(57)【要約】  物体を検査するための照明システム１００、検査ツール２００、および方法が、開示される。構成可能な面光源２が、照明ビーム路２１の照明光学軸２０内に配置され、構成可能な面光源２は、種々のビーム直径が設定可能であるように構成される。少なくとも１つの照明レンズ１２が、平行ビームを、少なくとも物体６の表面５上の視野１３上に向けるために照明ビーム路２１内に配置され、照明ビーム路２１の照明光学軸２０の入射の角度の値は、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０の反射角度の値に等しい。本発明は、広角同軸照明および平行同軸照明の機能を１つの照明システム１００内に組み合わせることを可能にする。
2017533437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行照明のための照明システムであって、
照明ビーム路の照明光学軸内に配置された構成可能な面光源であって、種々のビーム直径が設定可能であるように構成される、面光源と、
撮像ビーム路の撮像光学軸とを備え、
少なくとも１つの照明レンズが、平行ビームを物体の表面上の視野上に向けるために前記照明ビーム路内に配置され、前記照明ビーム路の前記照明光学軸の入射角度の値は、前記撮像ビーム路の前記撮像光学軸の反射角度の値に等しいことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照明システムであって、前記照明レンズが、フレネルレンズであることを特徴とする照明システム。
【請求項３】
請求項１に記載の照明システムであって、ビームスプリッタが、前記照明ビーム路内の前記少なくとも１つの照明レンズの後に配置され、前記ビームスプリッタは、平行照明光を、前記構成可能な面光源から、前記照明ビーム路の向け直された照明光学軸に沿って前記物体の前記表面上に向け、前記撮像ビーム路の前記撮像光学軸が、前記照明ビーム路の前記向け直された照明光学軸と同軸であることを特徴とする照明システム。
【請求項４】
請求項１に記載の照明システムであって、前記設定可能な種々のビーム直径が、平行ビーム開き角度の変動を可能にすることを特徴とする照明システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照明システムであって、前記構成可能な面光源が、複数の発光素子の２次元配置であることを特徴とする照明システム。
【請求項６】
請求項５に記載の照明システムであって、前記発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする照明システム。
【請求項７】
請求項６に記載の照明システムであって、前記複数の発光素子の前記２次元配置が、マトリクス配置であることを特徴とする照明システム。
【請求項８】
請求項１に記載の照明システムであって、前記構成可能な面光源が、単色の領域面照明をもたらす単一の発光素子と、前記単一の発光素子の正面に配置されたＬＣＤスクリーンとを備えることを特徴とする照明システム。
【請求項９】
請求項８に記載の照明システムであって、前記ＬＣＤスクリーンが、２次元配置の複数の個々のピクセルを含み、前記個々のピクセルは、前記照明光の透過率値を変更するためにアドレス指定可能であることを特徴とする照明システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の照明システムであって、制御および駆動デバイスが、前記構成可能な面光源に割り当てられ、それにより、照明の複数の同心幾何学形状が、種々のビーム直径を得るために生成されることを特徴とする照明システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照明システムであって、前記同心幾何学形状が、複数の同心円であることを特徴とする照明システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の照明システムであって、前記同心幾何学形状が、複数の同心矩形であることを特徴とする照明システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載の照明システムであって、前記同心幾何学形状が、複数の同心六角形であることを特徴とする照明システム。
【請求項１４】
請求項６に記載の照明システムであって、前記複数の発光素子の前記２次元配置が、同心幾何学形状の前記発光素子の配置によって画定されることを特徴とする照明システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の照明システムであって、制御および駆動デバイスが、種々のビーム直径を得るために、前記発光素子の同心幾何学形状の前記配置に割り当てられて前記個々の同心幾何学形状の前記発光素子を駆動することを特徴とする照明システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明システムであって、前記同心幾何学形状が、複数の同心円であることを特徴とする照明システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の照明システムであって、前記同心幾何学形状が、複数の同心矩形であることを特徴とする照明システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の照明システムであって、前記同心幾何学形状が、複数の同心六角形であることを特徴とする照明システム。
【請求項１９】
検査ツールであって、
撮像ビーム路の照明光学軸内に配置されたカメラと、
前記撮像ビーム路内に配置された、物体の表面の少なくとも一部分を前記カメラの撮像面内に結像するための撮像レンズと、
構成可能な面光源を有する照明システムであって、前記構成可能な面光源が、照明ビーム路の前記照明光学軸内に位置決めされ、前記構成可能な面光源は、種々のビーム直径が設定可能であるように構成される、照明システムとを備え、
少なくとも１つの照明レンズが、平行ビームを前記物体の前記表面上の視野上に向けるために前記照明ビーム路内に位置決めされ、前記照明ビーム路の前記照明光学軸の入射の角度の値は、前記撮像ビーム路の撮像光学軸の反射角度の値に等しいことを特徴とする検査ツール。
【請求項２０】
請求項１９に記載の検査ツールであって、ビームスプリッタが、前記照明ビーム路内の前記少なくとも１つの照明レンズの後に位置決めされ、前記ビームスプリッタは、平行照明光を、前記構成可能な面光源から、前記照明ビーム路の向け直された光学軸に沿って、前記物体の前記表面上に向け、前記撮像ビーム路の前記撮像光学軸が、前記照明ビーム路の前記向け直された光学軸と同軸であることを特徴とする検査ツール。
【請求項２１】
請求項２０に記載の検査ツールであって、前記ビームスプリッタが、ホルダ内に装着され、試料キャリアによって保持された前記物体の前記表面が、前記ホルダの第１の側面に面し、鏡が、前記構成可能な面光源からの光が前記ビームスプリッタ上に向けられるように前記ホルダの第２の側面に装着されることを特徴とする検査ツール。
【請求項２２】
請求項２０に記載の検査ツールであって、前記ビームスプリッタが、ホルダ内に装着され、試料キャリアによって保持された前記物体の前記表面が、前記ホルダの第１の側面に面し、前記ホルダの第２の側面が、前記構成可能な面光源からの光が前記ビームスプリッタ上に衝突するように、前記面光源を担持することを特徴とする検査ツール。
【請求項２３】
請求項１９に記載の検査ツールであって、前記設定可能な種々のビーム直径が、平行化ビーム開き角度の変動を可能にすることを特徴とする検査ツール。
【請求項２４】
請求項１９に記載の検査ツールであって、複数の発光素子が、キャリア上に２次元配置で配置され、それによって前記構成可能な面光源を画定し、前記複数の発光素子は、制御および駆動デバイスに割り当てられ、それにより、前記発光素子は、個々にアドレス指定可能であり、前記任意のパターンが、構成可能な面光源によって達成可能であり、そのパターンにしたがって生成された前記光ビームは、光ビーム開き角度を有することを特徴とする検査ツール。
【請求項２５】
請求項１９に記載の検査ツールであって、前記複数の発光素子の前記２次元配置が、マトリクス配置であることを特徴とする検査ツール。
【請求項２６】
請求項１９に記載の検査ツールであって、前記構成可能な面光源が、単色の領域照明をもたらす単一の発光素子と、前記単一の発光素子の照明に配置されたＬＣＤスクリーンとを備えることを特徴とする検査ツール。
【請求項２７】
請求項２６に記載の検査ツールであって、前記ＬＣＤスクリーンが、二次元配置の複数の個々のピクセルを備え、前記個々のピクセルは、前記個々のピクセルの透過率の値を変更するために制御および駆動デバイスによってアドレス指定可能であることを特徴とする検査ツール。
【請求項２８】
請求項１９に記載の検査ツールであって、制御および駆動デバイスが、前記構成可能な面光源に割り当てられ、それにより、照明の複数の同心幾何学形状が、種々のビーム直径を得るために生成されることを特徴とする検査ツール。
【請求項２９】
請求項１９に記載の検査ツールであって、前記撮像ビーム路が、前記物体の前記表面上の前記視野からの光を前記カメラの前記撮像面上に向けるために少なくとも１回折り畳まれることを特徴とする検査ツール。
【請求項３０】
請求項１９に記載の検査ツールであって、前記照明ビーム路が、前記構成可能な面光源からの光を前記物体の前記表面上に向けるために少なくとも１回折り畳まれることを特徴とする検査ツール。
【請求項３１】
物体を検査するための方法であって、
ａ．光ビーム開き角度を画定する照明光を、構成可能な面光源から、照明レンズを介して、照明ビーム路に沿って物体の表面上に向けるステップと、
ｂ．前記物体の前記表面からの反射された光を撮像ビーム路に沿うように向けるステップと、
ｃ．前記物体の前記表面からの前記反射された光を撮像レンズによってカメラの撮像面上に結像するステップと、
ｄ．前記照明光の直径を変更し、それによって前記光ビームの前記開き角度を変更するステップと、
ｅ．種々のビーム開き角度および平行化角度それぞれを有する即時の画像内に前記物体の前記表面上の視野を生成するために前記ステップａ〜ｄを繰り返すステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記光ビームの前記種々の開き角度が、画定された光直径または形状が達成されるように前記構成可能な面光源を制御および駆動することによって生成された種々の光直径または形状によって設定されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって、前記構成可能な面光源が、前記複数の発光素子のマトリクス配置であることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３１に記載の方法であって、前記構成可能な面光源が、単色の領域照明をもたらす単一の発光素子と、前記単一の発光素子の正面に配置されたＬＣＤスクリーンとを備えることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３１に記載の方法であって、制御および駆動デバイスが、前記構成可能な面光源に割り当てられ、それにより、複数の同心およびアドレス指定可能な幾何学形状が、種々のビーム直径を得るために生成されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３３に記載の方法であって、前記複数の発光素子が、同心幾何学形状内に配置され、前記制御および駆動デバイスが、種々のビーム直径を得るために前記幾何学形状をアドレス指定することを特徴とする方法。
【請求項３７】
平行照明のための照明システムであって、
照明ビーム路の照明光学軸内に配置された構成可能な面光源であって、種々のビーム直径が設定可能であるように構成される、面光源を備え、
ビームスプリッタが、前記照明ビーム路内の前記少なくとも１つの照明レンズの後に配置され、前記ビームスプリッタは、平行照明光を、前記構成可能な面光源から、前記照明ビーム路の向け直された照明光学軸に沿って物体の表面上に向け、前記撮像ビーム路の撮像光学軸が、前記照明ビーム路の前記向け直された光学軸と同軸であり、
少なくとも１つの照明レンズが、平行ビームを前記物体の前記表面上の視野上に向けるために前記照明ビーム路内に配置され、前記照明ビーム路の前記光学軸の入射の角度の値は、前記撮像ビーム路の前記光学軸の反射角度の値に等しいことを特徴とする照明システム。
【請求項３８】
請求項３７に記載の照明システムであって、制御および駆動デバイスが、前記構成可能な面光源に割り当てられ、それにより、複数の同心幾何学形状が、種々のビーム直径を得るために前記構成可能な面光源によって生成されることを特徴とする照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システムに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、照明システムを有する検査ツールに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、照明システムを作動させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
本出願は、２０１４年１０月３１日出願の米国特許仮出願第６２／０７３，３９３号の優先権を主張するものであり、その出願を全体的に本願に引用して援用する。
【０００５】
特開２０１３−１４５１２３号公報は、同軸照明を有する広角反射光学系を開示する。光学系は、検査される物体の画像をカメラのエリアセンサ上に形成するためのカメラを有する。分岐光学素子が、検査される物体側に近いレンズの後方に配設される。分岐光学素子は、光学系の光学軸上に位置付けられる。光源が、検査物体の同軸照明のために設けられる。光源からの照明光束は、画像取り込み光学系の光学軸を交差するような方向から分岐光学素子に入る。
【０００６】
特開２０１１−１０６９１２号公報は、同軸照明を使用して、結像される素子によって明るい画像を取り込む、撮像照明デバイスを開示する。光源から照射された照明光は、拡散板を介してハーフミラーに入射される。光の一部分は、反射され、基板を照明する。基板によって反射された光の一部分は、ハーフミラーを通過し、画像デバイスの撮像素子上に入射する。基板上に形成されたパターン画像が、撮影される。照明光を照明される物体に完全に反射する反射部材（鏡）は、撮像物体（撮像領域）の画像が通過するハーフミラーの部分の外側および照明光の入射側に固定される。光源からの照明光は、ハーフミラーによって反射され、この反射部材によって反射された基板を照射する。その結果、基板（照明される物体）を明るく照明することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１４５１２３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０６９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、種々の照明状態を１つの物理的機構において可能にする照明システムを提供することであり、種々の照明状態は、即時に選択されなければならない。
本発明の追加の目的は、物体を種々の照明状態によって１つの物理的機構内で検査するための方法を提供することであり、検査下の物体の種々の照明状態（広いビーム同軸光およびすべての平行化角度）は、即時に選択されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、平行照明のための照明システムによって達成される。照明システムは、
照明ビーム路の光学軸内に配置された構成可能な面光源であって、種々のビーム直径が設定可能であるように構成される、面光源と、撮像ビーム路の光学軸とを備え、少なくとも１つの照明レンズが、平行ビームを物体の表面上の少なくとも視野上に向けるために照明ビーム路内に配置され、照明ビーム路の光学軸の入射角度の値は、撮像ビーム路の光学軸の反射角度の値に等しい。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、物体の検査を種々の照明状態によって１つの物理的機構において可能にする検査ツールを提供することであり、検査下の物体の種々の照明状態は、即時に選択されなければならない。
【００１１】
上記の目的は、検査ツールであって、撮像ビーム路の光学軸内に配置されたカメラと、
撮像ビーム路内に配置された、物体の表面の少なくとも一部分をカメラの撮像面内に結像するための撮像レンズと、構成可能な面光源とを有する照明システムであって、構成可能な面光源は、照明ビーム路の光学軸内に配置され、種々のビーム直径が設定可能であるように構成される、照明システムとを備え、少なくとも１つの照明レンズが、平行ビームを物体の表面上の視野上に向けるために照明ビーム路内に配置され、照明ビーム路の光学軸の入射角度の値は、撮像ビーム路の光学軸の反射角度の値に等しい、検査ツールによって解決される。
【００１２】
上記の目的は、物体を検査するための方法であって、
ａ．光ビーム開き角度を画定する照明光を、構成可能な面光源から、照明レンズを介して、照明ビーム路に沿って物体の表面上に向けるステップと、
ｂ．物体の表面からの反射された光を撮像ビーム路に沿うように向けるステップと、
ｃ．物体の表面からの反射された光を撮像レンズによってカメラの撮像面上に結像するステップと、
ｄ．照明光の直径を変更し、それによって光ビームの開き角度を変更するステップと、
ｅ．種々のビーム開き角度および平行化角度それぞれを有する物体の表面の視野の画像を即時に生成するためにａ〜ｄのステップを繰り返すステップとを含む、方法によって達成される。
【００１３】
本発明の照明システム、本発明の検査ツールおよび本発明の方法の利点は、平行化角度が（たとえば、種々の平行化角度が種々の連続するカメラ画像に対して望まれるとき）即時に選択可能であることである。これは、すべての広いビーム同軸光およびすべての平行化角度が１つの物理的機構内に組み合わせられるため、達成される。本発明によれば、広角同軸照明および平行同軸照明の機能を１つの照明システム内に組み合わせることを可能にする。点光源を使用する代わりに、種々の領域直径を選択またはアドレス指定することができる面光源が、使用される。
【００１４】
たとえば、非常に小さい領域直径が面光源で選択される場合、照明は、点光源の機能に匹敵するものである。この結果、非常に狭いビームおよび平行同軸照明が生じる。
【００１５】
面光源の全領域が選択される場合、この選択は、「広角同軸照明」からの「拡散面光源」を平行同軸照明の「点光源」の場所に置くことに匹敵する。この機構の結果、光がこのとき照明レンズを通して投影されることを除いて、従来の「広角同軸照明」から来る光に匹敵する非常に広いビーム同軸照明となる。
【００１６】
面光源の任意の領域直径が、面光源の全領域直径から非常に小さい領域直径の間で使用される場合、平行ビーム開き角度の変動が可能である。
【００１７】
本発明の照明システムは、面光源の外側直径のみが使用される追加の機構を可能にする。この機構の結果、同軸照明の近くに暗視野が生じる。
【００１８】
本発明の照明システムの照明レンズは、フレネルレンズである。１つの実施形態によれば、本発明の照明レンズは、フレネルレンズであるが、照明レンズは、フレネルレンズに限定されないことが、当業者に明確であろう。
【００１９】
照明システムの実施形態によれば、ビームスプリッタが、照明ビーム路内の少なくとも１つの照明レンズの後に配置される。ビームスプリッタは、平行照明光（面光源のアドレス指定された領域にしたがって選択された照明状態）を、面光源から、照明ビーム路の向け直された光学軸に沿って物体の表面上に向ける。ビームスプリッタの使用により、撮像ビーム路の光学軸の配置は、照明ビーム路の向け直された光学軸と同軸である。
【００２０】
同じ効果が、撮像ビーム路および照明ビーム路をビームスプリッタを挟んで交換することによって達成され得ることが、当業者に明白である。ここでは、照明ビーム路は、ビームスプリッタを直接通って進む。撮像ビーム路は、ここでは、ビームスプリッタによって折り畳まれる（反射される）。
【００２１】
面光源は、複数の別個の発光素子の２次元配置である。１つの可能な実施形態によれば、別個の発光素子は、発光ダイオードである。複数の発光素子の２次元配置は、マトリクス配置であり、ここでは、発光素子は、構成可能な面光源に割り当てられた制御および駆動デバイスによって個々にアドレス指定可能である。制御および駆動デバイスにより、面光源上の同心幾何学形状が光を発するように、発光素子をアドレス指定することが可能である。構成可能な面光源の別の可能な実施形態は、少なくとも１つの単色発光素子と、照明ビーム路内の少なくとも１つの単色発光素子の下流側に配置された少なくとも１つの構成可能なシャッタ素子とを備える。構成可能なシャッタ素子の１つの可能性は、光源を覆うＬＣＤスクリーンである。ＬＣＤピクセルが、光をブロックするために使用される。ＬＣＤスクリーンのピッチが微少であるほど、投射されたパターンにおいてより高い柔軟性を可能にする。さらなる実施形態によれば、構成可能な面光源は、単色の領域照明をもたらす単一の発光素子を備える。ＬＣＤスクリーンは、単一の発光素子の正面に配置される。ＬＣＤスクリーンは、２次元配置で配置された複数の個々のピクセルを含む。個々のピクセルは、各々の個々のピクセルの透過率値を変更するためにアドレス指定可能である。
【００２２】
別の可能性は、構成可能な面光源が、発光素子がキャリア上に同心幾何学形状の形で配置されるものとして構成されることである。
【００２３】
（アドレス指定可能なまたはすでに配置された）同心幾何学形状に対する理想的な解決策は、同心円である。同心幾何学形状の別の可能性は、複数の同心矩形である。この配置は、最も容易な解決策（たとえばＬＥＤ位置決め）であるが、平行化角度は、矩形の直交方向対水平／垂直方向に関して異なる。良好な妥協点は、たとえば発光素子のスタッガード格子（ＬＥＤ格子）によって実現することができる同心六角形を使用することになり得る。
【００２４】
しかし、面光源の設計は、事実上、任意のパターンを投影することができるようなものになり得る。この結果、光ビームは、そのパターンに対応する光ビーム開き角度を有することになる。面光源の構成は、同心幾何学形状に限定されないことが理解される必要がある。面光源の投影されたパターンは、同心幾何学形状に限定されないことが、当業者によって理解される。本発明によれば、任意のパターンが、投影され得る。個々の発光素子は、コンピュータまたは制御および駆動デバイスによって、所望のパターンが達成されるようにアドレス指定され得る。本発明の別の実施形態によれば、単一の面光源を覆うＬＣＤスクリーンのピクセルは、個々にアドレス指定され（アドレス指定されたＬＣＤピクセルは、面光源から光をブロックし）、それにより、任意の所望のパターンを投影することができる。
【００２５】
追加の本発明の概念は、本発明の構成可能な面光源を検査ツール内に組み込むことである。カメラが、撮像ビーム路の光学軸内に配置される。撮像レンズが、物体の表面の少なくとも一部分をカメラの撮像面内に結像するために画像ビーム路内に配置される。面光源を有する照明システムが、照明ビーム路の光学軸内に配置される。構成可能な面光源は、照明の種々のビーム直径が設定可能であるように構成される。少なくとも１つの照明レンズが、平行ビームを物体の表面上の視野上に向けるために照明ビーム路内に配置され、照明ビーム路の光学軸の入射の角度の値は、撮像ビーム路の光学軸の反射角度の値に等しい。この状態はまた、ビームスプリッタが、照明ビーム路内の少なくとも１つの照明レンズの後に配置される場合にもあてはまる。ビームスプリッタは、面光源からの平行照明光を、撮像ビーム路に対して平行である、照明ビーム路の向け直された光学軸に沿って、物体の表面上に向ける。その結果、撮像ビーム路の光学軸は、照明ビーム路の向け直された光学軸と同軸である。
【００２６】
スポット光源を、種々の直径を有する光ビームを発光することができる光源に置き換えることにより、構成可能な照明、たとえば構成可能な光ビーム開き角度を有する検査ツールが、可能である。光ビーム開き角度の構成は、平行光ビームから広い開き角度光ビームまでの範囲になる。種々の光直径または形状は、独立したチャンネルとして即時に切り替えられ得る。これは、たとえば、連続するカメラ画像の照明の平行化角度を変更する可能性を残す。
【００２７】
本発明の照明システムのビームスプリッタは、ホルダ内に装着される。検査される物体は、その表面がホルダの第１の側面に面する。鏡が、構成可能な面光源からの光が照明レンズを介してビームスプリッタ上に、またそこから物体の表面上に向けられるように、前記ホルダの第２の側面に装着される。
【００２８】
種々の光ビーム開き角度を１つの同軸照明機構、したがって１つの検査ツールに提供する利点は、ユーザが、いくつかの異なる検査手順を１つのそのツールによって実施できることである。
【００２９】
前述の全体的説明および以下の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものにすぎず、必ずしも本開示を制限するものではないことを理解されたい。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図は、本開示の主題を説明する。本説明および図は、相まって、本開示の原理を説明する役割を果たす。
【００３０】
以下では、本発明およびその利点が、さらに、添付の図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】大きな拡散光源を使用する先行技術の広角同軸照明システムの概略図である。
【図２】点光源を使用する先行技術の平行同軸照明システムの概略図である。
【図３】平行同軸照明システムの本発明の概念の概略図である。
【図４】平行照明システムの本発明の概念の概略図である。
【図５】照明レンズを使用しない場合の、面光源からの光の平行化ビーム開き角度の度合いの概略図である。
【図６】構成可能な面光源の光の平行化ビーム開き角度の度合いの概略図であり、照明システムは、照明レンズと組み合わせて面光源から巨大なスポットサイズを提供する。
【図７】構成可能な面光源からの光の平行化ビーム開き角度の度合いの概略図であり、照明システムは、照明レンズと組み合わせて面光源から中レベルのスポットサイズを提供する。
【図８】構成可能な面光源からの光の平行化ビーム開き角度の度合いの概略図であり、照明システムは、照明レンズと組み合わせて面光源から小さいスポットサイズを提供する。
【図９】構成可能な面光源の実施形態の上面図である。
【図１０】図９の構成可能な面光源の実施形態の側面図である。
【図１１】構成可能な面光源の１つの実施形態を示す図である。
【図１２】構成可能な面光源の別の実施形態を示す図である。
【図１３】構成可能な面光源のさらなる実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の照明システムの検査ツールまたは装置内の組み込みを示す図である。
【図１５】構成可能な面光源のさらなる実施形態の上面図であり、ＬＣＤが、照明パターンを形成するために使用される。
【図１６】図１５の構成可能な面光源の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図では、同じ参照番号が、同じ要素または同じ機能の要素に対して使用される。さらに、明確にするために、図では、それぞれの図を論じるために必要なこうした参照番号のみが、示される。
【００３３】
図１は、大きな拡散面光源２を使用する広角同軸照明システム１００として構成された、先行技術の照明システム１００の概略図である。広角同軸照明システム１００の作用原理は、大きな拡散面光源２が、その光３を、ビームスプリッタ４を介して物体６の表面５に向かって投影することである。光源２は、照明ビーム路２１の光学軸２０内に配置される。照明システム１００は、ビームスプリッタ４の下流側では、光源２からの光３が撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０と同じ近似方向Ｄを有するため、同軸照明システム１００である。カメラ８が、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０内に配置される。撮像レンズ７は、物体６の表面５の一部分または視野をカメラ８の撮像面９上に結像する。物体６の表面５から反射された光１０は、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０に沿って進行し、ビームスプリッタ４を通った後、カメラ８の撮像レンズ７に到達する。
【００３４】
図２は、点光源１５を使用する平行同軸照明システム１００として構成された、先行技術の照明システム１００の概略図である。平行同軸照明を得るために、点光源１５は、照明レンズ１２によって、ビームスプリッタ４を介して、物体６の表面５に向かって投影される。点光源１５は、照明ビーム路２１の光学軸２０内に配置される。照明システム１００は、ビームスプリッタ４の下流側では、点光源１５からの光３が撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０と同じ近似方向Ｄを有し、撮像レンズ７の開口８３上に焦点合わせされる（物体６が鏡用デバイスであるという条件で）ため、平行同軸照明システム１００である。カメラ８が、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０内に配置される。物体６が鏡である場合、点光源１５は、撮像レンズ７のレンズ瞳（開口）８３（図３を参照）上に正確に投影され、焦点合わせされる。これは、撮像レンズ７がパースペクティブレンズ（perspective lens）である場合にあてはまる。撮像レンズ７がテレセントリックレンズ（telecentric lens）である場合、点光源１５は、無限に投影される。
【００３５】
撮像レンズ７は、物体６の表面５の一部分または視野をカメラ８の撮像面９上に結像する。物体６の表面５から反射された光１０は、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０に沿って進行し、ビームスプリッタ４を通った後、カメラ８の撮像レンズ７に到達する。
【００３６】
図３は、平行同軸照明システム１００である照明システム１００の本発明の概念の実施形態の概略図である。本発明の照明システム１００は、広角同軸照明および平行同軸照明の機能を１つの面光源２内に組み合わせる。構成可能な面光源２は、種々の領域直径２１、２２、…、２Ｎを選択または初期化することができるように構成される。
【００３７】
領域直径２１のような非常に小さい領域直径の場合、照明システム１００は、点光源機能を使用する図２の照明システム１００に匹敵する。最少の領域直径２１を選択した結果、平行同軸照明の非常に狭いビームが生じる。
【００３８】
全領域の場合、構成可能な面光源２の最大領域直径２Ｎが、選択または初期化され、この機構は、図１の拡散面光源２を有する機構に匹敵し、この場合、拡散面光源２は、図２の点光源１５の場所にある。その結果、非常に広いビーム同軸照明を有する平行同軸照明になる。この照明は、従来の「広角同軸照明」から来る光に匹敵する。本発明によれば、構成可能な面光源２からの光は、このとき、照明レンズ１２を通ってビームスプリッタ４上に、そして、ここから試料６の表面５上に投影される。
【００３９】
面光源２は、照明ビーム路２１の光学軸２０内に配置される。前に述べたように、構成可能な面光源２は、種々の設定可能な領域直径２１，２２．．．，２Ｎが結果として種々のビーム直径を生じさせるように構成される。最少直径２１と最大領域直径２Ｎの間の任意の領域直径２１，２２．．，２Ｎが、平行化ビーム開き角度２２の変動を可能にする。
【００４０】
構成可能な面光源２が、外側領域直径２２．．．，２Ｎのみが使用される（光を送出する）ように設定される場合、灰色点が、構成可能な面光源２の中心２Ｃ内に留まる。この機構の結果、同軸照明近くに暗視野が生じる。
【００４１】
照明ビーム路２１内の照明レンズ１２は、平行ビームを物体６の表面５上の視野１３上に照明する。視野１３は、物体６の表面５から、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０に沿って、撮像レンズの撮像レンズ瞳（開口）８３上に結像される（撮像レンズおよびカメラは、ここでは図示されない）。
【００４２】
図４は、照明システム１００の本発明の概念の別の実施形態の概略図である。ビームスプリッタ４は、省略される。構成可能な面光源２は、照明ビーム路２１の光学軸２０が、物体６の表面５に対して角度αで傾斜されるように配置される。上記で述べたように、面光源２からの光は、照明レンズ１２によって、物体６の表面５上に結像される。物体６の表面５から反射された光は、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０に沿って伝播する。物体６の表面５上の視野１３は、撮像レンズ瞳（開口）８３上に結像される（撮像レンズおよびカメラは示されない）。撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０は、物体６の表面５に対して角度βで傾斜される。照明システム１００の光学的機構は、照明ビーム路２１の光学軸２０の角度αが、撮像ビーム路８１の撮像光学軸８０の角度βの値に等しくなるようなものである。明視野照明は、ビームスプリッタを使用することなく達成される。換言すれば、照明角度αの値が撮像角度βの値に等しい検査ツールである。
【００４３】
図５は、照明レンズ１２を使用しない場合の、平行化ビーム開き角度８４の値の度合いの概略図である。照明レンズ１２の代わりに、面光源（ここでは図示せず）の拡散板１１が、ビームスプリッタ４の前に配置される。広いビームで、照明レンズ１２を使用せずに物体６を照明する結果として、従来の広さの同軸照明である非対称の広いビームが得られる。広いビーム開き角度２２（図３を参照）のため、カメラ８内の物体６の撮像品質は、物体の表面５の傾斜に反応しない。
【００４４】
図６から図８は、照明光のスポットサイズ（領域直径）からの平行化ビーム開き角度８４の依存度を示す。図６は、巨大なスポットサイズ（巨大な領域直径）および照明レンズ１２を有する構成可能な面光源２を使用する平行化ビーム開き角度８４の度合いの概略図である。構成可能な面光源によって設定された巨大なスポットサイズ（巨大な領域直径）により、平行化ビーム開き角度８４の一部分２４が、切断される。これは、ビーム開き角度８４を視野１３の縁に向かって非対称にする。物体６の表面５から反射された光は、ビームスプリッタ４の傾斜に反応しない。図７は、中レベルのスポットサイズ（図６に比べて低減されたスポットサイズ）を有する構成可能な面光源を使用する平行化ビーム開き角度８４の度合いの概略図である。照明レンズ１２から、構成可能な面光源からの光が、ビームスプリッタ４を介して、物体６の表面５上へと平行にされる。図７から、スポットサイズが低減されるにつれて、平行化ビーム開き角度８４が狭くなることが、明確である。さらに、物体６の表面５から反射された光は、このとき、物体６の表面５の傾斜に反応する。図８は、平行化ビーム開き角度８４の度合いの概略図である。図７の概略図と比較して、スポットサイズは、さらに低減される。構成可能な面光源２は、このとき、小さいスポットサイズ（小さい領域直径）を有する。狭いビーム開き角度の結果、照明システムの機構は、物体６の表面５の傾斜に非常に反応する。さらに、物体６の表面５から反射された光は、図６または７に示すスポットサイズ（領域直径）と比較してより平行にされる。
【００４５】
図９は、構成可能な面光源２の実施形態の上面図である。ここに示す実施形態では、面光源２は、キャリア１６上に２次元に配置された複数の発光素子１４によって構成される。ここでは、発光素子１４は、行１７１，１７２，…，１７Ｎおよび列１８１，１８２，…，１８Ｎに配置され、それによってマトリクスを形成する。１つの可能な実施形態によれば、発光素子１４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。図３および４に示すように、構成可能な面光源２は、制御および駆動デバイス３０、または面光源２をそれによってアドレス指定することができる任意の埋め込まれたシステムに割り当てられる。制御および駆動デバイス３０によって、個々の発光素子１４をアドレス指定し、構成可能な面光源２の種々の発光形状および／またはサイズを生成することが可能である。図９は、構成可能な面光源２の種々のサイズ１９１，１９２…，１９Ｎがいかにして初期化されるかの１つの実施形態を示す。発光素子１４は、面光源２の円のさまざまなサイズがアドレス指定されるように制御および駆動デバイス３０によってアドレス指定される。構成可能な面光源２の円のアドレス指定可能な形態は、限定要因として考えられてはならないことに留意される必要がある。
【００４６】
図１０は、図９の構成可能な面光源２の実施形態の側面図である。発光素子１４は、キャリア１６上に配置される。構成可能な面光源２には、さらに、アドレス指定された発光素子１４の均一な配光（領域）をキャリア１６上に達成するために、拡散板（図示せず）が設けられ得る。
【００４７】
構成可能な面光源２は、通常、同心幾何学形状２３から作製された領域になることができる。理想的な解決策は、同心円２５を使用することである。この実施形態は、図１１に示され、ここでは、構成可能な面光源２は、同心円２５の形状ですでに位置決めされた発光素子１４によって形成される。
【００４８】
図１２は、構成可能な面光源２の別の実施形態を示す。発光素子１４の位置決めのための最も容易な解決策は、同心矩形２６を使用することである。幾何学形状２３は、矩形であり、これは、平行化角度が、矩形の直交方向対水平／垂直方向に関して異なるという欠点を有する。
【００４９】
図１３は、構成可能な面光源２のさらなる実施形態を示す。図１２に示す実施形態と比べた良好な妥協点は、同心六角形２７を同心形状２３として使用することである。これは、たとえば、発光素子１４（ここでは図示せず）のスタッガード格子を作製することによって達成され得る。
【００５０】
しかし、面光源の設計は、図１１から１３に示す同心幾何学形状２３に限定されない。実際、任意のパターンが、面光源２の発光素子１４をアドレス指定することによって投影され得る。この結果、光ビームは、所望のパターンおよび所望の光ビーム開き角度を有することになる。
【００５１】
図１４は、本発明の照明システム１００の検査装置２００内の組み込みの可能な実施形態を示す。本発明の照明システム１００は、検査装置２００の既存のハウジング４０内に組み込まれる。本発明の照明システム１００は、種々の光ビーム開き角度を１つの同軸の照明機構内に提供する。構成可能な面光源２からの光１０は、鏡４１を介して照明レンズ１２（照明レンズ１２の１つの可能な実施形態は、フレネルレンズである）に向けられる。鏡４１は、照明ビーム路２１を折り畳むために必要である。これは、空間を節約し、照明システム１００の検査装置２００内の組み込みを可能にする。
【００５２】
本発明の照明システム１００のビームスプリッタ４は、ホルダ４３内に装着される。検査される物体６は、物体６の表面５がホルダ４３の第１の側面４３Ａに向くようにキャリア４５によって保持される。鏡４１は、構成可能な面光源２からの照明光１０が、照明レンズ１２を介してビームスプリッタ４上に、またそこから物体６の表面５上に向けられるように、ホルダ４３の第２の側面４３Ｂに装着される。
【００５３】
物体６の表面５から反射された光は、撮像ビーム路８１に沿ってカメラ８まで進行する。撮像レンズ７は、物体６の表面５の視野１３をカメラ８の撮像面９内に結像する。ここに示す実施形態では、２つの追加の鏡８２が、空間上の理由のために撮像ビーム路８１を折り畳むために、撮像ビーム路８１内に設けられる。本発明の検査装置２００では、種々の光ビーム開き角度を１つの同軸照明機構に提供することが可能である。
【００５４】
図１５は、構成可能な面光源２の追加の実施形態を示す。ＬＣＤ−スクリーン５０が、少なくとも１つの発光素子１４の後に位置決めされる。ここに示す実施形態では、ＬＣＤ５０の後部の単色の領域照明をもたらす単一の発光素子１４が、使用される（図１６に示す側面図の構成可能な面光源２を参照）。ＬＣＤ５０の複数のピクセル５１は、個々にアドレス指定され得る。ＬＣＤ５０は、２次元に配置された複数のピクセル５１を含む。したがって、ピクセル５１を知られている制御デバイス（図示せず）によって個々にアドレス指定することによって、さまざまな照明パターンが形成され得る。構成可能な面光源２のピクセル５１（図１５を参照）は、ピクセルのあるグループが、発光素子１４からの光５５を完全にブロックし、他のピクセル５１が発光素子１４からの光５５を通すようなやり方でアドレス指定される（図１６を参照）。個々のピクセル５１の透過率も同様に調整できることが当業者に明らかである。
【００５５】
上記の説明において、数多くの特有の詳細が、本発明の実施形態の完璧な理解をもたらすために与えられる。しかし、本発明の例示された実施形態の上記の説明は、包括的である、または本発明を開示する形態に正確に限定するようには意図されない。当業者は、本発明を特有の詳細の１つ以上を有さずに、または他の方法、構成要素などを伴って実践できることを認識するであろう。他の場合、本発明の態様を曖昧にすることを回避するために、周知の構造または作動は、図示されず、または詳細に説明されない。本発明の特有の実施形態および例が、本明細書において例示の目的で説明されているが、当業者が認識するように、さまざまな等価の変形が、本発明の範囲内で可能である。
【００５６】
これらの変形は、上記の詳細な説明に照らして本発明に加えられ得る。特許請求の範囲に使用される用語は、本発明を、本明細書および特許請求の範囲に開示する特有の実施形態に限定するようには解釈されてはならない。そうではなく、本発明の範囲は、クレーム解釈の確立された原則にしたがって解釈されるものである、特許請求の範囲によって決定されるものである。
【符号の説明】
【００５７】
２  面光源、構成可能な面光源、  ２１，２２，…，２Ｎ  領域直径、  ２Ｃ  面光源の中心、  ３  光、  ４  ビームスプリッタ、  ５  表面、  ６  物体、  ７  撮像レンズ、  ８  カメラ、  ９  撮像面、  １０  光、  １１  拡散板、  １２  照明レンズ、  １３  視野、  １４  発光素子、  １５  点光源、  １６  キャリア、  １７１，１７２，…，１７Ｎ  行、  １８１，１８２，…，１８Ｎ  列、  １９１，１９２，…，１９Ｎ  サイズ、  ２０  照明光学軸、  ２１  照明ビーム路、  ２２  平行ビーム開き角度（照明レンズ前）、  ２３  同心幾何学形状、  ２４  部分、  ２５  同心円、  ２６  同心矩形、  ２７  同心六角形、  ３０  制御および駆動デバイス、  ４０  ハウジング、  ４１  鏡、  ４３  ホルダ、  ４３Ａ  第１の側面、  ４３Ｂ  第２の側面、  ５０  ＬＣＤ、  ５１  ＬＣＤのピクセル、  ５５  光、  ８０  撮像光学軸、  ８１  撮像ビーム路、  ８２  鏡、  ８３  撮像レンズ瞳、開口、  ８４  平行ビーム開き角度（撮像レンズ後）、  １００  照明システム、  ２００  検査装置、  Ｄ  方向、  α  角度、  β  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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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