JPH09264720A - 共焦点光学装置 - Google Patents

共焦点光学装置

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JPH09264720A
JPH09264720A JP7666896A JP7666896A JPH09264720A JP H09264720 A JPH09264720 A JP H09264720A JP 7666896 A JP7666896 A JP 7666896A JP 7666896 A JP7666896 A JP 7666896A JP H09264720 A JPH09264720 A JP H09264720A
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JP
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array
hole
pin
light
passing
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JP7666896A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Mizukami
Masato Moriya
Toru Suzuki
Hideyuki Wakai
正人 守屋
裕之 水上
秀之 若井
徹 鈴木
Original Assignee
Komatsu Ltd
株式会社小松製作所
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical means
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical means for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Instruments as specified in the subgroups and characterised by the use of optical measuring means
    • G01B9/04Measuring microscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/004Scanning details, e.g. scanning stages fixed arrays, e.g. switchable aperture arrays

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光検出器アレイの位置合わせが容易にできる
ようにする。 【解決手段】 共焦点光学系を1次元あるいは2次元ア
レイに配置し、ピンホールアレイ4のピンホール4aを
通過する反射光をリレーレンズ7a,7bを介して光検
出器アレイ8で計測する共焦点光学装置において、ピン
ホールアレイ4の背後に、このピンホールアレイ4のピ
ンホール4aを通過する物体からの反射光をランダムに
拡散させ、各ピンホール4aを通過する物体6からの反
射光を一定の確率で満遍なく光検出器アレイの光検出部
分に入射させるようにした拡散部材20を配置した構成
となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元形状、例え
ば、被計測物体のおよその表面形状が既知であるIC実
装用ハンダバンブ等の被計測物体の形状を高速に検査す
る3次元形状検査装置に用いる共焦点光学装置に関する
ものである。

【0002】

【従来の技術】この種の共焦点光学装置は図1に示すよ
うになっており、光源1の光は拡大レンズ2a,2bを
介して平行光となってホログラム3に参照光として入射
する。ホログラム3はピンホールアレイ4の各ピンホー
ル位置から出射する点光源と等価な光を、上記参照光を
回析することにより再生する。

【0003】この再生光は、第1対物レンズ5aによっ
て物体(被計測物体)6に投光され、物体6で散乱し、
反射し、第1対物レンズ5a、ホログラム3を透過し、
第2対物レンズ5bを介してピンホールアレイ4に集光
する。この図1は1つのピンホール位置の光を代表して
表現している。

【0004】図2,図3,図4は投光の第1対物レンズ
5aによる集光点と、物体6の表面の光軸方向(Z方
向)の位置関係に対して、反射光がピンホールアレイ4
付近でどのように結像するかを示したものである。これ
によれば、図3に示すように、集光点と物体6の表面が
一致(合焦)したときのみ反射光がピンホールアレイ4
のピンホール4aを通過するが、それ以外のとき、すな
わち、図2に示すように集光点が物体6に反射した後に
ある場合(後ピン)、あるいは図4に示すように、反射
する前にある場合(前ピン)には、反射光はピンホール
アレイ4に遮蔽されて殆ど、通過できなくなり、いわゆ
る受光絞り作用がなされる。

【0005】この特性を利用すれば、物体6を光軸方向
(Z方向)に移動しながらピンホール4aを通過する反
射光の光量を図1に示すように、第1,第2のリレーレ
ンズ7a,7bを介して2次元用の光検出器アレイ8に
て計測することにより、最大の光量が得られた位置が物
体の表面であること、すなわち、物体6の表面の位置が
計測できることになる。これをピーク処理という。

【0006】図1は図2〜図4で説明した共焦点光学系
を2次元的に配列したものであるから、物体6をZ方向
に移動させながら、各ピンホール4aを通過する反射光
の光量を計測し、これをピーク処理してやれば、ピンホ
ールに対応した部分の物体6の表面の形状計測をするこ
とができる。実際には、第1,第2の対物レンズ5a,
5bを共にテレセントリック系(アフォーカル系あるい
はタンデム配置ともいう)で構成し、物体6をZ方向に
移動するかわりに第1対物レンズ5aをZ方向へ移動し
て計測する。

【0007】ピンホール4aを通過する光は、第1,第
2のリレーレンズ7a,7bを介して2次元の光を検出
する光検出器アレイ8に結像し、個々のピンホール4a
を通過する光は、独立した光検出部分に結像して計測さ
れ制御装置9にて制御と処理される。この制御装置9
は、物体6を載置するステージ10のXY位置(必要が
あればZ方向のオフセット位置)を制御して計測視野を
決め、第1対物レンズ5aをZ方向に移動しながら光検
出器アレイ8の計測値を読み出してピーク処理し、その
結果を表示、出力あるいは記録する。

【0008】次に上記ホログラム3の製造工程を図5を
参照して説明する。光源11はレーザなどのコヒーレン
トな光源であり、ビームスプリッタ12により波面分割
され、それぞれホログラム3の参照光、物体光の光源と
なる。光源11の光が直線偏向の特性を示す場合には、
第1の1/2波長板13aの回転により直線偏向の偏向
方向を回転させ、ビームスプリッタ12に偏向ビームス
プリッタを採用することにより、分割の強度比を所望の
値に設定する。

【0009】ビームスプリッタ12にて分割した参照光
と物体光は、第1,第2及び第3,第4の拡大レンズ1
4a,14b,14c,14dにより拡大されて、それ
ぞれ、ホログラム3、ピンホールアレイ4に入射され
る。ピンホールアレイ4を透過する光は、それぞれのピ
ンホールで回折し、点光源と等価な光になり、対物レン
ズ5bにより平行光に変換され、ホログラム3に物体光
として入射される。第2,第3の1/2波長板13b,
13cの調節により、参照光、物体光の偏向方向が所望
の方向(一般的には同じ方向になるようにする)に設定
され、ホログラム露光の準備が完了する。

【0010】図6から図8はホログラムを用いない他の
従来例を示すもので、図6は特開平4−265918号
公報、米国特許第5,239,178号に示される、第
1の従来型のものであり、光源1からの光は拡大レンズ
2により拡大されて、ピンホールアレイ4に入射し、こ
の各ピンホール4aにて回折した光はビームスプリッタ
15を通過し、第2,第1の対物レンズ5b,5aによ
って物体6に投光されるようになっている。

【0011】そして物体6に投光されて反射散乱した光
は、第1,第2の対物レンズ5a,5bを逆に通ってビ
ームスプリッタ15に入り、ここで反射して光検出器ア
レイ8に結像するようになっている。

【0012】図7は米国特許第4,806,004号に
示される、第2の従来型のものであり、光源1からの光
は拡大レンズ2により拡大されて、ピンホールアレイ4
に入射し、ピンホール4aで回折した光は第2,第1の
対物レンズ5b,5aによって物体6に投光されるよう
になっている。

【0013】物体6に投光されて反射散乱した光は対物
レンズ5a,5bを介し、受光絞りの作用を奏するピン
ホールアレイ4に集光される。そして各ピンホール4a
を通過する光をリレーレンズ7を介して1対1で光検出
器アレイ8に結像する。この構成は、投光の点光源を作
るピンホールアレイ4と受光絞りのピンホールアレイ4
が同一の構造になっている。ただし、ピンホールアレイ
4の背後から光を入射する必要があるので、ピンホール
マスクの反射光Rによる遮光を何らかの方法で検出器ア
レイ8に到達しないようにしている。

【0014】なおこの上記第2の従来型はピンホール4
aと検出器アレイの画素は1対1で対応しておらず、そ
のかわり、ピンホールアレイ4をXY面内でスキャニン
グし、ピンホール間の画像を得るようにしており、この
ような共焦点光学系をタンデム型走査共焦点光学系とい
う。

【0015】図8は特開平1−503493号公報、米
国特許第4,927,254号公報に示されるもので、
上記第2の従来型のと同種のタンデム型走査光学系で、
ピンホールアレイ4がニップコウディスク(Nipko
w Disc)と呼ばれる、円盤上にピンホール4aを
スパイラル状に配置したものを採用し、それを回転させ
るようにしている。このディスク状のピンホールアレイ
4を回転することにより、ピンホール間の画像をスキャ
ニングして得るようにしている。

【0016】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のピンホ
ールアレイを通過する物体からの反射光をリレーレンズ
を介して光検出器アレイに結像させる共焦点光学装置で
は次のような課題があった。

【0017】(1)ピンホールアレイ4の各ピンホール
を通過する物体からの反射光をリレーレンズを介して1
対1で光検出器アレイ8に結像(位置合わせする)ため
には、リレーレンズ7,7a,7bの収差を考慮する精
密な設計及び製造が必要であり、そのための工数、精密
部品を必要としていた。

【0018】光検出器アレイ8の光検出部分のピッチに
比べて各光検出部分(センサ)が非常に小さい場合、こ
の各光検出部分とピンホールを通過した光信号(ピンホ
ールアレイの光軸と直角方向の位置)との位置合せを精
密にするのには限界がある。また、リレーレンズの製造
上のばらつきによって完全に位置合わせができない可能
性があった。

【0019】この問題を解決するために光検出器アレイ
8に結像する像を、光検出器アレイ8の配置をZ方向に
ずらせるなどしてデフォーカス(ピンボケ)してやれば
位置合わせが容易になるが、これでは、像の強度分布が
一様でないため、ピンホールを通過する光の総量を知る
ことができない。

【0020】(2)さらに、ピンホールアレイ4のピン
ホールの大きさが、光学系(対物レンズ)の回折限界に
比較して大きい場合、 リレーレンズの結像倍率×ピンホールの径=検出器に結
像するピンホールの径 なので、光検出器のアレイ8の光検出部分のピッチに比
べて各光検出部分が非常に小さい場合には結像が光検出
部分よりはみ出してしまい、この場合も、ピンホールを
通過する光の総量を知ることができない。

【0021】そしてこの場合において、共焦点光学系で
物体に投光する集光点と物体表面が一致する、いわゆる
合焦を、図9,図10に示すようにわずかでも外れた場
合には、ピンホールを通過する光線が、光検出器アレイ
8の非感光部で蹴られてしまい、光検出部分8aが実質
的な受光ピンホールとして作用してしまうことになる。
図10において、ピンホール4aを通過した像におい
て、ハッチで示した一側部分の像は、この図10で示す
ように合焦からはずれている場合に、光検出器アレイ8
の光検出部分からはずれてしまい、光検出部分8aで検
出できなかった。

【0022】光検出器アレイに、例えばCCDカメラの
ような市販の撮像用センサを流用して低コスト化しよう
とすると、市販のものは光検出器アレイの光検出部分の
ピッチに比べて各光検出部分が非常に小さい、すなわち
開口率が小さいものが多いので、上記問題が重要とな
る。また、光検出部分の形状は円や正方形などの等方性
の高いもの以外に、長方形やL字形、凸型など、等方性
に乏しいものがあるので、上記問題もX,Yの方向によ
って異方的に起きてしまう。

【0023】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、光検出器アレイの位置合わせが容易となり、また
実質的に開口率の大きな光検出器アレイとすることがで
きるようにした共焦点光学装置を提供することを目的と
するものである。

【0024】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る共焦点光学装置は、共焦点光学系を1
次元あるいは2次元アレイに配置し、ピンホールアレイ
のピンホールを通過する反射光をリレーレンズを介して
光検出器アレイで計測する共焦点光学装置において、ピ
ンホールアレイの背後に、このピンホールアレイのピン
ホールを通過する物体からの反射光をランダムに拡散さ
せ、各ピンホールを通過する物体からの反射光を一定の
確率で満遍なく光検出器アレイの光検出部分に入射させ
るようにした拡散部材を配置した構成となっている。

【0025】また、上記ピンホールアレイと光検出器ア
レイとの間にリレーレンズをタンデムに配置し、光検出
器アレイの手前に、ピンホールアレイのピンホールを通
過してリレーレンズに導された物体からの反射光をラン
ダムに拡散させ、各ピンホールを通過する物体からの反
射光を一定の確率で満遍なく光検出器に入射させる拡散
部材を配置する。

【0026】また、上記ピンホールアレイと光検出器ア
レイ間にリレーレンズをタンデムに配置し、両リレーレ
ンズの間に、ピンホールアレイのピンホールを通過して
リレーレンズに導された物体からの反射光をランダムに
拡散させ、各ピンホールを通過する物体からの反射光を
一定の確率で満遍なく光検出器に入射させる拡散部材を
配置する。

【0027】また、上記両リレーレンズの間に、拡散部
材に代えてピンホールアレイのピンホールを通過する物
体からの反射光を規則的に回折させ、各ピンホールを通
過する物体からの反射光を各光検出器アレイの光検出部
分の形状にあわせて入射させる回折格子を配置する。

【0028】また、上記各構成において、ピンホールア
レイと光検出器アレイの位置関係を、ピンホールアレイ
のピンホールを通過したピンホール像が光検出器アレイ
の複数の光検出部分で受光可能な状態にし、このピンホ
ール像を受光した複数の光検出部分の出力を積分する積
分手段を有する構成となっている。

【0029】さらに、上記ピンホールアレイの背後に拡
散部材を配置するもの、またはタンデム配置した両リレ
ーレンズの間に拡散部材を配置した共焦点光学装置にお
いて、光検出器アレイの手前にマイクロレンズアレイを
配置した構成となっている。

【0030】

【作 用】ピンホールアレイのピンホールを通過した物
体の反射光は、ピンホールアレイの背後に配置され、あ
るいは光検出器アレイの手前に配置され、あるいはタン
デム配置される両リレーレンズ間に配置された拡散部材
にてランダムに拡散され、ピンホールを通過した反射光
は一定の確率で満遍なく光検出器アレイの光検出部分に
入射される。

【0031】また、タンデム配置した両リレーレンズの
間に回折格子を配置したものにあっては、上記ピンホー
ルを通過した物体の反射光は、この回折格子にて規則的
に回折され、光検出器アレイの光検出器部分の形状に合
わせて入射される。

【0032】上記光検出器アレイの複数の光検出部分で
1つのピンホールを通過したピンホール像が受光される
ものでは、像の光量分布があっても、これが積分され、
光検出器アレイの光検出部分の開口率が実質的に拡大さ
れる。

【0033】さらに、光検出器アレイの手前に配置され
るマイクロレンズアレイは、これの手前で拡散部材等に
て拡散されたピンホール像が、マイクロレンズアレイに
よって光検出器アレイの各光検出器部分に集光される。

【0034】

【発明の効果】本発明によれば、ピンホールアレイの背
後、または光検出器アレイの手前、またはタンデム配置
したリレーレンズの間に配置される拡散部材にてピンホ
ールアレイのピンホールを通過する物体の反射光が満遍
なくぼかされて平均化されることにより、光検出器アレ
イの位置合わせが容易となり、リレーレンズの収差もあ
まり問題となることがなく、ピンホールアレイに対する
リレーレンズと光検出器アレイの配置関係の設計・施工
を簡単にすることができる。

【0035】また、タンデム配置したリレーレンズの間
に回折格子を配置したものにおいては、この回折格子に
より光検出器アレイの光検出器部分の形状に合わせてピ
ンホールを通過した光を分散されることにより、光検出
器アレイの位置合わせが容易となり、上記拡散部材を用
いたものと同様の効果を奏することができる。

【0036】さらに、1つのピンホールを通過した光が
拡散されて複数の光検出器部分が計測し、これが積分さ
れることにより、実質的に開口率の大きな光検出器アレ
イとすることができる。

【0037】そしてさらに、光検出器アレイの手前にマ
イクロレンズアレイを配置することにより、拡散部材あ
るいは回折格子にて満遍なくぼやけたピンホール像がマ
イクロレンズによって各光検出器部分に集光されて光の
検出効率が向上される。

【0038】

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を図1
1から図18に基づいて説明する。この実施の形態は図
1に示した従来の技術に対する改良に係るもので、この
従来のものの構成部材と同一のものは同一の符号を付し
て説明を省略する。

【0039】ピンホールアレイ4の背後に拡散部材20
を配置する。このときのピンホールアレイ4、2つのリ
レーレンズ7a,7b及び検出器アレイ8の配置間隔は
図1に示す従来のものと同じにしてある。

【0040】しかして、その作用は図12,図13,図
14に示すようになる。ピンホールアレイ4のピンホー
ル4aを通過した光は拡散部材20に入射してここでラ
ンダムに拡散されてリレーレンズ7a,7bを経て光検
出器アレイ8に入射される。

【0041】図12は反射光がピンホール4aを通過し
て拡散部材20の部分で焦点を結んだ状態、図13は拡
散部材20の手前のピンホールアレイ4の位置で焦点を
結んだ状態、さらに図12はピンホールアレイ4の位置
より手前で焦点を結んだ状態をそれぞれ示す。

【0042】図12に示す拡散部材20の部分で焦点を
結んだ状態では、この焦点の部分において上記反射光が
散乱し、また図13,図14に示すように焦点を結んだ
後の少し拡大した範囲の部分が拡散部材20にて拡散さ
れ、この拡散された部分を密度を濃くした散点模様で示
す。そしてこの拡散部分での丸で示した拡散中心領域2
1がリレーレンズ7a,7bを介して光検出器アレイ8
の1つの光検出部分(センサ)8aにて受光される。

【0043】このように、ピンホールアレイ4aを通過
したそれぞれの光は拡散部材20にて拡散されて、その
拡散中心領域21の光がある確率をもって満遍なく光検
出器アレイ8の光検出部分8aにて検出される。

【0044】このとき、上記拡散中心領域21の光は、
ピンホール4aを通過した光(物体像)が拡散されてぼ
やけた光となり、物体像としての光に濃淡のむらがあっ
たとしてもこの拡散中心領域21での光はピンホール4
aを通過した光が平均化されてむらのない光となり、こ
の光が検出器アレイ8の光検出部分8aにて検出され
る。

【0045】このとき、拡散部材20のリレーレンズ側
の表面が光検出器アレイ8に正確に結像する場合と、拡
散部材20の表面の結像位置の前後に光検出器アレイ8
がある場合の2通りがあり、前者の場合は拡散部材20
による拡散効果だけが利用できるのに対し、後者の場合
はそれに加えてピントずれによるぼけの効果が加わり、
ピンホール4aを通過して光検出器アレイ8に至る光が
さらに均一になる。

【0046】上記拡散部材20は平板状になっていて、
図15(a)に示すようなある厚さtを有する体積型の
ものと、図15(b)に示すような、ある間隔(厚さ)
tをあけて2枚の拡散板20a,20bからなる2種類
のタイプがある。

【0047】拡散部材20の厚さt、ピンホール4aか
らの距離D、拡散特性によって拡散効果は変化する。一
般的な傾向として、厚みtが大きい程拡散効果は大きく
なるが光の損失は大きくなり、薄い程拡散効果は小さく
なる。また拡散板を重ねる枚数が多い程拡散効果が大き
くなるが、光の損失は大きくなる。そしてピンホール4
aからの距離Dが大きい程拡散の均一性は低くなり、D
が小さい程拡散の均一性は高くなる。また拡散特性(角
度)が広い程拡散効果が大きくなり、狭い程拡散効果は
小さくなる。これらのことを考慮して適切な拡散(ぼけ
具合)になるようにすればよい。

【0048】図16,図17,図18はその様子を示す
もので、図16に示すものは、薄い拡散部材20をピン
ホール4aからの近い距離に配置した場合で、拡散効果
が小さくぼけ具合は小さい。図17は厚さtが図16に
示すものより大きく、しかもピンホール4aからの距離
Dをあけた場合で、それだけ拡散効果が大きく、ぼけ具
合は隣接する検出器にまたがるか否かという程度に大き
くなっている。図18はさらに厚い拡散部材20を用い
た場合であり、拡散効果はさらに大きく、ぼけ具合は隣
接する検出部分に完全にまたがっている。

【0049】ぼけ具合が大きくなる程検出器アレイ8の
位置合わせは容易になる。特に図17に示すような状態
では、検出器アレイ8の位置合わせに対して殆どフリー
になる。しかし、図18に示すように大きくぼかす場合
は、隣接するピンホール4aの光が混ざって計測される
ことを考慮する必要がある。

【0050】上記拡散部材20としては、(1)ガラス
等の光学基板の表面に研削、エッチング等の加工を施し
て表面が光を散乱させるようにしたもの。(2)表面で
はなく部材そのものが光を散乱させる性質をもつもの
(体積散乱)、あるいはこのように体積散乱する材料を
光学基板に、例えばオパールガラス等のようにコーティ
ングまたはサンドイッチしたものがある。そして上記体
積散乱型の拡散部材20としては公知の高分子散乱型液
晶板がある。

【0051】上記実施例では図11において実線で示し
たように、拡散部材20をピンホールアレイ4の背後に
配置した列を示したが、第2の実施例として、図11に
おいて鎖線で示すように、ピンホールアレイ4の背後の
かわりに、光検出器アレイ8の手前に配置してもよい。

【0052】この第2の実施例における作用は図19,
図20,図21に示すようになる。すなわち、図19で
示すように、ピンホールアレイ4のピンホール4aを通
過してから焦点を結んだ状態では拡散部材20でデフォ
ーカスされて大きな面積で拡散される。図20で示すも
のは、ピンホール4aの部分で焦点の結んだ状態であ
り、小さい面で拡散される。図21で示すものはピンホ
ール4aの手前が焦点を結んだ場合で、焦点がぼけた状
態で拡散される。

【0053】本発明にかかる構成は図6に示す第1の従
来型及び図7に示す第2の従来型の3次元形状検査装置
にも適用することができる。図22は第1の従来型の場
合で、ピンホールアレイ4の背後あるいは鎖線で示すよ
うに光検出器アレイ8の手前に拡散部材20を配置す
る。この場合リレーレンズ7はタンデム配置になってい
ないが、これは本質的な違いではない。ただし、本発明
の実施例では、リレーレンズはタンデム配置になってい
る方が望ましい。なぜなら、全ての共焦点ユニットにお
いて拡散部材による像のぼけが、各共焦点ユニットの光
線主軸を中心として均等に広がるからである。

【0054】図23は第2の従来型の場合で、光検出器
アレイ8の手前に拡散部材20を配置した。

【0055】図24は本発明の第3の実施例を示すもの
で、拡散部材20をタンデム配置した両リレーレンズ7
a,7bの間の平行光部に配置している。なおこの実施
例の場合の拡散部材20は極めて薄いもの、あるいは拡
散特性(角度)の狭いもの等拡散効果が小さいものが望
ましい。また、上記拡散部材20のかわりに第4の実施
例として回折格子を用いてもよい。

【0056】そしてこの第3,第4実施例の作用は図2
5,図26に示すようになる。図25は極めて薄い拡散
部材20を用いた場合で、ピンホール4aを通過した光
はタンデム配置の両リレーレンズ7a,7bの間で拡散
され、光検出器アレイ8にぼやけて入射される。

【0057】図26は上記拡散部材20のかわりに回折
格子22を配置した場合で、この回折格子22は振幅型
あるいは位相型のものが用いられ、(0)次光と(+
1)次光と(−1)次光とが光検出器アレイ8に結像す
る。このとき、光検出器アレイ8の光検出部分8aの方
向に合わせて回折方向を設置すれば、方向性をもった分
布にすることができる。

【0058】またこの実施例では1次元の回折格子22
を用いたが、これを2次元の回折格子を用いてXY方向
の両方向に回折するようにしてもよい。さらに、この回
折格子22を上記した拡散部材20と共に用いることに
より、(0)次光、(+1)次光、(−1)次光という
離散的な分布でなく、それぞれの次光がぼけて結像する
ので、全体として滑らかな像分布になり、より好ましい
結果となる。

【0059】図27は本発明の第5の実施例を示すもの
で、光検出器アレイ8に結像するピンホール像をデフォ
ーカスするか、あるいは上記第1から第3の拡散部材2
0によりピンホール像23を均一に満遍なくぼかし、さ
らに1つのピンホール4aを通過する光を複数の光検出
部分8aで受光し、それらを積分する。

【0060】この実施例は上述した各実施例とは異な
り、1つのピンホール4aを通過する光をデフォーカス
あるいは均一にぼかして、それを複数の光検出部分で計
測し、それらを積分するので、像の光量分布にむらがあ
っても積分され、複数の光検出部分8aをまとめて1つ
の光検出器と見れば、実質的には光検出器の感光部分の
開口率が大きくなったのと同等(近似)効果がある。

【0061】上記各実施例において、光源にはレーザな
どの干渉性の高い光源を採用し、光検出器アレイに市販
のCCDセンサなどを流用する場合、センサのカバーガ
ラスでの光の干渉を低減する目的で、カバーガラスを外
したり、カバーガラスとセンサとの間に光学マッチング
のための屈折液を充填することが効果的である。

【0062】なお上記第1から第3の実施例において、
拡散部材20をXY面内で振動またはZ軸を中心に回転
させると、拡散効果はより高いものとなる。

【0063】図28,図29は本発明の第6の実施例で
あり、この実施例は、、ピンホールアレイ4の背後に拡
散部材20を配置すると共に、光検出器アレイ8の前側
にマイクロレンズアレイ24を配置する。

【0064】この実施例では、図29に示すように、ピ
ンホールアレイ4にて満遍なくぼけた光がマイクロレン
ズアレイ24の各マイクロレンズ24aによって光検出
器アレイ8の各光検出部分8aに集光されるので、光検
出部分での光の検出効率が向上する。

【0065】なお、この第6の実施例において、上記の
ように、ピンホールアレイ4の背後に拡散部材20を配
置すると共に、光検出器アレイ8の手前にマイクロレン
ズアレイ22を配置すると共に、図28で鎖線で示すよ
うにタンデム配置した2個のリレーレンズ7a,7bの
間に回折格子22を配置してもよい。

【0066】また、この実施例において、図示しない
が、ピンホールアレイ4の背後の拡散部材20のかわり
にリレーレンズ7a,7b間に拡散部材20を配置し、
これと上記マイクロレンズアレイ24との組合わせでも
よい。

【0067】上記実施例に用いられる拡散部材20の一
例として、上記したように高分子散乱型液晶板がある
が、この散乱型液晶板の製法の一例を図30,図31に
示す。

【0068】まず図30の各図に示すように、紫外線で
硬化するUV接着剤25とガラスビーズ26とを混合
し、撹拌し、これをディスペンサ27にて2枚の光学ガ
ラス板28a,28bの一方のガラス板28aの幅方向
両側部に塗布し、これに他方のガラス板28bと張り合
わせ、これに紫外線を照射して硬化させる。これによ
り、上記ビーズ入りの接着剤の塗布厚分の空間を有する
基板29ができ上がる。

【0069】ついで、図31の各図に示すように、フォ
トポリマ30と液晶31とを電子天秤32にて計量して
混合し、マグネット33を入れた状態にスターラ34に
て撹拌し、これを図31(c)に示すように台35上で
上記基板29の空間に毛細管現象により注入する。その
後、これに紫外線を照射して硬化及び封止することによ
り高分子散乱型液晶板ができ上がる。

【0070】拡散部材20をピンホールアレイ4のすぐ
背後、あるいはすぐ手前に配置する場合、この拡散部材
20に上記液晶液を用いる場合、両者を一体状にしても
よい。その例を図32に示す。

【0071】この場合両光学ガラス基板28a,28b
の間にフォトポリマ30と液晶31と共にピンホールア
レイ4を封入した構成とする。

【0072】また上記各実施例において用いられるピン
ホールアレイ4は、これに光を照射したときの反射率は
少なく、また透過しにくい性質であることが望まれる。
そしてその構造の一例として図33に示す。この構造
は、BK7ガラス36にCr23 からなる第1層37
aと第2層37bの間にCrからなる中間層38をサン
ドイッチした構造となっている。この構造の場合、第1
層37aのCr2 3 の層厚が反射率の大小に関係し、
これの厚さを50mmにすることにより、反射率を殆ど
ゼロにすることができる。

【0073】また透過率は中間層38のCrが関係し、
これが50mmから90mmと厚くなる程透過率が0.
1から0.001と小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図1】従来の共焦点光学装置を示す構成説明図であ
る。

【図2】反射光のピンホール付近での結像状態を示す説
明図である。

【図3】反射光のピンホール付近での結像状態を示す説
明図である。

【図4】反射光のピンホール付近での結像状態を示す説
明図である。

【図5】ホログラムを露光する際の構成説明図である。

【図6】第1の従来型の光学系の構成説明図である。

【図7】第2の従来型の光学系の構成説明図である。

【図8】従来のニップコウディスク型の光学系の構成説
明図である。

【図9】ピンホールを通過した光が光検出器アレイで蹴
られる様子を示す説明図である。

【図10】ピンホールを通過した光が光検出器アレイで
蹴られる様子を示す説明図である。

【図11】本発明の第1の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図12】本発明の第1の実施例における作用説明図で
ある。

【図13】本発明の第1の実施例における作用説明図で
ある。

【図14】本発明の第1の実施例における作用説明図で
ある。

【図15】(a)体積型の拡散部材を示す作用説明図で
ある。 (b)2枚の積層型の拡散部材を示す作用説明図であ
る。

【図16】薄い拡散部材の作用説明図である。

【図17】厚い拡散部材をピンホールアレイから離間し
た状態での作用説明図である。

【図18】厚い拡散部材を用いた場合の作用説明図であ
る。

【図19】第2の実施例でのピンホールを通過してから
焦点を結んだ状態の作用説明図である。

【図20】第2の実施例でのピンホールを通過する部分
で焦点を結んだ状態の作用説明図である。

【図21】第2の実施例でのピンホールの手前で焦点を
結んだ状態の作用説明図である。

【図22】第1の従来型における本発明の第1の実施例
を示す構成説明図である。

【図23】第2の従来型における本発明の第2の実施例
を示す構成説明図である。

【図24】本発明の第3の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図25】本発明の第3の実施例を示す作用説明図であ
る。

【図26】本発明の第4の実施例を示す作用説明図であ
る。

【図27】本発明の第5の実施例を示す作用説明図であ
る。

【図28】本発明の第6の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図29】本発明の第6の実施例を示す作用説明図であ
る。

【図30】(a),(b),(c),(d)は高分子散
乱型液晶板の基板を作る工程を示す説明図である。

【図31】(a),(b),(c)は基板に液晶を注入
する工程を示す説明図である。

【図32】ピンホールアレイと拡散部材を一体にした構
成の一例を示す断面図である。

【図33】ピンホールアレイの断面構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

1,11…光源 2,2a,2b,14a,14b,14c,14d…拡
大レンズ 3…ホログラム 4…ピンホールアレイ 4a…ピンホール 5a,5b…対物レンズ 6…物体 7,7a,7b…リレーレンズ 8…光検出器アレイ 8a…光検出部分 9…制御装置 10…ステージ 12,15…ビームスプリッタ 13a,13b,13c…1/2波長板 20…拡散部材 20a,20b…拡散板 21…拡散中心領域 22…回折格子 23…ピンホール像 24…マイクロレンズアレイ 24a…マイクロレンズ 25…UV接着剤 26…ガラスビーズ 27…ディスペンサ 28a,28b…光学ガラス板 29…基板 30…フォトポリマ 31…液晶 36…BK7ガラス 37a,37b…第1,第2層 38…中間層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守屋 正人 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共焦点光学系を1次元あるいは2次元ア
    レイに配置し、ピンホールアレイのピンホールを通過す
    る反射光をリレーレンズを介して光検出器アレイで計測
    する共焦点光学装置において、 ピンホールアレイの背後に、このピンホールアレイのピ
    ンホールを通過する物体からの反射光をランダムに拡散
    させ、各ピンホールを通過する物体からの反射光を一定
    の確率で満遍なく光検出器アレイの光検出部分に入射さ
    せるようにした拡散部材を配置したことを特徴とする共
    焦点光学装置。
  2. 【請求項2】 共焦点光学系を1次元あるいは2次元ア
    レイに配置し、ピンホールアレイのピンホールを通過す
    る反射光をリレーレンズを介して光検出器アレイで計測
    する共焦点光学装置において、 ピンホールアレイと光検出器アレイとの間にリレーレン
    ズをタンデムに配置し、光検出器アレイの手前に、ピン
    ホールアレイのピンホールを通過する物体からの反射光
    をランダムに拡散させ、各ピンホールを通過する物体か
    らの反射光を一定の確率で満遍なく光検出器アレイの光
    検出部分に入射させる拡散部材を配置したことを特徴と
    する共焦点光学装置。
  3. 【請求項3】 共焦点光学系を1次元あるいは2次元ア
    レイに配置し、ピンホールアレイのピンホールを通過す
    る反射光をリレーレンズを介して光検出器アレイで計測
    する共焦点光学装置において、 ピンホールアレイと光検出器アレイとの間にリレーレン
    ズをタンデムに配置し、両リレーレンズの間に、ピンホ
    ールアレイのピンホールを通過する物体からの反射光を
    ランダムに拡散させ、各ピンホールを通過する物体から
    の反射光を一定の確率で満遍なく光検出器アレイの光検
    出部に入射させる拡散部材を配置したことを特徴とする
    共焦点光学装置。
  4. 【請求項4】 共焦点光学系を1次元あるいは2次元ア
    レイに配置し、ピンホールアレイのピンホールを通過す
    る反射光をリレーレンズを介して光検出器アレイで計測
    する共焦点光学装置において、 ピンホールアレイと光検出器アレイとの間にリレーレン
    ズをタンデムに配置し、両リレーレンズの間に、このピ
    ンホールアレイのピンホールを通過する物体からの反射
    光を規則的に回折させ、各ピンホールを通過する物体か
    らの反射光を各光検出器アレイの光検出部分の形状に合
    わせて入射させる回折格子を配置したことを特徴とする
    共焦点光学装置。
  5. 【請求項5】 ピンホールアレイと光検出器アレイの位
    置関係を、ピンホールアレイの1つのピンホールを通過
    したピンホール像が光検出器アレイの複数の光検出部分
    で受光可能な状態にし、このピンホール像を受光した複
    数の光検出部分の出力を積分する積分手段を有すること
    を特徴とする請求項1,2,3または4記載の共焦点光
    学装置。
  6. 【請求項6】 光検出器アレイの手前にマイクロレンズ
    アレイを配置したことを特徴とする請求項1または3記
    載の共焦点光学装置。
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