(57)【要約】【課題】精密機械視覚検査システムに組み込み可能かつ効果的な表面傾斜センサおよび検出方法を提供すること。【解決手段】光学的表面傾斜センサにおいて、照射される光束１１５，１４５がワーク表面１８０の法線方向に沿うことを特定することで、ワーク表面１８０の傾斜θが決定できる。表面傾斜センサ１００は照明・検出部１１０および対物レンズ１７０を有し、照明・検出部１１０は光源１１２，コリメータレンズ１１４，ビームスプリッタ１１６，光束位置制御部１１８，光検出器部１３０を有する。これらの構成要素は、他の機能に加えて、照射光束１１５および反射光束１４５が最も高いレベルのアライメントを有する時点を示す信号を供給する光束アライメント検出構造となる。最高レベルのアライメントに基づいてワーク表面の法線方向に沿って照射される光束が特定される。【選択図】図１
2008256689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射される光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うことを特定することで前記ワーク表面の一点の傾斜を光学的に検出する表面傾斜センサであって、
光源、コリメータレンズ、ビームスプリッタ、光束位置制御部および光検出器構造を含み、前記光源からの照明ビームを、前記コリメータレンズ、前記ビームスプリッタ、および前記光束位置制御部を通して出射させ、所定の照射光束位置に視準された照射光束を供給する照明・検出部と、
前記照射光束を受光し、前記ワーク表面で合焦するように前記ワーク表面の一点に前記照射光束を照射し、かつ前記ワーク表面からの反射光束を入射させ、前記反射光束を所定の反射光束位置へ出射させる対物レンズと、
前記反射光束と前記照射光束とのアライメントに応じた測定信号を出力する光束アライメント検出構造と、を備え、
前記測定信号が前記照射光束と前記反射光束とが所定のアライメントにあることを示すとき、前記照射光束が前記ワーク表面の一点の法線方向に沿うと特定することを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の表面傾斜センサにおいて、前記光束位置制御部が、制御可能な開口位置調整手段と光束方向制御手段との少なくともひとつを有することを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の表面傾斜センサにおいて、前記光束位置制御部が、ａ）透過ピクセルアレイ、ｂ）グレーレベル制御を含む透過ピクセルアレイ、ｃ）反射ピクセルアレイ、ｄ）グレーレベル制御を含む反射ピクセルアレイ、およびｅ）マイクロミラーアレイのうちひとつを有する前記制御可能開口位置調整手段を有することを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の表面傾斜センサにおいて、前記光束アライメント検出構造が前記照明・検出部の前記光束位置制御部および前記光検出器構造で構成され、更に前記光束位置制御部が開口を有し、
前記対物レンズが、前記反射光束を前記ワーク表面から入射させ、前記反射光束を前記光束位置制御部へ出射し、前記開口を用いて前記反射光束を空間的にフィルタし、空間的にフィルタされた測定信号光を所定量供給し、前記照射光束と前記反射光束とのアライメントの程度が向上するのに応じ、前記測定信号光の供給量が増えるようにし、
前記測定信号光の所定量が前記光検出器構造へ入射され、前記空間的にフィルタされた測定信号光の所定量に対応する値を持つ測定信号を出力するように構成されることを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の表面傾斜センサにおいて、前記光検出器構造は波長分析器を有し、前記測定信号光に含まれる主要波長を決定するのに利用可能な測定信号を出力することを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の表面傾斜センサにおいて、前記空間的にフィルタされた測定信号光の所定量に対応する値を持つ前記測定信号と前記空間的にフィルタされた測定信号光に含まれる前記主要波長を決定するのに利用可能な前記測定信号とが同一の測定信号であることを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の表面傾斜センサにおいて、
前記光束位置制御部が、開口位置を制御可能な開口を提供する開口位置調整手段を有し、
前記光検出器構造が、二次元光検出器アレイを有し、
前記照明・検出部が、前記照射および反射光束が対にされた位置に対してアライメントされた状態の下で前記二次元光検出器アレイ上の各位置を前記開口位置調整手段上の対応する開口位置と対にするアライメントマッピングを有し、
前記光束アライメント検出構造を形成する前記傾斜センサの前記一部が、前記開口位置調整手段、前記二次元光検出器アレイおよび前記アライメントマッピングを有し、
前記対物レンズが、前記ワーク表面から前記反射光束を入射させ、前記反射光束を前記二次元光検出器アレイへ出射させ、
前記二次元光検出器アレイが、前記二次元光検出器アレイ上の前記反射光束のスポット位置を示す測定信号を出力し、前記反射光束が前記アライメントマッピングにしたがって前記開口位置調整手段上の現在開口位置にマッピングする前記二次元光検出器アレイ上のスポット位置に戻る場合、前記現在開口位置から照射される前記照射光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うと特定することを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の表面傾斜センサにおいて、
前記照明・検出部が、各開口位置から照射する照射光束が対応する公知の傾斜方向を有する表面へ照射されるとき、前記照射光束と前記反射光束とがアライメントされる状況下で各開口位置を前記対応する公知の表面傾斜方向とマッピングする傾斜マッピングを有し、
前記測定信号が現在の照射光束と反射光束とがアライメントされることを示すとき、前記ワーク表面上の前記一点での前記表面傾斜方向が前記現在開口位置および前記傾斜マッピングに基づき決定されることを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項９】
請求項1に記載の表面傾斜センサにおいて、
前記光検出器構造が、二次元光検出器アレイを有し、
前記光束位置制御部が、各照射光束位置を決定する光束方向制御要素の各セットを有する光束方向制御手段を含み、かつ前記光束方向制御手段と前記二次元光検出器アレイとの間に制限開口を含まず、
前記照明・検出部が、前記照射および反射光束が対にされた位置および光束方向制御要素の各セットに対してアライメントされる状況下で前記二次元光検出器アレイ上の各位置を光束方向制御要素の対応する各セットと対にするアライメントマッピングを有し、
前記光束アライメント検出構造を形成する前記傾斜センサの前記一部が、前記光束方向制御手段、前記二次元光検出器アレイおよび前記アライメントマッピングを有し、
前記対物レンズは、前記ワーク表面から前記反射光束を受光し、前記反射光束を前記光束方向制御手段および前記二次元光検出器アレイへ出射し、
前記二次元光検出器アレイが、前記二次元光検出器アレイ上の前記反射光束のスポット位置を示す測定信号を出力し、前記反射光束が前記アライメントマッピングにしたがって光束方向制御要素の現在のセットへマッピングする前記二次元光検出器アレイ上のスポット位置に戻る場合、前記現在照射光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うと特定することを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の表面傾斜センサにおいて、
前記照明・検出部が、光束方向制御要素の各セットに従って照射される照射光束が対応する公知の傾斜方向を有する表面へ照射される場合、前記照射光束と前記反射光束とがアライメントされる状況下で光束方向制御要素の各セットを前記対応する公知の表面傾斜方向にマッピングする傾斜マッピングを有し、
前記測定信号が現在の照射光束と反射光束とがアライメントされることを示すとき、前記ワーク表面上の前記一点での前記表面傾斜方向が光束方向制御要素の前記現在のセットおよび前記傾斜マッピングに基づき決定されることを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の表面傾斜センサにおいて、
前記表面傾斜センサが機械視覚検査システムと一体化され、前記対物レンズが前記機械視覚検査システムでワーク検査画像を得るのに用いられるレンズを兼ねることを特徴とする表面傾斜センサ。
【請求項１２】
照射される光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うことを特定することで前記ワーク表面の一点の傾斜を光学的に検出する表面傾斜検出方法であって、
光源、コリメータレンズ、ビームスプリッタ、光束位置制御部および光検出器を含む素子を有する照明・検出部と、対物レンズと、光束アライメント検出構造とを用い、
前記光源からの照明ビームを、前記コリメータレンズ、前記ビームスプリッタ、および前記光束位置制御部を通して出射させ、所定の照射光束位置に視準された照射光束を供給し、
前記対物レンズの一部へ前記照射光束を入射させ、前記ワーク表面で合焦するように前記ワーク表面の一点に前記照射光束を照射させ、
前記対物レンズに前記ワーク表面からの反射光束を入射させ、前記反射光束を前記対物レンズから前記光束アライメント検出構造へ出射させ、
前記光束アライメント検出構造を用い、前記照射光束と前記反射光束とのアライメントに応じた測定信号を出力させ、
前記測定信号が照射光束と反射光束とがアライメントされたことを示すとき、前記照射光束が前記ワーク表面の一点の法線方向に沿うと特定することを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の表面傾斜検出方法において、前記光束位置制御部を操作する工程が、少なくともひとつの制御可能開口位置調整手段および光束方向制御手段を操作する工程を有することを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の表面傾斜検出方法において、
前記光束アライメント検出構造が前記光束位置制御部および前記光検出器構造を有し、
前記光束位置制御部が開口を有し、
前記対物レンズから前記反射光束を前記光束アライメント検出構造へ出力する工程が前記反射光束を前記光束位置制御部へ出力する工程を有し、
前記光束アライメント検出構造を用い、前記照射光束および前記反射光束の間のアライメントの程度を決定するのに利用可能な測定信号を出力する工程が、
前記光束位置制御部の前記開口を用い、前記反射光束を空間的にフィルタし、所定量の空間的にフィルタされた測定信号光を供給し、前記照射光束と前記反射光束との間の整列の前記程度が高い程、空間的にフィルタされた測定信号光の前記量が多くなるようにする工程と、
前記所定量の空間的にフィルタされた測定信号光を前記光検出器構造へ入射させる工程と、
前記所定量の空間的にフィルタされた測定信号光に対応する値を持つ前記光検出器構造からの測定信号を出力する工程と、を含むことを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の表面傾斜検出方法において、前記光検出器構造が波長分析器を有し、前記空間的にフィルタされた測定信号光に含まれる前記主要波長を決定するのに利用可能な前記光検出器構造からの測定信号を出力する工程を更に含むことを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の表面傾斜検出方法において、
前記ワーク表面の薄膜を形成する素材を含むワーク表面の一点の法線方向に沿って照射光束を照射し、前記対応する空間的にフィルタされた測定信号光を前記光検出器構造へ入力する工程と、
前記対応する空間的にフィルタされた測定信号光に含まれる前記主要波長を決定するのに利用可能な前記光検出器構造から対応する測定信号を出力する工程と、
前記対応する測定信号に基づき前記主要波長を決定する工程と、
前記薄膜を形成する前記素材に関して屈折率を与える工程と、
前記与えられた屈折率および前記決定された主要波長に基づき前記ワーク表面の薄膜の厚みを決定する工程と、を含むことを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の表面傾斜検出方法において、
前記光束位置制御部が制御可能な開口位置を持つ開口を提供する制御可能開口位置調整手段を有し、
前記光検出器構造が二次元光検出器アレイを有し、
前記照明・検出部が更に、前記照射および反射光束が対にされる位置に対してアライメントされる状況下で前記二次元光検出器アレイ上の各位置を前記開口位置調整手段上の対応する開口位置と対にするアライメントマッピングを有し、
前記光束アライメント検出構造を形成する前記傾斜センサの前記一部が前記開口位置調整手段、前記二次元光検出器アレイおよび前記アライメントマッピングを有し、
前記対物レンズから前記反射光束を前記光束アライメント検出構造へ出射する工程が前記反射光束を前記二次元光検出器アレイへ出射する工程を有し、
前記光束アライメント検出構造を用い、前記照射光束と前記反射光束とのアライメントの程度を決定するのに利用可能な測定信号を出力する工程が、
前記二次元光検出器アレイを操作し、前記二次元光検出器アレイ上の前記反射光束のスポット位置を示す測定信号を出力し、前記アライメントマッピングに従って前記開口位置調整手段上の現在開口位置へマッピングする前記二次元光検出器アレイ上のスポット位置に前記反射光束が戻る場合、前記現在開口位置から照射される前記照射光束がワーク表面の一点の法線方向に沿って照射される前記光束として特定される工程を有することを特徴とする表面傾斜検出方法。 
【請求項１８】
請求項１７に記載の表面傾斜検出方法において、前記照明・検出部が、各開口位置から照射する照射光束が対応する公知の傾斜方向を有する表面へ照射されるとき、前記照射光束および前記反射光束がアライメントされる状況下で各開口位置を対応する前記公知の表面傾斜方向とマッピングする傾斜マッピングを有し、
前記測定信号が現在照射光束と反射光束とがアライメントされることを示すとき、前記ワーク表面の前記一点での前記表面傾斜方向が前記現在開口および前記傾斜マッピングに基づき決定されることを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載の表面傾斜検出方法において、
前記光検出器構造が二次元光検出器アレイを有し、
前記光束位置制御部が各照射光束位置を決定する光束方向制御要素の各セットを有する光束方向制御手段を含み、かつ前記光束方向制御手段と前記二次元光検出器アレイとの間に制限開口を含まず、
前記照明・検出部が、前記照射および反射光束が光束方向制御要素の各セットに対してアライメントされる状況下で、前記二次元光検出器アレイ上の各位置と光束方向制御要素の対応する各セットとを対にするアライメントマッピングを有し、
前記光束アライメント検出構造を形成する前記傾斜センサの前記一部が、前記光束方向制御手段、前記二次元光検出器アレイおよび前記アライメントマッピングを有し、
前記対物レンズから前記反射光束を前記光束アライメント検出構造へ出射する工程が前記反射光束を前記光束方向制御手段および前記二次元光検出器アレイへ出力する工程を有し、
前記光束整列構造を用い、前記照射光束と前記反射光束との整列の前記程度を決定するのに利用可能な測定信号を出力する工程が、
前記二次元光検出器アレイを操作し、前記二次元光検出器アレイ上の前記反射光束のスポット位置を示す測定信号を出力する工程であって、前記反射光束が前記アライメントマッピングにしたがって光束方向制御要素の現在のセットへマッピングする前記二次元光検出器アレイ上のスポット位置に戻る場合に光束方向制御要素の前記現在のセットに対応する前記照射光束をワーク表面の一点の法線方向に沿って照射される前記光束として特定する工程を含むことを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の表面傾斜検出方法において、前記照明・検出部は、光束方向制御要素の各セットに従って照射される照射光束が対応する公知の傾斜方向を有する表面へ照射される場合に前記照射光束と前記反射光束とがアライメントされる状況下で、光束方向制御要素の各セットを前記対応する公知の表面傾斜方向にマッピングする傾斜マッピングを有し、
前記測定信号が現在の照射光束と反射光束とがアライメントされることを示すとき、前記ワーク表面上の前記一点での前記表面傾斜方向が光束方向制御要素の前記セットおよび前記傾斜マッピングに基づき決定されることを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項２１】
請求項１２に記載の表面傾斜検出方法において、前記表面傾斜センサを設ける工程が機械視覚検査システムと一体化された形の前記表面傾斜センサを設ける工程を含み、前記対物レンズが前記機械視覚検査システムでワーク検査画像を得るのに用いられるレンズを有することを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項２２】
請求項１２に記載の表面傾斜検出方法において、
前記光束位置制御部を操作し、前記ワーク表面の法線方向に沿って照射される照射光束を出射する開口位置を含む、各反射光束および各測定信号に対応する各照射光束を出射する複数の各開口位置を与え、
各測定信号が各照射光束と対応する各反射光束とがアライメントされることを示すとき、各照射光束をワーク表面の一点の法線方向に沿って照射される前記光束として特定することを特徴とする表面傾斜検出方法。
【請求項２３】
請求項１１に記載の表面傾斜検出方法において、
前記光束位置制御部を操作し、前記ワーク表面の前記法線方向に沿って照射される照射光束を出射する開口位置を含む前記ワーク表面への対応する各入射方向に照射される各照射光束を出射する複数の各開口位置を与え、対応する各測定信号を供給し、
前記対応する各測定信号の前記値を前記各入射方向の関数として特性化することに基づき前記ワーク表面の表面仕上げを特性化することを特徴とする表面傾斜検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面傾斜センサおよび検出方法に関し、より詳細には、機械視覚検査システムの一部として用いられる光学的な表面傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、精密機械視覚検査システム（以下単に「視覚システム」ともいう）は、測定対象物の寸法を正確に測定し、対象物の様々な特性を検査するのに用いることができる。
このようなシステムは、コンピュータ、カメラ、光学系、検査対象となるワークの表面性状を走査できるようにカメラを複数方向へ移動可能な精密ステージを備えて構成される。
市販の先行技術システムの一例として、アメリカ合衆国イリノイ州オーロラにあるミツトヨアメリカ社（ＭＡＣ）製のパソコンベースの視覚システムであるQUICK VISION（登録商標）シリーズあるいはQVPAK（登録商標）などのソフトウェアがある。
これらの視覚システム用ソフトウェアについては、その特徴および操作が非特許文献１あるいは非特許文献２などに概説されている。
【０００３】
【非特許文献１】QVPAK 3D CNC視覚測定装置ユーザーガイド（QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide）2003年1月発行
【非特許文献２】QVPAK 3D CNC視覚測定装置ユーザーガイド（QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide）1996年9月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような精密機械視覚検査システムには、内蔵式または付属式のいずれかにより様々な種類の表面高度測定センサを組み込むことが公知である。
しかし、このようなシステムに組み込み可能な効果的な表面傾斜測定システムについては一般に知られていない。
【０００５】
本発明の主な目的は、精密機械視覚検査システムに組み込み可能かつ効果的な表面傾斜センサおよび検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表面傾斜センサは、照射される光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うことを特定することで前記ワーク表面の一点の傾斜を光学的に検出する表面傾斜センサであって、光源、コリメータレンズ、ビームスプリッタ、光束位置制御部および光検出器構造を含み、前記光源からの照明ビームを、前記コリメータレンズ、前記ビームスプリッタ、および前記光束位置制御部を通して出射させ、所定の照射光束位置に視準された照射光束を供給する照明・検出部と、前記照射光束を受光し、前記ワーク表面で合焦するように前記ワーク表面の一点に前記照射光束を照射し、かつ前記ワーク表面からの反射光束を入射させ、前記反射光束を所定の反射光束位置へ出射させる対物レンズと、前記反射光束と前記照射光束とのアライメントに応じた測定信号を出力する光束アライメント検出構造と、を備え、前記測定信号が前記照射光束と前記反射光束とが所定のアライメントにあることを示すとき、前記照射光束が前記ワーク表面の一点の法線方向に沿うと特定することを特徴とする。
【０００７】
本発明の表面傾斜検出方法は、照射される光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うことを特定することで前記ワーク表面の一点の傾斜を光学的に検出する表面傾斜検出方法であって、光源、コリメータレンズ、ビームスプリッタ、光束位置制御部および光検出器を含む素子を有する照明・検出部と、対物レンズと、光束アライメント検出構造とを用い、前記光源からの照明ビームを、前記コリメータレンズ、前記ビームスプリッタ、および前記光束位置制御部を通して出射させ、所定の照射光束位置に視準された照射光束を供給し、前記対物レンズの一部へ前記照射光束を入射させ、前記ワーク表面で合焦するように前記ワーク表面の一点に前記照射光束を照射させ、前記対物レンズに前記ワーク表面からの反射光束を入射させ、前記反射光束を前記対物レンズから前記光束アライメント検出構造へ出射させ、前記光束アライメント検出構造を用い、前記照射光束と前記反射光束とのアライメントに応じた測定信号を出力させ、前記測定信号が照射光束と反射光束とがアライメントされたことを示すとき、前記照射光束が前記ワーク表面の一点の法線方向に沿うと特定することを特徴とする。
【０００８】
本発明は、照射される光束がワーク表面の一点の法線方向に沿うことを特定することで前記ワーク表面の一点の傾斜を光学的に検出する光学的表面傾斜センサおよび検出方法に関する。本発明に基づきワーク表面に垂直な光束を特定することで、ワーク表面の任意の点における傾斜が光学的に決定できる。このような点の傾斜の検出を応用することで、ワーク表面の他の特性が必要に応じてより確実に決定可能である。このようなセンサは、精緻な寸法計測および他のタイプの検査を行うための汎用機械視覚検査システムで特に有用である。
【０００９】
本発明において、光学的表面傾斜センサは本質的要素として照明・検出部および対物レンズを含む。照明・検出部は、光源、コリメータレンズ、ビームスプリッタ、光束位置制御部、および光検出器構造を有してよい。照明・検出部の要素は、その他の機能に加え、光束アライメント検出構造を設けるように校正される。
本発明において、照明・検出部は、光源からの照明ビームをビームスプリッタ、光束位置制御部、およびコリメータレンズの構造を通して出射し、照射光束位置に視準された照射光束を供給する。
本発明において、ビームスプリッタ、光束位置制御部、およびコリメータレンズは以下詳細に述べるように光路に沿って様々な各順序で構成されてよい。照射光束は対物レンズに入射され、入射方向に沿って照射光束がワーク表面に合焦される。ワーク表面からの反射光束は対物レンズに入射され、光束アライメント検出構造に伝達され、この光束アライメント検出構造が前記照射光束と前記反射光束とのアライメントの程度を決定するのに利用可能な測定信号を出力する。光束位置制御部が操作されて、ワーク表面の法線方向に沿って照射される照射光束を含む各測定信号に対応する複数の各照射光束を与えるように制御可能とされる。ワーク表面の法線方向に沿って照射される光束が最高レベルのアライメントを示す各測定信号に対応する。
【００１０】
本発明において、光束位置制御部は透過型空間光変調手段を有することが望ましい。本発明において、空間光変調手段は、透過型画素アレイと反射型マイクロミラーアレイの一つを有することが望ましい。
【００１１】
本発明において、光束アライメント検出構造は光束位置制御部と、光検出器構造とを有してよく、反射光束は開口部を用いて反射光束を空間的にフィルタする光束位置制御部に伝達され、空間的にフィルタされた所定量の測定信号光を与える。所定量の空間的にフィルタされた測定信号光が、空間的にフィルタされた測定信号光の所定量に対応する値を持つ測定信号を出力する光検出器構造へ入射される。このような本発明において、反射光束が投射光束に沿って戻ると、ワーク表面の法線方向に沿って照射される光束に対応して、開口に完全に一致し測定信号が最大化される。
【００１２】
本発明において、光束アライメント検出構造は二次元光検出器アレイを有して良く、反射光束はこの二次元光検出器アレイに伝達され、二次元アレイ上の反射光束のスポット位置を示す測定信号を出力する。投射され反射された光束が対にされた位置と構造特性とにつきワーク表面の法線方向にあるとの条件下で、各二次元光検出器のスポット位置と光束位置制御部の対応する構造特性（例えば光束位置制御部により設けられる二次元開口位置ないし照射光束位置を示すのに用いられる制御信号成分のセット）とを対にするアライメント較正ないしマッピングが設けられる。例えば、アライメントマッピングは較正表面および付随する較正手順に基づき決定されてよい。このような本発明では、反射光束が光束位置制御部の現在の構造特性をマッピングする二次元アレイ上のスポット位置に戻ると、この状況により現在の光束がワーク表面の法線方向に沿って照射されることが示される。
【００１３】
本発明において、光束位置制御部の各構造特性は、光束位置制御部の各構造特性に応じて照射された照射光束が対応する公知の傾斜方向を有する表面に照射される時に照射光束と反射光束とがアライメントされる状況下で、公知の各表面傾斜方向に対応するように傾斜マッピングを用いてマッピングされてもよい。
【００１４】
本発明において、光学的表面傾斜センサの照明・検出部は反射光束から生じる測定信号光内の主波長を決定する波長分析器を有する。このような本発明では、照射光束が測定信号光を示す反射光束を与えるのに用いられるワーク表面に法線方向から入射する。
主波長および／又はその相互の関係が、薄膜の公知の屈折率を前提に、ワーク表面上の薄膜の厚みを決定するのに用いられてよい。
【００１５】
本発明において、光学的表面傾斜センサはワーク表面の粗さを特性化するのに用いられてよい。光学的表面傾斜センサはワーク表面上の複数の各入射方向に対応する複数の反射方向の相対強度を測定するのに用いられる。各反射光束の相対強度は、その各入射方向の関数として、表面粗さを特性化する。
【００１６】
本発明において、機械視覚検査システム中で照射される光束がワーク表面の法線方向に沿うことを特定する表面傾斜検査方法が示される。この方法は、光源からの照明ビームをビームスプリッタ、光束位置制御部、およびコリメータレンズの構造を通して出射し、照射光束位置に視準された照射光束を供給し、対物レンズの一部へ前記照射光束を入射させ、対物レンズからの照射光束を入射方向に沿ってワーク表面に合焦するように照射し、反射光束を光束アライメント検出構造に出射し、光束アライメント検出構造を用い、照射光束と反射光束とのアライメントの程度を決定するのに利用可能な測定信号を出力し、最高レベルのアライメントを示す測定信号に応じた光束をワーク表面の法線方向に沿って照射する前記光束として特定する工程を含む。
【００１７】
本発明において、対物レンズは機械視覚検査システム内のワーク検査画像を取得するのに用いられるレンズと兼用することができる。しかしながら、光学的表面傾斜センサはスタンドアロンの表面傾斜検出システムにも用いられてよい。
本発明において、対物レンズは従来型レンズ、液浸レンズないし固体浸レンズを有してよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す。
図１において、光学的表面傾斜センサ１００は、本発明に基づいてワーク表面の法線方向に沿って照射される光束を供給する。光学的表面傾斜センサ１００の不可欠な構成要素は、照明・検出部１１０および対物レンズ１７０である。
【００１９】
照明・検出部１１０は光源１１２、コリメータレンズ１１４、ビームスプリッタ１１６、光束位置制御部１１８および光検出器部１３０を有する。
本実施形態では、光学的表面傾斜センサ１００は、カメラ１５０、ビームスプリッタ１６０および対物レンズ１７０を供給する機械視覚検査装置の画像部に統合されてよい。様々な実施形態ではカメラ１５０およびビームスプリッタ１６０は必要でなく、このような実施形態では本発明による独立型光学的表面傾斜センサが設けられてよい。
【００２０】
光源１１２は照明ビーム１１３を出力し、照明ビーム１１３はコリメータレンズ１１４により視準され、視準照明ビーム１１３’を供給し、下記のように、光外側限界１１９Ａおよび１１９Ｂ内に位置する光束位置において照明・検出部１１０から出射される様々な光束を供給する。視準照明ビーム１１３’はビームスプリッタ１１６を通り抜けて光束位置制御部１１８へ入射される。
【００２１】
本実施形態において、光束位置制御部１１８は、視準照明ビーム１１３’からの光の一部を含む照射光束１１５を出射または照射する開口１２０を設けるよう制御される制御可能開口位置調整手段（アドレス可能空間光変調手段など）として特徴づけられてよい。当然ながら、開口１２０の位置は光束位置制御部１１８のｘ'およびｙ'方向に沿って図１に示される他に（ｘ'，ｙ'）位置へ変化するように制御されてよく、これにより図１に示されるように照射光束１１５の照射位置（ｘ''，ｙ''）をｘ''およびｙ''方向に沿って光外側限界１１９Ａおよび１１９Ｂ内で制御する。
【００２２】
本実施形態では、照射光束１１５は続いてビームスプリッタ表面１６０により反射され、対物レンズ１７０に入射され、ワーク表面１８０への入射方向に沿って合焦される。
ワーク表面１８０は傾斜角θで傾斜し、これは通常ワーク表面１８０上の（焦点位置など）反射ポイントでのふたつの傾斜角要素（ｘ軸に対するｘ−ｚ面のθｘおよびｙ軸に対するｙ−ｚ面のθｙ）により特徴付けられてよい。反射光束１４５はワーク表面から角度θによる路に沿って反射して戻り、対物レンズ１７０からビームスプリッタ表面１６０へ至り、ここで照明・検出部１１０の光束アライメント検出構造へ反射して戻る。なお、反射光束１４５の一部１４５’もカメラ１５０に伝達されてよい。
【００２３】
本実施形態で、照明・検出部１１０の光束アライメント検出構造は光束位置制御部１１８および光検出器部１３０を有する。特に、光束位置制御部１１８は開口１２０を用いて反射光束１４５を空間的にフィルタし、反射光束１４５が少なくとも部分的に開口１２０とアライメントされる場合に空間的にフィルタされた測定信号光１１７を送信してよい。このとき、空間的にフィルタされた測定信号光１１７はビームスプリッタ１１６により反射され、図示のように光検出器部１３０により受光されてよい。本実施形態において、光検出器部１３０は焦点レンズ１３２および光検出器１３６を有する。光検出器１３６は、その受光する空間的にフィルタされた測定信号光１１７の量に対応する測定信号を出力してよい。
【００２４】
光検出器１３６により受信される光の量は、開口１２０によってどれほどの空間的にフィルタされた測定信号光１１７が伝達されるかによる。反射光束１４５が、開口１２０で反射光束１４５の光路と少なくとも一部並ぶ、または重なる経路に沿って戻らない場合、前記反射光束は光束位置制御部１１８により遮断され、対応する測定信号は最小値となる。反射光束１４５が、開口１２０で反射光束１４５の光路と少なくとも部分的にアライメントされる、または重なる場合、測定信号は最小値より大きくなり、アライメントまたは重畳の程度を示す。図１に示される特定の傾斜角θおよび開口１２０の特定位置において、照射光束１１５はワーク表面１８０の法線方向に沿って入射する。よって、反射光束１４５は完全に照射光束１１５とアライメントされ、開口１２０と略一致するようにその経路を戻る。この状態において、空間的にフィルタされた測定信号光１１７の量は最大化され、光検出器１３６はワーク表面１８０の現在構造で取得可能な最大測定信号を出力する。逆に本実施形態に関しては、最大測定信号はワーク表面１８０の法線方向に沿って照射される光束に対応する。
【００２５】
上記のように、光束位置制御部１１８は開口１２０の位置を例えば光束位置制御部１１８のｘ'およびｙ'軸に沿って変化させるように制御されてよく、これにより照射光束１１５の照射位置（ｘ''，ｙ''）を制御する。一般的に、照射光束１１５がワーク表面１８０の法線で、反射光束１４５が開口１２０と略一致するとき、ｘ'軸の方向に沿った開口位置はθｘ傾斜角要素と対応し、ｙ'軸の方向に沿った開口位置はθｙ傾斜角要素と対応する。
従って、各開口位置から照射される照射光束が、対応する公知の傾斜方向を有する表面に照射されるとき、各開口位置のアライメント検出構造の測定信号が最適整列値を示す状況において、公知の各表面傾斜方向に対応するように各開口位置が傾斜マッピングでマッピングされる。
傾斜マッピングは、照明・検出部１１０の関連する信号処理および制御回路、またはホストコンピュータなどに蓄積される。
【００２６】
本実施形態で、光束位置制御部１１８は制御可能な開口位置調整手段として特徴付けられてもよい。可変位置に所望のパターンで制御可能光出力および光遮断機能を（制御可能な送信または反射などにより）提供可能な現時点で公知の又は今後開発される任意の制御可能開口位置調整手段を、空間光変調手段（ＳＬＭ）として参照してよい。
本実施形態において、光束位置制御部１１８は透過型ＳＬＭを有するとしてもよい。当該ＳＬＭは光伝達および遮断素子、および付随する制御電子機器を有してよい。この制御電子機器は、公知の技術によりホストコンピュータ（機械視覚検査システムのホストコンピュータなど）に接続されてもよく、ここに開示される様々な表面傾斜検出方法が、双方向あるいは自動実行制御の一連の動作において実施されてもよい。
【００２７】
例えば、透過型ＳＬＭは、必要に応じて従来のビデオ信号により制御され、グレースケールの値に応じてアレイの所定ピクセルを通じて光を伝達、一部伝達、または遮断可能な電気的に生成された８ビットグレースケールを供給可能なＬＣＤピクセルアレイを有してよい。あるいは、英国スコットランド、ダンフェルムラインのＣＲＬ−Ｏｐｔｏから市販されるマイクロディスプレイ画像アレイおよび付随する制御電子機器を光束位置制御部１１８として用いてよい。
【００２８】
制御可能グレースケールを有するＳＬＭを、完全な透過型開口１２０ではなく一部透過型開口１２０を設けるのに用いてもよく、高反射性のワーク表面が測定信号を生成するのに用いられる光検出器を飽和させるのを防ぐことができる。制御可能グレースケールを持つＳＬＭはアポダイゼーション（apodization）を供給するのに用いられてもよく、例えば開口１２０におけるピクセルグレイスケールレベルを、ガウス強度分布を示し、照射光束１１５において開口１２０からの回折効果を制限し、またはその他の目的のために選択可能である。
【００２９】
光学的表面傾斜センサ１００を操作する際、上記のように、反射光束１４５が開口１２０で反射光束１４５の光路と少なくとも一部アライメントしまたは重なる光路に沿って回帰しない場合、反射光束は光束位置制御部１１８により遮断され顕著な測定信号は生じない。
よって、通常検索ルーチンを用いてワーク表面１８０の法線方向に沿って入射する照射光束１１５を供給する開口位置を見出し、反射光束１４５が開口１２０とほぼ一致するように回帰するようにする。
【００３０】
一般に、このような検索ルーチンは、各測定信号に対応する各照射光束１１５を出力する複数の各開口位置（ｘ'，ｙ'）および照射光束位置（ｘ''，ｙ''）（ワーク表面の法線方向に沿って照射される光束を出力する開口位置を含む）を示すよう光束位置制御部１１８を制御する工程を含む。ワークの法線方向に沿って照射される光束は、最高レベルのアライメントを示す各測定信号（例えば図１の実施形態に関しては各最大測定信号）に対応する光束とされてよい。検索ルーチンの一例では、光束位置制御部１１８が開口１２０に関して各可能開口位置を与えるように制御される間に、測定信号がサンプリングまたは記憶されてよい。
【００３１】
得られた測定結果は分析され、最大信号および対応する開口位置が特定される。
検索ルーチンの他の例では、開口１２０のサイズは位置と同様に変更可能であり、粗い・細かい検索能力を提供する。例えば、当初の粗い開口を比較的粗いステップに段階的に移し、一体で全可能光束を含む限られた数の光束を照射してもよい。対応する測定信号は分析され、最大信号および対応する粗い開口位置が特定される。「最大信号位置」などでの粗い開口箇所に対応してより細かい開口検索が上述のように実行され、最も細かい所望の開口サイズを用いてワーク表面１８０の法線方向に沿って光束を照射する開口位置を特定するまで続けられる。
当然ながら上記の検索手順は例示に過ぎず、限定的ではない。他のより効果的な検索手順が可能である。当然ながら、光源１１２が選択あるいは制御され操作可能な光束１１５および１４５が充分な強度を示す場合、ＳＬＭ（一例）および検出器は、開口位置を変化させ、１０ＫＨｚなどの高速で得られる信号を測定するように構成できる。よって、各種実施形態で、前述のような検索手段あるいは他の検索手段が高速で実行可能である。
【００３２】
なお、光源１１２は制御可能な各種の波長および偏光を有する光源であってもよい。波長および偏光は、ワーク表面１８０の特性に応じて、最適測定信号を供給するよう選択されるか、または変化されてもよい。例えば、表面またはワーク上の素材の様々な薄膜の境界を区別するように波長が調整されてよい。あるいは、ワーク表面１８０での指向性テクスチャなどへの測定異常を少なくとも部分的に克服するよう偏光を調整するようにしてもよい。
【００３３】
図２は本発明の第２実施形態を示す。
図２において、照明・検出部２１０は、前記第１実施形態の表面傾斜センサ１００における照明・検出部１１０の代わりに用いられる。
操作時、照射光束１１５および反射光束１４５は、図１を参照して既に述べられたものと機能的に等価であってよい。照明・検出部２１０のいくつかの素子も図１の照明・検出部１１０のものと類似し、同様に番号付けられた構成要素は特に後述でない限り類似または同一である。
【００３４】
本実施形態の照明・検出部２１０と前記第１実施形態の照明・検出部１１０とでは次のような違いがある。
第１の違いは、光束位置制御部１１８がビームスプリッタ１１６前方で視準照明ビーム１１３’に位置し、照射光束１１５のみがビームスプリッタ１１６を通して伝達されることである。その結果、反射光束１４５はビームスプリッタ１１６で反射され、光検出器部１３０により受光される測定信号光１１７を供給する前には光束位置制御部１１８により空間的にフィルタされない。
第２の違いは、照明・検出部２１０が照明・検出部１１０と異なるタイプの光束アライメント検出構造を持ち、光束位置制御部１１８、２次元光検出器アレイ２３６を含む光検出器部２３０、および以下に詳述されるアライメントマッピングを有することである。
【００３５】
照明・検出部２１０の光束アライメント検出構造は以下により機能できる。
反射光束１４５から生じる測定信号光１１７は２次元光検出器アレイ２３６上のスポット位置（ｘ'''，ｙ'''）で受光され、（例えば、スポット強度分布の重心のｘ'''およびｙ'''座標を決定することにより）スポット位置を示す測定信号を出力する。（例えば、付随する照明・検出部２１０の信号処理および制御回路またはホストコンピュータに記憶される）所定の整列較正またはマッピングが、対にされた位置に対して照射および反射光束がワーク表面の法線である状況下で各２次元光検出器スポット位置と対応する２次元開口位置とを対にする照明・検出部２１０に対し与えられる。例えば、アライメントマッピングは較正表面および付随する較正手順に基づき決定されてよい。
【００３６】
本実施形態において、反射光束１４５から生じる現在の測定信号光１１７は、光束位置制御部１１８の開口１２０の現在の開口位置（ｘ'，ｙ'）へマッピングされる２次元アレイ２３６のスポット位置（ｘ'''，ｙ'''）に回帰する。この状態は照射光束１１５および反射光束１４５がアライメントされることを示し、対応する現在の照射光束がワーク表面の法線方向に沿って照射される。現在スポット位置（ｘ'''，ｙ'''）が現在開口位置（ｘ'，ｙ'）に対応するアライメントマッピング位置に近づくとき、照射光束１１５および反射光束１４５はほぼアライメントに近くなる。よって、前記検索ルーチンが照明・検出部２１０とともに使用するために用いられてよく、照明・検出部２１０とともに用いられる検索ルーチンの一実施形態では、現在スポット位置座標（ｘ'''，ｙ'''）と現在開口位置座標（ｘ'，ｙ'）との間の関係を分析し、よりアライメントを向上させる新規の開口位置を推定し、これにより検索速度を上げてもよい。
【００３７】
図３は本発明の第３実施形態を示す。
図３において、照明・検出部３１０は、前記第１実施形態の表面傾斜センサ１００における照明・検出部１１０の代わりに用いられる。
照射光束１１５および反射光束１４５は、図１を参照して既に述べられたものと機能的に同等である。照明・検出部３１０のいくつかの素子も図１の照明・検出部１１０のものと類似し、同様に番号付けられた構成要素は特に以下に述べるものでない限り類似または同一である。
【００３８】
本実施形態の照明・検出部３１０と前記第１実施形態の照明・検出部１１０とでは次のような違いがある。
前記第１実施形態の光束位置制御部１１８が透過型開口位置調整手段だったのに対し、本実施形態の光束位置制御部３１８は反射型の開口位置調整手段として特徴付けられている。従って、開口３２０は直接の送信ではなく反射により照射光束１１５を出力し、照明・検出部３１０は若干異なるレイアウトを要する。
その他の点では、照明・検出部３１０の操作は、光束アライメント検出構造の操作を含め、照明・検出部１１０のものと同様であり、この操作では開口３２０および光検出器部１３０は、図１の開口１２０および光検出器部１３０に関して上述したところとほぼ同じように動作する。
【００３９】
なお、光束位置制御部３１８は反射型ＳＬＭを用いてもよい。当該ＳＬＭは光反射および遮断（または偏向）素子のアレイ（マイクロミラーアレイなど）、および付随する制御電子機器を用いてもよい。光束位置制御部３１８は、スコットランド、ダンフェルムラインのＣＲＬ−Ｏｐｔｏから市販されるシリコン（ＬＣＯＳ）マイクロディスプレイ製品における液晶のもののようなグレーレベル制御を含む反射ピクセルアレイとすることができる。あるいは、テキサス州プラノのテキサスインストルメンツ（Texas Instruments DLP Products）から市販されるデジタル光投射器（ＤＬＰ）マイクロミラー製品を含んでもよい。
【００４０】
図４は本発明の第４実施形態を示す。
図４において、照明・検出部４１０は、前記第１実施形態の表面傾斜センサ１００における照明・検出部１１０の代わりに用いられる。
照射光束１１５および反射光束１４５は、図１を参照して既に述べられたものと機能的に同等である。光検出器部４３０を除けば、照明・検出部４１０の素子は図１の照明・検出部１１０のものと類似し、同様に番号付けられた構成要素は特に以下に述べるものでない限り類似または同一である。
【００４１】
本実施形態の照明・検出部４１０と前記第１実施形態の照明・検出部１１０とでは次のような違いがある。
光検出器部４３０は波長分析器４３８（分光計または分光光度計など）を有する。波長分析器４３８によりもたらされる追加機能を除いて、照明・検出部４１０の操作は、光束アライメント検出構造の操作を含め、前記第１実施形態の照明・検出部１１０のものと同様であり、この操作では開口１２０および光検出器部４３０の光検出器からの測定信号は、図１の開口１２０および光検出器部１３０に関して上述したところとほぼ同じように動作する。
【００４２】
本実施形態では、光束アライメントを検出する目的で、測定信号光１１７の総量を示す測定信号が、波長分析器４３８の線形光検出器アレイにより検出される全波長に関して獲得される強度情報を統合することにより決定されてよい。あるいは、光検出器部４３０はビームスプリッタおよび別個の光検出器構造を、波長分析器４３８に加えて含んでよい。ビームスプリッタは測定信号光１１７の一部を別の光検出器に送ってよく、これにより光束アライメント検出のために用いられる測定信号が供給される。
【００４３】
波長分析器４３８は測定信号光１１７に含まれる主波長（およびいくつかの実施形態ではこの相対強度）を決定してよい。例えば、照射光束１１５はワーク表面に法線方向に入射するように最適化され、続いて測定信号光１１７を供給する反射光束１４５を与えるのに用いてもよい。主波長あるいは主波長同士の関係は、公知技術により、薄膜に関する公知の屈折率を前提に、ワーク表面１８０の薄膜の厚さを決定するのに用いられてよい。当然ながら、波長分析器４３８は任意の有効反射位置からの測定信号光１１７をビームスプリッタ１１６のビーム分割面に入力するように設計されなければならない。よって、波長分析器４３８は、測定信号光１１７の全有効路を波長分析器４３８の入射スリットに導くために、通常、公知の構造のレンズあるいは曲面ミラーなどを有してよい。
【００４４】
図５は本発明の第５実施形態を示す。
図５において、照明・検出部５１０は、前記第１実施形態の表面傾斜センサ１００における照明・検出部１１０の代わりに用いられる。
照射光束１１５および反射光束１４５は、図１を参照して既に述べられたものと機能的に同等であってよい。照明・検出部５１０のいくつかの素子も図１の照明・検出部１１０のものと類似し、同様に番号付けられた構成要素は特に以下に述べるものでない限り類似または同一である。  
【００４５】
本実施形態の照明・検出部５１０と前記第１実施形態の照明・検出部１１０とでは次のような違いがある。
本実施形態ではビームスプリッタ１１６、光束位置制御部１１８、およびコリメータレンズ５１４に特徴がある。光源１１２はビームスプリッタ１１６を通して発散した照明ビーム５１３を光束位置制御部１１８へ出力し、そこで開口１２０を通じて空間的にフィルタされ、発散光束がコリメータレンズ５１４に送信される。コリメータレンズ５１４は続いて照射光束位置（ｘ'，ｙ'）で視準された照射光束１１５を照射する。通常、反射光束１４５はコリメータレンズ５１４に戻り、ここで収束光が光束位置制御部１１８に向かって送信される。光束位置制御部１１８は開口１２０を用いて反射光束１４５を空間的にフィルタし、反射光束１４５が少なくとも部分的に開口１２０とそろう場合、空間的にフィルタされた収束測定信号光５１７を送信してよい。
【００４６】
本実施形態において、空間的にフィルタされた収束測定信号光５１７はビームスプリッタ１１６から反射され、光検出器構造５３０の光検出器５３６で焦点または焦点近傍に収束する。照明・検出部５１０は、その他の点では図１の照明・検出部１１０に関して上述したところと同様に動作してよい。当然ながら、図５の実施形態において、光束アライメント検出構造は光束位置制御部１１８および光検出器構造５３０を有する。
【００４７】
図６は本発明の第６実施形態を示す。
図６において、照明・検出部６１０は、前記第１実施形態の表面傾斜センサ１００における照明・検出部１１０の代わりに用いられる。
照射光束１１５および反射光束１４５は、図１を参照して既に述べられたものと機能的に同等であってよい。照明・検出部６１０の一般的な動作原理は照明・検出部１１０−５１０に関して上述したところと類似する。よって、照明・検出部６１０のいくつかの違いおよび特徴のみを以下に述べる。
【００４８】
光源１１２は発散した照明ビーム１１３を出射し、これが収束レンズ６１２を通して供給され、ビームスプリッタ１１６により光束位置制御部６１８へ反射される。本実施形態において、光束位置制御部６１８は開口６１８Ａおよび光束方向制御手段６１８Ｂ（制御可能二軸検流計ミラーまたは可変ミラーなどの適応光学素子など）を有する。開口６１８Ａはビームスプリッタ１１６から収束照明ビームを受光し、中間光束１１５’のサイズを制御してよい。本実施形態では、開口６１８Ａは固定開口を有してよい。あるいは、開口６１８ＡはＳＬＭの使用に関して上述したところと同様の特徴および利点を少なくともいくつか提供できるＳＬＭを有してよく、例えば開口サイズ制御あるいはアポダイゼーションが与えられてよい。
【００４９】
光束方向制御手段６１８Ｂは、照射光束位置（ｘ''，ｙ''）で視準された照射光束１１５としてコリメータレンズから現れるように選択された方向へ中間光束１１５’を偏向させるように制御される。従って、当然ながら光束方向制御手段６１８Ｂの“ｘ−ｙ”制御信号要素は図１に関して述べた（ｘ'，ｙ'）開口位置座標と同様であり、対応するワーク表面傾斜方向にマッピングされてよく、その他の点では同じように用いられてよい。
【００５０】
通常、反射光束１４５はコリメータレンズ６１４に戻り、ここで収束光が送信され、光束方向制御手段６１８Ｂにほぼ焦点が合うようにされる。光束方向制御手段６１８Ｂは特定の照射光束１１５に関する測定の間は動かず、収束反射光束１４５を偏向し、開口６１８Ａにより空間的にフィルタされた発散反射光束にする。光束方向制御手段６１８Ｂからの発散反射光束が少なくとも部分的に開口６１８Ａとそろう場合、開口６１８Ａは空間的にフィルタされた発散測定信号光６１７を供給する。空間的にフィルタされた発散測定信号光６１７は光検出器構造６３０の光検出器６３６により受光される。
照明・検出部６１０は、その他の点では図１の照明・検出部１１０に関して上述したところと同様に動作してよい。本実施形態の光束アライメント検出構造は光束位置制御部６１８および光検出器構造６３０を有する。
【００５１】
図７は、本発明に基づいて照射される光束がワーク表面の法線方向に沿うことを特定するルーチン７００の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す一連の処理は、前述した各実施形態にそれぞれ適用可能である。
【００５２】
先ず、ルーチン７００が開始すると、ブロック７０５では、照明ビームが光源からビームスプリッタ構造、光束位置制御部、およびコリメータレンズの構造を通じて出射され、照射光束位置に視準された照射光束が供給される。
ブロック７１０で、視準された照射光束が対物レンズの一部に入射される。
ブロック７１５で、照射光束は対物レンズから照射され、入射方向に沿ってワーク表面に焦点が合わせられる。
ブロック７２０で、ワーク表面からの反射光束は対物レンズに入射され、対物レンズから光束アライメント検出構造へ出射される。
ブロック７２５で、光束アライメント検出構造により、照射光束と反射光束とのアライメントの程度を決定する測定信号が供給される。
ブロック７３０で、最も高いレベルのアライメントを示す測定信号が選択され、この測定信号に対応する光束がワーク表面の法線方向に沿った光束として特定され、一連の動作が終了する。
【００５３】
なお、ブロック７２５の動作で測定信号を出力する光束アライメント検出構造、およびブロック７３０の操作で最高レベルのアライメントを示す測定信号は、照明・検出部１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０の操作により取得すればよい。あるいは、本発明の原理に従った他の任意の実施形態をとってもよい。
本発明において、表面傾斜測定の範囲は対物レンズの開口数（ＮＡ）に対応して限定される（ＮＡ＝０．７に関し＋／−４４度など）。実際的で経済的な構成要素とするためには、開口１２０あるいは照射光束１１５に約１００ミクロンの大きさを与え、１０００分の１またはそれ以上のｘ''およびｙ''照射光束位置軸の範囲に沿った位置調整機能を与えるのが妥当である。よって、ＮＡに対応する角度測定範囲の約０．００１倍の表面傾斜角測定分解能（ＮＡ＝０．７に関し約０．０４４度、またはそれ以上など）が与えられてよい。より一般的に、本発明による表面傾斜センサは、他の構造特性と組み合わせて、対物レンズのＮＡによって少なくとも０．１度、０．０５度、０．０１度、およびそれ以上の表面傾斜角測定分解能を提供できる。
【００５４】
さらに、各実施形態において、光路に沿ったビームスプリッタ、光束位置制御部、およびコリメータレンズの順序は任意に構成されてよい。
その他、本発明の好ましい実施形態について以上のように説明してきたが、個々の構成および手順において上述の例示に種々の変形が可能であることは、このような変形物を用いて実行されてよい他のタイプの表面検査および測定と同様、当業者であれば容易に理解しうるところである。従って、各種変更が発明の思想および目的から逸脱することなく為しうることは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、表面傾斜センサおよび検出方法として利用でき、機械視覚検査システムの一部として用いられる光学的の表面傾斜センサに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態の表面傾斜センサを示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態の表面傾斜センサを示す概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態の表面傾斜センサを示す概略図である。
【図４】本発明の第４実施形態の表面傾斜センサを示す概略図である。
【図５】本発明の第５実施形態の表面傾斜センサを示す概略図である。
【図６】本発明の第６実施形態の表面傾斜センサを示す概略図である。
【図７】本発明の各実施形態における光束の特定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１００…表面傾斜センサ
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０…照明・検出部
１１２…光源
１１３，５１３…照明ビーム
１１３’…視準照明ビーム
１１４，５１４，６１４…コリメータレンズ
１１５…照射光束
１１５’…中間光束
１１６…ビームスプリッタ
１１７…測定信号光
１１８，３１８，６１８…光束位置制御部
１１９Ａ…光外側限界
１２０，３２０…開口
１３０，２３０，４３０，５３０…光検出器部
１３２…焦点レンズ
１３６，５３６，６３６…光検出器
１４５…反射光束
１５０…カメラ
１６０…ビームスプリッタ
１７０…対物レンズ
１８０…ワーク表面
２３６…次元光検出器アレイ
４３８…波長分析器
５１７…収束測定信号光
６１２…収束レンズ
６１７…発散測定信号光
６１８Ａ…開口
６１８Ｂ…光束方向制御手段
【図１】
2008256689.tif 000003
【図２】
2008256689.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008256689.tif 000008
【図７】
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