特許 7524119 光学装置、光学検査方法及び光学検査プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】光学装置、光学検査方法及び光学検査プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20240722BHJP

【ＦＩ】

G01N21/27 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021047701

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146636

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】大野 博司

(72)【発明者】

【氏名】碓井 隆

(72)【発明者】

【氏名】加納 宏弥

(72)【発明者】

【氏名】岡野 英明

【審査官】三宅 克馬

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０７３７３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０２７７９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０６８０５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２１８２８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０７８５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５９８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２０００２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３５４２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の異なる波長の光をそれぞれ含み、互いに対して相関がない複数のパターン光を物体に順に照明できる照明部と、
前記物体に照明された複数の前記パターン光を受光できる画素を備え、複数の前記パターン光のそれぞれに含まれる複数の前記異なる波長のうち少なくとも２つの波長を分光できる受光部と、
前記照明部が前記物体に順に照明した互いに対して相関がない複数の前記パターン光を前記受光部の前記画素が受光した結果に基づいて複数の前記異なる波長の光に対応する少なくとも2つの信号強度を取得し、前記少なくとも2つの信号強度及び複数の前記パターン光のそれぞれ既知の強度分布の相関に基づいて前記物体の情報を取得する、処理部と、
を具備する、光学装置。

【請求項2】

複数の前記パターン光のそれぞれでの光の強度分布は、前記強度分布上において互いに対して独立している、
請求項１に記載の光学装置。

【請求項3】

複数の前記パターン光のそれぞれは、前記波長を含み、かつ、互いに対して独立している波長領域を有し、
前記受光部は、複数の前記パターン光のそれぞれの前記波長領域に、複数の前記パターン光を分光できる、
請求項１又は２に記載の光学装置。

【請求項4】

前記照明部は、第１のダイクロイックミラーを備え、
前記第１のダイクロイックミラーは、独立した前記波長領域を有する複数の前記パターン光を生成する、
請求項３に記載の光学装置。

【請求項5】

前記受光部は、第２のダイクロイックミラーを備え、
前記第２のダイクロイックミラーは、複数の前記パターン光のそれぞれを互いに対して独立した前記波長領域に分光する、
請求項３又は４に記載の光学装置。

【請求項6】

前記受光部は、回折光学素子を備え、
前記回折光学素子は、複数の前記パターン光のそれぞれを互いに対して独立した前記波長領域に分光する、
請求項３又は４に記載の光学装置。

【請求項7】

前記照明部は、
光源から入射した光線を焦点面に結像させる結像光学素子と、
前記結像光学素子の前記焦点面に位置するとともに、複数の選択領域を備える光線選択部であって、複数の前記選択領域のそれぞれの波長領域に対応した光線の透過及び反射の少なくとも一方を行う光線選択部と、
を備える、
請求項１～６のいずれか１項に記載の光学装置。

【請求項8】

物体の情報を取得する処理部を備え、複数の異なる波長の光をそれぞれ含み、互いに対して相関がない複数のパターン光を前記物体に順に照明する光学装置であって、
前記処理部は、
前記物体に順に照明された互いに対して相関がない複数の前記パターン光のそれぞれに含まれる複数の前記異なる波長の光に対応する少なくとも２つの信号強度を取得し、
前記少なくとも２つの信号強度及び複数の前記パターン光のそれぞれ既知の強度分布の相関に基づいて、前記物体の表面に関する情報を取得する、
光学装置。

【請求項9】

複数の異なる波長の光を含む互いに対して相関がない複数のパターン光を物体に順に照明し、
前記物体に照明された光を受光し、複数の前記パターン光のそれぞれを複数の前記パターン光のそれぞれに対応する複数の前記異なる波長で分光し、
前記物体に順に照明した複数の前記パターン光を受光した結果に基づいて複数の前記異なる波長の光に対応する少なくとも２つの信号強度を取得し、前記少なくとも２つの信号強度及び複数の前記パターン光のそれぞれ既知の強度分布の相関に基づいて、前記物体の情報を取得する、
光学検査方法。

【請求項10】

コンピュータに、
物体に順に照明された互いに対して相関がない複数のパターン光のそれぞれに含まれる複数の異なる波長の光に対応する少なくとも２つの信号強度を取得させ、
前記少なくとも２つの信号強度及び複数の前記パターン光のそれぞれ既知の強度分布の相関に基づいて、前記物体の表面に関する情報を取得させる、
光学検査プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光学装置、光学検査方法及び光学検査プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

様々な産業において、光学装置による物体検査が用いられている。物体検査において、当該物体の詳細な情報を得る手法として、例えば、受光感度の高いシングルピクセル（一画素）を用いたシングルピクセルイメージング（ゴーストイメージング）がある。このようなシングルピクセルイメージングでは、複数の照明光を物体へ投射する際に要する投射時間、いわゆるリードタイムを短縮することが求められている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Optics Express, (米), 2020，Vol. 28, No. 12，p. 28190－28208

【文献】Applied Optics, (米), 1984, Vol. 23, No. 14, p. 2449－2460

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、複数の照明光を物体へ投射する際に要する投射時間を短縮できる光学装置、光学検査方法及び光学検査プログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、光学装置は、照明部、受光部及び処理部を具備する。照明部は、複数の異なる波長の光をそれぞれ含み、互いに対して相関がない複数のパターン光を物体に順に照明できる。受光部は、物体に照明された複数の前記パターン光を受光できる画素を備え、複数のパターン光のそれぞれに含まれる複数の異なる波長のうち少なくとも２つの波長を分光できる。処理部は、照明部が物体に順に照明した互いに対して相関がない複数のパターン光を受光部の画素が受光した結果に基づいて複数の異なる波長の光に対応する少なくとも2つの信号強度を取得し、少なくとも2つの信号強度及び複数のパターン光のそれぞれ既知の強度分布の相関に基づいて物体の情報を取得する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る光学装置において、物体にパターン光が投射された後、物体を透過したパターン光が受光部の画素により受光されるまでの様子を示す概略図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る光学装置の制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、第２の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。

【図5】図５は、第３の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。

【図6】図６は、第３の実施形態の変形例に係る光学装置の一例を示す概略図である。

【図7】図７は、第４の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。既出の内容に関して、詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

また、以下の実施形態等においては、物体５の表面が光を透過することを前提として説明するが、これに限るものではない。例えば、物体が光線に対して透明でない場合、物体５の表面は反射面となる。この場合、光線は、反射面で反射して、受光部３に入射する。

【0009】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。第１の実施形態に係る光学装置１は、照明部２、受光部３、及び処理部４を備える。また、物体５は、光を反射する。本実施形態では、光は、電磁波として定義される。光は、例えば、可視光、Ｘ線、赤外線、近赤外線、遠赤外線、マイクロ波である。照明部２の光源は、可視光を発するものであればよい。可視光とは、光の波長が、例えば４２０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の光である。照明部２の光源は、例えば、ＬＥＤ（Light emitting device）である。なお、照明部２は、プロジェクター照明部であってもよい。

【0010】

照明部２は、光を物体５の表面に向けて照射する。照明部２は、互いに対して異なる波長である複数の光線を射出できる。本実施形態では、照明部２は、第１の波長である第１の光線及び第２の波長である第２の光線を射出する。ある一例では、第１の波長は４５０ｎｍであり、第２の波長は６５０ｎｍである。照明部２は、物体５に照明光を投射する。照明部２が投射する照明光は、パターンを有するパターン光である。ここで、パターンとは、照明光の伝搬方向に直交又は略直交する断面において、光の強度が位置によって異なる強度の分布である。照明部２の投射するパターン光は、第１の波長Ｗ１の光及び第２の波長Ｗ２の光を含む、互いに対して異なるパターンを有するパターン光である。図１の一例に示すように、照明部２は、例えば、第１のパターン光ＰＲ１及び第２のパターン光ＰＲ２を物体５に投射する。照明部２は、第１のパターン光ＰＲ１を物体５に投射した後、第２のパターン光ＰＲ２を物体５に投射する。第１のパターン光ＰＲ１と第２のパターン光ＰＲ２とは、互いに対して相関がない。

【0011】

受光部３は、外部からの光を通す開口が形成される。受光部３は、開口を通じて入射した光を独立した１つ以上の画素ＰＸにより受光する。画素ＰＸは、受光部３に入射した光に含まれる複数の波長のうち少なくとも２つの波長を分光して受光可能である。本実施形態では、受光部３は１つの画素（シングルピクセル）を備え、照明部２から投射された光を分光して受光する。受光部３が前述の第１のパターン光ＰＲ１及び第２のパターン光ＰＲ２を受光した場合、画素ＰＸは、第１の波長Ｗ１の光及び第２の波長Ｗ２の光に分光する。なお、受光部３は、複数の画素ＰＸを備えていてもよい。

【0012】

処理部４は、例えば、コンピュータである。処理部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。処理部４に設けられるプロセッサ又は集積回路は、１つであってもよく、複数であってもよい。処理部４は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を実行する。

【0013】

処理部４は、光学装置１において物体５に関する情報を取得する。処理部４は、受光部３が照明部２からの照明光（パターン光）を受光し、画素ＰＸが分光した結果に基づいて、物体５に関する情報を取得する。なお、処理部４は、照明部２及び受光部３を制御してもよい。この場合、例えば、処理部４は、照明部２及び受光部３を同期させて制御してもよい。

【0014】

図２に示すように、光学装置１では、照明部２が、照明光として第１のパターン光ＰＲ１を物体５（物体５の表面）に投射する。第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第１の波長Ｗ１の光が、物体５の表面上に形成する投射パターンの強度分布をＡ０（Ｘ）とする。第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第２の波長Ｗ２の光が、物体の表面上に形成する投射パターンの強度分布をＢ０（Ｘ）とする。ここで、Ｘは、物体５の表面上の位置を示すベクトル、すなわち位置ベクトルである。

【0015】

第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第１の波長Ｗ１の光が物体５を透過すると、投射パターンの強度分布Ａ０（Ｘ）は物体の透過率分布に応じて変化する。同様に、第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第２の波長Ｗ２の光が物体５を透過すると、投射パターンの強度分布Ｂ０（Ｘ）は物体の透過率分布に応じて変化する。物体の透過率の分布に応じて投射パターンが変化する割合をＴ（Ｘ）とすると、第１のパターン光ＰＲ１において、第１の波長Ｗ１の光が物体５を透過した後の投射パターンの強度分布Ａ１（Ｘ）は、Ａ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ）と表される。同様に、第２の波長Ｗ２の光が物体５を透過した後の投射パターンの強度分布Ｂ１（Ｘ）は、Ｂ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ）と表される。

【0016】

物体５を透過した第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第１の波長Ｗ１の光及び第２の波長Ｗ２の光が、受光部３の画素ＰＸにより受光される。画素ＰＸは第１のパターン光ＰＲ１を分光して受光するため、受光部３は、第１の波長Ｗ１の光に対する信号強度ＩＡ、及び、第２の波長Ｗ２の光に対する信号強度ＩＢを取得する。本実施形態では、画素ＰＸがシングルピクセルであるため、信号強度ＩＡは、物体５を透過して変化した投射パターンの強度分布Ａ１（Ｘ）の積分として表される。同様に、信号強度ＩＢは、物体５を透過して変化した投射パターンの強度分布Ｂ１（Ｘ）の積分として表される。なお、Ｘ’は積分変数である。

【0017】

【数1】

【0018】

信号強度（ＩＡ，ＩＢ）は、位置ベクトルＸについて、物体５の表面の全体にわたって被積分量（Ａ０×Ｔ，Ｂ０×Ｔ）を積分した値である。この被積分量において、位置ベクトルＸにおける被積分量（Ａ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ），Ｂ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ））は、位置ベクトルＸにおける投射パターンの強度分布（Ａ（Ｘ），Ｂ（Ｘ））に対して大きい相関を有する。一方、位置ベクトルＸから離れた位置Ｙの被積分量（Ａ０（Ｙ）Ｔ（Ｙ），Ｂ０（Ｙ）Ｔ（Ｙ））は、位置ベクトルＸにおける投射パターンの強度分布（Ａ（Ｘ），Ｂ（Ｘ））に対して小さい相関を有する。そのため、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）と投射パターンの強度分布（Ａ（Ｘ），Ｂ（Ｘ））との相関を取る場合、位置ベクトルＸにおける投射パターンの強度分布（Ａ（Ｘ），Ｂ（Ｘ））と、位置ベクトルＸにおける被積分量（Ａ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ），Ｂ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ））との相関が大きい。よって、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）と位置ベクトルＸにおける投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ））との積を計算すると、（Ａ０（Ｘ）Ａ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ），Ｂ０（Ｘ）Ｂ０（Ｘ）Ｔ（Ｘ））が算出される。すなわち、位置ベクトルＸに関連する値が残る。

【0019】

第１のパターン光ＰＲ１の強度分布は、照明部２から投射されているため既知である。すなわち、第１のパターン光ＰＲ１において、第１の波長Ｗ１の光の強度分布Ａ０（Ｘ）及び第２の波長Ｗ２の光の強度分布Ｂ０（Ｘ）は既知である。したがって、処理部４は、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）から、物体の透過率の分布に応じて投射パターンが変化する割合Ｔ（Ｘ）を算出できる。Ｔ（Ｘ）は物体５の表面の形状等に依存することから、処理部４はＴ（Ｘ）を算出することにより、物体５の表面の形状を取得できる。このように、処理部４は、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）及び投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ））の相関に基づいて、位置ベクトルＸ及び位置ベクトルＸの近傍の物体５の表面に関する情報を取得する。言い換えると、処理部４は、前述のように処理することで、物体５の表面のいずれの位置における表面の情報も取得できる。よって、処理部４は、物体５の画像情報を取得できる。

【0020】

本実施形態では、第１のパターン光ＰＲ１の投射後、照明部２が、照明光として第２のパターン光ＰＲ２を物体５（物体５の表面）に投射する。第２のパターン光ＰＲ２に含まれる第１の波長Ｗ１の光が、物体５の表面上に形成する投射パターンの強度分布をＣ０（Ｘ）とする。第２のパターン光ＰＲ２に含まれる第２の波長Ｗ２の光が、物体の表面上に形成する投射パターンの強度分布をＤ０（Ｘ）とする。

【0021】

第１のパターン光ＰＲ１の場合と同様にして、受光部３の画素ＰＸが第２のパターン光ＰＲ２を受光し、受光部３は、第１の波長Ｗ１の光に対する信号強度ＩＣ、及び、第２の波長Ｗ２の光に対する信号強度ＩＤを取得する。処理部４は、前述と同様にして、信号強度（ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ）と投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ），Ｃ０（Ｘ），Ｄ０（Ｘ））の相関を取ることにより、位置ベクトルＸ及び位置ベクトルＸの近傍の物体５の表面に関する情報を取得する。このように、光学装置１では、第１のパターン光ＰＲ１及び第２のパターン光ＰＲ２から、４つの信号強度（ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ）及び４つの投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ），Ｃ０（Ｘ），Ｄ０（Ｘ））を取得する。すなわち、光学装置１では、パターン光の数と比べて、信号強度の数及び投射パターンの強度分布の数が多い。よって、本実施形態の光学装置１では、物体５の形状に関する情報をより正確に取得できる。

【0022】

図３は、光学装置１の処理部４により実行される処理の一例を示す。図３の処理は、光学装置１において測定作業がされるたびに、処理部４によって実行される。したがって、図３の処理は、光学装置１の１回の作業において少なくとも実行される処理を示す。図３の処理が処理部４で実行される前に、光学装置１では、照明部２から物体５の表面に照射された第１のパターン光ＰＲ１及び第２のパターン光ＰＲ２を、受光部３の画素ＰＸが前述のようにして受光する。

【0023】

処理部４は、受光部３から、第１のパターン光ＰＲ１の第１の波長Ｗ１の光の強度分布Ａ０（Ｘ）、第１のパターン光ＰＲ１の第２の波長Ｗ２の光の強度分布Ｂ０（Ｘ）、第２のパターン光ＰＲ２の第１の波長Ｗ１の光の強度分布Ｃ０（Ｘ）、第２のパターン光ＰＲ２の第２の波長Ｗ２の光の強度分布Ｄ０（Ｘ）を取得する（Ｓ１０１）。処理部４は、受光部３から、第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第１の波長Ｗ１の光の信号強度ＩＡ、第１のパターン光ＰＲ１に含まれる第２の波長Ｗ２の光の信号強度ＩＢ、第２のパターン光ＰＲ２に含まれる第１の波長Ｗ１の光の信号強度ＩＣ、第２のパターン光ＰＲ２に含まれる第２の波長Ｗ２の光の信号強度ＩＤを取得する（Ｓ１０２）。処理部４は、４つの信号強度（ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ）と４つの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ），Ｃ０（Ｘ），Ｄ０（Ｘ））との相関をとる（Ｓ１０３）。これにより、処理部４は、物体５の表面の情報Ｔ（Ｘ）を算出する（Ｓ１０４）。以上により、物体５の表面の情報Ｔ（Ｘ）が取得されるため、光学装置１では、物体５の画像情報を取得できる。

【0024】

本実施形態の光学装置１では、照明部２、受光部３及び処理部４を具備する。照明部２は、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体５に同時期に照明できる。受光部３は、物体５に照明された光を受光できる画素ＰＸを備え、複数のパターン光のそれぞれに含まれる複数の異なる波長のうち少なくとも２つの波長を分光できる。処理部４は、照明部２が物体５に同時期に照明した複数のパターン光を受光部３の画素ＰＸが受光した結果に基づいて、物体５の情報を取得する。これにより、本実施形態の光学装置１では、複数の照明光を物体へ投射する際に要する投射時間を短縮できる。そのため、本実施形態の光学装置１では、例えば、パターン光のパターン数を増大させても、パターン光を投射する際に要する投射時間を増大させることなく、複数のパターン光を物体へ投射できる。

【0025】

本実施形態の光学装置１では、複数のパターン光のそれぞれでの光の強度分布は、強度分布上において互いに対して独立していることが好ましい。これにより、複数のパターン光の強度分布が相関しないため、複数のパターン光を物体５に同時期に照明した場合であっても、前述のようにして処理部４が物体５の情報を取得できる。よって、本実施形態の光学装置１では、複数の照明光を物体へ投射する際に要する投射時間を短縮できる。

【0026】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る光学装置１を示す概略図である。第２の実施形態に係る光学装置１は、前述の実施形態に係る光学装置１と同様であり、照明部２、受光部３及び処理部４を備える。

【0027】

本実施形態の光学装置１では、照明部２は、第１の照明部２１Ａ、第２の照明部２１Ｂ、ミラーＭＲ及びビームスプリッターＢＳを備える。第１の照明部２１Ａは、第１の波長Ｗ１の光を含む第１の光線Ｒ１を射出する。第１の照明部２１Ａから射出された第１の光線Ｒ１は、ビームスプリッターＢＳにより反射され、物体５を照明する。第２の照明部２１Ｂは、第２の波長Ｗ２の光を含む第２の光線Ｒ２を射出する。第２の照明部２１Ｂから射出された第２の光線Ｒ２は、ミラーＭＲで反射されるとともに、ビームスプリッターＢＳを透過して、物体５を照明する。

【0028】

本実施形態では、第１の照明部２１Ａが射出する第１の光線Ｒ１の第１の波長スペクトルと、第２の照明部２１Ｂが射出する第２の光線Ｒ２の第２の波長スペクトルとは、互いに対して異なり、かつ、波長スペクトルの波長領域が重ならない。すなわち、第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルとは、互いに対して独立な波長領域を有する波長スペクトルである。

【0029】

図４に示すように、本実施形態においても、前述の実施形態と同様に、照明部２が、照明光として第１のパターン光ＰＲ１を物体５（物体５の表面）に投射する。本実施形態では、照明部２が第１の照明部２１Ａ及び第２の照明部２１Ｂを備える。そのため、第１のパターン光ＰＲ１は、第１の照明部２１Ａが第１の波長Ｗ１の光を含む第１の光線Ｒ１を射出し、第２の照明部２１Ｂが第２の波長Ｗ２の光を含む第２の光線Ｒ２を射出することで形成される。第１のパターン光ＰＲ１は、前述の実施形態と同様に、受光部３が分光して画素ＰＸが受光する。処理部４は、前述の実施形態と同様にして、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）と投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ））との相関に基づいて物体の透過率の分布に応じて投射パターンが変化する割合Ｔ（Ｘ）を算出し、物体５の表面の形状を取得する。

【0030】

ただし、本実施形態の光学装置１では、第１の光線Ｒ１の波長スペクトルと第２の光線Ｒ２の波長スペクトルとが、互いに対して独立している。そのため、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）と投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ））との相関をとる場合、信号強度ＩＡと相関するのは実質的に投射パターンの強度分布Ａ（Ｘ）であり、信号強度ＩＢと相関するのは実質的に投射パターンの強度分布Ｂ（Ｘ）である。すなわち、第１の照明光Ｒ１による投射パターンと第２の照明光Ｒ２による投射パターンとが、互いに対して実質的に相関しない。したがって、本実施形態の光学装置１では、第１の照明部２１Ａが形成するパターン光及び第２の照明部２１Ｂが形成するパターン光を、１つの第１のパターン光ＰＲ１として、物体５に同時期に投射できる。よって、本実施形態の光学装置１では、複数の照明光を物体へ投射する際に要する投射時間を短縮できる。

【0031】

本実施形態では、前述したように照明部２の構成が第１の実施形態と異なるが、照明部２は第１の実施形態と同様に、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体５に同時期に照明できる。そのため、処理部４は、第１の実施形態と同様の処理を実行する。すなわち、処理部４は、図４に示す処理Ｓ１０１～Ｓ１０４を実行する。よって、光学装置１は、第１の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

【0032】

本実施形態では、前述の実施形態等と同様の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。本実施形態の光学装置１では、複数のパターン光が互いに対して独立した波長領域を有する。受光部３は、複数のパターン光のそれぞれに対応する波長領域に、複数のパターン光を分光できる。これにより、本実施形態の光学装置１では、物体５の形状に関する情報をさらに正確に取得できる。

【0033】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る光学装置１を示す概略図である。第３の実施形態に係る光学装置１は、前述の実施形態に係る光学装置１と同様であり、照明部２、受光部３及び処理部４を備える。なお、図５に示す光学装置１の概略図では、照明部２及び受光部３の両方が分光する構成（第１の照明部２１Ａ、第２の照明部２１Ｂ、第１の受光部３１Ａ、第２の受光部３１Ｂ）を備えているが、これに限るものではない。本実施形態に係る光学装置１では、少なくとも受光部３が分光する構成（第１の受光部３１Ａ、第２の受光部３１Ｂ）を備えていればよい。

【0034】

本実施形態の光学装置１では、照明部２は、第１の照明部２１Ａ、第２の照明部２１Ｂ、ミラーＭＲ及びダイクロイックミラー（第１のダイクロイックミラー）ＤＭ１を備える。第１の照明部２１Ａから射出された第１の光線Ｒ１は、ダイクロイックミラーＤＭ１により反射され、物体５に照明される。第２の照明部２１Ｂは、第２の波長Ｗ２の光を含む第２の光線Ｒ２を射出する。第２の照明部２１Ｂから射出された第２の光線Ｒ２は、ミラーＭＲで反射されるとともに、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過して物体５に照明される。

【0035】

また、本実施形態においても、第１の照明部２１Ａが射出する第１の光線Ｒ１の第１の波長スペクトルと、第２の照明部２１Ｂが射出する第２の光線Ｒ２の第２の波長スペクトルとは、互いに対して異なり、かつ、波長スペクトルの波長領域が重ならない。すなわち、第１の波長スペクトルと第２の波長スペクトルとは、互いに対して独立な波長領域の波長スペクトルである。

【0036】

受光部３は、ダイクロイックミラー（第２のダイクロイックミラー）ＤＭ２、第１の受光部３１Ａ及び第２の受光部３１Ｂを備える。受光部３に第１の光線Ｒ１が入射すると、第１の光線Ｒ１はダイクロイックミラーＤＭ２で反射されて第１の受光部３１Ａに入射する。受光部３に第２の光線Ｒ２が入射すると、第２の光線Ｒ２はダイクロイックミラーＤＭ２で透過されて第２の受光部３１Ｂに入射する。

【0037】

図５に示すように、本実施形態においても、前述の実施形態と同様に、照明部２が、照明光として第１のパターン光ＰＲ１を物体５（物体５の表面）に投射する。本実施形態では、照明部２が第１の照明部２１Ａ及び第２の照明部２１Ｂを備える。そのため、第１のパターン光ＰＲ１は、第１の照明部２１Ａが第１の波長Ｗ１の光を含む第１の光線Ｒ１を射出し、第２の照明部２１Ｂが第２の波長Ｗ２の光を含む第２の光線Ｒ２を射出することで形成される。すなわち、本実施形態の光学装置１では、ダイクロイックミラーＤＭ１が、第１のパターン光ＰＲ１を生成する。

【0038】

第１のパターン光ＰＲ１において、第１の光線Ｒ１はダイクロイックミラーＤＭ２で反射されて第１の受光部３１Ａの画素ＰＸ１が受光し、第２の光線Ｒ２はダイクロイックミラーＤＭ２で透過されて第２の受光部３１Ｂの画素ＰＸ２が受光する。すなわち、ダイクロイックミラーＤＭ２が、複数のパターン光のそれぞれを互いに対して独立した波長領域に分光する。第１の受光部３１Ａは信号強度ＩＡを取得し、第２の受光部３１Ｂは信号強度ＩＢを取得する。処理部４は、前述の実施形態と同様にして、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）と投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ））との相関に基づいて物体の透過率の分布に応じて投射パターンが変化する割合Ｔ（Ｘ）を算出し、物体５の表面の形状を取得する。

【0039】

ただし、本実施形態の光学装置１では、第１の光線Ｒ１の波長スペクトルと第２の光線Ｒ２の波長スペクトルとが、互いに対して独立している。加えて、受光部３では、ダイクロイックミラーＤＭ２により、第１の波長Ｗ１の光を含む第１の光線Ｒ１と第２の波長Ｗ１の光を含む第２の光線Ｒ２とが、完全に分離される。すなわち、第１の光線Ｒ１の波長領域と第２の光線Ｒ２の波長領域とが完全に分離されるとともに、第１の光線Ｒ１による投射パターンと第２の光線Ｒ２による投射パターンとが完全に分離される。そのため、信号強度（ＩＡ，ＩＢ）と投射パターンの強度分布（Ａ０（Ｘ），Ｂ０（Ｘ））との相関をとる場合、信号強度ＩＡは投射パターンの強度分布Ａ（Ｘ）に実質的に相関し、信号強度ＩＢは投射パターンの強度分布Ｂ（Ｘ）に実質的に相関する。すなわち、第１の照明光Ｒ１による投射パターンと第２の照明光Ｒ２による投射パターンとが、互いに対して実質的に相関しない。したがって、本実施形態の光学装置１では、第１の照明部２１Ａが形成するパターン光及び第２の照明部２１Ｂが形成するパターン光を、１つの第１のパターン光ＰＲ１として物体５に投射しても、受光部３で２つのパターン光を完全に分離することができる。

【0040】

本実施形態では、前述したように照明部２の構成及び受光部３の構成が前述の実施形態と異なるが、照明部２は前述の実施形態と同様に、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体５に同時期に照明できる。また、受光部３は、複数のパターン光のそれぞれを対応する波長で分光できる。そのため、処理部４は、第１の実施形態と同様の処理を実行する。すなわち、処理部４は、図４に示す処理Ｓ１０１～Ｓ１０４を実行する。よって、光学装置１は、前述の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

【0041】

本実施形態では、前述の実施形態等と同様の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。本実施形態の光学装置１の受光部３では、ダイクロイックミラーＤＭ２により、第１の波長Ｗ１の光を含む第１の光線Ｒ１と第２の波長Ｗ２の光を含む第２の光線Ｒ２とが、完全に分離される。これにより、本実施形態の光学装置１では、物体５の形状に関する情報をより一層正確に取得できる。

【0042】

（第３の実施形態の変形例）
照明部２は、互いに対して異なる３以上の波長を有する投射パターンを物体５に投射してもよい。照明部２は、例えば、３板式のプロジェクター照明である。この場合、受光部３は複数の（２以上の）ダイクロイックミラーを備える。受光部３は、照明部２が物体５に投射した互いに対して異なる３以上の波長を有する投射パターンを受光する。受光部３は、複数のダイクロイックミラーにより投射パターンを前述のようにして分離する。処理部４は、それぞれの信号強度及び対応する投射パターンの強度分布に基づいて、物体５の表面の形状を取得する。

【0043】

また、照明部２は、互いに対して異なるＮ個の波長を有する投射パターンを物体５に投射してもよい（Ｎは２以上の自然数）。この場合、照明部２は、（Ｎ－１）個のダイクロイックミラー及びＮ個の照明部を備える。また、受光部３は（Ｎ－１）個のダイクロイックミラーを備える。受光部３は、照明部２が物体５に投射した互いに対して異なるＮ個の波長を有する投射パターンを受光する。受光部３は、複数のダイクロイックミラーにより投射パターンを前述のようにして分離する。処理部４は、それぞれの信号強度及び対応する投射パターンの強度分布に基づいて、物体５の表面の形状を取得する。なお、照明部２及び受光部３に設けられるダイクロイックミラーは、回折光学素子ＤＯＥ１，ＤＯＥ２であってもよい（図６参照）。

【0044】

本変形例では、前述したように照明部２の構成及び／又は受光部３の構成が前述の実施形態と異なるが、照明部２は前述の実施形態と同様に、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体５に同時期に照明できる。受光部３は、複数のパターン光のそれぞれを対応する波長で分光できる。そのため、処理部４は、第１の実施形態と同様の処理を実行する。すなわち、処理部４は、図４に示す処理Ｓ１０１～Ｓ１０４を実行する。よって、光学装置１は、前述の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

【0045】

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る光学装置１を示す概略図である。第４の実施形態に係る光学装置１は、前述の実施形態に係る光学装置１と同様であり、照明部２、受光部３及び処理部４を備える。照明部２は、光源６、粗面部７、結像光学素子８及び光線選択部９を備える。図７では、結像光学素子８の光軸と平行又は略平行な光軸方向（矢印Ｚ１及び矢印Ｚ２で示す）、結像光学素子８の焦点面ＦＰと平行又は略平行であり、かつ、光軸方向に直交又は略直交する第１の方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す）、及び、光軸方向及び第１の方向の両方に交差する第２の方向が規定される。本実施形態では、照明部２において、光軸方向に沿って、光源６、粗面部７、結像光学素子８及び光線選択部９がこの順に配置される。また、光軸方向に沿って、照明部２、物体５及び受光部３がこの順に並ぶ。すなわち、光学装置１では、光軸方向に沿って、光源６、粗面部７、結像光学素子８、光線選択部９、物体５及び受光部３がこの順に並ぶ。

【0046】

光源６は、照明部２の光源である。光源６は、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ、レーザー光源である。なお、光源６は、Ｘ線、紫外線、赤外線、ミリ波、マイクロ波等の電磁波を発するものであれば特に限定されるものではない。本実施形態では、光源６は、第１の波長Ｗ１の光、第２の波長Ｗ２の光及び第３の波長Ｗ３の光を少なくとも射出する。ある一例では、第１の波長は４５０ｎｍであり、第２の波長は６５０ｎｍであり、第３の波長は５５０ｎｍである。

【0047】

粗面部７は、粗面部７に入射した光線を透過させる。粗面部７を透過した複数の波長を含む光線は、互いに対して異なる方向に伝搬される。粗面部７の粗面が適度に荒らされている場合、粗面部７を透過した複数の波長を含む光線は、互いに対して相関することなく、かつ、互いに対して異なる方向に（ランダムに）伝搬される。

【0048】

結像光学素子８は、粗面上の物点Ｐを、物体面上の像点Ｑに実質的に結像させる。また、無限遠方から結像光学素子８に入射する光線を、焦点面ＦＰ（focal plane）に結像させる。結像光学素子８は物点Ｐを像点Ｑに結像させるものであれば特に限定されるものではない。結像光学素子８は、例えば、単レンズ、組レンズ、凸面ミラー及びこれらの組み合わせである。結像光学素子８に入射した光線は、光線が結像光学素子８に入射した方向に応じて焦点面ＦＰを通過する位置が決まる。すなわち、図７において、光線角度θ１で結像光学素子８に入射する光線は、光線角度θ１が同一の値であれば、焦点面ＦＰの同じ位置を通過する。ある一例において、θ１がゼロである場合、すなわち結像光学素子８の光軸に沿って結像光学素子８に光線が入射する場合、光線は、焦点面ＦＰと光軸とが交差する点を通過する。

【0049】

光線選択部９は、結像光学素子８の焦点面ＦＰと一致する位置に配置される。光線選択部９は、少なくとも２つの選択領域を備える。光線選択部９の各選択領域は、例えば、固有の波長領域の光線を透過させ、その波長領域から外れる波長領域の光線の透過を遮断するカラーフィルタである。光線が選択領域に到達すると、選択領域に固有の波長領域が選択領域を通過する。すなわち、選択領域に固有の波長領域を有する光が、選択領域を通過できる。本実施形態では、第１の選択領域９１、第２の選択領域９２及び第３の選択領域９３を備える。また、第１の選択領域９１、第２の選択領域９２及び第３の選択領域９３のそれぞれを通過した光線の波長領域は、互いに対して異なる波長領域である。すなわち、３つの波長領域は互いに対して異なるとともに、３つの波長領域は互いに対して独立している。第１の選択領域９１は第１の波長Ｗ１を含む波長領域の光を透過し、第２の選択領域９２は第２の波長Ｗ２を含む波長領域の光を透過し、第３の選択領域９３は第３の波長Ｗ３を含む波長領域の光を透過する。なお、光線選択部９は、光を透過しない絞り部９４を備える。

【0050】

図７に示すように、本実施形態では、光源６から射出される光線が、粗面部７の粗面を透過することにより、第１の光線Ｒ１～第３の光線Ｒ３で示すように、ランダムな方向へ伝搬される。第１の光線Ｒ１は、第１の波長Ｗ１の光を含み、第２の光線Ｒ２は、第２の波長Ｗ２の光を含み、第３の光線Ｒ３は、第１の波長Ｗ３の光を含む。第１の光線Ｒ１～第３の光線Ｒ３は結像光学素子８により結像され、物体面状の像点Ｑに向かう。

【0051】

第１の光線Ｒ１は、光線選択部９の第１の選択領域９１を透過する。そのため、光線選択部９は、第１の光線Ｒ１のうち、第１の波長Ｗ１を含む波長領域の光を透過する。第２の光線Ｒ２は、光線選択部９の第２の選択領域９２を透過する。そのため、光線選択部９は、第２の光線Ｒ２のうち、第２の波長Ｗ２を含む波長領域の光を透過する。第３の光線Ｒ３は、光線選択部９の第３の選択領域９３を透過する。そのため、光線選択部９は、第３の光線Ｒ３のうち、第３の波長Ｗ３を含む波長領域の光を透過する。

【0052】

これにより、光線選択部９を透過した後の第１の光線Ｒ１、第２の光線Ｒ２及び第３の光線Ｒ３は、互いに対して独立な波長領域を有する。すなわち、第１の光線Ｒ１の波長スペクトル、第２の光線Ｒ２の波長スペクトル及び第３の光線Ｒ３の波長スペクトルが、互いに対して独立している。そして、第１の光線Ｒ１～第３の光線Ｒ３が、物体５上の像点Ｑで結像する。さらに、第１の光線Ｒ１～第３の光線Ｒ３は物体５を透過し、受光部３で分光されて画素ＰＸにより受光される。

【0053】

前述の実施形態等と同様に、受光部３で受光する第１の光線Ｒ１～第３の光線Ｒ３は、第１の光線Ｒ１の波長スペクトル、第２の光線Ｒ２の波長スペクトル及び第３の光線Ｒ３の波長スペクトルが、互いに対して独立している。そのため、第１の光線Ｒ１、第２の光線Ｒ２及び第３の光線Ｒ３が、互いに対して実質的に相関しない。したがって、本実施形態の光学装置１では、第１の光線Ｒ１、第２の光線Ｒ２及び第３の光線Ｒ３を、同時期又はほとんど同時期に物体５に投射しても、受光部３で３つの光線に完全に分離することができる。したがって、前述の実施形態等と同様にして、処理部４は、信号強度と投射パターンの強度分布と相関に基づいて、物体の透過率分布に応じて投射パターンが変化する割合を算出し、物体５の表面の形状を取得する。

【0054】

本実施形態では、前述したように照明部２の構成が前述の実施形態と異なるが、照明部２は前述の実施形態と同様に、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体５に同時期に照明できる。そのため、処理部４は、第１の実施形態と同様の処理を実行する。すなわち、処理部４は、図４に示す処理Ｓ１０１～Ｓ１０４を実行する。よって、光学装置１は、前述の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

【0055】

これらの少なくとも一つの実施形態の光学装置１では、照明部２が、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体に同時期に照明できる。受光部３は、物体に照明された光を受光できる画素ＰＸを備え、複数のパターン光のそれぞれに含まれる複数の異なる波長のうち少なくとも２つの波長を分光できる。処理部４は、照明部２が物体５に同時期に照明した複数のパターン光を受光部３の画素ＰＸが受光した結果に基づいて、物体５の情報を取得する。これにより、光学装置１では、複数の照明光を物体５へ投射する際に要する投射時間を短縮できる。

【0056】

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。
［付記１］
複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体に同時期に照明できる照明部と、 前記物体に照明された光を受光できる画素を備え、複数の前記パターン光のそれぞれに含まれる複数の前記異なる波長のうち少なくとも２つの波長を分光できる受光部と、
前記照明部が前記物体に同時期に照明した複数の前記パターン光を前記受光部の前記画素が受光した結果に基づいて、前記物体の情報を取得する処理部と、
を具備する、光学装置。
［付記２］
複数の前記パターン光のそれぞれでの光の強度分布は、前記強度分布上において互いに対して独立している、
付記１に記載の光学装置。
［付記３］
複数の前記パターン光のそれぞれは、前記波長を含み、かつ、互いに対して独立している波長領域を有し、
前記受光部は、複数の前記パターン光のそれぞれの前記波長領域に、複数の前記パターン光を分光できる、
付記１又は２に記載の光学装置。
［付記４］
前記照明部は、第１のダイクロイックミラーを備え、
前記第１のダイクロイックミラーは、独立した前記波長領域を有する複数の前記パターン光を生成する、
付記３に記載の光学装置。
［付記５］
前記受光部は、第２のダイクロイックミラーを備え、
前記第２のダイクロイックミラーは、複数の前記パターン光のそれぞれを互いに対して独立した前記波長領域に分光する、
付記３又は４に記載の光学装置。
［付記６］
前記受光部は、回折光学素子を備え、
前記回折光学素子は、複数の前記パターン光のそれぞれを互いに対して独立した前記波長領域に分光する、
付記３又は４に記載の光学装置。
［付記７］
前記照明部は、
光源から入射した光線を焦点面に結像させる結像光学素子と、
前記結像光学素子の前記焦点面に位置するとともに、複数の選択領域を備える光線選択部であって、複数の前記選択領域のそれぞれの波長領域に対応した光線の透過及び反射の少なくとも一方を行う光線選択部と、
を備える、
付記１～６のいずれか１に記載の光学装置。
［付記８］
物体の情報を取得する処理部を備え、複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を前記物体に同時期に照明する光学装置であって、
前記処理部は、
前記物体に同時期に照明された複数の前記パターン光のそれぞれに含まれる複数の前記異なる波長の光に対応する信号強度を取得し、
複数の前記信号強度及び複数の前記パターン光の強度分布の相関に基づいて、前記物体の表面に関する情報を取得する、
光学装置。
［付記９］
複数の異なる波長の光を含む複数のパターン光を物体に同時期に照明し、
前記物体に照明された光を受光し、複数の前記パターン光のそれぞれを複数の前記パターン光のそれぞれに対応する複数の前記異なる波長で分光し、
前記物体に同時期に照明した複数の前記パターン光を受光した結果に基づいて、前記物体の情報を取得する、
光学検査方法。
［付記１０］
コンピュータに、
物体に同時期に照明された複数のパターン光のそれぞれに含まれる複数の異なる波長の光に対応する信号強度を取得させ、
複数の前記信号強度及び複数の前記パターン光の強度分布の相関に基づいて、前記物体の表面に関する情報を取得させる、
光学検査プログラム。

【符号の説明】

【0057】

１…光学装置、２…照明部、３…受光部、４…処理部、ＰＸ…画素。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】