(57)【要約】【課題】高い指向性を有する照明光束を物体に照射することができる照明装置を実現する。【解決手段】照明装置は、幅Ｐを有する発光領域１１から発光する光源１０と、該光源からの発散光束が入射する入射面を有し、該入射面からの光束を物体に向けて照射する光学部材２とを有する。入射面のうち発光領域の中心からの距離ｄが最も短い入射点から発光領域の幅方向両端を見込む角度θが、以下の条件を満足する。θ＝２tan−１{(Ｐ／２)／ｄ}≦α。但し、αは入射面の幅をＤとしたときの光学部材から射出する光束の開き角度で、α＝２tan−１{(Ｄ／２)／ｂ}である。また、ｂは入射面から、光学部材の焦点距離ｆに応じた発光領域の像位置までの距離で、光学部材のパワーを１／ｆとしたときに、ｂ＝１／｛（１／ｆ）−（１／ｄ）｝である。【選択図】図２
2009041960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅Ｐを有する発光領域から発光する光源と、
該光源からの発散光束が入射する入射面を有し、該入射面からの光束を物体に向けて照射する光学部材とを有し、
前記入射面のうち前記発光領域の中心からの距離ｄが最も短い入射点から、前記発光領域の幅方向両端を見込む角度θが、以下の条件を満足することを特徴とする照明装置。
θ＝２tan−１{(Ｐ／２)／ｄ}≦α
但し、αは前記入射面の幅をＤとしたときの前記光学部材から射出する光束の開き角度で、
α＝２tan−１{(Ｄ／２)／ｂ}
であり、
ｂは前記入射面から、前記光学部材の焦点距離ｆに応じた前記発光領域の像位置までの距離で、前記光学部材のパワーを１／ｆとしたときに、
ｂ＝１／｛（１／ｆ）−（１／ｄ）｝
である。
【請求項２】
前記光学部材は、
前記光源からの発散光束のうち該照明装置の照射光軸に対して第１の角度より小さい角度をなす光束が入射する第１の入射面と、
前記光源からの発散光束のうち前記照射光軸に対して前記第１の角度より大きな角度をなす光束が入射する第２の入射面と、
該第２の入射面からの光束を反射して前記物体に向かわせる反射面とを有す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】
前記光源は、周方向の一部にトリガ電極が設けられた放電発光管であり、
前記発光領域は、前記放電発光管の内部においてその径方向中心よりも前記トリガ電極側に偏在することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の照明装置と、
該照明装置からの光束により照明された被検査物を撮像して画像を生成する撮像装置と、
該撮像装置からの画像に基づいて検出処理を行う検出処理装置とを有することを特徴とする検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物等の物体を照明する照明装置に関し、さらに該被検査物の撮像により得られた画像から被検査物の検査を行う検査システムに関する。 
【背景技術】
【０００２】
カメラ等の撮像装置とともに用いられる照明装置は、光源から発せられた光束を反射鏡やフレネルレンズ等の光学部材を介して物体に導き、該物体の良好な画像の生成を可能としている。このような照明装置において、光源から様々な方向に発せられる発散光束を、効率良く必要照射範囲内に集光させるようにする構成が、種々提案されている。
【０００３】
特に、最近では、光源よりも物体側に、従来多く用いられていたフレネルレンズに代えて、プリズムやライトガイド等の光学部材を配置し、該光学部材での全反射を利用することによって、集光効率を向上させたり、照明装置の小型化を図ったりしている。
【０００４】
特許文献１には、光源から小さい角度範囲内に発せられた光束を正の屈折力を有するレンズで物体に向けて集光させるとともに、それよりも大きな角度範囲に発せられた光束を反射面での全反射を介して物体に向けて集光させる照明装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光源よりも物体側にプリズムを配置し、照明装置全体を小型化した照明装置や、プリズムの全反射面からの反射光に対応する射出面を照射光軸に対して傾斜させた照明装置が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、光源からの光束をライトガイドを介して光学部材に取り込み、該光学部材内で全反射を繰り返すことによって、光損失を少なくし、均一な配光特性を得るようにした照明装置が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１３８４３８号公報
【特許文献２】特許第３６８５５１６号公報
【特許文献３】特開平８−２３４２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような照明装置は、被検査物の画像を撮像して得られた画像から該被検査物の表面欠陥等を検査する検査システムに使用される場合がある。検査システムでは、欠陥の検出精度（検出感度）の安定性を向上させるために、被検査物を照明する光束の照射角度の均一性、すなわち照明光束の指向性が重要である。
【０００８】
特許文献１から３に開示された照明装置に代表される従来の照明装置では、光源（放電発光管）の径方向中心に点光源（発光領域）が存在するとの仮定の下、光学部材の性能を最適化している。
【０００９】
しかしながら、発明者の検討により、実際の発光領域は、放電発光管内の径方向中心よりもトリガ電極側に偏在していることを分かってきた。このため、従来のように、放電発光管内の径方向中心に発光領域を有するとの仮定で設計された光学部材では、良好な光学特性が得られず、照明光束の指向性も十分に得られない可能性がある。例えば、従来の光学部材を用いた場合、放電発光管内の径方向中心よりもトリガ電極側に偏在した発光領域の両端から発せられた光線の入射角度差は２７〜４２°と非常に大きく、照明光束の指向性が低くなっている。
【００１０】
本発明は、実際の発光領域を考慮して高い指向性を有する照明光束を物体に照射することができるようにした照明装置及びこれを用いた検査システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての照明装置は、幅Ｐを有する発光領域から発光する光源と、該光源からの発散光束が入射する入射面を有し、該入射面からの光束を物体に向けて照射する光学部材とを有する。そして、該入射面のうち発光領域の中心からの距離ｄが最も短い入射点から発光領域の幅方向両端を見込む角度θが、以下の条件を満足することを特徴とする。
【００１２】
θ＝２tan−１{(Ｐ／２)／ｄ}≦α
但し、αは入射面の幅をＤとしたときの光学部材から射出する光束の開き角度で、
α＝２tan−１{(Ｄ／２)／ｂ}である。また、ｂは入射面から、光学部材の焦点距離ｆに応じた発光領域の像位置までの距離で、光学部材のパワーを１／ｆとしたときに、
ｂ＝１／｛（１／ｆ）−（１／ｄ）｝である。
【００１３】
なお、上記照明装置と、該照明装置からの光束により照明された被検査物を撮像して画像を生成する撮像装置と、該撮像装置からの画像に基づいて検出処理を行う検出処理装置とを有する検査システムも本発明の他の側面を構成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、光学部材の入射面（入射点）から発光領域の幅方向両端を見込む角度θを、光学部材から射出する光束の開き角度（発散角度）αの半分以下となるように発光領域と光学部材との関係を設定する。これにより、実際の発光領域が光源の中心からずれて存在する場合でも、照明光束の指向性が高い照明装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１には、本発明の実施例である照明装置の構成と該照明装置から光束が射出する様子を示している。
【００１７】
図１おいて、１０は光源としての放電発光管であり、図の紙面に垂直な方向に延びている。放電発光管１０としては、キセノン管等が使用される。
【００１８】
放電発光管１０の背面部（周方向の一部）には、該発光放電管１０の長手方向（図の紙面に垂直な方向）に延びるトリガ電極１２が設けられている。放電発光管１０の長手方向両端には、不図示の放電電極が設けられており、該放電電極に高電圧が印加された状態でトリガ電極にトリガ電圧が印加させることで、放電、つまりは発光が開始される。
【００１９】
１１は放電による発光が行われる発光領域である。発光領域１１は、放電発光管１０の内部においてその径方向中心よりもトリガ電極側に偏在している。言い換えれば、トリガ電極１２は、放電発光管１０内の発光領域１１をトリガ電極側に安定的に形成させる役割を有する。発光領域１１は、該照明装置の照射光軸ＡＸＬ上に位置し、径方向において幅Ｐを有する。
【００２０】
発光領域１１から発せられて放電発光管１０から広い角度範囲に射出された発散光束は、光学部材としてのプリズム２に向かう。
【００２１】
プリズム２は、図の紙面に平行な方向での中央部に設けられた屈折光学系部分２ａと、その両側に設けられた２つの反射光学系部分２ｂ，２ｃとを有する。
【００２２】
発光領域１１（放電発光管１０）からの発散光束のうち、照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度より小さい角度で射出した第１の光束は、屈折光学系部分２ａの入射面である第１の入射面２ａ−１から屈折光学系部分２ａに入射する。第１の入射面２ａ−１は、図の紙面に平行な方向（図中の左右方向）にて幅Ｄ１を有する。
【００２３】
また、照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度より大きい角度で射出した第２及び第３の光束はそれぞれ、反射光学系部分２ｂ，２ｃの入射面である第２及び第３の入射面２ｂ−１，２ｃ−１から図の右側及び左側に示した反射光学系部分２ｂ，２ｃに入射する。なお、本実施例では、屈折光学系部分２ａ及び反射光学系部分２ｂ，２ｃは、照射光軸ＡＸＬに対して対称形状を有するように形成されている。
【００２４】
第２及び第３の入射面２ｂ−１，２ｃ−１は、図の紙面に平行な方向（図中の上下方向）にて幅Ｄ２，Ｄ３を有する。また、第１〜第３の入射面２ａ−１，２ｂ−１，２ｃ−１は、平面又は凹面により構成されている。
【００２５】
第１の光束のうち第１の入射面２ａ−１の中央部、つまりは第１の入射面２ａ−１における発光領域１１の中心Ｏからの距離ｄ１が最も短い入射点ｉａに入射した光束は、以下のような光束（指向性ビーム）となって不図示の物体に照射される。すなわち、入射点ｉａから発光領域１１の幅方向両端（図中の左右方向両端）を見込む角度θ１に対して、θａ１の広がりを持った指向性ビームとして屈折光学系部分２ａの射出面２ａ−２の中央部から射出する。また、第１の光束のうち第１の入射面２ａ−１の両端部に入射した光束は、θａ２，θａ３の広がりを持った指向性ビームとして屈折光学系部分２ａの射出面２ａ−２の両端部から射出する。
【００２６】
発光領域１１の中心点Ｏから発せられて射出面２ａ−２から射出する第１の光束（指向性ビーム）の全体の開き角をαａとする。このとき、発光領域１１の幅Ｐ内から発せられた第１の光束全体の射出面２ａ−２からの広がり角度はαａ＋θａとなる。ここで、
θａ＝（θａ２＋θａ３）／２
である。
【００２７】
第２の光束のうち第２の入射面２ｂ−１における発光領域１１の中心Ｏからの距離ｄ２が最も短い入射点ｉｂに入射する光束は、反射光学系部分２ｂの反射面２ｂ−２で全反射して以下のような光束（指向性ビーム）となって上記物体に照射される。すなわち、入射点ｉｂから発光領域１１の幅方向両端（図１の上下方向両端）を見込む角度θ２に対して、θｂ２の広がりを持った指向性ビームとして反射光学系部分２ｂの射出面２ｂ−３の内端部から射出する。また、第２の光束のうち第２の入射面２ｂ−１における前端部に入射した光束は、θｂ３の広がりを持った指向性ビームとして反射光学系部分２ｂの射出面２ｂ−３の外端部から射出する。
【００２８】
発光領域１１の中心点Ｏから発せられて反射光学系部分２ｂの射出面２ｂ−３から射出する第２の光束（指向性ビーム）の全体の開き角をαｂとする。このとき、発光領域１１の幅Ｐ内から発せられた第２の光束全体の射出面２ｂ−３からの広がり角度はαｂ＋θｂとなる。ここで、
θｂ＝（θｂ２＋θｂ３）／２
である。
【００２９】
第３の光束のうち第３の入射面２ｃ−１における発光領域１１の中心Ｏからの距離ｄ３（＝ｄ２）が最も短い入射点ｉｃに入射する光束は、反射光学系部分２ｃの反射面２ｃ−２で全反射して以下のような光束（指向性ビーム）となって上記物体に照射される。すなわち、入射点ｉｃから発光領域１１の幅方向両端（図１の上下方向両端）を見込む角度θ３（＝θ２）に対して、θｃ２の広がりを持った指向性ビームとして反射光学系部分２ｃの射出面２ｃ−３の内端部から射出する。また、第３の光束のうち第３の入射面２ｃ−１における前端部に入射した光束は、θｃ３の広がりを持った指向性ビームとして反射光学系部分２ｃの射出面２ｃ−３の外端部から射出する。
【００３０】
発光領域１１の中心点Ｏから発せられて反射光学系部分２ｃの射出面２ｃ−３から射出する第３の光束（指向性ビーム）の全体の開き角をαｃとする。このとき、発光領域１１の幅Ｐ内から発せられた第３の光束全体の射出面２ｃ−３からの広がり角度はαｃ＋θｃとなる。ここで、
θｃ＝（θｃ２＋θｃ３）／２
である。
【００３１】
図２には、発光領域１１の中心Ｏから発せられて上述したプリズム２における３つの光学系部分２ａ，２ｂ，２ｃを介して物体に照射される第１〜第３の光束の広がりを模式的に示している。
【００３２】
図２において、２′は図１に示した屈折光学系部分２ａ及び反射光学系部分２ｂ，２ｃのうち各光学系部分と光学的に等価な光学部材を示す。ｆは該光学部材２′の焦点距離を表す。また、４は光学部材２′の照射光軸ＡＸＬの方向（以下、単に光軸方向という）での位置を示す。
【００３３】
５は光軸方向での発光領域１１の中心Ｏの位置を示す。１１ａは発光領域１１の幅方向端を示す。また、６は光軸方向での光学部材２′の焦点面の位置を示す。さらに、１１′は光学部材２′による発光領域１１の像を示し、その中心Ｏ′の位置（像位置）を７で示す。
【００３４】
ｄは発光領域１１の中心Ｏから光学部材２′の入射面（図１中の２ａ−１，２ｂ−１，２ｃ−１に相当する）までの距離であり、図１中のｄ１，ｄ２，ｄ３に相当する。Ｄは光学部材２′の入射面の幅であり、図１中のＤ１，Ｄ２，Ｄ３に相当する。
【００３５】
また、θは光学部材２′の入射面における発光領域１１の中心Ｏからの距離ｄが最も短い入射点ｉ（図１中のｉａ，ｉｂ，ｉｃに相当する）から発光領域１１の幅方向両端を見込む角度であり、図１中のθ１，θ２，θ３に相当する。なお、θ′は、図１中のθａ２，θａ３，θｂ２，θｂ３，θｃ２，θｃ３のそれぞれに相当する。
【００３６】
ここで、見込み角度θ（θ′）は、以下の条件を満足する。
【００３７】
θ＝２tan−１{(Ｐ／２)／ｄ}≦α  …（１）
αは入射面の幅をＤとしたときの光学部材２′から射出する光束の開き角度であり、
α＝２tan−１{(Ｄ／２)／ｂ}  …（２）
である。なお、αは図１中のαａ，αｂ，αｃに相当する。
【００３８】
また、ｂは入射面から、光学部材２′の焦点距離ｆに応じた発光領域１１の像位置までの距離であり、光学部材２′のパワーを１／ｆとしたときに、
ｂ＝１／｛（１／ｆ）−（１／ｄ）｝  …（３）
である。
【００３９】
（１）式に示すθとαの関係を、図３及び図４に示すように、屈折光学系部分２ａと反射光学系部分２ｂ，２ｃが満たすことにより、プリズム２の全体としても上記θとαの関係を満たすことになる。
【００４０】
つまり、本実施例では、プリズム２の入射面（入射点）から発光領域１１の幅方向両端を見込む角度θを、プリズム２から射出する光束の開き角度（発散角度）αの半分以下となるように発光領域１１とプリズム２との関係を設定する。これにより、実際の発光領域１１が放電発光管１０の中心からずれて存在する場合でも、指向性が高い照明光束を物体に照射可能な照明装置を実現することができる。
【実施例２】
【００４１】
図５には、実施例１で説明した照明装置を用いた検査システムの構成を示している。
【００４２】
ＯＢＪは物体としての被検査物である。２０は実施例１で説明した照明装置である。
【００４３】
照明装置２０から射出された指向性の高い光束は、被検査物ＯＢＪを照明する。照明された被検査物ＯＢＪは、撮像装置３０により撮像され、撮像装置３０からは撮像によって生成した画像を、検出処理装置としてのパーソナルコンピュータ４０に出力する。
【００４４】
パーソナルコンピュータ４０は、画像処理技術を用いて被検査物ＯＢＪの表面欠陥を検査する。
【００４５】
このように、指向性の高い光束を被検査物ＯＢＪに照射する照明装置２０を用いることで、被検査物ＯＢＪの欠陥検出精度（検出感度）の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１である照明装置の構成を示す断面図。
【図２】実施例１の照明装置の模式図。
【図３】実施例１の照明装置における屈折光学系部分を射出する光束の広がりを示す図。
【図４】実施例１の照明装置における反射光学系部分を射出する光束の広がりを示す図。
【図５】本発明の実施例２である照明装置を含む検査システムの構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４７】
２  プリズム
２ａ  屈折光学系部分
２ｂ，２ｃ  反射光学系部分
１０  放電発光管
１１  発光領域
ｉ，ｉａ，ｉｂ，ｉｃ  入射点
Ｏ  発光領域の中心
２′  光学部材
１１′  発光領域の像
【図１】
2009041960.tif 000003
【図２】
2009041960.tif 000004
【図３】
2009041960.tif 000005
【図４】
2009041960.tif 000006
【図５】
2009041960.tif 000007