JPH10153738A - 光学的な画像認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的な可動部を備えることなく、光源の点
灯切換えによって複数の撮影レンズに対応させた照明開
口数を得ることができ、また、同様に光源の点灯切換え
によって暗視野照明を可能とした照明機構を有する光学
的な画像認識装置を提供すること。 【解決手段】 第１層ガイド２４ａと第２層ガイド２４
ｂとを多数の光ファイバ−で形成した重層の円形断面か
らなる光ファイバ−ガイド２４と、この光ファイバ−ガ
イド２４の第１層ガイド２４ａと第２層ガイド２４ｂと
に別々に光入力し、光ファイバ−ガイド２４の光出力を
照明レンズ系（２５、２６、２８）を通して物体２９に
投光するように上記第１層ガイド２４ａと第２層ガイド
２４ｂとに対応させて設けた第１光源２１、第２光源２
２と、第１光源２１と第２光源２２とを共にまたは別々
に点灯させるための点灯切換装置とからなる照明機構を
備えた光学的な画像認識装置となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、物体を照明しな
がらその物体を撮影し、撮影画像として物体の形状や位
置などを認識するための光学的な画像認識装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造過程においては、フエハ−
の形状や位置などを認識するためにＦＡ（ファクトリイ
ンフォメ−ション）用の画像認識装置が使用されてい
る。

【０００３】このような画像認識装置は、光源の光を照
明レンズ系を通して物体（ウエハ−）に投光し、物体の
反射光を撮影レンズ系を通して受光する。つまり、物体
であるウエハ−を照明しながら撮影するＴＶ（テレビジ
ョン）カメラを備え、このＴＶカメラの表示画よりウエ
ハ−の形状や位置などを認識する構成となっている。

【０００４】上記したような画像認識装置において、照
明の明るさを優先させた場合、光源の像を直接に物体面
上に結ぶクリティカル照明が取り入れられるが、この照
明は、物体面上に光源（例えば、ランプ）のフィラメン
トなどの像が結ぶことになり、このため、照明ムラが大
きくなり倍率の高い撮影レンズを使用しなければならな
い。

【０００５】一方、照明ムラが少なく、低倍率の撮影レ
ンズが使用できる照明方法としてケ−ラ−照明が広く知
られている。図４はケ−ラ−照明機構が取り入れられて
いる画像認識装置の光学系図である。この画像認識装置
は、光源１１の光をコレクタレンズ１２と集光レンズ１
３で集光し、コンデンサレンズ１４で平光光として物体
１５を照明する照明レンズ系を備えている。

【０００６】そして、このように照明された物体１５の
反射光を対物レンズとして作用するコンデンサレンズ１
４を通してビ−ムスプリッタ１６で反射させ、この反射
光を結像レンズ１７を通してＴＶカメラのＣＣＤ１８に
入射させる撮影レンズ系を備えている。

【０００７】一方、撮影レンズはその倍率によって最適
な開口数（ＮＡ）が設定されているから、その開口数よ
り大き過ぎない開口数の照明でなければ明瞭な撮影画像
を得ることができない。そのため、上記したケ−ラ−照
明の画像認識装置では、照明の開口数を撮影レンズの開
口数（ＮＡ）に合わせるために、照明レンズ系に絞り１
９を設け、この絞り１９を調節して開口数を変化させる
構成となっている。

【０００８】図５はケ−ラ−照明の画像認識装置におい
て暗視野照明を行なう構成手段を示している。つまり、
照明レンズ系に撮影レンズの開口数に相当する照明を遮
光する遮光板２０を出し入れする遮光手段が設けられて
いる。この遮光板２０を照明光路に進出させると、物体
１５がコンデンサレンズ１４の外周部から斜めに照明さ
れる。

【０００９】この照明によって、物体１５からの反射光
が撮影レンズの開口数内に正反射によって戻らないか
ら、物体１５の輪郭部のみが明るく浮かび上がる暗視野
照明となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したような画像認
識装置は機械的な耐久性が要求されるこが多い。例え
ば、ＦＡ用画像認識装置は１０００万回以上の認識動作
に耐える耐久性が要求される。

【００１１】このため、上記した従来例の画像認識装置
のように、照明の開口数を機械的な絞り１９で変える構
成のものは望ましくない。このことは、暗視野照明を行
なう遮光板２０についても同様のことが言える。

【００１２】また、複数の撮影レンズに対応させて開口
数を高速で変更する場合、機械的な絞り１９では応答が
遅くなり、この面からも機械的な可動部を備えることは
好ましくない。

【００１３】本発明は上記した実情にかんがみ、機械的
な可動部を備えることなく、光源の点灯切換えによって
複数の撮影レンズに対応させた照明開口数を得ることが
でき、また、同様に光源の点灯切換えによって暗視野照
明を可能とした照明機構を有する光学的な画像認識装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の画像認識装置は、光源の光を照明レンズ
系を通して物体に投光し、物体の反射光を撮影レンズ系
を通して受光し物体の形状、位置などを認識する構成の
画像認識装置において、各層を多数の光ファイバ−で形
成した重層の円形断面からなる光ファイバ−ガイドと、
この光ファイバ−ガイドの各層に別々に光入力し、光フ
ァイバ−ガイドの光出力を照明レンズ系を通して物体に
投光するように上記各層に対応させて設けた複数の光源
と、複数の光源の全部または一部を点灯させるための光
源点灯切換手段とからなる照明機構を備えた構成となっ
ている。

【００１５】

【作用】光源点灯切換手段によって光源の全部を点灯さ
せれば、光ファイバ−ガイドの全てのファイバ−層から
光出力させることができ、これにより開口数の大きい撮
影レンズに対応させた照明光が照明レンズ系を介して物
体に照射される。

【００１６】光源点灯切換手段によって光源の一部を点
灯させ、光ファイバ−ガイドの中央部に位置するファイ
バ−層より光出力させれば、開口数の小さい撮影レンズ
に対応させた照明光が照明レンズ系を介して物体に照射
される。

【００１７】光源点灯切換手段によって光源の一部を点
灯させ、光ファイバ−ガイドの周囲部に位置するファイ
バ−層より光出力させれば、撮影レンズの開口数より大
きい開口数の照明光となり、この照明光が照明レンズ系
を介して物体に照射され、暗視野照明となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面に沿って説明する。図１は第１実施形態として示し
た画像認識装置の光学系図である。図示するように、こ
の画像認識装置では、第１光源（ランプ）２１と第２光
源（ランプ）２２とを備え、これら第１、第２光源を点
灯切換装置２３によって点灯切換えできる構成となって
いる。つまり、第１光源２１と第２光源２２とを共に点
灯、第１光源２１のみを点灯、第２光源２２のみを点灯
させるように切換える。

【００１９】また、第１光源２１と第２光源２２の点灯
光は、光ファイバ−ガイド２４を介して照明レンズ系に
導かれる。光ファイバ−ガイド２４は、図２に示した如
く、２重層からなる円形断面の光ファイバ−束からなる
細長形状のものとして構成してある。つまり、多数の光
ファイバ−を束ねて中央層とした第１層ガイド２４ａ
と、同様に多数の光ファイバ−を束ねて外側層とした第
２層ガイド２４ｂとから形成してある。なお、この光フ
ァイバ−ガイド２４の光出力端面２４ｃは、必要とする
撮影レンズの開口数に対応させた大きさに定めてある。

【００２０】そして、この光ファイバ−ガイド２４は、
第１光源２１の光が第１層ガイド２４ａに入力し、第２
光源２２の光が第２層ガイド２４ｂに入力するように第
１、第２光源が連結されている。

【００２１】光ファイバ−ガイド２４によって導かれ、
このガイド２４より出力される光は、コレクタレンズ２
５、集光レンズ２６、ビ−ムスプリッタ２７、コンデン
サレンズ２８からなる照明レンズ系を介して物体２９に
照射する。

【００２２】また、物体２９より反射した光は、対物レ
ンズとなるコンデンサレンズ２８を通ってビ−ムスプリ
ッタ２７によって反射される。そして、ビ−ムスプリッ
タ２７で反射された光は、今一つのビ−ムスプリッタ３
０と結像レンズ３１を通して第１のＴＶカメラ３２のＣ
ＣＤ（撮像素子）３３に入射させ、また、ビ−ムスプリ
ッタ３０で反射された光を結像レンズ３４を通して第２
のＴＶカメラ３５のＣＣＤ（撮像素子）３６に入射させ
る。

【００２３】第１のＴＶカメラ３２は撮影レンズとして
倍率の小さい結像レンズ３１からの光を受けて撮影し、
第２のＴＶカメラ３５は撮影レンズとして倍率の大きい
結像レンズ３４から光を受けて撮影する。

【００２４】続いて画像認識動作について説明する。大
きい倍率で物体２９を認識する場合には、点灯切換装置
２３によって第１光源２１と第２光源２２とを点灯させ
る。これによって光ファイバ−ガイド２４の第１層ガイ
ド２４ａと第２層ガイド２４ｂとから出力された開口数
の大きい光が照明レンズ系を通って物体２９に入射す
る。

【００２５】この場合、撮影レンズとして開口数の大き
い結像レンズ３４を通して撮影し、第２のＴＶカメラ３
５で撮影することにより、その表示画像より画像認識す
ることができる。

【００２６】小さい倍率で物体２９を認識する場合に
は、点灯切換装置２３によって第１光源２１のみを点灯
させる。これより、光ファイバ−ガイド２４の第１層ガ
イド２４ａからのみ光出力されるため、開口数の小さい
照明光が物体２９に照射される。

【００２７】この場合は、撮影レンズとして開口数の小
さい結像レンズ３１を通して第１のＴＶカメラ３２によ
って撮影することにより、その表示画像より画像認識す
ることができる。

【００２８】暗視野照明を行なう場合には、点灯切換装
置２３によって第２光源２２のみを点灯させる。これに
より、光ファイバ−ガイド２４の第２層ガイド２４ｂの
みから光出力され、この光出力の照明光によつて物体２
９が照明される。

【００２９】この場合、必要とする撮影レンズの開口数
（結像レンズ３１の開口数）より大きい開口数の照明光
が物体２９に入射される。したがって、物体２９の輪郭
部から反射した光がコンデンサレンズ２８、ビ−ムスプ
リッタ２７、３０、結像レンズ３１を通ってＣＣＤ３３
に入射し、第１のＴＶカメラ３２によって上記輪郭部が
撮影されるから、その表示画像より画像認識することが
できるる

【００３０】図３は第２実施形態として示した画像認識
装置の光学系図である。この実施形態は、光ファイバ−
ガイド２４の光出力をコンデンサレンズ４１を通してビ
−ムスプリッタ４２で反射させて物体２９に照射させる
構成としてある。

【００３１】また、物体２９の反射光はビ−ムスプリッ
タ４２を通過した後、対物レンズ４３、ビ−ムスプリッ
タ３０、結像レンズ３１を通って第１のＴＶカメラ３２
のＣＣＤ３３に入射し、また、ビ−ムスプリッタ３０で
反射した反射光を結像レンズ３４を通して第２のＴＶカ
メラ３５のＣＣＤ３６に入射するようになっている。

【００３２】その他の構成は第１実施形態と同じである
から同一部材については同符号が付してある。また、こ
の第２実施形態はコンデンサレンズ４１と対物レンズ４
３とを別々に備えたことが特徴となっており、画像認識
動作は第１実施形態と同様となる。

【００３３】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、倍率の異なる３つ以上の撮影レンズ系を設
け、各々の倍率にしたがって物体撮影し画像認識する構
成とすることができる。

【００３４】このように実施する場合は、倍率の異なる
撮影レンズ系の各々に対応させて光ファイバ−ガイド２
４の層数を増加し、また、光ファイバ−ガイド２４の各
々に光入力する複数の光源を設け、これら光源の点灯切
換えを行なうようにすればよい。

【００３５】

【発明の効果】上記した通り、本発明の画像認識装置に
よれば、複数の光源の点灯切換えによって撮影レンズに
最適な開口数に切換え物体照明を行なうことができるか
ら、画像認識の高速動作と耐久性に優れた画像認識装置
となる。

【００３６】また、光ファイバ−ガイドを用いたので、
光源と照明レンズ系との間の光学経路の曲がりや距離な
どの制約がなく装置設計に有利となる。

【００３７】さらに、光源の点灯切換えによって暗視野
照明ができるので、暗視野照明のための構成手段を別途
に設ける必要がない等実用的な画像認識装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態として示した画像認識装置の光学
系図である。

【図２】光ファイバ−ガイドの断面を示した部分斜視図
である。

【図３】第２実施形態として示した画像認識装置の光学
系図である。

【図４】ケ−ラ−照明を取り入れた従来の画像認識装置
の光学系図である。

【図５】上記した従来の画像認識装置の暗視野照明を示
した光学系図である。

【符号の説明】

２１ 第１光源 ２２ 第２光源 ２３ 点灯切換装置 ２４ 光ファイバ−ガイド ２４ａ 第１層ガイド ２４ｂ 第２層ガイド ２７ ビ−ムスプリッタ ２８ コンデンサレンズ ２９ 物体 ３０ ビ−ムスプリッタ ３１ 結像レンズ ３３ ＣＣＤ ３４ 結像レンズ ３６ ＣＣＤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源の光を照明レンズ系を通して物体に
   投光し、物体の反射光を撮影レンズ系を通して受光し物
   体の形状、位置などを認識する構成の画像認識装置にお
   いて、各層を多数の光ファイバ−で形成した重層の円形
   断面からなる光ファイバ−ガイドと、この光ファイバ−
   ガイドの各層に別々に光入力し、光ファイバ−ガイドの
   光出力を照明レンズ系を通して物体に投光するように上
   記各層に対応させて設けた複数の光源と、複数の光源の
   全部または一部を点灯させるための光源点灯切換手段と
   からなる照明機構を備えたことを特徴とする光学的な画
   像認識装置。