(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を有する少なくとも一つの対物レンズを含む画像測定装置に用いられる入射角高速可変照射装置であって：
（ａ）光ビームを第１光路部に沿うように方向付けるように構成された第１光源と；
（ｂ）前記第１光路部に沿う前記光ビームを受けるとともに前記光ビームを第２光路部に沿うように指向させるように構成されたビーム指向構成と；
（ｃ）前記光軸に対してそれぞれの入射角度をなして構成された複数の表面部を含み、前記第２光路部に沿う前記光ビームを受けるとともに前記光ビームを第３光路部に沿うように偏向させることで、前記対物レンズの視野を照射する、ビーム偏向構成と；を含み、
（ｂ）の前記ビーム指向構成は：
（ｉ）少なくとも１つの可動ビーム指向素子および前記可動ビーム指向素子を移動させる制御可能アクチュエータと；
（ｉｉ）前記第２光路部に沿う前記光ビームに第１発散量を提供する少なくとも一つの第１ビーム指向表面部であって、前記発散量は、前記光軸を含む平面において定義されるものである、第１ビーム指向表面部と；
（ｉｉｉ）前記第２光路部に沿う前記光ビームに第２発散量を提供する少なくとも一つの第２ビーム指向表面部であって、前記発散量は、前記光軸を含む平面において定義されるものである、第２ビーム指向表面部と；を含み、
前記第１発散量は、前記ビーム偏向構成の概ね一つの表面部をを照射し、前記表面部の前記入射角度に対応する狭い角度範囲から前記視野を照射する前記光ビームのものであり、
前記第２発散量は、前記ビーム偏向構成の少なくとも２つの表面部を照射し、前記狭い角度範囲よりも幅広く、前記少なくとも２つの表面部の前記入射角度を含む幅広い角度範囲から前記視野を照射する前記光ビームのものであり、
前記ビーム指向構成は、前記第１発散量を有する前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の概ね一つの表面部に提供することで、第１の時間には前記狭い角度範囲から前記視野を照射するように構成されるとともに、前記第２発散量を有する前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の前記少なくとも２つの表面部に提供することで、第２の時間には前記幅広い角度範囲から前記視野を照射するように構成されている、入射角高速可変照射装置。
【請求項２】
前記第１および第２ビーム指向表面部は反射性を有するものである、請求項１に記載の照射装置。
【請求項３】
前記ビーム偏向構成の前記それぞれの表面部は反射性を有するものである、請求項２に記載の照射装置。
【請求項４】
前記ビーム偏向構成の前記それぞれの表面部は屈折性を有するものである、請求項２に記載の照射装置。
【請求項５】
前記ビーム指向構成は、前記可動ビーム指向素子から前記光ビームを受けるとともに前記第２光路部に沿う前記光ビームを出射する固定素子を含む、請求項１に記載の照射装置。
【請求項６】
前記固定素子は、複数の異なるビーム指向表面部を含み、異なるビーム指向表面部は、前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の異なる表面部にそれぞれ出射する、請求項５に記載の照射装置。
【請求項７】
前記固定素子は、前記第１および第２ビーム指向表面部を含み、前記可動ビーム指向素子は、前記光ビームを前記第１および第２ビーム指向表面部に方向付ける第３ビーム指向表面部を含む、請求項６に記載の照射装置。
【請求項８】
前記第１発散量を提供する前記第１ビーム指向表面部は、複数のビーム指向表面部を含み、それらの異なるビーム指向表面部は、前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の異なる表面部にそれぞれ出射する、請求項７に記載の照射装置。
【請求項９】
前記第２発散量を提供する前記第２ビーム指向表面部は、前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の複数の表面部にそれぞれ出射する複数のファセットを有する、請求項７に記載の照射装置。
【請求項１０】
前記複数の異なるビーム指向表面部は、異なるビーム指向表面部の第１および第２セットを含み、
異なるビーム指向表面部の前記第１セットは、前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の異なるそれぞれの表面部に出射し、それにより前記ビーム偏向構成の異なるそれぞれの表面部が、前記第３光路部に沿う前記光ビームを偏向させることで、前記対物レンズから前記光軸に沿って第１距離における前記対物レンズの前記視野を照射するように構成され、
異なるビーム指向表面部の前記第２セットは、前記第２光路部に沿う前記光ビームを前記ビーム偏向構成の異なるそれぞれの表面部に出射し、それにより前記ビーム偏向構成の異なるそれぞれの表面部が、前記第３光路部に沿う前記光ビームを偏向させることで、前記対物レンズから前記光軸に沿って第２距離における前記対物レンズの前記視野を照射するように構成されている、請求項６に記載の照射装置。
【請求項１１】
前記複数の異なるビーム指向表面部の各々は、そこから出射される前記光ビームが前記第２光路部に沿って発散するように、前記光軸に対して略垂直な方向に向く面に沿う曲率を有する、請求項６に記載の照射装置。
【請求項１２】
前記複数の異なるビーム指向表面部の各々は、そこから出射される前記光ビームが拡張された幅を有するように、前記光軸に対して略垂直な方向に向く面に沿う伸長寸法を有する、請求項６に記載の照射装置。
【請求項１３】
前記可動ビーム指向素子は前記第１および第２ビーム指向表面部を含む、請求項１に記載の照射装置。
【請求項１４】
前記第１ビーム指向表面部は略平坦な表面を含み、前記第２ビーム指向表面部は略半球状の表面を含む、請求項１３に記載の照射装置。
【請求項１５】
前記ビーム偏向構成の前記複数のそれぞれの表面部は、それぞれの表面部の第１および第２セットを含み、
それぞれの表面部の前記第１セットは、前記第３光路部に沿う前記光ビームを出射することで、前記対物レンズから前記光軸に沿って第１距離における前記対物レンズの前記視野を照射するように構成され、
それぞれの表面部の前記第２セットは、前記第３光路部に沿う前記光ビームを出射することで、前記対物レンズから前記光軸に沿って第２距離における前記対物レンズの前記視野を照射するように構成されている、請求項１３に記載の照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像測定装置のための入射角高速可変照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査画像におけるエッジまたは他の特徴を強調するため、精密画像測定装置においてワークの特徴に特有の照射が必要なことがよくある。画像測定装置の照明システムは、照明光に顕微鏡のレンズを通過させる「同軸照射」、シルエット画像を形成するためワーク後方から照明光を照射させる「ステージ照射」、および／または「拡散照射」を提供可能である。いくつかの照明システムは、撮像されるワーク表面に対して垂直な軸に対して調整可能な入射角度でワーク上に光を投影可能な構成を含む。多くの従来の画像測定装置において、水平なワーク表面に対して垂直な軸は、装置の光軸に対して平行であるか、または一致している。選択された角度範囲および／または０°〜９０°の入射角度で投影される光により、画像におけるエッジのコントラストを向上させることができ、および／または、テクスチャ付き表面をより鮮明に照射することができる。典型的には、かかる光源は、概ね１０°〜７０°で変化する選択可能な入射角度の範囲を有する。かかる範囲は、各種のワークの特徴について画像コントラストを増大可能であるように、比較的広いものである。
【０００３】
エッジ探索動作および表面自動合焦動作を行う画像処理アルゴリズムは、検査画像における最大のグレースケール勾配に関連する位置を検出するように設計されていることが多いため、特徴についての画像コントラストを増大させることは重要である。従って、ワーク検査画像においてグレースケール勾配は特別の意義を有し、画像コントラストを増大させるとこれらの「勾配信号」が増大する。
【０００４】
また、一部の照明システムでは、例えばアドレス指定可能なセクタまたは象限を含む「リング光」構成で光軸の周囲に構成された照明素子を用いることにより、光軸周りの照明の径方向を調整または選択可能である。かかる略リング形状の照明システムのセクタまたは象限の任意の組み合わせにより、カメラの視野を照射可能である。光源の輝度レベルおよび／または色内容を光源の入射角度および径方向と協調させることで、ワークのエッジの照射を最適化可能である。
【０００５】
一種の照明システムでは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を環状パターンに構成することで、画像測定装置の光軸を取り囲んでいる。この種の例示的照明システムが、Choateに付与された米国特許第５，８９７，１９５号（以下「’１９５号特許」）（特許文献１）に開示されている。’１９５号特許では、円筒形または切頭円錐形のＬＥＤアレイから構成された斜めＬＥＤ照射装置が開示されている。ＬＥＤアレイは、平行化された光ビームを発生させ、それらの光ビームを、ＬＥＤアレイの径方向内方に同軸的に構成された環状のフレネル型散光器の傾斜表面に方向付ける。フレネル型散光器は、ＬＥＤ光ビームを屈折させ、様々な入射角度でワークの表面上に方向付ける。フレネル型散光器は、所望の入射角度により形状が異なる複数の環状のプリズム状突起を含む。特定の入射角度範囲および／または入射角度を有する光ビームを形成するため、光ビームは、特定のＬＥＤ（例えば、１つ以上のＬＥＤ）からフレネル型散光器内の関連するプリズム状突起に発せられ、かかるフレネル型散光器は、特定の入射角度範囲および／または入射角度で光ビームをワーク上に再び方向付ける。
【０００６】
ワークを連続的に移動させながら正確でぶれのない画像を提供することで検査処理能力を向上させるため、精密画像測定装置においてストロボ照明がますます用いられている。’１９５号特許の照明システムでは、様々なＬＥＤ間すなわち様々な入射角度間の高速な切り換えが可能になる一方、ＬＥＤの光エネルギー出力が比較的低いため照射輝度が制限され、所与の画像露光に要求される露光時間が長くなってしまう（例えば、数十〜数百ミリ秒以上）。一般に、画像露光時間が長いと、ワークのぶれを許容レベルに制限するためにワークの動きを遅くすることが要求される。このため、’１９５号特許のシステムでは、許容可能なワークの動きの速度が制限されるため、検査処理能力が制限されてしまう。
【０００７】
別の種類のリング照明システムでは、ＬＥＤおよび関連する光学素子を選択的に移動させることで所望の入射角度を達成している。この種のシステムの一例が、Shimokawaらに付与された米国特許第６，８５７，７６２号（以下「’７６２号特許」）（特許文献２）に開示され、かかる特許は、参照により本明細書に組み込まれる。’７６２号特許では、画像測定装置の光軸の周囲に略環状に構成されたＬＥＤが開示されている。環状の反射ミラーが環状ＬＥＤの径方向外方に同軸的に構成され、それによりＬＥＤからの光が、反射ミラーに方向付けられ、反射ミラーから特定の入射角度で撮像平面上の焦点に向けて反射される。反射ミラーは、変化する曲率半径を有する凸表面を有し、光軸に沿ってＬＥＤに対して移動可能である。従って、ユーザは、反射ミラーをＬＥＤに対して選択的に移動させ、それによりＬＥＤからの光が、反射ミラーの変化する曲率半径に沿う異なる位置から反射されることで、異なる入射角度で撮像平面上の焦点を照射することが可能である。この構成では、ＬＥＤを、ハロゲンランプとともに用いた光ファイバケーブルなどの高輝度光源で置換してもよい。具体的には、光ファイバケーブルの第１端が高輝度光源（ハロゲンランプ等）から光を受ける一方、光ファイバケーブルの第２端が光軸の周囲に環状に構成されるように、数本の光ファイバケーブルを構成してもよい。光ファイバケーブル、または光ファイバケーブルのセットを個々に制御することで、高輝度光を光源からカメラの視野上に、環状の反射ミラーの選択的な移動に基づく所望の入射角度で投影可能である。かかる照明システムでは、関与する様々な部品を機械的に移動させることにより高輝度照射源の入射角度の調整が可能になる一方、この調整には、数十または数百ミリ秒以上がかかり得る。従って、入射角度の調整は、可動部品が含まれない上記’１９５号特許の場合ほど高速に行うことができない。このため、’７６２号特許のシステムでは、照明システム構成が次の画像に用いられる特定の構成に再構成されるのを待機している間、ワーク特徴撮像位置で（またはワーク特徴撮像位置間で）ワークを遅延させる必要があるため、検査処理能力が制限されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８９７，１９５号
【特許文献２】米国特許第６，８５７，７６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
精密画像測定装置において用いるための照射システム構成について、照射の入射角度範囲および／または公称入射角度（設計時に意図した入射角度、以下単に「入射角度」という。）を非常に高速に調整するとともに高輝度光源（ハロゲンランプ等）を用いることにより、検査処理能力を増加させる必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここでは、詳細な説明において以下でさらに説明する数々の概念を単純化した形態で導入する。ここでの記載は、特許請求する主題の枢要な特長を識別することを意図するものではなく、特許請求する主題の範囲を決定する補助として用いることを意図するものでもない。
【００１１】
本発明の様々な例示的実施形態によれば、画像測定装置において用いられる入射角高速可変照射装置が提供される。画像測定装置は、光軸を有する少なくとも第１対物レンズを含む。入射角高速可変照射装置は、概して３つの素子、すなわち：（ａ）光ビームを第１光路部に沿うように方向付けるように構成された第１光源と；（ｂ）第１光路部に沿う光ビームを受けるとともに光ビームを第２光路部に沿うように指向させるように構成されたビーム指向構成と；（ｃ）第２光路部に沿う光ビームを受けるとともに光ビームを第３光路部に沿うように偏向させることで、対物レンズの視野を照射する、ビーム偏向構成と；を含む。ビーム偏向構成は、複数のそれぞれの入射角度で受けた光を反射するように構成された複数のそれぞれのストリップ状の弓状面など、光軸に対してそれぞれの入射角度をなして構成された複数のそれぞれの表面部を含む。一実装形態において、それぞれの表面部間の変わり目は、容易に区別できてもよい。別の実装形態において、それぞれの表面部間の変わり目は、各表面部がはっきりした物理的境界ではなくそのそれぞれの入射角度により主に区別される、なだらかなものでもよい。
【００１２】
（ｂ）のビーム指向構成は、概して３つのサブ素子、すなわち：（ｉ）少なくとも１つの可動ビーム指向素子および可動ビーム指向素子を移動させる制御可能アクチュエータと；（ｉｉ）第２光路部に沿う光ビームに第１発散量を提供する少なくとも第１ビーム指向表面部であって、発散量は、光軸を含む平面において定義されるものである、第１ビーム指向表面部と；（ｉｉｉ）第２光路部に沿う光ビームに第２発散量を提供する少なくとも第２ビーム指向表面部であって、発散量は、光軸を含む平面において定義されるものである、第２ビーム指向表面部と；を含む。
【００１３】
第１発散量は、ビーム偏向構成の概ね単一の表面部を照射し、当該表面部の入射角度に対応する狭い入射角度範囲から視野を照射する光ビームに対応するものである。換言すれば、第１発散量を用いると、「狭い」光ビーム（例えば、シート状の弓状または円錐状ビーム）が視野を照射する。
【００１４】
第２発散量は、ビーム偏向構成の少なくとも２つの表面部を照射し、狭い角度範囲よりも幅広く、少なくとも２つの表面部のそれぞれの入射角度を含む幅広い入射角度範囲から視野を照射する光ビームに対応するものである。換言すれば、第２発散量を用いると、「幅広い」光ビーム（例えば、厚い弓状または円錐状ビーム）が視野を照射する。
【００１５】
（ｂ）のビーム指向構成は、第１発散量を有する第２光路部に沿う光ビームをビーム偏向構成の概ね一つの表面部に提供することで、狭い入射角度範囲から視野を照射するように構成されている。換言すれば、ビーム指向構成は、異なる入射角度（例えば３０°、３５°、４０°等）の「狭い」光ビームで視野を照射するように構成されている。ビーム指向構成は、さらに、第２発散量を有する第２光路部に沿う光ビームをビーム偏向構成の少なくとも２つの表面部に提供することで、幅広い入射角度範囲から視野を照射するように構成されている。換言すれば、ビーム指向構成は、さらに、複数の入射角度を含む「幅広い」光ビーム（例えば１０°〜７０°の任意の範囲にわたる入射角度の「幅広い」光ビーム）で視野を照射するように構成されている。
【００１６】
これにより、本発明の様々な実施形態による照射装置は、照射の入射角度の高速な調整だけでなく、照射に含まれる入射角度の（狭いまたは広い）範囲の高速な調整をも可能にする。さらにその上、照射装置は、ハロゲンランプなどの高い光エネルギーを有する光源の使用を問題なく許容する。
【００１７】
本発明の一態様によれば、ビーム指向構成（ｂ）の第１および第２ビーム指向表面部（ｉｉ）および（ｉｉｉ）ならびに／またはビーム偏向構成（ｃ）のそれぞれの表面部は、反射性を有するものである。本発明の別の態様によれば、ビーム偏向構成（ｃ）のそれぞれの表面部は屈折性を有するものである。
【００１８】
本発明のさらなる態様によれば、ビーム指向構成（ｂ）は、可動ビーム指向素子（ｉ）から光ビームを受けるとともに第２光路部に沿う光ビームを出射する固定素子を含む。固定素子は、複数の異なるビーム指向表面部を含んでもよく、異なるビーム指向表面部は、第２光路部に沿う光ビームをビーム偏向構成（ｃ）の異なるそれぞれの表面部に出射する。例えば、固定素子は、第１および第２ビーム指向表面部（ｉｉ）および（ｉｉｉ）を含む。
【００１９】
本発明の追加のさらなる態様によれば、複数の固定された異なるビーム指向表面部は、異なるビーム指向表面部の第１および第２セットを含み、それにより対物レンズから光軸に沿ってそれぞれ第１距離（第１焦点面上）および第２距離（第２焦点面上）における対物レンズの視野を照射する。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、第１および第２ビーム指向表面部（ｉｉ）および（ｉｉｉ）は、可動ビーム指向素子（ｉ）に含まれてもよく、従って可動であってもよい。第１ビーム指向表面部は、略平坦な表面を含むことで「狭い」光ビームを発生させてもよく、一方、第２ビーム指向表面部は、略半球状の表面を含むことで「幅広い」光ビームを発生させてもよい。
【００２１】
本発明のさらに別の態様によれば、ビーム偏向構成（ｃ）の複数のそれぞれの表面部は、それぞれの表面部の第１および第２セットを含み、かかるセットは、第３光路部に沿う光ビームを出射することで、対物レンズから光軸に沿ってそれぞれ第１距離（第１焦点面上）および第２距離（第２焦点面上）における対物レンズの視野を照射するように構成されている。
【００２２】
本発明の上述の態様および付随する利点の多くが、後続の詳細な説明を以下の添付の図面と併せて参照することで、より良好に理解され、より容易に評価されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の様々な実施形態による照射装置を組み込んだ画像測定装置の部分破断斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による照射装置の部分破断斜視図である。
【図３】略円形の照射システムの一象限に設けられた図２の照射装置の断面図であり、かかる照射システムは、対向象限に設けられた鏡像をなす同じ照射装置をさらに含んでいる。
【図４】本発明の別の実施形態による照射装置の部分破断斜視図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態による照射装置の部分破断斜視図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態による照射装置の一象限についての断面図である。
【図７】本発明の追加のさらなる実施形態による照射装置の一象限についての断面図である。
【図８】本発明の異なる実施形態による照射装置の一象限についての断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の様々な例示的実施形態による入射角高速可変照射装置を組み込むのに好適な画像測定装置１０を示す。画像測定装置１０は、テーブル１４を有するベースコンソール１２を含む。テーブル１４上にはステージ１６が、駆動装置１８の制御下でテーブル１４に対してＹ方向に移動可能に搭載されている。駆動装置１８はモータおよびリードスクリューを含む。垂直に搭載されたカメラ９０が、対物レンズ２３（図１では図示せず、図２に示す）を含む光学系９２を介して検査対象のワーク２０に臨んでいる。ステージ１６は、ワーク２０をカメラ９０の視野内の所望の位置に配置するように移動可能である。
【００２５】
カメラ９０は、Ｚ軸駆動装置３６により垂直方向に駆動されるＺ軸支持体９４上に搭載され、それによりカメラ９０は、視野内に存在するワーク２０の特定の領域および表面上に合焦可能である。カメラ９０およびＺ軸支持体９４は、Ｘ軸搬送体７０上に搭載され、Ｘ軸搬送体７０は、次いで、ステージ１６の上方で視野にわたり延在する無振動ブリッジ７２上に搭載されている。搬送体７０は、モータおよびリードスクリューを含む駆動装置７４により水平平面内で並進する。駆動装置１８および７４ならびにＺ軸駆動装置３６は、プロセッサ８０からの信号により制御される。プロセッサ８０は、典型的には、ワーク２０をカメラ９０に対して所与のＸおよびＹ軸位置に位置決めし、また、カメラ９０をＺ軸に沿うワーク２０の特定のレベルに合焦させるようにプログラムされている。Ｚ軸支持体９４上には、カメラ９０および光学系９２とともに、光学系９２の光軸と同心の素子を有する照射装置１００が搭載されている。照射装置１００は、本発明の様々な例示的実施形態による入射角高速可変照射装置である。図１に示すように、プロセッサ８０は、照射装置１００の動作、すなわち輝度および色を含む照射光の特性（「光」）、ならびに円形の照射システムのいずれの象限またはセクションを作動させるか、いずれの入射角度とするかなどを含む照射器の位置（「照射器位置」）などを制御する。
【００２６】
図２および図３は、本発明により形成された高速可変入射角度（下付添字を伴うまたは伴わない入射角度β、図３参照）を有する照射装置１００ａの一実施形態を示す。照射装置１００ａは、光軸２５を有する対物レンズ２３、および検査対象のワーク（図示せず）が載置されるステージ１６を含む画像測定装置において用いるためのものである。明瞭さのため、画像測定装置の残りの部分については図示しない。
【００２７】
図２は、照射装置１００ａの斜視図であり、図３は、略円形の照射システムの第１象限および対向象限をそれぞれカバーするように対物レンズ２３の対向側上に設けられた、２つの同じ照射装置１００ａ’および１００ａ”の断面図である。照射装置１００ａ’および１００ａ”は、互いに鏡像である点を除き、同じように構成され、動作する。
【００２８】
照射装置１００ａは、概して３つの素子、すなわち：（ａ）光ビームを第１光路部４１に沿うように方向付けるように構成された第１光源３０ａと；（ｂ）第１光路部４１に沿う光ビームを受けるとともに光ビームを第２光路部４３（複数のセグメントを有してもよい）に沿うように指向させるように構成されたビーム指向構成５０ａと；（ｃ）光軸２５に対してそれぞれの入射角度をなして構成された複数のそれぞれの表面部（例えば、図２に示す実施形態における表面部３８ＮＡ〜３８ＮＨおよび３８Ｗ）を含み、第２光路部４３に沿う光ビームを受けるとともに光ビームを第３光路部４５に沿うように偏向させることで、それぞれの入射角度における所望の入射角度範囲を用いて概ね対物レンズ２３の焦点長における視野４６を照射する、ビーム偏向構成３８と；を含む。
【００２９】
図示の実施形態において、ビーム偏向構成３８は、表面部３８Ｗが交互に構成されたそれぞれの表面部３８ＮＡ〜３８ＮＨを含む。以下でより詳しく説明するように、それぞれの表面部３８ＮＡ〜３８ＮＨは、それぞれの入射角度における狭い入射角度範囲（例えば、θNに対応する）で視野４６を照射するために用いられ、表面部３８Ｗは、広い入射角度範囲（例えばθWに対応する）で視野４６を照射するために用いられる。本明細書で用いる番号付けの取り決めでは、「Ｎ」を含む参照番号は、一般に、比較的狭い入射角度範囲を提供するように動作する素子に言及し、「Ｗ」を含む参照番号は、一般に、比較的広い入射角度範囲を提供するように動作する素子に言及する。しかし、説明全体から明らかになるように、ＮまたはＷ指定子の有無にかかわらず、素子が両方のモードで動作する場合もある。
【００３０】
図示の実施形態において、第１光源３０ａは、光ファイバケーブル３１ａ（例えば、ファイバまたはファイババンドル）を含み、さらに、遠隔光源から生成された光３３を伝達するビーム形成レンズ３５ａを含む。ビーム形成レンズ３５ａは、第１光路部４１に沿う光ビームを形成し、合焦させる。遠隔光源は、好ましくは、ハロゲンランプ、ＬＥＤ光エンジン、超連続光源、レーザ光源、キセノンもしくは水銀アークランプ、キセノンフラッシュランプ、または他の種類のフラッシュランプなど、非常に短い画像露光時間（例えばマイクロ秒オーダー）をサポートする高輝度光を提供するために十分な光エネルギーを有する。いくつかの実施形態において、遠隔光源は、様々な制御可能なパルス長および／または色などを提供するため、パワー制御可能またはシャッター制御可能であってもよい。代替として、第１光源３０ａは、ＬＥＤなどのローカル光源（遠隔光源ではなく）で形成してもよい。任意選択により、１つ以上の追加光源３０ａ’を用いて、より幅広い結合されたビーム形状、またはさらなる光輝度、または第１光源３０ａとは異なる光特性（例えば異なる色）を提供してもよい。
【００３１】
以下でより詳細に説明するように、ビーム指向構成５０ａは、一般に、少なくとも１つの可動ビーム指向素子５１と、可動ビーム指向素子５１を選択された位置に移動させる制御可能アクチュエータ５２と、第１の比較的狭い発散量（例えば、光軸２５を含む平面において定義されるθNに対応する）および／または入射角度範囲を提供する少なくとも第１ビーム指向表面部５４Ｎ（例えば、図２に示す実施形態における表面部５４ＮＡ〜５４ＨＮ）と、第２の比較的広い発散量（例えば、光軸２５を含む平面において定義されるθWに対応する）および／または入射角度範囲を提供する少なくとも第２ビーム指向表面部５４Ｗとを含む。図示の実施形態において、第１ビーム指向表面部５４Ｎ（この場合、５４ＮＡ〜５４ＮＨ）および第２ビーム指向表面部５４Ｗは、対物レンズ２３に近接した支持体５５ａに固定されている。様々な実施形態において、光源３０ａ、ビーム指向構成５０ａ、およびビーム偏向構成３８は、対物レンズ２３の周囲の動作可能な構成のフレーム（例えば、図３に示すフレーム５８ａ）に固定してもよい。様々な実施形態において、ビーム偏向構成３８ならびに／または第１および第２ビーム指向表面部５４Ｎおよび５４Ｗは、ユニット成形反射素子もしくは素子アセンブリから、または他の既知の光学コンポーネント製造方法により製作してもよい。様々な実施形態において、制御可能アクチュエータ５２は、検流計、圧電モータ、小型のステッパモータまたはＤＣモータなどで構成してもよく、可動ビーム指向素子５１は、反射（例えばミラー）表面を含み、それらはともに、光源３０ａから入力された光ビームの指向を制御する制御可能偏向ミラーを形成する。
【００３２】
先に述べたように、第２光路部４３は、複数のセグメントを含んでもよい。図示の実施形態において、第２光路部４３は、可動ビーム指向素子５１と第１または第２ビーム指向表面部５４Ｎまたは５４Ｗとの間の第１（「下処理前の」（unprimed））セグメント４３Ｎまたは４３Ｗと、第１または第２ビーム指向表面部５４Ｎまたは５４Ｗとビーム偏向構成３８の対応する表面部３８Ｎまたは３８Ｗとの間の第２（「下処理後の」(primed)）セグメント４３Ｎ’または４３Ｗ’とを含む。例えば、代替の第１および第２セグメント４３ＮＡおよび４３ＮＡ’、４３ＮＨおよび４３ＮＨ’、ならびに４３Ｗ１および４３Ｗ１’をそれぞれ含む３つの代替の第２光路部を図２に示す。
【００３３】
特定の入射角度から比較的狭い入射角度範囲（例えば、第１の比較的狭い発散量θNに対応する）で視野を照射する際に典型的な動作の一例を、可動ビーム指向素子５１と対応する表面部５４ＮＡおよび３８ＮＡの特定のセットとを含む光路を参照して説明することができる。本例において、可動ビーム指向素子５１は、第１光路部４１に沿う光ビームを受けるとともに第２光路部４３の第１セグメント４３ＮＡに沿う光ビームを第１ビーム指向表面部５４ＮＡに指向させるように位置決めされている。次いで、表面部５４ＮＡは、光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む平面）において比較的狭い発散角度θNを提供または維持しながら（例えば、表面部５４Ｎは、光軸２５に対し略垂直方向に向く面で光軸２５を含む平面上に比較的小さい曲率を有するように整形してもよい）、第２光路部４３の第２セグメント４３ＮＡ’に沿う光ビームをビーム偏向構成３８の表面部３８ＮＡに偏向させる。図２に示すように、第１ビーム指向表面部５４ＮＡは、光軸２５に対し略垂直方向に向く面で光軸２５に対して略垂直な平面において湾曲するように整形し、それにより光ビームを第２光路部４３の第２セグメント４３ＮＡ’に沿って略水平に発散させ、表面部３８ＮＡの長さ方向に沿って照射させるようにしてもよい。例えば、図２は、第１ビーム指向表面部５４ＮＡから出射され、第２セグメント４３ＮＡ’に沿って水平に発散し、表面部３８ＮＡ内の３つのそれぞれの点３８ＮＡ1、３８ＮＡ2、および３８ＮＡ3において表面部３８ＮＡを照射する３つの代表的な光線を示す。表面部３８ＮＡは、第２光路部４３の第２セグメント４３ＮＡ’に沿う光ビームを受けるとともにその光ビームを第３光路部４５ＮＡに沿うように偏向させ、円錐のセグメント（例えば象限）に概ね沿って収束する湾曲したシート状の光ビームを形成することで、比較的狭い入射角度範囲（例えばθNに対応する）にわたる対応する入射角度βNAで光軸２５の周囲の第１象限から視野を照射する。
【００３４】
図２に示し上で説明したように、比較的狭い発散量θNは、ビーム偏向構成３８の概ね単一の表面部３８Ｎ（例えば各３８ＮＡ、３８ＮＢ等）を照射し、それぞれの表面部３８Ｎの特定の１つのそれぞれの入射角度近辺の比較的狭い入射角度範囲から視野４６を照射する光ビームに対応する第１発散量であってもよい。換言すれば、第１発散量θNを用いると、第３光路部４５Ｎに沿う「狭い」すなわち薄いシート状の光ビームが視野４６を照射する。可動ビーム指向素子５１を適切に位置決めすることにより、対応する素子ペア５４ＮＸ−３８ＮＸ（Ｘは識別子Ａ〜Ｈの１つを表す）を含む類似の光路に沿って同様の照射が提供され、他のそれぞれの入射角度βNXで同様の「狭い入射角度範囲の」照射が視野４６に提供される、ということが理解されよう。例えば、図２は、入射角度βNHで照射を提供する光路４３Ｈ〜５４ＮＨ〜４３ＮＨ’〜３８ＮＨ〜４５ＮＨに沿う中心線を示す。いくつかの実施形態において、第１の比較的狭い発散量θNに対応する入射角度範囲は、多くとも１５度、もしくは１０度、またはそれ以下であってもよい。なお、狭い発散量のける光ビームは、必ずしもビーム偏向構成３８の一つの表面部３８Ｎに照射されなくても、場合によっては２つの表面部３８Ｎに照射されてもよい。
【００３５】
比較的広い入射角度範囲（例えば、第２の比較的広い発散量θWに対応する）で視野を照射する際に典型的な動作の一例を、可動ビーム指向素子５１と対応する表面部５４Ｗおよび３８Ｗのセットとを含む光路を参照して説明することができる。本例において、可動ビーム指向素子５１は、第１光路部４１に沿う光ビームを受けるとともに第２光路部４３の第１セグメント４３Ｗに沿う光ビームを第２（タイプの）ビーム指向表面部５４Ｗに指向させるように位置決めされている。図２および図３に示す実施形態において、表面部５４Ｗは、第２光路部４３の第２セグメント４３Ｗ’における個々の角度に沿う光ビームをビーム偏向構成３８の個々の表面部３８Ｗに対して個々に偏向するように整形された複数のファセットを含んでもよい（例えば、個々のファセットは、光軸２５に対して略垂直な平面においては湾曲し、光軸２５を含む平面においては個々のファセット角度をなすように角度付けられ、個々に大きく湾曲していない）。従って、図２に示すように、表面部５４Ｗのファセットのセットからの光ビームが結合して、光軸２５に対して平行な平面において比較的広い発散角度θWが提供される。表面部３８Ｗのセットは、ビーム偏向構成３８のほとんどにわたるように分散されており、第２光路部４３の第２セグメント４３ＮＡ’に沿う比較的広い発散角度θWにわたる表面部５４Ｗのファセットから光ビームを受けるとともにその光ビームを第３光路部４５ＮＡに沿うように偏向させることで、円錐のセグメント（例えば象限）中に分散した光ビームを形成し、比較的広い入射角度範囲（例えば、θWおよび／または表面部３８Ｗの組み合わせセットに対応する入射角度範囲に対応する）にわたる光軸２５の周囲の第１象限から視野を照射する。様々な実施形態において、第２の比較的広い発散量θWに対応する入射角度範囲は、表面部３８Ｎにより提供される入射角度の少なくとも２つ分、または少なくとも３０度、もしくは４５度、もしくは６０度、またはそれ以上にわたってもよい。
【００３６】
照射装置１００ａでは、狭いおよび広い入射角度範囲間の切り換え、ならびに狭い入射角度範囲については特定の入射角度の選択が、極めて小型で軽量（例えば、表面積が数平方ミリメートルのオーダー）に製作できる可動ビーム指向素子５１について必要とされる非常に細かい角度調整に基づいて非常に高速に行われる、ということは言うまでもない。同時に、強力で集中的な光源（例えば、強力な遠隔光源から光ファイバにより伝導される光）を用いてもよい。このような特徴の組み合わせは、汎用精密画像測定装置の様々なアプリケーションにおいて検査処理能力を増加させるために望ましい、高速な動きを効果的に捉えた画像を提供可能な迅速に構成可能なストロボ照射を提供するために不可欠であり得る。かかる高速アプリケーションでは、強力なストロボ照射が重要であるだけでなく、ワーク上の一連の位置（被検査特徴）をカバーする画像間でかかる照射を再構成するのに非常に少ない時間（例えば、マイクロ秒またはミリ秒のオーダー）しか許容および／または使用されないことも重要である、ということは言うまでもない。従って、上で略述した照射装置の特徴の組み合わせは、かかるアプリケーションに特に有益である。
【００３７】
上で略述した照射装置は、視野４６における照射の輝度（焦点の集中）および角度特定性の最大化が可能であるように構成されている。このため、表面部５４Ｎおよび５４Ｗは個々の位置が異なるため、それらと協働する表面部３８Ｎおよび３８Ｗも位置が異なる。しかし、他の実施形態では、上記の要因においていくらか妥協し、表面部５４Ｗを表面部３８Ｎのセットと協働させ、表面部３８Ｗを省略してもよい、ということは言うまでもない。さらにその上、いくつかの実施形態において、表面部５４Ｎ（および／または３８Ｎ、および／または３８Ｗ）は、区別がはっきりしていなくてもよく、および／または、連続表面の各部分により設けてもよい。
【００３８】
対物レンズ２３を取り囲む２つ以上の照射装置１００ａを設け、各々が光軸２５の周囲の略円形の照射システムのセクションまたは象限をカバーするようにしてもよい。図３は、４つの象限の一部である２つの対向象限をカバーするための２つの照射装置１００ａ’および１００ａ”を示すが、光軸２５周りの照射空間は任意の数のセクション（８以上等）に分割可能である、ということが当業者には明白である。
【００３９】
図２および図３を参照して説明した照射装置１００ａは、単焦点長設計である。すなわち、照射は、対物レンズ２３についての合焦された視野４６と一致する、光軸２５に沿う単一の位置において概ね合焦される。しかし、相互交換可能な対物レンズを用いるいくつかの汎用画像測定装置において、照射装置は、様々な代替の対物レンズについて合焦された視野の位置により、光軸２５に沿う２つの位置のいずれかで概ね合焦された照射を提供することが望ましい。
【００４０】
図４は、光軸２５に沿う２つの焦点距離ｆａおよびｆｂを提供する照射装置１００ｂの別の実施形態を示し、対物レンズ２３の様々な代替が、それぞれ焦点距離ｆａおよびｆｂに対応する２つの異なる合焦された視野４６ａおよび４６ｂのいずれかを提供し得る。同様の機能を提供する素子は、典型的には、図２〜図８において参照番号が同様の接頭部を有する（例えば、図４における素子５４ａまたは５４ｂは、図２および図３における対応素子５４に類似し、図４における５０ｂは、図２および図３における対応素子５０ａに類似している）。さらにその上、先に説明した狭いおよび広い入射角度範囲の指標ＮおよびＷに関する取り決めを継続して用い、これらは、図２を参照して先に説明したように、それぞれ第１の狭い発散角度（例えばθN）または第２の広い発散角度（例えば、図２に示すθWと同様）に関連する動作に対応することが理解されよう。このため、図４〜図８の照射装置の素子は、説明または文脈により別途指定がない限り、図１および図２におけるそれらに類似の対応物についての先の説明に基づいて大部分を理解することができる。このため、図４〜図８の照射装置の特定の態様についてのみ、以下で詳細に説明する。
【００４１】
図４に示す照射装置１００ｂは、照射装置１００ｂが第１および第２光源３０ａおよび３０ａ’を含み、ビーム指向構成５０ｂが光源３０ａとともに用いられるビーム指向表面部５４ａＮ（５４ａＮＡ〜５４ａＮＨ）および５４ａＷと、光源３０ａ’とともに用いられるビーム指向表面部５４ｂＮ（５４ｂＮＡ〜５４ｂＮＨ）および５４ｂＷとを含む点を除き、上記の照射装置１００ａと同様に動作する。ビーム指向表面部の第１および第２セットは、それぞれ第１および第２光源３０ａおよび３０ａ’からの光ビームを受けるとともに光ビームをそれぞれ第１および第２焦点面上の視野４６ａおよび４６ｂに方向付ける。
【００４２】
特定の入射角度から比較的狭い入射角度範囲（例えば、第１の比較的狭い発散量θNに対応する）で焦点距離ｆａにおける視野４６ａを照射する際に典型的な動作の一例を、第１光源３０ａ、可動ビーム指向素子５１、ならびに対応する表面部５４ａＮＡおよび３８ＮＡの特定のセットを含む光路を参照して説明することができる。本例において、第１光源３０ａはオン（第２光源３０ａ’はオフ）であり、可動ビーム指向素子５１は、第１光路部４１に沿う第１光源３０ａからの光ビームを受けるとともに第２光路部４３の第１セグメント４３ａＮＡに沿う光ビームを第１ビーム指向表面部５４ａＮＡに指向させるように位置決めされている。次いで、表面部５４ａＮＡは、光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む平面）において比較的狭い発散角度を提供または維持しながら、第２光路部４３の第２セグメント４３ａＮＡ’に沿う光ビームをビーム偏向構成３８の表面部３８ＮＡに偏向させる。表面部３８ＮＡは、表面部５４ａＮＡから特定の角度の第２光路部４３の第２セグメント４３ａＮＡ’に沿う光ビームを受け、その結果、その光ビームを対応する第３光路部４５ａＮＡに沿うように偏向させ、円錐のセグメント（例えば象限）に概ね沿って収束する湾曲したシート状の光ビームを形成することで、比較的狭い入射角度範囲にわたる対応する入射角度βaNA（総称的にβaNと示す）で焦点長ｆａにおける視野４６ａを照射する。先の説明との類推により、可動ビーム指向素子５１を適切に位置決めすることで、光ビームを様々な第１（タイプの）ビーム指向表面部５４ａＸに向けることにより、他のそれぞれの入射角度βaNXで焦点距離ｆａにおける照射を提供することができ、光ビームを第２（タイプの）ビーム指向表面部５４ａＷに向けることにより、広い入射角度範囲にわたる焦点距離ｆａにおける照射を提供することができる、ということが理解されよう。
【００４３】
特定の入射角度から比較的狭い入射角度範囲（例えば、第１の比較的狭い発散量θNに対応する）で焦点距離ｆｂにおける視野４６ｂを照射する際に典型的な動作の一例を、第２光源３０ａ’、可動ビーム指向素子５１、ならびに対応する表面部５４ｂＮＡおよび３８ＮＡの特定のセットを含む光路を参照して説明することができる。本例において、第２光源３０ａ’はオン（第１光源３０ａはオフ）であり、可動ビーム指向素子５１は、第１光路部４１に沿う第２光源３０ａ’からの光ビームを受けるとともに第２光路部４３の第１セグメント４３ｂＮＡに沿う光ビームを第１ビーム指向表面部５４ｂＮＡに指向させるように位置決めされている。次いで、表面部５４ｂＮＡは、光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む平面）において比較的狭い発散角度を提供または維持しながら、第２光路部４３の第２セグメント４３ｂＮＡ’に沿う光ビームをビーム偏向構成３８の表面部３８ＮＡに偏向させる。表面部３８ＮＡは、表面部５４ｂＮＡから特定の角度の第２光路部４３の第２セグメント４３ｂＮＡ’に沿う光ビームを受ける。この特定の角度は、先の動作例において表面部５４ａＮＡにより提供されたものと異なるため、表面部３８ＮＡは、その結果、その光ビームを対応する第３光路部４５ｂＮＡに沿うように偏向させ、円錐のセグメント（例えば象限）に概ね沿って収束する湾曲したシート状の光ビームを形成することで、比較的狭い入射角度範囲にわたる対応する入射角度βbNA（総称的にβbNと示す）で焦点長ｆｂにおける視野４６ｂを照射する。先の説明との類推により、可動ビーム指向素子５１を適切に位置決めすることで、光ビームを様々な第１（タイプの）ビーム指向表面部５４ｂＸに向けることにより、他のそれぞれの入射角度βbNXで焦点距離ｆｂにおける照射を提供することができ、光ビームを第２（タイプの）ビーム指向表面部５４ｂＷに向けることにより、広い入射角度範囲にわたる焦点距離ｆｂにおける照射を提供することができる、ということが理解されよう。
【００４４】
図示の実施形態では、同じ可動ビーム指向素子５１および制御可能アクチュエータ５２がすべての動作に用いられるように、２つの光源３０ａ、３０ａ’が個々に位置合わせされている。しかし、各光源に独立した別々の可動ビーム指向素子５１および制御可能アクチュエータ５２を設けることも、または、２軸において制御可能な可動ビーム指向素子を用いることで単一の光源からの光ビームを表面部５４ａＮ、５４ａＷ、５４ｂＮ、または５４ｂＷのいずれにも適切に指向させることも可能である。３つ以上の焦点面に位置する視野４６の照射を可能にするさらなる実施形態が可能である、ということが当業者には明白である。
【００４５】
図５は、本発明により構成された照射装置１００ｃのさらに別の実施形態を示す。簡潔に言えば、図５に示す照射装置１００ｃは、２つの主要な相違点を除き、上記の照射装置１００ａと同様に動作する。第１に、第１光源３０ｃは、円形レンズではなく円筒形レンズ３５ｃを含む。このため、円筒形レンズ３５ｃの「非合焦面」により、光ビームを、第１の光路部４１に沿うおよび第２光路部４３の第１セグメント４３ＮＸ（例えば４３ＮＡ）に沿う１つの平面において第１または第２ビーム指向表面部５４ｃＮＸ（例えば５４ｃＮＡ）または５４ｃＷまで発散させ続けることが可能になる。第２に、第１および第２ビーム指向表面部５４ｃＮＸおよび５４ｃＷは、円筒形レンズ３５ｃにより可能になる上述の発散の結果生じる広い光ビーム（例えば、図５において第１表面部５４ｃＮＡ上に破線で外形を示すビームスポットを参照）と協働するように整形されている。図５に示す実施形態において、第１および第２ビーム指向表面部５４ｃＮＸおよび５４ｃＷは、図２におけるそれらの対応物と比較して広く、光軸２５に対して垂直な平面における湾曲が小さい。ビーム偏向構成３８ｃの表面部３８ｃＮＸおよび３８ｃＷの曲率を上述の光ビームの相違点に照らして調整する（先に説明したその対応物に対して）ことで、視野４６において所望の照射合焦状態が提供される、ということが理解されよう。
【００４６】
照射装置１００ｃの１つの利点は、照射装置１００ｃが、並べて構成してもよい（例えば、図５に示す２つの光源３０ｃおよび３０ｃ’のように）複数の光源からの光ビームを、比較的単純な光学素子を用いておよび複雑な位置合わせを行うことなく、実質的に同じ光路に沿うように重なることを可能にするため都合がよい、という点である。かかる光源は、輝度を増大させるため同時に動作させてもよく、および／または、スペクトルの選択肢を増大させるため個々に動作させてもよい。光源３０ｃおよび／または３０ｃ’（強力な遠隔光発生器を用いることができる）の代わりにローカルＬＥＤ光源を用いる実施形態では、望ましい光輝度を提供するために複数のＬＥＤを組み合わせることが必要な場合があるため、この構成が特に有益であり得る。
【００４７】
図６は、本発明により形成された照射装置１００ｄのさらなる代替の実施形態を示す。図示しないが、先の実施形態について説明したように、「第１象限」に示すものと同じ照射装置１００ｄを、鏡像をなすように対向象限に設けてもよく、および／または、対物レンズ２３の周囲の象限またはセグメントに追加して設けてもよい。簡潔に言えば、図６に示す照射装置１００ｄは、２つの主たる相違点を除き、上記の照射装置と同様に動作する「２焦点長」設計である。第１の相違点は、先に説明した対応物に対するビーム指向構成５０ｄの構成におけるものである。第２の相違点は、ビーム偏向構成３８ｄにおけるもので、ビーム指向構成５０ｄにおける変更の結果、以下でより詳細に説明するように、特に広い入射角度範囲の表面部（例えば、先の実施形態における３８Ｗに相当する）が省略されているが、第１照射焦点長ｆａを提供する表面部３８ｄＸａのセットと第２照射焦点長ｆｂを提供する表面部３８ｄＸｂのセットとが提供されている（Ｘは識別子Ａ〜Ｈの１つを表す）、という点である。図６に示す実施形態では、以下でより詳細に説明するように、各表面部が両方のタイプの照射を（異なる時間に）提供することができるため、この実施形態では素子３８ｄの表面部が先の実施形態において示すＮおよびＷ指定子を含まない。
【００４８】
図６に示すように、先の実施形態と同様に、ビーム指向構成５０ｄは、可動ビーム指向素子５１ｄおよび制御可能アクチュエータ５２ｄを含む。しかし、本実施形態５０ｄにおいて、可動ビーム指向素子５１ｄは、以下でより詳細に説明するように光ビームを素子３８ｄＸａまたは３８ｄＸｂに直接指向させ、狭い入射角度範囲の照射を発生させるための第１（タイプの）ビーム指向表面部５１ｄＮと広い入射角度範囲の照射を発生させるための第２（タイプの）ビーム指向表面部５１ｄＷ１、５１ｄＷ２とを含む。このため、先の実施形態に含まれていた素子５４（またはその対応物５４ａ等）は省略されている。
【００４９】
特定の入射角度から比較的狭い入射角度範囲（例えば、第１の比較的狭い発散量θNに対応する）で焦点距離ｆａにおける視野４６ａを照射する際に典型的な動作の一例を、第１光源３０ｄ、可動ビーム指向素子５１ｄ、ならびに特定の表面部５１ｄＮおよび３８ｄＡａを含む光路を参照して説明することができる。本例において、可動ビーム指向素子５１ｄは、第１ビーム指向表面部５１ｄＮが、光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む面）において比較的狭い発散角度θNを提供または維持しながら、第１光路部４１に沿う第１光源３０ａからの光ビームを受けるとともに第２光路部４３に沿う光ビームをビーム偏向構成３８ｄの表面部３８ｄＡａに指向させるように位置決めされている。表面部３８ｄＡａは、表面部５１ｄＮから特定の角度の第２光路部４３に沿う光ビームを受け、その結果、その光ビームを対応する第３光路部４５に沿うように偏向させ、円錐のセグメント（例えば象限）に概ね沿って収束する湾曲したシート状の光ビームを形成することで、先に説明した実施形態と同様に、比較的狭い入射角度範囲にわたる対応する入射角度βaNA（総称的にβと示す）で焦点長ｆａにおける視野４６ａを照射する。先の説明との類推により、可動ビーム指向素子５１ｄを適切に位置決めすることで、第１光線指向表面部５１ｄＮからの光ビームを様々な表面部３８ｄＸａ（Ｘは識別子Ａ〜Ｈの１つを表す）に向けることにより、他のそれぞれの入射角度βaNXで焦点距離ｆａにおいて狭い入射角度範囲の照射を提供することができる、ということが理解されよう。代替として、焦点距離ｆａにおいて広い入射角度範囲の照射を提供するため、可動ビーム指向素子５１ｄは、第２ビーム指向表面部５１ｄＷ１が第１光路部４１に沿う第１光源３０ａからの光ビームを受けるとともに光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む平面）において広い発散角度（例えば、図２に示す広い発散角度θWと同様の）を有する第２光路部４３に沿う光ビームをビーム偏向構成３８ｄの表面部３８ｄＡａ〜３８ｄＨａの各々に指向させるように回転または位置決めしてもよい。次いで、表面部３８ｄＡａ〜３８ｄＨａの組み合わせからの光ビームが結合して、焦点距離ｆａにおいて広い入射角度範囲の照射が提供される。
【００５０】
焦点距離ｆｂにおける視野４６ｂを照射するときは、狭い入射角度範囲の照射を提供する場合は、第１ビーム指向表面部５１ｄＮが第２光路部４３に沿う光ビームをビーム偏向構成３８ｄの表面部３８ｄＡｂに指向させる点を除き、広い入射角度範囲の照射を提供する場合は、第２ビーム指向表面部５１ｄＷ２が第１光路部４１に沿う光ビームを受けるとともに広い発散角度を有する第２光路部４３に沿う光ビームをビーム偏向構成３８ｄの表面部３８ｄＡｂ〜３８ｄＨｂの各々に指向させるように位置決めされる点を除き、類似の動作を用いることができる、ということが理解されよう。一実施形態において、第１ビーム指向表面部５１ｄＮは、図２に示す第１ビーム指向表面部５４Ｎについて先に説明したものに類似の形状を有し（例えば、表面部５１ｄＮは、光軸２５を含む平面において比較的小さい曲率を有するように整形し、光軸２５に対して略垂直な平面において湾曲させ）、それにより光ビームを、表面部３８ｄＸａまたは３８ｄＸｂの長さに沿って照射させるように第２光路部４３に沿って水平に発散させてもよい。第２ビーム指向表面部５１ｄＷ１または５１ｄＷ２は、図２に示す第２ビーム指向表面部５４Ｗについて先に説明したものに類似の形状を有してもよい。例えば、第２ビーム指向表面部５１ｄＷ１は、必要に応じて様々なファセット角度をなして構成された湾曲ファセットを含み、それにより光ビームを、複数の表面部３８ｄＸａに照射させるように同時に方向付けてもよい（または第２ビーム指向表面部５１ｄＷ２および表面部３８ｄＸｂについても同様である）。先に述べたように、いくつかの実施形態において、表面部３８ｄＸａ（および／または３８ｄＸｂ）は、互いに容易に区別可能でなく、および／または、連続的に湾曲した表面の一部であるように形成してもよい。いくつかの実施形態において、第２ビーム指向表面部５１ｄＷ１（または５１ｄＷ２）は、区別可能なファセットではなく、広い発散角度を提供する連続的に湾曲した表面を含んでもよい。いくつかの実施形態において、照射装置１００ｄは、第２ビーム指向表面部５１ｄＷ２が省略されるように構成してもよく、第２ビーム指向表面部５１ｄＷ１は、焦点長ｆａおよびｆｂのいずれかについて広い入射角度の照射を提供するように位置決めしてもよい。３つ以上の焦点長における視野４６の照射を可能にするさらなる実施形態が可能であり、単一の焦点長における照射が所望される場合は、表面部５１ｄＷ２および３８ｄＸｂを省略してもよい、ということが当業者には明白である。
【００５１】
図７は、本発明により形成された照射装置１００ｅのさらに別の実施形態を示す。この実施形態は、光源３０ｅの位置を除き、先に説明した図６の実施形態と同様に動作することが理解できる。具体的には、本実施形態では光源３０ｅが対物レンズ２３の付近に設けられているため、光源３０ｅおよび／または第１光路部４１がビーム偏向構成３８ｅを通って延在する必要はない。このため、図６の実施形態とは対照的に、ビーム偏向構成３８ｅは、ビームを「妨げない」それぞれの表面部３８ｅＸａおよび３８ｅＸｂのセットを含むことができ、製作および組立が簡略化され、提供される照射の均一性を増大させることができる。図示しないが、先に説明した実施形態と同様に、「第１象限」に示すものと同じ照射装置１００ｅを、鏡像をなすように対向象限に設けてもよく、および／または、対物レンズ２３の周囲の他のセグメントまたは象限に設けてもよい。
【００５２】
図８は、本発明により形成された照射装置１００ｆのさらに別の実施形態を示す。この実施形態は、この実施形態ではビーム偏向構成３８ｆの複数のそれぞれの表面部３８ｆＡ〜３８ｆＨが反射性ではなく屈折性または回折性である（例えば、一実施形態において、ビーム偏向構成３８ｆは、比較的平坦なフレネル型回折レンズ表面部を含んでもよい）点を除き、先に説明した図７の実施形態と同様に動作することが理解できる。簡潔に言えば、特定の入射角度から比較的狭い入射角度範囲で視野４６を照射するとき、可動ビーム指向素子５１ｆは、第１ビーム指向表面部５１ｆＮが、光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む平面）において比較的狭い発散角度θNを提供または維持しながら、第１光路部４１に沿う第１光源３０ｆからの光ビームを受けるとともに第２光路部４３に沿う光ビームをビーム偏向構成３８ｆの表面部３８ｆＸ（Ｘは識別子Ａ〜Ｈの１つを表す）に指向させるように位置決めされている。表面部３８ｆＸは、第２光路部４３に沿う光ビームを受けるとともにその光ビームを対応する第３光路部４５に沿うように偏向させ、円錐のセグメント（例えば象限）に概ね沿って収束する湾曲したシート状の光ビームを形成することで、先に説明した実施形態と同様に、比較的狭い入射角度範囲にわたる入射角度βNX（総称的にβと示す）で視野４６を照射する。代替として、広い入射角度範囲の照射を提供するため、可動ビーム指向素子５１ｆは、第２ビーム指向表面部５１ｆＷが第１光路部４１に沿う第１光源３０ｆからの光ビームを受けるとともに光軸２５に対して平行な平面（例えば光軸２５を含む平面）において広い発散角度（例えば、図２に示す広い発散角度θWと同様の）を有する第２光路部４３に沿う光ビームをビーム偏向構成３８ｆの表面部３８ｆＡ〜３８ｆＨの各々に指向させるように回転または位置決めされている。次いで、表面部３８ｆＡ〜３８ｆＨの組み合わせからの光ビームが結合して、広い入射角度範囲の照射が提供される。
【００５３】
図８に示す実施形態は、単焦点長設計である。しかし、２つ以上の焦点長における視野４６の照射を可能にするさらなる実施形態が可能である、ということが当業者には明白である。例えば、１つのかかる実施形態は、図７に示す交互の反射性の表面部３８ｅＸａおよび３８ｅＸｂに類似の、異なる焦点長を提供する交互の表面部３８ｆＸを有する屈折性または回折性のビーム偏向構成３８ｆを含んでもよい。図示しないが、先に説明した実施形態と同様に、「第１象限」に示すものと同じ照射装置１００ｆを、鏡像をなすように対向象限に設けてもよく、および／または、対物レンズ２３の周囲の他のセグメントまたは象限に設けてもよい。
【００５４】
例示の実施形態を図示および説明したが、本発明の要旨から逸脱することなく様々な変更をそれらの実施形態において行うことができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１０  画像測定装置
１２  ベースコンソール
１４  テーブル
１６  ステージ
１８  駆動装置
２０  ワーク
２３  対物レンズ
２５  光軸
３０  第１光源
３１  光ファイバケーブル
３３  光
３５  ビーム整形レンズ
３６  Ｚ軸駆動装置
３８  ビーム偏向構成
４１  第１光路部
４３  第２光路部
４５  第３光路部
４６  視野
５０  ビーム指向構成
５１  可動ビーム指向素子
５２  制御可能アクチュエータ
５４  ビーム指向表面部
７０  Ｘ軸搬送体
７２  ブリッジ
８０  プロセッサ
９０  カメラ
９２  光学系
９４  Ｚ軸支持体
１００  照射装置
７４  駆動装置
３５ｃ  円筒形レンズ
３８Ｎ、３８Ｗ  表面部
４３Ｎ、４３Ｗ  第１セグメント
４３Ｎ’、４３Ｗ’  第２セグメント
５１Ｎ、５１Ｗ  ビーム指向表面部
５５ａ  支持体
５８ａ  フレーム
ｆａ、ｆｂ  焦点距離
β  入射角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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