JP2024506808A - バーチャルズームレンズ - Google Patents

Abstract

寸法測定機用の光学結像システムは、アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサと、デジタルセンサ上に試験対象の画像を形成するレンズシステムと、試験対象の点を異なるスポットサイズでデジタルセンサ上に結像するために、レンズのＦ値を変えるレンズの可変サイズの絞りを含む。絞りコントローラが絞りのサイズを変更する。画像コントローラが、共通の出力を有する１つ以上のピクセルの連続したクラスタをグループ化し、共通の出力を有する各クラスタ内のピクセルの数を変える。絞りコントローラおよび画像コントローラと連携して動作する倍率コントローラは、(ａ)試験対象の点が結像されるスポットサイズの増大にしたがって、共通の出力を有する各クラスタ内のピクセル数を増加させ、（ｂ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの縮小にしたがって、共通の出力を有する各クラスタ内のピクセルの数を減少させる。

Description

本開示は、光学寸法測定システムに関し、より詳しくは、視野、被写界深度、光学解像度を調整する等の目的で、異なる有効倍率で動作する光学寸法測定システムに関する。

従来の光学寸法測定システムには、異なる倍率で試験対象の画像を取得するためのズームレンズが含まれている。興味のあるフィーチャの識別や精度の低い測定などの目的の場合には、倍率を低くすることにより、より広い視野とより深い被写界深度で試験対象の画像を取得できる。より微細なフィーチャの識別や、より正確な測定などの目的の場合には、倍率を高くすることにより、より狭い視野とより浅い被写界深度で試験対象の画像を取得できる。異なる測定目的にしたがって、フィーチャの識別および解像のために、異なる倍率が提供される。

従来のズームレンズでは、光学素子を移動させるための追加の構成要素が必要であるが、これらの構成要素は故障しやすく、異なる倍率位置間で望ましくない光学性能の変動が生じる可能性がある。例えば、従来のズームレンズは、ズーム範囲にわたって変化する歪み量を表す可能性がある。また、ズームレンズは、異なる倍率設定間での追加の調整を避けるために同軸、同焦点に設計する必要があり、コストが増加する傾向がある。

光学結像システムの一部としてのズームレンズは、ピクセルアレイを有するデジタルセンサ上に試験対象の画像を形成する。光学寸法測定システムは、これらの画像を分析し、試験対象のエッジやその他の遷移フィーチャがどこに位置するかを正確に決定 (測定)する。通常、エッジ検出アルゴリズムは、正確で再現可能な結果を得るために、遷移部におけるいくつかのピクセルに広がるコントラストの変化を処理する。異なる倍率設定間の画像解像度の変動（視野全体にわたる変動を含む）は、エッジ検出アルゴリズムのパフォーマンスを低下させる可能性があり、異なる倍率設定に対して異なる適応策を必要とする可能性がある。

従来のズームレンズを使用して視野および被写界深度を変更する代わりに、寸法測定システム用の光学結像システムは、本明細書で説明するように、デジタルセンサからのピクセル化された画像データを抽出し処理するための追加の制御機能を装備するとともに、可変サイズの絞りを有する固定レンズシステムを装備することにより、構築することができる。ここで開示される光学結像システムは、レンズ構成要素間の軸方向の動きを大幅に低減し、異なるデジタル倍率において同軸と同焦点の両方を維持するように構築することができる。さらに、ここで開示される光学結像システムは、異なるデジタル倍率でのエッジ検出処理において最適な形で画像解像度を効果的に維持することができる。

たとえば、寸法測定機用の光学結像システムは、アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサと、前記デジタルセンサ上に試験対象の画像を形成するように動作可能なレンズシステムと、異なるスポットサイズで前記デジタルセンサ上に試験対象の点を結像させるために、前記レンズシステムのＦ値を変更する前記レンズシステムの可変サイズの絞りとを備えている。絞りコントローラが前記可変サイズの絞りのサイズを変える。画像コントローラは、前記アドレス指定可能なピクセルの１以上の連続クラスタを、共通出力にグループ化する。共通出力を有する各クラスタ内のピクセル数は変更可能である。倍率コントローラは、前記絞りコントローラと前記画像コントローラと連携して動作し、（ａ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの増大に応じて、共通出力を有する各クラスタ内のピクセル数を増加させ、（ｂ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの減少に応じて、共通出力を有する各クラスタ内のピクセル数を減少させる。

前記１以上のピクセルのクラスタは、各サブ領域内のピクセル数に応じて前記デジタルセンサのサブ領域を占有し、前記倍率コントローラは、試験対象の点が結像されるスポットサイズの変化に応じて前記サブ領域のサイズを変化させる。前記倍率コントローラは、試験対象の点が結像されるスポットサイズの所与の分割部分としての前記サブ領域のサイズをより厳密に維持するために、前記サブ領域のサイズを変更する。前記倍率コントローラは、異なる絞りのサイズに関連付けられたスポットサイズを、実質的に同数のサブ領域で埋める。

同様に前記倍率コントローラは、（ａ）前記光学システムのＦ値の増大にしたがって前記サブ領域のサイズを増大させ、（ｂ）前記光学システムのＦ値の減少にしたがって前記サブ領域のサイズを減少させるように構成することができる。好ましくは、前記倍率コントローラは、前記レンズシステムのＦ値の増大に実質的に比例して、前記サブ領域の直線寸法を増加させる。

前記結像システムは、試験対象を異なる倍率で表示するディスプレイをさらに備え、前記倍率コントローラは、（ａ）前記サブ領域のサイズの減少にしたがって前記ディスプレイ上の試験対象の倍率を大きくし、（ｂ）前記サブ領域のサイズの増大にしたがって、前記ディスプレイ上の試験対象の倍率を小さくする。前記ディスプレイ上の前記試験対象の倍率を、前記画像ピクセルのサイズに反比例させることができる。前記サブ領域のサイズの増大は、試験対象が表示される前記デジタルセンサの領域の増大と関連付けることができ、前記サブエリアのサイズの減少は、試験対象が表示される前記デジタルセンサの面積の減少と関連付けることができる。同数のサブ領域が表示され、その結果異なる表示倍率となる。

別の例において、試験対象の寸法測定を行うための光学測定システムは、アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサと、試験対象の画像を前記デジタルセンサ上に形成するレンズシステムと、前記光学システムのＦ値を変更するように動作可能な可変サイズの絞りと、を有するように構成することができる。絞りコントローラは、前記絞りのサイズを変える。画像コントローラは、１つ以上のピクセルからなる共通出力を有する連続クラスタを、前記デジタルセンサのそれぞれのサブ領域にまとめる（グループ化する）。前記サブ領域のサイズは各サブ領域内のピクセル数に応じて変化する。倍率コントローラは、前記絞りコントローラと前記画像コントローラと連携して動作し、（ａ）前記絞りのサイズの減少に応じて前記サブ領域のサイズを増大させ、（ｂ）前記絞りのサイズの増大に応じて前記サブ領域のサイズを減少させる。測定コントローラはエッジ検出部を含み、前記デジタルディテクタ上に結像された試験対象のエッジを、前記サブ領域間の出力変動として検出し、前記サブ領域のサイズが増大するにつれて、試験対象のエッジをより深い被写界深度で検出可能であり、前記サブ領域のサイズが減少するにつれて、試験対象のエッジをより高精度に解像可能である。

前記光学システムの前記可変サイズの絞りは、異なるスポットサイズで前記デジタルセンサ上に前記試験対象の点を結像させるために、F値を変えることができ、前記倍率コントローラは、（ａ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの増大にしたがって各サブ領域内のピクセルの数を増加させ、（ｂ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの減少にしたがって、各サブ領域内のピクセルの数を減少させる。前記倍率コントローラは、前記試験対象の点が結像されるスポットサイズの所与の分割部分としての前記サブ領域のサイズをより厳密に維持するために、前記サブ領域のサイズを変更する。前記倍率コントローラは、同数のサブ領域で、異なる絞りサイズに関連する前記スポットサイズを満たすことができる。例えば、異なる絞りサイズに関連付けられたスポットサイズの直線寸法が、５つのサブ領域によって満たされる。倍率コントローラは、異なる絞りサイズで、同数のサブ領域からの出力を前記エッジ検出部に向けることができる。

前記倍率コントローラは、（ａ）前記光学システムのＦ値の増大にしたがって前記サブ領域のサイズを増大させ、（ｂ）前記光学システムのＦ値の減少にしたがって前記サブ領域のサイズを減少させることができる。前記倍率コントローラは、前記光学システムのＦ値の増大に実質的に比例して、前記サブ領域の直線寸法を増大させることができる。

前記測定システムは、さらに、試験対象を異なる倍率で表示するように動作可能なディスプレイを備えることができる。前記倍率コントローラは、（ａ）前記サブ領域のサイズの減少にしたがって前記ディスプレイ上の試験対象の倍率を増加させ、（ｂ）前記サブ領域のサイズの増大にしたがって、前記ディスプレイ上の試験対象の倍率を減少させることができる。前記ディスプレイ上の前記試験対象の倍率を、前記サブ領域のサイズに反比例させることができる。前記エッジ検出部と前記ディスプレイの両方が、前記デジタルセンサの同じサブ領域からの出力を受信することができる。

前記光学システムは、前記可変サイズの絞りに対して固定位置にあるフロントレンズとバックレンズを含むことができる。一構成では、前記フロントレンズと前記バックレンズが、前記可変サイズの絞りに対してテレセントリック位置に配置されている。しかしながら、本発明の利点の多くは、テレセントリックでない構成でも実現できることを理解されたい。したがって、ある構成では、フロントレンズとバックレンズはテレセントリックではない。一実施形態では、前記測定コントローラは、試験対象の２つのエッジを検出し、２つのエッジ間のサブ領域の数とサイズに基づいて、２つのエッジ間の距離を測定するように構成される。測定コントローラは、試験対象のエッジを検出し、多面体のフィーチャを構築し、多面体の寸法を決定することができる。

光学測定機を用いて試験対象の寸法を測定する例示的方法は、光学システムに試験対象を位置合わせすることで開始される。光学システムは、可変サイズの絞りを有し、試験対象の画像を、アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサ上に形成する。前記可変サイズの絞りが第１のサイズに設定される。各サブ領域内のピクセルの数にしたがって、共通出力を有するピクセルの連続クラスタが、第１のサイズを有するデジタルセンサのサブ領域にそれぞれグループ化される。デジタルディテクタに結像された試験対象の２つ以上のエッジは、第１のサイズのサブ領域間の出力変動に基づいて識別することができる。試験対象の２つ以上のエッジは、第１の被写界深度で第１の解像度でフォーカスされる。試験対象のより広い視野が必要な場合には、光学測定機を第１の被写界深度および第１の解像度で利用することができる。たとえば、試験対象のどこを測定するのかを決定するには、より広い視野が必要である。

前記可変サイズの絞りは第２のより大きなサイズに設定することができる。各サブ領域内のピクセルの減少した数にしたがって、共通出力を有するピクセルの連続クラスタが、第２のより小さなサイズを有するデジタルセンサのサブ領域にそれぞれ再グループ化される。寸法測定は、試験対象が配置されているステージを移動させることにより、より高い解像度で ２つの異なる視野を使用して実行される。例えば、デジタルディテクタ上に結像された試験対象の２つ以上のエッジが、第２のより小さなサイズのサブ領域間の出力変化に基づいて識別される。試験対象の２つ以上の識別されるエッジは、第２のより浅い被写界深度で、第２のより高精度の解像度で。フォーカスされる。２つ以上のエッジのうちの２つのエッジ間の距離は、２つのエッジ間の第２のより小さいサイズのサブ領域の数とサイズに基づいて測定することができる。

一実施形態では、エッジ検出ソフトウェアは、測定される試験対象のフィーチャを識別するために、低倍率（より広い視野）を用いるように動作可能であり、その後で、より高い倍率（より狭い視野）で寸法測定が行われる。可変サイズの絞りを第２のより大きいサイズに設定するステップは、デジタルセンサ上の試験対象の点をより小さいスポットサイズで結像させるために、光学システムのＦ値を減少させる。再グループ化のステップでは、試験対象の点が画像化されるより小さなスポットサイズに応じて、ピクセルのサブ領域のサイズが縮小される。再グループ化のステップでは、ピクセルのサブ領域のサイズを縮小し、試験対象の点が結像されるスポットサイズの所与の分割部分としてのサブ領域のサイズをより厳密に維持する。

添付図面は、本明細書の一部として組み込まれる。図面は、本開示の主題の実施形態を示し、本開示の選択された原理および教示を例示するものである。しかしながら、図面は、本開示の主題のすべての可能な実施形態を示すものではなく、いかなる形でも本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

本開示の主題の例示的な実施形態による寸法測定機の概略斜視図である。

本開示の主題の例示的な実施形態による光学結像システムの概略図である。

本開示の主題の例示的な実施形態による光学結像システムの４つの有効倍率のための設計パラメータの表である。

本開示の主題の例示的な実施形態において、光学結像システムにより異なる有効倍率で利用される、デジタルセンサアレイの異なる領域を示す概略図である。

異なるビニングのうちの１つでの、図４のデジタルセンサアレイの中央の２４×２４ピクセルの概略図である。 他のビニングでの、図４のデジタルセンサアレイの中央の２４×２４ピクセルの概略図である。 他のビニングでの、図４のデジタルセンサアレイの中央の２４×２４ピクセルの概略図である。 他のビニングでの、図４のデジタルセンサアレイの中央の２４×２４ピクセルの概略図である。

非正方形ビニングでの、図４のデジタルセンサアレイの中央の２４×２４ピクセルの概略図である。

本開示の主題の例示的な実施形態による、光軸に沿って移動するように動作可能な一対のダブレットを有するレンズシステムの概略図である。 同レンズシステムの概略図である。

本開示の主題の例示的な実施形態による、レンズタレットを備えた寸法測定機の概略斜視図である。

図８Ａの寸法測定機において、光軸に沿った位置にある対物レンズを備えた光学結像システムの概略図である。 図８Ａの寸法測定機において、光軸に沿った位置が図８Ｂと異なる対物レンズを備えた光学結像システムの概略図である。

本開示の主題の実施形態による、システムの倍率を変更するように動作可能な複合レンズを有する光学結像システムの一部の概略図である。 図９Ａの複合レンズを反転させた位置で示す光学結像システムの一部の概略図である。

本開示の主題の実施形態による光学結像システムの概略図である。

本開示の主題の実施形態による光学結像システムの概略図である。

本開示の主題の実施形態による光学結像システムの概略図である。

本開示の主題の実施形態による光学結像システムの概略図である。

発明の詳細な説明

本発明は、明示的に否定しない限り、様々な代替の向き、工程を想定できることを理解されたい。添付の図面に示され明細書に記載される特定のアセンブリおよびシステムは、定義される発明の概念の単なる例示的な実施形態であることも理解されたい。したがって、開示された実施形態に関連する特定の寸法、方向、または他の物理的特徴は、別段の記載がない限り、限定的なものとみなされるべきではない。また、そうでない場合もあるが、本明細書で説明される様々な実施形態における同様の要素は、同様の参照番号で共通に参照される。

本明細書で使用される場合、「第１」、「第２」などの用語は、特に指定がない限り、必ずしも順序や優先順位を示すわけではなく、単に１つの要素または要素の集合を他の要素または要素の集合と明確に区別するために使用される。

本明細書で使用される場合、「例示的な」という用語は、「例」を指すものであって、好ましいまたは理想的な実施形態を示唆することを意図するものではない。

本開示は、とりわけ、広い視野（「ＦＯＶ」）、高い有効倍率、および高いフォーカス再現性で動作可能な寸法測定ビデオシステムを提供する。一実施形態の寸法測定ビデオシステムは、所望の倍率を生成するために、カメラ（すなわち、デジタルセンサアレイ）の異なる領域と組み合わせて複数のＦ値で用いられる固定レンズを有する光学結像システムを含む。一実施形態の寸法測定ビデオシステムは、大きなズーム比で焦点距離の範囲にわたって高品質の画像を生成するように動作可能な可動レンズを有する光学結像システムを含む。

図１、図２に示すように、一実施形態では、寸法測定機１００は、作業台（すなわち、ステージ）１０２上に取り付けられた試験対象１０を測定するように動作可能である。寸法測定機１００は、照明システム１０６を有する光学結像システム１０４を含む。一実施形態では、照明システム１０６はリングライトを備える。このリングライトは、作業台１０２および試験対象１０の画像を取得する中央開口を有する。照明システム１０６の中央開口を取り囲む環状部は、複数の光源を含む。例えば、照明システム１０６は、試験対象１０を照明するように動作可能な、選択的に活性化可能で本質的に単色の光源を含むことができる。光源には複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等があるが、これに限定されない。関連技術の当業者であれば、寸法測定機１００が様々な照明システムを利用できることを認識するであろう。

図２を参照すると、光学結像システム１０４は、試験対象１０を照明する光の少なくとも一部を集めるように配置された対物レンズ１２２（すなわち、フロントレンズ）を含む。対物レンズ１２２は、試験対象１０の表面からの鏡面反射、拡散反射、または鏡面反射と拡散反射の組み合わせによって反射された光を集める。

対物レンズ１２２によって集められた光は、画像光ビーム１１６と呼ばれる。画像光ビーム１１６の一部は、カメラシステム１２６に向かう途中で集束光学系１２４（すなわち、バックレンズ）を通って伝播する。ある実施形態では、集束光学系１２４は、デジタルセンサアレイ１３０上に試験対象１０の画像を形成するように動作可能な固定レンズを備える。光学結像システム１０４のレンズシステム１０８は、対物レンズ１２２と集束光学系１２４を備える。カメラシステム１２６はデジタルセンサアレイ１３０を含み、このデジタルセンサアレイは、例えばエリア電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）等のイメージセンサを備える。以下でより詳細に説明するように、デジタルセンサアレイ１３０は、複数のアドレス指定可能なピクセル２００を含む。

引き続き図２を参照すると、一実施形態では、可変サイズの絞り１５０が、集束光学レンズ１２４のテレセントリック位置に配置される。可変サイズの絞り１５０は、レンズシステム１０８、ひいては光学結像システム１０４のＦ値を変更するように動作可能である。可変サイズの絞り１５０が光学結像システム１０４のテレセントリック位置に配置されているため、すべてのＦＯＶはテレセントリックである。可変サイズの絞り１５０の各サイズは、結像のためにデジタルセンサアレイ１３０の異なる領域を利用する。集束光学系レンズ１２４は、可変サイズの絞り１５０に対して、各サイズの被写界深度（「ＤＯＦ」）ｄ内で同焦点（parfocal）である。一実施形態では、光学結像システム１０４は、ｚ軸に移動する光学要素を含まないため、寸法測定機１００の有効倍率が変更された場合、光学結像システム１０４の倍率を再校正する必要がない。

図１を参照すると、一実施形態では、光学結像システム１０４は垂直のｚ軸に沿って移動可能なキャリッジ１７０に取り付けられている。キャリッジ１７０は、レール１７２、１７４上に取り付けられ、ｚ軸に沿った移動が容易であり、カメラシステム１２６と試験対象１０との間の距離を調整する。ワークテーブル１０２は、別のキャリッジ１７６に取り付けられており、レール１７８、１８０を介してｙ軸に沿って移動可能であり、レール１８２、１８４を介してｘ軸に沿って移動可能である。

一実施形態では、光学結像システム１０４は、２μｍ平方のアドレス指定可能なピクセル２００を有する２５９２×１９４４ピクセルのデジタルセンサアレイ１３０を含む。デジタルセンサアレイ１３０のアクティブセンササイズは、５．４ｍｍ×４．２ｍｍにすることができる。一実施形態では、寸法測定機１００は、６４０×４８０ピクセル（すなわち、ＶＧＡ解像度）を有する視覚ディスプレイ１６０を含む。視覚ディスプレイ１６０は、画像ディスプレイスクリーンであってもよい。

一実施形態では、寸法測定機１００は、エッジ検出ソフトウェアを備えた測定コントローラ１５８を含む。このエッジ検出ソフトウェアは、光学結像システム１０４の回折限界スポットサイズＳｄ内に、測定されたエッジが５つの画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０を有する場合に最適な性能を有する。エッジ検出ソフトウェアは、いくつかのピクセルにわたるコントラストの変化を処理し、遷移中の画像ピクセルの数を最適化して、正確で再現性のある結果を実現する。したがって、可変サイズの絞り１５０は、エッジ検出アルゴリズムを最適化するために、光学結像システム１０４の回折限界スポットサイズＳｄ内に約５つの画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０を維持するように、各倍率で調整される。４つの有効倍率の設計パラメータを図３の表に示す。第１列は、倍率ごとにビニング（binning）されたデジタルセンサアレイ１３０の一次元（例えば、ｘ軸）におけるピクセル２００の数を示す。ビニングはそれぞれ、デジタルセンサアレイ１３０のピクセルの１×１グループ、２×２グループ、３×３グループ、および４×４グループ（例えば、正方形のグループ）である。「画像ピクセルサイズ」は、正方形のビニングされたピクセルの一辺のサイズであり、デジタルセンサアレイ１３０のピクセルサイズ（例えば、２μｍ）に各ビニングされたグループのピクセル数を乗算したものに等しい。エッジ検出アルゴリズムを最適化するのに必要な「スポットサイズ」（すなわち、回折限界スポットサイズＳｄ）は、「画像ピクセルサイズ」に、エッジ検出アルゴリズムを最適化するのに必要なデジタルセンサアレイ１３０のピクセル数（例えば、５つの画像ピクセル）を乗じたものに等しい。

図４を参照すると、一実施形態では、光学結像システム１０４の最高有効倍率は、デジタルセンサアレイ１３０の中央に配置された６４０×４８０のピクセル２００を利用して、実現できる。光学結像システム１０４のより低い有効倍率は、画像ディスプレイスクリーン１６０を介して表示される画像において６４０×４８０のピクセルを維持しながら、デジタルセンサアレイ１３０のピクセル２００の２×２グループ、３×３グループ、４×４グループをビニングするとともに、拡大する画像ピクセル２０２，２０４, ２０６, ２１０を生成することにより、実現できる。表示される画像のサイズは同じままであるため、画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のサイズが増加するにつれて、各画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のサイズ内でビニングされるデジタルセンサアレイ１３０のピクセル２００の数が増加するにつれて、表示される画像の有効倍率は最高有効倍率の半分（１／２）、１／３、１／４に減少する。

図５Ａ～図５Ｄは、異なるビニングでのデジタルセンサアレイ１３０の中央の２４×２４ピクセル２００の概略図を示す。ビニングパターンは、ビニングに必要な画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数に達するまで、デジタルセンサアレイ１３０にわたって繰り返される。図５Ａに示すように、ビニング４では、ピクセル２００の４×４の正方形領域がビニングされて、１つの出力画像ピクセル２０２が生成される。図５Ｂに示すように、ビニング３では、ピクセル２００の３×３の正方形領域がビニングされて、１つの出力画像ピクセル２０４が生成される。図５Ｃに示されるように、ビニング２では、ピクセル２００の２×２正方形領域がビニングされて、１つの出力画像ピクセル２０６が生成される。図５Ｄに示すように、ビニング１では、ピクセル２００の１×１正方形領域が１つの出力画像ピクセル２０８を生成する。

図５Ａ～５Ｄに示されるように、ピクセル２００は、電子機器での実装を容易にするために正方形のグループにビニングされているが、ピクセル２００のグループは正方形である必要はない。必要なピクセル領域をカバーする任意のビニングパターンを利用できる。例えば、図６に示されるように、ビニングされたピクセル２００の列はオフセットされ、互い違いに千鳥足状（staggered）に配置してもよい。この例では、代替ビニングパターン１には、画像ピクセル２１０内に８つのセンサピクセル２００がある。ビニング２、３、４はそれぞれ、画像ピクセル２１０毎に、３２個、７２個、および１２８個のセンサピクセル２００を有することになる。

デジタルセンサアレイ１３０上の回折限界スポットサイズＳｄは、エアリーディスクの直径によって表され、次のとおりである。
Ｓｄ＝２.４４λＦ_ｉ＝２.４４λｍＦ_０ （１）
ここで、λは、光源１０６によって生成される光の波長である。一実施形態では、図３に示すように、波長λは０．６μｍである。Ｆ_ｉは固定レンズ１２４のデジタルセンサアレイ１３０側における結像システム１０４のF値であり、Ｆ_ｏは固定レンズ１２４の試験対象１０側のＦ値である。変数ｍは、結像システム１０４の倍率である。式（１）は、Ｆ値Ｆ_ｉ、Ｆ_ｏについて解くことができる。

ＤＯＦ(被写界深度)ｄは、対象平面におけるデフォーカススポットサイズＳ_ｆが対象平面における回折限界スポットサイズＳ_ｄよりも小さい範囲に限定される。焦点からの距離ｘでのデフォーカススポットサイズＳ_ｆは次のとおりである。
Ｓ_ｆ = ｘ／Ｆ_ｏ （２）

デフォーカススポットサイズ Ｓ_ｆは、画像平面においてｍＳ_ｆの直径を有する。ＤＯＦdが焦点の両側に均等に広がる場合、ＤＯＦdを２で割った値 （ｄ/２） は、デフォーカススポットサイズＳ_ｆが回折限界スポットサイズＳ_ｄ(ｍS_ｆ=Ｓ_ｄ) に等しくなる点である。式（１）、式（２）から次式が導かれる。
ｍ（ｄ/２）／Ｆ_ｏ = ２.４４λｍＦ_ｏ （３）
式（３）から、ＤＯＦｄは、固定レンズ１２４の試験対象１０側のＦ値Ｆ_ｏの関数として計算することができる。
ｄ＝４.８８λＦ_o ^２ （４）

光学結像システム１０４の解像度は、デジタルセンサアレイ１３０のピクセル２００のサイズによって制限されない。寸法測定機１００は、有効倍率に合わせて画像処理ソフトを変更する必要がない。したがって、エッジ検出アルゴリズムおよび視覚ディスプレイ１６０に送信される画像内の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数は、各倍率で同じままである。

絞りコントローラ１５２は、可変サイズの絞り１５０と通信する。図２に示すように、一実施形態では、絞りコントローラ１５２は、可変サイズの絞り１５０と電気的に接続されている。他の実施形態では、絞りコントローラ１５２は、WiFi、Bluetooth等を介して可変サイズ絞り１５０と無線接続される。絞りコントローラ１５２は、可変サイズの絞り１５０に信号を送り、可変サイズ絞り１５０の直径を変え、異なる回折限界スポットサイズＳ_ｄ直径でのデジタルセンサアレイ１３０上の試験対象１０の画像点を変える。可変サイズの絞り１５０の直径は、回折限界スポットＳ_ｄの直径を変化させ、画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のサイズに応じた絞りの直径を維持するために、調整される。図３に示すように、回折限界スポットＳ_ｄの直径は、寸法測定機１００で使用される最適化されたエッジ検出アルゴリズムに必要な画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数（例えば、５つの画像ピクセル）により決定される。回折限界スポット内の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数は、各倍率で正確に同じである必要はない。

光学結像システム１０４において、低倍率状態は、大きなＦ値と大きなＤＯＦｄで広いＦＯＶを提供する。高倍率状態では、Ｆ値が小さくなり、ＤＯＦｄが小さくなり、ＦＯＶが狭くなる。絞り１５０の各サイズは、デジタルセンサアレイ１３０の異なる領域（すなわち、ピクセル２００の数）を使用する。絞り１５０の各サイズは、異なるカメラ解像度を提供する。低倍率状態（例えば、ビニング４）では、実質的にデジタルセンサアレイ１３０全体が使用される。デジタルセンサアレイ１３０の実質的に全体の使用は、光学結像システム１０４の最大のＦＯＶを提供する。低倍率状態では、絞り１５０は使用される最小の直径であり、最大のＤＯＦｄとF値を提供する。

高倍率状態（例えば、ビニング１）では、デジタルセンサアレイ１３０のほぼ６４０×４８０ピクセル部分のみが使用される。高倍率状態では、絞り１５０が使用される最大の直径となり、最小のＦＯＶとＦ値を提供する。一実施形態において高倍率状態では、デジタルセンサアレイ１３０の中央の６４０×４８０ピクセル部分の外側のピクセル２００は、測定コントローラ１５８によって無視される。高倍率状態では、光学結像システム１０４は、各センサピクセル２００からの画像データを使用することによってデジタルセンサアレイ１３０のフル解像度を利用する一方、デジタルセンサアレイ１３０の中央の６４０×４８０ピクセル部分の画像データのみを用いる。高倍率状態は、最高のエッジ検出とフォーカス再現性を提供する。

寸法測定機１００の有効倍率は、視覚ディスプレイ１６０上に画像を作成するために用いられるデジタルセンサアレイ１３０の領域のサイズによって決定される。例えば、異なるＦ値設定で画像ディスプレイスクリーン１６０の同じ領域が用いられる場合、異なるＦ値設定に関連付けられた有効倍率は、異なるサイズの画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０に関連付けられる。画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０は、デジタルセンサアレイ１３０のサブ領域を描写する。このサブ領域から、画像ディスプレイスクリーンを満たすためにピクセル出力データ（すなわち、共通の出力を有するアドレス指定可能なピクセルの連続したクラスタ）が引き出される。ビニングを介して異なるＦ値設定でデジタルセンサアレイ１３０の同数のピクセル出力が画像表示スクリーン１６０に渡される場合、画像表示スクリーン１６０の解像度は一定のままであるように見える。所与の数のピクセル出力（すなわち、画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０）で画像ディスプレイスクリーン１６０を満たすデジタルセンサアレイ１３０のサブ領域のサイズの変化が、Ｆ値設定の変化と比例関係を維持する場合、ディスプレイスクリーン上での試験対象の実効倍率と解像度の両方とも、Ｆ値設定の変化と比例関係を維持する。

ここで図２を参照すると、画像コントローラ１５４はデジタルセンサアレイ１３０と通信する。一実施形態では、画像コントローラ１５４はデジタルセンサアレイ１３０と電気的に接続される。画像コントローラ１５４は、デジタルセンサアレイ１３０に信号を送り、デジタルセンサアレイ１３０のピクセル２００をビニングし、画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０を作成する。ビニングは、デジタルセンサアレイ１３０のピクセル２００の隣接するクラスタをグループ化し、共通の出力（すなわち、画像ピクセル）にすることを含む。各クラスタ内のデジタルセンサアレイ１３０のピクセル２００の数は変えることができる。

回折限界スポットサイズＳ_ｄ内の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数は、エッジ検出を最適化するために有効倍率が変化しても、実質的に一定のままである。別の実施形態では、回折限界スポットサイズＳ_ｄが他の理由で変更される場合、エッジ検出ソフトウェアを修正することができる。

実質的に同じ数の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０が、異なる実効倍率（すなわち、光学結像システム１０４の異なるＦ値設定）において回折限界スポットサイズＳ_ｄ内に維持される。しかし、回折限界スポットＳ_ｄ内のデジタルセンサアレイのピクセル２００の数は、異なる有効倍率で変化する。式（１）は、回折限界スポットサイズＳ_ｄの径が光学結像システム１０４のＦ値設定に比例することを示している。同じ数の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０が、異なるＦ値設定で異なる回折限界スポットサイズＳ_ｄを満たす場合、画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のサイズは、Ｆ値の設定に比例して変化する。異なるＦ値設定での画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の関連するサイズは、エッジ検出部の精度に実質的に影響を与えることなく、多少変化する可能性がある。

倍率コントローラ１５６は、絞りコントローラ１５２および画像コントローラ１５４と通信する。一実施形態では、倍率コントローラ１５６は、絞りコントローラ１５２および画像コントローラ１５４と電気的に接続される。倍率コントローラ１５６は、絞りコントローラ１５２および画像コントローラ１５４に信号を送り、各画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０（すなわち、デジタルセンサレイ１３０の連続ピクセル２００のビニングされたクラスタ）内のピクセル２００の数を、試験対象１０の点が結像される回折限界スポットサイズＳ_ｄ直径の増加または減少に応じて、増減させる。

画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のそれぞれは、ビニングされたピクセル２００のクラスタ内のピクセル２００の数に従って、デジタルセンサアレイ１３０のサブ領域を占める。倍率コントローラ１５６は、サブ領域（すなわち、画像ピクセル２０２，２０４, ２０６, ２０８, ２１０)のサイズを、試験対象１０の点が結像される回折限界スポットサイズＳｄの直径の変化に応じて、変える。さらに、倍率コントローラ１５６は、デジタルセンサアレイ１３０のサブ領域のサイズを変更して、試験対象１０の点が結像される回折限界スポットサイズＳ_ｄ直径の所与（所定）の分割部分としてのサブ領域のサイズをより厳密に維持するように動作可能である。倍率コントローラは、異なる絞り１５０サイズに関連付けられたスポットサイズＳ_ｄを、実質的に同じ数の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０で埋めるように動作可能である。しかしながら、各スポットサイズＳ_ｄ内の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数が変化しても、エッジ検出アルゴリズムは失敗しない。各スポットサイズＳ_ｄ内の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の数の変動（例えば、画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の半個以上の変動）は、多くの試験対象のためのエッジ検出アルゴリズムの性能を妨げない。有効倍率が変化しても、エッジを横切る各スポットサイズＳｄにほぼ同数の画像ピクセル２０２、２０４、２０６、２０８、２１０が含まれる場合には、エッジ検出ソフトウェアの一貫した性能は維持される。画像ディスプレイスクリーン１６０上の試験対象１０の有効倍率は、デジタルセンサ１３０のサブ領域の合計サイズに反比例する。

低倍率状態では、光学結像システム１０４は、測定のために提供された試験対象１０の１つ以上のフィーチャの種類および位置を識別するために、広い視野および深い被写界深度の両方を提供する。低倍率状態の光学結像システム１０４は、所定の精度範囲で、試験対象１０のフィーチャのサイズの範囲を、ビデオ測定することができる。高倍率状態の光学結像システム１０４は、試験対象１０のより小さなフィーチャを測定するため、及び／又は表面の高さを最適な焦点位置と関連付けるオートフォーカス方法により試験対象１０の表面の高さの変化を測定するために、より小さい視野およびより小さい被写界深度の両方を提供する。測定は、光学結像システム１０４に対して作業台１０２および試験対象１０を平行移動させることによって行われ、焦点位置を特定し、平行移動を測定することができる。オートフォーカス測定は、結像光学結像システム１０４の１以上の要素を光軸（例えば、ｚ軸）に沿って移動し、要素の変位量を測定することにより、実行される。

本開示の主題の実施形態では、寸法測定機１００のズーム範囲は、いくつかの方法で、固定レンズの光学結像システム１０４で利用可能なズーム範囲を超えて拡張することができる。図７Ａおよび７Ｂを参照すると、一実施形態では、光学結像システム１０４のレンズシステム３００は、対物レンズ１２２および集束光学系１２４を備える。光学結像システム１０４のズーム範囲は、レンズシステム３００の１つまたは複数の要素が光軸に沿って移動できるようにすることによって拡大することができる。一実施形態では、集束光学系１２４の一対のダブレット３０２が光軸に沿って移動して、レンズシステム３００の倍率を変更する。例えば、光学結像システム１０４の光学倍率は、一対のダブレット３０２を図７Ａの位置Ｘ_１から図７Ｂの位置Ｘ_２まで移動させることにより、１×から２×に変えることができる。これら２つの再現可能な位置Ｘ_１、Ｘ_２ の間で光軸に沿ってダブレット対３０２を移動させることによって、光学結像システム１０４のズーム範囲は２倍になる。

別の実施形態では、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、光学結像システム１０４はレンズタレット４００を含む。レンズタレット４００は、異なる光学倍率を有する複数の対物レンズ４２２Ａ、４２２Ｂを含み、レンズタレット４００を移動または回転させて、適切なまたは所望の倍率を提供する対物レンズ４２２Ａ、４２２Ｂを位置合わせすることにより、光学結像システム１０４の倍率を変更するようになっている。一実施形態では、レンズタレット４００は、０．５倍の倍率を提供する対物レンズ４２２Ａと、１．１倍の倍率を提供する対物レンズ４２２Ｂとを含む。別の実施形態では、追加の対物レンズ４２２がレンズタレット４００に含まれる。同様に、スライダに取り付けられた複数の対物レンズを、レンズタレット４００と同じ方法で利用することができる。

一実施形態では、図９Ａ、図９Ｂに示すように、光学結像システム１０４は、複合レンズ５００を有する集束光学系１２４を含む。光学結像システム１０４のズームは、複合レンズ５００を光軸に沿って反転／逆転させることによって増大する。例えば、複合レンズ５００を図９Ａに示す位置から図９Ｂに示す位置へと反転することによって、倍率を１．７１倍から２倍に増大させることができる。換言すれば、図９Ａに示す複合レンズ５００が図９Ｂにおいて逆転され、これにより、画像光ビーム１１６が複合レンズ５００を逆方向に通過するようになる。図９Ａに示すように、画像光ビーム１１６は、複合レンズ５００の第２面５０４に入射し、複合レンズ５００の第１面５０２を通って出射する。図９Ｂに示すように、複合レンズ５００が反転されると、画像光ビーム１１６は第１面５０２に入射し、第２面５０４を通って出射する。一実施形態では、複合レンズ５００は一対のレンズである。

さらに別の実施形態では、図１０に示すように、レンズシステム１０８の対物レンズ１２２を、電気光学レンズ６２２で補足または置換してもよい。電気光学レンズ６２２の焦点距離は、光学結像システム１０４内での電気光学レンズ６２２の位置の変更を必要とせずに、２倍以上電気的に変更することができる。例えば、電気光学レンズ６２２は、Gutenbergstrasse 9-13,82178 Puchheim,Germanyに事業所を有するStemmer Imaging AGによって販売されているOptotune ELシリーズの電気的に調整可能なレンズの１つであってもよい。その全体が参照により本明細書に組み込まれる。電気光学レンズ６２２は、光学流体とポリマー膜の組み合わせを利用して形状を変化させるように動作可能である。一実施形態では、電気光学レンズ６２２は、光学液体で満たされ、弾性ポリマー膜で密封されたコンテナを含む。弾性ポリマー膜と係合するように動作可能な円形リングは、電気光学レンズ６２２の成形を容易にする。電気光学レンズ６２２の焦点距離は、電流制御されたボイスコイルを利用して流体をレンズの中心に押し込むことによって変更される。

別の実施形態では、寸法測定機１００のズーム範囲は、異なる光学倍率を有する２つのバーチャルズームレンズを利用することによって、固定レンズ光学結像システム１０４で利用可能なズーム範囲を超えて拡張することができる。換言すれば、寸法測定機１００は、デジタルセンサアレイ１３０Ａ、１３０Ｂをそれぞれ有する２つのカメラシステム１２６Ａ、１２６Ｂを用いる。これらデジタルセンサアレイは、前述したように、例えばエリア電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）のイメージセンサを備えている。一実施形態では、２つのカメラシステム１２６Ａ、１２６Ｂは、対物レンズ１２２を共有するが、各カメラシステム１２６Ａ、１２６Ｂに異なる倍率を提供する別個の集束光学系１２４Ａ、１２４Ｂ（すなわち、バックレンズ）を有する。画像コントローラ１５４は、第２のデジタルセンサアレイ１３０Ｂと通信する。一実施形態では、画像コントローラ１５４は、所定の倍率パラメータに応じて、どのデジタルセンサアレイ１３０Ａ、１３０Ｂを使用して測定を行い、視覚ディスプレイ１６０上に画像を作成するかを決定するように動作可能である。別の実施形態では、オペレータは、測定を行って視覚的ディスプレイ１６０上に画像を作成するために使用されるデジタルセンサアレイ１３０Ａ、１３０Ｂを手動で切り替えることができる。一実施形態では、対物レンズ１２２によって集光された画像光ビーム１１６の一部は、ビームスプリッタ７００を介して第２のカメラシステム１２６Ｂの第２の集束光学系１２４Ｂに向けられる。

別の実施形態では、図１１Ｂ、図１１Ｃに示されるように、対物レンズ１２２によって集光された画像光ビーム１１６は、鏡面反射面７０２を介して第２のカメラシステム１２６Ｂの第２の集束光学系１２４Ｂに選択的に導かれる。図１１Ｂに示すように、反射面７０２は、例えば、ピボット７０４に連結されたミラーを含む。このピボット７０４は、ミラー７０２を画像光ビーム１１６の光路の外側の第１の位置ｍ_１から画像光ビーム１１６の光路内の第２の位置ｍ_２へと回転させるように動作可能である。図１１Ｃに示すように、反射面７０２は、例えば、スライド７０６に連結されたミラーを含む。このスライド７０６は、ミラー７０２を画像光ビーム１１６の光路外の第１位置ｍ_１から画像光ビーム１１６の光路内の第２の位置ｍ_２へと移動させるように動作可能である。

本明細書に記載される実施形態の１つ以上の特徴を組み合わせて、図示されていない追加の実施形態を作成することができる。以上、様々な実施形態を詳細に説明してきたが、それらは例として提示されたものであり、限定するものではないことを理解されたい。開示された主題が、その範囲、精神、または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態、変形、および修正で具体化され得ることは、関連技術の当業者には明らかであろう。したがって、上述の実施形態は、あらゆる点で例示的なものであり、限定的なものではないとみなされるべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、その均等物の意味および範囲内に含まれるすべての変更は、特許請求の範囲に包含されるものである。

Claims (38)

1. 寸法測定機用の光学結像システムであって、
   アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサと、
   前記デジタルセンサ上に試験対象の画像を形成するように動作可能なレンズシステムと、
   異なるスポットサイズで前記デジタルセンサ上に試験対象の点を結像させるために、前記レンズシステムのＦ値を変えるように動作可能な前記レンズシステムの可変サイズの絞りと、
   前記可変サイズの絞りのサイズを変更するように動作可能な絞りコントローラと、
   前記アドレス指定可能なピクセルのアレイの１つまたは複数を、画像ピクセルにビニングするように動作可能であり、各画像ピクセル内のピクセル数が変更可能である画像コントローラと、
   前記絞りコントローラと前記画像コントローラと連携して動作可能であり、（ａ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの増大に応じて、各画像ピクセル内のピクセル数を増加させ、（ｂ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの減少に応じて、各画像ピクセル内のピクセル数を減少させる倍率コントローラと、
   を備えた光学結像システム。
2. 前記画像ピクセルは、各画像ピクセル内のピクセル数に応じて前記デジタルセンサのサブ領域を占有し、前記倍率コントローラは、試験対象の点が結像されるスポットサイズの変化に応じて前記サブ領域のサイズを変化させる、請求項１に記載の光学結像システム。
3. 前記倍率コントローラは、試験対象の点が結像されるスポットサイズの分割部分としての前記画像ピクセルのサイズを維持するために、前記画像ピクセルのサイズを変更するように動作可能である、請求項２に記載の光学結像システム。
4. 前記倍率コントローラは、異なる絞りのサイズに関連付けられたスポットサイズを実質的に同数の画像ピクセルで埋めるように動作可能である、請求項３に記載の光学結像システム。
5. 前記倍率コントローラは、（ａ）前記レンズシステムのＦ値の増大にしたがって前記画像ピクセルのサイズを増大させ、（ｂ）前記レンズシステムのＦ値の減少にしたがって前記画像ピクセルのサイズを減少させる、請求項２に記載の光学結像システム。
6. 前記倍率コントローラは、前記レンズシステムのＦ値の増大に実質的に比例して、前記画像ピクセルの直線寸法を増加させる、請求項５に記載の光学結像システム。
7. 試験対象を異なる倍率で表示するように動作可能なディスプレイをさらに備え、
   前記倍率コントローラは、（ａ）前記画像ピクセルのサイズの減少にしたがって前記ディスプレイ上の試験対象の倍率を大きくし、（ｂ）前記画像ピクセルのサイズの増大にしたがって、前記ディスプレイ上の試験対象の倍率を小さくするように動作可能である、請求項２に記載の光学結像システム。
8. 前記ディスプレイ上の前記試験対象の倍率は、前記画像ピクセルのサイズに反比例する、請求項７に記載の光学結像システム。
9. 前記画像ピクセルのサイズの増大により、試験対象が表示される前記デジタルセンサの領域が増大し、前記画像ピクセルのサイズの減少により、試験対象が表示される前記デジタルセンサの面積が減少する、請求項７に記載の光学結像システム。
10. 異なる倍率で表示される前記画像ピクセルの数が実質的に一定に維持される、請求項７に記載の光学結像システム。
11. 各画像ピクセルが、前記アドレス指定可能なピクセルのオフセットされた千鳥足状の配列を備えた、請求項１に記載の光学結像システム。
12. 試験対象の寸法測定を行うための光学測定システムであって、
    アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサと、
    試験対象の画像を前記デジタルセンサ上に形成するように動作可能なレンズシステムと、
    前記レンズシステムのＦ値を変更するように動作可能な前記レンズシステムの可変サイズの絞りと、
    前記絞りのサイズを変更するように動作可能な絞りコントローラと、
    １つ以上の前記アドレス可能なピクセルからなる連続クラスタをグループ化して、前記デジタルセンサのそれぞれのサブ領域への共通出力にするように動作可能であり、前記サブ領域のサイズが各サブ領域内のピクセル数に応じて変化する画像コントローラと、
    前記絞りコントローラと前記画像コントローラと連携して動作可能であり、（ａ）前記絞りのサイズの減少に応じて前記サブ領域のサイズを増大させ、（ｂ）前記絞りのサイズの増大に応じて前記サブ領域のサイズを減少させる倍率コントローラと、
    エッジ検出部を含み、前記デジタルディテクタ上に結像された試験対象のエッジを、前記サブ領域間の出力変動として検出するように動作可能であり、前記サブ領域のサイズが増大するにつれて、試験対象のエッジをより深い被写界深度で検出可能であり、前記サブ領域のサイズが減少するにつれて、試験対象のエッジをより高精度に解像可能である測定コントローラと、
    を備えた測定システム。
13. 前記可変サイズの絞りは、異なるスポットサイズで前記デジタルセンサ上に前記試験対象の点を結像させるように動作可能であり、
    前記倍率コントローラは、（ａ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの増大にしたがって各サブ領域内の前記アドレス指定可能なピクセルの数を増加させ、（ｂ）試験対象の点が結像されるスポットサイズの減少にしたがって、各サブ領域内の前記アドレス指定可能なピクセルの数を減少させるように動作可能である、請求項１２に記載の測定システム。
14. 前記倍率コントローラは、前記試験対象の点が結像されるスポットサイズの所与の分割部分としての前記サブ領域のサイズを実質的に維持するために、前記サブ領域のサイズを変更するように動作可能である、請求項１３に記載の測定システム。
15. 前記倍率コントローラは、実質的に同数のサブ領域で、異なる絞りサイズに関連する前記スポットサイズを変更するように動作可能である、請求項１４に記載の測定システム。
16. 異なる絞りサイズに関連付けられたスポットサイズの直線寸法が、５つのサブ領域によって実質的に満たされる、請求項１５に記載の測定システム。
17. 異なる絞りサイズで、実質的に同数のサブ領域からの出力が前記エッジ検出部に向けられる、請求項１４に記載の測定システム。
18. 前記倍率コントローラは、（ａ）前記レンズシステムのＦ値の増大にしたがって前記サブ領域のサイズを増大させ、（ｂ）前記レンズシステムのＦ値の減少にしたがって前記サブ領域のサイズを減少させるように動作可能である、請求項１２に記載の測定システム。
19. 前記倍率コントローラは、前記レンズシステムのＦ値の増大に実質的に比例して、前記サブ領域の直線寸法を増大させる、請求項１８に記載の測定システム。
20. さらに、試験対象を異なる倍率で表示するように動作可能な視覚ディスプレイを備え、
    前記倍率コントローラは、（ａ）前記サブ領域のサイズの減少にしたがって前記視覚ディスプレイ上の試験対象の倍率を増加させ、（ｂ）前記サブ領域のサイズの増大にしたがって、前記視覚ディスプレイ上の試験対象の倍率を減少させるように動作可能である、請求項１２に記載の測定システム。
21. 前記視覚ディスプレイ上の前記試験対象の倍率は、前記サブ領域のサイズに反比例する、請求項２０に記載の測定システム。
22. 前記エッジ検出部と前記視覚ディスプレイの両方が、前記デジタルセンサの同じサブ領域からの出力を受信する、請求項２０に記載の測定システム。
23. 前記レンズシステムが、前記可変サイズの絞りに対して固定位置にあるフロントレンズとバックレンズを含む、請求項１２に記載の測定システム。
24. 前記フロントレンズと前記バックレンズが、前記可変サイズの絞りに対してテレセントリック位置に配置されている、請求項２３に記載の測定システム。
25. 光学測定機を用いたエッジ検出方法において、
    可変サイズの絞りを有するレンズシステムに試験対象を位置合わせするステップであって、前記レンズシステムが、試験対象の画像を、アドレス指定可能なピクセルのアレイを有するデジタルセンサ上に形成するように動作可能であり、前記可変サイズの絞りが、異なるスポットサイズで試験対象の点を前記デジタルセンサ上に結像させるように動作可能であるステップと、
    前記可変サイズの絞りを第１のサイズに設定するステップと、
    各画像ピクセル内のアドレス可能なピクセルの数にしたがって、前記アドレス可能なピクセルの連続クラスタを第１のサイズを有する画像ピクセルにビニングするステップと、
    前記可変絞りの第１のサイズで、いくつかの画像ピクセルにわたって、前記デジタルディテクタ上に結像される試験対象のコントラストの変化を識別し、それによって試験対象の領域が第１の有効倍率で画像化されるステップと、
    を備えたエッジ検出方法。
26. さらに、
    前記可変サイズの絞りを第２のサイズに設定するステップと、
    各画像ピクセル内のアドレス可能なピクセルの数にしたがって、前記アドレス可能なピクセルの連続クラスタを第２のサイズを有する画像ピクセルにビニングするステップと、
    前記可変絞りの第２のサイズで、前記可変絞りの第１のサイズの時と実質的に同数の画像ピクセルにわたって、前記デジタルディテクタ上に結像される試験対象のコントラストの変化を識別し、それによって試験対象の領域が第２の有効倍率で画像化されるステップと、
    を備えた、請求項２５に記載のエッジ検出方法。
27. 前記可変サイズの絞りは、前記スポットサイズ内で実質的に同じ数の画像ピクセルを維持するように各倍率で調整される、請求項２６に記載のエッジ検出方法。
28. 前記試験対象のコントラスト変化を識別するステップが、試験対象を視覚ディスプレイ上に画像化することを含み、異なるサイズの画像ピクセルが異なる倍率で試験対象を画像化する、請求項２６に記載のエッジ検出方法。
29. 前記可変サイズの絞りを前記第２のサイズに設定するステップは、前記レンズシステムのＦ値を減少させ、前記デジタルセンサ上に前記試験対象が結像されるスポットサイズを縮小させ、
    前記アドレス可能なピクセルの連続クラスタを前記第２のサイズを有する画像ピクセルにビニングするステップは、試験対象の点が画像化されるより小さいスポットサイズにしたがって、画像ピクセルのサイズを縮小させる、請求項２６に記載のエッジ検出方法。
30. 前記デジタルセンサの前記アドレス指定可能なピクセルの連続するクラスタをビニングするステップは、試験対象の点が画像化される前記スポットサイズの所定の分割部分としての画像ピクセルのサイズを実質的に維持するために、画像ピクセルのサイズを縮小する、請求項２９に記載のエッジ検出方法。
31. 前記デジタルセンサが第１デジタルセンサであり、前記レンズシステムが第１レンズシステムであり、さらに、
    前記アドレス指定可能なピクセルのアレイを有する第２デジタルセンサと、
    前記第２デジタルセンサ上に試験対象の画像を形成するように動作可能であり、前記第１レンズシステムとは異なる倍率を有する第２レンズシステムと、
    を備えた、請求項１に記載の光学結像システム。
32. 入射する画像光ビームの一部を、前記第１レンズシステムと前記第２レンズシステムのそれぞれに導くように動作可能なビームスプリッタをさらに備える、請求項３１に記載の光学結像システム。
33. 第１の位置と第２の位置との間で駆動するように動作可能な反射面をさらに備え、前記第２の位置にある前記反射面は、入射する画像光ビームを前記第２レンズシステムに導くように動作可能である、請求項３１に記載の光学結像システム。
34. 前記レンズシステムの１つまたは複数の要素が、第１の位置と第２の位置との間で光軸に沿って移動するように動作可能であり、前記第２の位置での試験対象の倍率が、前記第１の位置での試験対象の倍率よりも大きい、請求項１に記載の光学結像システム。
35. 異なる倍率を有する２つ以上のレンズシステムをさらに備え、前記２つ以上のレンズシステムは、光学結像システムの光路内に選択的に位置決めされるように動作可能である、請求項１に記載の光学結像システム。
36. 前記２つ以上のレンズシステムがレンズタレット内に配置される、請求項３５に記載の光学結像システム。
37. 前記レンズシステムは複合レンズをさらに備え、この複合レンズは光軸に沿って反転し、それによって試験対象の倍率を変えるように動作可能である、請求項１に記載の光学結像システム。
38. 前記レンズシステムは、可変焦点距離を有する電気光学レンズをさらに備え、前記電気光学レンズの焦点距離は、前記電気光学レンズの位置を変えることなく電気的に変更されるように動作可能である、請求項１に記載の光学結像システム。

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