JP2011134687A - 照明装置 - Google Patents
照明装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011134687A JP2011134687A JP2009295662A JP2009295662A JP2011134687A JP 2011134687 A JP2011134687 A JP 2011134687A JP 2009295662 A JP2009295662 A JP 2009295662A JP 2009295662 A JP2009295662 A JP 2009295662A JP 2011134687 A JP2011134687 A JP 2011134687A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical system
- lens
- illumination
- irradiation surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
【課題】光量の分布が均一化された照明光を確実に照射する。
【解決手段】コレクタレンズ14は、光源13からの照明光が平行な光束となるように屈折する。フライアイレンズ18は、平行な光束とされた照明光の光軸に略直交する平面に沿って配列される複数のレンズ素子23により、複数の光源像を形成する。コンデンサレンズ20は、複数の光源像からの光束を平行光束にし、複数の光源像からの光束を、被検物の被照射面に重畳させる。そして、制御部32は、被検物に向かう光学系から分離された測定光学系における測定結果に応じて、駆動部33を制御して、コンデンサレンズ20を構成するアフォーカル光学系20bを移動させる。本発明は、例えば、撮像素子を検査する検査装置の照明装置に適用できる。
【選択図】図1
【解決手段】コレクタレンズ14は、光源13からの照明光が平行な光束となるように屈折する。フライアイレンズ18は、平行な光束とされた照明光の光軸に略直交する平面に沿って配列される複数のレンズ素子23により、複数の光源像を形成する。コンデンサレンズ20は、複数の光源像からの光束を平行光束にし、複数の光源像からの光束を、被検物の被照射面に重畳させる。そして、制御部32は、被検物に向かう光学系から分離された測定光学系における測定結果に応じて、駆動部33を制御して、コンデンサレンズ20を構成するアフォーカル光学系20bを移動させる。本発明は、例えば、撮像素子を検査する検査装置の照明装置に適用できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、照明装置に関し、特に、光量の分布が均一化された照明光を確実に照射することができるようにした照明装置に関する。
従来、光量の分布が均一となるように照明光を照射可能な照明装置があり、例えば、撮像素子などの受光素子の検査に用いられている。このような照明装置では、照明光の光量の分布が均一となる面(以下、適宜、均一な光照射面と称する)に撮像素子の受光面が配置され、受光面の各画素から出力される電気信号が均一になっているかが測定される。
また、例えば、可視光での撮像と赤外光での撮像とを行うことができる撮像素子の検査においては、撮像素子の受光面における照明の均一性を保ちつつ、複数の光学フィルタを選択的に使用することで、可視光の照明光と赤外光の照明光とが選択的に撮像素子の受光面に均一に照射される。ところで、照明光の波長域が変更されると、レンズの軸上色収差によって、均一な光照射面の位置が光軸方向に移動することがある。
このため、照明光の波長域の切り替え可能な照明装置では、照明光の波長域の変更に伴って、均一な光照射面の移動を極力抑制することができるように、レンズの色収差の改善(いわゆる、色消し)が行われる。ところが、硝材の制約などにより、可視光領域を超えて広帯域に渡って色収差の改善を行うことは困難であることが多く、従来の照明装置では、可視光領域でのみ色収差の改善が行われていた。
これにより、例えば、可視光で撮像を行い、かつ、赤外光または紫外光で撮像を行う撮像素子の検査を行う場合、可視光を照射するときに、均一な光照射面に撮像素子の受光面を配置すると、赤外光または紫外光を照射するときには均一な光照射面が移動するため、光分布が不均一な照明光が撮像素子の受光面に照射されることになる。このように、不均一な照明光が照射されると、撮像素子の検査の正確性が低下することになる。
例えば、特許文献1には、照明光学系に設けられた視野絞りの像が、異なる波長の照明光に対して、物体面上に常に結像するように構成されている顕微鏡用落射照明装置が開示されている。
上述したように、照明光の波長域の切り替えに伴って、均一な光照射面が光軸方向に移動することにより、光量の分布が不均一な照明光が被検物に照射されることがあった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光量の分布が均一化された照明光を確実に照射することができるようにするものである。
本発明の照明装置は、前記照明光を発生する光源と、前記光源からの前記照明光が平行な光束となるように屈折する第1のレンズと、前記第1のレンズにより平行な光束とされた前記照明光の光軸に略直交する平面に沿って配列される複数のレンズ素子により、複数の光源像を形成するフライアイレンズと、前記フライアイレンズにおいて形成された前記複数の光源像からの光束を平行光束にし、前記複数の光源像からの光束を、前記被検物の被照射面に重畳させる第2のレンズと、前記被検物に向かう光学系から分離された測定光学系における測定結果に応じて、前記第2のレンズを構成する少なくとも一部の光学系と前記被照射面との相対的な距離を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
本発明の照明装置においては、被検物に向かう光学系から分離された測定光学系における測定結果に応じて、第2のレンズを構成する少なくとも一部の光学系と被照射面との相対的な距離が調整される。これにより、被検物の被照射面に、照明光の光量の分布が均一になる面を確実に一致させることができる。
また、第2のレンズは、調整手段により位置が調整される第1の光学系と、第1の光学系よりも被照射面側に配置された第2の光学系で構成されており、第1の光学系と第2の光学系との間に配置され、被検物に向かう光束の一部を分割して測定光学系に導入する分割手段をさらに備えることができる。これにより、第1のレンズと被検物との間に広い空間を設けることができるとともに、測定光学系についての設計の自由度を向上させることができる。
本発明の照明装置によれば、光量の分布が均一化された照明光を確実に照射することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明を適用した照明装置の第1の実施の形態の構成例を示す図である。
照明装置11は、光照射面12における照明の均一性(例えば、照明ムラが2%以下となる程度の均一性)を保ちつつ、複数の波長域の照明光を選択的に光照射面12(被検物の被照射面)に照射することができる。例えば、照明装置11は、画像を撮像する撮像素子などの受光素子を被検物とした検査装置などに使用され、撮像素子の受光面(図示せず)が配置される光照射面12に光量の分布が均一となるように調整された照明光を照射して、撮像素子からの電気出力が均一であるかが測定される。
光源13は、例えば、発光部分となるフィラメント13aを有したハロゲンランプであり、光照射面12に照射する照明光を発生する。
光源13から光照射面12に垂直に向かう光軸L1上には、光源13から順に、コレクタレンズ14、リレーレンズ15、フィルタ16、リレーレンズ17、フライアイレンズ18、およびコンデンサレンズ20が配置されており、複数のレンズで構成されるコンデンサレンズ20の間にハーフミラー19が配置されている。また、ハーフミラー19により分岐された光路には、光照射面12で光量の分布が均一となるように照明光を調整するための測定を行う測定光学系が配設されており、この測定光学系は、レンズ24、絞り25、およびレンズ26により構成されている。そして、測定光学系において形成されるフライアイレンズ18の光射出面18bとの共役面には、光量センサ29および31が配置されている。
コレクタレンズ14は、その焦点位置に光源13が配置されるように設置されており、光源13からの照明光が平行な光束となるように屈折して、ほぼ平行な光束となった照明光をリレーレンズ15に入射させる。
リレーレンズ15および17は、一方の焦点距離が無限大の光学系であるアフォーカル光学系を構成しており、リレーレンズ15に入射した照明光は、リレーレンズ15と17との中間の焦点に集光された後、リレーレンズ17により平行な光束となる。また、リレーレンズ15と17との間では、光源13のフィラメント13aの各点からの主光線(図1の光軸L1に沿った2点鎖線で表される光線)は平行となる。
リレーレンズ15と17との間にはフィルタ16が設置されており、フィルタ16は、リレーレンズ15を介して入射する照明光をフィルタリングし、所定の波長域の照明光だけを通過させる。また、フィルタ16は、光軸L1と平行な回転軸を中心に回転駆動可能なターレット21に装着されており、ターレット21には、複数のフィルタが装着されている。
即ち、図2に示すように、ターレット21には、4つのフィルタ16a乃至16dが装着されており、フィルタ16a乃至16dは、それぞれ異なる波長域の光を通過させることができる。図1に示すように、ターレット21の中心には、モータなどの駆動部22が接続されており、駆動部22がターレット21を回転駆動させることにより、光軸L1上に配置されるフィルタ16が切り替えられ、光照射面12に照射される照明光の波長域が選択される。
フライアイレンズ18は、複数のレンズ素子23を備えて構成され、リレーレンズ17の焦点位置となる位置に、フライアイレンズ18の光入射面18aが配置されるように設置される。
例えば、フライアイレンズ18は、矩形の複数個のレンズ素子23が格子状に配列されて構成されており、図3に示されているフライアイレンズ18の一部を拡大した平面図では、複数個のレンズ素子23の一部(9個)のレンズ素子23a乃至23iが格子状に配列されている。なお、フライアイレンズ18は、図3に示されている構成に限られるものではなく、例えば、複数の六角形のレンズ素子がハニカム状に配列されて構成されていてもよい。
フライアイレンズ18には、リレーレンズ17により平行な光束となった照明光が入射し、フライアイレンズ18が有する複数のレンズ素子23のそれぞれにより照明光が集光される。これにより、フライアイレンズ18の光射出面18bには、レンズ素子23の個数に応じた複数のフィラメント像(光源13のフィラメント13aの像)が、レンズ素子23の配列に従った二次元配列となって結像される。
コンデンサレンズ20は、複数のフィラメント像からの各光束を平行にする。従って、コンデンサレンズ20の焦点位置が、フライアイレンズ18の光射出面18bとなる位置に配置され、フライアイレンズ18の光射出面18bに結像された複数のフィラメント像からの光束を光照射面12で重畳させて、光照射面12をテレセントリック照明する。このように、複数のフィラメント像が光照射面12で重畳されることで、光照射面12において光量分布が均一化された光像が形成される。
ここで、コンデンサレンズ20は、正の屈折力を有する集光光学系20aと、屈折力を有しないアフォーカル光学系20bとで構成されている。また、アフォーカル光学系20bは、負の屈折力を有する凹レンズ20b−1と、正の屈折力を有する凸レンズ20b−2とで構成され、凹レンズ20b−1と凸レンズ20b−2との間隔は固定されている。そして、アフォーカル光学系20bは、集光光学系20aに対して相対位置が可変であり、アフォーカル光学系20bの位置を調整することで、光照射面12における照度分布が調整される。
つまり、アフォーカル光学系20bを光軸方向に移動させて集光光学系20aとの間隔を変化させると、コンデンサレンズ20のディストーション(歪曲収差)が変化し、光照射面12における照度分布が変化する。
図4を参照して、アフォーカル光学系20bの位置と光照射面12の照度分布との関係について説明する。
コンデンサレンズ20は、照明光が可視光である場合、アフォーカル光学系20bが位置Bに配置されているとき、コンデンサレンズ20の焦点面である光照射面12において照明光の光量の分布が均一(ディストーション=0)になるように設計されている。即ち、アフォーカル光学系20bが位置Bに配置されているとき、フライアイレンズ18の矩形と光照射面12とが完全に相似となり、光照射面12での光量が均一になる。このように光照射面12において照明光(可視光)の光量の分布が均一になるようなアフォーカル光学系20bの位置Bを、以下、適宜、アフォーカル光学系20bの基準位置と称する。
ここで、アフォーカル光学系20bを位置Bから移動させてディストーションを変化させる。なお、ここでのディストーションとは、フライアイレンズ18の入射面と、光照射面12との共役関係間でのディストーションを指す。
例えば、アフォーカル光学系20bを位置Bよりも集光光学系20a側の位置Aの方向に移動させた場合、光照射面12での像高は、アフォーカル光学系20bが位置Bで合ったときの像高よりも高くなり(ディストーション>0)、フライアイレンズ18の矩形面と光照射面12は相似とは成らない。このとき、図4の左下側に示すように、光照射面12の周辺部の光量の強度が減少し、上に凸となる照度分布になる。
一方、アフォーカル光学系20bを位置Bよりもフライアイレンズ18側の位置Cの方向に移動させた場合、光照射面12での像高は、アフォーカル光学系20bが位置Bであったときの像高よりも低くなり(ディストーション<0)、フライアイレンズ18の矩形面と光照射面12は相似とは成らない。このとき、図4の右下側に示すように光照射面12の周辺部の光量の強度が増加し、下に凸となる照度分布になる。
このように、アフォーカル光学系20bの位置を光軸方向に移動させることで、光照射面12での照明光の照度分布が変化する。また、アフォーカル光学系20bが位置Bに配置されているときにおいて、可視光の焦点面である光照射面12では照明光の光量の分布は均一であるが、焦点面の近傍では照明光の光量の分布は不均一になる。
図5を参照して、可視光線の焦点面である光照射面12の前後での照度分布について説明する。
アフォーカル光学系20bが位置Bに配置されているときの可視光線の焦点面である光照射面12の位置を位置bとする。そして、位置bよりも集光光学系20a側の位置aでの照度分布は、図5の左下側に示すように、光照射面12の周辺部の光量の強度が減少し、上に凸となる。一方、位置bよりも集光光学系20aに対して反対側の位置cでの照度分布は、図5の右下側に示すように、光照射面12の周辺部の光量の強度が増加し、下に凸となる。
このように、照明光が可視光線であるときのコンデンサレンズ20の焦点面(位置b)の前後の位置aおよび位置c(デフォーカスされた位置)では、光量の分布は不均一になる。なお、光照射面12において照明光が照射される領域の一部を有効照射面として使用している場合には、デフォーカスさせることによって周辺部の光量の強度が上下するが、光照射面12において照明光が照射される領域の全体を有効照射面とした場合には、周辺部の光量の強度は低下するだけである。また、周辺部の光量の強度が上下のどちらに振れるかは光学系の設計によって異なるものとなる。
そして、照明光の波長域が切り替えられると、コンデンサレンズ20の軸上色収差により焦点面が光照射面12から移動するとともに、光照射面12での照明光の光量の分布が不均一になるが、アフォーカル光学系20bの位置を調整して、光照射面12で照明光の光量の分布を均一にすることができる。
図6を参照して、照明光が可視光から赤外光に切り替えられたときに、照明光の光量の分布が均一になる位置について説明する。
例えば、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bが基準位置(図4の位置B)にあるときに、照明光が赤外光(可視光よりも波長が長い光)に切り替えられると、赤外光でのコンデンサレンズ20の焦点面は、可視光での焦点面の位置bよりも後側、即ち、光照射面12よりも後側である位置eに移動する。ここで、例えば、赤外線でのディストーションが負となるようにコンデンサレンズ20が設計されている場合には、赤外光の焦点面(位置e)での照明光の強度は、図6の右下側に示すように、中央部より周辺部において大きくなる。また、光照射面12(可視光での焦点面)では、図6の左下側に示すように、照明光の強度は、中央部より周辺部において小さくなる。
従って、照明光の強度が中央部より周辺部において小さくなる位置bと、照明光の強度が中央部より周辺部において大きくなる位置eとの間に、照明光の強度のバランスが釣り合う位置が存在する。即ち、位置bと位置eとの間の位置dでは照明光の光量の分布が均一になる。
このとき、アフォーカル光学系20bを基準位置の位置Bよりもフライアイレンズ18側の位置Cに移動させると、図4を参照して説明したようにディストーションが変化するのに伴い、照明光の光量の分布が均一になる位置dが光照射面12側に移動する。このように、アフォーカル光学系20bの位置を調整することで、光照射面12において照明光の光量の分布が均一になるように調整することができる。
次に、図7を参照して、照明光が可視光から紫外光に切り替えられたときに、照明光の光量の分布が均一になる位置について説明する。
例えば、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bが基準位置(図4の位置B)にあるときに、照明光が紫外光(可視光よりも波長が短い光)に切り替えられると、紫外光でのコンデンサレンズ20の焦点面は、可視光での焦点面の位置bよりも前側、即ち、光照射面12よりも前側である位置fに移動する。ここで、例えば、紫外光でのディストーションが正となるようにコンデンサレンズ20が設計されている場合には、紫外光の焦点面(位置f)での照明光の強度は、図7の左下側に示すように、中央部より周辺部において小さくなる。また、光照射面12(可視光での焦点面)では、図7の右下側に示すように、中央部より周辺部において大きくなる。
従って、照明光の強度が中央部より周辺部において大きくなる位置bと、照明光の強度が中央部より周辺部において小さくなる位置fとの間に、照明光の強度のバランスが釣り合う位置が存在する。即ち、位置bと位置fとの間の位置gでは照明光の光量の分布が均一になる。
このとき、アフォーカル光学系20bを基準位置の位置Bよりも光照射面12側の位置Aに移動させると、図4を参照して説明したようにディストーションが変化するのに伴い、照明光の光量の分布が均一になる位置gが光照射面12側に移動する。このように、アフォーカル光学系20bの位置を調整することで、光照射面12において照明光の光量の分布が均一になるように調整することができる。
このように、照明光の波長域を切り替えても、アフォーカル光学系20bを適切な移動量で移動させることで、どの波長域の照明光でも、光照射面12における照明光の分布を一定の状態にすることができる。
そして、均一な光照射面の位置が光照射面12に合致するように、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを適切な移動量で移動させるために、照明装置11では、測定光学系において、フライアイレンズ18の光射出面18bとの共役面での照明光の光量が測定される。そして、その光量の変化に基づいて、均一な光照射面の移動(即ち、照明光の波長域の変化)を検知し、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動させる。
照明装置11では、測定光学系に照明光を導入するために、コンデンサレンズ20の集光光学系20aとアフォーカル光学系20bとの間に、ハーフミラー19が配置されている。ハーフミラー19は、光軸L1に沿って透過する照明光と、光軸L1に対して略直交する光軸L2に沿って反射する照明光とに照明光の光路を分岐する。
測定光学系に導入された照明光は、レンズ24により平行な光束とされた後、レンズ26により集光される。また、レンズ24とレンズ26との間であって、光照射面12と共役な位置に絞り25が配置されており、絞り25は、レンズ24により平行な光束とされた照明光の光軸を含む線を境として片側半分(図1の光軸L2より下側)の照明光を通過させる。
従って、レンズ26は、絞り25を通過した片側半分の照明光(光軸L2方向から見て半円形状の照明光)を集光し、フライアイレンズ18の光射出面18bと共役な共役面を形成する。そして、照明光が可視光であって、アフォーカル光学系20bが基準位置に配置されているときにフライアイレンズ18の光射出面18bと共役となる位置に、光量センサ29および31が配置されている。
光量センサ29および31は、フライアイレンズ18を構成する複数のレンズ素子の1つに対応する大きさの2分割センサであり、それぞれの受光部に照射される照明光の光量を示す電気信号を出力する。また、光軸L2を含む線を境として、光量センサ29は絞り25と同じ側(照明光が絞り25により遮られる側)に配置され、光量センサ31は絞り25と反対側(照明光が絞り25を通過する側)に配置される。
ここで、光量センサ29および31の受光部の面積は同一であるとする。従って、照明光が可視光であって、アフォーカル光学系20bが基準位置に配置されているとき、光量センサ29および31は同一の光量の照明光を受光し、光量センサ29および31の出力の差分は0となる。
図8には、照明光が可視光であるときに、光量センサ29および31に照射される照明光の状態が示されている。
上述したように、光量センサ29および31は、照明光が可視光であってアフォーカル光学系20bが基準位置に配置されているときにフライアイレンズ18の光射出面18bと共役となる位置に配置されている。従って、照明光が可視光であってアフォーカル光学系20bが基準位置に配置されているとき、光射出面18bで結像される光源13のフィラメント13aの像が、レンズ24および26により集光されて光量センサ29および31の受光面で結像されると、光量センサ29および31が受光する照明光の光量は等しくなる。即ち、光量センサ29および31の受光面上でフィラメント像が結像し、照明光の重心は、光量センサ29および31の境界上にある。
光量センサ29および31から出力される電気信号は制御部32に供給され、制御部32は、それらの出力の変化に基づいて均一な光照射面が光照射面12から移動したことを検知し、光量センサ29および31からの出力の差分に従って駆動部33を制御して、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを光軸L1に沿って移動させる。例えば、制御部32が、コンデンサレンズ20が基準位置となるように駆動部33を制御したとき、光量センサ29および31の出力の差分が0であれば、光照射面12において照明光が均一に照射されている。
そして、例えば、照明光が赤外光に切り替えられた場合、図9に示すように、測定光学系では、レンズ24からレンズ26に向かって照明光が若干広がるようになり、フライアイレンズ18の光射出面18bとの共役面は光量センサ29および31の位置よりも後側(図9の右側)に移動する。即ち、光量センサ29および31の位置よりも後側で、フィラメント像が結像するため、光量センサ29および31の受光面ではフィラメント像がボケてしまう。
これにより、図9において、光量センサ29の受光面上のフィラメント像が、光量センサ31の受光面上のフィラメント像よりも薄い線(点線)で示されているように、光量センサ29の照明光の受光量が低下するとともに、光量センサ31の照明光の受光量が増加する。つまり、光量センサ29および31に照射される照明光の重心が、光量センサ31側に移動する。
従って、制御部32は、光量センサ29および31の出力の差分に応じて駆動部33を制御し、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを光軸方向に移動(例えば、図1の下側に移動)させ、これにより、均一な光照射面の位置が光照射面12に合致する。即ち、図6を参照して説明したように、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bが基準位置にあるときに、照明光が赤外光に切り替えられると、均一な光照射面の位置は光照射面12よりも後側(図6の右側)に移動する。このとき、その移動量に応じて、光量センサ29および31の出力が変化するので、その差分値に応じた移動量で制御部32が駆動部33を制御し、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動させることで、均一な光照射面の位置を光照射面12に合致させることができる。
一方、例えば、照明光が紫外光に切り替えられた場合、図10に示すように、測定光学系では、レンズ24からレンズ26に向かって照明光が若干狭まるようになり、フライアイレンズ18の光射出面18bとの共役面は光量センサ29および31の位置よりも前側(図10の左側)に移動する。即ち、光量センサ29および31の位置よりも前側で、フィラメント像が結像するため、光量センサ29および31の受光面ではフィラメント像がボケてしまう。
これにより、図10において、光量センサ31の受光面上のフィラメント像が、光量センサ29の受光面上のフィラメント像よりも薄い線(点線)で示されているように、光量センサ31の照明光の受光量が低下するとともに、光量センサ29の照明光の受光量が増加する。つまり、光量センサ29および31に照射される照明光の重心が、光量センサ29側に移動する。
従って、制御部32は、光量センサ29および31の出力の差分に応じた移動量で駆動部33を制御し、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを光軸方向に移動(例えば、図1の上側に移動)させ、これにより、均一な光照射面の位置が光照射面12に合致する。
また、制御部32には、光量センサ29および31の出力の差分、およびコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置の組み合わせと、照明光の波長域との対応関係が予め実測または計算により求められたデータが記憶されている。制御部32は、その対応関係を参照して、現在のアフォーカル光学系20bの位置における光量センサ29および31の出力の差分から、照明光の波長域を特定し、その波長域の照明光が光照射面12において均一に照射される位置にアフォーカル光学系20bを移動するように駆動部33を制御する。
なお、どの波長域の照明光であっても、光量センサ29および31の出力の差分が0となるアフォーカル光学系20bの位置で、光照射面12において照明光が均一となるように光学系が構成されているときには、制御部32は、光量センサ29および31の出力の差分が0となるように、アフォーカル光学系20bの位置を制御する。
以上のように、照明装置11では、測定光学系において、フライアイレンズ18の光射出面18bとの共役面における照明光の光量を光量センサ29および31により検出し、光量センサ29および31の出力の差分に応じた移動量でコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを光軸L1に沿って移動させるので、照明光の波長域が切り替えられても、光照射面12に均一な光照射面の位置を常に合致させることができる。これにより、照明装置11は、光照射面12に配置される撮像素子の受光面に、光量の分布が均一な照明光を照射することができ、撮像素子の検査を正確に行うことができる。
特に、照明装置11は、可視光、および、赤外光または紫外光に照射光の波長域を切り替えても、照射光の光量の分布を光照射面12で常に均一にすることができるので、可視光で撮像を行い、かつ、赤外光または紫外光で撮像を行う撮像素子、具体的には、セキュリティの分野で使用される撮像素子の検査に用いて好適である。
なお、図1の照明装置11では、均一な光照射面の位置の移動に応じてコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを調整することで、光照射面12に均一な光照射面の位置を合致させる構成となっているが、例えば、均一な光照射面の位置の移動に応じて照明装置11自体と被検物との相対的な距離(即ち、集光光学系20aと光照射面12との相対的な距離)を調整して、光照射面12に均一な光照射面の位置を合致させる構成としてもよい。
また、コンデンサレンズ20を構成するアフォーカル光学系20bを移動させる構成ではなく、コンデンサレンズ20自体を移動させて光照射面12に均一な光照射面の位置を合致させる構成とすることができる。なお、コンデンサレンズ20を構成するアフォーカル光学系20bを移動させる機構としては、従来の照明装置が備えるコンデンサレンズの焦点距離を微調整する機構を利用してもよい。
また、照明装置11では、絞り25を使用し、絞り25を通過した片側半分の照明光が光量センサ29および31に入射するので、均一な光照射面の位置の移動を容易に検出することができる。また、照明装置11では、光量センサ29および31のような2分割センサを使用することにより、照明光の光量を有効に活用することができる。
なお、照明装置11において、光量センサ29および31に替えて、CCDなどのように照明光の分布を2次元的に測定できる測定手段を使用することができる。この場合、フライアイレンズ18の光射出面18bとの共役面における照明光の重心位置を求めることができ、その重心位置の移動に基づいて、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動させ、均一な光照射面の位置を光照射面12に合致させることができる。
次に、図11は、本発明を適用した照明装置の第2の実施の形態の構成例を示す図である。
図11に示されている照明装置51において、図1の照明装置11と共通する構成要素については、同一の符号を付してあり、以下その説明は適宜省略する。
即ち、照明装置51は、光照射面12、光源13、コレクタレンズ14、リレーレンズ15、フィルタ16、リレーレンズ17、フライアイレンズ18、ハーフミラー19、コンデンサレンズ20、ターレット21、駆動部22、制御部32、および駆動部33を備える点で、図1の照明装置11と共通する。但し、照明装置51では、測定光学系としてリレーレンズ52を具備している。また、光量センサ53乃至56を備える点で、図1の照明装置11と異なっている。
リレーレンズ52には、ハーフミラー19により分岐された照明光が入射し、コンデンサレンズ20の集光光学系20aを通過した照明光の光量の分布が均一になる面(均一な光照射面)と共役な共役面を形成する。このリレーレンズ52はコンデンサレンズ20の集光光学系20aとほぼ同一特性を有するレンズである。
光量センサ53乃至56は、測定光学系における光照射面12と共役な位置の近傍に配置され、照明光の光量の分布を検出する。
即ち、光軸L2に沿ってリレーレンズ52から見て光照射面12と共役な位置よりも、光量センサ53および54は前側(図11の左側)に所定の一定距離となる位置に配置され、光量センサ55および56は後側(図11の右側)に所定の一定距離となる位置に配置される。また、光量センサ53および55は、照射領域の中央付近に配置され、光量センサ54および56は、照射領域の周辺部に配置される。
そして、光量センサ53乃至56からの出力が制御部32に供給され、制御部32は、それらの出力に従って、駆動部33を制御してコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを光軸L1に沿って移動させる。
ここで、光照射面12と共役な位置よりも前側で照射領域の中央付近に配置されている光量センサ53からの出力をPfcとし、光照射面12と共役な位置よりも前側で照射領域の周辺部に配置されている光量センサ54からの出力をPfpとし、光照射面12と共役な位置よりも後側で照射領域の中央付近に配置されている光量センサ55からの出力をPbcとし、光照射面12と共役な位置よりも後側で照射領域の周辺部に配置されている光量センサ56からの出力をPbpとする。
例えば、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bが基準位置にあって、照明光が可視光であるとき、光照射面12と共役な位置に、リレーレンズ52により形成される均一な光照射面との共役面が一致するので、その位置で照明光の光量の分布が均一になり、このとき、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分と、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分は等しくなる(即ち、Pfc−Pfp=Pbp−Pbc)。ここで、符号が逆転するのは、光照射面12と共役な位置で照明光の光量の分布が均一となった時に、その前後位置では光量の分布が、光照射面12と共役な位置を境として対称な凹形および凸形となるためである(図5参照)。
そして、例えば、照明光が紫外光に切り替えられた場合、上述したように均一な光照射面の位置が光照射面12よりも前側(図11の下側)に移動するとともに、測定光学系における均一な光照射面は、光照射面12と共役な位置よりも前側(図11の左側)に移動する。これにより、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分が、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分より小さくなる(即ち、Pfc−Pfp<Pbp−Pbc)。
従って、この場合、制御部32は、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分と、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分が等しくなるように、それらの差分の変化量に応じて、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動(例えば、図11の上側に移動)させる。このように、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分と、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分が等しくなるように、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動させることで、光照射面12に均一な光照射面の位置を合致させることができる。
一方、例えば、照明光が赤外光に切り替えられた場合、上述したように均一な光照射面の位置が光照射面12よりも後側(図11の上側)に移動するとともに、照明光の光量の分布が均一になる面は、光照射面12と共役な位置よりも後側(図11の右側)に移動する。これにより、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分が、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分より大きくなる(即ち、Pfc−Pfp>Pbp−Pbc)。
従って、この場合、制御部32は、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分と、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分が等しくなるように、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動(例えば、図11の下側に移動)させる。このように、光量センサ53からの出力と光量センサ54からの出力との差分と、光量センサ55からの出力と光量センサ56からの出力との差分が等しくなるように、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動させることで、光照射面12に均一な光照射面の位置を合致させることができる。
以上のように、照明装置51では、光照射面12と共役な位置における照明光の光量の分布の一様性を、光量センサ53乃至56により検出し、光量センサ53乃至56の出力に応じてコンデンサレンズ20を光軸L1に沿って移動させるので、照明光の波長域が切り替えられても、光照射面12に均一な光照射面の位置を常に合致させることができる。
また、このような制御を行うことで、図1の照明装置11において参照される対応関係などを使用することなく、コンデンサレンズ20の位置を調整する制御を容易に行うことができる。
また、照明装置11および51では、コンデンサレンズ20の集光光学系20aとアフォーカル光学系20bとの間にハーフミラー19を配置して照明光の光路を分岐させているが、例えば、ハーフミラー19に替えて、図示しない全反射ミラーを配置させてもよい。この場合、全反射ミラーにより光軸L2に沿って反射する照明光により均一な光照射面の位置の移動量を検出して、その移動量に従ってコンデンサレンズ20の位置を調整した後に、全反射ミラーを抜いた状態で、即ち、フライアイレンズ18を通過した照明光の全ての光量が光照射面12に照射される状態で、被検物の検査を行うことができる。即ち、ハーフミラー19を使用することによる照明光の光量の低下を回避することができる。
なお、照明装置11および51では、コンデンサレンズ20の集光光学系20aとアフォーカル光学系20bとの間にハーフミラー19が設置されているが、例えば、ハーフミラー19は、コンデンサレンズ20の集光光学系20aと光照射面12との間に設置してもよい。この場合、ハーフミラー19により分岐された光束が、コンデンサレンズ20によって共役面を形成することになるので、照明装置11ではレンズ24を備える必要がなく、照明装置51ではリレーレンズ52を備える必要がなくなり、照明装置11の構成を簡易化することができる。
また、コンデンサレンズ20の集光光学系20aとアフォーカル光学系20bとの間にハーフミラー19を配置した場合には、コンデンサレンズ20と光照射面12との間の空間が広くすることができるとともに、レンズ24またはリレーレンズ52以降の光学系の設置や、その光学系の設計の自由度を向上させることができる。
次に、図12は、本発明を適用した照明装置の第3の実施の形態の構成例を示す図である。
図12に示されている照明装置61において、図11の照明装置51と共通する構成要素については、同一の符号を付してあり、以下その説明は適宜省略する。
即ち、照明装置61は、光照射面12、光源13、コレクタレンズ14、リレーレンズ15、フィルタ16、リレーレンズ17、フライアイレンズ18、ハーフミラー19、コンデンサレンズ20、ターレット21、駆動部22、制御部32、駆動部33、およびリレーレンズ52を備える点で、図11の照明装置51と共通する。但し、照明装置61では、光量センサ62および63を備える点で、図11の照明装置51と異なっている。
光量センサ62および63は、測定光学系における光照射面12と共役な位置に配置され、照明光の光量の分布を検出する。光量センサ62は、照射領域の中央付近に配置され、光量センサ63は、照射領域の周辺部に配置される。そして、光量センサ62および63からの出力が制御部32に供給され、制御部32は、それらの出力に従って、駆動部33を制御してコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを光軸L1に沿って移動させる。
照明装置61では、光照射面12において照明光の光量の分布が均一であれば、光量センサ62および63の出力の差分は0であり、照明光が赤外光または紫外光に切り替えられると、光量センサ62および63の出力の差分が変化する。そこで、制御部32は、例えば、アフォーカル光学系20bを光軸L1に沿ってどちらかの方向に微小量だけ動かして光量センサ62および63の出力の差分が小さくなる方向を求め、その方向にアフォーカル光学系20bを移動させて、光量センサ62および63の出力の差分が0となるように調整する。これにより、光照射面12に均一な光照射面の位置を合致させることができる。
次に、図13は、本発明を適用した照明装置の第4の実施の形態の構成例を示す図である。
図13に示されている照明装置71において、図1の照明装置11と共通する構成要素については、同一の符号を付してあり、以下その説明は適宜省略する。
即ち、照明装置71は、光照射面12、光源13、コレクタレンズ14、リレーレンズ15、フィルタ16、リレーレンズ17、フライアイレンズ18、ハーフミラー19、コンデンサレンズ20、ターレット21、駆動部22、制御部32、および駆動部33を備える点で、図1の照明装置11と共通する。但し、照明装置71では、制御部32が、駆動部22の制御に連動して駆動部33を制御する点で、図1の照明装置11と異なっている。
図13の制御部32には、ターレット21に装着されている複数のフィルタ16と、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置との対応関係が記憶されており、制御部32は、その対応関係を参照して駆動部33を制御する。即ち、照明装置71では、ターレット21に装着されている複数のフィルタ16のそれぞれが光軸L1上に配置されたときに、それぞれのフィルタ16が通過させる波長域の照射光による均一な光照射面の位置を光照射面12に一致させるコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置が、予め実測または計算により求められ、フィルタ16とコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置との対応関係が制御部32に記憶されている。
例えば、作業者が、図示しない操作部を操作して被検物に照射する照明光の波長域を指令すると、制御部32は、その指令に従って駆動部22を駆動して、ターレット21を回転させて所望のフィルタ16を光軸L1上に配置させる。このとき、制御部32は、フィルタ16とコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置との対応関係を参照し、光軸L1上に配置させたフィルタ16に応じた位置にコンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bを移動させる。これにより、光軸L1上に配置されているフィルタ16が通過させる波長域の照射光の均一な光照射面の位置を光照射面12に合致させることができる。
以上のように、照明装置71では、制御部32が、ターレット21に装着されている複数のフィルタ16と、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置との対応関係を把握しておくことで、光軸L1上に配置されているフィルタ16に応じて、コンデンサレンズ20のアフォーカル光学系20bの位置を調整することができ、光照射面12に均一な光照射面の位置を常に合致させることができる。
なお、本実施の形態においては、測定光学系における光量の分布の測定結果に応じてアフォーカル光学系20bの位置が調整されているが、測定光学系において切り替えられた照明光の波長を検出することができれば、光量センサ以外の測定手段を用いることができる。例えば、測定光学系において、分光器などにより照明光の波長を測定してもよく、この場合、測定された波長ごとに設定されているアフォーカル光学系20bの移動量に従って、アフォーカル光学系20bの位置が調整される。
なお、本発明は、撮像装置を検査する検査装置で使用される照明装置に限られるものではなく、例えば、他の工業製品や生体試料などを観察する顕微鏡装置で使用される照明装置などに適用することができる。
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
11 照明装置, 12 光照射面, 13 光源, 14 コレクタレンズ, 15 リレーレンズ, 16 フィルタ, 17 リレーレンズ, 18 フライアイレンズ, 19 ハーフミラー, 20 コンデンサレンズ, 21 ターレット, 22 駆動部, 23 レンズ素子, 24 レンズ, 25 絞り, 26 レンズ, 29 光量センサ, 31 光量センサ, 32 制御部, 33 駆動部, 51 照明装置, 52 リレーレンズ, 53乃至56 光量センサ, 61 照明装置, 62および63 光量センサ, 71 照明装置
Claims (5)
- 被検物の被照射面に照明光を照射する照明装置において、
前記照明光を発生する光源と、
前記光源からの前記照明光が平行な光束となるように屈折する第1のレンズと、
前記第1のレンズにより平行な光束とされた前記照明光の光軸に略直交する平面に沿って配列される複数のレンズ素子により、複数の光源像を形成するフライアイレンズと、
前記フライアイレンズにおいて形成された前記複数の光源像からの光束を平行光束にし、前記複数の光源像からの光束を、前記被検物の被照射面に重畳させる第2のレンズと、
前記被検物に向かう光学系から分離された測定光学系における測定結果に応じて、前記第2のレンズを構成する少なくとも一部の光学系と前記被照射面との相対的な距離を調整する調整手段と
を備えることを特徴とする照明装置。 - 前記第2のレンズは、前記調整手段により位置が調整される第1の光学系と、前記第1の光学系よりも前記被照射面側に配置された第2の光学系で構成されており、
前記第1の光学系と前記第2の光学系との間に配置され、前記被検物に向かう光束の一部を分割して前記測定光学系に導入する分割手段
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記測定光学系は、
一組のリレーレンズと、
前記リレーレンズの間に形成される前記被照射面と共役な位置に配置され、前記照明光の片側半分の光束を通過させる絞りと、
前記リレーレンズにより形成される前記フライアイレンズの光射出面と共役となる位置における光量の分布を前記測定結果として出力する測定手段と
を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記測定光学系は、前記被照射面と共役な位置の前側における前記測定光学系の中央部および周辺部での光量と、前記被照射面と共役な位置の後側における前記測定光学系の中央部および周辺部での光量とを測定結果として出力する測定手段を有し、
前記調整手段は、前記被照射面と共役な位置の前側における前記測定光学系の中央部および周辺部での光量の差と、前記被照射面と共役な位置の後側における前記測定光学系の中央部および周辺部での光量の差との変化量に応じて、前記第2のレンズを構成する少なくとも一部の光学系と前記被照射面との相対的な距離を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記測定光学系は、前記被照射面と共役な位置における前記測定光学系の中央部および周辺部での光量を測定結果として出力する測定手段を有し、
前記調整手段は、前記被照射面と共役な位置における前記測定光学系の中央部および周辺部での光量が等しくなるように、前記第2のレンズを構成する少なくとも一部の光学系と前記被照射面との相対的な距離を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009295662A JP2011134687A (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009295662A JP2011134687A (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 照明装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011134687A true JP2011134687A (ja) | 2011-07-07 |
Family
ID=44347172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009295662A Withdrawn JP2011134687A (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 照明装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011134687A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101418781B1 (ko) * | 2014-01-16 | 2014-07-11 | 에스피오주식회사 | 고해상도 광학계에서의 조명 균일화 장치 |
WO2015194131A1 (ja) * | 2014-06-20 | 2015-12-23 | 株式会社デンソー | 車両用投射装置 |
CN105814423A (zh) * | 2013-12-16 | 2016-07-27 | 日本电信电话株式会社 | 端面观测装置 |
-
2009
- 2009-12-25 JP JP2009295662A patent/JP2011134687A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105814423A (zh) * | 2013-12-16 | 2016-07-27 | 日本电信电话株式会社 | 端面观测装置 |
CN105814423B (zh) * | 2013-12-16 | 2018-06-29 | 日本电信电话株式会社 | 端面观测装置 |
KR101418781B1 (ko) * | 2014-01-16 | 2014-07-11 | 에스피오주식회사 | 고해상도 광학계에서의 조명 균일화 장치 |
WO2015194131A1 (ja) * | 2014-06-20 | 2015-12-23 | 株式会社デンソー | 車両用投射装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6086362B2 (ja) | 検査システム及び検査用照明装置 | |
EP2315065B1 (en) | Microscope | |
JP5895305B2 (ja) | 検査用照明装置及び検査用照明方法 | |
WO2007079397A3 (en) | Autofocus method and system for an automated microscope | |
WO2006028183A1 (ja) | レンズ系調整装置およびそれを用いたレンズ系調整方法、並びに、撮像装置の製造装置および撮像装置の製造方法 | |
JP6387381B2 (ja) | オートフォーカスシステム、方法及び画像検査装置 | |
JP2011134687A (ja) | 照明装置 | |
US10939026B2 (en) | Observation apparatus | |
JP2013002951A (ja) | 測定装置 | |
JP2008046011A (ja) | 表面検査装置 | |
JP2009271046A (ja) | 光計測装置及び計測用光学系 | |
KR101447857B1 (ko) | 렌즈 모듈 이물 검사 시스템 | |
TWI699510B (zh) | 增加用於檢測和度量之高度感測器之動態範圍 | |
KR102129239B1 (ko) | 다중 초점식 광학 검사장치 | |
JP2010237029A (ja) | 赤外線光学系の評価装置及びその評価方法 | |
JP2018189517A (ja) | 計測装置、および物品製造方法 | |
WO2018131101A1 (ja) | 荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置 | |
JPH11304640A (ja) | 光学素子検査装置 | |
JPH10246857A (ja) | 斜光照明装置 | |
JP2007148084A (ja) | 焦点検出装置 | |
CN117269190A (zh) | 一种晶圆缺陷光学检测系统 | |
JP2004317310A (ja) | 暗視野照明装置、及び欠陥検出装置 | |
CN110793917A (zh) | 狭缝光源以及包括该狭缝光源的视觉检查装置 | |
JP4220571B1 (ja) | 微小高さ測定装置 | |
JP2010014467A (ja) | 表面検査装置および表面検査方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130305 |