JP2017053775A - 光透過性を備えた物体内部の撮像装置および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価で簡単な構成にも関わらず、光透過性を備えた物体の内部を、高分解能かつ短時間で撮像または検査することができる装置を提供する。【解決手段】光透過性を備えた物体の内部を撮像する撮像装置１であって、物体を保持するワーク保持部２と、物体に光を照射する光源部３と、物体の内部を撮像する撮像部４と、ワーク保持部と撮像部を物体の表面と平行な方向に相対移動させる移動機構５と、撮像部で撮像された画像を移動機構の相対移動方向につなぎ合わせて記録する合成画像記録部６を備え、撮像部は、移動機構の相対移動方向に複数の撮像素子を配置した共焦点光学系で構成され、複数の撮像素子のフォーカス面が、物体の表面に対し傾斜して配置され、移動機構の移動中に物体の内部に設定された各レイヤーの画像を逐次撮像するものであり、合成画像記録部は、撮像部で逐次撮像された各レイヤーの画像を各々記録するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスやサファイヤ、シリコン等の光透過性を備えた物体内部を撮像する撮像装置、さらには、当該撮像装置で撮像された画像に基づいて当該物体内部の検査を行う検査装置に関する。

液晶ディスプレイ用のガラス板などの透明板の内部に含まれるマイクロバブル、マイクロクラック、脈理等の微細な欠陥を大きさ、位置を含めて正確に検出したいというニーズがある。そして、この様なニーズに応えるため、反射型の共焦点レーザ走査顕微鏡を用い、検査対象の透明板を顕微鏡の光軸に垂直な面に対する傾きを調節可能に配置し、かつ、透明板の顕微鏡とは反対側に透明板から離間して光散乱体又は光吸収体を配置して、顕微鏡を透明板の内部に焦点を合わせて、反射散乱光強度分布を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

ＩＣチップやＭＥＭＳ構造体などのシリコン材を含む試料の内部構造を、高いコントラストで観察するために、赤外光のビームを発する光源部と、赤外光のビームを収束させて試料の内部に光スポットを形成する対物レンズと、光スポットを光軸に直交する平面内で二次元的に走査する走査機構と、光スポットに対して共焦点の位置関係にある実質的微小開口（いわゆる、ピンホール）と、ピンホールを通る試料からの反射（赤外）光を検出する光検出器とを備えた、赤外共焦点走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献２）。

一方、物体の表面形状を計測する表面形状計測装置において、共焦点撮像系によりＺスキャン機構無しで物体の表面形状計測を可能とするために、物体側ピント面がＸテーブルの移動方向に対して傾くように共焦点撮像系を設置し、Ｘテーブルの移動により物体側ピント面に垂直な方向に、物体側ピント面に対する物体の表面位置が変化するように構成したもの、さらには、当該共焦点撮像系の物体側ピント面の傾斜が対物レンズの光軸に対してピンホールアレイ面を傾けて設置したもの提案されている（例えば、特許文献３）。

特開平６−１０９６４６号公報 特開２００５−４９３６３号公報 特開平１１−２１１４３９号公報

特許文献１，２の様な走査型のレーザ顕微鏡は、ガラス板や試料など検査対象となる物体の表面と平行な方向（つまり水平方向）について所定の範囲に対して観察や撮像が可能であるが、物体の厚み方向（つまり、垂直方向）については、分解能が高いが被写界深度が浅い。そのため、分解能を低下させることなく物質内部を立体的に観察や撮像をしたい場合、物体と顕微鏡との作動距離（つまり、ワーキングディスタンス）を変更させる機構（つまり、作動距離変更機構）を備えつつ、ワーキングディスタンスを変更しながら観察したり撮像したりする必要がある。つまり、分解能を低下させずに立体的に観察や撮像を行うためには、長時間を費やす必要があった。また、走査型のレーザ顕微鏡を複数台設置すれば、それに伴い撮像時間を短くすることはできるが、構造が複雑になったり、コストアップするという課題があった。

一方、特許文献３には、物体側ピント面がＸテーブルの移動方向に対して共焦点撮像系を傾けて設置した構成が開示されている。しかしこの装置は、物体表面に凹凸があっても、ピント違いの複数の領域画像の中から最も輝度値の明るい領域画像を選択し、物体表面に合焦した状態で形状計測するものであり、物体内部の撮像や検査をするものではない。

そこで本発明は、比較的安価で簡単な構成にも関わらず、光透過性を備えた物体の内部を、高分解能かつ短時間で撮像または検査することができる装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
光透過性を備えた物体の内部を撮像する撮像装置であって、
物体を保持するワーク保持部と、
物体に光を照射する光源部と、
物体の内部を撮像する撮像部と、
ワーク保持部と撮像部を物体の表面と平行な方向に相対移動させる移動機構と、
撮像部で撮像された画像を移動機構の相対移動方向につなぎ合わせて記録する合成画像記録部を備え、
撮像部は、
移動機構の相対移動方向に複数の撮像素子を配置した共焦点光学系で構成され、
複数の撮像素子のフォーカス面が、物体の表面に対し傾斜して配置され、
移動機構の移動中に物体の内部に設定された各レイヤーの画像を逐次撮像するものであり、
合成画像記録部は、撮像部で逐次撮像された各レイヤーの画像を各々記録するものである。

この態様によれば、複数の撮像素子を備えたラインセンサ等を用い、各撮像素子が共焦点光学系を構成しつつ撮像対象となる物体の表面に対して傾斜して配置された撮像部と、撮像対象となる物体とを相対移動しながら撮像が行われる。そのため、共焦点光学系を構成する各撮像素子が、フォーカス位置を変えて物体の内部をスライス撮影したような複数のレイヤー画像を、一度のスキャン動作にて撮像することができる。

また、本発明に係る別の一態様は、
光透過性を備えた物体の内部を撮像して検査を行う検査装置であって、
上述の態様の撮像装置と、
合成画像記録部に記録された前記各レイヤーの画像に基づいて検査を行う検査部を備えたことを特徴とする。

この態様によれば、上述の態様の撮像装置により一度のスキャン動作にて撮像した複数のレイヤー画像から、光透過性を備えた物体の内部に潜むキズやクラック、異物、気泡などの検査を行うことができる。

比較的安価で簡単な構成にも関わらず、光透過性を備えた物体の内部を、高分解能かつ短時間で撮像または検査することができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する別の形態の一例の全体構成を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、各図では、水平方向をｘ方向、ｙ方向と表現し、ｘｙ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をｚ方向と表現する。また、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。

本発明に係る撮像装置１は、光透過性を備えた物体の内部を撮像するものである。ここでは、光透過性を備えた物体の一類型として、透明なガラス製の基板Ｗを例示する。具体的には、撮像装置１は、基板Ｗの表面Ｗｓに平行な基板内部に設定された各レイヤーＬ１〜Ｌ３等を撮像対象としている。より具体的には、撮像装置１は、ワーク保持部２、光源部３、撮像部４、移動機構５、コンピュータ部ＣＮ、作動距離調節機構８を備えている。さらに、コンピュータ部ＣＮは、合成画像記録部６、画像処理演算装置７を備えている。

ワーク保持部２は、基板Ｗを保持するものである。具体的には、ワーク保持部２は、吸着テーブル２０を備えている。吸着テーブル２０は、上面がｘｙ方向に平坦な板材で構成され、基板Ｗが載置される部分には細孔や細溝が設けられており、これら細孔や細溝は、連通ポートを通じて外部の負圧吸引手段（例えば、真空ポンプやエジェクタ等）に切換バルブやレギュレータ等を介して接続されている。そのため、ワーク保持部２は、基板２を吸着テーブル２０上に載置した後、負圧吸引を行うことにより保持することができる。また、所定の撮像動作が済んだ後、負圧吸引を解除することにより、基板Ｗの保持を解除して取り出すことができる。

光源部３は、基板Ｗに光ＬＴを照射するものである。具体的には、光源部３は、照明ユニット３１を備えている。照明ユニット３１は、後述する撮像部４の撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５に向けて光ＬＴを照射するものである。具体的には、照明ユニット３１は、筐体内部にＬＥＤ照明や集光レンズを備え、出射口と呼ばれる開口部から光ＬＴが照射される。

さらに、照明ユニット３１は、開口部から照射される光ＬＴが基板Ｗの表面に垂直な方向である法線Ｈに対して角度θ１をなして照射されるよう配置されている。

撮像部４は、基板Ｗの内部を撮像するものである。具体的には、撮像部４は、撮像カメラ４０と共焦点レンズユニット４１を備えている。なお、撮像部４における直交座標系は、ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ方向で表す。ｃｚ方向は、共焦点レンズユニット４１の光軸（主軸とも言う）方向であり、撮像部４で撮像される基板Ｗの内部に設定された撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５を撮像する角度である。撮像部４は、基板Ｗの表面Ｗｓに対して傾斜して配置されており、ｃｚ方向とｚ方向とは傾斜角度θ２をなしている。ｃｙ方向は、説明の便宜上、ｙ方向と一致させている。そのため、ｃｘ方向とｘ方向とは傾斜角度θ２をなすこととなる。さらに、この傾斜角度θ２は、照明ユニット３１の開口部から照射される光ＬＴの角度θ１とは、基板Ｗの表面に垂直な方向である法線Ｈをに対して同じ角度に設定されている。つまり、撮像部４で撮像される基板Ｗの内部を撮像する角度と、光源部３から照射される光ＬＴは、基板Ｗの表面に対して正反射の位置に配置されている。

撮像カメラ４０は、撮像素子で受光した光を電気信号に変換し、映像信号（アナログ信号）や画像データ（デジタル信号）として外部に出力するものであり、詳細を後述する移動機構５の移動中に基板Ｗの内部に設定された各レイヤーの画像を逐次撮像するものである。具体的には、撮像カメラ４０は、イメージエリアセンサ４７を備えている。イメージエリアセンサ４７は、ｃｘ方向及びｃｙ方向に多数の撮像素子がマトリクス状に配列されたものを例示する。ここでは、イメージエリアセンサ４７のうち、ｃｙ方向に配列されている複数の撮像素子を１つの撮像素子群とし、複数の撮像素子群ＩＭ１〜ＩＭ５で受光される画像を代表例として説明を行う。

共焦点レンズユニット４１は、基板Ｗの外側に設定されたレイヤーＬｕ、基板Ｗの表面Ｗｓに設定されたレイヤーＬｓならびに基板Ｗの内部に設定された各レイヤーＬ１〜Ｌ３の各撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５の像を、それぞれイメージエリアセンサ４７の各撮像素子群ＩＭ１〜ＩＭ５に結像させるものである。撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５は、それぞれｙ方向に所定の長さを有しつつ、ｙ方向の長さと比較してｘ，ｚ方向（厳密に言えば、ｃｘ，ｃｚ方向）の幅が非常に狭い範囲の領域である。具体的には、共焦点レンズユニット４１は、対物レンズ４２，４３、共役開口部４４、共焦点リレーレンズ４５，４６を備えている。

対物レンズ４２，４３は、基板Ｗの内部、表面ないし外側の各レイヤーに設定された撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５の像を、それぞれ共役開口部４４の各開口部に結像させるものである。共役開口部４４は、ｃｘ方向に所定の幅とｃｙ方向に所定の長さを有するスリット状開口部がｃｘ方向に所定の間隔で配列されており、スリットアレイとも呼ばれる。共焦点リレーレンズ４５，４６は、共役開口部４４の各開口部を通過した光を、それぞれイメージエリアセンサ４７の各撮像素子群ＩＭ１〜ＩＭ５に結像させるものである。

なお図１には、撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５と、イメージエリアセンサ４７の各撮像素子群ＩＭ１〜ＩＭ５との間の光路イメージ図が併記されている。なお、撮像対象部位ＷＦ１〜撮像素子群ＩＭ１の光路については、他の光路と区別して見やすくするために網掛けで描かれている。また、撮像対象部位ＷＦ２〜撮像素子群ＩＭ２の光路と、撮像対象部位ＷＦ４〜撮像素子群ＩＭ４の光路については、破線で描かれている。

共焦点レンズユニット４１は、この様な構成をしているため、基板Ｗの外側・表面・内部の各レイヤーに設定された撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５で反射または散乱した光のみが、共役開口部４４の各開口部を通過し、それぞれイメージエリアセンサ４７の各撮像素子群ＩＭ１〜ＩＭ５に結像される。一方、撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５よりも手前や奥（つまり、ｃｚ方向にずれた位置）で散乱した光は、共役開口部４４の各開口部を通過しない又はごく僅かしか通過しない。そのため、各レイヤーに設定された撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５に合焦した鮮明な画像が、撮像カメラ４０で撮像されることとなる。

このとき、撮像部４の撮像カメラ４０の撮像対象部位ＷＦ１は、上方基準点撮像部として機能し、撮像対象部位ＷＦ３は、下方基準点撮像部として機能する。つまり、撮像部４には、上方基準点撮像部と下方基準点撮像部を備えることとなる。

上方基準点撮像部は、基板Ｗの表面Ｗｓから上方（つまり、基板の外側）に所定距離隔てて設定されたレイヤーＬｕの撮像対象部位ＷＦ１に含まれる上方基準点を共焦点光学系の被撮像側共役点として撮像するものである。下方基準点撮像部は、基板Ｗの表面Ｗｓから下方（つまり、基板の内側）に所定距離隔てて設定されたレイヤーＬ１の撮像対象部位ＷＦ３に含まれる下方基準点を共焦点光学系の被撮像側共役点として撮像するものである。

移動機構５は、ワーク保持部２と撮像部４を相対移動させるものである。具体的には、移動機構５は、基板Ｗの表面Ｗｓと平行な矢印Ｖで示す方向（つまり、ｘ方向）又はその反対方向に吸着テーブル２０を移動させるものである。一方、照明ユニット３１、撮像カメラ４０、共焦点レンズユニット４１は、連結部材（不図示）等を介して装置フレーム１０１に固定されている。より具体的には、移動機構５は、Ｘ軸アクチュエータ５０とスライダー５１を備えている。

Ｘ軸アクチュエータ５０は、外部の制御機器からの指令に基づいて、スライダー５１を所定の速度で移動させたり所定の位置で静止させるものである。具体的には、Ｘ軸アクチュエータ５０は、ｘ方向に延びるガイドレールとリニアモータ（不図示）を備え、ガイドレールに沿ってスライダー５１の位置決め制御や速度制御が行われる。Ｘ軸アクチュエータ５０は、装置フレーム１０１に取り付けられている。そのため、撮像部４は、移動機構５の移動中に、基板Ｗの内部、表面ないし外側の各レイヤーに設定された撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５の像を逐次撮像することができる。

コンピュータ部ＣＮは、接続された外部機器から信号やデータが入力されると、予め登録されたプログラムに従って処理を行い、処理結果を外部機器へ出力するものである。具体的には、コンピュータ部ＣＮは、入出力装置、記憶装置、画像処理装置、演算処理装置などのハードウェアと、実行プログラム（ソフトウェア）を備えている。そして、コンピュータ部ＣＮは、撮像部４の撮像カメラ４０から出力された、単位画素辺りの映像信号（アナログ信号）や画像データ（デジタル信号）が逐次入力されると、それらを連続してつなぎ合わせ、レイヤー画像として合成されたものを記録する機能を備えている

合成画像記録部６は、撮像部４で撮像された画像を移動機構５の相対移動方向につなぎ合わせて記録するものである。具体的には、合成画像記録部６は、コンピュータ部ＣＮの画像処理装置と記憶装置（半導体メモリーや磁気記録装置など）にて構成することができる。

そのため、撮像部４は、移動機構５の移動中に、基板Ｗの内部に設定された各レイヤーＬ１〜Ｌ３の画像を逐次撮像することができる。また撮像部４は、この逐次撮像と並行して、基板Ｗの表面Ｗｓに設定されたレイヤーＬｓの画像も逐次撮像することができる。さらに、撮像部４は、これらの逐次撮像と並行して、基板Ｗの外側に設定されたレイヤーＬｕの画像も逐次撮像することができる。

画像処理演算装置７は、上方基準点輝度検出部と、下方基準点輝度検出部と、基準点輝度比較部を備えている。上方基準点輝度検出部は、撮像部４の上方基準点撮像部である撮像素子群ＩＭ１で撮像された像の明るさを上方基準点輝度として検出するものである。下方基準点輝度検出部は、撮像部４の下方基準点撮像部である撮像素子群ＩＭ２で撮像された像の明るさを下方基準点輝度として検出するものである。基準点輝度比較部は、上方基準点輝度と下方基準点輝度の大小関係を比較するものである。

具体的には、画像処理演算装置７並びに、上方基準点輝度検出部、下方基準点輝度検出部、基準点輝度比較部は、コンピュータ部ＣＮを構成するハードウェア及び実行プログラム（ソフトウェア）の一部にて構成することができる。

作動距離調節機構８は、基板Ｗの表面Ｗｓと撮像部４との作動距離（いわゆる、ワークディスタンス）を調節するものである。具体的には、作動距離調節機構８は、移動機構５が相対移動している間、基板Ｗの表面Ｗｓと共焦点レンズユニット４１の対物レンズ４２とのｚ方向の間隔を常に一定の範囲内に維持することで、作動距離を一定の範囲内に維持するものである。より具体的には、作動距離調節機構８は、Ｚ軸アクチュエータ８０、スライダー８１、連結部材８２を備えている。

Ｚ軸アクチュエータ８０は、外部の制御機器からの指令に基づいて、スライダー８１を所定の速度で移動させたり所定の位置で静止させるものである。具体的には、Ｚ軸アクチュエータ８０は、ｚ方向に延びるガイドレールとステッピングモータとボールネジを備え、ガイドレールに沿ってスライダー８１の位置決め制御が行われる。また、Ｚ軸アクチュエータ８０が、連結部材（不図示）等を介して装置フレーム１０１に固定されており、撮像部４の共焦点レンズユニット４１が、連結部材８２を介してスライダー８１に取り付けられている。

なお、本発明を具現化する上で、コンピュータ部ＣＮは、作動距離調節機構８に対して以下の様な制御を行うことにより作動距離を調節する。具体的には、作動距離調節機構８は、コンピュータ部ＣＮにて上方基準点輝度と下方基準点輝度を比較され、それらの大小関係に基づいて前記作動距離を調節するような制御が行われる。

本発明に係る撮像装置１は、この様な構成をしているため、複数の撮像素子を備えたラインセンサ等を用い、各撮像素子が共焦点光学系を構成しつつ撮像対象となる物体の表面に対して傾斜して配置された撮像部と、撮像対象となる物体とを相対移動しながら撮像が行われる。そのため、共焦点光学系を構成する各撮像素子が、フォーカス位置を変えて物体の内部をスライス撮影したような複数のレイヤー画像を、一度のスキャン動作にて撮像することができる。そして、比較的安価で簡単な構成にも関わらず、光透過性を備えた物体の内部を、高分解能かつ短時間で撮像することができる。

［別の形態］
上述の撮像装置１を用いれば、合成画像記録部６に記録された各レイヤーの画像に基づいて基板内部の状態確認や観察をしたり、作業者が目視による検査をしたりできる。

一方、本発明を具現化する上ではこのような形態に限らず、光透過性を備えた物体の内部を撮像して検査を行う検査装置としても良い。具体的には、本発明に係る検査装置は、上述の撮像装置１に加えて検査部９（図１では破線で示す）を備えた構成をしている。

検査部９は、合成画像記録部６に記録された各レイヤーの画像に基づいて検査を行うものである。具体的には、検査部９は、コンピュータ部ＣＮを構成するハードウェア及び実行プログラムの一部にて構成することができる。より具体的には、検査部９は、検査対象となる画像に含まれる輝点の大きさ、形状、輝度情報、色情報などから、当該輝点が基板Ｗの内部に潜在するキズやクラック、異物、気泡などかどうかを判断するものである。また、検査部９は、当該輝点がキズやクラック、異物、気泡などと判断されれば、その種別、大きさ、個数、位置情報などを外部へ出力する機能を備えている。

本発明に係る検査装置は、この様な構成をしているため、撮像装置により一度のスキャン動作にて撮像した複数のレイヤー画像に基づいて、検査部９に、合成画像記録部６に記録された各レイヤーの画像に基づいて検査を行うことができるので、好ましい。ここで言う検査とは、基板Ｗの内部に潜在するキズやクラック、異物、気泡などの有無について検査したり、キズやクラック、異物、気泡などが基板Ｗの内部のどこに潜在するかを自動的に検査することを言う。

つまり、本発明に係る検査装置は、比較的安価で簡単な構成にも関わらず、光透過性を備えた物体の内部を、高分解能かつ短時間で撮像し、撮像した画像に基づいて検査をすることができる。

［作動距離調節機構について］
なお上述では、撮像装置１に作動距離調節機構８を備え、撮像部４に上方基準点撮像部と下方基準点撮像部を備え、画像処理演算装置７に上方基準点輝度検出部と下方基準点輝度検出部と基準点輝度比較部を備え、上方基準点輝度と下方基準点輝度の大小関係に基づいて、作動距離調節機構８により基板Ｗと撮像部４との距離作動距離を調節する構成を示した。この様な構成であれば、下述の様な事情
（１）移動機構や吸着テーブルの取付角度のずれ等により、相対移動中に作動距離が変化してしまう。
（２）基板の厚みが均一でない、基板の表面にうねりがある等、相対移動中に作動距離が変化してしまう。
（３）基板に反りがあり、基板を平坦な状態に矯正できない。
等があっても、基板Ｗの表面を撮像したときの光の強度と、その上下に設定したレイヤーを撮像したときの光の強度との大小関係を比較することで、基板Ｗの表面Ｗｓと撮像部との距離を常に一定の範囲内に維持する（いわゆる、オートフォーカス機能をはたらかせる）ことが可能となり、好ましいと言える。

しかし、本発明を具現化する上で、この様なオートフォーカス機能や、基板Ｗの表面Ｗｓの撮像は必須の機能ではなく、これら機能を省いた構成としても良い。例えば、相対移動方向に対する吸着テーブル２０の傾きが予め判明しており、再現性が保たれていれば、相対移動中の吸着テーブル２０の位置に応じて、作動距離調節機構のｚ方向の位置を調節する構成とすることで、作動距離を一定の範囲内で維持することが可能である。

また、基板Ｗの厚みが均一で、基板Ｗの表面にうねりや反りがさほど無く、移動機構や吸着テーブルの取付角度が所定の誤差範囲内に収められていれば、吸着テーブル２０と相対移動方向を略平行状態とすることで、相対移動中の作動距離を一定の範囲内に保つことができる。この様な場合、本発明に係る撮像装置・検査装置は、上述のオートフォーカス機能を省いても、所定の精度で基板Ｗの内部に潜在するキズやクラック、異物、気泡などを高分解能かつ短時間で撮像・検査することができる。

［撮像対象レイヤーについて］
なお上述では、撮像部４の撮像カメラ４０が基板Ｗの内部に設定された各レイヤーＬ１〜Ｌ３の画像の逐次撮像と並行して、基板Ｗの表面Ｗｓに設定されたレイヤーＬｓの画像を逐次撮像する構成を例示した。この様な構成の撮像装置・検査装置であれば、基板Ｗの内部に設定した各レイヤーＬ１〜Ｌ３のみならず、基板Ｗの表面Ｗｓに設定したレイヤーＬｓも並行して撮像・検査することができる。そのため、基板Ｗの内部に潜在するキズやクラック、異物、気泡などの撮像・検査のみならず、基板Ｗの表面Ｗｓに付いたキズ、汚れ、異物などの有無や、基板Ｗの表面状態について撮像・検査することができる。

しかし、本発明を具現化する上で、基板Ｗの表面Ｗｓの撮像は必須の機能ではなく、これが機能を省いた構成としても良い。

また、基板Ｗの内部に設定された各レイヤーは、図１に示された各レイヤーＬ１〜Ｌ３に限らず、それらの間をさらに細分化して設定されたレイヤーとしても良い。この場合は、共役開口部４４のスリットの本数、間隔、開口幅を撮像対象レイヤーの間隔や被写界深度に応じて適宜設定しておく。

［光源部と撮像部の角度について］
なお上述では、光源部３の照明ユニット３１から照射される光ＬＴの方向と、撮像部４の撮像カメラ４０の光軸であるｃｚ方向とが、基板Ｗの表面に対して正反射の位置に配置されている構成を例示した。この様な構成であれば、光透過性を備えた基板Ｗの内部に潜在するクラックや異物からの散乱光強度が最も強い状態で撮像され、コントラストが高い画像が得られるので、好ましい。しかし、これら方向は、正反射の位置に限らず多少ずれていても良く、基板Ｗの内部に潜在するクラックや異物からの散乱光強度が十分に確保され、検査や撮像に有効なコントラストが得られる角度に設定されていれば良い。

図２は、本発明を具現化する別の形態の一例の全体構成を示す概略図である。

本発明に係る撮像装置１Ｂは、上述の撮像装置１の光源部３，共焦点レンズユニット４１とは異なる構成の光源部３Ｂ，共焦点レンズユニット４１Ｂを備えており、作動距離調節機構８を備えていない。また、撮像装置１Ｂは、基板Ｗの内部に設定された各レイヤーＬ１〜Ｌ５を、撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５とする。

［移動機構について］
なお上述では、移動機構５として、基板Ｗを保持する吸着テーブル２０をｘ方向に移動させるＸ軸アクチュエータ５０を備え、光源部３及び撮像部４を固定状態として相対移動を行う構成を例示した。しかし、移動機構５は、この様な構成に限定されず、撮像部４をｘ方向に移動させるＸ軸アクチュエータを備え、基板Ｗを保持するワーク保持部２を固定状態として相対移動を行う構成であっても良い。

また必要に応じて、移動機構５は、Ｘ軸アクチュエータ５０または吸着テーブル２０を矢印Ｖと交差する方向（つまり、ｙ方向）に所定の速度で移動させ任意の位置で静止させるＹ軸アクチュエータとスライダー（図示せず）を備えた構成としても良い。

［作動距離調節機構について］
上述では、作動距離調節機構８として、Ｚ軸アクチュエータ８０を備え、ｚ方向に移動する構成を例示した。しかし、作動距離の調節は、ｚ方向に限らず、ｃｚ方向に移動する構成であっても良い。つまり、実質的にｚ方向またはｃｚ方向に移動する構成であれば良い。

［撮像カメラについて］
なお上述では、撮像部４の撮像カメラ４０として複数の撮像素子がｃｘ方向およびｃｙ方向に配置されたエリアセンサカメラを備えた構成を例示した。この構成では、ｃｘ方向に配置された一列の撮像素子群を、ラインセンサのごとく取り扱い、このようなラインセンサが複数本、ｃｘ方向に配列されているものとして取り扱うことができる。そのため、独立したラインセンサユニットを複数並べて配置するよりも、狭いピッチで多数配置することができ、分解能の高いレイヤー画像を一度に複数取得できるので、好ましい。

しかし、本発明に係る撮像部４の撮像カメラ４０は、エリアセンサカメラに限らず、ラインセンサカメラで構成しても良い。この場合、共役開口部は、相対移動方向（ｘ方向）またはそれに沿う方向（ｃｘ方向）に一列直線状に配列された細孔（いわゆる、ピンホール）で構成しても良い。なおこの様な構成で基板Ｗのｘｙ方向に亘って撮像・検査を行う場合、移動機構５は、ｘ方向のみならずｙ方向にも相対移動する構成にしておく。

［光源部について］
上述では、光源部３の照明ユニット３１として、ＬＥＤ照明を備えたものを例示した。しかし本発明を具現化する上で、光源部３は、ＬＥＤ照明に限らず、以下の様な構成であっても良い。
（１）メタルハライドランプ、キセノンランプ、白熱ランプ、水銀ランプ等を光源とする構成。
（２）光ファイバーを備えたライトガイドで導光し、集光レンズ等により基板Ｗの撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５を含む所定の範囲に向けて光ＬＴを照射する構成。
（３）共焦点レンズユニット内にハーフミラーを配置し、このハーフミラーに向けて照明光ＬＴを照射することで、ハーフミラーで反射した光が基板Ｗの撮像対象部位ＷＦ１〜ＷＦ５を含む所定の範囲に向けて照射される構成。

また光源部３は、上述の作動距離調節機構８にて、撮像部４と一体的に移動しても良い。或いは、光源部３は、連結部材などを介して装置フレーム１０１に固定し、基板Ｗの可動範囲全体に光ＬＴが照射される構成でも良い。

［ワーク保持部について］
上述では、ワーク保持部２として、上面がｘｙ方向に平坦な板材で構成された吸着テーブル２０を例示し、吸着テーブル２０上に基板Ｗを保持する構成を示した。しかし、反りのある基板、平坦な状態に矯正できない基板、裏面への接触を避けたい基板などを保持する場合、リング状または中央部が凹んだ断面形状の保持手段を備え、基板の側面や外縁部などの接触可能部位を保持する構成としても良い。この場合の具体的な保持手段としては、基板の側面の数カ所を基板外側から内側に押し付けて狭持するものや、基板の外縁部を基板厚み方向に狭持するもの、基板の外縁部の一部または全部を基板外縁の外側をガイドしつつ基板外縁下面側から支え当該基板外縁下面側を負圧吸引するものなどが例示できる。この様な保持手段にて基板を保持していれば、基板が相対移動中に位置ずれすることを防ぐことができる。なお、この様な保持手段にて基板を保持して撮像・検査する場合、基板の中央部と外周部との作動距離を一定の範囲内に維持できるよう、上述のオートフォーカス機能がはたらく構成にしておく。

［撮像・検査の対象となる物体について］
上述では、光透過性を備えた物体の一類型として、透明なガラス製の基板Ｗを例示した。しかし基板Ｗの材質は、透明なガラスに限らず、石英やサファイヤ、着色された半透明のガラス等であっても良いし、赤色の光や赤外光を透過するシリコンやセラミック等であっても良い。

また上述では、基板Ｗが矩形のものを例示して説明を行ったが、他の形状（円形や楕円形、多角形など）であっても良い。さらに基板Ｗには、必要に応じて、ノッチやオリエンテーションフラットと呼ばれる方向合わせ用の目印が備えられていても良い。

１ 撮像装置
１Ｂ 撮像装置
２ ワーク保持部
３ 光源部
４ 撮像部
５ 移動機構（Ｘ軸ステージ）
６ 合成画像記録部
７ 画像処理演算装置
８ 作動距離調節機構（Ｚ軸ステージ）
９ 検査部
ＣＮ コンピュータ部
２０ 吸着テーブル
３１ 照明ユニット
３５ ハーフミラー
４０ 撮像カメラ
４１ 共焦点レンズユニット
４２ 対物レンズ
４３ 対物レンズ
４４ 共役開口部（スリット／ピンホール）
４５ 共焦点リレーレンズ
４６ 共焦点リレーレンズ
４７ イメージエリアセンサ
５０ Ｘ軸アクチュエータ
５１ スライダー
８０ Ｚ軸アクチュエータ
８１ スライダー
８２ 連結部材
１０１ 装置フレーム
Ｗ 基板（撮像対象となる物体：ガラス等）
Ｗｓ 基板の表面
Ｈ 法線（基板の表面に垂直な方向）
Ｖ 矢印（物体の移動方向）
θ１ 角度（光が照射される方向と法線のなす角度）
θ２ 角度（ｘ−ｃｘ方向のなす角度、ｚ−ｃｚ方向のなす角度）
ＬＴ 光源部から照射された光
ＷＦ１〜ＷＦ５ 撮像対象部位（ワーク側）
ＩＭ１〜ＩＭ５ 撮像素子（群）
Ｌ１〜Ｌ５ 撮像対象となるレイヤー（基板内部）
Ｌｕ 基板の表面から上方に設定されたレイヤー
Ｌｓ 基板の表面に設定されたレイヤー

Claims (6)

1. 光透過性を備えた物体の内部を撮像する撮像装置であって、
   前記物体を保持するワーク保持部と、
   前記物体に光を照射する光源部と、
   前記物体の内部を撮像する撮像部と、
   前記ワーク保持部と前記撮像部を相対移動させる移動機構と、
   前記撮像部で撮像された画像を前記移動機構の相対移動方向につなぎ合わせて記録する合成画像記録部を備え、
   前記撮像部は、
   前記移動機構の相対移動方向に複数の撮像素子を配置した共焦点光学系で構成され、
   前記複数の撮像素子のフォーカス面が、前記物体の表面に対し傾斜して配置され、
   前記移動機構の移動中に前記物体の内部に設定された各レイヤーの画像を逐次撮像するものであり、
   前記合成画像記録部は、前記撮像部で逐次撮像された前記各レイヤーの画像を各々記録するものである
   ことを特徴とする、光透過性を備えた物体内部の撮像装置。
2. 前記撮像部は、前記物体の表面と所定の角度をなす前記移動機構の相対移動方向方向および当該相対移動方向と交差する方向に複数の撮像素子を配置したエリアセンサカメラを備え、
   前記エリアセンサカメラの撮像素子群に対応する共焦点光学系の共役開口部として、前記相対移動方向と交差する方向に延びたスリット状の開口部を備えた
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光透過性を備えた物体内部の撮像装置
3. 前記物体の表面と前記撮像部との作動距離を調節する作動距離調節機構と、
   画像処理演算装置を備え、
   前記撮像部には、
   前記物体の表面から上方に所定距離隔てて設定された上方基準点を共焦点光学系の被撮像側共役点として撮像する上方基準点撮像部と、
   前記物体の表面から下方に所定距離隔てて設定された下方基準点を共焦点光学系の被撮像側共役点として撮像する下方基準点撮像部が備えられ、
   前記画像処理演算装置は、
   前記上方基準点撮像部で撮像された像の明るさを上方基準点輝度として検出する上方基準点輝度検出部と、
   前記下方基準点撮像部で撮像された像の明るさを下方基準点輝度として検出する下方基準点輝度検出部と、
   前記上方基準点輝度と前記下方基準点輝度の大小関係を比較する基準点輝度比較部を備え、
   前記作動距離調節機構は、
   前記上方基準点輝度と前記下方基準点輝度の大小関係に基づいて前記作動距離を調節することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光透過性を備えた物体内部の撮像装置。
4. 前記撮像部は、前記物体の内部に設定されたレイヤーの画像の逐次撮像と並行して、前記物体の表面に設定されたレイヤーの画像を逐次撮像する
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光透過性を備えた物体内部の撮像装置。
5. 前記撮像部で撮像される前記物体の部位を撮像する方向と、前記撮像部で撮像される前記物体の部位に向けて前記光源部から照射される光の方向が、前記物体の表面に対して正反射の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光透過性を備えた物体内部の撮像装置。
6. 光透過性を備えた物体の内部を撮像して検査を行う検査装置であって、
   請求項１〜５のいずれかに記載の光透過性を備えた物体内部の撮像装置と、
   前記合成画像記録部に記録された前記各レイヤーの画像に基づいて検査を行う検査部を備えたことを特徴とする、光透過性を備えた物体内部の検査装置。

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