(57)【要約】  【課題】被検物の種類や欠陥形状が変化しても高感度で欠陥検出ができ、かつ、像歪みが極めて少ない画像を得ることができる欠陥検出装置を提供する。  【解決手段】光源１と、光源１から出射した光をケーラー照明法により被検面３位置に照射する照明光学系２と、照明光学系２光軸に対してシフトして配置され、被検面３位置で生じた照明光の散乱光を結像する撮像光学系４及び結像された散乱光の像を撮像する撮像素子５と、撮像光学系４及び撮像素子５を移動させる駆動機構６を有し、撮像光学系４が、物体側から順に、正・正の屈折力を持つ群と、その中間に配置された開口絞りＳとで構成され、最も物体側に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを有し、駆動機構６は、撮像光学系４と撮像素子とを、それぞれ別個に照明光学系の光軸に対して垂直に移動させるようになっている。【選択図】  図１
2005134158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源から出射した光をケーラー照明法により被検面位置に照射する照明光学系と、
該照明光学系の光軸に対してシフトして配置され、被検面位置で生じた照明光の散乱光を結像する撮像光学系及び結像された散乱光の像を撮像する撮像素子と、
該撮像光学系及び撮像素子を移動させる駆動機構を有し、
前記撮像光学系が、物体側から順に、正・正の屈折力を持つ群と、その中間に配置された開口絞りとで構成され、最も物体側に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを有し、
前記駆動機構は、前記撮像光学系と前記撮像素子とを、それぞれ別個に照明光学系の光軸に対して垂直に移動させることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
前記撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、前記撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｏ、前記照明光学系の軸外主光線と前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｉとしたとき、
θｉ＜θｏ＜６５°
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記撮像光学系の焦点距離をｆ、前記撮像素子の対角長をＬ、撮像倍率をβとしたとき、
０．５＜ｆ／Ｌ×β＜１０
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記撮像光学系の被検面側ＦＮＯをＦＮＯobとしたとき、
８＜ＦＮＯob＜２６
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が平滑な試料の欠陥ならびに異物を検出するための欠陥検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
映画フィルム、フォトマスクブランク、ガラス基板、ＣＣＤカラーフィルター、ＮＤフィルター、偏向板、波長板等は、平滑な表面を有している。
従来、このような表面が平滑な試料における欠陥ならびに異物を検出する手段として暗視野照明による斜撮影方式が知られている。
斜撮影方式は、被検物表面の欠陥部分で生じる散乱光を検出することで、被検物の欠陥部を強調した像を得るという方式である。斜撮影方式を利用した装置は、例えば、例えば次の特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２６６６９０号公報
【０００３】
特許文献１に記載の装置は、図２５に示すように、撮像レンズ５１、５３、及び撮像素子５２、５４を備えている。また、被検物５６を照明するために、光源５５が設けられている。撮像レンズ５１及び撮像素子５２は撮影用であり、光源５５の光軸上に設けられている。撮像レンズ５３及び撮像素子５４は欠陥検出用であり、光源５５の光軸に対して傾斜して配置されている。光源５５からの光で被検物５６を照明すると、被検物５６からは様々な方向に進む透過光が生じる。そこで、被検物５６の通常の撮影においては、図２５(a)に示すように、被検物５６を光軸方向に透過する光を、撮像レンズ５１及び撮像素子５２を介して撮像する。他方、被検物５６の欠陥を検出する場合には、図２５(b)に示すように、被検物５６表面の欠陥部分によって散乱されて透過する光を、撮像レンズ５３及び撮像素子５４を介して撮像するようになっている。
【０００４】
特許文献１に記載の欠陥検出装置によれば、被検物５６を透過した通常の光は、撮影レンズ５３に入射しない。すなわち、被検物５６表面の欠陥や異物から生じる散乱光のみが撮影レンズ５３に入射するので、欠陥部分の像を撮像素子５３で撮像することができる。撮像素子５３で撮像された欠陥部分の像は、図示省略した画像処理手段等により、欠陥部を強調した像とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、被検物から発生する散乱光を撮影レンズ及び撮像素子を介して最大強度で検出できる撮影レンズ及び撮像素子の角度は、被検物の種類や欠陥部の形状によって異なる。そのため、高いＳ／Ｎで散乱光を撮像するには、散乱光の強度を最大に検出できる角度となるように撮影レンズ及び撮像素子の位置を調整する必要がある。
しかしながら、特許文献１の撮影レンズ５３及び撮像素子５４は、被検物の種類や欠陥形状の変化に合わせた角度となるように位置を変化させることができない。このため、被検物の種類や欠陥形状が変わると欠陥検出感度が悪くなってしまい撮影性能が悪くなるという問題があった。
【０００６】
また、欠陥検出用の撮影レンズ５３及び撮像素子５４を、光源５５の光軸に対して傾斜して配置したのでは（図２６(a)参照）、被検物５６との距離が撮像レンズ５３及び撮像素子５４の部位によって異なる。すなわち、撮像領域によって撮像倍率が異なるため、例えば、図２６(b)に示すように、撮像すべき像が歪んでしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被検物の種類や欠陥形状が変化しても高感度で欠陥検出ができ、かつ、像歪みが極めて少ない画像を得ることができる欠陥検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明による欠陥検出装置は、光源と、該光源から出射した光をケーラー照明法により被検面位置に照射する照明光学系と、該照明光学系の光軸に対してシフトして配置され、被検面位置で生じた照明光の散乱光を結像する撮像光学系及び結像された散乱光の像を撮像する撮像素子と、該撮像光学系及び撮像素子を移動させる駆動機構を有し、前記撮像光学系が、物体側から順に、正・正の屈折力を持つ群と、その中間に配置された開口絞りとで構成され、最も物体側に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを有し、前記駆動機構は、前記撮像光学系と前記撮像素子とを、それぞれ別個に照明光学系の光軸に対して垂直に移動させることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明においては、前記撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、前記撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｏ、前記照明光学系の軸外主光線と前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｉとしたとき、
θｉ＜θｏ＜６５°
を満たすのが好ましい。
【００１０】
また、本発明においては、前記撮像光学系の焦点距離をｆ、前記撮像素子の対角長をＬ、撮像倍率をβとしたとき、
０．５＜ｆ／Ｌ×β＜１０
を満たすのが好ましい。
【００１１】
また、本発明においては、撮像レンズの被検物側のＦＮＯをＦＮＯobとしたとき、
８＜ＦＮＯob＜２６
を満たすのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の欠陥検出装置は、撮像素子と撮像光学系を別々に動かすようにしたことによって、被検物の種類や欠陥形状にあわせて角度を変えることができる。
また、光学配置を絞りに対して対象にすることで、検出角の違う広い画角において像面湾曲を抑制できる。軸上から軸外にいたるそれぞれの画角の光束に対して最小偏角に近い構成をとるため軸上から軸外にかけて広い角度で収差の発生を防止することができる。そのため被検物の種類や欠陥形状が変化しても欠陥検出感度を高い感度に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる透過型の欠陥検出装置における撮像光学系及び撮像素子の配置を示す説明図、図２は図１の欠陥検出装置における被検物の傷形状と撮像光学系及び撮像素子による最適な検出角度との関係を示す説明図で、(a)は被検物の傷が深いときの被検物の断面図及び被検面で生じた散乱光を最適に検出できる角度を示すグラフ、(b)は被検物の傷が浅いときの被検物の断面図及び被検面で生じた散乱光を最適に検出できる角度を示すグラフである。
【００１４】
本実施形態にかかる欠陥検出装置は、光源１と、照明光学系２と、撮像光学系４と、撮像素子５と駆動機構６を有している。ここで、照明光学系２は、光源１から出射した光を、ケーラー照明法により被検面３位置に照射する。また、撮像光学系４は照明光学系２の光軸に対してシフトして配置され、被検面３位置で生じた照明光の散乱光を結像する。撮像素子５は、撮像光学系４及び結像された散乱光の像を撮像する。駆動機構６は、撮像光学系４及び撮像素子５を駆動する。
駆動機構６は、モーター６１ａ，６１ｂとコントローラー６２とを有している。そして、モーター６１ａを駆動することによって、撮像光学系４を照明光学系２の光軸に対して垂直に移動させることができる。また、モーター６１ｂを駆動することによって、撮像素子５を照明光学系２の光軸に対して垂直に移動させることができる。コントローラー６２は、モーター６１ａ，６１ｂの駆動量を別個に制御することができるように構成されている。
【００１５】
本実施形態の欠陥検出装置では、撮像光学系４と撮像素子５とが別々に動くように構成されている。そこで、撮像光学系４及び撮像素子５を、照明光学系２の光軸に対してシフトした状態にすることができる。このようにすれば、被検物３の種類や欠陥形状にあわせて、散乱光に対し最適な検出角度となる位置に調整することができる（図１(a)，(b)参照）。そのため、被検物の種類や欠陥形状が変化しても、高い感度で欠陥検出ができる。しかも、撮像光学系のレンズ面や撮像素子面は、照明光学系の光軸に対してシフトした状態を保つため、撮像画像の歪みを極力抑えることができる。
なお、図１の実施形態の欠陥検出装置では、欠陥検出用の撮像素子５で撮像された像は映像処理部７を介して、デジタル化されるとともに欠陥部分の強調や或いは欠陥部分の補正等の画像処理が施され、モニター８に表示されるようになっている。
【００１６】
また、本発明の欠陥検出装置では、撮像光学系は、物体側から順に、正・正の屈折力を持つ群と、その中間に配置された開口絞りとで構成されている。
このように、屈折力が絞りに対して対称となるように光学配置すれば、検出角の違う広い画角において像面湾曲を抑制できる。このため、被検物の種類や欠陥形状が変化しても高い感度で欠陥検出感度ができる。
【００１７】
また、本発明の欠陥検出装置では、撮像光学系における最も物体側のレンズを、負の屈折力を持つ物体側に凸面を向けたメニスカスレンズで構成している。
このように構成すれば、軸上から軸外にいたるそれぞれの画角の光束に対して最小偏角に近い構成をとることになり、軸上から軸外にかけて広い角度で収差の発生を防止することができる。このため、被検物の種類や欠陥形状が変化しても高い感度で欠陥を検出することができる。
【００１８】
また、本発明の欠陥検出装置では、図３に示すように、前記撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、前記撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｏ、前記照明光学系の軸外主光線と前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｉとしたとき、次の条件式(1)
θｉ＜θｏ＜６５°                    …(1)
を満足するように構成されている。このようにすれば、欠陥部で生じた散乱光の強度が強い状態で、同時に明視野光を受光しないで撮像素子で撮像できるため、欠陥検出感度が高くなる。なお、ここでの軸外主光線は、最も光軸から離れた位置を通過する軸外主光線である。
条件式(1)の上限値を上回る又は条件式(2)の下限値を下回ると、散乱光の強度が弱くなるため、欠陥検出感度が低くなってしまう。
一方、条件式(1)の下限値を下回る又は条件式(2)の上限値を上回ると、明視野光も受光してしまうため、欠陥検出感度が低くなってしまう。
【００１９】
なお、好ましくは、次の条件式(1') を満たすようにするのがよい。
θｉ＋５°＜θｏ＜５０°                    …(1')
【００２０】
図４(a)は欠陥検出装置における撮像光学系４の焦点距離が小さすぎる状態、図４(b)は欠陥検出装置における撮像光学系４の焦点距離が大きすぎる状態を示す説明図である。
図４(a)のように撮像光学系４の焦点距離が小さすぎると、被検物３の撮像部位により、撮像光学系に入射する散乱光の角度の差が大きくなり、つまりは、検出角度の差が大きくなってしまう。一方、図４(b)のよに、撮影光学系４焦点距離が大きすぎると、装置全体が大型化してしまい、周囲の光学部材と機械的に干渉してしまう。
【００２１】
そこで、本発明の欠陥検出装置においては、前記撮像光学系の焦点距離をｆ、撮像素子の対角長をＬ、撮像倍率をβとしたとき、次の条件式(2)
０．５＜ｆ／Ｌ×β＜１０                                …(2)
を満たすように構成する。このようにすれば、装置が大型化することがないため、周囲とメカ的に干渉してしまうことがない。また、被検物の撮像部位による検出角度の差が大きくならず、検出精度にムラが生じることもない。
【００２２】
なお、好ましくは、次の条件式(2')
１．０＜ｆ／Ｌ×β＜５                                  …(2')
を満たすようにするのがよい。
【００２３】
また、本発明の欠陥検出装置は、前記撮像光学系の被検面側ＦＮＯをＦＮＯobとしたとき、次の条件式(3)
８＜ＦＮＯob＜２６                                    …(3)
を満たすように構成されている。
このようにすれば、被検物の深さ方向の位置合わせが容易となり、かつ、高い欠陥検出像の解像力が得られる。
条件式(3)の下限値を下回ると、前記撮像光学系の被検面側ＦＮＯが明るくなりすぎて、被写界深度が浅くなり、被検物の深さ方向の位置合わせが困難になる。
一方、条件式(3)の上限値を上回ると、前記撮像光学系の被検面側ＦＮＯが暗くなりすぎて、回折限界のスポット径（φ＝０．６１×λ×ＦＮＯ）が大きくなり、欠陥検出像の解像力が悪くなってしまう。
【００２４】
なお、好ましくは、次の条件式(3')
１２＜ＦＮＯob＜２０                                  …(3')
を満たすようにするのがよい。
【００２５】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図５〜図９は本発明の実施例１にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図である。ここで、図５はθｏが０度、図６はθｏが１２度、図７はθｏが２１度、図８はθｏが２７度、図９はθｏが３０度の状態を示している。このθｏは、所定の線と前記照明光学系の光軸とのなす角度である。所定の線とは、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線のことである。
なお、図５〜図９では説明の便宜上、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点を、照明光学系の光軸上に位置させている。また、図５はあくまでも説明の便宜上の配置にすぎず、実際は図６〜図９に示すように、撮像光学系及び撮像素子が照明光学系の光軸上からシフトしている。図１０は実施例１の撮像光学系の像面湾曲収差図である。
【００２７】
実施例１の撮像光学系４は、物体側より順に、正の屈折力をもつ前群Ｇ１と開口絞りＳと、正の屈折力をもつ後群Ｇ２とを有して構成されている。なお、図中、Ｉは撮像素子５の撮像面、Ｏは物体面（被検物３の表面）である。
前群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３とで構成されている。
後群Ｇ２は、物体側より順に、両凸レンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、両凸レンズＬ２５とで構成されている。
【００２８】
撮影光学系４及び撮像素子５は、図１に示した駆動機構６を介して、被検物３表面のキズや欠陥等に応じて、図６〜図９に示すような角度となるように、それぞれ別個の移動量で照明光学系の光軸に対して垂直に移動する。なお、被検物３としては厚さが約０，１ｍｍ〜０．２ｍｍのフィルムを用いている。また、フィルムの傷の深さは数μｍ〜数十μｍである。
【００２９】
次に、実施例１の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
なお、実施例１の数値データにおいて、ｒ1、ｒ2、…は各レンズ面の曲率半径、ｄ1、ｄ2、…は各レンズの肉厚または空気間隔、ｎe1、ｎe2、…は各レンズのｅ線での屈折率、νe1、νe2、…は各レンズのアッべ数、ＦＮＯは全系のＦナンバーを表している。これらの記号は以下の各実施例の数値データにおいて共通である。
【００３０】
数値データ１
ＦＮＯ：５．６
絞り径：７．７９２
倍率：０．３５
ｒ0＝∞（物体面）   ｄ0＝145.000
ｒ1＝229.3446       ｄ1＝4.000        ｎe1＝1.48915      νe1＝70.04
ｒ2＝25.3050        ｄ2＝17.686
ｒ3＝82.5841        ｄ3＝12.000       ｎe3＝1.80642      νe3＝34.72
ｒ4＝-307.3125      ｄ4＝3.183
ｒ5＝-41.6723       ｄ5＝12.000       ｎe5＝1.59143      νe5＝60.86
ｒ6＝-39.3393       ｄ6＝13.354
ｒ7＝∞（開口絞り） ｄ7＝1.000
ｒ8＝48.5416        ｄ8＝12.000       ｎe8＝1.62555      νe8＝57.89
ｒ9＝-72.3447       ｄ9＝1.000
ｒ10＝41.1505       ｄ10＝5.979       ｎe10＝1.51825      νe10＝63.93
ｒ11＝-37.3188      ｄ11＝12.000      ｎe11＝1.72310      νe11＝29.28
ｒ12＝26.0640       ｄ12＝19.894
ｒ13＝-19.2980      ｄ13＝5.000       ｎe13＝1.64419      νe13＝34.20
ｒ14＝-26.6950      ｄ14＝11.232
ｒ15＝109.7854      ｄ15＝14.206      ｎe15＝1.85504      νe15＝23.59
ｒ16＝-135.1275     ｄ16＝19.526
ｒ17＝∞（撮像面）  ｄ17＝0
【実施例２】
【００３１】
図１１〜図１５は本発明の実施例２にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図である。ここで、図１１はθｏが０度、図１２はθｏが１６度、図１３はθｏが２８度、図１４はθｏが３６度、図１５はθｏが４０度の状態を示している。なお、説明の便宜上、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点を、照明光学系の光軸上に位置させている。また、図１１はあくまでも説明の便宜上の配置にすぎず、実際は図１２〜図１５に示すように、撮像光学系及び撮像素子が照明光学系の光軸上からシフトしている。図１６は実施例２の撮像光学系の像面湾曲収差図である。
【００３２】
実施例２の撮像光学系４は、物体側より順に、正の屈折力をもつ前群Ｇ１と開口絞りＳと、正の屈折力をもつ後群Ｇ２とを有して構成されている。なお、図中、Ｉは撮像素子５の撮像面、Ｏは物体面（被検物３の表面）である。
前群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２’と、両凸レンズＬ１３’と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１４とで構成されている。
後群Ｇ２は、物体側より順に、両凸レンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、両凸レンズＬ２５とで構成されている。
【００３３】
撮影光学系４及び撮像素子５は、図１に示した駆動機構６を介して、被検物３表面のキズや欠陥等に応じて、図１２〜図１５に示すような角度となるように、それぞれ別個の移動量で照明光学系の光軸に対して垂直に移動する。なお、被検物３としては厚さが約０，１ｍｍ〜０．２ｍｍのフィルムを用いている。また、フィルムの傷の深さは数μｍ〜数十μｍである。
【００３４】
次に、実施例２の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ２
ＦＮＯ：５．６
絞り径：６．９６４
倍率：０．３
ｒ0＝∞（物体面）   ｄ0＝135.000
ｒ1＝56.4670        ｄ1＝2.000         ｎe1＝1.77621      νe1＝49.36
ｒ2＝23.5920        ｄ2＝13.599
ｒ3＝-60.9505       ｄ3＝12.000        ｎe3＝1.85504      νe3＝23.59
ｒ4＝-71.3262       ｄ4＝1.000
ｒ5＝267.5065       ｄ5＝12.000        ｎe5＝1.73740      νe5＝51.24
ｒ6＝-67.5051       ｄ6＝3.704
ｒ7＝-38.4550       ｄ7＝8.104         ｎe7＝1.48915      νe7＝70.04
ｒ8＝-35.0047       ｄ8＝11.468
ｒ9＝∞（開口絞り） ｄ9＝19.261
ｒ10＝127.7222      ｄ10＝12.000        ｎe10＝1.77621      νe10＝49.36
ｒ11＝-112.3404     ｄ11＝1.000
ｒ12＝41.1575       ｄ12＝10.440        ｎe12＝1.77621      νe12＝49.36
ｒ13＝-66.1241      ｄ13＝2.000         ｎe13＝1.76859      νe13＝26.30
ｒ14＝27.6405       ｄ14＝25.624
ｒ15＝-26.0812      ｄ15＝4.000         ｎe15＝1.76859      νe15＝26.30
ｒ16＝-36.9972      ｄ16＝2.089
ｒ17＝102.6720      ｄ17＝18.890        ｎe17＝1.85504      νe17＝23.59
ｒ18＝-154.0886     ｄ18＝19.526
ｒ19＝∞（撮像面）  ｄ19＝0
【実施例３】
【００３５】
図１７〜図２１は本発明の実施例３にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図である。ここで、図１７はθｏが０度、図１８はθｏが１６度、図１９はθｏが２８度、図２０はθｏが３６度、図２１はθｏが４０度のときの状態を示している。なお、説明の便宜上、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点を、照明光学系の光軸上に位置させている。また、図１７はあくまでも説明の便宜上の配置にすぎず、実際は図１８〜図２１に示すように、撮像光学系及び撮像素子が照明光学系の光軸上からシフトしている。図２２は実施例３の撮像光学系の像面湾曲収差図である。
【００３６】
実施例３の撮像光学系４は、物体側より順に、正の屈折力をもつ前群Ｇ１と開口絞りＳと、正の屈折力をもつ後群Ｇ２とを有して構成されている。なお、図中、Ｉは撮像面、Ｏは物体面である。
前群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２’と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３”と、両凸レンズＬ１４’とで構成されている。
後群Ｇ２は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１’と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２２’と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３’と、両凸レンズＬ２４’とで構成されている。
【００３７】
撮影光学系４及び撮像素子５は、図１に示した駆動機構６を介して、被検物３表面のキズや欠陥等に応じて、図１８〜図２１に示すような角度となるように、それぞれ別個の移動量で照明光学系の光軸に対して垂直に移動する。なお、被検物３としては厚さが約０，１ｍｍ〜０．２ｍｍのフィルムを用いている。また、フィルムの傷の深さは数μｍ〜数十μｍである。
【００３８】
次に、実施例３の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ３
ＦＮＯ：５．６
絞り径：７．０４４
倍率：０．３
ｒ0＝∞（物体面）   ｄ0＝135.000
ｒ1＝83.0758        ｄ1＝2.000          ｎe1＝1.69401       νe1＝54.59
ｒ2＝24.5810        ｄ2＝15.897
ｒ3＝-39.9828       ｄ3＝12.000         ｎe3＝1.77621       νe3＝49.36
ｒ4＝-41.0345       ｄ4＝17.240
ｒ5＝32.6640        ｄ5＝12.000         ｎe5＝1.85504       νe5＝23.59
ｒ6＝22.2213        ｄ6＝2.137
ｒ7＝33.6320        ｄ7＝12.000         ｎe7＝1.69979       νe7＝55.31
ｒ8＝-37.3498       ｄ8＝1.000
ｒ9＝∞（開口絞り） ｄ9＝1.911
ｒ10＝-29.7379      ｄ10＝12.000         ｎe10＝1.68082      νe10＝55.08
ｒ11＝-34.7275      ｄ11＝1.000
ｒ12＝76.7208       ｄ12＝10.093         ｎe12＝1.85504      νe12＝23.59
ｒ13＝29.0067       ｄ13＝1.043
ｒ14＝31.0925       ｄ14＝12.000         ｎe14＝1.48915      νe14＝70.04
ｒ15＝35.4816       ｄ15＝33.062
ｒ16＝96.9201       ｄ16＝19.616         ｎe16＝1.77621      νe16＝49.36
ｒ17＝-153.7076     ｄ17＝19.526
ｒ18＝∞（撮像面）  ｄ18＝0
次に、各実施例における条件式パラメータの値を表１に示す。
表１
2005134158.tif 000003
さて、以上の実施例で説明した本発明の欠陥検出装置は、映画フィルムスキャナー（テレシネ装置）などの光学装置に用いることが出来る。以下に、その実施形態を例示する。
テレシネ装置とは、映画フイルムをデジタライズする装置である。このテレシネ装置は、例えば、図２４に示すように、照明光学系でフィルムを照明し、撮像光学系を経由し、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮像しデジタル化する構成になっている。
ところで、上記のようなテレシネ装置は、映画フイルム表面にあるスクラッチ等微細な欠陥や、フィルムに付着した塵、挨、汚れ、指紋という異物も画像化してしまう。テレシネ装置では、これらの異物やキズの影響を取り除く事が必要である。
【００３９】
図２３は本発明の欠陥検出装置を搭載したテレシネ装置の一例を示す概略構成図である。
本例のテレシネ装置は、光源１、撮像光学系９及び撮像素子１０を有する。また、被検物３である映写フィルムをケーラー照明するために、照明光学系２が設けられている。よって、光源１は、照明光学系２の照明用光源である。また、撮像光学系９と撮像素子１０は、被検面３に対し垂直な光軸上に配置されている。更に、図１に示した本発明の欠陥検出装置の基本構成を備えている。そして、撮像光学系４の中心軸と撮像素子５の面の法線は、被検面３に対し垂直な光軸上略平行（あるいは略平行）となるように配置されている。撮像素子５，１０には、それぞれ映像処理部７，１１が接続されている。映像処理部７，１１には、欠陥補正部１２が接続されている。欠陥補正部１２には、映像記録部１３が接続されている。
撮像光学系４及び撮像素子５はそれぞれ照明光学系２の光軸に対して垂直に別個の移動量でもって移動する。
【００４０】
このように構成されたテレシネ装置では、光源１で映写フィルム等の被検物３を照明する。被検物３を透過した光は、撮像光学系９を経て撮像素子１０に入射する。撮像素子１０には被検物３の像が形成され、この像が撮像される。撮像された像は、映像処理部１１を介してデジタル化され、欠陥補正部１２へと送られる。このとき、被検物３に欠陥（異物やキズなど）がある場合には、デジタル化された画像データに、その欠陥がそのまま存在することになる。そこで、欠陥の種類や大きさに応じて、撮像光学系４の位置を変える。ここでは、コントローラー６２を介して、それぞれ所定量光軸に対して垂直に、撮像光学系４移動させる。そして、この状態で、被検物３の欠陥部分で散乱した光を撮像素子５で撮像し、映像処理部７でデジタル化する。この映像処理部７でデジタル化した欠陥部の画像データは、欠陥補正部１２へと送られる。欠陥補正部１２は、映像処理部１１でデジタル化された画像データに対し、映像処理部７でデジタル化された欠陥部に相当する位置の画像データを補正する。欠陥補正部１２で補正された画像は、映像記録部１３に記録される。
従って、本例のテレシネ装置によれば、欠陥検出装置を介して、テレシネ装置で得られた画像データの欠陥部を特定して、欠陥部を補正する画像処理を行うことにより、フィルムの異物やキズの影響を取り除くことができる。
その場合、撮像光学系９と撮像素子１０を別々に動かすようにしたことによって、フィルムの種類や欠陥形状にあわせて角度を変えることができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の欠陥検出装置は、特許請求に記載された発明の他に以下に示す特徴を備えている。
【００４２】
（１）前記撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、前記撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｏ、前記照明光学系の軸外主光線と前記照明光学系の光軸とのなす角度をθｉとしたとき、
θｉ＜θｏ＜６５°
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
【００４３】
（２）前記撮像光学系の焦点距離をｆ、前記撮像素子の対角長をＬ、撮像倍率をβとしたとき、
１．０＜ｆ／Ｌ×β＜５
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。
【００４４】
（３）前記撮像レンズの被検面側のＦＮＯをＦＮＯobとしたとき、
１２＜ＦＮＯob＜２０
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の欠陥検出装置。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる透過型の欠陥検出装置における撮像光学系及び撮像素子の配置を示す説明図である。
【図２】図１の欠陥検出装置における被検物の傷形状と撮像光学系及び撮像素子による最適な検出角度との関係を示す説明図で、(a)は被検物の傷が深いときの被検物の断面図及び被検面で生じた散乱光を最適に検出できる角度を示すグラフ、(b)は被検物の傷が浅いときの被検物の断面図及び被検面で生じた散乱光を最適に検出できる角度を示すグラフである。
【図３】本発明の欠陥検出装置における撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、前記撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度との関係を説明するための説明図である。
【図４】(a)は欠陥検出装置における撮像光学系４の焦点距離が小さすぎる状態、(b)は欠陥検出装置における撮像光学系４の焦点距離が大きすぎる状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが０度の状態を示している。
【図６】本発明の実施例１にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが１２度の状態を示している。
【図７】本発明の実施例１にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが２１度の状態を示している。
【図８】本発明の実施例１にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが２７度の状態を示している。
【図９】本発明の実施例１にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが２９度の状態を示している。
【図１０】実施例１の撮像光学系の像面湾曲収差図である。
【図１１】本発明の実施例２にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが０度の状態を示している。
【図１２】本発明の実施例２にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが１６度の状態を示している。
【図１３】本発明の実施例２にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが２８度の状態を示している。
【図１４】本発明の実施例２にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが３６度の状態を示している。
【図１５】本発明の実施例２にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが４０度の状態を示している。
【図１６】実施例２の撮像光学系の像面湾曲収差図である。
【図１７】本発明の実施例３にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが０度の状態を示している。
【図１８】本発明の実施例３にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが１６度の状態を示している。
【図１９】本発明の実施例３にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが２８度の状態を示している。
【図２０】本発明の実施例３にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが３６度の状態を示している。
【図２１】本発明の実施例３にかかる欠陥検出装置に用いる撮像光学系及び撮像素子の構成及び位置関係を示す光軸に沿う断面図であり、撮像素子の中心点と共役位置にある被検面上の点と、撮像光学系の中心点とを結ぶ線と、前記照明光学系の光軸とのなす角度θｏが４０度の状態を示している。
【図２２】実施例３の撮像光学系の像面湾曲収差図である。
【図２３】本発明の欠陥検出装置を搭載したテレシネ装置の一例を示す概略構成図である。
【図２４】テレシネ装置の概念図である。
【図２５】従来の欠陥検出装置の一例を示す概略構成図であり、(a)は通常撮影状態、(b)は欠陥部撮影状態を示している。
【図２６】(a)は従来の欠陥検出装置における撮像光学系の配置を示す説明図、(b)はこの撮像光学系で撮影したときの画像の歪みを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１            光源
２            照明光学系
３            被検面
４            撮像光学系
５            撮像素子
６            駆動機構
６１ａ，６１ｂ          モーター
６２          コントローラー
７            映像処理部
８            モニター
５１          （通常撮影用）撮像レンズ
５２          （通常撮影用）撮像素子
５３          （欠陥部検出用）撮影レンズ
５４          （欠陥部検出用）撮像素子
５５          光源
５６          被検物（試料）
Ｇ１          前群
Ｇ２          後群
Ｌ１１        物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ１２        両凸レンズ
Ｌ１２’      物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ１３        物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１３’      両凸レンズ
Ｌ１３”      物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ１３’”     物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１４        物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１４’      両凸レンズ
Ｌ１４”      両凹レンズ
Ｌ２１        両凸レンズ
Ｌ２１’      物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２１”      物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２２        両凸レンズ
Ｌ２２’      物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２２”      物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２３        両凹レンズ
Ｌ２３’      物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２３”      物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２３’”     物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２４        物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２４’      両凸レンズ
Ｌ２４”      物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２４’”    物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２５        両凸レンズ
Ｉ            撮像面
Ｏ            物体面
Ｓ            開口絞り
【図１】
2005134158.tif 000004
【図２】
2005134158.tif 000005
【図３】
2005134158.tif 000006
【図４】
2005134158.tif 000007
【図５】
2005134158.tif 000008
【図６】
2005134158.tif 000009
【図７】
2005134158.tif 000010
【図８】
2005134158.tif 000011
【図９】
2005134158.tif 000012
【図１０】
2005134158.tif 000013
【図１１】
2005134158.tif 000014
【図１２】
2005134158.tif 000015
【図１３】
2005134158.tif 000016
【図１４】
2005134158.tif 000017
【図１５】
2005134158.tif 000018
【図１６】
2005134158.tif 000019
【図１７】
2005134158.tif 000020
【図１８】
2005134158.tif 000021
【図１９】
2005134158.tif 000022
【図２０】
2005134158.tif 000023
【図２１】
2005134158.tif 000024
【図２２】
2005134158.tif 000025
【図２３】
2005134158.tif 000026
【図２４】
2005134158.tif 000027
【図２５】
2005134158.tif 000028
【図２６】
2005134158.tif 000029