JPH11118446A - Two-dimensional array type cofocal optical device - Google Patents

Two-dimensional array type cofocal optical device

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Publication number
JPH11118446A
JPH11118446A JP29497697A JP29497697A JPH11118446A JP H11118446 A JPH11118446 A JP H11118446A JP 29497697 A JP29497697 A JP 29497697A JP 29497697 A JP29497697 A JP 29497697A JP H11118446 A JPH11118446 A JP H11118446A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light source
image
light
lens
microlens array
Prior art date
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Pending
Application number
JP29497697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Ishihara
満宏 石原
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Takaoka Toko Co Ltd
Original Assignee
Takaoka Electric Mfg Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Takaoka Electric Mfg Co Ltd filed Critical Takaoka Electric Mfg Co Ltd
Priority to JP29497697A priority Critical patent/JPH11118446A/en
Publication of JPH11118446A publication Critical patent/JPH11118446A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To irradiate the illuminating light from a light source to an object without enhancing coherence by projecting the image of an incoherent light source imaged by a microlens array to the object, branching the reflected light from the illuminating light, and forming the image of the microlens array on a two-dimensional detector. SOLUTION: The illuminating light emitted from an incoherent light source 1 is made into a parallel light by a collimator lens 4, and the illuminating light emitted from the collimator lens 4 is converged by a microlens array 6 to project the image of the light source 1 to an object A through an objective lens 8. An optical path branching optical element 5 branches the reflected light reflected by the object and passed again through the objective lens 8 and the microlens array 6 from the optical path of the illuminating light. An imaging lens 12 forms the image of the microlens array 6 on a two-dimensional detector 14, and a diaphragm 13 is set in the local position on the rear side. The formed image of the microlens array 6 is photoelectrically converted by the two-dimensional detector 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主に3次元計測の
目的で共焦点画像を得るための光学装置に関する。
The present invention relates to an optical device for obtaining a confocal image mainly for the purpose of three-dimensional measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】共焦点光学系により画像を得る光学シス
テムを共焦点撮像系と呼び、その共焦点撮像系によって
得られる画像を共焦点画像と呼ぶことにして以下従来技
術について説明する。共焦点撮像系として一般的なもの
としてレーザー走査顕微鏡とNipkow disk走
査顕微鏡がある。のような走査機構をもたず、共焦点ピ
ンホールを2次元に配列して共焦点画像の各画素を同時
露光する2次元配列型共焦点撮像系がその高速性ゆえに
適しており、特開平4−265918号公報および特開
平7−181023号公報で開示されている。また本発
明と同一発明者により特願平8−94682として出願
されている。これらの従来技術について特願平8−94
682を例にとって説明する。
2. Description of the Related Art An optical system for obtaining an image by a confocal optical system is called a confocal imaging system, and an image obtained by the confocal imaging system is called a confocal image. As a general confocal imaging system, there are a laser scanning microscope and a Nippow disk scanning microscope. A two-dimensional array type confocal imaging system which does not have a scanning mechanism as described above, and two-dimensionally arranges confocal pinholes and simultaneously exposes each pixel of a confocal image is suitable because of its high speed. It is disclosed in JP-A-4-265918 and JP-A-7-181223. Also, the same inventor as the present invention has filed an application as Japanese Patent Application No. 8-94682. These prior arts are disclosed in Japanese Patent Application No. 8-94.
682 will be described as an example.

【0003】特願平8−94682による装置を図2を
用いて説明する。光源3よりでた照明光はピンホール2
を通過してコリメーターレンズ4により平行光となって
射出される。光路分岐光学素子5は偏光ビームスプリッ
ターであり照明光を直線偏光にして通過させる。光路分
岐光学素子5を通過した照明光はマイクロレンズアレイ
6に入射し各マイクロレンズの焦点に集光される。マイ
クロレンズアレイ6の焦点位置にはピンホールアレイ7
が設置され、各マイクロレンズにより集光された照明光
の焦点の位置に各ピンホールが存在する形となってい
る。このピンホールアレイ7により照明光は、いわば点
光源アレイ化されたことになる。ピンホールを通過した
照明光は対物レンズ8に入射し、対物レンズ8内部に設
けた1/4波長板10により円偏光となって、ピンホー
ルの像を物体Aに投影する。対物レンズ8は、内部にテ
レセントリック絞り9とレンズ8aと8bとをもつ両側
テレセントリックなレンズであり、物体Aあるいは光学
系を光軸方向に移動させても倍率変化が発生しないよう
になっている。物体Aからの反射光は、再び対物レンズ
8に入射して、1/4波長板10により照明光と直交す
る直線偏光となり、集光されて再びピンホールアレイ7
に到達する。ピンホールアレイ7のピンホールを通過し
た反射光は、マイクロレンズアレイ6により平行光束と
なって射出される。反射光は照明光とは直交する直線偏
光光であるから偏光ビームスプリッターである光路分岐
光学素子5により偏向されて結像レンズ12に入射す
る。結像レンズ12に入射した反射光は、絞り13を通
過して2次元検出器14に到達する。結像レンズ12は
マイクロレンズアレイ6面と2次元検出器14表面が共
役になっている。これにより2次元検出器14上には共
焦点画像が得られ、2次元検出器14により光電変換さ
れて電気信号として出力される。
An apparatus according to Japanese Patent Application No. 8-94682 will be described with reference to FIG. Illumination light from light source 3 is pinhole 2
, And are collimated by the collimator lens 4 to be emitted. The optical path branching optical element 5 is a polarizing beam splitter, and passes illumination light as linearly polarized light. The illumination light passing through the optical path branching optical element 5 enters the microlens array 6 and is collected at the focal point of each microlens. A pinhole array 7 is provided at the focal position of the microlens array 6.
Are provided, and each pinhole exists at the position of the focal point of the illumination light condensed by each microlens. The pinhole array 7 converts the illumination light into a so-called point light source array. The illumination light having passed through the pinhole enters the objective lens 8, is converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 10 provided inside the objective lens 8, and projects the image of the pinhole onto the object A. The objective lens 8 is a double-sided telecentric lens having a telecentric stop 9 and lenses 8a and 8b inside, so that a change in magnification does not occur even if the object A or the optical system is moved in the optical axis direction. The reflected light from the object A again enters the objective lens 8, becomes linearly polarized light orthogonal to the illumination light by the 波長 wavelength plate 10, is collected, and is again focused on the pinhole array 7.
To reach. The reflected light passing through the pinholes of the pinhole array 7 is emitted by the microlens array 6 as a parallel light flux. Since the reflected light is linearly polarized light orthogonal to the illumination light, the reflected light is deflected by the optical path branching optical element 5 which is a polarization beam splitter and enters the imaging lens 12. The reflected light incident on the imaging lens 12 passes through the stop 13 and reaches the two-dimensional detector 14. In the imaging lens 12, the surface of the microlens array 6 and the surface of the two-dimensional detector 14 are conjugate. As a result, a confocal image is obtained on the two-dimensional detector 14, is photoelectrically converted by the two-dimensional detector 14, and is output as an electric signal.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】2次元配列型共焦点光
学装置を特願平8−94682の装置を例に取って説明
したが、本発明が解決しようとする課題は特願平8−9
4682の装置だけでなく特開平4−265918号公
報および特開平7−181023号公報の装置にも共通
して存在する。どの装置も2次元配列の点光源を作り出
す目的でピンホールアレイを持っており、この部分で問
題が発生する。
The two-dimensional array type confocal optical device has been described by taking the device of Japanese Patent Application No. 8-94682 as an example, but the problem to be solved by the present invention is that of Japanese Patent Application No. 8-9.
4682 as well as the apparatuses disclosed in JP-A-4-265918 and JP-A-7-181023. Each device has a pinhole array for the purpose of producing a two-dimensional array of point light sources, and a problem occurs in this portion.

【0005】2次元配列型共焦点撮像系の場合、照明光
はできるだけ可干渉性の低い光であることが要求され
る。それは、局所的な光の干渉により発生する粒状雑音
(以下スペックルと記す)ができるだけない画像を得る
ためである。走査型の共焦点撮像系では2次元検出器の
露光時間中も物体に投射されるスポットは移動している
ため、スペックルが発生しても移動によりスペックルの
状態が変化し平均化される。しかし、2次元配列型共焦
点撮像系ではスポットは2次元検出器の露光時間中全く
動かない。そのためスペックルがスポット内で発生した
場合そのまま画像に影響してしまう。とくに低倍率、低
開口数の対物レンズを用いた場合のスポットサイズが大
きい状態での粗面観察の場合に著しい。このため、2次
元配列型共焦点撮像系では光源はインコヒーレントなも
のを用いるか、または位相ランダマイザによりコヒーレ
ント光をインコヒーレント化して用いている。しかし、
インコヒーレントな光源を使ったとしてもピンホールア
レイのピンホールを通過させることにより結局可干渉性
が高くなり、スペックルの発生を招いている。
[0005] In the case of a two-dimensional array type confocal imaging system, illumination light is required to be light having as low coherence as possible. This is to obtain an image in which granular noise (hereinafter, referred to as speckle) generated by local light interference is minimized. In the scanning type confocal imaging system, the spot projected on the object moves even during the exposure time of the two-dimensional detector, so even if speckle occurs, the state of the speckle changes due to the movement and is averaged. . However, in the two-dimensional array confocal imaging system, the spot does not move at all during the exposure time of the two-dimensional detector. Therefore, when speckles occur in the spot, they directly affect the image. This is particularly remarkable in the case of observation of a rough surface with a large spot size when an objective lens having a low magnification and a low numerical aperture is used. For this reason, in the two-dimensional array type confocal imaging system, an incoherent light source is used, or coherent light is made incoherent by a phase randomizer and used. But,
Even if an incoherent light source is used, passing through the pinholes of the pinhole array will eventually increase the coherence and cause speckles.

【0006】また、数十万個に及ぶピンホールアレイの
作成は技術的に難しく、特に、光量増加のためにマイク
ロレンズをピンホールと同軸で配置する場合、位置決め
には特別な装置が必要となる。また、ピンホールの遮光
膜部分で反射する光が2次元検出器に届かないようにす
る対策も必要である(従来装置では偏光ビームスプリッ
ター、1/4波長板などの偏光光学素子がその対策であ
る)。
Further, it is technically difficult to prepare hundreds of thousands of pinhole arrays. In particular, when a microlens is arranged coaxially with a pinhole to increase the amount of light, a special device is required for positioning. Become. It is also necessary to take measures to prevent the light reflected by the light-shielding film portion of the pinhole from reaching the two-dimensional detector. (In the conventional device, a polarizing beam splitter, a polarizing optical element such as a quarter-wave plate, etc. is a countermeasure. is there).

【0007】そこで本発明は、構造が簡単で製作が容易
であり、インコヒーレントな光源からの照明光を可干渉
性を高めることなく物体に投射できる2次元配列型共焦
点撮像系を提供することを目的とするものである。
Accordingly, the present invention provides a two-dimensional array confocal imaging system which has a simple structure and is easy to manufacture, and which can project illumination light from an incoherent light source onto an object without increasing coherence. It is intended for.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】目的達成のために、イン
コヒーレント光源1と、前記インコヒーレント光源1か
ら射出された照明光を平行光とするコリメーターレンズ
4と、前記コリメーターレンズ4から射出された照明光
を集光してインコヒーレント光源1の像を各マイクロレ
ンズ毎に結像するマイクロレンズアレイ6と、前記マイ
クロレンズアレイ6により結像されたインコヒーレント
光源1の像を物体Aに投影する対物レンズ8と、物体A
で反射し、再び対物レンズ8とマイクロレンズアレイ6
を通過した反射光を照明光の光路と分岐させる光路分岐
光学素子5と、マイクロレンズアレイ6の像を2次元検
出器14上に結像させる結像レンズ12と、結像レンズ
12の後ろ側焦点位置に置かれた絞り13と、結像され
たマイクロレンズアレイ6の像を光電変換する2次元検
出器14とにより構成する。このように構成することに
よりピンホールアレイは必要なくなり、可干渉性が高ま
ることはない。しかも、より構造が単純である。マイク
ロレンズとの位置あわせを行う必要もなく、かつ、遮光
膜からの反射もない。
In order to achieve the object, an incoherent light source 1, a collimator lens 4 for collimating the illumination light emitted from the incoherent light source 1, and an collimator lens 4 emitted from the collimator lens 4. A microlens array 6 for condensing the illumination light thus formed and forming an image of the incoherent light source 1 for each microlens, and an image of the incoherent light source 1 formed by the microlens array 6 on an object A Objective lens 8 for projecting and object A
Reflected by the objective lens 8 and the micro lens array 6 again.
An optical path branching optical element 5 for branching the reflected light passing through the optical path of the illumination light, an imaging lens 12 for imaging the image of the microlens array 6 on the two-dimensional detector 14, and a rear side of the imaging lens 12. The diaphragm 13 is provided at the focal position, and the two-dimensional detector 14 photoelectrically converts the formed image of the microlens array 6. This configuration eliminates the need for a pinhole array and does not increase coherence. Moreover, the structure is simpler. There is no need to perform alignment with the microlens, and there is no reflection from the light-shielding film.

【0009】また、コリメーターレンズ4の焦点距離は
マイクロレンズアレイ6の各マイクロレンズの焦点距離
の少なくとも100倍であるように構成する。このよう
に構成することで、光源はある程度大きくてもよいこと
になり、高出力のインコヒーレント光源を得ることがで
きる。
Further, the focal length of the collimator lens 4 is configured to be at least 100 times the focal length of each micro lens of the micro lens array 6. With this configuration, the light source may be somewhat large, and a high-output incoherent light source can be obtained.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1に本発明の実施の形態
の例を示す。以下照明光の経路に従って本発明の構成を
説明する。インコヒーレント光源1よりでた照明光はコ
リメーターレンズ4によりほぼ平行光となって射出され
る。この照明光は光路分岐光学素子5を通過しマイクロ
レンズアレイ6に入射し各マイクロレンズの焦点に集光
される。集光点にはインコヒーレント光源1の像が各マ
イクロレンズ毎に結像する。結像倍率はコリメーターレ
ンズ4の焦点距離f1とマイクロレンズの焦点距離f2
の比f2/f1で決定される。この結像倍率を本実施形
態では数百分の1とする。このようにするとインコヒー
レント光源1が数mm程度の大きさを持っていてもその
像はせいぜい10μm程度であり、十分点と見なすこと
ができる。集光され点となった照明光は再び発散光とな
って対物レンズ8に入射しマイクロレンズアレイ6によ
り得られた光点の像を物体Aに投影する。対物レンズ8
は、内部にテレセントリック絞り9とレンズ8aと8b
とをもつ両側テレセントリックなレンズであり、物体A
あるいは光学系を光軸方向に移動させても倍率変化が発
生しないようになっている。物体Aからの反射光は、再
び対物レンズ8に入射して、マイクロレンズアレイ6に
到達する。マイクロレンズアレイ6を通過した反射光
は、光路分岐光学素子5により偏向されて結像レンズ1
2に入射し、絞り13によって光束が制限され2次元検
出器14に到達する。このとき2次元検出器14上には
共焦点画像が得られている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described according to the path of illumination light. The illumination light from the incoherent light source 1 is emitted by the collimator lens 4 as substantially parallel light. This illumination light passes through the optical path branching optical element 5, enters the microlens array 6, and is collected at the focal point of each microlens. An image of the incoherent light source 1 is formed on each microlens at the focal point. The imaging magnification is the focal length f1 of the collimator lens 4 and the focal length f2 of the microlens.
Is determined by the ratio f2 / f1. In this embodiment, the imaging magnification is set to several hundredths. In this case, even if the incoherent light source 1 has a size of about several mm, its image is at most about 10 μm, and can be regarded as a sufficient point. The focused illumination light becomes divergent light again, enters the objective lens 8, and projects the image of the light spot obtained by the microlens array 6 onto the object A. Objective lens 8
Has a telecentric aperture 9 and lenses 8a and 8b inside
A telecentric lens with
Alternatively, even if the optical system is moved in the optical axis direction, no change in magnification occurs. The reflected light from the object A again enters the objective lens 8 and reaches the microlens array 6. The reflected light that has passed through the microlens array 6 is deflected by the optical path branching optical element 5 to form the imaging lens 1.
2, the luminous flux is restricted by the stop 13 and reaches the two-dimensional detector 14. At this time, a confocal image has been obtained on the two-dimensional detector 14.

【0011】照明系の部分(インコヒーレント光源1、
コリメーターレンズ4、マイクロレンズアレイ6)につ
いて詳しく説明する。2次元配列型共焦点撮像系では点
光源の像を対物レンズにより物体に投射する必要がある
ため、従来技術の解説で示したように点光源をつくるた
めに照明系にピンホール(ピンホールアレイ)を持つの
が一般的である。しかし、ピンホールからでた光は可干
渉性が高く、非走査型(2次元配列型)でかつ低倍率、
低開口数の共焦点撮像系では粗面観察においてスペック
ルが発生し画質の劣化、三次元計測精度の低下を招く。
光源が例えばハロゲンランプのような白色のインコヒー
レント光源であっても、ピンホールを通すことで可干渉
性が高くなってしまう。そこで、ピンホールを通すこと
なく、レンズによる光源の縮小投影により光源の持つ可
干渉性を高めることなく点光源化することを本発明では
提案している。以下に具体的に説明する。
The illumination system (incoherent light source 1,
The collimator lens 4 and the micro lens array 6) will be described in detail. In a two-dimensional array type confocal imaging system, it is necessary to project an image of a point light source onto an object using an objective lens. Therefore, as described in the description of the related art, a pinhole (pinhole array) is required in an illumination system to create a point light source. ) Is common. However, light emitted from the pinhole has high coherence, is non-scanning type (two-dimensional array type) and has low magnification,
In a confocal imaging system with a low numerical aperture, speckles occur during rough surface observation, resulting in deterioration of image quality and reduction of three-dimensional measurement accuracy.
Even if the light source is, for example, a white incoherent light source such as a halogen lamp, passing through a pinhole increases coherence. In view of this, the present invention proposes a point light source without passing through a pinhole and reducing the coherence of the light source by reducing and projecting the light source using a lens. This will be specifically described below.

【0012】コリメーターレンズ4とマイクロレンズア
レイ6により、各マイクロレンズの焦点位置にインコヒ
ーレント光源1の像が倍率f2/f1で結像する。マイ
クロレンズアレイ6の画像複製能力により各マイクロレ
ンズ毎にインコヒーレント光源1の像が結像されること
になる。f2=0.5mm、f1=100mmとすれば
結像倍率は1/200である。例えばインコヒーレント
光源1の大きさがφ2mmであるとしてもその像はφ1
0μmである。(もちろんマイクロレンズの開口数とイ
ンコヒーレント光源1の波長で決まる光の回折による像
の広がりは発生する。)対物レンズ8が倍率5倍、開口
数0.1のものであるとした場合、物体に投射されるス
ポットのサイズは幾何光学的にはφ2μmであり、開口
数0.1の無収差レンズの点広がり関数(PSF)の直
径が6μm以上あることから考えれば、インコヒーレン
ト光源1の大きさは十分無視できる程度である。つま
り、大きさをもつインコヒーレント光源1を用いてもこ
のような光学配置であれば十分共焦点光学系の照明とし
て機能し、点光源とするために従来必要であったピンホ
ールは、本発明の照明系では必要ないと言える。ピンホ
ールが無いことでインコヒーレント光源1の可干渉性の
低さがそのまま保たれるためスペックルの発生が抑制さ
れることになる。
The collimator lens 4 and the microlens array 6 form an image of the incoherent light source 1 at the focal position of each microlens at a magnification f2 / f1. The image of the incoherent light source 1 is formed for each micro lens by the image duplication ability of the micro lens array 6. If f2 = 0.5 mm and f1 = 100 mm, the imaging magnification is 1/200. For example, even if the size of the incoherent light source 1 is φ2 mm, the image is φ1
0 μm. (Of course, an image spread occurs due to diffraction of light determined by the numerical aperture of the microlens and the wavelength of the incoherent light source 1.) If the objective lens 8 has a magnification of 5 and a numerical aperture of 0.1, the object The size of the spot projected on the incoherent light source 1 is geometrically optically φ2 μm, and the diameter of the point spread function (PSF) of the astigmatic lens having a numerical aperture of 0.1 is 6 μm or more. That is negligible. In other words, even if the incoherent light source 1 having a size is used, such an optical arrangement can sufficiently function as illumination of a confocal optical system, and a pinhole conventionally required to be used as a point light source can be obtained by the present invention. It can be said that this is not necessary for the lighting system. Since there is no pinhole, the low coherence of the incoherent light source 1 is kept as it is, so that the occurrence of speckle is suppressed.

【0013】また、ピンホールが無いと言うことは、遮
光膜が無いと言うことで、従来装置で問題であった遮光
膜での反射を考慮しなくて良いことになる。遮光膜は酸
化クロム/クロム/酸化クロムの三層の膜を用いるが、
酸化クロムであっても5パーセント程度の反射は発生す
る。遮光膜が無い場合、多層ARコートを施すことで反
射は0.2パーセント程度まで減らすことが可能であ
る。このため、従来装置では遮光膜での照明光の反射光
が2次元検出器に入射しないように、偏光ビームスプリ
ッターや1/4波長板といった偏光素子を用いて対策し
ているが、本発明では必ずしもこのような対策は必要な
い。もちろん同様の対策をすればよりノイズ光をカット
することができるため、従来装置と同様の構成としても
良い。
Further, the absence of a pinhole means that there is no light-shielding film, so that reflection on the light-shielding film, which is a problem in the conventional device, does not need to be considered. The light shielding film uses three layers of chromium oxide / chromium / chromium oxide,
Even with chromium oxide, reflection of about 5% occurs. When there is no light-shielding film, reflection can be reduced to about 0.2% by applying a multilayer AR coat. For this reason, in the conventional device, measures are taken using a polarizing element such as a polarizing beam splitter or a quarter-wave plate so that the reflected light of the illuminating light from the light shielding film does not enter the two-dimensional detector. Such measures are not always necessary. Of course, noise light can be cut more by taking the same countermeasures. Therefore, the same configuration as the conventional device may be adopted.

【0014】次に、結像レンズ12及び絞り13の働き
を説明する。この光学配置ではマイクロレンズアレイ6
の各マイクロレンズの焦点位置と結像レンズ12の後ろ
側焦点位置は共役関係にあり、マイクロレンズアレイ6
の各マイクロレンズの焦点位置を通過する光は全て結像
レンズ12の光軸上の後ろ側焦点位置に集光される。こ
こに絞り13を置くことにより各マイクロレンズの焦点
にピンホールが存在するのと同様な効果を得ることがで
きる。つまり、各マイクロレンズの焦点にピンホールが
あるとした場合にピンホールを通過する光はマイクロレ
ンズの焦点距離f2と結像レンズ7の焦点距離f3の比
で決まる倍率f3/f2で結像レンズ12の後ろ側焦点
近傍に到達するため絞り13を通過するが、各マイクロ
レンズの焦点にピンホールがあるとした場合に遮光され
る部分を通過する光は結像レンズ12の後ろ側焦点近傍
からはずれた位置に到達することになるので絞り13に
より遮光されてしまうことになる。
Next, the operation of the imaging lens 12 and the aperture 13 will be described. In this optical arrangement, the microlens array 6
The focal position of each microlens and the rear focal position of the imaging lens 12 are in a conjugate relationship, and the microlens array 6
All the light passing through the focal position of each microlens is focused on the rear focal position on the optical axis of the imaging lens 12. By placing the aperture 13 here, it is possible to obtain the same effect as the presence of a pinhole at the focal point of each microlens. That is, assuming that there is a pinhole at the focal point of each microlens, the light passing through the pinhole forms an imaging lens at a magnification f3 / f2 determined by the ratio of the focal length f2 of the microlens to the focal length f3 of the imaging lens 7. Although the light passes through the aperture 13 to reach the vicinity of the rear focal point of the lens 12, the light passing through the light-shielded portion when there is a pinhole at the focal point of each microlens is transmitted from the vicinity of the rear focal point of the imaging lens 12. Since the light reaches the deviated position, the light is blocked by the aperture 13.

【0015】この構造を図2で示した従来装置と比較し
てみると本質的な違いはピンホールアレイ7だけである
(1/4波長板10等の偏光素子やピンホール2は本発
明にもあってもかまわない。最低限の構成要素ではな
い)。従来装置では絞り13は迷光対策として入れてあ
り共焦点効果を得るための共焦点ピンホールの意味合い
では用いていなかったが、本発明では共焦点ピンホール
の役割もこの絞り13に担わせている。これにより、ピ
ンホールアレイは必要なくなり、従来装置に比べ製造が
著しく容易になる。
When this structure is compared with the conventional device shown in FIG. 2, the essential difference is only the pinhole array 7 (the polarizing element such as the quarter-wave plate 10 and the pinhole 2 are used in the present invention). (It is not a minimum component.) In the conventional apparatus, the aperture 13 is provided as a countermeasure against stray light and is not used in the sense of a confocal pinhole for obtaining a confocal effect, but in the present invention, the aperture 13 also plays a role of a confocal pinhole. . This eliminates the need for a pinhole array and greatly facilitates manufacturing compared to conventional devices.

【0016】以上の実施の形態は本発明の例にすぎず、
これに限られるものではない。例えば、インコヒーレン
ト光源1はインコヒーレントであると言うことからかな
りの大きさを持ったものを想定して説明したが、LED
のように非常に大きさの小さいインコヒーレント光源で
も良いし、レーザー光源から射出されるビームを拡散板
に当てて拡散板を回転させ、位相をランダマイズしてイ
ンコヒーレント光とするような、位相ランダマイザ付き
コヒーレント光源であっても良い。この場合コリメータ
ーレンズ2はビームエキスパンダと呼ぶ方がふさわし
い。とにかくインコヒーレントな光出力をするものであ
れば何でも良い。単色、白色の別を問わない。
The above embodiment is merely an example of the present invention.
However, it is not limited to this. For example, the incoherent light source 1 has been described assuming that it has a considerable size because it is incoherent.
Or a phase randomizer that applies a beam emitted from a laser light source to a diffuser, rotates the diffuser, and randomizes the phase to produce incoherent light. A coherent light source may be used. In this case, the collimator lens 2 is more appropriately called a beam expander. Anything can be used as long as it produces an incoherent light output. It does not matter whether it is monochromatic or white.

【0017】例えば、インコヒーレント光源1として水
銀灯、あるいは紫外線レーザーを位相ランダマイザによ
りインコヒーレント化したものを用い、光路分岐光学素
子5としてダイクロイックビームスプリッターを用いれ
ば、蛍光画像を得ることが可能な光学系となる。
For example, if an incoherent light source 1 is a mercury lamp or an ultraviolet laser made incoherent by a phase randomizer, and a dichroic beam splitter is used as an optical path branching optical element 5, an optical system capable of obtaining a fluorescent image can be obtained. Becomes

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明の2次元配列型共焦点光学装置
は、低倍率、低開口数の対物レンズを用いても粗面観察
時にスペックルが発生しないことが最大の特徴であっ
て、ファクトリーオートメーションにおける自動検査ラ
インでの三次元計測などの用途に置いては、粗面、低倍
率の計測が求められることが多いため著しく効果がある
と考えられる。また構造的には、微妙な位置合わせや調
整が必要となる部分がないため一般的な光学系の組立調
整だけで製作が可能であり、それ以上の技術、製造設備
を特に用意することもないためコスト的にも著しい改善
となると考える。
The two-dimensional array type confocal optical device of the present invention is characterized in that speckles do not occur during rough surface observation even when an objective lens having a low magnification and a low numerical aperture is used. In applications such as three-dimensional measurement on an automatic inspection line in automation, rough surface and low magnification measurement are often required, which is considered to be remarkably effective. Structurally, there are no parts that require delicate alignment or adjustment, so it can be manufactured only by assembling and adjusting general optical systems, and there is no need to provide any more technical and manufacturing equipment. Therefore, it is thought that the cost will be remarkably improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の例を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention.

【図2】従来装置を説明するための図である。 0FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional device. 0

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インコヒーレント光源 2 ピンホール 3 光源 4 コリメーターレンズ 5 光路分岐光学素子 6 マイクロレンズアレイ 7 ピンホールアレイ 8 対物レンズ 8a レンズ 8b レンズ 9 テレセントリック絞り 10 1/4波長板 12 結像レンズ 13 絞り 14 2次元検出器 1 Reference Signs List 1 incoherent light source 2 pinhole 3 light source 4 collimator lens 5 optical path branching optical element 6 microlens array 7 pinhole array 8 objective lens 8a lens 8b lens 9 telecentric aperture 10 1/4 wavelength plate 12 imaging lens 13 aperture 14 2 Dimension detector 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インコヒーレント光源1と、前記インコ
ヒーレント光源1から射出された照明光を平行光とする
コリメーターレンズ4と、前記コリメーターレンズ4か
ら射出された照明光を集光してインコヒーレント光源1
の像を各マイクロレンズ毎に結像するマイクロレンズア
レイ6と、前記マイクロレンズアレイ6により結像され
たインコヒーレント光源1の像を物体Aに投影する対物
レンズ8と、物体Aで反射し、再び対物レンズ8とマイ
クロレンズアレイ6を通過した反射光を照明光の光路と
分岐させる光路分岐光学素子5と、マイクロレンズアレ
イ6の像を2次元検出器14上に結像させる結像レンズ
12と、結像レンズ12の後ろ側焦点位置に置かれた絞
り13と、結像されたマイクロレンズアレイ6の像を光
電変換する2次元検出器14とにより構成されることを
特徴とする2次元配列型共焦点光学装置。
1. An incoherent light source 1, a collimator lens 4 that converts illumination light emitted from the incoherent light source 1 into parallel light, and an illumination light emitted from the collimator lens 4 is collected and focused. Coherent light source 1
A microlens array 6 that forms an image of each microlens, an objective lens 8 that projects the image of the incoherent light source 1 formed by the microlens array 6 onto an object A, The optical path branching optical element 5 for branching the reflected light passing through the objective lens 8 and the microlens array 6 again to the optical path of the illumination light, and the imaging lens 12 for forming an image of the microlens array 6 on the two-dimensional detector 14. A diaphragm 13 placed at a focal position behind the imaging lens 12 and a two-dimensional detector 14 for photoelectrically converting the formed image of the microlens array 6. Array type confocal optical device.
【請求項2】 コリメーターレンズ4の焦点距離はマイ
クロレンズアレイ6の各マイクロレンズの焦点距離の少
なくとも100倍であることを特徴とする請求項1記載
の2次元配列型共焦点光学装置。
2. The two-dimensional array type confocal optical device according to claim 1, wherein the focal length of the collimator lens is at least 100 times the focal length of each micro lens of the micro lens array.
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