JPH0282143A - スリット光照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 基板上に形成されたパターン等物体のサイズを検査する
光切断法によるスリット光照明装置に関し、 立体形状を効率的に且つ正確に検知することを目的とし
、 一面に斜め入射する１個のスリット光を複数の平行で且
つ略同じ強さのスリット光に分離して該入射面と平行な
他面から該入射光の入射角と等しい出射角で射出し、物
体を照射するスリット光照明装置であって、平行な透明
基板の両面所定位置に、反射防止膜と全反射膜およびそ
れぞれ異なる透過率を持つ複数の半透膜を選択的に被着
形成せしめて構成する。

または、前記スリット光照明装置の複数個を光軸を合わ
せて添着固定し一体化して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、画像処理技術による物体形状検査装置に使用
する照明装置に係り、特に光切断法における光源として
のスリット光照明装置に関する。

近年、画像処理技術の進歩によって物体の外観。

形状検査等を同技術によって自動的に行う試みが多くな
されているが、この際に物体の三次元情報を得るのに光
切断法を用いることが多い。

〔従来の技術〕

第３図は従来の光切断法の例を示した図であり、（Ａ）
はスリット光が１個の場合をまた（Ｂ）はスリット光が
複数の場合をそれぞれ表わしたものである。

図（八）で、１は基板２上に形成されている厚さが数μ
ｍ程度のパターンである。

従来、このようなパターン１の厚さや断面形状（プロフ
ィール）等を検知するには、通常光切断法と呼ばれる方
法によることが多い。

すなわち、スリット光の例えばレーザ光３を該パターン
１に対して斜め方向く図の場合には水平面に対して角度
θの方向）から照射し、該レーザ光３がパターン１を切
断する部分の反射光を切断線Ｃとして該レーザ光３のパ
ターン照射部のほぼ鉛直方向上方に設置しているＴＶカ
メラ４で撮像する。

この場合液パターンからの反射光は、基底面２ａからの
反射位置とパターン上面１ａからの反射位置にズレが生
ずることから、該ＴＶカメラの撮像は円内図（八“）に
示す如（パターン１のレーザ光切断線Ｃに対応した形と
なる。

ここで該パターン１の厚さをｈとし、また円内図（八゛
）における厚さ方向のズレをｄとすると厚さｈは、 ｈ＝ｄｔａｎθ で求めることができる。

しかしこの場合には、照射光が１個であるため１ライン
分の情報しか得ることができず、パターンの長さ方向に
沿った領域での高さや形状の情報を得ることができない
。

図（Ｂ）は図（Ａ）と同様のパターン１に回折格子４を
用いてレーザ光をマルチスリット化して照射したもので
ある。

この場合には図（Ａ）　と同様のシート状のレーザ光３
は、該回折格子４を通過した後はぼ直進する０次の回折
光３ａを中心とする上下両側に±１次の回折光３ｂ、　
　±２次の回折光３ｃ、　　±３次の回折光３ｄ・・・
・となるため、シート状スリット光がマルチ化し複数の
スリット光として該パターン上を照射することができる
。

しかしかかる場合には、高次の回折光はどそのパワーが
弱くなると共に、各スリット光がレーザ光３の該回折格
子４の入射位置を中心として上下に放射状に拡がるため
パターン１上におけるスリット光の間隔やスリット光の
数を制御する必要があるがこの制御に困難を伴っている
。

従ってパターン長手方向に沿う所要領域のパターンの高
さや形状を正確に検知することに難点がある。

も正確に得ることができないと云う問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、一面に斜め入射する１個のスリット光を
複数の平行で且つ略同じ強さのスリット光に分離して該
入射面と平行な他面から該入射光の入射角と等しい出射
角で射出し、物体を照射するスリット光照明装置であっ
て、 平行な透明基板の両面所定位置に、反射防止膜と全反射
膜およびそれぞれ異なる透過率を持つ複数の半透膜を選
択的に被着形成せしめてなるスリット光照明装置によっ
て解決される。

る。

または、前記スリット光照明装置の複数個を光軸を合わ
せて添着固定し一体化してなるスリット光照明装置によ
って解決される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の照明方法では、パターン等物体の拡がりを持つ領
域全体の高さや形状の情報を同時にしか〔作　用〕 基板上のパターン等物体の拡がりを持つ領域全体の高さ
や形状を同時に且つ正確に検知するには、間隔や数が容
易に制御できると共に総てが平行に射出するマルチ化さ
れたスリット光を使用することが望ましい。

本発明になる照明装置では、反射防止膜２反射膜、半透
過膜をその両面若しくは片面の所定位置に選択的に塗布
した少なくとも１個の平行な透明基板よりなる照明装置
の所定位置に、光源となるスリット光を斜め照射するこ
とによって、複数の平行且つ同じ強さのスリット光を容
易に射出させるようにしている。

従って、基板上のパターン等物体の拡がりを持つ領域全
体の高さや形状を同時にしかも正確に効率よく検知する
ことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明する構成図であり、第２図は本発
明の適用例を示す図である。

なおいずれも理解し易くするために、射出するスリット
光が３個の場合について説明する。

断面を示す第１図で、（Ａ）は一実施例をまた（Ｂ）は
他の実施例を示している。

第１図（Ａ）で、１０は例えばＢＫ−７等の光学ガラス
で形成されている厚さｔで所要の幅Ｗを持つ透明な基板
であり、該基板１０の片面１０ａにはその上端Ｓ＋から
所定の位置Ｓ２までの領域■と所定の位置Ｓ３から下端
の８４までの領域■には全幅Ｗに亙って通常ＲＤコート
と称されている光反射防止膜１１が蒸着形成されており
、Ｓ２から８３までの領域■にはアルミニウム（Ａ／）
等よりなる全反射膜１２が全幅Ｗに亙って被着形成され
ている。

また他面１０ｂには、その上端Ｓ１から所定の位置Ｓ５
までの領域■には光の透過率が３３％の半透膜１３（例
えば誘電体多層膜）をまたＳ５から所定の位置Ｓ６まで
の領域■には透過率が５０％の半透膜１４を全幅Ｗに亙
って被着形成し更にＳ６から下端の８４までの領域■に
は１０ａ面における領域■。

■と同様の反射防止膜１１を形成している。

ここで１０ａ面の反射防止膜１１が形成されている■の
領域に光源としてのスリット光束のレーザ光りを入射角
θ１で投射すると、咳レーザ光りは反射することなく全
光線が屈折角θ２で基板１０内に進入し、３３％の透過
率を持つ半透膜１３が形成されているｔｏｂ面の領域■
で１／３の光線が透過して入射光りと平行な光Ｌ１とな
って１０ｂ面から射出し残り２／３の光は液面で反射し
て全反射膜１２が形成されている１０ａ面の領域■に到
達する。

この場合レーザ光りの入射点から該領域■の到達点まで
の距離をｄとすると、 ｎｌ　　・ｓｉｎ　θＩ　＝ｒｆ２　　・ｓｉｎ　θ２
（１）ｄ＝ｔ−ｔａｎ　θ２（２） が成立する。なおｎｌは空気の屈折率（・ｌ）でありｎ
２は基板１０の屈折率（＃１．５２）である。

ついで該領域■で全反射した光量２／３の光は透過率５
０％の半透膜１４が形成された領域■で三等分され、一
方は１／３の光量を持ち上記光Ｌ１とピッチｐの間隔を
持つ平行光Ｌ２となって１０ｂ面から射出し残りの１７
３の光量を持つ光は反射する。

この反射した光１１／３の光は全反射膜１２で全反射し
た後反射防止膜１１が形成された１０ｂ面の領域■から
光線Ｌ３となって射出するが該光線Ｌ３も上記射出光Ｌ
２に対してピッチｐの間隔を持つ平行光となる。

従ってこれら射出光の前方にパターン等物体を配置する
と、該物体には複数の平行なスリット光が等間隔に照射
されることになる。

この場合１０ｂ面からの射出光Ｌ＋　、Ｌ２．Ｌ３間の
ビ・ノチｐは、 ｐ＝ｄ−ｓｉｎ　θ１（３） で表わすことができる。

従って上記式（１１〜（３）から、 が成立する。

このことは射出スリット光Ｌ＋　、Ｌ２．Ｌ３の間隔ｐ
が透明基板１０の厚さｔと投射光りの入射角θ１によっ
て制御できることを示している。

一方、各射出スリット光Ｌ＋　＋　　Ｌ２　＋　　Ｌ３
の光学的距離を調べてみると、例えばスリ７）光Ｌ１と
Ｌ２について云へばスリット光Ｌ１のＰ１〜Ｐ２間の光
路長とスリット光Ｌ２のＰ１〜Ｐ３〜Ｐ４〜Ｐ５間の光
路長の違いは空気中におけるスリット光Ｌ１のΔ１１と
基板１０内部におけるスリット光Ｌ２の２１〜２３〜２
４間の距離すなわちΔ１２との違いである。

ここで、 ｄ／Δ／＋＝ｓｉｎ　θＩ（５） ｄ／Δ／２＝ｓｉｎ　θ２（６） ｄ＝Δ／＋・ｓｉｎθｌ＝Δ／２・ｓｉｎθ２から、 Δｌ＋／Δ／２　＝ｓｉｎ　θＩ／ｓｉｎ　　θ２（７
）となる。

他方、両者の光学的距離の比は、 ｎｌ　　’Δ／１／ｎ２　・Δ１２ で表わすことができるから上記（７）式からｎｌ　　・
Δｌ！／ｎ２　・Δ１２ ＝　ｎ　＋　　０ｓｉｎ　θ１　／ｎ２　　・ｓｉｎ　
θ２で表わすことができる。しかし弐（１１からｎｌ　
・ｓｉｎ　θ１＝ｎ１　・ｓｉｎ　θ１なるためｎｌ　
　・Δ／＋／ｎ２　・Δ／２＝１　　　　　（８）とな
って液式（８）から両者の光学的距離が等しいことが分
かる。

このことはスリット光Ｌ２とＬ３の間でも同じであり、
結果的に総てのスリット光の光学的距離が等しいことを
表わしている。

なお上記の反射防止膜、半透膜、全反射膜の各被着形成
位置および半透膜の透過率を適当に設定することにより
射出スリット光の数を変えることができる。

また、基板１０内での屈折角θ２が４１．１°を越える
と全反射を起こして１０ｂ面から射出されなくなるがこ
の場合の入射角θ１は式（１）から９０°なることは明
らかである。

他の実施例を示す図（Ｂ）は、それぞれの所定位置に反
射防止膜と全反射膜および異なる透過率を持つ半透膜を
形成した透明な基板２枚を全反射膜を介在させない状態
で貼り合わせて１個のスリット光照明装置として機能さ
せるように構成したものであるが、この場合には特に上
記基板の貼着面で透過あるいは半透過するレーザ光が確
実に相互に受は渡しできるように各光線の光軸を合わせ
て構成している。

図では、レーザ光りの入射領域■には図（Ａ）同様の反
射防止膜１１を形成し、■の領域には３３％透過率の半
透過膜１３をまた■の領域には５０％透過率の半透過膜
１４を形成し、更に［相］の領域には全反射膜１２を■
［相］の領域にはそれぞれ反射防止膜１１を形成してい
る。

この場合、該スリット光照明装置から射出するスリット
光Ｌ＋、Ｌ２．Ｌ３は入射レーザ光りの略１／３ずつと
なるため図（Ａ）の場合と同等の効果を得ることができ
る。

特にこの例の如く基板の数を増加させると、基板の厚さ
によってスリット光のピッチ間隔を変えることができる
と共に、使用する基板の枚数によってスリット光の数を
制御することができる。

スリット光照明装置の適用例を示す第２図で、１５はレ
ーザ光源、１６はビームエキスパンダ、１７はシリンド
リカルレンズ、１８はスリット光照明装置。

１９は例えば基板２０の表面に形成されているパターン
、２１はパターン１９上の所定位置に配置されたＴ■カ
メラをそれぞれ示している。

この場合、レーザ光源１５から射出したレーザ光りはビ
ームエキスパンダ１６で拡大されたほぼ円形の平行光束
に整形され、更にシリンドリカルレンズ１７でスリット
光となる。

この状態でスリット光照明装置１８の所定位置に所定角
度で入射すると、該スリット光照明装置１８から射出す
るスリット光Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３　・・は第１図で説明し
た如く等間隔の平行光となる。そこでパターン１９の表
面を複数の平行光で照射することになり、その上部に配
置されたＴＶカメラ２１で拡がりを持つ所要領域の該パ
ターンの厚さや形状が同時にしかも容易に検知される。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、立体形状が効率的に且つ正確
に検知できる光切断法における光源としてのスリット光
照明装置を容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する構成図であり、第２図は本発
明の適用例を示す図である。 第３図は従来の光切断法の例を示した図、である。図に
おいて、 １０．２０は基板、　　　１１は反射防止膜、１２は全
反射膜、　　　１３．１４は半透膜、１５ハレーザ光Ｒ
１１６はビームエキスパンダ、１７はシリンドリカルレ
ンズ、 １Ｂはスリット光照明装置、 １９はパターン、　　　　２１はＴＶカメラ、をそれぞ
れ表わす。 て）’Ｉｒ、？ 犬ｊ２ 本袷明乞況明７ろ堝魚４刀 第　１　図（’ｆめ２） 本沁６月６すΔｉＬ用づ夕゛・ｊ乏デｉ薯Σ［？］第　
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Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一面に斜め入射する１個のスリット光を複数の平
   行で且つ略同じ強さのスリット光に分離して該入射面と
   平行な他面から該入射光の入射角と等しい出射角で射出
   し、物体を照射するスリット光照明装置であって、 平行な透明基板（１０）の両面所定位置に、反射防止膜
   （１１）と全反射膜（１２）およびそれぞれ異なる透過
   率を持つ複数の半透膜（１３、１４）を選択的に被着形
   成せしめてなることを特徴としたスリット光照明装置。
2. （２）前記スリット光照明装置の複数個を光軸を合わせ
   て添着固定し一体化することを特徴としたスリット光照
   明装置。