JPH06167325A - 面方位測定装置 - Google Patents

面方位測定装置

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JPH06167325A
JPH06167325A JP31990292A JP31990292A JPH06167325A JP H06167325 A JPH06167325 A JP H06167325A JP 31990292 A JP31990292 A JP 31990292A JP 31990292 A JP31990292 A JP 31990292A JP H06167325 A JPH06167325 A JP H06167325A
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Hiroyuki Takawa
宏行 高和
Masayo Kitagawa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の高い測定を迅速に行うことができる面
方位測定装置を提供する。 【構成】 試料たるプリズム1の面方位を観測する望遠
鏡51の対物レンズ51aの焦点面に位置検出型の撮像
素子51bを配置し、該撮像素子51bによって得られ
る投影用指標像に処理装置9による画像処理を含む処理
を施すことによって該投影用指標像の位置を求め、この
位置とレチクルジェネレータ10によって形成されるレ
チクル(基準指標)の位置並びにロータリーエンコーダ
21aによる角度測定値とから各面の方位を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光学部品等の面方位
を測定する面方位測定装置に関し、特に、正確な測定を
迅速に行うことを可能にしたものに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、プリズムの屈折率を測定する場
合、一般に、プリズムの頂角を求める必要があるが、そ
のためには、通常、プリズムの頂角を構成する2つの面
の方位を計測して求める。また、各種の光学装置に用い
られるポリゴンミラー等の多面体ミラーにあっては、各
面のなす角度が正確に所定の角度をなしているか否かが
光学装置の性能を左右する重要な要因の1つである。こ
の角度を求める場合にも各面の方位を計測するのが一般
的である。さらに、例えば、ガルバノミラーの振れ角を
求める場合においても、その面の方位を計測する必要が
ある。
【0003】上述のような面方位の計測には、一般に、
オートコリメータを利用した装置が用いられていた。図
18は従来の面方位測定装置の構成を示す図である。図
18において、基台2には、該基台2に略垂直な軸Oを
中心として回転自在なように試料台3及びスウィーベル
アーム4がそれぞれ設けられており、このスウィーベル
アーム4には試料台3上に載置された試料1の被測定面
から反射されてくる光を観測するための望遠鏡5が取り
付けられている。なお、試料台3には該試料台3上に載
置された試料1の水平方向に対する傾斜角度を調整する
傾斜ネジ3aを備えた傾斜角度調整機構が設けられてお
り、一方、基台2上には、スウィーベルアーム4の回転
角度を読み取るための角度目盛板2a及び角度目盛読取
用顕微鏡2bが設けられている。この角度目盛板2aも
軸Oのまわりに回転調整ができるようになっている。な
お、この角度目盛板2aの代わりにロータリーエンコー
ダを設けて目盛りをデジタル表示させるタイプのものも
ある。
【0004】望遠鏡5は、オートコリメータを兼ねる構
造となっている。すなわち、望遠鏡5は、試料1の被測
定面に対向して配置される鏡筒前部に設けられた対物レ
ンズ5a及び鏡筒後部に設けられた接眼レンズ5bから
なる観測光学系と、対物レンズ5aを共通にし、該対物
レンズ5aと接眼レンズ5bとの間に設けられたビーム
スプリッタ5cによって観測光学系外に分岐して形成さ
れた光路上において対物レンズ5aの焦点面と光学的に
共役な位置に設けられた投影用指標5d及び投影用光源
5eからなる投影光学系とを有する。投影用指標5dか
ら出た光はビームスプリッタ5cで反射し、対物レンズ
5aによって平行光にされて外部に出射される。また、
対物レンズ5aの焦点面上には基準指標5fが設けられ
ており、望遠鏡5への入射光の光軸が該望遠鏡5の光軸
と一致したときに入射光の接眼レンズによる像が基準指
標5fの像に一致して観測されるようになっている。し
たがって、望遠鏡5を試料1の被測定面に向けてそのと
きの投影用指標5dの反射像を観測し、その反射像が基
準指標5fの像に一致するように望遠鏡5の角度を調整
することにより望遠鏡の光軸を外部反射面に対して垂直
に設定することができ、そのときの望遠鏡5の角度を読
み取ることにより試料1の被測定面の法線の方向すなわ
ち方位を知ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の面方位測定装置には以下のような問題点があっ
た。
【0006】すなわち、試料1の面方位を測定するため
には、測定者が望遠鏡5を覗きこんで、投影視標5dの
像や基準指標5fを観測しながら、これらが正確に重な
るように望遠鏡5の角度を調整する必要があるが、これ
を正確に行うことが必ずしも容易ではなく、これがた
め、測定精度に一定の限界が生じていた。しかも、正確
に一致しているか否かの判断には個人差があり、測定精
度にバラツキが生ずるという問題点もあった。
【0007】また、測定作業には集中力が必要であり、
特に角度の測定精度が±1秒程度を要求される場合に
は、測定時間も長くなりその分だけ作業者の精神的な疲
労は累積される。しかも、集中力の持続には限界があ
り、単位時間あたりの測定個数、再現性(測定値の信頼
性)が共に時間の経過とともに低下したり、長期間の測
定作業により眼精疲労に起因する測定者の視力の低下の
おそれもあった。
【0008】本発明は上述の背景のもとでなされたもの
であり、精度の高い測定を迅速に行うことができる面方
位測定装置を提供することを目的としたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかる面方位測定装置は、(1) 基台に
回転自在に取り付けられた試料台と、前記試料台の回転
軸と共通の軸を中心に回転自在に取り付けられた望遠鏡
であって、該望遠鏡の対物光学系の焦点面と光学的に共
役な面に配置された投影用指標と、この投影用指標を照
明して得られる投影光を前記対物光学系を通して外部に
出射させる投影用光源と、前記対物光学系を通して入射
した光によってその焦点面に結像される光学像を検出す
る位置検出型の撮像素子とを備えた望遠鏡と、前記試料
台又は望遠鏡のいずれか一方又は双方の回転角度に対応
する電気的信号を発生する角度測定装置と、前記撮像素
子によって形成される画像に望遠鏡の角度位置を示す基
準指標の画像を重ねて形成する画像信号を発生する基準
指標発生装置と、前記撮像素子、角度測定装置及び基準
指標発生装置を制御するとともに、これらから送出され
る画像信号を含む信号を処理する処理装置とを有し、前
記処理装置は、前記望遠鏡を前記試料台に載置された被
測定試料の被測定面に向けたときに前記撮像素子によっ
て形成される投影用指標像の位置を求めてこれら面の方
位を求める処理を行う機能を備えたものであることを特
徴とする構成とし、また、この構成1の態様として、
(2) 構成1に記載の面方位測定装置において、前記
撮像素子は、前記対物光学系の焦点面に配置された2次
元撮像素子と、前記焦点面と光学的に共役な位置に配置
された1次元撮像素子とからなることを特徴とした構成
とした。
【0010】
【作用】上述の構成1によれば、撮像素子に形成された
光学像の位置は画像処理によって求められ、この位置と
基準指標の位置並びに角度測定装置による角度測定値と
から各面の方位を求めることができる。これによれば、
従来のように、投影用指標像を基準指標に正確に合わせ
るために望遠鏡を正確に回転調整する必要がなくなり、
これら像が撮像素子の撮像範囲内に治まるように粗調整
するだけでよい。したがって、迅速な測定が可能とな
る。しかも、これらの計測は処理装置による画像処理を
含む処理によって行われるから、測定者の熟練度や疲労
度等に依存せずに常に一定の精度が得られる。
【0011】また、構成2によれば、例えば、2次元撮
像素子では主としてモニター情報を得るようにし、計測
情報は分解能の高い1次元撮像素子によって得るように
することによって、精度が高くかつ操作性のよい装置を
得ることが可能となる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例にかかる面方位測定
装置の全体構成を示す図である。以下、図1を参照しな
がら一実施例を説明する。なお、この実施例は上述の図
18に示される従来例と多くの部分が共通するので、共
通する部分には同一の符号を付してその説明の一部を省
略し、以下では、この実施例に特有な点を中心に説明す
る。
【0013】図1において、基台21に、該基台21に
略垂直な軸Oを中心として回転自在なように試料台3及
びスウィーベルアーム4がそれぞれ設けられ、このスウ
ィーベルアーム4に、試料台3上に載置された試料1の
被測定面から反射されてくる光を観測するための望遠鏡
51が取り付けられている。これらの点は、上述の従来
例とほぼ同一の構成を有する。
【0014】この実施例が上述の従来例と異なる点は、
スウィーベルアーム4に取り付けられた望遠鏡51が、
上述の従来例の望遠鏡5の接眼レンズ5bの代わりに撮
像素子51bを設けたものである点、上述の従来例で
は、基台2が角度目盛板2aを内蔵しているのに対し
て、この実施例の基台21は角度目盛板の代わりにロー
タリーエンコーダ21aを内蔵している点、並びに、こ
れら撮像素子51b及びロータリーエンコーダ21aを
制御してこれらからの情報を処理するとともに必要な演
算及び表示を行うディスプレイ機能付き画像演算・処理
装置(以下、処理装置と略称する)9及び撮像素子51
bによって撮像された像に重ねて表示する基準指標を発
生するレチクルジェネレータ10を新たに設けた点であ
る。
【0015】ここで、基台21上に設けられたロータリ
ーエンコーダ21aは、試料台3及びスウィーベルアー
ム4の回転角度座標に対応する信号を発生して処理装置
9に送出する。
【0016】望遠鏡51は、上述の従来例で、望遠鏡5
における接眼レンズ5bの代わりに撮像素子を設けたほ
かは同一の構成を有している。すなわち、図2は望遠鏡
51を示す図であるが、この図2に示されるように、望
遠鏡51は、オートコリメータと同様の構造となってお
り、試料1の被測定面に対向して配置される鏡筒前部に
設けられた対物レンズ51a及びこの対物レンズ51a
の焦点位置であって鏡筒後部に設けられた撮像素子51
bからなる観測光学系と、対物レンズ51aを共通に
し、該対物レンズ51aと撮像素子51bとの間に設け
られたビームスプリッタ51cによって観測光学系外に
分岐して形成された光路上において撮像素子51bと光
学的に共役な位置に設けられた投影用指標51d及び投
影用光源51eからなる投影光学系とを有する。投影用
指標51dの光はビームスプリッタ51cで反射して対
物レンズ51aによって平行光にされて外部に出射さ
れ、試料面に入射する。試料1の被測定面で反射された
光は、同じ対物レンズ51aで集光され、ビームスプリ
ッタ51cを通過して投影用指標51eとは光学的に共
役な位置に配置された撮像素子51b上に焦点を結ぶ。
つまり、投影用指標51dの像が撮像素子51b上に結
像される。投影用指標51dとして、本実施例では、図
3に示されるような2重十字線を用いたが、同様の機能
を果たす他の形態のものでもよい。望遠鏡51の光軸が
試料面に垂直になったとき、投影用指標51dの像は基
準の位置、例えば、後述する光学的に調整した状態のレ
チクルの位置に結像する。以上は、オートコリメーショ
ンの原理としてよく知られているものである。
【0017】撮像素子51bは、例えば、2次元CCD
のように、多数の光検出素子を平面上に配列してそれぞ
れを画素としたもので、処理装置9によって制御され、
対物レンズ51aによって結像された光の像を電気的信
号に変換し、処理装置9に送出する。
【0018】処理装置9は、マイクロプロセッサその他
の情報処理用回路等の必要な回路を内蔵し、表示用のデ
ィスプレイ9aを有するもので、所定の指令によりあら
かじめ記憶されている所定のプログラムにしたがってロ
ータリーエンコーダ21a、撮像素子51b及びレチク
ルジェネレータ10を制御するとともにこれらから送出
される角度信号や画像信号その他の信号の処理、必要な
演算、もしくは表示を行う処理を実行するものである。
なお、処理装置9の具体的機能については、本実施例の
装置を用いて測定を実施する手順とともに後述する。
【0019】レチクルジェネレータ10は、図4に示さ
れるように、撮像素子51bによって形成される画像が
表示される画面上に、上述の従来例における基準指標5
fと同様の機能を果たす基準指標たる垂直レチクル51
fv及び水平レチクル51fhを表示する画像信号を発生す
るものである。これらレチクル51fv及び51fhは、上
下左右に調整できるようになっているが、光学系の調整
(アライメント)を行った後は固定する。投影用指標5
1dの像が撮像素子によって取り込まれると、図5に示
されるように、画面上には両者が合成された画像が表示
される。そして、望遠鏡51の光軸が試料面に垂直にな
った場合には、図6に示されるように、垂直レチクル5
1fv及び水平レチクル51fhが投影用指標51dの2重
線の中央に位置することになり、このときの望遠鏡51
の角度座標がそのまま試料面の方位を示すことになる。
【0020】なお、測定者(オペレータ)がロータリー
エンコーダ21aからの出力(角度情報)をリアルタイ
ムで観察できれば、オペレーション作業の能率が向上す
るので、必要に応じて、ロータリーエンコーダと画像処
理・演算装置との間に角度表示器を設置するようにして
もよい。
【0021】さらに、通常の画像処理装置のディスプレ
イ装置では、処理時に画像表示が固定されてしまうので
処理時における撮像素子による像をリアルタイムで観察
できなくなる。それゆえ、処理時においても撮像素子に
よる像をリアルタイムで観察できるようにしてオペレー
ション作業が行いやすくするために、画像観察用モニタ
をレチクルジェネレータ21aと処理装置9との間に設
置することが好ましい。また、上述の処理装置9は、画
像処理装置とパーソナルコンピュータ、あるいは、画像
処理装置とパーソナルコンピュータとモニタという構成
にも置き換えられる。
【0022】さて、上述の実施例の装置を用い、試料と
してのプリズムを用いてこのプリズムの頂角を構成する
2つの面の方位を測定してプリズムの頂角を求める場合
の例を説明する。図7及び図8は本実施例の装置を用い
てプリズムの頂角を測定する方法の説明図である。図7
及び図8において、プリズム1の頂角をΦとし、この頂
角を構成する2つの面をA,Bとする。図7に示される
方法は、試料台3を固定しておいて望遠鏡51を回転操
作することによって望遠鏡51を面A,Bに向け、これ
らの面方位を測定する。これに対して、図8に示される
例は望遠鏡51を固定しておいて試料台3を回転させる
ことにより面A,Bを望遠鏡51に向け、これらの面方
位を測定するものである。これらいずれの方法によって
も頂角を測定することができるが、以下では、図7に示
される方法で測定する例を説明する。
【0023】プリズム1の頂角Фは、面Aの方位a(ベ
クトル)及び面Bの方位b(ベクトル)に対して、Φ=
π−|a−b|を満たす関係にある。ここで、面Aの方
位a及び面Bの方位bは、それぞれの面に対する法線の
方向を表す法線ベクトルと同義である。なお、ベクトル
の大きさは1(単位ベクトル)とする。このベクトルの
測定は、望遠鏡51をオートコリメータとして用いて測
定する。この場合、図9に示されるように、望遠鏡51
によって、面A,B(以下、試料面という)の方位を表
すパラメータである極座標表示の角度Θ,ψを測定す
る。ここで、スウィーベルアーム4の回転角度がΘ(ロ
ータリーエンコーダ21aの検出値)、スウィーベルア
ーム4の回転方向を含む面に垂直な方向の角度がψであ
る。座標軸の原点は、スウィーベルアーム4の回転中心
軸と試料台3の試料載置面との交点である。試料面の向
きの調整は、Θ方向には,スウィーベルアームを動かす
ことで,ψ方向には試料台3を傾斜させることで行う。
【0024】望遠鏡51の光軸と試料面方位とが大略垂
直になるように設定すると、ディスプレイ9aには図1
0に示されるような表示がなされる。図10において、
いま、水平方向の破線αで示す1ライン分(1画素の
幅)の画像の輝度分布を考えると、図11に示されるよ
うになる。図11の横軸は水平方向の距離、縦軸は輝度
レベルである。撮像素子51b上に形成される像の各構
成要素の位置はその構成要素を検出する特定の画素に対
応している。よって、像の構成要素の位置は、原理的に
は撮像素子51bを構成する画素のうち、例えば、左か
ら何番目にあたるかということから求められる。実際に
は、画像処理に所定の処理を付加することにより求めら
れる。
【0025】図11において、投影用指標51dの2重
線とレチクル51fvの位置が求まれば、2重線の中央と
レチクルの中心との距離dを求めることができる。すな
わち、2重線の位置をそれぞれx1 ,x2 、レチクル5
1fvの位置をx3 とすると、距離dは次の(1) 式で表わ
される。
【0026】d=x3 −(x1 +x2 )/2……(1) ここで、x1 ,x2 ,x3 を求めるには、レチクル51
fvと投影用指標51dとを区別する必要があるととも
に、これらには幅があるので、その幅の中心位置を求め
る必要がある。以下、その方法を説明する。
【0027】まず、レチクル51fvと投影用指標51d
とを区別するには、いくつかの方法が考えられる。例え
ば、(a) 線種を変える、(b) 線の太さを変える、(c) 線
の色を変える、(d) 光学的な性質を利用する、(e) レチ
クルの長さを調節してレチクルと指標像との長さの差か
ら判断する、等の方法が考えられる。ここで、(a) 〜
(c) 、(e) の方法は自明であるので説明を省略し、以下
に(d) の方法を若干説明する。
【0028】画像処理において像の濃度を表す場合、一
般に8ビット長のデータを用いる。これを濃度(像の明
るさ)に対応させると128階調(128段階)に区別
することができる(勿論8ビットデータにこだわる必要
はなく、本案の主旨が実現できれば何ビットでもかまわ
ない)。ここで、撮像素子51bに投影される投影用視
標51dの像は、光学系を通過しているために厳密な矩
形状のパターンとはならない。すなわち、光学系の結像
特性により、多少裾が広がった釣り鐘状の輝度分布をも
つことになる。他方、レチクルの場合は電気的に像を形
成しているために完全な矩形状のパターンを作成できる
(もちろん電気的には任意のパターンが作成可能であ
り、指標像と区別できるパターンであればどのようなも
のでもかまわない)。この形状の差から両者を区別でき
る。すなわち、図12に示されるように、いま、1つの
ピークに注目し、その山の中で最も輝度が高いレベルを
100%とする。これを基準にして、90%,80%…
というように適当な間隔で輝度レベル(スライスレベ
ル、2値化レベルともいう)を設ける。このレベルの山
の幅をそれぞれ求めると、釣り鐘状のパターンを示して
いる場合には,レベルを低くするに従って幅が広くな
る。一方、図13に示されるように、電気的に作成した
レチクルの場合は、レベルを変化させても幅は変化しな
い。このようにして、撮像素子51bによる像が投影視
標51dであるかレチクル51fvであるかを区別する。
【0029】また、レチクル51fvと投影用指標51d
の像の中央位置は、次のようにして求める。図14に示
されるように、例えば、適当なスライスレベルでの幅L
2 を求め,その中点を像の中央と定める。次に、撮像素
子51bの受像領域の端から数えて最初にスライスレベ
ルを越える画素までの距離L1 を計測する。そうする
と、ピークの中央位置LC は、次の(2) 式で求められ
る。
【0030】LC =L1 +L2 /2……(2) ところで、撮像素子51bの画素を構成する個々の光検
出素子は有限の大きさを持っている。そのため、その画
素よりも小さい距離を測定することは原理的に難しい。
従って、測定値はプラスマイナス1画素分の誤差が含ま
れることになる。これを量子化誤差という。この量子化
誤差を軽減するためには、異なる条件で複数のL1 ,L
2 を求め、それらの平均をとる。例えば、(a) 図14に
おいて複数のスライスレベルで中央を決めたり、あるい
は、(b) 図10のライン(α、β)に相当するラインを
複数設定してデータをとることによっても計測精度は高
くできる。無論、全面のデータを使ってもかまわない。
また、(c) 望遠鏡51の位置を少し動かすか、あるい
は、(d) 撮像素子51bを光軸に対して垂直に動かして
レチクルと投影用指標像との相対的な位置を変化させる
事でもできる。さらに、 (e) 撮像素子51bを光軸に
対し平行に動かしてやや焦点ボケの状態を作り同様の操
作を行う、こと等によっても計測精度を向上させること
ができる。さらに、これらを任意に組み合わせたり、全
てを組み合わせたりしてもよい。さらには、以上の方法
とは別に、図10のラインαに相当するライン上のデー
タを元にして平滑化微分法を用いてピークを求める方法
もある。
【0031】次に、このようにして求めた距離dを望遠
鏡51の回転角度に換算する。この換算は、求めるべき
望遠鏡51の回転角度をΘx 、対物レンズの焦点距離を
fとすると、次の(3) 式によって求められる。
【0032】tanΘx =d/f……(3) なお、距離dの精度は、撮像素子51bを構成する1画
素の大きさの精度に依存する。ところが、場合によって
は、画素の大きさ、またはレンズの焦点距離が正確に得
られない場合、またはそのほかの理由でΘx とdとの関
係が理論上求められないことも考えられる。このような
場合には、実際に校正実験を行ってその結果からΘx と
dとの関係を決定する。
【0033】また、望遠鏡51の現在位置を表す角度を
Θn とすると、このθn と前に求めたθx とを用いてレ
チクル上に投影用指標像が合致したときの望遠鏡51の
位置を求めることができる。すなわち、このときの角度
をθL とすると、ΘL は、上記Θn とΘx とから、次の
(4) 式によって求められる。
【0034】ΘL =Θn +Θx ……(4) 同様にして、ψ座標(画面上のy方向)Θy についても
求めることができる。
【0035】以上で求めたΘL 、Θy は、試料面の法線
ベクトルの方向を極座標で表わしたときの角度パラメー
ターに対応している。そこで、改めてΘL 、Θy をθ、
ψとそれぞれ定義し、試料面の方位とする。そうする
と、面Aの法線ベクトルaの直交座標系のベクトル成分
(a1 ,a2 ,a3 )は、 a1 =sinθa ・cosψa a2 =sinθa ・sinψa a3 =cosθa と表される。
【0036】次に、以上述べた操作を、プリズム1の他
方の面Bについて行い、同様にして試料面方位を求め
る。出射面Bの法線ベクトルbの直交座標系のベクトル
成分(b1 ,b2 ,b3 )は、 b1 =sinθb ・cosψb b2 =sinθb ・sinψb b3 =cosθb と表される。
【0037】これらベクトルa,bのなす角度をφとす
ると、φはベクトルの内積の公式を用いて、次の(5) 式
から求めることができる。
【0038】 φ=cos-1{(a1 1 +a2 2 +a3 3 )/ (a1 2 +a2 2 +a3 2 1/2 (b1 2 +b2 2 +b2 2 1/2 }…(5) ただし、0≦φ≦πである。
【0039】こうしてφを求めると、プリズム1の頂角
Φは、次の(6) 式から求められる。 Φ=π−φ……(6) (変形例)なお、上述の一実施例では、望遠鏡51に設
けた撮像素子51bとして2次元撮像素子を用いた例を
掲げたが、図15及び図16に示されるように、2次元
撮像素子に加えて分解能の高い1次元撮像素子を用いて
もよい。
【0040】図15に示される望遠鏡52は、対物レン
ズの焦点位置に2次元撮像素子52bを配置し、投影用
指標52d及び投影用光源の光路を形成するビームスプ
リッタ52cと2次元撮像素子52bとの間に第2のビ
ームスプリッタ52gを配置し、このビームスプリッタ
52gの反射光路上にリレーレンズRL1 ,RL2 を介
して1次元撮像素子52fを上記2次元撮像素子と光学
的に共役な位置に設けたものである。これにより、2次
元撮像素子52bによる像を主としてモニタリングに利
用し、計測用のデータは分解能が高く計測範囲の広い1
次元撮像素子52fによって得ることが可能になり、分
解能が高く計測範囲の広い測定が可能になる。すなわ
ち、現在市販されている2次元センサー(撮像素子)の
画素数は、一般にx、y方向共に510画素、高分解能
タイプでもせいぜい1000画素程度であるが、1次元
センサー(撮像素子)は、5000画素程度のものまで
市販されている。なお、リレーレンズRL1 、RL2 を
適当に選択(ズームレンズでもかまわない)すること
で、計測範囲をより広く、またはより細かく(分解能を
高める)する事ができる。例えば、高分解能を得ようと
する場合、測定範囲が狭くなることが考えられる。この
場合には、2次元センサーで大ざっぱな位置情報を求
め、1次元センサーの有効測定範囲に導入させるガイド
情報を出力することもできる。1次元センサーで得られ
る信号は、図10で示される場合と全く同様である。こ
こで、ライン(破線)β方向を計測するには、1次元セ
ンサーのマウント部に回転機構を設け、センサーを光軸
の回りに90度回転させるか、又は、RL1 とRL2 と
の間に、像回転用のプリズム素子を配置し、このプリズ
ム素子を回転させることによって行なう。
【0041】ところで、上記図15に示される例は、1
次元センサーが1個であるために、1回の操作で一つの
方向の角度(例えば、図10のα方向)しか計測できな
い。それ故、α、β両方向を計測しようとする場合、回
転機構を設けなければならない。これに対し、図16に
示される望遠鏡53では、1次元センサーを2個用い、
それぞれを光軸の回りに互いに直交するように配置する
ことにより、回転機構のような機械駆動部を用いずに、
図10に示す破線αとβの両方の方向を同時に計測でき
るようにしたものである。すなわち、図16において、
1次元撮像素子53f、リレーレンズRL1 及びリレー
レンズRL2 は、それぞれ図15に示される望遠鏡52
の1次元撮像素子52f、リレーレンズRL1 ,RL2
に相当するが、これら2つのリレーレンズRL1 とRL
2 との間に第3のビームスプリッタ53hを配置して1
次元撮像素子53fの光学系の光路と分岐する光路を形
成してこの光路上に第3のリレーレンズRL3 及び第2
の1次元撮像素子53iを設けたものである。
【0042】なお、望遠鏡52及び53において、2次
元撮像素子52b及び53bを単に像を観察(モニタ)
するためのものとして機能させる場合には、これを接眼
レンズに置き換えることも可能である。
【0043】さらに、図17に示されるように、図1及
び図2における望遠鏡51の代わりに、この望遠鏡51
における対物レンズ51aの代わりに該対物レンズ51
aと同様の機能を果たす凹面鏡54a及び平面鏡54j
を配置した望遠鏡54を用いてもよい。
【0044】以上詳述した実施例によれば、試料面方位
を決定するために望遠鏡内に結像される光学像の位置計
測を撮像素子を用いて画像処理によって行なうようにし
たので、基準指標に投影用指標の像を正確に一致させる
操作をすることなく光学像の正確な位置計測が可能にな
り、正確な測定を極めて迅速に行なうことが可能になっ
た。しかも、撮像素子を用いて画像処理によって行なう
ようにしたことにより、一連の計測データを人手を介す
ことなくコンピュータ等の情報処理装置に直接自動的に
入力できるようになり、これにより、作業者のオペレー
トによる疲労を最小限に抑え、かつ、測定精度を安定化
でき、測定時間の短縮を実現することができる。
【0045】本実施例にかかる面方位測定装置により、
実際に屈折率測定作業を行ない従来法との比較を行った
ところ、測定時間は約20%(80%減)となった。ま
た、測定の精度は従来の方法を熟練者が細心の注意のも
とで行なった場合と同程度の結果が得られている。さら
に、測定値の繰り返し安定性は、約30%の向上が確認
された。
【0046】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる面
方位測定装置は、試料の面方位を観測する望遠鏡の対物
光学系の焦点面に位置検出型の撮像素子を配置し、該撮
像素子によって得られる光学像に処理装置による画像処
理を含む処理を施すことによって該光学像の位置を求
め、この位置と基準指標発生装置によって形成される基
準指標の位置並びに角度測定装置による角度測定値とか
ら各面の方位を求めるようにしたものである。これによ
り、従来のように、投影用指標像を基準指標に正確に合
わせるために望遠鏡を正確に回転調整する必要をなく
し、迅速な測定を可能とし、かつ、測定者の熟練度や疲
労度等に依存せずに常に一定の精度を得られるようにし
たものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる面方位測定装置の構
成を示す図である。
【図2】望遠鏡51の説明図である。
【図3】投影用指標51dの説明図である。
【図4】レチクル像の説明図である。
【図5】投影用指標像及びレチクル像の説明図である。
【図6】投影用指標像及びレチクル像の説明図である。
【図7】プリズムの頂角測定法の説明図である。
【図8】プリズムの頂角測定法の説明図である。
【図9】プリズム面A,Bの方位を表すパラメータの説
明図である。
【図10】望遠鏡51をプリズム面に向けたときのディ
スプレイ9aの表示画像の説明図である。
【図11】図10における水平方向の破線αで示す1ラ
イン分の画像の輝度分布を示す図である。
【図12】光学像の幅の中心位置を求める方法の説明図
である。
【図13】レチクルの幅の中心位置を求める方法の説明
図である。
【図14】光学像の中央位置を求める方法の説明図であ
る。
【図15】望遠鏡の変形例の構成を示す図である。
【図16】望遠鏡の変形例の構成を示す図である。
【図17】望遠鏡の変形例の構成を示す図である。
【図18】従来の面方位測定装置の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1…プリズム、2…基台、3…試料台、4…スウィーベ
ルアーム、5,51,52,53,54…望遠鏡、9…
処理装置、10…レチクルジェネレータ、5a,51
a,52a,53a…対物レンズ、51b,52b,5
3b,52f,53f,53i…撮像素子、5c,51
c,52c,52g,53c,53h,53g……ビー
ムスプリッタ、5d,51d,52d,53d…投影用
指標、5e,51e,52e,53e…投影用光源、R
L1 ,RL2 ,RL3 …リレーレンズ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基台に回転自在に取り付けられた試料台
    と、 前記試料台の回転軸と共通の軸を中心に回転自在に取り
    付けられた望遠鏡であって、該望遠鏡の対物光学系の焦
    点面と光学的に共役な面に配置された投影用指標と、こ
    の投影用指標を照明して得られる投影光を前記対物光学
    系を通して外部に出射させる投影用光源と、前記対物光
    学系を通して入射した光によってその焦点面に結像され
    る光学像を検出する位置検出型の撮像素子とを備えた望
    遠鏡と、 前記試料台又は望遠鏡のいずれか一方又は双方の回転角
    度に対応する電気的信号を発生する角度測定装置と、 前記撮像素子によって形成される画像に望遠鏡の角度位
    置を示す基準指標の画像を重ねて形成する画像信号を発
    生する基準指標発生装置と、 前記撮像素子、角度測定装置及び基準指標発生装置を制
    御するとともに、これらから送出される画像信号を含む
    信号を処理する処理装置とを有し、 前記処理装置は、前記望遠鏡を前記試料台に載置された
    被測定試料の被測定面に向けたときに前記撮像素子によ
    って形成される投影用指標像の位置を求めてこれら面の
    方位を求める処理を行う機能を備えたものであることを
    特徴とする面方位測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の面方位測定装置におい
    て、 前記撮像素子は、前記対物光学系の焦点面に配置された
    2次元撮像素子と、前記焦点面と光学的に共役な位置に
    配置された1次元撮像素子とからなることを特徴とした
    面方位測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018132759A (ja) * 2017-01-25 2018-08-23 スペシム スペクトラル イメージング オサケユキチュア リミテッド 撮像装置および作動方法

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