特許ウォッチ

公開番号2025050331
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2023159055
出願日2023-09-22
発明の名称検査システム及び検査方法
出願人シーシーエス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/88 20060101AFI20250327BHJP(測定;試験)
要約【課題】物体側テレセントリック光学系を用いた表面検査において、広視野を得ながら、迷光を低減して高いSN比を実現でき、かつ高い解像度を実現する。
【解決手段】ワークWを撮像する撮像素子210と、物体側テレセントリック光学系1と、プレート型のビームスプリッタ2と、光を照射する光源とを備え、ビームスプリッタの屈折率をn、厚みをt、物体側テレセントリック光学系を構成するレンズのうち、ビームスプリッタより撮像素子側にあるレンズ群の合成焦点距離をEFL”、レンズ群から視たワークの虚像までの距離をZ’、物体側テレセントリック光学系の実効F値をW_fnо、撮像素子の画素サイズをPxとして、以下の式を満たすように、物体側テレセントリック光学系が設定されている検査システム。
{n・t・(EFL”/Z’)²}/W_fnо≦Px
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
撮像対象であるワークを撮像する撮像素子と、
前記ワークと前記撮像素子との間に配置される物体側テレセントリック光学系と、
前記物体側テレセントリック光学系の光軸上に斜めに配置されたプレート型のビームスプリッタと、
前記光軸とは異なる方向から前記ビームスプリッタに対して光を照射し、前記ビームスプリッタで反射された光が前記ワークに照射されるように配置した光源とを備え、
前記ビームスプリッタの屈折率をｎ、厚みをｔ、前記物体側テレセントリック光学系を構成するレンズのうち、前記ビームスプリッタより前記撮像素子側にあるレンズ群の合成焦点距離をＥＦＬ”、当該レンズ群から視た前記ワークの虚像までの距離をＺ’、前記物体側テレセントリック光学系の実効Ｆ値をＷ
ｆｎо
、前記撮像素子の画素サイズをＰｘとして、以下の（１）式を満たすように、前記物体側テレセントリック光学系が設定されている検査システム。
｛ｎ・ｔ・（ＥＦＬ”／Ｚ’）
２
｝／Ｗ
ｆｎо
≦Ｐｘ（１）
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
前記物体側テレセントリック光学系の光学倍率が０．５以下である請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
撮像対象であるワークを撮像する撮像素子と、
前記ワークと前記撮像素子との間に配置される物体側テレセントリック光学系と、
前記物体側テレセントリック光学系の光軸上に斜めに配置されたビームスプリッタと、
前記光軸とは異なる方向から前記ビームスプリッタに対して光を照射し、前記ビームスプリッタで反射された光が前記ワークに照射されるように配置した光源とを備える検査システムを用いた検査方法であり、
前記ビームスプリッタとしてプレート型のものを適用し、
前記ビームスプリッタの屈折率をｎ、厚みをｔ、前記物体側テレセントリック光学系を構成するレンズのうち、前記ビームスプリッタより前記撮像素子側にあるレンズ群の合成焦点距離をＥＦＬ”、当該レンズ群から視た前記ワークの虚像までの距離をＺ’、前記物体側テレセントリック光学系の実効Ｆ値をＷ
ｆｎо
、前記撮像素子の画素サイズをＰｘとして、以下の（１）式を満たすように、前記物体側テレセントリック光学系を設定する検査方法。
｛ｎ・ｔ・（ＥＦＬ”／Ｚ’）
２
｝／Ｗ
ｆｎо
≦Ｐｘ（１）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに光を照射し、その外観、傷、欠陥等を撮像するための検査システム及び検査方法であり、特に物体側テレセントリック光学系を用いた検査システム及び検査方法に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、表面検査用の検査システムとして、特許文献１に示されるように光源から観察方向とは異なる方向に向けて射出された光を、ビームスプリッタによってカメラによる観察方向と同じ方向に反射させて観察対象であるワークを照明する同軸照明装置を用いたものが知られている。この検査システムでは、同軸照明装置のレンズ及び絞りが物体側テレセントリック光学系をなしており、光源から出射された光を平行光にしてワークに照射できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開ＷＯ２０２０／０９５８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記した特許文献１の検査システムでは、ビームスプリッタとして、２つのプリズムを組み合わせて立方体形状に形成したキューブ型のものを用いている。このため、光源からビームスプリッタに照射された光の一部は、図３に示すように、ビームスプリッタの外表面および２つのプリズムを組み合わせた面で反射されてワークに向かうことなくカメラの撮像素子に向かってしまい、いわゆる迷光を生じさせてしまう。
【０００５】
このような検査システムにおいて、広い視野を得るべく物体側テレセントリック光学系の倍率を小さくすると、ワーク面における放射照度は光学系の倍率の二乗に比例して低下するため、キューブ型のビームスプリッタで生じる迷光の影響で生じるノイズ成分を無視できないほどに撮像素子上でのＳＮ比が低下し、検査精度を担保できなくなるという問題がある。
例えば、倍率が１倍であり、放射照度が１Ｗ／ｍｍ
２
であり、ワークが反射率１００％の完全散乱体であり、光学系の実効Ｆ値が２．０（ＮＡ＝０．２５）である場合、各光学系でのエネルギーロスを無視すると、撮像光学系で取り込めるエネルギーは０．２５
２
＝０．０６２５となり、ワークからの反射光であるシグナル成分（Ｓ）はワーク面上の放射照度の約６％しか撮像素子に到達しない。ここで物体側テレセントリック光学系の倍率がさらに小さくなると（例えば０．５倍）、ワークからの反射光であるシグナル成分（Ｓ）は約２％しか撮像素子に到達しない。ビームスプリッタで生じる迷光が仮に１％であった場合、迷光によるノイズ成分（Ｎ）が反射光によるシグナル成分（Ｓ）の半分に相当し、ＳＮ比が大幅に低下することになる。
【０００６】
このような迷光による影響を低減するために、ビームスプリッタとして、図４に示すように、薄い平板ガラスを用いたプレート型のものを適用することが考えられる。プレート型のビームスプリッタを用いることで、キューブ型のビームスプリッタを用いる場合に比べて、迷光を少なくして高いＳＮ比を低コストで実現することができる。しかしながらその一方で、プレート型のビームスプリッタを用いる場合、非点収差の影響で解像度が低下し、検査精度を低下してしまうという別の問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題を一挙に解決すべくなされたものであり、物体側テレセントリック光学系を用いた表面検査において、広視野を得ながら、迷光を低減して高いＳＮ比を実現でき、かつ高い解像度を実現することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明の検査システムは、撮像対象であるワークを撮像する撮像素子と、前記ワークと前記撮像素子との間に配置される物体側テレセントリック光学系と、前記物体側テレセントリック光学系の光軸上に斜めに配置されたプレート型のビームスプリッタと、前記光軸とは異なる方向から前記ビームスプリッタに対して光を照射し、前記ビームスプリッタで反射された光が前記ワークに照射されるように配置した光源とを備え、前記ビームスプリッタの屈折率をｎ、厚みをｔ、前記物体側テレセントリック光学系を構成するレンズのうち、前記ビームスプリッタより前記撮像素子側にあるレンズ群の合成焦点距離をＥＦＬ”、当該レンズ群から視た前記ワークの虚像までの距離をＺ’、前記物体側テレセントリック光学系の実効Ｆ値をＷ
ｆｎо
、前記撮像素子の画素サイズをＰｘとして、以下の（１）式を満たすように、前記物体側テレセントリック光学系が設定されていることを特徴とする。
｛ｎ・ｔ・（ＥＦＬ”／Ｚ’）
２
｝／Ｗ
ｆｎо
≦Ｐｘ（１）
【０００９】
このような検査システムであれば、ビームスプリッタとしてプレート型のものを用いることで、キューブ型のものを用いる場合に比べて、撮像素子へ到達する迷光を低減でき、広い視野を得るべく物体側テレセントリック光学系の倍率を小さくしても、ＳＮ比の低下を抑制して、高いＳＮ比を実現することができる。そして、（１）式を満たすように物体側テレセントリック光学系の光学定数を設定することで、プレート型のビームスプリッタを用いても、非点収差の影響をほぼ受けることなく、高い解像度を実現することができる。
【００１０】
本発明の効果が特に顕著になる態様としては、前記物体側テレセントリック光学系の光学倍率が０．５以下であるものが挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許