穴形状測定装置
【課題】ノイズ光成分を除去することで、内部から穴形状を撮像できない被検物体の光学的な形状測定を行うことができる穴形状測定装置を提供する。
【解決手段】穴形状測定装置を、光軸方向に延びるように形成された穴Ｈを有する被検物体８０の当該穴Ｈから放射された光を集光する機能を有する対物レンズ２０と、この対物レンズ２０の射出瞳面若しくは当該射出瞳面と共役な面に配置され、被検物体８０のうち、穴Ｈから放射された光線を通過させる開口部３２、及び、穴Ｈ以外の部分から放射された光線を遮光する遮光部３１を有する遮光部材３０とから構成する。
【解決手段】穴形状測定装置を、光軸方向に延びるように形成された穴Ｈを有する被検物体８０の当該穴Ｈから放射された光を集光する機能を有する対物レンズ２０と、この対物レンズ２０の射出瞳面若しくは当該射出瞳面と共役な面に配置され、被検物体８０のうち、穴Ｈから放射された光線を通過させる開口部３２、及び、穴Ｈ以外の部分から放射された光線を遮光する遮光部３１を有する遮光部材３０とから構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
穴形状の立体形状を測定する手段としては、一般に３次元的に移動可能なアームに取り付けた微少なプローブを穴の内壁に直接接触させる接触式測定が用いられる。しかし、接触式測定にはプローブの大きさにより測定可能な穴径に制約があること、穴の内壁を多点接触測定しなければならず測定時間がかかることから、非接触かつ高速に測定が可能な光学式測定が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の発明においては、被検物体の表面、裏面をそれぞれ別のカメラで撮像し画像測定することで穴形状のテーパー角や中心軸の傾きを測定している。
【特許文献１】特開２０００−２５８１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の発明では、被検物体の穴形状の入り口側、出口側両方からの画像測定が必要なため、例えばインジェクションノズルの燃料噴射穴のように内部から穴形状を撮像できない被検物体であって、穴形状の外側が狭く、内側が広い逆テーパーの穴の測定においては適用することできない。また、穴形状の開口部から穴の奥を撮像した場合、被検物体の表面の反射光や、照明からの直接光がノイズとなり良好な画像取得ができないという課題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、被検物体に形成された穴の立体形状を測定する際のノイズ光成分を除去することで、内部から穴形状を撮像できない被検物体に形成された逆テーパーの穴形状であっても、光学的な形状測定を行うことができる穴形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために本発明に係る穴形状測定装置は、光軸方向に延びるように形成された穴を有する被検物体の当該穴からの光を集光する機能を有する対物レンズと、この対物レンズの射出瞳面若しくは当該射出瞳面と共役な面に配置され、被検物体のうち、穴から放射された光線を通過させる開口部、及び、穴以外の部分から放射された光線を遮光する遮光部を有する遮光部材と、を有する。
【０００６】
このような穴形状測定装置は、穴の前記対物レンズ側開口部の直径をφとし、穴の内壁の勾配をθ0とし、穴の深さをｈとし、対物レンズの焦点距離をｆとし、遮光部材と対物レンズの射出瞳間の倍率をβとし、遮光部材の開口部の光軸からの最短距離をＤ1、最長距離をＤ2としたとき、次式
【数２】
を満足することが好ましい。
【０００７】
また、このような穴形状測定装置において、遮光部材は、開口部が、遮光部にリング状に形成されていることが好ましい。
【０００８】
あるいは、この遮光部材は、開口部が、遮光部に三日月状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
あるいは、この遮光部材は、２以上の開口部が、遮光部に光軸を中心に同心円状に配置されていることが好ましい。
【００１０】
さらに、このような穴形状測定装置は、遮光部材が、光路に対して挿脱可能に取り付けられていることが好ましい。
【００１１】
あるいは、このような穴形状測定装置は、遮光部材が、液晶基板で構成され、遮光部が当該液晶基板における液晶分子の配向を調節して形成されることが好ましい。
【００１２】
また、このような穴形状測定装置は、被検物体を偏光照明する偏光照明手段と、被検物体からの反射光のうち偏光照明手段による偏光照明に対して直交する偏光成分を有する光線を通過させる検光手段と、を更に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る穴形状測定装置を以上のように構成すると、被検物体に形成された穴の立体形状を測定する際のノイズ光成分を除去することができ、穴形状内壁からの信号のみを検出できる。これにより、インジェクションノズルの燃料噴射穴のように内部から穴形状を撮像できない被検物体の逆テーパー形状の穴の測定においても、光学的な形状測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて第１の実施形態に係る穴形状測定装置の構成について説明する。図１（ａ）に示す穴形状測定装置は、照明光学系１０、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、撮像素子６０、及び、画像処理装置７０から構成されている。具体的には、被検物体８０側から、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、及び、結像レンズ５０の順で光軸上に並び、ハーフミラー４０の側方に照明光学系１０が配置されている。
【００１５】
照明光学系１０は、光源側から順に、同軸上に並んで、光源１１、コレクタレンズ１２、第１のリレーレンズ群１３、開口絞り１４、視野絞り１５、及び、第２のリレーレンズ群１６を備えている。この照明光学系１０は、いわゆる落射型のケーラー照明光学系を構成しており、視野絞り１５は、コレクタレンズ１２の前側焦点位置Ｆ及び被検物体８０と、それぞれ共役になっている。また、開口絞り１４は、対物レンズ２０の後側焦点面（すなわち射出瞳面）と共役になっている。遮光部材３０は、対物レンズ２０の射出瞳面若しくはその近傍に配置されている。
【００１６】
遮光部材３０は、図１（ｂ）に示すように、対物レンズ２０で集光された光束を遮断する遮断部３１を有し、この遮光部３１に光軸に対して同心円状に配置されたリング状の開口部３２が形成されている。このような構成の遮光部材３０は、「輪帯開口」とも呼ばれ、以降の説明ではこの輪帯開口を用いた場合について説明する。
【００１７】
このような穴形状測定装置によると、照明光学系１０からの光束（照明光）はハーフミラー４０で反射され、遮光部材３０、及び、対物レンズ２０を介して被検物体８０を照明する。被検物体８０からの反射、散乱光はふたたび対物レンズ２０に入射し、遮光部材３０の開口部３２、及び、ハーフミラー４０を透過して結像レンズ５０に入射する。この結像レンズ５０の焦点面には、撮像素子６０が配置されている。このとき、被検物体８０と撮像素子６０とは共役となっており、撮像素子６０には被検物体８０の拡大像が結像する。
【００１８】
撮像素子６０により光電変換された被検物体８０の拡大像は、画像処理装置７０により画像解析される。このとき、不図示のステージ上下動機構により、被検物体８０と穴形状測定装置との距離を変えることで、被検物体８０に対する対物レンズ２０の焦点面をずらしながら複数の画像を撮像し、解析して、穴形状の立体計測を行う。
【００１９】
次に、図２に被検物体８０の詳細を示す。この被検物体８０には穴形状の外側（すなわち穴形状測定装置の対物レンズ２０側）が狭く、内側が広い逆テーパー形状の穴Ｈが加工さている。ここで、穴Ｈにおける対物レンズ２０側開口部の設計上の直径をφ、穴Ｈの設計上の内壁Ｗの勾配をθ0、穴Ｈの設計上の深さをｈとする。対物レンズ２０を介して被検物体８０を照明した光束は、穴Ｈの内壁Ｗで反射、散乱し、再び対物レンズ２０に入射する。このとき、穴Ｈの最深部において散乱してから再び対物レンズ２０に入射する光束と、被検物体８０表面の法線とのなす角の最小値をθ1、最大値をθ2とすると、これらの角度θ1、θ2は下記式（ａ）であらわすことができる。
【００２０】
【数３】
【００２１】
すなわち、穴Ｈの内壁Ｗの最深部からの反射、散乱光（信号光）は最小値θ1と最大値θ2との間の角度（図２の斜線部分）で対物レンズ２０に入射しており、それ以外の角度で入射する光束は被検物体８０の表面からの反射光等、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光であるといえる。故に対物レンズ２０に入射する光束のうち、光軸とのなす角度がθ1からθ2以外の光束をカットすることでノイズ光を低減した良好な画像取得が可能となる。
【００２２】
ここで、対物レンズ２０の焦点距離ｆと、対物レンズ２０に入射する光線の入射角度θと、対物レンズ２０に入射した光線の対物レンズ２０の後側焦点面における光軸からの距離（高さ）ｄは、良好に収差補正された対物レンズであれば、下記式（ｂ）を満足することが知られている。
【００２３】
【数４】
【００２４】
この式（ｂ）に上述の穴Ｈからの光束を当てはめると、図１（ｂ）に示すように、遮光部材３０の開口部３２の光軸からの最短距離（輪帯開口の場合は開口部３２の内径に相当する）をＤ1、光軸からの最長距離（輪帯開口の場合は開口部３２の外径に相当する）をＤ2とし、最短距離（内径）に対する光線の入射角度をθ′、最長距離（外径）に対する光線の入射角度をθ″、遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率をβとしたとき、下記式（ｃ）が成り立つ。
【００２５】
【数５】
【００２６】
また、遮光部材３０により、光軸とのなす角度がθ1からθ2以外の光束をカットするためには、次式（ｄ）を満足すればよい。
【００２７】
【数６】
【００２８】
したがって、上記式（ａ）と式（ｃ）及び（ｄ）とから、図２に示すように、穴Ｈの対物レンズ２０側の開口部の直径をφ、穴Ｈの内壁Ｗの勾配をθ0、及び、穴Ｈの深さをｈとし、対物レンズの焦点距離をｆとし、遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率をβとし、図１（ｂ）に示すように、遮光部材３０の開口部３２の最短距離（内径）をＤ1とし、最長距離（外径）をＤ2としたとき、下記式（１）を満足することで、対物レンズ２０に入射する光束のうち、光軸とのなす角度がθ1からθ2以外の光束をカットすることができる。その結果、ノイズ光を低減した良好な画像取得が可能となる。
【００２９】
【数７】
【００３０】
なお、この第１の実施形態において、遮光部材３０は、対物レンズ２０の後側焦点面（射出瞳面）に直接配置されているので、上記式（１）において、遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率は、β＝１で計算される。
【００３１】
また、この第１の実施形態では、後側焦点面(射出瞳面)が対物レンズ２０の後方に露出している例において、この後側焦点面に直接遮光部材３０を配置しているが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、一般的な対物レンズの構成においては、後側焦点位置が対物レンズの中にある場合が多いが、本発明はこのような構成においても適用可能である。この場合、遮光部材３０は対物レンズ２０の内部に配置され、遮光部材３０と射出瞳とは共役であって射出瞳面は遮光部材３０の虚像面となる。このときの遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率をβとしたときに、上記式（１）を満足するよう構成すればよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、図３を参照して第２の実施形態について説明する。図３（ａ）に示す穴形状測定装置は、照明光学系１０、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、撮像素子６０、画像処理装置７０、及び、リレー光学系９０から構成されている。具体的には、被検物体８０側から、対物レンズ２０、ハーフミラー４０、リレー光学系９０、遮光部材３０、及び、結像レンズ５０の順で光軸上に並び、ハーフミラー４０の側方に照明光学系１０が配置されている。
【００３３】
照明光学系１０からの光束（照明光）は、ハーフミラー４０で反射され、対物レンズ２０を介して被検物体８０を照明する。この被検物体８０からの反射、散乱光（信号光）はふたたび対物レンズ２０に入射し、ハーフミラー４０を通過してリレー光学系９０に入射する。リレー光学系９０は、被検物体８０側から順に、第１リレーレンズ９１、及び、第２リレーレンズ９２から構成されている。第１リレーレンズ９１は、対物レンズ２０の後側焦点面（瞳面）がこの第１リレーレンズ９１の前側焦点面若しくはその近傍に位置し、第１リレーレンズ９１の後側焦点面が、被検物体８０の共役面Ｃ１若しくはその近傍に位置するよう配置されており、共役面Ｃ１には被検物体８０の像が結像する。また、第２リレーレンズ９２は、共役面Ｃ１若しくはその近傍にこの第２リレーレンズ９２の前側焦点が位置し、第２リレーレンズ９２の後側焦点面が対物レンズ２０の瞳面と共役となるよう配置されている。そして、この第２リレーレンズ９２の後側焦点面（対物レンズ２０の瞳と共役な面）若しくはその近傍には、図３（ｂ）に示すような遮光部材３０が配置されている。この遮光部材３０は、上記式（１）を満足するよう構成されることにより、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカット可能である。
【００３４】
また遮光部材３０は不図示の挿脱機構により、図３に二点鎖線で示したように光路から挿脱可能なように構成されている。遮光部材３０を通過した光束は結像レンズ５０に入射する。結像レンズ５０の焦点面、若しくはその近傍には撮像素子６０が配置される。このとき被検物体８０と撮像素子６０は共役となっており、撮像素子６０には被検物体８０の拡大像が結像している。
【００３５】
撮像素子６０により光電変換された被検物体８０の拡大像は、画像処理装置７０により画像解析される。このとき、不図示のステージ上下動機構により被検物体８０と穴形状測定装置との距離を変えることで、被検物体８０に対する対物レンズ２０の焦点面をずらしながら複数の画像を撮像、解析し、穴形状の立体計測を行う。
【００３６】
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成に加え、リレー光学系９０を更に有することで、対物レンズ２０を切り替えず通常観察が可能となっている。また、第２の実施形態の遮光部材３０は、光路から挿脱可能なように構成されていることから、穴形状測定時のみ遮光部材３０を配置することや、穴Ｈの直径φ、内壁Ｗの勾配θ0、及び深さｈの誤差等に応じて、上記式（１）を満足するような形状の遮光部材３０に交換することもできる。さらに、第２リレーレンズ９２の後側焦点面に遮光部材３０を配置することにより、上述のように後側焦点面が対物レンズ２０の内部になる場合でも、穴形状測定用に遮光部材３０を有する特殊な対物レンズを用いることなく、一般的な対物レンズが使用可能であるという利点がある。
【００３７】
（第３の実施形態）
以下、図４を参照して第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態例は、上述の穴形状測定装置を、光の干渉を利用して形状測定を行う、白色干渉型三次元形状測定に適用したものである。この白色干渉型三次元形状測定においては、測定対象への照射光を参照光と観察光に分割し、観察光のみを測定対象表面に照射させるとともにその反射観察光と参照光とを合成し、この合成光から得られる光の干渉縞から測定対象の表面形状を測定する。
【００３８】
ここで、第３の実施形態における穴形状測定装置の構成は第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態における対物レンズ２０に換えて、ミロー型白色干渉対物レンズ２１を用いている。このミロー型白色干渉対物レンズ２１は、対物レンズ２０と被検物体８０との間に、反射面２２とハーフミラー２３を配置したものである。なお、第１の実施形態と同様の構成については詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４の穴形状測定装置において、照明光は、対物レンズ２０を透過した後、ハーフミラー２３に照射され、一部の光がこのハーフミラー２３を透過し、残りの光が反射される。ハーフミラー２３を透過した光（観察光）は、被検物体８０上に達し、反射される（反射観察光）。一方、ハーフミラー２３で反射された光（参照光）は、反射面２２で反射され、再びハーフミラー２３に達し反射されて、前述の被検物体８０からの戻り光（反射観察光）と同一光路上に合成される。
【００４０】
この同一光路上に合成された２つの光（反射観察光と参照光）は、互いに干渉し合い、対物レンズ２０を通過した後、遮光部材３０の開口部３２、ハーフミラー４０、結像レンズ５０を通った後、撮像素子６０上にニュートン縞（干渉縞）を形成する。このようにして得られた干渉像は、通常の被検物体８０の物体像と重なって観察される。この第３の実施形態においても、上記式（１）を満足するような遮光部材３０を用いることで、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカットし、物体像及び干渉像ともに良好な画像取得が可能となる。
【００４１】
このようにミロー型白色干渉対物レンズ２１を用いた第３の実施形態の穴形状測定装置を用いることで、特に光軸方向に波長レベル以下という極めて高精度な測定が可能になる。なお、この第３の実施形態においては、ミロー型白色干渉対物レンズ２１を用いた白色干渉型三次元形状測定による穴形状測定の例を示したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、マイケルソン型やリニーク型といった種々のタイプの干渉計装置に適用することが可能である。
【００４２】
（第４の実施形態）
以下、図５を参照して第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態は、上述の穴形状測定装置を、光の共焦点効果を利用して形状測定を行う、共焦点型三次元形状測定に適用したものである。この第４の実施形態における穴形状測定装置は、照明光学系１０、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、リレー光学系９４、ニッポウディスク１００、撮像素子６０、及び、画像処理装置７０から構成されている。具体的には、被検物体８０側から、対物レンズ２０、遮光部材３０、結像レンズ５０、ニッポウディスク１００、ハーフミラー４０、リレー光学系９４の順で光軸上に並び、ハーフミラー４０の側方に照明光学系１０が配置されている。
【００４３】
照明光学系１０は、光源側から順に、同軸上に並んで、光源１１と、コレクタレンズ１２と、第１のリレーレンズ群１３と、第２のリレーレンズ群１６とから構成されている。リレー光学系９４は、被検物体８０側から順に、第１リレーレンズ９５と、第２リレーレンズ９６とから構成されている。
【００４４】
ニッポウディスク１００は、中心から螺旋状に広がるパターンで多数のピンホール（微少小孔）が形成されたディスクを有し、軸１００ａを中心として高速回転される。照明光学系１０から照射された照明光（光束）は、ハーフミラー４０により反射され、ニッポウディスク４を照明し、ニッポウディスク４０のピンホールを通過する。ピンホールを通過した照明光は、結像レンズ５０、及び対物レンズ２０を通り被検物体８０を照明する。このニッポウディスク１００は、対物レンズ２０、及び結像レンズ５０を介して被検物体８０の共役面に配設されており、このため対物レンズ２０を通り被検物体８０に照射される照明光は被検物体８０上にピンホール像を結ぶ。
【００４５】
このように被検物体８０に照射された照明光は、被検物体８０により反射されて再び対物レンズ２０を通り、遮光部材３０によって、ニッポウディスク１００のピンホールに結像しないノイズ光がカットされた後、元のピンホールに集まってこれを通過し、ハーフミラー４０、リレー光学系９４を通過し、撮像素子６０に被検物体の（拡大像の）二次像を結ぶ。撮像素子６０により光電変換された被検物体８０の拡大像は、画像処理装置７０により画像解析される。このとき、不図示のステージ上下動機構により被検物体８０と穴形状測定装置との距離を変えることで、被検物体８０に対する対物レンズ２０の焦点面をずらしながら複数の画像を撮像、解析し、穴形状の立体計測を行う。第４の実施形態においても、上記式（１）を満足するような遮光部材３０により、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカットすることができ、良好な画像取得が可能となる。
【００４６】
なお、この第４の実施形態においては、タンデム型共焦点測定装置による穴形状測定の例を示したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、レーザー走査型共焦点測定装置に適用することも可能である。また、遮光部材３０は、対物レンズ２０の射出瞳面に配置されているが、図５に点線で示したように、対物レンズ２０の射出瞳と共役な面であって、リレーレンズ９５の後側焦点面に配置してもよい。
【００４７】
（第５の実施形態）
以下、図８を参照して第５の実施形態について説明する。この第５の実施形態は、上述の穴形状測定装置における照明光学系１０と観察光学系とを、いわゆるクロスニコルの配置とすることで、被検物体８０表面からの反射光を更にカットするよう構成されている。ここで、第５の実施形態における穴形状測定装置の構成は、第１の実施形態と同様の構成に加え、対物レンズ２０と被検物体８０との間に、検光手段としての偏光フィルタ２４及び１／４波長板２５を有している。偏光フィルタ２４は、照明光学系１０からの照明光を所定の偏光方向の偏光照明に変換する偏光照明手段としての機能も有する。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
図８の穴形状測定装置において、照明光は、対物レンズ２０を透過した後、偏光フィルタ２４により所定の偏光方向成分（例えば、紙面方向の直線偏光）の光のみ透過する。偏光フィルタ２４を透過した光（偏光照明）は、１／４波長板２５により円偏光に変換された後、被検物体８０を照明する。このとき、被検物体８０を照明する光のうち、被検物体８０の表面に到達した光は偏光状態を保持したまま反射されるのに対し、穴Ｈの内壁Ｗに到達した光の一部は偏光状態が変化して散乱し、再び１／４波長板２５に入射する。故に、被検物体８０から反射される光のうち、照明光の偏光状態と等しい光をカットすることで、穴形状測定に不要な被検物体８０の表面からの反射光を除去することができ、ノイズ光を低減した良好な画像取得が可能となる。
【００４９】
被検物体８０からの反射光のうち、偏光状態を保持した円偏光は、再び１／４波長板２５により直線偏光に変換された後、偏光フィルタ２４に入射するが、このときの偏光方向は照明光（偏光照明）の偏光方向と直交した方向に偏光しているため、偏光フィルタ２４を通過せずカットされる。一方、被検物体８０からの反射光のうち、偏光状態が変化した光は１／４波長板２５、偏光フィルタ２４を通過した後、再び対物レンズ２０に入射し、斜光部材３０の開口部３２、及び、ハーフミラー４０を透過して結像レンズ５０に入射する。この結像レンズ５０の焦点面には、撮像素子６０が配置されている。このとき、被検物体８０と撮像素子６０とは共役となっており、撮像素子６０には被検物体８０の拡大像が結像する。この第５の実施形態においても、上記式（１）を満足するような遮光部材３０を用いることで、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカットし、物体像及び干渉像ともに良好な画像取得が可能となる。
【００５０】
また、以上で説明した第１〜第５の実施形態においては、照明光学系１０は落射照明光学系であるとしたが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、透過照明においても適用可能である。また、穴Ｈからの不要なノイズ光をカットする遮光部材３０に設けられた開口部３２は輪帯開口であるとしたが、本発明はこれに限定されることはなく、図６に示すように、遮光部３１′に、光軸に対して同心円状に配置された４極形状の開口部３２′を形成した遮光部材３０′や、図７に示すように、遮光部３１″に三日月形状の開口部３２″を形成した遮光部材３０″としてもよい。その場合、図６及び図７に示したように、光軸からの最短距離Ｄ1、最長距離Ｄ2が上記式（１）を満足するのが望ましい。なお、図７のような遮光部材３０″は、穴Ｈが回転対称のときに有効であり、穴Ｈの一部の形状を計測するだけで、全体形状を認識することができる。
【００５１】
また、以上のような遮光部材３０を形成するために、液晶基板を用いてもよい。通常観察時は遮光部を形成させずに光を透過させ、穴形状測定時に電圧の印加により液晶分子の配向を調節して遮光部を形成し、穴Ｈの内壁Ｗからの光のみを透過しノイズ光をカットするように構成する。このような構成とすることにより、穴形状測定用に、遮光部材３０を有する特殊な対物レンズや挿脱機構を用いることなく、穴形状に対応した遮光部材３０を得ることができる。
【００５２】
また、以上の実施形態では、穴Ｈの直径φ、内壁Ｗの勾配θ0、及び深さｈは、設計上の寸法を用いているが、本発明は設計上の寸法に限定されることはなく、例えば、測定開始時に、被検物体８０の中から選択した適宜のサンプルについて各寸法を測定し、得られた値を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図２】被検物体の穴形状と、穴の内壁で反射、散乱した光束との関係を説明するための説明図である。
【図３】第２の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図４】第３の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図５】第４の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図６】４極形状の開口部を有する遮光部材を示す説明図である。
【図７】三日月形状の開口部を有する遮光部材を示す説明図である。
【図８】第５の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１１ 光源 ２０ 対物レンズ
２４ 偏光フィルタ（偏光正面手段兼検光手段）
２５ １／４波長板（検光手段）
３０，３０′，３０″ 遮光部材
Ｈ 穴 Ｗ 内壁 ８０ 被検物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
穴形状の立体形状を測定する手段としては、一般に３次元的に移動可能なアームに取り付けた微少なプローブを穴の内壁に直接接触させる接触式測定が用いられる。しかし、接触式測定にはプローブの大きさにより測定可能な穴径に制約があること、穴の内壁を多点接触測定しなければならず測定時間がかかることから、非接触かつ高速に測定が可能な光学式測定が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の発明においては、被検物体の表面、裏面をそれぞれ別のカメラで撮像し画像測定することで穴形状のテーパー角や中心軸の傾きを測定している。
【特許文献１】特開２０００−２５８１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の発明では、被検物体の穴形状の入り口側、出口側両方からの画像測定が必要なため、例えばインジェクションノズルの燃料噴射穴のように内部から穴形状を撮像できない被検物体であって、穴形状の外側が狭く、内側が広い逆テーパーの穴の測定においては適用することできない。また、穴形状の開口部から穴の奥を撮像した場合、被検物体の表面の反射光や、照明からの直接光がノイズとなり良好な画像取得ができないという課題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、被検物体に形成された穴の立体形状を測定する際のノイズ光成分を除去することで、内部から穴形状を撮像できない被検物体に形成された逆テーパーの穴形状であっても、光学的な形状測定を行うことができる穴形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために本発明に係る穴形状測定装置は、光軸方向に延びるように形成された穴を有する被検物体の当該穴からの光を集光する機能を有する対物レンズと、この対物レンズの射出瞳面若しくは当該射出瞳面と共役な面に配置され、被検物体のうち、穴から放射された光線を通過させる開口部、及び、穴以外の部分から放射された光線を遮光する遮光部を有する遮光部材と、を有する。
【０００６】
このような穴形状測定装置は、穴の前記対物レンズ側開口部の直径をφとし、穴の内壁の勾配をθ0とし、穴の深さをｈとし、対物レンズの焦点距離をｆとし、遮光部材と対物レンズの射出瞳間の倍率をβとし、遮光部材の開口部の光軸からの最短距離をＤ1、最長距離をＤ2としたとき、次式
【数２】
を満足することが好ましい。
【０００７】
また、このような穴形状測定装置において、遮光部材は、開口部が、遮光部にリング状に形成されていることが好ましい。
【０００８】
あるいは、この遮光部材は、開口部が、遮光部に三日月状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
あるいは、この遮光部材は、２以上の開口部が、遮光部に光軸を中心に同心円状に配置されていることが好ましい。
【００１０】
さらに、このような穴形状測定装置は、遮光部材が、光路に対して挿脱可能に取り付けられていることが好ましい。
【００１１】
あるいは、このような穴形状測定装置は、遮光部材が、液晶基板で構成され、遮光部が当該液晶基板における液晶分子の配向を調節して形成されることが好ましい。
【００１２】
また、このような穴形状測定装置は、被検物体を偏光照明する偏光照明手段と、被検物体からの反射光のうち偏光照明手段による偏光照明に対して直交する偏光成分を有する光線を通過させる検光手段と、を更に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る穴形状測定装置を以上のように構成すると、被検物体に形成された穴の立体形状を測定する際のノイズ光成分を除去することができ、穴形状内壁からの信号のみを検出できる。これにより、インジェクションノズルの燃料噴射穴のように内部から穴形状を撮像できない被検物体の逆テーパー形状の穴の測定においても、光学的な形状測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて第１の実施形態に係る穴形状測定装置の構成について説明する。図１（ａ）に示す穴形状測定装置は、照明光学系１０、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、撮像素子６０、及び、画像処理装置７０から構成されている。具体的には、被検物体８０側から、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、及び、結像レンズ５０の順で光軸上に並び、ハーフミラー４０の側方に照明光学系１０が配置されている。
【００１５】
照明光学系１０は、光源側から順に、同軸上に並んで、光源１１、コレクタレンズ１２、第１のリレーレンズ群１３、開口絞り１４、視野絞り１５、及び、第２のリレーレンズ群１６を備えている。この照明光学系１０は、いわゆる落射型のケーラー照明光学系を構成しており、視野絞り１５は、コレクタレンズ１２の前側焦点位置Ｆ及び被検物体８０と、それぞれ共役になっている。また、開口絞り１４は、対物レンズ２０の後側焦点面（すなわち射出瞳面）と共役になっている。遮光部材３０は、対物レンズ２０の射出瞳面若しくはその近傍に配置されている。
【００１６】
遮光部材３０は、図１（ｂ）に示すように、対物レンズ２０で集光された光束を遮断する遮断部３１を有し、この遮光部３１に光軸に対して同心円状に配置されたリング状の開口部３２が形成されている。このような構成の遮光部材３０は、「輪帯開口」とも呼ばれ、以降の説明ではこの輪帯開口を用いた場合について説明する。
【００１７】
このような穴形状測定装置によると、照明光学系１０からの光束（照明光）はハーフミラー４０で反射され、遮光部材３０、及び、対物レンズ２０を介して被検物体８０を照明する。被検物体８０からの反射、散乱光はふたたび対物レンズ２０に入射し、遮光部材３０の開口部３２、及び、ハーフミラー４０を透過して結像レンズ５０に入射する。この結像レンズ５０の焦点面には、撮像素子６０が配置されている。このとき、被検物体８０と撮像素子６０とは共役となっており、撮像素子６０には被検物体８０の拡大像が結像する。
【００１８】
撮像素子６０により光電変換された被検物体８０の拡大像は、画像処理装置７０により画像解析される。このとき、不図示のステージ上下動機構により、被検物体８０と穴形状測定装置との距離を変えることで、被検物体８０に対する対物レンズ２０の焦点面をずらしながら複数の画像を撮像し、解析して、穴形状の立体計測を行う。
【００１９】
次に、図２に被検物体８０の詳細を示す。この被検物体８０には穴形状の外側（すなわち穴形状測定装置の対物レンズ２０側）が狭く、内側が広い逆テーパー形状の穴Ｈが加工さている。ここで、穴Ｈにおける対物レンズ２０側開口部の設計上の直径をφ、穴Ｈの設計上の内壁Ｗの勾配をθ0、穴Ｈの設計上の深さをｈとする。対物レンズ２０を介して被検物体８０を照明した光束は、穴Ｈの内壁Ｗで反射、散乱し、再び対物レンズ２０に入射する。このとき、穴Ｈの最深部において散乱してから再び対物レンズ２０に入射する光束と、被検物体８０表面の法線とのなす角の最小値をθ1、最大値をθ2とすると、これらの角度θ1、θ2は下記式（ａ）であらわすことができる。
【００２０】
【数３】
【００２１】
すなわち、穴Ｈの内壁Ｗの最深部からの反射、散乱光（信号光）は最小値θ1と最大値θ2との間の角度（図２の斜線部分）で対物レンズ２０に入射しており、それ以外の角度で入射する光束は被検物体８０の表面からの反射光等、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光であるといえる。故に対物レンズ２０に入射する光束のうち、光軸とのなす角度がθ1からθ2以外の光束をカットすることでノイズ光を低減した良好な画像取得が可能となる。
【００２２】
ここで、対物レンズ２０の焦点距離ｆと、対物レンズ２０に入射する光線の入射角度θと、対物レンズ２０に入射した光線の対物レンズ２０の後側焦点面における光軸からの距離（高さ）ｄは、良好に収差補正された対物レンズであれば、下記式（ｂ）を満足することが知られている。
【００２３】
【数４】
【００２４】
この式（ｂ）に上述の穴Ｈからの光束を当てはめると、図１（ｂ）に示すように、遮光部材３０の開口部３２の光軸からの最短距離（輪帯開口の場合は開口部３２の内径に相当する）をＤ1、光軸からの最長距離（輪帯開口の場合は開口部３２の外径に相当する）をＤ2とし、最短距離（内径）に対する光線の入射角度をθ′、最長距離（外径）に対する光線の入射角度をθ″、遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率をβとしたとき、下記式（ｃ）が成り立つ。
【００２５】
【数５】
【００２６】
また、遮光部材３０により、光軸とのなす角度がθ1からθ2以外の光束をカットするためには、次式（ｄ）を満足すればよい。
【００２７】
【数６】
【００２８】
したがって、上記式（ａ）と式（ｃ）及び（ｄ）とから、図２に示すように、穴Ｈの対物レンズ２０側の開口部の直径をφ、穴Ｈの内壁Ｗの勾配をθ0、及び、穴Ｈの深さをｈとし、対物レンズの焦点距離をｆとし、遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率をβとし、図１（ｂ）に示すように、遮光部材３０の開口部３２の最短距離（内径）をＤ1とし、最長距離（外径）をＤ2としたとき、下記式（１）を満足することで、対物レンズ２０に入射する光束のうち、光軸とのなす角度がθ1からθ2以外の光束をカットすることができる。その結果、ノイズ光を低減した良好な画像取得が可能となる。
【００２９】
【数７】
【００３０】
なお、この第１の実施形態において、遮光部材３０は、対物レンズ２０の後側焦点面（射出瞳面）に直接配置されているので、上記式（１）において、遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率は、β＝１で計算される。
【００３１】
また、この第１の実施形態では、後側焦点面(射出瞳面)が対物レンズ２０の後方に露出している例において、この後側焦点面に直接遮光部材３０を配置しているが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、一般的な対物レンズの構成においては、後側焦点位置が対物レンズの中にある場合が多いが、本発明はこのような構成においても適用可能である。この場合、遮光部材３０は対物レンズ２０の内部に配置され、遮光部材３０と射出瞳とは共役であって射出瞳面は遮光部材３０の虚像面となる。このときの遮光部材３０と対物レンズ２０の射出瞳間の倍率をβとしたときに、上記式（１）を満足するよう構成すればよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、図３を参照して第２の実施形態について説明する。図３（ａ）に示す穴形状測定装置は、照明光学系１０、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、撮像素子６０、画像処理装置７０、及び、リレー光学系９０から構成されている。具体的には、被検物体８０側から、対物レンズ２０、ハーフミラー４０、リレー光学系９０、遮光部材３０、及び、結像レンズ５０の順で光軸上に並び、ハーフミラー４０の側方に照明光学系１０が配置されている。
【００３３】
照明光学系１０からの光束（照明光）は、ハーフミラー４０で反射され、対物レンズ２０を介して被検物体８０を照明する。この被検物体８０からの反射、散乱光（信号光）はふたたび対物レンズ２０に入射し、ハーフミラー４０を通過してリレー光学系９０に入射する。リレー光学系９０は、被検物体８０側から順に、第１リレーレンズ９１、及び、第２リレーレンズ９２から構成されている。第１リレーレンズ９１は、対物レンズ２０の後側焦点面（瞳面）がこの第１リレーレンズ９１の前側焦点面若しくはその近傍に位置し、第１リレーレンズ９１の後側焦点面が、被検物体８０の共役面Ｃ１若しくはその近傍に位置するよう配置されており、共役面Ｃ１には被検物体８０の像が結像する。また、第２リレーレンズ９２は、共役面Ｃ１若しくはその近傍にこの第２リレーレンズ９２の前側焦点が位置し、第２リレーレンズ９２の後側焦点面が対物レンズ２０の瞳面と共役となるよう配置されている。そして、この第２リレーレンズ９２の後側焦点面（対物レンズ２０の瞳と共役な面）若しくはその近傍には、図３（ｂ）に示すような遮光部材３０が配置されている。この遮光部材３０は、上記式（１）を満足するよう構成されることにより、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカット可能である。
【００３４】
また遮光部材３０は不図示の挿脱機構により、図３に二点鎖線で示したように光路から挿脱可能なように構成されている。遮光部材３０を通過した光束は結像レンズ５０に入射する。結像レンズ５０の焦点面、若しくはその近傍には撮像素子６０が配置される。このとき被検物体８０と撮像素子６０は共役となっており、撮像素子６０には被検物体８０の拡大像が結像している。
【００３５】
撮像素子６０により光電変換された被検物体８０の拡大像は、画像処理装置７０により画像解析される。このとき、不図示のステージ上下動機構により被検物体８０と穴形状測定装置との距離を変えることで、被検物体８０に対する対物レンズ２０の焦点面をずらしながら複数の画像を撮像、解析し、穴形状の立体計測を行う。
【００３６】
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様の構成に加え、リレー光学系９０を更に有することで、対物レンズ２０を切り替えず通常観察が可能となっている。また、第２の実施形態の遮光部材３０は、光路から挿脱可能なように構成されていることから、穴形状測定時のみ遮光部材３０を配置することや、穴Ｈの直径φ、内壁Ｗの勾配θ0、及び深さｈの誤差等に応じて、上記式（１）を満足するような形状の遮光部材３０に交換することもできる。さらに、第２リレーレンズ９２の後側焦点面に遮光部材３０を配置することにより、上述のように後側焦点面が対物レンズ２０の内部になる場合でも、穴形状測定用に遮光部材３０を有する特殊な対物レンズを用いることなく、一般的な対物レンズが使用可能であるという利点がある。
【００３７】
（第３の実施形態）
以下、図４を参照して第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態例は、上述の穴形状測定装置を、光の干渉を利用して形状測定を行う、白色干渉型三次元形状測定に適用したものである。この白色干渉型三次元形状測定においては、測定対象への照射光を参照光と観察光に分割し、観察光のみを測定対象表面に照射させるとともにその反射観察光と参照光とを合成し、この合成光から得られる光の干渉縞から測定対象の表面形状を測定する。
【００３８】
ここで、第３の実施形態における穴形状測定装置の構成は第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態における対物レンズ２０に換えて、ミロー型白色干渉対物レンズ２１を用いている。このミロー型白色干渉対物レンズ２１は、対物レンズ２０と被検物体８０との間に、反射面２２とハーフミラー２３を配置したものである。なお、第１の実施形態と同様の構成については詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４の穴形状測定装置において、照明光は、対物レンズ２０を透過した後、ハーフミラー２３に照射され、一部の光がこのハーフミラー２３を透過し、残りの光が反射される。ハーフミラー２３を透過した光（観察光）は、被検物体８０上に達し、反射される（反射観察光）。一方、ハーフミラー２３で反射された光（参照光）は、反射面２２で反射され、再びハーフミラー２３に達し反射されて、前述の被検物体８０からの戻り光（反射観察光）と同一光路上に合成される。
【００４０】
この同一光路上に合成された２つの光（反射観察光と参照光）は、互いに干渉し合い、対物レンズ２０を通過した後、遮光部材３０の開口部３２、ハーフミラー４０、結像レンズ５０を通った後、撮像素子６０上にニュートン縞（干渉縞）を形成する。このようにして得られた干渉像は、通常の被検物体８０の物体像と重なって観察される。この第３の実施形態においても、上記式（１）を満足するような遮光部材３０を用いることで、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカットし、物体像及び干渉像ともに良好な画像取得が可能となる。
【００４１】
このようにミロー型白色干渉対物レンズ２１を用いた第３の実施形態の穴形状測定装置を用いることで、特に光軸方向に波長レベル以下という極めて高精度な測定が可能になる。なお、この第３の実施形態においては、ミロー型白色干渉対物レンズ２１を用いた白色干渉型三次元形状測定による穴形状測定の例を示したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、マイケルソン型やリニーク型といった種々のタイプの干渉計装置に適用することが可能である。
【００４２】
（第４の実施形態）
以下、図５を参照して第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態は、上述の穴形状測定装置を、光の共焦点効果を利用して形状測定を行う、共焦点型三次元形状測定に適用したものである。この第４の実施形態における穴形状測定装置は、照明光学系１０、対物レンズ２０、遮光部材３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、リレー光学系９４、ニッポウディスク１００、撮像素子６０、及び、画像処理装置７０から構成されている。具体的には、被検物体８０側から、対物レンズ２０、遮光部材３０、結像レンズ５０、ニッポウディスク１００、ハーフミラー４０、リレー光学系９４の順で光軸上に並び、ハーフミラー４０の側方に照明光学系１０が配置されている。
【００４３】
照明光学系１０は、光源側から順に、同軸上に並んで、光源１１と、コレクタレンズ１２と、第１のリレーレンズ群１３と、第２のリレーレンズ群１６とから構成されている。リレー光学系９４は、被検物体８０側から順に、第１リレーレンズ９５と、第２リレーレンズ９６とから構成されている。
【００４４】
ニッポウディスク１００は、中心から螺旋状に広がるパターンで多数のピンホール（微少小孔）が形成されたディスクを有し、軸１００ａを中心として高速回転される。照明光学系１０から照射された照明光（光束）は、ハーフミラー４０により反射され、ニッポウディスク４を照明し、ニッポウディスク４０のピンホールを通過する。ピンホールを通過した照明光は、結像レンズ５０、及び対物レンズ２０を通り被検物体８０を照明する。このニッポウディスク１００は、対物レンズ２０、及び結像レンズ５０を介して被検物体８０の共役面に配設されており、このため対物レンズ２０を通り被検物体８０に照射される照明光は被検物体８０上にピンホール像を結ぶ。
【００４５】
このように被検物体８０に照射された照明光は、被検物体８０により反射されて再び対物レンズ２０を通り、遮光部材３０によって、ニッポウディスク１００のピンホールに結像しないノイズ光がカットされた後、元のピンホールに集まってこれを通過し、ハーフミラー４０、リレー光学系９４を通過し、撮像素子６０に被検物体の（拡大像の）二次像を結ぶ。撮像素子６０により光電変換された被検物体８０の拡大像は、画像処理装置７０により画像解析される。このとき、不図示のステージ上下動機構により被検物体８０と穴形状測定装置との距離を変えることで、被検物体８０に対する対物レンズ２０の焦点面をずらしながら複数の画像を撮像、解析し、穴形状の立体計測を行う。第４の実施形態においても、上記式（１）を満足するような遮光部材３０により、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカットすることができ、良好な画像取得が可能となる。
【００４６】
なお、この第４の実施形態においては、タンデム型共焦点測定装置による穴形状測定の例を示したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、レーザー走査型共焦点測定装置に適用することも可能である。また、遮光部材３０は、対物レンズ２０の射出瞳面に配置されているが、図５に点線で示したように、対物レンズ２０の射出瞳と共役な面であって、リレーレンズ９５の後側焦点面に配置してもよい。
【００４７】
（第５の実施形態）
以下、図８を参照して第５の実施形態について説明する。この第５の実施形態は、上述の穴形状測定装置における照明光学系１０と観察光学系とを、いわゆるクロスニコルの配置とすることで、被検物体８０表面からの反射光を更にカットするよう構成されている。ここで、第５の実施形態における穴形状測定装置の構成は、第１の実施形態と同様の構成に加え、対物レンズ２０と被検物体８０との間に、検光手段としての偏光フィルタ２４及び１／４波長板２５を有している。偏光フィルタ２４は、照明光学系１０からの照明光を所定の偏光方向の偏光照明に変換する偏光照明手段としての機能も有する。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
図８の穴形状測定装置において、照明光は、対物レンズ２０を透過した後、偏光フィルタ２４により所定の偏光方向成分（例えば、紙面方向の直線偏光）の光のみ透過する。偏光フィルタ２４を透過した光（偏光照明）は、１／４波長板２５により円偏光に変換された後、被検物体８０を照明する。このとき、被検物体８０を照明する光のうち、被検物体８０の表面に到達した光は偏光状態を保持したまま反射されるのに対し、穴Ｈの内壁Ｗに到達した光の一部は偏光状態が変化して散乱し、再び１／４波長板２５に入射する。故に、被検物体８０から反射される光のうち、照明光の偏光状態と等しい光をカットすることで、穴形状測定に不要な被検物体８０の表面からの反射光を除去することができ、ノイズ光を低減した良好な画像取得が可能となる。
【００４９】
被検物体８０からの反射光のうち、偏光状態を保持した円偏光は、再び１／４波長板２５により直線偏光に変換された後、偏光フィルタ２４に入射するが、このときの偏光方向は照明光（偏光照明）の偏光方向と直交した方向に偏光しているため、偏光フィルタ２４を通過せずカットされる。一方、被検物体８０からの反射光のうち、偏光状態が変化した光は１／４波長板２５、偏光フィルタ２４を通過した後、再び対物レンズ２０に入射し、斜光部材３０の開口部３２、及び、ハーフミラー４０を透過して結像レンズ５０に入射する。この結像レンズ５０の焦点面には、撮像素子６０が配置されている。このとき、被検物体８０と撮像素子６０とは共役となっており、撮像素子６０には被検物体８０の拡大像が結像する。この第５の実施形態においても、上記式（１）を満足するような遮光部材３０を用いることで、穴Ｈの内壁Ｗの測定に不要なノイズ光をカットし、物体像及び干渉像ともに良好な画像取得が可能となる。
【００５０】
また、以上で説明した第１〜第５の実施形態においては、照明光学系１０は落射照明光学系であるとしたが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、透過照明においても適用可能である。また、穴Ｈからの不要なノイズ光をカットする遮光部材３０に設けられた開口部３２は輪帯開口であるとしたが、本発明はこれに限定されることはなく、図６に示すように、遮光部３１′に、光軸に対して同心円状に配置された４極形状の開口部３２′を形成した遮光部材３０′や、図７に示すように、遮光部３１″に三日月形状の開口部３２″を形成した遮光部材３０″としてもよい。その場合、図６及び図７に示したように、光軸からの最短距離Ｄ1、最長距離Ｄ2が上記式（１）を満足するのが望ましい。なお、図７のような遮光部材３０″は、穴Ｈが回転対称のときに有効であり、穴Ｈの一部の形状を計測するだけで、全体形状を認識することができる。
【００５１】
また、以上のような遮光部材３０を形成するために、液晶基板を用いてもよい。通常観察時は遮光部を形成させずに光を透過させ、穴形状測定時に電圧の印加により液晶分子の配向を調節して遮光部を形成し、穴Ｈの内壁Ｗからの光のみを透過しノイズ光をカットするように構成する。このような構成とすることにより、穴形状測定用に、遮光部材３０を有する特殊な対物レンズや挿脱機構を用いることなく、穴形状に対応した遮光部材３０を得ることができる。
【００５２】
また、以上の実施形態では、穴Ｈの直径φ、内壁Ｗの勾配θ0、及び深さｈは、設計上の寸法を用いているが、本発明は設計上の寸法に限定されることはなく、例えば、測定開始時に、被検物体８０の中から選択した適宜のサンプルについて各寸法を測定し、得られた値を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図２】被検物体の穴形状と、穴の内壁で反射、散乱した光束との関係を説明するための説明図である。
【図３】第２の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図４】第３の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図５】第４の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【図６】４極形状の開口部を有する遮光部材を示す説明図である。
【図７】三日月形状の開口部を有する遮光部材を示す説明図である。
【図８】第５の実施形態に係る穴形状測定装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は穴形状測定装置を示し、（ｂ）は遮光部材を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１１ 光源 ２０ 対物レンズ
２４ 偏光フィルタ（偏光正面手段兼検光手段）
２５ １／４波長板（検光手段）
３０，３０′，３０″ 遮光部材
Ｈ 穴 Ｗ 内壁 ８０ 被検物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に延びるように形成された穴を有する被検物体の当該穴からの光を集光する機能を有する対物レンズと、
前記対物レンズの射出瞳面若しくは当該射出瞳面と共役な面に配置され、前記被検物体のうち、前記穴から放射された光線を通過させる開口部、及び、前記穴以外の部分から放射された光線を遮光する遮光部を有する遮光部材と、を有する穴形状測定装置。
【請求項２】
前記穴の前記対物レンズ側の開口部の直径をφとし、前記穴の内壁の勾配をθ0とし、前記穴の深さをｈとし、前記対物レンズの焦点距離をｆとし、前記遮光部材と前記対物レンズの射出瞳間の倍率をβとし、前記遮光部材の前記開口部の光軸からの最短距離をＤ1、最長距離をＤ2としたとき、次式
【数１】
を満足する請求項１に記載の穴形状測定装置。
【請求項３】
前記遮光部材は、前記開口部が、前記遮光部にリング状に形成された請求項１または２に記載の穴形状測定装置。
【請求項４】
前記遮光部材は、前記開口部が、前記遮光部に三日月状に形成された請求項１または２に記載の穴形状測定装置。
【請求項５】
前記遮光部材は、２以上の開口部が、前記遮光部に光軸を中心に同心円状に配置された請求項１または２に記載の穴形状測定装置。
【請求項６】
前記遮光部材は、光路に対して挿脱可能に取り付けられた請求項１〜５いずれか一項に記載の穴形状測定装置。
【請求項７】
前記遮光部材が、液晶基板で構成され、前記遮光部が当該液晶基板における液晶分子の配向を調節して形成される請求項１〜５いずれか一項に記載の穴形状測定装置。
【請求項８】
前記被検物体を偏光照明する偏光照明手段と、
前記被検物体からの反射光のうち前記偏光照明手段による偏光照明に対して直交する偏光成分を有する光線を通過させる検光手段と、を更に有する請求項１〜７いずれか一項に記載の穴形状測定装置。
【請求項１】
光軸方向に延びるように形成された穴を有する被検物体の当該穴からの光を集光する機能を有する対物レンズと、
前記対物レンズの射出瞳面若しくは当該射出瞳面と共役な面に配置され、前記被検物体のうち、前記穴から放射された光線を通過させる開口部、及び、前記穴以外の部分から放射された光線を遮光する遮光部を有する遮光部材と、を有する穴形状測定装置。
【請求項２】
前記穴の前記対物レンズ側の開口部の直径をφとし、前記穴の内壁の勾配をθ0とし、前記穴の深さをｈとし、前記対物レンズの焦点距離をｆとし、前記遮光部材と前記対物レンズの射出瞳間の倍率をβとし、前記遮光部材の前記開口部の光軸からの最短距離をＤ1、最長距離をＤ2としたとき、次式
【数１】
を満足する請求項１に記載の穴形状測定装置。
【請求項３】
前記遮光部材は、前記開口部が、前記遮光部にリング状に形成された請求項１または２に記載の穴形状測定装置。
【請求項４】
前記遮光部材は、前記開口部が、前記遮光部に三日月状に形成された請求項１または２に記載の穴形状測定装置。
【請求項５】
前記遮光部材は、２以上の開口部が、前記遮光部に光軸を中心に同心円状に配置された請求項１または２に記載の穴形状測定装置。
【請求項６】
前記遮光部材は、光路に対して挿脱可能に取り付けられた請求項１〜５いずれか一項に記載の穴形状測定装置。
【請求項７】
前記遮光部材が、液晶基板で構成され、前記遮光部が当該液晶基板における液晶分子の配向を調節して形成される請求項１〜５いずれか一項に記載の穴形状測定装置。
【請求項８】
前記被検物体を偏光照明する偏光照明手段と、
前記被検物体からの反射光のうち前記偏光照明手段による偏光照明に対して直交する偏光成分を有する光線を通過させる検光手段と、を更に有する請求項１〜７いずれか一項に記載の穴形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２５８０８０（Ｐ２００９−２５８０８０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９１３３（Ｐ２００８−２５９１３３）
【出願日】平成２０年１０月４日（２００８．１０．４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月４日（２００８．１０．４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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