透過照明装置、検査システム、および透過照明方法
【課題】照明装置、検査システム、および照明方法において、光学部材の光散乱系欠陥や光吸収系欠陥等を良好に観察することができるようにする。
【解決手段】検査システム１００は、光透過性の被検レンズ１を、被検レンズ１を保持する保持台と、被検レンズ１上の被検査領域上の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源６ａと、保持台に保持された被検レンズ１と面光源６ａとの間の相対位置を少なくとも光軸Ｐに沿う方向に調整する相対移動機構とを備え、面光源６ａの中心Ｏを、被検レンズ１の前側焦点位置に略一致させて、被検レンズ１の被検査領域の全域を透過照明する。
【解決手段】検査システム１００は、光透過性の被検レンズ１を、被検レンズ１を保持する保持台と、被検レンズ１上の被検査領域上の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源６ａと、保持台に保持された被検レンズ１と面光源６ａとの間の相対位置を少なくとも光軸Ｐに沿う方向に調整する相対移動機構とを備え、面光源６ａの中心Ｏを、被検レンズ１の前側焦点位置に略一致させて、被検レンズ１の被検査領域の全域を透過照明する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性の光学部材の欠陥を検査するための透過照明装置、検査システム、および透過照明方法に関する。例えば、レンズ、平行平板等の光学部材表面のキズ、汚れ、ウネリ等の表面検査や光学部材内部の泡や脈理等の検査等に好適に用いることができる。
本発明の光透過性は可視光に限ることなく、例えばシリコン製の光学部材に対する近赤外光などを含む。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部材、特にレンズの表面検査、いわゆる外観検査はさまざまな照明法、例えば、落射や透過での明視野／暗視野／偏射照明を用いて被検レンズ表面を照明し、観察光学装置を用いて被検レンズ表面のキズや汚れを検査している。
ところが、光学レンズは一般的に無色透明の２つの球面で構成され、その形状は凸面、凹面、平面の組合せによる基本形（両凸、平凹、メニスカス等）の相違に加えて、外径と曲率半径の違いによって多種多様である。
こうしたレンズの表面像を観察光学装置で捉えようとするとき、観察光学装置の対物レンズの開口数が大きいと解像力（像を鮮明に表現するための分解能）はよいが焦点深度が小さくなり、頂点にピントを合わせると周辺がピントボケして見えなくなる。一方、対物レンズの開口数が小さいと焦点深度が大きくなって周辺まで観察できるが、薄肉レンズでは裏面まで見えてしまって欠陥がどちらの面にあるか判断できなくなり、かつ、解像力が落ちる。
また、レンズの表面観察は、上記対物レンズの問題もさることながらどんな照明法を用いるかの方が問題は大きい。例えば、落射明視野照明や偏射照明では、欠陥検出能力（解像力はなくとも欠陥の存在を表現する能力）は高いが対物レンズが捉える表面像全体が一様な明るさにならないとか光源の像が映り込む理由で、検査表面の一部領域でしか欠陥を検出できないことが多い。一方、透過明視野照明では、基本的に欠陥の検出能力が低い上に被検レンズのパワーにより照明光が屈曲してレンズ全面が落射照明同様、一様な明るさの像を作ることが出来ないことが多い。また、落射や透過の暗視野照明はキズなど、光散乱を発生させる欠陥（散乱系の欠陥）には強いが薄い汚れやゴミなど光吸収する欠陥（吸収型の欠陥）の検出能力が劣り、かつ被検レンズの輪郭が鮮明に捉えられないために欠陥が検査領域のどこにあるか判断することが困難である。
以上、従来の光学レンズの検査に用いられている観察方法と照明法について述べたが、現状は作業者の過去の経験によってレンズ毎に照明法を選択してレンズ表面を検査しているのが実状である。よって、被検レンズが固有に持つ焦点距離とか曲率半径とか凸凹などの形状に関連させて照明の最適化を行う必要がある。
こうした観点から従来技術としては、披検光学部材の焦点距離を利用した例えば、特許文献１には、光源部と被検光学部材間の披検光学部材の焦点位置に照明光の中心部を遮光する遮光絞りを配置する透過暗視野照明により光学部材の検査を行う光学部材検査装置（検査システム）において、遮光絞りが半透明性を有することを特徴とした光学部材検査装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１９９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の検査システムには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では遮光絞りが半透明性を有することで、透過暗視野照明でありながら透過明視野照明の特性も備えるため光吸収系欠陥も観察可能となる。しかし、像の背景が明るくなり、その明るさの程度に応じて、汚れやゴミなどの光吸収系欠陥が見えるが、暗視野照明で明瞭に見えたキズなどの光散乱系欠陥のコントラストが低下してしまう。
このため、光散乱系、光吸収系の欠陥双方に対応できるものの、それぞれの欠陥の検出能力は低下してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、レンズの焦点の働きを利用した照明法で光学部材の表面の光散乱系欠陥や光吸収系欠陥等を良好に観察することができる透過照明装置、検査システム、および透過照明方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明装置であって、前記被検体を保持する保持台と、前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源と、前記保持台に保持された前記被検体と前記面光源との間の相対位置を少なくとも光軸に沿う方向に調整する相対移動機構とを備え、前記面光源の中心を、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて、前記被検体の前記被検査領域の全域を透過照明することを特徴とする。
この発明によれば、被検体の被検査領域全域の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源を備え、該面光源の中心を被検体の前側焦点位置に略一致させて、前記被検体の検査領域を透過照明する。
このとき、被検体表裏各面上の点は照明光の被検体射出側から見てテレセントリックに小さい開口数で照明される。
よって、少なくても物体側にテレセントリックな光学系をもつ結像光学系で被検体表裏各面を観察すると被写界深度の深い像を得ることができるし、物体側と像側にテレセントリックな結像光学系を用いれば、さらにピントが欠陥からずれても欠陥像が流れるように動かなくなり、焦点深度もあげることができる。
このため、レンズなど曲率半径を持つレンズ面中心と周辺とで高さの異なる被検体であっても被検体表裏各面の被検査領域に欠陥があれば従来の検査法より良好に観察できる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の透過照明装置において、前記面光源は、
その中心に対して略対称な形状を有し、前記中心を前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて前記被検査領域全域を透過照明する際の前記開口数が、０．００５から０．０５の範囲にあることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の透過照明装置において、光を散乱させる散乱部材と、該散乱部材に光を照射する光源と、前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とを備え、前記面光源は、前記光源から照射された光が、前記散乱部材で散乱されて、前記開口板の開口から放射されることによって形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の透過照明装置において、前記面光源は、光を散乱させる散乱部材と、該散乱部材に光を照射する光源と、前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とからなる投影用面光源と、該投影用面光源を投影する投影光学系とを備える装置を用いて、前記投影用面光源を前記投影光学系で結像させた投影像から形成されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記保持台に保持された前記被検体と前記投影用面光源との間で、光軸に沿う方向に移動可能に設けられたなスライダーと、該スライダーに交換可能に着脱できる焦点距離の異なるレンズ群とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記投影用面光源の開口板の中心に焦点位置が一致して配置された正レンズと、前記投影用面光源から放射され、前記正レンズによってアフォーカル光束とされた光束の光軸上に、選択的に切り換えて配置可能な焦点距離の異なる複数のレンズ群とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項５または６に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記投影用面光源と前記被検体との間の光路上で光束径を規制し、前記被検体の照野を決定する照野絞りを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の透過照明装置において、前記照野絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、請求項４に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記投影用面光源を光源としたケーラー照明光学系であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の透過照明装置において、前記ケーラー照明光学系は、ケーラー照明を構成する明るさ絞りおよび視野絞りを有しており、前記明るさ絞りは、前記被検体を照明する照野を決定する照野絞りとして用い、前記視野絞りは、前記投影用面光源の大きさを規制し、前記被検体を照明する前記開口数を決定する開口絞りとして用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の透過照明装置において、前記照野絞りおよび前記絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の透過照明装置において、前記面光源の中心に配置可能に設けられた遮光部と、該遮光部の外周に沿う輪帯状に、略均一な散乱光を出射する輪帯状光放射領域とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の発明では、被検体を透過照明して検査を行う検査システムであって、前記被検体を保持して、前記被検体を透過照明する請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置と、前記被検体を挟んで前記透過照明装置の反対側に配置され、前記透過照明装置の前記保持台に保持され、前記透過照明装置の前記面光源によって透過照明された前記被検体の像を結像する結像光学系と、該結像光学系による前記被検体の像を観察する観察手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置によって、被検体を照明し、被検体の像を結像光学系で結像し、この被検体の像を観察手段によって観察することができる。
この検査システムは、請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置によって被検体を透過照明する検査システムになっている。このため、請求項１〜１２のいずれかに記載の照明装置と同様な作用を備える。
【００１８】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、少なくとも物体側にテレセントリックであることを特徴とする。
この発明によれば、結像光学系が、少なくとも物体側にテレセントリックであるので、被写界深度を深くできる。また、前記結像光学系が物体側と結像側双方にテレセントリックであれば、被写界深度と焦点深度を深くでき、かつ前記結像光学系のピント面から離れた欠陥を観察視野内で像位置の移動なく結像させることから、被検体の表面および内部における欠陥の光軸に直交する面内での位置測定が確実なものとなる。
【００１９】
請求項１５に記載の発明では、請求項１３または１４に記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、ズームレンズを備えることを特徴とする。
この発明によれば、結像光学系にズームレンズを備えるので、結像光学系の総合倍率を容易に連続的に変えることができる。このため、総合倍率を変える場合に焦点距離の異なる対物レンズと結像レンズとを組み合わせる場合に比べて、操作性を向上することができる。
【００２０】
請求項１６に記載の発明では、請求項１３〜１５のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、該結像光学系の瞳位置付近に開口の大きさが可変できる対物レンズ明るさ絞りを備えることを特徴とする。
この発明によれば、結像光学系の瞳位置付近に開口の大きさが可変な前記対物レンズ明るさ絞りを備える。該対物レンズ明るさ絞りは面光源の開口径を制限する（可変する）機能を持ち、前記対物絞りの開口を絞っていくと、光源部の面光源径を小さくすることと同様の効果がある。すなわち、光源部の面光源径を大きく設定しておいて前記対物レンズ明るさ絞りを絞ることで、簡単に面光源大きさを変えることできる。
【００２１】
請求項１７に記載の発明では、請求項１３〜１６のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、
該結像光学系の瞳位置に前記被検体を透過してきた前記面光源からの照明光を遮光する中心遮蔽光束制御板を備えることを特徴とする。
この発明によれば、中心遮蔽光束制御板を備えることで、照明光を遮光することができ、被検体の光散乱系欠陥等によって回折された光や散乱された光のみによる被検体の像が、前記結像光学系により結像される。そして、前記観察手段によって暗視野観察を行うことができる。
【００２２】
請求項１８に記載の発明では、請求項１３〜１７に記載の検査システムにおいて、前記検査システムは、透過ケーラー照明装置をもつ顕微鏡本体と、該顕微鏡に取り付けた顕微鏡用コンデンサーレンズおよび標本載置ステージとを備え、前記結像光学系は、前記顕微鏡本体に立設した支柱に嵌合して摺動し被検レンズにピントが合う位置で固定された前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸上に延出したアームに前記結像光学系の光軸を前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸に一致させて取り付け固定したことを特徴とする。
【００２３】
請求項１９に記載の発明では、請求項１３〜１８のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記観察手段は、前記結像光学系による像を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項２０に記載の発明では、請求項１９に記載の検査システムにおいて、前記撮像装置で撮像された画像を画像処理して、前記被検体の検査を行う画像処理装置を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項２１に記載の発明では、請求項１３〜２０のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記保持台は、コンピューターで制御される電動ステージであることを特徴とする。
【００２６】
請求項２２に記載の発明では、光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明方法であって、
前記被検体を保持し、
前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で照明する散乱光放射領域である面光源を、その中心が、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致するように配置し、この状態で、前記面光源からの光により前記被検体の前記被検査領域全域を透過照明することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１に記載の照透過明装置を用いた照明方法となっているので、請求項１に記載の発明と同様の作用を備える。
【００２７】
請求項２３に記載の発明では、請求項２２に記載の透過照明方法において、前記面光源は、投影用光源の像を投影光学系によって投影して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の透過照明装置、検査システム、および透過照明方法によれば、被検査領域全域の点を、照明光の被検体射出側から見て小さな開口数でテレセントリックに透過照明できるので、光散乱系欠陥や光吸収系欠陥等の光学部材表面欠陥をコントラスト（欠陥像の明暗）よく、かつ焦点深度深く観察することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００３０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の面光源（散乱光放射領域）から放射される散乱光の放射角度光量分布を示す模式図である。
【００３１】
本実施形態の透過照明装置である照明装置９０は、光透過性の光学部材である正レンズを被検体として透過照明するためのもので、図１（ａ）に示すように、光学部材を保持する保持台２と、基台７上に設けられた光源装置６と、基台７上で保持台２を光源装置６の面光源６ａの中心Ｏを通る中心軸Ｐに沿って移動可能に支持する保持台移動機構８（相対移動機構）とを備える。
以下では、光学部材の一例として、光源装置６側から、凸面である第１面１ｂ、同じく凸面である第２面１ａを備える両凸レンズからなる被検レンズ１の例で説明する。被検レンズ１の焦点距離はｆｔであり焦点位置をＦとする。
【００３２】
保持台２は、被検レンズ１を載置し、被検レンズ１の外周部および第１面１ｂを位置決めして保持するもので、被検レンズ１の外径より小さく第１面１ｂのレンズ有効径（レンズ球面内の光学性能を維持するために必要な径）よりも大きい内径を有する軸方向位置決め部２ａと、被検レンズ１の外周部を径方向に位置決めする径方向位置決め部２ｂとを備える。
径方向位置決め部２ｂは、例えば被検レンズ１の外周部を径方向にチャックして、保持する機構であってもよい。
また、保持台２の中心軸は、光源装置６の面光源６ａの中心軸Ｐに同軸となるように、保持台移動機構８に取り付けられている。
このため、保持台２に保持された被検レンズ１の光軸は、面光源６ａの中心軸Ｐと同軸に保持される。以下では、このように保持された被検レンズ１の光軸を光軸Ｐと称する場合がある。
【００３３】
光源装置６は、例えばハロゲンランプ等からなる光源５と、光源５からの光を散乱させる散乱部材である散乱板４と、散乱板４から保持台２側に向かう散乱光放射領域である面光源６ａを直径φｄの略円形状に規制する開口３ａを備える開口板３とからなる装置である。
本実施形態の開口板３は、金属薄板に直径φｄの開口３ａが加工されたもので、散乱板４上に接着等によって貼り付けられている。このため、開口３ａの内側には、直径がφｄの面光源６ａが形成されている。
このような光源装置６は、保持台２に保持された被検レンズ１の前側焦点位置Ｆに面光源６ａの中心Ｏが略一致されたときに、被検レンズ１の第１面１ｂを面光源６ａから放射された散乱光が照明する。
この時、中心Ｏを通る面光源６ａの法線から測った放射開口数をＮＡＯとすると、被検レンズ１の被検査領域開口数（以下、被検面開口数）ＮＡｔはＮＡｏより小さくなるように設定される。
【００３４】
散乱板４は、例えばガラス板を砂目加工したものやオパール状の光散乱板を採用することにより散乱光放射角（片側）が３０度程度（放射開口数ＮＡｏ＝０．５）のものは容易に得られる。
また、この時、被検レンズの第１面１ｂ上の任意の点ｂ、および第２面１ａ上の任意の点ａは面光源６ａ全体から放射される散乱放射光によって、各点を頂点とし面光源６ａを底辺とする円錐状の光線束で照明開口数ＮＡｂ、ＮＡａで照明される。
よって、面光源６ａからの散乱光の放射開口数ＮＡｏ内で放射角度−光量分布（以下、放射角光量分布特性）が一定であれば、被検レンズの各面はほぼ均一な明るさで照明される。
なお、散乱板を用いて作った面光源は散乱光の放射開口数が小さいとか、放射角光量分布特性が一様になりにくいとか欠点があるものの、被検光学部材との間に投影レンズを配置しないため、後述するケーラー照明光学系を用いて作る投影面光源よりも、投影レンズに付着したゴミなどによるノイズ（フレアやゴースト）がレンズ表面像に発生しにくい利点がある。
【００３５】
保持台移動機構８は、保持台２を光源装置６に対して、面光源６ａの光放射の中心軸Ｐに沿う方向に移動できる手動または自動の適宜の１軸ステージ機構等を採用することができる。また、保持台２が固定され、光源装置６が移動される構成としても良い。
【００３６】
照明装置９０を用いた透過照明方法の作用について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための模式的な光路図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための光路の部分拡大図である。図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置によって、組み上がりレンズを照明する場合の光路の部分拡大図である。図４は、被検レンズにウネリがある場合の光路の部分拡大図である。
【００３７】
まず、被検レンズ１を保持台２に載置する。そして、保持台移動機構８を用いて、被検レンズ１の前側焦点位置Ｆが、面光源６ａの中心Ｏに一致するように、保持台２を移動させる。
このとき、面光源６ａの中心Ｏは、被検レンズ１の光軸Ｐ上に配置されている。
【００３８】
光源５で発生した光は、散乱板４に到達して、散乱板４で散乱され、開口３ａからの散乱光が、被検レンズ１側に向かって放射開口数ＮＡｏで放射される。被検レンズ１の被検面開口数ＮＡｔは放射開口数ＮＡｏ内とされる。
このとき、図１（ａ）に示すように、面光源６ａの中心Ｏは被検レンズ１の前側焦点位置Ｆに一致されているため、面光源６ａの中心Ｏから放射される散乱光（照明光）は、被検レンズ１による屈折作用を受けて被検レンズ１から射出された後、光軸Ｐに平行な光線ｇとして進む。図１（ａ）では、わかり易くするために第１面１ｂ上の任意の点ｂを通過して第２面１ａ上の点ａを通る一本の光線ｇを光軸Ｐに対称にｇａ、ｇｂと記述して、１つの光線ｇが第１面１ｂ、第２面１ａ上の各点をどのように照明するか説明する。
【００３９】
第１面１ｂ、第２面１ａ上の各点における照明光の照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂは、各点から面光源６ａを見込む円錐の頂角の半分に相当するので、第１面１ｂ上の点ｂにおける照明開口数ＮＡｂは、面光源６ａの半径ｄ／２、面光源６ａから点ｂまでの光軸Ｐに沿う距離をＬｂとして、近似的にＮＡｂ＝（ｄ／２）／Ｌｂと表される。また、同様に、第２面１ａ上の点ａにおける照明開口数ＮＡａは、面光源６ａの半径ｄ／２、開口３ａから点ａまでの光軸Ｐに沿う距離をＬａとして、近似的にＮＡａ＝（ｄ／２）／Ｌａと表される。また、被検レンズが薄肉のレンズであれば、Ｌｂ＝Ｌａ＝ｆt（被検レンズの焦点距離）であるのでＮＡｂ＝ＮＡａとも書ける。
【００４０】
被検面上の点を照明する照明開口数（ＮＡａやＮＡｂ）は被検面の欠陥検出能力と密接につながっており、一般に大きいほうが欠陥の解像力は高いが焦点深度が浅くなると共に像にコントラストがなくなり、欠陥検出能力、つまり欠陥形状は鮮明さを欠いても欠陥が在るか否かの観点からの欠陥検出能力はなくなる。
よって、一般のレンズ欠陥検査では照明開口数は、あまり大きなものは使用されないが、小さくしすぎると、焦点深度が極度に深くなったり、解像力が極端に低下して欠陥の形状がボケてしまい、コントラストも低下する。結果、欠陥検出能力が低下してしまう。よって、レンズのように中心と周辺で高さに差があるような被検体では、検査対象のレンズ形状や欠陥ごとに、照明開口数は都度、欠陥検出能力と焦点深度を考慮して、好適な値に調整される。なお、レンズ表面の欠陥（外観）検査では、欠陥形状の表現力（解像力）より、欠陥があるか否かを検出する能力（欠陥検出能力）が重要であり、以下検査装置の性能を欠陥検出能力を尺度として説明する。
上記観点から、面光源６ａの開口３ａの直径φｄは、実験的ではあるが、面光源６ａの中心Ｏを被検レンズ１の前側焦点位置Ｆに配置したときの開口数である照明開口数ＮＡｂ、ＮＡａが０．００５〜０．０５の範囲となるように選ぶのが良い。
なお、照明開口数と面光源の大きさは、以下の計算で求められる。
面光源の直径＝２×照明開口数×面光源と被検面間距離（又は被検レンズ焦点距離）
【００４１】
以上、本発明の照明装置及び被検レンズ照明装置内の照明光線の振舞いについて述べてきたが、前述した光線ｇａとｇｂは同一の光線（ｇ）であることに留意して、纏めると、以下の（１）〜（３）のことが言える。
（１） 面光源６ａの中心Ｏから出た光線ｇは第１面１ｂ上の任意の点ｂを通過した後、被検レンズ１のパワーによって決定される第２面１ａ上の点ａを通過し、その後光軸Ｐに平行に被検レンズから射出される。そして、面光源６ａ全面から第１面の点ｂに集光して点ｂを照明する照明開口数ＮＡｂの光線束は被検レンズのパワーによって射出開口数ＮＡｂ’の光線束となり点ｂから、第２面の点ａを照明する照明開口数ＮＡａの光線束もまた射出開口数ＮＡａ’の光線束となって点ａから光線ｇを中心として被検レンズ１を通過してゆく。
このことは、被検レンズ１の表裏両面の被検面全域を同時に照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂで照明光の被検体射出側から見てテレセントリックに照明しているといえる。
以下で「テレセントリックに被検レンズ被検面を照明する」とは、このような照明光の被検体射出側から見ての意味である。以下、テレセントリックとのみ表現する。
（２） また、点ｂと点ａを照明する照明開口数ＮＡｂ、ＮＡａはほぼ等しいので点ｂと点ａの明るさはほぼ同じであり、面光源６ａの放射角光量分布特性が均一であれば、第１面１ｂと第２面１ａ各々は全面で一様な明るさであり、かつ２つの面の明るさは同じとなる。
（３） また、第１面１ｂと第２面１ａの任意の点は面光源６ａの開口３ａの径を変更することによって、照明開口数を制御することができ、様々な照明開口数で被検体被検面を照明することができる。
【００４２】
図２に示すように、照明装置９０と、光軸Ｐに沿う方向にピント合わせ移動可能に保持された物体側にのみテレセントリックな結像光学系１０との組合せによって、被検レンズ１の第１面１ｂ、第２面１ａを観察する場合、被検レンズ１に対して照明装置９０を上下させ被検レンズ１の焦点Ｆに面光源６ａの中心Ｏを合致させた後、結像光学系１０によって、第１面１ｂ、第２面１ａの像を観察手段であるＣＣＤ１１上に結像し、不図示のモニター上に、画像を表示させて、観察することができる。照明装置９０、結像光学系１０、およびＣＣＤ１１は、本実施形態の検査システム１００を構成する。
【００４３】
例えば、第２面１ａ上の点ａの像を得るための照明光束は、図２に示すように、面光源６ａの中心Ｏから放射された光線ｇを光学設計時に用いられる主光線に相当する光線（以下主光線とする）として、面光源６ａの端部の点ｃ、点ｅから放射されて点ａに到達する破線で示す光線を光学設計時に用いられるマージナル光線に相当する光線（以下マージナル光線とする）とする照明開口数ＮＡａの光束であり、第１面１ｂで屈折され、第２面１ａ上の点ａに集光される光である。
点ａに何らの欠陥もない場合、主光線ｇは被検レンズを通過後、光軸Ｐに平行に進み、マージナル光線は被検レンズ１のパワー（屈折力）に応じた射出開口数ＮＡａ’を有する光束として点ａから出射される。
そして、結像光学系１０はこのように点ａから出射された光束をＣＣＤ１１上に、結像光学系１０の倍率に応じた像高位置に明るい点として結像させる。同様に、ＣＣＤ１１上には、第２面１ａ上の全ての点が像が結像されることによって、第２面１ａの像ができる。
【００４４】
また、第２面１ａは面光源６ａからの放射開口数ＮＡｏの放射角光量分布特性に応じた明るさで照明される。該放射角光量分布特性が均一であれば、第２面１ａに照度の均一性が高い照明を行うことができ、結果として面全体が均一な明るさの像を得ることができる。
【００４５】
同様に、第１面１ｂ上の点ｂの像を得るための照明光は、図１（ａ）に示すように、面光源６ａの中心Ｏから放射された光線ｇを主光線として、面光源６ａの端部の点ｃ、点ｅから放射されて点ｂに到達する破線で示す光線をマージナル光線とする照明開口数ＮＡｂの光束であり、第１面１ｂ上の点ｂに集光され、光軸Ｐに平行な光線ｇを中心として、被検レンズ１のパワーに応じた射出開口数ＮＡｂ’を有する光束として出射される。
そして、点ｂを通って出射された光束も又結像光学系１０のピントを点ｂに合わせることにより、ＣＣＤ１１上で結像光学系１０の倍率に応じた像高位置に結像される。また、同様にＣＣＤ１１上には、面全体が均一な明るさ分布の像を得ることができる。
【００４６】
本実施形態では、面光源と被検面との距離ＬａとＬｂが大きくは変わらないので、照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂも大きくは変らない。そのため、点ａおよび点ｂの像の明るさはほぼ等しくなる。つまり、互いに表裏面の関係にある第２面１ａ、第１面１ｂにおける明るさの相違は少なく、かつ、放射角光量分布特性が均一な散乱板４を使用することによって、第２面１ａと第１面１ｂをほぼ同じ明るさでかつ各面が均一な明るさの像で得ることができる。
【００４７】
また、結像光学系１０が物体側テレセントリックな光学系の場合の特徴として、図３（ａ）に示すように、第１面１ｂにおける点ｂの虚像は、射出後の光線ｇｂの延長線上の点ｂ’に形成される。つまり、物体側にテレセントリックな結像光学系１０からすると光線ｇｂ上の点ａと虚像点ｂ’の像高（光軸Ｐからの距離）は等しくなり、点ａに結像光学系１０のピントを合わせたときと、点ｂ’に結像光学系１０のピントを合わせたときの像の大きさは等しくなる。
すなわち、点ａと点ｂはそれぞれにピントを合わせたとき、ＣＣＤ１１の撮像面上の同一の位置に表示されることになり、被検レンズ１の表裏面はほぼ同じ大きさの像として撮像される。
この結果、第２面１ａ、第１面１ｂの像は大きさが同じで、面全体の明るさが均一で、さらに両面がほぼ同じ明るさの像となり、面毎の調光操作や変倍操作不要な観察装置で像を観察できる。また、自動欠陥装置で両面の検査を行うに当たっては、同じ欠陥検出アルゴリズムが使えることにもなり便利である。
【００４８】
また、照明装置９０では面光源６ａが被検レンズ１の焦点位置にあるので、光源は光学的に無限遠にある。このため、本照明を用いて被検レンズの表面を結像光学系で捉えるときに面光源６ａが被検面の像に写りこまないと言う利点もある。
【００４９】
本実施形態の結像光学系１０は、適宜の結像光学系を採用することができるが、被検レンズ１がテレセントリックな照明をされているので、少なくとも物体側テレセントリックな光学系であることが好ましく、両側テレセントリックな光学系であることがより好ましい。これまで、結像レンズは図２の物体側にテレセントリックな光学構成で説明してきたが、ここからは図５に示すように、対物レンズ４６と結像レンズ４７とからなり物体と像の両側にテレセントリックな結像光学系４９での説明とする。
【００５０】
結像光学系１０と結像光学系４９との差は、前記のように、両側にテレセントリックなほうがＣＣＤ１１上に結像する光束の主光線が物体側と同様光軸Ｐと平行であるため、被検レンズ１のレンズ面上の欠陥にピント合わせた後、ピントをずらすときに欠陥が流れるようにボケながら移動することがないので、焦点深度がより深くなったように画像を取得できる利点がある。
このようなテレセントリックな被検体への照明と両側にテレセントリックな結像光学系を組合せた光学装置は測定顕微鏡に代表される他、様々な検査装置に用いられている。この理由は、前述したように、ピントがずれても像が流れるように移動しないので像位置の測定に支障を生じないことと、検査装置全体の光学系において被検体側の被写界深度と像側の焦点深度を深く出来ること、かつ小さな照明開口数の照明で像のコントラスト（像の明暗）をあげることができる点である。
また、大きな開口数ＮＡｏｂをもつ対物レンズ４６を用いて、小さな照明開口数で被検体を観察するとレンズ表面の欠陥のような表面に散在する小さな欠陥は欠陥から生じる回折光を対物レンズ４６が十分拾うことから解像力が極端に落ちず、シャープな画像を得られる欠陥検出能力とは別の観点で利点がある。例えば、落射照明タイプの半導体検査用の顕微鏡にはＮＡｏｂ＝０．９の対物レンズとφ０．５ｍｍ位まで絞れる照明用の明るさ絞りが落射投光管に装備されている。
【００５１】
なお、結像光学系による観察において、被検レンズ面の曲率半径とレンズ外径の組合せによっては、レンズ中心とレンズ周縁部との間に該結像光学系の被写界深度より大きな高低差が生じる場合があるので、被検面全体にピントが合わせることはできなくなるおそれがある。
しかし、図５に示す実施形態では、結像光学系４９が両側テレセントリックな結像光学系なので、被写界深度、焦点深度共に深くできるので、レンズ面全体を１枚の画像に納め易くなる。よって、レンズ面の径方向の観察領域を、何段階かの同心円状の検査エリアに区切り、それぞれの検査エリアにピント調整を行って、複数枚の画像を取得するときに、被検面全体を少ない回数で観察することもできる。そこで、解像力が落ちない範囲で適当な焦点深度の設定も必要となる。今回使用した図５の結像光学系４９では欠陥の解像力の観点からでなく、欠陥の検出能力の観点から実験的に深度は０．５ｍｍ（片側）となる照明開口数に設定した。
【００５２】
次に、図５の構成の照明と結像光学系を用いて行う光学部材表面の欠陥検出原理について述べる。
被検面上の光散乱系欠陥の1つであるスクラッチと呼ばれる鋭利な傷はその斜面(図４の点ｋの近傍の欠陥は凸部であるが、スクラッチは鋭利な凹部であるため斜面が存在する)で小さな開口数の照明光束を大きく屈折させ、微小な粗さの欠陥集合部では小さな開口数の照明光束は大きな散乱角で散乱させられる（図１に示す散乱光束Ｓａ、Ｓｂ参照）。これらの屈折光と散乱光束Ｓａは、対物レンズ瞳においた対物レンズ明るさ絞り４３で遮光される。よって、光散乱系欠陥の像は黒色又は灰色に観察される。
光吸収系欠陥であれば、欠陥位置を照明する小さな開口数の光束が欠陥によって吸収されるため、光吸収系欠陥の像は黒色のコントラストの高い像として観察される。
【００５３】
また、本照明法を用いた照明装置９０は、散乱系欠陥、吸収系欠陥のほかに被検レンズ１のレンズ面の微小なウネリ（レンズ表面の滑らかな凹凸）の観察も容易とする。
図４に示すように、第２面１ａ上に微小な凸部からなる微小ウネリ部１ｃがあるものとする。そして、微小ウネリ部１ｃの近傍の点ｍ、ｎに、面光源の中心Ｏからの光線ｇｍ、ｇｎが入射し、微小ウネリ部１ｃ上の点ｋに、同じく面光源の中心Ｏからの光線ｇｋが入射するものとする。
【００５４】
微小ウネリ部１ｃが存在しない場合、第２面１ａから出射される光線ｇｍ、ｇｎと破線で示す光線ｇｋは、いずれも光軸Ｐに平行に進む。
微小ウネリ部１ｃが存在する場合には、光線ｇｋは、微小ウネリ部１ｃの曲率変化に応じて、光線ｇｋ’のように点ｋで、光軸Ｐと交差する方向に偏向させられ、例えば、光線ｇｍと点ｉで交わることになる。
結像光学系４９のピント位置をピント面１１３からわずかに光線の出射側に移動し、点ｉを通る面１１４に移動すると、光線ｇｍと光線ｇｋ’とが交わる点ｉでは、明点ができる。一方、微小ウネリ部１ｃがない場合の光線ｇｋが交わる点ｊでは、光線ｇｋ’が点ｉに偏向しているので暗点ができる。実際は、被検面上の点ｍ、ｋ、ｎには、ある照明開口数を持った光束が集光しているために前記明点は明領域として、暗点は暗領域として観察される。すなわち、結像光学系４９のピントを、微小ウネリ部１ｃからわずかに出射側に離すことで、微小ウネリ部１ｃに対応する明暗模様の画像を観察することができる。
【００５５】
なお、図４には、微小ウネリ部１ｃを凸面として描いて、上記のように説明したが、微小ウネリ部１ｃは凹面であっても同様である。
このような凹面の微小ウネリ部１ｃは、例えば、モールド型に異物が付着することにより、レンズ成形時にレンズ面が滑らかに凹ませられるといった原因で発生する。この種の欠陥は強い光を当てると、目視観察で欠陥の存在を見つけることができる場合が多いが、従来の照明、例えばケーラー照明などを用いて顕微鏡で拡大観察しても面が滑らかなためほとんど見えない。
【００５６】
また、前記した散乱系欠陥、吸収系欠陥、面のうねり等の観察は、組レンズ、例えば、図３（ｂ）に部分断面で示すような２枚レンズの組レンズ１２においても同様に可能である。
組レンズ１２は、一例として、面光源６ａ側（不図示）から、両凸レンズである第１レンズ１２Ａ、第１レンズ１２Ａ側に凸面を有するメニスカスレンズからなる第２レンズ１２Ｂが配置され、レンズ鏡筒１２Ｃに組み込まれたものであり、面光源６ａ側から、第１面１２ｄ、第２面１２ｃ、第３面１２ｂ、および第４面１２ａを備える。
【００５７】
光源装置６の面光源６ａの中心Ｏから出射された光線Ｇは、第１面１２ｄ上の点ｄ、第２面１２ｃ上の点ｃ、第３面１２ｂ上の点ｂを順次、それぞれのパワーに応じて屈折されながら透過し、第４面１２ａ上の点ａで、光軸Ｐに平行な方向に出射される。
よって、２枚のレンズのパワーが小さい場合など、結像光学系１０に大きな収差を発生させない組レンズについては、各レンズ面をそれぞれ結像光学系１０の被写界深度内に納めるピント調整を行うことにより、各レンズ面の観察を行うことができる。
この場合、図３（ｂ）に示すように、各レンズ面における点ｄ、ｃ、ｂ、ａの虚像は、点ａを出射後の光線Ｇと同軸上の点ｄ’、ｃ’、ｂ’、ａ’に形成されるため、結像光学系４９のピントをそれぞれの面に合わせると、各面の像が同じ像高で、同じ明るさで観察される。もちろん、二つの面が接近し、結像光学系４９の被写界深度にある場合は、欠陥の存在する面を特定できない。
【００５８】
次に、照明装置９０によって照明され、結像光学系４９によって得た被検レンズの観察像の一例について説明する。
図６は、観察に用いた被検レンズの断面形状を示す。図７は、被検レンズの第２面（結像側の面１３ａ）に結像光学系４９をピント調整した場合の観察像の写真画像である。図８は、被検レンズの第１面（光源部側の面１３ｂ）に第２面を介してピント調整した場合の観察像の写真画像である。図９は検査領域を拡大する照明方法について説明する模式的な光路図である。
【００５９】
観察に用いた被検レンズ１３は、図６に示すように、第１面１３ｂ、第２面１３ａがいずれも非球面からなる両凸のガラスモールドレンズである。照明用の面光源６ａはほぼ非球面の近軸の焦点位置に置いた。本検査システムは、検査可能なレンズが球面レンズだけでなく非球面レンズを含む広い対応範囲を持つことを示す。
被検レンズ１３のレンズ外径はφ６．２ｍｍ、レンズ肉厚ｔは、ｔ＝２．５（ｍｍ）である。また、第１面１３ｂは、非球面近軸曲率半径Ｒｂが、Ｒｂ＝５．５（ｍｍ）、第２面１３ａは、非球面近軸曲率半径Ｒａが、Ｒａ＝９．５（ｍｍ）である。
第１面１３ｂの外周にはφＤｂ＝φ４．５（ｍｍ）からテーパ角４５°のテーパ部１３ｃが形成されている。また、第２面１３ａの外周にはφＤａ＝φ５.５（ｍｍ）から被検レンズ１３の光軸に直交する平面を構成するフラット部１３ｄが形成されている。
第１面１３ｂとテーパ部１３ｃ、および第２面１３ａとフラット部１３ｄのつなぎ境界には、それぞれＲ０．５（ｍｍ）の凸Ｒ部、凹Ｒ部が形成されている。よって、光学設計上の非球面となっている径（以下、非球面径）は第１面１３ｂでφＤｂ’＝φ４．０（ｍｍ）程度、第２面１３ａでφＤａ’＝φ５（ｍｍ）程度である。
被検レンズ１３の近軸焦点距離ｆｔは、ｆｔ＝６．１（ｍｍ）程度であり、第１面１３ｂの面頂位置から前側近軸焦点位置までの距離は、５．６（ｍｍ）で程度である。
【００６０】
本観察例では、被検レンズ１３は、保持台２の円形状を有する軸方向位置決め部２ａ上にテーパ部１３ｃを当てつけて載置され面光源６ａに対して軸方向および径方向にほぼ位置決めされている。本観察例では、径方向位置決め部２ｂは、直径φ６．８ｍｍとしているため、被検レンズ１３の外径に対して片側０．３ｍｍのクリアランスがあり、被検レンズ１３の載置時に被検レンズ１３はこの範囲内で偏心する。
【００６１】
実験したところによれば、このように径方向に±０．３ｍｍ程度の配置誤差があっても、像は移動するものの像が変形するようなことはなく欠陥検出能力には影響はなかった。そのため、面光源６ａの中心Ｏは、前側焦点位置対して、光軸Ｐと直交する方向に略一致する位置であればよい。
【００６２】
面光源６ａの径φｄはφｄ＝０．３（ｍｍ）である。このため、第１面１３ｂ、第２面１３ａに対する照明開口数は、約０．０２５になっている。
また、写真撮影に用いた結像光学系４９は、結像レンズ４７と対物レンズ４６とを無限補正の同じレンズで構成し、瞳位置で対称な配置として倍率１×で使用した。
【００６３】
図７、８は、それぞれ、結像光学系４９のピントを第２面１３ａ、第１面１３ｂに合わせた時のＣＣＤ１１で撮像された画像である。
なお、マーク部Ｍは、第２面１３ａ、第１面１３ｂを識別しやすくするため、第２面１３ａの表面に油性インクで故意に書き込まれたものであり、実際の観察や欠陥検査にないものである。
図６に示すように、面光源６ａ全面から出射された照明光束は、第１面１３ｂで点ｂ、第２面１３ａで点ａに集光された後、面光源６ａの中心Ｏからの主光線ｇを中心とした照明光束は、光軸Ｐに平行に進む主光線ｇを持つ光線束として被検レンズ１３から出射される。この光線束のうち、非球面径の最外部を通る光線束は、図７、８では、第２面１３ａ、第１面１３ｂの非球面径φＤａ、φＤｂに対応する円状の明部である非球面部画像１４ａ、１５ａを形成する。
【００６４】
一方、光軸Ｐに対して、被検レンズ１３の第１面１３ｂから外側に大きな角度で面光源６ａから放射された光線束は、テーパ部１３ｃでは反射され、テーパ部１３ｃと第１面１３ｂのつなぎ部０．５Ｒ部に向かう点Ａを通過する光線ｋを中心とした光束はこの面で屈折して第２面１３ａの０．５Ｒ部やフラット部１３ｄを通って、光軸Ｐから離れる方向に射出される。よって、このような外乱光は図５に示すように結像光学系４９の瞳位置付近に置いた対物レンズ明るさ絞り４３を適正に絞ることによってけられ結像しない。このため、境界部１４ｂ、１５ｂの非球面部の外周側では、光線ｋがＣＣＤ１１上に結像されないため均一な暗部が形成される。
すなわち、本観察例では、ほぼ、第２面１ａ、第１面１ｂの非球面径領域に対応する非球面部画像１４ａ、１５ａのみが表示される。ただし、０．５Ｒ部で屈折する一部（非球面部から０．５Ｒにつながるわずかな輪帯部）の光線ｋは結像光学系４９の対物レンズ４６に捉えられて非球面部画像１４ａ、１５ａの最外周にリング状の明部を作っている。
【００６５】
次に図５の結像光学系４９で得た被検レンズ１３の被検面である第２面１３ａおよび第１面１３ｂの画像について説明する。
第２面１３ａの像である図７には、マーク部Ｍと同様に鮮明な画像として、例えば、欠陥１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆなどの像が観察されている。また、不鮮明な欠陥１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆなどが観察されている。
また、第１面１３ｂの像である図８では、マーク部Ｍ、欠陥１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆと同様の画像が図７と同様な位置関係で図７よりもぼけた状態で観察される。そして、欠陥１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆが、図７と同様な位置関係で図７よりも鮮明な状態で観察されている。
これより、欠陥１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆは、第２面１３ａ上の表面欠陥であり、欠陥１５ｃ、１５ｄ、１５ｅは、第１面１３ｂ上の表面欠陥であることが判別できる。
【００６６】
また、第２面１３ａと第１面１３ｂとの間の内部欠陥があれば、いずれの画像でもぼけた像として観察され、結像光学系４９のピント位置を第２面１３ａと第１面１３ｂとの間の適宜位置に移動すれば、その欠陥が鮮明に観察されることになる。
【００６７】
なお、上記の説明では、原理的な理解を助けるため簡単化して説明したが、実際の被検レンズの形状条件によっては、面光源６ａの中心Ｏから第１面１３ｂの非球面領域に入射した光は、第２面１３ａの非球面領域のわずかに内側を通過する場合がある。すなわち、図９に示すように、第１面１３ｂのレンズ非球面径の最外周部の点Ｘを通過する光線ｇは、第２面１３ａの非球面径の点Ｚよりわずかに径方向内側の点Ｙを通過する。このため、ＺＹの間の円環領域は十分照明されないことになり、表面の欠陥の有無を観察することができない。
つまり、面光源６ａの中心Ｏから第１面の非球面領域最外周を通る光が像の視野の大きさ(視野径)を決め、第２面の視野径もこの光線が決めることになる。よって、第２面が大きな径のレンズ面で構成されていれば検査不可能な領域が発生する。
【００６８】
図７に示した写真は、図９に示すように、面光源６ａを距離δ（略０．５ｍｍ）ほど被検レンズ１３に近づけた位置に配置して撮影したものである。この場合、破線表示された面光源６ａの中心Ｏ’からの光線ｇ’は、第１面１３ｂの点Ｘ、第２面１３ａの点Ｚを通過するので、第２面１３ａの非球面領域全面が面光源６ａからの光束によって照明され、図８に示すように、鮮明な球面領域全面の画像を観察することができる。
ただし、この場合、光線ｇ’は第２面１３ａの点Ｚを通過するので、図７の非球面部画像１４ａの大きさは、図８の非球面部画像１５ａの大きさよりもわずかに大きくなる。しかし、各欠陥の位置は相似の関係にある。照明のテレセントリック性はわずかに損なわれるが、得られる画像は検査には支障はなかった。
【００６９】
このように、図７、８の観察例は、面光源６ａの中心Ｏを被検レンズ１３の前側焦点位置から光軸方向にわずかにずらしても、鮮明な欠陥の画像を観察できることを示す。そのため、本照明方法では、欠陥の有無の検査など画像の倍率変化を問題にする必要がない場合には、面光源６ａの中心Ｏを被検レンズ１３の前側焦点位置に略一致する位置に配置すればよいことが分かる。ただし、対物レンズの開口数は大きくしておく必要がある。ここで、「略一致する位置」は、観察対象とする欠陥の種類や大きさにもよるが、実験的に被検レンズの焦点距離の±１０（％）の範囲内であることが好ましい。しかし、このような操作は一般レンズでは不要な場合が多い。
【００７０】
このように、本実施形態の照明装置９０と両側にテレセントリックな結像光学系４９を用いた装置によれば、被検レンズ１、１３の前側焦点位置と面光源６ａの中心Ｏとが略一致する位置関係にあることによって、被検レンズ１、１３を小さな照明開口数で略テレセントリックに照明でき、該被検レンズを両側にテレセントリックな結像光学系で撮像すると、明視野照明でありながら該被検レンズの光散乱系欠陥/光吸収系欠陥/面うねりを良好に観察することができる。また、未検査領域もなくすことができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、観察例として、実験的に両面とも軽い非球面の被検レンズ１３の例を挙げたが、当然ながら本発明の各種透過照明装置を用いることによって、正負レンズを問わず、球面のみのレンズでもよいし、球面と非球面とを組み合わせたレンズであってもよい。又、焦点距離が異なってもよい。
【００７２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る透過照明装置について説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の光学的な概念図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の具体的な構成図である。なお、投影面光源６ａ’と被検レンズ２０Ａの焦点位置との間の距離を調整する照明装置７６の移動機構は図示していない。
【００７３】
本実施形態の透過照明装置である照明装置７６は、被検レンズ２０Ａが凹レンズ、あるいは曲率半径の大きな凸レンズ及び平板の検査に用いることができる透過照明装置である。
照明装置７６は、図１０（ａ）に示すように、光源５と光源５からの光を集光して散乱板４に照射する集光レンズ７７と、散乱板４および略円形状の径の異なる開口を有する交換可能な開口板３で形成される投影用面光源６０ａと、投影用面光源６０ａを投影して投影像である投影面光源６ａ’を形成する投影レンズ４５とからなる。
投影レンズ４５は、光軸Ｐに沿う方向に移動可能に保持され、かつ焦点距離の異なる他の投影レンズ４５と交換可能とされている。
また、集光レンズ７７は開口板３の開口部（投影用面光源）の光量不足を補う措置であり、光源５の光量に余裕がある場合には削除してもよい。
図１０（ａ）は凹レンズ検査時の光学図であり、投影レンズ４５は正（凸）レンズが用いられ、投影用面光源６０ａの光軸Ｐに沿って移動し投影用面光源６０ａとの位置を可変でき、かつ適当な位置で停止できるようになっている。
【００７４】
また、投影レンズ４５は、投影用面光源６０ａとの位置によって、投影面光源６ａ’位置を様々に変えることができ、投影用面光源６０ａとの位置によって決まる放射開口数ＮＡｏ’を有している。
例えば、投影レンズ４５として、焦点距離ｆの正レンズを光軸Ｐに沿う方向に移動可能に保持した構成とすることができる。この場合、投影用面光源６０ａと投影レンズ４５との距離をＬ２として、距離Ｌ２を投影レンズ４５の焦点距離ｆ以上にとれば、投影用面光源６０ａからの光束は収束し、投影レンズ４５からの距離Ｌ１の位置に投影用面光源６０ａの投影面光源６ａ’ができる。そして、投影面光源６ａ’からの光束は放射開口数ＮＡｏ’で発散してゆく。
距離Ｌ２が投影レンズ４５の焦点距離ｆの２倍であれば、距離Ｌ１が投影レンズ４５の焦点距離ｆの２倍の位置に投影面光源６ａ’として投影用面光源６０ａの等倍の実像を作る。被検レンズ２０Ａが凹レンズ場合、前側焦点位置が被検レンズ２０Ａを通り越した位置にあるため、図１０（ａ）のように被検レンズ２０Ａを投影面光源６ａ’と投影レンズ４５との間に配置して、投影面光源６ａ’の中心と被検レンズ２０Ａの前側焦点位置を一致させる。
距離Ｌ２が投影レンズ４５の焦点距離ｆと同じであれば、投影用面光源６０ａからの光束はアフォーカルとなり、平板の検査に用いることができる。
距離Ｌ２が投影レンズ４５の焦点距離ｆより短ければ、投影用面光源６０ａの虚像は光源５側にでき（図１０（ｂ）参照）、投影用面光源６０ａからの光束は発散する。被検レンズ２０Ａが凸レンズの場合は、このような発散光束中において、被検レンズ２０Ａの焦点と虚像の投影面光源６ａ’の中心とが合致する様に被検レンズ２０Ａを配置すればよい。
【００７５】
以上は単レンズの投影レンズ４５によって、投影面光源６ａ’の位置を変える場合の説明をしたが、単レンズ故の収差などには十分な配慮が必要である。また、本発明の透過照明装置では、面光源と被検レンズの焦点の合致させた上で被検レンズの被検面を照明する放射開口数ＮＡｏ’が被検レンズの検査域を満足する必要があり、単レンズを用いた透過照明装置では検査できる被検レンズは限定される。
よって、投影レンズ４５をズーム投影レンズとして、固定群と移動群とを含む複数のレンズ群からなるズームレンズを採用することもできる。この場合、１枚構成のレンズを移動する場合に比べて光量不足や投影像の劣化などが起こりにくくなるために好ましい。
なお、被検レンズ２０Ａの焦点位置への位置合わせは、図示しない光源移動部を用いて照明装置７６を光軸Ｐに沿う方向に移動させることで行う。
【００７６】
図１１に示す照明装置７８は、本実施形態の透過照明装置の他の例である。
照明装置７８は、ＬＥＤなどの光源５と、光源５からの光を集光し散乱板４上の開口板３の開口部を照射する集光レンズ７７と、散乱板４と開口板３を収納した円筒状部材７８ａと、からなる光源装置６Ｃを備える。
円筒状部材７８ａの円筒部外周に沿って上下するスライド円筒部材７８ｂが位置きめロック部材７８ｃで適当な位置に固定できるようになっている。スライド円筒部材７８ｂの内径には移動投影レンズ受け部材７８ｄが挿入載置できる。移動投影レンズ受け部材７８ｄには投影レンズ４５が接着固定され、移動投影レンズ受け部材７８ｄごと交換できるようになっている。そして、焦点距離が異なる投影レンズ４５とスライド円筒部材７８ｂに対して交換可能に設けられた移動投影レンズ受け部材７８ｄとからなる複数の移動投影レンズ組が用意されている。
このような構成で、焦点距離の異なる移動投影レンズ組の１つをスライド円筒部材７８ｂに挿入してスライド円筒部材７８ｂを上下することによって、投影面光源６ａ’位置と放射開口数ＮＡｏ’とを簡単に変えることができる便利な照明装置７８を作ることができる。
【００７７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る透過照明装置について説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な構成図である。なお、投影用面光源６０ａと被検レンズ２０Ａの焦点との間の距離を調整する照明装置の移動機構は図示していない。
【００７８】
本実施形態の透過照明装置である照明装置９３の概略構成は、図１２に示すように、上記第１の実施形態の光源装置６のハロゲンランプ等からなる光源５に代えてＬＥＤ５Ａを設けた光源装置６Ａによって形成された投影用面光源６０ａと、前側焦点位置が投影用面光源６０ａの中心Ｏに略一致されたコリメートレンズ４２と、コリメートレンズ４２と同軸に配置された焦点距離Ｆを有する投影レンズ４４と、投影用面光源６０ａおよびコリメートレンズ４２の間に配置した羽根照野絞り４３とからなる。
このような構成では、投影レンズ４４の後側の焦点位置Ｆに投影用面光源６０ａの像を結像させ投影面光源６ａ’として利用できる。
なお、投影用面光源６０ａとコリメートレンズ４２の間の羽根照野絞り４３は、投影用面光源６０ａからの光束を規制し、投影レンズ４４からの射出光の放射角、即ち被検レンズ２０Ａへの照明開口数ＮＡｏ’を変化させ、被検レンズ２０Ａの照明範囲を決める照野絞りである。図１２に示す構成は、羽根絞りつきの顕微鏡用のコンデンサーレンズ鏡枠を使用した場合の構成となっている。
なお、羽根照野絞り４３はコリメートレンズ４２と投影レンズ４４との間に配置してもよく、この場合、光束が大きいので調整しやすくなる。
【００７９】
ＬＥＤ５Ａは、発光部の大きさによらず適宜のＬＥＤを採用することができ、ＬＥＤ５Ａから放射される光が開口板３の開口３ａを覆う範囲に照射できるように散乱板４を挟む位置に配置される。もちろん、ＬＥＤ５Ａからの発散光を、図１１に示すような集光レンズ７７で集光して開口３ａを覆う範囲に照射しても良い。
ＬＥＤ５Ａは光源装置枠７４に固定され、開口径の異なる互換可能な開口板３、散乱板４は、光源装置枠７４に交換可能に落とし込まれ、光源装置枠７４は透過照明装置本体を構成する光源部鏡筒７３に対して、羽根照野絞り４３を挟んだ状態で顕微鏡への取付枠６１に着脱可能に取り付けられている。
投影レンズ鏡筒７２の投影用面光源６０ａ側にコリメートレンズ４２が固定され、投影レンズ鏡筒７２の他端には、交換レンズ鏡筒６３に納められた投影レンズ４４が交換可能に挿入設置されている。
【００８０】
このような構成により、投影レンズ４４を必要に応じて交換することによって、投影用面光源６０ａによって形成される投影面光源６ａ’の位置を変更することができるので、前側焦点がレンズの後方（結像レンズ側）に位置する凹レンズの検査には投影レンズ４４を正レンズとし、焦点距離の短い凸レンズの検査には焦点距離の短い正レンズを投影レンズ４４とし、焦点距離の大きい凸レンズの検査には投影レンズ４４を負レンズとし、平行平板の検査には投影レンズ４４なしで使用される。
このような構成の投影光学系はＬＥＤ５Ａを使用することによってハロゲンランプを使用する場合に比べて小型、低発熱、高輝度の利点があり、また波長選択可能等の理由で照明装置９３の小型化を始め利用価値が高い。また、光学部材がシリコンなどでできている場合は、ＬＥＤ５Ａとして赤外の波長を発振するＬＥＤを選ぶのが良い。
本実施形態は第２の実施形態の透過照明装置より投影面光源の収差を少なくでき、コンパクトなものとなる。
【００８１】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態である顕微鏡に用いられる透過ケーラー照明を用いた透過照明装置の実施形態について説明する。
図１３は透過ケーラー照明法を説明する模式図である。
【００８２】
本実施形態の照明装置４０は、図１３に示すように、透過ケーラー照明を用いた顕微鏡の通称窓レンズである投光レンズ３６と、投光レンズ３６の前側焦点位置に置いた開口可変の前側羽根絞り４１Ａ（透過ケーラー照明の視野絞りに相当）と、前側羽根絞り４１Ａの開口を照明する散乱板４と、光源５とを備える。
また、投光レンズ３６の後側焦点位置付近で光軸Ｐに沿って移動できる投影レンズ４４と、投影レンズ４４の前側焦点位置（瞳位置）に置いた開口可変の後側羽根絞り４１Ｂ（透過ケーラー照明での明るさ絞りに相当）とが不図示の保持部材に保持された光学ユニットであるコンデンサーレンズ３７が光軸Ｐにアライメントされて配置されている。
なお、図１３では、説明をわかり易くするために、投光レンズ３６の後側焦点位置にコンデンサーレンズ３７の後側羽根絞り４１Ｂが一致している場合を示している。
【００８３】
散乱板４から放射される角度θ、開口径φｄｆで前側羽根絞り４１Ａを通過する散乱放射光束は後側羽根絞り４１Ｂの絞り面上で放射角度に応じた半径位置（ｒ＝ｆｔ×θ）にテレセントリックに開口数ＮＡｆで（ＮＡｆ＝ｄｆ／２ｆｔ）集光する。後側羽根絞り４１Ｂを通過した光束は投影レンズ４４で射出角度θ’に屈折させられ平行光束となって投影レンズ４４の後側焦点Ｏ’でφｄｆ’の径の明領域（前側羽根絞り４１Ａの開口像）をつくり、該明領域から被検レンズに向かって照明角θ’で射出される。つまり、前側羽根絞り４１Ａの開口径がφｄｆの光放射領域内の各点から射出される放射開口角θ以内の各光束は、投光レンズ３６と投影レンズ４４とによって、径がφｄｆ’の光放射領域から、放射開口角θ’内の光束の集まりである放射開口数ＮＡｏの光束となって投影レンズ４４の後側焦点位置、すなわち、コンデンサーレンズの照明平面に投影される。このため、径がφｄｆ’の光放射領域は、投影面光源６ａ’となっている。
投光レンズ３６と投影レンズ４４との焦点距離をそれぞれｆｔとｆｃとした場合、これらのファクターの関係は、
φｄｆ’／φｄｆ＝ｆｃ／ｆｔ
となる。
【００８４】
簡略に表現すると、前側羽根絞り４１Ａを操作することによって、被検レンズ２０Ａを照明する投影面光源６ａ’の大きさを決定でき、投影面光源６ａ’から被検レンズ２０Ａの被検面上の任意の点を照明する照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂの大きさ（図１参照）を操作できる。
つまり、前側羽根絞り４１Ａを絞ると投影レンズ４４の瞳位置に集光する前側羽根絞り４１Ａを通過した光束の開口数ＮＡｆが小さくなり、その結果、投影レンズ４４の後側焦点位置にできる投影面光源６ａ’の径が小さくなり、投影面光源６ａ’から放射される照明光の被検レンズ２０Ａの照明開口数ＮＡａも小さくなる。
一方、後側羽根絞り４１Ｂを絞ると、図１８からわかるように、投影レンズ４４からの放射角（放射開口数ＮＡｏ）を小さくすることができる。この結果、投影レンズ４４からの放射角（放射開口数ＮＡｏ）を可変して被検レンズの被検領域に合致させることができ、必要外の照明光をカットして良好な画像が得られる。
【００８５】
図１８は、透過ケーラー照明の後側羽根絞りと投影レンズと照明平面（投影面光源）関係を表した模式図である。
図１８に示すように、後側羽根絞り４１Ｂを絞ると投影レンズ４４から射出される光束の射出角度θ’は小さくなる。一方、前側羽根絞り４１Ａを角度θで通過してきた光源からの平行光束が投光レンズ３６によってテレセントリックに集光する光束の開口数ＮＡｆｓが小さいと照明平面にできる投影面光源６ａ’の径ｄｆ’ｃは小さくなることがわかる。
【００８６】
顕微鏡の透過ケーラー照明では、標本は投影レンズの後側焦平面（照明平面）に置かれ、後側羽根絞りを絞ると照明平面の明るさは前側羽根絞りからの光束がけられるため暗くなり、前側羽根絞りを絞ると照明平面にできる明領域、いわゆる照野は小さくなる。このことから、透過ケーラー照明では後側羽根絞りを明るさ絞り、前側羽根絞りを視野絞りと称する。しかし、照明装置４０では、透過ケーラー照明の明るさ絞りに相当する後側羽根絞り４１Ｂを絞ると投影レンズからの放射開口数ＮＡｏ’は小さくなり被検レンズの照明範囲が狭くなるので、後側羽根絞り４１Ｂは視野（照野）絞りとして使用されている。一方、透過ケーラー照明の視野絞りに相当する前側羽根絞り４１Ａを絞ると投影レンズ４４が作る明領域、すなわち投影面光源６ａ’が小さくなり、被検レンズ２０Ａの被検面の任意の点を照明する照明開口数も小さくするので、被検面は暗く照明される。つまり、照明装置４０の前側羽根絞り４１Ａは、明るさ絞りとして使用されている。
【００８７】
本実施形態の照明装置４０の利点としては、散乱板４の放射開口数が小さくてよいことから、放射角光量分布特性が均一に近い部分を使えるので、投影レンズが作る面光源像からの放射角光量分布特性も均一に保たれ、かつ、焦点距離の長い投光レンズと、焦点距離の短い投影レンズを組み合わせることによって放射開口数ＮＡｏを大きくできる利点がある。
図１３で投光レンズの焦点距離をｆｔ、投影レンズ４４の焦点距離をｆｃ、投光レンズ３６に入射する前側羽根絞り４１Ａからの光束の入射角をθ、該光束が投影レンズから射出する光束の射出角をθ’とすると、
ｆｃ／ｆｔ＝θ／θ’
となり、投影レンズ４４の焦点距離ｆｃが投光レンズ３６の焦点距離ｆｔに比して短いと投影レンズ４４から射出する光束の射出角をθ’大きくできる。
また、投影レンズ４４を焦点距離の異なる交換レンズとすると、第３の実施形態と同様の使い方が可能である。
一方、本実施形態は第１の実施形態と比べると上記のように利点は多いが、透過ケーラー照明用いるので、前側羽根絞り４１Ａは投影面光源６ａ’の径を小さくする必要から絞って（ＮＡｆを小さくして）使われると、照明光量が低下するおそれがある。
なお、前側羽根絞り４１Ａは、枚数の多い羽根絞りのほうが絞り込んだときの形状が円に近くなるので好ましいが、４枚の羽根絞りで絞り込むとできる正方形の開口であっても欠陥の検出能力には大きな影響はない。
【００８８】
次に、本実施形態の透過照明装置の第１変形例について、図１４を参照して説明する。 本変形例は被検レンズが正レンズの場合の検査に用いられる。
図１４は第４の実施形態の第１変形例を示す模式的な部分断面図であり、図１３から説明に必要な部分だけ抜き出して記載している。
【００８９】
照明装置４０の第１変形例は、第１実施形態の散乱板４上に開口板３を配置することに代えて、投影レンズ４４の後側焦平面（投影面光源位置、照明平面）に交換開口板枠５７、開口板５６を備える。
【００９０】
交換開口板枠５７は、投影レンズ４４を像側で覆うように投影レンズ鏡筒６２の端部に交換可能に設置されたキャップ状の部材であり、その中心には、光軸Ｐを中心とした開口５７ａが設けられている。
【００９１】
開口板５６は、例えば、薄板に写真腐食加工等により径の異なる小さな開口５６ａをあけた円形板で、交換開口板枠５７の光軸Ｐに開口５６ａを同心で貼り付けたものである。
これにより、被検体に応じて、照明開口数を変える必要がある場合には、交換開口板枠５７上の開口板５６の開口５６ａの径が異なる交換開口板枠５７に交換できるようになっている。
交換開口板枠５７が投影レンズ４４の上方に載置された状態では、開口５６ａの径方向内側の円領域が、投影レンズ４４から射出される光を被検レンズ２０Ａに向けて放射する投影面光源６ａ’を構成している。
【００９２】
本変形例は、複数の交換開口板枠５７が、互いに異なる開口径を有し、この複数の交換開口板枠群のいずれかを、光軸上に選択的に切り換えて配置することにより、投影面光源６ａ’の大きさを切り換えられる構成の例となっている。
本変形例によれば、交換開口板枠５７を交換するだけで、容易に照明装置４０の照明開口数を変更することができる。
【００９３】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る透過照明装置ついて説明する。
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００９４】
本実施形態の透過照明装置である照明装置９４は、図１５に示すように、面光源６ａの光放射領域を中心とする輪帯状の遮光部材からなる開口板３Ａと、この開口板３Ａの遮光部材の外周に沿う輪帯状に、略均一な散乱光を出射する輪帯状光放射領域６ｃとを備えており、上記第１の実施形態の照明装置９０（図１（ａ）参照）に代えて、検査システム１００、１０１（図２、図１６参照）に好適に用いることができる。
【００９５】
照明装置９４の概略構成は、図１５に示すように、上記第１の実施形態の光源装置６Ａに代えて、光源装置６Ｂを備える。光源装置６Ｂは、光源装置６Ａの開口板３に代えて、開口板３Ａを備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
なお、図１５には、被検体として、被検レンズ１を用いる場合の例を図示している。
【００９６】
開口板３Ａは、散乱板４の散乱光放射範囲（面光源）を直径φｄのピンホール状に規制する開口３ａを備えるとともに、開口３ａと同軸で直径がφＤの外形を有する薄肉円板であり、φｄよりも大きな径を有する散乱板４の中心部に例えば接着等によって貼り付けられている。これにより、開口板３Ａの外周側には、輪帯状光放射領域６ｃが形成されている。なお、輪帯状光放射領域６ｃは、照明の均一性を高めるためには、均一幅の輪帯であることが好ましい。
【００９７】
照明装置９４によれば、光源５からの光は、散乱板４で散乱され、開口３ａの内側の面光源６ａから放射される光と、開口板３の外周の輪帯状光放射領域６ｃから放射される光に分かれる。
面光源６ａからの光は、上記第１の実施形態と同様に進み、被検レンズ１を照明する。
一方、輪帯状光放射領域６ｃからの光は、図１５に破線で示すように、放射光の一部は被検レンズ１に入射するが、この光束は、光軸Ｐに交差する斜め方向光軸Ｐに交差するように大きな角度で被検レンズ１に入射し、被検レンズ１のパワーに応じて、斜め方向に出射される。輪帯状光放射領域６ｃの外径は輪帯状光放射領域６ｃからの散乱光が対物レンズ４６に取り込まれない径に設定されている。
このため、被検レンズ１上に欠陥が存在しない場合、輪帯状光放射領域６ｃからの光は観察手段、例えば、検査システム１０１等の対物レンズ４６などには入射せず真っ暗な像を形成する。そして、被検レンズ１上に散乱系欠陥が存在する場合は、照明光は欠陥により回折されたり、散乱されたりするので、対物レンズ４６を含む結像光学系４９はこれら回折光や散乱光を捉え、観察手段を介して散乱系欠陥を明るい像として暗視野観察を可能とする。
このため、照明装置９４を備える検査システムでは、面光源６ａからの光による第１実施形態の透過照明装置を用いた明視野像と、輪帯状光放射領域６ｃからの光による暗視野像とを同時に観察することができる。
したがって、第１実施形態の透過照明装置を用いた明視野観察では暗い画像となる吸収系欠陥を、本実施形態の照明装置９４では、明るい画像で表示することができ、欠陥の分類が容易な観察を行うことができる。
【００９８】
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムについて説明する。
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムの概略構成を示す模式的な側面図である。
本実施形態の検査システム１０１は、透過ケーラー照明を備える市販の顕微鏡に上記第１の実施形態の結像光学系４９を合体させたもので、例えば、平行平板、正レンズ、負レンズ、あるいはこれらの組合せからなる組み上がりレンズなどの光学部材を被検体として、これら被検体の欠陥を検査するためのものである。以下では、光学部材の一例として、被検体が両凸面からなる焦点距離がｆｔの正のパワーを有する被検レンズ２０を検査する場合の例で説明する。被検レンズ２０のレンズ面は、照明の入射側から、第１面２０ｂ、第２面２０ａと称するものとする。
【００９９】
被検レンズの保持台は、図１７（ａ）記載のような平板に一定ピッチで設けられた、径方向位置決め部２ｂと軸方向位置決め部２ａとをもつレンズ保持穴に複数個の被検レンズ２０を収納するトレー２Ｃである。被検レンズ２０はトレー２Ｃに複数個収納保持されている。このようなトレー２Ｃは洗浄、コート、検査、搬送用として一般のレンズ製造工程で用いられている。
検査システム１０１は、透過ケーラー照明の光源投光部である第１照明部３１を備える顕微鏡本体３０に互換可能な投影レンズ４４と後側羽根絞り５５とが組み込まれたコンデンサーレンズ３７と、被検レンズ２０の焦点と面光源位置を合致させるコンデンサーレンズ移動部３８、トレー２Ｃに収納した被検レンズ２０をケーラー照明光軸上に移動する顕微鏡用被検体載置位置調整Ｘ−Ｙステージ（以下ステージ）５０、被検レンズ２０にピントが合う高さで顕微鏡本体３０から伸びる支柱に取り付け、ケーラー照明光軸Ｐと光軸を合致させた結像光学系４９、トレー２Ｃをケーラー照明光軸Ｐに沿って上下させ被検レンズ２０を結像光学系４９のピントにあわせるステージ移動部３９、結像光学系４９の結像位置に配した撮像手段であるＣＣＤカメラ５４、ＣＣＤカメラ５４が取得した画像の表示、観察手段であるモニター７０、およびＣＣＤカメラ５４が取得した画像を処理して欠陥を抽出する画像処理部を有するコンピューター７１を備える。
【０１００】
まず、検査システム１０１の透過照明系から説明する。
顕微鏡本体３０、第１照明部３１、コンデンサーレンズ３７、ステージ５０は、本実施形態の検査システム１０１の透過照明装置を構成している。第１照明部３１とコンデンサーレンズ３７とで透過ケーラー照明を実現している。
図１６において、第１照明部３１は、顕微鏡本体３０中に水平方向に走る光軸に光源５と、光源５から放射された光を集光する集光レンズ３３ａと、光源５のフィラメントをボケ像とする程度に撹乱するデフューザー３３ｂと、前側羽根絞り３４（透過ケーラー照明での視野絞りに相当）の開口部３４ａにデフューザー３３ｂで撹乱された光束を集光し、開口部３４ａを図１３に示す上記第４の実施形態の投影用面光源６０ａと同様、面光源としての働きをさせる開口照明レンズ３３ｃと、開口照明レンズ３３ｃからの光束の通過径を規制する前側羽根絞り３４と、前側羽根絞り３４を透過した光束を鉛直方向に延びる光軸Ｐに沿う方向に反射する反射ミラー３５と、反射ミラー３５で反射された光束を集光し、光源５のフィラメントのボケ像を略テレセントリックに後側焦点位置に結像させる顕微鏡の窓レンズである投光レンズ３６とからなる。そして、前側羽根絞り３４は、投光レンズ３６の前側焦点位置に配されている。
コンデンサーレンズ３７は、後側羽根絞り５５の位置が投光レンズ３６の後側焦点位置付近で光軸に沿って移動できるようになっている。
【０１０１】
コンデンサーレンズ３７は生物顕微鏡用のアクロマートコンデンサーレンズや工業顕微鏡の長作動距離コンデンサーレンズなどのほか、図１４、１２、１３に示すような交換可能な焦点距離の異なる交換投影レンズ鏡筒群と投影レンズの前側焦点（瞳)位置に後側羽根絞り５５（透過ケーラー照明での明るさ絞りに相当）を内蔵する顕微鏡に互換可能に着脱できるユニット（コンデンサーレンズ）などが使用される。ここで、コンデンサーレンズ３７の後側焦点（投影面光源）位置は顕微鏡で病理標本などを観察する場合の標本載置面（＝照明平面）であり、透過ケーラー照明を特徴づける個々のコンデンサーレンズの持つ放射開口数（顕微鏡では照明開口数）の光束が作る一様な明るさの平面である。
この照明平面の大きさ（φｄｆ’）は投光レンズ３６およびコンデンサーレンズ３７の焦点距離をそれぞれｆｔ、ｆｃ、前側羽根絞り３４の大きさをφｄｆｓとすると、
φｄｆ’＝φｄｆｓ×（ｆｃ／ｆｔ）
と表せる。顕微鏡に用いられる透過ケーラー照明の視野絞りの最小径は、一般にφ１．５ｍｍ位であり、例として生物用アクロマートコンデンサーレンズの焦点距離を１５ｍｍ程度、窓レンズの焦点距離を９０ｍｍ程度とすると、
φｄｆ’＝φ１．５×（１５/９０）＝φ０．２５（ｍｍ）
となる。この径が散乱板上の開口径と同様な意味を持つ本実施形態の最小の投影面光源６ａ’である。
【０１０２】
本実施形態での投影面光源の明るさ分布について説明する。光源５から放射され、前側羽根絞り３４の開口部３４ａを通過した照明光は、投光レンズ３６の後側焦点位置（コンデンサーレンズ３７の瞳位置５５である後側羽根絞り４１Ｂの位置）に、光源５のボケ像５ａ（図１８参照）を結ぶ。顕微鏡の教科書には、ボケ像ではなく光源のフィラメントが書かれていることが多く、照明平面が均一な明るさで照明されることを説明しているが、現代の顕微鏡ではデフューザー３３ｂによって像が見えないほどのほぼ一様な明るさのボケ像５ａ（明領域）となっており、コンデンサーレンズ照明平面ｄｆ’ｃ（図１８参照）の明るさの一様性は高まっている。
よって、第１の実施形態の透過照明装置の散乱板４上に開口板３を置いて作る面光源６ａとは機能が変わらない。
【０１０３】
このような顕微鏡のケーラー照明を利用して被検体を照明する利点は大きな放射角と放射角光量分布特性の一様な面光源を得られることと簡単に安価に購入できる点にある。
図１８にコンデンサーレンズの概念を表す模式図を示す。市販のコンデンサーレンズは、工業系顕微鏡で用いられる長作動距離コンデンサーレンズとしては、開口数が０．６、作動距離ＷＤが１２ｍｍ程度、生物系顕微鏡で用いられるアッべ型のアクロマートコンデンサーレンズでは開口数が０．８、作動距離ＷＤが０．７ｍｍのものがある。このようなコンデンサーレンズを用いれば、光放射角θｃは約４０°と５０°を得ることができる。
なお、作動距離ＷＤが０．７ｍｍのコンデンサーレンズは焦点距離の短い正レンズ検査用に使用される。
【０１０４】
また、透過ケーラー照明装置をもつ市販の顕微鏡を利用することによって、簡単に面光源透過照明装置を作ることができる。つまり、顕微鏡や顕微鏡コンデンサーレンズに装備されている視野絞りや明るさ絞りそのまま利用して、本発明の面光源絞りと照野絞りとすることができる。また、これらの絞りが８枚程度の羽からなるために最小開口に絞ってもほぼ円形とみなせる８角形となって方向によって照明開口数が大きく異なることはない。
【０１０５】
ただし、顕微鏡の照明は、当然顕微鏡観察に適したように作られているので、前述したように本実施形態で使用する顕微鏡ではケーラー照明視野絞りを必要なまでに絞りきれないので、照明光量不足や照明開口数を小さくできない欠点がある。
この対策として、図１６において、コンデンサーレンズ３７に替わって図１９に示すような透過照明装置である照明装置９５を顕微鏡のコンデンサーレンズ受け３８に取付けることもできる。
【０１０６】
図１９でコンデンサーレンズ３７は前述した生物顕微鏡用コンデンサーレンズとして一般的なアッベタイプのコンデンサーレンズ（ＷＤ＝０．７ｍｍ）のレンズ組であり、図左側が窓レンズ側である。
レンズ組３７の集光平面はレンズ３７Ｂの面３７ｄから０．７ｍｍにあるので、該平面に投影用面光源６ａを形成する開口４１ａを持つ厚さ０．７ｍｍの開口板４１が置かれる。投光レンズ３６からのテレセントリック光は集光平面３７ｄに大きな収束（放射）角で集光するので非常に明るい投影用面光源６０ａを作る。つまり、コンデンサーレンズ３７は投影用面光源を作るための集光レンズとして用いる。この投影用面光源６０ａからの放射光は、同じく工業顕微鏡の作動距離ＷＤ＝１２ｍｍの長作動コンデンサーレンズ１４２のレンズ組を顕微鏡使用時とは反転させて利用し焦点位置を投影用面光源６０ａに合致させたことによって、投影レンズ４４の焦点に投影面光源６ａ’を作る。この投影レンズ４４は、上記第３の実施形態（図１２参照）で説明したと同様、焦点距離の異なる交換投影レンズ群が用意され、照明装置９５にねじ込み式に互換可能となっている。図では、長作動コンデンサーレンズ１４２のレンズ組を投影レンズ４４として使用している。
このような構成によって、照明装置９５は、開口板４１を小さな開口径を有する開口板に取り替えても、前側羽根絞り５５（図１６参照）を開放のまま使用できるので被検レンズを明るく照明できる。又，開口３ａも小さくできる。
また、集光レンズであるレンズ組３７や第１照明部を構成するレンズ表面上のゴミによる被検レンズ被検面像に現れるゴーストを防ぐために、レンズ３７Ｂの面３７ｄ上に第１実施形態の散乱板４を厚さ０．７ｍｍとして開口板３と組み合わせて配置しても良い。
【０１０７】
次に本実施形態で、正レンズ、負レンズ、平板など形状と焦点距離の異なる光学部材を検査する場合の被検レンズ２０と投影面光源６ａ’の配置方法について説明する。
本実施形態の照明法では、既に第３の実施形態に説明したのと同様に、投影面光源６ａ’を被検レンズ２０の前側焦点位置に配置するので、被検レンズ２０が正レンズの場合は焦点距離が大きくなるにつれて投影面光源６ａ’を被検レンズ２０から遠ざけ（投光レンズ３６側に移動）、被検レンズ２０が負レンズの場合は投影面光源６ａ’を被検レンズ２０を通り越して（対物レンズ側）に移動しなければならない。また、平板の場合の前側焦点位置は無限遠なので投影面光源６ａ’を無限遠方に配置せねばならない。
しかし、このように配置することは、本実施形態で採用している顕微鏡ではステージ５０と投光レンズ３６との間隔が短く、かつ投影面光源６ａ’を移動させるコンデンサーレンズ３７の移動ストロークも短いことから、正の焦点距離をもつコンデンサーレンズ３７を使用した場合、大きな焦点距離をもつ正被検レンズではコンデンサーレンズ３７が投光レンズ３６と干渉し、逆に大きな焦点距離をもつ凹レンズからなる被検レンズ２０ではコンデンサーレンズ３７がステージ５０と干渉することが発生し、投影面光源６ａ’の位置と被検レンズ２０の前側焦点位置とを合致させることができない。そこで、大きな焦点距離をもつ正レンズからなる被検レンズ２０に対しては投影面光源６ａ’を負の焦点距離のコンデンサーレンズ３７を用いて投光レンズ３６側の遠方に虚像の投影面光源６ａ’を作り、平板に対しては投光レンズ３６からのテレセントリックな光束をそのまま使用することで投影面光源６ａ’の位置を無限遠方とし、大きな焦点距離を持つ負の被検レンズ２０については焦点距離の長い正のコンデンサーレンズ３７を用いて対物レンズ側に投影面光源６ａ’を作り、それぞれの被検レンズ２０の前側焦点位置に投影する。このようにすることによって、全てのレンズに対応できる。
しかし、被検レンズ２０の焦点距離に都度対応する焦点距離のコンデンサーレンズ３７を用意することも困難であり、コンデンサーレンズ３７の移動ストロークと関連させて、焦点距離を段階的に設定したコンデンサーレンズ群を用意して、投影面光源６ａ’と被検レンズ２０の焦点位置を合致させるのが良い。
【０１０８】
次に、照明装置９５の焦点位置の位置合わせ動作について、図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。なお、図２０では照明装置９５の投影レンズ４４と被検レンズ２０のみ記載している。
一般的な顕微鏡と同様の機構を備えている検査システム１０１では、図１６に示すように、コンデンサーレンズ移動ノブ３８ａを回転することによって、ステージ５０に対してコンデンサーレンズ受け３８を上下できるようになっており、投影面光源６ａ’が形成されるコンデンサーレンズ３７の照明平面ｄｆ’ｃ（図１８参照）の位置は、ステージの標本載置面Ｓから下方に３０ｍｍ位のストロークを持っている。よって、正レンズの検査ではコンデンサーレンズ３７の上面から作動距離ＷＤの距離に照明平面ｄｆ’ｃができる（図１８参照）とすると、正の被検レンズ２０の焦点距離が３０ｍｍまでは、ＷＤ＝０ｍｍのコンデンサーレンズ３７を投光レンズ側（下方）に移動することによって、被検レンズ２０の焦点位置に投影面光源６ａ’を移動することができる。３０ｍｍから６０ｍｍの焦点距離の正の被検レンズ２０の場合は、作動距離ＷＤが−３０ｍｍの負レンズで対応する。即ち、−３０ｍｍピッチでレンズを用意すればよいことになるが、被検レンズ２０の焦点距離が長くなると投影面光源６ａ’と被検レンズ２０の前側焦点との一致度に厳密さは必要なくなり、ピッチに余裕を持たせ、作動距離ＷＤが０ｍｍ、−２５ｍｍ、−５０ｍｍ、−１００ｍｍくらいを用意すればよい。被検レンズ２０が負レンズでは投影面光源６ａ’が被検レンズ２０を結像光学系側に通り越す必要から作動距離ＷＤが５ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍを用意する。なお、５ｍｍの意味は被検レンズ２０を投影面光源６ａ’が通り越すための被検レンズ２０の肉厚を考慮した値である。また、被検レンズ２０を照明する放射開口角は十分保たれていなければならない。
被検体が平板の場合は、前側焦点位置が無限遠の光学部材であるため、投影レンズ４４を取り外して照明するか、照明装置９５を検査システム１０１の顕微鏡部分から取り外し投光レンズ３６からのテレセントリックな光束によって照明すればよい。
【０１０９】
このように、照明装置９５の投影レンズ４４を選択交換することと、コンデンサー受け３８を上下することとによって、被検レンズ２０の焦点位置と投影面光源６ａ’の位置とを合致させ種々の焦点距離を有する被検体を検査することができる。
しかし、焦点距離の短い被検レンズ２０では使用されている被検面の球欠が大きいものも多く、照明光が被検レンズ２０の被検面で反射され、被検面全体を観察できない場合が多い。
【０１１０】
次にステージ５０とコンデンサーレンズ３７周りのメカ構成について説明する。
ステージ５０は、複数の被検レンズ２０を収納したトレー２Ｃを光軸Ｐと直交する２方向に移動可能に保持するもので、例えば、トレー２Ｃを載置して、光軸Ｐに直交する方向に各々の被検レンズ２０の位置決めを行う。被検レンズ２０を単体で検査する場合には、ステージ５０は、チャック機構などを備え、被検レンズ２０Ａを外周側から保持できるようにしてもよい。
ステージ移動部３９は、ステージ５０を保持する保持部材であり、コンデンサーレンズ３７の上方に顕微鏡本体３０から延ばされている。そして、準焦ノブ３９ａを回転することによって光軸Ｐに沿う方向に移動可能とされている。また、準焦ノブ３９ａを回転することによって、ステージ５０に載置されたトレー２Ｃも上下に移動し、トレー２Ｃに収納された被検レンズ２０の被検面である第２面２０ａ及び第１面２０ｂを結像光学系４９（対物レンズ４６）のピント位置に合わせることができる。
【０１１１】
コンデンサーレンズ３７は、コンデンサーレンズ移動ノブ３８ａを回転して、被検レンズ２０に対して上下移動させることによって被検レンズ２０の焦点位置に投影面光源６ａ’を合致させることができる。
【０１１２】
次に結像光学系４９と対物レンズ明るさ絞りの利用方法について説明する。
結像光学系４９は、被検レンズ２０の像を取得するためのもので、物体側と像側にテレセントリックに構成された光学系である。その上で、対物レンズ４６の射出瞳位置付近に開口４３ａの大きさを可変できる対物レンズ明るさ絞り４３を配置した。
以下、合致させた射出瞳３２を対物レンズ瞳と称する。瞳位置に置かれた対物レンズ明るさ絞り４３の開口４３ａの大きさを調整することによって、結像光学系４９が作る像の明るさを調整することと、像の解像力とコントラストを調整することと、被検レンズの球面部以外を通る結像に不要な光線ｋ（図５、６参照）をカットできる。
【０１１３】
この対物レンズ明るさ絞り４３は、又、投影面光源６ａ’の大きさを光学的に可変する機能を有しており、投影面光源６ａ’の大きさを前側羽根絞り３４によって、あらかじめ欠陥検査に最適の大きさにしておくことができる。
例えば、欠陥の回折光などをひろって高解像度の観察を行うには対物羽根絞り４３の開口４３ａを大きくし、ウネリを見たい場合には一時的に対物羽根絞り４３を絞る、といったような観察対象に応じて好適な観察条件を設定することが可能となる。
【０１１４】
次ぎに、本実施形態の検査システムで取得する画像の倍率と被検レンズ表面の欠陥検出能力に付いて説明する。
レンズの外観検査にあたっては、レンズ被検面全面を１枚の画像で取りこむことが検査時間の短縮や装置操作の簡易化につながる。今回の被検レンズサンプルは図６に示したが、２／３インチＣＣＤカメラを使用した場合、結像光学系の倍率は１Ｘで全面の一括観察ができる。
本発明の検査システム１０１で図６の被検レンズ１３の表面である第２面１３ａと第２面１３ａを介して裏面である第１面１３ｂの画像を取得して図７と図８に記載した。焦点深度は、欠陥の検出能の観点からは幅で１ｍｍ弱になるよう照明開口数を設定した。撮像面の他面にある大きい欠陥は撮像画像に同時にボケて撮影されたが、欠陥存在面の区別は十分に可能であった。
画像を参照すれば、被検レンズの光学設計上の球面（非球面）部が黒い背景に満月のように浮かびあがって撮像されていることがわかる。ほぼ円形状の欠陥であれば、１０μｍ以下の散乱系、吸収系欠陥や顕微鏡では検出できなかった面の滑らかな凹み欠陥が検出できた。
【０１１５】
次に撮像装置、画像処理装置及びモニターについて説明する。
図１６に示すＣＣＤカメラ５４は、結像光学系４９によって結像された被検レンズ２０の像を撮像する撮像装置であり、光電変換を行う撮像素子としてＣＣＤ１１（観察手段）を内蔵している。そして、結像光学系４９の焦点（結像）位置に対する位置決めを行うため、支持アーム５１上に設けられた調整枠５２に、マウント５３を介して取り付けられている。これにより、ＣＣＤ１１の撮像面が、結像光学系４９の焦点（結像）位置に一致されている。
もちろん、ＣＣＤ１１は画素の大きさの小さいものが好適である。
【０１１６】
モニター７０は、ＣＣＤカメラ５４に下記コンピューターを介して電気的に接続され、ＣＣＤ１１からの映像信号を画像として表示行うものである。
【０１１７】
なお、上記の説明では、被検体の像をモニター７０に表示する場合の例で説明したが、検査システム１０１の観察手段は、結像光学系による像を目視観察する接眼レンズを備えるようにしてもよい。例えば、結像光学系４９とＣＣＤ１１の間等に、ハーフミラー等を配置して、光路を分岐して、ＣＣＤ１１による撮像と接眼レンズからの目視観察とができるようにしてもよい。
また、例えば、検査システム１０１の調整枠５２のマウント５３に、ＣＣＤカメラ５４に代えて、接眼レンズ鏡筒を設けた構成としてもよい。
【０１１８】
コンピューター７１は、ＣＣＤカメラ５４に電気的に接続され、ＣＣＤ１１の映像信号を取得して、Ａ／Ｄ変換を行って画像データを変換し、適宜の画像処理を行うことにより、欠陥の自動検査を行うものであり、画像処理装置を構成している。
コンピューター７１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなり、適宜の画像処理プログラム、欠陥判定プログラムを実行することで自動検査を可能としている。
画像処理、欠陥判定処理としては、例えば、画像データの輝度補正処理を行った後、欠陥のない背景部に対する一定以上の輝度変化が生じている部位を欠陥として抽出し、その位置、形状、大きさ等を算出し、予め設定された許容限度等の判定条件に基づいて、被検レンズ２０の合否の判定を行うといった処理を挙げることができる。
なお、この判定は、コンピューター７１が自動的に行うようにしてもよいし、判定結果はモニター７０等の表示部に表示するのみとし最終の判定は検査者が行うようにしてもよい。
また、コンピューター７１はステージ５０が電動である場合、被検レンズ上に停止しながら画像を取込むステージの駆動制御も担っている。
【０１１９】
このように投影面光源６ａ’と被検レンズ２０の焦点位置とを合わせた後に、検査を開始する。
ＣＣＤ１１の映像信号は、コンピューター７１を介してモニター７０に送出されて表示され、検査者は欠陥の拡大画像をモニター画面上で観察することができる。
また、コンピューター７１は、ＣＣＤ１１から画像データを取得し、欠陥の抽出、判定を行い、その結果をモニター７０に表示する。
【０１２０】
本実施形態では、ステージ５０を光軸Ｐに沿う方向に移動して、被検レンズ２０の内部や第１面２０ｂにピント調整しても、上記第１の実施形態の場合と同様に、同一の主光線上にある欠陥が、ＣＣＤ１１上の同一位置に結像されるため、内部や表面の欠陥観察がピント調整のみで連続的に可能となる。
【０１２１】
また、本実施形態では、被検レンズ１３の前側焦点位置を光放射領域である投影面光源６ａの中心Ｏに一致させると説明したが、上記第１の実施形態で説明したように、前側焦点位置と中心Ｏとは、光軸Ｐに沿う方向および光軸Ｐに直交する方向のいずれにおいても必ずしも厳密に一致させる必要はなく、略一致しているだけでもよいため調整が簡単なも
のとなる。
【０１２２】
［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る検査システムについて説明する。
図５は、第７の実施形態に係る検査システムの概略構成を示す模式的な正面図である。図２１は、第７の実施形態に係る検査システムに用いる中心遮蔽光束制御板を示す平面図である。
【０１２３】
結像光学系４９は、結像光学系４９の瞳位置に中心遮蔽板６６（中心遮蔽光束制御板）を追加し、切換機構であるスライダー６７によって中心遮蔽板６６を選択的に光軸Ｐに挿脱できるようにしている。かつ、この中心遮蔽板６６と干渉しない程度に離して対物レンズ明るさ絞り４３を配置する。
以下、上記第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２４】
中心遮蔽板６６は、図２１に示すように、円板状の光透過部材６６ｂの中心に、結像レンズ４７の瞳位置の中心を通る光束を遮蔽する光遮蔽部６６ａ（遮光部）を形成した部材である。
また、中心遮蔽板６６は、径の異なる光遮蔽部６６ａが複数配置されており、図示しない位置決め機構を持つスライダー６７に設けられている。これにより、スライダー６７を結像光学系４９の瞳位置に進退させて、それぞれの光遮蔽部６６ａの中心を光軸Ｐに合わせて配置できるようになっている。
スライダー６７としては、例えば、レバー６７ａ等の操作によって、一定間隔で複数の位置に位置決め停止できる構成を採用することができる。
【０１２５】
検査システム１０１によれば、レバー６７ａによってスライダー６７を移動すると、結像光学系４９の瞳位置に径の異なる光遮蔽部６６ａを切り換えて配置することができる。また、スライダー６７を結像光学系４９の瞳位置から退避させた場合には、明視野観察を行うことができる。
対物レンズ明るさ絞り４３を開放した上で、スライダー６７により結像光学系４９の瞳位置に光遮蔽部６６ａを配置すると、被検レンズ１３の表面に欠陥のない場合は、表面から放射される照明光束は、図５に実線で示すように光遮蔽部６６ａによって遮光される。また、被検レンズ１３の表面に欠陥がある場合は、欠陥による散乱光と欠陥からの回折光Ｓａ（図５参照）は、光遮蔽部６６ａの外周に形成される光透過部材６６ｂの輪帯状光透過領域６６ｃ（輪帯状光放射領域）を透過する。
このような場合には、暗視野状の暗い背景に欠陥が浮かび上がった画像が観察、取得される。
【０１２６】
光遮蔽部６６ａの径は、被検レンズから射出される照明光の射出開口数（ＮＡａ’）×対物レンズ４６の焦点距離×２で計算される。例えば、射出開口数ＮＡａ’が０．０２であれば、焦点距離９０ｍｍの対物レンズの組合せでφ４ｍｍ程度となるが、投影面光源６ａ’と被検レンズの焦点が一致されてない場合もあり、計算値より大きい径の光遮蔽部６６ａを用意しておくのが良い。
【０１２７】
なお、上記の各実施形態、各変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【０１２８】
本発明は光学部材の表面を結像光学系を用いて検査する場合の光学部材の表面照明法に関して照明理論を確立した上で、透過照明装置と該透過照明装置を用いた検査システムと透過表面照明法に関するものである。
本発明によれば、被検光学部材を照明する光源である面光源の光放射領域の中心が被検光学部材の前側焦点位置に略一致する位置に配置されているため、面光源部の光放射領域から放射される照明光は被検光学部材で屈折されてテレセントリックな光束で被検光学部材から射出される。
このとき、被検光学部材の表裏の両面の任意の点は該任意の点と面光源の底辺がなす円錐状の光束（照明開口数）で照明される。よって、面光源の大きさは照明開口数と面光源と光学部材被検面間の距離から計算され、該照明開口数は被検光学部材被検面上の欠陥の検出能力が高い０．００５〜０．０５に設定される。
このとき、面光源からの散乱光の散乱光放射角が大きく、照明光が光学部材の被検面全面を満たした状態で、散乱板の散乱光放射角光量分布特性が均一であれば、被検面全体が均一な明るさでテレセントリックに照明されていると言える。
さらに、この様に照明されている光学部材被検面を物体側と像側にテレセントリックな結像光学系で観察すると、被検面の像はテレセントリックに、かつ均一な明るさで結像される。また、光学的には面光源が無限遠方に配置されることとなり、結果、光源の結像面への映り込みがなくなる。
この様な光学構成は、従来から測定顕微鏡などでよく用いられる光学系であり、ピントがずれても像が流れることがなく被写界深度と焦点深度を大きくできる結果となる。
よって、上記の検査装置で光学部材被検面を検査すると、汚れやごみなどの吸収系欠陥は、小さな照明開口数で欠陥に垂直に照明されるために照明光を十分に吸収するため真っ暗な像として結像される。一方、キズや研磨残り（研磨が足りず小さな砂目部が残っている欠陥）などの散乱系欠陥は、欠陥から生じる散乱光や回折光が結像光学系瞳に配置した絞りによって欠られるため暗い像として結像される。
また、ガラスモールドレンズに発生するモールド型の面不良による小さな滑らかな面の凹凸（うねり）に関してもうねりがレンズ効果をもって小さな照明開口数の光束を屈曲させるために、ピントとわずかにずれた位置に明暗のコントラストを作る。
このほか、被検レンズのパワーが極端に強くなければレンズ表面を介して裏面の観察も可能であり、このとき表裏面の像を作る主光線が同じであることから像の大きさが等しくなる。このことは、観察時にレンズを反転させる必要がないばかりか自動で欠陥を検出する場合に検出アルゴリズムを変更しなくて良いと言う利点もある。
【０１２９】
本発明は上記テレセントリックな照明と両側にテレセントリックな結像光学系を用いて光学部材表面を検査する検査装置に関して、理論的な透過照明方法と透過照明装置と該照明装置を用いたシステムであって、
・光源などの映りこみによるゴーストのない均一な明るさの光学部材表面像取得し
・キズなどの光散乱系欠陥、汚れやごみなどの光吸収系欠陥および面の微小うねりなど
を高い欠陥検出能力で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な部分断面図、およびその光源部から放射される光の放射光量分布を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための模式的な光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための光路の部分拡大図、およびこの照明装置によって、組み上がりレンズを照明する場合の光路の部分拡大図である。
【図４】被検レンズにウネリがある場合の光路の部分拡大図である。
【図５】本発明の第６、７の実施形態に係る検査システムの概略構成を示す模式的な正面図である。
【図６】観察に用いた被検レンズの断面形状を示す。
【図７】被検レンズの第２面（観察側の面）にフォーカス調整した場合の観察像の写真画像である。
【図８】被検レンズの第１面（光源部側の面）にフォーカス調整した場合の観察像の写真画像である。
【図９】検査領域を拡大する照明方法について説明する模式的な光路図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の光学的な概念図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の具体的な構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る透過照明装置概略構成を示す模式的な構成図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係るケーラー照明法を説明する模式図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態の第１変形例を示す模式的な部分断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムの概略構成を示す模式的な側面図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムの保持台の一例をしめす斜視図および被検レンズ配置時の拡大断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置の絞りの作用を説明する模式的な光路図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置の一部に用いることができるレンズユニットの断面図である。
【図２０】焦点位置合わせについて説明する模式図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態に係る検査システムに用いる中心遮蔽光束制御板を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１、１３、２０、２０Ａ 被検レンズ（被検体、光学部材）
１ｃ 微小ウネリ部
２ 保持台
２Ｃ トレー（保持台）
３、３Ａ、４１、５６ 開口板
３ａ、４１ａ 開口
４ 散乱板（散乱部材）
５ 光源
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 光源装置
６ａ 面光源
６ａ’ 投影面光源（面光源）
６ｃ 輪帯状光放射領域
８ 保持台移動機構（相対移動機構）
１０ 結像光学系
１２ 組レンズ
３１ 第１照明部
３２ 射出瞳
３３ａ 集光レンズ
３３ｂ デフューザー
３３ｃ 開口照明レンズ
３４ 前側羽根絞り
３５ 反射ミラー
３６ 投光レンズ（窓レンズ）
３７ コンデンサーレンズ
３８ コンデンサーレンズ移動部
３９ ステージ受け部
４０、７６、７８、９０、９３、９４、９５ 照明装置（透過照明装置）
４２ コリメートレンズ
４４ ４５、４５ｂ 投影レンズ
４６ 対物レンズ
４７ 結像レンズ
４９ 結像光学系
５０ 被検体位置調整ステージ（保持台）
５４ ＣＣＤカメラ（撮像装置）
５７ 交換開口枠
６０ａ 投影用面光源
６６ 中心遮蔽板（中心遮蔽光束制御板）
６６ａ 光遮蔽部
６６ｃ 輪帯状光透過領域（輪帯状光放射領域）
６７ スライダー（切換機構）
７０ モニター
７１ コンピューター
７２ 投影レンズ鏡筒
７８ 透過照明装置
８５ ハーフミラー（光分岐手段）
１００、１０１ 検査システム
１４２ 長作動距離コンデンサーレンズ
Ｆ 前側焦点位置
ｇ 主光線（面光源中心からの照明光）
Ｏ 面光源の中心
Ｐ 光軸
Ｓ 標本載置面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性の光学部材の欠陥を検査するための透過照明装置、検査システム、および透過照明方法に関する。例えば、レンズ、平行平板等の光学部材表面のキズ、汚れ、ウネリ等の表面検査や光学部材内部の泡や脈理等の検査等に好適に用いることができる。
本発明の光透過性は可視光に限ることなく、例えばシリコン製の光学部材に対する近赤外光などを含む。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部材、特にレンズの表面検査、いわゆる外観検査はさまざまな照明法、例えば、落射や透過での明視野／暗視野／偏射照明を用いて被検レンズ表面を照明し、観察光学装置を用いて被検レンズ表面のキズや汚れを検査している。
ところが、光学レンズは一般的に無色透明の２つの球面で構成され、その形状は凸面、凹面、平面の組合せによる基本形（両凸、平凹、メニスカス等）の相違に加えて、外径と曲率半径の違いによって多種多様である。
こうしたレンズの表面像を観察光学装置で捉えようとするとき、観察光学装置の対物レンズの開口数が大きいと解像力（像を鮮明に表現するための分解能）はよいが焦点深度が小さくなり、頂点にピントを合わせると周辺がピントボケして見えなくなる。一方、対物レンズの開口数が小さいと焦点深度が大きくなって周辺まで観察できるが、薄肉レンズでは裏面まで見えてしまって欠陥がどちらの面にあるか判断できなくなり、かつ、解像力が落ちる。
また、レンズの表面観察は、上記対物レンズの問題もさることながらどんな照明法を用いるかの方が問題は大きい。例えば、落射明視野照明や偏射照明では、欠陥検出能力（解像力はなくとも欠陥の存在を表現する能力）は高いが対物レンズが捉える表面像全体が一様な明るさにならないとか光源の像が映り込む理由で、検査表面の一部領域でしか欠陥を検出できないことが多い。一方、透過明視野照明では、基本的に欠陥の検出能力が低い上に被検レンズのパワーにより照明光が屈曲してレンズ全面が落射照明同様、一様な明るさの像を作ることが出来ないことが多い。また、落射や透過の暗視野照明はキズなど、光散乱を発生させる欠陥（散乱系の欠陥）には強いが薄い汚れやゴミなど光吸収する欠陥（吸収型の欠陥）の検出能力が劣り、かつ被検レンズの輪郭が鮮明に捉えられないために欠陥が検査領域のどこにあるか判断することが困難である。
以上、従来の光学レンズの検査に用いられている観察方法と照明法について述べたが、現状は作業者の過去の経験によってレンズ毎に照明法を選択してレンズ表面を検査しているのが実状である。よって、被検レンズが固有に持つ焦点距離とか曲率半径とか凸凹などの形状に関連させて照明の最適化を行う必要がある。
こうした観点から従来技術としては、披検光学部材の焦点距離を利用した例えば、特許文献１には、光源部と被検光学部材間の披検光学部材の焦点位置に照明光の中心部を遮光する遮光絞りを配置する透過暗視野照明により光学部材の検査を行う光学部材検査装置（検査システム）において、遮光絞りが半透明性を有することを特徴とした光学部材検査装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１９９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の検査システムには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では遮光絞りが半透明性を有することで、透過暗視野照明でありながら透過明視野照明の特性も備えるため光吸収系欠陥も観察可能となる。しかし、像の背景が明るくなり、その明るさの程度に応じて、汚れやゴミなどの光吸収系欠陥が見えるが、暗視野照明で明瞭に見えたキズなどの光散乱系欠陥のコントラストが低下してしまう。
このため、光散乱系、光吸収系の欠陥双方に対応できるものの、それぞれの欠陥の検出能力は低下してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、レンズの焦点の働きを利用した照明法で光学部材の表面の光散乱系欠陥や光吸収系欠陥等を良好に観察することができる透過照明装置、検査システム、および透過照明方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明装置であって、前記被検体を保持する保持台と、前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源と、前記保持台に保持された前記被検体と前記面光源との間の相対位置を少なくとも光軸に沿う方向に調整する相対移動機構とを備え、前記面光源の中心を、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて、前記被検体の前記被検査領域の全域を透過照明することを特徴とする。
この発明によれば、被検体の被検査領域全域の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源を備え、該面光源の中心を被検体の前側焦点位置に略一致させて、前記被検体の検査領域を透過照明する。
このとき、被検体表裏各面上の点は照明光の被検体射出側から見てテレセントリックに小さい開口数で照明される。
よって、少なくても物体側にテレセントリックな光学系をもつ結像光学系で被検体表裏各面を観察すると被写界深度の深い像を得ることができるし、物体側と像側にテレセントリックな結像光学系を用いれば、さらにピントが欠陥からずれても欠陥像が流れるように動かなくなり、焦点深度もあげることができる。
このため、レンズなど曲率半径を持つレンズ面中心と周辺とで高さの異なる被検体であっても被検体表裏各面の被検査領域に欠陥があれば従来の検査法より良好に観察できる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の透過照明装置において、前記面光源は、
その中心に対して略対称な形状を有し、前記中心を前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて前記被検査領域全域を透過照明する際の前記開口数が、０．００５から０．０５の範囲にあることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の透過照明装置において、光を散乱させる散乱部材と、該散乱部材に光を照射する光源と、前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とを備え、前記面光源は、前記光源から照射された光が、前記散乱部材で散乱されて、前記開口板の開口から放射されることによって形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の透過照明装置において、前記面光源は、光を散乱させる散乱部材と、該散乱部材に光を照射する光源と、前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とからなる投影用面光源と、該投影用面光源を投影する投影光学系とを備える装置を用いて、前記投影用面光源を前記投影光学系で結像させた投影像から形成されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記保持台に保持された前記被検体と前記投影用面光源との間で、光軸に沿う方向に移動可能に設けられたなスライダーと、該スライダーに交換可能に着脱できる焦点距離の異なるレンズ群とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記投影用面光源の開口板の中心に焦点位置が一致して配置された正レンズと、前記投影用面光源から放射され、前記正レンズによってアフォーカル光束とされた光束の光軸上に、選択的に切り換えて配置可能な焦点距離の異なる複数のレンズ群とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項５または６に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記投影用面光源と前記被検体との間の光路上で光束径を規制し、前記被検体の照野を決定する照野絞りを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の透過照明装置において、前記照野絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、請求項４に記載の透過照明装置において、前記投影光学系は、前記投影用面光源を光源としたケーラー照明光学系であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の透過照明装置において、前記ケーラー照明光学系は、ケーラー照明を構成する明るさ絞りおよび視野絞りを有しており、前記明るさ絞りは、前記被検体を照明する照野を決定する照野絞りとして用い、前記視野絞りは、前記投影用面光源の大きさを規制し、前記被検体を照明する前記開口数を決定する開口絞りとして用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の透過照明装置において、前記照野絞りおよび前記絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の透過照明装置において、前記面光源の中心に配置可能に設けられた遮光部と、該遮光部の外周に沿う輪帯状に、略均一な散乱光を出射する輪帯状光放射領域とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の発明では、被検体を透過照明して検査を行う検査システムであって、前記被検体を保持して、前記被検体を透過照明する請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置と、前記被検体を挟んで前記透過照明装置の反対側に配置され、前記透過照明装置の前記保持台に保持され、前記透過照明装置の前記面光源によって透過照明された前記被検体の像を結像する結像光学系と、該結像光学系による前記被検体の像を観察する観察手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置によって、被検体を照明し、被検体の像を結像光学系で結像し、この被検体の像を観察手段によって観察することができる。
この検査システムは、請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置によって被検体を透過照明する検査システムになっている。このため、請求項１〜１２のいずれかに記載の照明装置と同様な作用を備える。
【００１８】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、少なくとも物体側にテレセントリックであることを特徴とする。
この発明によれば、結像光学系が、少なくとも物体側にテレセントリックであるので、被写界深度を深くできる。また、前記結像光学系が物体側と結像側双方にテレセントリックであれば、被写界深度と焦点深度を深くでき、かつ前記結像光学系のピント面から離れた欠陥を観察視野内で像位置の移動なく結像させることから、被検体の表面および内部における欠陥の光軸に直交する面内での位置測定が確実なものとなる。
【００１９】
請求項１５に記載の発明では、請求項１３または１４に記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、ズームレンズを備えることを特徴とする。
この発明によれば、結像光学系にズームレンズを備えるので、結像光学系の総合倍率を容易に連続的に変えることができる。このため、総合倍率を変える場合に焦点距離の異なる対物レンズと結像レンズとを組み合わせる場合に比べて、操作性を向上することができる。
【００２０】
請求項１６に記載の発明では、請求項１３〜１５のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、該結像光学系の瞳位置付近に開口の大きさが可変できる対物レンズ明るさ絞りを備えることを特徴とする。
この発明によれば、結像光学系の瞳位置付近に開口の大きさが可変な前記対物レンズ明るさ絞りを備える。該対物レンズ明るさ絞りは面光源の開口径を制限する（可変する）機能を持ち、前記対物絞りの開口を絞っていくと、光源部の面光源径を小さくすることと同様の効果がある。すなわち、光源部の面光源径を大きく設定しておいて前記対物レンズ明るさ絞りを絞ることで、簡単に面光源大きさを変えることできる。
【００２１】
請求項１７に記載の発明では、請求項１３〜１６のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記結像光学系は、
該結像光学系の瞳位置に前記被検体を透過してきた前記面光源からの照明光を遮光する中心遮蔽光束制御板を備えることを特徴とする。
この発明によれば、中心遮蔽光束制御板を備えることで、照明光を遮光することができ、被検体の光散乱系欠陥等によって回折された光や散乱された光のみによる被検体の像が、前記結像光学系により結像される。そして、前記観察手段によって暗視野観察を行うことができる。
【００２２】
請求項１８に記載の発明では、請求項１３〜１７に記載の検査システムにおいて、前記検査システムは、透過ケーラー照明装置をもつ顕微鏡本体と、該顕微鏡に取り付けた顕微鏡用コンデンサーレンズおよび標本載置ステージとを備え、前記結像光学系は、前記顕微鏡本体に立設した支柱に嵌合して摺動し被検レンズにピントが合う位置で固定された前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸上に延出したアームに前記結像光学系の光軸を前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸に一致させて取り付け固定したことを特徴とする。
【００２３】
請求項１９に記載の発明では、請求項１３〜１８のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記観察手段は、前記結像光学系による像を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項２０に記載の発明では、請求項１９に記載の検査システムにおいて、前記撮像装置で撮像された画像を画像処理して、前記被検体の検査を行う画像処理装置を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項２１に記載の発明では、請求項１３〜２０のいずれかに記載の検査システムにおいて、前記保持台は、コンピューターで制御される電動ステージであることを特徴とする。
【００２６】
請求項２２に記載の発明では、光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明方法であって、
前記被検体を保持し、
前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で照明する散乱光放射領域である面光源を、その中心が、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致するように配置し、この状態で、前記面光源からの光により前記被検体の前記被検査領域全域を透過照明することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１に記載の照透過明装置を用いた照明方法となっているので、請求項１に記載の発明と同様の作用を備える。
【００２７】
請求項２３に記載の発明では、請求項２２に記載の透過照明方法において、前記面光源は、投影用光源の像を投影光学系によって投影して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の透過照明装置、検査システム、および透過照明方法によれば、被検査領域全域の点を、照明光の被検体射出側から見て小さな開口数でテレセントリックに透過照明できるので、光散乱系欠陥や光吸収系欠陥等の光学部材表面欠陥をコントラスト（欠陥像の明暗）よく、かつ焦点深度深く観察することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００３０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の面光源（散乱光放射領域）から放射される散乱光の放射角度光量分布を示す模式図である。
【００３１】
本実施形態の透過照明装置である照明装置９０は、光透過性の光学部材である正レンズを被検体として透過照明するためのもので、図１（ａ）に示すように、光学部材を保持する保持台２と、基台７上に設けられた光源装置６と、基台７上で保持台２を光源装置６の面光源６ａの中心Ｏを通る中心軸Ｐに沿って移動可能に支持する保持台移動機構８（相対移動機構）とを備える。
以下では、光学部材の一例として、光源装置６側から、凸面である第１面１ｂ、同じく凸面である第２面１ａを備える両凸レンズからなる被検レンズ１の例で説明する。被検レンズ１の焦点距離はｆｔであり焦点位置をＦとする。
【００３２】
保持台２は、被検レンズ１を載置し、被検レンズ１の外周部および第１面１ｂを位置決めして保持するもので、被検レンズ１の外径より小さく第１面１ｂのレンズ有効径（レンズ球面内の光学性能を維持するために必要な径）よりも大きい内径を有する軸方向位置決め部２ａと、被検レンズ１の外周部を径方向に位置決めする径方向位置決め部２ｂとを備える。
径方向位置決め部２ｂは、例えば被検レンズ１の外周部を径方向にチャックして、保持する機構であってもよい。
また、保持台２の中心軸は、光源装置６の面光源６ａの中心軸Ｐに同軸となるように、保持台移動機構８に取り付けられている。
このため、保持台２に保持された被検レンズ１の光軸は、面光源６ａの中心軸Ｐと同軸に保持される。以下では、このように保持された被検レンズ１の光軸を光軸Ｐと称する場合がある。
【００３３】
光源装置６は、例えばハロゲンランプ等からなる光源５と、光源５からの光を散乱させる散乱部材である散乱板４と、散乱板４から保持台２側に向かう散乱光放射領域である面光源６ａを直径φｄの略円形状に規制する開口３ａを備える開口板３とからなる装置である。
本実施形態の開口板３は、金属薄板に直径φｄの開口３ａが加工されたもので、散乱板４上に接着等によって貼り付けられている。このため、開口３ａの内側には、直径がφｄの面光源６ａが形成されている。
このような光源装置６は、保持台２に保持された被検レンズ１の前側焦点位置Ｆに面光源６ａの中心Ｏが略一致されたときに、被検レンズ１の第１面１ｂを面光源６ａから放射された散乱光が照明する。
この時、中心Ｏを通る面光源６ａの法線から測った放射開口数をＮＡＯとすると、被検レンズ１の被検査領域開口数（以下、被検面開口数）ＮＡｔはＮＡｏより小さくなるように設定される。
【００３４】
散乱板４は、例えばガラス板を砂目加工したものやオパール状の光散乱板を採用することにより散乱光放射角（片側）が３０度程度（放射開口数ＮＡｏ＝０．５）のものは容易に得られる。
また、この時、被検レンズの第１面１ｂ上の任意の点ｂ、および第２面１ａ上の任意の点ａは面光源６ａ全体から放射される散乱放射光によって、各点を頂点とし面光源６ａを底辺とする円錐状の光線束で照明開口数ＮＡｂ、ＮＡａで照明される。
よって、面光源６ａからの散乱光の放射開口数ＮＡｏ内で放射角度−光量分布（以下、放射角光量分布特性）が一定であれば、被検レンズの各面はほぼ均一な明るさで照明される。
なお、散乱板を用いて作った面光源は散乱光の放射開口数が小さいとか、放射角光量分布特性が一様になりにくいとか欠点があるものの、被検光学部材との間に投影レンズを配置しないため、後述するケーラー照明光学系を用いて作る投影面光源よりも、投影レンズに付着したゴミなどによるノイズ（フレアやゴースト）がレンズ表面像に発生しにくい利点がある。
【００３５】
保持台移動機構８は、保持台２を光源装置６に対して、面光源６ａの光放射の中心軸Ｐに沿う方向に移動できる手動または自動の適宜の１軸ステージ機構等を採用することができる。また、保持台２が固定され、光源装置６が移動される構成としても良い。
【００３６】
照明装置９０を用いた透過照明方法の作用について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための模式的な光路図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための光路の部分拡大図である。図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置によって、組み上がりレンズを照明する場合の光路の部分拡大図である。図４は、被検レンズにウネリがある場合の光路の部分拡大図である。
【００３７】
まず、被検レンズ１を保持台２に載置する。そして、保持台移動機構８を用いて、被検レンズ１の前側焦点位置Ｆが、面光源６ａの中心Ｏに一致するように、保持台２を移動させる。
このとき、面光源６ａの中心Ｏは、被検レンズ１の光軸Ｐ上に配置されている。
【００３８】
光源５で発生した光は、散乱板４に到達して、散乱板４で散乱され、開口３ａからの散乱光が、被検レンズ１側に向かって放射開口数ＮＡｏで放射される。被検レンズ１の被検面開口数ＮＡｔは放射開口数ＮＡｏ内とされる。
このとき、図１（ａ）に示すように、面光源６ａの中心Ｏは被検レンズ１の前側焦点位置Ｆに一致されているため、面光源６ａの中心Ｏから放射される散乱光（照明光）は、被検レンズ１による屈折作用を受けて被検レンズ１から射出された後、光軸Ｐに平行な光線ｇとして進む。図１（ａ）では、わかり易くするために第１面１ｂ上の任意の点ｂを通過して第２面１ａ上の点ａを通る一本の光線ｇを光軸Ｐに対称にｇａ、ｇｂと記述して、１つの光線ｇが第１面１ｂ、第２面１ａ上の各点をどのように照明するか説明する。
【００３９】
第１面１ｂ、第２面１ａ上の各点における照明光の照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂは、各点から面光源６ａを見込む円錐の頂角の半分に相当するので、第１面１ｂ上の点ｂにおける照明開口数ＮＡｂは、面光源６ａの半径ｄ／２、面光源６ａから点ｂまでの光軸Ｐに沿う距離をＬｂとして、近似的にＮＡｂ＝（ｄ／２）／Ｌｂと表される。また、同様に、第２面１ａ上の点ａにおける照明開口数ＮＡａは、面光源６ａの半径ｄ／２、開口３ａから点ａまでの光軸Ｐに沿う距離をＬａとして、近似的にＮＡａ＝（ｄ／２）／Ｌａと表される。また、被検レンズが薄肉のレンズであれば、Ｌｂ＝Ｌａ＝ｆt（被検レンズの焦点距離）であるのでＮＡｂ＝ＮＡａとも書ける。
【００４０】
被検面上の点を照明する照明開口数（ＮＡａやＮＡｂ）は被検面の欠陥検出能力と密接につながっており、一般に大きいほうが欠陥の解像力は高いが焦点深度が浅くなると共に像にコントラストがなくなり、欠陥検出能力、つまり欠陥形状は鮮明さを欠いても欠陥が在るか否かの観点からの欠陥検出能力はなくなる。
よって、一般のレンズ欠陥検査では照明開口数は、あまり大きなものは使用されないが、小さくしすぎると、焦点深度が極度に深くなったり、解像力が極端に低下して欠陥の形状がボケてしまい、コントラストも低下する。結果、欠陥検出能力が低下してしまう。よって、レンズのように中心と周辺で高さに差があるような被検体では、検査対象のレンズ形状や欠陥ごとに、照明開口数は都度、欠陥検出能力と焦点深度を考慮して、好適な値に調整される。なお、レンズ表面の欠陥（外観）検査では、欠陥形状の表現力（解像力）より、欠陥があるか否かを検出する能力（欠陥検出能力）が重要であり、以下検査装置の性能を欠陥検出能力を尺度として説明する。
上記観点から、面光源６ａの開口３ａの直径φｄは、実験的ではあるが、面光源６ａの中心Ｏを被検レンズ１の前側焦点位置Ｆに配置したときの開口数である照明開口数ＮＡｂ、ＮＡａが０．００５〜０．０５の範囲となるように選ぶのが良い。
なお、照明開口数と面光源の大きさは、以下の計算で求められる。
面光源の直径＝２×照明開口数×面光源と被検面間距離（又は被検レンズ焦点距離）
【００４１】
以上、本発明の照明装置及び被検レンズ照明装置内の照明光線の振舞いについて述べてきたが、前述した光線ｇａとｇｂは同一の光線（ｇ）であることに留意して、纏めると、以下の（１）〜（３）のことが言える。
（１） 面光源６ａの中心Ｏから出た光線ｇは第１面１ｂ上の任意の点ｂを通過した後、被検レンズ１のパワーによって決定される第２面１ａ上の点ａを通過し、その後光軸Ｐに平行に被検レンズから射出される。そして、面光源６ａ全面から第１面の点ｂに集光して点ｂを照明する照明開口数ＮＡｂの光線束は被検レンズのパワーによって射出開口数ＮＡｂ’の光線束となり点ｂから、第２面の点ａを照明する照明開口数ＮＡａの光線束もまた射出開口数ＮＡａ’の光線束となって点ａから光線ｇを中心として被検レンズ１を通過してゆく。
このことは、被検レンズ１の表裏両面の被検面全域を同時に照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂで照明光の被検体射出側から見てテレセントリックに照明しているといえる。
以下で「テレセントリックに被検レンズ被検面を照明する」とは、このような照明光の被検体射出側から見ての意味である。以下、テレセントリックとのみ表現する。
（２） また、点ｂと点ａを照明する照明開口数ＮＡｂ、ＮＡａはほぼ等しいので点ｂと点ａの明るさはほぼ同じであり、面光源６ａの放射角光量分布特性が均一であれば、第１面１ｂと第２面１ａ各々は全面で一様な明るさであり、かつ２つの面の明るさは同じとなる。
（３） また、第１面１ｂと第２面１ａの任意の点は面光源６ａの開口３ａの径を変更することによって、照明開口数を制御することができ、様々な照明開口数で被検体被検面を照明することができる。
【００４２】
図２に示すように、照明装置９０と、光軸Ｐに沿う方向にピント合わせ移動可能に保持された物体側にのみテレセントリックな結像光学系１０との組合せによって、被検レンズ１の第１面１ｂ、第２面１ａを観察する場合、被検レンズ１に対して照明装置９０を上下させ被検レンズ１の焦点Ｆに面光源６ａの中心Ｏを合致させた後、結像光学系１０によって、第１面１ｂ、第２面１ａの像を観察手段であるＣＣＤ１１上に結像し、不図示のモニター上に、画像を表示させて、観察することができる。照明装置９０、結像光学系１０、およびＣＣＤ１１は、本実施形態の検査システム１００を構成する。
【００４３】
例えば、第２面１ａ上の点ａの像を得るための照明光束は、図２に示すように、面光源６ａの中心Ｏから放射された光線ｇを光学設計時に用いられる主光線に相当する光線（以下主光線とする）として、面光源６ａの端部の点ｃ、点ｅから放射されて点ａに到達する破線で示す光線を光学設計時に用いられるマージナル光線に相当する光線（以下マージナル光線とする）とする照明開口数ＮＡａの光束であり、第１面１ｂで屈折され、第２面１ａ上の点ａに集光される光である。
点ａに何らの欠陥もない場合、主光線ｇは被検レンズを通過後、光軸Ｐに平行に進み、マージナル光線は被検レンズ１のパワー（屈折力）に応じた射出開口数ＮＡａ’を有する光束として点ａから出射される。
そして、結像光学系１０はこのように点ａから出射された光束をＣＣＤ１１上に、結像光学系１０の倍率に応じた像高位置に明るい点として結像させる。同様に、ＣＣＤ１１上には、第２面１ａ上の全ての点が像が結像されることによって、第２面１ａの像ができる。
【００４４】
また、第２面１ａは面光源６ａからの放射開口数ＮＡｏの放射角光量分布特性に応じた明るさで照明される。該放射角光量分布特性が均一であれば、第２面１ａに照度の均一性が高い照明を行うことができ、結果として面全体が均一な明るさの像を得ることができる。
【００４５】
同様に、第１面１ｂ上の点ｂの像を得るための照明光は、図１（ａ）に示すように、面光源６ａの中心Ｏから放射された光線ｇを主光線として、面光源６ａの端部の点ｃ、点ｅから放射されて点ｂに到達する破線で示す光線をマージナル光線とする照明開口数ＮＡｂの光束であり、第１面１ｂ上の点ｂに集光され、光軸Ｐに平行な光線ｇを中心として、被検レンズ１のパワーに応じた射出開口数ＮＡｂ’を有する光束として出射される。
そして、点ｂを通って出射された光束も又結像光学系１０のピントを点ｂに合わせることにより、ＣＣＤ１１上で結像光学系１０の倍率に応じた像高位置に結像される。また、同様にＣＣＤ１１上には、面全体が均一な明るさ分布の像を得ることができる。
【００４６】
本実施形態では、面光源と被検面との距離ＬａとＬｂが大きくは変わらないので、照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂも大きくは変らない。そのため、点ａおよび点ｂの像の明るさはほぼ等しくなる。つまり、互いに表裏面の関係にある第２面１ａ、第１面１ｂにおける明るさの相違は少なく、かつ、放射角光量分布特性が均一な散乱板４を使用することによって、第２面１ａと第１面１ｂをほぼ同じ明るさでかつ各面が均一な明るさの像で得ることができる。
【００４７】
また、結像光学系１０が物体側テレセントリックな光学系の場合の特徴として、図３（ａ）に示すように、第１面１ｂにおける点ｂの虚像は、射出後の光線ｇｂの延長線上の点ｂ’に形成される。つまり、物体側にテレセントリックな結像光学系１０からすると光線ｇｂ上の点ａと虚像点ｂ’の像高（光軸Ｐからの距離）は等しくなり、点ａに結像光学系１０のピントを合わせたときと、点ｂ’に結像光学系１０のピントを合わせたときの像の大きさは等しくなる。
すなわち、点ａと点ｂはそれぞれにピントを合わせたとき、ＣＣＤ１１の撮像面上の同一の位置に表示されることになり、被検レンズ１の表裏面はほぼ同じ大きさの像として撮像される。
この結果、第２面１ａ、第１面１ｂの像は大きさが同じで、面全体の明るさが均一で、さらに両面がほぼ同じ明るさの像となり、面毎の調光操作や変倍操作不要な観察装置で像を観察できる。また、自動欠陥装置で両面の検査を行うに当たっては、同じ欠陥検出アルゴリズムが使えることにもなり便利である。
【００４８】
また、照明装置９０では面光源６ａが被検レンズ１の焦点位置にあるので、光源は光学的に無限遠にある。このため、本照明を用いて被検レンズの表面を結像光学系で捉えるときに面光源６ａが被検面の像に写りこまないと言う利点もある。
【００４９】
本実施形態の結像光学系１０は、適宜の結像光学系を採用することができるが、被検レンズ１がテレセントリックな照明をされているので、少なくとも物体側テレセントリックな光学系であることが好ましく、両側テレセントリックな光学系であることがより好ましい。これまで、結像レンズは図２の物体側にテレセントリックな光学構成で説明してきたが、ここからは図５に示すように、対物レンズ４６と結像レンズ４７とからなり物体と像の両側にテレセントリックな結像光学系４９での説明とする。
【００５０】
結像光学系１０と結像光学系４９との差は、前記のように、両側にテレセントリックなほうがＣＣＤ１１上に結像する光束の主光線が物体側と同様光軸Ｐと平行であるため、被検レンズ１のレンズ面上の欠陥にピント合わせた後、ピントをずらすときに欠陥が流れるようにボケながら移動することがないので、焦点深度がより深くなったように画像を取得できる利点がある。
このようなテレセントリックな被検体への照明と両側にテレセントリックな結像光学系を組合せた光学装置は測定顕微鏡に代表される他、様々な検査装置に用いられている。この理由は、前述したように、ピントがずれても像が流れるように移動しないので像位置の測定に支障を生じないことと、検査装置全体の光学系において被検体側の被写界深度と像側の焦点深度を深く出来ること、かつ小さな照明開口数の照明で像のコントラスト（像の明暗）をあげることができる点である。
また、大きな開口数ＮＡｏｂをもつ対物レンズ４６を用いて、小さな照明開口数で被検体を観察するとレンズ表面の欠陥のような表面に散在する小さな欠陥は欠陥から生じる回折光を対物レンズ４６が十分拾うことから解像力が極端に落ちず、シャープな画像を得られる欠陥検出能力とは別の観点で利点がある。例えば、落射照明タイプの半導体検査用の顕微鏡にはＮＡｏｂ＝０．９の対物レンズとφ０．５ｍｍ位まで絞れる照明用の明るさ絞りが落射投光管に装備されている。
【００５１】
なお、結像光学系による観察において、被検レンズ面の曲率半径とレンズ外径の組合せによっては、レンズ中心とレンズ周縁部との間に該結像光学系の被写界深度より大きな高低差が生じる場合があるので、被検面全体にピントが合わせることはできなくなるおそれがある。
しかし、図５に示す実施形態では、結像光学系４９が両側テレセントリックな結像光学系なので、被写界深度、焦点深度共に深くできるので、レンズ面全体を１枚の画像に納め易くなる。よって、レンズ面の径方向の観察領域を、何段階かの同心円状の検査エリアに区切り、それぞれの検査エリアにピント調整を行って、複数枚の画像を取得するときに、被検面全体を少ない回数で観察することもできる。そこで、解像力が落ちない範囲で適当な焦点深度の設定も必要となる。今回使用した図５の結像光学系４９では欠陥の解像力の観点からでなく、欠陥の検出能力の観点から実験的に深度は０．５ｍｍ（片側）となる照明開口数に設定した。
【００５２】
次に、図５の構成の照明と結像光学系を用いて行う光学部材表面の欠陥検出原理について述べる。
被検面上の光散乱系欠陥の1つであるスクラッチと呼ばれる鋭利な傷はその斜面(図４の点ｋの近傍の欠陥は凸部であるが、スクラッチは鋭利な凹部であるため斜面が存在する)で小さな開口数の照明光束を大きく屈折させ、微小な粗さの欠陥集合部では小さな開口数の照明光束は大きな散乱角で散乱させられる（図１に示す散乱光束Ｓａ、Ｓｂ参照）。これらの屈折光と散乱光束Ｓａは、対物レンズ瞳においた対物レンズ明るさ絞り４３で遮光される。よって、光散乱系欠陥の像は黒色又は灰色に観察される。
光吸収系欠陥であれば、欠陥位置を照明する小さな開口数の光束が欠陥によって吸収されるため、光吸収系欠陥の像は黒色のコントラストの高い像として観察される。
【００５３】
また、本照明法を用いた照明装置９０は、散乱系欠陥、吸収系欠陥のほかに被検レンズ１のレンズ面の微小なウネリ（レンズ表面の滑らかな凹凸）の観察も容易とする。
図４に示すように、第２面１ａ上に微小な凸部からなる微小ウネリ部１ｃがあるものとする。そして、微小ウネリ部１ｃの近傍の点ｍ、ｎに、面光源の中心Ｏからの光線ｇｍ、ｇｎが入射し、微小ウネリ部１ｃ上の点ｋに、同じく面光源の中心Ｏからの光線ｇｋが入射するものとする。
【００５４】
微小ウネリ部１ｃが存在しない場合、第２面１ａから出射される光線ｇｍ、ｇｎと破線で示す光線ｇｋは、いずれも光軸Ｐに平行に進む。
微小ウネリ部１ｃが存在する場合には、光線ｇｋは、微小ウネリ部１ｃの曲率変化に応じて、光線ｇｋ’のように点ｋで、光軸Ｐと交差する方向に偏向させられ、例えば、光線ｇｍと点ｉで交わることになる。
結像光学系４９のピント位置をピント面１１３からわずかに光線の出射側に移動し、点ｉを通る面１１４に移動すると、光線ｇｍと光線ｇｋ’とが交わる点ｉでは、明点ができる。一方、微小ウネリ部１ｃがない場合の光線ｇｋが交わる点ｊでは、光線ｇｋ’が点ｉに偏向しているので暗点ができる。実際は、被検面上の点ｍ、ｋ、ｎには、ある照明開口数を持った光束が集光しているために前記明点は明領域として、暗点は暗領域として観察される。すなわち、結像光学系４９のピントを、微小ウネリ部１ｃからわずかに出射側に離すことで、微小ウネリ部１ｃに対応する明暗模様の画像を観察することができる。
【００５５】
なお、図４には、微小ウネリ部１ｃを凸面として描いて、上記のように説明したが、微小ウネリ部１ｃは凹面であっても同様である。
このような凹面の微小ウネリ部１ｃは、例えば、モールド型に異物が付着することにより、レンズ成形時にレンズ面が滑らかに凹ませられるといった原因で発生する。この種の欠陥は強い光を当てると、目視観察で欠陥の存在を見つけることができる場合が多いが、従来の照明、例えばケーラー照明などを用いて顕微鏡で拡大観察しても面が滑らかなためほとんど見えない。
【００５６】
また、前記した散乱系欠陥、吸収系欠陥、面のうねり等の観察は、組レンズ、例えば、図３（ｂ）に部分断面で示すような２枚レンズの組レンズ１２においても同様に可能である。
組レンズ１２は、一例として、面光源６ａ側（不図示）から、両凸レンズである第１レンズ１２Ａ、第１レンズ１２Ａ側に凸面を有するメニスカスレンズからなる第２レンズ１２Ｂが配置され、レンズ鏡筒１２Ｃに組み込まれたものであり、面光源６ａ側から、第１面１２ｄ、第２面１２ｃ、第３面１２ｂ、および第４面１２ａを備える。
【００５７】
光源装置６の面光源６ａの中心Ｏから出射された光線Ｇは、第１面１２ｄ上の点ｄ、第２面１２ｃ上の点ｃ、第３面１２ｂ上の点ｂを順次、それぞれのパワーに応じて屈折されながら透過し、第４面１２ａ上の点ａで、光軸Ｐに平行な方向に出射される。
よって、２枚のレンズのパワーが小さい場合など、結像光学系１０に大きな収差を発生させない組レンズについては、各レンズ面をそれぞれ結像光学系１０の被写界深度内に納めるピント調整を行うことにより、各レンズ面の観察を行うことができる。
この場合、図３（ｂ）に示すように、各レンズ面における点ｄ、ｃ、ｂ、ａの虚像は、点ａを出射後の光線Ｇと同軸上の点ｄ’、ｃ’、ｂ’、ａ’に形成されるため、結像光学系４９のピントをそれぞれの面に合わせると、各面の像が同じ像高で、同じ明るさで観察される。もちろん、二つの面が接近し、結像光学系４９の被写界深度にある場合は、欠陥の存在する面を特定できない。
【００５８】
次に、照明装置９０によって照明され、結像光学系４９によって得た被検レンズの観察像の一例について説明する。
図６は、観察に用いた被検レンズの断面形状を示す。図７は、被検レンズの第２面（結像側の面１３ａ）に結像光学系４９をピント調整した場合の観察像の写真画像である。図８は、被検レンズの第１面（光源部側の面１３ｂ）に第２面を介してピント調整した場合の観察像の写真画像である。図９は検査領域を拡大する照明方法について説明する模式的な光路図である。
【００５９】
観察に用いた被検レンズ１３は、図６に示すように、第１面１３ｂ、第２面１３ａがいずれも非球面からなる両凸のガラスモールドレンズである。照明用の面光源６ａはほぼ非球面の近軸の焦点位置に置いた。本検査システムは、検査可能なレンズが球面レンズだけでなく非球面レンズを含む広い対応範囲を持つことを示す。
被検レンズ１３のレンズ外径はφ６．２ｍｍ、レンズ肉厚ｔは、ｔ＝２．５（ｍｍ）である。また、第１面１３ｂは、非球面近軸曲率半径Ｒｂが、Ｒｂ＝５．５（ｍｍ）、第２面１３ａは、非球面近軸曲率半径Ｒａが、Ｒａ＝９．５（ｍｍ）である。
第１面１３ｂの外周にはφＤｂ＝φ４．５（ｍｍ）からテーパ角４５°のテーパ部１３ｃが形成されている。また、第２面１３ａの外周にはφＤａ＝φ５.５（ｍｍ）から被検レンズ１３の光軸に直交する平面を構成するフラット部１３ｄが形成されている。
第１面１３ｂとテーパ部１３ｃ、および第２面１３ａとフラット部１３ｄのつなぎ境界には、それぞれＲ０．５（ｍｍ）の凸Ｒ部、凹Ｒ部が形成されている。よって、光学設計上の非球面となっている径（以下、非球面径）は第１面１３ｂでφＤｂ’＝φ４．０（ｍｍ）程度、第２面１３ａでφＤａ’＝φ５（ｍｍ）程度である。
被検レンズ１３の近軸焦点距離ｆｔは、ｆｔ＝６．１（ｍｍ）程度であり、第１面１３ｂの面頂位置から前側近軸焦点位置までの距離は、５．６（ｍｍ）で程度である。
【００６０】
本観察例では、被検レンズ１３は、保持台２の円形状を有する軸方向位置決め部２ａ上にテーパ部１３ｃを当てつけて載置され面光源６ａに対して軸方向および径方向にほぼ位置決めされている。本観察例では、径方向位置決め部２ｂは、直径φ６．８ｍｍとしているため、被検レンズ１３の外径に対して片側０．３ｍｍのクリアランスがあり、被検レンズ１３の載置時に被検レンズ１３はこの範囲内で偏心する。
【００６１】
実験したところによれば、このように径方向に±０．３ｍｍ程度の配置誤差があっても、像は移動するものの像が変形するようなことはなく欠陥検出能力には影響はなかった。そのため、面光源６ａの中心Ｏは、前側焦点位置対して、光軸Ｐと直交する方向に略一致する位置であればよい。
【００６２】
面光源６ａの径φｄはφｄ＝０．３（ｍｍ）である。このため、第１面１３ｂ、第２面１３ａに対する照明開口数は、約０．０２５になっている。
また、写真撮影に用いた結像光学系４９は、結像レンズ４７と対物レンズ４６とを無限補正の同じレンズで構成し、瞳位置で対称な配置として倍率１×で使用した。
【００６３】
図７、８は、それぞれ、結像光学系４９のピントを第２面１３ａ、第１面１３ｂに合わせた時のＣＣＤ１１で撮像された画像である。
なお、マーク部Ｍは、第２面１３ａ、第１面１３ｂを識別しやすくするため、第２面１３ａの表面に油性インクで故意に書き込まれたものであり、実際の観察や欠陥検査にないものである。
図６に示すように、面光源６ａ全面から出射された照明光束は、第１面１３ｂで点ｂ、第２面１３ａで点ａに集光された後、面光源６ａの中心Ｏからの主光線ｇを中心とした照明光束は、光軸Ｐに平行に進む主光線ｇを持つ光線束として被検レンズ１３から出射される。この光線束のうち、非球面径の最外部を通る光線束は、図７、８では、第２面１３ａ、第１面１３ｂの非球面径φＤａ、φＤｂに対応する円状の明部である非球面部画像１４ａ、１５ａを形成する。
【００６４】
一方、光軸Ｐに対して、被検レンズ１３の第１面１３ｂから外側に大きな角度で面光源６ａから放射された光線束は、テーパ部１３ｃでは反射され、テーパ部１３ｃと第１面１３ｂのつなぎ部０．５Ｒ部に向かう点Ａを通過する光線ｋを中心とした光束はこの面で屈折して第２面１３ａの０．５Ｒ部やフラット部１３ｄを通って、光軸Ｐから離れる方向に射出される。よって、このような外乱光は図５に示すように結像光学系４９の瞳位置付近に置いた対物レンズ明るさ絞り４３を適正に絞ることによってけられ結像しない。このため、境界部１４ｂ、１５ｂの非球面部の外周側では、光線ｋがＣＣＤ１１上に結像されないため均一な暗部が形成される。
すなわち、本観察例では、ほぼ、第２面１ａ、第１面１ｂの非球面径領域に対応する非球面部画像１４ａ、１５ａのみが表示される。ただし、０．５Ｒ部で屈折する一部（非球面部から０．５Ｒにつながるわずかな輪帯部）の光線ｋは結像光学系４９の対物レンズ４６に捉えられて非球面部画像１４ａ、１５ａの最外周にリング状の明部を作っている。
【００６５】
次に図５の結像光学系４９で得た被検レンズ１３の被検面である第２面１３ａおよび第１面１３ｂの画像について説明する。
第２面１３ａの像である図７には、マーク部Ｍと同様に鮮明な画像として、例えば、欠陥１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆなどの像が観察されている。また、不鮮明な欠陥１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆなどが観察されている。
また、第１面１３ｂの像である図８では、マーク部Ｍ、欠陥１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆと同様の画像が図７と同様な位置関係で図７よりもぼけた状態で観察される。そして、欠陥１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆが、図７と同様な位置関係で図７よりも鮮明な状態で観察されている。
これより、欠陥１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆは、第２面１３ａ上の表面欠陥であり、欠陥１５ｃ、１５ｄ、１５ｅは、第１面１３ｂ上の表面欠陥であることが判別できる。
【００６６】
また、第２面１３ａと第１面１３ｂとの間の内部欠陥があれば、いずれの画像でもぼけた像として観察され、結像光学系４９のピント位置を第２面１３ａと第１面１３ｂとの間の適宜位置に移動すれば、その欠陥が鮮明に観察されることになる。
【００６７】
なお、上記の説明では、原理的な理解を助けるため簡単化して説明したが、実際の被検レンズの形状条件によっては、面光源６ａの中心Ｏから第１面１３ｂの非球面領域に入射した光は、第２面１３ａの非球面領域のわずかに内側を通過する場合がある。すなわち、図９に示すように、第１面１３ｂのレンズ非球面径の最外周部の点Ｘを通過する光線ｇは、第２面１３ａの非球面径の点Ｚよりわずかに径方向内側の点Ｙを通過する。このため、ＺＹの間の円環領域は十分照明されないことになり、表面の欠陥の有無を観察することができない。
つまり、面光源６ａの中心Ｏから第１面の非球面領域最外周を通る光が像の視野の大きさ(視野径)を決め、第２面の視野径もこの光線が決めることになる。よって、第２面が大きな径のレンズ面で構成されていれば検査不可能な領域が発生する。
【００６８】
図７に示した写真は、図９に示すように、面光源６ａを距離δ（略０．５ｍｍ）ほど被検レンズ１３に近づけた位置に配置して撮影したものである。この場合、破線表示された面光源６ａの中心Ｏ’からの光線ｇ’は、第１面１３ｂの点Ｘ、第２面１３ａの点Ｚを通過するので、第２面１３ａの非球面領域全面が面光源６ａからの光束によって照明され、図８に示すように、鮮明な球面領域全面の画像を観察することができる。
ただし、この場合、光線ｇ’は第２面１３ａの点Ｚを通過するので、図７の非球面部画像１４ａの大きさは、図８の非球面部画像１５ａの大きさよりもわずかに大きくなる。しかし、各欠陥の位置は相似の関係にある。照明のテレセントリック性はわずかに損なわれるが、得られる画像は検査には支障はなかった。
【００６９】
このように、図７、８の観察例は、面光源６ａの中心Ｏを被検レンズ１３の前側焦点位置から光軸方向にわずかにずらしても、鮮明な欠陥の画像を観察できることを示す。そのため、本照明方法では、欠陥の有無の検査など画像の倍率変化を問題にする必要がない場合には、面光源６ａの中心Ｏを被検レンズ１３の前側焦点位置に略一致する位置に配置すればよいことが分かる。ただし、対物レンズの開口数は大きくしておく必要がある。ここで、「略一致する位置」は、観察対象とする欠陥の種類や大きさにもよるが、実験的に被検レンズの焦点距離の±１０（％）の範囲内であることが好ましい。しかし、このような操作は一般レンズでは不要な場合が多い。
【００７０】
このように、本実施形態の照明装置９０と両側にテレセントリックな結像光学系４９を用いた装置によれば、被検レンズ１、１３の前側焦点位置と面光源６ａの中心Ｏとが略一致する位置関係にあることによって、被検レンズ１、１３を小さな照明開口数で略テレセントリックに照明でき、該被検レンズを両側にテレセントリックな結像光学系で撮像すると、明視野照明でありながら該被検レンズの光散乱系欠陥/光吸収系欠陥/面うねりを良好に観察することができる。また、未検査領域もなくすことができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、観察例として、実験的に両面とも軽い非球面の被検レンズ１３の例を挙げたが、当然ながら本発明の各種透過照明装置を用いることによって、正負レンズを問わず、球面のみのレンズでもよいし、球面と非球面とを組み合わせたレンズであってもよい。又、焦点距離が異なってもよい。
【００７２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る透過照明装置について説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の光学的な概念図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の具体的な構成図である。なお、投影面光源６ａ’と被検レンズ２０Ａの焦点位置との間の距離を調整する照明装置７６の移動機構は図示していない。
【００７３】
本実施形態の透過照明装置である照明装置７６は、被検レンズ２０Ａが凹レンズ、あるいは曲率半径の大きな凸レンズ及び平板の検査に用いることができる透過照明装置である。
照明装置７６は、図１０（ａ）に示すように、光源５と光源５からの光を集光して散乱板４に照射する集光レンズ７７と、散乱板４および略円形状の径の異なる開口を有する交換可能な開口板３で形成される投影用面光源６０ａと、投影用面光源６０ａを投影して投影像である投影面光源６ａ’を形成する投影レンズ４５とからなる。
投影レンズ４５は、光軸Ｐに沿う方向に移動可能に保持され、かつ焦点距離の異なる他の投影レンズ４５と交換可能とされている。
また、集光レンズ７７は開口板３の開口部（投影用面光源）の光量不足を補う措置であり、光源５の光量に余裕がある場合には削除してもよい。
図１０（ａ）は凹レンズ検査時の光学図であり、投影レンズ４５は正（凸）レンズが用いられ、投影用面光源６０ａの光軸Ｐに沿って移動し投影用面光源６０ａとの位置を可変でき、かつ適当な位置で停止できるようになっている。
【００７４】
また、投影レンズ４５は、投影用面光源６０ａとの位置によって、投影面光源６ａ’位置を様々に変えることができ、投影用面光源６０ａとの位置によって決まる放射開口数ＮＡｏ’を有している。
例えば、投影レンズ４５として、焦点距離ｆの正レンズを光軸Ｐに沿う方向に移動可能に保持した構成とすることができる。この場合、投影用面光源６０ａと投影レンズ４５との距離をＬ２として、距離Ｌ２を投影レンズ４５の焦点距離ｆ以上にとれば、投影用面光源６０ａからの光束は収束し、投影レンズ４５からの距離Ｌ１の位置に投影用面光源６０ａの投影面光源６ａ’ができる。そして、投影面光源６ａ’からの光束は放射開口数ＮＡｏ’で発散してゆく。
距離Ｌ２が投影レンズ４５の焦点距離ｆの２倍であれば、距離Ｌ１が投影レンズ４５の焦点距離ｆの２倍の位置に投影面光源６ａ’として投影用面光源６０ａの等倍の実像を作る。被検レンズ２０Ａが凹レンズ場合、前側焦点位置が被検レンズ２０Ａを通り越した位置にあるため、図１０（ａ）のように被検レンズ２０Ａを投影面光源６ａ’と投影レンズ４５との間に配置して、投影面光源６ａ’の中心と被検レンズ２０Ａの前側焦点位置を一致させる。
距離Ｌ２が投影レンズ４５の焦点距離ｆと同じであれば、投影用面光源６０ａからの光束はアフォーカルとなり、平板の検査に用いることができる。
距離Ｌ２が投影レンズ４５の焦点距離ｆより短ければ、投影用面光源６０ａの虚像は光源５側にでき（図１０（ｂ）参照）、投影用面光源６０ａからの光束は発散する。被検レンズ２０Ａが凸レンズの場合は、このような発散光束中において、被検レンズ２０Ａの焦点と虚像の投影面光源６ａ’の中心とが合致する様に被検レンズ２０Ａを配置すればよい。
【００７５】
以上は単レンズの投影レンズ４５によって、投影面光源６ａ’の位置を変える場合の説明をしたが、単レンズ故の収差などには十分な配慮が必要である。また、本発明の透過照明装置では、面光源と被検レンズの焦点の合致させた上で被検レンズの被検面を照明する放射開口数ＮＡｏ’が被検レンズの検査域を満足する必要があり、単レンズを用いた透過照明装置では検査できる被検レンズは限定される。
よって、投影レンズ４５をズーム投影レンズとして、固定群と移動群とを含む複数のレンズ群からなるズームレンズを採用することもできる。この場合、１枚構成のレンズを移動する場合に比べて光量不足や投影像の劣化などが起こりにくくなるために好ましい。
なお、被検レンズ２０Ａの焦点位置への位置合わせは、図示しない光源移動部を用いて照明装置７６を光軸Ｐに沿う方向に移動させることで行う。
【００７６】
図１１に示す照明装置７８は、本実施形態の透過照明装置の他の例である。
照明装置７８は、ＬＥＤなどの光源５と、光源５からの光を集光し散乱板４上の開口板３の開口部を照射する集光レンズ７７と、散乱板４と開口板３を収納した円筒状部材７８ａと、からなる光源装置６Ｃを備える。
円筒状部材７８ａの円筒部外周に沿って上下するスライド円筒部材７８ｂが位置きめロック部材７８ｃで適当な位置に固定できるようになっている。スライド円筒部材７８ｂの内径には移動投影レンズ受け部材７８ｄが挿入載置できる。移動投影レンズ受け部材７８ｄには投影レンズ４５が接着固定され、移動投影レンズ受け部材７８ｄごと交換できるようになっている。そして、焦点距離が異なる投影レンズ４５とスライド円筒部材７８ｂに対して交換可能に設けられた移動投影レンズ受け部材７８ｄとからなる複数の移動投影レンズ組が用意されている。
このような構成で、焦点距離の異なる移動投影レンズ組の１つをスライド円筒部材７８ｂに挿入してスライド円筒部材７８ｂを上下することによって、投影面光源６ａ’位置と放射開口数ＮＡｏ’とを簡単に変えることができる便利な照明装置７８を作ることができる。
【００７７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る透過照明装置について説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な構成図である。なお、投影用面光源６０ａと被検レンズ２０Ａの焦点との間の距離を調整する照明装置の移動機構は図示していない。
【００７８】
本実施形態の透過照明装置である照明装置９３の概略構成は、図１２に示すように、上記第１の実施形態の光源装置６のハロゲンランプ等からなる光源５に代えてＬＥＤ５Ａを設けた光源装置６Ａによって形成された投影用面光源６０ａと、前側焦点位置が投影用面光源６０ａの中心Ｏに略一致されたコリメートレンズ４２と、コリメートレンズ４２と同軸に配置された焦点距離Ｆを有する投影レンズ４４と、投影用面光源６０ａおよびコリメートレンズ４２の間に配置した羽根照野絞り４３とからなる。
このような構成では、投影レンズ４４の後側の焦点位置Ｆに投影用面光源６０ａの像を結像させ投影面光源６ａ’として利用できる。
なお、投影用面光源６０ａとコリメートレンズ４２の間の羽根照野絞り４３は、投影用面光源６０ａからの光束を規制し、投影レンズ４４からの射出光の放射角、即ち被検レンズ２０Ａへの照明開口数ＮＡｏ’を変化させ、被検レンズ２０Ａの照明範囲を決める照野絞りである。図１２に示す構成は、羽根絞りつきの顕微鏡用のコンデンサーレンズ鏡枠を使用した場合の構成となっている。
なお、羽根照野絞り４３はコリメートレンズ４２と投影レンズ４４との間に配置してもよく、この場合、光束が大きいので調整しやすくなる。
【００７９】
ＬＥＤ５Ａは、発光部の大きさによらず適宜のＬＥＤを採用することができ、ＬＥＤ５Ａから放射される光が開口板３の開口３ａを覆う範囲に照射できるように散乱板４を挟む位置に配置される。もちろん、ＬＥＤ５Ａからの発散光を、図１１に示すような集光レンズ７７で集光して開口３ａを覆う範囲に照射しても良い。
ＬＥＤ５Ａは光源装置枠７４に固定され、開口径の異なる互換可能な開口板３、散乱板４は、光源装置枠７４に交換可能に落とし込まれ、光源装置枠７４は透過照明装置本体を構成する光源部鏡筒７３に対して、羽根照野絞り４３を挟んだ状態で顕微鏡への取付枠６１に着脱可能に取り付けられている。
投影レンズ鏡筒７２の投影用面光源６０ａ側にコリメートレンズ４２が固定され、投影レンズ鏡筒７２の他端には、交換レンズ鏡筒６３に納められた投影レンズ４４が交換可能に挿入設置されている。
【００８０】
このような構成により、投影レンズ４４を必要に応じて交換することによって、投影用面光源６０ａによって形成される投影面光源６ａ’の位置を変更することができるので、前側焦点がレンズの後方（結像レンズ側）に位置する凹レンズの検査には投影レンズ４４を正レンズとし、焦点距離の短い凸レンズの検査には焦点距離の短い正レンズを投影レンズ４４とし、焦点距離の大きい凸レンズの検査には投影レンズ４４を負レンズとし、平行平板の検査には投影レンズ４４なしで使用される。
このような構成の投影光学系はＬＥＤ５Ａを使用することによってハロゲンランプを使用する場合に比べて小型、低発熱、高輝度の利点があり、また波長選択可能等の理由で照明装置９３の小型化を始め利用価値が高い。また、光学部材がシリコンなどでできている場合は、ＬＥＤ５Ａとして赤外の波長を発振するＬＥＤを選ぶのが良い。
本実施形態は第２の実施形態の透過照明装置より投影面光源の収差を少なくでき、コンパクトなものとなる。
【００８１】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態である顕微鏡に用いられる透過ケーラー照明を用いた透過照明装置の実施形態について説明する。
図１３は透過ケーラー照明法を説明する模式図である。
【００８２】
本実施形態の照明装置４０は、図１３に示すように、透過ケーラー照明を用いた顕微鏡の通称窓レンズである投光レンズ３６と、投光レンズ３６の前側焦点位置に置いた開口可変の前側羽根絞り４１Ａ（透過ケーラー照明の視野絞りに相当）と、前側羽根絞り４１Ａの開口を照明する散乱板４と、光源５とを備える。
また、投光レンズ３６の後側焦点位置付近で光軸Ｐに沿って移動できる投影レンズ４４と、投影レンズ４４の前側焦点位置（瞳位置）に置いた開口可変の後側羽根絞り４１Ｂ（透過ケーラー照明での明るさ絞りに相当）とが不図示の保持部材に保持された光学ユニットであるコンデンサーレンズ３７が光軸Ｐにアライメントされて配置されている。
なお、図１３では、説明をわかり易くするために、投光レンズ３６の後側焦点位置にコンデンサーレンズ３７の後側羽根絞り４１Ｂが一致している場合を示している。
【００８３】
散乱板４から放射される角度θ、開口径φｄｆで前側羽根絞り４１Ａを通過する散乱放射光束は後側羽根絞り４１Ｂの絞り面上で放射角度に応じた半径位置（ｒ＝ｆｔ×θ）にテレセントリックに開口数ＮＡｆで（ＮＡｆ＝ｄｆ／２ｆｔ）集光する。後側羽根絞り４１Ｂを通過した光束は投影レンズ４４で射出角度θ’に屈折させられ平行光束となって投影レンズ４４の後側焦点Ｏ’でφｄｆ’の径の明領域（前側羽根絞り４１Ａの開口像）をつくり、該明領域から被検レンズに向かって照明角θ’で射出される。つまり、前側羽根絞り４１Ａの開口径がφｄｆの光放射領域内の各点から射出される放射開口角θ以内の各光束は、投光レンズ３６と投影レンズ４４とによって、径がφｄｆ’の光放射領域から、放射開口角θ’内の光束の集まりである放射開口数ＮＡｏの光束となって投影レンズ４４の後側焦点位置、すなわち、コンデンサーレンズの照明平面に投影される。このため、径がφｄｆ’の光放射領域は、投影面光源６ａ’となっている。
投光レンズ３６と投影レンズ４４との焦点距離をそれぞれｆｔとｆｃとした場合、これらのファクターの関係は、
φｄｆ’／φｄｆ＝ｆｃ／ｆｔ
となる。
【００８４】
簡略に表現すると、前側羽根絞り４１Ａを操作することによって、被検レンズ２０Ａを照明する投影面光源６ａ’の大きさを決定でき、投影面光源６ａ’から被検レンズ２０Ａの被検面上の任意の点を照明する照明開口数ＮＡａ、ＮＡｂの大きさ（図１参照）を操作できる。
つまり、前側羽根絞り４１Ａを絞ると投影レンズ４４の瞳位置に集光する前側羽根絞り４１Ａを通過した光束の開口数ＮＡｆが小さくなり、その結果、投影レンズ４４の後側焦点位置にできる投影面光源６ａ’の径が小さくなり、投影面光源６ａ’から放射される照明光の被検レンズ２０Ａの照明開口数ＮＡａも小さくなる。
一方、後側羽根絞り４１Ｂを絞ると、図１８からわかるように、投影レンズ４４からの放射角（放射開口数ＮＡｏ）を小さくすることができる。この結果、投影レンズ４４からの放射角（放射開口数ＮＡｏ）を可変して被検レンズの被検領域に合致させることができ、必要外の照明光をカットして良好な画像が得られる。
【００８５】
図１８は、透過ケーラー照明の後側羽根絞りと投影レンズと照明平面（投影面光源）関係を表した模式図である。
図１８に示すように、後側羽根絞り４１Ｂを絞ると投影レンズ４４から射出される光束の射出角度θ’は小さくなる。一方、前側羽根絞り４１Ａを角度θで通過してきた光源からの平行光束が投光レンズ３６によってテレセントリックに集光する光束の開口数ＮＡｆｓが小さいと照明平面にできる投影面光源６ａ’の径ｄｆ’ｃは小さくなることがわかる。
【００８６】
顕微鏡の透過ケーラー照明では、標本は投影レンズの後側焦平面（照明平面）に置かれ、後側羽根絞りを絞ると照明平面の明るさは前側羽根絞りからの光束がけられるため暗くなり、前側羽根絞りを絞ると照明平面にできる明領域、いわゆる照野は小さくなる。このことから、透過ケーラー照明では後側羽根絞りを明るさ絞り、前側羽根絞りを視野絞りと称する。しかし、照明装置４０では、透過ケーラー照明の明るさ絞りに相当する後側羽根絞り４１Ｂを絞ると投影レンズからの放射開口数ＮＡｏ’は小さくなり被検レンズの照明範囲が狭くなるので、後側羽根絞り４１Ｂは視野（照野）絞りとして使用されている。一方、透過ケーラー照明の視野絞りに相当する前側羽根絞り４１Ａを絞ると投影レンズ４４が作る明領域、すなわち投影面光源６ａ’が小さくなり、被検レンズ２０Ａの被検面の任意の点を照明する照明開口数も小さくするので、被検面は暗く照明される。つまり、照明装置４０の前側羽根絞り４１Ａは、明るさ絞りとして使用されている。
【００８７】
本実施形態の照明装置４０の利点としては、散乱板４の放射開口数が小さくてよいことから、放射角光量分布特性が均一に近い部分を使えるので、投影レンズが作る面光源像からの放射角光量分布特性も均一に保たれ、かつ、焦点距離の長い投光レンズと、焦点距離の短い投影レンズを組み合わせることによって放射開口数ＮＡｏを大きくできる利点がある。
図１３で投光レンズの焦点距離をｆｔ、投影レンズ４４の焦点距離をｆｃ、投光レンズ３６に入射する前側羽根絞り４１Ａからの光束の入射角をθ、該光束が投影レンズから射出する光束の射出角をθ’とすると、
ｆｃ／ｆｔ＝θ／θ’
となり、投影レンズ４４の焦点距離ｆｃが投光レンズ３６の焦点距離ｆｔに比して短いと投影レンズ４４から射出する光束の射出角をθ’大きくできる。
また、投影レンズ４４を焦点距離の異なる交換レンズとすると、第３の実施形態と同様の使い方が可能である。
一方、本実施形態は第１の実施形態と比べると上記のように利点は多いが、透過ケーラー照明用いるので、前側羽根絞り４１Ａは投影面光源６ａ’の径を小さくする必要から絞って（ＮＡｆを小さくして）使われると、照明光量が低下するおそれがある。
なお、前側羽根絞り４１Ａは、枚数の多い羽根絞りのほうが絞り込んだときの形状が円に近くなるので好ましいが、４枚の羽根絞りで絞り込むとできる正方形の開口であっても欠陥の検出能力には大きな影響はない。
【００８８】
次に、本実施形態の透過照明装置の第１変形例について、図１４を参照して説明する。 本変形例は被検レンズが正レンズの場合の検査に用いられる。
図１４は第４の実施形態の第１変形例を示す模式的な部分断面図であり、図１３から説明に必要な部分だけ抜き出して記載している。
【００８９】
照明装置４０の第１変形例は、第１実施形態の散乱板４上に開口板３を配置することに代えて、投影レンズ４４の後側焦平面（投影面光源位置、照明平面）に交換開口板枠５７、開口板５６を備える。
【００９０】
交換開口板枠５７は、投影レンズ４４を像側で覆うように投影レンズ鏡筒６２の端部に交換可能に設置されたキャップ状の部材であり、その中心には、光軸Ｐを中心とした開口５７ａが設けられている。
【００９１】
開口板５６は、例えば、薄板に写真腐食加工等により径の異なる小さな開口５６ａをあけた円形板で、交換開口板枠５７の光軸Ｐに開口５６ａを同心で貼り付けたものである。
これにより、被検体に応じて、照明開口数を変える必要がある場合には、交換開口板枠５７上の開口板５６の開口５６ａの径が異なる交換開口板枠５７に交換できるようになっている。
交換開口板枠５７が投影レンズ４４の上方に載置された状態では、開口５６ａの径方向内側の円領域が、投影レンズ４４から射出される光を被検レンズ２０Ａに向けて放射する投影面光源６ａ’を構成している。
【００９２】
本変形例は、複数の交換開口板枠５７が、互いに異なる開口径を有し、この複数の交換開口板枠群のいずれかを、光軸上に選択的に切り換えて配置することにより、投影面光源６ａ’の大きさを切り換えられる構成の例となっている。
本変形例によれば、交換開口板枠５７を交換するだけで、容易に照明装置４０の照明開口数を変更することができる。
【００９３】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る透過照明装置ついて説明する。
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００９４】
本実施形態の透過照明装置である照明装置９４は、図１５に示すように、面光源６ａの光放射領域を中心とする輪帯状の遮光部材からなる開口板３Ａと、この開口板３Ａの遮光部材の外周に沿う輪帯状に、略均一な散乱光を出射する輪帯状光放射領域６ｃとを備えており、上記第１の実施形態の照明装置９０（図１（ａ）参照）に代えて、検査システム１００、１０１（図２、図１６参照）に好適に用いることができる。
【００９５】
照明装置９４の概略構成は、図１５に示すように、上記第１の実施形態の光源装置６Ａに代えて、光源装置６Ｂを備える。光源装置６Ｂは、光源装置６Ａの開口板３に代えて、開口板３Ａを備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
なお、図１５には、被検体として、被検レンズ１を用いる場合の例を図示している。
【００９６】
開口板３Ａは、散乱板４の散乱光放射範囲（面光源）を直径φｄのピンホール状に規制する開口３ａを備えるとともに、開口３ａと同軸で直径がφＤの外形を有する薄肉円板であり、φｄよりも大きな径を有する散乱板４の中心部に例えば接着等によって貼り付けられている。これにより、開口板３Ａの外周側には、輪帯状光放射領域６ｃが形成されている。なお、輪帯状光放射領域６ｃは、照明の均一性を高めるためには、均一幅の輪帯であることが好ましい。
【００９７】
照明装置９４によれば、光源５からの光は、散乱板４で散乱され、開口３ａの内側の面光源６ａから放射される光と、開口板３の外周の輪帯状光放射領域６ｃから放射される光に分かれる。
面光源６ａからの光は、上記第１の実施形態と同様に進み、被検レンズ１を照明する。
一方、輪帯状光放射領域６ｃからの光は、図１５に破線で示すように、放射光の一部は被検レンズ１に入射するが、この光束は、光軸Ｐに交差する斜め方向光軸Ｐに交差するように大きな角度で被検レンズ１に入射し、被検レンズ１のパワーに応じて、斜め方向に出射される。輪帯状光放射領域６ｃの外径は輪帯状光放射領域６ｃからの散乱光が対物レンズ４６に取り込まれない径に設定されている。
このため、被検レンズ１上に欠陥が存在しない場合、輪帯状光放射領域６ｃからの光は観察手段、例えば、検査システム１０１等の対物レンズ４６などには入射せず真っ暗な像を形成する。そして、被検レンズ１上に散乱系欠陥が存在する場合は、照明光は欠陥により回折されたり、散乱されたりするので、対物レンズ４６を含む結像光学系４９はこれら回折光や散乱光を捉え、観察手段を介して散乱系欠陥を明るい像として暗視野観察を可能とする。
このため、照明装置９４を備える検査システムでは、面光源６ａからの光による第１実施形態の透過照明装置を用いた明視野像と、輪帯状光放射領域６ｃからの光による暗視野像とを同時に観察することができる。
したがって、第１実施形態の透過照明装置を用いた明視野観察では暗い画像となる吸収系欠陥を、本実施形態の照明装置９４では、明るい画像で表示することができ、欠陥の分類が容易な観察を行うことができる。
【００９８】
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムについて説明する。
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムの概略構成を示す模式的な側面図である。
本実施形態の検査システム１０１は、透過ケーラー照明を備える市販の顕微鏡に上記第１の実施形態の結像光学系４９を合体させたもので、例えば、平行平板、正レンズ、負レンズ、あるいはこれらの組合せからなる組み上がりレンズなどの光学部材を被検体として、これら被検体の欠陥を検査するためのものである。以下では、光学部材の一例として、被検体が両凸面からなる焦点距離がｆｔの正のパワーを有する被検レンズ２０を検査する場合の例で説明する。被検レンズ２０のレンズ面は、照明の入射側から、第１面２０ｂ、第２面２０ａと称するものとする。
【００９９】
被検レンズの保持台は、図１７（ａ）記載のような平板に一定ピッチで設けられた、径方向位置決め部２ｂと軸方向位置決め部２ａとをもつレンズ保持穴に複数個の被検レンズ２０を収納するトレー２Ｃである。被検レンズ２０はトレー２Ｃに複数個収納保持されている。このようなトレー２Ｃは洗浄、コート、検査、搬送用として一般のレンズ製造工程で用いられている。
検査システム１０１は、透過ケーラー照明の光源投光部である第１照明部３１を備える顕微鏡本体３０に互換可能な投影レンズ４４と後側羽根絞り５５とが組み込まれたコンデンサーレンズ３７と、被検レンズ２０の焦点と面光源位置を合致させるコンデンサーレンズ移動部３８、トレー２Ｃに収納した被検レンズ２０をケーラー照明光軸上に移動する顕微鏡用被検体載置位置調整Ｘ−Ｙステージ（以下ステージ）５０、被検レンズ２０にピントが合う高さで顕微鏡本体３０から伸びる支柱に取り付け、ケーラー照明光軸Ｐと光軸を合致させた結像光学系４９、トレー２Ｃをケーラー照明光軸Ｐに沿って上下させ被検レンズ２０を結像光学系４９のピントにあわせるステージ移動部３９、結像光学系４９の結像位置に配した撮像手段であるＣＣＤカメラ５４、ＣＣＤカメラ５４が取得した画像の表示、観察手段であるモニター７０、およびＣＣＤカメラ５４が取得した画像を処理して欠陥を抽出する画像処理部を有するコンピューター７１を備える。
【０１００】
まず、検査システム１０１の透過照明系から説明する。
顕微鏡本体３０、第１照明部３１、コンデンサーレンズ３７、ステージ５０は、本実施形態の検査システム１０１の透過照明装置を構成している。第１照明部３１とコンデンサーレンズ３７とで透過ケーラー照明を実現している。
図１６において、第１照明部３１は、顕微鏡本体３０中に水平方向に走る光軸に光源５と、光源５から放射された光を集光する集光レンズ３３ａと、光源５のフィラメントをボケ像とする程度に撹乱するデフューザー３３ｂと、前側羽根絞り３４（透過ケーラー照明での視野絞りに相当）の開口部３４ａにデフューザー３３ｂで撹乱された光束を集光し、開口部３４ａを図１３に示す上記第４の実施形態の投影用面光源６０ａと同様、面光源としての働きをさせる開口照明レンズ３３ｃと、開口照明レンズ３３ｃからの光束の通過径を規制する前側羽根絞り３４と、前側羽根絞り３４を透過した光束を鉛直方向に延びる光軸Ｐに沿う方向に反射する反射ミラー３５と、反射ミラー３５で反射された光束を集光し、光源５のフィラメントのボケ像を略テレセントリックに後側焦点位置に結像させる顕微鏡の窓レンズである投光レンズ３６とからなる。そして、前側羽根絞り３４は、投光レンズ３６の前側焦点位置に配されている。
コンデンサーレンズ３７は、後側羽根絞り５５の位置が投光レンズ３６の後側焦点位置付近で光軸に沿って移動できるようになっている。
【０１０１】
コンデンサーレンズ３７は生物顕微鏡用のアクロマートコンデンサーレンズや工業顕微鏡の長作動距離コンデンサーレンズなどのほか、図１４、１２、１３に示すような交換可能な焦点距離の異なる交換投影レンズ鏡筒群と投影レンズの前側焦点（瞳)位置に後側羽根絞り５５（透過ケーラー照明での明るさ絞りに相当）を内蔵する顕微鏡に互換可能に着脱できるユニット（コンデンサーレンズ）などが使用される。ここで、コンデンサーレンズ３７の後側焦点（投影面光源）位置は顕微鏡で病理標本などを観察する場合の標本載置面（＝照明平面）であり、透過ケーラー照明を特徴づける個々のコンデンサーレンズの持つ放射開口数（顕微鏡では照明開口数）の光束が作る一様な明るさの平面である。
この照明平面の大きさ（φｄｆ’）は投光レンズ３６およびコンデンサーレンズ３７の焦点距離をそれぞれｆｔ、ｆｃ、前側羽根絞り３４の大きさをφｄｆｓとすると、
φｄｆ’＝φｄｆｓ×（ｆｃ／ｆｔ）
と表せる。顕微鏡に用いられる透過ケーラー照明の視野絞りの最小径は、一般にφ１．５ｍｍ位であり、例として生物用アクロマートコンデンサーレンズの焦点距離を１５ｍｍ程度、窓レンズの焦点距離を９０ｍｍ程度とすると、
φｄｆ’＝φ１．５×（１５/９０）＝φ０．２５（ｍｍ）
となる。この径が散乱板上の開口径と同様な意味を持つ本実施形態の最小の投影面光源６ａ’である。
【０１０２】
本実施形態での投影面光源の明るさ分布について説明する。光源５から放射され、前側羽根絞り３４の開口部３４ａを通過した照明光は、投光レンズ３６の後側焦点位置（コンデンサーレンズ３７の瞳位置５５である後側羽根絞り４１Ｂの位置）に、光源５のボケ像５ａ（図１８参照）を結ぶ。顕微鏡の教科書には、ボケ像ではなく光源のフィラメントが書かれていることが多く、照明平面が均一な明るさで照明されることを説明しているが、現代の顕微鏡ではデフューザー３３ｂによって像が見えないほどのほぼ一様な明るさのボケ像５ａ（明領域）となっており、コンデンサーレンズ照明平面ｄｆ’ｃ（図１８参照）の明るさの一様性は高まっている。
よって、第１の実施形態の透過照明装置の散乱板４上に開口板３を置いて作る面光源６ａとは機能が変わらない。
【０１０３】
このような顕微鏡のケーラー照明を利用して被検体を照明する利点は大きな放射角と放射角光量分布特性の一様な面光源を得られることと簡単に安価に購入できる点にある。
図１８にコンデンサーレンズの概念を表す模式図を示す。市販のコンデンサーレンズは、工業系顕微鏡で用いられる長作動距離コンデンサーレンズとしては、開口数が０．６、作動距離ＷＤが１２ｍｍ程度、生物系顕微鏡で用いられるアッべ型のアクロマートコンデンサーレンズでは開口数が０．８、作動距離ＷＤが０．７ｍｍのものがある。このようなコンデンサーレンズを用いれば、光放射角θｃは約４０°と５０°を得ることができる。
なお、作動距離ＷＤが０．７ｍｍのコンデンサーレンズは焦点距離の短い正レンズ検査用に使用される。
【０１０４】
また、透過ケーラー照明装置をもつ市販の顕微鏡を利用することによって、簡単に面光源透過照明装置を作ることができる。つまり、顕微鏡や顕微鏡コンデンサーレンズに装備されている視野絞りや明るさ絞りそのまま利用して、本発明の面光源絞りと照野絞りとすることができる。また、これらの絞りが８枚程度の羽からなるために最小開口に絞ってもほぼ円形とみなせる８角形となって方向によって照明開口数が大きく異なることはない。
【０１０５】
ただし、顕微鏡の照明は、当然顕微鏡観察に適したように作られているので、前述したように本実施形態で使用する顕微鏡ではケーラー照明視野絞りを必要なまでに絞りきれないので、照明光量不足や照明開口数を小さくできない欠点がある。
この対策として、図１６において、コンデンサーレンズ３７に替わって図１９に示すような透過照明装置である照明装置９５を顕微鏡のコンデンサーレンズ受け３８に取付けることもできる。
【０１０６】
図１９でコンデンサーレンズ３７は前述した生物顕微鏡用コンデンサーレンズとして一般的なアッベタイプのコンデンサーレンズ（ＷＤ＝０．７ｍｍ）のレンズ組であり、図左側が窓レンズ側である。
レンズ組３７の集光平面はレンズ３７Ｂの面３７ｄから０．７ｍｍにあるので、該平面に投影用面光源６ａを形成する開口４１ａを持つ厚さ０．７ｍｍの開口板４１が置かれる。投光レンズ３６からのテレセントリック光は集光平面３７ｄに大きな収束（放射）角で集光するので非常に明るい投影用面光源６０ａを作る。つまり、コンデンサーレンズ３７は投影用面光源を作るための集光レンズとして用いる。この投影用面光源６０ａからの放射光は、同じく工業顕微鏡の作動距離ＷＤ＝１２ｍｍの長作動コンデンサーレンズ１４２のレンズ組を顕微鏡使用時とは反転させて利用し焦点位置を投影用面光源６０ａに合致させたことによって、投影レンズ４４の焦点に投影面光源６ａ’を作る。この投影レンズ４４は、上記第３の実施形態（図１２参照）で説明したと同様、焦点距離の異なる交換投影レンズ群が用意され、照明装置９５にねじ込み式に互換可能となっている。図では、長作動コンデンサーレンズ１４２のレンズ組を投影レンズ４４として使用している。
このような構成によって、照明装置９５は、開口板４１を小さな開口径を有する開口板に取り替えても、前側羽根絞り５５（図１６参照）を開放のまま使用できるので被検レンズを明るく照明できる。又，開口３ａも小さくできる。
また、集光レンズであるレンズ組３７や第１照明部を構成するレンズ表面上のゴミによる被検レンズ被検面像に現れるゴーストを防ぐために、レンズ３７Ｂの面３７ｄ上に第１実施形態の散乱板４を厚さ０．７ｍｍとして開口板３と組み合わせて配置しても良い。
【０１０７】
次に本実施形態で、正レンズ、負レンズ、平板など形状と焦点距離の異なる光学部材を検査する場合の被検レンズ２０と投影面光源６ａ’の配置方法について説明する。
本実施形態の照明法では、既に第３の実施形態に説明したのと同様に、投影面光源６ａ’を被検レンズ２０の前側焦点位置に配置するので、被検レンズ２０が正レンズの場合は焦点距離が大きくなるにつれて投影面光源６ａ’を被検レンズ２０から遠ざけ（投光レンズ３６側に移動）、被検レンズ２０が負レンズの場合は投影面光源６ａ’を被検レンズ２０を通り越して（対物レンズ側）に移動しなければならない。また、平板の場合の前側焦点位置は無限遠なので投影面光源６ａ’を無限遠方に配置せねばならない。
しかし、このように配置することは、本実施形態で採用している顕微鏡ではステージ５０と投光レンズ３６との間隔が短く、かつ投影面光源６ａ’を移動させるコンデンサーレンズ３７の移動ストロークも短いことから、正の焦点距離をもつコンデンサーレンズ３７を使用した場合、大きな焦点距離をもつ正被検レンズではコンデンサーレンズ３７が投光レンズ３６と干渉し、逆に大きな焦点距離をもつ凹レンズからなる被検レンズ２０ではコンデンサーレンズ３７がステージ５０と干渉することが発生し、投影面光源６ａ’の位置と被検レンズ２０の前側焦点位置とを合致させることができない。そこで、大きな焦点距離をもつ正レンズからなる被検レンズ２０に対しては投影面光源６ａ’を負の焦点距離のコンデンサーレンズ３７を用いて投光レンズ３６側の遠方に虚像の投影面光源６ａ’を作り、平板に対しては投光レンズ３６からのテレセントリックな光束をそのまま使用することで投影面光源６ａ’の位置を無限遠方とし、大きな焦点距離を持つ負の被検レンズ２０については焦点距離の長い正のコンデンサーレンズ３７を用いて対物レンズ側に投影面光源６ａ’を作り、それぞれの被検レンズ２０の前側焦点位置に投影する。このようにすることによって、全てのレンズに対応できる。
しかし、被検レンズ２０の焦点距離に都度対応する焦点距離のコンデンサーレンズ３７を用意することも困難であり、コンデンサーレンズ３７の移動ストロークと関連させて、焦点距離を段階的に設定したコンデンサーレンズ群を用意して、投影面光源６ａ’と被検レンズ２０の焦点位置を合致させるのが良い。
【０１０８】
次に、照明装置９５の焦点位置の位置合わせ動作について、図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。なお、図２０では照明装置９５の投影レンズ４４と被検レンズ２０のみ記載している。
一般的な顕微鏡と同様の機構を備えている検査システム１０１では、図１６に示すように、コンデンサーレンズ移動ノブ３８ａを回転することによって、ステージ５０に対してコンデンサーレンズ受け３８を上下できるようになっており、投影面光源６ａ’が形成されるコンデンサーレンズ３７の照明平面ｄｆ’ｃ（図１８参照）の位置は、ステージの標本載置面Ｓから下方に３０ｍｍ位のストロークを持っている。よって、正レンズの検査ではコンデンサーレンズ３７の上面から作動距離ＷＤの距離に照明平面ｄｆ’ｃができる（図１８参照）とすると、正の被検レンズ２０の焦点距離が３０ｍｍまでは、ＷＤ＝０ｍｍのコンデンサーレンズ３７を投光レンズ側（下方）に移動することによって、被検レンズ２０の焦点位置に投影面光源６ａ’を移動することができる。３０ｍｍから６０ｍｍの焦点距離の正の被検レンズ２０の場合は、作動距離ＷＤが−３０ｍｍの負レンズで対応する。即ち、−３０ｍｍピッチでレンズを用意すればよいことになるが、被検レンズ２０の焦点距離が長くなると投影面光源６ａ’と被検レンズ２０の前側焦点との一致度に厳密さは必要なくなり、ピッチに余裕を持たせ、作動距離ＷＤが０ｍｍ、−２５ｍｍ、−５０ｍｍ、−１００ｍｍくらいを用意すればよい。被検レンズ２０が負レンズでは投影面光源６ａ’が被検レンズ２０を結像光学系側に通り越す必要から作動距離ＷＤが５ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍを用意する。なお、５ｍｍの意味は被検レンズ２０を投影面光源６ａ’が通り越すための被検レンズ２０の肉厚を考慮した値である。また、被検レンズ２０を照明する放射開口角は十分保たれていなければならない。
被検体が平板の場合は、前側焦点位置が無限遠の光学部材であるため、投影レンズ４４を取り外して照明するか、照明装置９５を検査システム１０１の顕微鏡部分から取り外し投光レンズ３６からのテレセントリックな光束によって照明すればよい。
【０１０９】
このように、照明装置９５の投影レンズ４４を選択交換することと、コンデンサー受け３８を上下することとによって、被検レンズ２０の焦点位置と投影面光源６ａ’の位置とを合致させ種々の焦点距離を有する被検体を検査することができる。
しかし、焦点距離の短い被検レンズ２０では使用されている被検面の球欠が大きいものも多く、照明光が被検レンズ２０の被検面で反射され、被検面全体を観察できない場合が多い。
【０１１０】
次にステージ５０とコンデンサーレンズ３７周りのメカ構成について説明する。
ステージ５０は、複数の被検レンズ２０を収納したトレー２Ｃを光軸Ｐと直交する２方向に移動可能に保持するもので、例えば、トレー２Ｃを載置して、光軸Ｐに直交する方向に各々の被検レンズ２０の位置決めを行う。被検レンズ２０を単体で検査する場合には、ステージ５０は、チャック機構などを備え、被検レンズ２０Ａを外周側から保持できるようにしてもよい。
ステージ移動部３９は、ステージ５０を保持する保持部材であり、コンデンサーレンズ３７の上方に顕微鏡本体３０から延ばされている。そして、準焦ノブ３９ａを回転することによって光軸Ｐに沿う方向に移動可能とされている。また、準焦ノブ３９ａを回転することによって、ステージ５０に載置されたトレー２Ｃも上下に移動し、トレー２Ｃに収納された被検レンズ２０の被検面である第２面２０ａ及び第１面２０ｂを結像光学系４９（対物レンズ４６）のピント位置に合わせることができる。
【０１１１】
コンデンサーレンズ３７は、コンデンサーレンズ移動ノブ３８ａを回転して、被検レンズ２０に対して上下移動させることによって被検レンズ２０の焦点位置に投影面光源６ａ’を合致させることができる。
【０１１２】
次に結像光学系４９と対物レンズ明るさ絞りの利用方法について説明する。
結像光学系４９は、被検レンズ２０の像を取得するためのもので、物体側と像側にテレセントリックに構成された光学系である。その上で、対物レンズ４６の射出瞳位置付近に開口４３ａの大きさを可変できる対物レンズ明るさ絞り４３を配置した。
以下、合致させた射出瞳３２を対物レンズ瞳と称する。瞳位置に置かれた対物レンズ明るさ絞り４３の開口４３ａの大きさを調整することによって、結像光学系４９が作る像の明るさを調整することと、像の解像力とコントラストを調整することと、被検レンズの球面部以外を通る結像に不要な光線ｋ（図５、６参照）をカットできる。
【０１１３】
この対物レンズ明るさ絞り４３は、又、投影面光源６ａ’の大きさを光学的に可変する機能を有しており、投影面光源６ａ’の大きさを前側羽根絞り３４によって、あらかじめ欠陥検査に最適の大きさにしておくことができる。
例えば、欠陥の回折光などをひろって高解像度の観察を行うには対物羽根絞り４３の開口４３ａを大きくし、ウネリを見たい場合には一時的に対物羽根絞り４３を絞る、といったような観察対象に応じて好適な観察条件を設定することが可能となる。
【０１１４】
次ぎに、本実施形態の検査システムで取得する画像の倍率と被検レンズ表面の欠陥検出能力に付いて説明する。
レンズの外観検査にあたっては、レンズ被検面全面を１枚の画像で取りこむことが検査時間の短縮や装置操作の簡易化につながる。今回の被検レンズサンプルは図６に示したが、２／３インチＣＣＤカメラを使用した場合、結像光学系の倍率は１Ｘで全面の一括観察ができる。
本発明の検査システム１０１で図６の被検レンズ１３の表面である第２面１３ａと第２面１３ａを介して裏面である第１面１３ｂの画像を取得して図７と図８に記載した。焦点深度は、欠陥の検出能の観点からは幅で１ｍｍ弱になるよう照明開口数を設定した。撮像面の他面にある大きい欠陥は撮像画像に同時にボケて撮影されたが、欠陥存在面の区別は十分に可能であった。
画像を参照すれば、被検レンズの光学設計上の球面（非球面）部が黒い背景に満月のように浮かびあがって撮像されていることがわかる。ほぼ円形状の欠陥であれば、１０μｍ以下の散乱系、吸収系欠陥や顕微鏡では検出できなかった面の滑らかな凹み欠陥が検出できた。
【０１１５】
次に撮像装置、画像処理装置及びモニターについて説明する。
図１６に示すＣＣＤカメラ５４は、結像光学系４９によって結像された被検レンズ２０の像を撮像する撮像装置であり、光電変換を行う撮像素子としてＣＣＤ１１（観察手段）を内蔵している。そして、結像光学系４９の焦点（結像）位置に対する位置決めを行うため、支持アーム５１上に設けられた調整枠５２に、マウント５３を介して取り付けられている。これにより、ＣＣＤ１１の撮像面が、結像光学系４９の焦点（結像）位置に一致されている。
もちろん、ＣＣＤ１１は画素の大きさの小さいものが好適である。
【０１１６】
モニター７０は、ＣＣＤカメラ５４に下記コンピューターを介して電気的に接続され、ＣＣＤ１１からの映像信号を画像として表示行うものである。
【０１１７】
なお、上記の説明では、被検体の像をモニター７０に表示する場合の例で説明したが、検査システム１０１の観察手段は、結像光学系による像を目視観察する接眼レンズを備えるようにしてもよい。例えば、結像光学系４９とＣＣＤ１１の間等に、ハーフミラー等を配置して、光路を分岐して、ＣＣＤ１１による撮像と接眼レンズからの目視観察とができるようにしてもよい。
また、例えば、検査システム１０１の調整枠５２のマウント５３に、ＣＣＤカメラ５４に代えて、接眼レンズ鏡筒を設けた構成としてもよい。
【０１１８】
コンピューター７１は、ＣＣＤカメラ５４に電気的に接続され、ＣＣＤ１１の映像信号を取得して、Ａ／Ｄ変換を行って画像データを変換し、適宜の画像処理を行うことにより、欠陥の自動検査を行うものであり、画像処理装置を構成している。
コンピューター７１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなり、適宜の画像処理プログラム、欠陥判定プログラムを実行することで自動検査を可能としている。
画像処理、欠陥判定処理としては、例えば、画像データの輝度補正処理を行った後、欠陥のない背景部に対する一定以上の輝度変化が生じている部位を欠陥として抽出し、その位置、形状、大きさ等を算出し、予め設定された許容限度等の判定条件に基づいて、被検レンズ２０の合否の判定を行うといった処理を挙げることができる。
なお、この判定は、コンピューター７１が自動的に行うようにしてもよいし、判定結果はモニター７０等の表示部に表示するのみとし最終の判定は検査者が行うようにしてもよい。
また、コンピューター７１はステージ５０が電動である場合、被検レンズ上に停止しながら画像を取込むステージの駆動制御も担っている。
【０１１９】
このように投影面光源６ａ’と被検レンズ２０の焦点位置とを合わせた後に、検査を開始する。
ＣＣＤ１１の映像信号は、コンピューター７１を介してモニター７０に送出されて表示され、検査者は欠陥の拡大画像をモニター画面上で観察することができる。
また、コンピューター７１は、ＣＣＤ１１から画像データを取得し、欠陥の抽出、判定を行い、その結果をモニター７０に表示する。
【０１２０】
本実施形態では、ステージ５０を光軸Ｐに沿う方向に移動して、被検レンズ２０の内部や第１面２０ｂにピント調整しても、上記第１の実施形態の場合と同様に、同一の主光線上にある欠陥が、ＣＣＤ１１上の同一位置に結像されるため、内部や表面の欠陥観察がピント調整のみで連続的に可能となる。
【０１２１】
また、本実施形態では、被検レンズ１３の前側焦点位置を光放射領域である投影面光源６ａの中心Ｏに一致させると説明したが、上記第１の実施形態で説明したように、前側焦点位置と中心Ｏとは、光軸Ｐに沿う方向および光軸Ｐに直交する方向のいずれにおいても必ずしも厳密に一致させる必要はなく、略一致しているだけでもよいため調整が簡単なも
のとなる。
【０１２２】
［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る検査システムについて説明する。
図５は、第７の実施形態に係る検査システムの概略構成を示す模式的な正面図である。図２１は、第７の実施形態に係る検査システムに用いる中心遮蔽光束制御板を示す平面図である。
【０１２３】
結像光学系４９は、結像光学系４９の瞳位置に中心遮蔽板６６（中心遮蔽光束制御板）を追加し、切換機構であるスライダー６７によって中心遮蔽板６６を選択的に光軸Ｐに挿脱できるようにしている。かつ、この中心遮蔽板６６と干渉しない程度に離して対物レンズ明るさ絞り４３を配置する。
以下、上記第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２４】
中心遮蔽板６６は、図２１に示すように、円板状の光透過部材６６ｂの中心に、結像レンズ４７の瞳位置の中心を通る光束を遮蔽する光遮蔽部６６ａ（遮光部）を形成した部材である。
また、中心遮蔽板６６は、径の異なる光遮蔽部６６ａが複数配置されており、図示しない位置決め機構を持つスライダー６７に設けられている。これにより、スライダー６７を結像光学系４９の瞳位置に進退させて、それぞれの光遮蔽部６６ａの中心を光軸Ｐに合わせて配置できるようになっている。
スライダー６７としては、例えば、レバー６７ａ等の操作によって、一定間隔で複数の位置に位置決め停止できる構成を採用することができる。
【０１２５】
検査システム１０１によれば、レバー６７ａによってスライダー６７を移動すると、結像光学系４９の瞳位置に径の異なる光遮蔽部６６ａを切り換えて配置することができる。また、スライダー６７を結像光学系４９の瞳位置から退避させた場合には、明視野観察を行うことができる。
対物レンズ明るさ絞り４３を開放した上で、スライダー６７により結像光学系４９の瞳位置に光遮蔽部６６ａを配置すると、被検レンズ１３の表面に欠陥のない場合は、表面から放射される照明光束は、図５に実線で示すように光遮蔽部６６ａによって遮光される。また、被検レンズ１３の表面に欠陥がある場合は、欠陥による散乱光と欠陥からの回折光Ｓａ（図５参照）は、光遮蔽部６６ａの外周に形成される光透過部材６６ｂの輪帯状光透過領域６６ｃ（輪帯状光放射領域）を透過する。
このような場合には、暗視野状の暗い背景に欠陥が浮かび上がった画像が観察、取得される。
【０１２６】
光遮蔽部６６ａの径は、被検レンズから射出される照明光の射出開口数（ＮＡａ’）×対物レンズ４６の焦点距離×２で計算される。例えば、射出開口数ＮＡａ’が０．０２であれば、焦点距離９０ｍｍの対物レンズの組合せでφ４ｍｍ程度となるが、投影面光源６ａ’と被検レンズの焦点が一致されてない場合もあり、計算値より大きい径の光遮蔽部６６ａを用意しておくのが良い。
【０１２７】
なお、上記の各実施形態、各変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【０１２８】
本発明は光学部材の表面を結像光学系を用いて検査する場合の光学部材の表面照明法に関して照明理論を確立した上で、透過照明装置と該透過照明装置を用いた検査システムと透過表面照明法に関するものである。
本発明によれば、被検光学部材を照明する光源である面光源の光放射領域の中心が被検光学部材の前側焦点位置に略一致する位置に配置されているため、面光源部の光放射領域から放射される照明光は被検光学部材で屈折されてテレセントリックな光束で被検光学部材から射出される。
このとき、被検光学部材の表裏の両面の任意の点は該任意の点と面光源の底辺がなす円錐状の光束（照明開口数）で照明される。よって、面光源の大きさは照明開口数と面光源と光学部材被検面間の距離から計算され、該照明開口数は被検光学部材被検面上の欠陥の検出能力が高い０．００５〜０．０５に設定される。
このとき、面光源からの散乱光の散乱光放射角が大きく、照明光が光学部材の被検面全面を満たした状態で、散乱板の散乱光放射角光量分布特性が均一であれば、被検面全体が均一な明るさでテレセントリックに照明されていると言える。
さらに、この様に照明されている光学部材被検面を物体側と像側にテレセントリックな結像光学系で観察すると、被検面の像はテレセントリックに、かつ均一な明るさで結像される。また、光学的には面光源が無限遠方に配置されることとなり、結果、光源の結像面への映り込みがなくなる。
この様な光学構成は、従来から測定顕微鏡などでよく用いられる光学系であり、ピントがずれても像が流れることがなく被写界深度と焦点深度を大きくできる結果となる。
よって、上記の検査装置で光学部材被検面を検査すると、汚れやごみなどの吸収系欠陥は、小さな照明開口数で欠陥に垂直に照明されるために照明光を十分に吸収するため真っ暗な像として結像される。一方、キズや研磨残り（研磨が足りず小さな砂目部が残っている欠陥）などの散乱系欠陥は、欠陥から生じる散乱光や回折光が結像光学系瞳に配置した絞りによって欠られるため暗い像として結像される。
また、ガラスモールドレンズに発生するモールド型の面不良による小さな滑らかな面の凹凸（うねり）に関してもうねりがレンズ効果をもって小さな照明開口数の光束を屈曲させるために、ピントとわずかにずれた位置に明暗のコントラストを作る。
このほか、被検レンズのパワーが極端に強くなければレンズ表面を介して裏面の観察も可能であり、このとき表裏面の像を作る主光線が同じであることから像の大きさが等しくなる。このことは、観察時にレンズを反転させる必要がないばかりか自動で欠陥を検出する場合に検出アルゴリズムを変更しなくて良いと言う利点もある。
【０１２９】
本発明は上記テレセントリックな照明と両側にテレセントリックな結像光学系を用いて光学部材表面を検査する検査装置に関して、理論的な透過照明方法と透過照明装置と該照明装置を用いたシステムであって、
・光源などの映りこみによるゴーストのない均一な明るさの光学部材表面像取得し
・キズなどの光散乱系欠陥、汚れやごみなどの光吸収系欠陥および面の微小うねりなど
を高い欠陥検出能力で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な部分断面図、およびその光源部から放射される光の放射光量分布を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための模式的な光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る透過照明装置の作用を説明するための光路の部分拡大図、およびこの照明装置によって、組み上がりレンズを照明する場合の光路の部分拡大図である。
【図４】被検レンズにウネリがある場合の光路の部分拡大図である。
【図５】本発明の第６、７の実施形態に係る検査システムの概略構成を示す模式的な正面図である。
【図６】観察に用いた被検レンズの断面形状を示す。
【図７】被検レンズの第２面（観察側の面）にフォーカス調整した場合の観察像の写真画像である。
【図８】被検レンズの第１面（光源部側の面）にフォーカス調整した場合の観察像の写真画像である。
【図９】検査領域を拡大する照明方法について説明する模式的な光路図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の光学的な概念図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る透過照明装置の具体的な構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る透過照明装置概略構成を示す模式的な構成図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係るケーラー照明法を説明する模式図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態の第１変形例を示す模式的な部分断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る透過照明装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムの概略構成を示す模式的な側面図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置および検査システムの保持台の一例をしめす斜視図および被検レンズ配置時の拡大断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置の絞りの作用を説明する模式的な光路図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る透過照明装置の一部に用いることができるレンズユニットの断面図である。
【図２０】焦点位置合わせについて説明する模式図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態に係る検査システムに用いる中心遮蔽光束制御板を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１、１３、２０、２０Ａ 被検レンズ（被検体、光学部材）
１ｃ 微小ウネリ部
２ 保持台
２Ｃ トレー（保持台）
３、３Ａ、４１、５６ 開口板
３ａ、４１ａ 開口
４ 散乱板（散乱部材）
５ 光源
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 光源装置
６ａ 面光源
６ａ’ 投影面光源（面光源）
６ｃ 輪帯状光放射領域
８ 保持台移動機構（相対移動機構）
１０ 結像光学系
１２ 組レンズ
３１ 第１照明部
３２ 射出瞳
３３ａ 集光レンズ
３３ｂ デフューザー
３３ｃ 開口照明レンズ
３４ 前側羽根絞り
３５ 反射ミラー
３６ 投光レンズ（窓レンズ）
３７ コンデンサーレンズ
３８ コンデンサーレンズ移動部
３９ ステージ受け部
４０、７６、７８、９０、９３、９４、９５ 照明装置（透過照明装置）
４２ コリメートレンズ
４４ ４５、４５ｂ 投影レンズ
４６ 対物レンズ
４７ 結像レンズ
４９ 結像光学系
５０ 被検体位置調整ステージ（保持台）
５４ ＣＣＤカメラ（撮像装置）
５７ 交換開口枠
６０ａ 投影用面光源
６６ 中心遮蔽板（中心遮蔽光束制御板）
６６ａ 光遮蔽部
６６ｃ 輪帯状光透過領域（輪帯状光放射領域）
６７ スライダー（切換機構）
７０ モニター
７１ コンピューター
７２ 投影レンズ鏡筒
７８ 透過照明装置
８５ ハーフミラー（光分岐手段）
１００、１０１ 検査システム
１４２ 長作動距離コンデンサーレンズ
Ｆ 前側焦点位置
ｇ 主光線（面光源中心からの照明光）
Ｏ 面光源の中心
Ｐ 光軸
Ｓ 標本載置面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明装置であって、
前記被検体を保持する保持台と、
前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源と、
前記保持台に保持された前記被検体と前記面光源との間の相対位置を少なくとも光軸に沿う方向に調整する相対移動機構とを備え、
前記面光源の中心を、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて、前記被検体の前記被検査領域の全域を透過照明することを特徴とする透過照明装置。
【請求項２】
前記面光源は、
その中心に対して略対称な形状を有し、前記中心を前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて前記被検査領域全域を透過照明する際の前記開口数が、０．００５から０．０５の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の透過照明装置。
【請求項３】
光を散乱させる散乱部材と、
該散乱部材に光を照射する光源と、
前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とを備え、
前記面光源は、前記光源から照射された光が、前記散乱部材で散乱されて、前記開口板の開口から放射されることによって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の透過照明装置。
【請求項４】
前記面光源は、
光を散乱させる散乱部材と、該散乱部材に光を照射する光源と、前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とからなる投影用面光源と、該投影用面光源を投影する投影光学系とを備える装置を用いて、
前記投影用面光源を前記投影光学系で結像させた投影像から形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の透過照明装置。
【請求項５】
前記投影光学系は、
前記保持台に保持された前記被検体と前記投影用面光源との間で、光軸に沿う方向に移動可能に設けられたなスライダーと、
該スライダーに交換可能に着脱できる焦点距離の異なるレンズ群とを備えることを特徴とする請求項４に記載の透過照明装置。
【請求項６】
前記投影光学系は、
前記投影用面光源の開口板の中心に焦点位置が一致して配置された正レンズと、
前記投影用面光源から放射され、前記正レンズによってアフォーカル光束とされた光束の光軸上に、選択的に切り換えて配置可能な焦点距離の異なる複数のレンズ群とを備えることを特徴とする請求項４に記載の透過照明装置。
【請求項７】
前記投影光学系は、
前記投影用面光源と前記被検体との間の光路上で光束径を規制し、前記被検体の照野を決定する照野絞りを備えることを特徴とする請求項５または６に記載の透過照明装置。
【請求項８】
前記照野絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする請求項７に記載の透過照明装置。
【請求項９】
前記投影光学系は、
前記投影用面光源を光源としたケーラー照明光学系であることを特徴とする請求項４に記載の透過照明装置。
【請求項１０】
前記ケーラー照明光学系は、ケーラー照明を構成する明るさ絞りおよび視野絞りを有しており、
前記明るさ絞りは、前記被検体を照明する照野を決定する照野絞りとして用い、
前記視野絞りは、前記投影用面光源の大きさを規制し、前記被検体を照明する前記開口数を決定する開口絞りとして用いることを特徴とする請求項９に記載の透過照明装置。
【請求項１１】
前記照野絞りおよび前記絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする請求項１０に記載の透過照明装置。
【請求項１２】
前記面光源の中心に配置可能に設けられた遮光部と、
該遮光部の外周に沿う輪帯状に、略均一な散乱光を出射する輪帯状光放射領域とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の透過照明装置。
【請求項１３】
被検体を透過照明して検査を行う検査システムであって、
前記被検体を保持して、前記被検体を透過照明する請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置と、
前記被検体を挟んで前記透過照明装置の反対側に配置され、前記透過照明装置の前記保持台に保持され、前記透過照明装置の前記面光源によって透過照明された前記被検体の像を結像する結像光学系と、
該結像光学系による前記被検体の像を観察する観察手段とを備えたことを特徴とする検査システム。
【請求項１４】
前記結像光学系は、少なくとも物体側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１３記載の検査システム。
【請求項１５】
前記結像光学系は、
ズームレンズを備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の検査システム。
【請求項１６】
前記結像光学系は、
該結像光学系の瞳位置付近に開口の大きさが可変できる対物レンズ明るさ絞りを備えることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の検査システム。
【請求項１７】
前記結像光学系は、
該結像光学系の瞳位置に前記被検体を透過してきた前記面光源からの照明光を遮光する中心遮蔽光束制御板を備えることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の検査システム。
【請求項１８】
前記検査システムは、
透過ケーラー照明装置をもつ顕微鏡本体と、
該顕微鏡に取り付けた顕微鏡用コンデンサーレンズおよび標本載置ステージとを備え、
前記結像光学系は、前記顕微鏡本体に立設した支柱に嵌合して摺動し被検レンズにピントが合う位置で固定された前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸上に延出したアームに前記結像光学系の光軸を前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸に一致させて取り付け固定したことを特徴とする請求項１３〜１７に記載の検査システム。
【請求項１９】
前記観察手段は、
前記結像光学系による像を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれかに記載の検査システム。
【請求項２０】
前記撮像装置で撮像された画像を画像処理して、前記被検体の検査を行う画像処理装置を備えることを特徴とする請求項１９に記載の検査システム。
【請求項２１】
前記保持台は、コンピューターで制御される電動ステージであることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれかに記載の検査システム。
【請求項２２】
光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明方法であって、
前記被検体を保持し、
前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で照明する散乱光放射領域である面光源を、その中心が、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致するように配置し、
この状態で、前記面光源からの光により前記被検体の前記被検査領域全域を透過照明することを特徴とする透過照明方法。
【請求項２３】
前記面光源は、投影用光源の像を投影光学系によって投影して形成することを特徴とする請求項２２に記載の透過照明方法。
【請求項１】
光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明装置であって、
前記被検体を保持する保持台と、
前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で透過照明する散乱光放射領域である面光源と、
前記保持台に保持された前記被検体と前記面光源との間の相対位置を少なくとも光軸に沿う方向に調整する相対移動機構とを備え、
前記面光源の中心を、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて、前記被検体の前記被検査領域の全域を透過照明することを特徴とする透過照明装置。
【請求項２】
前記面光源は、
その中心に対して略対称な形状を有し、前記中心を前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致させて前記被検査領域全域を透過照明する際の前記開口数が、０．００５から０．０５の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の透過照明装置。
【請求項３】
光を散乱させる散乱部材と、
該散乱部材に光を照射する光源と、
前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とを備え、
前記面光源は、前記光源から照射された光が、前記散乱部材で散乱されて、前記開口板の開口から放射されることによって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の透過照明装置。
【請求項４】
前記面光源は、
光を散乱させる散乱部材と、該散乱部材に光を照射する光源と、前記散乱部材に近接して配置され、略円孔状の開口を有する開口板とからなる投影用面光源と、該投影用面光源を投影する投影光学系とを備える装置を用いて、
前記投影用面光源を前記投影光学系で結像させた投影像から形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の透過照明装置。
【請求項５】
前記投影光学系は、
前記保持台に保持された前記被検体と前記投影用面光源との間で、光軸に沿う方向に移動可能に設けられたなスライダーと、
該スライダーに交換可能に着脱できる焦点距離の異なるレンズ群とを備えることを特徴とする請求項４に記載の透過照明装置。
【請求項６】
前記投影光学系は、
前記投影用面光源の開口板の中心に焦点位置が一致して配置された正レンズと、
前記投影用面光源から放射され、前記正レンズによってアフォーカル光束とされた光束の光軸上に、選択的に切り換えて配置可能な焦点距離の異なる複数のレンズ群とを備えることを特徴とする請求項４に記載の透過照明装置。
【請求項７】
前記投影光学系は、
前記投影用面光源と前記被検体との間の光路上で光束径を規制し、前記被検体の照野を決定する照野絞りを備えることを特徴とする請求項５または６に記載の透過照明装置。
【請求項８】
前記照野絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする請求項７に記載の透過照明装置。
【請求項９】
前記投影光学系は、
前記投影用面光源を光源としたケーラー照明光学系であることを特徴とする請求項４に記載の透過照明装置。
【請求項１０】
前記ケーラー照明光学系は、ケーラー照明を構成する明るさ絞りおよび視野絞りを有しており、
前記明るさ絞りは、前記被検体を照明する照野を決定する照野絞りとして用い、
前記視野絞りは、前記投影用面光源の大きさを規制し、前記被検体を照明する前記開口数を決定する開口絞りとして用いることを特徴とする請求項９に記載の透過照明装置。
【請求項１１】
前記照野絞りおよび前記絞りは、略円形に開口を規制する羽根絞りであることを特徴とする請求項１０に記載の透過照明装置。
【請求項１２】
前記面光源の中心に配置可能に設けられた遮光部と、
該遮光部の外周に沿う輪帯状に、略均一な散乱光を出射する輪帯状光放射領域とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の透過照明装置。
【請求項１３】
被検体を透過照明して検査を行う検査システムであって、
前記被検体を保持して、前記被検体を透過照明する請求項１〜１２のいずれかに記載の透過照明装置と、
前記被検体を挟んで前記透過照明装置の反対側に配置され、前記透過照明装置の前記保持台に保持され、前記透過照明装置の前記面光源によって透過照明された前記被検体の像を結像する結像光学系と、
該結像光学系による前記被検体の像を観察する観察手段とを備えたことを特徴とする検査システム。
【請求項１４】
前記結像光学系は、少なくとも物体側にテレセントリックであることを特徴とする請求項１３記載の検査システム。
【請求項１５】
前記結像光学系は、
ズームレンズを備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の検査システム。
【請求項１６】
前記結像光学系は、
該結像光学系の瞳位置付近に開口の大きさが可変できる対物レンズ明るさ絞りを備えることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の検査システム。
【請求項１７】
前記結像光学系は、
該結像光学系の瞳位置に前記被検体を透過してきた前記面光源からの照明光を遮光する中心遮蔽光束制御板を備えることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の検査システム。
【請求項１８】
前記検査システムは、
透過ケーラー照明装置をもつ顕微鏡本体と、
該顕微鏡に取り付けた顕微鏡用コンデンサーレンズおよび標本載置ステージとを備え、
前記結像光学系は、前記顕微鏡本体に立設した支柱に嵌合して摺動し被検レンズにピントが合う位置で固定された前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸上に延出したアームに前記結像光学系の光軸を前記顕微鏡本体のケーラー照明光軸に一致させて取り付け固定したことを特徴とする請求項１３〜１７に記載の検査システム。
【請求項１９】
前記観察手段は、
前記結像光学系による像を撮像する撮像装置を備えることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれかに記載の検査システム。
【請求項２０】
前記撮像装置で撮像された画像を画像処理して、前記被検体の検査を行う画像処理装置を備えることを特徴とする請求項１９に記載の検査システム。
【請求項２１】
前記保持台は、コンピューターで制御される電動ステージであることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれかに記載の検査システム。
【請求項２２】
光透過性の光学部材を被検体として欠陥を検査する検査システムに用いる透過照明方法であって、
前記被検体を保持し、
前記被検体の被検査領域上の各点を小さい開口数で照明する散乱光放射領域である面光源を、その中心が、前記保持台に保持された前記被検体の前側焦点位置に略一致するように配置し、
この状態で、前記面光源からの光により前記被検体の前記被検査領域全域を透過照明することを特徴とする透過照明方法。
【請求項２３】
前記面光源は、投影用光源の像を投影光学系によって投影して形成することを特徴とする請求項２２に記載の透過照明方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−１５６５５８（Ｐ２０１０−１５６５５８Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３３５７５（Ｐ２００８−３３３５７５）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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