JPH02218935A - 光学系の検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２次元のテストパターンを照明し、被検光学
系を含むビーム路を介して、撮像装置の感光性検出器上
に結像し、当該検出器により形成された信号を画像処理
装置に評価のために供給する光学系の横歪方法に関する
。

従来の技術 光学的物体および光学系の光学的検査は、どの程度光学
結像の基本の大きさが要求される仕様に相応するか、特
に実用性能に関して検出するための穏々の方法に従って
行われる。その際検査を実行するだめの種々の装置が公
知でちる。

光学系という表現には、個々の構成要素も、光学的ビー
ム路を制御するための合成装置も含−よれると理解され
たい。

ＳＭＰＴＦニー　７ヤーナル、１９８１年２月、ｖｏｌ
。

９０．１０３〜１０６ペークよシ、ピンホール一対物発
生器、分析ユニットおよび電子ユニットを有する’　Ａ
　Ｔｅ１ｅｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｆｉｌｍ　Ｌｅｎｓ
−Ｔｅｓｔｉｎｇ　８ｙｓｔθｍ″が公知である。この
装置により、変調伝達関数ＭＴＦ、焦点、散乱光、近軸
および分光透過率、相対視野照明および横断色収差の測
定が可能である。

このテスト装置では外来光の影響を最小化するために、
機械的断続器によって光流を所定の周波数で断続しなけ
ればならない。このテスト装置群には、ｐｒｏｃ、ｓｐ
工Ｅ工ｎｔ、８ｏｃ、Ｏｐｔ、Ｅｎｇ。

（ＵＳＡ）、’Ｖｏｌ、　３９９．４０３〜４１０ベー
クに記載された”　Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ
　ｅｖａｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏ
ｒｍａｎｃｅ　ａｅｒｉａｌ　ｙｅｃｏｍａｉｎａｎｃ
ｅ　ｌｅｇｂｙ　ａ　ｎｅｗ　ａｕｔｏｍａｔｅｄ　１
ｅｎｓ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ”も属する。こ
こでは光源の光がピンホール−ターゲットを通過した後
、２つのミラーにより被検レンズに結像される。被検レ
ンズの焦点には、と バイト（二ツゾＴ撮像のだめの点検出器を有するスキャ
ナーが配置されている。

このテスト装置は、画像品質検査を機械的に支持された
画像走査素子によって行う装置群に属する。この場合、
機械的に移動されるスリット、バイトまたは格子が、後
置接続された測定点記録用ビーム検出器によって投影テ
ストパターンを測光する。電子的ないし光学的フーリエ
分析および適当な正規化法（′Ｄ工ｗ　５　’８１８５
、第６部、特に６．２〜３．７）によりＭＴＦにＯＴＦ
またはＰＴＦとも称される）が検出される。しかし正規
化法には付加的測定不確定性（上記り工Ｎによれば約２
％）がある。イメージシェル、装置規模、虚光およびひ
ずみは別個の測定過程で検出される。このテスト装置は
今日ではもはや許容大きな測定誤差が併う。

さらにＭＴＦ測定のためのシェアリング（５ｈｅａｒ、
ｉｎｇ）干渉計が公知である。この干渉計は調整毎（剪
断角）に、調整した位置（ローカル）周波数の１つの測
定値しか検出しないため、画像品質測定装置にとって必
要な多色照明には適していない。

すべての点測定装置は完全な記録に長い時間を必要とし
、その時間中の撮動にょシ（外部から装置に作用する撮
動）測定結果が誤る恐れがある。

その他、回転可能なダイオード列を使用するテスト装置
が公知である。この測定値記録器により、矢方向または
正接方向の光電的スリット走査を行うことができる。例
としてここでは米国特許第４３２９０４９号を挙げてお
く。必要な機械的回転により付加的振動が発生し、この
撮動は特にイメージジェルの測定の際に大きな測定誤差
につながる。

発明が解決しようとする課題 従来の視覚的または機械的に支持された測定装置に滲う
不確定要素を遮断し、迅速に客観的測定結果が得られ、
客観的画像品質検査に適合し得る装置を提供することで
ある。

課題を解決するための手段 この課題は本発明により請求項１の特徴部分の要件によ
り、テストパターンの２次元画像を面状検出器により可
動要素なしで記録し、この画像から得られた信号を画像
処理装置に、予選択された評価プログラムに対する評価
のために供給することにより解決される。

本発明による装置の利点は、検査に必要なすべての測定
値を非常に短時間（”／２５　ｓｅｃ　）で記録するこ
とにより、振動に関する測定誤差を回避できることであ
る。これは正確で客観的ガ測定結果につながる。さらに
大きな利点は、外来光の影響を抑圧することである。こ
の外来光は付加的な、容易に減算することのできる成分
のみを形成することとなる。この成分はすべての測定値
に対して同じ大きさで存在する。

検出器は複数の検出器列から構成することができる。検
出器列は複数の離散的ビーム路中（例えばビーム分割器
によ多形成される）に相互に入換見られて配置されてい
る。しかし有利には２次元測定画像を複数のダイオード
検出器からなる面状アレーで記録するのである。

最高の検査精度は、面状検出器がフィルムであシ、現像
したネガを画像分析装置により透過コントラストに関し
て分析すると得られる。この場合、偏心度または非点収
差を検出するために６次元ＭＴＦ’を検出すると有利で
ある。

外来光の影響は、照明装置内のせん光光源が測定時に必
要な元を送出するようにして最小化される。２つの測定
値検出の間で、せん光元源が遮断された際に画像記録を
行えば、この記録上、外来光の影響の電子的除去のため
に利用することができる。

視覚的監視手段を得るために、観察ビーム路中にビーム
分割器を設しすると有利である。このビーム分割器はビ
ーム強度の一部を接眼レンズに導く。それにより接眼レ
ンズにて観察名による観察を行うことができる。しかし
この接眼レンズにアダプタを介してカメラを増付け、光
学的被検体を通って結像されたテストパターン像を写真
に記録することもできる。

２次元画像を検出するダイオード検出器から到来するビ
デオ信号はそのディゾタル化の後、画像処理装置のメモ
リに達する。メモリとしてはこの場合特に、高速かつ全
体的に画像処理動作の可能な画像メモリが適している。

種々の照明角度下αでの光学的検査を可能にするため、
照明装置を旋回可能に取付げる。撮像装置も穐々の照明
角度αで、テストパターンを鮮鋭にダイオード検出器に
結像できるように、撮像装置は照明角度α−〇の場合に
照明装置の光軸に対して垂直に整列され、て、Ｘ−７−
テーブルに取付けられる。この手段により、光学的被検
体から到来するテストパターンの像を種々の角度αの下
で鮮鋭に面状検出器上に結像することが撮像装置を用い
て可能である。同時に光学的被検体前の平行ビーム路に
よって、照明装置の画像鮮鋭度に及ぼす影響を除去する
ことができる。

程々異なる光学的被検体に対しては置方のテストパター
ンがある。この場合、テストパターン交換装置は迅速な
適合を可能にする。種々のテストパターンを種々のスペ
クトル関係の下で結像したい場合、カラーフィルタ旋回
装置を用いて種々のカラーフィルタを旋回することによ
りこれが実現される。

光学的被検体の検査位置へのおよびそこからの自動搬送
は、有利には可動輸送キャリッジによって行われる。輸
送キャリッジは照明装置の光軸に対し垂直にその基本位
置で運動することができる。

以下本発明を２つの図面に基づき、その実施例につき詳
細に説明する。その他の重要な特卆および理解のための
説明と本発明の構成可能性についても記述する。

実施例 第１図と第２図に示された対物レンズ検査台の模式図は
重要な４つの部分を含む。

照明装置１、固定装置２、撮像装置４および画像処理装
置５である。

照明装置１は熱光源またはせん光光源６を有する。ここ
から放射された光は照明光学系１により、検査に適した
半透明のテストパターン８に導かれる。テストパターン
８から発したビームは、照明装置１の端部に存在する出
口レンズ９により（ビーム路に平行に）無限大に結像さ
れる。照明装置１を、使用するテストパターンおよび色
スペクトル分割に関する種々の要請に適合させることが
できるように、照明装置１には２つの交換装置が設けら
れている。第１の又換装置は種々のカラーフィルタ２４
ａ、ｂを照明ビーム路に挿入旋回するために用いる。第
２の又換装置は穏々のテストパターン８ａ、ｂを挿入旋
回するために用いる。２つの又換装置は相互に独立して
作動し、一般に公知の技術に従って構成される。カラー
フィルタ２４ａ、ｂおよびテストパターン３ａ、ｂに対
する又換装置はせん光党源６と共に画像処理装置５に接
続されている。画像処理装置５は使用者との対話型で、
ないし自動的に照明装置においてテストパターンの入力
後、種々の照明パラメータの調整を行う。パラメータ調
整には力２−フィルタ２４およびテストパターン８の選
択の他に、せん光照明源６のトリが、および光学的被検
体としての対物レンズ３に対する照明装置１の相対的整
列も含まれる。この整列を実行するために照明装Ｒ１は
旋回可能に支承されておシ、それにより対物レンズ３へ
の照明ビーム路の照明角度αは画像処理装置５による２
回の測定の間で変化することができる。その際照明装置
１の回転点２５は、被検光学系入口レンズ２６の第１主
平面の可能な限シ近傍に置く。入口レンズはここでは対
物レンズとして図示されている。照明装置１は対物レン
ズ３を平行ビーム路によって照明するため、回転点２６
の位置は検査の実行に対してそれ程りリチカルでない。

回転点は単に、調整可能などのような照明角αでも、対
物レンズ３の完全な照明が保証されるように配置されな
げればならない。第１図では点に対するビーム路はテス
トパターン上に示されている。

照明装置１の前には対物レンズ３に対する輸送ベルト１
５が設げられている。各被検対物レンズ３は固定装置２
により保持される。輸送ベルト１５は検査装置の頌域で
照明角度α−０の場合、照明装置１の光軸２Ｔに対し正
確に垂直に整列されている。対物レンズ３０光軸は、検
査位置で、照明角度α−０の照明装置１０元軸２Ｔと正
確に一致する。固定装置２は、対物レンズ３を検査位置
内で後から整列することを可能にするため、従来技術に
よる回転装置を有する。検査位置内の整列には、対物し
／ズ３の誤まった整列により検査結果の誤ることが生じ
得ないという利点を有する。整列はその際、画像処理装
置５によって制御される。

対物レンズ３から発したビーム束は撮像装置４の顕微鏡
対物レンズ１０により受容される。

顕微鏡対物レンズ１０は次にビーム束をＣＯＤ面状アレ
ー１１に結像する。面状アレー１１の前にはビーム分割
器１２が配置されており、該ビーム分割器はビーム強度
の一部を接眼レンズ１３に導く。この接眼レンズ１３は
テストパターンの視覚的監視を可能とし、例えば視覚的
調整に用いる。その他接眼レンズ１３に、写真フィルム
にテストパターンを記録するためのカメラ（ここでは図
示せず）に対する固定手段が設けられている。撮像装置
４は！−７−テーブル１４に固定されている。このＸ−
７−テーブル１４は照明装置１０光軸２７に対して正確
に整列されている。Ｘ−７−テーブル１４の運動手段は
照明装置１の各位置でテストパターンを鮮鋭にＣＣＤ面
状アレー１１上に結像するために必要である。種々異な
る照明角度αに相応して、！−７−テーブル１４により
対物レンズ３の光軸２７に対し垂直に撮像装置４のシフ
トΔｙがなされる。ｘ−ｙ−テーブル１４の運動は画像
処理装置５によって、画像記録に対して最適な操作に相
応して行われる。

公知のように作用する自動フォーカシングに従ってＣＣ
Ｄ面状アレー１１により形成されたビデオ信号は変換器
１６を介して画像処理装置５のＤ／Ａ−変換器１７に達
する。次ぎにディジタル信号は画像メモリ１８に中間記
憶され、検査プログラムにより要求された際、動作メモ
リ１９に処理のため伝送される。検査プログラムは検査
台（せん光光源３、カラーフィルタ２４ａｍｌ）ｓテス
トパターン８ａ＊１）ｓ照明角度α、輸送ベルト１５、
固定装置２の回転装置、ｘ−ｙ−テーブル４およびＣＣ
Ｄ面状アレー１１による画像記録器）において調整を制
御し、評価グログラムにより対物レンズ３の誤差を検出
し、検出したデータの記録を行う。検出したデータは接
続された端末器（プリンタ２１、ビデオプリンタ２２お
よびモニタ２３）ｔ−介して出力される。

その他検査プログラムは、検査過程の制御に必要なすべ
ての調竪、例えば画像記録によるせん光照明も□同期制
御する。

画像記録時には同時に、ＣＣＤ面状アレー１１の線形誤
差も補正される。ホワイトノイズを抑圧するために、複
数のビデオ画像を画像メモリ１８内で加算重畳すること
ができる。画像メモリ１８でのテストパターン像の評価
は例えば色収差、イメージサークル状態およびＭＴＦに
まで及ぶ。

高価な対物レンズの場合、まず６ｖｃ元ＭＴＦの測定に
より確実な品質推定を得る。その際コントラストの評価
は複数の方向（例えば０、±６０、±６０、±９０下で
の半径方向格子を用いて）で行わなければならない。そ
の際、半径方向の極大が例えば離心方向および非点収差
方向をマーキングする。ガラス不均質のため温度誤差が
もはや回転対称性でないすべての高価な対物レンズでは
、６次元ＭＴＦの副定か絶対に必要である。

ビーム路の反転可能な特性が変型された検査装置で利用
される。この検査装置ではテストノ（ター／が画像平面
に挿入され、相応して照明される。その際面状検出器は
対物平面内にある。

結像されたテストパターンの２次元画像記録は実施例に
記載のようにｃｃ’ｐ面状アレーによって行われる。し
かし２つの別個の感光ダイオード列を使用することも実
際的である。このダイオード列はビーム分割器後方で２
つの別個のビーム路に、相互に交差位置で設げられてい
る。

しかし面状検出器は感光性フィルムによって実現するこ
とができる。感光性フィルムはＣＯＤ面状アレーの位置
で被検体のデータをブロックとして記録する。フィルム
の露光後このフィルムが現像され、フィルム上のチータ
ブロックが画像処理装置に、予選択評価プログラムに対
する評価のために供給される。その際に測定された透過
コントラストは光学系の非常に正確な検査を可能にする
。というのは、フィルム上の記録密度は現在、他に公知
のすべての面状検出器によりも非常に高いからである。

従ってフィルムを使用することは高出力対物レンズの検
査の際特に有利である。

発明の効果 不発明によυ、従来の視覚的または機械的に支持された
測定装置に伴う不確定要素が遮断され、迅速に客観的測
定結果が得られ、８親的画像品質検査に適合し得る装置
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は対物レンズ検査台の一部期面正面図、第２図は
画像処理装置を有する第１図の装置の側面因である。 １・・・照明装置、２・・・固定装置、３・・・対物レ
ンズ、４・・・撮像装置、５・・・画像処理装置、６・
・・せん光光源、７・・・照明光学系、８・・・テスト
パタ−ン、９・・・出射レンズ、１０・・・顕微鏡対物
レンズ、１１・・・ＣＯＤ面状アレー　１２・・・ビー
ム分割器、１３・−・接眼レンズ、１４・・・Ｘ−７−
テーブル、１５−・・輸送ベルト、１６・・・変換器、
１Ｔ・・・Ｄ／Ａ変換器、１８・・・画像メモリ、１９
・・・動作メモリ、２４ａ、ｂ・・・カラーフィルタ、
２７・・・光軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２次元のテストパターンを照明し、被検光学系を含
   むビーム路を介して、撮像装置の感光性検出器上に結像
   し、当該検出器により形成された信号を画像処理装置に
   評価のために供給する光学系の検量方法において、 テストパターンの２次元画像を面状検出器 （１１）により可動要素なしで記録し、前記画像から得
   られた信号をデータブロックとして、画像処理装置（５
   ）に、予選択された評価プログラムに対する評価のため
   に供給することを特徴とする光学系の検査方法。 ２、被検体（３）の画像平面内に感光性フィルムを挿入
   し、該フィルムを、ランプ（６）前の相応のシャッタに
   より短時間露光し、現像したネガを画像分析装置によつ
   て透過コントラストに関して分析する請求項１記載の方
   法。 ３、その他に画像処理装置（５）はすべての必要なテス
   トパラメータ調整を検査台にて制御し、当該パラメータ
   調整は特えば照明装置 （６）および検査台（２、１５）の装置、並びに場合に
   よつてはカラーフィルタ（２４ｂ）−およびテストパタ
   ーン交換装置（８ｂ）によつて行う請求項１または２記
   載の方法。 ４、複数方向でのコントラスト評価により３次元ＭＴＦ
   を検出する請求項１から３いずれか１項記載の方法。 ５、照明装置と、固定装置と、撮像装置と、画像処理装
   置とを有する、請求項１〜４記載の光学系の検査方法を
   実施するための装置において、 感光性検出器（１１）は２次元の撮像を同 時に行うことのできることを特徴とする光学系の検査装
   置。 ６、感光性検出器（１１）は複数のダイオードからなる
   面状アレーとして構成されている請求項５記載の装置。 ７、撮像装置（４）内のビーム分光器（１２）またはフ
   ラツプミラーがビーム強度の一部を接眼レンズ（１３）
   に導く請求項５または６記載の装置。 ８、テストパターン交換装置（８ｂ）が照明装置（６）
   に設けられている請求項５から７いずれか１項記載の装
   置。 ９、カラーフィルタ交換装置（２４ｂ）が照明装置（６
   ）に設けられている請求項５から８いずれか１項記載の
   装置。 １０、光学系（３）は照明装置（６）と撮像装置（４）
   との間で可動の輸送ギヤリッジ（２、１５）に固定され
   ており、測定信号を複数の画像高さで評価することがで
   きる請求項５から９いずれか１項記載の装置。