JP2012032356A - 透明板状部材の歪み検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明な板状部材でも、モアレパターンが得られる歪み検出装置の提供。
【解決手段】板状の透明な検査対象物１６，１７を搭載し得る透明な定盤２を有し、定盤の上下に第１及び第２の基準格子ユニット３，５が対称的に配置されており、各基準格子ユニット３，５は、面発光ユニット３ａ，５ａ及び該面発光ユニットの発光面３ｃ，５ｃに配置された面格子３ｂ，５ｂをそれぞれ有し、第１の基準格子ユニット３と対向する位置に、第１の基準格子ユニット３の面格子３ｂの検査対象物１６，１７からの反射像と、第２の基準格子ユニット５の面格子５ｂの、定盤２及び検査対象物１６，１７を透過して来た像を重ね合わせた重畳画像データＤＡＴを取得する面格子画像取得手段７を設け、該重畳画像データＤＡＴに基づいて、モアレ縞が発生しているか否かを判定して検査対象物１６，１７の歪みや反りの存在を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透明な板状部材であっても、モアレポトグラフィ計測法を用いて歪みを簡易的に検出可能な透明板状部材の歪み検出装置に関する。特に、本発明は、ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイのバックライトユニットを構成する導光板などに使用される透明の板状部材の反りを簡易的に検査することの出来る、透明板状部材の歪み検出装置に関する。

板状部材の反り検査方法としては、非接触３次元測定器による精密な測定が可能となっている。しかし非接触３次元測定器は半導体ウェハの反りを測定する用途で使われるなど極めて高い測定精度が求められるために非常に高価であり、ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイのバックライトユニットを構成する導光板などについて、簡易的に反り具合を検出するのに用いるのには適切とはいえない。

簡易的な３次元測定として他に挙げられるのがモアレトポグラフィを利用した方法がある。モアレトポグラフィとは等高線モアレ縞測定方法ともよばれ、所定ピッチで所定方向に複数線条を配列させた基準格子を光照射などによってその陰影を物体表面上に形成させ、この基準格子と、被測定物体表面上の基準格子の陰影とを干渉させることによって形成される等高線モアレ縞を観察することで３次元物体の形状などが認識されるものである。

このようなモアレトポグラフィ計測法の応用例として、物体の歪みや反り、表面上の傷や凹凸具合の測定がある。特許文献１には測定物体が３次元形状面であってもモアレ縞情報を抽出できる方法が開示されており、特許文献２にはウェハ上の極微小な汚染粒子を、モアレパターンの視覚的歪みを識別することで検知する方法が開示されている。

特公昭６１−３５４８４ 特開平９−１４６２６０

従来のモアレトポグラフィ計測法は、被測定物体に格子像を投影するものであったが、被測定物体が透明体であると投影像が見えにくくなり、モアレパターンの識別が困難になるため実用的ではない。なお、簡易的に板状部材の歪みを検出する際には、モアレパターンとして必ずしも等高線モアレ縞を生成させる必要はなく、部材の歪みによって生じるモアレ縞の板状部材全体に対する発生頻度又は発生態様を測定するだけで足りる場合も多い。

そこで、本発明は、被測定物体が透明な板状部材であっても、適切にモアレパターンを取得することが出来、しかも簡易に板状部材の歪みを検査することの出来る、透明板状部材の歪み検出装置を提供することを目的とするものである。

上述する課題を解決するための最初の観点は、板状の透明な検査対象物（１６，１７）を搭載し得る透明な定盤（２）を有し、該定盤の上下に第１及び第２の基準格子ユニット（３，５）が対称的に配置されており、
前記各基準格子ユニット（３，５）は、面発光ユニット（３ａ，５ａ）及び該面発光ユニットの発光面（３ｃ，５ｃ）側に配置された同一形状の格子（６）からなる面格子（３ｂ，５ｂ）をそれぞれ有し、
前記第１の基準格子ユニット（３）と対向する位置に、前記第１の基準格子ユニット（３）の面格子（３ｂ）の、前記定盤（２）上に搭載された検査対象物（１６，１７）からの反射像と、前記第２の基準格子ユニット（５）の面格子（５ｂ）の、前記定盤（２）及び検査対象物（１６，１７）を透過して来た像を重ね合わせた重畳画像データ（ＤＡＴ）を取得する面格子画像取得手段（７）を設け、
該面格子画像取得手段（７）により取得された重畳画像データ（ＤＡＴ）に基づいて、モアレ縞（１９）が発生しているか否かで前記検査対象物（１６，１７）の歪みや反りの存在を判定し、その結果を外部に出力するモアレ縞判定部（１２）を設けて構成される。

また、上述する課題を解決するための二つ目の観点は、前記第１及び第２の基準格子ユニット（３，５）は、互いに３次元方向にその位置を調整自在に設けられていることを特徴とする。

また、上述する課題を解決するための三つ目の観点は、前記第１及び第２の基準格子ユニット（３，５）の面発光ユニット（３ａ，５ａ）の明るさを個別に調整可能な調光器（１３）を有することを特徴とする。

上記した最初の観点によれば、モアレ縞（１９）を、第１の基準格子ユニット（３）の面格子（３ｂ）の検査対象物（１６，１７）からの反射像と、第２の基準格子ユニット（５）の面格子（５ｂ）の定盤（２）及び検査対象物（１６，１７）を透過して来た像から得ることが出来、モアレ縞を得るために基準格子の影を被検体上に形成させる必要が無いので、透明な被検体であっても、モアレパターン、即ちモアレ縞（１９）を容易に形成させて、検査対象物の歪みや反りを検出することが出来る。

上記した二つ目の観点によれば、前記第１及び第２の基準格子ユニット（３，５）の相対位置を３次元方向で調整することで、測定に際したキャリブレーションを容易に行うことが出来る。

上記した三つ目の観点によれば、調光器（１３）により、各基準格子ユニット（３，５）の明るさを調整して、モアレ縞（１９）の測定に最適なコントラストを得ることが出来る。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

図１は、本発明が適用される、透明板状部材の歪み検出装置の一例を示す模式図。 図２は、歪みのない透明板状部材の歪み検出結果の一例を示す図。 図３は、歪みの有る透明板状部材の歪み検出結果の一例を示す図。 図４は、歪みの有る別の透明板状部材の歪み検出結果の一例を示す図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。

歪み検出装置１は、図１に示すように、板状の被検体（１６）を搭載することの出来る透明なガラス定盤２を有しており、ガラス定盤２の図中上下には、図中紙面と直交する方向に伸延する平らな板状（例えば、長方形状）にそれぞれ形成された１対の基準格子ユニット３，５が、ガラス定盤２を中心にして、面対称的に配置されている。なお、定盤２は、透明で有ればガラスで無くとも、他の材料から形成されていても良い。各基準格子ユニット３，５は、図中上下左右方向を含む３次元方向にその位置を調整可能に配置されており、各基準格子ユニット３，５は２次元の面状の光源として発光ダイオードなどが２次元配列されて構成される面発光ユニット３ａ、５ａを有している。面発光ユニット３ａ，５ａのガラス定盤２側、即ち、発光面３ｃ，５ｃ側には、例えば図２（ａ）に示すように、同一のピッチで互いに直交する直線から形成される同一形状の格子６からなる面格子３ｂ、５ｂが、ガラス定盤２を中心にして面対称となる形で対称的に配置されている。面格子３ｂ，５ｂの大きさは、面発光ユニット３ａ、５ｂの発光面３ｃ，５ｃと同一に構成されている。

ガラス定盤２の図１上方の、基準格子ユニット３と対向する位置には、カメラ７が、ガラス定盤２上に搭載された、後述する基準体１７や被検体１６などの板状の透明な検査対象物の画像を取得しうるように配置されており、カメラ７には、画像処理部９が接続している。画像処理部９には、モニタなどのディスプレイ１０、基準画像調整部１１、モアレ縞判定部１２が接続しており、基準画像調整部１１には、基準格子ユニット３，５に接続された調光器１３が接続しており、モアレ縞判定部１２には、合否判定部１５が接続している。調光器１３は、各基準格子ユニット３，５の面発光ユニット３ａ，５ａの明るさを個別に調整することが出来る。

歪み検出装置１は、以上のような構成を有するので、ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイのバックライトユニットを構成する導光板などに使用される透明の板状部材の反りなどを簡易的に検査する際には、当該板状部材を被検体１６として、ガラス定盤２の図１上面の被検体搭載面２ａに、当該被検体１６が、基準格子ユニット３，５に図中上下から挟まれる形で配置されるように搭載する。

この状態で、基準格子ユニット３，５の面発光ユニット３ａ，５ａを駆動して基準格子ユニット３、５を発光させる。面発光ユニット３ａ，５ａが発光すると、基準格子ユニット３の面格子３ｂの格子縞が被検体１６に投影される。このとき、被検体１６に投影された面格子３ｂの反射像をカメラ７を用いて取得するが、カメラ７には、ガラス定盤２の下方に配置した基準格子ユニット５の格子５ｂの格子縞の像も、透明な被検体１６を通して、カメラ７に取得されることとなる。

測定に際して、例えば、図２（ｂ）に示すように、前もって被検体１６と同じ材質（樹脂製）で透明で同寸法の、表面が平滑で歪みや反りが無い板状の基準体１７をガラス定盤２上に配置して、カメラ７で基準体１７の映像を取得する。カメラ７には、基準体１７上に投影されてカメラ７に向けて反射されるガラス定盤２上方の基準格子ユニット３の面格子３ｂの反射像と、ガラス定盤２下方からガラス定盤２及び基準体１７を通して透過してくる基準格子ユニット５の面格子５ｂの像が、重ね合わさる形で取得される。この際、基準体１７には、歪みや反りが無いので、格子ユニット３の格子３ｂの像は歪むことなく基準体１７で反射され、下方から基準体１７を屈折する形で透過してくる格子ユニット５の面格子５ｂの映像と重ね合わさる形でカメラ７に取得され、重畳画像データＤＡＴとして画像処理部９に出力される。

ここで、検査者は、基準画像調整部１１及び調光器１３を操作して基準格子ユニット３，５の発光ユニット３ａ，５ａの明るさを調整すると共に、基準格子ユニット３，５の基準体１７に対する３次元位置を微調整して、カメラ７により重畳画像データＤＡＴとして取得され、画像処理部９を介してディスプレイ１０に表示される画像ＰＣが、図２（ａ）で示すように、基準格子ユニット３，５の面格子３ｂ、５ｂが互いに重なった格子縞模様、即ちモアレ縞１９が生じていない状態となるように調整する（キャリブレーション）。これにより、基準格子ユニット５の格子５ｂの像が基準体１７を通過することで生じる屈折による歪みの影響が排除される。

このキャリブレーション動作が終了したところで、検査者は、基準体１７に変えて検査すべき被検体１６をガラス定盤２に搭載し、同様にしてカメラ７を介して、被検体１６を介して取得される基準格子ユニット３，５の面格子３ｂ、５ｂの映像を重畳画像データＤＡＴとして取得する。

ここで、仮に、被検体１６に、図３（ｂ）又は図４（ｂ）に示すように、歪みや反りが有った場合には、被検体１６を介してカメラ７により取得される重畳画像データＤＡＴに基づいて画像処理部９から出力される基準格子ユニット３，５の面格子３ｂ、５ｂのディスプレイ１０上での映像ＰＣには、図３（ａ）又は図４（ａ）に示すように、面格子３ｂ、５ｂの模様が被検体１６の表面の凹凸により干渉を生じて、モアレ縞１９が観測される。

なお、被検体１６のモアレ縞１９の重畳画像データＤＡＴ、即ちディスプレイ１０に表示される映像ＰＣは、ガラス定盤２の下方に配置され、カメラ７から被検体１６及びガラス定盤２を介して透視することの出来る基準格子ユニット５の格子５ｂの透視像と、ガラス定盤２の上方に配置された基準格子ユニット３の格子３ｂの、被検体１６からの反射像から形成される。このモアレ縞１９は、基準格子ユニット３の格子３ｂの、歪みや反りを持った被検体１６での反射による格子像の歪みが、基準格子ユニット５の格子５ｂが、歪みや反りを持った被検体１６を透過することで生じる、格子像の屈折による歪みよりも大きいことから生じるものである。従って、従来のように、モアレ縞を得るために基準格子３ｂの影を被検体１６上に形成させる必要が無いので、透明な被検体１６であってもモアレ縞１９は容易に形成される。

なお、図３（ａ）又は図４（ａ）のモアレ縞１９の模様は、図３（ｂ）又は図４（ｂ）の被検体１６の形状に対応するものではなく、単なる例示であり、実際は基準格子ユニット３，５及びカメラ７の位置によって図示したものとはかなり異なった態様のモアレ縞１９が観測されるが、本発明は、簡易的に被検体１６の歪みや反りを検出すれば足りるので、モアレ縞判定部１２により画像処理部９から出力されるモアレ縞１９の画像ＰＣを解析して、基準体１７の格子縞模様とは異なるモアレ縞１９が観測されれば、被検体１６に歪みや反りが有るものと判定し、画像処理部９にその判定結果を出力し、画像処理部９はディスプレイ１０にその判定結果を表示する。なお、被検体１６に歪みや反りがない場合には、モアレ縞判定部１２でモアレ縞１９は観測されず、被検体１６は歪みがないものと判定され、モアレ縞判定部１２は画像処理部９にその判定結果を出力し、画像処理部９はディスプレイ１０にその判定結果を表示する。モアレ縞判定部１２でのモアレ縞１９の判定は、公知のパターンマッチング手法をなど用いて行う。

また、通常、観測されるモアレ縞１９の単位面積当たりの数は、被検体１６の歪みや反りの程度に比例するので、ディスプレイ１０に表示される被検体１６の画像の所定位置（領域）でのモアレ縞１９の密度をモアレ縞判定部１２で測定し、その測定結果に応じて、合否判定部１５で予め決められた基準に従って、被検体１６の合否判定を行うようにするとよい。合否判定の結果は、ディスプレイ１０に表示される。

２……定盤
３，５……基準格子ユニット
３ａ，５ａ……面発光ユニット
３ｂ，５ｂ……面格子
３ｃ，５ｃ……発光面
６……格子
７……面格子画像取得手段（カメラ）
１２……モアレ縞判定部
１３……調光器
１６……検査対象物（被検体）
１７……検査対象物（基準体）
１９……モアレ縞
ＤＡＴ……重畳画像データ

Claims (3)

1. 板状の透明な検査対象物を搭載し得る透明な定盤を有し、該定盤の上下に第１及び第２の基準格子ユニットが対称的に配置されており、
   前記各基準格子ユニットは、面発光ユニット及び該面発光ユニットの発光面側に配置された同一形状の格子からなる面格子をそれぞれ有し、
   前記第１の基準格子ユニットと対向する位置に、前記第１の基準格子ユニットの面格子の、前記定盤上に搭載された検査対象物からの反射像と、前記第２の基準格子ユニットの面格子の、前記定盤及び検査対象物を透過して来た像を重ね合わせた重畳画像データを取得する面格子画像取得手段を設け、
   該面格子画像取得手段により取得された重畳画像データに基づいて、モアレ縞が発生しているか否かで前記検査対象物の歪みや反りの存在を判定し、その結果を外部に出力するモアレ縞判定部を設け、
   て構成した透明板状部材の歪み検出装置。
2. 前記第１及び第２の基準格子ユニットは、互いに３次元方向にその位置を調整自在に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の透明板状部材の歪み検出装置
3. 前記第１及び第２の基準格子ユニットの面発光ユニットの明るさを個別に調整可能な調光器を有することを特徴とする、請求項１記載の透明板状部材の歪み検出装置

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