JP4624708B2

JP4624708B2 - 多方向観察装置

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Description

この発明は、同一の観察対象物を異なる複数の方向から観察可能な多方向観察装置に関するものである。

従来、観察対象物を横方向から観察する観察装置としては、例えば、非特許文献１に示された構造のものがある。この観察装置は、撮像手段から観察対象物までの光路をミラーによって屈曲させて、斜め方向から観察対象物を撮像するようになっている。撮像手段に向かう光軸回りにミラーを回転させることにより、ワークを傾けることなく、観察対象物を３６０°のあらゆる方向から観察することができるようになっている。
「マイクロスコープ／デジタル顕微鏡：オムロン制御機器」、[online]、［平成１６年４月６日検索］、インターネット＜URL: http://www.fa.omron.co.jp/sensing/selection/eizou/vc-hr/tokucho.html＞

しかしながら、このような構造の観察装置では、観察対象物に焦点を合わせた後には、ミラーの回転のみによって容易に全周にわたる画像を撮像可能であるが、撮像手段に向かう光軸がミラーによって遮られているために、撮像手段は、観察対象物を直接撮像することができない。このため、斜め方向からの画像のみを用いて焦点合わせを行うことになるが、この場合には、ミラーを回転させたときにピントが合う位置は１カ所に限られる場合が多く、ミラーを回転させて異なる方向から観察するたびに焦点合わせを行う必要があるという煩わしさがある。これを回避するためには、観察対象物への焦点合わせ作業を、別の手段を用いて行う必要があり、装置が複雑化するという不都合がある。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で同一の観察対象物を複数の方向から観察可能な多方向観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、同一観察対象物の正面と複数の側面を同時に観察する多方向観察装置であって、前記正面を観察する一の光路上の焦点位置の像と、前記複数の側面を観察する複数の他の光路上の焦点位置の像とを同一の撮像手段に結像させる結像光学系と、前記複数の他の光路上にそれぞれ配置され、前記観察対象物から前記撮像手段までの、前記一の光路と前記複数の他の光路との空気換算長を一致させる焦点位置補正部材とを備え、前記焦点位置補正部材が、該焦点位置補正部材を通る全光路の空気換算長が等しくなるように、前記焦点位置補正部材と前記観察対象物との距離に応じた長さを有する多方向観察装置を提供する。

この発明によれば、焦点位置補正部材の作動により、一の光路および他の光路の空気換算長が一致させられるので、一の光路上の焦点位置の像と、他の光路上の焦点位置の像とが結像光学系によって、同時に同一の撮像手段に結像されることになる。したがって、簡易な構成により、同一の観察対象物を複数方向から同時に観察することができる。

上記発明においては、前記焦点位置補正部材が、一の光路に対して、該一の光路とは異なる方向に他の光路を偏向する偏向部材であることが好ましい。観察方向を異ならせる偏向部材が焦点位置補正部材を兼ねることにより、部品点数を少なくして簡易な構成により上記作用を達成することが可能となる。

また、上記発明においては、前記焦点位置補正部材がプリズムからなることが好ましい。プリズムを透過させることにより、空気との屈折率の相違によって簡易に空気換算長を一致させることができる。

また、上記発明においては、前記焦点位置補正部材が複数に分割され、少なくとも１つが挿脱可能に設けられていることが好ましい。焦点位置補正部材の少なくとも１つを挿脱することにより、空気換算長を変化させることができる。したがって、寸法の異なる観察対象物を観察する場合にも、焦点位置補正部材を挿脱させるだけで、光路長の異なる複数の方向から同一観察対象物の像を同時に同一の撮像手段に結像させることが可能となる。

また、上記発明においては、前記一の光路に沿う方向に、前記観察対象物、結像光学系または撮像手段を変位させる第１の焦点位置調節手段と、前記一の光路に直交し、かつ、前記他の光路を含む平面に沿う方向に前記焦点位置補正部材または前記観察対象物を変位させる第２の焦点位置調節手段とを備えることが好ましい。

この発明によれば、まず、第１の焦点位置調節手段を作動させることにより、観察対象物、結像光学系または撮像手段を一の光路に沿う方向に変位させ、一の光路上の焦点位置の像を撮像手段に結像させる。次いで、第２の焦点位置調節手段を作動させ、一の光路に直交する方向に焦点位置補正部材または観察対象物を変位させることにより、一の光路上の焦点位置の像を撮像手段に結像させたまま、他の光路上の焦点位置の像を同じ撮像手段に結像させることができる。

また、本発明の参考例として、同一観察対象物を光路長の異なる複数方向から観察する装置であって、一の光路上の焦点位置の像と、他の光路上の焦点位置の像とを同一の撮像手段に結像させる結像光学系と、前記一の光路上の焦点位置の像が撮像手段に結像された状態から、当該一の光路と他の光路との光路長の差に基づいて決定される所定距離だけ、前記一の光路上の像の結像状態をずらして、他の光路上の焦点位置の像を撮像手段に結像させる焦点位置調節手段とを備える多方向観察装置を提供する。

この参考例によれば、光路長の異なる複数の光路が結像光学系の作動により、同一の撮像手段に結像される。この場合に、一の光路と他の光路とでは光路長が異なるので、一の光路上の焦点位置の像を撮像手段に結像させると、他の光路上の焦点位置の像は撮像手段に結像されずに撮像される。したがって、焦点位置調節手段を作動させることにより、光路長の差に基づいて決定される所定距離だけ一の光路上の像の結像状態をずらして、他の光路上の焦点位置の像を撮像手段に結像させることができる。これにより、同一の撮像手段によって、光路長の異なる複数方向から同一の観察対象物を観察することが可能となる。

本発明によれば、同一の観察対象物を異なる複数の方向から観察した場合の画像を同一の撮像手段によって簡易に取得することができる。その結果、同一の観察対象物を複数の方向から観察する場合に、焦点位置合わせを容易に行うことができ。全ての光路上の焦点位置の像を鮮明に撮像することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る多方向観察装置について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る多方向観察装置１は、図１に示されるように、観察対象物であるＩＣチップＳの裏面に設けられた端子Ｓ_１の長さ寸法を計測する装置であって、光源２と、該光源２からの光を偏向するハーフミラー３と、ハーフミラー３により偏向された光をＩＣチップＳの裏面に結像させる第１の結像光学系４と、ＩＣチップＳの裏面において反射され、第１の結像光学系４およびハーフミラー３を透過した光を撮像するＣＣＤ（荷電結合素子：Charge Coupled Device）のような撮像素子（撮像手段）５と、該撮像素子５とハーフミラー３との間に配置され、ハーフミラー３を透過した光を撮像素子５の撮像面に結像させる第２の結像光学系６と、ＩＣチップＳの裏面に対し間隔を空けて配置される焦点位置補正部材７とを備えている。図中符号８は、撮像された画像を表示するモニタ、符号９は、ＩＣチップＳを搭載するステージである。

焦点位置補正部材７は、図２（ａ）に示されるように、正方形のＩＣチップＳの外形寸法より、若干大きな間隔をあけて、ＩＣチップＳの各辺に沿って配置される４個のプリズム（以下、プリズム７という。）により構成されている。各プリズム７は、同図（ｂ）に示されるように、相互に対向する側面の下部に、下方に向かって漸次中心から離れる方向に傾斜する傾斜面７ａを備えている。この傾斜面７ａの傾斜角度は、水平に配置された前記ＩＣチップＳの裏面に対して６０°の角度をなしており、ＩＣチップＳの裏面に直交する光路Ｌ１に対して６０°の角度をなした方向からＩＣチップＳの端子Ｓ１を観察できるようになっている。

言い換えると、水平に配置されたＩＣチップＳを鉛直上方から見ると、図２（ａ）に示されるように、４個のプリズム７によって囲まれた空間にＩＣチップＳ全体を見ることができるとともに、４個のプリズム７の上端面には、３０°斜め上から見たＩＣチップＳを見ることができるようになっている。
すなわち、図２（ｂ）に示されるように、ＩＣチップＳを直接鉛直上方から見る第１の光路Ｌ_１と、プリズム７を介して斜め上方４方向からＩＣチップＳを見る第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５とが形成されている。図２（ｂ）には、説明の簡単のために光路Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_４を示し、光路Ｌ_３，Ｌ_５は省略している。第１の光路Ｌ_１と第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５とは、異なる光路長を有している。

本実施形態においては、第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５は、空気光路とプリズム７内の光路とを備え、例えば、図３に示されるように、空気光路長Ｂと、プリズム７内の光路長Ｃ_１＋Ｃ_２＋Ｃ_３とを足し合わせた光路長を有している。プリズム７の屈折率をｎとすると、第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５の空気換算光路長Ａ_２は、Ａ_２＝Ｂ＋（Ｃ_１＋Ｃ_２＋Ｃ_３）／ｎとなる。本実施形態においては、第１の光路Ｌ_１の光路長をＡ_１として、Ａ_１＝Ａ_２となるようにプリズム７の屈折率ｎが選択されている。その結果、第１の光路Ｌ_１とその他の光路Ｌ_２〜Ｌ_５とは空気換算光路長において一致することとなるので、各光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の焦点位置をＩＣチップＳのそれぞれの観察位置に一致させることにより、全ての光路Ｌ_１〜Ｌ_５上における同一の観察対象物であるＩＣチップＳの像を同時に撮像素子５の撮像面に結像させることができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る多方向観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る多方向観察装置１を用いて、ＩＣチップＳの裏面および該裏面に立設されている端子Ｓ１の長さを観察するには、まず、裏面を上に向けたＩＣチップＳを水平なステージ９上に配置し、その上方から本実施形態の多方向観察装置１を近接させる。

プリズム７をＩＣチップＳに近接配置するとともに、４個のプリズム７の間の空間を通して上方からＩＣチップＳ全体が見えるように位置調整して、光源２を作動させる。光源２から発せられた光は、ハーフミラー３により反射されることにより、第１の結像レンズ４を介してＩＣチップＳの裏面に集光され、プリズム７間の空間を通過する第１の光路Ｌ_１と、プリズム７を通過する第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５を通ってＩＣチップＳに照射される。

ＩＣチップＳにおいて反射された光は、第１の結像レンズ４を透過して戻り、ハーフミラー３を透過して第２の結像レンズ６により撮像素子５の撮像面に集光されることになる。
ＩＣチップＳの裏面を真上から観察する第１の光路Ｌ_１と、ＩＣチップＳの足を斜め上から観察する第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５とが、その空気換算光路長を一致させられているので、第１〜第５の光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の全てのピントが同時に合う位置に、多方向観察装置１を配置することができる。

この場合において、本実施形態に係る多方向観察装置１によれば、同一の撮像素子５によって光路長の異なる全ての光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の焦点位置の像を撮像することができる。したがって、まず、第１の光路Ｌ_１における焦点位置をＩＣチップＳの裏面に一致させ、次いで、第１の光路Ｌ_１における焦点位置がＩＣチップＳの裏面に一致した状態を維持したまま、他の光路Ｌ_２〜Ｌ_５における焦点位置をＩＣチップＳの足に一致させることができる。これにより、全ての光路上Ｌ_１〜Ｌ_５の焦点位置の像を同時に撮像素子５に簡単に結像させることができる。

また、この場合に、第１の光路Ｌ_１における焦点位置合わせ作業を特別な装置を用いることなく実施できる。したがって、装置を入れ替えることなく、簡易かつ迅速に、同一のＩＣチップＳを複数方向から見た鮮明な画像を取得することができる。また、同一の撮像素子５によって全ての光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の焦点位置の像を撮像するので、装置の構成を簡易にすることができ、また、装置のコンパクト化を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、焦点位置調節部材として、４個のプリズム７を設けたが、その個数に限定されるものではなく、観察する箇所に応じて個数を任意に設定してもよい。
また、４個のプリズム７は、同一形状のものを使用した場合について説明したが、これに代えて、同一観察対象物Ｓの異なる位置の観察対象部位ｆ_１，ｆ_２を観察する場合には、図４に示されるように、異なる形状のプリズム７′，７″を採用してもよい。
また、図５に示されるように、観察対象物Ｓが正方形ではない異形の場合、例えば、長方形の場合には、それに合わせて４個のプリズム７の長さを異ならせることにしてもよい。

さらに、形状の異なる複数の観察対象物Ｓ，Ｓ′を観察したい場合には、図６に示されるように、観察対象物Ｓ，Ｓ′を変更することにより生ずる光路長の増減を補償するための光路長補償部材１０を挿脱可能に設けることにしてもよい。図６に示される例では、第１の実施形態のプリズム７上に挿脱される他のプリズム１０である。このプリズム１０の厚さおよび屈折率を調節することにより、このプリズム１０を挿入したときの空気換算光路長を任意に調節することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る多方向観察装置１１について、図７および図８を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においては、上述した第１の実施形態に係る多方向観察装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態に係る多方向観察装置１１は、図７に示されるように、第１の結像光学系４をその光軸方向（すなわち、上下方向）に変位させる光学系移動機構（第１の焦点位置調節機構）１２と、観察対象物であるＩＣチップＳを搭載したステージ９を水平２方向（Ｘ、Ｙ方向）に変位させる対象物移動機構（第２の焦点位置調節機構）１３とを備えている。また、撮像素子５により撮像されたＩＣチップＳの画像を受信して画像処理し、前記光学系移動機構１２と対象物移動機構１３とを制御する制御装置１４を備えている。その他の構成は、第１の実施形態に係る多方向観察装置１と同じである。

前記制御装置１４は、まず、撮像素子５により撮像された画像に基づいて、光学系移動機構１２を作動させ、次いで、対象物移動機構１３を作動させるように構成されている。
以下、制御装置１４の動作手順の一例について、図８を参照して説明する。
図８は撮像素子５の撮像面に撮像される画像を示している。撮像面は、画像処理の便宜上図８中に鎖線で示されるように、中央の領域Ｐ、周囲の領域Ｑ_１〜Ｑ_４に分割されているものとする。

図８（ａ）に示されるように、ＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１と撮像素子５の中心位置Ｏ_２とがずれており、かつ、第１の結像光学系４の結像位置もＩＣチップＳの裏面から離れた位置にある状態から、全ての光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の焦点位置をＩＣチップＳの裏面に一致させる場合について説明する。
撮像素子５において画像が撮像されると、制御装置１４は、まず、図８（ａ）に示される撮像素子５の撮像面の中央近傍の領域Ｐの画像Ｇ_１を処理してそのコントラスト比を計算する。そして、領域Ｐのコントラスト比の計算を光学系移動機構１２を逐次作動させながら繰り返し、コントラスト比が最も大きくなる位置に光学系移動機構１２を停止する。

これにより、画像のコントラスト比が最も大きくなった時点で、図８（ｂ）に示されるように、領域Ｐの画像Ｇ_１はピントが合った鮮明な画像となる。領域Ｐの画像Ｇ_１は、プリズム７間の空間を通過して真上からＩＣチップＳ全体を観察する第１の光路Ｌ_１の画像を示している。したがって、これにより第１の光路Ｌ_１の焦点位置がＩＣチップＳの裏面に一致させられたことになる。
一方、ＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１と撮像素子５の中心位置Ｏ_２とは相変わらずずれているので、周囲の領域Ｑ_１〜Ｑ_４の画像はピントが合っていない。

次に制御装置は、ピントがあった領域Ｐの画像Ｇ_１を処理して、ＩＣチップＳの外縁を検出する。これにより、撮像素子５の中心位置Ｏ_２がＩＣチップの中心位置Ｏ_１に対して、どちらにどれだけずれているのかが判るので、制御装置１４は、そのずれが少なくなる方向に対象物移動機構１３を作動させてステージ９を水平方向に変位させる。

図８（ｂ）に示す例では、撮像素子５の中心位置Ｏ_２はＩＣチップの中心位置Ｏ_１に対して左下方向にずれているので、まずステージ９をＸ方向に矢印で示されるように移動させ、撮像素子５の中心位置Ｏ_２のＸ座標とＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１のＸ座標とを一致させる。制御装置１４は、上記において検出したＩＣチップＳの外縁から割り出した移動量だけステージ９を変位させることにしてもよいが、上記と同様に、領域Ｑ_１，Ｑ_３のいずれかのコントラスト比が最も大きくなる地点、あるいは、これら領域Ｑ_１，Ｑ_３のコントラスト比が一致する地点においてステージ９の変位を停止することにしてもよい。これにより、領域Ｐの画像Ｇ_１に加え、領域Ｑ_１，Ｑ_３の画像Ｇ_２，Ｇ_４、すなわち、第２、第４の光路Ｌ_２，Ｌ_４上の焦点位置がＩＣチップＳに一致させられ、ＩＣチップＳの裏面に設けられた足Ｓ１を斜め上方から見た鮮明な画像を得ることができる。

同様にして、図８（ｃ）に示されるように、ステージ９をＹ方向に矢印で示されるように移動させ、撮像素子５の中心位置Ｏ_２のＹ座標とＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１のＹ座標とを一致させる。制御装置１４は、同様にＩＣチップＳの外縁から割り出した移動量だけステージ９を変位させることにしてもよいが、上記と同様に、領域Ｑ_２，Ｑ_４のいずれかのコントラスト比が最も大きくなる地点、あるいは、これら領域Ｑ_２，Ｑ_４のコントラスト比が一致する地点においてステージ９の変位を停止することにしてもよい。これにより、図８（ｄ）に示されるように、全ての領域Ｐ，Ｑ_１〜Ｑ_４の画像Ｇ_１〜Ｇ_５、すなわち第１〜第５の全ての光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の焦点位置がＩＣチップＳに一致させられ、ＩＣチップＳの裏面を光路長の異なる複数方向から見た鮮明な画像を得ることができる。

本実施形態に係る多方向観察装置１１によれば、第１の実施形態に係る多方向観察装置１と同様に、光路長の異なる複数の方向から同一の観察対象物Ｓを同一の撮像素子５によって同時に撮像することができる。
また、まず、第１の光路Ｌ_１上の焦点位置の像を撮像素子５に結像させ、得られた画像に基づいて第２から第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５上の焦点位置の像を撮像素子５に結像させるので、光路長の異なる複数方向から同一の観察対象物Ｓを見た鮮明な画像を自動的に取得することができる。

なお、本実施形態においては、Ｘ、Ｙ方向の焦点位置あわせを別個に行う場合について説明したが、これに代えて、Ｘ、Ｙ方向同時に焦点位置調節を行うことも可能である。
また、ＩＣチップＳの外縁を検出して、撮像素子５の中心位置Ｏ_２とＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１とのずれ方向を検出したが、これに代えて、ＩＣチップＳの裏面に付された記号や模様を検出し、これに基づいてズレ量を補正することにしてもよい。
また、第１の結像光学系４を光軸方向に移動させる場合について説明したが、これに代えて、観察対象物Ｓを載せたステージ９または撮像素子５を上下方向に変位させることにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態に係る多方向観察装置２０について、図９および図１０を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においては、上述した第２の実施形態に係る多方向観察装置１１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態に係る多方向観察装置２０は、焦点位置調節部材７に代えて、ミラー２１を採用している点で第２の実施形態に係る多方向観察装置１１と相違している。本実施形態に係る多方向観察装置２０は、光路長の異なる複数の光路の空気換算光路長を一致させずに、複数の観察方向から同一の観察対象物Ｓを同一の撮像素子５に撮像する装置である。

本実施形態に係る多方向観察装置２０は、図９に示されるように、第１，第２の実施形態におけるプリズム７に代えて、４枚のミラー２１を配置している。ミラー２１の間に形成される空間を通して、ＩＣチップＳを真上から直接観察可能な第１の光路Ｌ_１を有するとともに、ミラー２１によって屈折されてＩＣチップＳを斜め上から観察する第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５を備えている。

本実施形態においては、制御装置１４内に、第１の光路Ｌ_１の光路長と、第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５の光路長との差が既知の値として記憶されている。第１〜第５の光路Ｌ_１〜Ｌ_５の空気換算光路長を一致させていないので、撮像素子５に撮像された複数光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の画像Ｇ_１〜Ｇ_５は同時に焦点位置が合うことはないが、光路長の差が予め制御装置１４内に記憶されており、第１の光路Ｌ_１上の焦点位置の像が撮像素子５の撮像面に結像された時点で、上下方向にどれだけ焦点位置をずらせば、第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５上の焦点位置の像を撮像素子５の撮像面に結像させることができるかは判っていることになる。

そこで、本実施形態においては、制御装置１４が、図１０に示されるように制御を行う。
まず、図１０（ａ）に示されるように、ＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１と撮像素子５の中心位置Ｏ_２とがずれており、かつ、第１の結像光学系４の結像位置もＩＣチップＳの裏面から離れた位置にある状態から、全ての光路Ｌ_１〜Ｌ_５上の焦点位置をＩＣチップＳの裏面に一致させる場合について説明する。
撮像素子５において画像が撮像されると、制御装置１４は、まず、図１０（ａ）に示される撮像素子５の撮像面の中央近傍の領域Ｐの画像Ｇ_１を処理してそのコントラスト比を計算する。そして、領域Ｐの画像Ｇ_１のコントラスト比の計算を光学系移動機構１２を逐次作動させながら繰り返し、コントラスト比が最も大きくなる位置に光学系移動機構１２を停止する。

これにより、画像のコントラスト比が最も大きくなった時点で、図１０（ｂ）に示されるように、領域Ｐの画像Ｇ_１はピントが合った鮮明な画像となる。領域Ｐの画像Ｇ_１は、ミラー２１間の空間を通過して真上からＩＣチップＳ全体を観察する第１の光路Ｌ_１の画像を示している。したがって、これにより第１の光路Ｌ_１の焦点位置がＩＣチップＳの裏面に一致させられたことになる。

次に制御装置１４は、ピントがあった領域Ｐの画像Ｇ_１を処理して、ＩＣチップＳの外縁を検出する。これにより、制御装置１４は、撮像素子５の中心位置Ｏ_２がＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１に対して、どちらにどれだけずれているのかを演算する。また、上述したように、制御装置１４には、第１の光路Ｌ_１の光路長と第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５の光路長との差を記憶しているので、光学系移動機構１２を作動させて、第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５上の焦点位置を撮像素子５に結像可能な位置まで第１の結像光学系４を変位させる。これにより、図１０（ｃ）に示されるように、撮像素子５上の画像Ｇ_１〜Ｇ_５は全ての画像のピントがずれた状態になる。

この状態で、上記により演算した撮像素子５の中心位置Ｏ_２とＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１とのズレ量だけ、対象物移動機構１３を作動させてステージ９を水平方向に変位させる。
図１０（ｃ）に示す例では、撮像素子５の中心位置Ｏ_２はＩＣチップＳの中心位置に対して左下方向にずれているので、まずステージ９をＸ方向に矢印で示されるように移動させ、撮像素子５の中心位置Ｏ_２のＸ座標とＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１のＸ座標とを一致させる。これにより、領域Ｑ_１，Ｑ_３の画像、すなわち、第２、第４の光路Ｌ_２，Ｌ_４上の焦点位置がＩＣチップＳに一致させられ、ＩＣチップＳの裏面に設けられた足Ｓ_１を斜め上方から見た鮮明な画像を得ることができる。

同様にして、図１０（ｄ）に示されるように、ステージ９をＹ方向に矢印で示されるように移動させ、撮像素子５の中心位置Ｏ_２のＹ座標とＩＣチップＳの中心位置Ｏ_１のＹ座標とを一致させる。これにより、図１０（ｅ）に示されるように、周囲の領域Ｑ_１〜Ｑ_４の画像、すなわち第２〜第５の光路Ｌ_２〜Ｌ_５上の焦点位置がＩＣチップＳに一致させられ、ＩＣチップＳの裏面を光路長の異なる複数方向から見た鮮明な画像を得ることができる。

すなわち、本実施形態に係る多方向観察装置２０によれば、領域Ｐの画像Ｇ_１と領域Ｑ_１〜Ｑ_４の画像Ｇ_２〜Ｇ_５とは同時にはピントを合わせることはできないが、領域Ｐのピントを合わせた鮮明な画像Ｇ_１および領域Ｑ_１〜Ｑ_４のピントを合わせた鮮明な画像Ｇ_２〜Ｇ_５を、それぞれ同一の撮像素子５によって撮像することができる。

なお、上記各実施形態においては、観察対象物としてＩＣチップＳを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、異なる方向から観察することが望まれる任意の観察対象物を観察するのに適用してもよい。
また、ピント合わせをコントラスト比により行う例を挙げて説明したが、これに代えて、照準光を投影してその反射光の位置ずれから合焦を検出する方法等、他の光学的な合焦点方法を用いてもよい。

本発明の一実施形態に係る多方向観察装置の全体構造を模式的に示す図である。図１の多方向観察装置の焦点位置調節部材を示す（ａ）平面図および（ｂ）側面図である。図１の多方向観察装置の焦点位置調節部材による空気換算長光路長を説明する図である。図１の多方向観察装置の焦点位置調節部材の変形例を示す側面図である。図１の多方向観察装置の焦点位置調節部材の他の変形例を示す側面図である。図１の多方向観察装置の焦点位置調節部材の他の変形例を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係る多方向観察装置の全体構造を模式的に示す図である。図７の多方向観察装置の動作手順を示す説明図である。本発明の第３の実施形態に係る多方向観察装置の全体構造を模式的に示す図である。図９の多方向観察装置の動作手順を示す説明図である。

符号の説明

ＳＩＣチップ（観察対象物）
Ｌ_１第１の光路（一の光路）
Ｌ_２〜Ｌ_５第２〜第５の光路（他の光路）
１，１１，２０多方向観察装置
４第１の結像光学系（結像光学系）
５撮像手段
６第２の結像光学系（結像光学系）
７プリズム（焦点位置補正部材，偏向部材）
１０プリズム（焦点位置補正部材）
１２光学系移動機構（第１の焦点位置調節手段）
１３対象物移動機構（第２の焦点位置調節手段）

Claims

同一観察対象物の正面と複数の側面を同時に観察する多方向観察装置であって、
前記正面を観察する一の光路上の焦点位置の像と、前記複数の側面を観察する複数の他の光路上の焦点位置の像とを同一の撮像手段に結像させる結像光学系と、
前記複数の他の光路上にそれぞれ配置され、前記観察対象物から前記撮像手段までの、前記一の光路と前記複数の他の光路との空気換算長を一致させる焦点位置補正部材とを備え、
前記焦点位置補正部材が、該焦点位置補正部材を通る全光路の空気換算長が等しくなるように、前記焦点位置補正部材と前記観察対象物との距離に応じた長さを有する多方向観察装置。