対象物の３次元検査のための装置

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【発明の名称】	対象物の３次元検査のための装置
【発明者】	【氏名】ルードルフグロースコプフ
【要約】	【課題】照明ピクセルの間の隙間も検出できるようにコンピュータ制御により測定点ラスタをプローブにおいてシフトするための装置を提供することである。【解決手段】上記課題は、照明ラスタ、ビームスプリッタミラー、受信器アレイ及びもし存在するならばビーム形成素子がコンパクトなモジュールとして構成されており、調整素子が設けられており、これらの調整素子はモジュールを少なくとも光点の間隔の大きさの距離だけシフトするのに適していることによって解決される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】対象物の３次元検査のための装置であって、照明面（１１ｂ）に設けられた照明ラスタ（１２ｌ、１２ｓ）を有し、該照明ラスタ（１２ｌ、１２ｓ）は多数の光点を発生し、１つ又は複数の光学素子（１３ｏ、１３ｕ）を有し、該光学素子は前記照明ラスタを測定すべき前記対象物（１４）の位置において焦点面に結像し、さらにそこから放射される光を観察面に結像し、光感受領域を有する受信器アレイ（１７）を有し、前記光感受領域は前記光学素子（１３ｏ、１３ｕ）から伝達され前記対象物において反射された光又は蛍光によって放出される光を記録する、対象物の３次元検査のための装置において、前記照明ラスタ（１２ｌ、１２ｓ）、ビームスプリッタミラー（１６）、前記受信器アレイ（１７）及びもし存在するならばビーム形成素子（７０）がコンパクトなモジュールとして構成されており、調整素子（２４ａ，２４ｂ）が設けられており、該調整素子（２４ａ，２４ｂ）は前記モジュールを少なくとも前記光点の間隔の大きさの距離だけシフトするのに適していることを特徴とする、対象物の３次元検査のための装置。
【請求項２】圧電素子が調整素子（２４ａ，２４ｂ）として使用されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】照明点に割り当てられたプローブ部分面を積分撮影するために、画像（ＴＶフレーム）の撮影の間にマイクロスキャン運動が行われ、この場合、共焦点測定点の間の隙間が大部分又は完全に検出されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】照明点に割り当てられたプローブ部分面の局所分解能の高い撮影のために、２つの連続する画像（ＴＶフレーム）の間にマイクロスキャン運動が１ステップだけ実施されることを特徴とする請求項１記載の装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明面に設けられた照明ラスタを有し、この照明ラスタは多数の光点は発生し、１つ又は複数の光学素子を有し、この光学素子は照明ラスタを測定すべき対象物の位置において焦点面に結像し、さらにそこから放射される光を観察面に結像し、光感受領域を有する受信器アレイを有し、この光感受領域は光学素子から伝達され対象物において反射された光又は蛍光によって放出される光を撮影する、対象物の３次元検査のための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】共焦点型顕微鏡では、対象物はそれ自体周知のやり方でピンホール・ダイアフラムによって照明され、照明された点はビーム受信器によって観察され、このビーム受信器の光感受面は照明された点と同じくらい小さい（Minsky,M.,UAS Patent3013467 and Minsky,M.,Memoir on inventing the confocal scanning microscope,Scanning 10,p128-138）。共焦点型顕微鏡は従来の顕微鏡に対して、深度分解能（ｚ座標における測定）を供給し、画像撮影の際に散乱光がほとんど発生しないという利点を有する。焦点にある対象物の面だけが明るく照明される。焦点面の上側及び下側の対象物面は明らかに受ける光が少ない。画像はスキャン過程によって構成される。１つ又は複数の点が同時に照明され観察されうる。
【０００３】スキャン過程の方法は周知である：ミラースキャン、Nipkow板(Nipkowscheibe)によるスキャン及びマトリクス受信器による電子スキャンである。ミラーによるスキャン及びNipkow板によるスキャンにおける従来技術の詳細は、Handbook of Biological confocal Microscopy,Plenum Press, New York,London(publishedby James B.Pawley)に記載されている。
【０００４】多孔プレートによる共焦点照明及びマトリクス受信器による電子スキャンを有する共焦点画像撮影システムは最初ＤＥ４０３５７９９において提案された。この場合、マトリクス受信器のピクセルがこのピクセルに割り当てられる面の一部分（例えば３０％）においてだけ光感受性を有するマトリクス受信器が使用され、さらに照明側では大抵の場合多孔プレートが使用され、この多孔プレートは画像センサが有する光感受ピクセルと同様に多数の孔部を有する。深度情報は異なる焦点面からの複数の画像を撮影することによって及び輝度最大値を異なるピクセルに対して個別にコンピュータにおいて評価することによって得られる。
【０００５】刊行物ＤＥ１９６４８３１６には装置が記述されている。この装置では、大抵の場合４つの受信器ピクセル毎に１つの照明孔部が割り当てられた多孔プレートに設けられており、さらにマトリクス受信器のすぐ前にはプリズムアレイが設けられている。プリズムアレイはビーム形成素子として作用し、このビーム形成素子によって各照明点の光が分割され、焦点の外側において２つの半月状画像が生じる。刊行物ＤＥ１９５５１６６７Ａ１には装置が記述されており、この装置では同様に大抵の場合４つの受信器ピクセル毎に１つの照明孔部が多孔プレートにおいて割り当てられており、受信器アレイのすぐ前にはアナモルフォティックレンズのアレイを含む。各照明孔部にはレンズが割り当てられている。アナモルフォティックレンズはこの場合同様にビーム形成素子として作用し、焦点において照明点の円形状の画像が、焦点の外側において照明点の卵形状の画像が生じる。最後に挙げた２つの装置では深度情報が隣接するピクセルの光信号の差を評価することによって得られる。１９９１８６８９．８には共焦点カラー画像撮影のための装置が記述されている。この装置ではマトリクス受信器の前の焦点面においてさらに別の多孔プレートが配置されている。この多孔プレートはこの場合ビーム形成素子として作用する。
【０００６】ＤＥ４０３５７９９、ＤＥ１９６４８３１６、ＤＥ１９５５１６６７Ａ１及び１９９１８６８９．８の装置は、非常に多数の深度測定点が同時に撮影されるという利点を有する。これらの装置は、照明点の間でプローブの小さい部分面を簡単には検出することができないという欠点を有する。それゆえ、ＤＥ４０３５７９９では次のことが提案されている。すなわち、光学的な手段によって照明点ラスタをプローブにおいて小さな距離だけシフトすること又はこのプローブを小さな距離だけシフトすることが提案されている。これらの２つの方法は、コスト高で調整が難しいという欠点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、照明ピクセルの間の隙間も検出できるようにコンピュータ制御により測定点ラスタをプローブにおいてシフトするための装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、照明ラスタ、ビームスプリッタミラー、受信器アレイ及びもし存在するならばビーム形成素子がコンパクトなモジュールとして構成されており、調整素子が設けられており、これらの調整素子はモジュールを少なくとも光点の間隔の大きさの距離だけシフトするのに適していることによって解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明によれば、多孔プレート、ビームスプリッタ、受信器アレイ及びもし存在するならばビーム形成素子がコンパクトなモジュールとして統合されており、このモジュールを精密機械工学的な調整素子によってシフトすることによって、本発明の課題の、照明ピクセルの間の隙間も検出できるようにコンピュータ制御により測定点ラスタをプローブにおいてシフトすることが行われる。これは、結像光学系の選択された拡大尺度には無関係に、隙間の走査のために常に同一のスキャン距離だけ進むことができるという利点を有する。
【００１０】
【実施例】図１には１１により光源、例えばハロゲンランプが示されている。この光源はコンデンサレンズ１１ｋにより、場合によりフィルタ１１ｆを介して（十分に狭いスペクトル領域を分離するため）、照明ラスタを照明する。この照明ラスタは照明面１１ｂに存在する。この照明ラスタは小さな孔部を有する光透過層から成る。この種の層は、公知のように、例えばクロムから作製することができる。これらの孔部は、この層において、受信器アレイ１７の光感受領域と同じようにラスタ状に配置されている。これらの孔部はこれらの孔部の間隔よりも非常に小さい。これらの孔部の間隔または中心から中心までの領域の間隔はラスタ尺度と呼ばれる。
【００１１】照明ラスタはレンズ１３ｏ、１３ｕにより焦点面１３ｆに結像され、この結果、対象物１４がラスタ状に配置された光点により照明される。対象物が非透明の場合は、表面１４ｏだけを照明することができ、他方で対象物が透明の場合は、層１４ｓも内部で光点により照明することができる。対象物から焦点面１３ｆにおいて反射された光ビームはレンズ１３ｕ、１３ｏによりビームスプリッタ１６を介して例えば受信器面１７ｂに集束される。レンズ１３ｏ，１３ｕの間には通常はいわゆるテレセントリック絞り１３ｔが配置されている。このテレセントリック絞りにより中心ビーム１３ｍが光軸１０に対して平行に対象物１４に当たるようになる。これによって、対象物における光点の位置は、対象物１４が光軸１０の方向に移動しても変化しない。
【００１２】本発明では、さらに後で詳しく説明するコンパクトなモジュールは調整素子２４ａを介して支持アーム２１に接続されている。制御線路１８ｗによってコンピュータ１８によるマイクロスキャン運動の制御が可能になる。
【００１３】前記のビームスプリッタ１６は照明適用のために半透明ミラーとして構成されている。蛍光適用に対してはそれ自体公知のダイクロイックミラーが使用される。
【００１４】対象物１４は調整装置１５によって３つすべての空間方向に運動することができる。これにより対象物１４の様々な層１４ｓ、すなわち様々な領域をスキャンすることができる。
【００１５】受信器アレイ１７の信号は接続線路１７ｖを介してコンピュータ１８に伝送される。このコンピュータ１８は公知のように評価を行い、ディスプレイ１８ｂに評価結果を例えばグラフィック表示又は画像の形態で再生する。コンピュータ１８はまた接続線路１８ｖを介して、対象物の焦点面１３ｆのシフトおよびｘ方向とｙ方向におけるスキャンを制御することができる。この制御は、コンピュータに固定プログラムとして設けることもできるし、又は、評価結果に依存して行うこともできる。
【００１６】図２のａ及びｂには、照明ラスタ１２ｌ、１２ｓ、ビーム形成素子７０、ビームスプリッタミラー１６及び受信器アレイ１７から成るコンパクトなモジュールが比較的大きな尺度で２つの異なる側面から図示されている。ビームスプリッタキューブ２０には一方の側面において照明ラスタ１２ｌ、１２ｓが設けられている。他方の側面においてこのビームスプリッタキューブ２０はこの実施例ではビーム形成素子７０及びビーム受信器１７を支持している。ビーム形成素子としては、ＤＥ１９６４８３１６に記載されているようにプリズム対か又はＤＥ１９６５１６６７Ａ１に記載されているようにアナモルフォティックレンズか又は１９９１８６８９．８に記載されているようにさらに別の多孔プレートの孔部が使用される。
【００１７】１６によってビームスプリッタ層が示されている。本発明によれば、このコンパクトなモジュールは調整素子２４ａ，支持アーム２１及び調整素子２４ｂを介して支持台（＝固定面）２５に接続されている。図１の説明において言及しておいたように、これらの調整素子は本発明ではマイクロスキャン運動を実施するためにコンピュータによって制御される。
【００１８】ビーム形成素子はどうしても存在する必要はない。例えばＤＥ４０３５７９９には、ビーム形成素子が必要ではない装置が記述されている。そこでは深度分解能はマトリクス受信器を使用することによって実現される。このマトリクス受信器のピクセルはこれらのピクセルの面の一部分においてだけ光感受性を有する。
【００１９】図３のａはプローブ面における照明点１２ｌ及び例としてメアンダ状の経路２３ａを示す。このメアンダ状の経路をこれらの照明点はプローブ面においてｘ-ｙスキャン運動で進む。本発明ではこのやり方でこれらの照明点の間にある隙間も画像情報に変換される。この画像情報はコンピュータ１８によって評価される。
【００２０】図３のｂはスパイラル状の運動を示す。２３ｂによって連続的に行われる運動が示されている。同一のスキャン経路を２３ｃに示されているように運動ステップの連続として進み、これによって照明点は次々とステップ毎に位置０、１、２...、２３、２４、０等々を占める。
【００２１】図４のａは、照明点に割り当てられたプローブ部分面の積分撮影のためにマイクロスキャン運動が画像（ＴＶフレーム）の撮影の間に行われる場合の画像撮影、コンパクトなモジュールの運動及びマトリクスセンサからの画像の読み出しを示す。１によって画像撮影の時間フェーズが示されている。これらの時間フェーズにおいてビーム受信器に入射する光は電荷担体に変換される。画像撮影の間の休止期間においてビーム受信器アレイからの個々のピクセルの電荷の読み出し２が行われる。本発明では画像撮影の間にこの場合コンパクトなモジュールがメアンダ状に又はスパイラル状に運動され、ラスタ状に存在する隙間がプローブ表面において走査される。これは３において示されている。よって、プローブの相応の部分面に亘る積分信号が得られる。画像の撮影のすぐ後で次のステップがｚ方向において駆動部１５（図１）によって実施される。
【００２２】図４のｂは、照明点に割り当てられたプローブ部分面の局所分解能の高い撮影のためにマイクロスキャン運動が連続する２つのＴＶフレームの間に１ステップだけ実施する場合の画像撮影、コンパクトなモジュールの運動及びマトリクスセンサからの画像の読み出しを示す。１で画像撮影の時間フェーズが示されている。これらの時間フェーズにおいてビーム受信器に入射する光は電荷担体に変換される。画像撮影の間の休止期間においてビーム受信器アレイからの個々のピクセルの電荷の読み出し２が行われる。画像撮影の間にこの場合コンパクトなモジュールは停止しており、この結果、この場合読み出される画像毎にプローブ部分面の比較的小さい部分だけが撮影される。画像の撮影後に、コンパクトなモジュールは例えば０から１へと１ステップだけ運動する。次の撮影の後で、１から２へと進み、所望ならば、こうして０から２４までの全ての位置（図３のｂの２３ｃ）に動かされる。これは３に再現されている。２５個の画像の後でようやく高分解能の３次元画像検出のこの例では次のステップがｚ方向において駆動部１５によって実施される。

【出願人】	【識別番号】５９７０３８５５２【氏名又は名称】ルードルフグロースコプフ
【出願日】	平成１２年５月１０日（２０００．５．１０）
【代理人】	【識別番号】１０００６１８１５【弁理士】【氏名又は名称】矢野敏雄（外４名）
【公開番号】	特開２００１－１２９２６（Ｐ２００１－１２９２６Ａ）
【公開日】	平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】	特願２０００－１３７５１２（Ｐ２０００－１３７５１２）