JP2013213839A - 簡易テレセントリックレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の微小な凹凸欠陥を見やすく可視化するためのテレセントリックレンズ装置を簡単な構成で提供する。
【解決手段】照明部１２により試料３０のほぼ全面に平行光を照射する。試料３０を透過した平行光をアフォーカルレンズ１４により収束させる。アフォーカルレンズ１４と撮像用の小型テレセントリックレンズ１５及びＣＣＤカメラ１６とを、光軸１９上で空間的に分離して配置する。小型テレセントリックレンズ１５及びＣＣＤカメラ１６を光軸１９上で移動して、試料３０の被検査面３０ａをフォーカスおよびデフォーカスして撮像する。デフォーカス撮影時の表示画面に微小欠陥が顕在化して表示されるため、熟練を要することなく微小欠陥を検出することができる。アフォーカルレンズ１４で縮小平行光にして小型テレセントリックレンズ１５で撮像するため、テレセントリックレンズが大型化することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は簡易テレセントリックレンズ装置に関するものである。さらに、詳しくは、デジタルカメラ、携帯電話、各種モバイルゲーム機、カーナビゲーション機、電子辞書、液晶フォトスタンドなどに使われる小型ディスプレイ用透明フィルムや、比較的小型の平板状透明ガラス、平板状透明プラスチック（以下、単に平板状透明体という）の微小凹凸欠陥検査に用いて好適な簡易テレセントリックレンズ装置に関するものである。なお、本明細書でいう微小凹凸欠陥とは、その箇所に異物がないものも含む微小な部分的厚み変化による欠陥を云う。このような微小凹凸欠陥は、目視検査や通常の照明法・撮像方法では見えにくい。

従来から一般的に行われているディスプレイ用各種光学フィルムの欠陥検査方法は、幅が数百ｍｍ〜数ｍのウェブ状フィルムを搬送している間に、ライン状照明装置と複数のラインセンサとを用いて、被検査面を撮影し、この撮影画像に基づき欠陥を特定している。このウェブ状フィルムの欠陥検査方法では、デジタルカメラや携帯電話用などの比較的小さなサイズにカットされ、加工された後の検査対象品の場合には、そのまま検査することができない。しかも、小型加工時に品質欠陥が発生した場合には、これらを事後的に検査することができない。このため、デジタルカメラや携帯電話用に広く使われている比較的小型の液晶用偏光フィルムの加工工程で生ずる気泡、キズ、異物等の微小な欠陥を加工後に検査する際は、高輝度ＬＥＤや蛍光灯、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの強い光を検査対象の小型フィルムに照射し、欠陥界面からの散乱光または回折光を目視検査する方法が広く行われていた。

しかしながら、透明フィルム加工後の各種欠陥には、微小な凹凸状欠陥も存在することがある。しかも、その凹凸状欠陥に異物がないことが多く、この場合は強い光を照射しても欠陥界面からの散乱光がなく、屈折光等の異常光も非常に小さいため、目視検査で見逃す可能性が高い。このような透明フィルム加工後の各種欠陥を検査する装置は実用化されておらず、透明フィルムからの透過光を暗視野照明方法でオペレータが目視検査して、微小凹凸欠陥を検出している。このため、検査には熟練を要するとともに、検査時間が長くなるという問題もあった。

ところで、光学ガラスの脈理など、透明体の屈折率不均一性を可視化する方法として、シュリーレン法が知られている。シュリーレン法は透明体に平行光を透過させ、透過後の光を凸レンズまたは凹面鏡で集光し、その焦点付近にナイフエッジを置き、集光後に広がった光をスクリーンに投影するなどして像を観察するものである。このシュリーレン法では、屈折率が均一な透明体エリア（正常な透明体エリア）を透過した平行光は、凸レンズまたは凹面鏡の焦点を通る。また、屈折率の不均一性部分を透過した光は、平行光と進行方向が異なる。したがって、ナイフエッジにより屈折した光あるいは透明体をそのまま透過した平行光のいずれかをカットすることで、不均一部分を可視化させて検出することができる。

また、シュリーレン法ではなく、特許文献１及び２に記載されているように、被検査対象物である試料を透過、または反射した平行光をそのままテレセントリックレンズで受光する方法も知られている。しかしながら、この方法では一度に検査可能なサイズが受光用テレセントリックレンズの視野（ほぼ口径に近い）以下となる。このため８型（対角線２００ｍｍ)近くまで大型化傾向のあるモバイル用途の液晶ディスプレイに加工された試料全体を一度に画像検査する場合、試料とほぼ同じ口径の大型テレセントリックレンズが必
要になる。このような大口径テレセントリックレンズは非常に高価で、かつ重く、フォーカス、デフォーカスのために光軸上で移動することも容易ではない。また、これら特許文献１，２の方法では、テレセントリックレンズを用いるものの、本発明のようにデフォーカスにより欠陥を顕在化するという技術的思想の開示はない。

一方、特許文献３には、デフォーカスして透明体の欠陥を見やすくする方法が記載されているが、この場合のデフォーカスは光学的ローパスフィルタの役割を利用してブラウン管に存在するマトリックスパターンをぼかして、背景ノイズを減らすものである。したがって、偏光フィルムのように、もともとパターンのない無地の検査対象におけるデフォーカスによる輝度増減現象や欠陥面積の拡大現象を利用する本発明とは基本的に異なる技術的思想である。

また、特許文献４には、試料を透過または反射した平行光を凸レンズまたは凹面鏡で収束させ、この光束を、画角のあるレンズで受光する例が記載されている。しかし、画角のある受光用レンズでデフォーカスして、ＣＣＤカメラ等で撮像すると、レンズがテレセントリックでないため、試料全体の画像の大きさが変わる。したがって、画像検査用としては好ましくないこともあり、汎用性が低下する。

特開平７-１４６２４４号公報 特開平１０-２６７６３６号公報 特開平１１-２５８１７１号公報 特開２００５-１８９２２０号公報

解決しようとする問題点は、例えばデジタルカメラや携帯電話用の偏光フィルムのような最終製品サイズにカットされた小型の透明フィルム等の被検査物に含まれる微小な凹凸欠陥を目視などにより、確実且つ迅速に検出することができない点である。このため、本発明では、被検査物の微小凹凸欠陥を顕在化させて、短時間に、容易にしかも確実に検査する方法及び装置に用いられる視野サイズの大きいテレセントリックレンズ装置を簡単な構成で提供することを目的としている。

本発明の簡易テレセントリックレンズ装置は、被検査物からの平行光を集光する凸レンズ、及び前記凸レンズにより集光された光束を縮小平行光にする凹レンズからなるアフォーカルレンズと、前記アフォーカルレンズにより縮小平行光とされた平行光束が入射される縮小平行光用テレセントリックレンズと、前記縮小平行光用テレセントリックレンズを前記平行光束の光軸方向に移動自在に保持するレンズ保持部とを有する。本発明でいう平行光は、純粋な平行光のみをいうものではなく、概ね平行光であれば良く、概平行光を含む意味で用いている。

なお、前記アフォーカルレンズの前記凸レンズの直径が７５ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、前記凹レンズの直径及び前記テレセントリックレンズの対角視野の直径が７０ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記アフォーカルレンズの平行光収束用凸レンズを、同じ焦点距離で口径を異ならせて複数有し、いずれか一つを選択的にセットすることが好ましい。

本発明によれば、被検査物からの平行光を集光する凸レンズ、及び凸レンズにより集光された光束を縮小平行光にする凹レンズからなるアフォーカルレンズを有するため、アフォーカルレンズにより縮小平行光とされた平行光束を縮小平行光用テレセントリックレンズで受けることができる。したがって、被検査物の平行光を直接にテレセントリックレンズに入れる場合に比べて、用いるテレセンリックレンズや撮像装置の小型化が図れる。したがって、その分だけ、低廉なテレセントリックレンズ装置の使用が可能になり、装置全体の製造コストを安価に抑えることができる。また、機械的にもシンプルで安価なシステム構成が可能になる。

被検査物のサイズが大きくなれば、被検査物を透過または反射する光束径も大きくなるので、アフォーカルレンズの凸レンズ口径も大きくなり、重量も重くなる。そこで、アフォーカルレンズは固定し、撮像用の小型テレセントリックレンズのみを光軸上で独立して移動可能なようにアフォーカルレンズから分離することにより、光軸上で空間的に分離された小型テレセントリックレンズ及び撮像装置を光軸上で移動することが可能になる。したがって、アフォーカルレンズも一緒に移動させる必要がなくなり、小型化が図れ、フォーカスやデフォーカスが容易に行える。また、移動対象が小型テレセントリックレンズやこれに光学的に連結されて一体化される撮像装置だけとなるので、レンズ移動装置の大型化や強度増加対策が不要になり、その分だけ構成が簡単になり、製造コストを下げることができる。

被検査物を透過または反射した平行光をテレセントリックレンズで受光し、これをデフォーカスして凹凸欠陥の輝度増減効果や面積増大効果により、微小凹凸欠陥が顕在化されることにより、顕在化された微小凹凸欠陥をディスプレイ上で確認することが可能になる。したがって、初心者でも容易に迅速且つ正確に、微小凹凸欠陥の検出が可能になる。また、ディスプレイに表示する代わりに、または表示することに加えて、例えばしきい値を用いて２値化処理することにより、微小凹凸欠陥の自動検出も可能になる。

本発明の簡易テレセントリックレンズ装置を用いた微小凹凸欠陥検査装置の概略を示す縦断面図である。 微小凹凸欠陥を有する被検査面をフォーカスして撮像したときの表示部による表示画面の一例を示す正面図である。 微小凹凸欠陥を有する被検査面をデフォーカスして撮像したときの表示部による表示画面の一例を示す正面図であり、微小凹凸欠陥のレンズ効果による明暗・面積拡大現象を示している。 微小異物欠陥を有する被検査面をフォーカスして撮像したときの表示部による表示画面の一例を示す正面図である。 微小異物欠陥を有する被検査面をデフォーカスして撮像したときの表示部による表示画面の一例を示す正面図である。 微小凹凸欠陥及び微小異物欠陥の検査結果を一覧に示す表である。 微小凹凸欠陥及び微小異物欠陥の検査結果を一覧に示すグラフである。 アフォーカルレンズの凸レンズをターレット方式とした別実施形態の要部を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の簡易テレセントリックレンズ装置を用いた被検査物の微小凹凸欠陥検査装置１０は、矩形箱状のフレーム１１の鉛直方向で下部から上部に向かって順に、照明部１２、試料台１３、アフォーカルレンズ１４、受光用の小型テレセントリックレンズ１５を有するＣＣＤカメラ（撮像装置）１６を配置して構成されている。ＣＣＤカメラ１６は、レンズ移動部１７によって、光軸１９方向（鉛直方向）で移動自在とされ
ている。また、ＣＣＤカメラ１６の出力は、液晶パネルからなる表示部１８に送られて、試料台１３にセットされた試料３０の撮影画像が表示部１８の表示面１８ａに表示される。なお、ＣＣＤカメラの撮像デバイスは、ＣＣＤの他にＣＭＯＳやその他のものを用いてよい。

照明部１２は、高輝度拡散ＬＥＤ光源２１、ピンホールプレート２２、コリメート用凸レンズ２３、及びこれらを収納する円筒状の鏡筒２４から構成されており、試料台１３の試料３０に向けて平行光を照射する。

試料台１３は、台本体３１と、この台本体３１に設けられ、試料３０のサイズに合わせて形成される段付きの開口部１３ａと、台本体３１を光軸１９方向に移動自在に保持する台移動部３２とを備えている。開口部１３ａには試料３０が載置される。なお、台本体３１は、試料３０の被検査面３０ａが上を向いて、平行光に垂直になるように、試料３０を保持することができるものであればよく、試料３０の保持方法は単なる載置の他に挟持等であってもよく、特に限定されない。

台移動部３２は、ラックアンドピニオン方式のシフト機構から構成されており、ピニオン（図示せず）と同軸で取り付けられた操作ダイヤル３３を回動させることにより、ラック（図示せず）を介して台本体３１を鉛直方向に移動させる。これにより、試料台１３上にセットされた試料３０の被検査面３０ａに対しフォーカス及びデフォーカスする際の粗調整を行うことができる。

アフォーカルレンズ１４は、集光用凸レンズ３５と、この集光用凸レンズ３５で集光された光束を平行光にする凹レンズ３６と、これらを光軸１９に沿って配置するレンズ鏡筒３８とから構成されている。

受光用の小型テレセントリックレンズ１５は、例えば、対角視野が５３ｍｍで０．１７倍の市販品を用いており、これを１／１．８型のＣＣＤカメラ１６に一体的に取り付けている。

レンズ移動部１７は、取り付けブラケット４０、ラックアンドピニオン方式のシフト機構４１、及び取り付け台４２から構成されており、ピニオン（図示せず）と同軸で取り付けられた操作ダイヤル４４を回動させることにより、ラック（図示せず）を介して小型テレセントリックレンズ１５とＣＣＤカメラ１６とを一体的に鉛直方向に移動させる。これにより、試料台１３上にセットされた試料３０の被検査面３０ａに対しフォーカス及びデフォーカスする際の微調整を行うことができる。

ＣＣＤカメラ１６で撮影された試料３０の被検査面３０ａの画像は表示部１８に表示される。図２は液晶表示パネルからなる表示部１８の表示画像５０の一例を示している。図２の表示画像５０では、被検査面３０ａの中央部の左側に微小凸欠陥５１が、中央部の右側に微小凹欠陥５２が見られる。これらの微小凹凸欠陥５１，５２は、試料３０を目視により直接に観察する場合には、訓練を重ねた熟練者には目視可能であるが、初心者にとっては目視が困難であり見落としてしまいがちである。被検査面３０ａにフォーカスした図２の画像では、微小凸欠陥５１及び微小凹欠陥５２も表示画像５０上に顕在化されておらず、表示画像５０上では確認することができない。図２では、目視による確認が不可能な見えない状態を破線で表示してある。なお、図示の都合上、図２では、微小凸欠陥５１及び微小凹欠陥５２を図示するために拡大し誇張して表示している。実際には微小凸欠陥５１及び微小凹欠陥５２は、直径が２００μｍ〜８００μｍ程度の微小なものである。

図１に示すように、操作ダイヤル３３，４４を回して試料台１３並びに小型テレセント
リックレンズ１５及びＣＣＤカメラ１６の位置を光軸１９上で変えると、図３に示すように、被検査面３０ａがデフォーカスして撮像される。これによって、図３に示す表示部１８の表示画像５３において、被検査面３０ａの中央部に対し左側の微小凸欠陥５１は明るくなり、また右側の微小凹欠陥５２は暗くなり、且つその部分の面積が拡大されることにより顕在化される。したがって、被検査面３０ａがデフォーカスして撮像された表示画像５３では、微小な凸欠陥５１及び凹欠陥５２が実線で表示したように目視可能になる。

なお、操作ダイヤル４４の操作によるデフォーカス位置の微調整の前に、操作ダイヤル３３の操作によるデフォーカス位置の粗調整が行われる。この粗調整による移動範囲は例えば１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。また、微調整による移動範囲は例えば５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。操作ダイヤル３３，４４毎に１回転当たりの送り量を異ならせて試料台１３の送り量をテレセントリックレンズ１５及びＣＣＤカメラ１６の送り量よりも大きくすることにより、フォーカス位置及びデフォーカス位置に迅速且つ正確にセットすることができる。

図４及び図５は、試料３０の中央部に対し左側に異物欠陥がある場合の表示画像５５，５６の一例である。図４は、試料３０の被検査面３０ａにフォーカスした時の被検査面３０ａの表示画像５５であり、図５はデフォーカスした時の同じく表示画像５６である。このように微小異物欠陥５７については、被検査面３０ａをフォーカスした時に微小異物欠陥５７として目視により特定することができる。また、デフォーカスしたときは、微小異物欠陥５７はボケて表示されるものの、微小凹凸欠陥５１，５２のように顕著な輝度変化や面積変化は見られない。

したがって、図６の一覧表や図７のグラフに示すように、欠陥部分のフォーカス時とデフォーカス時との微小欠陥部分のボケ具合や輝度変化状態、サイズ変化状態の変化具合によって、微小凸欠陥５１、微小凹欠陥５２、微小異物欠陥５７を判定することができる。すなわち、フォーカス時には輝度が地のときと同じである所定値Ａ１であり、デフォーカス時には輝度が上がり且つ欠陥部を示す輝度エリアの面積も増大する。この場合には、微小凸欠陥５１と判定する。また、フォーカス時には輝度が地のときと同じであり、デフォーカス時には輝度が地の部分に比較して下がり且つ欠陥部を示す輝度エリアの面積が増大する。この場合には微小凹欠陥５２と判定する。また、フォーカス時及びデフォーカス時ともに、輝度の変化、及び欠陥部を示す輝度エリアの面積の変化が微小凹凸欠陥５１，５２に比べて極めて小さいときに、微小異物欠陥５７と判定する。

なお、微小凹凸欠陥５１，５２や微小異物欠陥５７の検査時には、フォーカス時とデフォーカス時との画像を見比べることでこれら欠陥の検出を容易に行っているが、あるサイズ域の微小欠陥を対象にして検査する場合には、その微小欠陥を顕在化させるデフォーカス位置にテレセントリックレンズ及び撮像装置並びに試料台１３をレンズ移動部１７及び台移動部３２により固定して、撮像を行ってもよい。このようにすることで、ある特定のサイズ域の微小欠陥のみを顕在化することができる。

アフォーカルレンズ１４の凸レンズ３５は、安価な単レンズであっても、本発明で有効に実施可能であるが、用途によってはアクロマティックレンズやトリプレットが好適な場合もあり、このような場合にも本発明を実施することができる。

図８に示すように、同じ焦点距離で口径が異なる複数（例えば３個）の凸レンズ７１，７２，７３を有するレンズターレット７４を用いて、各凸レンズ７１〜７３を交換可能に保持することにより、汎用性が向上する。例えば、アフォーカルレンズ１４のある形が出来た場合、同じ焦点距離を有する口径の異なる凸レンズ７１〜７３のいずれかに交換することで、撮像視野を簡単に変更することができる。これにより、アフォーカルレンズ１４
の凹レンズ３６および撮像用の小型テレセントリックレンズ１５を交換すること無しに、視野を試料３０のサイズに簡単に合わせることができ、安価で汎用性の高い検査装置を提供することができる。ただし、照明部１２が同じであれば受光画像の明るさは視野の大きさによって当然に変わるので、補正が必要になる場合がある。この場合には、カメラ側や液晶表示パネル側で周知の補正方法によって簡単且つ容易に補正が可能であるが、光源２１の発光輝度を変化させることで補正してもよい。

なお、ターレット方式のように複数の凸レンズを回転変位により光軸に選択的にセットする代わりに、スライド方式で複数の凸レンズを光軸に選択的にセットしてもよい。また、単に複数の凸レンズを個別に用意しておき、これらの一つを選択的に光軸にセットしてもよい。

アフォーカルレンズ１４の凸レンズ３５は、実用面を考慮すると、デジタルカメラや携帯電話用、各種モバイルディスプレイ用にカットされた偏光フィルムの全体を視野に入れる場合、直径７５ｍｍ以上２００ｍｍ以下が望ましい。直径が２００ｍｍ以下であればモバイル型ディスプレイ最終製品サイズの大半をカバーすることができる。直径が７５ｍｍ未満では昨今のモバイル用途ディスプレイが大型化しつつあるとき、その用途がかなり限定されてきてしまい、好ましくない。

また、アフォーカルレンズ１４の凹レンズ３６を口径７０ｍｍ以下とし、これに対応する撮像用の小型テレセントリックレンズ１５の対角視野も直径７０ｍｍ以下とすることにより、一般市販の比較的安価なレンズの採用が可能になる。この組み合わせにより、微小凹凸欠陥５１，５２の検査目的や用途によっては、高価で重い大口径テレセントリックレンズ代用の安価なテレセントリックレンズとしても使用可能となる。

なお、上記実施形態では、微小凹凸欠陥５１，５２をデフォーカスにより顕在化させて表示部１８に被検査面３０ａを表示させ、この表示画像５０，５３を目視し微小凹凸欠陥５１，５２として検出しているが、これに代えて、または加えて、周知の画像処理部によりしきい値を用いて２値化処理し、２値化処理にて欠陥と判定された画素が連続してなるエリアが所定面積以上であるときに、微小凹凸欠陥５１，５２であると自動判別してもよい。そして、画像処理部による微小凹凸欠陥５１，５２の判定処理では、所定の輝度を超えたときに例えば微小凸欠陥５１と判定し、逆に所定の輝度以下のときに、例えば微小凹欠陥５２と判定する。

デフォーカシングは、被検査面３０ａに対し後ろ側の他に、被検査面３０ａに対し前側で行ってもよい。この場合には、微小凹欠陥５２のときにデフォーカス位置で輝度が上がり、微小凸欠陥５１のときにデフォーカス位置で輝度が下がる。

微小凹凸欠陥５１，５２の検査では、ある一定範囲内の微小凹凸欠陥５１，５２が顕在化されるデフォーカス位置で固定したが、これに代えて、試料３０毎にフォーカス位置からデフォーカス位置へと徐々に変化させながら表示画像の変化を観察して微小凹凸欠陥５１，５２を検査してもよい。また、操作ダイヤル３３，４４を手動で回してデフォーカスする代わりに、モータを用いて自動的にフォーカス及びデフォーカスを行ってもよい。また、透過光を用いて被検査面を照明して微小凹凸欠陥を検出するようにしたが、この他に被検査面に同軸落射または疑似同軸落射による平行光を照射させて反射させ、この反射光を用いて、微小凹凸欠陥を検出してもよい。

デフォーカスは、試料台１３の光軸方向移動による粗調整と、テレセントリックレンズ及びＣＣＤカメラ１６の光軸方向移動による微調整とにより行うようにしたが、これに限られず、試料台１３の移動、またはテレセントリックレンズ１５及びＣＣＤカメラ１６の
移動のみで行ってもよい。

上記実施形態では、被検査面３０ａは試料３０の全面としているが、これは、ほぼ全面であっても、あるいは一部であってもよい。一部の場合には、周知の二次元移動装置により、試料３０を平面上で二次元方向に移動させて、試料３０の全面を走査すればよい。

以下、実施例にて本発明を具体的に説明する。図１に示すように、高輝度拡散ＬＥＤ光源２１からの放射光をピンホールプレート２２の直径０．５ｍｍのピンホールを介して通過させ、この通過した放射光を口径が１００ｍｍで焦点距離が３００ｍｍのコリメート用凸レンズ２３にて平行光にする。コリメート用凸レンズ２３から光軸１９上で２５０ｍｍ離れた位置に、口径が１００ｍｍで焦点距離が３００ｍｍの平行光集光用の凸レンズ３５を配置し、さらにこの凸レンズ３５から光軸方向で２００ｍｍ離れた位置に、口径が５０ｍｍで焦点距離が１００ｍｍの凹レンズ３６を配置し、縮小平行光とする。この縮小平行光を市販の対角視野の直径が５３ｍｍ、０．１７倍の小型テレセントリックレンズ（株式会社ヴイ・エス・テクノロジー社製のＶＳ−ＴＣＭ０１７−１／１．８”）１５で受光し、１／１．８型のＣＣＤカメラ１６で撮像した。このとき、台移動部３２により試料台１３を光軸方向で移動させて粗調整を行った。その後に、ラックアンドピニオンによる手動式のレンズ移動部１７によりテレセントリックレンズ１５及びＣＣＤカメラ１６を光軸方向で移動させて微調整を行った。これら粗調整及び微調整により、フォーカス位置及びデフォーカス位置にセットした。

図２〜図４に示すように、得られた撮像画像は、検査対象である対角線長さが９０ｍｍの３．５型の偏光フィルムからなる試料３０のほぼ全体を１視野に入れて撮影することができた。

図２に示すように、検査対象透明フィルム面にフォーカスしたときには、微小凹凸欠陥５１，５２があっても、レンズ効果が発揮されないので、異物のない凹凸欠陥として殆ど認識することができない。撮像用の小型テレセントリックレンズ１５をフォーカス位置から光軸１９上で移動してデフォーカスすると、図３に示すように、微小凹凸欠陥５１，５２のレンズ効果により欠陥画像の輝度及び面積が変化する現象が観察される。これら欠陥画像の輝度及び面積が顕著に変化する位置をデフォーカス位置として固定する。

図６及び図７に示すように、微小凸欠陥５１と微小凹欠陥５２ではレンズ効果が異なり、輝度変化方向がそれぞれ反対になる。したがって、明るい部分を凸欠陥５１と判定することができ、反対に暗い部分は凹欠陥５２と判定することができる。このように、凸欠陥５１か凹欠陥５２かの判別を容易に行うことができる。各欠陥５１，５２は、暗と明に分かれ、且つそのサイズが顕著に拡大していることが判る。

図４及び図５は、透明フィルムの異物欠陥サンプルについて同様な検査を行ったときの撮像画像の一例を示している。図６に示すように、被検査面３０ａにフォーカスして撮像した時には、地の部分と異なり微小異物欠陥部分が暗くなっており目視にてこの部分の識別が可能である。そして、デフォーカスしていくと、この微小異物欠陥部分はぼけていく。このように、微小異物欠陥５７はデフォーカス時にボケがみられるが、顕著な輝度変化や面積変化はみられないことにより、微小凹凸欠陥５１，５２か微小異物欠陥５７かを簡単に判別することができる。したがって、欠陥検査に基づき原因を探求する際に、微小凹凸欠陥５１，５２か微小異物欠陥５７かを判別することができるため、故障原因を探求する際の重要な情報源を得ることができる。

図６は、欠陥画像部分の輝度および画像面積（ピクセル数）を計数した相対値を縦軸に
とり、各欠陥の輝度及び面積をフォーカス時とデフォーカス時とに分けて示したものである。このグラフからも明らかなように、フォーカス時には微小凹凸欠陥５１，５２は、ほとんど見えなくなるので、判定閾値を越える欠陥面積はゼロに近いが、デフォーカス時には欠陥部面積は顕著に拡大していることが判る。また、凹欠陥と凸欠陥では輝度変化の方向が逆になっていることも判る。

本発明の簡易テレセントリックレンズ装置を用いた被検査物の微小凹凸欠陥検査方法は、被検査物の被検査面に平行光を照射し、この照射により前記被検査面から透過または反射した光をテレセントリックレンズでデフォーカスして撮像装置により撮像し、前記被検査物の微小な凹凸欠陥の輝度増減現象および欠陥面積の拡大現象により前記凹凸欠陥を顕在化させて表示部に表示している。

本発明の簡易テレセントリックレンズ装置を用いた被検査物の微小凹凸欠陥検査方法は、被検査物の被検査面に平行光を照射する平行光照明部と、前記平行光照明部により照明された前記被検査面からの平行光を集光する凸レンズ及び前記凸レンズにより集光された光束を縮小平行光にする凹レンズからなるアフォーカルレンズと、前記アフォーカルレンズにより縮小平行光とされた平行光束を撮像するための小型テレセントリックレンズを有する撮像部と、前記撮像部を前記平行光束の光軸方向に移動自在に保持して前記被検査面をデフォーカス撮影するデフォーカス部とを有し、前記アフォーカルレンズ及び小型テレセントリックレンズとを同一光軸上で分割して配置し、前記小型テレセントリックレンズを前記平行光束の光軸方向に移動自在に構成している。なお、前記被検査物を保持する試料台を前記平行光束の光軸方向に移動自在に保持し、前記試料台による光軸方向移動によってデフォーカスの粗調整を行い、前記撮像部による光軸方向移動によってデフォーカスの微調整を行うことが好ましい。

本発明の被検査物の微小凹凸欠陥検査装置は、被検査物の被検査面に平行光を照射する平行光照明部と、この平行光照明部により照明された前記被検査面からの平行光を集光する凸レンズ、及び前記凸レンズにより集光された光束を縮小平行光にする凹レンズからなるアフォーカルレンズと、前記アフォーカルレンズにより縮小平行光とされた平行光束を撮像するための小型テレセントリックレンズを有する撮像部と、前記撮像部を前記平行光束の光軸方向に移動自在に保持して前記被検査面をデフォーカス撮影するデフォーカス部と、前記撮像部により撮像されたデフォーカス画像を表示する表示部とを備えている。なお、前記デフォーカス部は、前記平行光束の光軸方向に移動自在であり前記被検査物を保持する試料台を有し、前記試料台による光軸方向移動によってデフォーカスの粗調整を行い、前記撮像部による光軸方向移動によってデフォーカスの微調整を行うことが好ましい。

１０ 微小凹凸欠陥検査装置
１１ フレーム
１２ 照明部
１３ 試料台
１４ アフォーカルレンズ
１５ 小型テレセントリックレンズ
１６ ＣＣＤカメラ
１７ レンズ移動部
１８ 表示部
１８ａ 表示面
１９ 光軸
２１ 高輝度拡散ＬＥＤ光源
２２ ピンホールプレート
２３ コリメート用凸レンズ
２４ 鏡筒
３０ 試料
３０ａ 被検査面
３２ 台移動部
３３ 操作ダイヤル
３５ 集光用凸レンズ
３６ 凹レンズ
３８ レンズ鏡筒
４１ シフト機構
４２ 取り付け台
４４ 操作ダイヤル
５０，５３，５５，５６ 表示画像
５１ 微小凸欠陥
５２ 微小凹欠陥
５７ 微小異物欠陥
７１，７２，７３ 凸レンズ
７４ レンズターレット

Claims (2)

1. 被検査物からの平行光を集光する凸レンズ、及び前記凸レンズにより集光された光束を縮小平行光にする凹レンズを有するアフォーカルレンズと、
   前記アフォーカルレンズにより縮小平行光とされた平行光束が入射される縮小平行光用テレセントリックレンズと、
   前記縮小平行光用テレセントリックレンズを前記平行光束の光軸方向に移動自在に保持するレンズ保持部と
   を有することを特徴とする簡易テレセントリックレンズ装置。
2. 前記アフォーカルレンズの前記凸レンズの直径が７５ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、前記凹レンズの直径及び前記テレセントリックレンズの対角視野の直径が７０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の簡易テレセントリックレンズ装置。

Images