JP2001066127A - 光学的表面検査機構及び光学的表面検査装置 - Google Patents
光学的表面検査機構及び光学的表面検査装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 傷の深さが把握できると共に、浅い傷やうね
り状態の把握が可能な光学的表面検査機構及び表面検査
装置を提供する。 【解決手段】 光源１からの光を略平行な光束にする光
源光学系２と；光源光学系２で平行にされた光束に非点
収差を与えて、該非点収差を与えられた光束を被測定物
４の表面に焦線５を生じさせるように投射する第１の光
学系３と；前記光束を投射された被測定物４の表面から
反射された光束を直線状に収束させる第２の光学系６、
８と；第２の光学系６、８で収束された光束を検出する
ラインセンサであって、直線状に配置された複数の光検
出素子を有し、第２の光学系６、８により焦線５と共焦
点の関係に置かれるラインセンサ９とを備える、被測定
物４の表面状態を光学的に検査する光学的表面検査機
構。被測定物の表面に焦線を生じさせるように投射でき
るので、被測定物の表面状態により、照射状態が変化す
る。とくに表面の凹凸の深さにより、照射状態が顕著に
変わる。
り状態の把握が可能な光学的表面検査機構及び表面検査
装置を提供する。 【解決手段】 光源１からの光を略平行な光束にする光
源光学系２と；光源光学系２で平行にされた光束に非点
収差を与えて、該非点収差を与えられた光束を被測定物
４の表面に焦線５を生じさせるように投射する第１の光
学系３と；前記光束を投射された被測定物４の表面から
反射された光束を直線状に収束させる第２の光学系６、
８と；第２の光学系６、８で収束された光束を検出する
ラインセンサであって、直線状に配置された複数の光検
出素子を有し、第２の光学系６、８により焦線５と共焦
点の関係に置かれるラインセンサ９とを備える、被測定
物４の表面状態を光学的に検査する光学的表面検査機
構。被測定物の表面に焦線を生じさせるように投射でき
るので、被測定物の表面状態により、照射状態が変化す
る。とくに表面の凹凸の深さにより、照射状態が顕著に
変わる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光計測分野で利用
される光学的表面検査機構及びそれを用いた光学的表面
検査装置に関し、特に被測定物の表面にある傷の深さも
検査することができる光学的表面検査機構及びそれを用
いた光学的表面検査装置に関するものである。
される光学的表面検査機構及びそれを用いた光学的表面
検査装置に関し、特に被測定物の表面にある傷の深さも
検査することができる光学的表面検査機構及びそれを用
いた光学的表面検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、検査対象である被測定物の表面状
態を検査する装置としては、図１０に示すように平行光
として表面に照射されるライン光源とラインセンサによ
り得られる正反射光や散乱光の検出光量の変化をベース
に、様々な信号処理技術により、被測定物の欠陥や色む
ら等の表面状態の検査を行うものがあった。そのような
技術では、ラインセンサを使用することで高速な処理が
可能であり、また傷や欠陥等の形状不良に対して、その
大きさの情報を得ることができた。
態を検査する装置としては、図１０に示すように平行光
として表面に照射されるライン光源とラインセンサによ
り得られる正反射光や散乱光の検出光量の変化をベース
に、様々な信号処理技術により、被測定物の欠陥や色む
ら等の表面状態の検査を行うものがあった。そのような
技術では、ラインセンサを使用することで高速な処理が
可能であり、また傷や欠陥等の形状不良に対して、その
大きさの情報を得ることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の検査装置によれば、傷や欠陥等の形状不良
に対して、深さ方向の情報を得ることは困難であった。
また、散乱光量が、非常に微量である浅い傷や媒体等の
うねり状態等の検出が困難であった。
ような従来の検査装置によれば、傷や欠陥等の形状不良
に対して、深さ方向の情報を得ることは困難であった。
また、散乱光量が、非常に微量である浅い傷や媒体等の
うねり状態等の検出が困難であった。
【０００４】そこで本発明は、傷の深さが把握できると
共に、浅い傷やうねり状態の把握が可能な光学的表面検
査機構及び表面検査装置を提供することを目的にしてい
る。
共に、浅い傷やうねり状態の把握が可能な光学的表面検
査機構及び表面検査装置を提供することを目的にしてい
る。
【０００５】上記目的を達成するために、請求項１に係
る発明による光学的表面検査機構は、例えば図１に示す
ように、被測定物４の表面状態を光学的に検査する光学
的表面検査機構において； 光源１からの光を略平行な
光束にする光源光学系２と；光源光学系２で平行にされ
た光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光
束を被測定物４の表面に焦線５を生じさせるように投射
する第１の光学系３と；前記光束を投射された被測定物
４の表面から反射された光束を直線状に収束させる第２
の光学系６、８と；第２の光学系６、８で収束された光
束を検出するラインセンサであって、直線状に配置され
た複数の光検出素子を有し、第２の光学系６、８により
焦線５と共焦点の関係に置かれるラインセンサ９とを備
える。
る発明による光学的表面検査機構は、例えば図１に示す
ように、被測定物４の表面状態を光学的に検査する光学
的表面検査機構において； 光源１からの光を略平行な
光束にする光源光学系２と；光源光学系２で平行にされ
た光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光
束を被測定物４の表面に焦線５を生じさせるように投射
する第１の光学系３と；前記光束を投射された被測定物
４の表面から反射された光束を直線状に収束させる第２
の光学系６、８と；第２の光学系６、８で収束された光
束を検出するラインセンサであって、直線状に配置され
た複数の光検出素子を有し、第２の光学系６、８により
焦線５と共焦点の関係に置かれるラインセンサ９とを備
える。
【０００６】ここで第２の光学系は、例えば図９に示す
ように、焦線５とラインセンサ９の検出面とを共役関係
に置くレンズ系１５であってもよい。
ように、焦線５とラインセンサ９の検出面とを共役関係
に置くレンズ系１５であってもよい。
【０００７】光源１は、光源光学系と一体であってもよ
いし、別途用意してもよい。第１の光学系は、好ましく
はレンズであり、さらに好ましくはシリンドリカルレン
ズである。また例えばホログラムレンズであってもよ
い。またシリンドリカルレンズは、フレネルレンズのよ
うに平坦に形成されたものであってもよい。第２の光学
系は、例えば凸レンズのような結像レンズであってもよ
いが、２つのシリンドリカルレンズの組合せとするのが
好ましい。
いし、別途用意してもよい。第１の光学系は、好ましく
はレンズであり、さらに好ましくはシリンドリカルレン
ズである。また例えばホログラムレンズであってもよ
い。またシリンドリカルレンズは、フレネルレンズのよ
うに平坦に形成されたものであってもよい。第２の光学
系は、例えば凸レンズのような結像レンズであってもよ
いが、２つのシリンドリカルレンズの組合せとするのが
好ましい。
【０００８】このように構成すると、第１の光学系を備
えるので、被測定物の表面に焦線を生じさせるように投
射できる。焦線は典型的には直線状に生じる。したがっ
て、被測定物の表面状態により、照射状態が変化する。
とくに表面の凹凸の深さにより、照射状態が顕著に変わ
る。第２の光学系を備えるので、このように直線状に生
じ、また表面状態の情報を含んだ焦線をラインセンサ上
に収束させることになる。
えるので、被測定物の表面に焦線を生じさせるように投
射できる。焦線は典型的には直線状に生じる。したがっ
て、被測定物の表面状態により、照射状態が変化する。
とくに表面の凹凸の深さにより、照射状態が顕著に変わ
る。第２の光学系を備えるので、このように直線状に生
じ、また表面状態の情報を含んだ焦線をラインセンサ上
に収束させることになる。
【０００９】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の光学的表面検査機構では、（例えば図１に示すよ
うに）第２の光学系は、焦線５に垂直な方向に第１の屈
折力を有し、また前記焦線方向に前記第１の屈折力より
も小さい第２の屈折力を有する第１のシリンドリカルレ
ンズ系６、８を備えるようにしてもよい。典型的には第
２の屈折力はゼロである。
記載の光学的表面検査機構では、（例えば図１に示すよ
うに）第２の光学系は、焦線５に垂直な方向に第１の屈
折力を有し、また前記焦線方向に前記第１の屈折力より
も小さい第２の屈折力を有する第１のシリンドリカルレ
ンズ系６、８を備えるようにしてもよい。典型的には第
２の屈折力はゼロである。
【００１０】このように構成すると、特に被測定物４の
表面が鏡面状態であるとき、その上に存在する傷を明瞭
に検出することができる。特に図１（ｂ）に示すよう
に、Ｙ方向に大きい屈折力を有し、Ｘ方向の屈折力が小
さい（典型的にはゼロの）ときは、鏡面状態の被測定物
を検査するのに適する。
表面が鏡面状態であるとき、その上に存在する傷を明瞭
に検出することができる。特に図１（ｂ）に示すよう
に、Ｙ方向に大きい屈折力を有し、Ｘ方向の屈折力が小
さい（典型的にはゼロの）ときは、鏡面状態の被測定物
を検査するのに適する。
【００１１】また請求項３に記載のように、請求項２に
記載の光学的表面検査機構では、焦線５方向に第３の屈
折力を有し、また焦線５に垂直な方向に前記第３の屈折
力よりも小さい第４の屈折力を有する第２のシリンドリ
カルレンズ系７を備えるようにしてもよい。ここで典型
的には第４の屈折力はゼロとする。
記載の光学的表面検査機構では、焦線５方向に第３の屈
折力を有し、また焦線５に垂直な方向に前記第３の屈折
力よりも小さい第４の屈折力を有する第２のシリンドリ
カルレンズ系７を備えるようにしてもよい。ここで典型
的には第４の屈折力はゼロとする。
【００１２】このように構成すると、焦線５の方向と焦
線５に垂直な方向に散乱される光がラインセンサ上に結
像され、この２方向以外の方向に散乱される光は、ライ
ンセンサ上で明瞭に結像されない。
線５に垂直な方向に散乱される光がラインセンサ上に結
像され、この２方向以外の方向に散乱される光は、ライ
ンセンサ上で明瞭に結像されない。
【００１３】また請求項４に記載のように、請求項３に
記載の光学的表面検査機構では、第１のシリンドリカル
レンズ系は、少なくとも２つの部分６、８に分割され、
２つの部分６、８の間で、光束は焦線５に垂直な方向に
略平行にされるようにしてもよい。ここで、第２のシリ
ンドリカルレンズ系７は、２つの部分６、８の間に配置
されるようにするのが好ましい。
記載の光学的表面検査機構では、第１のシリンドリカル
レンズ系は、少なくとも２つの部分６、８に分割され、
２つの部分６、８の間で、光束は焦線５に垂直な方向に
略平行にされるようにしてもよい。ここで、第２のシリ
ンドリカルレンズ系７は、２つの部分６、８の間に配置
されるようにするのが好ましい。
【００１４】前記目的を達成するために、請求項５に係
る発明による光学的表面検査機構は、例えば図５に示す
ように、被測定物４の表面状態を光学的に検査する光学
的表面検査機構において；光源１からの光を略平行な光
束にする光源光学系２と；光源光学系２で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を被測定物４の表面に焦線５を生じさせるように投射す
る第１の光学系３と；光源光学系２と第１の光学系３と
の間に配置された第１のビームスプリッタ２１と；前記
光束を投射された被測定物４の表面から反射され、第１
の光学系３を介して第１のビームスプリッタ２１で反射
された光束を直線状に収束させる第３の光学系７、８
と；第３の光学系７、８で収束された光束を検出するラ
インセンサ９であって、直線状に配置された複数の光検
出素子を有し、前記第１の光学系と第３の光学系により
前記焦線と共焦点の関係に置かれるラインセンサ９とを
備える。
る発明による光学的表面検査機構は、例えば図５に示す
ように、被測定物４の表面状態を光学的に検査する光学
的表面検査機構において；光源１からの光を略平行な光
束にする光源光学系２と；光源光学系２で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を被測定物４の表面に焦線５を生じさせるように投射す
る第１の光学系３と；光源光学系２と第１の光学系３と
の間に配置された第１のビームスプリッタ２１と；前記
光束を投射された被測定物４の表面から反射され、第１
の光学系３を介して第１のビームスプリッタ２１で反射
された光束を直線状に収束させる第３の光学系７、８
と；第３の光学系７、８で収束された光束を検出するラ
インセンサ９であって、直線状に配置された複数の光検
出素子を有し、前記第１の光学系と第３の光学系により
前記焦線と共焦点の関係に置かれるラインセンサ９とを
備える。
【００１５】第３の光学系７、８は、第１の光学系３と
協働して、第２の光学系と同様な作用を奏する。第１の
光学系３は非点収差を与えられた光を被測定物４の表面
にほぼ垂直に投射するのが好ましい。
協働して、第２の光学系と同様な作用を奏する。第１の
光学系３は非点収差を与えられた光を被測定物４の表面
にほぼ垂直に投射するのが好ましい。
【００１６】ここで、請求項６に記載のように、請求項
５に記載の光学的表面検査機構では、前記第３の光学系
は、焦線５に垂直な方向に第５の屈折力を有し、また前
記焦線方向に前記第５の屈折力よりも小さい第６の屈折
力を有する第３のシリンドリカルレンズ系８を備えるよ
うにしてもよい。ここで典型的には第６の屈折力はゼロ
とする。さらに、焦線５の方向に第７の屈折力を有し、
また焦線５に垂直な方向に前記第７の屈折力よりも小さ
い第８の屈折力を有する第４のシリンドリカルレンズ系
７を備えるようしてもよい。第８の屈折力は、典型的に
はゼロとする。
５に記載の光学的表面検査機構では、前記第３の光学系
は、焦線５に垂直な方向に第５の屈折力を有し、また前
記焦線方向に前記第５の屈折力よりも小さい第６の屈折
力を有する第３のシリンドリカルレンズ系８を備えるよ
うにしてもよい。ここで典型的には第６の屈折力はゼロ
とする。さらに、焦線５の方向に第７の屈折力を有し、
また焦線５に垂直な方向に前記第７の屈折力よりも小さ
い第８の屈折力を有する第４のシリンドリカルレンズ系
７を備えるようしてもよい。第８の屈折力は、典型的に
はゼロとする。
【００１７】前記目的を達成するために、請求項７に係
る発明による光学的表面検査機構は、例えば図６に示す
ように、被測定物４の表面状態を光学的に検査する光学
的表面検査機構において；光源１からの光を略平行な光
束にする光源光学系２と；光源光学系２で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を被測定物４の表面に焦線５を生じさせるように投射す
る第１の光学系３と；被測定物４の位置と第１の光学系
３との間に配置された第２のビームスプリッタ２２と；
前記光束を投射された被測定物４の表面から反射され、
第２のビームスプリッタ２２で反射された光束を収束さ
せる第４の光学系６、７、８と；第４の光学系６、７、
８で収束された光束を検出するラインセンサ９であっ
て、直線状に配置された複数の光検出素子を有し、第４
の光学系６、７、８により前記焦線５と共焦点の関係に
置かれるラインセンサ９とを備える。
る発明による光学的表面検査機構は、例えば図６に示す
ように、被測定物４の表面状態を光学的に検査する光学
的表面検査機構において；光源１からの光を略平行な光
束にする光源光学系２と；光源光学系２で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を被測定物４の表面に焦線５を生じさせるように投射す
る第１の光学系３と；被測定物４の位置と第１の光学系
３との間に配置された第２のビームスプリッタ２２と；
前記光束を投射された被測定物４の表面から反射され、
第２のビームスプリッタ２２で反射された光束を収束さ
せる第４の光学系６、７、８と；第４の光学系６、７、
８で収束された光束を検出するラインセンサ９であっ
て、直線状に配置された複数の光検出素子を有し、第４
の光学系６、７、８により前記焦線５と共焦点の関係に
置かれるラインセンサ９とを備える。
【００１８】第４の光学系は、第２の光学系と同様な構
成を備え、同様な作用を奏する。第１の光学系は、非点
収差を与えられた光束を、被測定物の表面にほぼ垂直に
投射するのが好ましい。
成を備え、同様な作用を奏する。第１の光学系は、非点
収差を与えられた光束を、被測定物の表面にほぼ垂直に
投射するのが好ましい。
【００１９】また請求項８に記載のように、請求項１乃
至請求項７のいずれか１項に記載の光学的表面検査機構
では、光源１は、コヒーレント光を発生する光源である
のが好ましい。
至請求項７のいずれか１項に記載の光学的表面検査機構
では、光源１は、コヒーレント光を発生する光源である
のが好ましい。
【００２０】コヒーレント光とすると、単色光であるの
で、焦線の結ばれる位置が一義的に定まる。コヒーレン
ト光にするには、レーザー光源としてもよいし、単色光
源とそこから発生する光を収束させるレンズと、該レン
ズの焦点位置に配置したピンホールを用いてもよい。
で、焦線の結ばれる位置が一義的に定まる。コヒーレン
ト光にするには、レーザー光源としてもよいし、単色光
源とそこから発生する光を収束させるレンズと、該レン
ズの焦点位置に配置したピンホールを用いてもよい。
【００２１】さらに請求項９に記載のように、請求項１
乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学的表面検査機
構では、例えば図４（ｆ）に示すが、ラインセンサ９の
前面側に、前記複数の光学検出素子の各々に対応して配
置されたピンホール１０を備えるようにしてもよい。
乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学的表面検査機
構では、例えば図４（ｆ）に示すが、ラインセンサ９の
前面側に、前記複数の光学検出素子の各々に対応して配
置されたピンホール１０を備えるようにしてもよい。
【００２２】このように構成すると、ピンホールを備え
るので、合焦の場合の光量とピンぼけの場合の光量に大
きな差をつけることができる。
るので、合焦の場合の光量とピンぼけの場合の光量に大
きな差をつけることができる。
【００２３】前記目的を達成するために、請求項１０に
係る発明による光学的表面検査装置は、例えば図７示す
ように、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の
光学的表面検査機構と；被測定物４と前記光学的表面検
査機構とを、前記表面に平行に且つ焦線５に垂直な方向
に相対的に移動させる、第１の移動手段３１と；被測定
物４と焦線５とを、前記表面の法線方向（Ｚ方向）に相
対的に移動させる第２の移動手段３２と；第２の移動手
段３２による前記表面の法線方向の相対的移動位置と該
相対的移動位置に対応するラインセンサ９の出力とを記
録する手段４１とを備える。
係る発明による光学的表面検査装置は、例えば図７示す
ように、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の
光学的表面検査機構と；被測定物４と前記光学的表面検
査機構とを、前記表面に平行に且つ焦線５に垂直な方向
に相対的に移動させる、第１の移動手段３１と；被測定
物４と焦線５とを、前記表面の法線方向（Ｚ方向）に相
対的に移動させる第２の移動手段３２と；第２の移動手
段３２による前記表面の法線方向の相対的移動位置と該
相対的移動位置に対応するラインセンサ９の出力とを記
録する手段４１とを備える。
【００２４】このように構成すると、第１の移動手段を
備えるので、表面全体を検査することができる。第２の
移動手段を備え、また記録する手段を備えるので、表面
に垂直な方向の深さを有する傷等を、深さを含めて検出
することができる。第１の移動手段は、検査機構を固定
して被測定物を移動させてもよいし、被測定物を固定し
て検査機構を移動させてもよい。第２の移動手段も同様
に、検査機構と被測定物のいずれか一方を固定し、他方
を移動させるように構成すればよい。また第２の移動手
段は、第１の移動手段に、別の移動手段を付与して構成
してもよい。また第２の移動手段を、光学的表面検査機
構自体を保持する保持機構と、その保持機構を相対的に
移動させるように構成してもよい。前記表面の法線方向
の移動位置と該移動位置に対応する前記ラインセンサの
出力とを記録する手段は、例えば、前記被測定物と前記
焦線とが前記第２の移動手段で相対的に移動される前後
の、前記ラインセンサの出力同士を比較する比較手段を
含んでいてもよい。
備えるので、表面全体を検査することができる。第２の
移動手段を備え、また記録する手段を備えるので、表面
に垂直な方向の深さを有する傷等を、深さを含めて検出
することができる。第１の移動手段は、検査機構を固定
して被測定物を移動させてもよいし、被測定物を固定し
て検査機構を移動させてもよい。第２の移動手段も同様
に、検査機構と被測定物のいずれか一方を固定し、他方
を移動させるように構成すればよい。また第２の移動手
段は、第１の移動手段に、別の移動手段を付与して構成
してもよい。また第２の移動手段を、光学的表面検査機
構自体を保持する保持機構と、その保持機構を相対的に
移動させるように構成してもよい。前記表面の法線方向
の移動位置と該移動位置に対応する前記ラインセンサの
出力とを記録する手段は、例えば、前記被測定物と前記
焦線とが前記第２の移動手段で相対的に移動される前後
の、前記ラインセンサの出力同士を比較する比較手段を
含んでいてもよい。
【００２５】また請求項１１に記載のように、請求項１
０に記載の光学的表面検査装置では、第２の移動手段３
２は、被測定物４と第１の光学系３とを相対的に移動さ
せるように構成されてもよい。
０に記載の光学的表面検査装置では、第２の移動手段３
２は、被測定物４と第１の光学系３とを相対的に移動さ
せるように構成されてもよい。
【００２６】このように構成すると、第１の光学系が移
動するので、表面に対して焦線の法線方向位置が変わ
る。したがって、例えば深い凹部があるとき、凹部の底
に焦線が結ばれるときと、凹部の周囲の表面に焦線が結
ばれるときとで、凹部からの反射光の強度が変化する。
動するので、表面に対して焦線の法線方向位置が変わ
る。したがって、例えば深い凹部があるとき、凹部の底
に焦線が結ばれるときと、凹部の周囲の表面に焦線が結
ばれるときとで、凹部からの反射光の強度が変化する。
【００２７】さらに請求項１２に記載のように、請求項
１０または請求項１１に記載の光学的表面検査装置で
は、記録する手段４１は、前記複数の光検出素子の各々
について、出力の最大検出値を与えた、前記第２の移動
手段による相対的移動位置を記憶する記憶手段を備える
ようにしてもよい。ここで、最大検出値の他に最小検出
値を与える位置を記憶してもよい。
１０または請求項１１に記載の光学的表面検査装置で
は、記録する手段４１は、前記複数の光検出素子の各々
について、出力の最大検出値を与えた、前記第２の移動
手段による相対的移動位置を記憶する記憶手段を備える
ようにしてもよい。ここで、最大検出値の他に最小検出
値を与える位置を記憶してもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。
【００２９】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある表面検査機構を、光源光学系及び第１の光学系を示
す斜視図（ａ）、第２の光学系及びラインセンサを示す
斜視図（ｂ）とに分けて描いたものである。
ある表面検査機構を、光源光学系及び第１の光学系を示
す斜視図（ａ）、第２の光学系及びラインセンサを示す
斜視図（ｂ）とに分けて描いたものである。
【００３０】図１（ａ）を参照して、先ず第１の実施の
形態の照射光学系を説明する。図中、単色光を発生する
光源１と、光源１からの光を平行光線にする光源光学系
としての、コリメータレンズである凸レンズ２、そして
被測定物４の検査すべき表面に焦線を生じさせる、第１
の光学系としてのシリンドリカルレンズ３がこの順番で
配置されている。光源光学系と第１の光学系とを含んで
照射光学系が構成されている。
形態の照射光学系を説明する。図中、単色光を発生する
光源１と、光源１からの光を平行光線にする光源光学系
としての、コリメータレンズである凸レンズ２、そして
被測定物４の検査すべき表面に焦線を生じさせる、第１
の光学系としてのシリンドリカルレンズ３がこの順番で
配置されている。光源光学系と第１の光学系とを含んで
照射光学系が構成されている。
【００３１】ここで、被測定物の法線方向をＺ方向、Ｚ
方向に直角で互いに直角な方向をＸ方向、Ｙ方向とす
る。この実施の形態では、凸レンズ２の光軸はＺ方向に
向けられている。また、シリンドリカルレンズ３は、図
中Ｘ方向の屈折率はゼロであり、Ｘに直角なＹ方向に正
の屈折率を有する。Ｘ方向の屈折率はゼロに限らず、Ｙ
方向の屈折率より小さければよい。
方向に直角で互いに直角な方向をＸ方向、Ｙ方向とす
る。この実施の形態では、凸レンズ２の光軸はＺ方向に
向けられている。また、シリンドリカルレンズ３は、図
中Ｘ方向の屈折率はゼロであり、Ｘに直角なＹ方向に正
の屈折率を有する。Ｘ方向の屈折率はゼロに限らず、Ｙ
方向の屈折率より小さければよい。
【００３２】このような光学系では、光源１からの光は
凸レンズ２で平行光線にされて、凸レンズ２の光軸方向
に配置されたシリンドリカルレンズ３に入射する。シリ
ンドリカルレンズ３は、入射した平行光線をＹ方向に収
束して、被測定物４の表面に焦線５を生じさせる。
凸レンズ２で平行光線にされて、凸レンズ２の光軸方向
に配置されたシリンドリカルレンズ３に入射する。シリ
ンドリカルレンズ３は、入射した平行光線をＹ方向に収
束して、被測定物４の表面に焦線５を生じさせる。
【００３３】図３を参照して、被測定物４の表面上の照
射状態を説明する。図３（ａ）は、図１（ａ）のＸ方向
側面図であり、図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、図３（ａ）
の焦線近傍を拡大して示した図である。先ず被測定物４
の表面に傷が無い場合は、（ｂ）に示すように表面に焦
線が結ばれる。一方被測定物４の表面に例えば凹部（あ
るいは凸部（不図示））があるときは、（ｃ）に示すよ
うに照射光は、凹部の底から浮いた箇所（凸部の内部に
入り込んだ仮想位置）に焦線が結ばれ、凹部の底（凸部
の頂点）には拡散した光が投射される。
射状態を説明する。図３（ａ）は、図１（ａ）のＸ方向
側面図であり、図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、図３（ａ）
の焦線近傍を拡大して示した図である。先ず被測定物４
の表面に傷が無い場合は、（ｂ）に示すように表面に焦
線が結ばれる。一方被測定物４の表面に例えば凹部（あ
るいは凸部（不図示））があるときは、（ｃ）に示すよ
うに照射光は、凹部の底から浮いた箇所（凸部の内部に
入り込んだ仮想位置）に焦線が結ばれ、凹部の底（凸部
の頂点）には拡散した光が投射される。
【００３４】しかしながら、被測定物４と照射光学系
２、３を相対的に被測定物４の表面の法線方向（Ｚ方
向）に移動すれば、被測定物４の表面の凹部の底に焦線
を結ばせることができる。このとき相対的な移動量を、
後述のラインセンサの検出光量と関係付けて記録してお
けば、どれだけＺ方向に移動して合焦したかを判断する
ことができる。
２、３を相対的に被測定物４の表面の法線方向（Ｚ方
向）に移動すれば、被測定物４の表面の凹部の底に焦線
を結ばせることができる。このとき相対的な移動量を、
後述のラインセンサの検出光量と関係付けて記録してお
けば、どれだけＺ方向に移動して合焦したかを判断する
ことができる。
【００３５】次に図１（ｂ）を参照して、第１のシリン
ドリカルレンズ系６、８を含んで構成される第２の光学
系としての検出光学系６、８を説明する。便宜上照射光
学系２、３と検出光学系６、８を分けて示しているが、
実際は、図１（ａ）と（ｂ）の被測定物４、焦線５は共
通である。また、図１（ａ）に示すように、照射光はＺ
方向に照射するのが最も好ましいが、検出光は、必ずし
も図１（ｂ）に示すようにＺ方向への光の検出に限ら
ず、焦線を軸にして、検出光学系の光軸を傾斜させても
よい。このように、照射光学系及び検出光学系の光軸の
双方、又はいずれか一方をＺ方向に対して傾斜させても
よい。
ドリカルレンズ系６、８を含んで構成される第２の光学
系としての検出光学系６、８を説明する。便宜上照射光
学系２、３と検出光学系６、８を分けて示しているが、
実際は、図１（ａ）と（ｂ）の被測定物４、焦線５は共
通である。また、図１（ａ）に示すように、照射光はＺ
方向に照射するのが最も好ましいが、検出光は、必ずし
も図１（ｂ）に示すようにＺ方向への光の検出に限ら
ず、焦線を軸にして、検出光学系の光軸を傾斜させても
よい。このように、照射光学系及び検出光学系の光軸の
双方、又はいずれか一方をＺ方向に対して傾斜させても
よい。
【００３６】図中、焦線５からの散乱光をＹ方向に平行
な光束にするように、Ｙ方向に正の屈折率を有し、Ｘ方
向の屈折率はゼロであるシリンドリカルレンズ６、シリ
ンドリカルレンズ６で平行にされた光を、焦線５と平行
に配置されたラインセンサ９に収束させる、Ｙ方向に正
の屈折率を有し、Ｘ方向の屈折率はゼロであるシリンド
リカルレンズ８、そしてラインセンサ９がこの順番に配
置されている。ここで、シリンドリカルレンズ６と８を
２枚のレンズとして示したが、Ｙ方向に第１の屈折力と
しての正の屈折率を有し、Ｘ方向に第１の屈折力として
ゼロの屈折率を有する１枚のシリンドリカルレンズとし
てもよい。
な光束にするように、Ｙ方向に正の屈折率を有し、Ｘ方
向の屈折率はゼロであるシリンドリカルレンズ６、シリ
ンドリカルレンズ６で平行にされた光を、焦線５と平行
に配置されたラインセンサ９に収束させる、Ｙ方向に正
の屈折率を有し、Ｘ方向の屈折率はゼロであるシリンド
リカルレンズ８、そしてラインセンサ９がこの順番に配
置されている。ここで、シリンドリカルレンズ６と８を
２枚のレンズとして示したが、Ｙ方向に第１の屈折力と
しての正の屈折率を有し、Ｘ方向に第１の屈折力として
ゼロの屈折率を有する１枚のシリンドリカルレンズとし
てもよい。
【００３７】このような光学系では、焦線５で反射され
た散乱光は、先ずシリンドリカルレンズ６に入射する。
ここに入射した光は、Ｘ方向には屈折されず、Ｙ方向に
屈折されＹ方向に平行な光束になる。この光束は、Ｙ方
向には平行なまま、シリンドリカルレンズ８に入射す
る。ここでは、Ｘ方向には屈折されず、Ｙ方向に屈折さ
れ、焦線５と共焦点の関係になる位置に配置されたライ
ンセンサ９上に投射される。
た散乱光は、先ずシリンドリカルレンズ６に入射する。
ここに入射した光は、Ｘ方向には屈折されず、Ｙ方向に
屈折されＹ方向に平行な光束になる。この光束は、Ｙ方
向には平行なまま、シリンドリカルレンズ８に入射す
る。ここでは、Ｘ方向には屈折されず、Ｙ方向に屈折さ
れ、焦線５と共焦点の関係になる位置に配置されたライ
ンセンサ９上に投射される。
【００３８】このとき、被測定物の表面が鏡面である
と、焦線５部分で反射された光は、Ｘ方向にも平行なま
ま、ラインセンサ９に入射する。
と、焦線５部分で反射された光は、Ｘ方向にも平行なま
ま、ラインセンサ９に入射する。
【００３９】次に図４を参照して、検出光学系６、８の
作用を説明する。図４（ａ）に示されるように、焦線５
からの光は、シリンドリカルレンズ６で平行光束にされ
る。この平行光束は、シリンドリカルレンズ８に到り、
ここで収束されラインセンサ９上に焦線５からの光を収
束させる。すなわちＸ方向矢視では、焦線５とラインセ
ンサ９とは、シリンドリカルレンズ６と８の組合せに関
して共役関係にある。
作用を説明する。図４（ａ）に示されるように、焦線５
からの光は、シリンドリカルレンズ６で平行光束にされ
る。この平行光束は、シリンドリカルレンズ８に到り、
ここで収束されラインセンサ９上に焦線５からの光を収
束させる。すなわちＸ方向矢視では、焦線５とラインセ
ンサ９とは、シリンドリカルレンズ６と８の組合せに関
して共役関係にある。
【００４０】図４（ｂ）に、Ｙ方向矢視を示す。シリン
ドリカルレンズ６と８は、Ｘ方向の屈折率はゼロである
ので、Ｙ方向矢視では、光束はそのまま通過する（平板
としての作用は有する）。このとき被測定物４の表面が
鏡面であると、傷のない箇所からの光は、そのまま焦線
５と対応するラインセンサ９の箇所に投射されるが、焦
線５が被測定物４の表面の傷Ｆに重なった箇所からの光
は、散乱するので、対応するラインセンサ９にそのまま
投射されず、全体に拡散する。ラインセンサ９上の各点
上に散乱光は拡散するため、傷Ｆに対応するラインセン
サ９の箇所には、焦線上の光はほとんど投射されないこ
とになる。したがって、傷Ｆはラインセンサ９により明
瞭に検出できる。
ドリカルレンズ６と８は、Ｘ方向の屈折率はゼロである
ので、Ｙ方向矢視では、光束はそのまま通過する（平板
としての作用は有する）。このとき被測定物４の表面が
鏡面であると、傷のない箇所からの光は、そのまま焦線
５と対応するラインセンサ９の箇所に投射されるが、焦
線５が被測定物４の表面の傷Ｆに重なった箇所からの光
は、散乱するので、対応するラインセンサ９にそのまま
投射されず、全体に拡散する。ラインセンサ９上の各点
上に散乱光は拡散するため、傷Ｆに対応するラインセン
サ９の箇所には、焦線上の光はほとんど投射されないこ
とになる。したがって、傷Ｆはラインセンサ９により明
瞭に検出できる。
【００４１】次に図２を参照して、本発明の第２の実施
の形態である光学的表面検査機構を説明する。図２
（ａ）に示す照射光学系は、図１（ａ）に示すものと同
じであるので説明を省略する。
の形態である光学的表面検査機構を説明する。図２
（ａ）に示す照射光学系は、図１（ａ）に示すものと同
じであるので説明を省略する。
【００４２】図２（ｂ）を参照して、第２の実施の形態
に含まれる、第１のシリンドリカルレンズ系６、８と第
２のシリンドリカルレンズ系７を含んで構成される第２
の光学系としての検出光学系６、７、８を説明する。図
２（ａ）と（ｂ）の被測定物４、焦線５が共通であるの
は、図１（ａ）（ｂ）の場合と同様である。また、照射
光学系及び検出光学系の光軸の双方、又はいずれか一方
をＺ方向に対して傾斜させてもよい点も、第１の実施の
形態と同様である。
に含まれる、第１のシリンドリカルレンズ系６、８と第
２のシリンドリカルレンズ系７を含んで構成される第２
の光学系としての検出光学系６、７、８を説明する。図
２（ａ）と（ｂ）の被測定物４、焦線５が共通であるの
は、図１（ａ）（ｂ）の場合と同様である。また、照射
光学系及び検出光学系の光軸の双方、又はいずれか一方
をＺ方向に対して傾斜させてもよい点も、第１の実施の
形態と同様である。
【００４３】図中、焦線５からの散乱光をＹ方向に平行
な光束にするように、Ｙ方向に正の屈折率を有し、Ｘ方
向の屈折率はゼロであるシリンドリカルレンズ６、焦線
５をＸ方向に収束させるシリンドリカルレンズ７、シリ
ンドリカルレンズ６で平行にされた光を、焦線５と平行
に配置されたラインセンサ９に収束させるシリンドリカ
ルレンズ８、そしてラインセンサ９がこの順番に配置さ
れている。シリンドリカルレンズ７は、Ｘ方向に第３の
屈折力としての正の屈折率を有し、第４の屈折力として
のＹ方向の屈折率はゼロである。
な光束にするように、Ｙ方向に正の屈折率を有し、Ｘ方
向の屈折率はゼロであるシリンドリカルレンズ６、焦線
５をＸ方向に収束させるシリンドリカルレンズ７、シリ
ンドリカルレンズ６で平行にされた光を、焦線５と平行
に配置されたラインセンサ９に収束させるシリンドリカ
ルレンズ８、そしてラインセンサ９がこの順番に配置さ
れている。シリンドリカルレンズ７は、Ｘ方向に第３の
屈折力としての正の屈折率を有し、第４の屈折力として
のＹ方向の屈折率はゼロである。
【００４４】このような光学系では、焦線５で反射され
た散乱光は、先ずシリンドリカルレンズ６に入射する。
ここに入射した光は、Ｙ方向に屈折されＹ方向に平行な
光束になる。この光束は、シリンドリカルズ７に入射
し、Ｙ方向には平行なまま、Ｘ方向に屈折されてシリン
ドリカルレンンズ８に入射する。ここでは、Ｘ方向には
屈折されず、Ｙ方向に屈折され、焦線５と共焦点の関係
になる位置に配置されたラインセンサ９上に投射され
る。
た散乱光は、先ずシリンドリカルレンズ６に入射する。
ここに入射した光は、Ｙ方向に屈折されＹ方向に平行な
光束になる。この光束は、シリンドリカルズ７に入射
し、Ｙ方向には平行なまま、Ｘ方向に屈折されてシリン
ドリカルレンンズ８に入射する。ここでは、Ｘ方向には
屈折されず、Ｙ方向に屈折され、焦線５と共焦点の関係
になる位置に配置されたラインセンサ９上に投射され
る。
【００４５】シリンドリカルレンズ６とシリンドリカル
レンズ８との組合せでは、焦線５からの光は、先ずシリ
ンドリカルレンズ６でＹ方向に平行な光とされ、ついで
シリンドリカルレンズ８でＹ方向に収束され、ラインセ
ンサ９上に収束する。シリンドリカルレンズ７では、焦
線５からの光は、Ｘ方向に収束され、ラインセンサ９上
に収束する。
レンズ８との組合せでは、焦線５からの光は、先ずシリ
ンドリカルレンズ６でＹ方向に平行な光とされ、ついで
シリンドリカルレンズ８でＹ方向に収束され、ラインセ
ンサ９上に収束する。シリンドリカルレンズ７では、焦
線５からの光は、Ｘ方向に収束され、ラインセンサ９上
に収束する。
【００４６】次に再度図４を参照して、検出光学系６、
７、８の作用を説明する。図４（ｃ）に示されるよう
に、焦線５からの光は、シリンドリカルレンズ６で平行
光束にされる。この平行光束はシリンドリカルレンズ７
を通過する。シリンドリカルレンズ７は、Ｙ方向の屈折
率はゼロであるので、図中Ｘ方向矢視では、平行光束は
そのままシリンドリカルレンズ７を通過する。そしてシ
リンドリカルレンズ８に到り、ここで収束されラインセ
ンサ９上に焦線５を結像する。すなわちＸ方向矢視で
は、焦線５とラインセンサ９とは、シリンドリカルレン
ズ６と８の組合せに関して共役関係にある。
７、８の作用を説明する。図４（ｃ）に示されるよう
に、焦線５からの光は、シリンドリカルレンズ６で平行
光束にされる。この平行光束はシリンドリカルレンズ７
を通過する。シリンドリカルレンズ７は、Ｙ方向の屈折
率はゼロであるので、図中Ｘ方向矢視では、平行光束は
そのままシリンドリカルレンズ７を通過する。そしてシ
リンドリカルレンズ８に到り、ここで収束されラインセ
ンサ９上に焦線５を結像する。すなわちＸ方向矢視で
は、焦線５とラインセンサ９とは、シリンドリカルレン
ズ６と８の組合せに関して共役関係にある。
【００４７】図４（ｄ）に、（ｃ）のＹ方向矢視を示
す。シリンドリカルレンズ６と８は、Ｘ方向の屈折率は
ゼロであるので、Ｙ方向矢視では、光束はそのまま通過
する（平板としての作用は有する）。Ｙ方向矢視では、
焦線５とラインセンサ９とは、シリンドリカルレンズ７
に関して、共役関係にあるので、焦線５の１点はライン
センサ９上の対応する検出素子上に像（この実施の形態
では倒立像）を結ぶ。
す。シリンドリカルレンズ６と８は、Ｘ方向の屈折率は
ゼロであるので、Ｙ方向矢視では、光束はそのまま通過
する（平板としての作用は有する）。Ｙ方向矢視では、
焦線５とラインセンサ９とは、シリンドリカルレンズ７
に関して、共役関係にあるので、焦線５の１点はライン
センサ９上の対応する検出素子上に像（この実施の形態
では倒立像）を結ぶ。
【００４８】図４（ｅ）に示すように、ラインセンサ９
を構成する、直線状に配列された検出素子それぞれに対
応させて、ラインセンサ９の前面にピンホール１０を配
置してもよい。図４（ｆ）にピンホール１０と検出素子
９の拡大図を示す。は、光束がピンホール１０の手前
側に収束した場合を示す。このときはかなりの光量がピ
ンホールを通過できず遮光される。は、光束が丁度ピ
ンホール１０に収束した場合であり、このときはほとん
どの光量がピンホールを通過して検出素子に到る。
は、光束がピンホール１０よりも検出素子側に収束する
場合であり、このときもかなりの光量がピンホールを通
過できず遮光される。
を構成する、直線状に配列された検出素子それぞれに対
応させて、ラインセンサ９の前面にピンホール１０を配
置してもよい。図４（ｆ）にピンホール１０と検出素子
９の拡大図を示す。は、光束がピンホール１０の手前
側に収束した場合を示す。このときはかなりの光量がピ
ンホールを通過できず遮光される。は、光束が丁度ピ
ンホール１０に収束した場合であり、このときはほとん
どの光量がピンホールを通過して検出素子に到る。
は、光束がピンホール１０よりも検出素子側に収束する
場合であり、このときもかなりの光量がピンホールを通
過できず遮光される。
【００４９】以上説明したような第２の実施の形態の光
学的表面検査機構によれば、焦線５の位置にある被測定
物４と、焦線５の方向に垂直な方向ではラインセンサ９
の各画素が共焦点の位置関係となり、また、ライン方向
に対しては、被測定物４上で平行光束が入射され、ライ
ンセンサ９のセンサが並んでいる方向に該被測定物４か
らの平行反射光が入射される。したがって、焦線方向と
垂直な方向では、ラインセンサの大きさのピンホールが
存在するのと同等となるので共焦点光学系となり、ライ
ン方向に対しては、魔鏡的な光学系となる。
学的表面検査機構によれば、焦線５の位置にある被測定
物４と、焦線５の方向に垂直な方向ではラインセンサ９
の各画素が共焦点の位置関係となり、また、ライン方向
に対しては、被測定物４上で平行光束が入射され、ライ
ンセンサ９のセンサが並んでいる方向に該被測定物４か
らの平行反射光が入射される。したがって、焦線方向と
垂直な方向では、ラインセンサの大きさのピンホールが
存在するのと同等となるので共焦点光学系となり、ライ
ン方向に対しては、魔鏡的な光学系となる。
【００５０】この様な光学系単独で、被測定物４上にあ
る傷や反射率のむらは、傷によって、照射された光量が
散乱されたり、反射率が変動するので、対応するライン
センサ９の画素の出力変動で検出することができる。こ
の時、被測定物４に対して、焦線５の位置で、ライン照
射しているので、輝度が高い。この為に、傷に対する感
度を高くすることができる。
る傷や反射率のむらは、傷によって、照射された光量が
散乱されたり、反射率が変動するので、対応するライン
センサ９の画素の出力変動で検出することができる。こ
の時、被測定物４に対して、焦線５の位置で、ライン照
射しているので、輝度が高い。この為に、傷に対する感
度を高くすることができる。
【００５１】ここで、第２の実施の形態では検出光学系
としては２系統のシリンドリカルレンズ６、８及び７を
用いたが、１系統の結像光学系例えば球面レンズである
凸レンズを用いてもよい。このときは、焦線５とライン
センサ９とは完全に共役関係とすることができ、照射光
学系で傷の深さに応じて、Ｙ方向の合焦状態を変えたこ
とと相まって、深さをラインセンサ９で検出することが
できる（球面レンズを用いる場合は、図８、図９を参照
して、後で説明する）。
としては２系統のシリンドリカルレンズ６、８及び７を
用いたが、１系統の結像光学系例えば球面レンズである
凸レンズを用いてもよい。このときは、焦線５とライン
センサ９とは完全に共役関係とすることができ、照射光
学系で傷の深さに応じて、Ｙ方向の合焦状態を変えたこ
とと相まって、深さをラインセンサ９で検出することが
できる（球面レンズを用いる場合は、図８、図９を参照
して、後で説明する）。
【００５２】しかしながら、前述のように、２系統のシ
リンドリカルレンズを用いれば、共焦点状態にはなって
も、必ずしも共役状態になっているとは言えず、焦線５
と角度をもったラインは検出状態が不鮮明になり、逆に
言えば、焦線５を鮮明に検出することができ都合がよ
い。すなわち焦線５の方向とそれに垂直な方向に散乱さ
れる光以外は、ラインセンサ９上に結像されない。した
がって、散乱光が微量であっても被測定物４の表面状態
を鮮明に検出することができる。
リンドリカルレンズを用いれば、共焦点状態にはなって
も、必ずしも共役状態になっているとは言えず、焦線５
と角度をもったラインは検出状態が不鮮明になり、逆に
言えば、焦線５を鮮明に検出することができ都合がよ
い。すなわち焦線５の方向とそれに垂直な方向に散乱さ
れる光以外は、ラインセンサ９上に結像されない。した
がって、散乱光が微量であっても被測定物４の表面状態
を鮮明に検出することができる。
【００５３】図５を参照して、第３の実施の形態である
光学的表面検査機構を説明する。図中、コリメータレン
ズ２とシリンドリカルレンズ３は、図１で説明したもの
と同様である。Ｘ方向矢視においては、コリメータレン
ズ２とシリンドリカルレンズ３の間では、光源１からの
光は平行光束になっている。この両レンズ間に、ビーム
スプリッタ２１を、Ｘ方向矢視において、焦線５からの
光がほぼ直角に反射されるように挿入配置してある。焦
線５からの光がビームスプリッタ２１で反射される方向
にシリンドリカルレンズ７が配置されている。このシリ
ンドリカルレンズ７は、図１で説明したように、第８の
屈折力としてのＹ方向の屈折率はゼロで、Ｘ方向に第７
の屈折力としての正の屈折率を有する。さらにシリンド
リカルレンズ８とラインセンサ９とがこの順番に配置さ
れている。シリンドリカルレンズ７、８をもって、第３
の光学系が構成されている。
光学的表面検査機構を説明する。図中、コリメータレン
ズ２とシリンドリカルレンズ３は、図１で説明したもの
と同様である。Ｘ方向矢視においては、コリメータレン
ズ２とシリンドリカルレンズ３の間では、光源１からの
光は平行光束になっている。この両レンズ間に、ビーム
スプリッタ２１を、Ｘ方向矢視において、焦線５からの
光がほぼ直角に反射されるように挿入配置してある。焦
線５からの光がビームスプリッタ２１で反射される方向
にシリンドリカルレンズ７が配置されている。このシリ
ンドリカルレンズ７は、図１で説明したように、第８の
屈折力としてのＹ方向の屈折率はゼロで、Ｘ方向に第７
の屈折力としての正の屈折率を有する。さらにシリンド
リカルレンズ８とラインセンサ９とがこの順番に配置さ
れている。シリンドリカルレンズ７、８をもって、第３
の光学系が構成されている。
【００５４】ここでは、ビームスプリッタ２１が介在し
ている点と、シリンドリカルレンズ３がシリンドリカル
レンズ６の代わりに共用されている点を除けば、焦線５
とラインセンサ９との関係は、図２（ｂ）で説明した通
りである。このように構成すると、照射光学系２、３で
被測定物４を照射する方向と、検出光学系３、７、８で
焦線５を検出する方向とを同一にできる。特に被測定物
４の表面を垂直方向に照射し、垂直方向に検出すること
ができるので、表面のプロファイルデータ（後述）が得
られやすい。
ている点と、シリンドリカルレンズ３がシリンドリカル
レンズ６の代わりに共用されている点を除けば、焦線５
とラインセンサ９との関係は、図２（ｂ）で説明した通
りである。このように構成すると、照射光学系２、３で
被測定物４を照射する方向と、検出光学系３、７、８で
焦線５を検出する方向とを同一にできる。特に被測定物
４の表面を垂直方向に照射し、垂直方向に検出すること
ができるので、表面のプロファイルデータ（後述）が得
られやすい。
【００５５】図６を参照して、第４の実施の形態を説明
する。この実施の形態では、ビームスプリッタ２２が、
図２で説明した照射光学系２、３のシリンドリカルレン
ズ３と被測定物４との間に挿入配置されている。そし
て、焦線５からの光がビームスプリッタ２２で反射され
る方向に、図２（ｂ）で説明した第２の光学系６、７、
８及びラインセンサ９が配置されている。作用は、第３
の実施の形態と同様である。シリンドリカルレンズ６、
７、８をもって、第４の光学系が構成されている。
する。この実施の形態では、ビームスプリッタ２２が、
図２で説明した照射光学系２、３のシリンドリカルレン
ズ３と被測定物４との間に挿入配置されている。そし
て、焦線５からの光がビームスプリッタ２２で反射され
る方向に、図２（ｂ）で説明した第２の光学系６、７、
８及びラインセンサ９が配置されている。作用は、第３
の実施の形態と同様である。シリンドリカルレンズ６、
７、８をもって、第４の光学系が構成されている。
【００５６】図４（ｃ）で説明した、ピンホール１０
は、第３または第４の実施の形態にも適用できることは
言うまでもない。
は、第３または第４の実施の形態にも適用できることは
言うまでもない。
【００５７】また光源１としては、レーザー光のような
コヒーレント光源を用いるのが好ましい。Ｚ方向の焦線
５の位置が一義的に決まるからである。また、所定の光
源の光束を収束させるレンズと該レンズの焦点位置にピ
ンホール（不図示）を配置し、該ピンホールを光源１と
してもよい。
コヒーレント光源を用いるのが好ましい。Ｚ方向の焦線
５の位置が一義的に決まるからである。また、所定の光
源の光束を収束させるレンズと該レンズの焦点位置にピ
ンホール（不図示）を配置し、該ピンホールを光源１と
してもよい。
【００５８】次に図７を参照して、第５の実施の形態で
ある光学的表面検査装置を説明する。この実施の形態で
は、光学的表面検査機構としては、図５で説明した第３
の実施の形態を用いているが、もちろん第１、第２また
は第４の実施の形態を用いてもよい。
ある光学的表面検査装置を説明する。この実施の形態で
は、光学的表面検査機構としては、図５で説明した第３
の実施の形態を用いているが、もちろん第１、第２また
は第４の実施の形態を用いてもよい。
【００５９】図中、被測定物４を載置する載置台３０の
鉛直方向上方に第３の実施の形態である光学的表面検査
機構が、焦線５を生じさせる光束を被検査物の表面に、
その法線方向（Ｚ方向）に照射するように配置されてい
る。載置台３０には、焦線５に直角な方向（Ｙ方向）
に、載置台３０を移動させる、第１の移動手段としての
移動機構３１が接続されている。また載置台３０を、被
測定物４の表面の法線方向に移動させる、第２の移動手
段としての移動機構３２が接続されている。さらに、載
置台３０を焦線５の方向（Ｘ方向）に移動させる、第３
の移動手段３３が、載置台３０に接続されている。
鉛直方向上方に第３の実施の形態である光学的表面検査
機構が、焦線５を生じさせる光束を被検査物の表面に、
その法線方向（Ｚ方向）に照射するように配置されてい
る。載置台３０には、焦線５に直角な方向（Ｙ方向）
に、載置台３０を移動させる、第１の移動手段としての
移動機構３１が接続されている。また載置台３０を、被
測定物４の表面の法線方向に移動させる、第２の移動手
段としての移動機構３２が接続されている。さらに、載
置台３０を焦線５の方向（Ｘ方向）に移動させる、第３
の移動手段３３が、載置台３０に接続されている。
【００６０】またラインセンサ９には、ラインセンサ９
の各検出素子（画素）からの光量検出値と、各移動機構
３１、３２、３３による移動量とを関係付けて記憶する
メモリー４１が接続されている。
の各検出素子（画素）からの光量検出値と、各移動機構
３１、３２、３３による移動量とを関係付けて記憶する
メモリー４１が接続されている。
【００６１】この光学的表面検査装置では、載置台３０
を移動機構３１で焦線５に直角なＹ方向、移動機構３３
により、焦線５と同じＸ方向の所定の位置に設定して、
その位置で移動機構３２により載置台３０をＺ方向に少
しずつ移動させ、各Ｚ方向位置に対するラインセンサ９
による光量検出値をメモリー４１に記憶させる。メモリ
ー４１では、検出値を各Ｚ方向位置に対して全て記憶
し、後でそれぞれを比較し、最大光量を与えるＺ方向位
置を、その最大光量の値と共にＸ方向、Ｙ方向に対応さ
せて記憶してもよいし、Ｚ方向に移動させつつ各Ｚ方向
位置における光量を、Ｚ方向に移動させる前後で比較
し、大きい方の光量を与えるＺ方向位置を次々に記憶す
ることにより、最終的に最大光量を与えるＺ方向位置を
記憶するようにしてもよい。
を移動機構３１で焦線５に直角なＹ方向、移動機構３３
により、焦線５と同じＸ方向の所定の位置に設定して、
その位置で移動機構３２により載置台３０をＺ方向に少
しずつ移動させ、各Ｚ方向位置に対するラインセンサ９
による光量検出値をメモリー４１に記憶させる。メモリ
ー４１では、検出値を各Ｚ方向位置に対して全て記憶
し、後でそれぞれを比較し、最大光量を与えるＺ方向位
置を、その最大光量の値と共にＸ方向、Ｙ方向に対応さ
せて記憶してもよいし、Ｚ方向に移動させつつ各Ｚ方向
位置における光量を、Ｚ方向に移動させる前後で比較
し、大きい方の光量を与えるＺ方向位置を次々に記憶す
ることにより、最終的に最大光量を与えるＺ方向位置を
記憶するようにしてもよい。
【００６２】Ｚ方向に所定量移動させた後、移動機構３
１により載置台３０をＹ方向に移動させる。またＸ方向
に移動させる。このようにして、被測定物４の検査すべ
き表面全域をカバーする。以上の移動検出は、一連の動
作として連続的に行うのが好ましい。
１により載置台３０をＹ方向に移動させる。またＸ方向
に移動させる。このようにして、被測定物４の検査すべ
き表面全域をカバーする。以上の移動検出は、一連の動
作として連続的に行うのが好ましい。
【００６３】図７では、移動機構は載置台３０を移動さ
せるものとして説明したが、逆に載置台３０を固定し
て、光学的表面検査機構の方を移動させるように構成し
てもよい。要は、被測定物４と光学的表面検査機構を相
対的に移動させればよいからである。また両者を共に移
動できるようにしてもよい。例えば、Ｘ方向とＹ方向に
は載置台を移動させ、Ｚ方向には光学的検査機構を移動
させるようにする。
せるものとして説明したが、逆に載置台３０を固定し
て、光学的表面検査機構の方を移動させるように構成し
てもよい。要は、被測定物４と光学的表面検査機構を相
対的に移動させればよいからである。また両者を共に移
動できるようにしてもよい。例えば、Ｘ方向とＹ方向に
は載置台を移動させ、Ｚ方向には光学的検査機構を移動
させるようにする。
【００６４】また移動機構３１として、載置台３０の１
点、特に焦線５の延長上に位置する点を通るＺ方向の軸
線を中心にして載置台３０を回転させるようにしてもよ
い。要はＸに直角な方向に走査できればよく、このよう
に構成すると円形の被測定物を検査するのに都合がよ
い。
点、特に焦線５の延長上に位置する点を通るＺ方向の軸
線を中心にして載置台３０を回転させるようにしてもよ
い。要はＸに直角な方向に走査できればよく、このよう
に構成すると円形の被測定物を検査するのに都合がよ
い。
【００６５】光学的表面検査機構を、Ｚ方向に移動させ
る場合、第１のレンズ自体を移動させるように構成して
もよい。例えば図３で分かるように、第１のレンズであ
るシリンドリカルレンズ３をＺ方向に移動すると、焦線
５の被測定物４に対するＺ方向位置が変わる。
る場合、第１のレンズ自体を移動させるように構成して
もよい。例えば図３で分かるように、第１のレンズであ
るシリンドリカルレンズ３をＺ方向に移動すると、焦線
５の被測定物４に対するＺ方向位置が変わる。
【００６６】このようにしても、例えば図５の第３の実
施の形態において、シリンドリカルレンズ３をＺ方向に
移動するときは、図４で言えばシリンドリカルレンズ６
を移動することになるが、シリンドリカルレンズ３とシ
リンドリカルレンズ８との間では、光束はＹ方向に平行
なので、焦線５とラインセンサ９との共焦点関係は変わ
らない。
施の形態において、シリンドリカルレンズ３をＺ方向に
移動するときは、図４で言えばシリンドリカルレンズ６
を移動することになるが、シリンドリカルレンズ３とシ
リンドリカルレンズ８との間では、光束はＹ方向に平行
なので、焦線５とラインセンサ９との共焦点関係は変わ
らない。
【００６７】移動機構３１、３２、３３を、光学的表面
検査機構を移動する手段とする場合、光学的表面検査機
構自体を保持する保持機構を備え、その保持機構を移動
させるように構成するのが好ましい。
検査機構を移動する手段とする場合、光学的表面検査機
構自体を保持する保持機構を備え、その保持機構を移動
させるように構成するのが好ましい。
【００６８】以上説明したように、本発明の実施の形態
による光学的表面検査機構乃至は検査装置では、焦線５
の方向と垂直な方向（Ｙ方向）では、被測定物４の合焦
点位置で、対応したラインセンサ９の光出力が一番大き
くなる。被測定物４とラインセンサ９の相対位置を変化
させ、各ラインセンサ９の検出素子（画素）出力をメモ
リー４１に貯え、ラインセンサ９の最大出力の位置情報
を検出すれば、共焦点顕微鏡と同様な原理により、対応
した被測定物４のプロファイルデーターとなる。
による光学的表面検査機構乃至は検査装置では、焦線５
の方向と垂直な方向（Ｙ方向）では、被測定物４の合焦
点位置で、対応したラインセンサ９の光出力が一番大き
くなる。被測定物４とラインセンサ９の相対位置を変化
させ、各ラインセンサ９の検出素子（画素）出力をメモ
リー４１に貯え、ラインセンサ９の最大出力の位置情報
を検出すれば、共焦点顕微鏡と同様な原理により、対応
した被測定物４のプロファイルデーターとなる。
【００６９】一方、焦線５の方向と同一の方向（Ｘ方
向）に被測定物４がうねり等により緩い曲率を有する場
合には、平行照射された光束は、緩い曲率に合った球面
波となるので、ラインセンサ９のライン方向に拡散光、
或いは、収束光となる。この方向に集光させるレンズを
設けることにより、ライン方向に集光させる。
向）に被測定物４がうねり等により緩い曲率を有する場
合には、平行照射された光束は、緩い曲率に合った球面
波となるので、ラインセンサ９のライン方向に拡散光、
或いは、収束光となる。この方向に集光させるレンズを
設けることにより、ライン方向に集光させる。
【００７０】このとき、凸の曲率を有する場合と凹の曲
率を有する場合があるので、ビームスプリッターを介し
て、それぞれ別々のレンズで集光させる。この様にすれ
ば、、ラインセンサの方向には、うねりの情報が反映さ
れたセンサー出力を得ることができる。
率を有する場合があるので、ビームスプリッターを介し
て、それぞれ別々のレンズで集光させる。この様にすれ
ば、、ラインセンサの方向には、うねりの情報が反映さ
れたセンサー出力を得ることができる。
【００７１】このとき、上記プロファイルデータ中のう
ねり情報を局所的な情報と区別するには、以下のように
する。即ち、画素出力の最大値が被測定物の反射率等を
考慮に入れた閾値よりもかなり大きい出力値であれば、
うねり情報とすることができる。なぜならば、被測定物
４が照射ライン方向で完全にフラットであれば、被測定
物４に対して対応する画素出力は、被測定物４の反射率
に対応した出力以上にはならないが、照射ライン方向に
緩い曲率を有すれば、被測定物４から反射された光量が
ラインセンサ９に集光されるので、ラインセンサ９の画
素出力は、大きくなるからである。
ねり情報を局所的な情報と区別するには、以下のように
する。即ち、画素出力の最大値が被測定物の反射率等を
考慮に入れた閾値よりもかなり大きい出力値であれば、
うねり情報とすることができる。なぜならば、被測定物
４が照射ライン方向で完全にフラットであれば、被測定
物４に対して対応する画素出力は、被測定物４の反射率
に対応した出力以上にはならないが、照射ライン方向に
緩い曲率を有すれば、被測定物４から反射された光量が
ラインセンサ９に集光されるので、ラインセンサ９の画
素出力は、大きくなるからである。
【００７２】焦線５に照射される光量、また焦線５から
反射されラインセンサ９に入射する光量は、被測定物の
表面状態が一様であっても、光学系の不均一性のため
に、不均一になることがある。特に焦線方向に沿って山
形あるいは谷型に均一性を欠いた光量分布となる。その
ような不均一を補正するために、光源光学系２、第１の
光学系３、第２の光学系６、７、８のいずれかの位置
に、逆フィルタ（不図示）を挿入配置してもよい。また
その代わりに、あるいは併用してもよいが、メモリー４
１中に、信号として（例えば電気的に）前記不均一性を
補正するフィルタ、即ち補償機能を備えてもよい。
反射されラインセンサ９に入射する光量は、被測定物の
表面状態が一様であっても、光学系の不均一性のため
に、不均一になることがある。特に焦線方向に沿って山
形あるいは谷型に均一性を欠いた光量分布となる。その
ような不均一を補正するために、光源光学系２、第１の
光学系３、第２の光学系６、７、８のいずれかの位置
に、逆フィルタ（不図示）を挿入配置してもよい。また
その代わりに、あるいは併用してもよいが、メモリー４
１中に、信号として（例えば電気的に）前記不均一性を
補正するフィルタ、即ち補償機能を備えてもよい。
【００７３】以上、光源光学系、第１、第２、第３の光
学系は、レンズを用いた屈折光学系として説明したが、
反射光学系としてもよい。
学系は、レンズを用いた屈折光学系として説明したが、
反射光学系としてもよい。
【００７４】また以上の実施の形態では、第２の光学系
または第３の光学系は、シリンドリカルレンズをもって
構成されるものとして説明したが、これに限らず球面レ
ンズをもって構成してもよい。
または第３の光学系は、シリンドリカルレンズをもって
構成されるものとして説明したが、これに限らず球面レ
ンズをもって構成してもよい。
【００７５】図８は、第２の光学系である検出光学系が
凸レンズ１５で構成されている第６の実施の形態であ
る。ここでは１枚の凸レンズで示されているが、もちろ
ん複数のレンズで構成された組合せレンズ系であっても
よい。この場合、焦線５はラインセンサ９の検出面と、
検出光学系１５に関して共役関係にある。
凸レンズ１５で構成されている第６の実施の形態であ
る。ここでは１枚の凸レンズで示されているが、もちろ
ん複数のレンズで構成された組合せレンズ系であっても
よい。この場合、焦線５はラインセンサ９の検出面と、
検出光学系１５に関して共役関係にある。
【００７６】先に説明した、検出光学系をシリンドリカ
ルレンズ系で構成した場合は、鏡面の出ているもの（Ｓ
ｉ基板、ハードディスク等）の傷等を検査するのに適し
ているが、図８に示すように検出光学系を球面レンズ系
で構成した装置は、例えば電子回路、ＩＣ回路などのパ
ターン像を得るのに適している。
ルレンズ系で構成した場合は、鏡面の出ているもの（Ｓ
ｉ基板、ハードディスク等）の傷等を検査するのに適し
ているが、図８に示すように検出光学系を球面レンズ系
で構成した装置は、例えば電子回路、ＩＣ回路などのパ
ターン像を得るのに適している。
【００７７】図９に、図８の実施の形態と同様な効果を
有する第７の実施の形態を示す。この実施の形態では、
図６の場合の第４の光学系である検出光学系６、７、８
を、凸レンズ１５に置き換えたものである。
有する第７の実施の形態を示す。この実施の形態では、
図６の場合の第４の光学系である検出光学系６、７、８
を、凸レンズ１５に置き換えたものである。
【００７８】図８、図９に示した光学的表面検査機構
を、図７の光学的表面検査装置中の光学的表面検査機構
に置き換えて用いることができる。
を、図７の光学的表面検査装置中の光学的表面検査機構
に置き換えて用いることができる。
【００７９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の光
学系を備えるので、被測定物の表面に焦線を生じさせる
ように投射できる。したがって、被測定物の表面状態に
より、照射状態が変化する。とくに表面の凹凸の深さに
より、照射状態が顕著に変わるのを利用して、表面の凹
凸の深さをも検査できる光学的表面検査機構を提供する
ことが可能となる。
学系を備えるので、被測定物の表面に焦線を生じさせる
ように投射できる。したがって、被測定物の表面状態に
より、照射状態が変化する。とくに表面の凹凸の深さに
より、照射状態が顕著に変わるのを利用して、表面の凹
凸の深さをも検査できる光学的表面検査機構を提供する
ことが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態である光学的表面検
査機構の概念的斜視図である。
査機構の概念的斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である光学的表面検
査機構の概念的斜視図である。
査機構の概念的斜視図である。
【図３】図１の照射光学系による被測定物の照射状態を
説明する概念図である。
説明する概念図である。
【図４】図１の検出光学系による検出状態を説明する概
念図である。
念図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である光学的表面検
査機構の概念的側面図である。
査機構の概念的側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態である光学的表面検
査機構の概念的側面図である。
査機構の概念的側面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態である光学的表面検
査装置の概念的斜視図である。
査装置の概念的斜視図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態である光学的表面検
査装置の概念的斜視図である。
査装置の概念的斜視図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態である光学的表面検
査装置の概念的斜視図である。
査装置の概念的斜視図である。
【図１０】従来の光学的表面検査機構の検査状態を説明
する概念図である。
する概念図である。
１ 光源 ２ 光源光学系（コリメータレンズ） ３ 第１の光学系（シリンドリカルレンズ） ４ 被測定物 ５ 焦線 ６、７、８ シリンドリカルレンズ ９ ラインセンサ １０ ピンホール １５ 球面レンズ ２１、２２ ビームスプリッタ ３１、３２、３３ 移動機構 ４１ メモリー
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA25 AA49 BB01 BB25 FF10 FF42 FF44 FF67 GG22 HH13 JJ02 JJ09 JJ26 LL04 LL08 LL30 LL46 MM03 MM04 PP12 PP13 QQ23 UU07 2G051 AB07 AB10 AB20 CA03 CC07 CC09 CC11 CC20 DA07
Claims (12)
- 【請求項１】 被測定物の表面状態を光学的に検査する
光学的表面検査機構において；光源からの光を略平行な
光束にする光源光学系と；該光源光学系で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を前記被測定物の表面に焦線を生じさせるように投射す
る第１の光学系と；前記光束を投射された被測定物の表
面から反射された光束を直線状に収束させる第２の光学
系と；前記第２の光学系で収束された光束を検出するラ
インセンサであって、直線状に配置された複数の光検出
素子を有し、前記第２の光学系により前記焦線と共焦点
の関係に置かれるラインセンサとを備える；光学的表面
検査機構。 - 【請求項２】 前記第２の光学系は、前記焦線に垂直な
方向に第１の屈折力を有し、また前記焦線方向に前記第
１の屈折力よりも小さい第２の屈折力を有する第１のシ
リンドリカルレンズ系を備える；請求項１に記載の光学
的表面検査機構。 - 【請求項３】 前記第２の光学系は、さらに前記焦線方
向に第３の屈折力を有し、また前記焦線に垂直な方向に
前記第３の屈折力よりも小さい第４の屈折力を有する第
２のシリンドリカルレンズ系を備える；請求項２に記載
の光学的表面検査機構。 - 【請求項４】 前記第１のシリンドリカルレンズ系は、
少なくとも２つの部分に分割され、前記２つの部分の間
で、光束は焦線に垂直な方向に略平行にされる、請求項
２または請求項３に記載の光学的表面検査機構。 - 【請求項５】 被測定物の表面状態を光学的に検査する
光学的表面検査機構において；光源からの光を略平行な
光束にする光源光学系と；該光源光学系で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を前記被測定物の表面に焦線を生じさせるように投射す
る第１の光学系と；前記光源光学系と前記第１の光学系
との間に配置された第１のビームスプリッタと；前記光
束を投射された被測定物の表面から反射され、前記第１
の光学系を介して前記第１のビームスプリッタで反射さ
れた光束を直線状に収束させる第３の光学系と；前記第
３の光学系で収束された光束を検出するラインセンサで
あって、直線状に配置された複数の光検出素子を有し、
前記第１の光学系と第３の光学系により前記焦線と共焦
点の関係に置かれるラインセンサとを備える；光学的表
面検査機構。 - 【請求項６】 前記第３の光学系は、前記焦線に垂直な
方向に第５の屈折力を有し、また前記焦線方向に前記第
５の屈折力よりも小さい第６の屈折力を有する第３のシ
リンドリカルレンズ系を備える；請求項５に記載の光学
的表面検査機構。 - 【請求項７】 被測定物の表面状態を光学的に検査する
光学的表面検査機構において；光源からの光を略平行な
光束にする光源光学系と；該光源光学系で平行にされた
光束に非点収差を与えて、該非点収差を与えられた光束
を前記被測定物の表面に焦線を生じさせるように投射す
る第１の光学系と；前記被測定物の位置と前記第１の光
学系との間に配置された第２のビームスプリッタと；前
記光束を投射された被測定物の表面から反射され、前記
第２のビームスプリッタで反射された光束を収束させる
第４の光学系と；前記第４の光学系で収束された光束を
検出するラインセンサであって、直線状に配置された複
数の光検出素子を有し、第４の光学系により前記焦線と
共焦点の関係に置かれるラインセンサとを備える；光学
的表面検査機構。 - 【請求項８】 前記光源は、コヒーレント光を発生する
光源である、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記
載の光学的表面検査機構。 - 【請求項９】 前記ラインセンサの前面側に、前記複数
の光学検出素子の各々に対応して配置されたピンホール
を備える、請求項１乃至請求項８のいずれか１項の記載
の光学的表面検査機構。 - 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれか１項
に記載の光学的表面検査機構と；前記被測定物と前記光
学的表面検査機構とを、前記表面に平行に且つ前記焦線
に垂直な方向に相対的に移動させる、第１の移動手段
と；前記被測定物と前記焦線とを、前記表面の法線方向
に相対的に移動させる第２の移動手段と；前記第２の移
動手段による前記表面の法線方向の相対的移動位置と該
相対的移動位置に対応する前記ラインセンサの出力とを
記録する手段とを備える；光学的表面検査装置。 - 【請求項１１】 前記第２の移動手段は、前記被測定物
と前記第１の光学系とを相対的に移動させるように構成
される、請求項１０に記載の光学的表面検査装置。 - 【請求項１２】 前記記録する手段は、前記複数の光検
出素子の各々について、出力の最大検出値を与えた、前
記第２の移動手段による相対的移動位置を記憶する記憶
手段を備える、請求項１０または請求項１１に記載の光
学的表面検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23955299A JP3634985B2 (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 光学的表面検査機構及び光学的表面検査装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23955299A JP3634985B2 (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 光学的表面検査機構及び光学的表面検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001066127A true JP2001066127A (ja) | 2001-03-16 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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