JP2014055922A - 欠陥抽出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光切断法を利用した欠陥抽出装置であって、測定光の多重反射があっても対象物の表面形状の測定精度の劣化を低減することが可能な欠陥抽出装置を提供する。
【解決手段】欠陥抽出装置であって、測定対象物にスリット光を照射する光照射部と、前記測定対象物の表面で反射されたスリット光を撮像する撮像部と、を備え、前記光照射部は、前記スリット光が形成する面と垂直方向である第１の方向、および前記面と平行方向、かつ前記スリット光の進行方向と垂直方向である第２の方向の少なくとも一方に前記スリット光を振動させる欠陥抽出装置である。
【選択図】図５

Description

本発明は、光切断法を用いた欠陥抽出装置に関し、より詳細には、物体の表面に光を走査照射してその反射光を撮像し、測定対象物の欠陥を抽出する欠陥抽出装置に関する。

物体の表面の形状を測定する一つの方法として三角測量の原理を利用した光切断法と呼ばれる手法がある。（特許文献１参照）光を使った三角測量の原理として、測定対象物の高さは、光照射部と撮像部との距離と、光照射部と撮像部と測定対象物の位置によって形成される角度によって定められる。

図１は、従来の光切断法を利用した欠陥抽出装置の構成例である。欠陥抽出装置１は、測定対象物２に対してスリット光を照射する光照射部３と、測定対象物２からの反射光を撮像する撮像部４とを備える。光照射部３から測定対象物２に照射されたレーザ光はスリット状で測定対象物２に照射される。測定対象物２の断面がスリット光５の形成面と交差する。そして、測定対象物２からの反射光が撮像部４によって取得され、光切断画像６における光切断線７の座標データが取得される。その後、三角測量の原理に基づいてマスタデータ及び取得された座標データから測定対象物２の表面形状が算出される。

特開２０１０−１９８１２号公報

このような光切断法を利用して測定対象物の欠陥を抽出する場合、スリット光の多重反射の問題が生じる。多重反射光は測定対象物の形状及び表面状態などによって発生する。特に、測定対象物に溝状の凹部があり、かつ、測定対象物の表面の鏡面性が大きい場合に多重反射光は発生し易い。
光切断法に係る光照射部から測定対象物にスリット光が入射すると、該測定対象物の照射領域にて上記スリット光は反射されるが、この反射光は、正反射光と拡散反射光とを含む。本明細書では、上記測定対象物の照射領域から生じる反射光のうち、光切断法に係る撮像部に入射するものを１次反射光（１回目の反射による反射光のうち上記撮像部に入射するもの）と呼ぶことにする。よって、上記照射領域からの正反射光が撮像部に入射するのであれば、１次反射光は、１回目の反射の正反射光となる。一方、１回目の反射の正反射光が撮像部に入射しない場合は、１回目の反射における拡散反射光のうち、上記撮像部に入射するものが１次反射光となる。
上記１回目の正反射光は、測定対象物の他の領域（以降、「２回目照射領域」と呼ぶこともある）に入射して反射光を生じることがある。本明細書では、１回目の反射の正反射光が２回目照射領域にて反射して生じる反射光のうち、上記撮像部に入射するものを２次反射光（２回目の反射による反射光のうち上記撮像部に入射するもの）と呼ぶことにする。よって、上記２回目照射領域からの正反射光が撮像部に入射するのであれば、２次反射光は、２回目の反射の正反射光となる。一方、２回目の反射の正反射光が撮像部に入射しない場合は、２回目の反射における拡散反射光のうち、上記撮像部に入射するものが２次反射光となる。

図２は、欠陥抽出装置による多重反射光の一例を示す説明図である。光照射部３から照射されたスリット光５ａは測定対象物２の測定領域（照射領域９ａ）にて反射し、反射光の一部である１次反射光５ｃは撮像部４に入射する。撮像部４は、入射された１次反射光５ｃによる光切断線７を取得する。しかし、例えば、測定対象物２が光沢を有する傾斜面の場合、照射領域９ａからの正反射光５ｂが測定対象物２と向かい合った面の２回目照射領域９ｂに入射することがある。測定対象物２、光照射部３及び撮像部４の位置関係によって、２回目照射領域９ｂから生じた２次反射光５ｄが撮像部４に入射することがあり、１次反射光による光切断線７と共に２次反射光による光切断線８が生じる。結果として、光切断画像６において複数の光切断線が取得されてしまう。

光切断線の検出は、例えば、光切断画像中から高輝度画素を抽出することにより実現できる。また、一般にスリット光はその長さ方向（スリット光をある平面に照射した時の長軸方向）に光の輝度に基づいた形状線を発生し、その幅方向（スリット光を上記平面に照射した時の短軸方向）に光の強度分布を有しているので、スリット光の反射光像である光切断線は明るさの分布を有している。図３は、図２の欠陥抽出装置による多重反射光の一例において、反射光の反射位置に対する反射光の光切断線の輝度値を示す図である。図３において、スリット光５が測定対象物２の測定対象位置で反射する位置をＸ１、スリット光５が反射して測定対象物２と向かい合った面で反射する位置をＸ２、位置Ｘ１での輝度値（１次反射光の輝度値）をＹ１、位置Ｘ２での輝度値（２次反射光の輝度値）をＹ２、及び輝度値の閾値をＹｔでそれぞれ表している。また、図３において反射光の反射位置である横軸は撮像部４の撮像素子の画素に対応する。図３に示すように、測定対象物２の形状によっては１次反射光より２次反射光の光切断線の輝度値が大きいので、光の輝度値が最大となる光切断線の座標データを選択して測定対象物の表面形状が算出される場合、正しい位置に対応する１次反射光の光切断線７ではなく正しくない位置に対応する２次反射光の光切断線８の座標データが取得されてしまう。さらに、設定した閾値Ｙｔ以上の光の輝度値の総和が大きい光切断線を選択して測定対象物の表面形状が算出される場合、１次反射光の光切断線７ではなく、２次反射光の光切断線８の座標データが取得されてしまう。よって、誤った表面形状の取得に繋がってしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光切断法を利用した欠陥抽出装置であって、測定光の多重反射があっても対象物の表面形状の測定精度の劣化を低減することが可能な欠陥抽出装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の態様は、欠陥抽出装置であって、測定対象物にスリット光を照射する光照射部と、前記測定対象物の表面で反射されたスリット光を撮像する撮像部と、を備え、前記光照射部は、前記スリット光が形成する面と垂直方向である第１の方向、および前記面と平行方向、かつ前記スリット光の進行方向と垂直方向である第２の方向の少なくとも一方に前記スリット光を振動させる欠陥抽出装置である。

本発明によれば、光切断法を用いた欠陥抽出装置において、多重反射があっても２次反射光の影響を減少することができ、対象物の表面形状の誤測定を低減することができる。

従来の光切断法を用いた欠陥抽出装置を示す図である。 欠陥抽出装置による多重反射光の一例を示す説明図である。 図２の欠陥抽出装置による多重反射光の一例において、反射光の反射位置に対する反射光の輝度値を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、欠陥抽出装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、欠陥抽出装置の測定装置部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、ＭＥＭＳミラーの回転方向とスリット光の走査方向との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、スリット光の走査方向と反射位置との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、１次反射光及び２次反射光の輝度分布と閾値との関係を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る、ＭＥＭＳミラーの回転方向とスリット光の走査方向との関係を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る、欠陥抽出装置の測定装置部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、測定対象物の検査手順を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

なお、本明細書において、「マスタデータ」とは、測定対象物の基準となる点、線又は２次元若しくは３次元の領域であって、欠陥が無い理想的な仕上がりを有する測定対象物に対してスリット光による測定対象物の３次元断面形状の測定を行った場合の点、線又は２次元若しくは３次元の領域に対応するものである。よって、マスタデータは３次元の位置情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を有する。

本発明の一実施形態では、上述のように、測定光であるスリット光の１回目の反射により生じた反射光のうち、撮像部に入射するものが１次反射光である。本発明の一実施形態にかかる欠陥抽出装置において、測定対象物からの１次反射光による光の輝度値に基づいた光切断線が生じて、光切断画像における光切断線の座標データが取得された後、三角測量の原理に基づいてマスタデータ及び取得された座標データから測定対象物の表面形状が算出される。

なお、本発明の一実施形態では、１回目の反射の後、該１回目の反射の正反射光が測定対象物の他の領域（２回目照射領域）にて反射される場合、該反射光のうち、撮像部に入射する光である、２次反射光は、「ノイズ光」である。

本明細書において、「画素」はＣＭＯＳやＣＣＤ等で成る撮像素子の最小単位に相当する。光切断線は光切断画像中から高輝度画素を抽出することで検出される。

（第１の実施形態）
図４は本実施形態に係る欠陥抽出装置を示す図である。本実施形態において、レーザスリット投光器の光軸と撮像部の光軸を含む面に対して、スリット光の長さ方向の軸と撮像部のカメラ座標の１つの軸（例えばＸ軸）が垂直になるように装置を構成する。欠陥抽出装置１０は、測定装置部１１と、測定対象物１２を保持可能であり、該測定対象物１２を回転させるように構成された回転テーブル１３と、測定装置部１１に対して測定対象物１２をＸ軸方向に相対的に移動させるように構成されたＸステージ１４と、測定装置部１１に対して測定対象物１２をＹ軸方向に相対的に移動させるように構成されたＹステージ１５と、欠陥抽出装置１０が備える各部の動作を制御し、各種データの生成、データ処理を行うコントローラ１６とを備える。

測定装置部１１、回転テーブル１３、Ｘステージ１４、およびＹステージ１５はそれぞれ、コントローラ１６に電気的に接続されている。よって、コントローラ１６は、測定装置部１１、回転テーブル１３、Ｘステージ１４、およびＹステージ１５にそれぞれ制御信号を送信してそれらの駆動を制御することができる。また、コントローラ１６は、測定装置部１１の動作を制御することができ、測定装置部１１にて撮影された画像データを測定装置部１１から取得することができる。

本実施形態では、コントローラ１６と、欠陥抽出装置１０との電気的接続は、有線であっても無線であっても良い。また、ＬＡＮやＷＡＮといったネットワークを介して行っても良い。すなわち、コントローラ１６から欠陥抽出装置１０に向かって、該欠陥抽出装置１０の所定の構成要素を制御するための制御信号を伝送でき、かつ、欠陥抽出装置１０にて取得された画像データをコントローラ１６に伝送できればいずれの方式を用いても良い。

なお、本実施形態では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を測定対象物１２の加工面の面内方向、すなわち、回転テーブル１３の測定対象物１２の保持面の面内方向を規定する２次元方向（測定装置部１１から照射されたスリット光１７の光軸方向と垂直な２次元方向）に設定し、Ｚ軸方向を測定対象物１２の厚さ方向（すなわち、測定装置部１１から照射されたスリット光１７の光軸方向に沿った方向）に設定する。

図５は、本実施形態に係る欠陥抽出装置の測定装置部を示す図である。測定装置部１１は、スリット光１７を照射する光照射部としてのレーザスリット平行投光器２１（以降、「光照射部２１」とも呼ぶ）と、レーザスリット平行投光器２１から測定対象物１２に対してスリット光１７が照射され、該測定対象物１２にて反射された反射光を受光する、すなわち測定対象物１２のスリット光１７が照射されている領域（照射領域）を撮像する撮像部２２とを備える。

レーザスリット平行投光器２１は、測定対象物１２上の複数の凹凸（溝）表面を死角なく照射するためのレーザスリット投光器２３と、レーザスリット投光器２３から照射された光を走査するＭＥＭＳミラー２４と、ＭＥＭＳミラー２４を駆動するモータ（不図示）と、シリンドリカルレンズ２５とを有する。また、撮像部２２は、ＣＭＯＳ素子２６のカバーガラス裏面反射により発生するノイズ光を除去するための偏光板２７と、画角ゼロで測定対象物１２上の複数の凹凸（溝）表面を死角なく撮像するためのテレセントリック系レンズ２８と、ＣＭＯＳ素子２６を有するＣＭＯＳカメラ２９とを有する。

レーザスリット平行投光器２１は、レーザ光を平行スリット状のスリット光１７にして該スリット光１７を測定対象物１２に照射する。本実施形態では、レーザ光をスリット光にして照射する方法として、レーザスリット投光器２３から照射された光をシリンドリカルレンズ２５でスリット状にしている。また、光源から照射される光はスリット光でなくても良く、スポット光を測定対象物１２に照射しても良い。

ＭＥＭＳミラー２４は、レーザスリット投光器２３から照射されたスリット光１７を、該スリット光１７の幅方向に走査する。ＭＥＭＳミラー２４はモータによって駆動される。また、モータはコントローラ１６に備えられているモータ駆動部４２によって制御されてＭＥＭＳミラー２４の回転が制御されることになる。ＭＥＭＳミラー２４を駆動する手段としてモータに限らず周知のいずれの駆動手段が適用できる。

図６は、ＭＥＭＳミラーの回転方向とスリット光の走査方向との関係を示す図である。回転するＭＥＭＳミラー２４によって、レーザスリット投光器２３から照射された光は所定の速度及び所定の角度で走査される。また、ＭＥＭＳミラー２４は所定の角度に傾斜されているので、走査された光はシリンドリカルレンズ２５の方向に反射される。反射された光はシリンドリカルレンズ２５で平行スリット状のスリット光１７となり、該スリット光１７は測定対象物１２に照射される。ＭＥＭＳミラー２４の回転によってレーザスリット投光器２３から照射された光が高速で走査されるので、測定対象物１２に照射される光の線幅がＸ方向（スリット光１７の幅方向）に拡大される。結果として、測定対象物１２に照射されるスリット光１７の光の輝度が走査される。ＭＥＭＳミラー２４を回転させてＣＭＯＳカメラ２９の１画素撮像範囲内でレーザスリット投光器２３から照射された光が走査されることが望ましい。本実施形態では、スリット光１７が形成する面を基準として垂直方向（スリット光１７の幅方向）に±０．０１２度（つまり、θｘ＝０．０２４度）でスリット光１７を走査するようにＭＥＭＳミラー２４を回転させた。また、本実施形態では、１／２００ｓｅｃの速度でレーザスリット投光器２３から照射された光が走査されている。

図７は、本発明のスリット光の走査方向と反射位置との関係を示す図である。光照射部２１は図６で示したＭＥＭＳミラー２４を備えており、該ＭＥＭＳミラー２４の回転によって測定対象物１２の照射領域３１に照射されるスリット光１７の線幅がＸ方向に拡大する。よって、撮像部２２によって取得される１次反射光３３の光の輝度の幅方向が拡大する。また、スリット光１７が反射して測定対象物１２と向かい合った面で反射した２次反射光３４が生じる場合、走査されているスリット光１７の発生源である光照射部２１から１次反射光３３の発生源となる照射領域３１までの光路長よりも、光照射部２１から２次反射光３４の発生源となる２回目照射領域３２までの光路長の方が長くなるので、ＭＥＭＳミラー２４の回転によるスリット光１７の幅方向における該スリット光１７の走査よって、２回目照射領域３２のＸ方向（スリット光１７の走査方向、すなわち、スリット光１７の幅方向）の幅を拡大することができる。よって、撮像部２２によって取得される２次反射光の光の輝度の幅方向が拡大する。図７に示すような測定対象物１２が光沢を有する傾斜面の場合、光の入射角度及び光路長によって、撮像部２２によって取得される２次反射光の光の輝度の幅方向の変化量は、撮像部２２によって取得される１次反射光の光の輝度の幅方向の変化量より大きい。つまり、１次反射光の受光輝度の総和の変化量は小さいが、測定対象物の傾斜により２次反射光の照射範囲が広がり、２次反射光の受光画素が増えて１画素あたりの反射輝度が小さくなる。よって、光切断画像３６において、２次反射光の光切断線３８の輝度値の幅方向の変化量は、１次反射光の光切断線３７の輝度値の幅方向の変化量より大きい。

図８は、本発明の欠陥抽出装置による多重反射光の一例において、反射光の反射位置に対する反射光の光切断線の輝度値を示す図である。図８において、スリット光１７が測定対象物１２で反射する位置をＸ１、スリット光１７が反射して測定対象物１２と向かい合った面で反射する位置をＸ２、位置Ｘ１での輝度値をＹ１（１次反射光の輝度値）、位置Ｘ２での輝度値をＹ２（２次反射光の輝度値）、及び輝度値の閾値をＹｔでそれぞれ表している。図８に示すように、横軸を反射光の反射位置、縦軸を反射光の光切断線の輝度値に設定すると、１次反射光の光切断線の輝度の極大値は、２次反射光の光切断線の輝度の極大値より大きくなる。よって、ＭＥＭＳミラー２４の回転によって反射光の光の輝度を走査することで、１次反射光と２次反射光とを区別できる。つまり、複数の撮像画像（１次反射光及び２次反射光の撮像画像）がＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた際に、画像処理部４４が輝度最大となる１次反射光の光切断線を検出する。よって、１次反射光に基づいた対象物の表面形状を測定するので測定の劣化を低減できる。

１次反射光の光切断線の輝度の極大値と２次反射光の光切断線の輝度の極大値との比較によって１次反射光と２次反射光とを区別している。一方で、輝度の大きさに関して閾値を設定して１次反射光と２次反射光とを区別しても良い。図８に示すように、輝度の分布を表す曲線と閾値Ｙｔとで囲まれる領域が各反射光の光の輝度の総和に相当する。よって、１次反射光の光の輝度の総和は２次反射光の光の輝度の総和より大きくなるので、ＭＥＭＳミラー２４の回転によって反射光の光の輝度を走査することで、１次反射光と２次反射光とを区別できる。つまり、複数の撮像画像（１次反射光及び２次反射光の撮像画像）がＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた際に、画像処理部４４が光の輝度の総和が大きい１次反射光の光切断線を検出する。よって、１次反射光に基づいた対象物の表面形状を測定するので測定の劣化を低減できる。

本実施形態では、スリット光１７が形成する面と垂直方向にスリット光１７を所定の角度走査するようにＭＥＭＳミラー２４を回転させているがこれに限定するものではない。図９に示すように、スリット光１７が形成する面と平行方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向（スリット光１７の幅方向と垂直方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向）にスリット光１７を所定の角度走査するようにＭＥＭＳミラー２４を回転させても良い。例えば、スリット光１７が形成する面を基準として平行方向に±０．００５度（つまり、θｙ＝０．０１度）にスリット光１７を走査するようにＭＥＭＳミラー２４を回転できる。

一般にスリット光はその長さ方向（スリット光を平面に投影したときの長軸方向）に光の輝度に基づいた形状線を発生し、その幅方向（スリット光を平面に投影したときの短軸方向）に光の強度分布を有している。測定対象物の表面には一様でない微細な凹凸が存在するため、スリット光の反射光像である光切断線はそれらを原因とした明るさの分布を有している。よって、スリット光１７が形成する面と平行方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向（スリット光１７の幅方向と垂直方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向）にスリット光１７を所定の角度走査するようにＭＥＭＳミラー２４を回転させた場合、１次反射光の受光輝度の総和の変化量は小さい。しかし、測定対象物の傾斜、及び測定対象物の表面には一様でない微細な凹凸によって２次反射光の照射範囲が広がり、２次反射光の受光画素が増えて１画素あたりの反射輝度が小さくなる。よって、各反射光の光の輝度の極大値の比較、又は閾値を使った各反射光の光の輝度の総和の比較によって１次反射光と２次反射光とを区別できる。つまり、複数の撮像画像（１次反射光及び２次反射光の撮像画像）がＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた際に、画像処理部４４が輝度最大となる１次反射光の光切断線を検出する。よって、多重反射により１次反射光および２次反射光が撮像部に入射しても、１次反射光に基づいた対象物の表面形状を測定することができるので、測定の劣化を低減することができる。

測定される断面形状は、レーザスリット平行光であるスリット光１７が形成する面と交差する測定対象物１２の断面である。測定対象物１２の表面形状を反映した、スリット光１７の測定対象物１２の照射領域における反射光は測定装置１１の撮像部２２に入射し、ＣＭＯＳ素子２６にて受光され、画像データに変換される。該画像データは、コントローラ１６に送信される。コントローラ１６は、撮像部２２と測定対象物１２との位置関係から測定対象物１２の表面の形状データを演算し、欠陥のないマスタデータとの照合により欠陥を抽出し、ＯＫ・ＮＧ判定するように構成されている。撮像部２２の撮像期間内にスリット光１７がＭＥＭＳミラー２４によって高速で走査されるので、１次反射光の光切断線の輝度値が２次反射光の光切断線の輝度値より大きくなる。よって、コントローラ１６内の画像処理部４４が光の輝度最大となる反射光の光切断線を検出する場合、複数の撮像画像（つまり、１次反射光及び２次反射光の撮像画像）がＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた際に、画像処理部４４が輝度最大となる１次反射光の光切断線を検出する。よって、１次反射光に基づいた対象物の表面形状を測定するので測定精度が向上する。また、光切断線の検出は、画像中から高輝度画素を抽出することにより実現することができる。撮像部２２の撮像期間内にスリット光１７がＭＥＭＳミラー２４によって高速で走査されると、設定した閾値Ｙｔ以上の光の輝度値の総和が大きい光切断線を選択して測定対象物の表面形状が算出される場合、２次反射光ではなく１次反射光の光切断線の座標データが取得される。よって、対象物の表面形状の測定の劣化を低減することができる。

本実施形態に係るコントローラ１６の構成について図４を参照して説明すると、コントローラ１６は、光源制御部４１と、モータ駆動部４２と、画像メモリ４３と、画像処理部４４と、３次元測定データ演算部４５と、評価モジュール４６と、昇降機構制御部４７と、回転テーブル制御部４８と、Ｘステージ制御部４９と、Ｙステージ制御部５０とを備えている。

コントローラ１６は、実質的にはコンピュータユニットとして構成されている。従って、コントローラ１６は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ（不図示）、このＣＰＵによって実行される制御プログラムなどを格納するＲＯＭ（不図示）、ＣＰＵの処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ（不図示）、および所定のデータなどを保持可能な不揮発性メモリなどを有する。また、コントローラ１６には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部５１、欠陥抽出装置１０の入力・設定状態などをはじめとする種々の表示を行う表示部５２がそれぞれ接続されている。

光源制御部４１は、レーザスリット投光器２３に接続され、スリット光１７の投光強度を制御する。モータ駆動部４２がモータを制御することでＭＥＭＳミラー２４の回転は制御されることになる。本実施形態においてモータ駆動部４２はコントローラ１６に備えられているが、コントローラ１６に独立して形成しても良い。モータ駆動部４２は駆動回路などの周知のいずれの駆動手段が適用できる。

ＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた撮像画像（画像データ）は、画像メモリ４３に展開される。光の輝度に基づいて１次反射光の光切断線と２次反射光の光切断線とを区別できるようにスリット光１７がＭＥＭＳミラー２４によって高速で走査されている。よって、画像処理部４４が光の輝度最大となる反射光の光切断線を検出するように設定されている場合、複数の撮像画像（つまり、１次反射光及び２次反射光の撮像画像）がＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた際に、画像処理部４４が輝度最大となる１次反射光の光切断線を検出する。また、画像処理部４４が設定した閾値以上の光の輝度値の総和が大きい光切断線を選択して測定対象物の表面形状が算出される場合においても、画像処理部４４は光の輝度の総和が大きい１次反射光の光切断線を検出する。さらに、必要に応じて、画像処理部４４によって座標変換やレベル補正、エッジ検出などの画像処理が施され、スリット光１７による光切断線が検出される。

本実施形態において、画像処理部４４が１次反射光の光切断線を検出しているがこれに限定されるものではない。画像処理部４４とは別の検出部がコントローラ１６に備えられ、該検出部が１次反射光の光切断線を検出した後検出された光切断線を画像処理部４４に送っても良い。

３次元測定データ演算部４５は、スリット光１７の照射点や照射角度、スリット光軸と撮像光軸とのなす角度が既知なので、画像処理部４４で検出された光切断線の座標値から三角測量法に基づいて演算することで、光切断線、つまり複数の直線状深溝を形成している測定対象物１２の３次元断面形状に対応する多数の測定点データ（距離画像）を得ることができる。ここでいう距離画像とは、測定点としての画素にその三次元位置座標値を割り当てた測定データである。なお、三角測量法に基づく演算に代えて、その演算結果を格納したテーブルを用いる方法を採用してもよい。

Ｘステージ制御部４９は、測定対象物１２をＸ方向に移動させるようにＸステージ１４を制御し、Ｙステージ制御部５０は、測定対象物１２をＹ方向に移動させるようにＹステージ１５を制御する。すなわち、測定対象物１２の全面を測定するように、Ｘステージ制御部４９およびＹステージ制御部５０はＸステージ１４およびＹステージ１５の駆動を制御する。また、昇降機構制御部４７は、レーザスリット平行投光器２１及び撮像部２２の、Ｚ軸方向に沿った高さ（レーザスリット平行投光器２１及び撮像部２２の、測定対象物１２に対する高さ）を調整するように、測定装置部１１が有するレーザスリット平行投光器２１及び撮像部２２の昇降機構（不図示）を制御する。回転テーブル制御部４８は回転テーブルの回転方向及び回転角を制御する。

３次元測定データ演算部４５によって生成された測定点データは評価モジュール４６に転送される。評価モジュール４６は、転送されてきた測定点データに、所定の位置合わせアルゴリズムを適用して測定点データのマスタデータへの位置合わせを行い測定対象物の表面形状を評価する。評価モジュール４６は、測定点データのマスタデータへの位置合わせ結果に基づいて測定対象物１２の表面欠陥を評価する。なお、評価モジュール４６は表面欠陥の評価を測定対象物１２において予め区分けされた所定ブロック単位で行う。

本実施形態において、撮像部２２の撮像期間内にＭＥＭＳミラー２４の回転によってスリット光１７が所定の速度及び所定の方向に走査されるので、光の輝度に基づいて１次反射光の光切断線と２次反射光の光切断線とを区別できる。よって、画像処理部４４が１次反射光の光切断線を検出し、１次反射光に基づいた対象物の表面形状が測定されるので測定精度の劣化を低減することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態の欠陥抽出装置の構成において、レーザスリット平行投光器の構成を除いて第１の実施形態と同様の構成であるため、レーザスリット平行投光器の構成以外の構成の説明は省略する。図１０は、本実施形態に係る欠陥抽出装置の測定装置部の構成を示す図である。レーザスリット平行投光器６１は、測定対象物１２上の複数の凹凸（溝）表面を死角なく照射するためのレーザスリット投光器２３と、レーザスリット投光器２３から照射された光を走査するＭＥＭＳミラー６２，６３と、ＭＥＭＳミラー６２，６３を駆動するモータ（不図示）と、シリンドリカルレンズ２５とを有する。

レーザスリット平行投光器６１は、レーザ光を平行スリット状のスリット光１７にして該スリット光１７を測定対象物１２に照射する。ＭＥＭＳミラー６２，６３は、レーザスリット投光器２３から照射された光を走査する。第１の実施形態ではＭＥＭＳミラーの数が１つであるが、本実施形態ではＭＥＭＳミラーの数が２つである。ＭＥＭＳミラー６２，６３を駆動するモータは、コントローラ１６に備えられているモータ駆動部４２によって制御される。よって、ＭＥＭＳミラー６２，６３の回転が制御されることになる。ＭＥＭＳミラー６２，６３を駆動する手段としてモータに限らず周知のいずれの駆動手段が適用できる。

レーザスリット投光器２３から照射された光が測定対象物１２に照射されるまでの光の進行方向を説明すると、回転するＭＥＭＳミラー６２，６３によって、レーザスリット投光器２３から照射された光は所定の速度及び所定の角度で走査される。また、走査された光がシリンドリカルレンズ２５の方向に反射されるように、ＭＥＭＳミラー６２，６３は所定の角度に傾斜されている。反射された光はシリンドリカルレンズ２５で平行スリット状のスリット光１７となり、該スリット光１７は測定対象物２２に照射される。ＭＥＭＳミラー６２，６３の回転によって、レーザスリット投光器２３から照射された光が高速で走査されるので、測定対象物１２に照射されるスリット光１７の光の輝度が走査される。

本実施形態では、スリット光１７が形成する面と垂直方向、及びスリット光１７が形成する面と平行方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向（スリット光１７の幅方向と垂直方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向）にスリット光１７を所定の角度走査するようにＭＥＭＳミラー６２，６３をそれぞれ回転させた。ＭＥＭＳミラー６２，６３を回転させてＣＭＯＳカメラ２９の１画素撮像範囲内でレーザスリット投光器２３から照射された光が走査されることが望ましい。第１の実施形態で説明したように、ＭＥＭＳミラー６２の回転によって、測定対象物１２に照射される光の線幅がＸ方向（スリット光１７の幅方向）に拡大する。よって、撮像部２２によって取得される１次反射光の光の輝度の幅方向が拡大する。また、スリット光１７が反射して測定対象物１２と向かい合った面で反射した２次反射光が生じる場合、ＭＥＭＳミラー６２の回転によって、撮像部２２によって取得される２次反射光の光の輝度の幅方向が拡大する。測定対象物１２が光沢を有する傾斜面の場合、光の入射角度及び光路長によって、撮像部２２によって取得される２次反射光の光の輝度の幅方向の変化量は、撮像部２２によって取得される１次反射光の光の輝度の幅方向の変化量より大きい。また、ＭＥＭＳミラー６３の回転によって、１次反射光の受光輝度の総和の変化量は小さいが、測定対象物の傾斜、及び測定対象物の表面には一様でない微細な凹凸によって２次反射光の照射範囲が広がり、２次反射光の受光画素が増えて１画素あたりの反射輝度が小さくなる。

よって、第１の実施形態で説明したように、各反射光の光の輝度の極大値の比較、又は閾値を使った各反射光の光の輝度の総和の比較によって１次反射光と２次反射光とを区別できる。複数の撮像画像（１次反射光及び２次反射光の撮像画像）がＣＭＯＳカメラ２９からコントローラ１６に送られてきた際に、画像処理部４４が輝度最大となる１次反射光の光切断線を検出するので、１次反射光に基づいた対象物の表面形状を測定できる。

本実施形態において、撮像部２２の撮像期間内に２つのＭＥＭＳミラー６２，６３の回転によってスリット光１７が所定の速度及び所定の方向に走査されるので、光の輝度に基づいて１次反射光の光切断線と２次反射光の光切断線とを区別できる。よって、画像処理部４４が１次反射光の光切断線を検出し、１次反射光に基づいた対象物の表面形状が測定されるので測定精度の劣化を低減することができる。

本実施形態では２つのＭＥＭＳミラーを使用しているが、３つ以上のＭＥＭＳミラーを用いてレーザスリット平行投光器を構成しても良い。また、スリット光１７が形成する面と垂直方向、又はスリット光１７が形成する面と平行方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向（スリット光１７の幅方向と垂直方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向）にスリット光１７を所定の角度走査するようにＭＥＭＳミラー６２，６３を回転させても良い。本実施形態では、スリット光１７が形成する面と垂直方向、及びスリット光１７が形成する面と平行方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向（スリット光１７の幅方向と垂直方向、かつスリット光１７の進行方向と垂直方向）にスリット光１７を所定の角度走査するようにＭＥＭＳミラー６２，６３をそれぞれ回転させているので、第１の実施形態と比較して、１次反射光の光切断線と２次反射光の光切断線とを区別するための各ＭＥＭＳミラーの回転角を小さくできる。

上述したように構成された欠陥抽出装置１０を用いた、測定対象物の検査手順を図１１に示された計測フローチャートを用いて以下に説明する。例えばコントローラ１６が有するＣＰＵによって実行される処理である。従って、処理の制御は、コントローラ１６が有するＣＰＵが、コントローラ１６が有するＲＯＭまたは記憶装置に格納された図１１のＳ２〜Ｓ１８に示す処理を行うプログラムを読み出し、該プログラムを実行することによって行われる。

ここでの測定対象物は、長方形のプレート体の表面に多数の直線状の深溝が形成されたもので、その測定領域は４００ｍｍ×３００ｍｍ程度である。この測定領域は１００ｍｍ×１５ｍｍの測定ブロックに区分けされている。１回のＸ軸方向走査で４つの測定ブロックを走査して、走査ピッチと撮像解像度によって規定される測定単位での直線状深溝の３次元断面形状位置を表す測定点データを取得して、測定ブロック毎に区分けしてメモリに格納する。１回のＸ軸方向走査が完了する毎に所定ピッチでＹ軸方向移動を行い、次の測定ブロックに対するＸ軸方向走査を逆方向で行う。このような、Ｘ軸方向走査とＹ軸方向移動を繰り返すことで、全測定領域おける直線状深溝の測定点データを取得する。さらに、測定死角の発生を考慮して、測定対象物を９０度回転させた状態で、再度同じ測定領域における測定を行う。なお、取得した測定点データを用いた測定対象物の測定結果に対する評価は、つまり測定対象物に対する検査は、各ブロック単位で行われ、各ブロック単位での検査結果をまとめて、最終的な総合判定が行われる。

本実施形態に係る欠陥抽出を行うために、測定対象物１２が回転テーブル１３上にセットされる（Ｓ１）。測定対象物１２は測定装置部１１からのレーザスリット平行光が測定対象物１２の長手方向と直角に切断するように配置される。図示されていない測定開始ボタンが操作されると（Ｓ２）、測定が開始される。まず、光源制御部４１は、レーザスリット投光器２１を制御して、スリット光１７照射させる（Ｓ３）。

Ｘステージ制御部４９、Ｙステージ制御部５０、および回転テーブル制御部４８は、測定開始ポイントである１番目の測定ブロックの左エッジがスリット光１７によって照射されるように、Ｘステージ１４及びＹステージ１５、回転テーブル１３を動作させる（Ｓ４）。Ｘステージ制御部４９は、Ｘステージ１４を制御して、該Ｘステージ１４を正方向に定速移動させながらＸ軸方向走査を行う（Ｓ５）。それとともに、ＣＭＯＳカメラ２９は、測定対象物１２を撮影することにより得られた画像データをコントローラ１６に送信する。すなわち、コントローラ１６は、ＣＭＯＳカメラ２９から画像データを取得し、画像メモリ４３に転送する（Ｓ６）。このＸ軸方向走査と画像データの取得は、スリット光１７が測定対象物１２の側端に達するまで行われる。

スリット光１７が測定対象物１２の側端に達すると（Ｓ７）、Ｘステージ制御部４９は、Ｘステージ１４の移動を停止させて、Ｘ軸方向走査を停止する（Ｓ８）。Ｘ軸方向走査が停止すると、画像処理部４４は、転送され画像メモリ４３に展開された画像データを処理し、その光切断線画素位置情報（スリット光１７の１次反射光による光切断線に沿った各点（測定点に対応）の、画像データベースの座標情報）を生成する。

その後、Ｙステージ１５を駆動して測定対象物１２をＣＭＯＳカメラ２９の視野分Ｙ方向（次エリア）に移動させる（Ｓ９）。同時に、Ｓ５〜Ｓ７で取得した３次元データを所定のブロックに分割し（Ｓ１０）、分割したブロック毎に欠陥のないマスタデータと３次元照合を行い（Ｓ１１）、マスタデータと異なる部分のサイズを計測し、ある閾値以上のサイズを欠陥と判断する（Ｓ１２）。測定対象物１２がＣＭＯＳカメラ２９の視野分Ｙ方向（次エリア）に移動完了するかＳ１０〜Ｓ１２が完了したらＳ４〜Ｓ１２を繰り返す（Ｓ１３）。

レーザスリット光１７がＹ方向の測定対象物１２の端までＳ１３を繰り返す（Ｓ１４）。レーザスリット光１７がＹ方向の測定対象物１２の端まで移動完了したら、光源制御部４１は、レーザスリット投光器２３の電源をＯＦＦにする（Ｓ１５）。凹凸の形状によっては測定死角が発生するため、それを補完する為に回転テーブル１３で測定対象物１２を９０度回転させＳ３〜Ｓ１５を実行する。さらに死角を補完するために必要なら測定対象物１２を１８０度および２７０度回転させ、Ｓ３〜Ｓ１５を実行する。これまでの欠陥計測結果から全ブロックで１箇所でも欠陥があればＮＧと判定し全ブロックすべて欠陥がなければＯＫと判定する（Ｓ１７）。欠陥があればその欠陥の位置を測定対象物の全体図上に表示部５２等を使って表示する（Ｓ１８）。

よって、本実施形態の光切断法を用いた欠陥抽出装置において、多重反射により撮像部に１次反射光以外に２次反射光が入射しても、該２次反射光の影響を減少することができ、対象物の表面形状の測定劣化を低減することが可能である。

１、１０ 欠陥抽出装置
２、１２ 測定対象物
３、２１ 光照射部
４、２２ 撮像部
５、１７ スリット光
６、３６ 光切断画像
７、８、３７、３８ 光切断線
１１ 測定装置部
１６ コントローラ
２１ レーザスリット平行投光器
２３ レーザスリット投光器
２４、６２、６３ ＭＥＭＳミラー
２５ シリンドリカルレンズ
２６ ＣＭＯＳ素子
２７ 偏光板
２８ テレセントリック系レンズ
２９ ＣＭＯＳカメラ
４２ モータ駆動部

Claims (4)

1. 測定対象物にスリット光を照射する光照射部と、
   前記測定対象物の表面で反射されたスリット光を撮像する撮像部と、
   を備え、
   前記光照射部は、前記スリット光が形成する面と垂直方向である第１の方向、および前記面と平行方向、かつ前記スリット光の進行方向と垂直方向である第２の方向の少なくとも一方に前記スリット光を振動させる欠陥抽出装置。
2. 前記光照射部は、少なくとも１つの反射部を有し、
   前記光照射部は、前記少なくとも１つの反射部にて光を反射した後に前記スリット光を照射するように構成されており、
   前記少なくとも１つの反射部は、前記スリット光を前記第１および第２の方向の少なくとも一方に振動させて、該振動したスリット光が前記測定対象物の表面で走査されるように回転する請求項１に記載の欠陥抽出装置。
3. 光照射部は、第１および第２の反射部を有し、
   前記光照射部は、前記第１および第２の反射部にて光を反射した後に前記スリット光を照射するように構成されており、
   前記第１および第２の反射部の各々は、前記スリット光を前記第１および第２の方向に振動させて、該振動したスリット光が前記測定対象物の表面で走査されるように回転する請求項２に記載の欠陥抽出装置。
4. 前記反射部はＭＥＭＳミラーで構成される請求項２または３に記載の欠陥抽出装置。

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