JP2002196259A - 視野位置表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、測定対象物体上の光学系の
視野位置を適正に確認することのできる視野位置表示装
置を提供することにある。 【解決手段】 測定対象物体１０２を撮像する撮像機構
１００に用いられ、該測定対象物体１０２上に撮像機構
１００の視野位置２３５を示す表示光２３４を投影する
視野位置表示装置であって、前記表示光２３４を作る光
出射手段１１０と、前記光出射手段１１０からの表示光
２３４を測定対象物体１０２上に投影するための投影光
路２００と、を備え、前記投影光路２００は前記撮像機
構１００の光路の少なくとも一部２００を含むことを特
徴とする視野位置表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は視野位置表示装置、
特に画像計測システム等の撮像機構に用いられる視野位
置表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像計測システムを用いて測定を行う
と、使用者と画像計測システムとの間に情報伝達の必要
性が生じる。使用者は画像計測システムと、いろいろな
段階で情報伝達を行うことができる。

【０００３】例えば使用者が画像計測システムに測定対
象物体をセットアップするとき、ある特定の情報伝達が
生じる。画像計測システムは、光学系及び撮像手段を用
いて測定対象物体を撮像し、撮像された像を表示する。
使用者は、セットアップ中に画像計測システムの倍率、
複数の測定対象物体に対する光学系の位置、測定対象物
体に照射する光量の何れかを手動又は自動で変更しなけ
ればならない。

【０００４】そして、種々の倍率で測定対象物体の像を
得るには、測定対象物体に対する光学系の物理的な視野
位置の決定が必要である。この測定対象物体に対する光
学系の位置を決定する方法としては、通常、光学系によ
り撮像された測定対象物体の特定部位の形状を観察する
方法が用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来方法、つまり光学系により撮像された測定対象物体の
特定部位の形状を観察する方法を用いたのでは、画像計
測システムにより高倍率で測定対象物体を観察する場
合、特に測定対象物体上に似たような形状の部位が複数
存在する場合、光学系により撮像された測定対象物体の
特定部位の形状を観察することにより、その測定対象物
体に対する視野位置を決定することは非常に困難であ
る。このため、従来、前記測定対象物体に対する光学系
の位置を決定する方法として、測定対象物体に対する光
学顕微鏡の光軸の位置を視覚的に観察し及び決定する方
法も考えられる。

【０００６】しかしながら、この従来方法を用いたので
は、画像計測システムにより高倍率で測定対象物体を観
察する場合、測定対象物体に対する光学顕微鏡の光軸の
中心位置を観察することのみにより、測定対象物体に対
する光学系の位置を決定することは、前記従来方法と同
様に著しく困難である。また、従来、前記測定対象物体
に対する光学系の位置を決定する方法としては、明視野
照明を視野に垂直落射して、測定対象物体上の径の小さ
い光スポット位置を観察する方法も考えられる。

【０００７】しかしながら、この従来方法を用いたので
は、人間の目で観察することのできる適切な光散乱を作
り出すのに十分なレベルの明視野照明を用いると、通
常、画像計測システムの撮像機構が飽和してしまう。す
ると、撮像機構で得た像の詳細を見ることができないの
で、測定対象物体に対する光学系の位置を決定するのが
困難になる。このように前記従来方法であっても、測定
対象物体上の光学系の視野位置を人間の目で確認する点
では、改善の余地が残されていたため、前記解決手段と
して採用するには至らなかった。さらに、従来、前記測
定対象物体に対する光学系の位置を決定する方法として
は、リング光等のような暗視野照明を用いて測定対象物
体を広く拡散照明する方法も考えられる。

【０００８】しかしながら、この従来方法を用いたので
は、撮像機構の視野に対して作られる照明領域は、不均
衡に広いため、測定対象物体上の光学系の視野位置を適
正に決定することが困難になる。

【０００９】本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされ
たものであり、その目的は測定対象物体上の光学系の視
野位置を適正に確認することのできる視野位置表示装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる視野位置表示装置は、測定対象物体を
撮像する撮像機構に用いられ、該測定対象物体上に撮像
機構の視野位置を示す表示光を投影する視野位置表示装
置であって、光出射手段と、投影光路と、を備え、前記
投影光路は前記撮像機構の光路の少なくとも一部を含む
ことを特徴とする。ここで、前記光出射手段は、前記表
示光を作る。

【００１１】また前記投影光路は、前記光出射手段から
の表示光を測定対象物体上に投影する。なお、本発明に
おいては、前記測定対象物体上の表示光の中心軸を、前
記撮像機構の視野中心に合わせることが好適である。

【００１２】また、本発明において、前記投影光路は、
前記測定対象物体上の前記撮像機構の視野と重ならない
領域に前記表示光を投影することが好適である。また本
発明において、前記表示光は、前記撮像機構の視野と重
ならず、該視野の周囲を囲むように前記測定対象物体上
に投影されることが好適である。

【００１３】また本発明において、前記投影光路は、前
記表示光を規定パターンにして前記測定対象物体上に投
影するための表示光パターン化素子を備えることが好適
である。また本発明において、前記表示光パターン化素
子は、視準素子と、空間フィルタと、を備えることが好
適である。

【００１４】ここで、前記視準素子は、前記光出射手段
からの光を実質的に視準する。また前記フィルタは、前
記視準素子により略視準された光より前記規定パターン
の表示光を作る。ここにいう光を実質的に視準すると
は、光を完全に視準すること、或いは光を準視準するこ
とを含めていう。

【００１５】また本発明において、前記表示光パターン
化素子は、前記撮像機構の視野と重ならず、該視野の周
囲を囲むように前記測定対象物体上に投影される環状の
規定パターンを作ることが好適である。また本発明にお
いて、前記光出射手段は、前記測定対象物体上に投影さ
れる規定パターンを作るために配列された複数の光源を
備えることが好適である。

【００１６】また本発明においては、前記測定対象物体
の視野像を前記撮像機構の光路より得る撮像手段を備
え、前記投影光路は、前記測定対象物体上の前記撮像手
段の視野外に表示光を投影することにより、前記撮像手
段で得られる像に該表示光が入込むのを防ぐことが好適
である。

【００１７】また本発明において、測定光を前記撮像手
段の視野内にある測定対象物体上に投影して該撮像手段
により該測定対象物体の視野像を得る時に、前記表示光
の投影をオフにする表示光スイッチを備えることが好適
である。

【００１８】また本発明において、前記測定対象物体が
基板上に設置され、該基板と撮像機構光路を相対移動可
能な移動手段を備えることが好適である。なお、ここに
いう像とは、例えば電子撮像アレイ、線走査アレイ等に
より得られる全体像の部分集合等をいう。またここにい
う撮像機構の視野とは、例えば電子撮像アレイ、線走査
アレイ等の撮像機構の全体視野の選択された部分集合等
をいう。即ち、視野とは撮像機構の有効な視野のことを
いい、測定又は観察を行うための像を得るのに用い、表
示光の破壊的な影響を排除することを意味する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な一実施形態について説明する。第一実施形態 図１には本発明の第一実施形態にかかる視野位置表示装
置を用いた画像計測システムの概略構成が示されてい
る。図１に示す画像計測システム（撮像機構）１００
は、照明装置（投影光路）１１０と、光学系（投影光
路）２００を備え、測定対象物体１０２上に視野２３５
の位置を表示する。

【００２０】照明装置１１０は、光出射手段１２０と、
分割素子１３０と、レンズ（視準素子，表示光パターン
化素子）１４０と、フィルタ１５０と、第二フィルタ１
６０（空間フィルタ，表示光パターン化素子）を備え
る。前記光出射手段１２０は、光学系２００に入射され
る光線１１２の規定パターンを作るために、複数の光源
を備える。

【００２１】この光出射手段１２０は、例えば高指向性
の電磁放射線を放射する半導体レーザー或いは発光ダイ
オード（光源）等よりなり、光軸１１４上の測定対象物
体１０２上に画像計測システム１００の視野２３５位置
を人間の目で確認することのできる電磁放射線、例えば
可視光線１２２を出射する。この光線１２２は、任意の
横断面形状を有し、例えば図１中、横断面形状１２４で
示されるように既知の直径の円状の横断面形状を有す
る。

【００２２】前記分割素子１３０は、光出射手段１２０
の後段に設置され、光線１２２を、光線１２４の横断面
パターンから多次数パターン１３２へ分散する。この多
次数パターン１３２の０及び１次数パターンは、図１
中、横断面形状１３４を有し、この横断面形状１３４
は、光軸１１４に強制的に向けられている。本実施形態
において、分割素子１３０は、等角に設置された同じ強
度の点が例えば１６個ある円状パターンを作る。即ち、
この分割素子１３０は、光出射手段１２０からの光線１
２２を、例えば３．８度等の角度で分岐させて通過させ
る。

【００２３】前記レンズ１４０は、分割素子１３０の後
段に設置され、分割素子１３０の焦点距離に位置する。
このレンズ１４０の位置は、横断面形状１４４を有する
略視準光線１４２を作るために選択される。

【００２４】この光線１４２の直径は、光線１４２が光
学系２００を構成する全レンズに対し閉塞することなく
向けられるように、光学系２００を構成する全レンズの
うち、最小直径のものよりも小さい。またレンズ１４０
の位置は、所望の直径を有する光線１４２を作るために
選択されている。

【００２５】前記フィルタ１５０は、レンズ１４０の後
段に設置され、光線１４２の２次数以上の全パターンの
光線１４２が、光学系２００に入射するのを妨いでい
る。

【００２６】前記第二フィルタ１６０は、フィルタ１５
０の後段に設置され、暗面１６２及び反射面１６４が設
けられている。この第二フィルタ１６０は、フィルタ１
５０からの光線１５２の０次数光線の方向及び強度変化
や、分割素子１３０により生じる光線１５２の不要な散
乱を妨ぐ。この暗面１６２は、図１中、横断面形１６６
を有する光線１１２を作るために、光線１５２の中心部
の光を除去する。前記反射面１６４は、例えば光線１１
２を反射する環状形をしており、照明装置１１０から光
学系２００に残余光線１１２を反射する。

【００２７】前記光学系２００は、例えばアーム２１０
によるレンズ通過測定対象物体照明と、アーム２１０に
近接した光学筒２２０等の画像計測システム（撮像機
構）１００の光路等よりなり、これを本実施形態にかか
る視野位置表示装置の投影光路としても用いている。前
記アーム２１０は、ビームスプリッタ２１２を備える。

【００２８】前記ビームスプリッタ２１２は、照明装置
１１０からの光線１１２を受光する。 またこのビーム
スプリッタ２１２は、光軸２１６上の光源（撮像機構）
２１４からの光（測定光）も受光する。そして、このビ
ームスプリッタ２１２は、照明装置１１０からの光線１
１２と、光源２１４からの光を合成して合成光線２１８
を得る。ビームスプリッタ２１２は、この合成光線２１
８を光学系２００の光学筒２２０に入射させる。

【００２９】本実施形態において、ビームスプリッタ２
１２は、光出射手段１２０及び光源２１４の光の波長と
調和している。このようにビームスプリッタ２１２によ
り光源２１４からの光を受光すると、合成光線２１８に
合成される光源２１４からの光量を最大化することがで
きる。同時にビームスプリッタ２１２により合成光線２
１８に結合される光線１１２からの光量も最大化するこ
とができる。

【００３０】光学筒２２０は、第二ビームスプリッタ２
２２と、レンズ系２３０を備える。このビームスプリッ
タ２２２の位置は、合成光線２１８を反射して合成光線
２２４を得るために選択される。またこの第二ビームス
プリッタ２２２は、合成光線２２４の光軸を光学系２０
０の光軸２２６上に合わせる。

【００３１】本実施形態において、ビームスプリッタ２
２２は、合成光線２２４に対する強度をコントロールす
る手段として、平面偏光に基づく合成光線２１８の一部
を透過及び反射する。例えば、合成光線２１８がビーム
スプリッタ２２２に入射すると、その偏光設計により、
例えば合成光線２１８のエネルギーの約５０％が反射さ
れ、合成光線２１８のエネルギーの約５０％が透過され
る。

【００３２】前記レンズ系２３０は、合成光線２２４を
通過し、測定対象物体１０２上に投影する。このとき、
本実施形態では、表示光２３４の中心軸が、光学系２０
０の視野中心に合っているので、撮像手段２５０の視野
中心に合っている。

【００３３】本実施形態において、合成光線２２４の直
径は、レンズ系２３０の入射瞳の直径よりも小さい。レ
ンズ系２３０を構成するレンズ素子（図示省略）の位置
及び数は、レンズ系２３０が測定対象物体１０２上の視
野２３５を十分拡大するように選択される。

【００３４】レンズ通過測定対象物体照明を用いる時、
このレンズ系２３０は、光源２１４より得られる合成光
線２２４の一部を測定対象物体１０２上に撮像手段２５
０の視野２３５を投影する。これにより測定対象物体１
０２の像が光学系２００の撮像手段２５０により撮像さ
れる。またこのレンズ系２３０は、現在、撮像手段２５
０の視野２３５内にある測定対象物体１０２の領域をユ
ーザーに示すために、照明装置１１０から得られる合成
光線２２４を表示光２３４として投影する。

【００３５】この表示光２３４は、光学系２００により
撮像手段２５０に投影される測定対象物体１０２の視野
２３５に含まれず、視野２３５の周囲に、光スポット点
群で環状を構成して位置する。視野２３５からの光は、
光軸２２６に沿って測定対象物体１０２から撮像手段２
５０に反射するが、この視野２３５と表示光２３４の位
置は、重ならないので、このような光学系の配列を用い
れば、表示光２３４を常時投影することができる。本実
施形態において、レンズ系２３０の後段の光軸２２６上
には、レンズ２４０と、撮像手段２５０が設置されてい
る。

【００３６】このレンズ２４０は、レンズ系２３０が通
過した測定対象物体１０２の像の一部を拡大する。測定
対象物体１０２から反射し、レンズ系２３０を通過した
拡大部分２４２は、撮像手段２５０に受像される。表示
光２３４の測定対象物体１０２での反射光も、光軸２２
６に沿って測定対象物体１０２より撮像手段２５０に反
射される。撮像手段２５０は、例えばＣＣＤカメラ等よ
りなり、測定対象物体１０２の像を得る。

【００３７】このように本実施形態では、表示光２３４
を、撮像手段２５０の視野２３５と重ならず、該視野２
３５の周囲を囲むように測定対象物体１０２上に投影す
ることができる。このため、本実施形態では、測定対象
物体１０２上に撮像手段２５０の視野を示す表示光２３
４の投影と、撮像手段２５０で像を得るための測定光の
照射が同時に行える。

【００３８】本実施形態において、表示光２３４は、撮
像手段２５０の視野を表示するためにストロボがオンに
なっているが、撮像手段２５０を用いて測定対象物体１
０２の視野像を得るときは、ストロボはオフになってい
る。このストロボは、光出射手段１２０を制御する電子
切替技術、例えば表示光スイッチ２５２等よりなり、本
実施形態において、ストロボは常に同調しており、撮像
手段２５０による周期的な撮像の間はオフに、その他の
時はオンになるか、或いは通常はオフで、ユーザーが視
野の表示を必要としているときに、ユーザーが手動でコ
ントロールするとオンになるように構成されている。

【００３９】このように本実施形態では、測定光を撮像
手段２５０の視野内にある測定対象物体１０２上に投影
して該撮像手段２５０により該測定対象物体１０２の視
野像を得る時に、表示光２３４の投影をオフにする表示
光スイッチ２５２を備える。このため本実施形態では、
表示光スイッチ２５２により、測定光２３４を撮像手段
２５０の視野内の測定対象物体１０２上に投影して該撮
像手段２５０により該測定対象物体１０２の視野像を得
る時に、表示光２３４の投影をオフにすることにより、
撮像手段２５０に表示光２３４が入射するのをより確実
に防ぐことができるので、表示光２３４が撮像手段２５
０で得る像を干渉するのをより確実に防ぐことができ
る。

【００４０】また本実施形態は、測定対象物体１０２と
撮像機構の光路、つまりレンズ系２３０の光軸２２６を
ＸＹＺ軸方向に相対移動する移動手段を備える。この移
動手段は、例えばテーブル２５４と、駆動源２５６と、
ステージコントローラ２５８を備える。前記テーブル２
５４は、測定対象物体１０２が載置されている。

【００４１】前記駆動源２５６は、例えばステッピング
モータ等よりなり、前記テーブル２５４をＸＹＺ軸方向
に移動する。前記ステージコントローラ２５８は、光軸
２２６に対する測定対象物体１０２の位置が所望の位置
となるように、駆動源２５６によるテーブル２５４のＸ
ＹＺ軸方向の移動を制御する。

【００４２】このように本実施形態においては、前述の
ような移動手段により光学系２００に対する測定対象物
体１０２の位置を容易に変更することができる。これに
より撮像手段２５０で像を得る測定部位を容易に変更す
ることができる。しかも、本実施形態では、移動手段に
より測定部位を変更しても、本実施形態にかかる視野位
置表示装置を用いることにより、使用者は表示光２３４
により撮像手段２５０の視野２３５の位置を容易に及び
適正に確認することができるので、撮像手段２５０によ
り所望の測定部位より像を適正に得ることができる。

【００４３】図２には図１に示した画像計測システム１
００で得た測定対象物体１０２上の視野２３５と表示光
２３４を上方より見た説明図が示され、図３には図２を
側方から見た図であって、表示光２３４及び図１及び図
２に示した視野内の測定対象物体１０２から得た光の詳
細な説明図が示されている。

【００４４】図２及び図３に示されるように、表示光２
３４は、レンズ系２３０より出力される。表示光２３４
により定められた領域内に設置されているのは、撮像手
段２５０の視野２３５内に位置する測定対象物体１０２
の一部である。前述のように本実施形態においては、表
示光２３４が、撮像手段２５０の視野２３５内に入り込
まないように位置決めされている。

【００４５】また本実施形態では、光出射手段１１４
は、測定対象物体１０２上に投影される規定パターンを
作るために配列された複数の光源を備える。即ち、測定
対象物体１０２上に投影される表示光２３４は、一の光
スポットではなく、撮像手段２５０の視野２３５の周囲
を囲むように複数の光スポットによる略環状で構成され
る。このため使用者は表示光２３４をしっかりと確認す
ることができると共に、該表示光２３４が撮像手段２５
０で得る像を干渉するのを防ぐことができる。

【００４６】なお、図３において、表示光２３４は、光
学系２００及び照明装置１１０の構成により、僅かに収
束しているのが理解される。しかしながら、表示光２３
４が強く収束しているか、或いは測定対象物体１０２付
近で発散していても、図２のような測定対象物体上での
表示光２３４と視野２３５との相対的配置を得ることが
できる。

【００４７】さらに、レンズ系２３０により倍率を変化
させる時、光学系２００及び照明装置１１０を適切に構
成することにより、表示光２３４及び視野２３５の直径
を同時に小さく、或いは大きくすることができる。この
ために高倍率でより小さな視野２３５を確認するため
に、表示光２３４の直径が小さい時であっても、図２及
び３に示された測定対象物体上での表示光２３４と視野
２３５との相対的配置の効果は得られる。

【００４８】以上のように本実施形態にかかる画像計測
システム１００によれば、測定対象物体１０２上に撮像
手段２５０の視野位置を示す表示光２３４を投影する視
野位置表示装置を用いることとしたので、使用者は、測
定対象物体１０２上の光学系、つまり撮像手段２５０の
視野２３５の位置を適正に確認することができる。

【００４９】しかも、本実施形態では、視野位置表示装
置の投影光路は、画像計測システム１００の光路の少な
くとも一部、つまり光学系２００を含む。このため、本
実施形態では、視野位置表示装置の投影光路を、画像計
測システムの光路と別体化して設けたものに比較し、測
定対象物体１０２上の表示光２３４の中心軸を、撮像手
段２５０の視野中心に合わせることが、より容易に及び
正確に行える。これにより測定対象物体上の光学系の視
野位置を例えば人間の目等で適正に確認することができ
る。また構成の簡素化を図ることができる。

【００５０】また本実施形態では、表示光２３４を、例
えば第二フィルタ等の表示光パターン化素子により、撮
像手段２５０の視野２３５と重ならず、該視野２３５の
周囲を囲むように、測定対象物体１０２上に環状の規定
パターンとして投影するので、該表示光２３４を、撮像
手段の視野２３５と重ならず、測定対象物体１０２上に
投影することができる。このため、本実施形態では、測
定対象物体１０２上に撮像手段２５０の視野２３５を示
す表示光２３４の投影と、撮像手段２５０で像を得るた
めの光の照射が同時に行える。

【００５１】また本実施形態では、光出射手段１１４
は、前記測定対象物体上に投影される規定パターンを作
るために配列された複数の光源を備える。即ち、測定対
象物体１０２上に投影される表示光は、一の光スポット
ではなく、撮像手段２５０の視野の周囲を囲むように複
数の光スポット群による略環状で構成されるので、使用
者は表示光２３４をしっかりと確認することができると
共に、該表示光２３４が撮像手段２５０で得る像を干渉
するのを防ぐことができる。

【００５２】また本実施形態では、表示光スイッチ２５
２を備えるので、該表示光スイッチ２５２により、測定
光を撮像手段２５０の視野内にある測定対象物体１０２
上に投影して該撮像手段２５０により該測定対象物体１
０２の視野像を得る時に、表示光２３４の投影をオフに
することにより、撮像手段２５０に表示光２３４が入射
するのをより確実に防ぐことができるので、表示光２３
４が撮像手段２５０で得る像を干渉するのをより確実に
防ぐことができる。

【００５３】また本実施形態では、例えばテーブル２５
４、駆動源２５６及びステージコントローラ２５８等の
移動手段を備えるので、該移動手段によりテーブル２５
４を移動することにより、テーブル２５４上の測定対象
物体１０２と撮像機構の光路との相対位置を容易に変更
することができる。しかも、移動手段により測定部位を
変更しても、本実施形態にかかる視野位置表示装置を用
いることにより、使用者は表示光２３４により撮像手段
２５０の視野２３５の位置を容易に及び適正に確認する
ことができるので、撮像手段２５０により所望の測定部
位より像を得ることができる。

【００５４】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、発明の要旨の範囲内であれば、種々の変
更が可能である。例えば、前記構成では光線１２２とし
て、可視光線を用いた例について説明したが、測定対象
物体が特定の型の電磁放射線下で可視光を発する場合、
或いは特定の型の電磁放射線が暗視、赤外線或いは紫外
線ガラスなどの補助により人間の目で見ることができる
場合、光出射手段１２０は、その型の電磁放射線を放射
可能である。

【００５５】また前記構成では、分割素子１３０によ
り、等角に設置された同じ強度の点が１６ある円状パタ
ーンを作りだす。即ち、光出射手段１２０からの光線１
２２が分割素子１３０を通過するとき、分割素子１３０
により３．８度の角度で分岐した例について説明した
が、光線１２２を測定対象物体１０２に投影する光線１
１２の所望のパターンを作るために、さまざまな点や形
からなる任意のパターンに分割したり、さまざまなパタ
ーンに分岐したり、適当な角度で分岐可能である。

【００５６】また、本実施形態においては、光線１４２
の所望の直径を作るために、レンズ１４０を用いた例に
ついて説明したが、レンズ１４０の代えて、例えば鏡等
の光学素子を使用することができる。このように任意の
光学素子を使用しても、光線１４２の直径が、光学系２
００と共に使用される全対物レンズのうちの、最小の直
径よりも小さく、また光線１４２の直径が、光学系２０
０の倍率に対応するような、光線１４２を作ることがで
きる。

【００５７】前記構成では、第二フィルタ１６０の暗面
１６２を用いた例について説明したが、図１に示される
横断面１６６のような有効な横断面形を有する光線１１
２を作ることができるものであれば、任意の大きさ、或
いは形等を用いることができる。またその他の光学素子
を用いることができる。

【００５８】また前記構成では、光線１１２を光学系２
００に反射或いは向けるため、第二フィルタ１６０の反
射面１６４を用いた例について説明したが、光線１１２
を光学系２００に反射或いは向けることのできるもので
あれば、任意の面或いは光学素子を用いることができ
る。

【００５９】また本実施形態においては、ビームスプリ
ッタ２１２により、光出射手段１２０及び光源２１４の
光の波長と調和させ、光学筒２２０に入射した光線１１
２の光量を最大化し、同時に光学筒２２０に入射した光
源２１４の光量を最大化した例について説明したが、そ
の他のプロセスを使用しても、光学筒２２０に入射した
光線１１２の光量を最大化することができ、同時に光学
筒２２０に入射した光源２１４の光量を最大化すること
ができる。

【００６０】前記構成では、合成光線２１８は、ビーム
スプリッタ２２２に入射すると、その偏光設計により、
合成光線２１８のエネルギーの約５０％が反射され、合
成光線２１８のエネルギーの約５０％が透過される例に
ついて説明したが、任意の割合であっても、光線２１８
から得られる所望のエネルギーが、測定対象物体１０２
上に反射もしくは向け直されるような偏光ビームスプリ
ッタを提供することができる。さらに、光学素子のその
他のいかなる組み合わせを使用しても、測定対象物体１
０２に照射するために光線２１８を向け直すことができ
る。

【００６１】また、本実施形態において、レンズ系２３
０は、光学筒２２０から取外し、異なるレンズ素子の組
合わせの、他のレンズ系に置換えることができる。ま
た、前記構成では、撮像手段として、ＣＣＤカメラを用
いた例について説明したが、測定対象物体１０２の像
は、任意の撮像手段を用いることができる。この撮像手
段は、従来の顕微鏡に用いられる接眼レンズに置換えた
り、もしくは分岐像を光路に沿って分割し、かつ分岐像
を別路に沿って電子撮像機構に並ぶ従来の顕微鏡に用い
られる接眼レンズに向けられるように構成してもよい。

【００６２】第二実施形態 図４〜図６には本発明の第二実施形態にかかる画像計測
システムの概略構成の説明図が示されている。なお、前
記図１と対応する部分には符号２００を加えて示し説明
を省略する。

【００６３】図４に示すように照明装置３１０は、光軸
３１４に沿って光線３２２を出射する光出射手段３２０
を備える。また図５及び図６に示されるように、画像計
測システム３００は、光線３１２を作る照明装置３１０
と、光学系４００を備える。また照明装置３１０は、光
出射手段３２０と、レンズ３４０と、反射器３５０を備
える。

【００６４】この光出射手段３２０は、光学系４００に
投影される光線のパターンを作るために複数の光源等よ
りなる。この光出射手段３２０は、高指向性の電磁放射
線を放射する例えば半導体レーザー或いは発光ダイオー
ド等の光源よりなり、人間の目で見えるような電磁放射
線、例えば可視光線３２２を出射する。この光線３２２
は、例えば直径が既知で横断面形状が円状のパターンを
有する。

【００６５】光出射手段３２０がダイオードレーザの場
合、そのレーザ光は、楕円の横断面形状を有してダイオ
ードレーザーから発散する。レンズ（図示省略）は、光
出射手段３２０の後段に設置され、光出射手段３２０か
らの光の横断面形状を楕円から真円に変える。

【００６６】前記レンズ３４０は、光出射手段３２０の
後段に設置され、このレンズ３４０の位置は、横断面形
状が円を示す光線３４２を作るために選択される。また
このレンズ３４０の焦点距離及び位置は、光線３４２の
所望の直径を作るために選択される。本実施形態では、
あらゆる段階で、光線３４２の直径が光学系４００の倍
率に適したものになるように、光線３１２の直径は、光
学系４００と共に用いる全ての対物レンズの入射瞳の直
径より小さい。

【００６７】反射器３５０は、レンズ３４０の後段に設
置される。この反射器３５０は、反射点で光線３４２を
所定の角度で反射する。このために本実施形態におい
て、反射器３５０は、レンズ３４０に光を反射させ、か
つ軸３１４上に位置する頂点３５２を有し、ガラス錐体
等よりなる。この反射点は、頂点３５２の先端周りに位
置する。本実施形態において、軸３１４について、３６
０度に放射した光３５４を作るために、反射器３５０
は、軸３１４に対し９０度の角度で光線３４２を放射状
に反射する。

【００６８】このハウジング３６０は、放射状に投じら
れた光３５４を反射するための面３６２が設けられ、反
射器３５０を取囲むように構成されている。この面３６
２の直径及び反射角度は、横断面形状が環状を示す光線
３７２を作るために選択される。本実施形態において、
面３６２は光線３５４を反射する鏡仕上げの回転円錐型
の面で構成されている。

【００６９】またレンズ３８０は、面３６２の後段の、
反射器３５０に設置される。レンズ３８０の焦点距離及
び位置は、光線３７２より収束光線３８２を作るために
選択される。即ち、レンズ３８０は、収束光線３８２を
作るために光線３７２の直径を縮小する。レンズ３８０
は、ハウジング３６０の棚３６４の上に設置される。こ
の棚３６４の内側の直径は、レンズ３８０の外部の直径
よりも小さい。

【００７０】光学素子３９０は、レンズ３８０の後段に
設置され、延長部３６６，３６８の反対側に設置され
る。光学素子３９０は、光線３１２を作るために、光線
３８２の少なくとも一部を光軸３９２に沿って光学系４
００に反射する。ハウジング３６０には、光学素子３９
０が光軸３９２に沿って光線３８２を反射するような、
第二延長部３６８よりも長い第一延長部３６６が設けら
れている。この光学素子３９０は、ハウジング３６０の
延長部３６６，３６８に取付けられる。

【００７１】図５に示されるように、光学系４００を形
成する画像計測システム３００は、レンズ通過測定対象
物体を照明する手段を備えている。すなわち、この画像
計測システム３００は、鏡４１２と、光学素子３９０
と、第二ビームスプリッタ４２２と、レンズ系４３０
（他の部分と異なった縮尺率での図示）を備える。

【００７２】すなわち、鏡４１２は、光軸４１６方向よ
り光源４１４からの光４１７を受光し、光軸３９２方向
に光源４１４からの光４１７の進行方向を変える。この
鏡４１２により、光軸３９２方向に光源からの光４１７
を反射した後、光源４１４からの光４１７は、光学素子
３９０により照明装置３１０からの光線３１２と結合し
て合成光線４１８になる。

【００７３】本実施形態において、光学素子３９０は、
例えばビームスプリッタ等よりなり、このビームスプリ
ッタは、光出射手段３２０，４１４より出射される光の
波長と調和する。

【００７４】このようにビームスプリッタ等よりなる光
学素子３９０により光源４１４からの光４１７を受光
し、合成光線４１８を作るために光線３１２と結合する
光源４１４からの光４１７の光量は最大になり、同時に
合成光線４１８を作るために光源４１４からの光４１７
と結合する光線３１２の光量も最大になる。

【００７５】第二ビームスプリッタ４２２は、光学素子
３９０の後段に設置される。このビームスプリッタ４２
２の位置は、合成光線４１８を反射して合成光線４２４
にするために選択される。またこの第二ビームスプリッ
タ４２２は、合成光線４２４の中心軸を光学系４００の
光軸４２６方向に変換するような位置に設けられてい
る。

【００７６】本実施形態において、ビームスプリッタ４
２２は、合成光線４２４の強度を制御するため、平面偏
光に基づく合成光線４１８の一部を透過及び反射する。
本実施形態において、合成光線４１８がビームスプリッ
タ４２２に入射すると、その偏光設計により、例えばビ
ームスプリッタ４２２では、合成光線４１８のエネルギ
ーの約５０％を透過し、合成光線４１８のエネルギーの
約５０％を反射する。合成光線４１８の所望のエネルギ
ーが測定対象物体上に反射又は向け直される。合成光線
４１８を向け直して測定対象物体を投影することができ
る。

【００７７】合成光線４２４は、レンズ系４３０に出射
される。レンズ素子の位置及び数は、レンズ系４３０が
測定対象物体上で視野を十分に拡大することができるよ
うに選択される。レンズ通過測定対象物体照明が使用さ
れる時、レンズ系４３０は、光源４１４より得られる合
成光線４２４の一部を測定対象物体上に撮像手段４５０
の視野として投影する。これにより測定対象物体の像は
光学系４００の撮像手段４５０により得られる。

【００７８】またこのレンズ系４３０は、照明装置３１
０より得られる合成光線４２４の表示光４３４を投影し
て撮像手段４５０の視野内にある測定対象物体の領域を
ユーザーに表示する。図５において、表示光４３４は、
レンズ系４３０を通して投影されるとき、発散し、測定
対象物体上に撮像手段４５０の視野を取囲むように環状
の外部を占める。

【００７９】すなわち、光学系３００により撮像手段４
５０に投影される測定対象物体上の視野には、表示光４
３４は含まれない。このような表示光と視野の配列を用
いれば、表示光４３４を常時投影することができる。視
野からの光は、光軸４２６に沿って測定対象物体より撮
像手段４５０に反射される。表示光４３４の測定対象物
体での反射光も、光軸４２６に沿って測定対象物体より
撮像手段４５０に反射される。表示光４３４は、撮像手
段４５０の視野を表示するためにストロボがオンにな
り、撮像手段４５０を使用して測定対象物体の視野の像
を得るとき、ストロボがオフになる。

【００８０】このストロボは、光出射手段３２０を制御
する光表示スイッチ等の電子切替技術よりなる。本実施
形態において、ストロボは常に同調しており、撮像手段
により周期的に像を得ている間はオフになり、その他の
ときはオンになるか、或いは、通常ストロボはオフで、
ユーザーが視野の表示を必要としたときに、手動でコン
トロールしてオンになる。

【００８１】本実施形態において、レンズ４４０は光軸
４２６上に設置される。このレンズ４４０は、レンズ系
４３０を通過した測定対象物体の像の一部を拡大する。
測定対象物体で反射しレンズ系４３０を通過した光線の
拡大部分は、撮像手段４５０上に投影される。撮像手段
４５０は、例えばＣＣＤカメラ等よりなり、この測定対
象物体の像を獲得する。

【００８２】以上のように本実施形態にかかる画像計測
システムによれば、第一実施形態と同様、測定対象物体
上に撮像機構の視野位置を示す表示光を投影する視野位
置表示装置を用いることとしたので、測定対象物体上の
光学系の視野位置を適正に確認することができる。

【００８３】しかも、本実施形態では、第一実施形態と
同様、視野位置表示装置の投影光路は画像計測システム
の光路の少なくとも一部を含む。このため、本実施形態
では、視野位置表示装置の投影光路を、画像計測システ
ムの光路と別体化して設けたものに比較し、測定対象物
体上の表示光の中心軸を、撮像手段の視野中心に合わせ
ることが、より容易に及び正確に行えるので、測定対象
物体上の光学系の視野位置を例えば人間の目等で適正に
確認することができる。また構成の簡素化を図ることが
できる。

【００８４】また本実施形態では、第一実施形態と同
様、表示光を、撮像手段の視野と重ならず、該視野の周
囲を囲むように測定対象物体上に投影することができ
る。このため、本実施形態では、第一実施形態と同様、
測定対象物体上に撮像手段の視野を示す表示光の投影
と、撮像手段で像を得るための光の照射が同時に行え
る。

【００８５】また本実施形態では、前記第一実施形態と
同様、表示光スイッチを備えるので、該表示光スイッチ
により、測定光を撮像手段の視野内にある測定対象物体
上に投影して該撮像手段により該測定対象物体の視野像
を得る時に、表示光の投影をオフにすることにより、撮
像手段に表示光が入射するのをより確実に防ぐことがで
きるので、表示光が撮像手段で得る像を干渉するのをよ
り確実に防ぐことができる。

【００８６】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、発明の要旨の範囲内であれば、種々の変
更が可能である。例えば、前記構成では光線として、可
視光線を用いた例について説明したが、測定対象物体が
特定の型の電磁放射線下で可視光を発する場合、或いは
特定の型の電磁放射線が暗視、赤外線或いは紫外線ガラ
スなどの補助により人間の目で見ることができる場合、
発光装置は、その型の電磁放射線を放射可能である。

【００８７】例えば、本実施形態において、反射器３５
０として鏡等よりなるガラス錐体を用いた例について説
明したが、反射点付近の適当な方向に光線３４２を反射
することができるものであれば、任意のものを用いるこ
とができる。

【００８８】また本実施形態において、面３６２は光線
３５４を反射する鏡仕上げの回転円錐型の面を用いた例
について説明したが、そのほか、放射状に投じられた光
３５４から光線３７２を作ることができるものであれ
ば、任意の光学素子を使用できる。

【００８９】本実施形態において、光線３１２が光学系
を通過するとき、所望の外形を有するように光線３４２
を作るため、レンズ３４０を用いた例について説明した
が、光線３１２が光学系を通過するとき、所望の外形を
有するように、光線３４２を作ることができるものであ
れば任意の光学素子、例えば鏡等を用いることができ
る。

【００９０】前記構成では、このビームスプリッタ３９
０は、光出射手段３２０，４１４により発せられる光の
波長と調和した例について説明したが、合成光線４１８
を作るために用いられる光線３１２から出る光の量は最
大になり、同時に合成光線４１８を作るために用いられ
る、光源４１４から出る入射光４１７の量も最大になる
ものであれば、そのほか、任意の方法を用いることがで
きる。

【００９１】前記構成では、面３６２としては光線３５
４を反射する鏡仕上げの回転円錐型の面を用いた例につ
いて説明したが、放射状に投じられた光３５４から光線
３７２を作ることができるものであれば、任意の光学素
子を用いることができる。

【００９２】また、本実施形態において、レンズ系４３
０は、光学系４００から取外し、レンズ素子の異なる組
み合わせをひとつ以上有する、他のレンズ系に置換える
ことができる。

【００９３】本実施形態においては、合成光線４１８が
ビームスプリッタ４２２に入射すると、その偏光設計に
より、合成光線４１８のエネルギーの約５０％が透過さ
れ、合成光線４１８のエネルギーの約５０％が反射した
例について説明したが、合成光線４１８から出る所望の
エネルギーが測定対象物体上に反射又は向け直されるも
のであれば、任意の偏光ビームスプリッタを用いること
ができる。また合成光線４１８を向け直して測定対象物
体を照らすことができるものであれば、他のいかなる組
み合わせの光学素子を用いることができる。

【００９４】本実施形態において、撮像手段４５０とし
ては、例えばＣＣＤカメラ等を用いた例について説明し
たが、測定対象物体の像が得られるものであれは、任意
の撮像手段を利用することができる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる視野
表示装置によれば、光出射手段からの表示光を測定対象
物体上に投影するための投影光路を備え、前記投影光路
は撮像機構の光路の少なくとも一部を含むこととした。
この結果、本発明では、使用者が測定対象物体上の光学
系の視野位置を適正に確認することができる。また本発
明は、前記測定対象物体の視野像を前記撮像機構の光路
より得る撮像手段を備え、前記投影光路は、前記測定対
象物体上の前記撮像機構の視野と重ならない領域に前記
表示光を投影することにより、前記投影光路による測定
対象物体上の光学系の視野位置の表示と同時に、該撮像
手段による測定対象物体の撮像が適正に行える。しか
も、本発明は測定光を撮像手段の視野内にある測定対象
物体上に投影して該撮像手段により該測定対象物体の視
野像を得る時に、表示光の投影をオフにする表示光スイ
ッチを備えることにより、該表示光が撮像機構の撮像手
段により得られる像を干渉するのを防ぐことができる。
また本発明は、移動手段を備えるので、該移動手段によ
り基板上の測定対象物体と撮像機構光路を相対移動する
ことができる。これにより撮像手段で像を得る測定部位
を容易に変更することができると共に、該測定部位を変
更した場合であっても、本発明にかかる視野位置表示装
置により、使用者は測定対象物体上の撮像手段の視野位
置を容易に及び適正に確認することができるので、該撮
像手段により所望の測定部位の像を適正に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態にかかる視野位置表示装
置を用いた画像計測システム（撮像機構）を側方より見
た説明図である。

【図２】図１に示した装置で得た測定対象物体上の視野
と表示光を上方より見た説明図である。

【図３】図２を側方から見た図であって、表示光及び図
１及び図２に示した視野内の測定対象物体から得た光の
詳細な説明図である。

【図４】本発明の第二実施形態にかかる照明装置の概略
構成の説明図である。

【図５】図４に示した撮像機構を側方から見た図であ
る。

【図６】図４に示した撮像機構を上方から見た図であ
る。

【符号の説明】

１００，３００ 画像計測システム（撮像機構） １０２ 測定対象物体 １１０，３１０ 照明装置（投影光路） １２０，３２０ 光出射手段 １４０ レンズ（視準素子、表示光パターン化素子） １６０ 第二フィルタ（空間フィルタ、表示光パターン
化素子） ２００，４００ 光学系（撮像機構の光路） ２３４ 表示光 ２３５ 視野 ２５０，４５０ 撮像手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下川 清治 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2H052 AC04 AC33 AD18 AD20 AF02 AF14 AF21 AF23 5C054 AA01 AA04 CC02 HA05

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物体を撮像する撮像機構に用い
   られ、該測定対象物体上に撮像機構の視野位置を示す表
   示光を投影する視野位置表示装置であって、 前記表示光を作る光出射手段と、 前記光出射手段からの表示光を測定対象物体上に投影す
   るための投影光路と、 を備え、前記投影光路は前記撮像機構の光路の少なくと
   も一部を含むことを特徴とする視野位置表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の視野位置表示装置におい
   て、 前記測定対象物体上の表示光の中心軸を、前記撮像機構
   の視野中心に合わせることを特徴とする視野位置表示装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の視野位置表示装置
   において、 前記投影光路は、前記測定対象物体上の前記撮像機構の
   視野と重ならない領域に前記表示光を投影することを特
   徴とする視野位置表示装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の視野位置表示装置におい
   て、 前記表示光は、前記撮像機構の視野と重ならず、該視野
   の周囲を囲むように前記測定対象物体上に投影されるこ
   とを特徴とする視野位置表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかに記載の視野位置
   表示装置において、 前記投影光路は、前記表示光を規定パターンにして前記
   測定対象物体上に投影するための表示光パターン化素子
   を備えたことを特徴とする視野位置表示装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の視野位置表示装置におい
   て、 前記表示光パターン化素子は、前記光出射手段からの光
   を実質的に視準する視準素子と、 前記視準素子により略視準された光より前記規定パター
   ンの表示光を作る空間フィルタと、 を備えたことを特徴とする視野位置表示装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６記載の視野位置表示装置
   において、 前記表示光パターン化素子は、前記撮像機構の視野と重
   ならず、該視野の周囲を囲むように前記測定対象物体上
   に投影される環状の規定パターンを作ることを特徴とす
   る視野位置表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７の何れかに記載の視野位置
   表示装置において、 前記光出射手段は、前記測定対象物体上に投影される規
   定パターンを作るために配列された複数の光源を備えた
   ことを特徴とする視野位置表示装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れかに記載の視野位置
   表示装置において、 前記測定対象物体の視野像を前記撮像機構の光路より得
   る撮像手段を備え、 前記投影光路は、前記測定対象物体上の前記撮像手段の
   視野外に表示光を投影することにより、前記撮像手段で
   得られる像に該表示光が入込むのを防ぐことを特徴とす
   る視野位置表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の視野位置表示装置にお
    いて、 測定光を前記撮像手段の視野内にある測定対象物体上に
    投影して該撮像手段により該測定対象物体の視野像を得
    る時に、前記表示光の投影をオフにする表示光スイッチ
    を備えたことを特徴とする視野位置表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０の何れかに記載の視野
    位置表示装置において、 前記測定対象物体が基板上に設置され、該基板と撮像機
    構光路を相対移動可能な移動手段を備えたことを特徴と
    する視野位置表示装置。