JP3918579B2 - Surface observation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造物の表面形状観察に適した表面観察装置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、立体構造物の表面形状の観察に、カラーハイライト照明方式を利用した表面観察装置が利用されており、例えば、回路基板上に実装された電子部品の半田付け部分の検査に用いられている。図1は、カラーハイライト照明方式を利用した従来の表面観察装置1を示している。この表面観察装置1は、同一中心軸6に沿って配置された3本のリング型発光体2a、2b、2cと、その上方に配置されたカラーCCDカメラ3などで構成されている。3本のリング型発光体2a、2b、2cは、それぞれ異なる波長領域の光を検査対象物5に向けて発する蛍光管であって、半径の小さいものほど高い位置に設置されている。
【0003】
図1に示すように、リング型発光体2a、2b、2cから回路基板4に実装された検査対象物5に向けて、それぞれ中心軸6とθ1、θ2、θ3(ただし、θ1<θ2<θ3)をなす角度(以降この角度を照射角という)から、例えば赤色光、緑色光、青色光を投光した場合、いずれかの光をカラーCCDカメラ3に向けて反射させるような検査対象物5上の面は、カラーCCDカメラ3から見ると反射された光の色に着色して見える。したがって、例えば半田付け面の検査をする場合、半田付けが良好又は不良な状態の半田部分の画像をあらかじめ撮影しておき、この着色パターンと、検査したい対象物を撮影した画像の着色パターンを比較すれば、その検査対象物5が良品であるか、もしくは不良品であるかを検査することができる。
【0004】
ところで、近年のように部品の微小化や高集積化が進むに従って、これらの表面形状を検査するために、細部の観察が可能な顕微鏡機能を備えた表面観察装置や、凹部や入り組んだ形状にも対応できる表面観察装置が必要とされている。しかしながら、顕微鏡と従来のリング型発光体を単に組み合わせた表面観察装置を作製しようとすれば、リング型発光体のサイズや、リング型発光体を設置する位置に制約が生じてしまう。つまり、顕微鏡の対物レンズの下にリング型発光体が入り込まないように、リング半径を顕微鏡の対物レンズの半径よりも大きくしなければならず、また、リング型発光体から照射する光が顕微鏡で遮られないよう、リング型発光体を設置する位置を考慮する必要がある。このような制約を加えた上で表面観察装置を設計する場合、スペースが限られるために、リング型発光体の数を多くすることは難しいが、リング型発光体の数が少なければ表面形状の認識精度が粗くなってしまうという問題が生じる。
【0005】
また、検査対象物5が、間口の大きさに対して深みのある凹部を有している場合、検査対象物5の凹部の観察を行うために最深部まで光を届かせようとすれば、小さな照射角度で光を投光しなければならない。従来のリング型発光体を用いた場合に、照射角度を小さくしようとすれば、リング型発光体のリング半径を小さくするか、または、リング型発光体と検査対象物の距離を離す必要がある。しかしながら、リング型発光体のリング半径を小さくして製造することには限界があり、また、リング型発光体と検査対象物の距離を離して照射角度を小さくしようとすれば、表面観察装置が大型化してしまう。さらに、上記のように顕微鏡とリング型発光体を組み合わせた表面観察装置にしようとした場合、顕微鏡の対物レンズがあるために、微小な照射角度になるようにリング型発光体を配置することは不可能である。
【0006】
【発明の開示】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされており、その目的とするところは、装置サイズを大型化することなく、微細な対象物(特に、凹部を有する対象物)の表面形状を観察ないし検査することができる表面観察装置を提供することにある。
【0007】
本発明による表面観察装置は、複数の波長域の光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光を受け取り、波長域の異なる光を異なる照射角度で対象物に照射すると共に、少なくとも1つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させる照明手段と、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段とを有する表面観察装置において、前記照明手段は、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させることを特徴としている。ここで、同軸落射光とは、対象物で反射した光を撮像する撮像手段の光軸と一致する光軸に沿って照射される光をいう。
【0008】
本発明の表面観察装置にあっては、複数の波長域の光を異なる照射角度で対象物に照射し、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段(例えば、カラーCCDカメラ、カラービデオ等)で撮影し、その着色具合などから対象物の表面形状を判定する表面観察装置において、少なくとも1つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させているので、撮像手段と照明器具とが干渉しにくくなり、照明手段(特に、光出射部分)をコンパクトにすることができ、ひいては表面観察装置を小型化することができる。特に、同軸落射光とすることによって照射角度を小さくすることができるので、対象物の凹部の深い箇所などにも光を照射させることができ、表面観察装置を大型化することなく凹部なども精度よく観察可能にできる。
【0009】
また、本発明の表面観察装置においては、前記照明手段が、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させるので、複数の波長域の光を光変換器における光出射端の小さな面積から出射させることができ、照明手段と対象物の距離を長くすることなく、小さな照射角度で光を照射させることができ、凹部を有する対象物なども精度良く観察することができる。
【0010】
本発明の実施態様においては、前記照明手段が、光入射端側の端部を束ねられ、光出射端側の端部を円環状に配列された光ファイバー束からなるリングライトを備えているので、ハロゲンランプやLED等から出射された光を円環状に変換して照射させることができ、円環状の蛍光管などを用いる場合に比べて円環状の光を照射させるための照明手段を小型化することができる。よって、小さな照射角度で円環状の光を照射させることができる。
【0011】
本発明の別な実施態様においては、前記照明手段が、各波長域の光を光束断面が円形状又は円環状となるように整形し、対象物に向けて同軸落射光として照射させることができる。例えば、顕微鏡などを利用した同軸落射光学系を用いればよい。この実施態様においては、各波長域の光を同軸落射光として照射させることができるので、照明手段を特に小さくすることができ、微細な対象物や凹部などを有する対象物の観察ないし検査に適している。
【0012】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記照明手段により照射される波長域の異なる光のうち、いずれかの光は白色光となっているので、この白色光を対象物の表面に照射させることにより、対象物の表面に印刷されている製造番号などの文字情報を読み取ることが可能になる。
【0013】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記光源部から出射された光を合成した光を照明手段より照射させることができるので、対象物に照射させる光の波長域を光源の種類よりも多様にすることができる。
【0015】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【0016】
【発明の実施形態】
(第1の実施形態)
図2(b)は本発明の一実施形態である表面観察装置7に用いられる光変換器8の一部破断した側面図である。また、図2(a)、(c)はこの光変換器8の光出射端および光入射端の正面図である。光変換器8は、複数の光ファイバーを束ねた個々の光ファイバー束11a、11b、11cの外部を保護材9a、9bで覆ったファイバーコード10a、10b、10cと、光ファイバー束11a、11b、11cを束ねて再配列させる結束部12と、各光ファイバー束11a、11b、11cを一本にまとめたファイバーガイド13とから構成されている。別々に束ねられていたファイバーコード10a、10b、10c内の光ファイバー束11a、11b、11cは、結束部12で束ねられ、さらに個々の光ファイバーにばらされて並べ換えられた後、ファイバーガイド13内で同心状に再配列されている。ファイバーガイド13内部では、例えば図2(a)に示すように、光ファイバー束11aの光ファイバーが中心部を構成し、その外周部を光ファイバー束11bの光ファイバーが構成し、さらにその外周部を光ファイバー束11cの光ファイバーが構成するというように、光変換器8の光出射端で光ファイバー束11a、11b、11c毎に半径の異なる同心円状に並べ換えられて再配置されている。
【0017】
したがって、この光変換器8の光ファイバー束11a、11b、11cの光入射端に、例えば赤色光15a、緑色光15b、青色光15cを照射すれば(図3参照)、ファイバーガイド13から出射される光の光束断面は、中心部が円形の赤色光15a、その外周部が環状の緑色光15b、さらにその外周部が環状の青色光15cというように(図4参照)、波長域ごとに半径の異なる同心円状になる。ファイバーガイド13内では各光ファイバー束11a、11b、11cの境界には、アルミ箔などの反射性の高い仕切り9cが設けられているため、隣り合う光ファイバー束11a、11b、11cが異なる波長域の光を発する場合にも、これらの光が混ざり合うことはない。
【0018】
図3は、上記の光変換器8を用いた表面観察装置7の構造を示す概略図である。この表面観察装置7は、上記の光変換器8と一体化した顕微鏡16、光変換器8に光を供給する光源部17、顕微鏡16の下方に設けられた水平な検査台18、顕微鏡16の上方に設けられたカラーCCDカメラ19、カラーCCDカメラ19に電気的に接続された画像処理装置20で構成されている。また、光源部17は3つのハロゲンランプ21a、21b、21cと、それぞれ赤色光15a、緑色光15b、青色光15cのみを透過するバンドパスフィルタ22a、22b、22cから構成されている。
【0019】
光源部17のハロゲンランプ21a、21b、21cから出射した白色光を、それぞれバンドパスフィルタ22a、22b、22cに照射して、赤色光15a、緑色光15b、青色光15cを生成し、これらの光を光ファイバー束11a、11b、11cの光入射端に入射させる。このとき、レンズなどを利用して、各光ファイバー束11a、11b、11cの光入射端に光を集光させるようにしてもよいが、各光ファイバー束11a、11b、11cを構成するすべての光ファイバーに均等に光が照射されるようにしておくことが望ましい。
【0020】
光変換器8より顕微鏡16の内部に出射される光は、上述したように、その光束断面の中心部が赤色光15a、その外周部が緑色光15b、さらにその外周部が青色光15cというように波長域毎に半径の異なる同心円状の光となる。この同心円状の光をコリメートレンズ23を通して平行光にし、ハーフミラー24で検査対象物27の方向に進路を変えて、対物レンズ25に入射させる。このとき、同心円状の光の中心と、対物レンズ25の中心軸28を一致させておけば、同心円状の光のうち、中心部の光は小さな照射角で検査対象物27に向けて出射され、外周円側の光ほど大きな照射角で検査対象物27に向けて出射されることになる。つまり、赤色光15aは小さな照射角で、緑色光15bは赤色光15aよりも大きな照射角で、青色光15cはさらに大きな照射角で検査対象物27に同軸落射される。
【0021】
なお、対物レンズ25によって照射される光は、完全に一点に集光されるわけではなく、図4に示すように、レンズの球面収差や、色収差によって各波長域毎に中心軸28上の異なる位置で焦点を結ぶため、検査対象物27の同じ領域に、異なる角度から出射された光を照射することができる。
【0022】
検査対象物27の表面で反射された光のうち、上方に設けられたカラーCCDカメラ19の方向に反射した光は、結像レンズ26で集光されて、カラーCCDカメラ19に入射する。カラーCCDカメラ19で得られた画像はA/D変換されて画像処理装置20に送出される。画像処理装置20は、所定のソフトウエアを備えたパーソナルコンピュータやディスプレイから構成されており、取得した画像をディスプレイに表示することができる。
【0023】
図5(b)は、図5(a)に示す凹型の検査対象物27に光を照射した場合に、カラーCCDカメラ19で得られる画像を示す図である。凹部27aの底面の傾きが水平面に近い領域は、照射角の小さな赤色光15aによって赤色に着色されて見えるが、水平面からの傾きが大きくなるに従って、緑色、青色に着色されて見える。画像処理装置20では、このように得られた画像の、各照明色で着色された領域の面積を算出したり、中心軸28からのずれや歪みの計測を行うことで、検査対象物27の形状や、凹部27a内への異物の混入がないかを調べることもできる。また、あらかじめ画像処理装置20内の記憶装置に保存しておいた良品や不良品の画像と、取得した画像を比較して一致するか否かを調べ、検査対象物27が良品であるか、もしくは不良品であるかを判別することなどもできる。
【0024】
上記のように、本実施形態の光変換器8と顕微鏡16の対物レンズ25を組み合わせれば、検査対象物27が微小構造物である場合でも、観察を行うことができる。また、本実施形態のように、顕微鏡16の内部から検査対象物27に光を同軸落射照明することができれば、顕微鏡16の外部から検査対象物27を照射する場合よりも、照射角度を小さくすることができるため、マイクロレンズ金型のように数十ミクロン程度の凹曲面を有する検査対象物27である場合にも、奥に入り組んだ部分にまで光を照射することができる。また、表面観察装置7は、従来からある顕微鏡や光ファイバーなどを用いて構成すれば良いため、低コストで製造することができる。なお、本実施形態の光変換器8は3束の光ファイバー束から構成されているが、光ファイバー束は何束であってもよい。
【0025】
また、光源部17は、一つの白色光源から出射される白色光を、プリズムまたは波長選択ミラーなどで分光して、波長帯域の異なる複数の光を作り出すような構造にしてもよい。
【0026】
(第2の実施形態)
図6は上述の光変換器8を用いた、本発明の別な実施形態である表面観察装置7の構造を示す概略図である。この表面観察装置7は、カメラレンズ部29を備えたカラーCCDカメラ19と、半径の異なる2本のリングライト30a、30b、カメラレンズ部29およびリングライト30a、30bに光を導光するファイバーコード(光ファイバー束を保護材で被覆したもの)10a、31a、31b、カメラレンズ部29およびリングライト30a、30bに光を供給する光源部17、カメラレンズ部29と電気的に接続された画像処理装置20から構成されている。光源部17は3つのハロゲンランプ21a、21b、21cと、赤色波長域の光のみを透過するバンドパスフィルタ22a、緑色光波長域の光のみ透過するバンドパスフィルタ22bおよび、青色波長領域の光のみ透過するバンドパスフィルタ22cから構成されている。また、カメラレンズ部29は、コリメートレンズ23、ハーフミラー24、および対物レンズ25から構成されている。カラーCCDカメラ19と、対物レンズ25、リングライト30a、30b、及び回路基板32に半田付けされた検査対象物27は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト30a、30bは、ファイバーコード31a、31bの光出射端を検査対象物27の方向に向けて、リング状に並べ変えたものであり、半径の小さなリングライト30aは、半径の大きなリングライト30bの上方に設置されている。
【0027】
ハロゲンランプ21aからバンドパスフィルタ22aに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ22aを透過した赤色光15aが、ファイバーコード10aに入射する。ファイバーコード10aは複数本の光ファイバーを断面が円形になるように束ねているので、ファイバーコード10aから、カメラレンズ部29の内部に出射される赤色光15aの光束断面は円形になる。この赤色光束をコリメートレンズ23で平行光にし、ハーフミラー24で検査対象物27のある方向へと進行方向を変えて、対物レンズ25を透過させて検査対象物27に向けて同軸落射させる。また、ハロゲンランプ21b、21cから、バンドパスフィルタ22b、22cに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ22b、22cを透過した緑色光15b、青色光15cがファイバーコード31a、31bに入射し、リングライト30a、30bの下面からは、検査対象物27に向けて、それぞれ異なる照射角度で緑色光15b、青色光15cが投光される。
【0028】
検査対象物27が、図7に示すように半田付けされた部品である場合に、上述の赤色光15a、緑色光15b、青色光15cを投光すれば、カラーCCDカメラ19で撮影される画像の、水平面および水平面からの傾きが小さな面が赤色に着色されて見え、また、赤色に着色された面よりも傾きの大きな面が緑色に着色されて見え、緑色に着色された面よりもさらに傾きの大きな面が青色に着色されて見える。したがって、検査対象物27の半田付け部分33の着色パターンから、半田付けの良・不良を検査することができる。
【0029】
また、本実施形態のバンドパスフィルタ22aは、可動式になっており、光軸外へ外すことができる。バンドパスフィルタ22aを光軸から外した場合、検査対象物27へは、上方から白色光を照射することになる。したがって、図7に示すように部品表面に製造番号などの文字情報34が付されている場合、白色光を照射することによって、これらの文字情報を読みとることができる。
【0030】
本実施形態のように、検査対象物に異なる角度から異なる波長域の光を照射するだけでなく、検査対象物の上方から白色光を照射できれば、検査対象物27の表面に記された部品番号などを確認しながら検査を行うこともでき、より正確に、効率よく検査を行うことができる。
【0031】
(第3の実施形態)
図8は本発明のさらに別な実施形態である表面観察装置7の構造を示す概略図である。この表面観察装置7は、光変換器8と一体化したカメラレンズ部29を備えたカラーCCDカメラ19と、半径の異なる2つのリングライト30a、30b、光変換器8およびリングライト30a、30bに光を供給する光源部17などで構成されている。光源部17は4つのハロゲンランプ21a、21b、21c、21dと、赤色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ22a、緑色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ22b、青色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ22cから構成されている。カラーCCDカメラ19と、カメラレンズ部29の内部に設けられた対物レンズ25、リングライト30a、30b、及び検査台18上の検査対象物27は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト30a、30bは、ファイバーコード31a、31bの光出射端を検査対象物27の方向に向けてリング上に配列したものであり、半径の小さなリングライト30aは、半径の大きなリングライト30bの上方に設置されている。
【0032】
また、光変換器8は、2本のファイバーコード10a、10bが結束部12で束ねられて、ファイバーガイド13内で、ファイバーコード10aを構成する光ファイバーの光出射端が円形状に、ファイバーコード10bを構成する光ファイバーの光出射端がその外周円を内周円とする環状に再配列されている。したがって、ハロゲンランプ21aから光ファイバー束11aに向けて出射された白色光15wは、ファイバーガイド13の光出射端からカメラレンズ部29内部に光束断面が円形状になった光として出射される。また、ハロゲンランプ21bから白色光をバンドパスフィルタ22aに照射して赤色光15aを生成し、光ファイバー束11bの光入射端にこの赤色光15aを照射すると、ファイバーガイド13の光出射端からカメラレンズ部29内に、光束断面がリング状になった赤色光15aが出射される。カメラレンズ部29に入射した白色光15wおよび赤色光15aは、コリメートレンズ23を透過して平行光となり、ハーフミラー24で検査対象物27の方向に進行方向が変えられて、対物レンズ25を透過して、検査対象物27に向けて同軸落射される。また、カラーCCDカメラ19の外部に設けらたリングライト30aからは緑色光15bが、リングライト30bからは青色光15cが、それぞれ異なる照射角度から検査対象物27に向けて照射される。
【0033】
ここで、検査対象物27が、図7に示すように基板上に半田付けされた部品である場合、半田付け部分33を観察するときにはハロゲンランプ21aを消灯し、赤色光15a、緑色光15b、青色光15cのみを投光すればよい。このとき、検査対象物27表面の、水平面からの傾きが小さな面が赤色に着色されて見え、また、赤色に着色された面よりも傾きの大きな面が緑色に着色されて見え、緑色に着色された面よりもさらに傾きの大きな面が青色に着色されて見える。したがって、検査対象物27の半田付け部分33の着色パターンから、半田付けの良・不良を検査することができる。
【0034】
また、図7に示すように部品表面に製造番号などの文字情報34が付されている場合、ハロゲンランプ21aを点灯すれば、部品の上方より白色光が照射されるため、これらの文字情報を読みとることができる。本実施形態によれば、ハロゲンランプの点灯または消灯という簡単な操作を行うだけで、形状を検査するだけでなく、検査対象物表面の文字を読みとることもできる。
【0035】
(第4の実施形態)
図9は本発明の別の実施形態である表面観察装置7の構造を示す概略図である。この表面観察装置7は、光変換器8と一体化したカメラレンズ部29を備えたカラーCCDカメラ19と、光変換器8に光を供給する光源部17、半径の異なる2つのリングライト30a、30b、などから構成されている。光源部17は5つのハロゲンランプ21a、21b、21c、21d、21e、赤色波長域の光のみ透過するバンドパスフィルタ22a、22b、緑色波長域の光を透過するバンドパスフィルタ22c、22d、および青色光のみ透過するバンドパスフィルタ22eから構成されている。カラーCCDカメラ19と、カメラレンズ部29の内部に設けられた対物レンズ25、リングライト30a、30b、及び回路基板32上の検査対象物27は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト30a、30bは、ファイバーコード31a、31bの光出射端を検査対象物27の方向に向けてリング上に配列したものであり、半径の小さなリングライト30aは、半径の大きなリングライト30bの上方に設置されている。
【0036】
ハロゲンランプ21aからバンドパスフィルタ22aに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ22aを透過した赤色光が、ファイバーコード10aに入射する。また、ハロゲンランプ21b、21cから照射された白色光は、バンドパスフィルタ22b、22cを透過してファイバーコード10bに入射する。ファイバーコード10bの入射端には、赤色光および緑色光が照射されるため、このファイバーコード10bの光出射端からは、赤色光及び緑色光の合成によって作られた橙色光(もしくは黄色光)が出射される。ファイバーガイド13内ではファイバーコード10aを構成する光ファイバーの光出射端が、円形状に並べ換えられて中心部を構成しており、ファイバーコード10bを構成する光ファイバーの出射端は、その外周部を構成するようにリング状に並べ換えられている。したがって、ファイバーガイド13から出射される光は、その光束断面が円形状をした赤色光と、赤色光の外周円を内周円とするリング状の橙色光(もしくは黄色光)となる。
【0037】
カメラレンズ部29に入射した赤色光および橙色光(もしくは黄色光)は、コリメートレンズ23を透過して平行光となり、ハーフミラー24で検査対象物27の方向に進行方向が変えられて、対物レンズ25を透過して、検査対象物27に同軸落射される。また、カラーCCDカメラ19の外部に設けらたリングライト30aからは緑色光が、リングライト30bからは青色光が、それぞれ異なる照射角度から検査対象物27に向けて照射される。したがって、対物レンズ25の中心軸と、検査対象物に照射される光のなす角を照射角というとすれば、照射角の小さい順から、赤色光、橙色光(もしくは黄色光)、緑色光、青色光が検査対象物27が照射されることになる。
【0038】
本実施形態による表面観察装置によれば、カメラレンズ部29の対物レンズ25を用いて検査対象物27に投光する光は照射角が小さい光になり、リングライト30a、30bを用いて検査対象物27に投光する光は照射角が大きな光になる。従って、本実施形態による表面観察装置によれば、様々な傾斜面を持つ複雑な形状の立体構造物の検査をすることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明の表面観察装置によれば、複数の波長域の光を異なる照射角度で対象物に照射し、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段(例えば、カラーCCDカメラ、カラービデオ等)で撮影し、その着色具合などから対象物の表面形状を判定する表面観察装置において、少なくとも1つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させているので、撮像手段と照明器具とが干渉しにくくなり、照明手段(特に、光出射部分)をコンパクトにすることができ、ひいては表面観察装置を小型化することができる。特に、同軸落射光とすることによって照射角度を小さくすることができるので、対象物の凹部の深い箇所などにも光を照射させることができ、表面観察装置を大型化することなく凹部なども精度よく観察可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のカラーハイライト照明方式を利用した表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図2】(a)は本発明の表面観察装置の光変換器の光出射端側からの正面図、(b)は光変換器の一部破断した側面図、(c)は光変換器の光入射端側からのす正面図である。
【図3】図2の光変換器を用いた表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図4】対物レンズを通して検査対象物に照射される光の様子を説明する図である。
【図5】(a)は検査対象物の断面図、(b)は(a)に示す検査対象物の凹曲面に光を照射した場合に、カラーCCDカメラで撮影される画像を示す図である。
【図6】本発明の別の実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図7】(a)、(b)は、検査対象物の平面図及び側面図である。
【図8】本発明のさらに別な実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図9】本発明のさらに別な実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
7 表面観察装置
8 光変換器
10a、10b ファイバーコード
11a、11b、11c 光ファイバー束
12 結束部
13 ファイバーガイド
15a 赤色光
15b 緑色光
15c 青色光
16 顕微鏡
17 光源部
19 カラーCCDカメラ
20 画像処理装置
21a、21b、21c、21d ハロゲンランプ
22a、22b、22c バンドパスフィルタ
24 ハーフミラー
27 検査対象物
29 カメラレンズ部
30a、30b リングライト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a surface observation device suitable for observing the surface shape of a fine structure.In placeRelated.
[0002]
[Background]
Conventionally, a surface observation device using a color highlight illumination method has been used for observing the surface shape of a three-dimensional structure. For example, it is used for inspection of a soldered portion of an electronic component mounted on a circuit board. ing. FIG. 1 shows a conventional
[0003]
As shown in FIG. 1, from the ring-
[0004]
By the way, as the miniaturization and high integration of parts progress in recent years, in order to inspect these surface shapes, surface observation devices with a microscope function capable of observing details, concave portions and complicated shapes Therefore, there is a need for a surface observation device that can cope with this. However, if an attempt is made to produce a surface observation device that is simply a combination of a microscope and a conventional ring-type light emitter, there will be restrictions on the size of the ring-type light emitter and the position where the ring-type light emitter is installed. In other words, the ring radius must be larger than the radius of the microscope objective lens so that the ring emitter does not enter under the microscope objective lens. It is necessary to consider the position where the ring-type light emitter is installed so as not to be blocked. When designing a surface observation device with these restrictions added, it is difficult to increase the number of ring-type light emitters because the space is limited, but if the number of ring-type light emitters is small, the surface shape There arises a problem that the recognition accuracy becomes coarse.
[0005]
In addition, when the
[0006]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to observe or inspect the surface shape of a fine object (particularly, an object having a recess) without increasing the size of the apparatus. To provide a surface observation device that canThe
[0007]
The surface observation device according to the present invention receives a light source unit that emits light in a plurality of wavelength ranges, light emitted from the light source unit, irradiates the object with different irradiation angles at different irradiation angles, and at least Illumination means for irradiating light of one wavelength range toward the object as coaxial incident light, and imaging means for identifying and imaging light of each wavelength reflected by the objectThe illumination means comprises a plurality of sets of optical fiber bundles, and each set of optical fiber bundles is arranged in a circular shape or a concentric shape at the light emitting end, and each optical fiber at the light incident end. A light converter having bundled optical converters separated from each other, and converting light having a different wavelength range incident on the light incident end of each optical fiber bundle constituting the light converter from the light emitting end surface into light having a concentric light beam cross section Then, the light is emitted.Here, the coaxial incident light refers to light that is irradiated along an optical axis that coincides with the optical axis of an imaging means that images light reflected by an object.
[0008]
In the surface observation apparatus of the present invention, an imaging unit (for example, a color CCD) that irradiates an object with light of a plurality of wavelength ranges at different irradiation angles, and identifies and images light of each wavelength reflected by the object. In a surface observation device that uses a camera, a color video, etc.) to determine the surface shape of an object from its coloration condition, etc., light of at least one wavelength region is irradiated as coaxial incident light toward the object The imaging means and the lighting fixture are less likely to interfere with each other, and the illumination means (especially the light emitting portion) can be made compact, and the surface observation apparatus can be downsized. In particular, since the incident angle can be reduced by using coaxial incident light, it is possible to irradiate light to a deep portion of the concave portion of the object, and the concave portion and the like are also accurate without increasing the size of the surface observation apparatus. Can be observed well.
[0009]
Further, the surface observation apparatus of the present inventionThe illumination means comprises a plurality of sets of optical fiber bundles, and the optical fiber bundles of each set are arranged in a circular shape or a concentric shape at the light exit end, and the optical fiber bundles are arranged at the light entrance end. A separate light converter is provided, and light having a different wavelength range incident on the light incident end of each optical fiber bundle constituting the light converter is converted into light having a concentric light beam cross section from the light emitting end face and emitted. Therefore, light in a plurality of wavelength ranges can be emitted from a small area at the light exit end of the light converter, and light can be emitted at a small irradiation angle without increasing the distance between the illumination means and the object. It is possible to accurately observe an object having a recess.
[0010]
The present inventionThe fruitIn the embodiment, the illuminating means includes a ring light including an optical fiber bundle in which ends on the light incident end side are bundled and ends on the light emitting end side are arranged in an annular shape. The light emitted from the light source can be converted into an annular shape for irradiation, and the illumination means for irradiating the annular light can be downsized as compared with the case where an annular fluorescent tube or the like is used. Therefore, it is possible to irradiate annular light with a small irradiation angle.
[0011]
The present inventionAnotherIn an embodiment, the illuminating means can shape the light in each wavelength region so that the cross section of the light beam is circular or annular, and irradiate the object as coaxial incident light. For example, a coaxial incident optical system using a microscope or the like may be used. In this embodiment, since light in each wavelength region can be irradiated as coaxial incident light, the illumination means can be made particularly small, and it is suitable for observation or inspection of an object having a minute object or a recess. ing.
[0012]
In still another embodiment of the present invention, one of the lights having different wavelength ranges irradiated by the illuminating means is white light, and the surface of the object is irradiated with the white light. This makes it possible to read character information such as a production number printed on the surface of the object.
[0013]
In still another embodiment of the present invention, since the light synthesized from the light emitted from the light source unit can be irradiated from the illumination means, the wavelength range of the light irradiated on the object is more diverse than the type of the light source. Can be.
[0015]
The above-described constituent elements of the present invention can be arbitrarily combined as much as possible.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 2B is a partially broken side view of the
[0017]
Therefore, if the light incident ends of the
[0018]
FIG. 3 is a schematic view showing the structure of the
[0019]
White light emitted from the
[0020]
As described above, the light emitted from the
[0021]
The light irradiated by the
[0022]
Of the light reflected from the surface of the
[0023]
FIG. 5B is a diagram showing an image obtained by the
[0024]
As described above, when the
[0025]
The
[0026]
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic view showing the structure of a
[0027]
When white light is irradiated from the
[0028]
When the
[0029]
Further, the
[0030]
If the test object can be irradiated not only with light in different wavelength ranges from different angles but also with white light from above the test object, the part number written on the surface of the
[0031]
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic view showing the structure of a
[0032]
In the
[0033]
Here, when the
[0034]
In addition, when
[0035]
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a schematic view showing the structure of a
[0036]
When white light is irradiated from the
[0037]
The red light and orange light (or yellow light) incident on the
[0038]
According to the surface observation apparatus according to the present embodiment, the light projected onto the
[0039]
【The invention's effect】
According to the surface observation apparatus of the present invention, an imaging unit (for example, a color CCD camera) that irradiates a target with light of a plurality of wavelength ranges at different irradiation angles and identifies and captures light of each wavelength reflected by the target. In the surface observation apparatus that determines the surface shape of the target object based on the coloration, etc., the light of at least one wavelength region is irradiated as the coaxial incident light toward the target object. The imaging unit and the illuminating device are less likely to interfere with each other, and the illumination unit (particularly the light emitting portion) can be made compact, and the surface observation apparatus can be downsized. In particular, since the incident angle can be reduced by using coaxial incident light, it is possible to irradiate light to a deep portion of the concave portion of the object, and the concave portion and the like are also accurate without increasing the size of the surface observation apparatus. Can be observed well.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a surface observation apparatus using a conventional color highlight illumination method.
2A is a front view from the light emitting end side of the light converter of the surface observation device of the present invention, FIG. 2B is a side view of the light converter partially broken, and FIG. 2C is a light converter. It is a front view from the light incident end side.
3 is a schematic view showing a configuration of a surface observation apparatus using the optical converter of FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a state of light irradiated to an inspection object through an objective lens.
5A is a cross-sectional view of an inspection object, and FIG. 5B is a view showing an image photographed by a color CCD camera when light is irradiated on the concave curved surface of the inspection object shown in FIG. 5A. is there.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a surface observation apparatus according to another embodiment of the present invention.
7A and 7B are a plan view and a side view of an inspection object.
FIG. 8 is a schematic view showing a configuration of a surface observation apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing a configuration of a surface observation apparatus according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
7 Surface observation equipment
8 Optical converter
10a, 10b Fiber cord
11a, 11b, 11c Optical fiber bundle
12 Bundling part
13 Fiber guide
15a red light
15b green light
15c blue light
16 Microscope
17 Light source
19 Color CCD camera
20 Image processing device
21a, 21b, 21c, 21d halogen lamp
22a, 22b, 22c Band pass filter
24 half mirror
27 Inspection object
29 Camera lens section
30a, 30b ring light
Claims (5)
前記光源部から出射された光を受け取り、波長域の異なる光を異なる照射角度で対象物に照射すると共に、少なくとも1つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させる照明手段と、
対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段と、
を有する表面観察装置において、
前記照明手段は、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、
前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させることを特徴とする表面観察装置。 A light source unit that emits light in a plurality of wavelength ranges;
Illuminating means for receiving light emitted from the light source unit and irradiating the object with light having different wavelength ranges at different irradiation angles and irradiating at least one wavelength range of light toward the object as coaxial incident light; ,
Imaging means for identifying and imaging light of each wavelength reflected by the object;
In a surface observation apparatus having
The illumination means includes a plurality of sets of optical fiber bundles, and each set of optical fiber bundles is arranged in a circular shape or a concentric shape at the light output end, and each optical fiber bundle is separated from each other at the light incident end. With a light converter,
Light of different wavelength bands incident on the light incident ends of respective optical fiber bundles constituting the optical converter, the front surface you characterized in that emit converted into light having a concentric light beam cross-section from the light emitting end face Observation device.
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