JP2756700B2 - 反射照明型投影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えばフィルムマスク、プリント基板等
の被検物のパターンを観察するのに使用する投影装置に
関し、特に不透明な被検物に対応し得る反射照明型の投
影装置に関するものである。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 観察用の投影装置としては、従来から被検物を透過し
た光束による像を観察する透過型と、被検物で反射され
た光束による像を観察する反射型とがある。透過型は、
フィルムマスク等の透明な被検物に対しては有効である
が、不透明なプリント基板等には使用することができな
い。

そこで、この種の用途に対しては、従来から第10図に
概念的に示したような反射照明型投影装置が使用されて
いる。

すなわち、図示した装置は、光源11及びコンデンサー
レンズ12を有する照明光学系10と、投影レンズ21及びス
クリーン22及びリレー用ミラー23,24を備える投影光学
系20と、両光学系の交差部分に一点鎖線で示した投影レ
ンズ21の光軸L₂に対して斜設されたハーフミラー30と、
プリント基板等の被検物41が載置されたステージ40とか
ら構成されている。

二点鎖線で示した照明光学系10の光軸L₁と投影レンズ
21の光軸L₂とは互いに直交し、ハーフミラー30はその交
点上に位置する。

スクリーン22は、光軸L₂を中心として対称に設けられ
ている。

光源11から発した光束の一部は、ハーフミラー30によ
って被検物41側へ反射され、投影レンズ21を介して被検
物41を照明する。被検物41で反射された光束は再び投影
レンズ21を透過し、ハーフミラー30を透過してスクリー
ン22上に被検物像を形成する。

しかしながら、上記のようにハーフミラー30を用いた
場合には、光源11から発する光量のうち、投影用に生か
されるのは被検物41の反射率が100％であるとしても最
大25％に過ぎず、光量のロスが大きいという問題があ
る。

また、従来の投影装置では、スクリーン22が光軸L₂を
中心として対称に設けられているため、レンズ面での反
射が起きた場合にゴースト光の影響を受けやすいという
問題もある。

ゴースト光には、反射されるレンズ面の曲率によりス
クリーン上に集光するものと発散するものとがあるが、
後者の場合には観察に与える影響は小さい。また、収束
の度合により影響の大小に差異がある。ゴーストが生じ
るとスクリーン上での被検物像のコントラストが低下
し、観察困難な部位が生じる。

これらのゴーストについて説明するため、投影レンズ
21の詳細を２例説明する。

第11図は、被検物側にテレセントリックな投影レンズ
21を用いた例である。この投影レンズ21はハーフミラー
30の位置に絞りを持つ６枚構成のテレセントリックレン
ズであり、ハーフミラー30側から第１レンズ21a〜第６
レンズ21fの順で配列されている。

このレンズ構成によれば、第５レンズ21eの表面によ
り反射が起きた場合には、第12図に示したようにゴース
ト光が全てスクリーン内に戻ってしまう。しかも、この
場合にはスクリーン22に達するまでの光路中でゴースト
光の発散が少ないため、スクリーン上に出現するゴース
トの影響が顕著であり、特に被検物像の観察の妨げとな
る。

また、第６レンズ21fの裏面により反射が起きた場合
には、ゴースト光は第13図に示したような状態でスクリ
ーン22に達して観察の妨げとなる。但し、この場合には
第７図で示した場合よりもゴースト光の発散が強く、し
かもスクリーンに達するのはゴースト光の一部であるた
め、第12図の場合よりは観察に対する影響は少ない。

第14図は、被検物41側に非テレセントリックな投影レ
ンズ21′を用いた従来例を示したものである。この投影
レンズ21′は、第１レンズ21g〜第４レンズ21jから構成
されている。他のハーフミラー30、スクリーン22等の配
置関係は第11図に示した例と同一である。

第14図の投影レンズにおいて、第３レンズ21iの裏面
により反射が起きた場合には、第15図に示したようにゴ
ースト光がスクリーン22の全面に拡散して表れる。ま
た、第４レンズ21jの裏面で反射が起きた場合には、第1
6図に示したようにゴースト光がスクリーンの中央部に
出現する。

このようなゴーストを低減させるための対策として
は、従来からレンズ面に反射防止コーティングを施す方
法、あるいはレンズ設計の段階でゴーストが目立たない
ような設計を行なう方法等を採っていたが、根本的な解
決とはなり得なかった。

なお、上記の２つの従来例においては、ゴースト光の
影響を比較するため、後述する本願発明の実施例と同一
の投影レンズを用いて説明している。

［発明の目的］ この発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、
反射照明型の構成を採りつつ光量損失を低減させると共
に、少なくとも観察を妨げる度合が大きいゴースト光を
カットすることができる反射照明型投影装置の提供を目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る反射照明型投影装置は、被検物の像を
スクリーンに投影する投影レンズと、投影レンズの光軸
を境とする一側から照明光を入射させる光源部と、投影
レンズの絞りとなる位置に設けられて光源からの光束と
スクリーンへ向かう光束とを分離する反射ミラーとを有
し、スクリーンを、光軸を境として光源部からの光束が
投影レンズに入射する側に偏って設けたことを特徴とす
る。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この反射照明型投影装置は、第１図に概略的に示した
通り、ハロゲンランプ等の光源11及びこの光源11から発
する光束を収束光とするコンデンサーレンズ12から成る
照明光学系10と、投影レンズ21及びスクリーン22及び２
枚のリレー用ミラー23,24を有する投影光学系20と、両
光学系の交差部分に設けられた反射ミラーとしての反射
ミラー50、そしてプリント基板等の被検物41が載置され
るステージ40とから構成されている。

一点鎖線で示した投影レンズ21の光軸L₂はステージ40
に対してほぼ垂直に、かつ、二点鎖線で示した照明光学
系の光軸L₁とも垂直に設定されている。なお、従来の構
成では両光軸がハーフミラー上で交わっていたが、この
例では両光軸が交差する点より光源11側に反射ミラー50
が設けられている。

次に、投影レンズ21部分の詳細につき、２つの実施例
を説明する。

第２図〜第４図に示したのは、被検物41側にテレセン
トリックな投影レンズ21を用いた第１実施例を示してい
る。

この投影レンズ21は、第11図に示した従来例と同一の
第１レンズ21a〜第６レンズ21fの６枚構成であり、絞り
がレンズよりスクリーン22側に位置し、被検物41側にテ
レセントリックな前絞りテレセントリックレンズであ
る。

反射ミラー50は、投影レンズ21の開口絞りとなる位置
で、光軸L₂を境とする光源11側に設けられており、ステ
ージ40とリレー用ミラー23との間で投影光学系20の光路
を半分覆う状態で配置されている。

一方、照明光学系10のコンデンサーレンズ12は、光源
11と反射ミラー50とが共役となるよう配置されており、
光源の像が反射ミラー50上に形成される構成となってい
る。別言すれば、照明光学系10から発する光束はすべて
反射ミラー50上に集光し、ステージ40側へ反射偏向され
ることとなる。

照明光束が反射ミラー50によって光軸L₂を境とした一
側から投影レンズ21へ入射すると、レンズが被検物41側
にテレセントリックであるため、照明光は光軸L₂に対し
てミラー50の設けられている側から角度を持って被検物
41に導かれる。従って、被検物41における正反射成分
は、光軸L₂に対してミラーの設けられていない側に角度
を持って投影レンズ21に入射すると共に、レンズを出射
した絞りの位置では反射ミラー50が設けられていない側
をスクリーン22へ向けて透過することとなる。

しかも、この反射光は、絞りの位置から光軸L₂を境と
してミラー50の設けられている側で被検物像を形成す
る。

スクリーン22は、被検物からの正反射成分を受けるよ
うに、投影レンズ21の光軸L₂を境として反射ミラー50と
同一の側に偏って設けられており、特にこの例では投影
レンズ21がテレセントリックであるため、スクリーン全
体が光軸L₂より反射ミラー50と同一の側に設けられてい
る。

スクリーン22に投影されるのはステージ40上で光軸L₂
を境とする一方側のみであるため、被検物41は光軸L₂を
境としてミラー50とは反対側に設置される。

このような構成によれば、被検物41での光量損失は正
反射成分については０となるために光量の有効利用を図
ることができ、スクリーン22上に高コントラストで被検
物像を形成することができる。実験においても、スクリ
ーン22上の照度はハーフミラーを用いた従来の装置と比
較して他の条件が同一である場合、２倍程度とかなり改
善がみられた。

また、上記のレンズ構成によれば、第５レンズ21eの
表面により反射が起きた場合には、第３図に示したよう
にゴースト光が全てスクリーン外に導かれる。従って、
この場合にはスクリーン22上にゴースト光が達せず、被
検物像の観察の妨げとなることはない。

更に、第６レンズ21fの裏面により反射が起きた場合
には、ゴースト光は第４図に示したような状態でスクリ
ーン22の一端部に達する。但し、この場合には第３図で
示した場合よりもゴースト光の発散が強く、しかもスク
リーンに達するのはゴースト光の一部であるため、従来
の例（第12,13図）よりは観察に対する影響は少ない。

次に、被検物41側に非テレセントリックな投影レンズ
21′を用いた例を第５図〜第７図に示す。

この投影レンズ21′は、第14図に示した従来例と同一
であり、第１レンズ21g〜第４レンズ21jにより構成され
ている。また、反射ミラー50は、第２図に示した例と同
様に、投影レンズ21′の絞りとなる位置で、光軸L₂を境
として一側に設けられている。

スクリーン22は、光軸L₂を境として反射ミラー50と同
一の側にその大部分が位置するように偏って設けられて
いる。

上記構成による場合にも、第２図に示した例と同様に
照明光学系10から発する光束はすべてステージ40側へ反
射偏向され、被検物41からの反射光は、反射ミラー50の
設けられていない側をスクリーン22側へ透過する。

従って、光量損失は正反射成分については０となるた
めに光量の有効利用を図ることができ、スクリーン22上
に高コントラストで被検物像を形成することができる。

第５図の投影レンズ21′において、第３レンズ21iの
裏面により反射が起きた場合には、第６図に示したよう
にゴースト光がスクリーン22の周辺部の一端部に現れ
る。また、第４レンズ21jの裏面で反射が起きた場合に
は、第７図に示したように第６図より少ないゴースト光
がスクリーン22の周辺部に出現する。しかし、従来例
（第15図、第16図）との比較によれば、ゴーストによる
影響は小さく、スクリーン上での観察の妨げとなる可能
性は小さい。

なお、上述した実施例においては、光源からの光束を
反射ミラー50により反射させて投影レンズ21を介して被
検物41へ導き、被検物からの反射光をそのままスクリー
ン20へ投影する構成につてのみ説明した。

しかしながら、この発明の適用範囲は、以上のような
構成に限られず、例えば、第８図及び第９図に示したよ
うな配置の装置に対しても有効である。

第８図の例では、反射ミラー50に代えてダハミラー51
を用いており、光源側から投影レンズ21へ入射する光
束、及び被検物41で反射されてスクリーン22へ向かう光
路の両者を反射により折り曲げている。

第９図の例では、第２図の例とは逆に、光源からの光
束をそのまま投影レンズ21へ入射させ、被検物41からの
反射光を反射ミラー52を用いて折曲し、スクリーン22へ
導いている。

第８図、第９図の何れの例も、ミラー等の光学素子の
配置関係のみが異なるのみで、光路に沿って展開した場
合の位置関係は、第２図の例と同一である。

なお、この例ではスクリーン上に形成された像を検者
が目視観察して被検物の検査を行う構成とされている
が、反射光束をテレビカメラ等で受けて電気的処理によ
ってディスプレイ上に表示するものであってもよい。

［効果］ 以上説明したように、この発明によれば、反射照明型
の構成をとりつつ、反射ミラー部分による光量の損失を
抑えることができ、スクリーン上に形成される被検物の
像のコントラストを向上させることができる。

また、投影レンズの光軸を境としてミラーとスクリー
ンとを同一の側に設けたため、レンズの各面で反射が起
きた場合にも、ゴースト光がスクリーンに達し難く、少
なくとも被検物の観察の妨げとなるような発散の弱いゴ
ースト光はスクリーン外に導かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る反射照明型投影装置の光学系
の概略図である。 第２図〜第４図はこの発明の第１実施例に係るテレセン
トリックな投影レンズを示したものであり、第２図は被
検物からの光束を示す説明図、第３図及び第４図はゴー
スト光の状態を示す説明図である。 第５図〜第７図はこの発明の第２実施例に係る非テレセ
ントリックな投影レンズを示したものであり、第５図は
被検物からの光束を示す説明図、第６図及び第７図はゴ
ースト光の状態を示す説明図である。 第８図及び第９図は、上述した実施例の変形例を示した
被検物からの光束を示す説明図である。 第10図は従来の反射照明型投影装置の光学系の概略図で
ある。 第11図〜第13図は従来の反射照明型投影装置のテレセン
トリックな投影レンズを示したものであり、第11図は被
検物からの光束を示す説明図、第12図及び第13図はゴー
スト光の状態を示す説明図である。 第14図〜第16図は従来の反射照明型投影装置の非テレセ
ントリックな投影レンズを示したものであり、第14図は
被検物からの光束を示す説明図、第15図及び第16図はゴ
ースト光の状態を示す説明図である。 21,21′……投影レンズ 22……スクリーン 41……被検物 50……反射ミラー L₁……照明光学系の光軸 L₂……投影光学系の光軸

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検物の像をスクリーンに投影する投影レ
   ンズと、該投影レンズの光軸を境とする一側から照明光
   を入射させる光源部と、前記投影レンズの絞りとなる位
   置に設けられて前記光源からの光束と前記スクリーンへ
   向かう光束とを分離する反射ミラーとを有し、前記スク
   リーンは、前記光軸を境として前記光源部からの光束が
   投影レンズに入射する側に偏って設けられていることを
   特徴とする反射照明型投影装置。
2. 【請求項２】前記投影レンズは、前記被検物側にテレセ
   ントリックであり、前記スクリーンは、前記投影レンズ
   の光軸を境として前記光源部からの光束が投影レンズに
   入射する側に設けられていることを特徴とする請求項１
   記載の反射照明型投影装置。