(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象物を測定するためのビデオ測定システムであって、
撮像システムと、
レチクルの画像を、前記撮像システムを通して前記試験対象物に投影するレチクルプロジェクタと、
前記試験対象物の画像を、前記試験対象物に投影された前記レチクルの画像とともに、前記撮像システムを介して捕捉するカメラと、
前記レチクルの画像を、前記試験対象物の前の前記撮像システムに沿った位置から前記カメラへと反射する選択反射器と、
第１モードにおいて前記レチクルの画像を、前記試験対象物に向け前記試験対象物から前記カメラに向けるように動作可能であり、第２モードにおいて前記レチクルの画像を、前記選択反射器に向け前記選択反射器から前記カメラに向けるように動作可能であるモードセレクタと、
を備えたビデオ測定システム。
【請求項２】
前記モードセレクタは前記レチクルプロジェクタと前記選択反射器を含み、前記レチクルプロジェクタは、前記第１、第２モードにそれぞれ関連する第１、第２のタイプの光で前記レチクルを選択的に照明するように構成され、前記選択反射器は、２つのタイプの光のうち前記第２のタイプの光だけを前記カメラに向けるように構成される、請求項１に記載のビデオ測定システム。
【請求項３】
前記選択反射器は、ビームスプリット特性と関連付けられ、これにより、前記２つのタイプの光のうち前記第１のタイプの光が前記選択反射器を通過し、前記２つのタイプの光のうち前記第２のタイプの光が前記選択反射器から前記カメラへと向けて反射される、請求項２に記載のビデオ測定システム。 
【請求項４】
前記レチクルプロジェクタが照明器を含み、前記照明器が、第１の波長帯域によって識別される前記第１のタイプの光を発し、第２の異なる波長帯域によって識別される前記第２のタイプの光を発する、請求項２に記載のビデオ測定システム。
【請求項５】
前記選択反射器が二色のビームスプリッタを含む、請求項４に記載のビデオ測定システム。 
【請求項６】
前記選択反射器が、ミラーと、前記第１のタイプの光を遮断する色フィルタとを含む、請求項４に記載のビデオ測定システム。 
【請求項７】
前記選択反射器がミラーとシャッターを含み、前記シャッターは、前記第２モードで開くことにより、前記第２のタイプの光の反射をサポートして、前記レチクルの画像を前記選択反射器から前記カメラへと向けるとともに、前記第１モードで閉じることにより、前記選択反射器から前記カメラへの前記第１のタイプの光の反射を遮る請求項２に記載のビデオ測定システム。
【請求項８】
前記選択反射器がミラーとシャッターを含み、前記シャッターは、前記第２モードで開くことにより、前記レチクルの画像が前記反射器から前記カメラへと向けて反射するのをサポートするとともに、前記第１モードで閉じることにより、前記レチクルの画像が前記選択反射器から前記カメラへと反射するのを遮る請求項１に記載のビデオ測定システム。
【請求項９】
前記選択反射器がミラーとアクチュエータを含み、前記アクチュエータは、前記ミラーを、前記レチクルの画像が前記選択反射器から前記カメラへと反射するのをサポートする第１位置と、前記レチクルの画像が前記選択反射器から前記カメラへと反射するのをサポートしない第２位置との間で動かす、請求項１に記載のビデオ測定システム。
【請求項１０】
前記カメラと、前記撮像システムの少なくとも一部のうち、少なくとも一方の位置は、前記レチクルのパターンを前記試験対象物にフォーカスさせるように調節可能である、請求項１に記載のビデオ測定システム。 
【請求項１１】
さらにコンピュータ処理部を備え、前記コンピュータ処理部は、前記カメラによって捕捉された前記レチクルの画像から、画像コントラストおよび前記カメラ内での画像アライメントを測定する、請求項１に記載のビデオ測定システム。
【請求項１２】
前記レチクルは、画像コントラストを測定するために前記第１のモードで有効な第１のパターンと、前記カメラ内の画像アライメントを測定するために前記第２のモードで有効な第２の異なるパターンを含む、請求項１に記載のビデオ測定システム。 
【請求項１３】
さらに第１ビームスプリッタを備え、前記第１ビームスプリッタは、前記レチクルの画像を、前記撮像システムから前記選択反射器へと向けるとともに、前記選択反射器から前記撮像システムへと向ける、請求項１に記載のビデオ測定システム。
【請求項１４】
さらに第２ビームスプリッタを備え、前記第２ビームスプリッタは、前記レチクルの画像を前記レチクルプロジェクタから前記撮像システムに向け、前記試験対象物の画像を前記撮像システムから前記カメラに向ける、請求項１３に記載のビデオ測定システム。
【請求項１５】
前記第１ビームスプリッタは、前記レチクルの画像を、前記試験対象物に向け前記試験対象物から前記カメラに向ける、請求項１４に記載のビデオ測定システム。 
【請求項１６】
試験対象物を測定するためのビデオ測定システムであって、
第１倍率のカメラを含む第１倍率撮像システムと、第２倍率のカメラを含む第２倍率撮像システムとを備え、前記第１倍率撮像システムが前記第２倍率システムとは異なる倍率で動作し、さらに、
前記第１倍率撮像システムと前記第２倍率撮像システムの両方のために、前記試験対象物を照らす光を収集する共通の対物レンズと、
前記共通の対物レンズによって収集された光を、前記第1倍率撮像システムと前記第2倍率撮像システムの両方に向ける第1ビームスプリッタと、
レチクルの画像を第２倍率撮像システムに向けて投射するレチクルプロジェクタと、
前記レチクルプロジェクタからの光を前記第２倍率撮像システムに導き、前記第２倍率撮像システム内の光を前記第２倍率カメラに向ける第２ビームスプリッタと、
前記レチクルの画像を、前記第1ビームスプリッタを介して前記第1倍率撮像システムと前記第２倍率撮像システムの両方に向けて反射する選択反射器と、
第１モードと第２モードで動作可能なモードセレクタと、
を備え、前記モードセレクタは、前記第１モードでは、前記レチクルの画像を前記試験対象物に向けるとともに、前記試験対象物から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラに向け、前記第２モードでは、前記レチクルの画像を前記選択反射器に向けるとともに、前記選択反射器から前記第1倍率カメラと前記第２倍率カメラに向ける、ビデオ測定システム。
【請求項１７】
前記モードセレクタは前記レチクルプロジェクタと前記選択反射器を含み、前記レチクルプロジェクタは、前記第１、第２モードにそれぞれ関連する第１、第２のタイプの光で前記レチクルを選択的に照明するように構成され、前記選択反射器は、２つのタイプの光のうちの前記第２のタイプの光だけを、前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへ向ける、請求項１６に記載のビデオ測定システム。
【請求項１８】
前記選択反射器は、ビームスプリット特性と関連付けられ、これにより、前記２つのタイプの光のうち前記第１のタイプの光が前記選択反射器を通過し、前記２つのタイプの光のうち前記第２のタイプの光が前記選択反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへと向けて反射される、請求項１７に記載のビデオ測定システム。 
【請求項１９】
前記レチクルプロジェクタが照明器を含み、前記照明器が、第１の波長帯域によって識別される前記第１のタイプの光を発し、第２の異なる波長帯域によって識別される前記第２のタイプの光を発する、請求項１７に記載のビデオ測定システム。
【請求項２０】
前記選択反射器が二色のビームスプリッタを含む、請求項１９に記載のビデオ測定システム。
【請求項２１】
前記選択反射器が、ミラーと、前記第１のタイプの光を遮断する色フィルタとを含む、請求項１９に記載のビデオ測定システム。 
【請求項２２】
前記選択反射器がミラーとシャッターを含み、前記シャッターは、前記第２モードで開くことにより、前記第２のタイプの光の反射をサポートして、前記レチクルの画像を前記選択反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへと向けるとともに、前記第１モードで閉じることにより、前記選択反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへの前記第１のタイプの光の反射を遮る請求項１７に記載のビデオ測定システム。
【請求項２３】
前記選択反射器がミラーとシャッターを含み、前記シャッターは、前記第２モードで開くことにより、前記レチクルの画像が前記反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへと向けて反射するのをサポートするとともに、前記第１モードで閉じることにより、前記レチクルの画像が前記選択反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへと反射するのを遮る請求項１６に記載のビデオ測定システム。
【請求項２４】
前記選択反射器がミラーとアクチュエータを含み、前記アクチュエータは、前記ミラーを、前記レチクルの画像が前記選択反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへと反射するのをサポートする第１位置と、前記レチクルの画像が前記選択反射器から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへと反射するのをサポートしない第２位置との間で動かす、請求項１６に記載のビデオ測定システム。 
【請求項２５】
さらにコンピュータ処理部を備え、前記カメラによって捕捉された前記レチクルの画像から、画像コントラストおよび前記カメラ内での画像アライメントを測定する、請求項１６に記載のビデオ測定システム。
【請求項２６】
前記レチクルは、画像コントラストを測定するために前記第１のモードで有効な第１のパターンと、前記カメラ内の画像アライメントを測定するために前記第２のモードで有効な第２の異なるパターンを含む、請求項２５に記載のビデオ測定システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験対象物の画像を捕捉し処理するためのビデオ測定マシンに関し、特に、そのような測定マシンを焦点合わせし、較正するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオ測定マシンは、多くの場合、異なる高さのフィーチャを有する試験対象物を測定する（異なる倍率で測定する場合を含む）ことが求められる。この場合、適切な焦点（フォーカス）で画像を捕捉するための調節が必要となる。このようなマシンの多くは、焦点深度（depth of focus）による倍率の変動を回避するためのテレセントリック撮像システムを含むが、正確な測定をするために、試験対象物または試験対象物のフィーチャを、テレセントリック撮像システムの最適焦点位置または少なくとも許容可能な焦点位置に維持することが求められることが多い。
【０００３】
焦点合わせ(focusing)は、検査対象に対して撮像システム全体または一部を相対的に移動させるなど、さまざまな方法で実現できる。適切な焦点位置の特定は、捕捉された画像内での画像コントラストの1つ以上の測定値を取得するなど、さまざまな方法で実現できる。たとえば、画像コントラストは、強度変化の測定またはより高い空間周波数のエネルギー量によって評価できる。
【０００４】
ただし、試験対象物の表面の反射率が低いか、表面が滑らかで鏡面反射が大きすぎる場合には、捕捉された画像内のコントラストの変化が小さくなり、コントラストの変化に依存する焦点調整の精度が低下する。この種の障害を克服するために、レチクルグリッドを試験対象物に投影するグリッドプロジェクタがビデオ測定マシンに追加されている。投影されたグリッドは、カメラ内で簡単に撮像でき、適切な焦点調整を行うために必要なコントラストの変化を提供する。
【０００５】
既知のビデオ測定マシンは、同軸またはスルーザレンズ照明システム、斜め照明システム、およびバックライト照明システムを含むさまざまな照明システムを装備することができる。ＬＥＤ（発光ダイオード）およびその他の効率的な光源を使用できるが、適切なレベルの照明を達成するために大きなエネルギーが必要になる場合があり、この場合には、撮像システムの光学系またはそのサポートを加熱する。熱によって引き起こされる材料の膨張は、異なる倍率などの異なる設定間の調節とともに、光学システムのアライメントやその他のマシン較正（キャリブレーション）の問題に影響を与える可能性がある。
【０００６】
このようなアライメントのずれと関連する較正の問題を監視および修正するために、別のタイプのグリッドプロジェクタが使用されている。このグリッドプロジェクタは、撮像システムの少なくとも一部を介してカメラの画像平面検出器にグリッドを投影する。グリッドには、同心円などのセンタリング機能が含まれており、カメラの検出器上での画像の位置とサイズの監視に使用できる。
【０００７】
撮像システムを介して反対方向に異なるグリッドを投影するための追加の装置は、撮像システムをコスト高にし、複雑にし、嵩の増加を招く。
【発明の概要】
【０００８】
１つ以上の実施形態において、ビデオ測定マシンの単一のプロジェクタは、第１動作モードの一部として、レチクル画像を撮像システムを通して試験対象物の表面に投影する。このプロジェクタは第２動作モードにおいて、同一のまたは異なるレチクル画像を同じ撮像システムの一部分を通して反射器に投影する。この反射器は、レチクル画像を反射して撮像システムの同じ部分を通してカメラの検出器上に伝送する。第１の動作モードのさらなる部分として、試験部品の表面に投影されたレチクル画像は、撮像システムによってカメラの検出器上で撮像される。オーバーラップする光路を備えた２つの動作モードは、ビデオ測定マシンの適切な機能を保証するために、焦点合わせと較正の機能を簡素化し、関連付ける。
【０００９】
１つ以上の実施形態に係るビデオ測定システムは、撮像システムと、レチクルの画像を、前記撮像システムを通して前記試験対象物に投影するレチクルプロジェクタと、前記試験対象物の画像を、前記試験対象物に投影された前記レチクルの画像とともに、前記撮像システムを介して捕捉するカメラと、を含んでいる。選択反射器は、前記レチクルの画像を、前記試験対象物の前の前記撮像システムに沿った位置から前記カメラへと反射する。モードセレクタ（モード選択手段）は、第１モードにおいて前記レチクルの画像を、前記試験対象物に向け前記試験対象物から前記カメラに向けるように動作可能であり、第２モードにおいて前記レチクルの画像を、前記選択反射器に向け前記選択反射器から前記カメラに向けるように動作可能である。
【００１０】
前記モードセレクタは前記レチクルプロジェクタと前記選択反射器を含むことができる。前記レチクルプロジェクタは、前記第１、第２モードにそれぞれ関連する第１、第２のタイプの光で前記レチクルを選択的に照明するように構成される。前記選択反射器は、２つのタイプの光のうち前記第２のタイプの光だけを前記カメラに向けるように構成される。例えば、前記選択反射器は、ビームスプリット特性を有し、これにより、前記２つのタイプの光のうち前記第１のタイプの光が前記選択反射器を通過し、前記２つのタイプの光のうち前記第２のタイプの光が前記選択反射器から前記カメラへと向けて反射される。
【００１１】
前記レチクルプロジェクタは照明器を含むことができる。この照明器は、第１の波長帯域によって識別される前記第１のタイプの光を発し、第２の異なる波長帯域によって識別される前記第２のタイプの光を発する。この点に関して、前記選択反射器は、二色の（dichroic）ビームスプリッタを含むか、ミラーと前記第１のタイプの光を遮断する色フィルタとを含むことができる。
【００１２】
あるいは、前記選択反射器はミラーとシャッターを含むことができる。前記シャッターは、前記第２モードで開くことにより、前記第２のタイプの光の反射をサポートして、前記レチクルの画像を前記選択反射器から前記カメラへと向けるとともに、前記第1モードで閉じることにより、前記選択反射器から前記カメラへの前記第1のタイプの光の反射を遮る。
【００１３】
コンピュータ処理部は、前記カメラによって捕捉された前記レチクルの画像から、画像コントラストおよび前記カメラ内での画像アライメントを測定する。前記レチクルは、画像コントラストを測定するために前記第１のモードで有効な第１のパターンと、前記カメラ内の画像アライメントを測定するために前記第２のモードで有効な第２の異なるパターンを含むことができる。
【００１４】
第１ビームスプリッタを用いることができる。この第１ビームスプリッタは、前記レチクルの画像を、前記撮像システムから前記選択反射器へと向けるとともに、前記選択反射器から前記撮像システムへと戻す。第２ビームスプリッタを用いることができる。この第２ビームスプリッタは、前記レチクルの画像を前記レチクルプロジェクタから前記撮像システムに向け、前記試験対象物の画像を前記撮像システムから前記カメラに向ける。前記第１ビームスプリッタは、前記レチクルの画像を、前記試験対象物に向け前記試験対象物から前記カメラに向けるために用いることもできる。
【００１５】
１つ以上の実施形態に係る他のビデオ測定システムは、第１倍率のカメラを含む第１倍率撮像システムと、第２倍率のカメラを含む第２倍率撮像システムとを備えている。前記第１倍率撮像システムは前記第２倍率システムとは異なる倍率で動作する。共通の対物レンズは、前記第1倍率撮像システムと前記第2倍率撮像システムの両方のために、前記試験対象物を照らす光を収集する。第1ビームスプリッタは、前記共通の対物レンズによって収集された光を、前記第1倍率撮像システムと前記第2倍率撮像システムの両方に向ける。レチクルプロジェクタは、レチクルの画像を第２倍率撮像システムに向けて投射する。第２ビームスプリッタは、前記レチクルプロジェクタからの光を前記第２倍率撮像システムに導き、前記第２倍率撮像システム内の光を前記第２倍率カメラに向ける。選択反射器は、前記レチクルの画像を、前記第1ビームスプリッタを介して前記第1倍率撮像システムと前記第２倍率撮像システムの両方に向けて反射する。モードセレクタは、第１モードと第２モードで動作可能である。前記モードセレクタは、前記第１モードでは、前記レチクルの画像を前記試験対象物に向けるとともに、前記試験対象物から前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラに向ける。前記第２モードでは、前記レチクルの画像を前記選択反射器に向けるとともに、前記選択反射器から前記第1倍率カメラと前記第２倍率カメラに向ける。
【００１６】
前記モードセレクタは、前記レチクルプロジェクタと前記選択反射器を含むことができる。前記レチクルプロジェクタは、前記第１、第２モードにそれぞれ関連する第１、第２のタイプの光で前記レチクルを選択的に照明するように構成される。前記選択反射器は、２つのタイプの光のうちの前記第２のタイプの光だけを、前記第１倍率カメラと前記第２倍率カメラへ向ける。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】２つの目的のレチクルプロジェクタを備えた２つの拡大システムの概略図である。
【００１８】
【図２】２つの目的で用いられるレチクルの平面図である。
【００１９】
【図３】上記レチクルの中央部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示されるような２つの倍率のビデオ拡大システム１０は、低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６の両方を用いて、試験対象物１２を同時にまたは連続的に測定する。試験対象物１２は、通常の照明システムによって照明することができる。照明システムはバックライトシステム１８として図１に示されているが、同軸照明システムやスルーザレンズ照明システムや斜めの照明システムとして構成することもできる。ここでは、バックライトシステムは光源２０とコリメートレンズ２２を含む。 
【００２１】
共通の対物レンズ２４は、低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６の両方のために試験対象物１２を照らす光を収集する。ビームスプリッタ２６は、収集された光を低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６の両方に向ける。収集された光の一部分は、ビームスプリッタ２６によって低倍率撮像システム１４へと反射され、収集された光の別の部分は、ビームスプリッタ２６を通って高倍率撮像システム１６へと送られる。低倍率撮像システム１４は、折り畳みミラー２７、低倍率光学系２８および低倍率カメラ３０を含む。低倍率カメラ３０は、矢印３２、３４で概略的に示される個別に制御可能なアクチュエータにより、その光軸（Ｚ）に沿って調節可能であるとともに、横断画像平面（Ｘ−Ｙ）において調節可能である。折り畳みミラー２７は、矢印３６によって概略的に示されるアクチュエータ３６によって、その反射面と垂直に調整可能であり、これにより低倍率ドリフトを調整する。高倍率撮像システム１６は、高倍率光学系３８と高倍率カメラ４０を含む。高倍率カメラ４０は、矢印４２、４４によって概略的に示される個別に制御可能なアクチュエータにより、その光軸（Ｚ）に沿って調節可能であるとともに、横断画像平面（Ｘ―Ｙ）において調節可能である。低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０は、ＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）の画像センサなど、画像を捕捉するための検出器を含む。
【００２２】
低コントラストを示す試験対象物のフィーチャの高さを測定し、低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６で獲得したビデオ画像を較正するために、レチクルプロジェクタ５０がビームスプリッタ５２を介して高倍率撮像システム１６に光学的に結合されている。レチクルプロジェクタ５０は、照明器５４、レチクル５６、および投射光学系５８を含み、これらは、レチクル５６が高倍率カメラ４０と少なくともほぼ共役関係になるように配置することができる。照明器５４は、モードセレクタの一部として機能することができ、２つの異なる色の光源（例えば、緑色および赤色のＬＥＤ）を備えてもよいし、異なる色フィルタと組み合わされた広帯域光源であってもよい。異なるタイプの光は、異なる動作モードと関連付けられる。レチクル５６は、矢印６２、６４で概略的に示される独立して制御可能なアクチュエータにより、その光軸（Ｚ）に沿って調節可能であるとともに、横断平面（Ｘ−Ｙ）において調節可能である。立方体ビームスプリッタとして示されているビームスプリッタ５２は、試験対象物１２から収集された光を通して高倍率カメラ４０に向け、レチクルプロジェクタ５０からの光を反射して試験対象物１２に向ける。
【００２３】
参照されるレチクル５６の一例が、図２と図３の部分拡大図に示されている。示されたレチクル５６は、クリアランスリング７２に囲まれた中央リング７０（暗い円として示される）を含み、その組み合わされた投影により、カメラ３０内において低倍率撮像システム１４をセンタリングし、その倍率を決定することができる。同様に、レチクル５６は、クリアランスリング７６に囲まれたより小さい同心の内側リング７４（暗い円として示される）を含み、その組み合わされた投影により、カメラ４０内において高倍率撮像システム１６をセンタリングし、その倍率を決定することができる。中央リング７０およびクリアランスリング７２を超えた領域には、小さな環７８のパターンが六角形のグリッドパターン８０に配置されている。試験対象物１２の表面上に投影された小さな環７８は、全方向の周囲エッジを有しており、この周囲エッジから、低倍率撮像システム１４の画像平面にわたってコントラスト測定を行うことができる。中央リング７０内側で、しかも小さい内側リング７４とクリアランスリング７６の内外側の領域には、より細かい六角形パターン８４におけるより小さな環８２が、上記と同様に、高倍率撮像システム１６の画像平面にわたってコントラスト測定を強化する。
【００２４】
試験対象物１２の高さ測定を強化するための第１の動作モードでは、レチクル５６は、照明器５４により第１のタイプの光、例えば緑色光などの所与の波長帯域内の光で照明される。照明されたレチクル５６の画像は、高倍率撮像システム１６を経、共通の対物レンズ２４を経て試験対象物１２へと送ることができる。ビームスプリッタ５２は投影光を高倍率撮像システム１６へと反射し、ビームスプリッタ２６は投影光を通して共通の対物レンズ２４へと送る。試験対象物１２の表面上へと送られたレチクル５６の画像は、試験対象物表面の輪郭に追随して人工のコントラストのパターンを生成する。このように、試験対象物１２は、不規則な表面を有するプロジェクタスクリーンとして機能する。この表面は、試験対象物１２の通常の方法で照明された表面よりも、低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６の両方にとって、より容易に見ることができる。低倍率撮像システム１４は、試験対象物１２を、その表面上に投影されたレチクルパターン８０とともに、低倍率カメラ３０で撮像する。高倍率撮像システム１６は、試験対象物１２を、より小さな視野範囲の表面上に投影されたレチクルパターン８４とともに、高倍率カメラ４０で撮像する。
【００２５】
異なる倍率で動作する従来のビデオ測定システムと同様に、低倍率撮像システム１４は、大きな視野と大きな被写界深度の両方を提供し、測定のために提示される1つまたは複数の試験対象物１２（例えばビデオ測定システム１０の平行移動可能な移動ステージに設置された1つまたは複数の試験対象物１２）のタイプと位置を同定する。加えて、低倍率撮像システム１４は、所定範囲の精度で試験対象物のフィーチャサイズの範囲のビデオ測定を提供でき、これにより特に、捕捉された画像平面内のフィーチャのサイズと相対位置を測定する。
高倍率撮像システム１６は、より小さな視野とより小さな被写界深度で動作し、より小さな試験対象物のフィーチャを測定するとともに、オートフォーカス法を活用すること等により試験対象物の表面の高さの変動を測定する。この方法では、表面高さがベストフォーカス位置と等しい。レチクル５６の画像、例えば高倍率カメラ４０によって試験対象物１２の表面上の照明パターン８４として捕捉された画像により、試験対象物１２の表面上の異なる点における最良のフォーカス位置を正確に決定することができる。フォーカス位置では、最大のコントラストが現れる。測定は、試験対象物１２に対して光学アセンブリを相対的に平行移動させて最良の焦点位置を特定するとともに、リニアエンコーダや他の距離測定装置を使用するなどして平行移動を測定することにより、行うことができる。オートフォーカス測定は、高倍率カメラ４０を光軸（Ｚ）に沿って移動させるとともに、カメラの変位を測定することにより、を行うこともできる。このカメラ変位は、カメラマウントの圧電ステージ内にポテンショメータや他の距離測定装置を組み込むなどにより、測定することができる。より良い再現性と精度を達成するために、高倍率カメラ４０のｆ／数（たとえばf／2.5）は、対象平面（object plane）でのｆ／数（たとえばｆ／5.0）よりも低いことが好ましい。より高い精度と再現性の目的のために、高倍率カメラ４０は、各測定を行う前にその公称位置（名目位置：nominal position）に戻すことができる。しかしながら、短い測定時間がより重要であると考えられる場合、高倍率カメラ４０を用いた測定は、公称位置に戻ることなく連続して行うことができる。
【００２６】
低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６との間のアライメントを監視および較正するための第２の動作モードでは、レチクル５６は、照明器５４によって、第２のタイプの光、例えば赤色光などの異なる波長帯域の光で、照明することができる。照明器５４により異なる態様で照明されたレチクル５６の画像は、高倍率撮像システム１６を通り、ビームスプリッタ２６で反射され、選択反射器９０に入る。選択反射器９０は、照明器５４によって照射される照明光のタイプに対して感度が高く、したがって、モードセレクタの一部とみなすことができる。選択反射器９０は、ダイクロイックミラーなどのビームスプリットミラー９２と、レチクル５６の像をさらに中継する光学系９４とを含む。ビームスプリットミラー９２は、照明器５４によって出射された第１のタイプの光を透過し（この光は、特に他で使用しない場合は廃棄することができる）、第２のタイプの光を反射してビームスプリッタ２６に戻す。したがって、ビームスプリッタ２６によって反射されて選択反射器９０に入った第１のタイプの光は廃棄され、第２のタイプの光のみがビームスプリッタ２６に戻される。戻ってきた第２のタイプの光の第１部分は、レチクル５６を低倍率カメラ３０上に撮像するために、ビームスプリッタ２６を通過して低倍率撮像システム１４に入る。戻ってきた第２のタイプの光の第２部分は、レチクル５６を高倍率カメラ４０上に撮像するために、ビームスプリッタ２６によって反射され高倍率撮像システム１６に入る。対物レンズ２４は、第２のタイプの光が試験対象物１２に到達するのを防ぐために色フィルタを含むことができる。同様に、選択反射器９０からの第1のタイプの光を廃棄するために、ビームスプリットミラー９２に代えて、通常のミラーを色フィルタと組み合わせ用いることができ、これにより選択反射器９０からの第1のタイプの光の伝播を排除することができる。さもなければ、通常のミラーは、選択反射器９０内でシャッター８６と組み合わせることができる。このシャッター８６は、試験対象物１２を測定するためにレチクルプロジェクタ５０から第１のタイプの光が出射された時に閉じ、低倍率撮像システム１４および高倍率撮像システム１６内の光学的関係を測定するためにレチクルプロジェクタ５０から第２のタイプの光が出射される時に開く。別のシャッター８８を用いて、第２のタイプの光の通過を阻止し、第２のタイプの光が対物レンズ２４に到達すること又は対物レンズ２４を通ってビームスプリッタ２６に戻ることを、禁じることができる。
【００２７】
光学系９４は、軸方向位置調整器の形態をなす軸方向アクチュエータ９６を伴い、ビームスプリットミラーからの反射を受ける光路に沿って、低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０の両方と共役関係となるレチクル５６の位置決めに寄与する。第２のタイプの光での反射されたレチクル５６は、倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６との間の変化を較正し、測定し、監視するために用いることができる。
【００２８】
初期の較正の期間において、レチクル５６の投影パターンは、低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０の両方の中心に置くことができる。この目的のために、図２に示されるレチクル５６は、次のように構成される。図２は、クリアランスリング７２に囲まれた中央リング７０と、同心状に配置されクリアランスリング７６に囲まれた内側リング７４の両方を含むことができ、それぞれは既知の寸法の直径を有する。中央リング７０は、例えば、低倍率撮像システム１４の所定の倍率で低倍率カメラ３０に適切なサイズで現れる直径を有することができ、より小さい内側リング７４は、例えば、高倍率撮像システム１６の所定の倍率で高倍率カメラ４０に適切なサイズで現れる直径を有することができる。加えて、画像平面内の投影された環７８、８２の見かけの中心点は、視野全体のそれぞれの倍率および配向を測定するために、カメラ３０、４０によって記録することができる。レチクルプロジェクタ５０の軸方向アクチュエータ６２と選択反射器９０の軸方向アクチュエータ９６は、軸方向アクチュエータ３２、４２の一方または両方と一緒に調節でき、これにより、第2のタイプの光でのレチクル５６の投影パターンを、低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０の両方に所定の倍率でフォーカスすることができる。レチクル５６のこの位置は、いわゆる「ホーム」位置を確立するために使用することができ、このホーム位置に対して後続の高さ調節を測定することができる。同様に、レチクルプロジェクタ５０の横方向アクチュエータ６４は、横方向アクチュエータ３４、４４の一方または両方と一緒に調整でき、これにより、第２のタイプの光でのレチクル５６の投影パターンを、低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０の両方においてセンタリングすることができる。
【００２９】
ビデオ測定システム１０の使用に伴う、低倍率撮像システム１４内の変化、高倍率撮像システム１６内の変化、および両者の間の変化は、レチクル５６を低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０の両方に周期的に第２のタイプの光で投影することにより、監視できる。投影パターンの変化の測定値を用いて、変化を再較正または数値的に補償し、これにより、低倍率撮像システム１４と高倍率撮像システム１６の両方で協調して、試験対象物１２を測定するための便利で再現可能なベースラインを提供できる。
【００３０】
コンピュータ１００は、低倍率カメラ３０と高倍率カメラ４０の両方に接続され、捕捉されたビデオ画像を処理することができる。このビデオ画像は、レチクルプロジェクタ５０から放射される２つのタイプの光によって生成されるレチクル５６の画像を含む。例えば、コンピュータ１００は、カメラ３０、４０によって捕捉されたレチクル５６の画像を解釈するように構成することができ、これにより、カメラ３０、４０内の画像コントラスト、画像サイズ、および画像アライメントを測定することができる。アクチュエータ３２、３４、４２、４４、６２、６４、９６および特にオートフォーカス目的に使用されるアクチュエータを含む様々なアクチュエータは、コンピュータ１００によって制御することができる。しかしながら、アクチュエータ、特に横方向の調節を行うためのアクチュエータ３４、４４、６４は、較正目的のために手動で調整することができる。 
【００３１】
レチクルプロジェクタ５０は、モードセレクタの一部となる照明器５４を有するものとして説明されているが、制御可能なシャッター８６および８８と組み合わせた単色照明器を使用して、異なる選択可能な動作モードを提供することもできる。例えば、シャッター８６は選択反射器９０と関連付けることができ、別のシャッター８８は対物レンズ２４と関連付けることができる。第１の動作モードでは、選択反射器９０に関連付けられたシャッター８６を閉じることによりレチクル画像が選択反射器９０からカメラ３０、４０へ伝送されるのを遮断することができ、対物レンズ２４に関連付けられたシャッター８８を開くことにより、レチクル画像を試験対象物１２へ伝送し、試験対象物１２からカメラ３０、４０へと伝送することができる。第２の動作モードでは、選択反射器９０に関連するシャッター８６を開くことにより、レチクル画像を選択反射器９０へ伝送し、選択反射器９０からカメラ３０、４０へと伝送でき、対物レンズ２４に関連するシャッター８８を閉じることにより、レチクル画像を試験対象物１２からカメラ３０、４０へ伝送するのを遮断することができる。
【００３２】
シャッター８６または色による区別の代わりに、矢印９８で概略的に示すアクチュエータを用いて、ミラー９２を選択反射器９０内において再帰反射位置にしたり反射位置から外したりすることができる。例えば、アクチュエータ９８は、ミラー９２を傾斜または平行移動させることにより、レチクル５８の画像をカメラ３０、４０へと反射できる位置から外すことができる。
【００３３】
レチクル５６は、両方の動作モードに対して最適化された特徴を有する二重目的レチクルとして説明されているが、同一の又は異なる照明器を使用して、異なるレチクルを異なるモードに使用することができる。加えて、レチクルプロジェクタ５０は高倍率撮像システム１６に結合されているものとして説明されているが、特に２つの拡大システムの位置がビームスプリッタ２６に関して逆に配置されている場合には、レチクルプロジェクタ５０は低倍率撮像システム１４に結合されていてもよい。
【要約】
ビデオ測定システムは、撮像システムと、レチクルの画像を撮像システムを通して試験対象物に投影するレチクルプロジェクタと、試験対象物の画像を試験対象物に投影されたレチクル画像とともに撮像システムを介して捕捉するカメラと、を含む。選択反射器は、レチクルの画像を、試験対象物の前の撮像システムに沿った位置からカメラへと反射する。モードセレクタは、第１モードにおいてレチクル画像を試験対象物に向け試験対象物からカメラに向けるように動作可能であり、第２モードにおいてレチクル画像を選択反射器に向け、選択反射器からカメラに向けるように動作可能である。【図１】
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【図２】
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【図３】
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