JP3102362U - 鏡面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら、鏡面の検査を正確かつスムーズに行うことができる鏡面検査装置を提供する。
【解決手段】 鏡面検査装置１は、照明部４と、該照明部４の光を収束する集光レンズ５と、集光レンズ５で収束させた照明エリアＥ１内に所定の範囲で光を遮光し、あるいは識別可能な色彩とする遮光エリアＥ２を形成するマスク部６と、マスク部６と光の照射方向に離間した位置で斜めに配置されたミラーとしてのミラー７と、該ミラー７の側方で照明エリアＥ１から外れた位置で対峙すると共に、上記ミラー７によって反射された画像を撮影するカメラ８と、前記ミラー７から光の照射方向に更に離間した位置に配置される検査対象物であるワーク２の保持部９とからなっていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この考案は、検査対象物の鏡面加工したワークの凹凸や傷、付着物などの欠陥を検査する鏡面検査装置に関する。

従来、このような鏡面の微細な傷や凹凸などの欠陥の検査に用いられている装置としては、各種の光源やレーザ光源からの並行な光をワークの鏡面に照射して、その反射光の光エネルギーのレベルから鏡面の状態の欠陥を検出するものが知られている。
この場合、照明からの並行な光に方向性があると、反射光の向きにより、光の強弱に偏りが生じ、傷があっても検出されない場合がある。
即ち、鏡面の傷と同じ方向に照明光が照射されると、ほとんど光を反射しないため反射の光量をもとに判定することが困難となる。
また、落射顕微鏡などを用いることもできるが、この場合、検査範囲が非常に狭く、実用性に乏しい。
特開平０５−２７３１４８号

この考案の目的は、簡単な構成でありながら、鏡面の検査を正確かつスムーズに行うことができる鏡面検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の考案では、
検査対象物の鏡面の傷や凹凸などの欠陥の有無を検査する鏡面検査装置において、
光源となる照明部と、
該照明部の光を収束する集光レンズと、
該集光レンズが複数のレンズからなり、該レンズ間に挿入されて所定範囲で光を遮光するマスク部と、
集光レンズから光の照射方向に更に離間した位置に配置される検査対象物の保持部と、
該保持部と前記集光レンズとの間で、前記マスク部により光が遮光され照射しないエリアであって、鏡面に欠陥が無い場合には鏡面から反射された光が当たらず、鏡面の欠陥が所定の角度の場合には反射された光が当たる位置に設定された反射用のミラーと、
該ミラーの側方で照明エリアから外れた位置で対峙すると共に、上記ミラーによって反射された画像を撮影するカメラと、
該カメラ部に接続されて前記検査対象物の鏡面の欠陥の有無を判定する画像処理部とからなることを特徴とする。

また、請求項２の発明では、
前記ミラーに代えて、
該保持部と前記集光レンズとの間で、前記マスク部により光が照射しないエリアであって、鏡面に欠陥が無い場合には鏡面から反射された光が当たらず、鏡面の欠陥が所定の角度の場合には反射された光が当たる位置に設定されて、これらの画像を撮影しうるカメラを設けてなることを特徴とする鏡面検査装置。
更に、請求項３の発明では、
前記カメラが、ミラー対応位置ではなく、
該保持部に載置された検査対象となる鏡面の下方離間位置に配置されて、鏡面を透過する光を撮影可能なカメラからなっていることを特徴とする。
請求項４の発明では、
前記保持部に載置された検査対象となる鏡面の上方離間位置または下方離間位置で、前記鏡面を囲むように、平行光を発するリング状の補助照明部を設けてなることを特徴とする。

この考案では、照明エリア内にマスク部を設けることで、同一の照明エリア内で、ワークの鏡面の凹凸などの欠陥を検査することができ、簡単な構造でありながら信頼性の高い検査を行うことができると共に、検査装置の小型化を図ることができ、検査効率の大幅な向上を図ることができる。
また、検査対象物としてのワークの鏡面の傷や異物の付着がそれらの方向性に関係なく、光学的な手段によって確実に検出でき、またその検出処理も高速化できる。
更に、集光レンズの倍率や、マスク部の寸法の変更をすることで、各種の鏡面の欠陥を検査することができ、顕微鏡などに比べて自由度が極めて高い。

この考案は、集光レンズによる照明の一部にマスク部を設けてワークの鏡面を照射し、ミラーでマスク部の位置のずれの有無を反射してカメラに撮影し、またはミラーを設けず直接にカメラで撮影し、光の有無で鏡面の傷や凹凸などの欠陥を検査することで検査の信頼性と小型化を実現した。

以下に、この考案の鏡面検査装置１の好適実施例について図面を参照しながら説明する。
鏡面検査装置１は、図１に示すように、検査対象物としてのワーク２の鏡面３における凹凸や傷、埃の付着などの欠陥の度合を検査するものであって、光源としての照明部４と、該照明部４の光を収束する集光レンズ５と、集光レンズ５で収束させた照明エリアＥ１内に遮光エリアＥ２を形成するマスク部６と、該マスク部６の下方で斜めに配置されたミラー７と、該ミラー７の側方で照明エリアＥ１から外れた位置で対峙するＣＣＤのカメラ８と、前記ミラー７の下方に配置されたワーク２の保持部９とからなっている。

ここでワーク２は、例えば、合成石英ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、シリコンウエハーなどであり、その表面が検査対象としての鏡面３を形成されている。
この鏡面３は、通常、水平面であるが、僅かに湾曲する面であってもよく、検査装置の保持部９上に保持されている。

光源となる照明部４は、高輝度の光をワーク２の保持部９側に向かって照射するものであり、照明部４に並んで該照明部４から光を所定の照明エリアに照射する集光レンズ５が設けられている。
この集光レンズ５を設けることで、照明部４の光を拡散して全方位照明を形成し、一定の範囲に収束した照明エリアＥ１を照射することができるようになっている。

この集光レンズ５のレンズ間にレンズと平行に遮蔽板からなるマスク部６が挿入されて保持されている。
そして、集光レンズ５で形成する照明エリアＥ１の中央を黒く遮光する遮光エリアＥ２を形成するので、照明エリアＥ１は、遮光エリアＥ２の外側で高輝度の無色（または白色）の照明で照射するようになっている。

上記集光レンズ５ないしマスク部６の下方で、前記保持部９との間に、ミラー７が、その反射面を集光レンズ５と保持部９を結ぶ垂直線に対して斜めとなるように配置されている。
即ち、ミラー７の位置は、保持部９と前記集光レンズ５との間で、前記マスク部６により光が遮光されて照射しないエリア内である。
そして、検査対象の鏡面３に欠陥が無い場合には鏡面から反射された光が当たらず、鏡面の欠陥が所定の角度の場合には反射された光が当たる位置に設定される。
これはマスク部６の外周の大きさと入射角とにより決定される。

また、カメラ８は、前記照明エリアＥ１を避けた位置で、前記ミラー７に写った像を撮影しうるように、ミラー７の傾斜角度に対応して前記垂直線と交差する方向に設置されている。
図示例の場合、ミラー７の反射面を前記垂直線に対して４５度に設定しており、カメラ８は、ミラー７と同一の高さで、垂直線に対して９０度の方向に設定している。

上記構成からなっているので、保持部９上に支持されて検出面となるワーク２の鏡面３が正常な場合には、後述の図３に示すように、遮光エリアＥ２は鏡面３によって正反射されて、ミラー７を介してカメラ８は遮光エリアＥ２を中央に撮像することができる。

次ぎに、この鏡面検査装置では、集光レンズ５とマスク部６の形状により、検査する傾きの範囲が決定される。
図２に示す模式図では、光源となる照明部４の直径を２とした場合、集光レンズ５の直径が１０、マスク部の直径が５、保持部９上の照明エリアＥ１の直径が４、照明部４と集光レンズ５との距離が７、集光レンズ５から保持部９までが１４で、照明部４から保持部９までが２１の割合で配置されている。
この場合には、鏡面３の欠陥が、５°から１０°までの間であれば、その有無を検出することができる。

なお、図示例では、鏡面検査装置１を模式的に図示したが、集光レンズ５により照明エリアＥ１や遮光エリアＥ２を広狭いずれにも調整することができる。
また、ワーク２を相対的に移動することにより、連続して検査を行うことも可能である。

図３〜５では、検出面角度が０度（ないし５度未満）の場合（図３）と５度の場合（図４）および１０度の場合（図５）において、（ａ）では、集光レンズ５の外端から入る入射光と反射光を、検査対象物の一方の端部、中央、他方の端部に分けて実線、点線、一点鎖線で示し、（ｂ）では集光レンズ５の内端（マスク部６の外端）から入る入射光と反射光を、検査対象物の一方の端部、中央、他方の端部に分けて実線、点線、一点鎖線で示した。

これにより、図３の場合は、遮光エリアＥ２が鏡面３にほぼ正反射されて、ミラー７により、遮光された画像が撮像される。
図４の検出面角度が５度の場合は、遮光エリアＥ２の略半分が鏡面３に反射されて、ミラー７により、略上半分は照明エリアの一部となり、略下半分が遮光される画像が撮像される。
同様に、図５の検出面角度が１０度の場合は、遮光エリアＥ２は鏡面３に反射されず、ミラー７により、照明エリアが鏡面に反射された画像が撮像される。

そしてカメラの撮像した画像をコンピュータ構成の画像処理部１０に入力することにより、該画像処理部１０は、画像認識の技法により、画像での遮光エリアＥ２の位置を検査して、鏡面の欠陥（凹凸や傷、ゴムの付着など）を検知することができる。
このようにして、鏡面が完全な平滑面の場合と、欠陥があって角度を持っている場合とを、明瞭に判定しうることが分かる。

図６に示す鏡面検査装置１は、ミラー７に代えて、カメラ８’を直接に配置した異なる実施例である。
この場合、カメラ８’の配置位置は、前記ミラー７の配置位置と同一であって、保持部９と前記集光レンズ５との間で、前記マスク部６により光が遮光されて照射しないエリアである。

そして、検査対象の鏡面３に欠陥が無い場合には鏡面から反射された光が当たらず、鏡面の欠陥が所定の角度の場合には反射された光が当たる位置に設定される。
また、カメラ８’の位置は、ミラー対応位置に限らず、図中、点線で示すように保持部９の真下に設けてもよい。
この場合、カメラ８’は、鏡面３を透過した光を撮影することで、前記実施例と同様に鏡面３の欠陥の有無を検査することができる。

更に、図７に示すように、保持部９上のワーク２の上方または下方（図示例では上方）に、リング状で平行光をもつ補助照明１１を配置してもよい。
これにより、前記検査角度以上の角度を持つ結果の有無を検査することができ、また、同時に鏡面３中の気泡の有無も同時に測定することができる。
その他の構成は前記実施例１、２と同様であるので、同一構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
図示例では、実施例１の装置に補助照明１１を設けた場合を示したが、実施例２に適用してもよいこと勿論である。
その他、要するにこの考案の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

実施例１の鏡面検査装置を示す模式図である。 図１の作用を説明する図である。 鏡面が正常な場合の鏡面検査装置を示す模式図であって、（ａ）は外光、（ｂ）は内光の反射状態を示す。 検出面角度が５度の場合の鏡面検査装置を示す模式図であって、（ａ）は外光、（ｂ）は内光の反射状態を示す。 検出面角度が１０度の場合の鏡面検査装置を示す模式図であって、（ａ）は外光、（ｂ）は内光の反射状態を示す。 実施例２の鏡面検査装置を示す模式図である。 実施例３の鏡面検査装置を示す模式図である。

符号の説明

１ 鏡面検査装置
２ ワーク
３ 鏡面
４ 照明部
５ 集光レンズ
６ マスク部
７ ミラー
８ カメラ
９ 保持部
１０ 画像処理部
Ｅ１ 照明エリア
Ｅ２ 遮光エリア

Claims (4)

1. 検査対象物の鏡面の傷や凹凸などの欠陥の有無を検査する鏡面検査装置において、
   光源となる照明部と、
   該照明部の光を収束する集光レンズと、
   該集光レンズが複数のレンズからなり、該レンズ間に挿入されて所定範囲で光を遮光するマスク部と、
   集光レンズから光の照射方向に更に離間した位置に配置される検査対象物の保持部と、
   該保持部と前記集光レンズとの間で、前記マスク部により光が遮光され照射しないエリアであって、鏡面に欠陥が無い場合には鏡面から反射された光が当たらず、鏡面の欠陥が所定の角度の場合には反射された光が当たる位置に設定された反射用のミラーと、
   該ミラーの側方で照明エリアから外れた位置で対峙すると共に、上記ミラーによって反射された画像を撮影するカメラと、
   該カメラ部に接続されて前記検査対象物の鏡面の欠陥の有無を判定する画像処理部とからなることを特徴とする鏡面検査装置。
2. 検査対象物の鏡面の傷や凹凸などの欠陥の有無を検査する鏡面検査装置において、
   光源となる照明部と、
   該照明部の光を収束する集光レンズと、
   該集光レンズが複数のレンズからなり、該レンズ間に挿入されて所定範囲で光を遮光するマスク部と、
   集光レンズから光の照射方向に更に離間した位置に配置される検査対象物の保持部と、
   該保持部と前記集光レンズとの間で、前記マスク部により光が照射しないエリアであって、鏡面に欠陥が無い場合には鏡面から反射された光が当たらず、鏡面の欠陥が所定の角度の場合には反射された光が当たる位置に設定されて、これらの画像を撮影しうるカメラと、
   該カメラ部に接続されて前記検査対象物の鏡面の欠陥の有無を判定する画像処理部とからなることを特徴とする鏡面検査装置。
3. 検査対象物の鏡面の傷や凹凸などの欠陥の有無を検査する鏡面検査装置において、
   光源となる照明部と、
   該照明部の光を収束する集光レンズと、
   該集光レンズが複数のレンズからなり、該レンズ間に挿入されて所定範囲で光を遮光するマスク部と、
   集光レンズから光の照射方向に更に離間した位置に配置される検査対象物の保持部と、
   該保持部に載置された検査対象となる鏡面の下方離間位置に配置されて、鏡面を透過する光を撮影可能なカメラと、
   該カメラ部に接続されて前記検査対象物の鏡面の欠陥の有無を判定する画像処理部とからなることを特徴とする鏡面検査装置。
4. 該保持部に載置された検査対象となる鏡面の上方離間位置または下方離間位置で、前記鏡面を囲むように、平行光を発するリング状の補助照明部を設けてなることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの鏡面検査装置。

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