(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
撮像対象が多品種の場合でも、各品種において照明光の傾斜角度に対する許容範囲が広ければ、従来技術での対応が可能であった。
【0007】
一方、半導体ウエーハなどに回路パターンが形成されたものを撮像・検査する場合、撮像・検査対象とする回路パターンの線幅や膜厚の違い、異物やクラック、パターン欠陥などの種類や大きさなどの違いに応じて、これらの撮像・検査に最適な照明光の傾斜角度が少しずつ異なる(つまり、傾斜角度に対する許容範囲が狭い)。また、他の撮像対象でも、照明光の傾斜角度に対する許容範囲が狭いものがあり、撮像対象が多品種の場合、よりシビアに照明光の傾斜角度を調節・設定したいという要求がある。
【0008】
しかし、特許文献1の様に、ある角度のローアングル光やランダムな立体入射角度を有する補助光(拡散光)を切り替えるだけでは、上述の様なシビアな角度設定を具現化することが困難である。
【0009】
また、特許文献2の様な技術では、多段階で照明光の傾斜角度を設定したい場合、当該段階数に応じて照明用光源を準備する必要があり、多段階の角度調節は非現実的である。
【0010】
つまり従来技術では、照明用光源の台数を増やすことなく、照明光の傾斜角度を多段階または複数段階で変更・設定できないという課題があった。
【0011】
そこで本発明は、照明用光源の台数を増やすことなく、照明光の傾斜角度を多段階または複数段階で変更・設定できるライトガイド照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
撮像対象物に設定された照明光照射領域に向けて照明光を照射する照明装置であって、
光源と、
光源から発せられた光を投射する投光部と、
投光部から投射された光を受光して照明光として導光する導光ユニットとを備え、
導光ユニットは、
投光部から投射された光を受光する受光部と、
照明光照射領域に対して各々異なる所定の傾斜角度で照明光を照射する出射部と、
受光部で受光した光を出射部へ導光する光ファイバ部とを備え、
光ファイバ部は、
受光部と出射部を接続する複数の光ファイバ素線の当該受光部側の端部が所定方向に配列されており、
配列の順と出射部の傾斜角度の順とが対応する様に、当該複数の光ファイバ素線の出射端が当該出射部に保持されており、
受光部に配列された複数の光ファイバ素線の受光端に沿って、投光部と受光部とを相対的に移動させるスライダ部を備えた
ことを特徴とする、ライトガイド照明装置である。
【発明の効果】
【0013】
照明用光源の台数を増やすことなく、照明光の傾斜角度を多段階または複数段階で変更・設定できる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
なお、各図では、水平方向をx方向、y方向と表現し、xy平面に垂直な方向(つまり、重力方向)をz方向と表現する。また、z方向の矢印側を上、その逆を下と呼ぶことがある。また、xy平面に対する照明光の入射角度を傾斜角度θと呼ぶ。
【0016】
図1は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図であり、ライトガイド照明装置1を構成する各部の配置の概略が断面図的に図示されている。
【0017】
本発明に係るライトガイド照明装置1は、撮像対象物Wに設定された照明光照射領域Rに向けて照明光Lを照射するものである。具体的には、ライトガイド照明装置1は、光源2と、投光部3と、導光ユニット4と、スライダ部5とを備えている。また参考のため、本発明に係るライトガイド照明装置1を用いて、撮像対象物Wに設定された照明光照射領域R内を観察する観察手段Cを破線で図示する。
【0018】
図2は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す平面図であり、ライトガイド照明装置1を構成する導光ユニット4を上方から見下ろした平面図として図示されている。
【0019】
光源2は、撮像に必要なエネルギーおよび波長の光を発するものである。
具体的には、光源2として白色LEDを例示するが、それ以外に、レーザダイオード、ハロゲン照明、蛍光灯などで構成しても良い。
【0020】
投光部3は、光源から発せられた光を投射するものである。具体的には、投光部3は、光源2から発せられた光が所定範囲を照らす光束に集光・成形する構成をしている。より具体的には、投光部3は、光源2が収められた筐体に設けられた開口マスク部と、開口マスク部に取り付けられた投影レンズとを含んで構成されている。なお、ここでは、投光部3から投射された光(投射光とも言う)Lsとして、所定径の円形状に集光・成形された光束を例示する。
【0021】
導光ユニット4は、投光部3から投射された光Lsを受光して照明光Lとして導光するものである。具体的には、導光ユニット4は、受光部40と、出射部42と、光ファイバ部41とを備えている。
【0022】
受光部40は、投光部3から投射された光Lsを受光するものである。具体的には、受光部40は、光ファイバ部41を構成する複数の光ファイバの一方の端部(つまり、受光端)41rが、所定方向に配列されている。
【0023】
光ファイバ部41は、受光部40で受光した光Lsを出射部42へ導光するものである。具体的には、光ファイバ部41は、複数の光ファイバ素線(エレメントとも言う)で構成されており、受光部40と出射部42とを接続している。そして、光ファイバ部41を構成する各光ファイバ素線は、受光部40側の端部(つまり、受光端)41rが直線状に(例えば、x方向に一列に並んだ状態)に配列されている。
【0024】
出射部42は、照明光照射領域Rに対して各々異なる所定の角度で照明光Lを照射するものである。具体的には、出射部42は、光ファイバ部41の受光端41rとは反対側の端部(つまり、出射端)41sを所定の角度(つまり、傾斜角度θ)で保持するものであり、各出射端の傾斜角度θは、図示された様な傾斜角度θh〜θLのように、照明光照射領域Rに対して垂直に近い角度から水平に近い角度まで、段階的に異なる角度に設定されている。
【0025】
より具体的には、出射部42は、アーチ型の筐体の側面に一列に設けられた貫通孔が配置された構成されている。また、当該筐体の上部側方には観察手段Cが配置されている。
【0026】
そして、光ファイバ部41を構成する各光ファイバ素線の出射端41sは、これら光ファイバの受光端41rが所定方向(上述の場合、x方向)に配列されている順と、それぞれの出射端41sの傾斜角度θ(つまり、各々異なる所定の角度)の順が対応する様に、出射部42に保持されている。換言すれば、出射部42に保持された各光ファイバ素線の出射端41sの傾斜角度がθhからθLへ徐々に浅くなるような傾斜角度θの順に、各光ファイバ素線の受光端41rが直線状に並べられた状態で受光部40に配列されている。
【0027】
そして、導光ユニット4は、受光部40に配置された複数の光ファイバ素線の受光端41rのいずれかに、投光部3から投射される光(つまり、投射光)Lsが投射されるように各部が配置されており、所定の傾斜角度θで出射部42から照明光照射領域Rに向けて照明光Lが照射される構成をしている。そのため、導光ユニット4は、受光部40に対する投射光Lsの位置をx方向に変更することで、出射部42から照明光照射領域Rに向けて照射される照明光Lの傾斜角度θを変更することができる。
【0028】
スライダ部5は、受光部40に配列された光ファイバ部41の受光端41rに沿って、投光部3と受光部40とを相対的に移動させるものである。具体的には、スライダ部5は、光ファイバ41の受光端41rが並べられた方向(例えば、x方向)に光源2および投光部3を直線状に移動させ、所定の位置で静止させるものである。例えば、図中の実線で図示する位置で投射光Lsを受光部40に対して照射すれば、垂直に近い傾斜角度θhで照明光Lを出射させることができる。一方、図中の波線で図示する位置で投射光Ls’を受光部40に対して照射すれば、水平に近い傾斜角度θLで照明光L’を出射させることができる。
【0029】
より具体的には、スライダ部5は、x方向に延びるガイドレールと、そのガイドレール上を所定の速度で移動したり所定の位置で静止させたりできるスライダーを備えた、1軸アクチュエータで構成されている。そして、このスライダーには光源2が取り付けられている。なお、この1軸アクチュエータとしては、リニアモータや、サーボモータとボールネジを組み合わせたもの(つまり、電動アクチュエータ)等が例示できる。
【0030】
この様な構成をしているため、本発明に係るライトガイド照明装置1は、スライダ部5によって投光部3を移動させ、投光部3と受光部40との相対位置を変更し、多段階に傾斜角度θが設定された出射部42に接続された光ファイバのいずれに導光させるかを選択できる。つまり、本発明に係るライトガイド照明装置1は、投光部3と受光部40との相対位置を変更・設定することで、照明光Lの傾斜角度θを適宜変更・設定することができる。例えば、
図1に図示する様に光源2および投光部3が実線で示す位置にあれば、照明光Lは垂直に近い角度θhから照射され、光源2および投光部3が破線で示す位置にあれば、照明光L’は水平に近い浅い角度θLから照射され、この間で段階的に照明光の傾斜角度を調節ができる。そのため、照明用光源の台数を増やすことなく、照明光Lの傾斜角度θを多段階に変更・設定できる。
【0031】
なお上述では、導光ユニット4の受光部40に配列された各光ファイバ素線の受光端41rが直線状(x方向)に並べられた構成を例示し、投光部3および投射光Lsを移動させるスライダ部5も直線状(x方向)に移動させ、所定の位置で静止させる構成を例示したが、次の様な構成であっても良い。また、スライダ部5は、電動アクチュエータ等に限らず、手動で位置を変更・設定する構成であっても良い。
【0032】
図3は、本発明を具現化する形態の別例の要部を示す概略図である。
1)
図3(a)に示す様に、受光部40に配列された各光ファイバ素線の受光端41rが、円弧状に並べられており、光源2,投光部3,投射光Lsを移動させるスライダ部5も同様の円弧状に移動させ、所定の位置で静止させる構成。
2)
図3(b),(c)に示す様に、受光部40に配列された各光ファイバ素線の受光端41rが、それぞれ離隔してジグザク状に並べられており、光源2,投光部3,投射光Lsを移動させるスライダ部5も同様のジグザク状に移動させ、受光部40に投射光Lsが照射される位置で静止させる構成。
3)
図3(d),(e)に示す様に、受光部40に配列された各光ファイバ素線の受光端41rが、それぞれ離隔しつつ直線状に並んでおり、光源2,投光部3,投射光Lsを移動させるスライダ部5を破線Kで示す軌跡の様にジグザク状に移動させ、受光部40に投射光Lsが照射される位置で静止させる構成。
【0033】
[別の形態]
なお上述では、本発明に係るライトガイド照明装置1として、平面視すれば一方向から(つまり、上方から下方を見下ろした状態で、紙面右側から左側に向けて)、照明光Lが照射される構成(つまり、傾斜角度切替式の斜光照明)を図示しつつ例示した。
【0034】
しかし、本発明を具現化する上では、上述の様な斜光照明方式のライトガイド照明装置1に限らず、下述する様な別の形態のライトガイド照明装置1Bであっても良い。
【0035】
図4は、本発明を具現化する別の形態の一例の全体構成を示す概略図であり、ライトガイド照明装置1Bを構成する各部の配置の概略が断面図的に図示されている。
【0036】
本発明に係るライトガイド照明装置1Bは、光源2と、投光部3Bと、導光ユニット4Bと、スライダ部5とを備えている。
【0037】
なお、投光部3B、導光ユニット4Bは、上述の投光部3、導光ユニット4と同様の構成をしており、同様の機能を奏するものであるため、詳細な説明は省略し、相違点に着目して下述する。
【0038】
図5は、本発明を具現化する別の形態の一例の要部を示す平面図であり、ライトガイド照明装置1Bを構成する導光ユニット4Bを上方から見下ろした平面図として図示されている。なお、照明光照射領域Rに対して照明光L2が照射される方向を、照射方向ω1〜ω8と呼ぶ。そして、各照射方向ω1〜ω8は、それぞれ45度ずれた方向で、照明光照射領域Rを取り囲んで配置されている。
【0039】
投光部3Bは、光源から発せられた光を集光・成形し、導光ユニット4Bの受光部40Bに光を投射するものである。ここでは、投光部3Bから投射された光Ls2として、x方向に所定の幅でy方向に所定の長さ(つまり、所定面積)を有する矩形状に集光・成形された光束を例示する。
【0040】
導光ユニット4Bは、投光部3Bから投射された光Ls2を受光して照明光L2として導光するものである。具体的には、導光ユニット4Bは、受光部40Bと、出射部42Bと、光ファイバ部41Bとを備えている。
【0041】
受光部40Bは、投光部3Bから投射された光Ls2を受光するものである。光ファイバ部41Bは、受光部40Bで受光した光Ls2を出射部42Bへ導光するものである。出射部42Bは、照明光照射領域Rに対して各々異なる所定の角度(つまり、傾斜角度θ)で、複数の方向(つまり照射方向ω1〜ω8)から照明光L2を照射するものである。
【0042】
具体的には、受光部40Bには、光ファイバ部41Bを構成する複数の光ファイバ(つまり、素線)の受光端41rが、平面状に並べられて構成されている。そして、光ファイバ部41Bを構成する各光ファイバ素線は、照明光照射領域Rに対する同じ照射方向(例えば、ω1)のものが線状(例えば、x方向に一列に並んだ状態)に配列されており、さらにこの配列方向と直交する方向(例えば、y方向)に、複数列の光ファイバ(例えば、照射方向ω2〜ω8のもの)が配列されている。
【0043】
一方、出射部42Bは、半球ドーム型の筐体の側面に放射状に設けられた貫通孔(つまり、複数列の光ファイバ素線の出射端41s)が、照明光照射領域Rを囲んで配置された構成をしている。そして、各列の出射端41sは、それぞれ傾斜角度θがθhからθLへ徐々に浅くなるように配置されている。そして、各列の出射端41s同士を比較すれば、傾斜角度θがθhからθLまで、各々同じないし所定範囲内に設定されている。また、当該筐体の中央上部には観察手段Cのレンズを配置するための開口部42hが設けられている。
【0044】
より具体的には、光ファイバ部41Bを構成する各光ファイバ素線は、出射端41sの傾斜角度θの順に(例えば、傾斜角度がθhからθLへ徐々に浅くなるように)出射部42に保持されており、この順に対応するように受光端41rがx方向に線状に並んで受光部41に配列されている。換言すれば、光ファイバ部41Bは、受光部40Bにx方向に配列されたこれら複数列の光ファイバ素線の受光端41rをこれら配列方向とは直交方向(この場合、y方向)に見れば、出射部42Bから照明光照射領域Rに向けて照射される照明光L2の傾斜角度θが同じないし所定範囲内のもの同士がy方向に並んだ状態で配列されている。
【0045】
そして、導光ユニット4Bは、投光部3Bから投射される光Ls2が、受光部40Bに対してx方向に所定の幅でy方向の全域に投射されるように設定されており、所定の傾斜角度θで出射部42Bから照明光照射領域Rに向けて照明光L2が照射される構成をしている。
【0046】
なお、導光ユニット4Bは、上述の様に、照明光照射領域Rに対する同じ照射方向(例えば、ω1)のものが線状(例えば、x方向に一列に並んだ状態)に配列した構成に限らず、下述の様な構成としても良い。
【0047】
図6は、本発明を具現化する別の形態の別例の要部を示す平面図であり、ライトガイド照明装置1Bを構成する導光ユニット4Bの別例を上方から見下ろして図示されている。
【0048】
ここに示す構成は、光ファイバ部41Bを構成する複数の光ファイバ素線はそれぞれ、出射部42Bにおいて傾斜角度θが同じないし所定範囲内のもの同士の受光端41rが、照射方向ωはランダムながらも受光部40Bにおいてy方向に1列に配列されており、さらに傾斜角度がθhからθLへ徐々に浅くなるにつれて、紙面右側(つまり、x方向)に配置されるように配列されている(つまり、傾斜角度θの順に所定方向に配列されている)。
【0049】
この様な構成をしているため、本発明に係るライトガイド照明装置1Bは、スライダ部5を移動させて、導光ユニット4Bの受光部40Bに対する投射光Ls2の位置をx方向に変更すれば、出射部42Bから照明光照射領域Rに向けて照射される照明光L2の傾斜角度θを変更することができる。例えば、
図4にて実線で示す様な位置に投光部3Bや投射光Ls2があれば、照明光L2は垂直に近い傾斜角度θhで照射され、破線で示す様な位置に投光部3Bや投射光Ls2’があれば、照明光L2’は水平に近い浅い傾斜角度θLで照射され、この間で段階的に照明光の傾斜角度を調節ができる。そのため、照明用光源の台数を増やすことなく、照明光L2の傾斜角度θを多段階に変更・設定できる。
【0050】
なお上述では、光ファイバ部41Bを構成する複数の光ファイバ素線のうち、出射部42Bにおいて傾斜角度θが同じないし所定範囲内のもの同士の受光端41rが、受光部40Bにおいてy方向に1列に配列された構成を例示したが、2列やそれ以上であっても良い。
【0051】
また、光ファイバ部41Bを構成する複数の光ファイバ素線のうち、出射部42Bにおいて傾斜角度θが同じないし所定範囲内のもの同士の受光端41rは、投射光L2が矩形に照射される様に矩形状にグルーピングして配列するのみならず、円形状にグルーピングして配列されていても良い。
【0052】
なお上述では、出射部42Bから照射される照明光L2の照射方向ωが8方向(つまり、ω1〜ω8)である構成を例示したが、当該方向に限らず、それ以上(例えば、16方向や32方向など)でも良い。このとき、出射部42Bは、同じないし所定範囲内の傾斜角度θのもの同士が、円形に配列された環状であっても良いし、矩形に配列された環状であっても良い。一方、出射部42Bは、上述の様な8方向より少ない方向(例えば4方向や2方向など)から照明光L2を照射する構成であっても良い。
【0053】
[別の形態]
なお上述のライトガイド照明装置1,1Bでは、投光部3から受光部40に投射される光Lsとして、所定径の円形状に集光・成形された光束を例示し、投光部3Bから受光部40Bに投射される光Ls2として、x方向に所定の幅でy方向に所定の長さを有する矩形状に集光・成形された光束を例示した。この様な構成であれば、出射部42,42Bから照明光照射領域Rに向けて照射される照明光L,L2が所定範囲の角度を有する光束としつつ、傾斜角度θを変更・設定することができる。
【0054】
しかし、本発明を具現化する上でライトガイド照明装置1,1Bは、この様な構成に限らず、投光部3,3Bが下述の様な光投射範囲調節部7を備えた構成であっても良い。
【0055】
光投射範囲調節部7は、投光部3,3Bから受光部4,4Bの受光端41rに投射する光(つまり、投射光)Ls、Ls2の範囲を調節するものである。具体的には、光投射範囲調節部7として、次の様な構成が例示できる。
1)光ファイバ素線の受光端41rが線状に配列された方向(例えば、x方向)に表面が湾曲したシリンドリカルレンズを投射光Ls,Ls2の光路中の所定の位置に配置し、当該シリンドリカルレンズと受光部4,4Bとの距離を調節する構成。
2)同上のシリンドリカルレンズを光源2と受光端41rとの間で位置調整(例えば、z方向に移動)し、所定の位置で静止させる構成。
3)同上のシリンドリカルレンズを脱着したり、曲率(つまり、焦点距離)の異なるシリンドリカルレンズを脱着したりする構成。
4)投光部3,3Bと受光部4,4Bとの間隔を調整するアクチュエータを備え、受光部4,4Bに投射される光Ls,Ls2の照射範囲を調節する構成。
【0056】
この様な構成であれば、受光部4,4Bに投射される光Ls,Ls2をx方向に引き伸ばしたり集光させたりすることができるので、照明光照射領域Rに向けて照射される照明光L,L2の傾斜角度θのみならず、傾斜角度の範囲も変更・設定することができる。
【0057】
[変形例]
なお上述の各形態では、照明光Lの傾斜角度θ(θh〜θL)が8段階で調節・設定できる構成を図示しつつ例示したが、それ以上の光ファイバ素線を配列させて多段階(例えば、16段階、64段階など)に変更・設定できる構成としても良い。或いは、上述より少ない光ファイバ素線を並べた状態で配列させ、複数段階に変更・設定できる構成としても良い。また、これら光ファイバ素線の受光端41rや出射端41sは、隣接配置させても良いし、離隔配置させても良い。
【0058】
また上述では、照明光照射領域Rに向けて照射される照明光L,L2の照射方向が、傾斜角度θを変えても、同じ方向である構成を例示した。しかし、本発明を具現化する上では、この様な構成に限定されず、
図7に示す様に、照明光L2の傾斜角度θ(θh〜θL)によって、照明光照射領域Rに向けて照射される照明光L2の照射方向を増減させる構成であっても良い。
【0059】
図7は、本発明を具現化する別の形態の別例の要部を示す平面図であり、ライトガイド照明装置1Bを構成する導光ユニット4Bの別例を上方から見下ろして図示されている。
【0060】
例えば、導光ユニット4Bの出射部42Bは、傾斜角度θ(θh〜θL)によって、照明光L2の照射方向が8方向、16方向、24方向、32方向に設定されている。具体的には、出射部42Bは、垂直に近い傾斜角度θhの場合は、8方向から照明光L2を照射し、水平に近い傾斜角度θLの場合は32方向から照明光L2’を照射し、その間の傾斜角度θmの場合は16方向から照明光を照射する様に配置されている。そして、これら出射部42に接続されている光ファイバ部41Bの複数の光ファイバ素線のうち、同じ傾斜角度ないし所定範囲内のもの同士の受光端41rが、受光部40Bにy方向に並んで配列されており、傾斜角度θの順(例えば、θh〜θL)にx方向に並んで配置されている。そして、スライダ部5は、x方向に移動し所定の位置で静止する様に配置されている。
【0061】
なお、この様な構成の場合、y方向に見れば光ファイバ素線の受光端の数(つまり、受光面積)が異なるので、光投射範囲調節部7は、投射光Ls,Ls2の投射範囲をこれら受光端の受光面積に応じて調節できる構成とする。
【0062】
具体的には、光投射範囲調節部7は、y方向に表面が湾曲したシリンドリカルレンズをz方向に移動・静止させたり、脱着したりする。そうすることで、図中の破線で示す様に投射光Ls2’をy方向に引き延ばして受光部40Bに投射することができる。