(57)【要約】【課題】被検物に係る情報を高精度に測定することができる光学検査装置を提供する。【解決手段】実施形態の光学検査装置は、結像素子と、光学フィルターと、撮像素子とを有する。結像素子は、被検物からの光を結像する。光学フィルターは、前記結像素子の光軸に配置される。前記撮像素子は、前記結像素子の光軸と交差しない有効領域内に配置され、前記結像素子及び前記光学フィルターを通過した光を受光する。【選択図】      図２
2020076717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物からの光を結像するための結像素子と、
前記結像素子の光軸に配置される光学フィルターと、
前記結像素子の光軸と交差しない有効領域内に配置され、前記結像素子及び前記光学フィルターを通過した光を受光する撮像素子と
を具備する光学検査装置。
【請求項２】
前記光学フィルターは、前記結像素子の像側焦点面に配置される第１の光学フィルターと、前記結像素子の像側主点面に配置される第２の光学フィルターとを有する、請求項１に記載の光学検査装置。
【請求項３】
前記結像素子は、光軸に直交する面に関して互いに対称な１組のレンズを有し、
前記第２の光学フィルターは、前記１組のレンズの間に配置される、
請求項２に記載の光学検査装置。
【請求項４】
前記光学フィルターは、光の特性に応じて選択的に光を透過する特性選択領域を有する、請求項２又は３に記載の光学検査装置。
【請求項５】
前記特性選択領域は、波長に応じて選択的に光を透過する波長選択領域及び／又は偏光に応じて選択的に光を透過する偏光選択領域を含む、請求項４に記載の光学検査装置。
【請求項６】
前記第１の光学フィルターの特性選択領域は、前記結像素子の焦点から第１の距離未満の第１の特性を有する光を透過する第１の中心領域を有し、
前記有効領域は、前記光軸から前記第１の距離以上離間した領域である、
請求項４又は５に記載の光学検査装置。
【請求項７】
前記第１の光学フィルターの特性選択領域は、前記結像素子の焦点から第１の距離未満の領域に設けられた第１の特性の光を透過する第１の中心領域と、前記焦点から前記第１の距離以上離れた領域に設けられた前記第１の特性とは異なる第２の特性の光を透過する第１の周囲領域とを有し、
前記第２の光学フィルターの特性選択領域は、前記結像素子の主点から第２の距離未満の領域に設けられた前記第１の特性の光を透過する第２の中心領域と、前記主点から前記第２の距離以上離れた領域に設けられた前記第２の特性の光を透過する第２の周囲領域とを有する、
請求項４乃至６のうちいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項８】
前記第２の距離は、前記第１の距離より大きい、請求項７に記載の光学検査装置。
【請求項９】
前記第２の距離は、前記光軸回りに一定ではない、請求項７又は８に記載の光学検査装置。
【請求項１０】
前記有効領域は、前記焦点及び前記第２の周囲領域のエッジを結ぶ第１の曲面と、前記第１の中心領域のエッジ及び前記第２の中心領域のエッジを結ぶ第２の曲面とに囲まれた領域のうち、前記焦点から前記第２の光学フィルターとは異なる光軸方向に開く領域である、請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項１１】
前記撮像素子の出力に基づいて前記第１の特性の光に起因する像と前記第２の特性の光に起因する像との間の撮像面上の距離を算出し、前記算出された撮像面上の距離に基づいて前記被検物上の点の３次元位置を算出する処理回路をさらに備える、請求項７乃至１０のうちいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項１２】
前記撮像素子は、前記有効領域内の互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子と第２の撮像素子とを有する、請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の光学検査装置。
【請求項１３】
第１の特性の光に対して物体側にテレセントリック性を有し、前記第１の特性の光を通過させる第１の光学系と、
前記第１の特性とは異なる第２の特性の光を通過させる第２の光学系と、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系の光軸と交差しない有効領域内に配置され、前記第１の光学系を通過した光及び前記第２の光学系を通過した光を受光する撮像素子と
を具備する光学検査装置。
【請求項１４】
第１の特性の光に対して物体側にテレセントリック性を有し、前記第１の特性の光を通過させる第１の光学系と、前記第１の特性とは異なる第２の特性の光を通過させる第２の光学系と、前記第１の光学系及び前記第２の光学系の光軸に交差しない有効領域内に配置され、前記第１の光学系を通過した光及び前記第２の光学系を通過した光を受光する撮像素子とを含む光学装置により物体を撮像し、
前記撮像素子の出力に基づいて、前記物体上の同一物点からの前記第１の特性の光に起因する第１の像と前記第２の特性の光に起因する第２の像との間の距離が前記物点から前記撮像素子の距離に応じて変化する画像データを生成する、
ことを具備する光学検査方法。
【請求項１５】
前記撮像素子の出力に基づいて前記第１の像と前記第２の像との間の撮像面上の距離を算出し、
前記算出された撮像面上の距離に基づいて前記物点の３次元位置を算出すること
をさらに含む、請求項１４に記載の光学検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学検査装置及び光学検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な産業において、非接触での検査技術が重要となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Walton L. Howes, “Rainbow schlieren and its applications”, Appl. Optics, vol.23, No.14, 1984.
【非特許文献２】J. S. Kim and T. Kanade, “Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction”, Optics Letters, vol. 36, No. 7, 2011.
【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、被検物に係る情報を高精度に測定することができる光学検査装置及び光学検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の光学検査装置は、結像素子と、光学フィルターと、撮像素子とを有する。結像素子は、被検物からの光を結像する。光学フィルターは、前記結像素子の光軸に配置される。前記撮像素子は、前記結像素子の光軸と交差しない有効領域内に配置され、前記結像素子及び前記光学フィルターを通過した光を受光する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態に係る光学検査システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の光学装置の構成例の概略を示す鳥瞰図である。
【図３】図３は、図１の光学装置の構成の一例を示すｘ−ｚ断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２及び図３の第１の光学フィルターの開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２及び図３の第２の光学フィルターの開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１の光学装置に関する有効領域について説明するためのｘ−ｚ断面の模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図１の光学装置に関する有効領域について説明するためのｘ−ｙ断面の模式図である。
【図６】図６は、図１の光学装置における光線経路の一例について説明するための模式図である。
【図７】図７は、図１の光学検査装置で実行される算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、図１の光学装置における光軸と撮像軸との間の距離と、物点の３次元位置に関する検出感度との関係について説明するための図である。
【図９】図９は、図１の光学装置における計測不可領域について説明するための図である。
【図１０】図１０は、図１の光学装置における計測可能領域について説明するための図である。
【図１１】図１１は、第１の変形例に係る光学装置の構成の一例を示すｘ−ｚ断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第２の変形例に係る第３の光学フィルターの開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第２の変形例に係る第４の光学フィルターの開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、図１の光学装置が複数の撮像素子を有する場合の撮像面の配置の一例について説明するためのｘ−ｙ断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各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。本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
各実施の形態の説明における光又は光線との記載は、可視光又は可視光線に限らない。ただし、以下の説明では、環境光として白色光が用いられている場合を例として説明をする。
【０００９】
まず、本実施形態に係る光学検査システム１の構成について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る光学検査システム１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、光学検査システム１は、光学検査装置１０及びディスプレイ９０を備える。光学検査装置１０は、光学装置２０、処理回路７０及びメモリ８０を備える。
【００１１】
図２は、図１の光学装置２０の構成例の概略を示す鳥瞰図である。図３は、図１の光学装置２０の構成の一例を示すｘ−ｚ断面図である。図１、図２及び図３に示すように、光学装置２０は、光学系３０及び撮像素子６０を備える。光学系３０は、図２及び図３に示すように、レンズ３１、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５を有する。
【００１２】
なお、本実施形態では、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の各々について、以下のように定義する。ｚ軸は、レンズ３１の光軸ＯＡである。＋ｚ方向は、レンズ３１の物体側焦点から像側焦点へ向かう方向である。ｘ軸及びｙ軸は、互いに直交し、また、ｚ軸と直交する。−ｘ方向は、例えば重力方向である。例えば図３に示す例では、＋ｘ方向、＋ｙ方向及び＋ｚ方向は、それぞれ、下から上へ向かう方向、紙面に垂直に奥から手前へ向かう方向及び左から右へ向かう方向である。
【００１３】
レンズ３１は、被検物上の物点から出射した光線を、撮像素子６０の撮像面６１上の像点に結像させる。レンズ３１は、一対（一組）の物体側レンズ及び像側レンズを有する。物体側レンズ及び像側レンズは、同一の光軸を有する。物体側レンズ及び像側レンズは、例えば光軸に直交する面に関して互いに対称である。レンズ３１の像側焦点距離は、距離ｆである。レンズ３１の像側主点と撮像面６１との間の距離は、距離Ｌである。レンズ３１は、例えば光学ガラスで形成されているが、これに限らない。レンズ３１は、例えば、アクリル樹脂（Polymethyl methacrylate：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（Polycarbonate：ＰＣ）等の光学プラスチックで形成されていてもよい。レンズ３１は、結像素子の一例である。
【００１４】
なお、図３では、レンズ３１が一対のレンズである場合が示されているが、これに限らない。レンズ３１は、１つのレンズ（単レンズ）であってもよいし、複数の単レンズを組み合わせたレンズ（複合レンズ）であってもよい。また、複合レンズは、貼り合わせ式であってもよいし、分離式であってもよい。
【００１５】
第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５は、レンズ３１を通過する光線束に関して、＋ｚ軸方向を天頂方向とする立体角を制限する。第１の光学フィルター３３は、図３に示すように、レンズ３１の像側焦点に配置されている。つまり、第１の光学フィルター３３は、レンズ３１の像側主点から＋ｚ側に距離ｆだけ離れた位置に配置されている。第２の光学フィルター３５は、図３に示すように、レンズ３１の物体側レンズ及び像側レンズの間に配置されている。この構成によれば、第２の光学フィルター３５の中心と、レンズ３１の中心とをｚ軸方向において一致させることができる。
【００１６】
ここで、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の構成について、図面を参照しながら、より詳細に説明をする。図４Ａは、図２及び図３の第１の光学フィルターの開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。図４Ｂは、図２及び図３の第２の光学フィルターの開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。
【００１７】
第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５は、それぞれ、支持部材（図示しない）及び波長選択部材を備える。支持部材は、開口を有する。波長選択部材は、支持部材の開口に設けられている。第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の開口及び波長選択部材の外形は、それぞれ、例えば円形である。第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の開口及び波長選択部材の中心は、ｚ軸（光軸ＯＡ）上に位置している。また、第１の光学フィルター３３の開口及び波長選択部材は、レンズ３１の像側焦点面に位置している。一方で、第２の光学フィルター３５の開口及び波長選択部材は、レンズ３１の像側主点面に位置している。各波長選択部材は、特定の波長スペクトルの光線を透過させる性質を有する。なお、透過は、通過と表現されてもよい。各波長選択部材は、例えばカラーフィルターである。
【００１８】
また、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の波長選択部材は、それぞれ、複数の波長選択領域を有する。本実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、複数の波長選択領域が、例えば、同軸の同心円状に設けられている場合を例として説明をする。複数の波長選択領域の各々には、青色の光線を透過させる青色透過フィルター又は赤色の光線を透過させる赤色透過フィルターが設けられている。なお、青色透過フィルター及び赤色透過フィルターが設けられた領域は、それぞれ、図３、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、ドットのハッチング及び格子状のハッチングが付されている領域である。ここで、青色の光線は、例えば、波長スペクトルのピーク波長が４５０ｎｍであるものとする。また、赤色の光線は、例えば、波長スペクトルのピーク波長が６５０ｎｍであるものとする。
【００１９】
具体的には、第１の光学フィルター３３の波長選択部材は、図４Ａに示すように、焦点面の周囲領域Ａ１１（第１の周囲領域）及び焦点面の中心領域Ａ１２（第１の中心領域）に分割されているとする。焦点面の周囲領域Ａ１１及び焦点面の中心領域Ａ１２は、それぞれ、半径ｒ１１から半径ｒ１０の領域及び半径ｒ１１未満の領域である。焦点面の中心領域Ａ１２は、レンズ３１の光軸ＯＡ上に位置している。焦点面の周囲領域Ａ１１及び焦点面の中心領域Ａ１２には、それぞれ、青色透過フィルター及び赤色透過フィルターが設けられている。ここで、半径ｒ１１は、第１の距離の一例である。
【００２０】
また、第２の光学フィルター３５の波長選択部材は、図４Ｂに示すように、レンズ側の周囲領域Ａ２１（第２の周囲領域）及びレンズ側の中心領域Ａ２２（第２の中心領域）に分割されているとする。レンズ側の周囲領域Ａ２１及びレンズ側の中心領域Ａ２２は、それぞれ、半径ｒ２１から半径ｒ２０の領域及び半径ｒ２１未満の領域である。レンズ側の中心領域Ａ２２は、レンズ３１の光軸ＯＡ上に位置している。レンズ側の周囲領域Ａ２１及びレンズ側の中心領域Ａ２２には、それぞれ、赤色透過フィルター及び青色透過フィルターが設けられている。ここで、半径ｒ２１は、第２の距離の一例である。
【００２１】
このように、本実施形態に係る第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５において、青色透過フィルターと赤色透過フィルターとは、それぞれ一体に構成されている。また、青色透過フィルター及び赤色透過フィルターは、それぞれ、レンズ３１の光軸ＯＡに対して回転対称に配置されている。
【００２２】
なお、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の波長選択部材は、それぞれ、可視光域の何れの波長の光線も透過させる透明な部材や可視光域の何れの波長の光線も透過させない黒色の部材をさらに有していてもよい。透明な部材は、白色光（可視光）を透過させるとも表現できる。
【００２３】
なお、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の開口及び波長選択部材の外形や各波長選択領域の形状は、それぞれ、円形や同心円状に限らず、他の形状であってもよい。また、光軸ＯＡに関して非対称な形状であってもよい。つまり、第２の距離は、光軸ＯＡ回りに一定ではなくてもよい。
【００２４】
なお、例えばレンズ３１が１つのレンズであるなど、一対のレンズではない場合には、第２の光学フィルター３５は、レンズ３１に隣接して配置されていればよい。このとき、第２の光学フィルター３５は、レンズ３１の＋ｚ側に配置されてもよいし、−ｚ側に配置されてもよい。
【００２５】
撮像素子６０は、撮像面６１に入射した光線について、ピクセルごとの受光強度を出力するように構成されている。つまり、撮像素子６０は、撮像面６１に入射した光線の受光位置と受光強度とを出力するように構成されている。撮像素子６０は、例えば、Charge-Coupled Device（ＣＣＤ）である。撮像素子６０は、例えば単板式のカラーＣＣＤであるが、３板式のカラーＣＣＤであってもよい。撮像素子６０は、ＣＣＤに限らず、Complementary Metal-Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）等の撮像センサであってもよいし、他の受光素子であってもよい。撮像素子６０は、レンズ３１の像側焦点より＋ｚ側に配置されている。撮像素子６０の撮像面６１は、レンズ３１の像側主点からｚ軸方向に距離Ｌだけ離れた位置に配置されている。撮像面６１は、レンズ３１の結像面に位置している。撮像素子６０の撮像軸ＩＡは、図３に矢印Ｍで示すように、レンズ３１の光軸ＯＡから外れた位置にある。ただし、撮像素子６０の撮像軸と、レンズ３１の光軸ＯＡ（ｚ軸）とは、平行であるとする。撮像素子６０は、有効領域ＥＡ内に撮像面６１が位置するように配置される。図３に示す例では、撮像素子６０の撮像面６１は、光軸ＯＡから離間距離ｄだけ離間した位置に配置されている。
【００２６】
ここで、本実施形態に係る有効領域ＥＡについて、図面を参照して説明する。図５Ａは、図１の光学装置に関する有効領域ＥＡについて説明するためのｘ−ｚ断面の模式図である。図５Ｂは、図１の光学装置に関する有効領域ＥＡについて説明するためのｘ−ｙ断面の模式図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、有効領域ＥＡは、ハッチングが付されている領域である。なお、図５Ａでは、見易さのために有効領域ＥＡの一部のみ示されている。
【００２７】
有効領域ＥＡは、光軸ＯＡと交差しない領域である。有効領域ＥＡは、好ましくは、同一の物点Ｏから出射した光線に関して、テレセントリック光学系４０を通過した光線と、非テレセントリック光学系５０を通過した光線とがともに撮像できる領域である。
【００２８】
有効領域ＥＡは、例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１の曲面ＥＢ１、第２の曲面ＥＢ２及び第３の曲面ＥＢ３に囲まれた領域のうち、第２の光学フィルター３５から第１の光学フィルター３３へ向かう方向（ｚ＋方向）に開く領域である。ここで、第１の曲面ＥＢ１は、第１の光学フィルター３３の中心と、第２の光学フィルター３５のレンズ側の周囲領域Ａ２１のエッジ部（外周部）とを結ぶ曲面である。第２の曲面ＥＢ２は、第１の光学フィルター３３の中心と、レンズ側の中心領域Ａ２２のエッジ部とを結ぶ曲面である。第３の曲面ＥＢ３は、焦点面の中心領域Ａ１２のエッジ部と、レンズ側の中心領域Ａ２２のエッジ部とを結ぶ曲面である。
【００２９】
なお、本実施形態に係る光学系３０のように、レンズ側の中心領域Ａ２２の大きさが、テレセントリック性を担保できる大きさである焦点面の中心領域Ａ１２と同程度の大きさであるとき、第２の曲面ＥＢ２と第３の曲面ＥＢ３とは、概ね同曲面であると見做すことができる。このとき、有効領域ＥＡは、例えば、第１の曲面ＥＢ１及び第３の曲面ＥＢ３に囲まれた領域のうち、第２の光学フィルター３５から第１の光学フィルター３３へ向かう方向（ｚ＋方向）に開く領域であると表現できる。つまり、撮像面６１は、光軸ＯＡから第１の光学フィルター３３の焦点面の中心領域Ａ１２の半径ｒ１１以上離れた位置に設けられていればよい。
【００３０】
なお、第２の曲面ＥＢ２は、焦点面の中心領域Ａ１２のエッジ上の第１の点と、レンズ側の中心領域Ａ２２のエッジ上の第２の点とを結ぶ曲面であって、第１の点と第２の点は、光軸ＯＡに関して対称であると定義されてもよい。
【００３１】
なお、レンズ３１のエッジ部がレンズ側の周囲領域Ａ２１のエッジ部より光軸ＯＡに近いとき、第１の曲面ＥＢ１は、第１の光学フィルター３３の中心と、レンズ３１の外周部とを結ぶ曲面である。
【００３２】
処理回路７０は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等の集積回路である。処理回路７０として、汎用のコンピュータが用いられてもよい。処理回路７０は、専用回路として設けられている場合に限らず、コンピュータで実行されるプログラムとして設けられていてもよい。この場合、プログラムは、集積回路内の記憶領域、メモリ８０等に記録されている。処理回路７０は、撮像素子６０及びメモリ８０に接続されている。処理回路７０は、撮像素子６０の出力に基づいて、被検物に係る情報を算出する。処理回路７０は、取得機能７１及び算出機能７２を実行する。
【００３３】
取得機能７１において処理回路７０は、撮像素子６０の出力に基づいて、撮像面６１の各画素に入射した光線に関してＲＧＢごとの強度を取得する。つまり、処理回路７０は、撮像素子６０が出力した画像データをカラー分離して色ごとの画像データを生成する。
【００３４】
算出機能７２において処理回路７０は、色ごとの画像データに基づいて、被検物に係る情報を算出する。具体的には、処理回路７０は、複数の色の画像データから、被検物上の任意の物点から出射した光線に起因する、当該物点の像（撮像位置）を特定する。処理回路７０は、特定された撮像位置に基づいて、被検物上の物点の３次元位置を算出する。被検物上の物点の３次元位置は、被検物に係る情報の一例である。つまり、被検物に係る情報は、被検物の３次元形状を含むとも表現できる。
【００３５】
なお、処理回路７０は、光学検査装置１０の外部にあってもよい。この場合、撮像素子６０の出力は、光学検査装置１０の外部へ出力されたり、メモリ８０へ記録されたりすればよい。つまり、被検物に係る情報の算出は、光学検査装置１０の内部で行われてもよいし、外部で行われてもよい。
【００３６】
メモリ８０は、撮像素子６０又は処理回路７０の出力を記憶する。メモリ８０には、レンズ３１の焦点距離ｆ、レンズ３１と撮像面６１とのｚ方向の距離Ｌ、レンズ３１の光軸ＯＡに対する撮像面６１の位置、第１の光学フィルター３３の波長選択領域の配置、第２の光学フィルター３５の波長選択領域の配置等が記録されている。メモリ８０は、例えばフラッシュメモリのような不揮発性メモリであるが、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）やSolid State Drive（ＳＳＤ）、集積回路記憶装置等の記憶装置であってもよいし、揮発性メモリをさらに有していてもよい。
【００３７】
ディスプレイ９０は、処理回路７０の出力を表示する。処理回路７０の出力は、例えば、撮像素子６０の出力した画像データに基づく画像、操作用画面等を含む。ディスプレイ９０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイである。なお、ディスプレイ９０は設けられていなくてもよい。この場合、処理回路７０の出力は、メモリ８０に記録されたり、光学検査システム１の外部に設けられたディスプレイに表示されたり、光学検査システム１の外部に設けられたメモリに記録されたりすればよい。
【００３８】
次に、本実施形態に係る光学検査システム１の動作について、図面を参照して詳細に説明する。光学検査システム１では、計測処理及び算出処理が実行される。
【００３９】
(計測処理)
図６は、図１の光学装置における光線経路の一例について説明するための模式図である。図６に示すように、被検面上の任意の物点Ｏから光線Ｂ及び光線Ｒを含む光線が出射する。これらの光線は、物点Ｏにおいて反射又は散乱された環境光等の光線であるとする。環境光は、白色光であるとする。図６に示すように、任意の物点Ｏから出射した光線のうち、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５を通過する光線は、レンズ３１により撮像素子６０の撮像面６１へ入射する。計測処理において撮像素子６０は、撮像面６１へ入射した光線を撮像する。
【００４０】
まず、レンズ３１へ入射したとき、主光線がレンズ３１の光軸ＯＡに対して平行であった光線について考える。これらの光線のうち、第２の光学フィルター３５においてレンズ側の周囲領域Ａ２１を通過した光線Ｒは、赤色の光線である。また、レンズ側の中心領域Ａ２２を通過した光線Ｂは、青色の光線である。これらの光線は、レンズ３１の像側焦点に配置されている第１の光学フィルター３３の焦点面の中心領域Ａ１２へ入射する。焦点面の中心領域Ａ１２へ入射する光線のうち、青色の光線Ｂは、赤色の波長成分を有していないため、焦点面の中心領域Ａ１２を透過できない。一方で、赤色の光線Ｒは、焦点面の中心領域Ａ１２を透過できる。
【００４１】
このことから、光学系３０は、赤色の光線Ｒについて、物体側にテレセントリック性を有するテレセントリック光学系４０であると表現できる。つまり、テレセントリック光学系４０は、赤色の光線を通過させる物体側（被写体側）テレセントリック光学系である。物体側テレセントリック光学系では、入射瞳は無限遠の位置にあり、物体空間で光軸ＯＡと主光線とが平行である。ここで、テレセントリック光学系４０は、レンズ３１、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５を含む。テレセントリック光学系４０は、第１の光学系の一例である。
【００４２】
次に、レンズ３１へ入射したとき、主光線がレンズ３１の光軸ＯＡに対して平行ではなかった光線について考える。これらの光線は、焦点面の中心領域Ａ１２へ入射しない。つまり、これらの光線は、焦点面の周囲領域Ａ１１へ入射するか、焦点面の周囲領域Ａ１１より外側の領域へ向かう。焦点面の周囲領域Ａ１１より外側の領域へ向かう光線は、本実施形態に係る光学装置２０では撮像されない。焦点面の周囲領域Ａ１１へ入射する光線のうち、赤色の光線Ｒは、青色の波長成分を有していないため、焦点面の周囲領域Ａ１１を透過できない。一方で、青色の光線Ｂは、焦点面の周囲領域Ａ１１を透過できる。
【００４３】
このことから、光学系３０は、青色の光線Ｂについて、物体側にテレセントリック性を有していない非テレセントリック光学系５０であると表現できる。つまり、非テレセントリック光学系５０は、青色の光線を通過させる通常レンズ光学系である。通常レンズ光学系は、エントセントリック光学系や拡大光学系、縮小光学系等のテレセントリック性を有していない光学系を含む。ここで、非テレセントリック光学系５０は、レンズ３１、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５を含む。非テレセントリック光学系５０は、第２の光学系の一例である。
【００４４】
このように、本実施形態に係る光学系３０は、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０を有する。また、テレセントリック光学系４０の光軸と非テレセントリック光学系５０の光軸とは一致している。さらに、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０は、少なくとも１つのレンズを共有している。このとき、共有されているレンズは、例えばレンズ３１である。
【００４５】
焦点面の中心領域Ａ１２を透過した赤色の光線Ｒと、焦点面の周囲領域Ａ１１を透過した青色の光線Ｂとは、撮像面６１へ入射する。このように、計測処理において、撮像素子６０は、任意の物点Ｏから出射した光線のうち、テレセントリック光学系としての光学系３０を通過した赤色の光線Ｒと、非テレセントリック光学系としての光学系３０を通過した青色の光線Ｂとを同時に受光する。撮像素子６０は、光線Ｒと光線Ｂとを電気信号に変換し、当該電気信号をＡ／Ｄ変換して、被検物に関する画像データを生成する。撮像素子６０は、画像データを処理回路７０へ出力する。画像データは、被検物の空間分布を示す。画像データには、被検物上の各物点について光線Ｒに起因する像と光線Ｂに起因する像とが描出される。このとき、テレセントリック光学系４０を通過した光線Ｒに起因する像の位置は、当該物点から撮像素子６０までの距離によらず変化しない。一方で、非テレセントリック光学系５０を通過した光線Ｂに起因する像の位置は、当該物点から撮像素子６０までの距離に応じて変化する。このことから、同一物点に関する光線Ｒに起因する像と光線Ｂに起因する像との間の距離は、当該物点から撮像素子６０までの距離に応じて変化する。画像データにおける光線Ｒに起因する像と光線Ｂに起因する像との間の距離を計測又は観察することにより、撮像素子６０から当該物点又は被検物までの距離を知ることができる。ここで、光線Ｒに起因する像及び光線Ｂに起因する像は、それぞれ、第１の像及び第２の像の一例である。
【００４６】
(算出処理)
図７は、図１の光学検査装置で実行される算出処理の一例を示すフローチャートである。算出処理において処理回路７０は、撮像素子６０の出力に基づいて、被検物の３次元形状を算出する。
【００４７】
なお、図７の処理は、計測処理の撮像により得られた画像データが取得された後に開始されるとする。
【００４８】
ステップＳ１１において、処理回路７０は色抽出処理を実行する。色抽出処理において処理回路７０は、取得されたデータを色分離して、色ごとの画像データを抽出する。なお、画像データと記載しているが、画像として表示可能なデータに限らず、撮像素子６０の各色のピクセルごとの光線強度が抽出されていればよい。
【００４９】
ステップＳ１２において、処理回路７０は像面位置取得処理を実行する。処理回路７０は、各色の画像データに基づいて、色ごとに光線の撮像位置を特定する。なお、光線が撮像された撮像位置は、光線の撮像面６１への入射位置とも表現できる。処理回路７０は、例えば画像データにエッジ強調等の画像処理を施し、物点Ｏと対応する撮像位置を特定する。このとき、例えば検出されたエッジの形状に対して、ピクセルマッチング等の画像処理が行われ得る。
【００５０】
なお、物点Ｏとして点光源が用いられてもよく、この場合には、例えば、画像データにおいて輝度値が高い位置が撮像位置として特定されればよい。また、物点Ｏとして、例えば透過型のドットパターン等が用いられてもよく、この場合には、例えば、上述のエッジ検出、ピクセルマッチング等の画像処理が行われればよい。
【００５１】
ステップＳ１３において、処理回路７０は、物点位置算出処理を実行する。物点位置算出処理において処理回路７０は、撮像面６１における各色の光線の撮像位置に基づいて、被検物の物点Ｏの３次元位置を算出する。
【００５２】
ここで、物点位置算出処理について、より具体的に説明する。
【００５３】
３次元空間における物点Ｏの位置を示す座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とする。図６に示すように、物点Ｏから出射してテレセントリック光学系としての光学系３０を通過した赤色の光線Ｒの撮像面６１への入射位置を示す座標を（ｐ、ｑ）とする。また、物点Ｏから出射して非テレセントリック光学系としての光学系３０を通過した青色の光線Ｂの撮像面６１への入射位置を示す座標を（Ｐ、Ｑ）とする。ここで、各光線の撮像面６１への入射位置を示す座標の原点は、光軸ＯＡ上にあるとする。処理回路７０は、例えばメモリ８０から、レンズ３１の光軸ＯＡに対する撮像面６１の位置を取得する。処理回路７０は、撮像素子６０から、撮像面６１上の座標系における各光線の入射位置を取得する。処理回路７０は、レンズ３１の光軸ＯＡに対する撮像面６１の位置と、撮像面６１上の座標系における各光線の入射位置とを用いて、各光線の撮像面６１への入射位置を示す座標を算出する。
【００５４】
このとき、幾何光学により、非テレセントリック光学系としての光学系３０を通過した青色の光線Ｂの撮像位置は、
【数１】
2020076717.tif 000003
となる。ただし、式（１）の右辺の第２項は、第２の光学フィルター３５のレンズ側の中心領域Ａ２２の端部を通過する周辺光線（marginal ray）を意味する。
【００５５】
一方、幾何光学により、テレセントリック光学系としての光学系３０を通過した赤色の光線Ｒの撮像位置は、
【数２】
2020076717.tif 000004
となる。ただし、式（２）の右辺の第２項は、第１の光学フィルター３３の焦点面の中心領域Ａ１２の端部を通過する周辺光線である。
【００５６】
式（１）及び式（２）より、物点Ｏの３次元空間における位置は、各光線の撮像位置を用いて、
【数３】
2020076717.tif 000005
と表すことができる。
【００５７】
処理回路７０は、式（３）を用いて、撮像データより物点Ｏの３次元位置を算出する。また、上述の像面位置取得処理では、被検物上の複数の物点Ｏに対応した複数の撮像位置が色ごとに取得されるため、撮像データより被検物の３次元形状が算出できる。算出された被検物の３次元形状などの被検物に係る情報は、ディスプレイ９０に表示される。
【００５８】
このように、本実施形態に係る光学検査システム１によれば、撮像面上の領域を有効に利用できるため、物点Ｏの３次元位置を高精度に測定することができる。なお、物点Ｏの３次元位置は、被検物に係る情報の一例である。つまり、本実施形態に係る技術によれば、被検物の３次元表面形状を高精度に測定することができる。このように物体までの距離や物体の３次元形状を非接触に計測する技術は、様々な用途に展開できる技術である。例えば、車載のカメラやマシンビジョンに係る分野において、物体までの距離を計測する技術への需要がある。例えば、製造時の製品検査やインフラの非破壊検査に係る分野において、３次元の表面形状を計測する技術への需要がある。このような中、本技術によれば、撮像素子６０は少なくとも１つあればよい。また、本技術によれば、物体上で散乱した環境光により測定可能である。このため、ステレオカメラのように撮像素子を２つ用意したり、構造化照明のように光源（プロジェクター）を用意したりすることなく、測定可能である。つまり、本技術によれば、低コスト化や小型化が図れるという効果が得られる。
【００５９】
また、本実施形態に係る光学検査システム１において、撮像素子６０の撮像面６１は、有効領域ＥＡ内に配置される。また、撮像素子６０の撮像軸ＩＡは、光学系３０の光軸ＯＡから離れた位置に配置される。この構成によれば、以下のことが言える。
【００６０】
図８は、図１の光学装置２０における光軸ＯＡと撮像軸ＩＡとの間の距離と、物点Ｏの３次元位置に関する検出感度との関係について説明するための図である。図８は、図１の光学装置２０において、レンズ３１から距離Ｌだけ離れた位置の光軸ＯＡと光線位置との関係に関する数値解析結果を示す。図８は、図３の撮像素子６０’により受光される光に関する数値解析結果であると表現できる。図８において、１〜２２の各点は、それぞれ、被検物上の互いに異なる物点Ｏを示す。１〜１１の各点のｚ方向の位置は、それぞれ、１２〜２２の各点のｚ方向の位置に等しい。また、１〜１１又は１２〜２２の順に、物点Ｏは、＋ｚ方向に位置する。また、図８において、ドット状のハッチング及び格子状のハッチングは、それぞれ、青色の光線Ｂの光線位置及び赤色の光線Ｒの光線位置を示す。
【００６１】
一般に、レンズは、光軸上が最も高い性能になるように設計される。このため、撮像軸を光軸から離すと、測定精度が低下するおそれがある。一方で、図８に示すように、本実施形態に係る光学装置２０では、１２〜２２の各点に関する撮像位置の間隔は、それぞれ、１〜１１の各点に関する撮像位置の間隔より大きい。つまり、図８に示す数値解析結果によれば、同じ距離にある被検物であっても光軸ＯＡから遠いほど赤と青の位置ずれが大きいことが分かる。ここで、上述したように、物点Ｏの３次元位置は、青色の光線Ｂの撮像位置と、赤色の光線Ｒの撮像位置との差に基づいて算出される。すなわち、図８において赤と青の位置ずれが大きい領域ほど、物体の微小なｚ方向の移動に対してより敏感に像が動くことになる。つまり、撮像軸ＩＡが光軸ＯＡから遠いほど、検出感度が高くなると考えることができる。本実施形態に係る光学検査システム１では、撮像素子６０の撮像軸ＩＡは、光学系３０の光軸ＯＡから離れた位置にあることから、光軸から遠い領域を撮像することができる。つまり、本技術によれば、距離の検出感度の向上効果が得られる。
【００６２】
図９は、図１の光学装置２０における計測不可領域について説明するための図である。図９は、図１の光学装置２０において、チェッカーパターンを有する被検物から出射した光線に関して、レンズ３１から距離Ｌだけ離れた位置の光軸ＯＡと光線Ｒの光線位置とを示す計測結果を示す。図９は、図３の撮像素子６０’により受光される光に関する計測結果であると表現できる。図９において、格子状のハッチングは、赤色の光線Ｒの光線位置を示す。図６を参照して説明したように、被検物から出射した光線のうち、赤色の波長成分は、レンズ側の中心領域Ａ２２を透過できない。また、レンズ側の周囲領域Ａ２１を透過できる赤色の光線Ｒは、焦点面の中心領域Ａ１２（レンズ３１の像側焦点）は透過できるが、焦点面の周囲領域Ａ１１は透過できない。このことから、図９に示すように、光軸ＯＡ上に存在する被検物の物点Ｏから出射した光線Ｒは、光軸ＯＡ上では撮像できない。また、例えば光学フィルターの波長選択性に関する性能や特性によっては、光軸ＯＡ上の物点Ｏから出射した光が撮像面６１まで到達する可能性もある。しかしながら、光軸ＯＡ上の物点Ｏに関しては（ｐ、ｑ）＝（Ｐ、Ｑ）＝（０、０）であるから、式（３）から分かるように、光学フィルターの波長選択性に関する性能や特性によらず、光軸ＯＡ上の物点Ｏに関しては、３次元位置を算出できない。このような中、本実施形態に係る光学検査システム１では、撮像素子６０の撮像軸ＩＡは、光学系３０の光軸ＯＡから離れた位置にあり、撮像素子６０の撮像範囲から光軸ＯＡを除くことができる。つまり、本技術によれば、撮像素子６０の全画素を用いて被検物を撮像して被検物までの距離を算出できる。撮像に使用できる画素数の増加は、撮像面６１上での撮像位置の検出精度の向上に寄与する。
【００６３】
図１０は、図１の光学装置２０における計測可能領域について説明するための図である。図１０に示すように、撮像軸ＩＡを光軸ＯＡに一致させる場合と、光軸ＯＡから離れた位置に配置する場合とでは、計測可能領域の分布が異なる。上述したように、光軸ＯＡ上の被検物が撮像できないため、撮像軸ＩＡを光軸ＯＡに一致させる場合には、計測可能領域は、円筒状の領域である。つまり、図１０の被写体Ｐのように、光軸ＯＡを含む位置にある被検物に関しては、全体が計測できない。一方で、撮像軸ＩＡを光軸ＯＡから離れた位置に配置する場合、計測可能領域を円柱状の領域とすることができる。つまり、本技術によれば、注目被検物に集中した計測可能領域を形成できるという効果がある。
【００６４】
（第１の変形例）
以下、本変形例に係る光学検査システム１について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
第１の実施形態では、レンズ側の中心領域Ａ２２の大きさが、テレセントリック性を担保できる大きさである焦点面の中心領域Ａ１２と同程度の大きさである場合を例として説明したが、これに限らない。本技術によれば、レンズ側の中心領域Ａ２２の大きさを拡大できる。
【００６６】
図１１は、本変形例に係る光学装置２０の構成の一例を示すｘ−ｚ断面図である。図５Ａ、図５Ｂ及び図１０等を参照して上述したように、本技術によれば、第２の光学フィルターのレンズ側の中心領域Ａ２２の径を小さくする代わりに、撮像軸ＩＡを光軸ＯＡから離間させることにより、光軸ＯＡに近い被検物を撮影することができる。つまり、図１１に示すように、撮像軸ＩＡを光軸ＯＡから離間させることにより、レンズ側の中心領域Ａ２２の大きさを焦点面の中心領域Ａ１２より大きくすることができる。
【００６７】
レンズ側の中心領域Ａ２２の拡大は、レンズ側の中心領域Ａ２２を透過できる青色の光線Ｂの光量の増加に寄与する。このため、より明るい画像を得ることができる。また、青色の光線Ｂに関して結像能力を向上させることができる。これらのことから、本変形例に係る構成によれば、測定精度をさらに向上させることができる。
【００６８】
（第２の変形例）
以下、本変形例に係る光学検査システム１について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
第１の実施形態では、被検物上の物点Ｏから出射した光線の有する波長成分に応じて、テレセントリック性及び非テレセントリック性を有する光学系３０を例として説明したが、これに限らない。第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５は、光の特性に応じて選択的に光を透過する特性選択領域を有していればよい。例えば、本技術によれば、被検物上の物点Ｏから出射した光線の有する偏光成分に応じて、テレセントリック性及び非テレセントリック性を有する光学系３０も実現できる。
【００７０】
本変形例に係る撮像素子６０は、第１の実施形態とは異なり、少なくとも２つの偏光領域を撮像することができるように構成された偏光カメラである。偏光カメラは、例えば、偏光板（偏光子、偏光フィルター）をさらに有する第１の実施形態に係る撮像素子６０である。ここで、偏光板は、撮像面６１上に設けられる。撮像素子６０は、偏光成分ごとの光線位置を含む画像データを処理回路７０へ出力する。
【００７１】
本変形例に係る処理回路７０は、図７のステップＳ１１において、画像データを偏光成分ごとに分離する。その後、処理回路７０は、偏光成分ごとに撮像位置を特定し（ステップＳ１２）、特定された撮像位置に基づいて、被検物に係る情報を算出する（ステップＳ１３）。
【００７２】
図１２Ａは、本変形例に係る第１の光学フィルター３３の開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。図１２Ｂは、本変形例に係る第２の光学フィルター３５の開口のｘ−ｙ断面の一例を示す模式図である。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、本変形例に係る第１の光学フィルター３３の焦点面の周囲領域Ａ１１及び第２の光学フィルター３５のレンズ側の中心領域Ａ２２は、同一の偏光方向を有する光線を透過する領域である。また、焦点面の中心領域Ａ１２及びレンズ側の周囲領域Ａ２１は、同一の偏光方向を有する光線を透過する領域である。一方で、焦点面の中心領域Ａ１２及びレンズ側の周囲領域Ａ２１は、焦点面の周囲領域Ａ１１及びレンズ側の中心領域Ａ２２とは異なる変更方向を有する光線を透過する領域である。ここで、本変形例に係る第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の光の偏光に応じて選択的に光を透過する領域は、偏光選択領域の一例である。
【００７３】
このような構成であっても、光学系３０を、ｘ軸に平行な偏光方向を有する光線について非テレセントリック性を有し、ｘ軸に直交する偏光方向を有する光線について物体側にテレセントリック性を有する光学系とすることができる。さらに、本変形例に係る技術によれば、被検物の波長特性によらず、被検物上の物点Ｏに関する３次元位置や被検物表面の３次元形状を算出できる。
【００７４】
なお、本変形例に係る技術は、第１の変形例に係る技術と組合せ可能である。つまり、偏光方向の違いを利用する場合であっても、非テレセントリック光学系５０を通過する光量を増加させることができる。
【００７５】
なお、本変形例に係る技術は、第１の実施形態に係る技術と組合せ可能である。例えば、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の波長選択部材は、それぞれ、複数の波長選択フィルター及び複数の偏光フィルターを有していてもよい。このとき、複数の波長選択フィルター及び複数の偏光フィルターは、通過する光線に対して直列に配置されていてもよいし、各光学フィルターにおいて互いに異なる領域に設けられていてもよい。また、例えば、波長選択フィルターと偏光選択フィルターとは、交換可能に構成されていてもよい。例えば、光学フィルターが差し替え可能に構成されていてもよい。例えば、光学検査装置１０に波長選択フィルターを用いた光学系と、偏光選択フィルターを用いた光学系とが設けられており、計測対象に応じて光学系が切換可能に構成されていてもよい。これらの構成であれば、波長と偏光方向とのいずれか一方に関して計測可能であれば、被検物に係る情報を算出できる。つまり、計測可能な被検物の種類を増加させることができる。また、波長と偏光方向との両方に関して計測可能であれば、被検物に係る情報の算出の精度を向上できる。
【００７６】
なお、上述の実施形態及び各変形例において、１つの撮像素子６０が用いられる場合を例として説明したが、これに限らない。本技術によれば、撮像軸ＩＡが光軸ＯＡから離れた位置に設けられているため、光軸ＯＡを中心として、複数の撮像軸ＩＡを設定可能である。つまり、複数の撮像素子６０が、有効領域ＥＡ内に設けられていてもよい。ここで、複数の撮像素子６０は、第１の撮像素子及び第２の撮像素子の一例である。図１３は、図１の光学装置２０が複数の撮像素子６０を有する場合の撮像面６１の配置の一例について説明するためのｘ−ｙ断面の模式図である。図１３に示すように、複数の撮像素子６０の複数の撮像軸ＩＡは、それぞれ、光軸ＯＡから外れた位置に配置されている。また、複数の撮像素子６０の複数の撮像面６１は、有効領域ＥＡ内に設けられている。図１３に示す例では、複数の撮像面６１は、円環状に配列されている。なお、複数の撮像素子６０の数は、２つ〜７つであってもよいし、９つ以上の複数であってもよい。また、複数の撮像素子６０は、例えば、少なくとも１つのカラーＣＣＤと、少なくとも１つの偏光カメラとを含んでいてもよい。この場合、各組において光学フィルター及び撮像素子の種類が対応していればよく、カラーＣＣＤ及び偏光カメラの配置や数は、それぞれ、任意に設定可能である。また、複数の撮像素子６０は、円環状に限らず、それぞれ光軸からの距離が異なっていてもよい。
【００７７】
なお、上述の実施形態及び変形例では、各光学フィルターが２つの領域に分割されている場合を例として説明したが、これに限らない。各光学フィルターは、３つ以上の領域に分割されていてもよい。また、第１の光学フィルター３３及び第２の光学フィルター３５の分割数は異なっていてもよい。
【００７８】
なお、例えば図３の構成において、第２の光学フィルター３５のエッジ部（外周部）には、青色の光線を透過する領域や可視光線を透過しない領域など、赤色の波長成分が透過できない領域をさらに設けてもよい。この構成によれば、光軸上と比較して性能が低いレンズ３１の端部を透過した赤色の光線、レンズ３１や第２の光学フィルター３５の端部で散乱した光線などを除くことができる。つまり、ノイズを低減できるという効果がある。
【００７９】
なお、上述の実施形態及び変形例では、物点Ｏで散乱された環境光に基づいて、物点Ｏを含む被検物に係る情報が算出される場合を例として説明したが、これに限らない。例えば、光学検査装置１０は、Light-Emitting Diode（ＬＥＤ）などの光源やドットパターン、チェッカーパターン等の測定用のターゲットをさらに備えていてもよい。この場合、被検物に係る情報として、測定用のターゲットに関する位置や形状が算出される。測定用のターゲットを既知のものとすることで、各光学フィルターの特性を最適化できたりするため、測定精度をさらに向上させることができる。
【００８０】
なお、上述の実施形態及び変形例では、複数の波長や複数の偏光の間の撮像位置の差に基づいて被検物に係る情報が算出される場合を例として説明したが、これに限らない。撮像位置の時系列変化の計測により、３次元空間内（レンズ３１の−ｚ側）の屈折率分布の有無などを被検物に係る情報として算出することもできる。なお、第２の光学フィルター３５は設けられていなくてもよい。
【００８１】
なお、上述の実施形態及び変形例では、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０の光軸が同軸である場合を例として説明したが、これに限らない。物点Ｏから出射した光線のうち、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０をそれぞれ通過した２つの光線を、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０の光軸とそれぞれ異なる撮像軸を有する撮像面上で計測できればよい。この構成であれば、計測が光学系３０と撮像素子６０との間によらずに実施できるため、設計の自由度を向上させることができる。さらに、この構成であれば、光軸上の被検物も撮像可能である。
【００８２】
なお、上述の実施形態及び変形例において、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０は、それぞれ、像側にテレセントリック性を有していてもよい。この場合、例えば図３の構成において、第１の光学フィルター３３が物体側焦点に位置するように光軸ＯＡ上に配置されたレンズをさらに有する。このとき、有効領域ＥＡは、例えば、さらに配置されたレンズの像側であって、光軸ＯＡからレンズ側の周囲領域Ａ２１のエッジ部の半径に光学系３０の倍率を乗じた長さ以内の領域のうち、光軸ＯＡからレンズ側の中心領域Ａ２２のエッジ部の半径に光学系３０の倍率を乗じた長さ未満の領域を除いた領域である。
【００８３】
上記の説明において、撮像素子６０は、有効領域ＥＡ内に配置されるものとした。しかしながら本実施形態及び各変形例は、撮像素子６０が有効領域ＥＡ以外の領域に配置されることを妨げるものではない。例えば、光学装置２０は、有効領域ＥＡ内に配置される撮像素子６０と有効領域ＥＡ以外の領域に配置された撮像素子６０とを含んでもよい。この場合、有効領域ＥＡ以外の領域に配置された撮像素子６０は、撮像時において駆動停止されるとよい。これにより、有効領域ＥＡ内のみに撮像素子６０が配置された場合と同様に距離計測を行うことができる。また、撮像時において有効領域ＥＡ内に配置される撮像素子６０と有効領域ＥＡ以外の領域に配置された撮像素子６０とが撮像時において駆動されてもよい。この場合、処理回路７０は、有効領域ＥＡ以外の領域に配置された撮像素子６０からの画像データを用いず、有効領域ＥＡ内に配置される撮像素子６０からの画像データを用いて距離計測を行えばよい。
【００８４】
上記の説明において、光学フィルターに設けられた特性選択部材の一例として、波長選択フィルター及び偏光選択フィルターを例示したが、これに限らない。撮像素子６０で受光された光に関して、テレセントリック光学系４０及び非テレセントリック光学系５０のいずれを通過した光に起因する像位置であるかが特定できればよい。つまり、特性選択部材は、光の強度や空間周波数に応じて選択的に光を透過する強度フィルターや空間周波数フィルター等であってもよい。また、特性選択部材として、電圧の印加により光の透過量が変化する液晶フィルターが用いられてもよい。この場合、例えば第１の光学フィルター３３に関して、焦点面の中心領域Ａ１２と焦点面の周囲領域Ａ１１とは、互いに異なる透過度を有するように、撮像素子６０での撮像タイミングに同期して制御される。
【００８５】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、被検物に係る情報を高精度に測定することができる光学検査装置及び光学検査方法を提供することができる。
【００８６】
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】
【００８７】
１…光学検査システム、１０…光学検査装置、２０…光学装置、３０…光学系、３１…レンズ、３３…第１の光学フィルター、３５…第２の光学フィルター、４０…テレセントリック光学系、５０…非テレセントリック光学系、６０…撮像素子、６１…撮像面、７０…処理回路、７１…取得機能、７２…算出機能、８０…メモリ、９０…ディスプレイ、Ａ１１…焦点面の周囲領域、Ａ１２…焦点面の中心領域、Ａ２１…レンズ側の周囲領域、Ａ２２…レンズ側の中心領域、ＥＡ…有効領域、ＥＢ１…第１の曲面、ＥＢ２…第２の曲面、ＥＢ３…第３の曲面、ＩＡ…撮像軸、ＯＡ…光軸、ｒ１０…半径、ｒ１１…半径、ｒ２０…半径、ｒ２１…半径。
【図１】
2020076717.tif 000006
【図２】
2020076717.tif 000007
【図３】
2020076717.tif 000008
【図４Ａ】
2020076717.tif 000009
【図４Ｂ】
2020076717.tif 000010
【図５Ａ】
2020076717.tif 000011
【図５Ｂ】
2020076717.tif 000012
【図６】
2020076717.tif 000013
【図７】
2020076717.tif 000014
【図８】
2020076717.tif 000015
【図９】
2020076717.tif 000016
【図１０】
2020076717.tif 000017
【図１１】
2020076717.tif 000018
【図１２Ａ】
2020076717.tif 000019
【図１２Ｂ】
2020076717.tif 000020
【図１３】
2020076717.tif 000021