(57)【要約】【課題】被測定物の状態によらず、高い検出感度を得るための調整が容易であり、検出感度の劣化要因となる照明光の発生を防ぐことが可能な照明装置、および光学装置を提供すること。【解決手段】一定の領域１を照明するように構成され、光源として複数のＬＥＤを有し、その複数のＬＥＤと一定の領域１との間に、互いに異なる偏光方向１５、２５、３５をそれぞれ有する複数の偏光子１２、２２、３２を有し、複数のＬＥＤは、それぞれ数個〜十数個のＬＥＤからなる複数のＬＥＤ群１０、２０、３０に分割して駆動することができるように構成され、各ＬＥＤ群の出射光はそれぞれ１つの偏光子のみを通過するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の領域を照明するように構成された照明装置であって、光源としての複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤと前記一定の領域の間に配置された少なくとも２種類の異なる偏光方向を有する複数の偏光子を含み、前記複数のＬＥＤは、複数のＬＥＤ群に分割して駆動することができるように構成され、前記複数のＬＥＤ群の出射光がそれぞれ前記複数の偏光子の中の一つの偏光子のみを通過するように構成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数のＬＥＤと前記複数の偏光子は、１つの筐体に一体として保持されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記筐体はリング形状を有し、前記一定の領域は、前記リング形状の中心軸の近傍にあることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記一定の領域に前記複数のＬＥＤからの出射光を集光させるための光学系を有し、前記複数のＬＥＤは前記光軸に対し略同心円状に配置され、前記リング形状の周方向に分割されて前記複数のＬＥＤ群を構成し、前記複数の偏光子は前記複数のＬＥＤ群のそれぞれの出射側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置と、前記一定の領域から散乱または反射された光が入射されるように構成された光検出器と、前記光検出器の入射側に配置された前記ＬＥＤ群の駆動と同期して開閉するシャッターとを有することを特徴とする光学装置。
【請求項６】
前記光検出器の入射側に偏光子が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置と、前記一定の領域の画像を撮像するカメラと、前記カメラの入射側に配置された前記ＬＥＤ群の駆動と同期して開閉するシャッターとを有することを特徴とする光学装置。
【請求項８】
前記カメラの入射側に偏光子が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学顕微鏡や光学測定器、画像検出装置等の光学装置に使用される照明装置に関し、特に、光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した照明装置およびその照明装置を使用した光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物や被測定部位を拡大して観測、測定などを行う光学顕微鏡、光学系を用いて被測定物の形状や寸法、欠陥等を検査、測定する光学測定機、カメラによる画像観測装置等の光学装置では、被測定物の画像などを鮮明に得る上で、被測定物に対する照明装置がきわめて重要である。
【０００３】
従来の照明装置としては、被測定物に対して観測方向または散乱光等の検出方向と同じ方向から照明光を被測定物に照射する方式や、観測方向、検出方向に対して斜めの方向から照明光を被測定物に照射する方式がある。後者の場合、被測定物の真上に配置された観測装置に対して、その周囲から照明光を照射するためのリング照明装置がよく用いられており、特許文献１、特許文献２、特許文献３にその具体例が示されている。このようなリング照明装置は、例えば、エッジ部や凸部、凹部を多く有する被測定物の測定において、そのエッジ部などの影を鮮明に検出したい場合に特に有効である。
【０００４】
近年、照明装置の光源として、従来からのハロゲンランプ等のランプ光源を使用した場合の形状、消費電力、発熱などの問題を解決する手段として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、小型形状、低消費電力、高速応答性、長寿命等の特長から注目され、様々な分野で利用され始めている。特許文献１、２および３のリング照明装置においても、ＬＥＤが使用されている。
【０００５】
例えば、特許文献１のリング照明装置においては、複数のＬＥＤが同心円状に配列され、個々のＬＥＤを、その発光方向が被測定物に向かうように方向を決めて取り付けるか、または、個々のＬＥＤの発光方向を光軸と平行に向け、発光方向の前方にフレネルレンズを配置し、被測定物に集光する方法が示されている。さらに、複数のＬＥＤは、各同心円の列と、円周方向の扇形の領域にグループ化することにより、複数のＬＥＤをグループごとに点灯または消灯制御できるので、被測定物に対する配光を適切に調節することができるとしている。
【０００６】
また、特許文献２では、個々のＬＥＤの前方に集光レンズを有するレンズアレイを配置して、照明効率を向上させている。
【０００７】
一方、光学顕微鏡や光学測定機、画像観測装置等の光学装置では、目的とする被測定物の検知感度をいかに高くするかが重要である。このため、上記のように、照明装置の照明角度や配光方法を選択するだけでは不十分である場合には、被測定物からの散乱光や反射光の偏光による違いを利用した検出が行われる。例えば、特許文献３においては、照明装置の出射側と、被測定物であるシリコンウェハからの散乱光や反射光が入射する受光装置の入射側に偏光素子を備え、照明装置の光源から発生する特定方向の偏光を遮断してシリコンウェハに照射し、反射光と散乱光の偏光特性の違いを利用して外観検査における検出感度を改善する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−５４９４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１５６７８号公報
【特許文献３】特開２０１０−６０４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献３のように、照明装置に偏光素子を設置した場合、検出感度は被測定物の光入射面と照明光の入射角度に依存することとなる。例えば、一様な被測定面に対してブリュースター角でｐ偏光の照明光が入射した場合は、反射光は発生しない。入射面にキズや突起がある場合には、ｐ偏光の照明光に対しても反射光が発生するので、ｐ偏光の照明光が入射する場合に、一般的には最も検出感度が高くなる。そこで、被測定物の光入射面が一定でない場合、高い検出感度を得るためには、光入射面に合わせて照明光の偏光成分と照射方向を調整する必要が生ずる。被測定物の種類や被測定物の設置角度が一定でない場合、このような調整は測定工数を大幅に増大させることとなる。
【００１０】
また、リング照明装置の場合は、そのリングの中心軸付近の照射領域に周囲の方向から斜めに光が照射されるが、その斜めの角度がブリュースター角に設定されたとしても、出射光全体を１つの偏光方向に設定したときは、その設定された偏光方向に対して、特定の方向からの照射光のみがｐ偏光として反射光強度が最小となるブリュースター角の条件を満たすこととなる。すなわち、この場合、他の方向からの照射光は反射光強度を増加させるのでバイアス的な光強度を与えることとなり、逆に感度を劣化させるように作用してしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、被測定物の状態によらず、高い検出感度を得るための調整が容易であり、検出感度の劣化要因となる照明光の発生を防ぐことが可能な照明装置、およびその照明装置を用いた光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、一定の領域を照明するように構成された照明装置であって、光源として複数のＬＥＤを有し、前記複数のＬＥＤと前記一定の領域の間に、少なくとも２種類の異なる偏光方向を有する複数の偏光子を有し、前記複数のＬＥＤは、複数のＬＥＤ群に分割して駆動することができるように構成され、前記複数のＬＥＤ群の出射光がそれぞれ前記複数の偏光子の中の一つの偏光子のみを通過するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記複数のＬＥＤと前記複数の偏光子は、１つの筐体に一体として保持されていることが望ましく、この場合、前記筐体はリング形状を有し、前記一定の領域は、前記リング形状の中心軸の近傍が望ましい。
【００１４】
また、照明装置は、前記複数のＬＥＤは前記中心軸に対し略同心円状に配置され、前記一定の領域に前記複数のＬＥＤからの出射光を集光させるための光学系を有し、前記複数のＬＥＤは前記リング形状の周方向に分割されて前記複数のＬＥＤ群を構成し、前記複数の偏光子は前記ＬＥＤ群のそれぞれの出射側に配置されていてもよい。
【００１５】
本発明による光学装置は、上記の本発明による照明装置と、前記一定の領域から散乱または反射された光が入射されるように構成された光検出器と、前記光検出器の入射側に配置された前記ＬＥＤ群の駆動と同期して開閉するシャッターとを有することを特徴とする。この場合、前記光検出器の入射側に偏光子が配置されていてもよい。
【００１６】
本発明による他の光学装置は、上記の本発明による照明装置と、前記一定の領域の画像を撮像するカメラと、前記カメラの入射側に配置された前記ＬＥＤ群の駆動と同期して開閉するシャッターとを有することを特徴とする。この場合、前記カメラの入射側に偏光子が配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の照明装置においては、複数のＬＥＤが複数のＬＥＤ群に分割されて駆動され、各ＬＥＤ群からの出射光はそれぞれ異なる偏光子を通過して同じ照射領域に配置された被測定物に照射される。そこで、駆動するＬＥＤ群を選択することにより被測定物に照射される光の偏光状態および照射方向を選択することができる。これにより、照射方向と偏光状態の調整は、予め様々な出射方向、偏光状態を有するように配置された複数のＬＥＤ群の中から駆動するＬＥＤ群を選択することにより行うことができ、被測定物の状態によらず、高い検出感度を得るための調整を容易に行うことができる。また、選択されたＬＥＤ群以外の他のＬＥＤを駆動しないことにより、検出感度の劣化要因となる照明光の発生を防ぐことが可能となる。
【００１８】
また、本発明の照明装置を使用した光学装置において、被測定物から散乱または反射された光が入射するように構成された光検出器またはカメラの入射側にＬＥＤ群の駆動と同期して開閉するシャッターとを設けて、高い検出感度が得られるＬＥＤ群からの照明光が入射される時間だけそのシャッターが開くように設定することにより、高い検出感度が得られる。この場合、光検出器やカメラの入射側に偏光子を配置することにより、さらに感度が改善される。
【００１９】
以上のように、本発明により、被測定物の状態によらず、高い検出感度を得るための調整が容易であり、検出感度の劣化要因となる照明光の発生を防ぐことが可能な照明装置、およびその照明装置を用いた光学装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の照明装置の第１の実施の形態の模式的な構成図である。
【図２】本発明の照明装置の第２の実施の形態の模式的な側面の断面図である。
【図３】本発明の照明装置の第２の実施の形態の模式的な底面図である。
【図４】本発明の光学装置の実施形態の模式的な側面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明による照明装置および光学装置の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明による照明装置の第１の実施の形態の模式的な構成図である。図１において、本実施の形態の照明装置は、一定の領域１を照明するように構成された照明装置であって、光源として複数のＬＥＤを有し、その複数のＬＥＤと一定の領域１との間に、互いに異なる偏光方向１５、２５、３５をそれぞれ有する３つの偏光子１２、２２、３２を有し、複数のＬＥＤは、それぞれ数個〜十数個のＬＥＤからなる３つのＬＥＤ群１０、２０、３０に分割して駆動することができるように構成され、ＬＥＤ群１０の出射光１４は偏光子１２のみを、ＬＥＤ群２０の出射光２４は偏光子２２のみを、ＬＥＤ群３０の出射光３４は偏光子３２のみを、それぞれ通過するように構成されている。
【００２３】
ここで、ＬＥＤ群１０、２０、３０のそれぞれの駆動回路１１、２１、３１は、スイッチ７の出力ポートに接続され、電源８の出力がスイッチ７の入力ポートに接続されている。スイッチ７の切り替えにより、駆動回路１１、２１、３１のいずれか１つに電源が供給され、ＬＥＤ群１０、２０、３０のいずれか１つが駆動され、発光する。なお、各ＬＥＤは出射側にレンズを有しており、発光の広がりを抑えている。また、各ＬＥＤ群と各偏光子との間、または各偏光子の出射側に集束用のレンズアレイまたはフレネルレンズなどを備えてもよい。ここで、偏光子１２、２２、３２としては、偏光フィルム、偏光ガラスなどのフィルム状または板状の偏光子を用いることができる。
【００２４】
また、図１では、ＬＥＤ群１０、駆動回路１１、偏光子１２が筐体１３に、ＬＥＤ群２０、駆動回路２１、偏光子２２が筐体２３に、ＬＥＤ群３０、駆動回路３１、偏光子３２が筐体３３に、それぞれ一体として保持されているが、これらの３つの筐体１３、２３、３３がさらに一体として保持されていてもよい。
【００２５】
本実施の形態の照明装置では、一定の領域１に置かれた被測定物６に対して、３つのＬＥＤ群からの出射光１４、２４、３４はそれぞれ互いに異なる照射方向を有し、かつ、互いに異なる偏光状態を有している。このため、被測定物６の観測または検出すべき部位の向きに応じて検出感度は異なる。例えば、測定面が照射光に対してブリュースター角に近く、照射光の偏光状態が反射が小さい偏光方向に近い場合、その測定面の突起部や欠陥部の検出に対しては他の照射光に比べ高い感度が得られる。そこで、その高い感度の得られるＬＥＤ群のみを駆動することにより、観測または検出が容易となる。この場合、他のＬＥＤ群からの照明光が存在すると検出感度の劣化要因となる。
【００２６】
本実施の形態の場合、ＬＥＤ群の選択のためのスイッチ７の切り替えは、人が観察や測定を行う場合は手動で行ってもよく、また、光検出器で自動的に散乱光や反射光の検出を行う場合は、制御回路などで自動的に切り替えて、高い感度の測定データのみを取り込むように構成してもよい。
【００２７】
図１においては、ＬＥＤ群が３つの場合を示しているが、照射方向と偏光状態の組み合わせが異なるさらに多くのＬＥＤ群を設けてもよく、これにより、より高い感度が得られる照射光を選択することが可能となる。偏光状態の種類は、直線偏光における偏光方向の違いのみだけでなく、直線偏光と円偏光との違いであってもよい。
【００２８】
図２は本発明による照明装置の第２の実施の形態の模式的な側面の断面図であり、図３は模式的な底面図である。図２、図３において、本実施の形態の照明装置は、一定の領域７０を照明するように構成された照明装置であって、光源として複数のＬＥＤ３を有し、その複数のＬＥＤ３と一定の領域７０との間に、４種類の偏光方向を有する８つの偏光子、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８を有し、複数のＬＥＤは、それぞれ数個〜十数個のＬＥＤからなる８つのＬＥＤ群４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８に分割して駆動することができるように構成され、ＬＥＤ群４１の出射光は偏光子５１のみを、ＬＥＤ群４２の出射光は偏光子５２のみを、ＬＥＤ群４３の出射光５３は偏光子５３のみを、ＬＥＤ群４４の出射光は偏光子５４のみを、ＬＥＤ群４５の出射光は偏光子５５のみを、ＬＥＤ群４６の出射光は偏光子５６のみを、ＬＥＤ群４７の出射光は偏光子５７のみを、ＬＥＤ群４８の出射光は偏光子５８のみを、それぞれ通過するように構成されている。なお、図３中の矢印は各偏光子の偏光方向を示している。また、被測定物は一定の領域７０に配置される。
【００２９】
ここで、複数のＬＥＤ３からなる８つのＬＥＤ群４１〜４８と８つの偏光子５１〜５８は、１つの筐体４０に一体として保持され、筐体４０はリング形状を有し、一定の領域７０は、そのリング形状の中心軸５０の近傍の領域である。また、複数のＬＥＤ３は光軸５０に対し略同心円状に配置され、一定の領域７０に複数のＬＥＤ３からの出射光を集光させるための光学系として各ＬＥＤ群の出射側にフレネルレンズ６０を有している。複数のＬＥＤ３はリング形状の周方向に分割されて扇型の複数のＬＥＤ群４１〜４８を構成し、複数の偏光子５１〜５８は各ＬＥＤ群のそれぞれの出射側に配置されている。ここで、フレネルレンズ６０はリング形状を有する一体化された１つのフレネルレンズであってもよく、または、各ＬＥＤ群に対して個々に分割されて設置されていてもよい。また、フレネルレンズ６０の代わりに、プリズムとレンズアレイなどからなる集光光学系を用いること、各ＬＥＤ群の出射方向が一定の領域７０を向くように各ＬＥＤ群を傾斜させて設置することなども可能である。
【００３０】
本実施の形態においても、各ＬＥＤ群にはそれぞれ独立した駆動回路が設置されており、各駆動回路は制御回路などにより独立して動作できるように構成されている。例えば、図２に示すように、ＬＥＤ群４３には駆動回路７３が、ＬＥＤ群４７には駆動回路７７がそれぞれ設置されている。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、各ＬＥＤ群の駆動の切り替えは、人が観察や測定を行う場合は手動で行ってもよく、また、光検出器で自動的に散乱光や反射光の検出を行う場合は、制御回路などで自動的に切り替えて、高い感度の測定データのみを取り込むように構成してもよい。また、ＬＥＤ群の駆動は、必要な感度に応じて、同時に２つ以上のＬＥＤ群を駆動する構成でもよい。
【００３１】
また、本実施の形態においては、リング形状の周方向に８分割して各ＬＥＤ群と偏光子を配置しているが、分割数は、２分割、３分割など少なくてもよく、また、１０分割、１６分割など多くてもよい。また、本実施の形態の照明装置を高さ方向に複数個組み合わせること、または、直径の異なる本実施の形態の照明装置を同じ中心軸に対して水平方向に複数個組み合わせることにより本発明の照明装置を構成することも可能である。
【００３２】
図４は本発明による光学装置の一実施の形態を示す模式的な側面の断面図である。図４において、本実施の形態の光学装置は、上記の図２および図３に示した第２の実施の形態の照明装置８０と、一定の領域７０の画像を撮像するカメラ８１と、カメラ８１の入射側に配置されたＬＥＤ群の駆動と同期して開閉するシャッター８２とを有している。さらに、カメラ８１の入射側には、特定の偏光方向を有する偏光子８３が配置されている。各ＬＥＤ群の駆動回路とシャッター８２は制御回路８４に接続されている。観測対象の被測定物は、一定の領域７０に設置される。
【００３３】
本実施の形態の光学装置の動作は、例えば、シャッター８２が１つのＬＥＤ群が発光するときのみ開くように制御して順次駆動するＬＥＤ群を切り替え、最も良好な観測状態が得られるＬＥＤ群を選択し、その後は、その選択されたＬＥＤ群の駆動と同期してシャッターが開くように制御する。これにより、常に良好な照明光のみの照射により観測が可能となる。
【００３４】
また、カメラ８１の代わりに光検出器を設置して自動的に被測定物からの散乱光や反射光の検出を行う光学装置を構成することも可能である。この場合は、制御回路８４で順次駆動するＬＥＤ群を自動的に切り替えて、高い感度の測定データが得られるＬＥＤ群を自動的に選択し、その後は、選択されたＬＥＤ群の駆動と同期してシャッターが開くように制御する。これにより、常に良好な照明光のみの照射により高い感度の測定が可能となる。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施の形態の照明装置や光学装置に限定されるものではないことはいうまでもなく、目的や用途に応じて設計変更可能である。例えば、被測定物が置かれる一定の領域に対する照明光の望ましい方向や望ましい偏光状態によって、各ＬＥＤ群および偏光子の配置は任意に定めることができ、また、複数のＬＥＤ群と偏光子は別々の筐体に収められていてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１、７０  一定の領域
３  ＬＥＤ
６  被測定物
７  スイッチ
８  電源
１０、２０、３０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８  ＬＥＤ群
１１、２１、３１、７３、７７  駆動回路
１２、２２、３２、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、８３  偏光子
１３、２３、３３、４０  筐体
１５、２５、３５  偏光方向
５０  中心軸
８０  照明装置
８１  カメラ
８２  シャッター
８４  制御回路
【図１】
2012234081.tif 000003
【図２】
2012234081.tif 000004
【図３】
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【図４】
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