(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物上の複数の領域を撮像するように動作する複数のカメラ，
複数の照明源，および
上記複数の照明源からの照明を結合し，その後にそこからの照明を上記複数の領域に導くように動作する少なくとも一つの照明管理装置を備え，
上記少なくとも一つの照明管理装置が，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを受付け，かつ複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの一つの複合入力ビームを，複数の複合出力ビームとして，上記複数の領域に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置に導くビーム分配器を備えている，
光学検査システム。
【請求項２】
上記ビーム分配器が時間および空間ビーム分配器である，請求項１に記載の光学検査システム。
【請求項３】
上記ビーム分配器が時間ビーム分配器である，請求項１に記載の光学検査システム。
【請求項４】
上記ビーム分配器が空間ビーム分配器である，請求項１に記載の光学検査システム。
【請求項５】
上記ビーム分配器がポリゴン・ミラーを備えている，請求項１に記載の光学検査システム。
【請求項６】
上記ビーム分配器がモノゴン・ミラーを備えている，請求項１に記載の光学検査システム。
【請求項７】
上記複数のカメラの少なくとも一つが，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードにおいて動作する，請求項１に記載の光学検査システム。
【請求項８】
上記ストロボ・モードにおける上記複数のカメラの動作が，上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される，請求項７に記載の光学検査システム。
【請求項９】
対象物上の複数の領域を撮像するように動作する複数のカメラ，
複数の照明源，および
上記複数の照明源からの照明を結合し，その後に上記照明を上記複数の領域に個々に導くように動作する少なくとも一つの照明管理装置を備え，
上記少なくとも一つの照明管理装置が，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを受付け，かつ複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの一つの複合入力ビームを，複数の複合出力ビームとして，対応する複数の空間的に異なる位置に導く移動ミラーを備えている，
光学検査システム。
【請求項１０】
上記少なくとも一つの照明管理装置がポリゴン・ミラーを備えている，請求項９に記載の光学検査システム。
【請求項１１】
上記少なくとも一つの照明管理装置がモノゴン・ミラーを備えている，請求項９に記載の光学検査システム。
【請求項１２】
上記複数のカメラの少なくとも一つが，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードにおいて動作する，請求項９に記載の光学検査システム。
【請求項１３】
上記ストロボ・モードにおける上記複数のカメラの動作が，上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される，請求項１２に記載の光学検査システム。
【請求項１４】
複数のカメラを用いて，対象物上の複数の領域を撮像するステップと，
少なくとも一つの照明管理装置を用いて，複数の照明源からの照明を結合するステップと，
上記少なくとも一つの照明管理装置を用いて，上記複数の照明源からの照明を上記複数の領域に導くステップとを含む，光学検査方法であって，
上記結合するステップが，
上記複数の照明源からの上記照明をビーム結合器において受付け，
上記ビーム結合器を用いて，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを提供することを含み，
上記複数の照明源からの照明を上記複数の領域に導くステップが，
上記複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの上記複合入力ビームをビーム分配器において受付け，
上記ビーム分配器を用いて，複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの一つの複合入力ビームを，複数の複合出力ビームとして，上記複数の領域に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置に導くことを含む，
光学検査方法。
【請求項１５】
上記複数のカメラの少なくとも一つを，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードで動作させる，請求項１４に記載の光学検査方法。
【請求項１６】
上記動作が，上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される，請求項１５に記載の光学検査方法。
【請求項１７】
複数のカメラを用いて，対象物上の複数の領域を撮像するステップと，
少なくとも一つの照明管理装置を用いて，複数の照明源からの照明を結合するステップと，
上記少なくとも一つの照明管理装置を用いて，上記複数の照明源からの上記照明を上記複数の領域に個々に導くステップとを含む，光学検査方法であって，
上記結合するステップが，
上記複数の照明源からの上記照明をビーム結合器において受付け，
上記ビーム結合器を用いて，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを提供することを含み，
上記複数の照明源からの上記照明を上記複数の領域に個々に導くステップが，
上記複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの上記複合入力ビームを移動ミラーにおいて受付け，
上記移動ミラーを用いて，複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの一つの複合入力ビームを，複数の複合出力ビームとして，上記複数の領域に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置に導くことを含む，
光学検査方法。
【請求項１８】
上記複数のカメラの少なくとも一つを，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードで動作させる，請求項１７に記載の光学検査方法。
【請求項１９】
上記動作が上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される，請求項１８に記載の光学検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，概略的には光学検査システムに関するもので，より詳細には光学検査システムに有用な照明サブシステム（illumination subsystems）に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの光学検査システムが知られており，光学検査システムでは照明システムが有用である。
【発明の開示】
【０００３】
この発明は，光学検査システムに用いられる改善された照明システムを提供することを目的とする。
【０００４】
この発明の好ましい実施態様において光学検査システムが提供され，この光学検査システムは，対象物上の第二複数の領域を撮像するように動作する第一複数のカメラ，第三複数の照明源，および上記第三複数の照明源からの照明を結合し，その後にそこから照明を上記第二複数の領域に導く（向ける）ように動作する少なくとも一つの照明管理装置を備え，上記少なくとも一つの照明管理装置が，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビーム（a composite input beam）を受付け，かつ複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複数の複合出力ビーム（a multiplicity of composite output beams）を，上記第二複数の領域に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置（a corresponding plurality of spatially distinct locations）に導くビーム分配器を備えている。
【０００５】
好ましくは，上記ビーム分配器が時間および空間ビーム分配器（a time and space distributor）である。代替的には，上記ビーム分配器が時間ビーム分配器である。代替的には，上記ビーム分配器が空間ビーム分配器である。
【０００６】
この発明の好ましい実施態様では，上記ビーム分配器がポリゴン・ミラーを含む。代替的には，上記ビーム分配器がモノゴン・ミラーを含む。
【０００７】
好ましくは，上記第一複数のカメラの少なくとも一つが，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理される（governed）ストロボ・モードにおいて動作する。これに加えて，上記ストロボ・モードにおける上記第一複数のカメラの動作が，上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される。
【０００８】
この発明の他の好ましい実施態様では，対象物上の第二複数の領域を撮像するように動作する第一複数のカメラ，第三複数の照明源，および上記第三複数の照明源からの照明を結合し，その後に上記照明を上記第二複数の領域に個々に導くように動作する少なくとも一つの照明管理装置を備え，上記少なくとも一つの照明管理装置が，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを受付け，かつ複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複数の複合出力ビームを，対応する複数の空間的に異なる位置に導く移動ミラーを備えている光学検査システムも提供される。
【０００９】
好ましくは，上記少なくとも一つの照明管理装置がポリゴン・ミラーを含む。代替的には，上記少なくとも一つの照明管理装置がモノゴン・ミラーを含む。
【００１０】
この発明の好ましい実施態様では，上記第一複数のカメラの少なくとも一つが，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードにおいて動作する。これに加えて，上記ストロボ・モードにおける上記第一複数のカメラの動作が，上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される。
【００１１】
この発明のさらに他の好ましい実施態様では，  第一複数のカメラを用いて，対象物上の第二複数の領域を撮像し，少なくとも一つの照明管理装置を用いて，第三複数の照明源からの照明を結合し，上記少なくとも一つの照明管理装置を用いて，上記第三複数の照明源からの照明を上記第二複数の領域に導く（方向付ける）光学検査方法も提供され，上記結合が，ビーム結合器において，上記第三複数の照明源からの上記照明を受付け，上記ビーム結合器を用いて，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを提供することを含み，上記導き（方向付け）が，ビーム分配器において，上記複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの上記複合入力ビームを受付け，上記ビーム分配器を用いて，複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複数の複合出力ビームを，上記第二複数の領域に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置に導くことを含む。
【００１２】
好ましくは，上記光学検査方法は，上記第一複数のカメラの少なくとも一つを，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードで動作させることも含む。これに加えて，上記動作は上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される。
【００１３】
この発明のさらに他の好ましい実施態様では，  第一複数のカメラを用いて，対象物上の第二複数の領域を撮像し，少なくとも一つの照明管理装置を用いて，第三複数の照明源からの照明を結合し，上記少なくとも一つの照明管理装置を用いて，上記第三複数の照明源からの上記照明を上記第二複数の領域に個々に導く光学検査方法がさらに提供され，上記結合が，上記第三複数の照明源からの上記照明をビーム結合器において受付け，上記ビーム結合器を用いて，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビームを提供するものであり，上記個々の導きが，上記複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの上記複合入力ビームを移動ミラーにおいて受付け，上記移動ミラーを用いて，複数の上記非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複数の複合出力ビームを，上記第二複数の領域に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置に導くことを含む。
【００１４】
この発明の好ましい実施態様では，上記第一複数のカメラの少なくとも一つを，上記空間的に異なる位置の少なくとも一つに上記複合出力ビームの対応する少なくとも一つが到達するタイミングによって管理されるストロボ・モードで動作することも含む。これに加えて，上記動作が上記少なくとも一つの照明管理装置によって少なくとも部分的に管理される。
【００１５】
この発明は，図面に関連づけられて行われる以下の詳細な記載からより完全に理解され，かつ把握されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の好ましい実施形態において構築されかつ動作する光学検査システムを概略化されたコンセプト・レベルで示すものである。
【図２Ａ】図１の光学検査システムの４つの代替の例示的実施形態の一つを概略的に示すものである。
【図２Ｂ】図１の光学検査システムの４つの代替の例示的実施形態の一つを概略的に示すものである。
【図２Ｃ】図１の光学検査システムの４つの代替の例示的実施形態の一つを概略的に示すものである。
【図２Ｄ】図１の光学検査システムの４つの代替の例示的実施形態の一つを概略的に示すものである。
【図３】複数の光学検査装置に用いられる集中照明システムを概略的に示す。
【実施例】
【００１７】
はじめに図１を参照して，図１はこの発明の好ましい実施形態によって構築されかつ動作する光学検査システムを概略的なコンセプト・レベルで示すものである。
【００１８】
図１に示すように，光学検査システム100が設けられ，このシステムはＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラといった第一複数（first multiplicity）のカメラ102を含み，対象物上の第二複数（second multiplicity）の領域104を撮像するように動作する。典型的には上記第一複数は上記第二複数と等しく，各カメラが対応する単一領域を撮像するが，単一のカメラを用いてそれぞれ異なるタイミングにおいて複数領域を撮像することもできる。後者の場合には，各カメラ102を可旋回マウント（pivotable mount）のような選択可能方向ポジショナ106上に機械的に搭載することができる。他の実施形態では，撮像される対象物を移動可能な支持体108に搭載することができる。
【００１９】
この発明の好ましい実施形態では，ダイオード・レーザ，レーザ・チップおよび垂直キャビティ・レーザ（vertical cavity lasers）といった第三複数の照明源110が設けられる。好ましくは，上記照明源110はそれぞれ高レベルの輝度を有するパルス・コヒーレント光源（pulsed coherent light sources）である。全ての光源のパルス化（pulsing）は時間的に調整されかつ同期される。第三複数の照明源110の出力は少なくとも一つの照明管理装置（illumination manager）120に好ましくは与えられ，上記管理装置は，第三複数の照明源110からの照明を結合するように動作し，その後にそこから第二複数の領域104に向けて照明を個々に導く（方向付ける）ように動作する。
【００２０】
この発明の好ましい実施形態では，上記少なくとも一つの照明管理装置120は，複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複合入力ビーム（a composite input beam of a multiplicity of non-mutually coherent, spatially concentrated laser pulses）を受付け（receiving），かつ上記複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複数の複合出力ビーム（a multiplicity of composite output beams）を，上記第二複数の領域104に対応する，対応する複数の空間的に異なる位置（a corresponding plurality of spatially distinct locations corresponding to said second multiplicity of regions）に導く（directing）ビーム分配器（beam distributor）を含む。
【００２１】
この発明の好ましい実施形態では，上記第一複数のカメラ102の少なくとも一つが，上記少なくとも一つの照明管理装置120の制御の下，上記第二複数の領域104に対応する，複数の空間的に異なる位置の対応する一つに複数の非相互コヒーレントの空間的に凝縮されたレーザ・パルスの複数の複合出力ビームの対応する一つが到達するタイミングによって管理される（governed）ストロボ・モード（a strobed mode）において動作する。
【００２２】
次に図２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄを参照して，これらは図１の光学検査システムの４つの代替的な例示的実施形態を概略的に示すものである。
【００２３】
図２Ａを参照して一対の照明モジュール210が設けられている。各照明モジュール210は，好ましくは，典型的には９０個のパルス・ダイオード・レーザ212のマトリックスを含み，それらの相互に同期した出力ビーム・パルスが，集光レンズ214，光ファイバ束またはリキッド・コア・ファイバ216，およびコリメート・レンズ218を介して導かれるように配置されている。各照明モジュール210のコリメート・レンズ218の結合出力が相互に同期した態様でパルス化され，偏光ビーム結合器（polarizing beam combiner）220において結合される。上記偏光ビーム結合器220の出力は，典型的には１８０個の個々のレーザ・ビームから形成される同期パルス結合ビーム（synchronized pulsed combined beam）であるが，個々のレーザ・ビームの一つのスペックル（speckle）と比較して低減された量のスペックルを持つ。
【００２４】
上記偏光ビーム結合器220のパルス出力は，折り畳みミラー230を介して回転ポリゴン・ミラー240に導かれ，そこで複数の互いに角度的に離間したパルス出力ビーム242（複数）が提供され，これがコリメート・レンズ250を通じて，アメリカ合衆国，ニューヨーク州，エルムスフォードのスコット・モリテックス・コーポレーションから市販されているＭ４Ｇ３−１０００Ｓ−ＳＤ光学ファイバ・ライト・ガイドのような複数のパワー分割ファイバ・バンドル（power splitting fiber bundles）252に導かれる。上記パワー分割ファイバ・バンドル252のそれぞれは複数のサブ・バンドル254に分割され，サブ・バンドルのそれぞれが上記第二複数の領域104の所与の一つに導かれ，カメラ102によって観察される。
【００２５】
図２Ｂを参照して，一対の照明モジュール310が設けられている。各照明モジュール310は，好ましくは，典型的には９０個のパルス・ダイオード・レーザ312のマトリックスを含み，それらの相互に同期した出力ビーム・パルスが，集光レンズ314，光ファイバ束またはリキッド・コア・ファイバ316，およびコリメート・レンズ318を介して導かれるように配置されている。各照明モジュール310のコリメート・レンズ318の結合出力が相互に同期した態様でパルス化され，偏光ビーム結合器320において結合される。上記偏光ビーム結合器320の出力は，典型的には１８０個の個々のレーザ・ビームから形成される同期パルス結合ビームであるが，個々のレーザ・ビームの一つのスペックルと比較して低減された量のスペックルを持つ。
【００２６】
上記偏光ビーム結合器320のパルス出力は，折り畳みミラー330を介して，米国特許第７，５９８，６８８に記載されているような高速ステアリング・ミラー340に導かれ，そこで複数の互いに角度的に離間したパルス出力ビーム342が提供され，これがコリメート・レンズ350を介して，アメリカ合衆国，ニューヨーク州，エルムスフォードのスコット・モリテックス・コーポレーションから市販されているＭ４Ｇ３−１０００Ｓ−ＳＤ光学ファイバ・ライト・ガイドのような複数のパワー分割ファイバ・バンドル352に導かれる。上記パワー分割ファイバ・バンドル352のそれぞれは複数のサブ・バンドル354に分割され，サブ・バンドルのそれぞれが上記第二複数の領域104の所与の一つに導かれ，カメラ102によって観察される。
【００２７】
図２Ｃを参照して，一対の照明モジュール410が設けられている。各照明モジュール410は，好ましくは，典型的には９０個のパルス・ダイオード・レーザ412のマトリックスを含み，それらの相互に同期した出力ビーム・パルスが，集光レンズ414，光ファイバ束またはリキッド・コア・ファイバ416，およびコリメート・レンズ418を介して導かれるように配置されている。各照明モジュール410のコリメート・レンズ418の結合出力が相互に同期した態様でパルス化され，偏光ビーム結合器420において結合される。上記偏光ビーム結合器420の出力は，典型的には１８０個の個々のレーザ・ビームから形成される同期パルス結合ビームであるが，個々のレーザ・ビームの一つのスペックルと比較して低減された量のスペックルを持つ。
【００２８】
上記偏光ビーム結合器420のパルス出力は音響光学モジュレータ440に導かれ，そこで複数の互いに角度的に離間したパルス出力ビーム442が提供され，これがコリメート・レンズ450を通じて，アメリカ合衆国，ニューヨーク州，エルムスフォードのスコット・モリテックス・コーポレーションから市販されているＭ４Ｇ３−１０００Ｓ−ＳＤ光学ファイバ・ライト・ガイドのような複数のパワー分割ファイバ・バンドル452に導かれる。上記パワー分割ファイバ・バンドル452のそれぞれは複数のサブ・バンドル454に分割され，サブ・バンドルのそれぞれが上記第二複数の領域104の所与の一つに導かれ，カメラ102によって観察される。
【００２９】
図２Ｄを参照して，一対の照明モジュール510が設けられている。各照明モジュール510は，好ましくは，典型的には９０個のパルス・ダイオード・レーザ512のマトリックスを含み，それらの相互に同期した出力ビーム・パルスが，集光レンズ514，光ファイバ束またはリキッド・コア・ファイバ516，およびコリメート・レンズ518を介して導かれるように配置されている。各照明モジュール510のコリメート・レンズ518の結合出力が相互に同期した態様でパルス化され，偏光ビーム結合器520において結合される。上記偏光ビーム結合器520の出力は，典型的には１８０個の個々のレーザ・ビームから形成される同期パルス結合ビームであるが，個々のレーザ・ビームの一つのスペックル（speckle）と比較して低減された量のスペックルを持つ。
【００３０】
上記偏光ビーム結合器520のパルス出力は，折り畳みミラー530を介して，アメリカ合衆国，カリフォルニア州，カールスバッドのシグナルトロニクスから市販されているＳＭＰ３０１０高速ミラー・ポジショナー／スキャナーのような，軸534について回転するモノゴン・ミラー（monogon mirror）532に導かれ，そこで複数の互いに角度的に離間したパルス出力ビーム542が提供され，これがコリメート・レンズ550を介して，アメリカ合衆国，ニューヨーク州，エルムスフォードのスコット・モリテックス・コーポレーションから市販されているＭ４Ｇ３−１０００Ｓ−ＳＤ光学ファイバ・ライト・ガイドのような複数のパワー分割ファイバ・バンドル552に導かれる。上記パワー分割ファイバ・バンドル552のそれぞれは複数のサブ・バンドル554に分割され，サブ・バンドルのそれぞれが上記第二複数の領域104の所与の一つに導かれ，カメラ102によって観察される。
【００３１】
次に図３を参照して，図３は複数の光学検査装置に用いられる集中照明システムを概略的に示している。図３に示すように，概略的な図１のシステム，およびより詳細な図２Ａ〜２Ｄのいずれかを，図示するように複数の異なる検査装置上に位置決めされる複数の領域に，高輝度，低スペックルの照明を供給するために用いることができる。たとえば，図２Ａの実施形態におけるパワー分割ファイバ・バンドル252を，異なる検査装置600上の検査位置にそれぞれ導くことができる。この場合，それぞれのパワー分割ファイバ・バンドル252を各装置600において複数のサブ・バンドル254に分割することができ，それぞれのサブ・バンドル254が，装置600において第二複数の領域104の所与の一つに導かれ，カメラ102によって観察される。
【００３２】
当業者であれば，この発明は，上述に特に示しかつ記述したものに限定されないことは理解されよう。この発明の範囲はむしろ，上述した記述を読んだ当業者が想起することができ，かつ従来技術にない上述したさまざまな特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーションの両方，さらにはその変形例およびバリエーションを含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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