(57)【要約】  レンズを通す（ＴＴＬ）方式のレーザーレンジセンサプローブ用のアダプタおよび方法は、所定の射出瞳寸法のＴＴＬプローブを、共用の対物レンズ（この対物レンズの入射瞳寸法は、ＴＴＬプローブの射出瞳寸法とは異なる）と共に使用することを可能にする。  ガリレオ式構造のアダプタは、第一レンズと第二の解像レンズ等の光学系を含み、ＴＴＬレーザー光を拡大または縮小する。拡大か縮小かは、第一レンズが焦点距離が負の発散レンズであるか焦点距離が正の収束レンズであるか、第二レンズが収束レンズであるかまたは発散レンズであるかによって決まる。  本発明の実施例はケプラー式構造も提供しており、平行化されていない放射光に用いることができる。また、アダプタをよりコンパクトにするために鏡を含んでいてもよい。さらに、第一、第二レンズの間に少なくとも１つの調節可能なレンズ要素を含む実施例も加えられている。この少なくとも１つの調節可能レンズ要素は、光路に沿って移動できるよう、アクチュエータに接続されている。このアダプタは、鏡を用いて、よりコンパクトな「折り畳み」構造にすることも可能である。
2009535645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを通す方式のＴＴＬレーザーレンジセンサとズーム光学装置を含む光学系に用いられる、レーザーレンジセンサアダプタ。
上記光学系において、上記レーザーレンジセンサとズーム光学装置が対物レンズを共用し、この対物レンズは対物レンズ入射瞳にて上記レーザーレンジセンサの放射光を要求し、上記レーザーレンジセンサは射出瞳を有し、この射出瞳から放射光を射出し、この放射光がこの射出瞳を通って検出のために戻ってくる。
上記レーザーレンジセンサアダプタは、
上記ＴＴＬレーザーレンジセンサが射出する放射光を第一寸法で選択的に受け取る第一レンズと、
上記第一レンズからの放射光を受け取り、この放射光ビームを、第二寸法に解像する第二レンズとを備え、
この第二寸法において上記レーザーレンジセンサの放射光が上記対物レンズ入射瞳を実質的に最適に満たすことを特徴とする。
【請求項２】
上記第一レンズが発散レンズであり、上記第二レンズが収束レンズであり、したがって放射光を拡大することを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項３】
上記第一レンズが収束レンズであり、上記第二レンズが発散レンズであり、したがって放射光を縮小することを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項４】
上記第一レンズと上記第二レンズはともに収束レンズであって、その間に中間集光点が存在することを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項５】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間に配置された少なくとも1つの鏡を備え、この鏡が上記第一レンズからの光を反射して上記第二レンズに到達させることを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項６】
上記少なくとも1つの鏡は２つの鏡を備えていることを特徴とする、請求項５に記載のアダプタ。
【請求項７】
放射光が上記第一レンズを通って第一鏡に達し、この第一鏡がこの放射光を反射して第二鏡に到達させ、この第二鏡がこの放射光を反射して、上記第二レンズを通し上記アダプタの外に出させることを特徴とする、請求項６に記載のアダプタ。
【請求項８】
上記アダプタに入る放射光と上記アダプタを出る放射光の成す角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項７に記載のアダプタ。
【請求項９】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間に少なくとも１つのエキストラレンズを備え、この少なくとも１つのエキストラレンズは上記アダプタのアウトプットの調節を可能にするため、少なくとも1つの可動レンズを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項１０】
さらに、上記アダプタの入口と上記少なくとも１つのエキストラレンズとの間に第一調整レンズを備え、この第一調整レンズが平行化されていない放射光を受け取り、この放射光を上記少なくとも１つのエキストラレンズ用に修正することを特徴とする、請求項９に記載のアダプタ。
【請求項１１】
さらに、上記少なくとも１つのエキストラレンズと上記アダプタの出口との間に第二調整レンズを備え、この第二調整レンズが上記少なくとも１つのエキストラレンズからの放射光を受け取り、この放射光をアダプタからの射出用に修正することを特徴とする、請求項９に記載のアダプタ。
【請求項１２】
ＴＴＬレーザーレンジセンサプローブを含む計測システムに用いられるアダプタ。
上記ＴＴＬレーザーレンジセンサプローブは、射出瞳を有しこの射出瞳を経由して放射光を光学系に向けて射出し、この光学系から放射光を受け取る。
上記光学系は対物レンズ付きの対物・ズームレンズ系を含み、この対物レンズは上記ＴＴＬレーザーレンジセンサの射出瞳を通る放射光の最初の径とは異なる上記放射光の所望の径を要求する。
上記アダプタは、上記放射光の径を上記最初の径から変える第一レンズと、上記放射光を上記所望の径に解像する第二レンズとを備え、上記所望の径が対物レンズ入射瞳を実質的に最適に満たすことを特徴とする。
【請求項１３】
上記第一レンズが発散レンズであり、上記第二レンズが収束レンズであり、したがって放射光を拡大することを特徴とする、請求項１２に記載のアダプタ。
【請求項１４】
上記第一レンズが収束レンズであり、上記第二レンズが発散レンズであり、したがって放射光を縮小することを特徴とする、請求項１２に記載のアダプタ。
【請求項１５】
上記第一レンズと上記第二レンズはともに収束レンズであって、その間に中間集光点が存在することを特徴とする、請求項１２に記載のアダプタ。
【請求項１６】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間に配置された少なくとも1つの鏡をさらに備え、この鏡が上記第一レンズからの光を反射して上記第二レンズに到達させることを特徴とする、請求項１２に記載のアダプタ。
【請求項１７】
上記少なくとも1つの鏡は２つの鏡を備えていることを特徴とする、請求項１６に記載のアダプタ。
【請求項１８】
放射光が上記第一レンズを通って第一鏡に達し、この第一鏡がこの放射光を反射して第二鏡に到達させ、この第二鏡がこの放射光を反射して、上記第二レンズを通って上記アダプタから外に出させることを特徴とする、請求項１７に記載のアダプタ。
【請求項１９】
上記アダプタに入る放射光と上記アダプタを出る放射光の成す角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項１８に記載のアダプタ。
【請求項２０】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間に少なくとも１つのエキストラレンズを備え、この少なくとも１つのエキストラレンズは上記アダプタのアウトプットの調節を可能にするため、少なくとも1つの可動レンズを含んでいることを特徴とする、請求項１２に記載のアダプタ。
【請求項２１】
さらに、上記アダプタの入口と上記少なくとも１つのエキストラレンズとの間に第一調整レンズを備え、この第一調整レンズが平行化されていない放射光を受け取り、この放射光を上記少なくとも１つのエキストラレンズ用に修正することを特徴とする、請求項２０に記載のアダプタ。
【請求項２２】
さらに、上記少なくとも１つのエキストラレンズと上記アダプタの出口との間に第二調整レンズを備え、この第二調整レンズが上記少なくとも１つのエキストラレンズからの放射光を受け取り、この放射光をアダプタからの射出用に修正することを特徴とする、請求項２０に記載のアダプタ。
【請求項２３】
ＴＴＬプローブを、対物レンズを採用した光学系とともに用いる方法であって、
上記ＴＴＬプローブが独自の射出瞳寸法を有し、上記対物レンズが異なる所望の入射瞳寸法を要求し、上記ＴＴＬプローブが上記独自の径の射出瞳を経由して、放射光を射出し、かつ受け取るようにした方法において、
上記ＴＴＬプローブから伝送された放射光の上記独自の径を変える第一レンズの提供と、
上記放射光を上記所望の対物レンズ入射瞳径と実質的に等しい所望の径に解像する第二レンズの提供と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
上記第一レンズの提供が発散レンズの提供を含み、上記第二レンズの提供が収束レンズの提供を含み、したがって上記アダプタは放射光を拡大することを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記第一レンズの提供が収束レンズの提供を含み、上記第二レンズの提供が発散レンズの提供を含み、したがって上記アダプタは放射光を縮小することを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
上記第一レンズの提供が収束レンズの提供を含み、上記第二レンズの提供が、上記第一レンズと上記第二レンズの間に存在する中間集光点を越えた位置での収束レンズの提供を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間での少なくとも1つの鏡の提供を含み、この少なくとも1つの鏡は上記第一レンズからの光を反射して上記第二レンズに到達させることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
上記少なくとも1つの鏡を提供することが２つの鏡を提供することを含み、放射光が上記第一レンズを通って第一鏡に到達し、この第一鏡がこの放射光を反射して第二鏡に到達させ、この第二鏡がこの放射光を反射して、上記第二レンズを通って上記アダプタから外に出させることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
上記アダプタに入る放射光と上記アダプタを出る放射光の成す角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間における少なくとも１つのエキストラレンズの提供を含み、この少なくとも１つのエキストラレンズは上記アダプタのアウトプットの調節を可能にするため、少なくとも1つの可動レンズを含んでいることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
さらに、上記アダプタの入口と上記少なくとも１つのエキストラレンズとの間における第一調整レンズの提供を含み、この第一調整レンズが平行化されていない放射光を受け取り、この放射光をこの少なくとも１つのエキストラレンズ用に修正することを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
さらに、上記少なくとも１つのエキストラレンズと上記アダプタの出口との間における第二調整レンズの提供を含み、この第二調整レンズが上記少なくとも１つのエキストラレンズから放射光を受け取り、この放射光をアダプタからの射出用に修正することを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、光計測分野に関し、生産管理および品質管理において形状、寸法および位置を測定するために、ビデオに基づいた検査システム、座標測定機およびマルチセンサ式座標測定を用いている。
【０００２】
このようなビデオ検査システムの一例は、米国特許第６，５１８，９９６号に記載されており、その開示内容は引用により組み込まれる。米国特許第６，５１８，９９６号はコンパクトなビデオ検査装置を開示しており、このビデオ検査装置は、Ｙ−Ｚ−Ｘ軸測定システムを含み、結像光学系とビデオカメラを垂直なＺ軸に設けている。この垂直結像システムは、Ｘ−Ｙステージ上方において、共用の対物レンズ、ズーム光学系、ＣＣＤビデオカメラと続く形態をとることができる。
あるシステムでは、対物レンズをレーザーレンジセンサシステムと共用し、ビデオカメラが捕らえるのと同一の対象物を、レンズを通す（ＴＴＬ）方式でレーザーレンジ計測することが可能である。したがって、本発明の実施例は、とくに光計測システムとともに用いられるＴＴＬレーザーレンジセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
レンズを通して（介在して）配置することが出来るレーザーレンジセンサシステムの例を２つ挙げると、米国特許第４，５９５，８２９号に記載の原理に基づいた三角測量方式のレーザーレンジセンサと、米国特許第５，９５３，１３７号で教示されたコノスコピックホログラフィー方式のセンサがあり、これらの開示内容は引用により組み込まれる。
ＴＴＬ三角測量方式のセンサ製品は、ニューヨーク州ロチェスターのQuality Vision International, Inc.社が、同社の検査・計測システム用ならびに子会社の機器用に製造している。通常このようなＴＴＬ三角測量方式のセンサにおいては、レーザー光は対物レンズの入射瞳(entrance pupil)の半分を通って、対象物または対象表面に向けられる。ここで、対物レンズの「入射」瞳と呼んでいるのは、光がレーザーレンジセンサから入るからである。この同じ瞳はまた、以下に示すように「射出」瞳(exit pupil)としても機能することが出来る。光が対象物または対象表面に当たると、反射して散乱し、この散乱して反射した光が対物レンズの前記入射瞳の残りの半分を通って戻る。この瞳は、この散乱して反射した光が検出のためにレーザーレンジセンサに戻る際の、射出瞳になっている。
イスラエル国エルサレム所在のOptical Metrology, Ltd.（Optimet）社が販売しているようなコノスコピック方式のセンサ製品においては、射出瞳として機能している対物レンズの全体を通って戻ってくる光が、検出過程で用いられている。
ＴＴＬセンサが対物レンズの有効口径（aperture）およびこれに関連した瞳を用いる方法が異なるため、我々は、レーザーレンジセンサ光学系の射出瞳が対物レンズの入射瞳を満たす必要について言及する。本書中の記述においては、対物レンズ入射瞳は、レーザーレンジセンサから入る光により「見られる」対物レンズの開口絞り（aperture stop）の像として定義される。レーザーレンジセンサ放射ビームの径も、反射して散乱した戻りビームの径も、かならずしも瞳の正確な径を表わすわけではない。ビームがどの程度瞳を満たすかは、使用されているＴＴＬセンサによって異なるからである。また、すべてのＴＴＬセンサシステムが、使用する放射光を平行にするわけではないことを指摘しておく。
【０００４】
ＴＴＬレーザープローブは通常、光がレーザーレンジセンサから入るときの対物レンズ入射瞳について、特定の入射瞳寸法のものに使用するよう設計されている。図１は、ＴＴＬレーザープローブ装置１１０を用いた典型的な検査および／または測定のシステム１００を示す。測定システム１００は、通常、ビームスプリッタ等１０６を介してシステム１００に照明光を提供する照明光源１０５を含む。
プローブシステム１１０は光学系１２０に向けてレーザービーム１１１を放射する。この光学系は、ビームスプリッタ１２１と、ズームレンズシステム１２２と、放射光を検査対象物または検査対象面１２４に集める対物レンズ１２３を含むことができる。この測定システムは、さらにイメージセンサレンズ１２５を含んでいてもよい。このイメージセンサレンズ１２５は、検査対象物または検査対象面１２４から反射された光をセンサ１３０に集める。センサ１３０はＣＣＤカメラ１４０のセンサであってもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示すとおり、径ｄのビーム１１１は、好ましくはＴＴＬレーザープローブ１１０の射出瞳寸法と等しく、好ましくは、径Ｄの対物レンズ入射瞳を満たすように設計されている。この対物レンズ入射瞳は、最適なパフォーマンスのためには、プローブからの放射光および、反射，散乱して戻ってくる光によって適切に満たされなければならない。入射瞳が満たされる程度によってパフォーマンスが影響を受ける度合いは、使用する特定のレーザープローブによって異なる。
入射瞳が異なる別の対物レンズを使用する場合、レーザーセンサは最適パフォーマンス以下で動作し、とくに、高さ測定の感度、範囲、分解能および精度が低下する。所定の対物レンズにおいて最適のパフォーマンスを達成するためには、レーザーレンジセンサを設計変更して、新しい対物レンズ径および新しい入射瞳寸法に適合させる必要がある。対物レンズの入射瞳が変わるたびにレーザープローブを設計変更することは、費用がかさみ、手間がかかる。そこで、対物レンズの瞳寸法が変わっても使用できる、より柔軟性の高いＴＴＬレーザープローブが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例は、アダプタとしての拡大／縮小光学系を用いて、ＴＴＬセンサ放射光の射出瞳寸法を変更し、ＴＴＬセンサが適合していない対物レンズ入射瞳に対して、適切に満たす方法を提供する。
アダプタはガリレオ光学系に基づいたものが好ましいが、ケプラー光学系の構成を用いてもよい。このアダプタを取り付ければ、レーザープローブの光学系の設計を変更することなく、レーザープローブの最適のパフォーマンスを、高さ感度、範囲、分解能および精度において達成することができ、時間と費用の節約になる。本発明の実施例においては、平行化された、または平行化されていないＴＴＬセンサシステムの放射光について、ＴＴＬセンサシステムの放射光を所望のように拡大または縮小する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図２に略図で示すように、計測システム２００は、照明光源２０５を含むことができる。この照明光源の放射光は照明ビームスプリッタ等２０６に向けられ、この照明ビームスプリッタ等がこの放射光の向きを変え、光学系２２０に向かわせる。
上記計測システム２００はまた、上記照明ビームスプリッタ２０６を介して上記光学系２２０を向くＴＴＬレーザーレンジセンサプローブ２１０を含むことができる。上記照明光源２０５および／またはＴＴＬプローブ２１０からの放射光は、図１に示す典型的なシステムと同様、光学系２２０の主ビームスプリッタ２２１および対物レンズ２２３経由で測定対象面２２４に向けられる。
対象物または対象面２２４から反射し、散乱した照明光の一部がビームスプリッタ２２１を通ってズームレンズ２２２に到達する。このズームレンズはこの放射光を、センサレンズ２２５を経由して、ＣＣＤカメラ２４０のセンサ等のイメージセンサ２３０に送る。反射し、散乱した照明光の別の一部はＴＴＬプローブ２１０に戻る。
【０００８】
図1の典型的構成に関して述べたように、対物レンズ２２３は入射瞳径Ｄ’を有する。分解能および計測の精度を最適にするためには、この入射瞳がＴＴＬプローブシステム２１０のレーザーからの放射ビーム２１１によって適切に満たされなければならない。しかし、ＴＴＬレーザープローブ２１０がシステム２００に装備された対物レンズとは異なる対物レンズ用に設計されたものである場合、プローブ２１０は、入射瞳径Ｄ’には適さない寸法のセンサ放射径ｄ’を有する放射光（radiation）２１１を放出し、収集する。
ＴＴＬプローブから放射する光に対する対物レンズ入射瞳は、対象物２２４から反射し、散乱した放射光の戻りビームに対する射出瞳になる。この戻りビームは上記対物レンズ射出瞳を通って伝送され、レーザーレンジセンサで検出されることになる。
【０００９】
本発明の実施例においては、レーザーレンジセンサの光学アダプタ２５０をＴＴＬプローブシステム２１０と対物レンズ２２３との間に配置する。好ましくは、アダプタ２５０をＴＴＬプローブシステム２１０と光学系２２０への入口点との間に設置する。
上記アダプタ２５０は光学系２５１を含み、この光学系は、半径ｄ’の射出瞳から放出される放射光を拡大または縮小して、径Ｄ’ の対物レンズ入射瞳を満たす。
本発明の実施例においては、図３に示すように、アダプタ光学系２５１は、ＴＴＬシステム２１０が生成した放射光２１１を発散する第一レンズ２５２を含むことができる。第二レンズ２５３はこの発散した放射光２１２を受け取り、所望の入射瞳径Ｄ’に適合する放射光にする（解像する：resolve）。図３に示すように、第一レンズ２５２は、焦点距離が負のレンズとして定義される発散レンズとすることができ、この発散レンズはＴＴＬシステムの放射光２１１を拡げ、図２に見られるような、より大きな対物レンズ２２３に適合させることができる。
あるいは、図４に示すように、第一レンズ２５２を、焦点距離が正のレンズとして定義される収束レンズとし、第二の解像レンズ（resolving lens）２５３、を、焦点距離が負のレンズとして定義される発散レンズとしてもよい。これにより、ＴＴＬの放射光を狭め、より小さな対物レンズ入射瞳径に適合させることができる。
本発明の実施例においては、レンズ２５２、２５３によるガリレオ式レンズ構成の他に、図５および図６に例示するような、ケプラー式ビーム拡大器または縮小器を用いてもよい。このような構成においては、焦点距離が正のレンズとして定義される２枚の収束レンズ２５２’、２５３’が用いられ、それらレンズの間に中間集光点が存在する。ケプラー式構成においてはアダプタ光学系２５１に発散レンズが不要となるが、中間集光点の存在は、通常、光学系の長さを不都合に長くする。したがって、短かい又はコンパクトな光学系が所望される場合は、図３および図４に示すようなガリレオ式構成を用いるべきである。本発明の実施例においては、図７に例示するように、平行化しないタイプのＴＴＬレーザーレンジセンサに使用しても完全に機能することを指摘しておく。
【００１０】
アダプタ２５０の寸法をさらに小さくするため、図８および図９に例示するように、鏡を用いて折り畳みアダプタ８５０を構成してもよい。図８において、第一レンズ８５２が第一鏡８５４に放射光を送り、この第一鏡が放射光を第二鏡８５５に向かわせ、この第二鏡が放射光を第二の解像レンズ８５３を通ってアダプタ８５０外に出させる。
このような折り畳み構造のレーザーレンジセンサアダプタ２５０を使用することにより、アダプタの体積と長さを減らすことができる。さらに、折り畳みアダプタ８５０を使用することによりＴＴＬセンサシステム２１０をよりコンパクトな構成にすることができる。図９に示すように、このアダプタ８５０はＴＴＬシステム２１０の放射光２１１を効率よく直角に曲げることができるからである。鏡の数を増減することにより、ＴＴＬセンサシステムおよび計測機器に適するように、アダプタの寸法を変えたり、入る放射光と出る放射光との成す角度を変えることができる。
【００１１】
さらに本発明の実施例は、調節可能な光学系１０５１を有する調節可能なアダプタ１０５０を含んでいてもよい。この調節可能光学系は、好ましくは、無焦点ズームシステムであり、その簡単な例を図１０に示す。
このような調節可能システム１０５１は、第一、第二の正レンズ１０５２、１０５３を用いて平行ビームを拡げたり狭めたりすることができるが、これら第一、第二レンズ１０５２、１０５３の間に少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４を含んでいる。図１０に示す簡単な例においては１つの移動可能な複レンズを含んでいるが、上記少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４は、単一の発散型複レンズ等の中央レンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。
複数のレンズを用いて、拡大比または縮小比を増加させることができ、また、単色収差および／または色収差のバランスを図ることができる。これらの付加的レンズは、所望される拡大／縮小比および収差バランスに対応して、固定式であっても可動式であってもよい。
少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４のうちの可動レンズを動かすために、アクチュエータ１０５５が配置されている。これにより、少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４は、図１０のｚ軸で示されるアダプタの光路に沿って動くことができる。アクチュエータ１０５５は手動でも動力付きでもよく、機械式であっても電気機械式であってもよい。たとえば、アクチュエータはスライド式でも、ラックアンドピニオン式でも、回転カム式であってもよく、あるいは、少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４の可動レンズの位置を変えるのに適したその他のシステムであってもよい。
かくして、放射光２１１は、アダプタ１０５０と光学系１０５１に入り、第一レンズ１０５２によって収束され、少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４に入って発散し、第二レンズ１０５３に入り、この第二レンズを通過する。第二レンズ１０５３は、放射光が光学系１０５１とアダプタ１０５０を出る前に、放射光を所望の寸法にする（解像する）。
【００１２】
調節可能アダプタ１０５０の無焦点ズーム光学系は、平行放射光に最適である。しかし、レーザーレンジシステムには、発散放射光または収束放射光を放出および収集するものがある。このような発散光線または収束光線にこのアダプタを使用することが出来るようにするため、本発明の実施例は、無焦点ズーム系の前に、適切な焦点距離の正レンズまたは負レンズを、それぞれ含むことができる。このような変形アダプタを図１１に示す。この変形アダプタは、アダプタ光学系１１５１の少なくとも１つのエキストラレンズ１０５４の前に正レンズ１１５６を含んでいる。
さらに、発散または収束する出射ビームが所望される場合は、適切な焦点距離の負レンズまたは正レンズをそれぞれ無焦点ズームレンズの後に加えて、無焦点ズームレンズのアウトプットを修正することができる。図１１に示すシステム例は、第二レンズ１１５３を出る放射光を発散する発散レンズ１１５７を含んでいる。
上述したように、正レンズ１１５６の代わりに負レンズを用いて、収束する放射光を調整してもよい。同様に、負レンズ１１５７の代わりに正レンズを用いて、第二レンズ１１５３からの出射ビームを調整して収束ビームにしてもよい。
さらに、調節可能光学系１０５１は、図８に示した例と同様の方法で、折り畳むことが可能であるが、図８のシステムよりも容積が大きくなる。
【００１３】
このように、本発明の実施例は、独自の射出瞳寸法を有するＴＴＬプローブを、対物レンズを採用した光学系とともに用いる方法を備えている。ここで、対物レンズは異なる所望の入射瞳寸法を要求する。ＴＴＬプローブは、独自の径の射出瞳を通って、放射光を放出し、受け取るものである。
上記方法は、図１２に略図で示すとおり、ブロック１２１０の工程及び／又はブロック１２２０の工程を備えることができる。ブロック１２１０では、ＴＴＬプローブから伝送される放射光のオリジナル径を変える第一レンズを提供する。ブロック１２２０では、放射光を所望の対物レンズ入射瞳径と実質的に等しい所望の径にする（解像する）第二レンズを提供する。これらのいずれかまたは両方を採用することができる。
加えて、アダプタに入る前またはアダプタを出た後に少なくとも１つの調整レンズを提供すること（ブロック１２３０）を、ブロック１２１０の前か、ブロック１２２０の前か、あるいは単独で上記方法に含めてもよい。
本発明の実施例においては、第一レンズの提供（ブロック１２１０）は、付加的に、少なくとも１つの鏡を提供すること（ブロック１２１１）、少なくとも１つのエキストラレンズを提供すること（ブロック１２１２）、及び／又は少なくとも１つの可動要素（可動レンズ）を含ませること（ブロック１２１３）、を備えていてもよい。繰り返し述べるが、いかなる組み合わせを含んでいてもよく、またこれらのすべてを含んでいてもよい。
特定の実施例においては、少なくとも１つの鏡の提供（ブロック１２１１）は、好ましくは、２つの鏡の提供（ブロック１２１４）を含む。
第一レンズの提供がたとえば、発散レンズの提供を含み、第二レンズの提供がたとえば、収束レンズの提供を含み、それによって、図３および図７に示すように、アダプタが放射光を拡大するようにしてもよい。
あるいは、本発明の実施例の方法において、第一レンズの提供が収束レンズの提供を含み、第二レンズの提供が発散レンズの提供を含み、それによって、図４に示すように、アダプタが放射光を縮小するようにしてもよい。
本発明の実施例に係る３番目の方法として、図５および図６に例示するように、第一レンズの提供が収束レンズの提供を含み、第二レンズの提供が、第一レンズと第二レンズとの間の中間集光点を越えた位置に収束レンズを提供することを含んでいてもよい。
【００１４】
少なくとも１つの鏡の提供は、好ましくは、その少なくとも１つの鏡を第一レンズと第二レンズとの間に配置し、その少なくとも１つの鏡が第一レンズからの光を反射して、第二レンズに到達させることを含む。たとえば図８および図９に示すように、少なくとも１つの鏡の提供は、特に２つの鏡を提供することを含んでいる。放射光は、第一レンズを通って第一鏡に到達し、この第一鏡で反射して第二鏡に到達し、この第二鏡で反射し、第二レンズを通ってアダプタの外に出る。アダプタに入る放射光とアダプタを出る放射光との角度は、実質的に９０度であるのが好ましいが、必要または所望であれば、別の角度であってもよい。
【００１５】
第一レンズと第二レンズとの間に少なくとも１つのエキストラレンズを提供することは、好ましくは、図１０および図１１に示すように、アダプタのアウトプット調節を可能にするために、少なくとも１つの可動要素（可動レンズ）を含んでいる。この少なくとも１つの可動要素のために、アクチュエータを提供してもよい。
第一調整レンズの提供は、第一調整レンズをアダプタの入口と少なくとも１つのエキストラレンズとの間に置くことを含んでいてもよい。この第一調整レンズは、平行化されていない放射光を受け取り、この放射光を少なくとも１つのエキストラレンズ用に修正する。さらに、第一調整レンズまたは第二調整レンズの提供は、調整レンズを少なくとも１つのエキストラレンズとアダプタの出口との間に置くことを含んでいてもよい。この調整レンズは、少なくとも１つのエキストラレンズから放射光を受け取り、この放射光をアダプタから出るのに適したものに修正する。第一、第二調整レンズは、ともに図１１に例示されている。
【００１６】
以上開示された特徴および作用、その他の特徴および作用、またはその代替となる特徴および作用を、適宜組み合わせて、数々の異なったシステムを作ってもよいことは理解されよう。現時点では予見できない代案、変更、変形または改良が今後当業者によってなされる場合があろうが、本発明の特許請求の範囲は、それらも網羅する意図で書かれていることを指摘しておく。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】対物レンズを共用するＴＴＬレーザーレンジセンサおよび光学ズーム結像系を用いた、典型的な検査・測定システムの略図である。
【図２】対物レンズを共用するＴＴＬレーザーレンジセンサおよび光学ズーム結像系を用いた検査・測定システムであって、本発明の実施例に係るレーザーレンジセンサの光学アダプタを備えた検査・測定システムの略図である。
【図３】本発明の実施例に係るビーム拡大器（beam expander）の略図である。
【図４】本発明の実施例に係るビーム縮小器（beam contractor）の略図である。
【図５】本発明の実施例に係るビーム拡大器の略図である。
【図６】本発明の実施例に係るビーム縮小器の略図である。
【図７】本発明の実施例に係るビーム拡大器の略図であり、平行化されていないビームに使用される様子を示す。
【図８】本発明の実施例に係るアダプタの略図であり、このアダプタをよりコンパクトな形状に「折り畳む」ための鏡を含んでいる。
【図９】ＴＴＬレーザーレンジセンサおよび図８の折り畳みアダプタを用いた計測システムの略図である。
【図１０】本発明の実施例に係る調節可能なアダプタの略図である。
【図１１】本発明の実施例に係る、平行化されていないビームに使用できる調節可能なアダプタの略図である。
【図１２】ＴＴＬレーザーレンジセンサプローブが、これと適合していないズームレンズシステムの対物レンズに対して、プローブのアウトプットを調整する、本発明の実施例に係る方法の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月3日(2009.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを通す方式のＴＴＬレーザーレンジセンサとズーム光学装置を含む光学系に用いられる、レーザーレンジセンサアダプタ。
上記光学系において、上記レーザーレンジセンサとズーム光学装置が対物レンズを共用し、この対物レンズは対物レンズ入射瞳にて上記レーザーレンジセンサの放射光を要求し、上記レーザーレンジセンサは射出瞳を有し、この射出瞳から放射光を射出し、この放射光がこの射出瞳を通って検出のために戻ってくる。
上記レーザーレンジセンサアダプタは、
上記ＴＴＬレーザーレンジセンサが射出する放射光を第一寸法で選択的に受け取る第一レンズと、
上記第一レンズからの放射光を受け取り、この放射光ビームを、第二寸法に解像する第二レンズとを備え、
この第二寸法において上記レーザーレンジセンサの放射光が上記対物レンズ入射瞳を実質的に最適に満たすことを特徴とする。
【請求項２】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間に配置された少なくとも1つの鏡を備え、この鏡が上記第一レンズからの光を反射して上記第二レンズに到達させることを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項３】
上記アダプタに入る放射光と上記アダプタを出る放射光の成す角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項４】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間に少なくとも１つのエキストラレンズを備え、この少なくとも１つのエキストラレンズは上記アダプタのアウトプットの調節を可能にするため、少なくとも1つの可動レンズを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項５】
さらに、上記アダプタの入口と上記少なくとも１つのエキストラレンズとの間に第一調整レンズを備え、この第一調整レンズが平行化されていない放射光を受け取り、この放射光を上記少なくとも１つのエキストラレンズ用に修正することを特徴とする、請求項４に記載のアダプタ。
【請求項６】
さらに、上記少なくとも１つのエキストラレンズと上記アダプタの出口との間に第二調整レンズを備え、この第二調整レンズが上記少なくとも１つのエキストラレンズからの放射光を受け取り、この放射光をアダプタからの射出用に修正することを特徴とする、請求項４に記載のアダプタ。
【請求項７】
ＴＴＬプローブを、対物レンズを採用した光学系とともに用いる方法であって、
上記ＴＴＬプローブが独自の射出瞳寸法を有し、上記対物レンズが異なる所望の入射瞳寸法を要求し、上記ＴＴＬプローブが上記独自の径の射出瞳を経由して、放射光を射出し、かつ受け取るようにした方法において、
上記ＴＴＬプローブから伝送された放射光の上記独自の径を変える第一レンズの提供と、
上記放射光を上記所望の対物レンズ入射瞳径と実質的に等しい所望の径に解像する第二レンズの提供と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
上記第一レンズの提供が収束レンズの提供を含み、上記第二レンズの提供が、上記第一レンズと上記第二レンズの間に存在する中間集光点を越えた位置での収束レンズの提供を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間での少なくとも1つの鏡の提供を含み、この少なくとも1つの鏡は上記第一レンズからの光を反射して上記第二レンズに到達させることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
上記アダプタに入る放射光と上記アダプタを出る放射光の成す角度が実質的に９０度であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、上記第一レンズと上記第二レンズとの間における少なくとも１つのエキストラレンズの提供を含み、この少なくとも１つのエキストラレンズは上記アダプタのアウトプットの調節を可能にするため、少なくとも1つの可動レンズを含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、上記アダプタの入口と上記少なくとも１つのエキストラレンズとの間における第一調整レンズの提供を含み、この第一調整レンズが平行化されていない放射光を受け取り、この放射光をこの少なくとも１つのエキストラレンズ用に修正することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、上記少なくとも１つのエキストラレンズと上記アダプタの出口との間における第二調整レンズの提供を含み、この第二調整レンズが上記少なくとも１つのエキストラレンズから放射光を受け取り、この放射光をアダプタからの射出用に修正することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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