JP2021071302A - Object inspection device and object inspection method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、スペクトル情報に基づいて物体を検査する物体検査装置および物体検査方法に関する。 The present disclosure relates to an object inspection device and an object inspection method for inspecting an object based on spectral information.
各々が狭帯域である多数のバンド(例えば、数十バンド以上)のスペクトル情報を活用することで、従来のRGB画像では不可能であった物質(例えば、液体、薄膜)の詳細な物性を把握することができる。この多波長の情報を取得するカメラは、「ハイパースペクトルカメラ」と呼ばれる。ハイパースペクトルカメラは、例えば、食品検査、生体検査、医薬品開発、鉱物の成分分析等といったあらゆる分野で利用されている。 By utilizing the spectral information of a large number of bands (for example, several tens of bands or more), each of which is a narrow band, it is possible to grasp the detailed physical properties of a substance (for example, liquid or thin film), which was impossible with conventional RGB images. can do. A camera that acquires this multi-wavelength information is called a "hyperspectral camera". Hyperspectral cameras are used in all fields such as food inspection, biopsy, drug development, and mineral component analysis.
従来の多波長の画像または反射率を測定できるハイパースペクトルカメラは、以下の5つの方式に大別できる。
(a)ラインセンサ方式
(b)電子フィルタ方式
(c)フーリエ変換方式
(d)干渉フィルタ方式
(e)圧縮センシング方式
Conventional hyperspectral cameras capable of measuring multi-wavelength images or reflectance can be roughly classified into the following five methods.
(A) Line sensor method (b) Electronic filter method (c) Fourier transform method (d) Interference filter method (e) Compressed sensing method
(a)ラインセンサ方式について説明する。ラインセンサ方式では、ライン状のスリットを有する部材を用いて、対象物の1次元情報が取得される。スリットを通過した光は、回折格子やプリズムなどの分光素子によって波長に応じて分離される。分離された波長ごとの光は、2次元に配列された複数の画素を有する撮像素子(イメージセンサ)によって検出される。ラインセンサ方式では、一度に測定対象物の1次元情報しか得られないため、カメラ全体あるいは測定対象物をスリット方向に垂直に走査することによって2次元のスペクトル情報を得る。ラインセンサ方式では、高解像度の多波長画像が得られるという利点がある。ラインセンサ方式のハイパースペクトルカメラは、例えば特許文献1に開示されている。 (A) The line sensor method will be described. In the line sensor method, one-dimensional information of an object is acquired by using a member having a line-shaped slit. The light that has passed through the slit is separated according to the wavelength by a spectroscopic element such as a diffraction grating or a prism. The separated light for each wavelength is detected by an image sensor (image sensor) having a plurality of pixels arranged in two dimensions. In the line sensor method, only one-dimensional information of the object to be measured can be obtained at one time, so two-dimensional spectral information can be obtained by scanning the entire camera or the object to be measured perpendicularly to the slit direction. The line sensor method has an advantage that a high-resolution multi-wavelength image can be obtained. A line sensor type hyperspectral camera is disclosed in, for example, Patent Document 1.
(b)電子フィルタ方式について説明する。電子フィルタ方式には、液晶チューナブルフィルタ(Liquid Crystal Tunable Filter:LCTF)を用いる方法と、音響光学素子(Acousto-Optic Tunable Filter:AOTF)を用いる方法とがある。液晶チューナブルフィルタは、リニアポラライザ、複屈折フィルタ、および液晶セルを多段に並べた素子である。液晶チューナブルフィルタでは、電圧制御だけで不要な波長の光を排除し、任意の特定波長の光のみを抽出できる。音響光学素子は、圧電素子が接着された音響光学結晶によって構成される。音響光学結晶に電気信号を印加すると、超音波が発生し、結晶内に疎密の定常波が形成される。それによる回折効果によって任意の特定波長の光のみを抽出することができる。電子フィルタ方式では、波長が限定されるが高解像度の動画のデータを取得できるという利点がある。 (B) The electronic filter method will be described. The electronic filter method includes a method using a liquid crystal tunable filter (LCTF) and a method using an acoustic optical element (Acousto-Optic Tunable Filter: AOTF). A liquid crystal tunable filter is an element in which a linear polarizer, a birefringence filter, and a liquid crystal cell are arranged in multiple stages. The liquid crystal tunable filter can eliminate light of an unnecessary wavelength only by voltage control and can extract only light of an arbitrary specific wavelength. The acoustic optical element is composed of an acoustic optical crystal to which a piezoelectric element is adhered. When an electric signal is applied to an acoustic-optical crystal, ultrasonic waves are generated and a sparse and dense standing wave is formed in the crystal. Due to the diffraction effect resulting from this, only light of an arbitrary specific wavelength can be extracted. The electronic filter method has an advantage that high-resolution moving image data can be acquired although the wavelength is limited.
(c)フーリエ変換方式について説明する。フーリエ変換方式は、2光束干渉計の原理を用いた方式である。測定対象からの光束は、ビームスプリッターで分岐され、それぞれの光束が固定ミラーおよび移動ミラーで反射され、再度結合した後、検出器で観測される。移動ミラーの位置を時間的に変動させることにより、光の波長に依存した干渉の強度変化を示すデータを取得することができる。得られたデータをフーリエ変換することにより、スペクトル情報が得られる。フーリエ変換方式の利点は、多波長の情報を同時に取得できることである。フーリエ変換方式のハイパースペクトルカメラは、例えば特許文献2に開示されている。 (C) The Fourier transform method will be described. The Fourier transform method is a method using the principle of a two-luminous flux interferometer. The luminous flux from the measurement target is split by a beam splitter, each luminous flux is reflected by a fixed mirror and a moving mirror, recombined, and then observed by a detector. By changing the position of the moving mirror with time, it is possible to acquire data showing the change in the intensity of interference depending on the wavelength of light. Spectral information can be obtained by Fourier transforming the obtained data. The advantage of the Fourier transform method is that multi-wavelength information can be acquired at the same time. A Fourier transform type hyperspectral camera is disclosed in, for example, Patent Document 2.
(d)干渉フィルタ方式について説明する。干渉フィルタ方式は、ファブリペロー干渉計の原理を用いた方式である。所定の間隔だけ離れた反射率の高い2つの面を有する光学素子をセンサ上に配置した構成が用いられる。光学素子の2面間の間隔は領域ごとに異なり、所望の波長の光の干渉条件に一致するように決定される。干渉フィルタ方式では、多波長の情報を同時にかつ動画で取得できるという利点がある。 (D) The interference filter method will be described. The interference filter method is a method using the principle of the Fabry-Perot interferometer. A configuration is used in which an optical element having two surfaces having high reflectance separated by a predetermined interval is arranged on the sensor. The distance between the two surfaces of the optical element varies from region to region and is determined to match the interference conditions of light of a desired wavelength. The interference filter method has an advantage that multi-wavelength information can be acquired simultaneously and as a moving image.
(e)圧縮センシング方式について説明する。圧縮センシング方式では、プリズム分光した画像と、分光しない画像とから、測定対象物からの光の波長帯域ごとに分離された複数の画像を推定する。圧縮センシング方式では、データ量の多いハイパースペクトルデータを圧縮して保存できるという利点がある。圧縮センシング方式のハイパースペクトルカメラは、例えば特許文献3に開示されている。 (E) The compressed sensing method will be described. In the compressed sensing method, a plurality of images separated for each wavelength band of light from the measurement object are estimated from the prism-spectroscopic image and the non-spectral image. The compressed sensing method has an advantage that hyperspectral data having a large amount of data can be compressed and stored. A compressed sensing type hyperspectral camera is disclosed in, for example, Patent Document 3.
以上、ハイパースペクトルカメラの5つの方式について説明した。 The five methods of the hyperspectral camera have been described above.
上述したハイパースペクトルカメラは、例えば、物体の検査に用いられる。例えば特許文献4には、容器内に充填された液体の異状(物性の異なる状態)の検出を目的として、容器の外側から容器に対して測定光を照射し、反射スペクトルや吸収スペクトルを測定する方法が開示されている。 The hyperspectral camera described above is used, for example, for inspecting an object. For example, in Patent Document 4, for the purpose of detecting abnormalities (states having different physical properties) of liquids filled in a container, the container is irradiated with measurement light from the outside of the container, and the reflection spectrum and absorption spectrum are measured. The method is disclosed.
特許文献4の方法では、まず、第1のステップにおいて、撮像によって得られたスペクトル画像に含まれる全画素から、検査対象物(例えば、容器中の液体)に係る情報が含まれる対象物撮像画素を抽出する。次に、第2のステップにおいて、対象物撮像画素における各波長に対するスペクトル強度の平均を求め、平均反射スペクトルを算出する。そして、算出された平均反射スペクトルを用いて異状を判定している。 In the method of Patent Document 4, first, in the first step, from all the pixels included in the spectral image obtained by imaging, the object imaging pixel containing information on the inspection object (for example, the liquid in the container). Is extracted. Next, in the second step, the average of the spectral intensities for each wavelength in the object imaging pixel is obtained, and the average reflection spectrum is calculated. Then, the abnormality is determined using the calculated average reflection spectrum.
しかしながら、従来では、凹凸形状の物体の上に検査対象物(例えば、液体または薄膜)が存在する場合、照明光の照射時やハイパースペクトルカメラによる撮像時に、上記凹凸形状により、死角が発生することがある。よって、検査対象物を高精度に検査することは、困難であった。 However, conventionally, when an object to be inspected (for example, a liquid or a thin film) exists on an object having an uneven shape, a blind spot is generated due to the uneven shape when irradiating illumination light or imaging with a hyperspectral camera. There is. Therefore, it has been difficult to inspect the inspection object with high accuracy.
本開示の一態様の目的は、凹凸形状の物体上の検査対象物を高精度に検査することができる物体検査装置および物体検査方法を提供することである。 An object of one aspect of the present disclosure is to provide an object inspection apparatus and an object inspection method capable of inspecting an inspection object on an uneven object with high accuracy.
本開示の一態様に係る物体検査装置は、対象物へ光を照射する照明系と、前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得するスペクトルカメラを少なくとも含む撮像系と、を有し、前記スペクトル画像が取得される場合、前記照明系と前記撮像系とが前記対象物の法線を基準として正反射の配置となる。 The object inspection apparatus according to one aspect of the present disclosure includes at least an imaging system that irradiates an object with light and a spectrum camera that acquires a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object. When the system and the spectrum image are acquired, the illumination system and the imaging system are arranged for normal reflection with respect to the normal line of the object.
本開示の一態様に係る物体検査装置は、対象物へ光を照射する照明系と、前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得するスペクトルカメラを少なくとも含む撮像系と、前記照射系から出射されて前記対象物に照射される光の光軸と、前記撮像系に入射される前記対象物からの反射光の光軸とを一致させるハーフミラーを有する。 The object inspection apparatus according to one aspect of the present disclosure includes at least an imaging system that irradiates an object with light and a spectrum camera that acquires a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object. It has a system, a half mirror that aligns an optical axis of light emitted from the irradiation system and irradiated on the object, and an optical axis of reflected light from the object incident on the imaging system.
本開示の一態様に係る物体検査方法は、対象物へ光を照射する照明工程と、スペクトルカメラを用いて、前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得する撮像工程と、を有し、前記撮像工程では、前記スペクトル画像を取得する場合、照明系と撮像系とを前記対象物の法線を基準として正反射の配置とする。 The object inspection method according to one aspect of the present disclosure uses a lighting step of irradiating an object with light and a spectrum camera to acquire a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object. It has an imaging step, and in the imaging step, when the spectrum image is acquired, the illumination system and the imaging system are arranged with normal reflection with reference to the normal line of the object.
本開示の一態様に係る物体検査方法は、対象物へ光を照射する照明工程と、スペクトルカメラを用いて、前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得する撮像工程と、を有し、前記撮像工程では、ハーフミラーを用いて、照射系から出射されて前記対象物に照射される光の光軸と、撮像系に入射される前記対象物からの反射光の光軸とを一致させる。 The object inspection method according to one aspect of the present disclosure uses a lighting step of irradiating an object with light and a spectrum camera to acquire a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object. The imaging step includes an optical axis of light emitted from the irradiation system and applied to the object by using a half mirror, and reflection from the object incident on the imaging system. Align with the optical axis of light.
本開示によれば、凹凸形状の物体上の検査対象物を高精度に検査することができる。 According to the present disclosure, it is possible to inspect an inspection object on an uneven object with high accuracy.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The components common to each figure are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1について説明する。
(Embodiment 1)
The first embodiment of the present disclosure will be described.
<物体検査装置10の構成>
まず、図1を用いて、本実施の形態の物体検査装置10の構成について説明する。図1は、本実施の形態の物体検査装置10の構成例を示す模式図である。
<Structure of
First, the configuration of the
物体検査装置10は、対象物100(物体102)を検査する装置である。なお、ここでいう「検査」とは、「判定」、「判別」、または「特定」等の意味を含んでもよい。
The
物体検査装置10は、サンプル駆動系20、照明系30、撮像系40、および画像処理装置(図示略)を有する。なお、サンプル駆動系20および画像処理装置は、物体検査装置10の構成要素でなくてもよい。
The
[対象物100]
対象物100は、凹凸形状物体101および物体102を含む。物体102は、凹凸形状物体101の上に配置されている。
[Object 100]
The
凹凸形状物体101は、入射光量に対して正反射率が5%以上の物質(例えば、金属面、スムースな樹脂面等)である。
The
物体102は、全光線透過率が50%以上、ヘイズ値が50%以下の物体である。例えば、物体102としては、アクリル、塩化ビニルなどの透明薄膜、液晶またはガラス上のオーバーコート剤または接着剤、タッチパネル用薄膜、金属被膜、透明有機溶剤の液体などが挙げられる。
The
なお、上述した反射率、全光線透過率、およびヘイズ値は、可視光域であるとする。 The above-mentioned reflectance, total light transmittance, and haze value are assumed to be in the visible light region.
[サンプル駆動系20]
サンプル駆動系20は、図中の左右方向に駆動するXステージ201と、図中の前後方向に駆動するYステージ202と、図中の上下方向に駆動するZステージ203と、図中の上下方向の軸を中心に回転するθステージ204と、を有する。これにより、凹凸形状物体101上の物体102の撮像時に死角が生じないように、物体100を移動させることができる。
[Sample drive system 20]
The
[照射系30]
照明系30は、赤外平行光を発する光源(熱型光源)301を有する。光源301は、例えば、フラットパネルの面光源でもよいし、点光源およびコリメート光学系(レンズ系、ミラー系)を含む光源でもよい。
[Irradiation system 30]
The
物体102は可視光域では透明に見える性質を有するため、光源301は、発光波長が2500nm〜15000nmの赤外平行光を発する光源(例えば、ハロゲン光源、キセノン光源など)であることが望ましい。または、光源301は、例えば、近年開発が進む赤外LED(Light Emitting Diode)により実現されてもよい。
Since the
または、光源301は、遠赤外線ヒーター等で実現されてもよい。物体102は可視光域では透明に見える性質を有するため、光源301は、コリメート光学系を含む場合、赤外波長で最大効率が得られる(透過率や反射率が高くなる)ことが望ましい。具体的には、コリメート光学系のレンズ群やミラー群を金コートすることが望ましい。
Alternatively, the
また、照明系30は、図中の垂直方向を軸として図中の水平方向に回転する照明回転軸(図示略)によって、赤外平行光の照射角度を変更できる。
Further, the
照明系30は、対象物100に対して赤外平行光を照射する。対象物100からの反射光は、撮像系40により取得される。なお、照明系30の照明角度および撮像系40の撮像角度については、後述する。
The
[撮像系40]
撮像系40は、撮像光学系401と、スペクトルカメラ402と、を有する。
[Imaging system 40]
The
スペクトルカメラ402は、上述したハイパースペクトルカメラである。スペクトルカメラ402の発光波長は、2500nm〜15000nmである。
The
対象物100からの反射光は、撮像光学系401を通って、スペクトルカメラ402に到達する。スペクトルカメラ402は、その反射光に基づいて、赤外モノクロ画像Mnと、分光されたスペクトル画像Inとを得る。これらの画像は、画像処理装置において用いられる。なお、スペクトルカメラ402の構成および各画像の詳細については、後述する。
The reflected light from the
[波長領域数(バンド数)]
材料組成が異なる複数種類の物体102を検査対象とする場合では、スペクトルカメラ402の狭帯域であるバンド数は、10バンド以上が望ましい。一方、1種類の物体102を検査対象とする場合では、スペクトルカメラ402の狭帯域であるバンド数は、3バンド程度でもよい。
[Number of wavelength regions (number of bands)]
When a plurality of types of
また、照明系30で説明した理由と同様の理由により、撮像光学系401は、赤外波長で最大効率が得られる(透過率が高くなる)ことが望ましい。また、スペクトルカメラ402も、近赤外波長で最大の効率が得られる(受光感度が高くなる)ことが望ましい。
Further, for the same reason as described in the
具体的には、撮像光学系401のレンズ群を金コートするなどして表面反射率を抑えることが望ましい。また、スペクトルカメラ402のセンサとして、例えば、InGaAs、CdS、CdSe、PbS等の量子型センサまたはサーミスタ、あるいは、ボロメータ等の熱型センサを採用することが望ましい。
Specifically, it is desirable to suppress the surface reflectance by coating the lens group of the imaging
以上、物体検査装置10の構成について説明した。
The configuration of the
<物体検査方法>
次に、図1および図2を用いて、物体検査装置10を用いた物体検査方法について説明する。図2は、物体検査方法の流れを示すフローチャートである。
<Object inspection method>
Next, an object inspection method using the
モノクロ画像Mnの撮像時では、撮像系40は、図1に示す位置(A)にある。位置(A)にあるとき、撮像系40は、図1の上下方向に平行で、対象物100に対して垂直である。
At the time of imaging the monochrome image Mn, the
光源301から発せられた赤外平行光は、位置(A)にある撮像系40の光軸を基準として角度θαの光軸で対象物100に照射される。角度θαは、対象物100からの反射光が多くなるように45度以下であることが望ましい。
The infrared parallel light emitted from the
対象物100から拡散反射された光は、撮像光学系401を通って、スペクトルカメラ402に到達する。そして、スペクトルカメラ402は、赤外モノクロ画像Mnを撮像する(S101)。この撮像方法の詳細については後述する。
The light diffusely reflected from the
撮像された赤外モノクロ画像Mnは、例えば画像処理装置(図示略。以下同様)に保存される(S102)。 The captured infrared monochrome image Mn is stored in, for example, an image processing apparatus (not shown; the same applies hereinafter) (S102).
画像処理装置は、保存された赤外モノクロ画像Mnを用いて、物体102の位置を特定する(S103)。
The image processing apparatus identifies the position of the
例えば、画像処理装置は、一般的な画像処理であるノイズ除去、平滑化、鮮鋭化、エッジ検出、二値化や、ディープラーニングを代表とするAI画像処理技術を用いて、物体102の位置を特定することが望ましい。
For example, an image processing device uses AI image processing technology typified by general image processing such as noise removal, smoothing, sharpening, edge detection, and binarization to determine the position of an
次に、撮像系40を移動させる機構(図示略)は、特定された物体102の位置と、予め設定された凹凸形状物体101の形状情報とに基づいて、撮像系40を図1に示す位置(B)に移動させる。すなわち、撮像系40は、以下の数式(1)の関係を満たすように配置される。これにより、照射系30と撮像系40とが、対象物100の法線に対して正反射の配置となる。よって、照射系30から出射された赤外平行光は正反射して撮像系40へ入射する。なお、以下では、位置(B)を「正反射の位置」ともいう。
次に、物体102が死角にならないように、サンプル駆動系20の軸(図1の上下方向の軸)を駆動させる(S104)。
Next, the axis of the sample drive system 20 (the vertical axis in FIG. 1) is driven so that the
次に、スペクトルカメラ402は、波長バンドごとにスペクトル画像Inを撮像する(S105)。この撮像方法の詳細については後述する。
Next, the
撮像されたスペクトル画像Inは、例えば画像処理装置に保存される(S106)。 The captured spectral image In is stored in, for example, an image processing apparatus (S106).
次に、画像処理装置は、スペクトル画像Inの画素毎に波長スペクトルSpに変換する(S107)。 Next, the image processing apparatus converts each pixel of the spectrum image In into a wavelength spectrum Sp (S107).
次に、画像処理装置は、波長スペクトルSpを正規化し、照明系30の光量分布によるスペクトル強度の差異を平均化する(S108)。 Next, the image processing apparatus normalizes the wavelength spectrum Sp and averages the difference in spectral intensity due to the light amount distribution of the illumination system 30 (S108).
次に、画像処理装置は、スペクトルに対する一般的な統計手法を用いて、物体102の物性を判定する(S109)。
Next, the image processing apparatus determines the physical characteristics of the
ここで用いられる統計手法としては、例えば、PLS−DA(Partial Least Squares Regression Discriminant Analysis)や、SFF(Spectral Feature Fitting)、SAM(Spectral Angle Mapper)などが挙げられる。 Examples of the statistical method used here include PLS-DA (Partial Least Squares Regression Discriminant Analysis), SFF (Spectral Feature Fitting), and SAM (Spectral Angle Mapper).
以上、物体検査装置10を用いた物体検査方法について説明した。
The object inspection method using the
<スペクトルカメラ402の構成>
次に、図3および図4を用いて、スペクトルカメラ402の構成について説明する。図3は、スペクトルカメラ402の構成例を示す模式図である。図4は、図3に示した位相シフター4010の構成例を示す模式図である。
<Structure of
Next, the configuration of the
なお、以下では、スペクトルカメラ402が、赤外モノクロ画像Mnとスペクトル画像Inの取得切り替えが容易なフーリエ変換方式のハイパースペクトルカメラ(特許文献2参照)である場合を例に挙げて説明する。ただし、スペクトルカメラ402は、これに限定されず、他の方式(例えば、ラインセンサ方式、電子フィルタ方式、干渉フィルタ方式、圧縮センシング方式等)のハイパースペクトルカメラであってもよい。
In the following, a case where the
図3に示すように、対象物100の輝点からの反射光は、撮像光学系401に入射し、平行光へ変換される。なお、撮像光学系401を透過した後の光束は、完全な平行光束である必要はない。後述するように、1つの輝点から生じた光線群を2分割あるいはそれ以上に分割できる程度に広げることができればよい。ただし、撮像光学系401を透過した後の光束が平行光束でない場合、後述の位相シフト量に応じて生じる位相差量に誤差を生じ易い。よって、より高い分光計測精度を得るためには、撮像光学系401を透過した後の光束は、平行光束であることが望ましい。
As shown in FIG. 3, the reflected light from the bright spot of the
図3に示すように、撮像レンズ系401を透過した平行光束は、位相シフター4010に到達する。
As shown in FIG. 3, the parallel light flux transmitted through the image
図4に示すように、位相シフター4010は、矩形板状の固定ミラー部4011、その中央の円孔部4011aに挿入された円柱状の可動ミラー部4012、可動ミラー部4012を保持する保持部4013、保持部4013を移動する駆動ステージ4014を備えて構成されている。固定ミラー部4011および可動ミラー部4012の表面は、光学的に平坦で、かつ、スペクトルカメラ402が計測対象とする光の波長帯域を反射可能な光学鏡面となっている。
As shown in FIG. 4, the
以下の説明では、位相シフター4010に到達した平行光束のうち、固定ミラー部4011の反射面に到達して反射される光束を「固定光線群」といい、可動ミラー部4012の反射面に到達して反射される光束を「可動光線群」ともいう。
In the following description, among the parallel light beams that have reached the
駆動ステージ4014は、例えば静電容量センサを具備する圧電素子で構成されている。駆動ステージ4014は、制御部4020から受け取った制御信号に基づいて、保持部4013を矢印Aの方向へ移動させる。これにより、可動ミラー部4012は、光の波長に応じた精度で矢印Aの方向に移動する。分光計測能力にもよるが、例えば可視光領域では、10nm程度の高精度な位置制御が必要とされる。
The
例えば、可動ミラー部4012は、図5A、図5B、図5Cの順または図5C、図5B、図5Aの順に、移動する。なお、図5Bに示すように、可動ミラー部4012の反射面が固定ミラー部4011の反射面と一致している状態を「位相シフト原点」という。
For example, the
また、位相シフター4010は、図3に示すように、撮像光学系401からの平行光束の光軸に対して固定ミラー部4011および可動ミラー部4012の反射面が45度傾くように配置されている。駆動ステージ4014は、可動ミラー部4012の反射面の光軸に対する傾きを45度に維持した状態でその可動ミラー部4012を移動させる。
Further, as shown in FIG. 3, the
このような構成により、可動ミラー部4012の光軸方向の移動量は、駆動ステージ4014の移動量の1/√2となる。また、固定光線群と可動光線群の2光束間の相対的な位相変化を与える光路長差は、可動ミラー部4012の光軸方向の移動量の2倍となる。
With such a configuration, the amount of movement of the
このように固定ミラー部4011および可動ミラー部4012を撮像光学系401からの平行光束の光軸に対して傾けて配置することにより、光線を分岐するためのビームスプリッターが不要となるため、物体光の利用効率を高くすることができる。また、可動ミラー部4012を傾けたことにより、駆動ステージ4014の移動量に対する可動ミラー部4012の光軸方向の移動量が小さくなる。そのため、ステージ移動誤差の分光計測精度への劣化の影響を小さくできる。
By arranging the fixed
位相シフター4010に到達し、固定ミラー部4011および可動ミラー部4012の反射面で反射された固定光線群および可動光線群は、それぞれ、図3に示すように、結像レンズ4022により収束されて検出センサ4024の結像面に入る。
As shown in FIG. 3, the fixed ray group and the movable ray group that have reached the
検出部4024は、例えば、InGaAs、CdS、CdSe、PbS等の量子型センサまたはサーミスタ、あるいは、ボロメータ等の熱型センサで構成されている。
The
固定ミラー部4011の反射面と可動ミラー部4012の反射面は、検出部4024の結像面で2つの光線群の集光位置がずれない程度の精度で平行に構成されている。
The reflective surface of the fixed
以上、スペクトルカメラ402の構成について説明した。
The configuration of the
<赤外モノクロ画像Mnおよびスペクトル画像Inの撮像方法>
次に、本実施の形態に係る赤外モノクロ画像Mnおよびスペクトル画像Inそれぞれの撮像方法(取得方法と言ってもよい)について説明する。
<Method of imaging infrared monochrome image Mn and spectral image In>
Next, imaging methods (which may be called acquisition methods) for each of the infrared monochrome image Mn and the spectral image In according to the present embodiment will be described.
まず、スペクトル画像Inの撮像方法について説明する。 First, an imaging method of the spectrum image In will be described.
ここでは、反射光の初期位相が必ずしも揃っていない光線群が、撮像光学系401と結像レンズ4022を経て検出部4024の結像面で位相が揃った波として1つの点に集光し、輝点像(干渉像)を形成する光学モデルに基づいて説明する。
Here, a group of light rays whose initial phases of the reflected light are not necessarily aligned are focused on one point as waves having the same phase on the imaging surface of the
上述したとおり、対象物100の1つの輝点から発せられた光線群は、撮像光学系401を経て、位相シフター4010の固定ミラー部4011および可動ミラー部4012それぞれの表面に到達する。
As described above, the group of light rays emitted from one bright spot of the
このとき、固定ミラー部4011の表面および可動ミラー部4012それぞれの表面に光線群が二分割されて到達する。なお、固定ミラー部4011の表面に到達した光線群の光量と、可動ミラー部4012の表面に到達した光線群の光量とがほぼ等しくなるように、可動ミラー部4012の表面の面積は設定されている。
At this time, the light group reaches the surface of the fixed
ただし、これに限定されず、例えば、対象物100の輝点から固定ミラー部4011までの光路および対象物100の輝点から可動ミラー部4012までの光路のうち、少なくとも一方に減光フィルタを設置することにより、相対的な光量差を調整して光量の均等化を行うことも可能である。
However, the present invention is not limited to this, and for example, a dimming filter is installed in at least one of the optical path from the bright spot of the
固定ミラー部4011の表面で反射された光線群(すなわち、固定光線群)、および、可動ミラー部4012の表面で反射された光線群(すなわち、可動光線群)は、それぞれ、結像レンズ4022に入射し、検出部4024の結像面において干渉像を形成する。
The group of light rays reflected on the surface of the fixed mirror unit 4011 (that is, the group of fixed light rays) and the group of light rays reflected on the surface of the movable mirror unit 4012 (that is, the group of movable rays) are transferred to the
このとき、対象物100から発せられる光線群には様々な波長の光が含まれており、かつ、各波長の光の初期位相が必ずしも揃っていない。そのため、可動ミラー部4012を図5A、図5B、図5Cの順に移動させ、固定光線群と可動光線群との光路長差を変化させる。これにより、インターフェログラムと呼ばれる結像強度変化(干渉光強度変化)の波形を得ることができる。
At this time, the group of light rays emitted from the
このインターフェログラムをフーリエ変換することにより、対象物100の一輝点から発せられた光の波長毎の相対強度である分光特性を取得することができる。検出部4024の全ての画素において分光特性を得ることができれば、対象物100の2次元分光計測が可能となり、スペクトル画像Inを得ることができる。
By Fourier transforming this interferogram, it is possible to obtain the spectral characteristics which are the relative intensities of the light emitted from the bright spot of the
次に、赤外モノクロ画像Mnの撮像方法について説明する。 Next, a method of capturing an infrared monochrome image Mn will be described.
例えば、位相シフト原点のとき(図5B参照)の画像をそのまま赤外モノクロ画像Mnとして用いてもよい。または、例えば、位相シフト原点のときに駆動ステージ4014を静止させ、そのときに取得された画像を赤外モノクロ画像Mnとして用いてもよい。
For example, the image at the phase shift origin (see FIG. 5B) may be used as it is as the infrared monochrome image Mn. Alternatively, for example, the
図6A、図6B、図6Cに、赤外モノクロ画像Mnおよびスペクトル画像Inの一例を示す。図6A〜図6Cは、それぞれ、同じ硬貨(凹凸形状物体101の一例である)を撮影した画像を示している。 6A, 6B, and 6C show an example of the infrared monochrome image Mn and the spectral image In. 6A to 6C show images of the same coin (an example of the uneven shape object 101).
図6Aは、赤外モノクロ画像Mnを示している。図6Bは、正反射の配置のときに撮像されたスペクトル画像Inを示している。図6Cは、正反射の配置ではない(例えば、赤外モノクロ画像Mnの撮像位置と同じ位置)ときに撮像されたスペクトル画像Inを示している。図6Bと図6Cとの比較から明らかなように、正反射成分が高い凹凸形状物体101上の物体102のスペクトル画像Inを得るためには、正反射の配置が必要となる。
FIG. 6A shows an infrared monochrome image Mn. FIG. 6B shows the spectral image In captured in the specular arrangement. FIG. 6C shows the spectral image In captured when the arrangement is not specular (for example, the same position as the imaging position of the infrared monochrome image Mn). As is clear from the comparison between FIGS. 6B and 6C, in order to obtain the spectral image In of the
(実施の形態2)
本開示の実施の形態2について説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present disclosure will be described.
図7を用いて、本実施の形態の物体検査装置10の構成について説明する。図7は、本実施の形態の物体検査装置10の構成例を示す模式図である。図7において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付しており、以下、それらの説明については適宜省略する。
The configuration of the
図7に示す物体検査装置10は、ハーフミラー60を備える点で、図1に示した物体検査装置10と異なる。図7に示す物体検査装置10では、ハーフミラー60を用いることにより、同軸落射照明を実現している。同軸落射照明とは、対象物100に照射される照射系30からの光の光軸と、撮像系40に入射される対象物100からの反射光の光軸とを一致させる照明方式である。
The
図7において、照明系30から出射された赤外平行光は、ハーフミラー60に当たり、赤外平行光の入射方向に対して90度方向を曲げられて、対象物100に到達する。そして、対象物100で反射された光は、ハーフミラー60を真っ直ぐ透過し、撮像系40に導かれる。
In FIG. 7, the infrared parallel light emitted from the
これにより、初期段階から照明系30と撮像系40とが正反射の配置となる。よって、照明系30および撮像系40それぞれの軸駆動を行うことなく、赤外モノクロ画像Mnおよびスペクトル画像Inを得ることができる。したがって、対象物100の検査をより高速に実現することができる。
As a result, the
なお、ハーフミラー60としては、例えば、誘電多層膜等の赤外領域で50%透過、50%反射に近しいミラーを用いることが望ましい。
As the
以上説明したように、本実施の形態1、2の物体検査装置10によれば、対象物100へ光を照射する照明系30と、記対象物100から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像Mnおよびスペクトル画像Inを取得するスペクトルカメラ402を少なくとも含む撮像系40と、を有し、スペクトル画像Inが取得される場合、照明系30と撮像系40とが対象物100の法線を基準として正反射の配置となる。よって、凹凸形状の物体上にある検査対象物(例えば、液体または薄膜)についてSN比のよいスペクトル画像を取得することができる。その結果、凹凸形状の物体上の検査対象物を高精度に検査することができる。
As described above, according to the
なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。 The present disclosure is not limited to the description of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present embodiment.
本開示の物体検査装置および物体検査方法は、凹凸形状の製品上にある液体または薄膜の異常についての検査以外に、例えば、金属等の表面メッキの検査にも適用できる。 The object inspection apparatus and object inspection method of the present disclosure can be applied not only to inspections for abnormalities of liquids or thin films on uneven-shaped products, but also to inspections of surface plating of metals and the like, for example.
10 物体検査装置
20 サンプル駆動系
30 照明系
40 撮像系
60 ハーフミラー
100 対象物
101 凹凸形状物体
102 物体
201 Xステージ
202 Yステージ
203 Zステージ
204 θステージ
301 光源
401 撮像光学系
402 スペクトルカメラ
4010 位相シフター
4011 固定ミラー部
4012 可動ミラー部
4013 保持部
4014 駆動ステージ
4020 制御部
4022 結像レンズ
4024 検出部
10
Claims (6)
前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得するスペクトルカメラを少なくとも含む撮像系と、を有し、
前記スペクトル画像が取得される場合、前記照明系と前記撮像系とが前記対象物の法線を基準として正反射の配置となる、
物体検査装置。 A lighting system that irradiates an object with light,
It has an imaging system including at least a spectral camera that acquires a monochrome image and a spectral image based on the reflected light reflected from the object.
When the spectral image is acquired, the illumination system and the imaging system are arranged for specular reflection with respect to the normal of the object.
Object inspection device.
前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得するスペクトルカメラを少なくとも含む撮像系と、
前記照射系から出射されて前記対象物に照射される光の光軸と、前記撮像系に入射される前記対象物からの反射光の光軸とを一致させるハーフミラーを有する、
物体検査装置。 A lighting system that irradiates an object with light,
An imaging system including at least a spectrum camera that acquires a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object.
It has a half mirror that aligns the optical axis of the light emitted from the irradiation system and irradiates the object with the optical axis of the reflected light from the object incident on the imaging system.
Object inspection device.
請求項1または2に記載の物体検査装置。 The light receiving wavelength of the spectrum camera is 2500 nm to 15000 nm.
The object inspection apparatus according to claim 1 or 2.
スペクトルカメラを用いて、前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得する撮像工程と、を有し、
前記撮像工程では、前記スペクトル画像を取得する場合、照明系と撮像系とを前記対象物の法線を基準として正反射の配置とする、
物体検査方法。 The lighting process that irradiates the object with light,
It has an imaging step of acquiring a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object by using a spectrum camera.
In the imaging step, when the spectrum image is acquired, the illumination system and the imaging system are arranged with specular reflection with reference to the normal of the object.
Object inspection method.
スペクトルカメラを用いて、前記対象物から反射された反射光に基づいて、モノクロ画像およびスペクトル画像を取得する撮像工程と、を有し、
前記撮像工程では、ハーフミラーを用いて、照射系から出射されて前記対象物に照射される光の光軸と、撮像系に入射される前記対象物からの反射光の光軸とを一致させる、
物体検査方法。 The lighting process that irradiates the object with light,
It has an imaging step of acquiring a monochrome image and a spectrum image based on the reflected light reflected from the object by using a spectrum camera.
In the imaging step, a half mirror is used to align the optical axis of the light emitted from the irradiation system and irradiating the object with the optical axis of the reflected light from the object incident on the imaging system. ,
Object inspection method.
請求項4または5に記載の物体検査方法。 The light receiving wavelength of the spectrum camera is 2500 nm to 15000 nm.
The object inspection method according to claim 4 or 5.
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