JP2016166747A - 光学検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】被検体が検出平面に鏡面を有しても、また、画像が異なる位置に陰影を有しても、画像キャプチャユニットに反射させることができる光学検出システムを提供する。
【解決手段】第１の光モジュール１０と、第２の光モジュール１２と、を備える光学検出システム。第１の光モジュール１０は、第１の光軸Ａ１を有する第１の光源１００と、被検体における検出平面の法線に対して第１の光軸と対称になり、第１の光軸との間に第１の角度Φを形成する第１の画像キャプチャ軸Ｂ１を有する第１の画像キャプチャユニット１０２と、を含む。第２の光モジュール１２は、第２の光軸Ａ２を有する第２の光源１２０と、法線に対して第２の光軸Ａ２と対称となり、第２の光軸Ａ２との間に第１の角度Φと異なる第２の角度Θを形成する第２の画像キャプチャ軸Ｂ２を有する第２の画像キャプチャユニット１２２と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学検出システムに関し、特にステレオ計測システムに関する。

一般的には、被検体（Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ；ＤＵＴ）の三次元形状を測定するための方法は、接触式と非接触式に分けられる。非接触式方法は、通常は被検体にレーザスポット、レーザー光線又は構造（例えば、ストライプ）光を投影して、スポットごとに走査、光線ごとに走査する又はストライプ歪みの状況を走査することに関する。光源、物体及び結像位置の三角幾何関係に基づいて、被検体の三次元形状の高さを推算することができる。

図７は、従来の光学検出システム７を示す模式図である。図７に示すように、光学検出システム７は、２つの光源７０及びビデオカメラ７２を具備する。２つの光源７０は、それぞれ被検体２の両側に位置し、被検体２に向かって発光する。ビデオカメラ７２は、被検体２の真上に位置し、被検体２の反射した光を受光することに用いられ、それによって被検体２に対応する画像を生じる。

しかしながら、従来の光学検出システム７は、ある被検体、例えば鏡面を有する物体に適用されない。鏡面を有する物体については、物体からの反射光が反射の法則に準じるため、大量の光がビデオカメラ７２に反射されない。このため、ビデオカメラ７２の受けた反射光の強度が弱すぎるため、画像のコントラストが悪く、更に後続のアルゴリズムの解読に影響を与える。光学検出システム７は、優れた画像のコントラストを取得し反射の法則に符合するように修正されても、キャプチャされた画像に陰影（ｓｈａｄｏｗ）と画像歪み（ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）等という問題が発生する。画像歪みの問題は、アルゴリズムによって補償されるが、陰影の問題は、解決されない。

このため、如何に上記の問題を解決する光学検出システムを提供するかは、現在の業界において研究資源を投入して研究するプロジェクトの一つとなっている。

本発明は、第１の光モジュールと、第２の光モジュールと、を備える被検体（Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ；ＤＵＴ）を検出するための光学検出システムを提供する。第１の光モジュールは、第１の光軸を有する第１の光源と、被検体における検出平面の法線に対して第１の光軸と対称になり、第１の光軸との間に第１の角度を形成する第１の画像キャプチャ軸を有する第１の画像キャプチャユニットと、を含む。第２の光モジュールは、第２の光軸を有する第２の光源と、第２の光軸と法線に対して対称となり、第２の光軸との間に第１の角度と異なる第２の角度を形成する第２の画像キャプチャ軸を有する第２の画像キャプチャユニットと、を含む。

本発明の一実施形態において、上記第１の光源と第２の画像キャプチャユニットとは、法線の一側に位置し、第２の光源と第１の画像キャプチャユニットとは、法線の他側に位置する。

本発明の一実施形態において、上記第１の角度と第２の角度とは、１０度〜９５度である。尚、本明細書において、「〜」はその前後の数字を範囲に含むものとする。

本発明の一実施形態において、上記第１の光源と第２の光源とは、非偏光又は偏光を発光する。

本発明の一実施形態において、上記第１の光源の発光した光は、被検体において第１のストライプ間隔を有する第１のストライプパターンを形成する。第２の光源の発光した光は、被検体において第１のストライプ間隔と同様な第２のストライプ間隔を有する第２のストライプパターンを形成する。

本発明の一実施形態において、上記第１の光源の発光した光は被検体において第１のストライプ間隔を有する第１のストライプパターンを形成する。第２の光源の発光した光は被検体において第１のストライプ間隔と異なる第２のストライプ間隔を有する第２のストライプパターンを形成する。

本発明は、第１の光モジュールと、第２の光モジュールと、を備える被検体を検出するための光学検出システムを更に提供する。第１の光モジュールは、第１の光軸を有する第１の光源と、被検体における検出平面の法線に対して第１の光軸と対称となり、第１の光軸との間に第１の角度を形成する第１の画像キャプチャ軸を有する第１の画像キャプチャユニットと、第１の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルを有し、第１の光源の発光した光の大部分を伝達し、且つ第２の光源の発光した光の大部分を反射するための第１のフィルターと、を含む。第２の光モジュールは、第２の光軸を有する第２の光源と、法線に対して第２の光軸と対称となり、第２の光軸との間に第１の角度と異なる第２の角度を形成する第２の画像キャプチャ軸を有する第２の画像キャプチャユニットと、第２の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルから外れる第２の透過スペクトルを有し、第１の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ第２の光源の発光した光の大部分を伝達するための第２のフィルターと、を含む。

本発明の一実施形態において、上記第１の光源の発光した光は、実際に第１の透過スペクトルにマッチする第１の三重線（ｔｒｉｐｌｅｔ）を有する。第２の光源の発光した光は、実際に第２の透過スペクトルにマッチする第２の三重線を有する。

本発明の一実施形態において、第１の光源、第２のフィルター及び第２の画像キャプチャユニットは、法線の一側に位置する。第２の光源、第１のフィルター及び第１の画像キャプチャユニットは、法線の他側に位置する。

本発明は、第１の光モジュールと、第２の光モジュールと、を備える被検体を検出するための光学検出システムを更に提供する。第１の光モジュールは、第１の画像キャプチャ軸を有する第１の画像キャプチャユニットと、第１の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルを有する第１のフィルターと、第１のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に第１の画像キャプチャ軸に重なり合う第１の光軸を有する第１の光源と、を含む。第２の光モジュールは、被検体における検出平面の法線に対して第１の画像キャプチャ軸と対称となる第２の画像キャプチャ軸を有する第２の画像キャプチャユニットと、第２の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルから外れる第２の透過スペクトルを有する第２のフィルターと、第２のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に第２の画像キャプチャ軸に重なり合う第２の光軸を有する第２の光源と、を含む。第１のフィルターは、第１の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ第２の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられ、第２のフィルターは、第１の光源の発光した光の大部分を伝達し、且つ第２の光源の発光した光の大部分を反射することに用いられる。

本発明の一実施形態において、上記第１の光源の発光した光は、実際に第２の透過スペクトルにマッチする第１の三重線を有する。第２の光源の発光した光は、実際に第１の透過スペクトルにマッチする第２の三重線を有する。

本発明の一実施形態において、上記第１の光モジュールは、法線の一側に位置し、第２の光モジュールは、法線の他側に位置する。

本発明の一実施形態において、上記第１の画像キャプチャ軸と第２の画像キャプチャ軸との間に第１の角度を形成する。光学検出システムは、第３の光モジュールと、第４の光モジュールと、を更に備える。第３の光モジュールは、第３の画像キャプチャ軸を有する第３の画像キャプチャユニットと、第３の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルを有する第３のフィルターと、第３のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に第３の画像キャプチャ軸に重なり合う第３の光軸を有する第３の光源と、を含む。第４の光モジュールは、法線に対して第３の画像キャプチャ軸と対称となり、第３の画像キャプチャ軸との間に第１の角度と異なる第２の角度を形成する第４の画像キャプチャ軸を有する第４の画像キャプチャユニットと、第４の画像キャプチャ軸に位置し、第２の透過スペクトルを有する第４のフィルターと、第４のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に第４の画像キャプチャ軸に重なり合う第４の光軸を有する第４の光源と、を含む。第３のフィルターは、第３の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第４の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられ、第４のフィルターは、第４の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第３の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられる。

本発明の一実施形態において、上記第３の光源の発光した光は、実際に第２の透過スペクトルにマッチする第１の三重線を有する。第４の光源の発光した光は、実際に第１の透過スペクトルにマッチする第２の三重線を有する。

本発明の一実施形態において、上記第３の光モジュールは、法線の一側に位置し、第４の光モジュールは、法線の他側に位置する。

本発明の一実施形態において、上記第３の光源と第４の光源とは、非偏光又は偏光を発光する。

以上のように、本発明の光学検出システムは、各光源のそれぞれの光軸と対応する画像キャプチャユニットの画像キャプチャ軸を検出平面の法線に対して対称にさせるように並べられるため、被検体が検出平面に鏡面を有しても、各光源のそれぞれが発光した光の大部分を依然として対応する画像キャプチャユニットに反射させることができる。また、本発明の光学検出システムは、光源をそれぞれ被検体の法線に対して対向する側に配置するため、画像キャプチャユニットのキャプチャした画像が異なる位置に陰影を有しても、画像が更に分析され合成されて陰影のない合成画像を取得することができることによって、陰影問題を解決できる。更に、本発明の光学検出システムは、光モジュールにおける光軸と対応する画像キャプチャ軸との間の角度を他の光モジュールの角度と異ならせるように配置することによって、粒子と短絡等という問題の検出能力を向上させる。なお、上記の角度を調整することによって、光学検出システムの測定範囲を拡大できる。また、対応する光源の発光した光の大部分だけを伝達することを許可するフィルターを使用することによって、すべての画像キャプチャ装置は同時に画像をキャプチャでき、更に光学検出システムの検出効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態による光学検出システムを示す模式図である。 第１のストライプパターンと第２のストライプパターンの測定原理を示す模式図である。 本発明の別の実施形態による光学検出システムを示す模式図である。 図３における第１のフィルターに関する相対透過率−波長線グラフである。 図３における第２のフィルターに関する相対透過率−波長線グラフである。 図３における第１の光源に関する相対放射電力-波長線グラフである。 図３における第２の光源に関する相対放射電力-波長線グラフである。 本発明の更に１つの実施形態による光学検出システムを示す模式図である。 従来の光学検出システムを示す模式図である。

以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、下記叙述で多くの実際の細部を合わせて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際の細部が、本発明を制限するためのものではない。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実際の細部は、必要ないものである。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。

図１は、本発明の一実施形態による光学検出システム１を示す模式図である。図１に示すように、被検体２（Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ；ＤＵＴ）を検出するための光学検出システム１は、第１の光源１００と第１の画像キャプチャユニット１０２を含む第１の光モジュール１０と、第２の光モジュール１２と、を備える。第１の光源１００は、被検体２に揃う第１の光軸Ａ１を有する。つまり、第１の光源１００の出光面は、実際に被検体２に向かう。第１の画像キャプチャユニット１０２は、被検体２に揃う第１の画像キャプチャ軸Ｂ１を有する。つまり、第１の画像キャプチャユニット１０２の受光面は、実際に被検体２に向かう。第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１とは、被検体２における検出平面Ｐの法線Ｎに対して対称となる。第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との間に第１の角度Φを形成する。

第２の光モジュール１２は、第２の光源１２０と第２の画像キャプチャユニット１２２を含む。第２の光源１２０は、被検体２に揃う第２の光軸Ａ２を有する。つまり、第２の光源１２０の出光面は、実際に被検体２に向かう。第２の画像キャプチャユニット１２２は、被検体２に揃う第２の画像キャプチャ軸Ｂ２を有する。つまり、第２の画像キャプチャユニット１２２の受光面は、実際に被検体２に向かう。第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２とは、法線Ｎに対して対称となる。第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との間に第１の角度Φと異なる第２の角度Θを形成する。

本実施形態において、被検体２が検出平面Ｐに鏡面を有しても、第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との配列が反射の法則に準じるため、第１の光源１００の発光した光の大部分を第１の画像キャプチャユニット１０２に反射させることができる。同様に、第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との配列も反射の法則に準じるため、第２の光源１２０の発光した光の大部分を第２の画像キャプチャユニット１２２に反射させることができる。

更に、本実施形態の光学検出システム１は、第１の光モジュール１０における第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との間の第１の角度Φを第２の光モジュール１２における第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２の間の第２の角度Θと異ならせるように配置することによって、被検体２における粒子と短絡等の問題の検出能力を向上させる。

本実施形態において、第１の角度Φと第２の角度Θは１０度〜９５度であるが、本発明はこれらに制限されない。

一実施形態において、第１の光源１００と第２の画像キャプチャユニット１２２とは、法線Ｎの一側（即ち、法線Ｎの右側）に位置し、第２の光源１２０と第１の画像キャプチャユニット１０２とは、法線Ｎの他側（即ち、法線Ｎの左側）に位置する。つまり、第１の光源１００と第２の光源１２０とは、法線Ｎに対してそれぞれ被検体２の両側に配置される。その他の実施形態において、第１の画像キャプチャユニット１０２と第２の画像キャプチャユニット１２２とは、順次に画像をキャプチャする。例えば、第１の光源１００は、光を被検体２に発光して第１の画像キャプチャユニット１０２が同時に被検体２の画像をキャプチャし、次に、第２の光源１２０は、光を被検体２に発光して第２の画像キャプチャユニット１２２が同時に被検体２の他の画像をキャプチャする。この操作によって、第１の画像キャプチャユニット１０２のキャプチャした画像の左半部及び第２の画像キャプチャユニット１２２のキャプチャした画像の右半部には陰影を有しても、これらの画像が更に分析され合成されて陰影のない合成画像を取得することができる。被検体２の三次元形状は、続いてアルゴリズムによって合成画像から算出される。このため、陰影問題は、本実施形態の光学検出システム１によって解決される。

一実施形態において、第１の光源１００と第２の光源１２０とは、非偏光を発光する。第１の光源１００と第２の光源１２０とは、異なる入射角で被検体２に向かって非偏光を発光するが、優れた均一性を取得することができる。

一実施形態において、第１の光源１００と第２の光源１２０とは、偏光を発光する。ある欠陥又は斜面を分析する時に優れた画像コントラストを取得するために、偏光を使用してもよい。

一実施形態において、第１の光源１００の発光した光は、被検体２に数多くのストライプからなる第１のストライプパターンを形成する。第２の光源１２０の発光した光は、被検体２には数多くのストライプからなる第２のストライプパターンを形成する。第１のストライプパターンと第２のストライプパターンとは、何れも等間隔のマルチラインパターンである。異なる点（即ち、第１の画像キャプチャユニット１０２と第２の画像キャプチャユニット１２２）から、第１のストライプパターンと第２のストライプパターンとは、被検体２の表面形状によって幾何歪みが発生する。観察されたストライプパターンには、数多くの奥行き手掛かりが含まれる。ストライプの変位は、被検体２の表面における何れ細部の三次元座標を取得することを許可する。この目的のために、個別のストライプが鑑定されなければならず、これは、例えばストライプを追跡又はカウントすることによって完成することができる（パターン識別方法）。

図２は、第１のストライプパターンと第２のストライプパターンの測定原理を示す模式図である。図２に示すように、第１のストライプ間隔Ｐ１を有する第１のストライプパターンの投影と第２のストライプ間隔Ｐ２を有する第２のストライプパターンの投影とは、いずれも個別に最小測定単位としてもよく、且つこの最小測定単位で位相シフト法（ｐｈａｓｅ-ｓｈｉｆｔ ｍｅｔｈｏｄ）によって空間高さ（即ち被検体２の三次元形状）を解析することができる。現在、被検体２の三次元形状は、位相シフト法に基づいて反射画像により再構成してもよい。位相シフト法において、少なくとも３つ（普通は１０）のわずかな変位を伴うストライプの反射画像を取る。この方法の第１の理論は正弦波形を有する強度に基づいて変調されたストライプを除くが、この方法が「矩形」変調ストライプ、例えば液晶モニター又はデジタル光処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＤＬＰ）の発光したものに対しても実行できる。位相シフトによって、ストライプ間隔の１／１０倍の表面細部を解析することができる。第１の光源１００と第２の光源１２０との発光した構造光の形態及び検出平面Ｐの高さを考えて、これらの反射画像を分析して被検体２の三次元形状に再構成される。

本実施形態において、第２のストライプ間隔Ｐ２は、第１のストライプ間隔Ｐ１と異なる。別の実施形態において、第２のストライプ間隔Ｐ２は、第１のストライプ間隔Ｐ１と同じである。異なる入射角（即ち、図２における角度Φ／２、Θ／２）で光を発光し、光学検出システム１の測定範囲を拡大できる。

図３は、本発明の別の実施形態による光学検出システム３を示す模式図である。図３に示すように、被検体２を検出するための光学検出システム３は、第１の光源３００、第１の画像キャプチャユニット３０２及び第１のフィルター３０４を含む第１の光モジュール３０と、第２の光モジュール３２と、を備える。第１の光源３００は、被検体２に揃う第１の光軸Ａ１を有する。第１の画像キャプチャユニット３０２は、被検体２に揃う第１の画像キャプチャ軸Ｂ１を有する。第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１とは、被検体２における検出平面Ｐの法線Ｎに対して対称となる。第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との間に第１の角度Φを形成する。第１のフィルター３０４は、第１の画像キャプチャ軸Ｂ１に位置し、第１の透過スペクトルを有する。

第２の光モジュール３２は、第２の光源３２０、第２の画像キャプチャユニット３２２及び第２のフィルター３２４を含む。第２の光源３２０は、被検体２に揃う第２の光軸Ａ２を有する。第２の画像キャプチャユニット３２２は、被検体２に揃う第２の画像キャプチャ軸Ｂ２を有する。第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２とは、被検体２における検出平面Ｐの法線Ｎに対して対称となる。第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との間に第２の角度Θを形成する。第２のフィルター３２４は、第２の画像キャプチャ軸Ｂ２に位置し、第１の透過スペクトルから外れる第２の透過スペクトルを有する。

第１のフィルター３０４は、第１の光源３００の発光した光の大部分を伝達し、且つ第２の光源３２０の発光した光の大部分を反射することに用いられる。第２のフィルター３２４は、第１の光源３００の発光した光の大部分を反射し、且つ第２の光源３２０の発光した光の大部分を伝達することに用いられる。つまり、第１の光源３００の発光した光が第１のフィルター３０４を透過する透過率は、第２の光源３２０の発光した光が第１のフィルター３０４を透過する透過率よりも大きく、第１の光源３００の発光した光が第２のフィルター３２４を透過する透過率は、第２の光源３２０の発光した光が第２のフィルター３２４を透過する透過率よりも小さい。

図４Ａは、図３における第１のフィルター３０４に関する相対透過率−波長線グラフである。図４Ｂは、図３における第２のフィルター３２４に関する相対透過率−波長線グラフである。図４Ａと図４Ｂに示すように、第２の透過スペクトルは、第１の透過スペクトルから外れることが明らかである。例えば、第１のフィルター３０４と第２のフィルター３２４とは、何れも３９層のフィルム（図示せず）を有する。各層のフィルムは、特定の材料と厚さによって、特定の透過スペクトルを有する。このため、第１の透過スペクトルは、第１のフィルター３０４のフィルムの材料と厚さを調整することによって制御され、且つ第２の透過スペクトルは、第２のフィルター３２４のフィルムの材料と厚さに対する調整によって制御される。

図５Ａは、図３における第１の光源３００に関する相対放射電力-波長線グラフである。図５Ｂは、図３における第２の光源３２０に関する相対放射電力-波長線グラフである。図５Ａと図５Ｂに示すように、第１の光源３００の発光した光は、実際に第１のフィルター３０４の第１の透過スペクトルにマッチする第１の三重線（ｔｒｉｐｌｅｔ）Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を有する。第２の光源３２０の発光した光は、実際に第２のフィルター３２４の第２の透過スペクトルにマッチする第２の三重線Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を有する。このため、第１のフィルター３０４に、第１の光源３００の発光した光の大部分を伝達させ、第２の光源３２０の発光した光の大部分を反射させ、そして、第２のフィルター３２４に、第１の光源３００の発光した光の大部分を反射させ、第２の光源３２０の発光した光の大部分を伝達させる目的を達成できる。

上記の配置によれば、第１の光源３００と第２の光源３２０とは、同時に被検体２に向かって光を発光でき、第１の画像キャプチャユニット３０２と第２の画像キャプチャユニット３２２とは、同時に被検体２の画像をキャプチャでき、更に光学検出システム３の検出効率を向上させることができる。

本実施形態において、第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との配列が反射の法則に準じるため、被検体２が検出平面Ｐに鏡面を有しても、第１の光源３００の発光した光の大部分は依然として第１の画像キャプチャユニット３０２に反射される。同様に、第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との配列も反射の法則に準じるため、第２の光源３２０の発光した光の大部分は依然として第２の画像キャプチャユニット３２２に反射される。

更に、本実施形態の光学検出システム３は、第１の光モジュール３０の第１の光軸Ａ１と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との間の第１の角度Φを、第２の光モジュール３２の第２の光軸Ａ２と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との間の第２の角度Θと異ならせるように配置することによって、更に被検体２における粒子と短絡等の問題の検出能力を向上させることができる。

一実施形態において、第１の角度Φと第２の角度Θとは、１０度〜９５度であるが、本発明はこれらに制限されない。

本実施形態において、第１の光源３００、第２のフィルター３２４及び第２の画像キャプチャユニット３２２は、法線Ｎの一側（即ち、法線Ｎの右側）に位置し、第２の光源３２０、第１のフィルター３０４及び第１の画像キャプチャユニット３０２は、法線Ｎの他側（即ち、法線Ｎの左側）に位置する。つまり、第１の光源３００と第２の光源３２０とは、法線Ｎに対してそれぞれ被検体２の両側に配置される。以上に言及したように、第１の画像キャプチャユニット３０２と第２の画像キャプチャユニット３２２とは、同時に画像をキャプチャできる。この配置によって、第１の画像キャプチャユニット３０２のキャプチャした画像の左半部及び第２の画像キャプチャユニット３２２のキャプチャした画像の右半部に陰影（第１のフィルター３０４と第２のフィルター３２４とはそれぞれ第１の光源３００と第２の光源３２０との発光した光だけ透過することを許可するわけである）を有しても、これらの画像が更に分析され合成されて陰影のない合成画像を取得することができる。被検体２の三次元形状は、続いてアルゴリズムによって合成画像から算出される。このため、陰影問題も本実施形態の光学検出システム３によって解決される。

一実施形態において、第１の光源３００と第２の光源３２０とは、非偏光を発光する。第１の光源３００と第２の光源３２０とは、異なる入射角で被検体２に向かって非偏光を発光するが、優れた均一性を取得できる。

一実施形態において、第１の光源３００と第２の光源３２０とは、偏光を発光する。ある欠陥又は斜面を分析する時に優れた画像コントラストを取得するために、偏光を使用してもよい。

一実施形態において、第１の光源３００の発光した光は、被検体２に数多くのストライプからなる第１のストライプパターンを形成する。第２の光源３２０の発光した光は、被検体２に数多くのストライプからなる第２のストライプパターンを形成する。被検体２の三次元形状は、上記のパターン識別方法と位相シフト法に基づいて反射画像により再構成されるが、ここで贅言しない。

図６は、本発明の更に１つの実施形態による光学検出システム５を示す模式図である。図６に示すように、被検体２を検出するための光学検出システム５は、第１の画像キャプチャユニット５００、第１のフィルター５０２及び第１の光源５０４を含む第１の光モジュール５０と、第２の光モジュール５２と、を備える。第１の画像キャプチャユニット５００は、被検体２に揃う第１の画像キャプチャ軸Ｂ１を有する。第１のフィルター５０２は、第１の画像キャプチャ軸Ｂ１に位置し、第１の透過スペクトルを有する。第１の光源５０４は、第１のフィルター５０２に向かって光を発光することに用いられる。第１のフィルター５０２は、第１の光源５０４の発光した光の大部分を反射することに用いられる。第１の光源５０４の反射された光は、実際に第１の画像キャプチャ軸Ｂ１に重なり合う第１の光軸Ａ１を有する。

第２の光モジュール５２は、第２の画像キャプチャユニット５２０、第２のフィルター５２２及び第２の光源５２４を含む。第２の画像キャプチャユニット５２０は、被検体２に揃う第２の画像キャプチャ軸Ｂ２を有する。第２の画像キャプチャ軸Ｂ２と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１とは、被検体２における検出平面Ｐの法線Ｎに対して対称となる。第２のフィルター５２２は、第２の画像キャプチャ軸Ｂ２に位置し、第１の透過スペクトルから外れる第２の透過スペクトルを有する。第２の光源５２４は、第２のフィルター５２２に向かって光を発光することに用いられる。第２のフィルター５２２は、第２の光源５２４の発光した光の大部分を反射することに用いられる。第２の光源５２４の反射される光は、実際に第２の画像キャプチャ軸Ｂ２に重なり合う第２の光軸Ａ２を有する。

また、第１のフィルター５０２は、第２の光源５２４の発光した光の大部分を伝達することに用いられ、第２のフィルター５２２は、第１の光源５０４の発光した光の大部分を伝達することに用いられる。つまり、第１の光源５０４の発光した光が第２のフィルター５２２を透過する透過率は、第２の光源５２４の発光した光が第２のフィルター５２２を透過する透過率よりも大きく、第１の光源５０４の発光した光が、第１のフィルター５０２を透過する透過率は第２の光源５２４の発光した光が第１のフィルター５０２を透過する透過率よりも小さい。

図４Ａと図４Ｂに示すように、第２の透過スペクトルが第１の透過スペクトルから外れることが明らかである。図５Ａと図５Ｂに示すように、第１の光源５０４の発光した光は、実際に第２の透過スペクトルにマッチする第１の三重線Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を有する。第２の光源５２４の発光した光は、実際に第１の透過スペクトルにマッチする第２の三重線Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を有する。このため、第１のフィルター５０２に、第２の光源５２４の発光した光の大部分を伝達させ、第１の光源５０４の発光した光の大部分を反射させ、そして、第２のフィルター５２２に、第２の光源５２４の発光した光の大部分を反射させ、第１の光源５０４の発光した光の大部分を伝達させる目的を達成できる。

上記の配置によれば、第１の光源５０４と第２の光源５２４とは、同時に被検体２に向かって光を発光でき、第１の画像キャプチャユニット５００と第２の画像キャプチャユニット５２０とは、同時に被検体２の画像をキャプチャでき、更に光学検出システム５の検出効率を向上させることができる。

本実施形態において、第１の光軸Ａ１と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との配列は反射の法則に準じるため、被検体２が検出平面Ｐに鏡面を有しても、第１の光源５０４の発光した光の大部分は依然として第２の画像キャプチャユニット５２０に反射される。同様に、第２の光軸Ａ２と第１の画像キャプチャ軸Ｂ１との配列も反射の法則に準じるため、第２の光源５２４の発光した光の大部分は依然として第１の画像キャプチャユニット５００に反射される。

一実施形態において、第１の光モジュール５０は、法線Ｎの一側（即ち、法線Ｎの左側）に位置し、第２の光モジュール５２は、法線Ｎの他側（即ち、法線Ｎの右側）に位置する。つまり、第１の光源５０４と第２の光源５２４とは、法線Ｎに対してそれぞれ被検体２の両側に配置される。以上に言及したように、第１の画像キャプチャユニット５００と第２の画像キャプチャユニット５２０とは、同時に画像をキャプチャできる。この配置によって、第１の画像キャプチャユニット５００のキャプチャした画像の左半部及び第２の画像キャプチャユニット５２０のキャプチャした画像の右半部に陰影（第１のフィルター５０２と第２のフィルター５２２はそれぞれ第２の光源５２４と第１の光源５０４が発光した光だけを透過することを許可するわけである）を有しても、これらの画像が更に分析され合成されて陰影のない合成画像を取得することができる。被検体２の三次元形状は、続いてアルゴリズムによって合成画像から算出される。このため、陰影問題も本実施形態の光学検出システム５によって解決される。

一実施形態において、第１の光源５０４と第２の光源５２４とは、非偏光を発光する。第１の光源５０４と第２の光源５２４とは、異なる入射角で被検体２に向かって非偏光を発光するが、優れた均一性を取得できる。

一実施形態において、第１の光源５０４と第２の光源５２４とは、偏光を発光する。ある欠陥又は斜面を分析する時に優れた画像コントラストを取得するために、偏光を使用してもよい。

図６に示すように、光学検出システム５は、第３の画像キャプチャユニット５４０、第３のフィルター５４２及び第３の光源５４４を含む第３の光モジュール５４と、第４の光モジュール５６と、を更に含む。第３の画像キャプチャユニット５４０は、被検体２に揃う第３の画像キャプチャ軸Ｂ３を有する。第３のフィルター５４２は、第３の画像キャプチャ軸Ｂ３に位置し、第１の透過スペクトルを有する。第３の光源５４４は、第３のフィルター５４２に向かって光を発光することに用いられる。第３のフィルター５４２は、第３の光源５４４の発光した光の大部分を反射することに用いられる。第３の光源５４４の反射された光は、実際に第３の画像キャプチャ軸Ｂ３に重なり合う第３の光軸Ａ３を有する。第４の光モジュール５６は、第４の画像キャプチャユニット５６０、第４のフィルター５６２及び第４の光源５６４を含む。第４の画像キャプチャユニット５６０は、被検体２に揃う第４の画像キャプチャ軸Ｂ４を有する。第４の画像キャプチャ軸Ｂ４と第３の画像キャプチャ軸Ｂ３とは、法線Ｎに対して対称となる。第４のフィルター５６２は、第４の画像キャプチャ軸Ｂ４に位置し、第２の透過スペクトルを有する。第４の光源５６４は、第４のフィルター５６２に向かって光を発光することに用いられる。第４のフィルター５６２は、第４の光源５６４の発光した光の大部分を反射することに用いられる。第４の光源５６４の反射された光は、実際に第４の画像キャプチャ軸Ｂ４に重なり合う第４の光軸Ａ４を有する。

注意すべきなのは、また、第３のフィルター５４２は、第４の光源５６４の発光した光の大部分を伝達することに用いられ、且つ第４のフィルター５６２は、第３の光源５４４の発光した光の大部分を伝達することに用いられる。つまり、第３の光源５４４の発光した光が第４のフィルター５６２を透過する透過率は、第４の光源５６４の発光した光が第４のフィルター５６２を透過する透過率よりも大きく、第３の光源５４４の発光した光が第３のフィルター５４２を透過する透過率は、第４の光源５６４の発光した光が第３のフィルター５４２を透過する透過率よりも小さい。

図４Ａと図４Ｂに示すように、第２の透過スペクトルは第１の透過スペクトルから離れることが明らかである。図５Ａと図５Ｂを併せて参照されたく、第３の光源５４４の発光した光は実際に第２の透過スペクトルにマッチする第１の三重線Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を有する。第４の光源５６４が発光した光は実際に第１の透過スペクトルにマッチする第２の三重線Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を有する。このため、第３のフィルター５４２に、第４の光源５６４の発光した光の大部分を伝達させ、第３の光源５４４が発光した光の大部分を反射させ、そして、第４のフィルター５６２に、第４の光源５６４の発光した光の大部分を反射させ、第３の光源５４４が発光した光の大部分を伝達させる目的を達成できる。

上記の配置によれば、第３の光源５４４と第４の光源５６４とは、同時に被検体２に向かって光を発光でき、第３の画像キャプチャユニット５４０と第４の画像キャプチャユニット５６０とは、同時に被検体２の画像をキャプチャでき、更に光学検出システム５の検出効率を向上させることができる。

本実施形態において、第３の光軸Ａ３と第４の画像キャプチャ軸Ｂ４の配列は反射の法則に準じるため、被検体２が検出平面Ｐに鏡面を有しても、第３の光源５４４の発光した光の大部分は依然として第４の画像キャプチャユニット５６０に反射される。同様に、第４の光軸Ａ４と第３の画像キャプチャ軸Ｂ３の配列も反射の法則に準じるため、第４の光源５６４の発光した光の大部分は依然として第３の画像キャプチャユニット５４０に反射される。

一実施形態において、第３の光モジュール５４は、法線Ｎの一側（即ち、法線Ｎの右側）に位置し、第４の光モジュール５６は、法線Ｎの他側（即ち、法線Ｎの左側）に位置する。つまり、第３の光源５４４と第４の光源５６４とは、法線Ｎに対してそれぞれ被検体２の両側に配置される。以上に言及したように、第３の画像キャプチャユニット５４０と第４の画像キャプチャユニット５６０とは、同時に画像をキャプチャできる。この配置によって、第３の画像キャプチャユニット５４０のキャプチャした画像の右半部及び第４の画像キャプチャユニット５６０のキャプチャした画像の左半部に陰影（第３のフィルター５４２と第４のフィルター５６２はそれぞれ第４の光源５６４と第３の光源５４４が発光した光だけを透過することを許可するわけである）を有しても、これらの画像が更に分析され合成されて陰影のない合成画像を取得することができる。被検体２の三次元形状は、続いてアルゴリズムによって合成画像から算出される。このため、陰影問題も本実施形態の光学検出システム５によって解決される。

一実施形態において、第１の画像キャプチャ軸Ｂ１と第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との間に第１の角度Φを形成する。第３の画像キャプチャ軸Ｂ３と第４の画像キャプチャ軸Ｂ４との間に第１の角度Φと異なる第２の角度Θを形成する。本実施形態の光学検出システム５は、第１の光モジュール５０の第１の画像キャプチャ軸Ｂ１と第２の光モジュール５２の第２の画像キャプチャ軸Ｂ２との間の第１の角度Φを、第３の光モジュール５４の第３の画像キャプチャ軸Ｂ３と第４の光モジュール５６の第４の画像キャプチャ軸Ｂ４との間の第２の角度Θと異ならせるように配置することによって、更に被検体２における粒子と短絡等の問題の検出能力を向上させることができる。

一実施形態において、第１の角度Φと第２の角度Θとは１０度〜９５度であるが、本発明はこれらに制限されない。

一実施形態において、第３の光源５４４と第４の光源５６４とは、非偏光を発光する。第３の光源５４４と第４の光源５６４とは、異なる入射角で被検体２に向かって非偏光を発光するが、優れた均一性を取得できる。

一実施形態において、第３の光源５４４と第４の光源５６４とは、偏光を発光する。ある欠陥又は斜面を分析する時に優れた画像コントラストを取得するために、偏光を使用できる。

注意すべきなのは、本実施形態の光学検出システム５は、４組の光モジュールを使用するため、図３の実施形態と比べて、本実施形態はより多くの情報を取得することができることである。

以上の本発明の具体的な実施例に対する詳しい説明によって、本発明の光学検出システムは、各光源のそれぞれの光軸と対応する画像キャプチャユニットの画像キャプチャ軸とを検出平面の法線に対して対称にさせるように並べられるため、被検体が検出平面に鏡面を有しても、各光源のそれぞれが発光した光の大部分が依然として対応する画像キャプチャユニットに反射されることが明らかである。また、本発明の光学検出システムは、光源をそれぞれ被検体の法線に対して対向する側に配置するため、画像キャプチャユニットのキャプチャした画像が異なる位置に陰影を有しても、画像が更に分析され合成されて陰影のない合成画像を取得することができるため、陰影問題を解決できる。更に、本発明の光学検出システムは、光モジュールにおける光軸と対応する画像キャプチャ軸との間の角度を他の光モジュールの角度と異ならせるように配置することによって、粒子と短絡等という問題の検出能力を向上させる。更に、上記の角度を調整することによって、光学検出システムの測定範囲を拡大できる。また、対応する光源の発光した光の大部分だけを伝達することを許可するフィルターを使用することによって、すべての画像キャプチャ装置は同時に画像をキャプチャでき、更に光学検出システムの検出効率を向上させることができる。

本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１、３、５、７ 光学検出システム
１０、３０、５０ 第１の光モジュール
１００、３００、５０４ 第１の光源
１０２、３０２、５００ 第１の画像キャプチャユニット
１２、３２、５２ 第２の光モジュール
１２０、３２０、５２４ 第２の光源
１２２、３２２、５２０ 第２の画像キャプチャユニット
２ 被検体
３０４、５０２ 第１のフィルター
３２４、５２２ 第２のフィルター
５４ 第３の光モジュール
５４０ 第３の画像キャプチャユニット
５４２ 第３のフィルター
５４４ 第３の光源
５６ 第４の光モジュール
５６０ 第４の画像キャプチャユニット
５６２ 第４のフィルター
５６４ 第４の光源
７０ 光源
７２ ビデオカメラ
Ａ１ 第１の光軸
Ａ２ 第２の光軸
Ａ３ 第３の光軸
Ａ４ 第４の光軸
Ｂ１ 第１の画像キャプチャ軸
Ｂ２ 第２の画像キャプチャ軸
Ｂ３ 第３の画像キャプチャ軸
Ｂ４ 第４の画像キャプチャ軸
Ｎ 法線
Ｐ 検出平面
Ｐ１ 第１のストライプ間隔
Ｐ２ 第２のストライプ間隔
Φ 第１の角度
Θ 第２の角度

Claims (20)

1. 被検体を検出するための光学検出システムであって、
   第１の光軸を有する第１の光源と、前記被検体における検出平面の法線に対して前記第１の光軸と対称になり、前記第１の光軸との間に第１の角度を形成する第１の画像キャプチャ軸を有する第１の画像キャプチャユニットと、を含む第１の光モジュールと、
   第２の光軸を有する第２の光源と、前記法線に対して前記第２の光軸と対称となり、前記第２の光軸との間に前記第１の角度と異なる第２の角度を形成する第２の画像キャプチャ軸を有する第２の画像キャプチャユニットと、を含む第２の光モジュールと、
   を備える光学検出システム。
2. 前記第１の光源と前記第２の画像キャプチャユニットとは、前記法線の一側に位置し、前記第２の光源と前記第１の画像キャプチャユニットとは、前記法線の他側に位置する請求項１に記載の光学検出システム。
3. 前記第１の角度と前記第２の角度とは、１０度〜９５度である請求項１又は請求項２に記載の光学検出システム。
4. 前記第１の光源と前記第２の光源とは、非偏光又は偏光を発光する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学検出システム。
5. 前記第１の光源の発光した光は、前記被検体に第１のストライプ間隔を有する第１のストライプパターンを形成し、前記第２の光源の発光した光は、前記被検体に前記第１のストライプ間隔と同様な第２のストライプ間隔を有する第２のストライプパターンを形成する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学検出システム。
6. 前記第１の光源の発光した光は、前記被検体に第１のストライプ間隔を有する第１のストライプパターンを形成し、前記第２の光源の発光した光は、前記被検体に前記第１のストライプ間隔と異なる第２のストライプ間隔を有する第２のストライプパターンを形成する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学検出システム。
7. 被検体を検出するための光学検出システムであって、
   第１の光軸を有する第１の光源と、前記被検体における検出平面の法線に対して前記第１の光軸と対称となり、前記第１の光軸との間に第１の角度を形成する第１の画像キャプチャ軸を有する第１の画像キャプチャユニットと、前記第１の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルを有する第１のフィルターと、を含む第１の光モジュールと、
   第２の光軸を有する第２の光源と、前記法線に対して前記第２の光軸と対称となり、前記第２の光軸との間に前記第１の角度と異なる第２の角度を形成する第２の画像キャプチャ軸を有する第２の画像キャプチャユニットと、前記第２の画像キャプチャ軸に位置し、前記第１の透過スペクトルから外れる第２の透過スペクトルを有する第２のフィルターと、を含む第２の光モジュールと、
   を備え、
   前記第１のフィルターは、前記第１の光源の発光した光の大部分を伝達し、且つ前記第２の光源の発光した光の大部分を反射することに用いられ、前記第２のフィルターは、前記第１の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第２の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられる光学検出システム。
8. 前記第１の光源の発光した光は、実際に前記第１の透過スペクトルにマッチする第１の三重線を有し、前記第２の光源の発光した光は、実際に前記第２の透過スペクトルにマッチする第２の三重線を有する請求項７に記載の光学検出システム。
9. 前記第１の光源、前記第２のフィルター及び前記第２の画像キャプチャユニットは、前記法線の一側に位置し、前記第２の光源、前記第１のフィルター及び前記第１の画像キャプチャユニットは、前記法線の他側に位置する請求項７又は請求項８に記載の光学検出システム。
10. 前記第１の角度と前記第２の角度とは、１０度〜９５度である請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の光学検出システム。
11. 前記第１の光源と前記第２の光源とは、非偏光又は偏光を発光する請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光学検出システム。
12. 被検体を検出するための光学検出システムであって、
    第１の画像キャプチャ軸を有する第１の画像キャプチャユニットと、前記第１の画像キャプチャ軸に位置し、第１の透過スペクトルを有する第１のフィルターと、前記第１のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に前記第１の画像キャプチャ軸に重なり合う第１の光軸を有する第１の光源と、を含む第１の光モジュールと、
    前記被検体における検出平面の法線に対して前記第１の画像キャプチャ軸と対称となる第２の画像キャプチャ軸を有する第２の画像キャプチャユニットと、前記第２の画像キャプチャ軸に位置し、前記第１の透過スペクトルから外れる第２の透過スペクトルを有する第２のフィルターと、前記第２のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に前記第２の画像キャプチャ軸に重なり合う第２の光軸を有する第２の光源と、を含む第２の光モジュールと、
    を備え、
    前記第１のフィルターは、前記第１の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第２の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられ、前記第２のフィルターは、前記第２の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第１の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられる光学検出システム。
13. 前記第１の光源の発光した光は、実際に前記第２の透過スペクトルにマッチする第１の三重線を有し、前記第２の光源の発光した光は、実際に前記第１の透過スペクトルにマッチする第２の三重線を有する請求項１２に記載の光学検出システム。
14. 前記第１の光モジュールは、法線の一側に位置し、前記第２の光モジュールは、前記法線の他側に位置する請求項１２又は請求項１３に記載の光学検出システム。
15. 前記第１の光源と前記第２の光源とは、非偏光又は偏光を発光する請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の光学検出システム。
16. 前記第１の画像キャプチャ軸と前記第２の画像キャプチャ軸との間に第１の角度を形成し、前記光学検出システムは、
    第３の画像キャプチャ軸を有する第３の画像キャプチャユニットと、前記第３の画像キャプチャ軸に位置し、前記第１の透過スペクトルを有する第３のフィルターと、前記第３のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に前記第３の画像キャプチャ軸に重なり合う第３の光軸を有する第３の光源と、を含む第３の光モジュールと、
    前記法線に対して前記第３の画像キャプチャ軸と対称となり、前記第３の画像キャプチャ軸との間に前記第１の角度と異なる第２の角度を形成する第４の画像キャプチャ軸を有する第４の画像キャプチャユニットと、前記第４の画像キャプチャ軸に位置し、前記第２の透過スペクトルを有する第４のフィルターと、前記第４のフィルターに向かって光を発光することに用いられ、また、反射された光が実際に前記第４の画像キャプチャ軸に重なり合う第４の光軸を有する第４の光源と、を含む第４の光モジュールと、
    を更に備え、
    前記第３のフィルターは、前記第３の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第４の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられ、前記第４のフィルターは、前記第４の光源の発光した光の大部分を反射し、且つ前記第３の光源の発光した光の大部分を伝達することに用いられる請求項１２乃至請求項１５のいずれか一項に記載の光学検出システム。
17. 前記第３の光源の発光した光は、実際に前記第２の透過スペクトルにマッチする第１の三重線を有し、前記第４の光源の発光した光は、実際に前記第１の透過スペクトルにマッチする第２の三重線を有する請求項１６に記載の光学検出システム。
18. 前記第３の光モジュールは、前記法線の一側に位置し、前記第４の光モジュールは、前記法線の他側に位置する請求項１６又は請求項１７に記載の光学検出システム。
19. 前記第１の角度と前記第２の角度とは、１０度〜９５度である請求項１６乃至請求項１８のいずれか一項に記載の光学検出システム。
20. 前記第３の光源と前記第４の光源とは、非偏光又は偏光を発光する請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の光学検出システム。

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