JP2012008078A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スリットレーザ光等を、回転体状の測定対象に照射し、測定対象からの反射光を撮影した二次元画像に基づいて、回転体状かつ表面が高い反射率を有する測定対象の欠陥を高精度に検出する欠陥検査装置を実現することを目的とする。
【解決手段】本発明は、回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、前記測定対象からの反射光を受光してその二次元画像を出力する受光部と、前記二次元画像に基づいて、前記反射光がそのスリット幅に相当する領域以外の領域に現れるか否かによって、前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象にスリットレーザ光等を照射し、測定対象表面にあわられる欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。

従来の欠陥検査装置を、図面を用いて説明する。図８〜図１０は従来の欠陥検査装置の構成例を示した図である。

図８において、ランプ等の光源１は、三次元形状を有する測定対象２に光を照射する。カメラ３は、測定対象２からの反射光を撮影する。
このような装置により得られた測定画像Ｐ５を、予め良品を撮影した良品画像Ｐ６と比較等することで、欠陥４を検出する。

図９において、スリットレーザ光や細長いパターン光等の光を出力する光源１１は、三次元形状を有する測定対象１２に光を照射し、光の断面の長軸と概直角方向に走査する。カメラ１３は、測定対象１２に映し出される反射光（輝線）を撮影する。
このような装置によって得られた画像Ｐ１５から、測定対象１２の三次元形状を推定し、欠陥１４を検出する。

図１０において、ランプ等の光源２１は、平面形状を有する測定対象２２に光を照射する。測定対象２２からの反射光はスクリーン２３に映し出される。カメラ２４はスクリーン２３に映し出された反射光を撮影する。
このような装置により得られた測定画像Ｐ２５と、予め良品を撮影した画像と比較すること等で、欠陥２６を検出する。

特許文献１には、三次元形状の測定対象にレーザ光を照射し、測定対象の三次元データを得て測定対象の測定を行う構成が詳細に記載されている。

特開平９−８９５３４号公報

しかしながら、これらのような装置では、以下の課題があった。
図８の装置においては、測定対象の欠陥部分と正常部分とからの反射光のコントラスト比を高めるため、光源の照射角度を変えなけらばならない場合がある。また、比較のための良品の画像も撮影しなければならない。さらに、測定対象の表面が高い反射率を有する場合には、表面に周囲が映し出されてしまうため欠陥の検出が困難となる。

図９の装置においては、測定対象に映し出される輝線の幅よりも小さな欠陥は検出しにくい。また、測定対象の表面が高い反射率を有する場合には、スリットレーザ光や細長いパターン光等の光が測定対象の表面によって反射されてしまい輝線として現れにくく、撮影が困難となり、欠陥の検出が困難となる。

図１０の装置においては、スクリーンに投影された反射光は、測定対象が平面かつ、鏡のように高い反射率を有する場合には反射光の濃淡が均一であるか否かを判断すればよいが、測定対象が三次元形状の場合には反射光の濃淡が、場所によって複雑に変化するため、反射光の濃淡による欠陥の検出は困難となる。また、欠陥が小さいために欠陥による反射光の光レベル変動が、測定対象表面の反射率のばらつきによる反射光の光レベルの変動よりも小さくなる場合には、欠陥の検出が困難となる。

このように、測定対象が三次元形状等を有し、かつ表面が高い反射率を有する場合には、図８〜図１０に示す欠陥検査装置のいずれにおいても、測定対象の微小欠陥を検出することが困難であるという課題があった。

そこで本発明は、スリットレーザ光等を、回転または直線移動する測定対象に照射し、測定対象からの反射光を撮影した二次元画像に基づいて、測定対象の微小欠陥を検出する欠陥検査装置を実現することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
前記測定対象からの反射光を受光してその二次元画像を出力する受光部と、
前記二次元画像に基づいて、前記反射光がそのスリット幅に相当する領域以外の領域に現れるか否かによって、前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
前記測定対象からの反射光を受光してその二次元画像を出力する受光部と、
前記二次元画像に基づいて、前記反射光の長軸方向の光量の総和を、前記長軸と直交する軸方向に渡ってプロットし、このプロット結果に基づいて前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、
前記欠陥検出手段は、前記プロット結果の前記光量の総和の値が、前記反射光のスリット幅に相当する部分以外の領域において、定められた閾値を超えるか否かに基づいて前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
前記測定対象からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する部分の光を遮断する短冊状のマスク手段と、
前記測定対象に対し前記マスク手段の後方に配置され、前記反射光を、前記マスク手段の長軸を中心として左右に二分して受光し、左右それぞれの側の二次元画像を出力する受光部と、
前記左右それぞれの側の二次元画像に基づいて前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明であって、
前記欠陥検出手段は、前記左右それぞれの側の二次元画像のいずれかに、前記反射光が現れるか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明であって、
前記欠陥検出手段は、前記左右それぞれの側の二次元画像の光量の総和を、測定対象の回転角度または移動距離に応じてプロットし、前記左右それぞれの側の二次元画像の光量の総和が閾値を超えるか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明であって、
前記欠陥検出手段は、前記一方の二次元画像の光量の総和のプロットから、前記他方の二次元画像の光量の総和のプロットを減算したプロットを取得し、得られたプロットが、上限値以上かつ下限値以下に存在するか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明であって、
前記受光部は、前記反射光を投影するスクリーンと、投影された前記反射光を撮像して二次元画像を出力するカメラを備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明であって、
前記受光部は、前記反射光を投影する半透明拡散板と、この半透明拡散板を透過した反射光を撮像して二次元画像を出力するカメラを備えることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、
回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
前記測定対象からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する部分を遮断する短冊状のマスク手段と、
前記測定対象に対し前記マスク手段の後方に配置され、前記反射光を、前記マスク手段の長軸を中心として左右に二分して集光し、左右それぞれの側で集光した光量の総和を電気信号に変換する左右それぞれの光電変換部と、
前記左右それぞれの光電変換部が出力する電気信号を入力し、変位信号を出力する差動アンプと、
前記変位信号に基づいて前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のに記載の発明であって、
前記欠陥検出手段は、前記変位信号が上限値以上かつ下限値以下に存在するか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする。

本発明によれば、光源が、回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射し、受光部が測定対象からの反射光を受光してその二次元画像を出力し、欠陥検出手段が二次元画像に基づいて、反射光がそのスリット幅に相当する領域以外の領域に現れるか否かによって、測定対象の欠陥を検出するので、表面が高い反射率を有する測定対象の微小欠陥を検出する欠陥検査装置を実現することができる。

本発明の一実施例の構成図である。 図１の装置により取得した二次元画像例を示した図である。 図１の装置における欠陥検出を説明する図である。 本発明の他の実施例の構成図である。 図４の装置により取得した二次元画像例を示した図である。 図５の装置における欠陥検出を説明する図である。 本発明の他の実施例の構成図である。 従来の欠陥検査装置の構成例を示した図である。 従来の欠陥検査装置の構成例を示した図である。 従来の欠陥検査装置の構成例を示した図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示した構成図である。
スリットレーザ光や細長いパターン光等の光を出力する光源３１は、回転軸３２を中心として回転する、回転体状の測定対象３３の側面に光を照射する。
測定対象３３からの反射光は、スクリーン３４に映し出され、カメラ３５は、スクリーン３４に映し出された反射光を撮影し、二次元画像を出力する。
なお、スクリーン３４は半透明拡散板でもよく、この場合は、スクリーン３４の背後のカメラ３６が、スクリーン３４を透過した反射光を撮影し、二次元画像を出力する。このように、スクリーン３４と、カメラ３５またはカメラ３６で受光部３７を形成する（図示しているのは、スクリーン３４とカメラ３６から成る受光部３７）。
プロット手段３８は、受光部３７が出力する二次元画像に基づいてプロットを行う。
欠陥検出手段３９は、このプロット結果に基づいて欠陥を検出する。

このような、装置の動作について詳細に説明する。
光源３１は、回転軸３２を中心として回転する測定対象３３の側面に光を照射する。測定対象３３からの反射光は、スクリーン３４に映し出され、カメラ３５は、スクリーンに映し出された反射光を撮影し、二次元画像を出力する。
または、スクリーン３４が半透明拡散板の場合には、スクリーン３４の背後のカメラ３６が、スクリーン３４を透過した反射光を撮影し、二次元画像を出力する。
図２のＰ４１，Ｐ４２，Ｐ４３は、カメラ３５またはカメラ３６によって、時間Ｔｎ，Ｔｎ１，Ｔｎ２において撮影された二次元画像の例である。

プロット手段３８は、カメラ３５またはカメラ３６が出力する二次元画像に基づいて、反射光の長軸（スリットの長辺）方向の光量の総和（Σｖ）を、長軸と直交する軸方向に渡ってプロットする。
図３は、Ｔｎ２における二次元画像Ｐ４３に基づくプロット結果の例である。縦軸はΣｖ、横軸は長軸と直交する軸方向位置を示している。

欠陥検出手段３９は、反射光のスリット幅に相当する範囲（正常表面による反射光の範囲）以外の範囲において、Σｖが定められた閾値を越える場合に、欠陥が存在すると判断する。
例えば、図３においては、正常表面による反射光の範囲（反射光のスリット幅に相当する範囲）以外で、Σｖが閾値Ａを越える領域Ｂが存在するので、この部分を欠陥４０による反射光とみなし、測定対象３３に欠陥が存在すると判断する。

このように、光源３１が、回転する測定対象３３にスリット光を照射し、スクリーン３４とカメラ３５またはカメラ３６から成る受光部３６が測定対象３３からの反射光を受光してその二次元画像を出力し、プロット手段３８が、二次元画像に基づいて、反射光の長軸方向の光量の総和（Σｖ）を、長軸と直交する軸方向に渡ってプロットし、欠陥検出手段３９が、プロット結果に基づいて、正常表面による反射光の範囲（反射光のスリット幅に相当する範囲）以外で、Σｖが閾値を超えるか否かに基づいて、測定対象３３の欠陥４０を検出するので、回転体状でかつ表面が高い反射率を有する測定対象３３の欠陥を高精度に検出する欠陥検査装置を実現することができる。

次に、本発明の他の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
図４は、本発明の他の実施例を示した構成図である。ここで図１と同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。
図４において、マスク手段５１は、測定対象３３からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する光のみを遮断するよう短冊状に形成される。
スクリーン５２は、測定対象３３に対してマスク手段５１の後方に配置され、反射光をマスク手段５１の長軸を中心として左右に二分して受光するよう形成される。
カメラ５３は、スクリーン５２の左右の側に映し出された反射光を撮影し、左右それぞれの二次元画像を出力する。
なお、スクリーン５２は半透明拡散板でもよく、この場合は、スクリーン５２の背後のカメラ５４によってスクリーン５２を透過した反射光を撮影し、左右それぞれの側の二次元画像を出力する。このようにスクリーン５２と、カメラ５３またはカメラ５４により、受光部５５を形成する。
プロット手段５６は、受光部５５が出力する左右それぞれの二次元画像の光量の総和を、測定対象３３の回転角度（または経過時間）に応じてプロットする。
欠陥検出手段５７は、プロット手段５６のプロット結果に基づいて、測定対象３３の欠陥４０を検出する。

このような装置の動作について詳細に説明する。
マスク手段５１は、測定対象３３からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する光のみを遮断する。スクリーン５２は、反射光をマスク手段の長軸を中心として左右二分して映し出す。
カメラ５３は、スクリーン５２に映し出された反射光を撮影し、左右それぞれの側の二次元画像を出力する。
スクリーン５２が半透明拡散板の場合は、スクリーン５２の背後のカメラ５４がスクリーン５２を透過した反射光を撮影し、左右それぞれの側の二次元画像を出力する。

図５のＰ６１，Ｐ６２，Ｐ６３は、カメラ５３またはカメラ５４によって、それぞれ、時間Ｔｎ，Ｔｎ１，Ｔｎ２において撮影された二次元画像の例である。
プロット手段５６は、左右それぞれの二次元画像の総和を、測定対象３３の回転角度（または経過時間）に応じてプロットする。

図６は、プロット手段５６のプロット結果であり、ここで示すΣＬおよびΣＲは、左右それぞれの二次元画像の光量の総和を、測定対象３３の回転角度（または経過時間）に応じてプロットしたものである。また、図６中「ΣＬ−ΣＲ」は、左側の二次元画像の総和ΣＬから右側の二次元画像の総和ΣＲを減算したプロットである。

欠陥検出手段５７は、ΣＬまたはΣＲのいずれかが図６に示す閾値Ｆを超える場合に測定対象の欠陥が存在すると判断する。
また、欠陥検出手段５７は、「ΣＬ−ΣＲ」のプロットが上限値Ｇ以上かつ下限値Ｈ以下である場合に測定対象の欠陥が存在すると判断する。
なお、「ΣＬ−ΣＲ」の代わりに、正負を反転した「ΣＲ−ΣＬ」に基づいて、上記同様上限値および下限値を設定して判断してもよい。

このように、光源３１が、回転する測定対象にスリット光を照射し、マスク手段５１が、測定対象３３からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する部分の光を遮断し、スクリーン５２とカメラ５３またはカメラ５４から成る受光部５５が、反射光を、マスク手段５１の長軸を中心として左右に二分して受光し、左右それぞれの側の二次元画像を出力し、プロット手段５６が、左右それぞれの側の二次元画像の光量の総和を、測定対象の回転に応じてプロットし、欠陥検出手段５７が、左右どちらか一方の二次元画像の光量の総和のプロットから、他方の二次元画像の光量の総和のプロットを減算したプロットを取得し、得られたプロットが、上限値以上かつ下限値以下に存在するか否かに基づいて、測定対象３３の欠陥を検出するので、回転体状でかつ表面が高い反射率を有する測定対象の欠陥を高精度に検出する欠陥検査装置を実現ることができる。
特に、測定対象３３からの反射光のうち、スリット幅に相当する光を遮断するので、測定対象３３の正常な表面からの反射光は検出せず、欠陥表面からの反射光のみを検出することとなる。したがって、カメラ５３，５４では、光量の大きい測定対象３３の正常な表面からの反射光のための露光時間や絞りなどを考慮する必要が無く、比較的光量の小さい測定対象３３の欠陥からの反射光のための露光時間や絞りを考慮すればよくなる。
このため、微小な欠陥に対しても、高価な高感度のカメラを使用せずとも、たとえば露光時間を長くするだけで検出感度を上げることが可能となり、装置のコストの低く抑えた欠陥検査装置を実現することができる。

また、図７のように、スクリーン５２に映し出された反射光を左右それぞれ側でレンズ７１によって集光し、集光した反射光を左右それぞれの光センサ７２が電気信号に変換し、左右それぞれの光センサ７２の出力を差動アンプ７３が電気信号に変換して変位信号として出力し、欠陥検出手段７４が、この差動信号に基づいて、測定対象３３の欠陥４０の存在を判断してもよい。
例えば、差動信号が上限値以上かつ下限値以下となる場合に測定対象に欠陥があると判断してもよい。
このため、差動信号のレベルのみで欠陥の有無を判断できるので、カメラ等による画像処理が不要となり、図４に示す装置による効果に加え、より簡単な構成の低コストの欠陥検査装置が実現できる。

なお、図１、図４、図７に示す実施例では、回転する測定対象の側面に光を照射する構成を示したが、直線移動する直方体状や平面状等の測定対象の表面に光を照射する構成としてもよい。正常な測定対象を移動させたときに、スクリーンに映る測定対象の反射光の大きさおよび位置が一定となる測定対象であれば、どのような測定対象でもよい。

３１ 光源
３３ 測定対象
３４、５２ スクリーン
３５、３６、５３、５４ カメラ
３７、５５ 受光部
３８、５６ プロット手段
３９、５７、７４ 欠陥検出手段
４０ 欠陥
５１ マスク手段
７１ レンズ
７２ 光センサ
７３ 差動アンプ
Ｐ４１〜Ｐ４３、Ｐ６１〜Ｐ６３ 二次元画像

Claims (11)

1. 回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
   前記測定対象からの反射光を受光してその二次元画像を出力する受光部と、
   前記二次元画像に基づいて、前記反射光がそのスリット幅に相当する領域以外の領域に現れるか否かによって、前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
   前記測定対象からの反射光を受光してその二次元画像を出力する受光部と、
   前記二次元画像に基づいて、前記反射光の長軸方向の光量の総和を、前記長軸と直交する軸方向に渡ってプロットし、このプロット結果に基づいて前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
3. 前記欠陥検出手段は、前記プロット結果の前記光量の総和の値が、前記反射光のスリット幅に相当する部分以外の領域において、定められた閾値を超えるか否かに基づいて前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
   前記測定対象からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する部分の光を遮断する短冊状のマスク手段と、
   前記測定対象に対し前記マスク手段の後方に配置され、前記反射光を、前記マスク手段の長軸を中心として左右に二分して受光し、左右それぞれの側の二次元画像を出力する受光部と、
   前記左右それぞれの側の二次元画像に基づいて前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
5. 前記欠陥検出手段は、前記左右それぞれの側の二次元画像のいずれかに、前記反射光が現れるか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査装置。
6. 前記欠陥検出手段は、前記左右それぞれの側の二次元画像の光量の総和を、測定対象の回転角度または移動距離に応じてプロットし、前記左右それぞれの側の二次元画像の光量の総和が閾値を超えるか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査装置。
7. 前記欠陥検出手段は、前記一方の二次元画像の光量の総和のプロットから、前記他方の二次元画像の光量の総和のプロットを減算したプロットを取得し、得られたプロットが、上限値以上かつ下限値以下に存在するか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査装置。
8. 前記受光部は、前記反射光を投影するスクリーンと、投影された前記反射光を撮像して二次元画像を出力するカメラを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の欠陥検査装置。
9. 前記受光部は、前記反射光を投影する半透明拡散板と、この半透明拡散板を透過した反射光を撮像して二次元画像を出力するカメラを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の欠陥検査装置。
10. 回転または直線移動する測定対象にスリット光を照射する光源と、
    前記測定対象からの反射光のうち、そのスリット幅に相当する部分を遮断する短冊状のマスク手段と、
    前記測定対象に対し前記マスク手段の後方に配置され、前記反射光を、前記マスク手段の長軸を中心として左右に二分して集光し、左右それぞれの側で集光した光量の総和を電気信号に変換する左右それぞれの光電変換部と、
    前記左右それぞれの光電変換部が出力する電気信号を入力し、変位信号を出力する差動アンプと、
    前記変位信号に基づいて前記測定対象の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
    を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
11. 前記欠陥検出手段は、前記変位信号が上限値以上かつ下限値以下に存在するか否かに基づいて、前記測定対象の欠陥を検出することを特徴とする請求項１０に記載の欠陥検査装置。