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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Autofokusvorrichtung, die eine Objektivlinse bewegt, so dass die Objektivlinse auf der Grundlage des Kontrasts eines Bildes des Messobjekts zu jeder Zeit auf eine Messoberfläche eines Messobjekts fokussiert ist. Beispielsweise kann die Autofokusvorrichtung in einer optischen Messvorrichtung verwendet werden, wie zum Beispiel einer Bildmessvorrichtung oder einem Mikroskop, welche die Abmessungen und die Form des Messobjekts misst, während ein Bild des Messobjekts durch ein optisches Beobachtungssystem beobachtet wird.
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Bisher wird in einer optischen Messvorrichtung, wie zum Beispiel einer Bildmessvorrichtung oder einem Mikroskop, eine Autofokusvorrichtung verwendet, welche die Fokussierung unter Verwendung eines auf eine Oberfläche eines Messobjekts projizierten Musters durchführt.
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Beispielsweise enthält, wie
5 zeigt, eine in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung
JP 2004-029 069 A erörterte Autofokusvorrichtung eine Lichtquelle
1, eine Projektionslinse
2, eine Musterprojektionsplatte
3 und einen Vor/Rückmechanismus
4. Die Musterprojektionsplatte
3 ist zwischen Lichtquelle
1 und die Projektionslinse
2 eingesetzt und hat ein darauf gebildetes vorbestimmtes Muster (beispielsweise ein Dreiecksmuster). Der Vor-/Rückmechanismus
4 veranlasst, dass die Musterprojektionsplatte
3 in den Lichtweg vorgeschoben wird oder daraus zurückgezogen wird. Der Vor-/Rückmechanismus
4 enthält eine Feder und einen Elektromagneten. Die Feder übt eine Vorspannwirkung aus, so dass die Musterprojektionsplatte
3 entlang einem Führungsmechanismus in den Lichtweg (bzw. Strahlgang) vorgeschoben wird. Der Elektromagnet ist dazu geeignet, der Vorspannkraft der Feder entgegen zu wirken und das Zurückfahren der Musterprojektionsplatte
3 aus dem Lichtweg zu veranlassen. Bezugszeichen
5 bezeichnet eine Objektivlinse, Bezugszeichen
6 bezeichnet einen Strahlteiler, Bezugszeichen
7 bezeichnet eine Tubuslinse und Bezugszeichen
8 bezeichnet eine CCD-Kamera.
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Wenn beispielsweise ein Material gemessen wird, das grundsätzlich einen niedrigen Kontrast hat, wie zum Beispiel eine Spiegeloberfläche oder eine Glasoberfläche, wird dann, wenn die Musterprojektionsplatte 3 in den Lichtweg vorgeschoben wird, das Muster auf der Musterprojektionsplatte 3 auf eine Messoberfläche eines Messobjekts projiziert. Damit ist es möglich, die Fokussierung anhand des Kontrasts des Musters durchzuführen. Wenn es nicht erforderlich ist, das Muster zu projizieren, ist es möglich, die Musterprojektionsplatte aus dem Lichtweg zurückzuziehen, wenn das Solenoid erregt wird,
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In der Autofokusvorrichtung nach dem Stand der Technik wird jedoch, ob ein Muster projiziert wird oder nicht projiziert wird, die Musterprojektionsplatte aufgrund der Vorspannkraft der Feder oder der Erregung oder Nichterregung des Solenoids veranlasst, in den Lichtweg vorzurücken bzw. sich aus dem Lichtweg zurückzuziehen. Dadurch wird beispielsweise der Durchsatz vermindert, während der Ausführung des Schaltvorgangs ein lautes Geräusch erzeugt und die Lebensdauer verkürzt.
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Eine Autofokussiereinrichtung, die eine Objektivlinse, die auf eine zu messende Objektoberfläche fokussiert, eine CCD-Kamera, die das durch die Objektivlinse gebildete Objektbild aufnimmt, und eine Betätigungseinrichtung, die die Objektivlinse entlang der optischen Achse in Abhängigkeit von dem Kontrast des durch die CCD-Kamera erhaltenen Objektbilds verlagert, aufweist ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 197 21 112 A1 bekannt. Die Autofokussiereinrichtung umfasst weiterhin eine Beleuchtungseinrichtung, eine Projektionslinse und eine Flüssigkristalltafel, auf der ein Muster ausgebildet wird, das auf die zu messende Objektoberfläche projiziert wird.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 37 39 223 A1 offenbart ein Mikroskop mit kontinuierlich oder diskontinuierlich variierbarer Objektivvergrößerung in dem ein Autofokussiersystem vorgesehen ist, dessen Strahlengang das Objektiv durchsetzt, zwischen Objektiv und Okular aus dem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops herausgeführt ist, und zu zumindest einer fotoelektrischen Detektorvorrichtung führt. In dem Strahlengang des Autofokussierungssystems ist zumindest ein optisches System eingebracht oder einbringbar, das bei einer Änderung der Objektivvergrößerung eine Maßstabsänderung des zumindest einen auf der Detektorvorrichtung erzeugten Bildes ermöglicht oder bewirkt. Das zumindest eine optische System kann ein Zoomsystem sein oder eine Reihe von in den Strahlengang des Fokussierungssystems einbringbaren Linsen oder festen Linsensystemen. Durch einen Koppelungsmechanismus wird bewirkt, daß bei einem Objektivwechsel oder einer Änderung der Objektivvergrößerung die Brennweite des zumindest einen in den Strahlengang des Autofokussierungssystems eingebrachten oder einbringbaren optischen Systems entsprechend variiert wird. In die Objektebene ist des weiteren ein Hell-Dunkel-Kontrast enthaltendes Muster projiziert, das im Auflichtbetrieb bei geringen Objektkontrasten ein sicheres Auffinden der optimalen Scharfeinstellung sicherstellt.
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Die US-Patentanmeldung US 6 124 967 A offenbart eine Vorrichtung zur Objektbeobachtung mir einem optischen Beleuchtungssystem zur Beleuchtung des Objekts mit sichtbarem Licht, einem optischen Beobachtungssystem zur Beobachtung des Objekts, das in einem von dem optischen Beleuchtungssystem ausgeleuchteten Sichtfeld angeordnet ist, einem optischen Indexprojektionssystem zum Projizieren eines Index für die Fokussierung, wobei das optische Indexprojektionssystem einen Lichtfluss mit einem Wellenlängenbereich aufweist, der sich zumindest teilweise mit dem Wellenlängenbereich des Lichtflusses des optischen Beleuchtungssystems überschneidet, einer Einrichtung zum Begrenzen des Lichtflusses der Indexprojektion durch intermittierende Projektion des Lichts zur Indexprojektion, wobei jede Projektionszeit so gewählt ist, dass ein Beobachter bei der Beobachtung des Objekts kein Nachbild wahrnimmt, einer Einrichtung zum Begrenzen des Lichtflusses der Beleuchtung durch intermittierende Beleuchtung durch das optische Beleuchtungssystem, wenn keine Indexprojektion durchgeführt wird und durch Begrenzen des Zeitraums, in dem keine Beleuchtung durchgeführt wird auf einen Zeitraum, der für den Beobachter nicht wahrnehmbar ist, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Fokusindex, der auf das Objekt projiziert wird, wobei der relative Abstand des Objekts bezüglich des Fokusindex ausgehend von einem von der Erfassungseinrichtung erfassten Ergebnis geändert wird.
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Die US-Patentanmeldung US 6 091 075 A betrifft ein automatisches Verfahren zur Fokusbestimmung mit den Schritten: Beleuchten eines Punktes eines Objekts durch eine Vielzahl von Lichtstrahlen, die diagonal und symmetrisch zur optischen Achse einer Objektivlinse durch die Objektivlinse treten und von dieser gebündelt werden, Erzeugen einer Vielzahl von optischen Bildern durch Abzweigen von von dem Punkt des beleuchteten Objekts reflektierten Licht, nachdem das reflektierte Licht in zur optischen Achse symmetrischen Richtungen durch die Objektivlinse getreten ist, und Empfangen der abgezweigten optischen Bilder in einer Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der optischen Bilder in ein elektrisches Signal, das die Verteilung der Lichtintensität der optischen Bilder repräsentiert, wobei eine Defokussierung des Objekts ausgehend von einer Nichtübereinstimmung der optischen Achse und des Mittelpunkts der Verteilung der Lichtintensität erfasst wird.
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Gemäß der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 005 355 A1 wird eine Autofokusvorrichtung für eine Abbildungsvorrichtung, die eine Abbildungsoptikmit einer ersten Fokusebene und einen Objekttisch zum Bewegen eines abzubildenden Objektes relativ zur ersten Fokusebene aufweist, bereitgestellt, wobei die Autofokusvorrichtung ein Bildaufnahmemodul mit einer zweiten Fokusebene, deren Lage relativ zur ersten Fokusebene bekannt ist, ein Beleuchtungsmodul zum Abbilden eines Fokussierbildes, das mehrere in einer ersten Richtung periodisch intensitätsmodulierte Teilbilder mit gleicher Periode aufweist, wobei die Teilbilder zueinander phasenverschoben sind, entlang eines Beleuchtungsstrahlenganges über das Objekt in eine Fokussierbildebene, derart, dass wenn das Objekt in einer Sollposition positioniert ist, das in der Fokussierbildebene liegende Fokussierbild die zweite Fokusebene schneidet, und ein Steuermodul umfasst, das zum Fokussieren der Abbildungsvorrichtung den Objekttisch so ansteuert, dass das Objekt in der Sollposition positioniert ist, aus einem Signal des Bildaufnahmemoduls, das das Bildaufnahmemodul anhand seiner Aufnahme des Fokussierbildes, wenn das Objekt in der Sollposition positioniert ist, erzeugt, die Abweichung der Objektposition von der Sollposition ableitet und basierend auf der abgeleiteten Abweichung, der Sollposition und der relativen Lage der ersten und zweiten Fokusebene den Objekttisch so ansteuert, dass das Objekt in der ersten Fokusebene positioniert ist.
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Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und eine Autofokusvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Probleme im Hinblick auf den Durchsatz, die Probleme im Hinblick auf das erzeugte Geräusch bei der Durchführung eines Schaltvorgangs und die Probleme im Hinblick auf die Lebensdauer gelöst werden können.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Dabei sind auch andere Kombinationen von Merkmalen als in den Ansprüchen beansprucht möglich.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Autofokusvorrichtung geschaffen, enthaltend eine Objektivlinse, welche Licht auf einer Messoberfläche eines Messobjekts sammelt; ein optisches Beobachtungssystem, das in der Lage ist, ein Bild des Messobjekts auf der Grundlage des Lichts von der Objektivlinse zu beobachten; einen Antriebsmechanismus, der die Objektivlinse auf der Grundlage eines Kontrasts des Bildes des Messobjekts, welches in dem optischen Beobachtungssystem erhalten wird, in Richtung ihrer optischen Achse verschiebt; einen Lichtweg eines optischen Beleuchtungssystems, der verwendet wird, um die Messoberfläche des Messobjekts durch die Objektivlinse mit Licht zu beleuchten; und einen Lichtweg eines optischen Musterprojektionssystems. In der Autofokusvorrichtung sind eine Musterprojektionsplatte, auf der ein vorbestimmtes Muster gebildet ist, eine Projektionslinse und ein Verschluss in dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen.
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Hier bezeichnet neben einem mechanischen Verschluss der Verschluss beispielsweise eine Flüssigkristallplatte, die bedingt durch das Anlegen von Strom oder Abschalten von Strom in einen Zustand umschalten kann, in welchem Licht durchgelassen wird oder nicht durchgelassen wird. Der mechanische Verschluss hat vorzugsweise einen Aufbau, der durch eine elektronische Steuerung geöffnet und geschlossen werden kann.
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Da bei einem derartigen Aufbau ein vorbestimmtes Muster auf die Messoberfläche des Messobjekts unter Verwendung des Lichtwegs des optischen Musterprojektionssystems projiziert werden kann, ist es möglich, die Fokussierung durch Verschiebung der Objektivlinse in axialer Richtung anhand des Kontrasts des Musters durchzuführen. Daher ist es möglich, die Fokussierung auch dann durchzuführen, wenn ein Material verwendet wird, das grundsätzlich einen niedrigen Kontrast hat, wie etwa eine Spiegeloberfläche oder eine Glasoberfläche.
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Im einzelnen sind eine Musterprojektionsplatte mit einem darauf gebildeten vorbestimmten Muster, eine Projektionslinse und ein Verschluss in dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen; und eine Projektion des Musters der Musterprojektionsplatte wird durch den Verschluss durchgeführt oder nicht durchgeführt. Daher kann im Vergleich zu dem Aufbau nach dem Stand der Technik, bei welchem die Musterprojektionsplatte beispielsweise durch das Solenoid und die Feder angetrieben wird, so dass sie vorgeschoben wird oder zurückgezogen wird, der Durchsatz gesteigert werden, das bei der Durchführung des Schaltvorgangs erzeugte Geräusch minimiert werden und die Lebensdauer erhöht werden.
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Die Autofokusvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ferner eine Lichtquelle; eine Lichtteilungseinrichtung zum Teilen von Licht aus der Lichtquelle in Licht, welches dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems folgt, und Licht, welches dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems folgt; und eine Lichtsynthetisiereinrichtung zum Synthetisieren des Lichts aus dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems mit dem Licht des Lichtwegs des optischen Beleuchtungssystems.
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Bei einem derartigen Aufbau teilt die Lichtteilungseinrichtung das Licht aus der Lichtquelle in Licht, welches dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems folgt, und Licht, welches dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems folgt. Daher wird nur eine Lichtquelle verwendet. Dies trägt zur Reduzierung der Teileanzahl und Kosten bei. Ferner wird das Licht aus dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems mit dem Licht aus dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems synthetisiert. Daher kann im Vergleich mit einem Aufbau, bei welchem das Licht aus dem Lichtweg des optischen Musterprojektionssystems und das Licht aus dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems separat auf die Objektivlinse treffen, der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden.
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In der Autofokusvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Verschluss in dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems vorgesehen sein, der von der Lichtteilungseinrichtung geteilt wird.
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Da bei einem derartigen Aufbau ein Verschluss auch in dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems vorgesehen ist, ist es möglich, das Beleuchtungslicht zu unterbrechen, wenn das Muster projiziert wird. Wenn daher das Muster projiziert wird, ist es möglich, das Muster mit einem hohen Kontrast zu erhalten und die Fokussierung mit hoher Präzision durchzuführen.
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In der Autofokusvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lichtteilungseinrichtung eine Vielzahl von optischen Lichtteilerelementen umfassen, welche das Licht von der Lichtquelle in Licht teilen, welches dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems folgt, und Licht, welches einer Vielzahl von Lichtwegen des optischen Musterprojektionssystems folgt; und eine Vielzahl von Musterprojektionsplatten, auf welchen unterschiedliche Muster gebildet sind, und eine Vielzahl von Verschlüssen können in der Vielzahl der Lichtwege des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen sein.
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Bei einem derartigen Aufbau sind eine Vielzahl von Lichtwegen des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen und Musterprojektionsplatten mit darauf gebildeten unterschiedlichen Mustern sowie Verschlüsse sind in den jeweiligen Lichtwegen des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen. Daher ist es möglich, die Musterprojektionsplatte auszuwählen, welche in Übereinstimmung mit dem Material und einem Oberflächenzustand des Messobjekts das optimale Muster hat.
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Beliebige Muster können für die auf den Musterprojektionsplatten gebildeten Muster verwendet werden, solange sie die Erfassung einer Kante erlauben. Es ist jedoch erwünscht, dass die Muster beispielsweise Dreiecksmuster, Schräggittermuster oder Wellenmuster sind. In diesen Fällen ist auch dann, wenn eine Kante des Messobjekts eine Richtungseigenschaft hat, eine Kante vorhanden. Das heißt, die Kante wird nicht durch eines dieser Muster versteckt. Dadurch kann eine stabile Fokussierung durchgeführt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist eine Darstellung des Aufbaus eines optischen Systems, die eine Bildmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 zeigt Beispiele von Mustern einer Musterprojektionsplatte in der ersten Ausführungsform;
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3 ist eine Darstellung des Aufbaus eines optischen Systems, die eine Bildmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist eine Darstellung des Aufbaus eines optischen Systems, die eine Bildmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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5 ist eine Darstellung des Aufbaus eines optischen Systems, welche eine Bildmessvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHEIBUNG DER FIGUREN UND BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Ausführungsformen haben entsprechende Teile, welche die gleichen strukturellen Merkmale oder die gleichen Funktionen haben, die gleichen Bezugszeichen und die Beschreibungen der entsprechenden Teile werden nicht wiederholt oder werden vereinfacht.
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Erste Ausführungsform
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1 und 2 sind Ansichten des Aufbaus eines optischen Systems, die eine Bildmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Wie 1 zeigt, enthält die Bildmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen Tisch 10, eine Objektivlinse 11, einen Strahlteiler 12, ein optisches Beobachtungssystem 13, einen Antriebsmechanismus 16, eine Lichtquelle 20, eine Lichtteilungseinrichtung 21 und eine Lichtsynthetisiereinrichtung 22. Auf dem Tisch 10 ist ein Messobjekt W angeordnet. Die Objektivlinse 11 sammelt Licht auf einer Messoberfläche des Messobjekts W. Der Strahlteiler 12 ist in der optischen Achse der Objektivlinse 11 angeordnet. Das optische Beobachtungssystem 13 kann ein Bild des Messobjekts W auf der Grundlage des durch den Strahlteiler 12 übertragenen Lichts beobachten. Der Antriebsmechanismus 16 verschiebt die Objektivlinse 11 in Richtung ihrer optischen Achse auf der Grundlage des Kontrasts des Bildes des Messobjekts, der in dem optischen Beobachtungssystem 13 erhalten wird. Die Lichtteilungseinrichtung 21 teilt Licht von der Lichtquelle 20 in Licht, das einem Lichtweg 30 eines optischen Beleuchtungssystems folgt, und Licht, das einem Lichtweg 40 eines optischen Musterprojektionssystems folgt. Die Lichtsynthetisiereinrichtung 22 synthetisiert Licht aus dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems mit dem Licht aus dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems.
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Der Tisch 10 ist so gebildet, dass er in Richtung einer X-Achse (in 1 von links nach rechts) und einer Y-Achse (eine zu der Papierebene von 1 senkrechte Richtung) beweglich ist.
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Das optische Beobachtungssystem 13 enthält eine Tubuslinse 14 und eine CCD-Kamera 15. Die Tubuslinse 14 hat eine vorbestimmte Vergrößerung und ist auf der optischen Achse der Objektivlinse 11 angeordnet. Die CCD-Kamera 15 nimmt ein durch die Tubuslinse 14 in einer vorbestimmten Vergrößerung vergrößertes oder verkleinertes Bild auf.
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Der Antriebsmechanismus 16 verschiebt die Objektivlinse 11 in Richtung der optischen Achse, so dass der Brennpunkt der Objektivlinse 11 auf der Messoberfläche des Messobjekts W positioniert ist. Der Antriebsmechanismus 16 enthält beispielsweise eine Spule 17 und einen Magnet 18. Die Spule 17 ist an einem Linsenträger angeordnet, der die Objektivlinse 11 hält. Der Magnet 18 ist an einem feststehenden Element an der Seite eines Vorrichtungskörpers befestigt, so dass er zur Spule 17 weist.
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Die Lichtquelle 20 umfasst beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED), ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Die Lichtteilungseinrichtung 21 und die Lichtsynthetisiereinrichtung 22 umfassen Strahlteiler 23 bzw. 24.
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Der Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems ist ein Weg, der von dem Strahlteiler 23 (der die Lichtteilungseinrichtung 21 bildet) zu dem Strahlteiler 12 verläuft. Auf diesem Lichtweg sind eine Beleuchtungslinse 31 und der Strahlteiler 24 (der die Lichtsynthetisiereinrichtung 22 bildet) zwischen dem Strahlteiler 23 und dem Strahlteiler 12 eingesetzt und in dieser Reihenfolge angeordnet. Das heißt, dass sie ein gewöhnliches optisches Beleuchtungssystem bilden.
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Der Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems ist ein Weg, der von dem Strahlteiler 23 (der die Lichtteilungseinrichtung 21 bildet) zu dem Strahlteiler 24 (der die Lichtsynthetisiereinrichtung 22 bildet) verläuft. Auf diesem Lichtweg sind einen elektronisch gesteuerter Verschluss 41, ein Spiegel 42, eine Musterprojektionsplatte 43, ein Spiegel 44 und eine Projektionslinse 45 zwischen dem Strahlteiler 23 und dem Strahlteiler 24 eingesetzt und in dieser Reihenfolge angeordnet. Das heißt, dass sie ein optisches Musterprojektionssystem bilden.
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Der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 hat einen Aufbau, bei welchem eine Vielzahl von Lamellen miteinander in Kreisform kombiniert sind und bei welchem diese Lamellen durch eine Antriebsquelle geöffnet oder geschlossen werden. Das heißt, dass der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 einen Aufbau hat, bei welchem dann, wenn ein Befehl zum Öffnen/Schließen des Verschlusses gegeben wird, die Antriebsquelle angesteuert wird und dadurch die Vielzahl der Lamellen geöffnet oder geschlossen wird.
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Wie 2 zeigt, hat die Musterprojektionsplatte 43 eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Dreiecksmustern und eine Vielzahl von lichtundurchlässigen Dreiecksmustern, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die einander benachbarten Dreiecksmuster so angeordnet sind, dass sie in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die Musterprojektionsplatte 43 kann mit einer hohen Auflösung durch eine allgemein bekannte Verarbeitungstechnik hergestellt werden, beispielsweise Elektronenstrahldruck, Übertragung, Ätzen und Schneiden mit einer Chiptrennsäge.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird bei der Durchführung einer Messung, wenn Licht von der Lichtquelle 20 ausgestrahlt wird, das Licht durch den Strahlteiler 23 in Licht, welches dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems folgt, und Licht, welches dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems folgt, geteilt.
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Das in den Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems geleitete Licht fällt durch die Beleuchtungslinse 31, den Strahlteiler 24 und den Strahlteiler 12 auf die Objektivlinse 11 und beleuchtet die Messoberfläche des Messobjekts W. Von der Messoberfläche des Messobjekts W reflektiertes Licht tritt durch die Objektivlinse und den Strahlteiler 12. Nach Vergrößerung oder Verkleinerung auf den Vergrößerungswert der Tubuslinse 14 wird auf der CCD-Kamera 15 ein Bild erzeugt.
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Wenn hier ein Kontrastwert jedes von der CCD-Kamera 15 aufgenommenen Pixels bestimmt wird und der Kontrastwert niedrig ist, wird der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 geöffnet. Dies verursacht, dass das in den Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems geleitete Licht durch den elektronisch gesteuerten Verschluss 41 tritt und von dem Spiegel 42 reflektiert wird. Dann fällt das reflektierte Licht auf die Musterprojektionsplatte 43. Dadurch werden die Dreiecksmuster der Musterprojektionsplatte 43 durch den Spiegel 44, die Projektionslinse 45, den Strahlteiler 24, den Strahlteiler 12 und die Objektivlinse 11 auf die Messoberfläche des Messobjekts W projiziert.
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Dadurch wird der Antriebsmechanismus 16 auf der Grundlage des Kontrastwerts jedes Pixels angesteuert, welches von der CCD-Kamera 15 aufgenommen wird, die Objektivlinse wird in Richtung der optischen Achse verschoben und die Fokussierung wird durchgeführt.
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Nachdem die Objektivlinse 11 fokussiert wurde, wird der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 geschlossen. Dies verursacht, dass das in den Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems geleitete Licht unterbrochen wird, wodurch die Dreiecksmuster der Musterprojektionsplatte 43 nicht mehr auf die Messoberfläche des Messobjekts W projiziert werden. In diesem Zustand werden beispielsweise die Abmessungen und die Form des Messobjekts W anhand des von der CCD-Kamera 15 aufgenommenen Bildes des Messobjekts W gemessen.
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Gemäß der ersten Ausführungsform sind der Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems und der Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen. Zusätzlich sind der elektronisch gesteuerte Verschluss 41, die Musterprojektionsplatte 43 mit darauf gebildeten vorbestimmten Mustern und die Projektionslinse 45 in dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems vorgesehen. Ferner wird die Musterprojektion der Musterprojektionsplatte 43 durch den elektronisch gesteuerten Verschluss 41 zugelassen oder nicht zugelassen. Somit kann im Vergleich zu dem Aufbau nach dem Stand der Technik, bei welchem die Musterprojektionsplatte beispielsweise durch ein Solenoid oder eine Feder so angetrieben wird, dass sie vorgeschoben bzw. zurückgezogen wird, der Durchsatz gesteigert werden, ein während des Schaltvorgangs erzeugtes Geräusch kann minimiert werden und die Lebensdauer kann gesteigert werden.
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Durch den die Lichtteilungseinrichtung 21 bildenden Strahlteiler 23 wird Licht aus der Lichtquelle 20 in Licht geteilt, das dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems folgt, und in Licht, das dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems folgt. Daher ist nur eine Lichtquelle erforderlich, womit es möglich wird, die Anzahl der Teile und die Kosten zu reduzieren.
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Durch den die Lichtsynthetisiereinrichtung 22 bildenden Strahlteiler 24 wird Licht aus dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems mit Licht aus dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems synthetisiert. Daher kann im Vergleich mit dem Aufbau, bei welchem Licht aus dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems und Licht aus dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems getrennt auf die Objektivlinse 11 einfallen, der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden.
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Zweite Ausführungsform
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3 ist die Darstellung eines Aufbaus eines optischen Systems, welche eine Bildmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die Bildmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß der ersten Ausführungsform insofern, als ein elektronisch gesteuerter Verschluss 32 in einem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems vorgesehen ist. Das heißt, dass der elektronisch gesteuerte Verschluss 32 zwischen einer Beleuchtungslinse 31 und einem Strahlteiler 23, der die Lichtteilungseinrichtung 21 bildet, eingesetzt und angeordnet ist. Der elektronisch gesteuerte Verschluss 32 ist dem elektronisch gesteuerten Verschluss 41 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform kann das Beleuchtungslicht während der Musterprojektion unterbrochen werden, da auch in dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems der elektronisch gesteuerte Verschluss 33 vorgesehen ist. Daher können während der Musterprojektion Muster mit hohem Kontrast erhalten werden, so dass die Fokussierung mit hoher Präzision erfolgen kann.
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Dritte Ausführungsform
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4 ist die Darstellung eines Aufbaus eines optischen Systems, die eine Bildmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die Bildmessvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß der zweiten Ausführungsform insofern, als sie eine Vielzahl von Lichtwegen des optischen Musterprojektionssystems enthält.
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Das heißt, dass die Lichtteilungseinrichtung 21 einen Strahlteiler 23 und einen Strahlteiler 25 enthält. Der Strahlteiler 23 dient als optisches Lichtteilungselement, welches Licht von einer Lichtquelle 20 in Licht teilt, welches einem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems folgt, und in Licht, welches einem Lichtweg 40 eines optischen Musterprojektionssystems folgt. Der Strahlteiler 25 dient als optisches Lichtteilungselement, welches das in den Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems geleitete Licht weiter in Licht unterteilt, welches einem Lichtweg 40A eines ersten optischen Musterprojektionssystems folgt, und in Licht, welches einem Lichtweg 40B eines zweiten optischen Musterprojektionssystems folgt.
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Der Lichtweg 40A des ersten optischen Musterprojektionssystems ist als ein Weg gebildet, der von dem Strahlteiler 23 durch einen Strahlteiler 25, einen Strahlteiler 26 und eine Projektionslinse 45 zu dem Strahlteiler 24 verläuft.
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Der Lichtweg 40B des zweiten optischen Musterprojektionssystems ist als ein Weg gebildet, der von dem Strahlteiler 25 durch einen Spiegel 42, eine Spiegel 44, einen Strahlteiler 26 und die Projektionslinse 45 zu dem Strahlteiler 24 verläuft
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Ein elektronisch gesteuerter Verschluss 41A und ein elektronisch gesteuerter Verschluss 41B sowie eine Musterprojektionsplatte 43A und eine Musterprojektionsplatte 43B, auf welchen unterschiedliche Muster gebildet sind, sind in den Lichtweg 40A des ersten optischen Musterprojektionssystems bzw. den Lichtweg 40B des zweiten optischen Musterprojektionssystems eingesetzt.
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Gemäß der dritten Ausführungsform sind der Lichtweg 40A des ersten optischen Musterprojektionssystems bzw. der Lichtweg 40B des zweiten optischen Musterprojektionssystems vorgesehen. Zusätzlich sind der elektronisch gesteuerte Verschluss 41A und der elektronisch gesteuerte Verschluss 41B sowie die Musterprojektionsplatte 43A und die Musterprojektionsplatte 43B, auf welchen unterschiedliche Muster gebildet sind, in den Lichtweg 40A des ersten optischen Musterprojektionssystems bzw. den Lichtweg 40B des zweiten optischen Musterprojektionssystems eingesetzt. Daher ist es möglich, die Musterprojektionsplatte 43A oder die Musterprojektionsplatte 43B, welche das optimale Muster hat, in Übereinstimmung mit dem Material oder dem Oberflächenzustand des Messobjekts auszuwählen. Folglich ist es möglich, eine Autofokusfunktion weiter zu verbessern.
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Modifikation
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, so dass die vorliegende Erfindung beispielsweise verschiedene Modifikationen und Verbesserungen innerhalb ihres Schutzumfangs einschließt, die es ermöglichen, das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
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Obgleich beispielsweise in jeder der Ausführungsformen der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 oder die elektronisch gesteuerten Verschlüsse 41A und 41B (in welchen eine Vielzahl von Lamellen miteinander in Kreisform kombiniert sind und in welchen diese Lamellen durch die Antriebseinrichtung geöffnet und geschlossen werden) verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Flüssigkristallplatte verwendet werden, die in der Lage ist, durch Anlegen oder Abschalten von Strom zwischen einem lichtdurchlässigen Zustand und einem lichtundurchlässigen Zustand umzuschalten.
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Obgleich in jeder der Ausführungsformen der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 oder die elektronisch gesteuerten Verschlüsse 41A und 41B vor der Musterprojektionsplatte 43 oder den Musterprojektionsplatten 43A und 43B eingesetzt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 oder die elektronisch gesteuerten Verschlüsse 41A und 41B können hinter der Musterprojektionsplatte 43 oder den Musterprojektionsplatten 43A und 43B angeordnet sein. Solange der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 oder die elektronisch gesteuerten Verschlüsse 41A und 41B in dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems oder den Lichtwegen 40A und 40B des optischen Musterprojektionssystems angeordnet sind, können der elektronisch gesteuerte Verschluss 41 oder die elektronisch gesteuerten Verschlüsse 41A und 41B an beliebiger Stelle angeordnet sein.
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In ähnlicher Weise ist zwar der elektronisch gesteuerte Verschluss 32 vor der Beleuchtungslinse 31 angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der elektronisch gesteuerte Verschluss 32 kann hinter der Beleuchtungslinse 31 angeordnet sein. Solange der elektronisch gesteuerte Verschluss 32 in dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems angeordnet ist, kann der elektronisch gesteuerte Verschluss 32 an beliebiger Stelle angeordnet sein.
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Obgleich in jeder der Ausführungsformen das Licht aus einer Lichtquelle 20 durch den Strahlteiler 23 in Licht geteilt wird, welches dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems folgt, und in Licht, welches den Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems folgt, oder in Licht, das den Lichtwegen 40A und 40B des optischen Musterprojektionssystems folgt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Lichtquelle kann, jeweils in dem Lichtweg des optischen Beleuchtungssystems 30 und dem Lichtweg 40 des optischen Musterprojektionssystems oder den Lichtwegen 40A und 40B des optischen Musterprojektionssystems angeordnet sein.
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In der dritten Ausführungsform wird das Licht aus der Lichtquelle 20 in Licht geteilt, welches dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems folgt, und in Licht, welches dem Lichtweg 40A des ersten optischen Musterprojektionssystems und dem Lichtweg 40B des zweiten optischen Musterprojektionssystems folgt. Das Licht aus der Lichtquelle 20 kann jedoch auch in Licht geteilt werden, welches dem Lichtweg 30 des optischen Beleuchtungssystems folgt, sowie in Licht, welches Lichtwegen von drei oder mehr optischen Musterprojektionssystemen folgt. Dadurch ist es möglich, die Autofokusfunktion weiter zu steigern.
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Obgleich in den Ausführungsformen die Muster der Musterprojektionsplatte 43 Dreiecksmuster sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, so dass sie andere Musterarten aufweisen können. Solange die Muster der Musterprojektionsplatte die Erfassung einer Kante eines Messobjekts erlauben, können beliebige Muster, beispielsweise Schräggittermuster oder Wellenmuster verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf eine optische Messvorrichtung angewandt werden, wie zum Beispiel eine Bildmessvorrichtung oder ein Mikroskop, welche die Abmessungen und die Form eines Messobjekts misst, während ein Bild des Messobjekts mit einem optischen Beobachtungssystem beobachtet wird.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind beispielhaft beschrieben. Merkmale, Komponenten und spezifische Details der Strukturen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können ausgetauscht und kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu bilden, die für entsprechende Anwendungen optimiert sind. Insoweit derartige Modifikationen für einen Fachmann offensichtliche Modifikationen darstellen, sollen diese implizit durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in dieser Beschreibung offenbart sein, ohne jede erdenkliche mögliche Modifikation bzw. Kombination explizit zu erwähnen.
