JP7516201B2 - Inspection Equipment - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、検査装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to an inspection device.

量産される製品の多くは、出荷前に外観検査が行われる。特にネジの頭部やボトルの飲み口などの小型で円形な試料は、検査装置を単純化・小型化するためにも試料の上方から検査することが好ましい。 Many mass-produced products undergo visual inspection before shipping. In particular, for small, round samples such as screw heads and bottle mouths, it is preferable to inspect the sample from above in order to simplify and miniaturize the inspection equipment.

そのような検査装置は、試料を全周囲から斜めに撮像して取得した画像から、検査対象面の領域を切り出し、画像処理によって欠陥等の検査をおこなう。このようにしておこなわれる検査では、画像処理の負荷を軽減し、検査を高速化することが重要である。 Such inspection equipment captures images of the sample from all sides at an angle, extracts the area of the surface to be inspected from the acquired images, and inspects for defects, etc. through image processing. In inspections performed in this way, it is important to reduce the load of image processing and speed up the inspection.

Petr Zavyalov, "3D Hole Inspection Using Lens with High Field Curvature", Measurement Science Review. Vol.15, No.1 (2015).Petr Zavyalov, "3D Hole Inspection Using Lens with High Field Curvature", Measurement Science Review. Vol.15, No.1 (2015).

本発明が解決しようとする課題は、画像処理の負荷が軽減された検査装置を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide an inspection device that reduces the load of image processing.

実施形態の検査装置は、両側テレセントリック光学系と、両側テレセントリック光学系によって試料の光学像が形成される撮像素子と、両側テレセントリック光学系の光軸の周囲に内向きに配置された複数の反射面を有し、光軸に対して斜めに試料から発せられる複数の光ビームを反射する第1のミラーと、光軸の周囲に内向きに配置された複数の反射面を有し、光ビームを反射して光軸に対して斜めに撮像素子に導く第2のミラーとを備える。第1のミラーの反射面と第2のミラーの反射面は、試料の検査対象面から発せられる主光線と撮像素子に入射する主光線とが対称的である相関的な配置関係で配置されている。 The inspection device of the embodiment includes a double-telecentric optical system, an imaging element on which an optical image of a sample is formed by the double-telecentric optical system, a first mirror having a plurality of reflective surfaces arranged inwardly around the optical axis of the double-telecentric optical system and reflecting a plurality of light beams emitted from the sample at an angle to the optical axis, and a second mirror having a plurality of reflective surfaces arranged inwardly around the optical axis and reflecting the light beams and directing them to the imaging element at an angle to the optical axis. The reflective surfaces of the first mirror and the reflective surfaces of the second mirror are arranged in a relative positional relationship in which the chief ray emitted from the surface to be inspected of the sample and the chief ray incident on the imaging element are symmetrical.

図1は、実施形態に係る検査装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an inspection device according to an embodiment. 図2は、実施形態に係る検査装置における検査光学系を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an inspection optical system in the inspection apparatus according to the embodiment. 図3は、比較例に係る検査装置における検査光学系を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an inspection optical system in an inspection device according to a comparative example. 図4は、両側テレセントリック光学系の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a double-telecentric optical system. 図5は、正八角筒型ミラーの構成例を模式的に示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration example of a regular octagonal cylindrical mirror. 図6は、正八角錐型ミラーの構成例を模式的に示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration example of a regular octagonal pyramid mirror. 図7は、試料の位置ずれに対する主光線の移動を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the movement of the chief ray with respect to the positional displacement of the sample. 図8は、主光線の移動に対する撮像素子の受光面上における入射位置の移動を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the movement of the incident position on the light receiving surface of the image sensor relative to the movement of the chief ray. 図9は、光軸上に中心が位置する試料に対して、図2に示された実施形態に係る検査光学系によって取得される画像を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an image acquired by the inspection optical system according to the embodiment shown in FIG. 2 for a sample whose center is located on the optical axis. 図10は、光軸から中心がずれている試料に対して、図2に示された実施形態に係る検査光学系によって取得される画像を示す図である。FIG. 10 illustrates an image acquired by the inspection optics according to the embodiment shown in FIG. 2 for a sample that is off-center from the optical axis. 図11は、図10において、二点鎖線で描かれた画像が、試料の光軸からのずれに合わせて移動された図である。FIG. 11 is a diagram in which the image depicted by the two-dot chain line in FIG. 10 has been shifted in accordance with the deviation of the sample from the optical axis. 図12は、光軸上に中心が位置する試料に対して、図3に示された比較例に係る検査光学系によって取得される画像を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an image acquired by the inspection optical system according to the comparative example shown in FIG. 3 for a sample whose center is located on the optical axis. 図13は、光軸から中心がずれている試料に対して、図3に示された比較例に係る検査光学系によって取得される画像を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an image acquired by the inspection optical system according to the comparative example shown in FIG. 3 for a sample whose center is offset from the optical axis. 図14は、図13において、二点鎖線で描かれた画像が、試料の光軸からのずれに合わせて移動された図である。FIG. 14 is a diagram in which the image depicted by the two-dot chain line in FIG. 13 has been moved in accordance with the deviation of the sample from the optical axis.

以下、図面を参照して、実施形態に係る検査装置について説明する。図面において、同一の構成要素は同一の参照符号を付して示し、重ねての説明は省略する。図面は、模式的または概念的なものである。 The inspection device according to the embodiment will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same components are indicated with the same reference symbols, and repeated explanations will be omitted. The drawings are schematic or conceptual.

図1は、実施形態に係る検査装置10を示す図である。検査装置10は、試料Sを検査するものである。たとえば、検査装置10は、試料Sの欠陥を検査する。検査装置10は、試料Sの検査対象面の欠陥を検査する。試料Sの検査対象面は、試料Sの側面Saである。欠陥は、傷、欠け、汚れ、変色、異物の付着等を含む。 FIG. 1 is a diagram showing an inspection apparatus 10 according to an embodiment. The inspection apparatus 10 inspects a sample S. For example, the inspection apparatus 10 inspects the sample S for defects. The inspection apparatus 10 inspects the inspection target surface of the sample S for defects. The inspection target surface of the sample S is the side surface Sa of the sample S. The defects include scratches, chips, stains, discoloration, attachment of foreign matter, etc.

検査装置10は、検査光学系20と、画像処理部60と、判定部70と、表示部80と、コンベア90とを備えている。 The inspection device 10 includes an inspection optical system 20, an image processing unit 60, a judgment unit 70, a display unit 80, and a conveyor 90.

コンベア90は、たとえば、無端ベルト92と、無端ベルト92を周回させる一対の駆動ローラ94とを有する。コンベア90は、無端ベルト92上に配置される試料Sを搬送する。 The conveyor 90 has, for example, an endless belt 92 and a pair of drive rollers 94 that rotate the endless belt 92. The conveyor 90 transports the sample S placed on the endless belt 92.

検査光学系20は、コンベア90の上方に配置されている。検査光学系20は、コンベア90上の所定の撮像領域を全周囲から斜めに撮像して画像を取得する。検査光学系20は、下方のコンベア90上に試料Sが位置するとき、試料Sを全周囲から斜めに撮像した画像を取得する。 The inspection optical system 20 is disposed above the conveyor 90. The inspection optical system 20 captures an image of a specific imaging area on the conveyor 90 from all sides at an angle to obtain an image. When the sample S is positioned on the lower conveyor 90, the inspection optical system 20 captures an image of the sample S from all sides at an angle.

画像処理部60は、検査光学系20によって取得された試料Sが撮像された画像から、試料Sの検査対象面の領域の画像を切り出す。画像処理部60はまた、切り出した画像を判定部70に供給する。 The image processing unit 60 cuts out an image of the area of the surface of the sample S to be inspected from the image of the sample S captured by the inspection optical system 20. The image processing unit 60 also supplies the cut-out image to the judgment unit 70.

判定部70は、画像処理部60から供給される検査対象面の領域の画像について、欠陥の有無を判定する。たとえば、判定部70は、AIを利用した画像処理技術を使用して、欠陥の有無を判定する。判定部70はまた、判定結果を表示部80に供給する。 The determination unit 70 determines whether or not there is a defect in the image of the area of the surface to be inspected that is supplied from the image processing unit 60. For example, the determination unit 70 determines whether or not there is a defect using an image processing technique that utilizes AI. The determination unit 70 also supplies the determination result to the display unit 80.

表示部80は、判定部70から供給される判定結果に従って、試料Sの検査対象面の欠陥の有無を表示する。 The display unit 80 displays the presence or absence of defects on the inspection target surface of the sample S according to the judgment result supplied from the judgment unit 70.

次に、図2を参照して、検査装置10における検査光学系20について詳しく説明する。図2は、検査光学系20を示す図である。 Next, the inspection optical system 20 in the inspection device 10 will be described in detail with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a diagram showing the inspection optical system 20.

検査光学系20は、照明器22と、第1のミラーユニットMU1と、両側テレセントリック光学系TOSと、第2のミラーユニットMU2と、撮像素子38とを備えている。 The inspection optical system 20 includes an illuminator 22, a first mirror unit MU1, a bilateral telecentric optical system TOS, a second mirror unit MU2, and an image sensor 38.

照明器22は、試料Sを搬送する無端ベルト92の近くに配置されている。第1のミラーユニットMU1は、無端ベルト92と両側テレセントリック光学系TOSの間に配置されている。撮像素子38は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸A上に配置されている。第2のミラーユニットMU2は、両側テレセントリック光学系TOSと撮像素子38の間に配置されている。 The illuminator 22 is disposed near the endless belt 92 that transports the sample S. The first mirror unit MU1 is disposed between the endless belt 92 and the double-telecentric optical system TOS. The image sensor 38 is disposed on the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. The second mirror unit MU2 is disposed between the double-telecentric optical system TOS and the image sensor 38.

照明器22は、無端ベルト92上において、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aの周囲に広がる撮像領域を照明する。撮像領域内に試料Sが位置するとき、照明器22は試料Sを照明する。たとえば、照明器22は、リング型照明器を備える。リング型照明器は、光軸A上に位置する試料Sを全周囲からたとえば均等に照明する。試料Sに照射された照明光は、試料Sによって反射または散乱される。 The illuminator 22 illuminates an imaging area on the endless belt 92 that extends around the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. When the sample S is located within the imaging area, the illuminator 22 illuminates the sample S. For example, the illuminator 22 includes a ring-type illuminator. The ring-type illuminator illuminates the sample S located on the optical axis A, for example, evenly from all around. The illumination light irradiated to the sample S is reflected or scattered by the sample S.

両側テレセントリック光学系TOSは、撮像領域内に存在する物体の光学像を形成する。撮像領域内に試料Sが位置するとき、両側テレセントリック光学系TOSは、試料Sの光学像を形成する。 The double-telecentric optical system TOS forms an optical image of an object present within the imaging region. When a sample S is positioned within the imaging region, the double-telecentric optical system TOS forms an optical image of the sample S.

撮像素子38は、光を受ける受光面38aを有する。受光面38aには、両側テレセントリック光学系TOSによって光学像が形成される。撮像素子38は、撮像領域内に存在する物体の光学像を、これに対応する画像の電気信号に変換して、画像を生成する。撮像領域内に試料Sが位置するとき、撮像素子38は、試料Sの画像を生成する。 The image sensor 38 has a light receiving surface 38a that receives light. An optical image is formed on the light receiving surface 38a by a double telecentric optical system TOS. The image sensor 38 generates an image by converting an optical image of an object present in the imaging area into an electrical signal of a corresponding image. When a sample S is located in the imaging area, the image sensor 38 generates an image of the sample S.

第1のミラーユニットMU1は、入射する光ビームを、反射作用によって両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aに平行にして、両側テレセントリック光学系TOSに導く。第2のミラーユニットMU2は、両側テレセントリック光学系TOSを通過した光ビームを、反射作用によって両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aに対して斜めにして、撮像素子38に導く。 The first mirror unit MU1 reflects the incident light beam parallel to the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS and guides it to the double-telecentric optical system TOS. The second mirror unit MU2 reflects the light beam that has passed through the double-telecentric optical system TOS at an angle to the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS and guides it to the image sensor 38.

両側テレセントリック光学系TOSは、対物レンズ28と、結像レンズ32と、開口絞り30とを備えている。対物レンズ28と結像レンズ32と開口絞り30は同軸に配置されている。すなわち、対物レンズ28と結像レンズ32と開口絞り30はいずれも、光軸Aを中心軸とする回転体または回転対称体である。対物レンズ28と結像レンズ32と開口絞り30の中心軸は光軸Aに一致している。 The double-telecentric optical system TOS includes an objective lens 28, an imaging lens 32, and an aperture stop 30. The objective lens 28, the imaging lens 32, and the aperture stop 30 are arranged coaxially. In other words, the objective lens 28, the imaging lens 32, and the aperture stop 30 are all rotational or rotationally symmetric bodies with the optical axis A as their central axis. The central axes of the objective lens 28, the imaging lens 32, and the aperture stop 30 coincide with the optical axis A.

対物レンズ28と結像レンズ32は、それらの焦点が一致するように配置されている。開口絞り30は、対物レンズ28と結像レンズ32の焦点の位置に配置されている。開口絞り30は、通過する光のビーム径を調整する。 The objective lens 28 and the imaging lens 32 are positioned so that their focal points coincide. The aperture stop 30 is positioned at the focal point of the objective lens 28 and the imaging lens 32. The aperture stop 30 adjusts the beam diameter of the light passing through.

第1のミラーユニットMU1は、1次ミラー(第1のミラー)24と、2次ミラー(第3のミラー)26とを備える。第2のミラーユニットMU2は、1次ミラー(第4のミラー)34と、2次ミラー(第2のミラー)36とを備える。 The first mirror unit MU1 includes a primary mirror (first mirror) 24 and a secondary mirror (third mirror) 26. The second mirror unit MU2 includes a primary mirror (fourth mirror) 34 and a secondary mirror (second mirror) 36.

撮像領域から両側テレセントリック光学系TOSを経て撮像素子38に至る光の経路上に関して、1次ミラー24は、撮像領域と両側テレセントリック光学系TOSの間に位置し、2次ミラー26は、1次ミラー24と両側テレセントリック光学系TOSの間に位置し、1次ミラー34は、両側テレセントリック光学系TOSと撮像素子38の間に位置し、2次ミラー36は、1次ミラー34と撮像素子38の間に位置する。 On the path of light from the imaging area through the bilateral telecentric optical system TOS to the imaging element 38, the primary mirror 24 is located between the imaging area and the bilateral telecentric optical system TOS, the secondary mirror 26 is located between the primary mirror 24 and the bilateral telecentric optical system TOS, the primary mirror 34 is located between the bilateral telecentric optical system TOS and the imaging element 38, and the secondary mirror 36 is located between the primary mirror 34 and the imaging element 38.

1次ミラー24は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aの周囲に内向きに配置された複数の反射面を有する。2次ミラー26は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aの周囲に外向きに配置された複数の反射面を有する。1次ミラー34は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aの周囲に外向きに配置された複数の反射面を有する。2次ミラー36は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aの周囲に内向きに配置された複数の反射面を有する。 The primary mirror 24 has multiple reflective surfaces arranged inwardly around the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. The secondary mirror 26 has multiple reflective surfaces arranged outwardly around the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. The primary mirror 34 has multiple reflective surfaces arranged outwardly around the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. The secondary mirror 36 has multiple reflective surfaces arranged inwardly around the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS.

1次ミラー24と2次ミラー26と1次ミラー34と2次ミラー36は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aに同軸に配置されている。 The primary mirror 24, the secondary mirror 26, the primary mirror 34, and the secondary mirror 36 are arranged coaxially on the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS.

1次ミラー24の複数の反射面と2次ミラー26の複数の反射面と1次ミラー34の複数の反射面と2次ミラー36の複数の反射面は、同数であり、それぞれ、対応している。すなわち、1次ミラー24の1つの反射面によって反射された光ビームは、次に2次ミラー26の1つの対応の反射面によって反射され、次に1次ミラー34の1つの対応の反射面によって反射され、次に2次ミラー36の1つの対応の反射面によって反射される。 The multiple reflective surfaces of the primary mirror 24, the multiple reflective surfaces of the secondary mirror 26, the multiple reflective surfaces of the primary mirror 34, and the multiple reflective surfaces of the secondary mirror 36 are the same in number and correspond to each other. That is, a light beam reflected by one reflective surface of the primary mirror 24 is then reflected by one corresponding reflective surface of the secondary mirror 26, then reflected by one corresponding reflective surface of the primary mirror 34, and then reflected by one corresponding reflective surface of the secondary mirror 36.

たとえば、1次ミラー24は、内周面に反射面を有する正八角筒型ミラーを備え、2次ミラー26は、外周面に反射面を有する正八角錐型ミラーを備え、1次ミラー34は、外周面に反射面を有する正八角錐型ミラーを備え、2次ミラー36は、内周面に反射面を有する正八角筒型ミラーを備える。 For example, the primary mirror 24 comprises a regular octagonal cylindrical mirror having a reflective surface on the inner circumferential surface, the secondary mirror 26 comprises a regular octagonal pyramid mirror having a reflective surface on the outer circumferential surface, the primary mirror 34 comprises a regular octagonal pyramid mirror having a reflective surface on the outer circumferential surface, and the secondary mirror 36 comprises a regular octagonal cylindrical mirror having a reflective surface on the inner circumferential surface.

1次ミラー24の正八角筒型ミラーの内径は、試料Sの外径よりも大きい。2次ミラー26の正八角錐型ミラーの外径は、1次ミラー24の正八角筒型ミラーの内径よりも小さい。1次ミラー34の正八角錐型ミラーの外径は、2次ミラー36の正八角筒型ミラーの内径よりも小さい。2次ミラー36の正八角筒型ミラーの内径は、撮像素子38の外寸よりも大きい。たとえば、光軸Aに垂直な平面への投影において、2次ミラー26は1次ミラー24の内側に位置し、1次ミラー34と撮像素子38は2次ミラー36の内側に位置する。 The inner diameter of the regular octagonal cylindrical mirror of the primary mirror 24 is larger than the outer diameter of the sample S. The outer diameter of the regular octagonal pyramid mirror of the secondary mirror 26 is smaller than the inner diameter of the regular octagonal cylindrical mirror of the primary mirror 24. The outer diameter of the regular octagonal pyramid mirror of the primary mirror 34 is smaller than the inner diameter of the regular octagonal cylindrical mirror of the secondary mirror 36. The inner diameter of the regular octagonal cylindrical mirror of the secondary mirror 36 is larger than the outer dimensions of the image sensor 38. For example, in projection onto a plane perpendicular to the optical axis A, the secondary mirror 26 is located inside the primary mirror 24, and the primary mirror 34 and the image sensor 38 are located inside the secondary mirror 36.

図5は、正八角筒型ミラーの構成例を示している。図5に示されるように、正八角筒型ミラーは、正八角形の貫通孔を有する円筒状の外観形状を有し、1次ミラー(第1のミラー)24は、内周面に反射面24aを有し、2次ミラー(第2のミラー)36は、内周面に反射面36aを有する。 Figure 5 shows an example of the configuration of a regular octagonal cylindrical mirror. As shown in Figure 5, the regular octagonal cylindrical mirror has a cylindrical exterior shape with a regular octagonal through hole, the primary mirror (first mirror) 24 has a reflective surface 24a on its inner circumferential surface, and the secondary mirror (second mirror) 36 has a reflective surface 36a on its inner circumferential surface.

図6は、正八角錐型ミラーの構成例を示している。図6に示されるように、正八角錐型ミラーは、正八角錐台状の外観形状を有し、2次ミラー(第3のミラー)26は、外周面に反射面26aを有し、1次ミラー(第4のミラー)34は、外周面に反射面34aを有する。 Figure 6 shows an example of the configuration of a regular octagonal pyramid mirror. As shown in Figure 6, the regular octagonal pyramid mirror has an external shape of a regular octagonal pyramid, the secondary mirror (third mirror) 26 has a reflective surface 26a on the outer circumferential surface, and the primary mirror (fourth mirror) 34 has a reflective surface 34a on the outer circumferential surface.

1次ミラー24と2次ミラー26と1次ミラー34と2次ミラー36の反射面の個数は、これに限定されない。1次ミラー24と2次ミラー26と1次ミラー34と2次ミラー36は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aを取り囲む適当な個数の反射面を有していればよい。つまり、1次ミラー24と2次ミラー36は正多角筒型ミラーを備え、2次ミラー26と1次ミラー34は正多角錐型ミラーを備えてよい。 The number of reflective surfaces of the primary mirror 24, secondary mirror 26, primary mirror 34, and secondary mirror 36 is not limited to this. The primary mirror 24, secondary mirror 26, primary mirror 34, and secondary mirror 36 may have an appropriate number of reflective surfaces surrounding the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. In other words, the primary mirror 24 and secondary mirror 36 may comprise regular polygonal cylindrical mirrors, and the secondary mirror 26 and primary mirror 34 may comprise regular polygonal pyramid mirrors.

以下、便宜上、撮像領域内に試料Sが位置するものとして説明する。すなわち、両側テレセントリック光学系TOSの光軸A上に、試料Sが存在するものとして説明する。また、1次ミラー24と2次ミラー26と1次ミラー34と2次ミラー36によって順に反射される光線の集合すなわち光ビームを考える。つまり、試料Sからの光線の中には、1次ミラー24に入射しない光線や、途中で逸脱して撮像素子38に到達しない光線も含まれるが、そのような光線は考慮から外す。 For the sake of convenience, the following description will be given assuming that the sample S is located within the imaging region. In other words, the description will be given assuming that the sample S exists on the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. Also, consider a collection of light rays, i.e., a light beam, that are reflected in order by the primary mirror 24, the secondary mirror 26, the primary mirror 34, and the secondary mirror 36. In other words, the light rays from the sample S include light rays that do not enter the primary mirror 24 and light rays that deviate along the way and do not reach the imaging element 38, but such light rays will not be taken into consideration.

照明器22から試料Sに照射された照明光は、試料Sによって反射または散乱される。試料Sによって反射または散乱された光の一部は、1次ミラー24に入射する。1次ミラー24は、光軸に対して斜めに入射する光ビームを内向きに反射して、2次ミラー26に導く。2次ミラー26は、1次ミラー24によって反射された光ビームを、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aに平行に反射して、両側テレセントリック光学系TOSに導く。両側テレセントリック光学系TOSを通過した光ビームは、1次ミラー34に入射する。1次ミラー34は、入射する光ビームを外向きに反射して、2次ミラー36に導く。2次ミラー36は、1次ミラー34によって反射された光ビームを内向きに反射して、光軸に対して斜めに撮像素子38に導く。撮像素子38の受光面38aには、試料Sの光学像が形成される。 The illumination light irradiated from the illuminator 22 to the sample S is reflected or scattered by the sample S. A part of the light reflected or scattered by the sample S is incident on the primary mirror 24. The primary mirror 24 reflects the light beam incident obliquely to the optical axis inward and guides it to the secondary mirror 26. The secondary mirror 26 reflects the light beam reflected by the primary mirror 24 parallel to the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS and guides it to the double-telecentric optical system TOS. The light beam passing through the double-telecentric optical system TOS is incident on the primary mirror 34. The primary mirror 34 reflects the incident light beam outward and guides it to the secondary mirror 36. The secondary mirror 36 reflects the light beam reflected by the primary mirror 34 inward and guides it obliquely to the optical axis to the image sensor 38. An optical image of the sample S is formed on the light receiving surface 38a of the image sensor 38.

ここで、図7と図8を参照して、1次ミラー(第1のミラー)24の反射面と2次ミラー(第2のミラー)36の反射面の相関的な配置関係について説明する。説明にあたり、試料Sから発せられ、第1のミラーユニットMU1と両側テレセントリック光学系TOSと第2のミラーユニットMU2を経て、撮像素子38に入射する光ビームのうち、試料Sの検査対象面すなわち側面Saから発せられる光ビームを考える。さらに、試料Sの側面Saから発せられる光ビームの主光線Lに注目する。図7は、試料Sの側面Saから発せられる主光線Lを示している。図8は、撮像素子38に入射する主光線Lを示している。 Now, with reference to Figures 7 and 8, the relative positional relationship between the reflecting surface of the primary mirror (first mirror) 24 and the reflecting surface of the secondary mirror (second mirror) 36 will be described. In this description, of the light beams emitted from the sample S, passing through the first mirror unit MU1, the bilateral telecentric optical system TOS, and the second mirror unit MU2, and incident on the image sensor 38, the light beams emitted from the inspection target surface of the sample S, i.e., the side surface Sa, will be considered. Furthermore, attention will be paid to the chief ray L of the light beam emitted from the side surface Sa of the sample S. Figure 7 shows the chief ray L emitted from the side surface Sa of the sample S. Figure 8 shows the chief ray L incident on the image sensor 38.

図7に示されるように、試料Sの側面Saに立てた法線に対する主光線Lの傾き角をθとする。便宜上、傾き角θを主光線Lの射出角と称する。また、図8に示されるように、撮像素子38の受光面38aに立てた法線に対する主光線Lの傾き角すなわち入射角をηとする。 As shown in FIG. 7, the inclination angle of the principal ray L with respect to the normal line to the side surface Sa of the sample S is defined as θ. For convenience, the inclination angle θ is referred to as the emission angle of the principal ray L. Also, as shown in FIG. 8, the inclination angle of the principal ray L with respect to the normal line to the light receiving surface 38a of the image sensor 38, i.e., the incidence angle, is defined as η.

1次ミラー24の反射面と2次ミラー36の反射面は、次の相関的な配置関係で配置されている。図7に示される試料Sの側面Saから発せられる主光線Lと、図8に示される撮像素子38に入射する主光線Lが対称的である。詳しくは、図8に示されるように、撮像素子38の受光面38aに対する主光線Lの入射角ηが、試料Sの側面Saにおける主光線Lの射出角θの余角すなわちπ/2-θに等しい。 The reflecting surface of the primary mirror 24 and the reflecting surface of the secondary mirror 36 are arranged in the following relative positional relationship. The chief ray L emitted from the side surface Sa of the sample S shown in FIG. 7 is symmetrical to the chief ray L incident on the image sensor 38 shown in FIG. 8. In more detail, as shown in FIG. 8, the angle of incidence η of the chief ray L with respect to the light receiving surface 38a of the image sensor 38 is equal to the complement angle θ of the exit angle θ of the chief ray L at the side surface Sa of the sample S, i.e., π/2-θ.

言い換えれば、1次ミラー24の反射面と2次ミラー36の反射面は、図7に示されるように、試料Sの側面Saから射出角θで発せられた主光線Lが、図8に示されるように、射出角θの余角すなわちπ/2-θに等しい入射角で撮像素子38の受光面38aに入射するように配置されている。 In other words, the reflecting surfaces of the primary mirror 24 and the secondary mirror 36 are arranged so that the chief ray L emitted from the side surface Sa of the sample S at an emission angle θ, as shown in FIG. 7, is incident on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 at an incident angle equal to the complement of the emission angle θ, i.e., π/2-θ, as shown in FIG. 8.

先の説明では、1次ミラー24と2次ミラー36が正八角筒型ミラーで構成される例を説明した。すなわち、1次ミラー24の反射面と2次ミラー36の反射面が両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aに対して平行である例を説明した。しかし、これに限らない。1次ミラー24の反射面と2次ミラー36の反射面は、両側テレセントリック光学系TOSの光軸Aに対して傾斜していてもよい。1次ミラー24の反射面と2次ミラー36の反射面は、上述した相関的な配置関係を満たしてさえいればよい。 In the above explanation, an example was described in which the primary mirror 24 and the secondary mirror 36 are configured as regular octagonal cylindrical mirrors. That is, an example was described in which the reflective surfaces of the primary mirror 24 and the secondary mirror 36 are parallel to the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. However, this is not limited to this. The reflective surfaces of the primary mirror 24 and the secondary mirror 36 may be inclined with respect to the optical axis A of the double-telecentric optical system TOS. It is sufficient that the reflective surfaces of the primary mirror 24 and the secondary mirror 36 satisfy the relative positional relationship described above.

次に、図4を参照して、両側テレセントリック光学系の基本的な特徴について説明する。図4は、両側テレセントリック光学系の概念図である。 Next, the basic characteristics of a double-telecentric optical system will be described with reference to Figure 4. Figure 4 is a conceptual diagram of a double-telecentric optical system.

両側テレセントリック光学系40は、対物レンズ42と開口絞り44と結像レンズ46とを備える。対物レンズ42の後ろ側焦点と結像レンズ46の前側焦点は一致しており、ここに開口絞り44が配置されている。対物レンズ42の前側焦点に試料Sが位置し、結像レンズ46の後ろ側焦点に撮像素子48が位置している。試料Sからの光は、対物レンズ42によって集光され、開口絞り44を通り、結像レンズ46によって撮像素子48に結像される。 The double-telecentric optical system 40 comprises an objective lens 42, an aperture stop 44, and an imaging lens 46. The rear focal point of the objective lens 42 and the front focal point of the imaging lens 46 coincide with each other, and the aperture stop 44 is located at this point. A sample S is located at the front focal point of the objective lens 42, and an image sensor 48 is located at the rear focal point of the imaging lens 46. Light from the sample S is collected by the objective lens 42, passes through the aperture stop 44, and is imaged by the imaging lens 46 onto the image sensor 48.

このような両側テレセントリック光学系40においては、試料Sの各点から発せられる所定の広がり角の各光ビームの主光線は、試料Sと対物レンズ42の間と、結像レンズ46と撮像素子48の間との両方において、光軸Aと平行になる。このため、試料Sや撮像素子48の位置が変化しても、両側テレセントリック光学系40の撮像倍率は変化しない。 In such a double-telecentric optical system 40, the chief ray of each light beam with a predetermined divergence angle emitted from each point on the sample S is parallel to the optical axis A both between the sample S and the objective lens 42 and between the imaging lens 46 and the image sensor 48. Therefore, even if the position of the sample S or the image sensor 48 changes, the imaging magnification of the double-telecentric optical system 40 does not change.

ここで、比較例として、図3を参照して、検査光学系20Cについて説明する。図3は、比較例に係る検査光学系20Cを示す図である。簡単に言えば、検査光学系20Cは、検査光学系20から第2のミラーユニットMU2を省いた構成を有している。 Now, as a comparative example, the inspection optical system 20C will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a diagram showing the inspection optical system 20C according to the comparative example. Simply put, the inspection optical system 20C has a configuration in which the second mirror unit MU2 is omitted from the inspection optical system 20.

以下、図7~図14を参照して、本実施形態に係る検査光学系20によって取得される画像と、比較例に係る検査光学系20Cによって取得される画像との相違について説明する。 Below, with reference to Figures 7 to 14, we will explain the differences between the image acquired by the inspection optical system 20 according to this embodiment and the image acquired by the inspection optical system 20C according to the comparative example.

まず、図7を参照して、試料Sの位置ずれに伴って生じる主光線Lの移動について説明する。試料Sの側面Saから射出角θで発せられる主光線Lを考える。これは、試料Sの側面Saを斜め上方から、側面Saに立てた法線に対してθの角度をもって撮像することに相当する。つまり、試料Sの側面Saの各点から発せられる主光線Lの光ビームは、両側テレセントリック光学系TOSによって、撮像素子38の受光面38a上の一点に集光される。その結果、撮像素子38の受光面38aに、側面Saの光学像が形成される。 First, referring to FIG. 7, the movement of the principal ray L caused by the positional displacement of the sample S will be described. Consider the principal ray L emitted from the side surface Sa of the sample S at an emission angle θ. This corresponds to imaging the side surface Sa of the sample S from diagonally above at an angle of θ with respect to the normal line to the side surface Sa. In other words, the light beam of the principal ray L emitted from each point on the side surface Sa of the sample S is focused to one point on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 by the double telecentric optical system TOS. As a result, an optical image of the side surface Sa is formed on the light receiving surface 38a of the image sensor 38.

図7は、試料Sの位置ずれに対する主光線の移動を示す図である。図7には、光軸A上に中心が位置する試料Sが二点鎖線で描かれている。このときの試料Sの側面Saから発せられる主光線Lが二点鎖線で描かれている。また、二点鎖線で描かれた試料Sに対して、右方向に水平にΔだけ位置ずれした試料Sが実線で描かれている。このときの試料Sの側面Saから発せられる主光線Lが実線で描かれている。 Figure 7 shows the movement of the chief ray with respect to the positional displacement of the sample S. In Figure 7, the sample S whose center is located on the optical axis A is drawn with a two-dot chain line. The chief ray L emitted from the side surface Sa of the sample S at this time is drawn with a two-dot chain line. Furthermore, the sample S that is shifted horizontally to the right by Δ relative to the sample S drawn with the two-dot chain line is drawn with a solid line. The chief ray L emitted from the side surface Sa of the sample S at this time is also drawn with a solid line.

二点鎖線で描かれた試料Sに対して、図7の紙面に平行な水平方向にΔだけ位置ずれした試料Sにおいては、側面Saから撮像素子38までの光路長は変化するが、側面Saの光学像は、両側テレセントリック光学系TOSによって形成されるため、撮像素子38の受光面38a上の側面Saの光学像の倍率は変化しない。しかし、側面Saの各点から発せられる主光線Lの光路は、図7から明らかなように、Δの位置ずれに対して、d=Δsinθだけ平行に移動する。 When the sample S is displaced by Δ in the horizontal direction parallel to the paper surface of FIG. 7 with respect to the sample S depicted by the two-dot chain line, the optical path length from the side surface Sa to the image sensor 38 changes, but because the optical image of the side surface Sa is formed by the double-telecentric optical system TOS, the magnification of the optical image of the side surface Sa on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 does not change. However, as is clear from FIG. 7, the optical path of the chief ray L emitted from each point on the side surface Sa moves in parallel by d = Δ sin θ with respect to the positional displacement of Δ.

また、図7には図示されていないが、二点鎖線で描かれた試料Sに対して、図7の紙面に垂直な水平方向にΔだけ位置ずれした試料Sについて考える。この試料Sにおいては、側面Saから撮像素子38までの光路長は変化せず、また、側面Saの各点から発せられる主光線Lの光路は、Δの位置ずれに対して、そのままΔだけ平行に移動することは明らかである。 Although not shown in FIG. 7, consider a sample S that is displaced by Δ in the horizontal direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. 7 with respect to the sample S depicted by the two-dot chain line. In this sample S, the optical path length from side surface Sa to the image sensor 38 does not change, and it is clear that the optical path of the chief ray L emitted from each point on side surface Sa moves in parallel by Δ in response to the positional displacement of Δ.

このように、試料Sの側面Saを斜め方向から撮像する場合、試料Sが同じ量だけ位置ずれしても、主光線Lの移動量は、位置ずれの方向に依存して変化する。 In this way, when imaging the side surface Sa of the sample S from an oblique direction, even if the sample S is shifted in position by the same amount, the amount of movement of the chief ray L changes depending on the direction of the shift.

図3に示される比較例に係る検査光学系20Cにおいては、このような試料Sの位置ずれの方向に依存した主光線Lの移動量の変化は、撮像素子38の受光面38aに形成される光学像に影響する。 In the comparative inspection optical system 20C shown in FIG. 3, such a change in the amount of movement of the principal ray L, which depends on the direction of the positional shift of the sample S, affects the optical image formed on the light receiving surface 38a of the image sensor 38.

図12~図14は、図3に示された比較例に係る検査光学系20Cによって取得された画像I3,I4を示している。図12は、光軸A上に中心が位置する試料Sに対して取得された画像I3を示している。図13と図14は、光軸Aから中心がずれている試料Sに対して取得された画像I4を示している。 Figures 12 to 14 show images I3 and I4 acquired by the inspection optical system 20C according to the comparative example shown in Figure 3. Figure 12 shows image I3 acquired for a sample S whose center is located on the optical axis A. Figures 13 and 14 show image I4 acquired for a sample S whose center is shifted from the optical axis A.

図12~図14の画像I3,I4において、試料Sの像S3,S4は実線で描かれている。また、図13と図14の画像I4には、便宜上、図12の画像I3における試料Sの像S3が二点鎖線で重ねて描かれている。図13の画像I4では、図12の画像I3における試料Sの像S3は、そのままの位置に描かれている。一方、図14の画像I4では、図12の画像I3における試料Sの像S3は、なるべく画像I4における試料Sの像S4と重なるように、平行移動して描かれている。 In images I3 and I4 in Figures 12 to 14, the images S3 and S4 of sample S are drawn with solid lines. Also, for convenience, in image I4 in Figures 13 and 14, the image S3 of sample S in image I3 in Figure 12 is drawn superimposed with a two-dot chain line. In image I4 in Figure 13, the image S3 of sample S in image I3 in Figure 12 is drawn in the same position. On the other hand, in image I4 in Figure 14, the image S3 of sample S in image I3 in Figure 12 is drawn translated so as to overlap as much as possible with the image S4 of sample S in image I4.

図12~図14の画像I3,I4は、それぞれ、8つの試料Sの像S3,S4を含んでいる。8つの試料Sの像S3,S4は、それぞれ、1次ミラー24と2次ミラー26のそれぞれの8つの反射面を経由した光ビームによって形成された光学像に対応する像である。 Images I3 and I4 in Figures 12 to 14 each include images S3 and S4 of eight samples S. The images S3 and S4 of the eight samples S are images corresponding to optical images formed by a light beam passing through the eight reflecting surfaces of the primary mirror 24 and the secondary mirror 26, respectively.

図12の画像I3においては、8つの試料Sの像S3はすべて、同じ形状を有している。また、8つの試料Sの像S3は、回転対称に位置している。回転対称の中心は、画像I3の中心に位置している。 In image I3 of FIG. 12, the images S3 of the eight samples S all have the same shape. Furthermore, the images S3 of the eight samples S are positioned rotationally symmetrically. The center of rotational symmetry is located at the center of image I3.

一方、図13と図14の画像I4においては、8つの試料Sの像S4の中心は、図13から分かるように、画像I4の中心から外れている。図14において、8つの試料Sの像S4は、8つの試料Sの像S3と完全に重なっていない。詳しくは、上下の中央に位置する左右の最も外側の2つの像S4は像S3と完全に重なっているが、他の像S4は像S3と完全に重なっていない。このことから分かるように、8つの試料Sの像S4は、すべてが同じ形状を有しているわけではない。さらに、8つの試料Sの像S3に対する8つの試料Sの像S4の移動量も、それぞれで異なっている。これは、主光線Lの移動量が、試料Sの位置ずれの方向に依存して変化する影響である。 On the other hand, in the image I4 in FIG. 13 and FIG. 14, the center of the image S4 of the eight samples S is off center of the image I4, as can be seen from FIG. 13. In FIG. 14, the image S4 of the eight samples S does not completely overlap with the image S3 of the eight samples S. In detail, the two outermost images S4 on the left and right, which are located in the center of the top and bottom, completely overlap with the image S3, but the other images S4 do not completely overlap with the image S3. As can be seen from this, the images S4 of the eight samples S do not all have the same shape. Furthermore, the amount of movement of the images S4 of the eight samples S relative to the image S3 of the eight samples S is also different for each one. This is the effect of the amount of movement of the principal ray L changing depending on the direction of the positional shift of the sample S.

図3に示された比較例に係る検査光学系20Cにおいては、1次ミラー24と2次ミラー26を経由した光ビームの主光線Lはいずれも、撮像素子38の受光面38aに垂直に入射する。前述したように、試料Sの位置ずれに起因する主光線Lの移動量は、試料Sの位置ずれの方向に依存して異なる。このため、8つの試料Sの光学像は、光軸Aから中心が外れた試料Sに対しては、すべてが同じ形状に形成されない。このため、画像I4の8つの試料Sの像S4は、すべてが同じ形状になっていない。 In the inspection optical system 20C according to the comparative example shown in FIG. 3, the chief ray L of the light beam that passes through the primary mirror 24 and the secondary mirror 26 is both perpendicularly incident on the light receiving surface 38a of the image sensor 38. As described above, the amount of movement of the chief ray L caused by the misalignment of the sample S differs depending on the direction of the misalignment of the sample S. For this reason, the optical images of the eight samples S are not all formed with the same shape for samples S whose centers are off from the optical axis A. For this reason, the images S4 of the eight samples S in image I4 do not all have the same shape.

画像処理部60は、検査光学系20Cによって取得された画像I3,I4から、試料Sの像S3,S4の側面S3a,S4aの領域の画像を切り出す。図12に示されるように、8つの試料Sの像S3が、すべて同じ形状を有し、回転対称に位置している場合には、側面S3aの領域の画像の切り出しは、比較的容易である。これは、1つの側面S3aの領域の画像を切り出す処理を、たとえば切り出し領域を回転対称の中心軸の軸回りに回転させることにより、他の試料Sの像S3にも適用できるからである。 The image processing unit 60 cuts out images of the side surface S3a and S4a regions of the images S3 and S4 of the sample S from the images I3 and I4 acquired by the inspection optical system 20C. As shown in FIG. 12, when the images S3 of the eight samples S all have the same shape and are positioned rotationally symmetrically, it is relatively easy to cut out the image of the side surface S3a region. This is because the process of cutting out the image of one side surface S3a region can also be applied to the images S3 of other samples S, for example, by rotating the cut-out region around the central axis of rotational symmetry.

これに対して、図13と図14に示されるように、8つの試料Sの像S4が、すべて同じ形状ではない場合には、側面S4aの領域の画像の切り出しは、複雑にならざるを得ない。これは、1つの側面S4aの領域の画像を切り出す処理を、他の試料Sの像S4に簡単には適用できないからである。したがって、図13と図14の画像I4に対する試料Sの像S4の側面S4aの領域の画像の切り出しは、多くの時間を要してしまい、画像処理部60による画像処理の負荷が大きい。 In contrast, as shown in Figures 13 and 14, when the images S4 of the eight samples S are not all the same shape, cutting out the image of the region of the side surface S4a is inevitably complicated. This is because the process of cutting out the image of one region of the side surface S4a cannot be easily applied to the images S4 of the other samples S. Therefore, cutting out the image of the region of the side surface S4a of the image S4 of the sample S for the image I4 in Figures 13 and 14 takes a lot of time, and the load of image processing by the image processing unit 60 is large.

次に、図8を参照して、本実施形態に係る検査光学系20によって取得される画像について説明する。図8は、試料Sの位置ずれに起因する主光線Lの移動に対する撮像素子38の受光面38a上における入射位置の移動を示す図である。 Next, an image acquired by the inspection optical system 20 according to this embodiment will be described with reference to FIG. 8. FIG. 8 is a diagram showing the movement of the incident position on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 in response to the movement of the principal ray L caused by the positional deviation of the sample S.

図7を参照して説明したように、図7の紙面に平行な水平方向の試料Sのずれ量Δの位置ずれによる主光線Lの移動量dは、d=Δsinθである。本実施形態に係る検査光学系20においては、図8に示されるように、2次ミラー36の反射面によって反射された主光線Lは、撮像素子38の受光面38aに入射角ηで入射する。入射角ηは、θの余角であり、η=π/2-θである。このため、試料Sの位置ずれに起因する主光線Lの移動に対する撮像素子38の受光面38a上における入射位置の移動量はΔとなる。ただし、Mは、両側テレセントリック光学系TOSの光学倍率である。 As described with reference to Fig. 7, the amount of movement d of the chief ray L due to the positional shift of the sample S by the shift amount Δ in the horizontal direction parallel to the paper surface of Fig. 7 is d = Δ sin θ. In the inspection optical system 20 according to this embodiment, as shown in Fig. 8, the chief ray L reflected by the reflecting surface of the secondary mirror 36 is incident on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 at an incident angle η. The incident angle η is the complement angle of θ, and η = π/2 - θ. Therefore, the amount of movement of the incident position on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 relative to the movement of the chief ray L due to the positional shift of the sample S is M Δ, where M is the optical magnification of the double-telecentric optical system TOS.

つまり、図7の紙面に平行な水平方向の試料Sのずれ量Δの位置ずれに対して、撮像素子38の受光面38a上における主光線Lの入射位置は、図8の紙面に平行な水平方向にΔだけ移動する。 In other words, with respect to a positional shift of the sample S in a horizontal direction parallel to the paper surface of FIG. 7, the incident position of the chief ray L on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 moves by in a horizontal direction parallel to the paper surface of FIG.

また、前述したように、図7の紙面に垂直な水平方向の試料Sにずれ量Δの位置ずれによる主光線Lの移動量は、図7の紙面に垂直な水平方向に、そのままΔである。このため、撮像素子38の受光面38a上における主光線Lの入射位置の移動量は、図8の紙面に垂直な水平方向にΔである。 As described above, the amount of movement of the chief ray L due to the positional shift of the sample S by the amount of shift Δ in the horizontal direction perpendicular to the paper surface of Fig. 7 is Δ in the horizontal direction perpendicular to the paper surface of Fig. 7. Therefore, the amount of movement of the incident position of the chief ray L on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 is in the horizontal direction perpendicular to the paper surface of Fig. 8.

このため、本実施形態に係る検査光学系20においては、撮像素子38の受光面38a上における主光線Lの入射位置の移動量は、試料Sのずれ量Δの位置ずれに対して、位置ずれの方向に関係なく、一定値Δである。これは、検査光学系20によって形成される8つの試料Sの光学像はすべて同じ形状であることを意味する。 For this reason, in the inspection optical system 20 according to this embodiment, the amount of movement of the incident position of the principal ray L on the light receiving surface 38a of the image sensor 38 is a constant value with respect to the positional shift of the shift amount Δ of the sample S, regardless of the direction of the positional shift. This means that all of the eight optical images of the sample S formed by the inspection optical system 20 have the same shape.

図9~図11は、図2に示された本実施形態に係る検査光学系20によって取得された画像I1,I2を示している。図9は、光軸A上に中心が位置する試料Sに対して取得された画像I1を示している。図10と図11は、光軸Aから中心がずれている試料Sに対して取得された画像I2を示している。 Figures 9 to 11 show images I1 and I2 acquired by the inspection optical system 20 according to the present embodiment shown in Figure 2. Figure 9 shows image I1 acquired for a sample S whose center is located on the optical axis A. Figures 10 and 11 show image I2 acquired for a sample S whose center is shifted from the optical axis A.

図9~図11の画像I1,I2において、試料Sの像S1,S2は実線で描かれている。また、図10と図11の画像I2には、便宜上、図9の画像I1における試料Sの像S1が二点鎖線で重ねて描かれている。図10の画像I2では、図9の画像I1における試料Sの像S1は、そのままの位置に描かれている。一方、図9の画像I1における試料Sの像S1は、平行移動によって、図11の画像I2における試料Sの像S2と完全に重なり得るが、図解の便宜上、図11の画像I2では、図9の画像I1における試料Sの像S1は、画像I2における試料Sの像S2に隣接させて描かれている。 In images I1 and I2 in Figures 9 to 11, the images S1 and S2 of the sample S are drawn with solid lines. Also, in image I2 in Figures 10 and 11, the image S1 of the sample S in image I1 in Figure 9 is drawn superimposed with a two-dot chain line for convenience. In image I2 in Figure 10, the image S1 of the sample S in image I1 in Figure 9 is drawn in the same position. On the other hand, the image S1 of the sample S in image I1 in Figure 9 can be completely superimposed with the image S2 of the sample S in image I2 in Figure 11 by translation, but for convenience of illustration, in image I2 in Figure 11, the image S1 of the sample S in image I1 in Figure 9 is drawn adjacent to the image S2 of the sample S in image I2.

図9~図11の画像I1,I2は、それぞれ、8つの試料Sの像S1,S2を含んでいる。8つの試料Sの像S1,S2は、それぞれ、1次ミラー24と2次ミラー26と1次ミラー34と2次ミラー36のそれぞれの8つの反射面を経由した光ビームによって形成された光学像に対応する像である。 Images I1 and I2 in Figures 9 to 11 each include images S1 and S2 of eight samples S. The images S1 and S2 of the eight samples S correspond to optical images formed by light beams passing through the eight reflecting surfaces of the primary mirror 24, the secondary mirror 26, the primary mirror 34, and the secondary mirror 36, respectively.

図9の画像I1においては、8つの試料Sの像S1はすべて、同じ形状を有している。また、8つの試料Sの像S1は、回転対称に位置している。回転対称の中心は、画像I1の中心に位置している。 In image I1 of FIG. 9, the images S1 of the eight samples S all have the same shape. Furthermore, the images S1 of the eight samples S are positioned rotationally symmetrically. The center of rotational symmetry is located at the center of image I1.

一方、図10の画像I2においては、8つの試料Sの像S2の中心は、画像I2の中心から外れている。また図11から、8つの試料Sの像S1は、平行移動によって、8つの試料Sの像S2と完全に重なり得ることが分かる。 On the other hand, in image I2 in FIG. 10, the center of image S2 of the eight samples S is offset from the center of image I2. Also, from FIG. 11, it can be seen that image S1 of the eight samples S can be completely overlapped with image S2 of the eight samples S by translation.

すなわち、8つの試料Sの像S1と8つの試料Sの像S2は、すべて同じ形状であり、ただ、それらの中心位置が異なっているだけである。これは、主光線Lの移動量が、試料Sの位置ずれの方向に依存しないからである。 In other words, the images S1 of the eight samples S and the images S2 of the eight samples S all have the same shape, only their central positions are different. This is because the amount of movement of the chief ray L does not depend on the direction of the positional shift of the sample S.

画像処理部60は、検査光学系20によって取得された画像I1,I2から、試料Sの像S1,S2の側面S1a,S2aの領域の画像を切り出す。画像I1,I2のいずれにおいても、8つの試料Sの像S1,S2は、すべて同じ形状を有し、回転対称に位置している。したがって、たとえば、1つの側面S1aの領域の画像を切り出す処理は、切り出し領域を回転対称の中心軸の軸回りに回転させることにより、他の試料Sの像S1,S2にも適用できる。これは、側面S1a,S2aの領域の画像の切り出しを容易にする。これにより、画像処理部60による画像処理の負荷が大幅に軽減される。 The image processing unit 60 cuts out images of the side surface S1a, S2a regions of the images S1, S2 of the sample S from the images I1, I2 acquired by the inspection optical system 20. In both images I1, I2, the images S1, S2 of the eight samples S all have the same shape and are positioned rotationally symmetric. Therefore, for example, the process of cutting out an image of one side surface S1a region can also be applied to the images S1, S2 of the other samples S by rotating the cut-out region around the central axis of rotational symmetry. This makes it easier to cut out images of the side surface S1a, S2a regions. This significantly reduces the image processing load on the image processing unit 60.

すなわち、本実施形態によれば、画像処理の負荷が軽減された検査装置10が提供される。 In other words, this embodiment provides an inspection device 10 with a reduced image processing load.

実施形態では、第1のミラーユニットMU1が1次ミラー24と2次ミラー26を備え、第2のミラーユニットMU2は1次ミラー34と2次ミラー36を備える構成例を示した。しかし、第1のミラーユニットMU1の構成と第2のミラーユニットMU2の構成はこれに限定されない。第1のミラーユニットMU1の構成と第2のミラーユニットMU2の構成は、1次ミラー(第1のミラー)24と2次ミラー(第2のミラー)36が前述した相関的な配置関係を満たし、かつ、第1のミラーユニットMU1と第2のミラーユニットMU2が本来の機能を果たしさえすれば、適宜変更されてもよい。 In the embodiment, an example configuration has been shown in which the first mirror unit MU1 includes a primary mirror 24 and a secondary mirror 26, and the second mirror unit MU2 includes a primary mirror 34 and a secondary mirror 36. However, the configuration of the first mirror unit MU1 and the configuration of the second mirror unit MU2 are not limited to this. The configuration of the first mirror unit MU1 and the configuration of the second mirror unit MU2 may be changed as appropriate as long as the primary mirror (first mirror) 24 and the secondary mirror (second mirror) 36 satisfy the relative positional relationship described above, and the first mirror unit MU1 and the second mirror unit MU2 perform their original functions.

たとえば、2次ミラー26と1次ミラー34が省かれ、1次ミラー24と2次ミラー36が前述した相関的な配置関係を満たし、かつ、1次ミラー24が光ビームを光軸Aに平行に反射し、2次ミラー36が両側テレセントリック光学系TOSを通過した光ビームを直に反射する構成であってもよい。反対に、これらのミラー24,26,34,36に加えて、他の光学要素が適当に追加されてもよい。 For example, the secondary mirror 26 and the primary mirror 34 may be omitted, and the primary mirror 24 and the secondary mirror 36 may satisfy the relative arrangement relationship described above, with the primary mirror 24 reflecting the light beam parallel to the optical axis A, and the secondary mirror 36 directly reflecting the light beam that has passed through the double-telecentric optical system TOS. Conversely, in addition to these mirrors 24, 26, 34, and 36, other optical elements may be appropriately added.

また、両側テレセントリック光学系TOSが対物レンズ28と結像レンズ32と開口絞り30を備える構成例を示したが、これに限らず、これらの光学要素に加えて、他の光学要素が適当に追加されてもよい。 In addition, while an example configuration has been shown in which the double telecentric optical system TOS includes an objective lens 28, an imaging lens 32, and an aperture stop 30, the present invention is not limited to this, and other optical elements may be added as appropriate in addition to these optical elements.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

10…検査装置、20…検査光学系、22…照明器、MU1…第1のミラーユニット、24…1次ミラー、26…2次ミラー、TOS…両側テレセントリック光学系、28…対物レンズ、30…開口絞り、32…結像レンズ、MU2…第2のミラーユニット、34…1次ミラー、36…2次ミラー、38…撮像素子、38a…受光面、60…画像処理部、70…判定部、80…表示部、90…コンベア、92…無端ベルト、94…駆動ローラ、S…試料、Sa…側面。 10...inspection device, 20...inspection optical system, 22...illuminator, MU1...first mirror unit, 24...primary mirror, 26...secondary mirror, TOS...telecentric optical system on both sides, 28...objective lens, 30...aperture stop, 32...imaging lens, MU2...second mirror unit, 34...primary mirror, 36...secondary mirror, 38...imaging element, 38a...light receiving surface, 60...image processing unit, 70...determination unit, 80...display unit, 90...conveyor, 92...endless belt, 94...drive roller, S...sample, Sa...side surface.

Claims (8)

試料を全周囲から斜めに撮像した画像に基づいて試料を検査する検査装置であって、
両側テレセントリック光学系と、
前記両側テレセントリック光学系によって前記試料の光学像が形成される撮像素子と、
前記両側テレセントリック光学系の光軸の周囲に内向きに配置された複数の反射面を有し、前記光軸に対して斜めに前記試料から発せられる複数の光ビームを反射する第1のミラーと、
前記光軸の周囲に内向きに配置された複数の反射面を有し、前記光ビームを反射して前記光軸に対して斜めに前記撮像素子に導く、前記試料の検査対象面から発せられる主光線と前記撮像素子に入射する主光線とが対称的である相関的な配置関係で前記反射面が前記第1のミラーの前記反射面に対して配置された第2のミラーと、
を備える検査装置。
An inspection apparatus for inspecting a sample based on images captured obliquely from all around the sample, comprising:
A double telecentric optical system;
an imaging element on which an optical image of the sample is formed by the double telecentric optical system;
a first mirror having a plurality of reflecting surfaces arranged inwardly around an optical axis of the double-telecentric optical system, the first mirror reflecting a plurality of light beams emitted from the sample obliquely with respect to the optical axis;
a second mirror having a plurality of reflective surfaces arranged inwardly around the optical axis, which reflects the light beam and guides it obliquely to the optical axis to the image sensor, the reflective surfaces being arranged with respect to the reflective surfaces of the first mirror in a relative arrangement relationship in which a chief ray emitted from an inspection target surface of the sample and a chief ray incident on the image sensor are symmetrical;
An inspection device comprising:
前記第1のミラーの前記反射面と前記第2のミラーの前記反射面は、前記検査対象面から発せられた主光線が、前記主光線の射出角の余角に等しい入射角で前記撮像素子に入射するように配置されている、請求項1に記載の検査装置。 The inspection device according to claim 1, wherein the reflecting surface of the first mirror and the reflecting surface of the second mirror are arranged so that a chief ray emitted from the surface to be inspected is incident on the imaging element at an angle of incidence equal to a complement of the angle of emergence of the chief ray. 前記第1のミラーによって反射された光ビームを前記光軸に平行に反射して前記両側テレセントリック光学系に導く、前記光軸の周囲に外向きに配置された複数の反射面を有する第3のミラーと、
前記両側テレセントリック光学系を通過した光ビームを反射して前記第2のミラーに導く、前記光軸の周囲に内向きに配置された複数の反射面を有する第4のミラーとをさらに備える、請求項1または2に記載の検査装置。
a third mirror having a plurality of reflective surfaces arranged outwardly around the optical axis, which reflects the light beam reflected by the first mirror parallel to the optical axis and guides the light beam to the double-telecentric optical system; and
3. The inspection apparatus according to claim 1, further comprising: a fourth mirror having a plurality of reflective surfaces arranged inwardly around the optical axis, the fourth mirror reflecting the light beam that has passed through the double-telecentric optical system and directing it to the second mirror.
前記第1のミラーは、内周面に前記反射面を有する正多角筒型ミラーを備え、
前記第2のミラーは、内周面に前記反射面を有する正多角筒型ミラーを備える、請求項1から3までのいずれかひとつに記載の検査装置。
the first mirror comprises a regular polygonal cylindrical mirror having the reflecting surface on an inner peripheral surface thereof,
4. The inspection device according to claim 1, wherein the second mirror comprises a regular polygonal cylindrical mirror having the reflecting surface on an inner circumferential surface.
前記第1のミラーは、内周面に前記反射面を有する正八角筒型ミラーを備え、
前記第2のミラーは、内周面に前記反射面を有する正八角筒型ミラーを備える、請求項4に記載の検査装置。
the first mirror comprises a regular octagonal cylindrical mirror having the reflective surface on an inner peripheral surface thereof,
The inspection device according to claim 4 , wherein the second mirror comprises a regular octagonal cylindrical mirror having the reflective surface on an inner peripheral surface thereof.
前記両側テレセントリック光学系は、
対物レンズと、
前記対物レンズと同軸に配置され、前記対物レンズと焦点が一致するように配置される結像レンズと、
前記対物レンズ及び前記結像レンズと同軸に配置され、前記対物レンズと前記結像レンズの焦点の位置に配置される開口絞りと、
を備える、請求項1から5までのいずれかひとつに記載の検査装置。
The double telecentric optical system is
An objective lens;
an imaging lens arranged coaxially with the objective lens and arranged so as to coincide with a focal point of the objective lens;
an aperture diaphragm arranged coaxially with the objective lens and the imaging lens and arranged at a focal position of the objective lens and the imaging lens;
6. An inspection device according to claim 1, comprising:
前記試料を全周囲から照明するリング型照明器をさらに備える、請求項1から6までのいずれかひとつに記載の検査装置。 The inspection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a ring-shaped illuminator that illuminates the sample from all sides. 前記撮像素子によって生成された画像から前記試料の前記検査対象面の領域の画像を切り出す画像処理部と、
前記検査対象面の領域の画像について欠陥の有無を判定する判定部と、
前記判定部による判定結果を表示する表示部とをさらに備える、請求項1から7までのいずれかひとつに記載の検査装置。
an image processing unit that cuts out an image of a region of the inspection target surface of the sample from the image generated by the imaging element;
a determination unit for determining the presence or absence of a defect in an image of the region of the inspection target surface;
The inspection device according to claim 1 , further comprising a display unit that displays a result of the determination by the determination unit.
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