JPH05107468A - 測定用対物レンズ - Google Patents
測定用対物レンズInfo
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- JPH05107468A JPH05107468A JP4080244A JP8024492A JPH05107468A JP H05107468 A JPH05107468 A JP H05107468A JP 4080244 A JP4080244 A JP 4080244A JP 8024492 A JP8024492 A JP 8024492A JP H05107468 A JPH05107468 A JP H05107468A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/24—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 コマ収差，非点収差，ゆがみなどの結像誤差
を少なくした測定用対物レンズを提供する。 【構成】 本発明による測定用対物レンズは大きな自由
動作空間を有し、コマ収差，非点収差及びゆがみの関す
る結像誤差はごく少ない。主光線は、少なくとも対物レ
ンズの一方の側で、一つの方向分の中においては互いに
傾いているが、それに対して垂直な方向成分の中におい
ては互いに平行である。
を少なくした測定用対物レンズを提供する。 【構成】 本発明による測定用対物レンズは大きな自由
動作空間を有し、コマ収差，非点収差及びゆがみの関す
る結像誤差はごく少ない。主光線は、少なくとも対物レ
ンズの一方の側で、一つの方向分の中においては互いに
傾いているが、それに対して垂直な方向成分の中におい
ては互いに平行である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数個のレンズから構
成されている少なくとも一つのレンズ群と、対物レンズ
の光線入射位置又は光線射出位置にあり、少なくとも一
つの要素から構成されている少なくとも一つの光線偏向
構造とによって距離を測定するための対物レンズに関す
る。
成されている少なくとも一つのレンズ群と、対物レンズ
の光線入射位置又は光線射出位置にあり、少なくとも一
つの要素から構成されている少なくとも一つの光線偏向
構造とによって距離を測定するための対物レンズに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】そのような測定用対物レンズは、光源の
光を少なくとも一つの測定表面に結像するか又は少なく
とも一つの測定表面から来た光を像平面に結像し、そこ
で、適切な測定値受信装置により光をその後に処理可能
な信号に変換するという目的のために使用される。その
際、測定すべき距離と受信される信号との間にできる限
りに容易に評価しうる関係が成立していること、並びに
苛酷な計算による測定値の修正を回避し且つ迅速，正確
に再現性のある結果を得るために、測定すべき対象の光
学的結像誤差が広い分解能範囲にわたり測定結果を可能
な限り変動させないことが重要である。そのような測定
用対物レンズのもう一つの本質的な特徴は、測定面と対
物レンズとの間の自由動作領域をできる限り広く設定で
きるようにすべきであるという点である。測定用対物レ
ンズによって広い自由動作領域を実現できる場合に限っ
て、測定用対物レンズを含めて構成される測定装置を操
作時にも測定表面の領域に設置したままにしておくこと
や、近づきにくい領域を越えた方まで測定することが可
能になる。
光を少なくとも一つの測定表面に結像するか又は少なく
とも一つの測定表面から来た光を像平面に結像し、そこ
で、適切な測定値受信装置により光をその後に処理可能
な信号に変換するという目的のために使用される。その
際、測定すべき距離と受信される信号との間にできる限
りに容易に評価しうる関係が成立していること、並びに
苛酷な計算による測定値の修正を回避し且つ迅速，正確
に再現性のある結果を得るために、測定すべき対象の光
学的結像誤差が広い分解能範囲にわたり測定結果を可能
な限り変動させないことが重要である。そのような測定
用対物レンズのもう一つの本質的な特徴は、測定面と対
物レンズとの間の自由動作領域をできる限り広く設定で
きるようにすべきであるという点である。測定用対物レ
ンズによって広い自由動作領域を実現できる場合に限っ
て、測定用対物レンズを含めて構成される測定装置を操
作時にも測定表面の領域に設置したままにしておくこと
や、近づきにくい領域を越えた方まで測定することが可
能になる。
【０００３】欧州公開特許公報第０２９７３６１号に
は、可変倍率のテレセントリック像形成装置が記載され
ている。そこに記載されている装置は照明装置用として
説明されているのではあるが、測定装置に利用すること
もできるであろう。レンズが対称に配列されているこの
対物レンズの場合、主光線の光路は平行である（特に、
図９及び図１３ａ〜図１３ｄを参照）。レンズが対称に
配列されている同様の対物レンズは、欧州公開特許公報
第０２９９４７２号にも記載されている（特に、図１，
図１７，図１９，図２１，図２３及び図２９を参照）。
それらの対物レンズが距離の測定に適する光線偏向構造
を全く有していないことは欠点とみなすべきである。
は、可変倍率のテレセントリック像形成装置が記載され
ている。そこに記載されている装置は照明装置用として
説明されているのではあるが、測定装置に利用すること
もできるであろう。レンズが対称に配列されているこの
対物レンズの場合、主光線の光路は平行である（特に、
図９及び図１３ａ〜図１３ｄを参照）。レンズが対称に
配列されている同様の対物レンズは、欧州公開特許公報
第０２９９４７２号にも記載されている（特に、図１，
図１７，図１９，図２１，図２３及び図２９を参照）。
それらの対物レンズが距離の測定に適する光線偏向構造
を全く有していないことは欠点とみなすべきである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、コマ
収差，非点収差及びゆがみに関して結像誤差が可能な限
り少なく、主光線が対物レンズの少なくとも一方の側で
一つの方向づけ構成要素の中では互いに傾いており、そ
れに対して垂直である方向づけ構成要素の中では互いに
平行であるような自由動作空間の広い測定対物レンズを
実現することである。
収差，非点収差及びゆがみに関して結像誤差が可能な限
り少なく、主光線が対物レンズの少なくとも一方の側で
一つの方向づけ構成要素の中では互いに傾いており、そ
れに対して垂直である方向づけ構成要素の中では互いに
平行であるような自由動作空間の広い測定対物レンズを
実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題は特許請求の範囲第１項の特徴部分により解決され
る。特許請求の範囲第１項に記載の対物レンズによっ
て、構造（たとえば、線，格子，正方形など）を測定す
べき表面に結像することができる。この対物レンズは、
投影のみならず、構造を伴う表面を適切な検出器に結像
するのにも適している。光線偏向構造を含まない対物レ
ンズがテレセントリック結像を行う場合、入射する主光
線と射出する主光線は全て平行である。たとえば、屈折
ウェッジを対物レンズの背後に挿入すると、主光線は対
物レンズとウェッジとの間ではまだ平行であるが、ウェ
ッジの背後では、一つの方向成分においては平行に進
み、それとは垂直な方向においては光軸に対して傾いて
いる。ところが、そこで、コマ収差を生み出す光の量は
非常に多くなる。このコマ収差に関わる量を少なくする
ために、対物レンズの前方にも第２の屈折ウェッジを配
置する。
課題は特許請求の範囲第１項の特徴部分により解決され
る。特許請求の範囲第１項に記載の対物レンズによっ
て、構造（たとえば、線，格子，正方形など）を測定す
べき表面に結像することができる。この対物レンズは、
投影のみならず、構造を伴う表面を適切な検出器に結像
するのにも適している。光線偏向構造を含まない対物レ
ンズがテレセントリック結像を行う場合、入射する主光
線と射出する主光線は全て平行である。たとえば、屈折
ウェッジを対物レンズの背後に挿入すると、主光線は対
物レンズとウェッジとの間ではまだ平行であるが、ウェ
ッジの背後では、一つの方向成分においては平行に進
み、それとは垂直な方向においては光軸に対して傾いて
いる。ところが、そこで、コマ収差を生み出す光の量は
非常に多くなる。このコマ収差に関わる量を少なくする
ために、対物レンズの前方にも第２の屈折ウェッジを配
置する。
【０００６】任意の開口光束の各光線の全光路は、総じ
て、少なくとも全ての光線偏向構造を通して等しい長さ
であると有利である。そのようにすれば、光線入射位置
と光線射出位置で光線偏向構造によりさらに大きなコマ
収差が発生することはない。ところが、一般に、プリズ
ム形ウェッジは相当に大きな非点収差を発生させる。任
意の所定の偏向に対して、各ウェッジの二つのウェッジ
面で部分偏向の組合わせは厳密に起こるので、非点収差
は全く発生しない。非点収差を全てのウェッジを合わせ
て排除すれば、同じ作用が得られる。主光線が平行であ
る場合、この組合わせはあらゆる主光線について同一で
ある。
て、少なくとも全ての光線偏向構造を通して等しい長さ
であると有利である。そのようにすれば、光線入射位置
と光線射出位置で光線偏向構造によりさらに大きなコマ
収差が発生することはない。ところが、一般に、プリズ
ム形ウェッジは相当に大きな非点収差を発生させる。任
意の所定の偏向に対して、各ウェッジの二つのウェッジ
面で部分偏向の組合わせは厳密に起こるので、非点収差
は全く発生しない。非点収差を全てのウェッジを合わせ
て排除すれば、同じ作用が得られる。主光線が平行であ
る場合、この組合わせはあらゆる主光線について同一で
ある。
【０００７】対称形の対物レンズを１：１の結像倍率を
もって利用すると、その結像は、ゆがみ，コマ収差及び
色変化に関する誤差が最小限であるという顕著な特徴を
示す。さらに、二つの光線偏向構造も対物レンズの中心
に対して対称に配置すると、（その場合、偏向は屈曲部
の上方と下方とで全く異なっていても良い）先に述べた
光学的特性は総じて維持されたままである。ウェッジを
その屈曲部を通る平面に関して対称に構成すると、屈曲
部の上下で対称な光学的関係が得られる。二つのウェッ
ジは二つの分離した測定領域を発生させる。光軸を含む
平面においてウェッジの屈曲部をアライメントすると、
それら二つの測定領域は最適の大きさになる。ウェッジ
の光線通過面が平坦であると、その製造が容易になると
いう利点が得られる。以下、図面の図１〜図３を参照し
て本発明を例示しながらさらに詳細に説明する。以下の
説明には、本発明のその他の本質的特徴、並びに本発明
の思想をより良く理解するのに役立つ説明及び本発明の
思想の実現形態が含まれている。
もって利用すると、その結像は、ゆがみ，コマ収差及び
色変化に関する誤差が最小限であるという顕著な特徴を
示す。さらに、二つの光線偏向構造も対物レンズの中心
に対して対称に配置すると、（その場合、偏向は屈曲部
の上方と下方とで全く異なっていても良い）先に述べた
光学的特性は総じて維持されたままである。ウェッジを
その屈曲部を通る平面に関して対称に構成すると、屈曲
部の上下で対称な光学的関係が得られる。二つのウェッ
ジは二つの分離した測定領域を発生させる。光軸を含む
平面においてウェッジの屈曲部をアライメントすると、
それら二つの測定領域は最適の大きさになる。ウェッジ
の光線通過面が平坦であると、その製造が容易になると
いう利点が得られる。以下、図面の図１〜図３を参照し
て本発明を例示しながらさらに詳細に説明する。以下の
説明には、本発明のその他の本質的特徴、並びに本発明
の思想をより良く理解するのに役立つ説明及び本発明の
思想の実現形態が含まれている。
【０００８】
【実施例】図１に示す対物レンズ１は複数の独立レンズ
６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃをそれぞれ含む二つのレンズ群
６，７と、二つの光線偏向構造８，９とから構成され、
それらの構成要素は内側ダイアフラム１０に対して対称
に配置されている。光軸２は、対物レンズ１の中心に位
置する丸形のダイアフラム１０の厳密に中心を通ってい
る。
６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃをそれぞれ含む二つのレンズ群
６，７と、二つの光線偏向構造８，９とから構成され、
それらの構成要素は内側ダイアフラム１０に対して対称
に配置されている。光軸２は、対物レンズ１の中心に位
置する丸形のダイアフラム１０の厳密に中心を通ってい
る。
【０００９】各レンズ群６，７は一つの正レンズ６ａ；
７ａと、色消しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃとから構
成されている。色消しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃは
正レンズ６ｂ；７ｂと、負レンズ６ｃ；７ｃとから構成
され、色消しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃのそれぞれ
の二つのレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃは互いにぴった
りとつくように配置されており、周知の通り、接合剤層
１１によって互いに固着されている。ここで、色消しレ
ンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃの負のレンズの表面はダイ
アフラム１０の方を向くようになっている。二つの色消
しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃは内側ダイアフラム１
０を囲んで位置し、二つの追加正レンズ６ａ，７ａは光
線入射位置と、光線射出位置とに配置されている。二つ
の正レンズ６ａ，７ａと、二つの色消しレンズ６ｂ，６
ｃ；７ｂ，７ｃとは互いに鏡像関係で位置しており、ダ
イアフラム１０はその鏡の平面にある。双方のレンズ群
は全く同一の構造である。図１に示す対物レンズ１の場
合、光線偏向構造８，９は、単に一つのウェッジ、すな
わち、ダブルプリズム８ａ，９ａから構成されている。
各ダブルプリズム８ａ，９ａは光軸２に対して対称の構
造であり、その光軸２の上下に、それぞれ、鋭角βを成
して交わる二つの平面を有する。ダブルプリズム８ａ，
９ａのとがった末端を結ぶと、総角度βのうち、対物レ
ンズの内側に近いほうの部分角度β2 は末端を結ぶ線
と、ダブルプリズム８ａ，９ａの光線入射位置又は射出
位置に向いた面とが成す部分角度β1の何倍かになる。
二つのダブルプリズム８ａ，９ａは対物レンズの中心
点、ここでは特に内側ダイアフラム１０に対して対称に
配置されている。
７ａと、色消しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃとから構
成されている。色消しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃは
正レンズ６ｂ；７ｂと、負レンズ６ｃ；７ｃとから構成
され、色消しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃのそれぞれ
の二つのレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃは互いにぴった
りとつくように配置されており、周知の通り、接合剤層
１１によって互いに固着されている。ここで、色消しレ
ンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃの負のレンズの表面はダイ
アフラム１０の方を向くようになっている。二つの色消
しレンズ６ｂ，６ｃ；７ｂ，７ｃは内側ダイアフラム１
０を囲んで位置し、二つの追加正レンズ６ａ，７ａは光
線入射位置と、光線射出位置とに配置されている。二つ
の正レンズ６ａ，７ａと、二つの色消しレンズ６ｂ，６
ｃ；７ｂ，７ｃとは互いに鏡像関係で位置しており、ダ
イアフラム１０はその鏡の平面にある。双方のレンズ群
は全く同一の構造である。図１に示す対物レンズ１の場
合、光線偏向構造８，９は、単に一つのウェッジ、すな
わち、ダブルプリズム８ａ，９ａから構成されている。
各ダブルプリズム８ａ，９ａは光軸２に対して対称の構
造であり、その光軸２の上下に、それぞれ、鋭角βを成
して交わる二つの平面を有する。ダブルプリズム８ａ，
９ａのとがった末端を結ぶと、総角度βのうち、対物レ
ンズの内側に近いほうの部分角度β2 は末端を結ぶ線
と、ダブルプリズム８ａ，９ａの光線入射位置又は射出
位置に向いた面とが成す部分角度β1の何倍かになる。
二つのダブルプリズム８ａ，９ａは対物レンズの中心
点、ここでは特に内側ダイアフラム１０に対して対称に
配置されている。
【００１０】入射ひとみと射出ひとみは無限遠に位置し
ているので、対物レンズ１はテレセントリックな結像を
行う。レンズ群に入射し、レンズ群から射出してゆく全
ての主光線は光軸に対して平行であり、ダブルプリズム
８ａ，９ａに関して等しい入射角を有することになる。
角度β1及びβ2は、βによって決まる総体的な偏向に際
して非点収差が発生しないように選択されている。テレ
セントリックという性質があるため、あらゆる高さの像
について「非点収差ゼロの位置」は同一である。すなわ
ち、非点収差も小さく抑えられる。二つのレンズ群６，
７並びに物体位置と像位置は内側ダイアフラム１０に対
して対称に配置されている。従って、対物レンズの結像
倍率は１：１である。そこで、対物レンズ１のレンズ群
６，７によって非対称の結像誤差が起こらないことは確
実である。すなわち、この対物レンズにはコマ収差，ゆ
がみ，そして、ゆがみの色変動は全くないのである。
ているので、対物レンズ１はテレセントリックな結像を
行う。レンズ群に入射し、レンズ群から射出してゆく全
ての主光線は光軸に対して平行であり、ダブルプリズム
８ａ，９ａに関して等しい入射角を有することになる。
角度β1及びβ2は、βによって決まる総体的な偏向に際
して非点収差が発生しないように選択されている。テレ
セントリックという性質があるため、あらゆる高さの像
について「非点収差ゼロの位置」は同一である。すなわ
ち、非点収差も小さく抑えられる。二つのレンズ群６，
７並びに物体位置と像位置は内側ダイアフラム１０に対
して対称に配置されている。従って、対物レンズの結像
倍率は１：１である。そこで、対物レンズ１のレンズ群
６，７によって非対称の結像誤差が起こらないことは確
実である。すなわち、この対物レンズにはコマ収差，ゆ
がみ，そして、ゆがみの色変動は全くないのである。
【００１１】ウェッジを一つしか使用しないと、大きな
コマ収差が生じる。測定という目的それ自体には不可欠
ではないのであるが、像の側に対応する（ここでは、対
物レンズの中心に対して、さらには屈曲平面に対して対
称である）ウェッジを使用して始めて、一つの光束の全
ての光線が同一の光路をとるようになるので、コマ収差
は補正される。像空間では、主光線は一つの方向成分の
中においては互いに平行に進むが、別の方向成分の中に
おいては互いに傾いて進んでゆく。この対物レンズの大
きな利点は、結像誤差が最小限に抑えられていることで
ある。ただし、そこで、二つの像平面が互いにわずかに
傾いていることを忘れてはならない。しかし、そのこと
は測定課題の大半については全く問題にならない。ま
た、焦点深度の大きな対物レンズではそれは不必要であ
る。
コマ収差が生じる。測定という目的それ自体には不可欠
ではないのであるが、像の側に対応する（ここでは、対
物レンズの中心に対して、さらには屈曲平面に対して対
称である）ウェッジを使用して始めて、一つの光束の全
ての光線が同一の光路をとるようになるので、コマ収差
は補正される。像空間では、主光線は一つの方向成分の
中においては互いに平行に進むが、別の方向成分の中に
おいては互いに傾いて進んでゆく。この対物レンズの大
きな利点は、結像誤差が最小限に抑えられていることで
ある。ただし、そこで、二つの像平面が互いにわずかに
傾いていることを忘れてはならない。しかし、そのこと
は測定課題の大半については全く問題にならない。ま
た、焦点深度の大きな対物レンズではそれは不必要であ
る。
【００１２】図面では、光線の進みかたをより明瞭に把
握できるように、そのような関係を幾分か誇張して示し
てある。実際に利用する構成においては、レンズ群のレ
ンズの個数や、光線偏向構造のウェッジの数をそれぞれ
設定される条件に従って変えることができる。図２
（Ａ）には、本発明の変形例を示す。この対物レンズ２
１は複数の独立レンズ２７ａ〜２７ｃから成るレンズ群
２７と、ダブルプリズム２９ａから成る光線偏向構造２
９とから構成される。さらに、対物レンズ２１の中には
ミラー２０があり、そおミラーは中心の円形領域２０ｂ
でのみ光を反射し、この領域の外では当たった光線を吸
収する。このダイアフラムとして作用するミラー２０，
３０を図２（Ｂ）に正面図として示した。図２（Ｂ）に
は、円形の中心反射領域３０ｂをさらに明瞭に見て取る
ことができる。
握できるように、そのような関係を幾分か誇張して示し
てある。実際に利用する構成においては、レンズ群のレ
ンズの個数や、光線偏向構造のウェッジの数をそれぞれ
設定される条件に従って変えることができる。図２
（Ａ）には、本発明の変形例を示す。この対物レンズ２
１は複数の独立レンズ２７ａ〜２７ｃから成るレンズ群
２７と、ダブルプリズム２９ａから成る光線偏向構造２
９とから構成される。さらに、対物レンズ２１の中には
ミラー２０があり、そおミラーは中心の円形領域２０ｂ
でのみ光を反射し、この領域の外では当たった光線を吸
収する。このダイアフラムとして作用するミラー２０，
３０を図２（Ｂ）に正面図として示した。図２（Ｂ）に
は、円形の中心反射領域３０ｂをさらに明瞭に見て取る
ことができる。
【００１３】図１の場合と同様に、レンズ群２７は正レ
ンズ２７ａと、色消しレンズ２７ｂ，２７ｃとから構成
されている。色消しレンズ２７ｂ，２７ｃは正レンズ２
７ｂと、負レンズ２７ｃとから構成され、それら二つの
レンズ２７ｂ，２７ｃは互いにぴったりとつくように配
置されており、周知のように、接合剤層３１によって互
いに固着されている。ここで、色消しレンズ２７ｂ，２
７ｃの負レンズの表面はダイアフラムとして作用するミ
ラーの方を向くようになっている。光線の入射位置でも
あり、射出位置でもある場所には光線偏向構造２９があ
り、図２（Ａ）に示す実施例では、その構造は一つの要
素、すなわち、ウェッジ２９ａから構成されている。こ
のウェッジ２９ａは光軸２２に対して対称の構造であ
り、光軸２の上と下に角度βを成して交わる二つの平面
をそれぞれ有する。ウェッジ２９ａのとがった末端を結
ぶと、総角度βのうち、対物レンズの内側に近いほうの
部分角度β2 は、末端を結ぶ線と、ウェッジ２９ａの光
線入射位置又は光線射出位置に向いた面とが成す部分角
度β1 の何倍かになる。
ンズ２７ａと、色消しレンズ２７ｂ，２７ｃとから構成
されている。色消しレンズ２７ｂ，２７ｃは正レンズ２
７ｂと、負レンズ２７ｃとから構成され、それら二つの
レンズ２７ｂ，２７ｃは互いにぴったりとつくように配
置されており、周知のように、接合剤層３１によって互
いに固着されている。ここで、色消しレンズ２７ｂ，２
７ｃの負レンズの表面はダイアフラムとして作用するミ
ラーの方を向くようになっている。光線の入射位置でも
あり、射出位置でもある場所には光線偏向構造２９があ
り、図２（Ａ）に示す実施例では、その構造は一つの要
素、すなわち、ウェッジ２９ａから構成されている。こ
のウェッジ２９ａは光軸２２に対して対称の構造であ
り、光軸２の上と下に角度βを成して交わる二つの平面
をそれぞれ有する。ウェッジ２９ａのとがった末端を結
ぶと、総角度βのうち、対物レンズの内側に近いほうの
部分角度β2 は、末端を結ぶ線と、ウェッジ２９ａの光
線入射位置又は光線射出位置に向いた面とが成す部分角
度β1 の何倍かになる。
【００１４】この対物レンズ２１においても、入射ひと
みと射出ひとみは無限遠に位置しているので、結像はテ
レセントリックである。入射光線と射出光線は全て等し
い入射角度を有し、従って、あらゆる主光線はダブルプ
リズムの中を同じように進んでゆく。対物レンズ２１の
場合には線状測定領域は一つしかないので、図１に関し
て説明した光学的特性は図２（Ａ）に示す対物レンズ２
１についても、図１では測定領域が二つあるという点を
除いて全て同じように現われる。
みと射出ひとみは無限遠に位置しているので、結像はテ
レセントリックである。入射光線と射出光線は全て等し
い入射角度を有し、従って、あらゆる主光線はダブルプ
リズムの中を同じように進んでゆく。対物レンズ２１の
場合には線状測定領域は一つしかないので、図１に関し
て説明した光学的特性は図２（Ａ）に示す対物レンズ２
１についても、図１では測定領域が二つあるという点を
除いて全て同じように現われる。
【００１５】図３には、距離測定に使用される対物レン
ズ３５を示す。構成の上では、この対物レンズ３５は図
１の対物レンズ１に対応している。対物レンズ３５によ
って、構造を伴う物体−その構造は投影されたものでも
良いが、物体そのものに付いていても良い−の表面４
５，４６をセンサ像平面３６に結像する。センサ像平面
３６にあるセンサは測定を行うためにその像平面３６で
動く必要がないように、センサは線状又は面状の像を受
取ることができるようなものとすべきであろう（たとえ
ばＣＣＤセンサ）。物体の点４１，４１′から発する傾
斜した主光線４８，４８′は、ダブルプリズムとして構
成されている光線偏向構造３９の外側境界面４０に当た
る。内側ダイアフラム３７に対して対称に配置される二
つのレンズ群４４，４３と、同様に内側ダイアフラム３
７に対して対称に配置される二つの光線偏向構造３８，
３９とを有する結像倍率１：１のテレセントリック対物
レンズ３５は、傾斜して入射した主光線４８，４８′が
対物レンズ３５を通ってセンサ像平面３６に向かって再
び傾斜して射出してゆくように作用する。像側に配置さ
れている光線偏向構造３８とセンサ像平面３６との間隔
Ｄは一定に保たれるので、像側の主光線４９，４９′が
センサ像平面に当たる点５１，５１′の距離は、対物レ
ンズ３５から測定すべき表面４５までの距離Ｅ１を与え
る。
ズ３５を示す。構成の上では、この対物レンズ３５は図
１の対物レンズ１に対応している。対物レンズ３５によ
って、構造を伴う物体−その構造は投影されたものでも
良いが、物体そのものに付いていても良い−の表面４
５，４６をセンサ像平面３６に結像する。センサ像平面
３６にあるセンサは測定を行うためにその像平面３６で
動く必要がないように、センサは線状又は面状の像を受
取ることができるようなものとすべきであろう（たとえ
ばＣＣＤセンサ）。物体の点４１，４１′から発する傾
斜した主光線４８，４８′は、ダブルプリズムとして構
成されている光線偏向構造３９の外側境界面４０に当た
る。内側ダイアフラム３７に対して対称に配置される二
つのレンズ群４４，４３と、同様に内側ダイアフラム３
７に対して対称に配置される二つの光線偏向構造３８，
３９とを有する結像倍率１：１のテレセントリック対物
レンズ３５は、傾斜して入射した主光線４８，４８′が
対物レンズ３５を通ってセンサ像平面３６に向かって再
び傾斜して射出してゆくように作用する。像側に配置さ
れている光線偏向構造３８とセンサ像平面３６との間隔
Ｄは一定に保たれるので、像側の主光線４９，４９′が
センサ像平面に当たる点５１，５１′の距離は、対物レ
ンズ３５から測定すべき表面４５までの距離Ｅ１を与え
る。
【００１６】物体の距離Ｅ１をΔＥだけ大きくすると、
物体は対物レンズ３５から距離Ｅ２だけ離れることにな
る。そのとき、同時に、測定すべき表面４５は対物レン
ズ３５から４６へと離れる。そこで、物体の点４２，４
２′から発する主光線４７，４７′は、ウェッジとして
構成されている光線偏向構造３９の外側境界面４０のさ
らに外側の位置に入射する。対物レンズ３５から射出し
た主光線５０，５０′はセンサ像平面３６の、先の場合
と比べて互いにより近接する位置にある別の点５２，５
２′に当たることになる。光が当たる点５１，５１′；
５２，５２′の互いの位置ずれは、測定すべき物体の対
物レンズ３５に対する距離変化ΔＥと直線的な関係にあ
る。距離の測定に当たっては、十分に規定できる放射重
心がセンサ像平面３６に達するだけで良いので、対物レ
ンズ３５は十分な焦点深度をもつ領域の中で距離計とし
て使用可能である。ΔＥの測定をmm範囲で実現させるた
めに、対物レンズ３５は距離調整を安定化するのに特に
適している。
物体は対物レンズ３５から距離Ｅ２だけ離れることにな
る。そのとき、同時に、測定すべき表面４５は対物レン
ズ３５から４６へと離れる。そこで、物体の点４２，４
２′から発する主光線４７，４７′は、ウェッジとして
構成されている光線偏向構造３９の外側境界面４０のさ
らに外側の位置に入射する。対物レンズ３５から射出し
た主光線５０，５０′はセンサ像平面３６の、先の場合
と比べて互いにより近接する位置にある別の点５２，５
２′に当たることになる。光が当たる点５１，５１′；
５２，５２′の互いの位置ずれは、測定すべき物体の対
物レンズ３５に対する距離変化ΔＥと直線的な関係にあ
る。距離の測定に当たっては、十分に規定できる放射重
心がセンサ像平面３６に達するだけで良いので、対物レ
ンズ３５は十分な焦点深度をもつ領域の中で距離計とし
て使用可能である。ΔＥの測定をmm範囲で実現させるた
めに、対物レンズ３５は距離調整を安定化するのに特に
適している。
【図１】光線入射位置と光線射出位置にそれぞれウェッ
ジを有する測定用対物レンズの概略図。
ジを有する測定用対物レンズの概略図。
【図２】屈折ウェッジを一つしかもたない本発明による
別の測定用対物レンズの概略図（Ａ）とその（Ａ）の測
定用対物レンズにある内部ミラーを示す図（Ｂ）。
別の測定用対物レンズの概略図（Ａ）とその（Ａ）の測
定用対物レンズにある内部ミラーを示す図（Ｂ）。
【図３】図１の測定用対物レンズを含む測定構成を示す
図。
図。
１ 対物レンズ ２ 光軸 ６，７ レンズ群 ６ａ，７ａ 正レンズ ６ｂ，６ｃ，７ｂ，７ｃ 色消しレンズ ８，９ 光線偏向構造 ８ａ，９ａ ダブルプリズム １０ 内側ダイアフラム ２０ ミラー ２１ 対物レンズ ２２ 光軸 ２７ レンズ群 ２７ａ 正レンズ ２７ｂ，２７ｃ 色消しレンズ ２９ 光線偏向構造 ２９ａ ウェッジ ３５ 対物レンズ ３８，３９ 光線偏向構造 ４３，４４ レンズ群 ５３ 光軸
Claims (10)
- 【請求項１】 複数個のレンズから構成されている少な
くとも一つのレンズ群と、対物レンズの光線入射位置と
光線射出位置にあり、それぞれが少なくとも一つの要素
から構成されている少なくとも一つの光線偏向構造とに
よって距離を測定する対物レンズにおいて、各光線偏向
構造（８，９，２９，３８，３９）は屈折ウェッジ（８
ａ，９ａ，２９ａ＋２９ｂ，３８ａ，３９ａ）を有する
こと、ウェッジ（８ａ，９ａ，２９ａ＋２９ｂ，３８
ａ，３９ａ）は少なくとも一方の側に屈曲部（８ｂ，９
ｂ，２９ｃ，３８ｂ，３９ｂ）を有することと、屈曲部
（８ｂ，９ｂ，２９ｃ，３８ｂ，３９ｂ）は光軸（２，
２２，５３）に対して可能な限り垂直に位置しているこ
とと、光線入射位置の屈曲部（８ｂ，２９ｃ，３９ｂ）
と光線射出位置の屈曲部（９ｂ，２９ｃ，３８ｂ）とは
互いに可能な限り平行であることを特徴とする対物レン
ズ。 - 【請求項２】 対物レンズ（１，２１，３５）のレンズ
（６ａ，６ｂ，６ｃ；２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）は、対
物レンズ（１，２１，３５）がテレセントリックな結像
を行うように配置されていることを特徴とする請求項１
記載の対物レンズ。 - 【請求項３】 任意の開口光束の各光線の全光路は、少
なくとも全ての光線偏向構造（８，９，２９，３８，３
９）を通して等しい長さであることを特徴とする請求項
１又は２記載の対物レンズ。 - 【請求項４】 ウェッジ（８ａ，９ａ，２９ａ＋２９
ｂ，３８ａ，３９ａ）は、全てのウェッジ（８ａ，９
ａ，２９ａ＋２９ｂ，３８ａ，３９ａ）を合わせたとき
にさらに大きな非点収差が起こらないように選択されて
いることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に
記載の対物レンズ。 - 【請求項５】 各ウェッジ（８ａ，９ａ，２９ａ＋２９
ｂ，３８ａ，３９ａ）の角度は、発生する部分偏向を組
合わせたときにさらに大きな非点収差が起こらないよう
に選択されていることを特徴とする請求項１から４のい
ずれか１項に記載の対物レンズ。 - 【請求項６】 二つのレンズ群（６，７；４３，４４）
及び一つ又は二つの光線偏向構造（８，９，３８，３
９）は対物レンズの中心点に関して対称に配置されてい
ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記
載の対物レンズ。 - 【請求項７】 対物レンズ（１，２１，３５）の結像は
１：１であることを特徴とする請求項１から６のいずれ
か１項に記載の対物レンズ。 - 【請求項８】 ウェッジ（８ａ，９ａ，２９ａ＋２９
ｂ，３８ａ，３９ａ）はその屈曲部（８ｂ，９ｂ，２９
ｃ，３８ｂ，３９ｂ）を通る平面に関して対称に構成さ
れていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１
項に記載の対物レンズ。 - 【請求項９】 ウェッジ（８ａ，９ａ，２９ａ＋２９
ｂ，３８ａ，３９ａ）の屈曲部（８ｂ，９ｂ，２９ｃ，
３８ｂ，３９ｂ）は、光軸（２，２２，５３）を含む平
面でアライメントされていることを特徴とする請求項１
から８のいずれか１項に記載の対物レンズ。 - 【請求項１０】 各ウェッジ（８ａ，９ａ，２９ａ，＋
２９ｂ，３８ａ，３９ａ）は平坦な光線通過面のみを有
することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に
記載の対物レンズ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4109484.0 | 1991-03-22 | ||
| DE4109484A DE4109484C2 (de) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | Meßobjektiv |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107468A true JPH05107468A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3573351B2 JP3573351B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=6427997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08024492A Expired - Lifetime JP3573351B2 (ja) | 1991-03-22 | 1992-03-03 | 測定用対物レンズ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5289316A (ja) |
| JP (1) | JP3573351B2 (ja) |
| DE (1) | DE4109484C2 (ja) |
| NL (1) | NL194843C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2192028C1 (ru) * | 2001-04-04 | 2002-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инсмат Технология" | Катадиоптрическая система |
| DE102008017645A1 (de) | 2008-04-04 | 2009-10-08 | Carl Zeiss Smt Ag | Vorrichtung zur mikrolithographischen Projektionsbelichtung sowie Vorrichtung zur Inspektion einer Oberfläche eines Substrats |
| US9851613B2 (en) * | 2014-02-21 | 2017-12-26 | Apple Inc. | Electro-optic variable aperture lens |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3637308A (en) * | 1970-06-11 | 1972-01-25 | Rca Corp | Color correction of prismatic off-axis optical system |
| FR2235356B1 (ja) * | 1973-06-29 | 1976-04-30 | Sfim | |
| DD209262A1 (de) * | 1982-07-01 | 1984-04-25 | Wieland Feist | Optische anordnung fuer elektrooptische entfernungsmesser |
| JPS59143146A (ja) * | 1983-02-07 | 1984-08-16 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | ミラ−集光型照明光学系 |
| JPS6239814A (ja) * | 1985-08-14 | 1987-02-20 | Sony Corp | 透過光量調節装置 |
| DD243124A1 (de) * | 1985-12-02 | 1987-02-18 | Zeiss Jena Veb Carl | Messobjektiv fuer visuelle beobachtung und bildverarbeitung |
| JPS63316817A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-26 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 変倍可能なテレセントリック結像光学系 |
| JPS6419317A (en) * | 1987-07-14 | 1989-01-23 | Dainippon Screen Mfg | Telecentric image formation optical system with large picture plane size |
| US5113244A (en) * | 1991-02-06 | 1992-05-12 | General Dynamics Corporation, Electronics Division | Fiber optic combiner/splitter |
-
1991
- 1991-03-22 DE DE4109484A patent/DE4109484C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-03 JP JP08024492A patent/JP3573351B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-16 NL NL9200490A patent/NL194843C/nl not_active IP Right Cessation
- 1992-03-23 US US07/856,122 patent/US5289316A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL194843B (nl) | 2002-12-02 |
| DE4109484C2 (de) | 2001-03-01 |
| JP3573351B2 (ja) | 2004-10-06 |
| US5289316A (en) | 1994-02-22 |
| NL9200490A (nl) | 1992-10-16 |
| DE4109484A1 (de) | 1992-09-24 |
| NL194843C (nl) | 2003-04-03 |
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