JP2009210476A - クラック検査装置およびクラック検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物が透明または半透明であっても、検査被検査物内部のクラックを測定することが可能なクラック検査装置およびクラック検査方法を提供する。
【解決手段】本発明のクラック検査装置は、板状の被検査物４に光を照射し、入射させる光源２と、光源２によって、被検査物４へ入射した入射光のうち、被検査物４中において散乱し、被検査物４外へ透過した漏れ光の輝度を、被検査物４に対し平行な面において測定する欠陥検知用カメラ１と、光が入射した被検査物４の入射面に対する反対面において、上記入射光が被検査物４外へ透過した透過光を被検査物４中へ入射させる反射手段３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、材料、特に脆性材料の内部クラック等の欠陥検出に関する技術分野に属するものである。

多くの電子デバイスには、材料、特に無機材料等脆性材料が用いられており、近年の電子デバイスの小型化、高機能化により、より精密な加工が求められるようになってきている。加工における精度そのものは、製造装置の進展により、順調に向上してきている。しかし、材料中のダメージであるクラック（ひび）、特に、内在する微小なクラックが生じている材料を製造工程に用いた場合、後工程において、材料が破損する、または、得られた電子デバイスが所望の性能を発揮できなくなる等の原因となる問題があった。

この様な、微小なクラックが生じている材料を生産投入する前に検出し、選別するために、例えば、特許文献１には、被検査物に振動を加え、被検査物内を伝わる振動波形を検出し、スペクトル分析することによりクラックの有無を分析する方法が提案されている。

また、太陽電池のSi基板のように、薄型で、不透明な材質に関しては、特許文献２に開示されているように、基板裏面より強い光を照射し、クラック部の空隙を通って、表面に漏洩する光をＣＣＤ（Charge coupled Device） イメージセンサを用いることによって検出する方法が提案されている。

また、特許文献３に開示されているように、ガラス等透明材料のレーザー加工による分断における導入クラックの先端位置の検査方法として光を材料中に入射させ、クラック面で反射される光を、光検出素子で検出することによって、クラック先端位置を検出する方法が提案されている。

さらには、特許文献４に開示されているように、被測定基板内部で多重反射するように、基板側面より被計測基板に光を入射させ、基板内部を伝播する光が被計測基板の表面または内部の欠陥によって反射することにより生じる散乱光を検出することにより、被計測基板の欠陥を検出する方法が提案されている。
特開２００５−２１４８９３号公報（平成１７年８月１１日公開） 特開２００３−２９８０８１号公報（平成１５年１０月１７日公開） 特開平１０−３２３７７８号公報（平成１０年１２月８日公開） 特開２００１−３０５０７２号公報（平成１３年１０月３１日公開）

しかしながら、上記従来の検査方法では、被検査物が、透明か不透明かによって、測定方法の使用が不可能である場合がある、または、内在する微細なクラックの測定ができないという問題点を有している。

具体的には、発明者らが特許文献１〜４の検査方法について検証したところ、まず、特許文献１の検査方法については、被検査物の振動に影響を与えるほどの、大きなクラックを検出できるものの、振動の程度が小さい微細なクラックを正確に検出することは難しかった。また、加振および検出の何れについても、被検査物に検査装置を接触させる必要があり、接触によって、被検査物へ損傷を生じさせるおそれがあるという問題も付随する。

次に、特許文献２に記載の方法では、被検査物の光をＣＣＤによって検出するため、表裏に貫通しており、被検査物の裏面から表面へ通過する光が検出できるような大きなクラックしか検出することはできなかった。さらに、光透過性のある被検査物についてはクラックを検出することはできなかった。

一方、特許文献３に記載の方法では、クラックの界面での光の反射を利用しているため、比較的微細なクラックを検出可能であるが、光を検出するためには、反射面すなわちクラック面に対して光の入射、検出の位置および方向を定めておく必要があり、所定の位置および方向のクラックに対してしか、検出することはできないという欠点がある。また、透明な材料についてしか、クラックを検出することはできなかった。

最後に、特許文献４に記載の方法は、被測定基板内部で多重反射するように、基板側面より被計測基板に光を入射させ、基板内部を伝播する光が被計測基板の表面または内部の欠陥によって反射することにより生じる散乱光を検出することにより、被計測基板の欠陥を検出する構成である。このため、計測基板の側面から入射させた光の伝播方法に完全に平行でない成分を有する欠陥に対しては、検出することはできるものの、基板側面から光を入射させるために、入射部と計測部が離れている場合には、減衰に応じて光量や検出感度を調整する必要があり、光の減衰が大きい基板や大型の基板への適用は困難であった。

また、当該方法では、被計測基板表面の付着物等により、基板―空気間の多重反射条件が崩れた場合、漏れ光が発生するため、内部クラックによる散乱光かゴミ起因の散乱光かを区別することができないという問題点がある。さらに、特許文献４の方法では、光学的に透明な材料についてしか、クラックを検出することができなかった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、被検査物が透明または半透明であっても、検査被検査物内部のクラックを測定することが可能なクラック検査装置およびクラック検査方法を提供することにある。

本発明のクラック検査装置は、上記課題を解決するために、板状の被検査物に光を照射する光照射手段と、上記光照射手段によって、照射された光が被検査物へ入射した入射光のうち、被検査物中において散乱し、被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を、被検査物に対し平行な面において検知する検知手段と、光が入射した被検査物の入射面に対する反対面において、上記入射光が被検査物外へ透過した透過光を被検査物中へ入射させる反射手段とを備えることを特徴としている。

上記の発明によれば、上記光照射手段から照射された光が、被検査物中において、伝播し、被検査物外へ漏れ光として透過する。入射光が透過した透過光は反射手段によって、再び被検査物へ入射され、漏れ光の観察輝度を高めることができる。被検査物から透過した漏れ光は、被検査物に対し平行な面において検知手段によって測定されるので、被検査物の表面に存在する付着物等に起因する漏れ光と分離して、所望の漏れ光を測定することができる。また、透明または半透明な材料についてもクラックの検査を行なうことができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記光照射手段が、上記検知手段によって検知される漏れ光が通過する、被検査物上の領域である検知領域の外部へ光を入射させることが好ましい。

上記の構成によれば、入射領域が検知領域の外部にあればよく、入射領域と検知領域とが重複していない。このため、漏れ光が検知領域に対し平行な面において測定されるよう、光照射手段の配置が容易となる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記光照射手段が複数備えられており、光照射手段のそれぞれが独立して駆動可能であることが好ましい。

これにより、光照射手段を移動させ、光照射手段が被検査物へ光を照射できない位置となった場合であっても、他の光照射手段を駆動させ、クラックの検査を継続することが可能となる。

また、本発明のクラック検査装置では、被検査物に上記光が入射する領域である入射領域と、上記漏れ光が通過する、被検査物上の領域である検知領域の一部とが重複しており、光照射手段から照射された光が入射領域において反射した反射光を遮光する遮光手段を備えることが好ましい。

これにより、入射領域からの反射光によらず、入射領域の周囲の入射領域において、漏れ光の輝度の測定をより正確に行なうことができる。入射領域の全面において測定が可能であり、検知領域の内側に入射領域が位置するため、入射領域が被検査領域の外部に位置することなく、被検査物の端部の測定を容易に行なうことができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記反射手段が、鏡状部材であることが好ましい。

これにより、透過光を反射手段において乱反射させることができ、透過光の方向を光検知手段の方向へ変更させることができる。したがって、漏れ光の輝度を向上させることができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記反射手段は、その表面において、上記透過光を乱反射させる乱反射部材を有することが好ましい。

これにより、透過光を反射手段において乱反射させることができ、透過光の方向を光検知手段の方向へ変更させることができる。したがって、漏れ光の輝度を向上させることができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記反射手段は、その表面において、上記透過光を検知領域の方向へ入射させる楔形状を有することが好ましい。

これにより、透過光をより検知領域の方向へ入射させることができ、検知領域から透過する漏れ光の輝度を向上させることができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記被検査物を保持する保持台を備えており、上記反射手段が被検査物と保持台との間に備えられ、上記反射手段は被検査物の全面から透過する透過光を反射できる大きさであることが好ましい。

これにより、光照射手段が移動した場合であっても、反射手段を移動させることなく、透過光を再度、被検査物へと入射させることができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記光照射手段から被検査物へ照射される光の方向と、上記検知領域から検知手段への方向とが平行となるよう、光照射手段および検知手段が配置されていることが好ましい。

これにより、光照射手段および検知手段の配置を簡便に行なうことができ、クラック検査装置の構成を簡素化および小型化することができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記被検査物が透明または半透明であることが好ましい。

これにより、透明または半透明の被検査物におけるクラックを検査することができる。

また、本発明のクラック検査装置では、上記光照射手段から照射される光の波長が、上記被検査物に対して、透過性を有する波長の光であることが好ましい。

これにより、より多くの被検査物に対しクラックを検出することができる。

本発明のクラック検査方法は、上記課題を解決するために、板状の被検査物に光を照射することによって、被検査物へ光を入射させ、被検査物へ入射した入射光のうち、被検査物中において散乱し被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を測定することによって、被検査物のクラックを検出するクラック検査方法であって、直線方向に沿った被検査物の表面における、複数箇所の検知位置における上記漏れ光の輝度を、被検査物に対し平行な面において測定し、上記複数箇所の検知位置における、複数の漏れ光に係る輝度同士を比較し、複数の漏れ光に係る輝度のうち不連続な値を示す輝度を判定することによって、被検査物のクラックを検出することを特徴としている。

上記の発明によれば、照射された光が、被検査物中において、伝播し、被検査物外へ漏れ光として透過する。被検査物から透過した漏れ光は、被検査物に対し平行な面において測定されるので、被検査物の表面に存在する付着物等に起因する漏れ光と分離して、所望の漏れ光を測定することができる。また、透明または半透明な材料についてもクラックの検査を行なうことができる。

また、本発明のクラック検査方法では、上記光の照射方向と、上記漏れ光の輝度を測定する光軸方向が平行であることが好ましい。

本方法では、被検査物における、光の照射部分と漏れ光が透過する部分とを近接させることができるため、被検査物の光の透過率が低く、内部散乱が大きい、たとえば、不透明な場合であっても、本クラック検査方法を実施できる。

また、本発明のクラック検査方法では、上記光の照射方向と、上記漏れ光の輝度を測定する光軸方向が垂直であることが好ましい。

これにより、漏れ光を検出する方向へ光を伝播させやすく、光の照射を容易に行なうことができる。

本発明のクラック検査装置は、以上のように、板状の被検査物に光を照射し、入射させる光照射手段と、上記光照射手段によって、被検査物へ入射した入射光のうち、被検査物中において散乱し、被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を検知する検知手段と、入射光が入射した被検査物の入射面に対する反対面において、入射光が被検査物外へ透過した透過光を被検査物中へ入射させる反射手段とを備えるものである。

また、本発明のクラック検査方法は、板状の被検査物に光を照射することによって、被検査物へ光を入射させ、被検査物へ入射した入射光のうち、被検査物中において散乱し被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を測定することによって、被検査物のクラックを検出するクラック検査方法であって、直線方向に沿った被検査物の表面における、複数箇所の検知位置における上記漏れ光の輝度を、被検査物に対し平行な面において測定し、上記複数箇所の検知位置における、複数の漏れ光に係る輝度同士を比較し、複数の漏れ光に係る輝度のうち不連続な値を示す輝度を判定することによって、被検査物のクラックを検出する方法である。

それゆえ、上記両発明によれば、照射された光が、被検査物中において、伝播し、被検査物外へ漏れ光として透過する。被検査物から透過した漏れ光は、被検査物に対し平行な面において測定されるので、被検査物の表面に存在する付着物等に起因する漏れ光と分離して、所望の漏れ光を測定することができる。また、透明または半透明な材料についてもクラックの検査を行なうことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図１９に基づいて説明すれば、以下の通りである。まず、本発明に係るクラック検査装置について説明する。

（実施の形態１）
＜クラック検査装置＞
図１は、本発明に係るクラック検査装置２０を示す断面図である。クラック検査装置２０は、欠陥検知用カメラ（検知手段）１、光源（光照射手段）２を備えている。また、これらの下方には、測定対象となる被検査物４の反対面に反射部材（反射手段）３が備えられている。

欠陥検知用カメラ１は、被検査物４からの漏れ光の輝度を測定する部材である。欠陥検知用カメラ１は、漏れ光の輝度を測定することができればよく、公知の部材を用いることができる。具体的には、漏れ光の透過度、輝度、被検査物の形状等を考慮して決定すればよく、ＣＣＤカメラ、エリアセンサカメラ、ラインセンサカメラ等を用いることができる。例えば、被検査物がＳｉ基板であれば、光源２から照射する光を波長1μｍ程度の近赤外線とし、その波長に検出感度のあるＣＣＤカメラを選定することができる。

欠陥検知用カメラ１の被検査物４側には、導光部が設けられている。導光部は被検査物からの漏れ光を、欠陥検知用カメラ１内部に導くための部材であり、被検査物４外部からの光が欠陥検知用カメラ１内部に導入されることを防ぐための部材でもある。また、導光部の被検査物４の最も被検査物４側の面に対応する被検査物４上の面を検知領域１１とする。

欠陥検知用カメラ１は、被検査物４に対し平行な面において漏れ光の輝度を測定する構成となっている。これにより、被検査物４の表面に存在する付着物等に起因する漏れ光と分離して、所望の漏れ光を測定することができる。

光源２は、被検査物４へ光を照射することによって、光を入射させる部材である。光源２としては、後述する被検査物４の材料、光の透過度を考慮して適宜設定すればよく、近赤外線、可視光などを照射する光源を用いることができる。光源２から照射された光が被検査物４へ入射する被検査物４上の面を入射領域１２とする。

クラック検査装置２０では、光源２が一箇所備えられた構成であるが、光源２の設置数は１箇所に限定されるものではなく、複数箇所とすることもできる。光源２を複数箇所備えるクラック検査装置については後述する。

また、同図において、入射領域１２は検知領域１１の外部に位置する構成となっている。すなわち、検知領域１１および入射領域１２は、互いに重複していない。両領域が重複する場合、光源２からの光が入射領域１２において反射し、検知領域１１からの漏れ光に含まれることとなる。これによって、漏れ光の輝度の測定が困難となるおそれがあるが、これを回避できる構成となっている。

クラック検査装置２０では、光源２から被検査物へ照射される光の方向と、検知領域から欠陥検知用カメラ１への方向とが平行となるよう、欠陥検知用カメラ１および光源２が配置されている。これにより、両部材の配置を容易にでき、クラック検査装置２０の構成を簡素化できるため、装置の小型化が可能となる点でメリットがある。

また、欠陥検知用カメラ１および光源２は、同一面に対し光を照射する構成となっており、両部材を平行に移動させれば、測定条件を一定にすることができる。このため、被検査物４の大きさや検知領域１１の大きさによらず光源２からの光の光量を調整する必要がない。

さらに、検知領域１１および入射領域１２を近接させることができるため、被検査物４の光の透過率が低く、内部散乱の大きい不透明な被検査物４に対し、本構成は有効である。

反射部材３は、被検査物４に対し光源２と反対面に備えられており、光源２からの入射光が被検査物４外へ透過した透過光を反射し、被検査物４中へ再度入射させるための部材である。反射部材３の材料としては、上記透過光を被検査物４中へ入射させることができればよく、特に限定されるものではない。

例えば、アルミニウムなどの金属材料を用いることができ、特に鏡面加工された鏡状部材を好ましく用いることができる。

鏡状部材を用いた場合、透過光を効率良く被検査物４へ再度入射させることができるので、後述する漏れ光の輝度を向上させることができ、後述する不連続な値を示す輝度の判定をより高精度で行なうことができ、クラックの検査精度をより高めることができる。

被検査物４は、板状の材料であり、クラックの検査が行なわれる対象物である。被検査物はクラックが生じ得るものであれば特に限定されるものではないが、本発明は、特に、電子デバイス用途として用いられる無機材料等の脆性材料に好ましく用いることができる。具体的には、シリコン、ガラス、セラミックス、ガリウム、ゲルマニウムなどの材料を挙げることができる。

なお、図示していないが、クラック検査装置２０は被検査物４を保持するためのステージ（保持台）を備えている。欠陥検知用カメラ１、光源２および反射部材３はそれぞれ駆動可能な構成である。また、欠陥検知用カメラ１、光源２および反射部材３に対し、ステージを移動させることによって、被検査物４を相対的に移動させることも可能である。

図２は、本発明に係るクラック検査装置の変形例を示す断面図である。同図に示すクラック検査装置２１は、図１に示すクラック検査装置２０とは異なり、光源２が被検査物４に対し、斜め方向に配置されている。また、光源２の配置に対応伴い、反射部材３が光源２および入射領域１１を通る直線上に配置する構成となっている。

光源２から照射された光（入射光）は、反射部材３において、検知領域１１の方向へより照射され易くなるため、検知領域１１の方向に伝播する光の成分を増加させることができる。すなわり、より光源２からの光の利用効率を向上させることができる。この場合でも、図１のクラック検査装置２０と同様に、入射領域１１からの反射光が欠陥検知用カメラ１に直接入らないよう、検知領域１１および入射領域１２が重複しない構成（配置）とする必要がある。

図３は、本発明に係るクラック検査装置の変形例を示す断面図である。同図に示すクラック検査装置２２の反射部材３ａは、同図における反射部材３ａの拡大図に示されるように、その表面が粗されており、入射光を乱反射させる乱反射面を有する構成となっている。これにより、入射光は被検査物４を透過した後に、同図中の矢印方向で示されるように反射部材３ａによって乱反射される。このため、乱反射された光が被検査物４の検知領域１１の方向へより伝播することとなり、検知領域１１における漏れ光の輝度を増加させることができる。すなわち、高い輝度を得ることができる。これにより、後述する不連続な値を示す輝度の判定をより高精度で行なうことができ、クラックの検査精度をより高めることができる。

反射部材３ａの乱反射面は、入射光を乱反射させることができるよう、表面粗さを備える構造となっていればよい。

図４は、本発明に係るクラック検査装置の変形例を示す断面図である。同図の拡大図に示されるように、クラック検査装置２３の反射部材３ｂは、入射光を検知領域１１へ反射させる楔形状をその表面に有している。上記楔形状は、換言するとＶ字溝ということもできる。上記楔形状の角度は、被検査物４からの透過光を検知領域１１の方向へ入射させるよう設定されている。

反射部材３ｂが上記楔形状を有していることによって、被検査物４から出射された透過光が、反射部材３ｂにて反射され、再度被検査物４中に入射し、検知領域１１へと反射させることができる。その結果、検知領域１１へ伝播する漏れ光の輝度を効率良く増加させることができる。これにより、後述する不連続な値を示す輝度の判定をより高精度で行なうことができ、クラックの検査精度をより高めることができる。

なお、反射部材３を用いた場合、光源２からの直接入射と反射部材３からの入射成分の滲み（わずかな散乱）により、被検査物４中を伝播する光の成分を得るため、被検査物４の表裏面が光学的に平滑で、被検査物４の材料自身も光学的に透明な材料には、適応が困難となる場合がある。しかしながら、反射部材３ａまたは反射部材３ｂを用いた場合には、これらの表面において検知領域１１へとより多くの光の成分を入射させることができるので、被検査物４の表裏面が光学的に平滑で、被検査物４の材料自身も光学的に透明な材料にもクラックの検査を好適に行なうことができる。

図５は、本発明に係るクラック検査装置の変形例を示す断面図である。図１〜４におけるクラック検査装置では、反射部材３、３ａ、３ｂは、被検査物４からの透過光が照射される位置に設置されており、被検査物４の全面に対し設置されている構成ではなかったが、図５のクラック検査装置２４では、反射部材３ｃは被検査物４の全面に対し備えられている。

図１〜４におけるクラック検査装置では、被検査物４に対し部分的に反射部材３、３ａ、３ｂが配置されているため、光源２と反射部材３、３ａ、３ｂとの相対位置を変化させない場合、光源２と反射部材３、３ａ、３ｂとを同時に移動させる必要がある。ここで、反射部材は被検査物４の全面から透過する透過光を反射できる大きさである場合には、光源２の位置が変化したとしても、反射部材を移動させる必要がない。クラック検査装置２４の反射部材３ｃは、被検査物４の全面と同じ大きさであり、被検査物４の全面から透過する透過光を反射できる大きさである。そのため、クラック検査装置２４においては、反射部材３ｃを移動させる必要はなく、光源２のみを移動させる構成とすればよいため、装置構成を非常に簡便にすることができる。

図１，３，４におけるクラック検査装置を用いて、漏れ光の輝度を測定した。

クラック検査装置２０、２２、２３における光源からの照射光としてはハロゲンランプの可視光を、被検査物４としては、厚さが２ｍｍ、材料が焼結セラミックであるPZT（圧電材料）のものを用いた。この被検査物４は半透明である。また、光源２から入射領域１２までの距離は、１０ｍｍであり、検知領域１１から欠陥検知用カメラ１までの測定位置までの距離は、２０ｍｍである。

各クラック検査装置において測定された計測輝度を表１に示す。表１における輝度は相対的な数値であり、用いる単位は特に限定されない。

表１の結果から明らかなように、反射部材３から反射部材３ａ、反射部材３ｂとなるに従って、検知領域１１を通る漏れ光の量を増加させることができ、輝度を高めることができる。

図６は、本発明に係るクラック検査装置の変形例を示す断面図である。同図に示すクラック検査装置２５は、導光部内部にハーフミラー５および遮光部材（遮光手段）６を備えている。遮光部材６は、光を遮光するマスクの役割を果す。さらに、光源２はハーフミラー５に対し光を照射する構成となっており、被検査物４に直接的ではなく間接的に光を照射する構成となっている。

ハーフミラー５によって反射された光は、欠陥検知用カメラ１の下方に照射されることとなる。このため、クラック検査装置２５では、入射領域１２が検知領域１１の一部に含まれ、重複することとなる。また、入射領域１１では、光源２から照射された光が反射した反射光が、欠陥検知用カメラ１方向に移動する。反射光が欠陥検知用カメラ１に検知されると検知領域１１からの漏れ光の輝度を正確に測定できない。そこで、欠陥検知用カメラ１は遮光部材６を備えており、上記反射光が遮光され、欠陥検知用カメラ１において検知されない構成となっている。

上記構成により、検知領域１１からの漏れ光の輝度をより正確に測定することが可能となる。また、１箇所の光源２によって、全方位のクラックを検出することが可能となる。さらに、検知領域１１と入射領域１２との関係は対称であり、欠陥検知用カメラ１を移動させる場合、被検査物４の端部においても、被検査物４を回転させることなくクラックの検査を行なうことができる。

なお、クラック検査装置２５は遮光部材６を備える構成であるが、遮光部材６として画像処理機能を有する構成に代えることによって、反射光の光成分を除去してもよい。

図７は、反射部材を有しないクラック検査装置２６を示す断面図である。本構成では、反射部材を有しないため、検知領域１１からの漏れ光の輝度は低い値を示すが、クラックを検出することは可能である。本構成は、光を所望の方向へ入射させ易いため、被検査物４の光の透過率が良い場合に有効である。具体的な輝度の例については、クラック検査方法の説明において後述する。

図８は、光源２を複数備えるクラック検査装置２７を示す断面図である。クラック検査装置２７は、位置ａにおいて左側の光源２からのみ光が照射されている。クラック検査装置２７を位置ａから位置ｂに移動させた場合、左側の光源２は、被検査物４に光を照射することができない。しかし、クラック検査装置２７は、位置ｂにおいて、左側の光源２から右側の光源２に光の照射を切替えることによって、被検査物４の端部である位置ｂにおいても、被検査物４に光を照射でき、クラックの測定が可能である。光源２の設置箇所は２箇所に限られず、３箇所以上に適宜設定してももちろんよい。

＜クラック検査方法（クラック検査装置の動作方法）＞
次に、本発明に係るクラック検査方法について以下説明する。上述したクラック検査装置の動作を用いて説明を行なうが、上述のクラック検査装置を用いずとも、クラック検査方法を実施することはもちろん可能である。

本発明に係るクラック検査方法の概略を説明するため、その原理について図９を用いて説明する。図９は、クラック検査方法の原理を示すための被検査物４の上面図および断面図である。大きく分類すると、まず、（１）クラックの検査対象となる被検査物へ光を入射させる工程が含まれる。同図では、被検査物４に入射した光を入射光１３として示している。被検査物４への光の照射方向は、図１または図７に示されるように、光の照射方向と、上記漏れ光の輝度を測定する光軸方向が平行であっても、垂直であってもよい。これらの効果については、図１、図７におけるクラック検査装置を用いた場合と同様である。

次に、（２）被検査物内部に入射した入射光が散乱された散乱光が、被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を被検査物に対し平行な面において測定する工程が含まれる。同図では、入射光１３が、検知領域１１の下方へ伝播しており、被検査物４内において、若干の散乱を受け、被検査物４の表面から漏れ光を放出しながら伝播する。特に、クラック１４が存在する箇所において、入射光１３は、大きく散乱を受け伝播状態が特に変化する。検知領域１１から透過した漏れ光の輝度を検知領域１１の複数箇所にて測定する。

最後に、（３）複数箇所にて測定した漏れ光の輝度同士を比較し、不連続な値を示す輝度を判定することによって、クラックを検出する工程が含まれる。同図では、クラック１４の存在によって、測定箇所毎に漏れ光の輝度が異なる。

図１０は、図９の検知領域１１の位置Ａ−Ａ’部分における漏れ光の輝度の測定結果を示すグラフである。図１０に示すように、特にクラック１４が存在する検知領域１１の部分は、光学的に不連続となっており、界面での反射等によって、入射光１３が強く散乱され伝播の連続性が乱れる。その結果が、検知領域１１からの漏れ光の輝度が不連続性であるとして、観察され、判定することができるのである。

輝度が不連続であるとは、複数箇所における漏れ光の輝度を比較した場合に、輝度の急激な変化が観測されるとも換言でき、少なくとも２以上の傾きが観測されるとも換言できる。すなわち、クラックの存在がなければ、位置Ａ’から位置Ａに亘り漏れ光の輝度は所定の割合で減少していく。しかし、クラックが存在する場合、入射光の伝播状態が大きく変化し、漏れ光の輝度に変化が観測される。結果として、図１０のグラフの差Ｄ１に示されるように、輝度に急激な変化（輝度間に大きな傾き）が観測されることとなるのである。

本発明に係るクラック検査方法およびクラック検査装置によれば、上記のように被検査物からの漏れ光の輝度を比較するが、クラックが存在していれば漏れ光の輝度は変化するため、クラックが被検査物の表面にある場合、または、クラックが被検査物の内部にある場合のどちらの場合であっても、クラックの存在位置を検出することが可能な点で非常に有効である。以下具体例を挙げ、さらに説明する。

本工程では、第１に、被検査物に対し所定方向から光を照射させる。一例としては、上述したクラック検査装置２０〜２６を用いることによって、好適に光源２から照射された光を被検査物４へ光を入射させることができる。

被検査物に対する光の照射方向は、特に限定されるものではなく、次の被検査物外へ透過した漏れ光の強度を測定する際に、被検査物から漏れ光が透過すれば特に限定されるものではない。例えば、被検査物における検査領域と、入射領域とが平行な関係であっても、垂直な関係にあってもよい。

図１１は、検査領域と入射領域とが平行である場合のクラック検査装置の一部を示す上面図および断面図である。また、図１２は、検査領域と入射領域とが垂直である場合のクラック検査装置の一部を示す上面図および断面図である。なお、両図において、欠陥検知用カメラおよび光源の図示を省略している。

図１１に示す構成では、入射領域１２から被検査物４へ入射光１３が入射し、被検査物４内部にて散乱される。散乱された光が漏れ光として検知領域１１を通り図示しない欠陥検知用カメラにて、漏れ光の輝度が測定される。同図の構成によれば、検知領域１１および入射領域１２を近接させることが可能であり、被検査物４の光の透過率が悪く、内部散乱の大きい不透明な被検査物に対しても測定が可能な点が特に有効である。

一方、図１２に示す構成では、被検査物４の端部から光を入射させる構成となっており、光を所望の（検知領域１１の）方向に効率良く入射させることが可能である。この光の入射方向とするクラック検知方法によれば、被検査物４を透過し、所望の方向への光１３の伝播を得にくい場合、即ち、比較的透過率の高い被検査物４に対して有効である。

被検査物４中に何れの面より光を入射させる場合、検知領域１１と入射領域１２とが重なっていないことが好ましい。両領域が重複する場合、光源２からの光が入射領域１２において反射し、検知領域１１からの漏れ光に含まれることとなる。これによって、漏れ光の輝度の測定が困難となるおそれがあるからである。しかし、両領域が重複する場合であっても、上述した図６に示すクラック検査装置２５が有する遮光部材６によって、入射領域１１からの反射光を遮光することによって、漏れ光の輝度を正確に測定することは可能である。

入射される光の種類は、光源２にて説明したように、被検査物４を伝播すればよく、特に限定されるものではない。入射光１３が被検査物４に透過すると、検知領域１１を通過する漏れ光の輝度が低下する。そこで、漏れ光の輝度の低下を抑制するため、被検査物４から透過する透過光を再度、被検査物４へ入射させることが好ましい。

図１３〜図１５を用いて、透過光の反射、光源からの光の照射方向によって、漏れ光の輝度が異なることについて説明する。図１３〜図１５は、クラック検査装置を示す断面図である。図１３では、クラック検査装置２２を欠陥検知用カメラ１、光源２、反射部材３ａを同時に移動するように設定している。クラック検査装置２２は移動させず、被検査物４をクラック検査装置２２に対し相対的に移動させてももちろんよい。図１４に示すクラック検査装置２８は、反射部材を有しない構成となっている。また、図１５に示すクラック検査装置２６は、光源２から被検査物４の端部へ光を照射させる構成であり、検知領域１１および入射領域１２が垂直となっている。クラック検査装置２６においては、光源２は移動せず、欠陥検知用カメラ１のみが移動する構成である。

上記クラック検査装置２０、２６、２８における光源からの照射光としてはハロゲンランプの可視光を、被検査物４としては、厚さが２ｍｍ、材料が焼結セラミックであるPZT（圧電材料）のものを用いた。この被検査物４は半透明である。また、光源２から入射領域１２までの距離は、１０ｍｍであり、検知領域１１から欠陥検知用カメラ１までの測定位置までの距離は、２０ｍｍである。

上記のクラック検査装置２０，２８，２６において、欠陥検知用カメラ１によって測定された、検知領域１１からの漏れ光の計測輝度（輝度）を表２に示す。計測輝度は相対的な値で示しており、その単位は任意である。

表２より明らかなように、クラック検査装置２２を用いた光の入射方法では、反射部材３ａにより透過光を再度被検査物４中へ入射する構成であるため、クラック検査装置２８と比較して計測輝度が高くなっていることがわかる。計測輝度が高い場合、後述するクラックの検出を行い易いので好ましい。

また、クラック検査装置２６の場合、位置ａにおいては、クラック検査装置２２と比べて非常に計測輝度が高く、位置ｂにおいてもクラック検査装置２２と同等の値であるが、光源２と欠陥検知用カメラ１との位置が相対的に変化する構成である。このため、検出感度を一定に調整する場合には、検出位置による輝度の変化が大きく、光源の照度、あるいは、欠陥検知用カメラ１の感度を調整する必要がある。また、被検査物４のサイズが大きくなる、または、透過率が低い場合には、光源２と検知領域１１との距離が大きくなるに従い、十分な計測輝度が得られなくなる可能性があることが分かる。

上記の方法では、検知領域１１と入射領域１２とが重ならないように、上記の光源２からの光の照射を行なっているが、入射領域１２と検知領域１１とが一部重なるよう光を照射してもよく、この場合における漏れ光の輝度の測定について図１６を用いて説明する。同図は、被検査物４の上面図および断面図である。検知領域１１および入射領域１２を同図のような配置とするために、図６に示すクラック検査装置２５を好ましく用いることができる。

同図に示すように、ドーナッツ状の検知領域１１の中央に、クラックを検出するため、光を照射する。また、光を入射領域１１に対し垂直に入射させている。このためには、クラック検査装置２５のように、ハーフミラー等を用いて、被検査物４へ光を照射することができる。なお、本構成では、クラック検査装置２５のように、遮光部材６を用いるように、入射領域１２からの反射光が検知されないよう、光学マスクによって上記反射光を遮光する必要がある。検知領域１１から透過した漏れ光の強度を位置Ｂ−Ｂ’において測定した。被検査物４の材料として、（ａ）半透明な材料を用いた場合、および、（ｂ）透明な材料を用いた場合に測定された漏れ光の輝度を図１７に示す。

図１７は、漏れ光の輝度を示すグラフであり、（ａ）の半透明な材料を用いた場合、入射領域１２から遠ざかるにつれ漏れ光の輝度が減少するため、位置Ｂ’から位置Ｂへかけて計測強度が低下している。（ａ）のグラフでは、計測強度の差Ｄ２が観測され、この部分で漏れ光の輝度が不連続となっていることが分かる。これにより、この部分にクラックが存在することが分かる。

これに対し、（ｂ）の透明な材料を用いた場合には、位置Ｂ、Ｂ’共に同様の計測強度が示されている。（ｂ）では（ａ）と同様に、グラフ上に漏れ光の輝度が不連続となる点が観測され、その差は差Ｄ３で表されるが、位置Ｂ、Ｂ’における計測強度が同程度なためか非情に鋭いピークが観測された。このため、透明材料を用いた場合には、よりクラックの測定が容易となる点で非情に好ましいといえる。

本発明に係るクラック検査方法では、漏れ光の不連続性によりクラックの有無を判別するため、厳密な輝度の調整等は必要なく、観察手段の観測可能範囲内であれば検出できる点が優れている。

最後に、図１に示すクラック検査装置２０によって、図１８に示す被検査物４を測定した場合の被検査物４の観察画像を図１９に示す。図１８に示すように、被検査物４はセラミック材料であり、板状であればＬ字形状であってもよい。この場合でも図１０に示されるような計測輝度が得られ、得られたグラフにおける漏れ光の輝度の不連続な値を示す輝度を判定することによって、クラック１４の位置を検出できる。

図１９は、図１８に示す被検査物４の検知領域１１の観察画像である。実際に、予測されるクラック１４の位置を観察すると、図１９の右側から入射した入射光がクラック１４の位置の前後（クラック１４を境に左右）で明暗差が現れ、クラックが確かに存在していることが分かる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、各種ガラス類、ケイ素基板の結晶材料、セラミック等の無機焼結材料を含む脆性材料のクラックの有無を検査するために用いることができるので、脆性材料を用いる分野において利用することが可能である。

本発明におけるクラック検査装置の実施の一形態を示す断面図である。 本発明におけるクラック検査装置の変形例を示す断面図である。 本発明におけるクラック検査装置の変形例を示す断面図である。 本発明におけるクラック検査装置の変形例を示す断面図である。 本発明におけるクラック検査装置の変形例を示す断面図である。 本発明におけるクラック検査装置の変形例を示す断面図である。 反射部材を有しないクラック検査装置を示す断面図である。 光源を複数備えるクラック検査装置を示す断面図である。 被検査物を示す上面図および断面図である。 漏れ光の輝度の測定結果を示すグラフである。 本発明に係るクラック検査装置の上面図および断面図である。 本発明に係るクラック検査装置の上面図および断面図である。 本発明に係るクラック検査装置を示す断面図である。 本発明に係るクラック検査装置を示す断面図である。 本発明に係るクラック検査装置を示す断面図である。 被検査物の上面図および側面図である。 漏れ光の輝度を示すグラフである。 被検査物４を示す上面図である。 図１８の被検査物４中の検知領域１１を示す観察画像である。

符号の説明

１ 欠陥検知用カメラ（検知手段）
２ 光源（光照射手段）
３・３ａ・３ｂ・３ｃ 反射部材（反射手段）
４ 被検査物
１１ 検知領域
１２ 入射領域
２０〜２８ クラック検査装置

Claims (14)

1. 板状の被検査物に光を照射する光照射手段と、
   上記光照射手段によって、照射された光が被検査物へ入射した入射光のうち、被検査物中において散乱し、被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を、被検査物に対し平行な面において測定する検知手段と、
   光が入射した被検査物の入射面に対する反対面において、上記入射光が被検査物外へ透過した透過光を被検査物中へ入射させる反射手段とを備えることを特徴とするクラック検査装置。
2. 上記光照射手段が、上記検知手段によって検知される漏れ光が通過する、被検査物上の領域である検知領域の外部へ光を入射させることを特徴とする請求項１に記載のクラック検査装置。
3. 上記光照射手段が複数備えられており、光照射手段のそれぞれが独立して駆動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のクラック検査装置。
4. 被検査物に上記光が入射する領域である入射領域と、上記漏れ光が通過する、被検査物上の領域である検知領域の一部とが重複しており、
   光照射手段から照射された光が入射領域において反射した反射光を遮光する遮光手段を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のクラック検査装置。
5. 上記反射手段が、鏡状部材であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のクラック検査装置。
6. 上記反射手段は、その表面において、上記透過光を乱反射させる乱反射部材を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のクラック検査装置。
7. 上記反射手段は、その表面において、上記透過光を検知領域の方向へ入射させる楔形状を有することを特徴とする請求項１に記載のクラック検査装置。
8. 上記被検査物を保持する保持台を備えており、
   上記反射手段が被検査物と保持台との間に備えられ、
   上記反射手段は被検査物の全面から透過する透過光を反射できる大きさであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のクラック検査装置。
9. 上記光照射手段から被検査物へ照射される光の方向と、上記検知領域から検知手段への方向とが平行となるよう、光照射手段および検知手段が配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のクラック検査装置。
10. 上記被検査物が透明または半透明であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のクラック検査装置。
11. 上記光照射手段から照射される光の波長が、上記被検査物に対して、透過性を有する波長の光であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のクラック検査装置。
12. 板状の被検査物に光を照射することによって、被検査物へ光を入射させ、
    被検査物へ入射した入射光のうち、被検査物中において散乱し被検査物外へ透過した漏れ光の輝度を測定することによって、被検査物のクラックを検出するクラック検査方法であって、
    直線方向に沿った被検査物の表面における、複数箇所の検知位置における上記漏れ光の輝度を、被検査物に対し平行な面において測定し、
    上記複数箇所の検知位置における、複数の漏れ光に係る輝度同士を比較し、
    複数の漏れ光に係る輝度のうち不連続な値を示す輝度を判定することによって、被検査物のクラックを検出することを特徴とするクラック検査方法。
13. 上記光の照射方向と、上記漏れ光の輝度を測定する光軸方向が平行であることを特徴とする請求項１２に記載のクラック検査方法。
14. 上記光の照射方向と、上記漏れ光の輝度を測定する光軸方向が垂直であることを特徴とする請求項１２に記載のクラック検査方法。