JPH08166514A - 斜光照明装置 - Google Patents

斜光照明装置

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JPH08166514A
JPH08166514A JP6332992A JP33299294A JPH08166514A JP H08166514 A JPH08166514 A JP H08166514A JP 6332992 A JP6332992 A JP 6332992A JP 33299294 A JP33299294 A JP 33299294A JP H08166514 A JPH08166514 A JP H08166514A
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JP
Japan
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light
objective lens
oblique illumination
illumination
oblique
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JP6332992A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Naganuma
義広 長沼
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さな入射角で被検物体を斜めから照明する
ことのできる斜光照明装置を提供すること。 【構成】 本発明においては、対物レンズ1を介して物
体9の光学像を検出する光学機器のための照明装置にお
いて、前記対物レンズ1の光軸から離れた対物レンズ周
縁部を介して、前記物体9に向かって照明光を斜入射す
るための複数の斜光照明手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は斜光照明装置に関し、特
に目視でまたはビデオ画像等の光電的な手段で光学像を
検出する測定機や検査機等の光学機器において被検物体
を斜めから照明する斜光照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被検物体を照明し対物レンズを介してそ
の光学像を検出する従来の測定機や検査機では、対物レ
ンズの光軸に沿って被検物体を照明する垂直落射方式、
および対物レンズの光軸に対して斜めから被検物体を照
明する斜入射方式がある。垂直落射方式の照明によれ
ば、フラット面(光沢面)の明るい明視野的な光学像が
得られる。しかしながら、正反射光が強すぎて被検物体
がフラットに見え、物体表面に形成された模様や傷が見
えにくい。すなわち、コントラストがつきにくく、立体
的な光学像を検出しにくい。また、反射光がゴーストと
なって、光学像の良好な検出が妨げられ易い。
【0003】そこで、垂直落射方式に比べてより立体的
でコントラストの強い表面像を得たい場合には、斜入射
方式の照明装置すなわち斜光照明装置を用いる。従来の
単一光源を有する斜光照明装置として、たとえば対物レ
ンズの鏡筒の外周に円形光源手段を配設した連続リング
照明装置がある。この場合、円形光源手段として、たと
えば円形蛍光燈や、複数のファイバ射出端がリング状に
隣接して配列されたファイバライトガイド等が用いられ
る。
【0004】また、従来の複数光源を有する斜光照明装
置では、図5に示すように、対物レンズ51の鏡筒52
と干渉しない位置に位置決めされた複数の斜光照明手段
を備え、被検物体55を対物レンズ51の光軸53に対
して斜めから照明する。なお、通常、複数の斜光照明手
段は、対物レンズ51の光軸53に関して対称な位置に
配置された4つの照明手段(54aおよび54bのみを
図示)からなっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の斜
光照明装置では、対物レンズおよびその鏡筒の外周また
は外側に円形光源手段または照明手段が設けられてい
る。すなわち、対物レンズおよびその鏡筒と空間的に干
渉しないように円形光源手段または照明手段を位置決め
する必要がある。その結果、被検物体に対する照明光の
入射角を小さくすることが困難である。
【0006】照明光の入射角が大きい場合、被検物によ
っては、フラットな面が暗く、傷やごみやエッジ部等の
異常要素しか見えないような、いわゆる暗視野照明状態
となる。ごみ検査や傷検査を除く一般の検査および測定
では、被検物体を明視野照明状態で観察すべき場合がほ
とんどである。そして、入射角の大きい従来の斜光照明
装置では、コントラストの強い立体的な像が得られる
が、端面位置等を正確に検出することができないという
不都合があった。特に、測定機に適用されるような場合
には、検出すべき端面の像(輝線)が入射角によっては
本来の位置からずれて見えるため、検出精度および検出
の再現性が損なわれるという不都合があった。
【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、小さな入射角で被検物体を斜めから照明する
ことのできる斜光照明装置を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、対物レンズを介して物体の光学
像を検出する光学機器のための照明装置において、前記
対物レンズの光軸から離れた対物レンズ周縁部を介し
て、前記物体に向かって照明光を斜入射するための複数
の斜光照明手段を備えていることを特徴とする斜光照明
装置を提供する。
【0009】本発明の好ましい態様によれば、前記複数
の斜光照明手段は、前記対物レンズの光軸に関して対称
に配置されている。
【0010】
【作用】本発明の斜光照明装置では、対物レンズの周縁
部、たとえば被検物体からの光に対する対物レンズの開
口(有効径)の内側で結像光束開口より外側の対物レン
ズ周縁部を介して、複数の斜光照明手段から照明光を被
検物体に向かって斜入射する。このように、本発明で
は、対物レンズの周縁部を利用して照明光を斜入射す
る。その結果、対物レンズ鏡筒の外周または外側に設け
られた光源から照明光を斜入射する従来技術と比べて、
照明光の入射角を小さくすることができる。したがっ
て、本発明の斜光照明装置を検査機や測定機に適用する
と、斜光照明にもかかわらず明視野的な光源像を得るこ
とができる。すなわち、コントラストのある立体的な像
が得られるとともに、端面位置等を正確に検出すること
ができる。
【0011】また、本発明の斜光照明装置では、複数の
斜光照明手段を対物レンズの光軸に関して対称に配置す
ることにより、縦横に配列された要素で構成されること
の多い一般的な工業製品の縦要素および横要素に対し
て、それぞれ照明の対称性を得ることができる。さら
に、検出すべき端面の方向に応じて複数の斜光照明光束
のうち特定の方向の照明光束だけを選択することによ
り、光電センサや画像処理において端面像を検出し易く
することができる。この場合、照明方向が偏っても、照
明光の入射角が十分に小さいため、端面の像が本来の位
置からずれて見えることもない。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て説明する。図1は、本発明の第1実施例にかかる斜光
照明装置を物体形状の検査機または測定機のような光学
機器に適用した例の構成を概略的に説明する図である。
図1の光学機器は、被検物体9の形状を検出するための
検出光学系を有する。検出光学系において、照明光に対
する被検物体9からの結像光束2は、対物レンズ1およ
び第2対物レンズ8を介して、被検物体9の表面と光学
的に共役に位置決めされたTVカメラ等のセンサ面10
上に結像する。
【0013】図1の光学機器はまた、対物レンズ1の光
軸に沿って図中鉛直方向に被検物体9を照明するための
落射照明光学系11を有する。落射照明光学系11で
は、図示を省略した光源から射出された照明光が、対物
レンズ1と第2対物レンズ8との間に位置決めされたハ
ーフミラーによって図中下方偏向され、対物レンズ1を
介して被検物体9の表面を鉛直方向に沿って照明する。
【0014】図1の光学機器はさらに、第1実施例にか
かる斜光照明装置を備えている。なお、図示の斜光照明
装置は、対物レンズ1の光軸に関して対称に配置された
4つの斜光照明手段を有する。各斜光照明手段は同一の
構成を有し、図1には2つの斜光照明手段のみを示して
いる。以下、図中右側の斜光照明手段について、その構
成および動作を説明する。
【0015】図示の斜光照明手段は、照明光を供給する
光源手段としてランプ13を備えている。ランプ13か
ら射出された照明光は、たとえば光ファイバからなるラ
イトガイド12の一端(入射端)に入射する。ライトガ
イド12の一端に入射した光は、その他端(射出端)4
に導かれる。保持部材7により所定位置に保持されたラ
イトガイド12の射出端4から射出された光は、コレク
ターレンズ5およびミラーまたはプリズムのような反射
手段6を介した後、対物レンズ1の周縁部(対物レンズ
1の開口すなわち有効径内で結像光束開口より外側の領
域)に入射する。対物レンズ1の周縁部に入射した斜光
照明光束3は、対物レンズ1の光軸に対して所定の入射
角をもって斜めから被検物体9を照明する。
【0016】図示のように、照明光に対する被検物体9
からの結像光束2および斜光照明装置からの斜光照明光
束3は、ともに対物レンズ1を通過するように構成され
ている。しかしながら、結像光束2は対物レンズ1の中
央領域を通過し、斜光照明光束3は対物レンズ1の周縁
部を通過する。すなわち、結像光束2と斜光照明光束3
とが対物レンズ1内において結像光束2と干渉しないよ
うに構成されている。なお、斜光照明光束3が通過する
対物レンズ1の周縁部については、結像光束2が通過し
ないので収差が大きくてもかまわない。
【0017】このように、第1実施例の斜光照明装置で
は、対物レンズ1の周縁部を介して被検物体9を斜めか
ら照明するので、照明光束の入射角を小さくすることが
できる。その結果、斜光照明にもかかわらず、明視野的
な光学像を得ることが可能になる。また、第1実施例の
斜光照明装置では各斜光照明手段がそれぞれ光源手段を
有する。したがって、各斜光照明手段からの照明をそれ
ぞれ独立に適宜ON−OFFすることにより、特定方向
からの斜光照明が可能である。なお、図1において、ラ
イトガイドを用いることなく、ライトガイド12の射出
端4の位置に光源ランプ13を位置決めしてもよいこと
は明らかである。
【0018】図2は、本発明の第2実施例にかかる斜光
照明装置の構成を概略的に説明する図である。なお、図
2(b)は、(a)の線A−A’に沿った断面図であ
る。図2の斜光照明装置が対称配置された4つの斜光照
明手段からなり、各斜光照明手段がそれぞれ同一の構成
を有し且つそれぞれ光源ランプ13を備えている点は、
第1実施例と同様である。
【0019】しかしながら、第2実施例の各斜光照明手
段では、各ライトガイド(21’〜24’)がそれぞれ
束ねられた複数の光ファイバーからなり、その射出端が
対物レンズ1の光軸を中心とした円周上に互いに隣接す
るように配列されている。すなわち、ライトガイド2
1’の光ファイバー射出端は角度領域21、ライトガイ
ド22’の光ファイバー射出端は角度領域22、ライト
ガイド23’の光ファイバー射出端は角度領域23、ラ
イトガイド24’の光ファイバー射出端は角度領域24
に亘って、それぞれ円周の1/4に対応する円弧上にお
いて互いに隣接するようにリング状に配列されている。
【0020】そして、各光ファイバーの射出端から射出
された照明光束は、対物レンズ1の周縁部を介して被検
物体を斜めから照明する。このように、第2実施例の斜
光照明装置では、小さな入射角でリング状の照明光を被
検物体に照射することができる。また、各斜光照明手段
がそれぞれ光源手段を有するので、各斜光照明手段から
の照明をそれぞれ独立に適宜ON−OFFすることによ
り、特定方向からの斜光照明が可能である。
【0021】図3は、本発明の第3実施例にかかる斜光
照明装置の構成を概略的に説明する図である。図3の斜
光照明装置は、1つの共通光源手段としてランプ13を
備えている。ランプ13から射出された照明光は、メイ
ンライトガイド32の一端(入射端)に入射する。メイ
ンライトガイド32の入射端は、口金32を介して1つ
に束ねられた4つの同一構成を有するサブライトガイド
32a〜32dの入射端からなる。したがって、メイン
ライトガイド32に入射した照明光は、それぞれ4等分
され、各サブライトガイド32a〜32dの射出端に導
かれる。
【0022】そして、各サブライトガイド32a〜32
dの射出端から射出された照明光は、コリメータレンズ
5、ミラー6、および対物レンズ1の周縁部を介して被
検物体を斜めから照明する。なお、第3実施例では、共
通光源手段を有するので、光源手段のON−OFFによ
り特定方向の照明を選択することができない。そこで、
本実施例では、各サブライトガイド32a〜32dの射
出端とコリメータレンズ5との間に遮光手段33を備え
ている。遮光手段33は、たとえば電磁シャッターや液
晶シャッターなどからなり、各サブライトガイド32a
〜32dからの発散光を選択的に遮断することができ
る。こうして、第3実施例においても、特定方向の照明
を得ることができるように構成されている。
【0023】図4は、本発明の第4実施例にかかる斜光
照明装置の構成を概略的に説明する図である。なお、図
4(b)は、(a)の線B−B’に沿った断面図であ
る。図4の斜光照明装置は、1つの共通光源手段である
ランプ13および1つの共通ライトガイド42を備えて
いる。共通ライトガイド42は束ねられた複数の光ファ
イバーからなり、その射出端は対物レンズ1の光軸を中
心とした円周上に互いに隣接するように配列されてい
る。
【0024】したがって、共通ランプ13からの照明光
は、共通ライトガイド42の入射端を経て、各光ファイ
バーの射出端へ導かれる。各光ファイバーの射出端から
射出された照明光束は、対物レンズ1の周縁部を介して
被検物体を斜めから照明する。このように、第4実施例
の斜光照明装置では、小さな入射角でリング状の照明光
を被検物体に照射することができる。しかしながら、共
通光源手段を有するので、光源手段のON−OFFによ
り特定方向の照明を選択することができない。
【0025】そこで、本実施例では、各光ファイバーの
射出端と対物レンズ1との間に4つのシャッター手段4
1を備えている。各シャッター手段41は、図4(b)
に示すように、リング状に配列された光ファイバーの射
出端に向かって進退可能な特殊形状のシャッター羽根4
3を備えている。このように、各シャッター羽根43の
作用により、リング状に配列された光ファイバーの射出
端の1/4領域を選択的に遮光することができる。こう
して、第4実施例においても、特定方向の照明を得るこ
とができる。
【0026】なお、図1の検出光学系において、対物レ
ンズ1と第2対物レンズ8とでアフォーカル系を構成し
ているが、平行光路を有しない検出光学系に対しても本
発明を適用することができることは明らかである。ま
た、上述の各実施例では、4つの斜光照明手段が対物レ
ンズの光軸に関して対称に配置された例を示している。
しかしながら、斜光照明手段の数、対称性、入射角等に
ついて本発明の範囲で様々な変形例が可能である。
【0027】
【効果】以上説明したように、本発明によれば、対物レ
ンズの周縁部を介して入射角の小さい斜め照明を実現す
ることができる。このため、垂直落射的な明視野像であ
りながら、垂直落射方式よりもコントラストの強い立体
的な像を得ることができる。また、入射角の大きい斜め
照明とは異なり、傷やごみばかりが目立つようなことも
ない。したがって、本発明の斜光照明装置によれば、物
体形状の測定や検査に好適な光学像を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかる斜光照明装置を物
体形状の検査機または測定機のような光学機器に適用し
た例の構成を概略的に説明する図である。
【図2】本発明の第2実施例にかかる斜光照明装置の構
成を概略的に説明する図である。
【図3】本発明の第3実施例にかかる斜光照明装置の構
成を概略的に説明する図である。
【図4】本発明の第4実施例にかかる斜光照明装置の構
成を概略的に説明する図である。
【図5】従来の斜光照明装置の構成を概略的に説明する
図である。
【符号の説明】
1 対物レンズ 2 結像光束 3 斜光照明光束 4 ライトガイドの射出端 5 コレクターレンズ 6 ミラー 7 保持部材 8 第2対物レンズ 9 被検物体 10 結像面 11 垂直落射照明光学系 12 ライトガイド 13 光源ランプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対物レンズを介して物体の光学像を検出
    する光学機器のための照明装置において、 前記対物レンズの光軸から離れた対物レンズ周縁部を介
    して、前記物体に向かって照明光を斜入射するための複
    数の斜光照明手段を備えていることを特徴とする斜光照
    明装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の斜光照明手段は、前記対物レ
    ンズの光軸に関して対称に配置されていることを特徴と
    する請求項1に記載の斜光照明装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の斜光照明手段の各々は、 照明光を供給するための光源手段と、 前記光源手段からの光を入射端から射出端まで導くため
    のライトガイド手段とを備え、 前記ライトガイド手段の射出端から発散する光は、前記
    対物レンズの対物レンズ周縁部を介して前記物体に向か
    って斜入射することを特徴とする請求項1または2に記
    載の斜光照明装置。
  4. 【請求項4】 前記ライトガイド手段の各々は、それぞ
    れ束ねられた複数の光ファイバーからなり、 前記複数の光ファイバーの射出端は、前記対物レンズの
    光軸を中心とした円周に沿って互いに隣接するように配
    置されていることを特徴とする請求項3に記載の斜光照
    明装置。
JP6332992A 1994-12-14 1994-12-14 斜光照明装置 Pending JPH08166514A (ja)

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