特開 2022-63522 検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022063522

(43)【公開日】2022-04-22

(54)【発明の名称】検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/89 20060101AFI20220415BHJP

   G01N 21/95 20060101ALI20220415BHJP

【ＦＩ】

G01N21/89 Z

G01N21/95 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020171829

(22)【出願日】2020-10-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】000002428

【氏名又は名称】芝浦メカトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】廣野 方敏

(72)【発明者】

【氏名】眞鍋 崇寛

(72)【発明者】

【氏名】鷲谷 泰佑

(72)【発明者】

【氏名】谷尾 哲嗣

(72)【発明者】

【氏名】大野 智之

(72)【発明者】

【氏名】古水戸 順介

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA07

2G051AA14

2G051AB01

2G051AB03

2G051CA04

2G051CB01

2G051CB05

2G051CC07

2G051CC09

2G051CC11

2G051DA06

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】検査装置は、両側テレセントリックな光学系と、光学系によって試料の光学像が形成される撮像素子と、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。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係る検査装置を示す図である。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】図４は、両側テレセントリック光学系の概念図である。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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。

【図12】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。

【図13】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。

【図14】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。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【符号の説明】

【0078】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】