KR101376632B1

KR101376632B1 - 화상 측정기

Info

Publication number: KR101376632B1
Application number: KR1020097008512A
Authority: KR
Inventors: 다이사쿠 모치다
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2014-03-19
Also published as: EP2088459B1; US20090225412A1; JPWO2008062651A1; CN101542352B; CN101542352A; WO2008062651A1; JP5012810B2; KR20090082195A; EP2088459A4; EP2088459A1; US8120844B2

Abstract

본 발명의 화상 측정기는, 조명계에 플라이아이 인테그레이터를 이용하고, 플라이아이 인테그레이터는 이하의 식 (1)을 만족시키도록 한다.

Φ×φ/f＞M×D_L×NA_L … (1)

단, Φ는 플라이아이 인테그레이터의 출사단면에 내접하는 원의 직경,

φ는 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 단면에 내접하는 원의 직경,

f는 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 초점거리,

M은 결상 광학계의 줌 변배비(變倍比),

D_L은 결상 광학계의 줌 저배측에 필요한 시야 직경,

NA_L은 결상 광학계의 줌 저배측에 필요한 개구수이다.

이에 따라, 줌의 저배에서 고배에 걸쳐 NA의 부족 및 시야의 불균일을 방지할 수 있는 화상 측정기를 제공할 수 있다.

Description

화상 측정기{IMAGE MEASURING DEVICE}

본 발명은 기계부품이나 반도체 칩 등의 피검물의 치수를 측정하는 광학식 화상 측정기에 관한 것이다.

종래, 피측정물인 워크의 형상 치수를 측정하는 측정 장치로서, 측정 현미경이나 화상 측정기가 널리 보급되어 있다. 이들 장치에서는, 수평 방향으로 이동 가능한 스테이지 상에 놓인 피검사물을, 광학계를 통해 촬상 장치에 확대 투영하고, 그 투영상을 광전 변환한 화상 신호를 이용하여 피검사물의 표면의 형상, 결함 등을 검사하거나 좌표, 치수 등을 측정한다. 이러한 장치의 예가 일본 특허 공개 평성 제11-183124호 공보(특허 문헌 1)에 기재되어 있다.

통상 이들 장치는 조명계로서 투과 조명과 낙사(落射) 조명을 구비하고 있지만, 기계 부품 등의 불투명 물체를 측정할 때에는 오로지 낙사 조명이 이용된다. 낙사 조명은 할로겐 램프, 콜렉터 렌즈, 집광 렌즈 등으로 구성되고, 대물 렌즈를 통하여 물체를 텔레센트릭(telecentric)하게 조명한다.

한편, 결상 광학계는 대물 렌즈, 결상 렌즈를 구비하고, 피검물의 상을 촬상 장치에 결상시킨다. 피검물의 사이즈에 따라 배율을 바꿀 수 있는 줌 광학계를 갖는 장치도 알려져 있다.

특허 문헌 : 일본 특허 공개 평성 제11-183124호 공보

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

상기 줌 광학계를 구비하는 장치의 경우, 조명은 줌 저배측의 광시야와 고배측의 고NA를 양립시키는 조명광을 필요로 하고 있다. 그러나, 종래의 낙사 조명계에서는 고배측의 NA가 부족하게 되거나, 저배측의 시야 주변이 어둡게 되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 또한, 최근 LED가 보급되기 시작함으로써, 조명 광학계의 광원에 LED를 채용하는 경우가 늘어났다. LED는 할로겐 램프에 비하여 전력 절약, 일정한 색온도, 빠른 응답성 등 여러 가지 장점이 있지만, 발광 영역이 할로겐 램프에 비하여 작기 때문에, 상기 문제가 나타나게 된다고 하는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 줌 광학계를 구비하는 화상 측정기로서, LED와 같은 소면적의 광원을 사용한 낙사 조명을 이용하면서, 줌의 저배에서 고배에 걸쳐 NA의 부족 및 시야의 불균일을 방지할 수 있는 화상 측정기를 제공하는 것을 과제로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위한 제1 수단은, 피검면을 측정하는 화상 측정기로서, 대물 렌즈와 줌 광학계를 포함하는 결상 광학계와, 광원과 플라이아이 인테그레이터(fly eye integrator)를 포함하며, 상기 대물 렌즈를 통해 상기 피검면을 조명하는 조명 광학계를 구비하며, 또한 상기 플라이아이 인테그레이터가 이하의 식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상 측정기이다.

Φ×φ/f＞M×D_L×NA_L … (1)

단, Φ: 플라이아이 인테그레이터의 출사단면(出射端面)에 형성된 의사 광원의 사이즈

φ: 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 단면(端面)에 내접하는 원의 직경

f: 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 초점거리

M: 결상 광학계의 줌 변배비(變倍比)

D_L: 줌 저배측에서의 결상 광학계의 시야 직경

NA_L: 줌 저배측에서의 결상 광학계의 개구수

상기 과제를 해결하기 위한 제2 수단은, 상기 제1 수단에 있어서, 상기 플라이아이 인테그레이터가 다음 식 (2) 및 식 (3)을 더 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

φ/f＞D_L/F … (2)

φ＜NA_L×F … (3)

단, F: 대물 렌즈의 초점거리

상기 과제를 해결하기 위한 제3 수단은, 상기 제1 수단에 있어서, 조명 광학계는 상기 플라이아이 인테그레이터 뒤에 조명 릴레이 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 제4 수단은, 상기 제3 수단에 있어서, 상기 플라이아이 인테그레이터가 하기 식 (2') 및 식 (3')을 더 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

φ/(f×B)＞D_L/F … (2')

φ×B＜NA_L×F … (3')

단, F: 대물 렌즈의 초점거리

B : 릴레이 렌즈의 배율

발명의 효과

본 발명에 따르면, 줌 광학계를 구비하는 화상 측정기로서, LED와 같은 소면적의 광원을 사용한 낙사 조명을 이용하면서, 줌의 저배에서 고배에 걸쳐 NA의 부족 및 시야의 불균일을 방지할 수 있는 화상 측정기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태인 화상 측정기를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 조명 광학계를 도시한 도면이다.

도 3은 플라이아이 인테그레이터의 모식도이다.

도 4는 플라이아이의 개구수와 조명 영역의 관계를 도시한 도면이다.

도 5는 플라이아이의 간격의 제한을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시형태인 화상 측정기의 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : LED 광원

2 : 콜렉터 렌즈

3 : 플라이아이 인테그레이터

4 : 확산판

5 : 접이식 미러

6 : 편광판

7 : 편광 빔 스플리터

8 : 감광 필터

9 : 대물 렌즈

10 : 1/4 파장판

11 : 피검물

12 : 줌 광학계

13 : 검광자

14 : 결상 렌즈

15 : CCD

16 : 레이저 다이오드

17 : 투광 렌즈

18 : 수광 렌즈

19 : 2 분할 센서

20 : 개구 조리개

21 : 광원

22 : 집광 렌즈

23 : 렌즈 요소

24 : 조명 릴레이 렌즈

25 : 시야 조리개

이하, 본 발명의 실시형태의 예를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태인 화상 측정기를 모식적으로 도시한 도면이다. LED(1)로부터 출사된 광은 콜렉터 렌즈(2)를 통해 콜리메이트되어, 플라이아이 인테그레이터(3)에 입사된다. 플라이아이 인테그레이터(3)는 텔레센트릭 조명을 행하기 위해서 대물 렌즈(9)의 초점 위치에 배치된다.

플라이아이 인테그레이터(3)에서 출사된 광속(光束)은 확산판(4)을 통과하여 접이식 미러(5)에 의해 광로가 바뀌고, 편광판(6)을 통과하며, 편광 빔 스플리터(7)의 코팅에서 반사되어 결상 광학계 내로 유도된다. 이때, 개구 조리개(20)에 의해 여분의 광속은 제한된다. 그 후, 대물 렌즈(9), 1/4 파장판(10)을 통과하여 피검물(11)을 조명한다.

피검물(11)로부터의 회절광은 1/4 파장판(10), 대물 렌즈(9)를 통과하고, 편 광 빔 스플리터(7)의 코팅을 투과하여 줌 광학계(12)에 입사된다. 줌 광학계(12)는 피검물(11)의 사이즈에 따라 광학계의 결상 배율을 변경하는 기능을 갖는다. 그 후, 검광자(13)를 통과하고, 결상 렌즈(14)에 의해 CCD(15) 상에 피검물의 상을 결상시킨다. 편광판(6), 편광 빔 스플리터(7), 감광 필터(8), 1/4 파장판(10), 검광자(13)는 프리즘, 대물 렌즈 등의 표면 반사에서 유래하는 노이즈를 저감시키기 위해 배치되어 있다. 이하에 그 기능을 설명한다.

편광판(6)은 지면에 수직한 방향의 직선 편광이 투과할 수 있는 방향으로 배치되어 있고, 검광자(13)는 지면에 평행한 방향의 직선 편광이 투과할 수 있는 방향으로 배치되어 있다. 편광판(6)을 투과한 광은 지면에 수직한 방향의 직선 편광이 되고, 편광 빔 스플리터(7)에서 반사된다. 약간 투과된 성분은 감광 필터(8)에 흡수된다. 프리즘, 대물 렌즈의 표면 반사광은 지면에 수직한 방향의 직선 편광이기 때문에 대부분이 편광 빔 스플리터(7)를 직진할 수 없다. 일부 직진한 누출 성분은 검광자(13)를 투과할 수 없어, 결국 표면 반사광은 CCD(15)에 도달할 수 없다.

한편, 1/4 파장판(10)을 투과한 조명광은 피검물을 조명하고, 피검물로부터의 회절광은 다시 1/4 파장판을 통과하게 된다. 2번 1/4 파장판(10)을 통과한 광은, 지면에 수직한 방향의 직선 편광이 90도 회전되어 지면에 평행한 방향의 직선 편광이 된다. 이 때문에, 피검물(11)로부터의 광은 편광 빔 스플리터(7), 검광자(13)를 투과하여 CCD(15)에 도달할 수 있다. 또한, 검광자(13) 투과 후의 광은 직선 편광이 되기 때문에, CCD(15)로서 컬러의 3CCD 카메라를 사용하는 경우는, 직 선 편광의 악영향을 피하기 위해, 검광자 뒤에 도시하지 않은 1/4 파장판을 배치하고, 직선 편광을 원편광으로 바꾸어 두는 것이 바람직하다.

또한, 광학계는 오토 포커스계를 구비하고 있다. 레이저 다이오드(16)로부터 출사된 광은 투광 렌즈(17)에 의해 피검물 상으로 집광된다. 피검물에서 반사된 광은 수광 렌즈(18)를 통과하여 2 분할 센서(19) 상에 결상된다. 피검물의 위치가 상하로 틀어지면 센서 상의 상이 좌우로 흔들리는 것을 이용하여 오토 포커스를 행한다. 또한, 본 실시예에서는 경사 입사 방식의 오토 포커스를 이용하고 있지만, 대물 렌즈(9)의 개구수가 비교적 큰 경우에는, 대물 렌즈(9)를 통과한 광을 눈동자 상에서 반쯤 숨기는 나이프 엣지 방식의 오토 포커스를 이용할 수도 있다.

본 발명의 줌 저배측에 있어서 필요한 시야 직경을 D_L, 개구수를 NA_L라 하고, 또한 줌의 변배비를 M이라 한다. 이때, 줌 고배측에 필요한 시야 직경 D_H는 이하와 같이 된다.

D_H∼D_L/M

또한, 줌 고배측에 필요한 NA_H는, 줌 광학계 내에서 비선형으로 이동하는 광학요소가 있기 때문에, 광선의 비네팅(vignetting) 현상이 일어나지 않도록 하기 위해서는 경험적으로 이하와 같이 된다.

NA_H∼NA_L×M/2 … (4)

예컨대, 본원 발명에 따른 줌 광학계의 설계예로서, 하기 (1), (2)의 것이 있는데, 식 (4)의 우변에서 계산한 고배율의 NA는, (1)의 경우에는 0.135, (2)의 경우에는 0.084가 되어, 식 (4)의 근사식이 거의 성립되고 있는 것을 알 수 있다.

(1) M＝10, NA_L＝0.027, NA_H＝0.11,

(2) M＝7, NA_L＝0.024, NA_H＝0.08

도 2에 종래의 조명 광학계를 도시한다. 종래에는 콜렉터 렌즈(2)에 집광 렌즈(22)를 조합하여 조명계를 구성하고 있었다. 이 구성으로 줌의 저배에서 고배에 걸쳐 NA의 부족 및 시야 불균일을 방지하기 위해서 광원(21)이 만족시켜야 하는 조건은, 발광 사이즈를 A, 광원의 개구수를 NA_S라 하면 다음 식과 같이 된다.

A×NA_S＞D_L×NA_H

이것에 식 (4)를 대입하여

A×NA_S＞M×D_L×NA_L/2 … (5)

그러나, 변배비가 큰 줌 광학계에서는 식 (5)의 우변이 커지게 되어, 식 (5)를 만족시키는 광원을 찾아내기가 곤란하다. 또한, 광원으로서 할로겐 램프에 비하여 전력 절약, 일정한 색온도, 빠른 응답성 등 여러 가지 장점을 갖는 LED를 채용하는 것을 고려하면, 일반적으로 LED는 발광 사이즈 A가 할로겐 램프에 비하여 작기 때문에, 식 (5)를 만족시키기가 더욱 곤란해진다.

예로서, 줌의 변배비가 10배, 저배의 NA가 0.027, 저배의 시야 직경이 17 ㎜인 광학계를 고려하고, 여기에 광원으로서 발광 사이즈가 1.5 ㎜□, 광량이 55%로 떨어지는 개구수가 0.77인 LED를 이용하는 경우를 고려한다. 식 (5)에 대입하면, 우변은 약 2.3, 좌변은 광량이 55퍼센트까지 떨어질 때까지 광을 이용했을 경우에도 약 1.2가 된다. 따라서, 식 (5)는 전혀 만족시킬 수 없고, 줌의 저배측에서 시야 주변이 어두워지거나, 고배측에서 NA가 부족하게 된다는 문제가 발생한다.

여기서, 본 발명의 특징부인 플라이아이 인테그레이터(3)를 이용하는 경우를 고려한다. 플라이아이 인테그레이터(3)의 모식도를 도 3에 도시한다. 플라이아이 인테그레이터(3)는 다수의 렌즈 요소(렌즈 엘리먼트)(23)로 구성되어 있다. 도 3에서는 렌즈 요소가 육각형인 플라이아이 인테그레이터를 도시하고 있지만, 요소가 사각형이나 원이어도 상관없다. 플라이아이 인테그레이터의 내접원의 직경을 Φ, 구성하는 렌즈 요소의 내접원의 직경을 φ, 초점거리를 f라고 해둔다.

플라이아이 인테그레이터에 평행하게 입사된 광속은 각 렌즈 요소에 의해 집광되고, 각 요소의 출사단면에 광원상을 형성한다. 이에 따라 광원 사이즈가 Φ인 의사 광원이 생기게 된다. 이 의사 광원으로부터 출사되는 광의 개구수는 NA_FI＝φ/2f가 된다. 이것을 식 (5)에 적용하면, A=Φ, NA_S＝NA_FI＝φ/2f이기 때문에, 플라이아이 인테그레이터가 만족시켜야 하는 조건은 하기 식 (1)과 같이 된다.

Φ×φ/f＞M×D_L×NA_L … (1)

따라서, Φ, φ를 크게 하고, f를 작게 함으로써 식 (1)의 좌변을 크게 하는 것이 가능해진다. 단, 이 경우, 의사 광원의 전면(全面)이 빛나는 것이 아니라, 각 소자의 중심 부근에 있는 광원상만이 빛나게 되지만, 실용상 문제는 없다. 즉 의사 광원에서는 발광점이 띄엄띄엄 흩어져 있다. 또한, 준비한 플라이아이 인테그레이터의 Φ가 지나치게 큰 경우에는, 전면에 광을 조사할 필요는 없고, 플라이아이 인테그레이터의 일부만을 사용함으로써 식 (1)의 좌변을 외견상 작게 할 수 있다. 이때, 기계적인 제한으로부터 플라이아이 인테그레이터를 편심하여 배치하는 것도 가능하다.

플라이아이 인테그레이터를 이용하는 경우 식 (1)을 만족시키는 것을 선택하는 것이 최소한 필요하지만, 본 실시형태와 같이 플라이아이의 출사광이 직접 대물 렌즈에 입사되는 경우, 효율이 좋은 조명을 하기 위해서는 식 (1)을 만족시키는 것만으로는 불충분하다. 이하에 이것에 대해서 설명한다.

플라이아이에서 출사되는 광의 개구수가 조사(照射) 영역으로 변환되기 때문에, 이 조사 영역이 줌 저배측의 시야 직경(D_L)을 만족시키고 있지 않으면, 저배의 시야 주변이 어두워지게 된다. 도 4에 있어서, A를 각 플라이아이(렌즈 엘리멘트)의 출사점, NA_FI＝sinα, F를 대물 렌즈(9)의 초점거리라 하면, 도 4에 도시된 관계로부터, 하기 식의 관계를 만족시킬 필요가 있다.

NA_FI×F＞D_L/2

이것에 NA_FI＝φ/2f를 대입하면 하기 식 (2)가 된다.

φ/f＞D_L/F … (2)

또한, 줌 저배측에서는 필요한 개구수(NA_L)가 작기 때문에, 플라이아이 인테 그레이터 단면의 의사 광원에 있어서 사용되는 영역이 작아지고, 각 소자의 중첩 효과가 약해지게 된다. 불균일을 줄이기 위해서는 적어도 중심과 그 외측 1겹분의 소자를 중첩시킬 필요가 있다. 이것을 도 5에 도시하면, 1개의 플라이아이(렌즈 엘리먼트)의 출사점 A로부터 사출되는 광과, 그 옆의 플라이아이(렌즈 엘리먼트)의 출사점 B로부터 출사되는 광이 조사면에 있어서 중첩되기 위해서는, 도 5에 있어서, NA_L=sinβ이기 때문에, 도 5에 도시된 관계로부터, 이하의 식 (3)을 만족시킬 필요가 있다.

φ＜NA_L×F … (3)

또한, 이 조건을 만족시키고 있어도, 줌 저배측에서는 플라이아이 인테그레이터의 중첩 효과가 약하기 때문에, 디포커스시켰을 때에 흐려지는 형태가 부자연스럽게 되어 버린다. 이 문제를 해결하기 위해서 확산판(4)이 필요하게 된다.

예로서, 줌의 변배비가 10배, 저배의 NA가 0.027, 저배의 시야 직경이 17 ㎜, 대물 렌즈의 초점거리가 90 ㎜인 광학계를 고려하고, 여기에 소자 사이즈 40 ㎜, 각 요소의 사이즈 2 ㎜, 각 요소의 초점거리 7 ㎜의 플라이아이 인테그레이터를 조합시키는 것을 고려한다. 식 (1), 식 (2), 식 (3)에 대입한 결과를 표 1에 나타낸다.

	좌변	우변	만족시키는가
식 (1)	11.4	4.6	OK
식 (2)	0.29	0.19	OK
식 (3)	2	2.4	OK

이 결과는, 모든 조건을 만족시키고 있고, 상기한 플라이아이 인테그레이터를 이용함으로써, 줌의 저배에서 고배에 걸쳐 NA의 부족 및 시야의 불균일을 방지한 광학계를 구성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시형태인 화상 측정기의 모식도이다. 도 6에 있어서, 도 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 6에 도시된 실시형태는, 도 1에 도시된 실시형태와 달리, 플라이아이 인테그레이터(3) 뒤에 조명 릴레이 렌즈(24)와 시야 조리개(25)가 배치되어 있을 뿐이므로, 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명을 행한다.

도 1에 도시된 제1 실시형태에서는 시야 조리개를 배치할 수 없었기 때문에, 조사 영역이 필요 이상으로 커져 미광(迷光)의 원인이 되거나, 조사 영역의 형상이 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 요소의 단면 형상으로 되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 본 실시형태에서는 릴레이 렌즈(24)를 이용함으로써, 피검물(11)과 공역(共役)인 점을 형성할 수 있기 때문에, 이 점에 시야 조리개(25)를 배치할 수 있어 상기한 문제점을 해결하는 것이 가능해진다. 또한, 릴레이 렌즈를 이용하면 배율이 걸리기 때문에, 릴레이의 배율을 B라고 하면,

NA_FI→NA_FI/B, 즉, φ/(2×f)→φ/(2×f×B)

φ→φ×B가 되고,

식 (2), 식 (3)의 조건은 릴레이의 배율을 B라 하면 이하와 같이 변경된다.

φ/(f·B)＞D/F … (2')

φ×B＜NA_L×F … (3')

이 식은 임의의 플라이아이 인테그레이터가 식 (2), 식 (3)을 만족시키지 못하여 제1 실시형태의 광학계에 사용할 수 없는 경우에도 축소 배율의 릴레이 렌즈를 이용함으로써 제2 실시형태로서 사용될 가능성이 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 제2 실시형태는 플라이아이 인테그레이터의 사용폭을 넓히는 효과도 겸비하고 있다.

예로서, 줌의 변배비가 10배, 저배의 NA가 0.027, 저배의 시야 직경이 17 ㎜, 대물 렌즈의 초점거리가 90 ㎜인 광학계를 고려하고, 여기에 소자 사이즈 45 ㎜, 각 요소의 사이즈 3 ㎜, 각 요소의 초점거리 20 ㎜의 플라이아이 인테그레이터를 조합시키는 것을 고려한다. 식 (1), 식 (2), 식 (3)식에 대입한 결과를 표 2에 나타낸다.

	좌변	우변	만족시키는가
식 (1)	6.8	4.6	OK
식 (2)	0.15	0.19	NG
식 (3)	2	2.4	NG

그 결과, 식 (2), 식 (3)을 만족시키지 못하고, 이 플라이아이 인테그레이터를 제1 실시형태의 화상 측정기에 이용하면 NA의 부족, 시야 주변 광량이 저하하는 문제가 발생한다. 그래서, 제2 실시형태를 채용하고, 배율 0.7배의 조명 릴레이 렌즈를 병용하는 것을 고려하면, 식 (1), 식 (2'), 식 (3')에 대입하여 표 3과 같이 된다.

	좌변	우변	만족시키는가
식 (1)	6.8	4.6	OK
식 (2')	0.21	0.19	OK
식 (3')	2.1	2.4	OK

그 결과, 모든 조건을 만족시키고 있고, 이 플라이아이 인테그레이터와 조명 릴레이 렌즈를 이용함으로써, 줌의 저배에서 고배에 걸쳐 NA의 부족 및 시야의 불균일을 방지한 광학계를 구성할 수 있다. 즉, 제1 실시형태의 화상 측정기로서는 사용할 수 없는 플라이아이 인테그레이터라도 제2 실시형태의 화상 측정기의 구성을 취함으로써 사용할 수 있게 되어, 플라이아이 인테그레이터의 사용폭을 넓힐 수 있다.

Claims

피검면을 측정하는 화상 측정기에 있어서,

대물 렌즈와 줌 광학계를 포함하는 결상 광학계와,

광원과 플라이아이 인테그레이터를 포함하며, 상기 대물 렌즈를 통해 상기 피검면을 조명하는 조명 광학계

를 구비하며,

상기 플라이아이 인테그레이터는 이하의 식 (1)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상 측정기.

Φ×φ/f＞M×D_L×NA_L … (1)

단, Φ: 플라이아이 인테그레이터의 출사단면(出射端面)에 형성된 의사 광원의 사이즈

φ: 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 단면(端面)에 내접하는 원의 직경

f: 플라이아이 인테그레이터를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 초점거리

M: 결상 광학계의 줌 변배비(變倍比)

D_L: 줌 저배측에서의 결상 광학계의 시야 직경

NA_L: 줌 저배측에서의 결상 광학계의 개구수
제1항에 있어서, 상기 플라이아이 인테그레이터가 다음 식 (2) 및 식 (3)을 더 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상 측정기.

φ/f＞D_L/F … (2)

φ＜NA_L×F … (3)

단, F: 대물 렌즈의 초점거리
제1항에 있어서, 조명 광학계는 상기 플라이아이 인테그레이터 뒤에 조명 릴레이 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 측정기.
제3항에 있어서, 상기 플라이아이 인테그레이터가 하기 식 (2') 및 식 (3')를 더 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상 측정기.

φ/(f×B)＞D_L/F … (2')

φ×B＜NA_L×F … (3')

단, F: 대물 렌즈의 초점거리

B : 릴레이 렌즈의 배율