utilization efficiency of the light receiving system is reduced by the conventional hardware. It is significantly improved compared to the case where a wear-like light-shielding mask is used.
図 1 )は、 ホログラム 3を露光する際の構成を示すもので、 ピンホール 1 、 レンズ 2 a、 参照光用光源 7として図 1と同じものを用い、 且つこれらを図 1と 同じ位置関係に配置する。 ここで、 ホログラム 3に入射する参照光の領域を図 1 Γ のハッチングで示した部分に制限するために、 参照光用光源 7とホログラム 3との間に所要の開孔が形成された遮光マスク 1 1を配設する様にしている。 この状態で、 参照光をホログラム 3に入射するとともに、 平行光を物体光とし てピンホール 1に入射する。 もちろんこの際、 参照光と物体光は 1つのレーザ光 源の光を分岐するなどして発生させるようにして、 ホログラム 3の面上で干渉が 起こるようにしている。 また、 この際、 参照光と物体光の光路長および偏光方向 を一致させている。  FIG. 1) shows the configuration when the hologram 3 is exposed.The same thing as FIG. 1 is used as the pinhole 1, the lens 2a, and the light source 7 for the reference light, and these are placed in the same positional relationship as FIG. Deploy. Here, in order to limit the area of the reference light incident on the hologram 3 to the area indicated by hatching in FIG. 1, a light-shielding mask having a required aperture formed between the reference light source 7 and the hologram 3 1 1 is arranged. In this state, the reference light enters the hologram 3 and the parallel light enters the pinhole 1 as object light. Of course, at this time, the reference light and the object light are generated by splitting the light of one laser light source or the like, so that interference occurs on the surface of the hologram 3. At this time, the optical path length and the polarization direction of the reference light and the object light are made to match.
この結果、 ピンホールに形成された点光源像がレンズ 2 aによって平行光にな つた状態でホログラム 3に入射され、 記録される。 この場合は、 参照光と物体光 がホログラム 3の片側から入射されるので、 ホログラム 3は透過型となる。  As a result, the point light source image formed in the pinhole is incident on the hologram 3 in a state of being converted into parallel light by the lens 2a, and is recorded. In this case, since the reference light and the object light are incident from one side of the hologram 3, the hologram 3 is of a transmission type.
以上のようにしてホログラム 3の露光が終了すると、 ピンホール 1の後側に受 光部 1 2を設置する。 そして、 先のホログラム露光の際にレンズ 2 bが未設置の 場合は、 レンズ 2 bを設置してテレセントリック光学系を完成させる。  When the exposure of the hologram 3 is completed as described above, the light receiving unit 12 is set behind the pinhole 1. Then, if the lens 2b is not installed in the previous hologram exposure, the lens 2b is installed to complete the telecentric optical system.
このようにこの実施例においては、 投光系の光領域を制限するような露光が施 されたホログラム 3をテレセントリック光学系の略曈位置に配設し、 該ホロダラ ムによって遮光マスクの作用を行わせるようにしたので、 受光系の光損失が極め て少なくなるとともに、 受光時の開口数の減少を最小限に抑えることが可能にな る。 As described above, in this embodiment, the hologram 3 that has been exposed so as to limit the light area of the light projecting system is arranged at substantially the 曈 position of the telecentric optical system, and the holo-drum acts as a light shielding mask. Light loss in the light receiving system It is possible to minimize the decrease in the numerical aperture during light reception.
また、 この実施例では、 ホログラムに遮光マスクや空間フィルタの機能を持た せるようにしているので、 遮光マスクや空間フィルタを実際に配置する必要がな くなり、 装置構成をコンパク トにできると共に、 参照光用光学系と空間フィルタ との干渉などの問題を回避することができる。 実際、 テレセン卜リックレンズ 2 a , 2 bは、 収差を補正するために、 群レンズ構成となっており、 レンズの間は 非常に狭いスペースとなっている。  Further, in this embodiment, the hologram is provided with the function of a light-shielding mask and a spatial filter, so that it is not necessary to actually arrange the light-shielding mask and the spatial filter, and the apparatus configuration can be made compact and Problems such as interference between the reference light optical system and the spatial filter can be avoided. In fact, the telecentric lenses 2a and 2b have a group lens configuration to correct aberrations, and there is a very narrow space between the lenses.
なお、 図 I f の場合は、 ホログラム再生の際、 遮光マスク 1 1を配設するよ うにしたが、 この遮光マスク 1 1は省略することができる。 すなわち、 この第 1 実施例においては、 遮光マスク 1 1は、 ホログラム 3を露光するときにのみ必須 の構成要件となる。  In the case of FIG. If, the light shielding mask 11 is provided at the time of hologram reproduction, but this light shielding mask 11 can be omitted. That is, in the first embodiment, the light-shielding mask 11 is an essential component only when the hologram 3 is exposed.
[第 2実施例]  [Second embodiment]
図 2にこの発明の第 2実施例を示す。  FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
この第 2の実施例においては、 図 2 こ示すように、 ホログラム露光時には 参照光をホログラム 3の全面に照射することにより、 ピンホール 1から出射され る全ての物体光をホログラム 3に露光する。 一方、 ホログラム再生時には、 図 2 (^に示すように、 参照光用光源 7とホログラム 3との間に遮光マスク 1 1を配 設し、 この遮光マスク 1 1によって参照光が照射されるホログラム 3の領域を制 限するようにしている。 勿論、 この実施例においてもホログラム 3は、 テレセン トリック光学系の曈位置に配設されている。  In the second embodiment, as shown in FIG. 2, all the object light emitted from the pinhole 1 is exposed to the hologram 3 by irradiating the entire surface of the hologram 3 with reference light at the time of hologram exposure. On the other hand, when reproducing the hologram, a light-shielding mask 11 is arranged between the reference light source 7 and the hologram 3 as shown in FIG. Of course, also in this embodiment, the hologram 3 is disposed at the position 曈 of the telecentric optical system.
遮光マスク 1 1としては、 例えば、 可変虹彩絞り （カメラの絞り） 、 透過型液 晶パネルなどのように、 開口径または開口形状を自由に可変できるものを用いる ようにすれば、 対象物に応じて物体光を選択するためのパターンを切り替えるこ とができる。 特に、 電気信号によって任意の 2次元パターンを与えることができ る透過型液晶パネルを用いるようにすれば、 任意の光通過領域を簡単に設定する ことが可能になる。  As the light-shielding mask 11, if a mask such as a variable iris diaphragm (a diaphragm of a camera) or a transmissive liquid crystal panel that can freely change the aperture diameter or the shape of the aperture is used, the light-shielding mask 11 can be changed according to the object To switch the pattern for selecting the object light. In particular, if a transmissive liquid crystal panel that can give an arbitrary two-dimensional pattern by an electric signal is used, an arbitrary light passage area can be easily set.
[第 3実施例]  [Third embodiment]
図 3にこの発明の第 3実施例を示す。 この第 3実施例においては、 図 3 (¾)に示すように、 ホログラム感光材 4を ガラス基板 5の全面に設けるのではなく、 ガラス基板 5の一部領域に設けるよう にして、 投光領域を制限するようにしている。 FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the hologram photosensitive material 4 is provided not in the entire surface of the glass substrate 5 but in a partial area of the glass substrate 5 as shown in FIG. I try to restrict.
すなわち、 ホログラム露光時には、 図 3 (¾)に示すように、 参照光をガラス基 板 5の全面に照射しているが、 ホログラム感光材 4がガラス基板 5の一部領域に しか塗布されていないので、 ピンホール 1から出射される物体光の一部しかホロ グラム 3には露光されない。  That is, at the time of hologram exposure, as shown in FIG. 3 (¾), the reference light is applied to the entire surface of the glass substrate 5, but the hologram photosensitive material 4 is applied only to a partial area of the glass substrate 5. Therefore, only a part of the object light emitted from the pinhole 1 is exposed to the hologram 3.
ホログラム再生時には、 図 3 C に示すように、 ホログラム全面に参照光を入 射する力、 あるいは先の図 2 に示したような適宜の遮光マスク 1 1を参照光 用光源 7とホログラム 3との間に配設して、 ホログラム感光材 4が塗布されてい る領域にのみ参照光を入射するようにする。 何れにしても、 ホログラム 3に参照 光が入射されると、 感光材 4が配設されたホログラム 3の一部領域からレンズ 2 bへの投光光が再生される。  At the time of hologram reproduction, as shown in FIG. 3C, the force for injecting the reference light into the entire hologram, or an appropriate light-shielding mask 11 as shown in FIG. The reference light is incident only on the area where the hologram photosensitive material 4 is applied. In any case, when the reference light is incident on the hologram 3, the light projected from the partial area of the hologram 3 on which the photosensitive material 4 is provided to the lens 2b is reproduced.
なお、 この実施例においては、 ホログラム再生時には、 感光材 4が塗布されて いる領域にのみ参照光を入射するほうが投光効率は向上する。 この実施例におい てもホログラム 3は、 テレセン卜リック光学系の瞳位置に配設されている。 図 4は、 この第 3実施例の変形例を示すもので、 この実施例では、 ホログラム 感光材 4の塗布領域をホログラム露光後に除去することにより、 先の図 3に示し た実施例と同様、 所望の物体光が記録されている領域に対応するホログラム感光 材領域のみを残すようにしている。 すなわち、 この場合には、 図 2 と同様に して、 感光材 4が全面に塗布されているホログラム 3の全面に物体光を記録した 後、 所望の物体光が記録されている感光体領域のみを残し、 それ以外を除去する ようにしている。  In this embodiment, when the hologram is reproduced, the light projection efficiency is improved by making the reference light incident only on the area where the photosensitive material 4 is applied. Also in this embodiment, the hologram 3 is disposed at the pupil position of the telecentric optical system. FIG. 4 shows a modified example of the third embodiment. In this embodiment, the application area of the hologram photosensitive material 4 is removed after the hologram exposure, so that the same as the embodiment shown in FIG. Only the hologram photosensitive material area corresponding to the area where the desired object light is recorded is left. That is, in this case, after recording the object light on the entire surface of the hologram 3 coated with the photosensitive material 4 on the entire surface in the same manner as in FIG. 2, only the photoreceptor area where the desired object light is recorded is recorded. And remove others.
[第 4実施例]  [Fourth embodiment]
図 5にこの発明の第 4実施例を示す。  FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
この第 4実施例においては、 露光の際、 図 5 に示すように、 テレセントリ ックレンズ 2 a , 2 b (—方のレンズ 2 bは配設する必要はない） の瞳位置に遮 光マスクなどの空間フィルタ 1 3を酉己設し、 この曈 置と結像面 1 4の間にホロ グラム 3を配設するようにしている。 また、 参照用光源 7は、 空間フィルタ 1 3 が邪魔になるので、 ホログラム 3に対し物体光とは反対側から入射するようにし ている。 すなわちこの場合、 ホログラム 3は反射型となる。 In the fourth embodiment, at the time of exposure, as shown in FIG. 5, a light-shielding mask or the like is provided at the pupil position of the telecentric lenses 2a and 2b (the negative lens 2b does not need to be provided). The spatial filter 13 is provided by itself, and the hologram 3 is provided between the device and the image plane 14. The reference light source 7 is a spatial filter 1 3 The hologram 3 is made to enter the hologram 3 from the side opposite to the object light. That is, in this case, the hologram 3 is of a reflection type.
ホログラム再生時には、 図 5 に示すように、 瞳位置にある空間フィルタ 1 3を取り除き、 参照用光源 7によってホログラム 3の全面 （または露光が施され ている部分にのみ） に参照光を照射する。 この結果、 露光時、 空間フィルタ 1 3 によって物体光が制限されて照射されたホログラムの一部領域 （図 5 (¾)のハツ チングで示した領域） のみから投光光が再生されてレンズ 2 bによって結像点に 結像される。  At the time of hologram reproduction, as shown in FIG. 5, the spatial filter 13 at the pupil position is removed, and the reference light source 7 irradiates the entire surface of the hologram 3 (or only the exposed portion) with reference light. As a result, at the time of exposure, the projected light is reproduced from only a part of the hologram (the area indicated by the hatching in Fig. 5 (¾)) where the object light is limited by the spatial filter 13 and irradiated. An image is formed at the image point by b.
このようにこの第 4実施例によれば、 ホログラム露光時に、 曈 置に配した遮 光マスクなどの空間フィルタ 1 3によってホログラム露光領域を制限することに より、 投光光を制限するようにしている。  As described above, according to the fourth embodiment, at the time of hologram exposure, the hologram exposure area is limited by the spatial filter 13 such as a light shielding mask disposed at the position, thereby limiting the projected light. I have.
[第 5実施例]  [Fifth embodiment]
図 6にこの発明の第 5実施例を示す。  FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
この第 5実施例においては、 ホログラム露光の際には、 図 6 Jに示すように、 ホログラム 3をテレセン卜リ ックレンズ 2 a , 2 bの瞳位置とピンホール 1の位 置の間に配設し、 この状態で参照光をホログラム 3の全面に照射するようにして いる。 また、 ホログラム再生時には、 図 6 に示すように、 ホログラムのほぼ 全面に参照光を照射を照射して投光光を再生すると共に、 瞳位置に配した遮光マ スクなどの空間フィルタ 1 5によって、 投光光の通過領域を制限するようにして レヽる。  In the fifth embodiment, at the time of hologram exposure, as shown in FIG. 6J, the hologram 3 is disposed between the pupil position of the telecentric lenses 2a and 2b and the position of the pinhole 1. In this state, the reference light is applied to the entire surface of the hologram 3. When reproducing the hologram, as shown in Fig. 6, almost all the surface of the hologram is irradiated with the reference light to reproduce the projected light, and a spatial filter 15 such as a light-shielding mask arranged at the pupil position is used. Raise the light so as to limit the light transmission area.
[第 6実施例]  [Sixth embodiment]
図 7にこの発明の第 6実施例を示す。 この第 6実施例においては、 本発明を光 ピックアップ装置に適用するようにしている。  FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. In the sixth embodiment, the present invention is applied to an optical pickup device.
すなわち、 図 7において、 ホログラム 3には、 参照光用光源 7から参照光が入 射されると、 レンズ 2 bによって光ディスク 2 0面の所定の位置に光が結像され るような光が再生されるような露光が予め施されている。 この場合、 ホログラム 3は、 テレセントリックレンズ 2 a、 2 b間の例えば瞳位置に配設する。  That is, in FIG. 7, when the hologram 3 receives the reference light from the reference light source 7, the light is reproduced such that the light is imaged at a predetermined position on the optical disk 20 surface by the lens 2b. Exposure is performed in advance. In this case, the hologram 3 is disposed, for example, at the pupil position between the telecentric lenses 2a and 2b.
したがって、 ホログラム 3に参照光が入射されると、 参照光が回折されて光デ イスク 2 0上の所定の位置に結像する。 そして、 その反射光は、 レンズ 2 b， ホ 口グラム 3およびレンズ 2 aを介してエラー Z信号検出系 2 1に入射される。 そ して、 このエラーノ信号検出系 2 1に入射された光信号が処理されることにより 光ビックアツプのフォー力シング及び光デイスク 2 0上のデータが解読されるこ とになる。 Therefore, when the reference light enters the hologram 3, the reference light is diffracted and forms an image at a predetermined position on the optical disc 20. And the reflected light is lens 2b, e It is incident on the error Z signal detection system 21 via the mouth gram 3 and the lens 2a. The optical signal incident on the error signal detection system 21 is processed so that the forcing of the optical big-up and the data on the optical disk 20 are decoded.
かかる光ピックアップ装置においては、 ホログラム 3と参照光用光源 7との間 に、 ホログラム 3に入射される参照光を制限するための遮光マスク 1 1を配設し、 これにより光ディスク 2 0に入射される投光光を制限するようにしている。  In such an optical pickup device, a light-shielding mask 11 for limiting reference light incident on the hologram 3 is provided between the hologram 3 and the reference light source 7, whereby the light is incident on the optical disk 20. To limit the emitted light.
なお、 この実施例では、 光ピックアップ装置に対し、 先の図 2に示した第 2の 実施例に対応する技術を適用するようにしたが、 他の図 1、 図 3、 図 4、 図 5、 図 6に示した技術を光ピックアップ装置に適用するようにしても良い。  In this embodiment, the technology corresponding to the second embodiment shown in FIG. 2 is applied to the optical pickup device. However, the other FIGS. 1, 3, 4, and 5 are used. The technology shown in FIG. 6 may be applied to an optical pickup device.
[第 7実施例]  [Seventh embodiment]
ところで、 ピンホールに光 （平行光） が照射された際、 ピンホールからは、 図 8 C および図 9 に示すように、 ピンホールの中心を透過する中心透過光と、 ピンホールのェッジで回折された周辺回折光の 2種類の波面が発生する。 そして、 これら中心透過光および周辺回折光の光強度プロファイルと光強度パタ一ンは、 それぞれ図 8 (¾J， 図 9 と、 図 8 fe)， 図 9 (¾)に示すようになり、 それらの光強 度は一様ではない。 また、 図 1 0 Wfe)は、 それぞれ上記中心透過光と周辺回 折光の合成光、 それらの光強度プロファイル、 光強度パターンを示すものであり、 中心透過光と周辺回折光との境界にはこれら両光の干渉による暗部領域が形成さ れる。  By the way, when light (parallel light) is irradiated on the pinhole, the light is diffracted from the pinhole by the center transmitted light passing through the center of the pinhole and the edge of the pinhole as shown in Fig. 8C and Fig. 9. Two types of wavefronts of the generated marginal diffracted light are generated. The light intensity profiles and the light intensity patterns of the center transmitted light and the peripheral diffracted light are shown in Fig. 8 (¾J, Fig. 9 and Fig. 8 fe) and Fig. 9 (¾), respectively. Light intensity is not uniform. Fig. 10 Wfe) shows the composite light of the above-mentioned central transmitted light and the peripheral diffraction light, their light intensity profiles and light intensity patterns, respectively. A dark area is formed due to the interference between the two lights.
したがって、 ピンホール 1を通過した光をホログラムに入射する構成を有する 前記各実施例のような構成の場合、 ホログラム露光の際に、 何の配慮もなされて いないと、 2つの異なる光強度プロファイル及び光強度パターンを有する波面が ホログラムに記録されてしまい、 投光像の質の低下、 ひいては計測精度などの低 下を引き起こす。 特に、 ピンホールのエッジで発生する回折光は、 S N比を低下 させ、 ひいては計測精度などを低下させる要因となる。 そして、 このような周辺 回折光の影饗は、 光源がレーザのようなコヒーレンス性の高い光ではより顕著に なる。  Therefore, in the configuration as in each of the above-described embodiments having a configuration in which light passing through the pinhole 1 is incident on the hologram, two different light intensity profiles and two different light intensity profiles are used if no consideration is given at the time of hologram exposure. The wavefront having the light intensity pattern is recorded on the hologram, causing deterioration in the quality of the projected image and, consequently, in measurement accuracy. In particular, the diffracted light generated at the edge of the pinhole lowers the SN ratio, which in turn lowers the measurement accuracy. Such a shadow of the peripheral diffracted light becomes more remarkable when the light source has a high coherence such as a laser.
したがって、 この第 7実施例では、 ピンホールからの出射光のうちの中心透過 光のみが再生光として使用されるような露光をホログラム 3に施すようにしてい る。 すなわち、 周辺回折光は除去する。 Therefore, in the seventh embodiment, of the light emitted from the pinhole, The hologram 3 is exposed so that only light is used as reproduction light. That is, the peripheral diffracted light is removed.
図 1 1はこの発明の第 7実施例を示すもので、 この図 1 1はホログラム 3を露 光する際の構成を示すものである。  FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention. FIG. 11 shows a configuration when the hologram 3 is exposed.
このホログラム露光装置においては、 物体面に複数のピンホールが 2次元配列 されたピンホールアレイ 3 0を配設する様にしており、 このピンホールアレイ 2 0に対して平行光を入射する。  In this hologram exposure apparatus, a pinhole array 30 in which a plurality of pinholes are two-dimensionally arranged on an object plane is arranged, and parallel light is incident on the pinhole array 20.
レンズ 2 a， 2 bは先の実施例と同様、 テレセン トリ ック系を構成しており、 ピンホールァレイ 3 0の各ピンホールから出射された各光はレンズ 2 aによって 瞳位置に集められる。 瞳位置には、 ホログラム 3が配設されており、 このホログ ラム 3に対して参照光用光源 7から参照光が入射される。  The lenses 2a and 2b constitute a telecentric system, as in the previous embodiment, and each light emitted from each pinhole of the pinhole array 30 is collected at the pupil position by the lens 2a. Can be A hologram 3 is provided at the pupil position, and reference light from a reference light source 7 is incident on the hologram 3.
ここで、 参照光用光源 7とホログラム 3との間には、 楕円開孔マスク 1 1が設 けられており、 この楕円開孔マスク 1 1によってホログラム 3の露光領域の内の 前記中心透過光が照射される中央部領域にのみに参照光が入射されるようにして いる。 すなわち、 周辺透過光が照射されるホログラム領域には参照光が入射され ないようにしている。  Here, an elliptical aperture mask 11 is provided between the reference light source 7 and the hologram 3, and the center transmitted light in the exposure area of the hologram 3 is provided by the elliptical aperture mask 11. The reference light is made to be incident only on the central area where the light is irradiated. That is, the reference light is prevented from being incident on the hologram area irradiated with the peripheral transmission light.
したがって、 この場合、 ホログラム 3には、 ピンホールアレイ 3 0からの光の うち中心透過光のみが露光される。 なお、 開口マスク 1 1を楕円としたのは、 角 度を持ってホログラムに照射される参照光がホログラム 3の感光材面 4上で真円 になるようにするためである。 また、 図 1 1では、 他方のレンズ 2 bおよび被検 査物体 6を配置するようにしているが、 これらは勿論ホログラム露光のためには 必要ない。  Therefore, in this case, the hologram 3 is exposed only to the center transmitted light of the light from the pinhole array 30. The reason why the aperture mask 11 is elliptical is to make the reference light irradiated on the hologram with an angle become a perfect circle on the photosensitive material surface 4 of the hologram 3. Further, in FIG. 11, the other lens 2b and the inspection object 6 are arranged, but these are of course not necessary for hologram exposure.
以上のようにしてホログラム 3の露光が終了すると、 ピンホールァレイ 3 0の 後側 （図面上は上側） に受光部アレイ （図示せず） を設置する。 そして、 先のホ ログラム露光の際にレンズ 2 bが未設置の場合は、 レンズ 2 bを設置してテレセ ントリック光学系を完成させる。  When the exposure of the hologram 3 is completed as described above, a light receiving unit array (not shown) is set behind the pinhole array 30 (upper side in the drawing). If the lens 2b is not installed during the hologram exposure, the lens 2b is installed to complete the telecentric optical system.
[第 8実施例]  [Eighth embodiment]
図 1 2はこの発明の第 8実施例を示す。 この図 1 2はホログラム 3を露光する 際の構成を示すものである。 このホログラム露光装置においても、 物体面に複数のピンホールが 2次元配列 されたピンホールァレイ 3 0を配設する様にしており、 このピンホールァレイ 2 0に対して平行光を入射する。 FIG. 12 shows an eighth embodiment of the present invention. FIG. 12 shows a configuration when the hologram 3 is exposed. Also in this hologram exposure apparatus, a pinhole array 30 in which a plurality of pinholes are two-dimensionally arranged on the object plane is arranged, and parallel light is incident on the pinhole array 20. .
レンズ 2 a， 2 bは先の実施例と同様、 テレセントリ ック系を構成しており、 ピンホールアレイ 3 0の各ピンホールから出射された各光はレンズ 2 aによって 曈位置に集められる。 瞳位置には、 レンズ 2 aから入射される光のうちの中心透 過のみを透過させる円形の開口を有する円形開口マスク 4 0が配設されており、 この円形開口マスク 4 0によって周辺回折光を除外する。  The lenses 2a and 2b constitute a telecentric system as in the previous embodiment, and each light emitted from each pinhole of the pinhole array 30 is collected at the 曈 position by the lens 2a. At the pupil position, a circular aperture mask 40 having a circular aperture that transmits only the center transmission of the light incident from the lens 2a is provided. Exclude
ホログラム 3は、 曈位置とレンズ 2 bの間に配設されており、 このホログラム 3に対して参照光用光源 7から参照光が入射される。  The hologram 3 is disposed between the 曈 position and the lens 2 b, and reference light from the reference light source 7 is incident on the hologram 3.
したがって、 この場合、 ホログラム 3には、 ピンホールアレイ 3 0からの光の うち中心透過光のみが物体光として入射され、 これが参照光と千渉される事によ よって露光される。 なお、 図 1 2においても、 他方のレンズ 2 bおよび被検査物 体 6を配置するようにしているが、 これらは勿論ホログラム露光のためには必要 ない。  Therefore, in this case, only the center transmitted light of the light from the pinhole array 30 is incident on the hologram 3 as object light, and is exposed by interfering with the reference light. In FIG. 12 as well, the other lens 2b and the test object 6 are arranged, but these are of course not necessary for hologram exposure.
以上のようにしてホログラム 3の露光が終了すると、 ピンホールアレイ 3 0の 後側 （図面上は上側） に受光部アレイ （図示せず） を設置する。 また、 円形開口 マスク 4 0を取り外す。 そして、 先のホログラム露光の際にレンズ 2 bが未設置 の場合は、 レンズ 2 bを設置してテレセントリ ック光学系を完成させる。  When the exposure of the hologram 3 is completed as described above, a light receiving unit array (not shown) is set behind the pinhole array 30 (the upper side in the drawing). Also, remove the circular opening mask 40. If the lens 2b has not been installed during the previous hologram exposure, the lens 2b is installed to complete the telecentric optical system.
なお、 ピンホールの中心透過光のみを再生するホログラムを作成する際に、 先 の図 3または図 4に示した実施例のように、 ホログラム感光材自体の領域を制限 する技術を利用するようにしてもよい。  When creating a hologram that reproduces only the light transmitted through the center of the pinhole, a technique that limits the area of the hologram photosensitive material itself, as in the embodiment shown in FIG. 3 or FIG. 4, is used. You may.
また、 上記した各実施例において、 参照光あるいは物体光を制限する遮光マス ク、 空間フィルタは、 光学基板上にエッチングプロセスなどにより遮光マスクを 形成して、 マスク自体の厚みを薄く したほうが好適である。  In each of the embodiments described above, it is preferable that the light shielding mask and the spatial filter for limiting the reference light or the object light be formed by forming a light shielding mask on an optical substrate by an etching process or the like so as to reduce the thickness of the mask itself. is there.
また、 ホログラムを露光する際やホログラム再生時に用いる遮光マスク、 空間 フィルタは、 光の中央部のみを透過するもの以外に、 円環状のもの、 格子、 点列 など所望の投光ができる任意のパターンを選択するようにすればよい。 同様に、 ホ口グラム感光材自体の領域を制限する場合においても、 その制限パターンは任 意である。 The light-shielding mask and spatial filter used when exposing the hologram or reproducing the hologram are not limited to those that transmit only the central part of the light, and may be any pattern that can emit the desired light, such as an annular one, a grid, or a point array. May be selected. Similarly, when restricting the area of the mouth gram photosensitive material itself, the restriction pattern is optional. It is intention.
ところで、 瞳位置に配設された遮光マスクは、 ピンホー'レアレイの像の光学的 フーリエ変換面 （瞳位置） における空間フィルタの作用を奏する。 したがって、 この遮光マスクのパターンを種々に選択することによって  By the way, the light-shielding mask disposed at the pupil position acts as a spatial filter on the optical Fourier transform plane (pupil position) of the image of the pinhole array. Therefore, by variously selecting the pattern of the light shielding mask,
(%)解像度を向上する  (%) Improve resolution
(%)ノイズ光を除去する (%) Remove noise light
3 壬意の形状をしたパターン光を投光できる  3 Can emit pattern light in the shape of a migi
等の種々の効果が得られる。 And various other effects can be obtained.
また、 各実施例において、 ホログラムは、 透過型、 反射型、 エッジイルミネィ テツド型、 エバネッセント波型等の任意のタイプを用いるようにすればよい。 また、 上記各実施例を図 1 3に示した 3次元形状計測装置に適用するようにし てもよい。 また、 上記各実施例を 3次元形状計測装置に適用する場合、 被検査物 体は、 移動ステージによって被検査物体の高さ方向に移動走査を行うようにして もよく、 また共焦点光学装置全体を前記高さ方向に移動可能なように構成するよ うにしてもよく、 さらにはテレセントリ ックレンズ 2 a , 2 bを高さ方向に移動 可能なように構成してもよい。 また、 テレセントリ ック光学系においては、 その 倍率は等倍、 拡大、 縮小の何れでもよい。  In each embodiment, the hologram may be of any type such as a transmission type, a reflection type, an edge illuminated type, and an evanescent wave type. Further, each of the above embodiments may be applied to the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. When each of the above embodiments is applied to a three-dimensional shape measuring apparatus, the object to be inspected may be moved and scanned in the height direction of the object to be inspected by the moving stage. May be configured to be movable in the height direction, and furthermore, the telecentric lenses 2a and 2b may be configured to be movable in the height direction. Further, in the telecentric optical system, the magnification may be any one of equal magnification, enlargement, and reduction.
また、 実施例で示した複数のピンホール （点光源） 像は、 規則的な配列に限定 されるものではなく、 複数の点光源からなると解釈される一般的なパターン像で あってもかまわない。 すなわち、 線や面の像でもかまわない。  Further, the plurality of pinhole (point light source) images shown in the embodiments are not limited to a regular arrangement, and may be a general pattern image interpreted as comprising a plurality of point light sources. . In other words, it may be a line or a surface image.
また、 上記実施例における各構成要素は一例を示したもので、 上記実施例に示 したものと同一の機能を達成できるものであれば、 他の構成を採用するようにし てもよい。  Also, each component in the above embodiment is an example, and other configurations may be adopted as long as they can achieve the same functions as those shown in the above embodiment.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
以上 明したようにこの発明によれば、 投光系の光領域を制限するような露光 が施されたホログラムをテレセントリック光学系の略瞳位置に配設し、 該ホログ ラムによって遮光マスクの作用を行わせるようにしたので、 受光系の光損失が極 めて少なくなるとともに、 受光時の開口数の減少を最小限に抑えることが可能に なる。 また、 ホログラムに遮光マスクや空間フィルタの機能を持たせるようにし ているので、 遮光マスクや空間フィルタを実際に配置する必要がなくなり、 装置 構成をコンパク トにできると共に、 参照光用光学系と空間フィルタとの干渉など の問題を回避することができる。 As described above, according to the present invention, a hologram that has been exposed so as to limit the light area of the light projecting system is disposed substantially at the pupil position of the telecentric optical system, and the action of the light shielding mask is performed by the hologram. Since this is performed, the optical loss of the light receiving system is extremely reduced, and the decrease in the numerical aperture at the time of receiving light can be minimized. Also, make the hologram have the function of a light shielding mask and a spatial filter. This eliminates the necessity of actually arranging a light-shielding mask and a spatial filter, making the device configuration compact and avoiding problems such as interference between the reference light optical system and the spatial filter.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 所定の検査面上に配設される物体と、  1. An object placed on a given inspection surface,
第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離 との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの 集光位置としたテレセントリック光学手段と、  The first and second lenses are spaced apart by the total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the position of the inspection surface is set to the focusing position of the second lens. Telecentric optical means,
ホ口グラムの参照光用光源と、  A light source for the reference light of the mouth gram,
前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び 第 2のレンズの間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位 置を通過する際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラム と、  The first lens is separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens, is disposed at a predetermined position between the first and second lenses, diffracts light from the reference light source, and A hologram that has been subjected to an exposure process such that one or more point light sources emitted from the condensing position of the first lens reproduce light equivalent to light passing through the predetermined position;
前記第 1のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホロ グラム再生光の前記テレセントリック光学手段を経由した光を検出する受光部と、 を備えると共に、  A light receiving unit that is disposed near a condensing position of the first lens and detects light of the hologram reproduction light reflected by the object via the telecentric optical unit,
前記ホログラムは、 前記ホログラム再生光がホログラムの一部領域から再生さ れるような露光が施されていることを特徴とするテレセント リック光学装置。  The telecentric optical device, wherein the hologram is exposed so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial region of the hologram.
2 . 所定の検査面上に配設される物体と、  2. An object placed on a predetermined inspection surface,
第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離 との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの 集光位置としたテレセントリック光学手段と、  The first and second lenses are spaced apart by the total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the position of the inspection surface is set to the focusing position of the second lens. Telecentric optical means,
ホログラムの参照光用光源と、  A hologram reference light source;
前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び 第 2のレンズの間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位 置を通過する際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラム と、  The first lens is separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens, is disposed at a predetermined position between the first and second lenses, diffracts light from the reference light source, and A hologram that has been subjected to an exposure process such that one or more point light sources emitted from the condensing position of the first lens reproduce light equivalent to light passing through the predetermined position;
前記第 1のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホ口 グラム再生光の前記テレセン卜リック光学手段を経由した光を検出する受光部と、 前記ホログラムと参照用光源との間に配設されて、 ホログラム参照光がホログ ラムの一部領域に照射されるようホログラム参照光を制限する参照光領域制限手 段と、 A light receiving unit that is disposed near a condensing position of the first lens and detects light of the hologram reproduction light reflected by the object via the telecentric optical unit; The hologram reference beam is located between the light source and the hologram reference beam. A reference beam area limiting means for limiting the hologram reference beam so as to irradiate a partial area of the ram;
を備えるようにしたことを特徴とするテレセントリ ック光学装置。  A telecentric optical device characterized by comprising:
3 . 所定の検査面上に配設される物体と、  3. An object placed on a given inspection surface,
第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離 との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの 集光位置としたテレセントリ ック光学手段と、  The first and second lenses are spaced apart by the total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the position of the inspection surface is set to the focusing position of the second lens. Telecentric optical means,
ホロダラムの参照光用光源と、  Holodalam reference light source,
前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び 第 2のレンズの間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位 置を通過する際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラム と、  The first lens is separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens, is disposed at a predetermined position between the first and second lenses, diffracts light from the reference light source, and A hologram that has been subjected to an exposure process such that one or more point light sources emitted from the condensing position of the first lens reproduce light equivalent to light passing through the predetermined position;
前記第 1のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホロ グラム再生光の前記テレセントリック光学手段を経由した光を検出する受光部と、 を備えると共に、  A light receiving unit that is disposed near a condensing position of the first lens and detects light of the hologram reproduction light reflected by the object via the telecentric optical unit,
前記ホログラムは、 前記ホログラム再生光がホログラムの一部領域から再生さ れるようホログラム感光材の設置領域が制限されていることを特徴とするテレセ ントリック光学装置。  The telecentric optical device according to claim 1, wherein the hologram has a limited hologram photosensitive material installation area so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial area of the hologram.
4 . 所定の検査面上に配設される物体と、  4. An object disposed on a predetermined inspection surface,
第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離 との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記検査面位置を第 2のレンズの 集光位置としたテレセントリック光学手段と、  The first and second lenses are spaced apart by the total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the position of the inspection surface is set to the focusing position of the second lens. Telecentric optical means,
ホ口グラムの参照光用光源と、  A light source for the reference light of the mouth gram,
前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した前記第 1及び第 2のレンズの間の位置と、 前記検査面との間の所定位置に配設され、 前記参照光 用光源からの光を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射される 1乃至 複数の点光源光がこの所定位置を通過する際の光と等価な光を再生するような露 光処理が施されたホログラムと、 前記第 1のレンズの集光位置近傍に配設され、 前記物体で反射された前記ホ口 グラム再生光の前記テレセン卜リック光学手段を経由した光を検出する受光部と、 を備えると共に、 A reference light source disposed at a predetermined position between the first lens and the second lens separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens and a predetermined position between the first lens and the inspection surface; Exposure processing that diffracts light from the first lens and reproduces light equivalent to the light when one or more point light sources emitted from the condensing position of the first lens pass through the predetermined position. Hologram with A light receiving unit that is disposed near the light condensing position of the first lens and detects light of the hologram reproduction light reflected by the object via the telecentric optical unit,
前記ホログラムは、 前記ホログラム再生光がホログラムの一部領域から再生さ れるような露光が施されていることを特徴とするテレセントリ ック光学装置。  A telecentric optical device, wherein the hologram is exposed so that the hologram reproduction light is reproduced from a partial region of the hologram.
5 . 前記ホログラムは、 ホログラム露光の際に、 前記第 1のレンズから前記検 査面側に第 1のレンズの焦点距離だけ離間した所定位置に配設される空間フィル タを介して前記 1乃至複数の点光源光がホログラムに入射されることによって、 ホログラム再生光がホログラムの一部領域から再生されるような露光が施されて いる請求の範囲第 4項記載のテレセントリック光学装置。  5. At the time of hologram exposure, the hologram is exposed through the spatial filter disposed at a predetermined position separated from the first lens on the inspection surface side by a focal length of the first lens. 5. The telecentric optical device according to claim 4, wherein an exposure is performed such that hologram reproduction light is reproduced from a partial area of the hologram when a plurality of point light sources are incident on the hologram.
6 . 1ないし複数の開孔を有するピンホールと、  6. a pinhole having one or more openings;
所定の検査面上に配設される物体と、  An object disposed on a predetermined inspection surface;
第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離 との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記ピンホールの開孔位置を第 1 のレンズの集光位置とし、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置としたテレ セントリ ック光学手段と、  The first and second lenses are spaced apart by the total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the aperture position of the pinhole is set to the position of the first lens. Telecentric optical means, wherein the light-collecting position is a light-collecting position, and the inspection surface position is a light-collecting position of the second lens;
ホログラムの参照光用光源と、  A hologram reference light source;
前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した、 前記第 1及び 第 2のレンズの間の所定位置に配設され、 前記参照光用光源からの光を回折して、 前記ピンホールから出射される 1乃至複数の点光源光がこの所定位置を通過する 際の光と等価な光を再生するような露光処理が施されたホログラムと、  The first lens is separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens, is disposed at a predetermined position between the first and second lenses, diffracts light from the reference light source, and A hologram that has been subjected to an exposure process so as to reproduce light equivalent to light when one or more point light sources emitted from the pinhole pass through the predetermined position;
前記ピンホールを挟んで前記テレセントリック光学手段とは反対側に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム再生光が前記ピンホールの開孔を通過した 光を受光する受光部と、  A light receiving unit disposed on the opposite side to the telecentric optical unit with the pinhole interposed therebetween, the light receiving unit being configured to receive the hologram reproduction light reflected by the object and passing through the aperture of the pinhole;
を具えるとともに、  With
前記ホログラムは、 前記ピンホールから出射された点光源光のうちのピンホー ルの中心を透過した中心透過光のみが物体光として露光されるよう前記テレセン 卜リ ック光学系の光軸近傍にのみ参照光が照射される露光が施されていることを 特徴とするテレセン卜リ ック光学装置。 The hologram is formed only in the vicinity of the optical axis of the telecentric optical system so that only the center transmitted light of the point light source light emitted from the pinhole and transmitted through the center of the pinhole is exposed as object light. A telecentric optical device, which has been exposed to a reference beam.
7 . 1ないし複数の開孔を有するピンホールと、 7. a pinhole having one or more openings;
所定の検査面上に配設される物体と、  An object disposed on a predetermined inspection surface;
第 1及び第 2のレンズを、 第 1のレンズの焦点距離と第 2のレンズの焦点距離 との合計距離だけ離間して配設するとともに、 前記ピンホールの開孔位置を第 1 のレンズの集光位置とし、 前記検査面位置を第 2のレンズの集光位置としたテレ セントリ ック光学手段と、  The first and second lenses are spaced apart by the total distance of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens, and the aperture position of the pinhole is set to the position of the first lens. Telecentric optical means, wherein the light-collecting position is a light-collecting position, and the inspection surface position is a light-collecting position of the second lens;
ホログラムの参照光用光源と、  A hologram reference light source;
前記第 1のレンズから第 1のレンズの略焦点距離だけ離間した前記第 1及び第 2のレンズの間の位置と、 前記検査面との間の所定位置に配設され、 前記参照光 用光源からの光を回折して、 前記第 1のレンズの集光位置から出射される 1乃至 複数の点光源光がこの所定位置を通過する際の光と等価な光を再生するような露 光処理が施されたホログラムと、  A reference light source disposed at a predetermined position between the first lens and the second lens separated from the first lens by a substantially focal length of the first lens and a predetermined position between the first lens and the inspection surface; Exposure processing that diffracts light from the first lens and reproduces light equivalent to the light when one or more point light sources emitted from the condensing position of the first lens pass through the predetermined position. Hologram with
前記ピンホールを挟んで前記テレセントリ ック光学手段とは反対側に配設され、 前記物体で反射された前記ホログラム再生光が前記ピンホールの開孔を通過した 光を受光する受光部と、  A light receiving unit disposed on the opposite side to the telecentric optical unit with the pinhole interposed therebetween, the light receiving unit being configured to receive the hologram reproduction light reflected by the object and passing through the aperture of the pinhole;
を具えるとともに、  With
前記ホログラムは、 ホログラム露光の際に、 前記第 1のレンズから前記検査面 側に第 1のレンズの焦点距離だけ離間した所定位置に配設される空間フィルタを 介して前記 1乃至複数の点光源光がホログラムに入射されることによって、 前記 ピンホールから出射された点光源光のうちのピンホールの中心を透過した中心透 過光のみが物体光として露光されるような露光が施されていることを特徴とする テレセント リ ック光学装置。  The hologram is exposed to the one or more point light sources via a spatial filter disposed at a predetermined position separated from the first lens by the focal length of the first lens on the inspection surface side during the hologram exposure. When the light is incident on the hologram, exposure is performed such that only the center light transmitted through the center of the pinhole of the point light source light emitted from the pinhole is exposed as object light. A telecentric optical device.
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