KR102361860B1

KR102361860B1 - 검사 측정용 조명 장치 및 검사 측정 시스템 및 검사 측정 방식

Info

Publication number: KR102361860B1
Application number: KR1020217040248A
Authority: KR
Inventors: 시게키 마스무라
Original assignee: 머신 비전 라이팅 가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-14
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2022-02-14
Also published as: US20220170863A1; IL299032B2; CN114144661A; KR20210157400A; IL299032A; EP4166933A4; CN114144661B; US11630070B2; EP4166933A1; IL299032B1

Abstract

(과제) 검사 대상인 물체면으로부터 리턴되는 물체광에, 조사광에 대한 정반사광이나 정투과광에 대응하는 직접광 성분이 적고, 주로 산란광 성분을 관찰함으로써 그 명암 정보를 취득하는 경우에 있어서는 상기 물체면의 각 점에 대한 조사광의 광축 경사 등의 조사 조건이 일정하게 유지되지 않으면, 상기 물체면의 각 점 근방의 미소 면적에 있어서 그 경사 방향과 경사각을 정량적으로 상기 산란광의 광 속성, 및 명암의 변화에 정량적으로 반영하는 것이 어렵게 되어 버리고,
또한,
검사 대상인 물체면으로부터 리턴되는 물체광에 직접광 성분이 많고, 주로 직접광 성분을 관찰함으로써 그 명암 정보를 취득하는 경우에는 상기 물체면의 표면 성상이, 예를 들면 변화가 비교적 큰 3차원 형상을 가지는 경우에 그 표면의 각 미소면의 경사가 일정 이상이 되면, 물체면으로부터 리턴되는 물체광 중 조사광의 정반사광인 직접광의 광축 경사가 커지고, 물체 상방으로부터의 관찰 광학계가 형성하는 관찰 입체각의 범위 밖으로 나가 버리고, 그 경사면으로부터의 직접광이 관찰 광학계에 의해 포착할 수 없게 되어, 물체로부터 리턴되는 상기 직접광에서는 그 부분의 농담 정보가 얻어지지 않게 되고, 상기 물체면의 표면 형상을 연속적으로, 또한 정량적으로 얻는 것이 어렵게 되어 버린다.
(해결 수단) 본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 검사 대상인 물체의 관찰 범위에 있어서 물체면의 각 점에 대해 동일 조사 입체각을 형성할 수 있는 조사광을 조사하고, 상기 물체면으로부터 리턴되는 물체광 중 주로 상기 조사광에 대해 정반사광, 또는 정투과광에 상당하는 직접광 이외의 산란광 성분을 관찰하여 그 명암 정보에 의해 상기 물체면의 표면 형상을 취득하는 경우에 있어서는 상기 물체면의 각 점 근방의 미소면의 경사가 정량적으로 상기 산란광 성분의 광 속성, 및 명암 정보의 변화로서 반영되고,
또는,
주로 상기 직접광이 형성하는 입체각과, 상기 직접광을 관찰하는 관찰 광학계가 형성하는 관찰 입체각의 포함 관계의 변화에 의해 생기는 명암 정보를 얻어 그 물체면의 표면 형상을 취득하는 경우에 있어서는 상기 물체면의 각 점 근방의 미소면의 경사가 그 점에 대한 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 평면 반각의 합의 2분의 1 이상이 되고, 상기 관찰 광학계가 상기 물체면으로부터 리턴되는 상기 직접광에 의한 농담 정보가 연속적으로 얻어지지 않게 되는 영역에 인접하는 영역의 표면 형상에 관해, 예를 들면 높이나 경사, 경사 방향 등의 3차원 형상 정보의 상대 관계를 취득하는 것이 가능해지는 검사 측정 시스템, 및 검사 측정 방식을 제공하는 것을 목적으로 하여,
상기 검사 대상에 조사되는 조사광에 있어서,
상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광 중 산란광을 관찰하는 경우에 있어서는,
물체면의 각 점 근방의 미소면의 조도가 상기 미소면의 경사 방향이나 경사각이 같으면, 같은 조도 분포로 하고,
상기 미소면의 경사 방향이나 경사각의 변화에 대해 상기 미소면으로부터 리턴되는 물체광 중 산란광 성분의 광 속성, 및 명암을 정량적으로 변화시키고, 상기 물체면의 3차원 형상을 취득가능해지는 상기 조사광의 조사 입체각을 형성하고,
또는,
상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광 중 직접광을 관찰하는 경우에 있어서는,
물체면의 3D 형상의 변화가 크고, 물체면의 각 점 근방의 미소 면적의 경사가, 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 명암 정보로서 연속적으로 취득할 수 없는 불연속 영역에 있어서,
그 불연속 영역 근방에 있어서의 물체면의 각 점에 대한 상기 조사광의 조사 입체각이, 그 점으로부터 리턴되는 물체광의 정반사광에 상당하는 직접광의 입체각에 반영되지 않는 특정 영역이 있는 것에 착안하고,
상기 조사 입체각에 대한 상기 직접광의 입체각의 변화, 및 상기 불연속 영역에 있어서의 물체광의 변화에 착안하여 그 물체광의 명암 정보에 의해 불연속 영역의 3차원 형상을 취득가능하게 한다는 신규한 발상에 의거하여 이루어진 것이다.

Description

검사 측정용 조명 장치 및 검사 측정 시스템 및 검사 측정 방식

본 발명은, 예를 들면 검사 대상에 검사광을 조사하고, 그 제품의 외관이나 상처, 결함 등의 검사, 및 표면 형상의 측정을 행하기 위해서 사용되는 검사 측정용 조명 장치, 및 검사 측정 시스템, 및 검사 측정 방식에 관한 것이다.

제품의 외관 검사나 표면 형상의 측정 등에 사용되는 검사 측정용 조명 장치의 일례로서는 특허문헌 1, 및 특허문헌 2, 및 특허문헌 3에 나타내어지는 바와 같은 검사 대상에 대한 조사 입체각의 형상이나 각도, 및 그 광 속성이 상이한 입체각 영역을 대략 균일하게 제어해서 조사할 수 있는 것이 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 검사용 조명 장치를 사용하면, 통상의 조사광으로는 검출하는 것이 어려운 결함 등의 특징점을 촬상된 화상에 의해 검출하는 것이 가능해지지만, 상기 화상이 가지는 정보를 이용하여 그 특징점의 형상을 보다 정량적으로 계측하는 것이 요구되는 경우가 있다.

보다 구체적으로는,

검사 대상인 물체면으로부터 리턴되는 물체광에, 조사광에 대한 정반사광이나 정투과광에 대응하는 직접광 성분이 적고, 주로 산란광 성분을 관찰함으로써 그 명암 정보를 취득하는 경우에 있어서는,

상기 물체면의 각 점에 대한 조사광의 광축 경사 등의 조사 조건이 일정하게 유지되지 않으면, 상기 물체면의 각 점 근방의 미소 면적에 있어서 그 경사 방향과 경사각을 정량적으로 상기 산란광의 광 속성, 및 명암의 변화에 정량적으로 반영하는 것이 어렵게 되어 버리고,

또한, 검사 대상인 물체면으로부터 리턴되는 물체광에 직접광 성분이 많고, 주로 직접광 성분을 관찰함으로써 그 명암 정보를 취득하는 경우에는,

상기 물체면의 표면 성상이, 예를 들면 변화가 비교적 큰 3차원 형상을 가지는 경우에 그 표면의 각 미소면의 경사가 일정 이상이 되면, 물체면으로부터 리턴되는 물체광 중 조사광의 정반사광인 직접광의 광축 경사가 커져 물체 상방으로부터의 관찰 광학계가 형성하는 관찰 입체각의 범위 밖으로 나가 버리고, 그 경사면으로부터의 직접광이 관찰 광학계에 의해 포착할 수 없게 되어, 물체로부터 리턴되는 상기 직접광으로는 그 부분의 농담 정보가 얻어지지 않게 되고, 상기 물체면의 표면 형상을 연속적으로, 또한 정량적으로 얻는 것이 어렵게 되어 버린다.

그러한 사례에 대해서는, 예를 들면 상이한 복수의 방향으로부터 광을 조사하여, 그 미소한 경사면에 대한 조도의 변화를 생기게 해서 그 명암 정보로 상기 경사면의 경사각을 판정하거나, 또는 물체면의 표면 형상이 연속적으로 얻어지는 다른 영역의 데이터를 통해 그것이 물체면의 표면 형상이 연속적으로 얻어지지 않는 불연속 영역에 인접하는 영역에까지 도달할 수 있으면, 불연속 영역 이외에서 연속적으로 표면 형상이 얻어지는 영역에 관해 그 3차원 형상을 정량적으로 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 방법에서는 주로 물체광 중 조사광의 정반사광이나 정투과광에 대응하는 직접광 성분이 아닌 산란광 성분을 관찰하고 있는 경우에는 복수의 방향으로부터 조사되는 광이 각각 평행광이 아니거나, 물체면의 각 점에 대한 조사 각도가 장소에 따라 상이하거나 하면, 상기 물체면의 미소면의 경사 방향과 경사각이 같아도 그 조도가 상이해져 버리고, 상기 미소면의 경사 정보를 정량적으로 얻는 것이 어려운 경우가 있으며, 또는 주로 물체광 중 조사광의 정반사광이나 정투과광에 대응하는 직접광 성분을 관찰하고 있는 경우에는 물체면의 표면 형상이 연속적으로 그 물체면의 명암 정보로서 얻어지는 영역에 관해서는 그 정량적인 3차원 형상을 취득하는 것이 가능해지지만, 불연속 영역에서 차단된 영역 내지는 불연속 영역으로 둘러싸인 영역에 관해서는 그 부분의 3차원 형상과 다른 부분의 3차원 형상 사이에 있어서 높이 정보 등의 상대 정보를 얻는 것이 어려운 경우가 있고, 전체적으로 물체의 3차원 형상을 정량적으로 포착하는 것이 어렵다.

일본특허 제5866573호 일본특허 제5866586호 일본특허 제6451821호

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 검사 대상인 물체의 관찰 범위에 있어서 물체면의 각 점에 대해 동일 조사 입체각을 형성할 수 있는 조사광을 조사하고,

상기 물체면으로부터 리턴되는 물체광 중 주로 상기 조사광에 대해 정반사광, 또는 정투과광에 상당하는 직접광 이외의 산란광 성분을 관찰하여 그 명암 정보에 의해 상기 물체면의 표면 형상을 취득하는 경우에 있어서는 상기 물체면의 각 점 근방의 미소면의 경사가 정량적으로 상기 산란광 성분의 광 속성, 및 명암 정보의 변화로서 반영되고, 또는

주로 상기 직접광이 형성하는 입체각과, 상기 직접광을 관찰하는 관찰 광학계가 형성하는 관찰 입체각의 포함 관계의 변화에 의해 생기는 명암 정보를 얻어 그 물체면의 표면 형상을 취득하는 경우에 있어서는 상기 물체면의 각 점 근방의 미소면의 경사가 그 점에 대한 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 평면 반각의 합의 2분의 1 이상이 되고, 상기 관찰 광학계가 상기 물체면으로부터 리턴되는 상기 직접광에 의한 농담 정보가 연속적으로 얻어지지 않게 되는 영역에 인접하는 영역의 표면 형상에 관해, 예를 들면 높이나 경사, 경사 방향 등의 3차원 형상 정보의 상대 관계를 취득하는 것이 가능해지는 검사 측정 시스템, 및 검사 측정 방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 상기 검사 대상에 조사되는 조사광에 있어서 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광 중 산란광을 관찰하는 경우에 있어서는 물체면의 각 점 근방의 미소면의 조도가 상기 미소면의 경사 방향이나 경사각이 같으면, 같은 조도 분포로 하고, 상기 미소면의 경사 방향이나 경사각의 변화에 대해 상기 미소면으로부터 리턴되는 물체광 중 산란광 성분의 광 속성, 및 명암을 정량적으로 변화시키고, 상기 물체면의 3차원 형상을 취득가능해지는 상기 조사광의 조사 입체각을 형성하고, 또는

상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광 중 직접광을 관찰하는 경우에 있어서는 물체면의 3D 형상의 변화가 크고, 물체면의 각 점 근방의 미소 면적의 경사가, 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 명암 정보로서 연속적으로 취득할 수 없는 불연속 영역에 있어서 그 불연속 영역 근방에 있어서의 물체면의 각 점에 대한 상기 조사광의 조사 입체각이, 그 점으로부터 리턴되는 물체광의 정반사광에 상당하는 직접광의 입체각에 반영되지 않는 특정 영역이 있는 것에 착안하고, 상기 조사 입체각에 대한 상기 직접광의 입체각의 변화, 및 상기 불연속 영역에 있어서의 물체광의 변화에 착안하여 그 물체광의 명암 정보에 의해 불연속 영역의 3차원 형상을 취득가능하게 한다는 신규한 발상에 의거하여 이루어진 것이다.

보다 구체적으로는 본 발명에 있어서의 검사 측정용 조명 장치는 검사 대상에 검사광을 조사하는 검사 측정용 조명 장치로서, 상기 검사 대상에 있어서 반사 또는 투과 또는 산란하는 광, 즉 물체로부터 리턴되는 물체광을 촬상하는 촬상 장치로 이루어지는 검사 측정 시스템에 적용되고, 예를 들면 검사광을 사출하는 면광원과, 상기 면광원과 상기 검사 대상 사이에 형성되고, 상기 면광원으로부터 방사된 광을 상기 검사 대상에 조사하는 검사광으로서 상기 검사 대상에 대한 조사 입체각을 형성하기 위한 렌즈와, 상기 면광원과 상기 렌즈 사이이며, 상기 렌즈의 초점 위치를 중심으로 해서 그 전후에 형성되고,

상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각을 차광 형성하는 제 1 차광 마스크, 및 상기 검사광을 상이한 파장 대역의 광이나 상이한 편파면, 또는 상이한 광량을 가지는 광에서 부분적으로 상이한 광 속성을 가지는 복수의 입체 각도 영역으로 구분하는 제 1 필터 수단 중 적어도 어느 일방의 수단, 또는 제 1 차광 마스크와 제 1 필터 수단을 겸비한 조사 입체각 형성 수단을 구비하고 있으며,

상기 촬상 장치에서 상기 검사 대상으로부터의 광을 촬상할 때에 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각에 대해 각 점의 명암에 소망의 변화가 얻어지도록 조사 입체각의 형상 또는 크기나 경사, 또는 조사 입체각 내가 광 속성이 상이한 상기 입체 각도 영역으로 구성되어 있는 경우에는 상기 조사 입체각 내의 광 속성이 상이한 상기 입체 각도 영역이 각각의 상기 입체 각도 영역으로부터 조사되는 조사광을 기초로 해서 물체로부터 리턴되는 상이한 광 속성마다의 물체광의 변화의 조합 정보로서 얻어지도록 상기 입체각 영역의 광 속성이나 형상, 및 상기 조사 입체각 내에 있어서의 영역 구분 등을 적절하게 설정할 수 있는 것을 특징으로 하고,

물체광이 상기 조사광에 대한 정반사광이나 정투과광에 상당하는 직접광인 경우에는 상기 조사 입체각을 반영해서 형성되는 상기 직접광의 입체각, 또는 광 속성이 상이한 입체각 영역과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 물체광이 상기 조사광에 대한 정반사광이나 정투과광에 상당하는 직접광 이외의 산란광인 경우에는 상기 조사 입체각에 의한 광 조사에 의해 생기는 각 점 근방의 조도 변화, 또는 광 속성이 상이한 광에 대한 조도 변화에 의해,

물체로부터 리턴되는 물체광 중 조사광에 대한 정반사광, 또는 정투과광에 상당하는 직접광 성분, 및 그것 이외의 산란광 성분 중 어느 일방만, 또는 쌍방의 변화를 취득하여,

상기 검사 대상으로부터 상기 직접광이 리턴되지 않는 영역이나, 상기 직접광이 연속적으로 리턴되지 않는 상기 불연속 영역 근방에 있어서도 그 물체광의 명암 정보에 의해 상기 불연속 영역의 3차원 형상을 취득가능하게 하는 검사 측정 시스템, 및 검사 측정 방식이다.

상기 검사 측정용 조명 장치는 상기 제 1 차광 마스크와 상기 면광원 사이이며, 상기 렌즈가 상기 검사 대상에 대해 결상하는 근방에 제 2 차광 마스크, 및 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 제 4 필터 수단 중 적어도 어느 하나를 더 구비하고, 상기 제 2 차광 마스크 또는 제 4 필터 수단에 의해 상기 검사 대상에 대한 검사광의 조사 영역이나 조사 패턴을 임의로 생성가능한 조명 장치이어도 좋다.

이러한 검사 측정 방식 및 검사 측정 시스템에 있어서, 예를 들면 상기 검사용 조명 장치이면, 상기 렌즈와 상기 제 1 차광 마스크 또는 상기 제 1 필터 수단에 의해 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각을 대략 균일하게 형성하거나, 또는

대략 균일하게 형성된 상기 조사 입체각에 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량 등의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역을 방사 형상으로 형성하고, 또한 상기 렌즈와 상기 제 2 차광 마스크 또는 제 4 필터 수단에 의해 상기 검사 대상의 필요한 부분에만 상기 검사광을 조사할 수 있고, 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광이 산란광인 경우는 상기 검사 대상의 각 점 근방의 경사 방향, 및 그 경사각에 의해 상기 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역마다 상기 각 점 근방의 조도가 변화함으로써 상기 관찰 입체각에 의해 포착되는 각 광 속성마다의 명암이 각 점 근방의 미소면의 경사 방향, 및 경사각에 대응하여 정량적으로 변화를 생기게 하거나, 또는 상기 물체로부터 리턴되는 물체광이 직접광인 경우는 상기 직접광의 입체각과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 양자의 포함 관계가 어떤 방향으로 얼마만큼 변화했는지를 상기 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역마다 그 변화를 정량적으로 생기게 할 수 있고,

또한, 상기 불연속 영역에 있어서도 그 직접광의 입체각의 변화, 및 직접광이외의 명암의 변화를 포착함으로써 상기 변화를 식별하고, 상기 검사 대상의 표면 형상에 있어서 상기 직접광의 변화가 연속적으로 얻어지지 않는 상기 불연속 영역에 있어서도 상기 검사 대상의 복잡한 입체 형상을 한 특징점에 대해 그것을 추출하기에 충분한 농담 정보를 얻을 수 있다.

바꿔 말하면, 예를 들면 통상의 면광원 등의 조명 장치를 사용하는 경우이면, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 경사는 상기 검사 대상의 각 점과 상기 조명 장치의 광원면의 형상의 관계에 의해 각각 결정되는 점에서, 균일한 검사광을 얻는 것이 어렵고, 특허문헌 1, 2, 3에 열거한 검사용 조명 장치에서는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 경사는 대략 균일하게 설정할 수 있지만, 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광이 직접광인 경우에 상기 직접광의 입체각 내에 마찬가지로 형성되는 복수의 광 속성을 가지는 입체각 영역이 상기 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 연속적으로 변화하지 않으면, 상기 검사 대상 상의 미소하며 복잡한 입체 형상을 한 특징점을 추출할 수는 없는 것에 대해 본원 발명이면 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 경사를 대략 균일하게 하고, 또한 그 조사 입체각 내를 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 등의 상이한 광 속성을 가지는 적절한 입체 각도 영역으로 구분함으로써,

상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광이 직접광인 경우는 상기 직접광의 입체각이 상기 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 어떤 방향으로 변화했을 경우이어도 그것을 상기 복수의 입체각 영역과 관찰 입체각의 포함 관계의 변화에 의한 변화량으로서 연속적으로 포착할 수 있음과 아울러, 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광이 산란광인 경우에 있어서도 상기 검사 대상의 각 점 근방에 있어서 상기 조사 입체각으로부터 조사되는 광에 의해 생기는 조도 변화에 의해 각 점 근방의 경사 정도에 따라 상기 산란광의 밝기에 변화를 생기게 하고, 상기 조사 입체각 내에 상이한 광 속성의 상기 입체각 영역이 있는 경우에는 상이한 광 속성마다의 조도 변화에 의해 각 점 근방의 경사 방향이나 경사 정도를 상기 산란광의 상이한 광 속성마다의 밝기 변화로서 정량적으로 포착할 수 있어 상기 불연속 영역에 있어서도 상기 불연속 영역의 상태에 입각하여 상기 직접광의 입체각의 변화나, 산란광의 명암 변화를 포착함으로써 상기 검사 대상의 3차원 형상을 정량적으로 취득할 수 있다.

또한, 상기 검사 대상에 있어서의 표면 형상의 미소한 변화 등에 의해 반사광이나 투과광 또는 산란광의 강도나 방향이 약간 변화했을 경우이어도 그 변화하는 부분에 의해 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광이 직접광인 경우는 상기 촬상 장치의 관찰 입체각 내와 포함 관계에 있는 상기 상이한 광 속성을 가지는 입체 각도 영역마다 그 광량에 변화가 생기도록 상기 제 1 차광 마스크 또는 상기 제 1 필터 수단에 의해 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각 형상 및 그 각도를 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 크기나 형상 및 각도의 상대 관계에 의해 적절하게 설정하고, 상기 검사 대상면의 표면 성상에 맞춰 적절하게 설정할 수 있고,

또한, 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광이 산란광인 경우는 상기 산란광이 리턴되는 미소면의 조도가, 상기 상이한 광 속성을 가지는 입체 각도 영역마다 어떻게 변화하는지를 상기 제 1 차광 마스크 또는 상기 제 1 필터 수단에 의해 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각 형상 및 그 각도를 적절하게 설정하고, 상기 검사 대상면의 표면 성상에 맞춰 적절하게 설정할 수 있어 상기 미소한 변화 등을 검출하기 쉽게 하거나, 또는 반대로 검출되지 않게 하거나 할 수 있다.

보다 구체적으로는 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광이 산란광인 경우는 상기 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역을 상기 조사 입체각 내에서 방사 형상으로 적절하게 배치함으로써 상기 각 점 근방의 상기 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역에 대응하는 조도를 상기 각 점 근방의 경사 방향과 경사각에 대응시켜 변화시킬 수 있고, 그 변화를 상기 상이한 광 속성마다의 명암으로서 포착함으로써 상기 각 점 근방의 경사 방향과 경사각을 정량적으로 인식할 수 있고, 이 각 점의 연속인 상기 검사 대상의 표면의 3차원 형상은 상기 촬상 장치에 의해 1매의 화상 정보로서 한번에 취득할 수 있다.

상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 명암을 상기 조사광의 조사 입체각 내에 설정한 상기 상이한 광 속성마다의 명암으로서 포착하기 위해서는, 예를 들면 상기 촬상 장치에 있어서 상기 관찰 입체각 내에 포착한 물체광에 대해 상이한 광 속성을 선택적으로 촬상가능한 제 2 필터 수단을 구비하면 좋고, 제 2 필터 수단으로서는 상기 촬상 장치에 있어서, 예를 들면 상기 검사 대상에 있어서의 상기 반사광이나 상기 투과광을 상이한 광 속성마다 선택적으로 분광한 후에 그 각각의 광량을 광 센서로 촬상해도 좋고, 광 센서의 각 픽셀마다 각각 상이한 광 속성의 광만 선택적으로 투과하는 필터를 구비해도 상관없다.

또한, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각의 중앙부를 암부 영역으로 하고, 주변부만이 명부 영역으로 하면, 명부 영역에 있어서의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역이 상기 검사 대상의 각 점 근방의 영역에 대해 상대적으로 보다 작은 것이 되고, 상기 각 점 근방의 영역의 경사각에 대한 조도 변화를 보다 현저한 것으로 할 수 있고, 상기 각 점 근방으로부터 리턴되는 물체광이 산란광인 경우는 그 명암이 조사 입체각의 명부 영역에 있어서의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역에 대응하고, 각각 보다 현저하게 변화하는 조도에 의해 강조됨으로써 상기 경사각에 의한 명암 변화를 보다 크게 포착하는 것이 가능해져 상기 검사 대상의 각 점 근방의 미소한 경사를 보다 정량적으로 검출할 수 있다.

또한, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각의 주변부를 이산적으로 부분적으로 명부 영역으로 하고, 명부 영역에 있어서의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역이 상기 검사 대상의 각 점 근방의 영역의 경사 방향에 대해 상대적으로 보다 작은 것이 되고, 상기 각 점 근방의 영역의 경사 방향에 대한 조도 변화를 보다 현저한 것으로 할 수 있고, 상기 각 점 근방으로부터 리턴되는 물체광이 산란광인 경우는 그 명암이 조사 입체각의 명부 영역에 있어서의 상이한 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역에 대응하고, 각각 보다 현저하게 변화하는 조도에 의해 강조됨으로써 상기 경사 방향에 의한 명암 변화를 보다 크게 포착하는 것이 가능해져 상기 검사 대상의 각 점 근방의 미소한 경사를 그 경사 방향과 함께 보다 확실하게 검출할 수 있다.

상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광이 직접광이며, 상기 검사 대상의 각 점에 대해 조사되어 있는 평면 반각(θi)의 조사 입체각과, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 평면 반각(θo)의 관찰 입체각에 있어서 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 광축이 동축, 또는 정반사 방향이 되도록 설정되어 있을 때, 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 직접광이 상기 관찰 입체각에 의해 관찰할 수 있는 상기 각 점 근방의 한계 경사 각도(Φe)는 상기 검사 대상의 각 점에 조사되어 있는 조사 입체각의 평면 반각(θi)과 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 평면 반각(θo)의 합의 1/2이 되고, 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면이 평면부의 법선에 대해 이루는 경사각(θs)의 평면 시의 90°에 대해 변화한 차분 각도가 Φe보다 작은 경우는 상기 관찰 입체각에 의해 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 직접광을 연속적으로 포착할 수 있고, 상기 직접광의 입체각과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 따라 상기 검사 대상의 각 점 근방의 경사각의 정도를 상기 직접광의 명암으로서 포착할 수 있지만, 상기 경사각(θs)의 평면 시의 90°에 대해 변화한 차분 각도가 상기 평면 반각(θi)과 상기 평면 반각(θo)의 합의 1/2보다 큰 경우는 그 불연속 영역에 있어서는 상기 관찰 입체각에 의해 상기 직접광을 포착할 수 없게 되고, 상기 불연속 영역에 있어서의 상기 검사 대상의 3차원 형상을 식별할 수 없게 된다.

상기 불연속 영역에 있어서 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 경사각(θs)이, 상기 검사 대상의 각 점에 조사되어 있는 조사 입체각의 평면 반각(θi)과 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 평면 반각(θo) 중 어느 작은 쪽의 각도로 나타내어지는 유효 평면 반각(θ)보다 작은 경우는 상기 불연속 영역을 사이에 둔 영역이 대략 평면이라고 하면, 불연속 영역에 있어서 포착되는 직접광의 명암 변화에 의해 특정되는 상기 불연속 영역의 폭을 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값이 그 불연속 영역을 사이에 둔 연속 영역 사이의 고저차(D)가 된다.

또한, 상기 불연속 영역의 일례로서, 미지의 반경(R)의 구체에 대해 평면 반각(θi)의 조사 입체각인 조사광이 조사되고, 상기 구체가 평면 반각(θo)의 관찰 입체각인 관찰 광학계에 의해 관찰되고, 또한 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 광축이 동축 방향인 경우, 상기 구체의 반경(R)은 상기 구체의 정상부로부터 리턴되는 직접광이 관찰되는 원 형상의 범위의 반경(r1)을 상기 한계 경사 각도(Φe)의 사인으로 나눔으로써 얻은 값 R1로서 구할 수 있다.

또한, 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며,

미지의 반경(R)의 구체가 상기 검사 대상의 대략 평면부에 존재하는 경우는 상기 구체의 반경(R)을 직접광이 관찰되는 상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 반경(r2)의 값을 R2로서 구할 수 있는 것 외,

직접광이 관찰되는 상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 주위에 형성되는 직접광의 명암 변화가 존재하는 폭(r3)에 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인을 곱한 것에 대해 상기 유효 평면 반각(θ)의 사인으로부터 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인을 빼서 1을 더한 것으로 나눈 값 R3으로서 구할 수 있다.

따라서, 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 미지의 반경(R)의 구체가 상기 검사 대상의 대략 평면부에 접하여 존재하고 있는 경우의 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)는 상기 구체의 정상부로부터 리턴되는 직접광이 관찰되는 원 형상의 범위의 반경(r1)으로부터 구한 상기 R1, 또는 상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 반경인 상기 R2, 또는 상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 주위에 형성되는 직접광의 명암 변화가 존재하는 폭(r3)으로부터 구한 상기 R3 중 어느 하나의 값의 2배의 값으로서 구할 수 있다.

이 때, 상기 R1, R2, R3의 값은 모두 같은 값이 되지만, 만일 이 3개의 값 모두가 같지 않은 경우는 상기 구체가 완전한 구체가 아닌 것을 나타내고 있으며, 대개 상기 R1의 값은 상기 구체의 중심으로부터 상부의 높이에 대응하고, 상기 R2의 값은 상기 구체의 중심으로부터 수평 방향의 반경에 대응하고, 상기 R3의 값은 상기 구체의 중심으로부터 접지면까지의 높이에 대응하고 있는 점에서, 상기 3개의 값으로부터 상기 구체의 상기 검사 대상의 대략 평면부에 대한 상대 위치, 및 그 개략 형상을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)의 2배보다 큰 값으로 존재하고 있는 경우, 상기 R1과 상기 R2의 값은 같지만, 상기 R3의 값이 상기 R1, 및 상기 R2의 값보다 크게 관찰되고, 그 높이(D)는 상기 구체의 반경(R)과 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인의 역수, 및 1로부터 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인을 뺀 값을 곱한 값을 보정항 ΔL로 하고, 상기 R1의 값 또는 상기 R2의 값에 대해 상기 r3의 값으로부터 상기 보정항 ΔL을 뺀 값을 더 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값을 더한 값으로서 구할 수 있다.

또한, 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)의 2배보다 작고, 또한 상기 구체의 반경(R)과 같거나 또는 큰 값으로 존재하고 있는 경우, 상기 R1과 상기 R2의 값은 같고, 상기 R3의 값은 상기 R1 및 상기 R2의 값보다 작게 관찰되고, 그 높이(D)는 상기 R1의 값 또는 상기 R2의 값에 대해 상기 r3의 값으로부터 상기 보정항 ΔL을 뺀 값을 더 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값을 더한 값으로서 구할 수 있다.

또한, 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)보다 작은 값으로 존재하고 있으며, 상기 R1의 값이 상기 R2의 값보다 크고, 상기 R3의 값이 0이 아닌 값으로 관찰되는 경우, 그 높이(D)는 상기 R1의 값에 대해 상기 보정항 ΔL을 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값을 더한 값으로서 구할 수 있다.

또한, 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)보다 작은 값으로 존재하고 있으며, 상기 R1의 값이 상기 R2의 값보다 크고, 상기 R3의 값이 거의 0으로 관찰되는 경우, 그 높이(D)는 상기 R1의 값에 대해 상기 R1의 값의 제곱으로부터 상기 r2의 값의 제곱을 뺀 값의 제곱근을 뺀 값으로서 구할 수 있다.

상기 검사 대상의 상기 불연속 영역에 대한 상기 검사광의 조사 입체각에 관하고, 상이한 파장 대역의 광이나 상이한 편파면, 또는 상이한 광량을 가지는 광에서 부분적으로 상이한 광 속성을 가지는 복수의 입체 각도 영역으로 구분하고, 상기 입체 각도 영역을 상기 조사 입체각의 광축에 대해 방사 형상으로 배치하면, 상기 불연속 영역의 3차원 형상에 있어서 그 면의 경사 방향이나 경사 각도에 대해 전방위적으로 각각 상이한 형상 변화를 취득할 수 있다.

본 발명에 의해, 상기 검사 대상의 각 점에 대해 대략 균일한 조사 입체각을 가지는 검사광을 상기 검사 대상에 조사했을 경우에 결함 등에 의해 그 반사 방향또는 투과 방향이 변화할 때에 생기는 상기 직접광의 입체각의 변화에 관하고, 그 입체각의 변화에 대해 상기 관찰 입체각 내의 광량 변화가 최대가 되고, 그것 이외의 변화에 대해서는 최소가 되도록 상기 검사광의 조사 입체각과 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 상대 관계를 그 형상이나 각도 및 크기에 대해 조정함으로써 상기 직접광의 입체각의 변화만을 선택적으로 포착하는 것이 가능해지고, 또한 결함 등에 의해 그 밝기에 변화가 생기는 산란광에 관해서는 상기 검사광의 조사 입체각과 상기 검사 대상의 각 점 근방의 경사의 상대 관계를 조정함으로써 각 점 근방의 조도 변화를 적절하게 설정하여 상기 산란광의 소망의 밝기 변화를 적확하게 포착하는 것이 가능해다.

또한, 상기 조사 입체각 내에 상이한 광 속성을 가지는 임의의 상기 입체 각도 영역을 적절하게 설정함으로써 그 입체 각도 영역마다의 광량 변화를 동시에 관찰할 수 있어 상기 검사 대상의 복잡한 입체 구조를 가지는 여러가지 특징점에 있어서의 광의 변화에 대응하여 그 입체 구조의 각 방향에 있어서의 변화에 대해 연속적으로 광의 변화를 보족하는 것이 가능해진다.

따라서, 이렇게 미소한 복잡한 입체 구조를 가지는 결함 등에 의한 극히 적은 광의 변화를 포착하는 것은 그 검사광의 조사 입체각의 형상이나 각도, 및 크기가 상기 검사 대상면의 각 점에 대해 상이해 버리는 종래의 조명 장치에서는 매우 어렵고, 특허문헌 1, 및 특허문헌 2에 나타내어진 검사용 조명에서도 상기 물체광의 입체각 내에 포함되는 광 속성이 상이한 복수의 입체각 영역과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 있어서 그 포함 관계의 변화가 어떤 방향에 대해서도 검출할 수 있는 입체각 구조는 나타내어져 있지 않고, 특허문헌 3에 나타내어진 검사 시스템 및 검사 방법에서도 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 직접광이 상기 각 점에 대한 관찰 입체각에 의해 포착할 수 없게 되는 불연속 영역에 대해서는 그 3차원 형상을 취득하는 방법이 나타내어져 있지 않지만, 본 발명에 의하면, 상기 불연속 영역으로부터 리턴되는 광이 직접광이어도 산란광이어도 그 미소한 변화를 취득함으로써 전방위적으로 그 3차원 형상을 포착할 수 있게 된다.

상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각의 크기를 대략 균일하게 제어함과 아울러, 조사 입체각의 경사 분포를 광축 중심에 대해 조절할 수 있도록 하기 위해서는 상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 1 필터 수단, 또는 양자의 기능을 통합한 상기 제 3 필터 수단을, 상기 렌즈의 초점 위치를 중심으로 하는 전후의 위치에 배치하면 좋다. 이후, 상기 제 1 차광 마스크로 대표시켜서 기술하면, 즉 상기 제 1 차광 마스크의 개구부를 변화시킴으로써 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 소망의 형상이나 크기로 설정할 수 있다. 또한, 상기 제 1 차광 마스크를 상기 렌즈의 초점 위치에 배치하면, 상기 검사광의 조사 입체각의 광축은 모두 상기 검사광의 광축에 평행이 되고, 상기 렌즈의 초점 위치보다 렌즈측에 배치하면 상기 검사광이 넓어지는 방향으로, 상기 렌즈의 초점 위치보다 외측에 배치하면 상기 검사광이 좁아지는 방향으로 각각 상기 검사광의 조사 입체각을 기울게 할 수 있다. 이렇게, 상기 제 1 차광 마스크의 배치와, 그 개구부를 변화시킴으로써 상기 검사 대상으로부터의 반사광이나 투과광의 입체각에 직접 영향을 미치는 상기 검사광의 조사 입체각에 대해 여러가지 조절이 가능해지고, 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 직접광을 관찰하는 경우는 상기 직접광의 입체각과 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 상대 관계를, 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 산란광을 관찰하는 경우는 상기 조사 입체각과 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 경사의 상대 관계를, 소망의 명암 정보를 얻기 위해서 적합한 양태로 할 수 있다. 왜냐하면, 이렇게 하면 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 직접광의 밝기를 결정하는 상기 직접광의 입체각과 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 포함 관계의 변화나 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 산란광의 밝기를 결정하는 상기 각 점 근방의 조도의 변화를 최적화할 수 있고, 사용하는 관찰 광학계가 텔레센트릭 광학계가 아니라, 시야 범위의 외측과 광축 중심에서 그 관찰 입체각의 광축 경사가 변화하는 광학계에 대해서도, 또는 상기 검사 대상이 만곡한 면을 가지고 있는 경우에 있어서도 그 각 점에 대한 조사 입체각과 관찰 입체각의 상대 관계, 또는 상기 만곡한 면의 각 점 근방에 대한 조사 입체각의 광축의 상대 관계를 대략 일정하게 유지할 수 있게 되어 미소한 변화나 복잡한 변화를 보다 적확하게 포착할 수 있게 된다.

또한, 상기 조사 입체각 내에 설정된 상이한 광 속성을 가지는 임의의 상기 입체 각도 영역은 상기 검사 대상에 대해 균일하게 설정된 상기 조사 입체각 내를 더욱 임의의 입체 각도 영역으로서 설정가능하며, 단지 조사 입체각과 관찰 입체각, 또는 조사 입체각과 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 법선의 상대 관계에 의해 상기 검사 대상의 각 점의 밝기가 결정될 뿐만 아니라 상기 입체 각도 영역마다의 더욱 미소한 물체광의 변화를 별도 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 형상이나 광축 등에 관한 상대 관계, 또는 조사 입체각과 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 법선의 상대 관계를 다시 설정하는 일 없이 상기 검사 대상의 시야 범위의 모든 점에서 대략 같은 조건으로 상기 관찰 입체각에 대한 상대 관계의 변화, 또는 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 법선과의 상대 관계에 의한 조도 변화에 의한 상기 각 점의 밝기로서 정량적으로 동시 관찰하는 것이 가능해진다.

이렇게 해서, 본 발명에 의한 검사 측정용 조명 장치, 및 검사 측정 방식 중 적어도 어느 하나를 사용하여 상기 검사 대상에 있어서 반사 또는 투과 또는 산란하는 광을 촬상하는 촬상 장치로 이루어지는 검사 측정 시스템에 있어서 미소하고 복잡한 입체 형상을 한 특징점에 대한 소망의 명암 정보를 그 입체 형상의 어떤 방향에 대한 경사에 대해서도 연속적으로 얻을 수 있는 것은 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 명암이 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 직접광 또는 산란광의 상기 촬상 장치로 향하는 광량으로 결정되어 있고, 상기 광량은 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각이 모두 균일하므로 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 상기 직접광과 상기 촬상 장치의 관찰 입체각의 포함 관계, 또는 상기 조사 입체각과 상기 각 점 근방의 면의 법선이 이루는 각도로 결정되어 있는 점에서 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광에 직접 영향을 미치는 상기 검사광의 조사 입체각을 대략 균일하게 조절하는 기능을 구비하고,

또한 그 조사 입체각 내를 상이한 광 속성, 즉 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 임의의 입체 각도 영역으로 구분하고, 그 입체 각도 영역을 광축을 중심으로 해서 방사 형상으로 배치함으로써 상기 촬상 장치가 그 구분 영역마다 선택적으로 그 광량을 관찰할 수 있고, 또한 그 관찰 입체각의 광축에 대해 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 광축이 어떤 방향으로 기울어도 그 경사 방향과 경사의 정도의 쌍방을 상기 복수의 상이한 광 속성을 가지는 구분 영역마다 연속적인 광량의 변화로서 포착할 수 있도록 한 것에 의한다.

상기 촬상 장치에 의해 촬상되는 상기 검사 대상의 명암 정보를 그 촬상 범위 전체에 걸쳐 상기 검사 대상의 면의 경사에 대해 대략 균일한 변화를 나타내는 것으로 하기 위해서는 상기 촬상 장치에 의해 상기 검사 대상의 각 점에 형성되는 관찰 입체각과, 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광의 입체각의 포함 관계, 또는 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 상기 조사 입체각과 각 점 근방의 면의 법선이 이루는 상대 각도 관계가 그 변화의 정도에 따라가 대략 일정하게 유지되지 않으면 안 된다.

이것은 상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 1 필터 수단을, 내지는 상기 제 3 필터 수단을, 상기 렌즈의 초점 위치를 중심으로 하는 전후의 위치에서 이동시킴으로써 상기 검사광의 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내에 형성된 상기 입체 각도 영역을 상기 검사 대상의 각 점에 대해 대략 균일한 형상 및 크기로 하고, 그 경사 각도를 조절하여 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 관찰 입체각의 경사에 맞추거나, 또는 상기 검사 대상의 기준면의 법선의 경사에 맞춤으로써 실현할 수 있다.

또한, 상기 검사 대상에 대한 검사광의 상기 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내에 형성된 임의의 상기 입체 각도 영역을 그 조사 범위의 각 점에 대해 상기 관찰 입체각과의 상대 관계, 또는 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 법선과의 상대 관계를 대략 일정하게 유지하면서 조사 영역 또는 조사 형상이나 조사 패턴을 임의로 생성가능하게 하기 위해서는 상기 제 1 차광 마스크 또는 상기 제 1 필터 수단 중 적어도 어느 하나 또는 상기 제 3 필터 수단에 추가하여, 상기 제 2 차광 마스크 또는 상기 제 4 필터 수단 중 적어도 어느 하나를 구비하고, 상기 렌즈에 의해 상기 검사 대상에 결상하는 위치 근방에 배치하면 좋다.

이렇게 함으로써, 상기 검사광의 상기 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내에 형성된 임의의 상기 입체 각도 영역의 형상이나 크기 및 경사를 대략 균일하게 유지하면서 상기 검사광의 상기 검사 대상에 대한 조사 영역 및 그 조사 영역의 광 속성과, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 그 조사 입체각 및 특정 광 속성을 가지는 상기 입체 각도 영역의 쌍방을 독립적으로 조절할 수 있다.

또한, 더욱 간이하게 상기 검사 대상의 입체 형상 등에 대해 측정 검사할 수 있도록 하기 위해서는 상기 제 1 차광 마스크 및 제 1 필터 수단 또는 제 3 필터 수단에 추가하여, 소정의 마스크 패턴이 형성된 상기 제 2 차광 마스크 및 제 4 필터 수단을 사용하여 이 패턴을 상기 검사 대상에 대해 결상시키면 좋다.

이러한 것이면, 상기 제 1 차광 마스크 및 제 1 필터 수단으로 조절된 대략 균일한 조사 입체각 및 특정 광 속성을 가지는 입체각 영역에 의해, 상기 촬상 장치에서 균일한 명암 변화를 가지는 명암 정보를 얻을 수 있고, 상기 검사 대상의 형상에 문제가 있으면 상기 촬상 장치에서 명암 정보로서 얻어지는 패턴에 변형이 생기므로 간이하게 형상 불량을 검출할 수 있다.

상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 산란광의 밝기는 상기 각 점 근방의 면의 조도, 및 상기 각 점의 산란율에 의해 결정되고 있으며, 상기 각 점에 조사되는 광의 조사 입체각의 형상이나 크기가 일정하며, 상기 조사 입체각의 광축이, 상기 검사 대상의 기준이 되는 면의 법선과 이루는 각도가 모두 같으면, 상기 각 점 근방의 조도는 상기 각 점 근방의 면의 법선이 상기 조사 입체각의 광축과 이루는 각도의 코사인에 비례하여 결정되므로 상기 산란광의 밝기는 상기 각 점 근방의 면의 경사각의 코사인에 비례한 밝기가 되고, 상기 산란광의 밝기의 변화로부터 상기 검사 대상의 3차원 형상을 검지할 수 있지만, 이대로는 상기 조사 입체각의 형상이나 크기에 의존하는 일정 명암 정보밖에 얻을 수 없다.

그래서, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각 내에 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 임의의 입체 각도 영역을 형성하고, 또한 상기 조사 입체각의 광축에 대해 방사 형상으로 배치하면, 그것이 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 조도에, 각각 상이한 파장 대역이나 편파면을 가지는 조도로서 반영되므로 상기 각 점으로부터 리턴되는 산란광의 밝기를 각각 상이한 파장 대역이나 편파면을 가지는 광의 밝기로서 관찰하면, 그 밝기의 비율에 의해 상기 각 점 근방의 면이 어떤 방향으로 어느 정도 기울어 있는지를 검지할 수 있다.

이렇게 하기 위해서는, 하나는 상기 검사광의 조사 방향을 바꾸고, 또한 상기 검사 대상으로부터의 광을 투과하여 상기 촬상 장치에서 촬상할 수 있도록 하기 위한 하프 미러를 구비하고, 상기 검사광의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각을 적절하게 조정하여 상기 검사 대상의 각 점에 대한 상기 조사 입체각의 광축을 동일 방향으로 하고, 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 광축과 동축으로 해서 상기 관찰 입체각에서 포착되는 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 밝기 변화가 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 경사에 대해 어떤 방향에 대해서도 그 경사 정도에 대응하도록 함으로써 실현할 수 있고,

또 하나는 상기 검사광의 조사 방향에 대해 상기 검사 대상에 세운 법선에 선대칭인 방향으로 상기 촬상 장치의 관찰 입체각을 설정하고, 상기 검사 대상의 각 점의 반사광 또는 투과광의 입체각과 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 광축을 대략 일치시킴으로써 마찬가지로 실현할 수 있고, 또한 주로 산란광을 관찰하는 경우에는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각의 형상이나 크기, 및 그 광축의 경사를 모두 동일하게 하고, 상기 각 점 근방의 면의 경사 방향이나 경사 정도를 상기 각 점으로부터 리턴되는 산란광의 밝기에 반영시킴으로써 마찬가지로 실현할 수 있다.

또한, 상기 촬상 장치에서 상기 반사광 또는 상기 투과광의 입체각 내에 반영된 각각 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 상기 입체 각도 영역의 광, 또는 상기 산란광의 각각 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량에 대한 조도 변화를 선택적으로 촬상가능한 제 2 필터 수단을 구비함으로써 각각 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량에 대한 상기 입체 각도 영역과 상기 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 발생하는 명암 변화, 내지는 상기 산란광의 명암 변화를 동시에 검지할 수 있다.

또한, 상기 촬상 장치, 또는 상기 촬상 장치에서 얻어진 화상 정보에 대해 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 밝기에 대해 역치를 설정하고, 그 역치에 의해 상기 검사 대상의 촬상 영역을 명부 영역과 암부 영역으로 나누고, 예를 들면 명부 영역을 명시야 영역으로 하고, 암부를 암시야 영역으로 해서 명시야 영역에 대해서는 상기 각 점의 경사 각도에 의해 변화하는 직접광의 입체각과 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 발생하는 밝기의 변화를 사용하고, 암시야 영역에 대해서는 상기 각 점의 경사 각도의 코사인에 비례한 조도에 대응하는 산란광의 밝기의 변화를 이용하여 각각의 영역의 3차원 형상을 동시에 검지할 수 있다.

또한, 상기 촬상 장치에서 취득하는 화상 정보를 부동 소수점 형식으로 얻어지도록 해 두면, 상기 명부 영역과 상기 암부 영역으로 나누고, 각각의 영역에 적합한 산술 연산을 적용하여 상기 영역에 있어서의 3차원 형상을 동정하는 것이 가능해진다

이렇게 본 발명의 검사 측정용 조명 장치, 및 검사 측정 시스템, 및 검사 측정 방식에 의하면, 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각 및 그 암부 영역, 및 그 조사 입체각 내에 형성되는 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 입체 각도 영역의 크기나 양태를 자유롭게 조정할 수 있으므로, 하나에는 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 반사광 또는 투과광의 입체각, 및 그 입체각 내에 반영된 각각 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 복수의 입체 각도 영역과, 상기 촬상 장치에서 상기 검사 대상의 각 점에 형성되는 관찰 입체각의 포함 관계를 대략 균일하게 설정할 수 있고,

또 하나에는 상기 검사 대상의 각 점으로부터의 산란광에 대해서는 상기 각 점 근방의 조도를, 조사 입체각, 및 상기 조사 입체각 내에 형성되는 각각 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 복수의 입체 각도 영역과 상기 각 점 근방의 면의 상대 관계에 의해 상기 각 점 근방의 면의 경사 방향이나 경사 정도 에 따라 변화시킬 수 있고,

종래 검출이 어려웠던 미소하고 복잡한 입체 구조를 가지는 결함 등이며, 상기 검사 대상의 각 점으로부터 반사광 또는 투과광이 상기 각 점에 대한 관찰 입체각에서는 포착할 수 없는 불연속 영역에 있어서도 상기 불연속 영역의 3차원 정보를 상기 불연속 영역에 있어서 산란광이 리턴되어 있으면, 상기 불연속 영역의 면의 경사 정보가 정량적으로 반영된 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 산란광의 명암 정보로서 취득할 수 있는 것 외,

상기 불연속 영역에 있어서의 단차나 고저 정보를, 그 단차부의 각 점으로부터 리턴되고, 상이한 파장 대역이나 편파면, 또는 광량을 가지는 직접광의 명암 변화로서 취득할 수 있고, 표면 성상이 현저하게 상이하고, 연속한 면의 경사 정보를 상기 영역으로부터 리턴되는 직접광, 또는 산란광에 의해 연속하여 얻을 수 없는 불연속 영역에 영역에 있어서도 3차원 정보를 얻는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 검사 측정용 조명 장치, 및 검사 측정 시스템의 외관을 나타내는 모식적 사시도이다.
도 2는 직접광과 산란광의 휘도차이다.
도 3은 동 실시형태에 있어서의 검사 측정용 조명 장치, 및 검사 측정 시스템의 조사 입체각을 형성하는 주요 부분의 내부 구조, 및 검사 대상의 각 점에 있어서의 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 4는 동 실시형태에 있어서의 검사 측정용 조명 장치, 및 검사 대상을 기울여 설치한 검사 시스템의 조사 입체각을 형성하는 주요 부분의 내부 구조, 및 검사 대상의 각 점에 형성되는 조사 입체각을 나타내는 모식도이다.
도 5는 제 1 차광 마스크 및 제 1 필터 수단, 및 제 3 필터 수단의 일구성예이다.
도 6은 본 발명의 일실시형태에 의한 조사 입체각, 및 상기 조사 입체각 내에 형성되는 광 속성이 상이한 복수의 입체각 영역과, 상기 조사 입체각, 및 상기 복수의 입체각 영역이 반영되어서 물체로부터 리턴되는 직접광의 입체각과, 상기 직접광을 관찰하는 관찰 입체각의 포함 관계, 및 상기 직접광이 리턴되는 점의 근방의 면이 기울었을 경우에 상기 포함 관계가 어떻게 변화하는지를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시형태에 의한 조사 입체각, 및 상기 조사 입체각 내에 형성되는 광 속성이 상이한 복수의 입체각 영역과, 검사면의 조도의 관계를 모식적으로 나타낸 개략도이다.
도 8은 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축인 경우의 유효 평면 반각을 가지는 유효 조사 입체각을 나타낸 모식도이다.
도 9는 검사 대상으로부터 직접광이 관찰되지 않는 불연속 영역을 포함하는 근방 영역에 있어서의 직접광의 관찰 휘도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 10은 검사 대상으로부터 직접광이 관찰되지 않는 불연속 영역면의 연직 방향으로부터의 경사각이 유효 평면 반각과 같은 경우의 근방 영역에 있어서의 직접광의 관찰 휘도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 11은 검사 대상으로부터 직접광이 관찰되지 않는 불연속 영역면의 연직 방향으로부터의 경사각이 유효 평면 반각보다 작은 경우의 근방 영역에 있어서의 직접광의 관찰 휘도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 12는 검사 대상으로부터 직접광이 관찰되지 않는 불연속 영역면의 연직 방향으로부터의 경사각이 0도인 경우의 근방 영역에 있어서의 직접광의 관찰 휘도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 13은 검사 대상으로부터 직접광이 관찰되지 않는 불연속 영역면의 연직 방향으로부터의 경사각이 마이너스인 경우의 근방 영역에 있어서의 직접광의 관찰 휘도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 14는 검사 대상에 구체가 접지하여 존재하고 있는 경우의 근방 영역의 물체광의 휘도 변화와 3차원 형상의 상관을 나타내는 모식도이다.
도 15는 검사 대상에 구체가 떨어져서 존재하고 있는 경우의 근방 영역의 물체광의 휘도 변화와 3차원 형상의 상관을 나타내는 모식도이다.
도 16은 검사 대상에 구체의 일부가 그 반경보다 큰 높이에서 접지하고 있는 경우의 근방 영역의 물체광의 휘도 변화와 3차원 형상의 상관을 나타내는 모식도이다.
도 17은 검사 대상에 구체의 일부가 그 반경의 높이에서 접지하고 있는 경우의 근방 영역의 물체광의 휘도 변화와 3차원 형상의 상관을 나타내는 모식도이다.
도 18은 검사 대상에 구체의 일부가 그 반경보다 극히 작은 높이에서 접지하고 있는 경우의 근방 영역의 물체광의 휘도 변화와 3차원 형상의 상관을 나타내는 모식도이다.
도 19는 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광의 직접광과 산란광의 휘도차를 설명하는 모식도이다.
도 20은 직접광, 또는 산란광만으로 연속적으로 그 표면의 3차원 형상을 검사 측정할 수 없는 불연속 영역을 가지는 검사면에 대해 동일한 조사 입체각을 가지는 광을 조사함으로써 그 밝기, 또는 편광 상태에 의해 직접광을 리턴하는 명시야 영역과 산란광을 리턴하는 암시야 영역으로 구분하여 화상 해석함으로써 연속적인 3차원 형상의 검사 측정을 가능하게 하는 검사 측정 방법을 나타내는 모식도이다.

본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.

제 1 실시형태의 검사 측정용 조명 장치(100)와, 촬상 장치(C), 및 촬상 장치(C)에 의해 촬상된 화상을 해석하는 화상 해석 수단(300)에 의해 구성되는 검사 측정 시스템(200)은 하프 미러(4)를 사용하여 검사 대상(W)을 촬상하는 방향과, 검사 대상(W)을 조명하는 방향이 일치하는, 소위 동축 조명이며, 검사 대상(W)의 3차원 형상이나, 결함 등의 특징점이 촬상 장치(C)에 의해 촬상된 화상 중에 명암차로서 나타나도록 하고, 그 명암차를 해석함으로써 상기 검사 대상(W)의 3차원 형상이나, 결함 등의 특징점을 동정하기 위해서 사용되는 것이다.

또한, 제 1 필터(F1)는 특정 속성을 가지는 광을 선택적으로 투과시키고, 그 속성을 가지는 광으로 구성되는 입체각 영역을 형성하기 위한 수단이며, 광을 차폐할지 투과할지에 의해 조사 입체각을 형성하는 제 1 차광 마스크(M1)와, 입체각을 형성한다는 작용에서는 같고, 양자의 기능을 통합하여 단일의 부품으로 한 제 3 필터 수단(F3)과 함께, 도 1로부터 도 3에서는 제 1 차광 마스크(M1)를 대표로 해서 도시하고, 대응 기호만 M1에 F1, F3으로 병기했다.

또한, 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 제 4 필터 수단(F4)은 도 1에 있어서 제 2 차광 마스크(M2)를 대표로 해서 도시하고, 대응 기호만 M2에 F4로 병기했다.

여기서, 검사 대상(W)의 결함 등의 특징점이란, 예를 들면 표면의 상처, 움푹 패임, 변형, 외관의 형상, 구멍의 유무 등 다방면에 걸치는 문제나 그 외의 특징종을 포함하는 것이다.

상기 검사용 조명 장치(100)는 도 1의 사시도, 및 도 2의 모식도에 나타내는 바와 같이 대략 통 형상의 하우징을 갖는 것이며, 그 내부와 검사 대상(W), 및 촬상 장치(C)에 이르는 부분에, 검사광을 면광원(1)으로부터 검사 대상(W)에 조사하는 조사광로(L1)와, 검사 대상(W)으로부터의 반사광 또는 투과광이 촬상 장치(C)에 이르기까지의 반사·투과광로(L2)가 형성되어 있고, 하프 미러(4)가 설치되어 있는 경우에는 상기 하우징의 상면 개구측에 촬상 장치(C)가 부착되고, 상기 하우징의 하면 개구측에 검사 대상(W)이 적재되는 것이다.

또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 하프 미러(4)가 설치되어 있는 경우에는 조사광로(L1)는 면광원(1)으로부터 하프 미러(4)에 이르는 부분과, 하프 미러에 의해 부분적으로 반사되어서 검사 대상에 이르는 부분으로 구성되고, 하프 미러(4)가 설치되어 있지 않은 경우에는 조사광로(L1)에 의해 직접 검사 대상에 검사광이 조사되고, 도 2의 경우, 검사 대상(W)으로부터의 투과광이 촬상 장치(C)에 이르기까지의 광로가 L2가 된다. 단, 도 3에 나타내는 바와 같이 검사 대상(W)으로부터 리턴되는 물체광은 반사광이나 산란광이어도 좋고, 그 경우는 그 물체광을 관찰할 수 있는 위치에 촬상 장치(C)가 설치되면 좋다.

상기 조사광로(L1) 상에는 검사광이 진행되는 순번대로, 검사광을 사출하는 면광원(1)과, 렌즈(2)의 초점 위치를 중심으로 하는 전후의 위치에 설치된 제 1 차광 마스크(M1)와, 제 1 필터 수단 중 적어도 어느 하나, 또는 그 대신에 양자의 기능을 겸비한 제 3 필터 수단(F3)과, 상기 면광원(1)으로부터 사출된 검사광으로부터 검사 대상(W)에 대한 조사 입체각을 형성하는 렌즈(2)가 배치되고,

하프 미러가 설치되는 경우에는 더 추가하여, 상기 검사광을 하방으로 부분 반사하도록 상기 반사·투과광로(L2) 및 조사광로(L1)에 대해 기울여 설치된 하프 미러(4)를 배치하고, 또한 검사광의 조사 영역을 형성하는 제 2 차광 마스크 및 제 4 필터 수단을 더 설치하는 경우는 상기 면광원(1)과 상기 제 1 차광 마스크 및 상기 제 1 필터 수단 또는 제 3 필터 수단 사이이며, 상기 렌즈(2)에 의해 상기 검사 대상(W)에 결상되는 위치 근변에 제 2 차광 마스크(M2) 또는 특정 광 속성을 가지는 조사 영역을 형성하는 제 4 필터 수단 중 적어도 어느 하나가 설치되고, 상기 검사광은 상기 검사 대상(W)에 조사된다.

또한, 하프 미러가 설치되는 경우에는 상기 반사·투과광로(L2) 상에 하프 미러(4)가 설치되고, 이 하프 미러(4)에 의해 부분 투과된 반사광이 촬상 장치(C)에 의해 관찰되고, 하프 미러가 설치되지 않은 경우는 도 2에 있어서 검사 대상(W)으로부터의 투과광이 촬상 장치(C)에 이르기까지의 광로가 L2, 또는 도 3에 있어서 검사 대상(W)으로부터의 반사광, 또는 산란광이 촬상 장치(C)에 이르기까지의 광로가 L2가 되고, 이 광로(L2) 상에는 도 1∼도 3에 있어서는 하프 미러(4) 이외에 존재하는 것은 없지만, 경우에 따라서는 상기 검사 대상으로부터의 미광을 컷트하거나 할 목적으로 검사 대상으로부터의 반사광 또는 투과광, 또는 산란광을 부분적으로 차광하는 마스크 또는 조리개 등을 설치해도 좋다.

이하에서는 각 부재의 배치나 구성, 기능에 대해 상세히 서술한다.

상기 면광원(1)은, 예를 들면 칩형 LED나 확산판 등에 의해 대략 균등 확산면을 가지는 광 사출면(11)이 형성된 것이지만, 상기 검사 대상(W)에 대한 조사 입체각이 대략 균일해지도록 그 사출 형태가 제어된 것이어도 좋다.

또한, 상기 면광원(1)은 도 1에 나타내는 바와 같이 통 형상의 하우징 내를 조사광축 방향으로 진퇴가능하게 부착되어 있고, 검사광의 조사 개시 위치를 조정할 수 있도록 하고 있다.

이렇게 하면, 후술하는 제 1 차광 마스크(M1), 및 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 제 3 필터 수단(F3)에 의한 조사 입체각, 및 그 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 임의의 입체 각도 영역의 형상이나 광축의 제어나, 제 2 차광 마스크에 의한 조사 영역의 형상이나 광축의 제어와는 독립적으로, 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)과, 상기 제 2 차광 마스크(M2) 및 상기 렌즈(2) 및 상기 면광원(1)의 위치 관계에 의해 결정되는 검사광의 조사 범위에 대해 상기 검사 대상(W)에 있어서의 검사광의 균일도나 휘도 분포 등을 제어할 수 있다. 즉, 조사 영역에 의해 조사광로가 상이하므로, 예를 들면 상기 면광원(1)에 소정의 휘도 분포, 또는 발광 파장 분포, 편광 특성 분포 등을 구비해 두면, 조사 영역에 의해 그 분포를 변화시킬 수도 있고, 균일하게 할 수도 있다.

상기 제 2 차광 마스크(M2), 및 상기 제 4 필터 수단은 도 1에 나타내는 바와 같이 통 형상의 하우징 내를 조사광축 방향으로 진퇴가능하게 부착되어 있고,

상기 렌즈(2)와 상기 검사 대상의 거리에 의해 상기 제 2 차광 마스크 자신이 상기 검사 대상에 대한 결상 위치 근방으로 조정할 수 있도록 하고 있다. 이렇게 함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 면광원(1)으로부터의 조사광을 부분적으로 차광, 또는 특정 속성을 가지는 광만을 차광할 수 있고, 상기 제 2 차광 마스크의 개구부, 또는 상기 제 4 필터의 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 부분의 형상이 검사 대상(W)에 대략 결상되는 점에서, 상기 제 2 차광 마스크(M2)의 개구부의 형상이나 크기, 또는 상기 제 4 필터 수단의 패턴 형상을 변경함으로써 상기 검사 대상(W)에 있어서의 검사광의 조사 범위, 또는 특정 속성을 가지는 광을 조사하는 조사 영역을 임의로 설정할 수 있다. 또한, 이 조정이나 설정은 후술하는 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)에 의한 조사 입체각의 제어와는 독립적으로 행할 수 있다.

상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)은 상기 렌즈(2)와 상기 면광원 사이이며, 상기 렌즈(2)의 초점 위치를 중심으로 하는 전후의 위치에 설치되고, 도 1에 나타내는 바와 같이 통 형상의 하우징 내를 조사광축 방향으로 진퇴가능하게 부착되어 있다. 여기서, 상기 제 1 차광 마스크(M1)를 상기 제 1 필터 수단(F1), 및 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)의 대표예로서 설명하면, 예를 들면 상기 제 1 차광 마스크(M1)를 상기 렌즈(2)의 초점 위치에 설치한 경우는 도 2와 같이 상기 검사 대상(W)의 각 점에 있어서의 조사 입체각(IS)의 크기와 형상과 경사각이 모두 같아지고, 이것은 도 3에 나타내는 바와 같이 상기 검사 대상의 각 점과 상기 렌즈(2)의 거리가 상이한 경우이어도 마찬가지이다. 또한, 이것은 상기 하프 미러(4)의 유무에 상관없이, 또한 상기 검사 대상(W)과 상기 렌즈(2)의 거리에도 상관없이 마찬가지이다. 이상의 상기 제 1 차광 마스크(M1)를 대표예로서 설명한 것은 상기 제 1 필터 수단(F1), 및 양자의 기능을 겸비한 상기 제 3 필터 수단(F3)에 의해 형성되는 상기 입체각 영역에 대해서도 마찬가지이다.

상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 및 상기 제 3 필터 수단(F3)은, 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이 거의 광을 차단하는 차광부(M1)가 임의의 형상으로 개구부를 형성하고 있으며, 도 4에서는 주위가 차광부에서 중심부나 개구부로서 도시하고 있지만, 그 개구부의 일부가 더욱 차광부로 되어도 상관없다. 또한, 차광부가 특정 속성을 가지는 광만을 차광하는 부분이어도 좋고, 또한 도 4에서는 M1의 개구부에 상기 제 1 필터 수단(F1)이 설정되어 있고, 여기서는 3종류의 광 속성이 상이한 입체각 영역을 형성하기 위한 패턴(F11, F12, F13)이 설정되어 있다. 여기서는 광축을 중심으로 해서 방사 형상의 패턴으로 되어 있지만, 이것도 상기 검사 대상의 착안하는 특징점에 의해 임의의 패턴으로 최적화해도 좋다. 이 상기 제 1 차광 마스크(M1)와 상기 제 1 필터 수단(F1)을 통합한 것이 상기 제 3 필터 수단(F3)에 상당한다.

도 4에 나타낸 상기 제 1 차광 마스크(M1), 및 상기 제 1 필터 수단(F1), 또는 상기 제 3 필터 수단(F3)을 사용하면, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 검사 대상(W)의 각 점(P)에 대해 조사 입체각(IS)을 형성할 수 있다. 이 조사 입체각(IS)은 상기 제 1 차광 마스크(M1)의 중심부의 개구부에 의해 그 가장 외측의 형상이 결정되고, 또한 그 조사 입체각 내에 상기 제 1 필터 수단(F1)에 의해 각각 상기 제 1 필터 수단(F1)의 마스크 패턴(F11, F12, F13)에 대응하여 각각 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 형성된다.

이상에서 서술한 조사 입체각이 대략 균일하게 형성할 수 있는 본 발명의 검사용 조명에 대해 종래의 통상의 광원면만을 사용하는 조명에서는 검사 대상(W)의 각 점에 대한 검사광의 조사 입체각(IS)은 각 점에 의해 그 형상이나 크기, 및 경사가 달라져 버린다. 이것은 상기 검사 대상(W)의 각 점에 대한 조사 입체각(IS)이 그 각 점으로부터 조명을 반대로 보았을 때의 면광원(1)의 사영 형상, 및 크기 및 각도에 의해 일의로 결정되어 있기 때문이다.

한편으로, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 관찰 입체각(OS)은 상기 촬상 장치(C)의 눈동자 위치, 및 눈동자 형상, 및 눈동자의 크기와 상기 검사 대상의 각 점의 상대 관계에 의해 결정되어 있다.

여기서, 상기 검사 대상(W)으로부터 리턴되는 물체광 중 주로 산란광 이외의 직접광을 관찰하는 경우, 촬상 장치(C)에 의한 각 점의 밝기는 각 점에 있어서 조사 입체각(IS)을 직접 반영하는 반사광의 입체각(RS) 또는 투과광의 입체각(TS)과 상기 관찰 입체각(OS)의 포함 관계에 의해 결정되어 있다.

여기서, 도 5를 이용하여 상기 검사 대상(W)으로부터 리턴되는 물체광 중 주로 산란광 이외의 직접광을 관찰하는 경우에 있어서 조사 입체각과 관찰 입체각의 포함 관계와 상기 촬상 장치가 얻어지는 명암 정보에 대해 설명한다.

도 5는 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 착안하여, 상기 점(P)에 조사 입체각(IS)이 되는 검사광을 조사했을 경우를 고려해서 상기 검사 대상의 점(P)을 포함하는 면이 부분적으로 φ만큼 기울었을 때에 점(P)의 밝기가 어떻게 변화하는지를, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 형성하는 관찰 입체각(OS)에 대해 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)이 RS'와 같이 변화했을 때의 각 입체각 영역과 관찰 입체각(OS)의 포함 관계가 어떻게 되는지를 나타내고 있다.

도 5에 있어서, 점(P)으로부터의 상기 반사광의 입체각(RS), 및 입체각(RS) 내의 입체각 영역(RS1∼3)의 형상과 크기는 점(P)에 대한 검사광의 조사 입체각(IS), 및 조사 입체각(IS) 내의 입체각 영역(IS1∼3)과 같고, 이것은 RS'에 있어서도 마찬가지이다.

또한, 상기 반사광의 입체각(RS, 및 RS')의 경사는 점(P)에 세운 검사면의 법선에 대해 상기 검사광의 조사 입체각(IS)의 선대칭이 되는 방향으로 상기 검사광의 조사 입체각(IS)의 경사(θ)와 동일한 만큼 기울어져 있다.

따라서, 점(P)을 포함하는 검사면이 평면에서 기울어져 있지 않은 도 5의 (a)에서는 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 대해 형성하는 관찰 입체각(OS)이 상기 반사광의 입체각(RS)과 그 광축이 일치하고 있으며, 상기 촬상 장치(C)에서 포착되는 점(P)의 밝기는 그 관찰 입체각(OS)과 상기 반사광의 입체각(RS), 및 입체각(RS) 내의 입체각 영역(RS1∼3)의 포함 관계에 의해 각각의 상이한 광 속성마다의 밝기로서 결정되어 있다.

이어서, 도 5의 (b)에 있어서 상기 검사 대상(W)의 점(P)을 포함하는 면이 부분적으로 φ만큼 기울어졌을 경우를 고려하면, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)은 도면 중 점선으로 나타낸 RS'와 같이 2φ만큼 기울게 된다.

이 때에, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS')이, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 대해 형성하는 관찰 입체각(OS)과 하등의 포함 관계를 가지지 않으면, 상기 촬상 장치(C)로부터 본 점(P)의 밝기는 0이 되지만, 상기 촬상 장치(C)가 점(P)에 대해 형성하는 상기 관찰 입체각(OS)과 부분적으로 포함 관계가 있으면, 양자가 겹친 입체각 부분에 포함되는 광, 즉 그 관찰 입체각(OS)과 상기 반사광의 입체각(RS'), 및 입체각(RS') 내의 입체각 영역(RS1∼3)의 포함 관계가 점(P)의 각각의 상이한 광 속성마다의 밝기로서 반영된다.

즉, 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS')의 평면 반각이 상기 반사광의 경사각(2φ)으로부터 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각을 뺀 각도보다 크고, 또한 상기 반사광의 경사각(2φ)에 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각을 더한 각도보다 작은 경우는 점(P)의 밝기가 상기 반사광의 경사각(2φ)에 의해 변화한다.

그러나, 만일 상기 조사 입체각(IS)의 평면 반각이, 상기 검사 대상(W)의 부분적인 경사에 의해 생기는 반사광의 경사각(2φ)에 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각을 더한 각도보다 큰 경우는 점(P)의 밝기는 변화하지 않는다.

또한, 관찰 입체각(OS)의 평면 반각이, 상기 반사광의 경사각(2φ)과 상기 반사광의 입체각(RS)의 평면 반각을 더한 것보다 크면, 역시 점(P)의 밝기는 변화하지 않는다.

이것은 결국 점(P)의 밝기는 점(P)으로부터의 반사광의 입체각(RS)과 점(P) 에 대한 관찰 입체각(OS)의 포함 관계에 의해 결정되어 있고, 점(P)에 조사되는 검사광의 조사 입체각(IS)과 점(P)에 대한 관찰 입체각(OS)의 형상 및 크기, 및 경사에 관한 상대 관계를 설정함으로써 점(P)의 밝기의 변화를 제어할 수 있다는 것을 나타내고 있다.

또한, 도 5를 이용하여 검사 대상에 조사되는 조사 입체각 내에 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역이 조사광의 광축에 대해 방사 형상으로 존재하는 경우에 상기 검사 대상 상의 점(P)의 밝기가, 상기 점(P)으로부터 반사되는 반사광의 입체각과 촬상 장치(C)가 상기 점(P)에 대해 형성하는 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 어떻게 변화하는지를 상세히 서술한다.

도 5에 나타낸 조사 입체각(IS)은 그 내부가 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)으로 형성되어 있다. 이 때, 검사 대상(W) 상의 점(P)으로부터 반사되는 반사광의 입체각(RS)은 상기 조사 입체각(IS)과 같으며, 그 광축은 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 세운 법선에 대해 상기 조사 입체각(IS)과 선대칭의 방향이며, 상기 반사광의 입체각(RS)의 내부에도 상기 조사 입체각 내에 형성되어 있던 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)에 대응하여 그 각각과 같은 광 속성을 가지는 입체각 영역(RS1, RS2, RS3)이 형성된다.

도 5에서는 간단히 하기 위해 촬상 장치(C)에 의해 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 형성되는 관찰 입체각(OS)이 상기 반사광의 입체각(RS), 및 상기 반사광의 입체각(RS) 내에 형성되어 있는 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역(RS1, RS2, RS3)에 대해 그 변화를 포착하기 위해서 충분한 크기를 가지는 경우를 고려하고 있으며, 도 11의 (a)에서는 상기 관찰 입체각(OS)이 상기 입체각 영역(RS1)에 완전히 포함되어 있는 경우를 나타내고 있다. 이 때에, 상기 촬상 장치(C)에 있어서 상기 상이한 광 물성의 광을 각각 선택적으로 검출할 수 있는 제 2 필터 수단을 구비하고 있으면, 상기 검사 대상 상의 점(P)의 밝기는 상기 입체각 영역(RS1)이 가지는 광 속성의 광과, 상기 입체각 영역(RS2)이 가지는 광 속성의 광과, 상기 입체각 영역(RS3)이 가지는 광 속성의 광의 어떤 비율로 나타내어지는 밝기가 된다.

이어서, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 검사 대상(W)의 면이 φ만큼 기울어졌을 경우를 고려하면, 상기 반사광의 입체각(RS)의 광축은 2φ만큼 기울어지고, 상기 관찰 입체각(OS)은 상기 상이한 광 물성을 가지는 입체각 영역의 RS1과 RS2, 및 RS3에 어떤 비율로 포함되어 있고, 그 비율은 상기 반사광의 입체각(RS)의 광축이 어떤 방향으로 기울어져도 상이한 비율이 된다. 이 때, 상기 검사 대상 상의 점(P)의 밝기가, 상기 입체각 영역(RS1과 RS2, 및 RS3)이 가지는 광 속성의 광의 어떤 비율로 각각이 어떤 밝기에 보충되므로, 그 비율의 변화에 의해 상기 반사광의 입체각(RS)의 광축이 어떤 방향으로 기울어도 그 방향과 경사 정도의 쌍방을 식별하는 것이 가능해진다.

이제, 알기 쉽게 하기 위해서 도 5에 나타내는 각각 상이한 광 물성을 가가지는 상기 입체각 영역(RS1, RS2, RS3)이, 예를 들면 각각 적색광, 녹색광, 청색광이라고 하고, 상기 촬상 장치(C)가 컬러 카메라라고 하면, 도 5의 (a)의 경우는 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)은 적색과 녹색과 청색의 광이 면적비로는 거의 등분의 비율로 포착되므로, 그 강도가 같으면, 백색에서 어떤 밝기로 보이고, 도 5의 (b)의 경우는 적색이 짙은 백색에서 어떤 밝기로 보이게 된다. 또한, 상기 검사 대상(W)의 경사각(φ)이 서서히 커지는 경우를 고려하면, 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)은 그 경사각이 커짐에 따라 백색으로부터 서서히 적색을 띠게 되어 연속적으로 변화하게 되지만, 내부에 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역이 없는 조사 입체각이라면, 그 조사 입체각과 관찰 입체각의 포함 관계에 의해 결정되는 명암 정보만이 되지만, 본 발명에 의하면 상기 검사 대상(W)의 경사각(φ)을 보다 넓은 범위에서 연속적으로 포착하는 것이 가능해질 뿐만 아니라 그 경사의 방향성도 식별하는 것이 가능해진다.

이어서, 도 6을 이용하여 상기 검사 대상(W)으로부터 리턴되는 물체광 중 주로 산란광을 관찰하는 경우에 있어서 조사 입체각과 관찰 입체각의 포함 관계와 상기 촬상 장치가 얻어지는 명암 정보에 대해 설명한다.

도 6에 나타낸 조사 입체각(IS)은 그 내부가 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)으로 형성되어 있다. 이 때, 검사 대상(W) 상의 점(P)으로부터 리턴되는 산란광은 각각 상이한 광 속성마다 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 점(P) 근방의 면의 법선과 이루는 상대 각도에 의해 결정되는 조도에 의해 그 밝기가 결정되고, 상기 점(P) 근방의 면이 Φ만큼 기울면, 상기 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 점(P) 근방의 면의 법선과 이루는 상대 각도가 각각 변화하고, 그것에 따라 그 밝기가 변화한다.

이 때에, 상기 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 상기 조사 입체각(IS)의 광축에 대해 방사 형상으로 배치되어 있으면, 상기 점(P) 근방의 면이 Φ만큼 기울 때의 경사 방향에 의해 상기 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 점(P) 근방의 면의 법선과 이루는 상대 각도가 각각 변화함으로써 상기 점(P) 근방의 면의 경사 방향과 경사각의 쌍방이 일의로 동정할 수 있다.

도 6에 나타낸 조사 입체각(IS)에 관하고, 도 6의 (a)는 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 상기 조사 입체각(IS)의 광축으로부터 연속적 또한 방사 형상으로 배치되어 있지만, 도 6의 (b)에서는 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 상기 조사 입체각(IS)의 광축으로부터 떨어진 상기 조사 입체각 주변부에만 방사 형상으로 배치되어 있고, 또한 도 6의 (c)에서는 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)이 상기 조사 입체각(IS)의 광축에 대해 이산적 또한 방사 형상으로 배치되어 있지만, 상기 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)의 입체각이 작으면 작을수록 상기 검사 대상의 점(P) 근방의 면이 기우는 방향, 및 경사각에 대한 각각의 조도의 변화가 커지고, 상기 경사 방향, 및 경사각의 변화에 대한 점(P)의 밝기의 변화량을 크게 할 수 있고, 반대로 각각 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)의 배치를 최적화함으로써 상기 검사 대상의 점(P) 근방의 면이 기우는 방향, 및 경사각에 대한 점(P)의 밝기의 변화를 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 임의의 방향에 대한 임의의 경사각에 대한 점(P)의 밝기의 변화량을 제어하는 것이 가능해진다.

이어서, 본 발명에 있어서의 상기 하프 미러(4)는 대략 정사각형 형상의 프레임에 의해 지지된 원 형상의 극히 얇은 것이지만, 상기 하프 미러의 형상은 원 형상이 아니어도 좋고, 지지하는 프레임의 형상도 정사각형 형상이 아니어도 좋고, 이러한 하프 미러(4)를 사용함으로써 하프 미러(4)의 반사 또는 투과가 일어나는 표면과 이면의 괴리 부분을 극히 얇게 형성할 수 있고, 상기 검사 대상(W)으로부터의 반사광이 하프 미러(4)를 투과할 때에 생기는 미소한 굴절이나 내면 반사 등에 의한 고스트를 최소한으로 할 수 있다.

상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 2 차광 마스크는 일반적인 광학 재료인 복수매의 블레이드를 사용한 조리개이어도 좋고, 또는 임의의 개구부를 가지는 극히 얇은 차광판과 조리개를 조합해도 좋고, 또한 제 1 필터 수단이나 제 3 필터 수단을 포함해서 전자적으로 그 개구부나 차광부, 및 투과하는 광의 속성을 설정가능한 액정 등의 부재를 사용해도 좋다.

또한, 상기 제 1 차광 마스크의 개구부의 다른 실시형태로서, 예를 들면 그 개구부가 원 형상이 아니라 타원, 또는 가늘고 긴 슬릿 형상으로 함으로써 상기 검사 대상의 특징점을 검출함에 있어서 그 검출 감도에 이방성을 가지게 할 수 있다. 즉, 이 때, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각은 상기 제 1 차광 마스크의 슬릿과 같은 길이 방향으로 넓어지고, 폭 방향으로는 극히 얇은 조사 입체각이 되고, 이 경우는 길이 방향의 상기 검사 대상의 경사의 검지 감도는 낮고, 폭 방향의 검지 감도만이 높게 설정될 수 있다. 단, 이 경우는 상기 촬상 장치가 상기 검사 대상의 각 점에 형성하는 관찰 입체각의 형상이나 크기 및 경사를 조사 입체각의 폭 방향에 맞춰 상대적으로 거의 동등해지도록 설정할 필요가 있다.

또는, 상기 촬상 장치가 상기 검사 대상의 각 점에 형성하는 관찰 입체각의 크기를 충분히 작게 설정하면, 조사 입체각이 넓어져 있는 만큼, 검출하는 경사에 역치를 설정하는 것이 가능해진다. 이것은 상기 조사 입체각 내에 형성되는 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역에 대해서도 마찬가지로 작용한다

또한, 상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 3 필터 수단의 다른 실시형태로서, 예를 들면 그 개구부가 동심원 형상의 차광부와 개구부를 구비함으로써 그 폭을 적당히 취하면, 상기 검사 대상의 부분적인 경사에 대해 어떤 일정 경사 각도 범위만을 검출할 수도 있고, 필요한 방향으로 그 폭을 필요한 만큼 설정하면, 그 검출 각도에 이방성을 가지게 할 수도 있고, 또한 상이한 광 속성을 가지는 복수의 영역을 방사 형상으로 설정하여 그 영역의 형상을 변화시키면, 검사면의 상이한 경사 방향의 상이한 경사각을 추출가능해진다. 또는, 이러한 검사용 조명을 다단으로 설치하면, 표면의 경사 정도에 따라 이것을 분류 검출할 수 있고, 더 추가하여 상기 제 1 차광 마스크, 및 상기 제 3 필터 수단을 전자적으로 설정이 가능한 상기 액정 등의 부재로 하면, 이 개구 패턴을 동적으로 스위칭함으로써 복수 종류의 명암 정보가 얻어져 더욱 상세한 분류 검출을 행할 수 있다.

또한, 상기 제 1 필터 수단(F1)에 있어서는 그 상이한 광 속성으로서 파장 대역이나 편광 상태, 휘도 등이 고려되고, 예를 들면 상기 광원(1)을 백색광을 발하는 광원으로서 상기 제 1 필터 수단(F1)에 의해 그것을 상이한 파장 대역의 광으로 구성되는 임의의 입체각 영역을 형성할 수 있고, 동시에 상이한 패턴으로 상이한 파장 대역의 광을 임의의 방향으로부터 임의의 형상이며, 또한 상기 검사 대상(W)의 시야 범위의 모든 점에 있어서 동일 조건에서 조사하는 것이 가능해진다. 더 추가하여, 상기 제 1 필터 수단(F1)을 전자적으로 그 패턴이나 투과율 등의 설정이 가능한 컬러 액정 등의 부재로 하면, 이 필터 패턴을 동적으로 스위칭함으로써 복수 종류의 명암 정보가 얻어져 더욱 상세한 분류 검출을 행할 수 있다.

또한, 상기 제 1 필터, 또는 상기 제 3 필터의 구성예로서 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역을 방사 형상으로 명확하게 구분해도 좋고, 서서히 상이한 광 속성을 가지도록 그라이데이션을 가지게 할 수도 있다.

이렇게 하면, 예를 들면 상기 검사 대상으로부터의 반사광, 또는 투과광이 조사 각도, 또는 관찰 각도에 의해 휘도가 상이한 경우, 이것을 균일한 휘도로 하는 것도 반대로 휘도의 변화를 주는 것도 할 수 있게 되고, 또한 산란광의 휘도에 반영되는 조도에 관해서도 그 변화를 마찬가지로 제어하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 상기 검사 대상(W)의 표면으로부터 직접 반사되는 광과, 상처 등의 산란광을 발하는 부분의 휘도차를 적정하게 조정하는 것이 가능해진다. 이것은 정반사광으로서 상기 검사 대상(W)의 표면으로부터 직접 반사되는 광의 각도 범위에 대응하는 조사 입체각 영역의 광량을 적게 하고, 서서히 그것 이외의 입체각 영역의 광량을 크게 함으로써 실현할 수 있고, 또한 어떤 방향으로의 어떤 경사각에 대해서도 그것을 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 연속적으로 변화시킬 수 있다.

이어서, 도 7∼도 12를 이용하여 상기 검사 대상으로부터 리턴되는 물체광 중 주로 정반사광인 직접광을 관찰하는 경우에 있어서 물체면의 3차원 형상의 변화가 크고, 물체면의 각 점 근방의 미소 면적의 경사가 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 명암 정보로서 연속적으로 취득할 수 없는 불연속 영역에서, 물체면의 각 점에 대한 조사광의 조사 입체각이 그 점으로부터 리턴되는 직접광의 입체각에 반영되지 않는 특정 영역이 있는 것에 착안하여 상기 조사 입체각에 대한 상기 직접광의 입체각의 변화, 및 상기 불연속 영역에 있어서의 그 외의 물체광의 변화를 이용해서 상기 불연속 영역의 3차원 형상을 얻는 방법에 대해 설명한다.

도 7에, 조사 입체각(IS)과 관찰 입체각(OS)의 광축이 동축인 경우에 조사 입체각(IS)의 평면 반각(θi)과 관찰 입체각(OS)의 평면 반각(θo)의 대소에 의해 상기 검사 대상으로부터 상기 조사 입체각(IS)의 형상을 반영하여 리턴되는 직접광이 상기 검사 대상의 면의 경사를 반영하여 그 광축이 변화했을 경우에 상기 관찰 입체각(OS)에 의해 상기 광축 변화가 명암 변화로서 포착할 수 있는 각도 범위를 간단하게 구하기 위해서 상기 조사 입체각(IS)의 평면 반각(θi)과 상기 관찰 입체각(OS)의 평면 반각(θo) 중 작은 쪽을 유효 평면 반각(θ)으로 한다.

또한, 상기 조사 입체각(IS)은 그 내부가 상기 상이한 광 속성을 가진 복수의 입체각 영역에서 상기 조사 입체각의 광축에 대해 방사 형상으로 배치되어 있는 것이어도 좋고, 이하에서 설명하는 도 8부터 도 19에 있어서도 마찬가지이다.

그 내부가 상이한 광 속성을 가진 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)으로 형성되어 있다. 이 때, 검사 대상(W) 상의 점(P)으로부터 반사되는 반사광의 입체각(RS)은 상기 조사 입체각(IS)과 같으며, 그 광축은 상기 검사 대상(W) 상의 점(P)에 세운 법선에 대해 상기 조사 입체각(IS)과 선대칭의 방향이며,

도 8은 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광이 직접광이며, 상기 검사 대상의 각 점에 대해 조사되어 있는 평면 반각(θi)의 조사 입체각과, 상기 검사 대상의 각 점에 대한 평면 반각(θo)의 관찰 입체각에 있어서 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 광축이 동축, 또는 정반사 방향이 되도록 설정되어 있을 때, 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 직접광이 상기 관찰 입체각에 의해 관찰할 수 있는 상기 각 점 근방의 한계 경사 각도(Φe)는 상기 검사 대상의 각 점에 조사되어 있는 조사 입체각의 평면 반각(θi)과 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 평면 반각(θo)의 합의 1/2이므로,

상기 검사 대상의 불연속 영역의 경사면이 평면부의 법선에 대해 이루는 경사각(θs)이 평면 시의 90°에 대해 변화한 차분 각도가 상기 평면 반각(θi)과 상기 평면 반각(θo)의 합의 1/2보다 큰 경우, 즉 90°로부터 한계 경사 각도(Φe)를 뺀 각도보다 작은 경우는 그 불연속 영역에 있어서는 상기 관찰 입체각에 의해 상기 직접광을 포착할 수 없게 되고, 그 결과 관찰 입체각에서 포착할 수 있는 직접광의 밝기는 0이 되어 그대로로는 상기 관찰 입체각의 밝기의 변화량만으로는 상기 불연속 영역에 있어서의 상기 검사 대상의 3차원 형상을 식별할 수 없게 되는 것을 나타내고 있다.

이어서 도 9는 상기 검사 대상의 불연속 영역에서 착안하는 면의 경사각(θs)이 유효 조사 입체각(θ)과 같은 경우,

도 10은 불연속 영역면의 경사각(θs)이 유효 조사 입체각(θ)보다 작지만 0보다 큰 경우,

도 11은 불연속 영역면의 경사각(θs)이 0인 경우,

도 12는 불연속 영역면의 경사각(θs)이 마이너스인 경우를 각각 나타내고 있지만, 어떤 경우도 불연속 영역에 있어서 포착되는 직접광의 명암 변화에 의해 특정되는 상기 불연속 영역의 폭을 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값이 그 불연속 영역을 사이에 둔 연속 영역 사이의 고저차(D)가 되는 것을 나타내고 있다.

이어서, 도 13∼도 18을 이용하여 상기 불연속 영역의 일례로서 미지의 반경(R)의 구체, 또는 상기 구체의 일부에 대해 평면 반각(θi)의 조사 입체각인 조사광이 조사되고, 상기 구체가 평면 반각(θo)의 관찰 입체각인 관찰 광학계에 의해 관찰되고, 또한 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각의 광축이 동축 방향인 경우에 있어서 그 3차원 형상의 중요한 요소인 상기 구체의 정점부의 높이를 동정하는 방법을 설명한다.

우선, 도 13∼도 18에 있어서 반경(R)의 구체가 상기 검사면의 대략 평면부에 존재하고 있지만, 이 때에 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 관찰 범위에 있어서 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각이 상기 검사면의 상이한 높이의 각 점에 있어서 균일하게 설정되어 있으면,

상기 구체의 반경(R)은 상기 구체의 정상부로부터 리턴되는 직접광이 관찰되는 원 형상의 범위의 반경(r1)을 상기 한계 경사 각도(Φe)의 사인으로 나눔으로써 얻은 값 R1로서 구할 수 있는 것 외,

상기 구체의 정점부의 높이가 상기 구체의 반경보다 같거나 큰 경우는 직접광이 관찰되는 상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 반경(r2)의 값을 R2로서도 구할 수 있음과 아울러, 상기 검사면의 대략 평면부로부터 상기 구체의 중심까지의 거리는 직접광이 관찰되는 상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 주위에 형성되는 직접광의 명암 변화가 존재하는 폭(r3)에 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인을 곱한 것에 대해 상기 유효 평면 반각(θ)의 사인으로부터 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인을 빼서 1을 더한 것으로 나눈 값 R3으로서 구할 수 있다.

도 13에서는 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 미지의 반경(R)의 구체가 상기 검사 대상의 대략 평면부에 접지하여 존재하고 있지만,

이 경우의 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)는 상기 구체의 정상부로부터 리턴되는 직접광이 관찰되는 원 형상의 범위의 반경(r1)으로부터 구한 상기 R1, 또는

상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 반경인 상기 R2, 또는

상기 구체의 정상부의 원 형상의 범위의 외측에 형성되는 직접광이 관찰되지 않는 범위의 주위에 형성되는 직접광의 명암 변화가 존재하는 폭(r3)으로부터 구한 상기 R3 중 어느 하나의 값의 2배의 값으로서 구할 수 있다.

도 14는 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 미지의 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)의 2배보다 큰 값으로 존재하고 있는 경우를 나타내고 있으며,

이 경우는 상기 R1과 상기 R2의 값은 같지만, 상기 R3의 값이 상기 R1, 및 상기 R2의 값보다 크게 관찰되고,

그 높이(D)는 상기 구체의 반경(R)과 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인의 역수, 및 1로부터 상기 유효 평면 반각(θ)의 코사인을 뺀 값을 곱한 값을 보정항 ΔL로 하고,

상기 R1의 값, 또는 상기 R2의 값에 대해 상기 r3의 값으로부터 상기 보정항 ΔL을 뺀 값을 더 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값을 더한 값으로서 구할 수 있다.

도 15, 및 도 16은 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)의 2배보다 작고, 또한 상기 구체의 반경(R)과 같거나 또는 큰 값으로 존재하고 있는 경우를 나타내고 있으며, 이 경우는 상기 R1과 상기 R2의 값은 같으며, 상기 R3의 값은 상기 R1, 및 상기 R2의 값보다 작게 관찰되고,

그 높이(D)는 상기 R1의 값, 또는 상기 R2의 값에 대해 상기 r3의 값으로부터 상기 보정항 ΔL을 뺀 값을 더 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값을 더한 값으로서 구할 수 있다.

도 17은 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)보다 작은 값으로 존재하고 있으며, 상기 R1의 값이 상기 R2의 값보다 크고, 상기 R3의 값이 0이 아닌 값으로 관찰되는 경우를 나타내고 있으며,

이 경우, 상기 구체의 정상부의 높이(D)는 상기 R1의 값에 대해 상기 보정항 ΔL을 상기 유효 평면 반각(θ)의 탄젠트로 나눈 값을 더한 값으로서 구할 수 있다.

최후에, 도 18은 조사 입체각과 관찰 입체각의 광축이 동축이며, 상기 검사 대상의 대략 평면부에 반경(R)의 구체가, 상기 구체의 정상부의 상기 대략 평면부에 대한 높이(D)가 상기 구체의 반경(R)보다 작은 값으로 존재하고 있으며, 상기 R1의 값이 상기 R2의 값보다 크고, 상기 R3의 값이 거의 0으로 관찰되는 경우를 나타내고 있으며, 이 경우 그 높이(D)는 상기 R1의 값에 대해 상기 R1의 값의 제곱으로부터 상기 r2의 값의 제곱을 뺀 값의 제곱근을 뺀 값으로서 구할 수 있다.

이어서, 상기 불연속 영역이 물체광으로서 직접광을 리턴하지 않고, 주로 산란광을 리턴하는 경우, 또는 직접광을 리턴하고는 있지만, 그 직접광이 상기 관찰 입체각에 의해 포착할 수 없는 범위 방향으로 리턴되어 있는 경우에 있어서는 관찰 범위에 조사되어 있는 조사광이 동일 입체각(ωi)의 조사 입체각을 가진 조사광이면, 물체광이 직접광인 경우의 점(P)의 밝기는 반사율을 1이라고 하면, 직접광의 입체각(RS)과 관찰 입체각(OS)의 포함 관계에 의해 결정되고, 그 최대 밝기는 조사 입체각(ωi)과 관찰 입체각(ωo) 중 작은 쪽의 유효 평면 반각(θ)을 가지는 유효 조사 입체각(EIS)에 의해 결정되지만, 산란광인 경우는 조사 입체각(ωi)에서 점(P)에 조사된 광이 입체각 2π의 산란광으로 변환되고, 이것이 관찰 입체각(ωo)에서 포착되므로,

도 19에 나타낸 바와 같이 관찰 입체각에서 포착되는 산란광의 최대 밝기와 직접광의 최대 밝기의 비율은 조사 입체각(ωi)과 관찰 입체각(ωo) 중 어느 큰 쪽을 2π로 나눈 값 대 1이 된다.

보다 구체적으로는 관찰 범위에 조사되어 있는 조사광이 동일 입체각(ωi)의 조사 입체각을 가진 조사광이며, 관찰 입체각이 ωo라고 하면, 통상의 광학 요건을 감안하면 양자의 입체각의 평면 반각은 커도 10° 정도이며, 작으면 1° 이하가 되지만, 그 때에 관찰되는 산란광의 최대 밝기는 직접광의 최대 밝기의 0.015배로부터 0.00015배가 된다.

이 때에, 직접광의 밝기의 다이나믹 레인지, 즉 최대 밝기와 최저 밝기의 범위와, 산란광의 밝기의 다이나믹 레인지를 양자가 겹치지 않는 범위에서 설정하는 것이 가능해지고, 예를 들면 상기 촬상 장치에서 화상의 밝기를 부동 소수점 방식으로 유지하고 있는 것이면, 그 양자의 레인지 내에서 적절한 연산에 의해 상기 검사 대상의 직접광이 관찰되는 명시야 영역과 산란광이 관찰되는 암시야 영역으로 나누고, 각각의 영역에서 적절한 연산 처리를 행함으로써 3차원 형상을 계산하고, 그것을 서로 연결시킴으로써 상기 불연속 영역을 가능한 한 적게 하여 상기 검사 대상의 표면의 3차원 형상을 검사 측정하는 것이 가능해진다.

도 20에 나타내는 바와 같이 검사면(W)의 관찰 영역의 각 점에 상이한 광 속성의 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)을 방사 형상으로 배치한 동일 조사 입체각(IS)을 가지는 광을 조사하고, 직접광을 리턴하는 명시야 영역(BF)과 산란광을 리턴하는 암시야 영역(DF)을, 그 휘도값에 역치를 설정하거나, 또는 리턴되는 물체광의 편광 상태에 의해 구분하고, 각각의 영역에 있어서의 각 점의 상이한 광 속성마다의 밝기의 변화로부터 3차원 형상을 검사 측정하면, 직접광만 또는 산란광만을 관찰하여 그 3차원 형상을 연속적으로 검사 측정할 수 없는 검사면에 대해 연속적인 3차원 형상의 검사 측정을 행하는 것이 가능해진다.

※ 검사면(W)의 관찰 영역의 각 점에 상이한 광 속성의 입체각 영역(IS1, IS2, IS3)을 방사 형상으로 배치한 동일 조사 입체각(IS)을 가지는 광을 조사하고, 직접광을 리턴하는 명시야 영역(BF)과 산란광을 리턴하는 암시야 영역(DF)을, 그 휘도값에 역치를 설정하거나, 또는 리턴되는 물체광의 편광 상태에 의해 구분하고, 각각의 영역에 있어서의 각 점의 상이한 광 속성마다의 밝기의 변화로부터 3차원 형상을 검사 측정하면, 직접광만 또는 산란광만을 관찰하여 그 3차원 형상을 연속적으로 검사 측정할 수 없는 검사면에 대해 연속적인 3차원 형상의 검사 측정을 행하는 것이 가능해진다.

왜냐하면, 동일 조사 입체각을 가지는 조사광에 대해 검사면으로부터 리턴되는 물체광에 대해 그것이 정반사광이나 정투과광과 같은 직접광과, 그것 이외의 산란광에서는 그 밝기에 큰 차가 있고, 관찰되는 휘도값을 일정 역치, 또는 명암의 변화의 정도에 따라 역치를 설정하고, 또한 그 역치를 전후하는 영역에 있어서는 그 영역의 크기에 의해 어떤 영역에 속하는지를 판정함으로써 직접광을 리턴하는 영역과 산란광을 리턴하는 영역을 나눌 수 있기 때문이며,

또한, 직접광을 리턴하는 영역과 산란광을 리턴하는 영역을 나누는 다른 방법으로서 직접광은 그 조사광의 편광 상태를 보존, 또는 그 편광 상태를 반영하지만, 산란광은 그 발생 메커니즘에 의해, 예를 들면 조사광이 편광이어도 비편광이 되므로, 예를 들면 제 4 필터 등을 이용하여 조사광을 편광으로 해 두면, 관찰 광학계, 또는 촬상 장치에 있어서 물체광의 밝기에 관계없이 직접광과 산란광으로 나누어서 관찰하는 것이 가능해지고, 또는 패럴렐 니콜을 사용하여 직접광과 산란광의 다이나믹 레인지의 밝기의 차를 크게 함으로써 양자의 구분을 안정적으로 하는 것이 가능하며,

또한 양자의 휘도값의 변화를 안정적으로 해석하기 위해서는 노광 시간, 또는 게인 등의 촬상 조건을 변경하여 복수매의 화상을 촬상하고, 밝기가 포화하여 그 변화를 검지할 수 없는 영역과, 지나치게 어두워서 그 변화를 검지할 수 없는 부분을 식별한 후에 양자를 보완해서 그 변화를 안정적으로 해석하는 것이 가능하며,

또 다른 방법으로서 상기 촬상 장치에 있어서 그 화상의 휘도값이 부동 소수점으로 유지되어 있으면, 각각의 영역에서의 안정적인 3차원 해석이 가능해지기 때문이다.

또한, 상기 제 2 차광 마스크는 상기 검사 대상에 결상되는 점에서, 상기 차광 마스크의 개구부에, 특정 속성을 가지는 광만을 투과하는 제 4 필터 수단을 설치함으로써 상기 검사광의 조사 범위마다 그 광 속성을 설정하는 것이 가능해진다. 이 때, 광을 조사하지 않는 범위를 설정할 필요가 없으면, 상기 제 4 필터 수단에만 의해 투과하는 특정 광 속성마다 그 조사 범위를 설정해도 좋다.

또한, 상기 제 1이나 제 2 차광 마스크에, 또한 상기 제 1이나 제 3 필터에 전자적으로 그 개구부의 설정이 가능한 상기 액정 등의 부재로 하면, 이 개구 패턴이나, 투과하는 광 속성 등을 동적으로 스위칭함으로써 상기 검사광의 조사 영역을 변경하고, 상기 검사 대상에 상이한 조사 영역을 필요로 하는 것이 있어도 각각의 영역에 맞춰 검사광을 조사하여 복수 종류의 명암 정보를 얻을 수 있다.

또한, 상기 면광원을 그 조사면의 발광 파장 분포나 휘도 분포, 편광 상태 분포를 동적으로 변경할 수 있는 컬러 액정 등과 백색 광원을 조합하여 구성함으로써 더욱 여러가지 종류의 검사 대상에 대응하는 것이 가능하게 된다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 여러가지 변형이나 실시형태의 조합을 행해도 상관없다. 예를 들면, 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 물체광의 입체각에 대해 충분히 작은 관찰 입체각을 사용하고, 조사 입체각의 전체 영역을 이 관찰 입체각의 크기에 상응하는 작은 영역으로 구분하여 그 필요한 부분의 광 물성을 상이한 것으로 함으로써 검사 대상의 경사면 내 어떤 특정 경사 방향의 어떤 특정 경사 정도의 영역만을 포착하도록 하는 것 등이다.

이상의 기술에서 사용한 휘도, 조도, 밝기 등의 문언은 일반적으로는 인간의 시각으로 느끼는 광의 척도인 측광량이지만, 적당히 물리량으로서, 또는 사용하는 카메라의 감도 특성에 맞춘 센서 측광량의 의미로 사용하고 있으므로 여기에 주기한다.

100: 검사 측정용 조명 장치
200: 검사 측정 시스템
300: 화상 해석 수단
1: 면광원
11: 광 사출면
2: 렌즈
4: 하프 미러
C: 촬상 장치
LP1: 조사광로
LP2: 반사·투과광로
M1: 제 1 차광 마스크(및 그 차광부)
M2: 제 2 차광 마스크
F1: 제 1 필터 수단
F3: 제 3 필터 수단
F4: 제 4 필터 수단
F11: 제 1 필터 수단의 어떤 광 속성 1을 가지는 광을 투과하는 부분
F12: 제 1 필터 수단의 어떤 광 속성 2를 가지는 광을 투과하는 부분
F13: 제 1 필터 수단의 어떤 광 속성 3을 가지는 광을 투과하는 부분
W: 검사 대상
P: 검사 대상(W) 상의 어떤 점
IS: 조사 입체각
IS1: 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 1
IS2: 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 2
IS3: 조사 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 3
EIS: 유효 평면 반각을 가지는 유효 조사 입체각
OS: 관찰 입체각
RS: 반사광의 입체각
RS1: 반사광의 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 1
RS2: 반사광의 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 2
RS3: 반사광의 입체각 내의 상이한 광 속성을 가지는 입체각 영역 3
Φ: 검사면의 경사각
Φe: 직접광을 관찰할 수 있는 검사면의 한계 경사각
θo: 관찰 입체각의 평면 반각
θi: 조사 입체각의 평면 반각
ωo: 관찰 입체각의 입체각
ωi: 조사 입체각의 입체각
θ: 조사 입체각, 및 관찰 입체각의 유효 평면 반각
θs: 검사면의 연직 방향으로부터의 경사각
D: 높이가 상이한 검사면의 기준면으로부터의 높이
ΔD1: 구체 저부와 검사 기준면의 거리
ΔD2: 검사 기준면으로부터 구체 중심까지의 거리
ΔD3: 검사 기준면으로부터 구체 중심까지의 거리
L1∼4: 검사면의 불연속 영역에 있어서의 수평 방향의 위치
B: 반경(R)의 구체
R: 구체(B)의 반경
S: 수평 방향으로부터 Φe가 되는 경사를 가지는 구체(B)의 접선
LT: 구체부의 정점 위치
LB: 검사면의 기준 평면부의 위치
L: 검사면의 불연속 영역에 있어서 유효 조사 입체각이 부분적으로 결여되는 수평 방향의 거리
r1: 구체부의 정상부로부터 리턴되는 직접광이 관찰되는 원 형상의 범위의 반경
r2: 구체부로부터 직접광이 관찰되지 않는 범위의 반경
r3: 구체부로브터 직접광이 관찰되지 않는 범위의 주위에 형성되는 직접광의 명암 변화가 존재하는 폭
R1: 구체부의 정상부로부터 리턴되는 직접광이 관찰되는 원 형상의 범위의 반경으로부터 구해지고, 상기 구체의 중심으로부터 상부의 높이에 대응하는 값
R2: 구체부로부터 직접광이 관찰되지 않는 범위의 반경으로부터 구해지고, 상기 구체의 중심으로부터 수평 방향의 반경에 대응하는 값
R3: 구체부로부터 직접광이 관찰되지 않는 범위의 주위에 형성되는 직접광의 명암 변화가 존재하는 폭으로부터 구해지고, 상기 구체의 중심으로부터 접지면까지의 높이에 대응하는 값
BF: 직접광을 리턴하는 명시야 영역
DF: 산란광을 리턴하는 암시야 영역

Claims

검사 대상에 검사광을 조사하는 검사 측정용 조명 장치로서, 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각의 형상 및 광축의 경사를 상기 검사 대상의 각 점에 대해 상기 검사 측정용 조명 장치로부터 상기 검사 대상의 각 점까지의 거리에 의존하지 않고, 동시에 대략 균일하게 할 수 있는 검사 측정용 조명 장치와,
상기 검사 대상의 각 점에 있어서 반사 또는 투과하는 정반사광 또는 정투과광 또는 산란광을 포함하는 물체광을 촬상하는 촬상 장치를 구비하고,
상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 정반사광 또는 정투과광의 입체각의 광축의 변화를 상기 촬상 장치에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 그 밝기로서 검지하는 것, 또는 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 검사광의 조도 변화를 상기 산란광의 밝기의 변화로서 검지하는 것에 의해 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 경사의 각도를 동정하는 검사 측정 시스템으로서,
그 경사의 각도를 연속적으로 동정할 수 없는 영역에 있어서는 상기 영역의 근방에 있어서의 상기 정반사광 또는 정투과광의 입체각의 변화를 상기 관찰 입체각과의 포함 관계에 의해 그 밝기로서 검지하고, 검지한 밝기 정보와, 상기 영역의 기하학적인 형상 정보와, 상기 조사 입체각과 상기 관찰 입체각이 함께 유효하게 기능하는 유효 평면 반각을 이용하여, 상기 영역에 인접하는 영역 사이의 적어도 그 고저차를 산출해서 상기 검사 대상의 표면의 3차원 성상을 특정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광의 조사 입체각을 상이한 광 속성을 가지는 복수의 입체각 영역이 광축을 중심으로 해서 방사 형상으로 배치되도록 설정하고,
상기 물체광의 상이한 광 속성을 선택적으로 촬상가능한 촬상 장치에 의해, 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 정반사광 또는 정투과광의 입체각의 광축의 변화를 촬상 장치에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각과의 포함 관계에 의해 상기 검사광의 상기 복수의 입체각 영역에 기인하는 복수의 광 속성마다의 밝기의 변화로서 검지하는 것, 또는 상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 검사광의 상기 복수의 입체각 영역에 기인하는 복수의 광 속성마다의 조도 변화를 상기 산란광의 광 속성마다의 밝기의 변화로서 검지하는 것에 의해 상기 검사 대상의 각 점 근방의 면의 경사의 각도, 또는 상기 경사의 각도와 상기 경사의 방향의 양방을 동정하는 검사 측정 시스템으로서,
그 경사의 각도를 연속적으로 동정할 수 없는 영역에 있어서는 상기 영역의 근방에 있어서의 상기 정반사광 또는 정투과광의 입체각의 변화를 상기 검사광의 상기 복수의 입체각 영역에 기인하는 복수의 광 속성마다의 밝기의 변화로서 검지하고, 상기 영역에 인접하는 영역 사이의 적어도 그 고저차를 산출해서 상기 검사 대상의 표면의 3차원 성상을 특정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 검사 대상의 각 점에 있어서의 상기 관찰 입체각이 상기 조사 입체각보다 작게 설정되고, 상기 조사 입체각 내에 형성되는 상이한 광 속성을 가지는 복수의 입체각 영역을 각각의 광 속성에 있어서 연속해서 매끄럽게 변화시킨 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
검사 대상에 검사광을 조사하는 검사 측정용 조명 장치에 있어서, 상기 검사 대상의 각 점에 조사되는 검사광을 편광으로 하고,
상기 검사 대상의 각 점에 있어서 반사 또는 투과하는 물체광을 촬상하는 촬상 장치에 있어서, 상기 물체광의 편광 상태에 의해 상기 물체광의 변화를 선택적으로 촬상가능한 촬상 장치를 구비하고, 상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 상기 물체광이 정반사광 또는 정투과광인지, 또는 산란광인지를 구별하고,
상기 물체광이 정반사광 또는 정투과광인 경우는 상기 촬상 장치에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 그 밝기로서 검지하고,
상기 물체광이 산란광인 경우는 상기 산란광에 대한 밝기의 변화를 검지하는 것에 의해,
상기 검사 대상의 표면의 3차원 성상을 특정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검사 대상의 각 점에 있어서 반사 또는 투과하는 물체광을 촬상하는 촬상 장치에 있어서, 상기 물체광의 밝기를 부동 소수점 형식의 휘도값으로서 기록 촬상가능한 촬상 장치를 구비하고,
상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 상기 물체광이 정반사광 또는 정투과광인지, 또는 산란광인지를 그 밝기의 대역에서 구분되는 영역으로서 판별하고,
상기 물체광이 정반사광 또는 정투과광인 경우는,
상기 촬상 장치에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 그 밝기로서 검지하고,
상기 물체광이 산란광인 경우는,
상기 산란광에 대한 밝기의 변화를 검지하는 것에 의해,
상기 검사 대상의 표면의 3차원 성상을 특정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검사 대상의 각 점에 있어서 반사, 또는 투과하는 물체광을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,
상기 물체광 중 정반사광 또는 정투과광의 소망의 밝기가 촬상가능한 최대 밝기를 넘지 않는 범위의 촬상 조건을 적용해서 제 1 촬상 화상을 촬상하고,
상기 물체광 중 산란광의 소망의 밝기가 촬상가능한 최저 밝기 이상이 되는 범위의 촬상 조건을 적용해서 제 2 촬상 화상을 촬상하고,
상기 검사 대상의 각 점으로부터 리턴되는 상기 물체광이 정반사광 또는 정투과광인지, 또는 산란광인지를 그 밝기의 대역에서 구분되는 영역으로서 판별하고,
상기 물체광이 정반사광 또는 정투과광인 경우는,
상기 촬상 장치에 의해 형성되는 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각과의 포함 관계에 있어서 그 밝기로서 검지하고,
상기 물체광이 산란광인 경우는,
상기 산란광에 대한 밝기의 변화를 검지하는 것에 의해,
상기 검사 대상의 표면의 3차원 성상을 특정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 검사 측정용 조명 장치에 있어서, 상기 검사광의 조사 방향을 변경하고, 또한 상기 검사 대상으로부터의 광을 투과하여 상기 촬상 장치에서 촬상할 수 있도록 하기 위한 하프 미러를 구비하고, 상기 검사광의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 조사 입체각과 상기 촬상 장치의 상기 검사 대상의 각 점에 대한 관찰 입체각의 광축을 대략 일치시킨 것을 특징으로 하는 검사 측정 시스템.
제 1 항에 기재된 검사 시스템에 있어서, 상기 물체광의 밝기, 또는 입체각의 형상, 또는 경사 중 적어도 어느 하나 이상의 변화를 가지고, 상기 검사 대상의 3차원 형상을 동정하는 검사 측정 방법.