JP4874103B2 - 外観検査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は検査対象物の外観検査装置及び方法に関するものであり、さらに詳しくはレーザなどのスポット光（照射光）を、ポリゴンミラー（以下、回転多面鏡という）と走査集光レンズを有する焦点位置形成用光学系により検査対象物に照射及び直線走査し、検査対象物により反射されて焦点位置形成用光学系を経由して、回転多面鏡の鏡面に偏向される反射光（落射反射光）の光強度を光電変換して、共焦点法の原理で外観の位置座標を求めることにより、検査対象物の外観を検査する装置に関するものである。

特に、高速に検査対象物の外観検査を行うにあたり、回転多面鏡の回転による直線走査動作中に検査対象物の共焦点関係を変更できるため、光学系や検査対象物を高さ方向に動かす必要がなく、簡単な構成で高速に検査対象物の検査を実現するものである。

従来、立体形状を幾何光学的に測定し検査する方法として、さまざまな光を物体に投影して、その反射光を光検出器で測定して検査する方法と、自然光や一般的な照明下で物体を複数の方向からカメラで測定し複数の画像間の相関により立体形状を求めて検査する方法の、大きく分けて２つの方法が存在している。

そして前者は更に、光の投影方法と光検出器の種類、さらにその間の位置関係などにより、さまざまに分類され、それらの分類の中に図１１Ａに示すような、共焦点光学系による反射光の集光状態を検出し、焦点合致位置を探して検査対象物の高さ情報を得て検査する方式がある。
図１１Ａにおいて、光源１０１から射出される照射光は、点線で示すように検査対象物１０３に向けて、つまり照射方向に射出され、光分離鏡１０４を透過して、集光レンズ１２１により検査対象物１０３上の集光点Ｐａにて集光される。検査対象物１０３の表面の集光点Ｐａで反射された反射光のうち、照射方向と逆方向に反射された反射光（落射反射光）は、再び集光レンズ１２１に入射し、光分離鏡１０４により照射方向と直交する方向に反射されて反射光集光レンズ１０５に入射し、反射光集光レンズ１０５により遮蔽板１０６の微小穴内に集光点Ｑａが形成されて遮蔽板１０６の微小穴を通過し、光検出器１０７に入射して、光検出器１０７により光強度が光電変換信号出力Ｉａに光電変換される。ここで、照射光集光レンズ１２１の集光点Ｐａと反射光集光レンズ１０５の集光点Ｑａ（つまり遮蔽板１０６の微小穴）とは、光学的に共焦点の関係にある。

検査対象物１０３が、照射光集光点Ｐａから照射方向に移動量ｚで移動して検査対象物１０３−１の位置に位置する場合、検査対象物１０３−１の表面で反射された反射光は破線で示すようになり、反射光の集光点は、点Ｑａから、反射光集光レンズ１０５に近づく方向に離れた点Ｑａ−１に移動する。そのため、遮蔽板１０６上の反射光の像のサイズが大きくなり、反射光集光レンズ１０５で集光された反射光が遮蔽板１０６の微小穴を通過する光量が減り、光検出器１０７の光電変換信号出力Ｉａが減少する。

図１１Ｂに検査対象物１０３の移動量ｚａと光検出器１０７の光電変換信号出力Ｉａとの関係を示す。光電変換信号出力Ｉａは、検査対象物１０３の反射点が照射光集光点Ｐａと一致するｚａ＝０の位置で最も大きくなり、ｚａが０から離れると光電変換信号出力Ｉａは小さくなる。つまり、検査対象物１０３を、照射方向又は照射方向と逆方向（以下、Ｚ方向という）に動かして、光電変換信号出力Ｉａが最も大きくなる移動量ｚａを求めることで、検査対象物１０３の照射光集光点Ｐａにおける高さ情報を得て外観を検査することができる。

図１１Ａでは、検査対象物１０３のみを動かす方式の例を示したが、照射光の集光点Ｐａと検査対象物１０３のＺ方向の位置を変更（以下、Ｚ走査という）すれば、同様の効果が得られる。こうしたＺ走査方式として、検査対象物１０３を固定し、光学系全体を動かす方式が、検査対象物１０３のみを動かす方式と同等の効果があるのは明らかである。それらの方式以外のＺ走査方式を、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。

図１２Ａは、光学系中の照射光集光レンズ１２１のみをＺ方向に動かすことで、照射光集光点Ｐａを点Ｐａ−１に移動させ、Ｚ走査を実現する方式を示している。この方式は、照射光集光レンズ１２１に入射する照射光が平行光に近い場合に有効であり、移動物が照射光集光レンズ１２１のみで、照射光集光レンズ１２１が通常、軽量であるので、高速測定及び機構簡易化が図れる（例えば特許文献１参照）。

図１２Ｂは、照射光集光レンズ１２１と検査対象物１０３との間に、厚みｔａ、屈折率ｎ_ｎの平行ガラス１１０を挿入することで、照射光集光レンズ１２１と検査対象物１０３との間の光学的距離ｄａを変化させて照射光集光点Ｐａを点Ｐａ−２に移動させ、Ｚ走査を実現する方式を示している。この方式では、照射光集光レンズ１２１と検査対象物１０３との間に、厚み又は屈折率の異なる複数の平行ガラスが順次挿入されるように、前記複数の平行ガラスを配置した円盤を高速回転させることにより、Ｚ走査の高速化を図ることができる（例えば特許文献２参照）。

また、検査対象物１０３からの反射光を、複数の光分離鏡１０４で複数に分岐して、各分岐反射光ごとに、反射光集光レンズ１０５からの距離が異なる位置に設置された複数の、遮蔽板１０６及び光検出器１０７により、各分岐反射光の光電変換信号出力Ｉａを同時測定することで、Ｚ走査方式と同等な光学系を形成し、Ｚ走査に要する時間（例えば、検査対象物１０３を移動させたり、照射光集光レンズ１２１を移動させる時間）を省いて、より高速なＺ走査を実現することもできる（例えば特許文献３参照）。

このように、共焦点法においてＺ走査を行うことで、照射光集光点Ｐａにおける検査対象物１０３の高さ情報を得ることができる。さらに、検査対象物１０３を、Ｚ方向と直交し且つ互いに直交するＸ方向とＹ方向とに移動させて、検査対象物１０３に対する照射光集光点Ｐａの位置をＸ方向に変更（以下、Ｘ走査という）するとともに、検査対象物１０３に対する照射光集光点Ｐａの位置をＹ方向に変更（以下、Ｙ走査という）することで、検査対象物３の立体座標（位置座標）を得ることができ、その外観を検査することができる（例えば特許文献１参照）。当然、検査対象物１０３を固定して光学系全体をＸ方向及びＹ方向に移動させても、あるいは、検査対象物１０３をＸ方向又はＹ方向に移動させるとともに、光学系全体をＸ方向又はＹ方向に移動させても、同様に、検査対象物１０３の位置座標を得て外観を検査することができる。

Ｘ走査及びＹ走査の高速化を図る手段としては、上記光学系内に、照射光を走査する新たな光学系を設けて、Ｘ走査及びＹ走査を実現する方式がある（例えば特許文献４参照）。また、測定光学系内に、光源１０１〜光検出器１０７からなる共焦点光学系を多数並べて、ＸＹ格子状に多点同時測定する方式もある（例えば特許文献５参照）。

特開昭６２−２４５９４９号公報 特開平９−１２６７３９号公報 特開平５−４００３５号公報 特開平３−２３１１０５号公報 特開平９−２５７４４０号公報

しかしながら、従来の構成では、ＸＹ走査とＺ走査に対して別個の方式をとっており、高速化を図るためにＸＹ走査とＺ走査を同時に実現しようとすると、部品点数が増加し構造が複雑になり、コストの上昇、信頼性の低下、サイズの大型化といった課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するために、ＸＹ走査機構中にＺ走査を組み込むことにより、簡単な機構により外観検査の高速化を実現する、外観検査装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。
本発明の第１態様によれば、光束を射出する光源と、
外周部に少なくとも３つの鏡面を有し、回転軸まわりに等角速度で回転可能に配置され、前記光源から射出された前記光束を前記夫々の鏡面により検査対象物に向けて偏向し、前記回転により前記光束を主走査方向に直線状に走査可能な回転多面鏡と、
前記回転多面鏡の回転により、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を集光点で集光させつつ前記集光点を前記検査対象物の前記主走査方向と直交する高さ方向の検査範囲を移動させる集光点位置形成用光学系と、
前記集光点位置形成用光学系を通過したのち、前記検査対象物により反射されて、前記集光点位置形成用光学系を経由して、前記回転多面鏡の前記鏡面で偏向される反射光の光強度であって前記集光点と前記光束の前記検査対象物での反射点との距離に依存する光強度を、光電変換信号出力に光電変換する光検出器と、
前記回転多面鏡の前記等角速度の回転に同期して、前記検査対象物を前記主走査方向及び前記高さ方向と直交する副走査方向に移動させる検査対象物移動装置と、
前記光検出器により光電変換された前記反射光の前記光電変換信号出力に基づいて、前記検査対象物の外観の位置座標を求め、前記検査対象物の外観の検査を行う演算部と、を備え、
前記回転多面鏡は、前記等角速度の回転に伴い、前記光束の前記集光点を前記副走査方向にずらすように、当該回転多面鏡の回転軸と前記鏡面とのなす角度である鏡面角度が各鏡面ごとに異なるように構成され、
前記検査対象物移動装置は、前記回転多面鏡が前記等角速度で１回転する間、前記集光点位置形成用光学系により前記高さ方向の前記検査範囲で移動されるとともに前記夫々の鏡面により前記副走査方向にずらされた前記集光点が、前記検査対象物の前記高さ方向に直線状に走査されるように、前記検査対象物を前記副走査方向に移動させるとともに、前記回転多面鏡が前記等角速度でさらに１回転を開始する前に、前記副走査方向に前記検査対象物を移動させて、前記主走査方向の直線状の走査及び前記高さ方向の前記検査範囲での前記集光点の移動による外観検査を、前記回転多面鏡の前記１回転での外観検査と前記検査対象物上の異なる部分で行うように構成されていることを特徴とする外観検査装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記集光点位置形成用光学系は、光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向に対して傾斜するように配置され、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を前記集光点で集光させる走査集光レンズを備えて、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲を移動することを特徴とする第１態様に記載の外観検査装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記集光点位置形成用光学系は、
光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向と平行になるように配置され、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を前記集光点で集光させる走査集光レンズと、
前記走査集光レンズと前記検査対象物との間に、入射面と射出面とが前記主走査方向と平行になるように配置され、前記入射面から入射する光束を屈折させて前記射出面から射出するプリズムとを備えて、
前記走査集光レンズを通過した光束が、前記プリズムの前記入射面から入射し、屈折されて前記射出面から射出されて、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲を移動することを特徴とする第１態様に記載の外観検査装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、さらに、前記回転多面鏡が少なくとも１回転する間の、前記光検出器から出力された前記反射光の前記光電変換信号出力を記憶するデータ記憶部を備え、
前記演算部は、前記データ記憶部に記憶された前記光電変換信号出力に基づいて、前記検査対象物の前記高さ方向の位置を求めて前記検査対象物の外観の位置座標を求め、前記検査対象物の外観の検査を行うことを特徴とする第１態様に記載の外観検査装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、外周部に少なくとも３つの鏡面を有するとともに回転軸と前記鏡面とのなす角度である鏡面角度が各鏡面ごとに異なるように構成された回転多面鏡を前記回転軸まわりに等角速度で回転させて、光源から前記鏡面へ射出された光束を検査対象物に向けて偏向させつつ主走査方向に直線状に走査させ、前記偏向走査において、集光点位置形成用光学系により、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を集光点で集光させつつ前記集光点を前記検査対象物の前記主走査方向と直交する高さ方向の検査範囲で移動させるとともに、前記鏡面角度が異なる前記夫々の鏡面により前記主走査方向及び前記高さ方向と直交する副走査方向ずらされた前記集光点が、前記検査対象物の前記高さ方向に直線状に走査されるように、前記検査対象物を前記副走査方向に移動させ、前記副走査方向に移動する前記検査対象物により反射されて、前記集光点位置形成用光学系を経由して、前記回転多面鏡の前記鏡面に偏向される反射光の光強度であって前記集光点と前記光束の前記検査対象物の反射点との距離に依存する光強度を光電変換信号出力に光電変換し、前記光電変換信号出力に基づいて前記検査対象物の外観の位置座標を求め、前記検査対象物の外観の検査を行い、
次いで、前記回転多面鏡が前記等角速度でさらに１回転を開始する前に、前記副走査方向に前記検査対象物を移動させ、
次いで、前記主走査方向の直線状の走査及び前記高さ方向の前記検査範囲での前記集光点の移動による外観検査を、前記回転多面鏡の前記１回転での外観検査と前記検査対象物上の異なる部分で行うことを特徴とする外観検査方法を提供する。

本発明の第６態様によれば、前記偏向走査において、前記集光点位置形成用光学系を構成し且つ光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向に対して傾斜されるように配置された走査集光レンズにより、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束が前記集光点に集光されながら、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲で移動するように集光されることを特徴とする第５態様に記載の外観検査方法を提供する。

本発明の第７態様によれば、前記偏向走査において、前記集光点位置形成用光学系を構成し且つ光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向と平行になるように配置された走査集光レンズにより、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束が前記集光点で集光され、
前記集光点位置形成用光学系を構成し且つ前記走査集光レンズと前記検査対象物との間に入射面と射出面とが前記主走査方向と平行になるように配置されたプリズムにより、前記走査集光レンズを通過した前記光束が、前記プリズムの前記入射面から入射し、屈折されて前記射出面から射出され、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲で移動するように集光されることを特徴とする第５態様に記載の外観検査装置を提供する。

本発明の第１又は５態様によれば、回転多面鏡を、等角速度の回転に伴い走査光束の集光点が副走査方向にずれるように回転軸と鏡面とのなす角度である鏡面角度が各鏡面ごとに異なるように構成するとともに、前記集光点が高さ方向の検査範囲を移動するように集光点位置形成用光学系を構成し、前記回転多面鏡の等角速度の回転に同期して、前記高さ方向の前記検査範囲を移動されるとともに副走査方向にずらされた前記集光点が、前記検査対象物の前記高さ方向に直線状に走査されるように、前記検査対象物を前記副走査方向に移動させるようにしたので、前記検査対象物に対して、回転多面鏡の回転動作中に、１つの鏡面により主走査方向の走査（Ｘ走査）を行い、前記鏡面角度を異ならせた前記夫々の鏡面が前記回転多面鏡の１回転中に切り替わることにより高さ方向の走査（Ｚ走査）を行い、前記検査対象物を副走査方向に移動させながら前記回転多面鏡を複数回回転させることにより副走査方向の走査（Ｙ走査）を行うことができる。つまり、ＸＹ走査機構中にＺ走査を組み込むことができ、上記のような簡単な機構により外観検査の高速化を実現することができる。

なお、本発明の第１態様により検査対象物の外観検査を行う場合には、前記演算部により検査対象物の外観の位置座標を、例えば、主走査方向に２点（立体的な外観の位置座標を求めるには少なくとも２点必要であるが、Ｘ分解能を高める場合には３点以上が好ましい）、副走査方向に２点（立体的な外観の位置座標を求めるには少なくとも２点必要であるが、Ｙ分解能を高めるためには３点以上が好ましい）、及び高さ方向に３点（回転多面鏡の鏡面数によるが最低３面）の合計（２×２×３＝）１２点、求めることで、検査対象物の外観を立体的に検査することができる。

これに対して、特許文献１において、Ｚ走査を行うためには、ＸＹ走査を行う駆動機構とは別に、照射光集光レンズを高さ方向（Ｚ方向）に移動させる駆動機構が必要となり、また、照射光集光レンズを高さ方向に移動させると、その停止時に振動等が生じ、検査精度が低下する恐れがある。本発明の第１又は５態様によれば、照射光集光レンズ等を高さ方向に移動させる駆動機構を必要としないので、検査精度が低下するのを防ぐことができる。
また、特許文献３において、Ｚ走査を行うためには、光分離鏡、遮蔽板及び光検出器を夫々、複数配置する必要がある。本発明の第１又は５態様によれば、光分離鏡、遮蔽板及び光検出器は夫々、１つあればよいので、部品点数の増加を抑えて、コストの上昇、サイズの大型化を防ぐことができる。

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下に、本発明の実施形態の外観検査装置及び方法を図面とともに詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の光学系および機構系についての構成を示す概略斜視図であり、図１Ｂは、検査対象物３を示す、図１Ａの部分拡大斜視図である。また、図２は同じ光学系を副走査方向から見た概略図である。

まず、本発明の第１実施形態における外観検査装置の基本構成を、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。
本発明の第１実施形態における外観検査装置は、光源１と、回転多面鏡１１と、モータ１１ａと、集光点位置形成用光学系の一例を構成する走査集光レンズ２と、光分離鏡４と、反射光集光レンズ５と、遮蔽板６と、光検出器７と、検査対象物移動装置の一例であるテーブル送り装置１２と、記憶部の一例であるデータ記憶部１３と、演算部１４と、出力部１５と、制御部１６とを備えている。

光源１は、例えばレーザなどの光束を照射光として回転多面鏡１１に向けて射出する。
回転多面鏡１１は、多角柱（例えば６角柱）の形状に形成され外周部に鏡面角度が互いに異なる複数の鏡面１１ｃ（反射面）を有し、モータ１１ａにより一方向に等角速度で回転可能に構成されている。回転多面鏡１１は、各鏡面１１ｃにより光源１の照射光を検査対象物３（例えば、基板上に装着される電子部品や、基板と電子部品とを接合するクリームはんだ）に向けて（高さ方向Ｚ（図１の上下方向の上向きの方向）と逆方向（図１の上下方向の下向きの方向））に偏向できるように構成されている。
走査集光レンズ２は、回転多面鏡１１と検査対象物３との間に配置され、回転多面鏡１１で偏向された照射光を検査対象物３上の近傍の点Ｐに集光する（以下、回転多面鏡１１で偏向された照射光が走査集光レンズ２により集光された集光点を照射光集光点という）。

光分離鏡４は、矩形板形状を有し、光源１と回転多面鏡１１との間に配置され、走査集光レンズ２で検査対象物３上の近傍に集光され検査対象物３に高さ方向Ｚに反射されて前記照射光と逆経路を進んで光源１へ戻る反射光を、光源１の照射光から分離して、つまり光源１の照射光の照射経路上から離脱させて、円盤状の反射光集光レンズ５に入射させる。
反射光集光レンズ５は、光分離鏡４で分離された反射光を矩形板形状の遮蔽板６に形成された微小穴の近傍に集光させる。
光検出器７は、遮蔽板６の微小穴を通過して入射した反射光の光強度を光電変換信号出力Ｉに光電変換する。

テーブル送り装置１２は、高さ方向Ｚ及び主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙに延在するように配置される駆動軸１２ａと、駆動軸１２ａに螺合されて駆動軸１２ａが正逆回転することにより駆動軸１２ａ上を進退移動可能なナット部材１２ｂと、ナット部材１２ｂに固定され、検査対象物３が載置される基板３Ａを保持可能な矩形板形状のテーブル１２ｃと、駆動軸１２ａを正逆回転させる駆動用モータ１２ｄと、を備えている。テーブル送り装置１２は、制御部１６により駆動用モータ１２ｄが駆動されて、駆動軸１２ａが正逆回転し、ナット部材１２ｂ及びナット部材１２ｂに固定されるテーブル１２ｃがＹ方向に進退移動することで、検査対象物３をＹ方向に進退移動可能に構成されている。

制御部１６は、光源１、光検出器７、モータ１１ａ、駆動用モータ１２ｄ及びデータ記憶部１３と接続され、データ記憶部１３に予め記憶された動作プログラムに基づいて、光源１、光検出器７、モータ１１ａ及び駆動用モータ１２ｄの駆動を制御する。
データ記憶部１３は、各装置の動作プログラムを記憶するとともに、光検出器７で光電変換されて出力された反射光の光電変換信号出力Ｉを記憶する。
演算部１４は、データ記憶部１３に接続される抽出部１４ａと、抽出部１４ａに接続される外観位置座標演算部１４ｂを備え、データ記憶部１３に記憶された反射光の光電変換信号出力Ｉに基づいて、検査対象物３の外観の位置座標を求めるように構成されている。
出力部１５は、例えばディスプレイにより構成され、外観位置座標演算部１４ｂに接続され、外観位置座標演算部１４ｂで演算された検査対象物３の外観の位置座標を出力して表示する。

本発明の第１実施形態における外観検査装置は、以上のように基本的な構成をされている。
以下、本発明の第１実施形態における外観検査装置の詳細な構成を動作とともに説明する。

図１Ａ、図１Ｂおよび図２において、まず、制御部１６に駆動を制御されて光源１から光束が射出される。光源１から照射光として射出された光束は、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１１の１つの鏡面１１ｃにより偏向されて、走査集光レンズ２に入射し、集束光束として射出されて、検査対象物３上の近傍の点Ｐで集光する走査光束となる。ここで、光源１から射出された光束は、制御部１６に駆動を制御されて回転多面鏡１１が回転することにより、走査集光レンズ２に入射する走査光束の角度が変化し、照射光集光点Ｐは点Ｐ１〜点Ｐ２〜点Ｐ３と連続的に移動し、検査対象物３を主走査方向Ｘに直線状に走査する（以下、Ｘ走査という）。検査対象物３に照射されて検査対象物３により反射される反射光のうち、高さ方向Ｚ（走査光束方向ともいう）の反射光（落射反射光）は、走査集光レンズ２を通過し、回転多面鏡１１へと走査光束と逆向きの経路を辿り、光分離鏡４で走査光束と分離された後、従来例と同様の共焦点光学系（反射光レンズ５及び遮蔽板６）を経由して光検出器７に到達する。このようにして、回転多面鏡１１を回転させることにより、検査対象物３の走査直線上の落射反射光の光強度から光検出器７にて求められた光電変換信号出力Ｉを得ることができる。

このとき、制御部１６は、回転多面鏡１１の回転に同期して、テーブル送り装置１２の駆動用モータ１２ｄの駆動を制御して、テーブル１２ｃに保持された検査対象物３を主走査方向Ｘおよび高さ方向Ｚの両方に直交する方向（以下、副走査方向Ｙという）に移動させる。
なお、回転多面鏡１１の回転速度が一般的に一定であり、主走査方向Ｘの走査光束の移動速度（走査速度）を等速にするために、走査集光レンズ２としては、図２に示すように、入射角の変化角度θ（回転多面鏡１１による偏向角の変化角度δの２倍）と走査位置変化ｘ_ｄとの関係が、焦点距離ｆを比例係数とする直線比例関係（ｘ_ｄ＝ｆ×θ：ｆθ特性という）となる、ｆθレンズが一般的に用いられる。本第１実施形態では、以下、走査集光レンズ２をｆθレンズとする。なお、図２においては、一例として、点Ｐ２が点Ｐ１と点Ｐ３との中央付近に位置するように記載したが、点Ｐ２は点Ｐ１から点Ｐ３の走査範囲上の任意の位置に位置するものである。

図３Ａ及び図３Ｂは、本第１実施形態例における光学系を主走査方向Ｘから見た図であり、光学系による効果を説明している。

図３Ａにおいて、回転多面鏡１１の鏡面１１ｃが回転多面鏡１１の回転軸１１ｂとなす角λ（以下、鏡面角度λという）がλ＝α/２の場合、回転多面鏡１１の反射面で偏向される光源１の光束は、回転多面鏡１１の回転軸１１ｂに垂直な平面となす角がαになり、その結果、検査対象物３における走査光束の集光位置は、走査集光レンズ２のｆθ特性により、α＝０の場合の照射光集光点Ｐに対して、図３Ａの点線に示すように、副走査方向Ｙにｙ_ｄ＝ｆ×αずれた点Ｐ−２となる。さらに、図３Ｂに示すように、走査集光レンズ２の光軸が回転多面鏡１１の回転軸１１ｂに直交する平面となす角がβの場合、走査集光レンズ２の集光平面が回転多面鏡１１の回転軸１１ｂとなす角がβとなるため、走査光束の照射光集光点は、α＝β＝０の場合の照射光集光点Ｐに対して、副走査方向Ｙにｙ_ｄ＝ｆ×α、高さ方向Ｚにｚ_ｄ＝ｆ×α×tan(β)だけずれた点Ｐ−１となる。回転多面鏡１１の鏡面角度λは、同じ鏡面１１ｃで走査中は回転多面鏡１１の回転角が変化してもほぼ一定であるので、どの主走査方向位置ｘ_ｄＪでも高さ方向Ｚのずれｚ_ｄはほぼ一定になる。つまり、こうした光学系の構成により、回転多面鏡１１の鏡面角度λにより、検査対象物３に対して、走査光束の照射光集光点Ｐの軌跡がなす走査直線全体を高さ方向Ｚにずらすことができる。

図４Ａ〜図４Ｃは、回転多面鏡１１の、各鏡面角度λを変更した場合の効果を示している。図４Ａに示すように、ｎ個の鏡面１１ｃを有する回転多面鏡１１の鏡面角度λを鏡面１１ｃ毎に変更しておくと、回転多面鏡１１の１回転中に照射光焦光点Ｐの高さ方向位置ｚ_ｄｉをｎ回変更することができる。すなわち、鏡面角度λ_ｉ（＝α_ｉ/２）の第１鏡面１１ｃ_ｉ（ｉは、ｎ個のうちの任意の鏡面番号であって、１〜ｎのうちの整数である）による走査線の副走査方向位置ｙ_ｄｉおよび高さ方向位置ｚ_ｄｉは、それぞれ、ｙ_ｄｉ＝ｆ×α_ｉ、ｚ_ｄｉ＝ｆ×α_ｉ×tan(β)となり、回転多面鏡１１の１回転により、副走査方向位置ｙ_ｄｉと高さ方向位置ｚ_ｄｉがi＝１〜ｎまでｎ回変化する。つまり、回転多面鏡１１の回転により、検査対象物３に対する、Ｘ走査とＹＺ走査を同時に実施することが可能になる。

図４Ｃに、こうした回転多面鏡１１の形状例として、鏡面数が６面で（言い換えれば鏡面番号ｉが１〜６の場合で）、各鏡面角度λ_ｉ（＝α_ｉ/２）が鏡面番号ｉに比例して増加する場合の斜視図を示す。併せて、比較例として回転多面鏡１１ｚの鏡面角度λが全て０（つまり回転軸と平行なので、六角柱になる）の場合を、二点鎖線で示す。回転多面鏡１１は、図４Ｃに示すように、第１鏡面１１ｃ_１から第６鏡面１１ｃ_６にかけて徐々に鏡面１１ｃの角度が変化しており、図４Ｃにおいて第１鏡面１１ｃ_１〜第３鏡面１１ｃ_３までは下向き、第４鏡面１１ｃ_４から第６鏡面１１ｃ_６が上向きである。各鏡面１１ｃは平面のため、隣鏡面との境界で三角形を二つ組合せた断面があり、特に第１鏡面１１ｃ_１と第６鏡面１１ｃ_６の角度差が最も大きくなっており、そのため、境界の断面も最も大きくなる。つまり、第１鏡面１１ｃ_１と第６鏡面１１ｃ_６の間を除く隣接鏡面間の角度差をｄλとすると、各鏡面角度λ_ｉは次式のようになる。

λ_ｉ＝（ｉ−3.5）×ｄλ
ここで、ｉは鏡面番号で１〜６の整数で、第１鏡面１１ｃ_１の鏡面角度λ₁は−2.5×ｄλ、第６鏡面１１ｃ_６の鏡面角度λ₆は＋2.5×ｄλとなり、第１鏡面１１ｃ_１と第６鏡面１１ｃ_６の角度差は−５×ｄλとなる。

以下、特に断りのない限り、回転多面鏡１１は図４Ｃで示す形状（鏡面数６、隣接面間角度変化ｄλで一定）として説明を行う。
なお、回転多面鏡１１の鏡面数は、最低３面あればよいが、鏡面数が多い程、主走査方向Ｘに照射光集光点Ｐをずらして検査対象物３の外観検査をするための位置座標のサンプル点数を増やすことができ、外観検査精度を高くすることができるので好ましい。
また、前記では第１鏡面１１ｃ_１から第６鏡面１１ｃ_６にかけて徐々に鏡面１１ｃの角度が変化するように、例えば、鏡面１１ｃの角度が＋１°、＋０．５°、０°、−０．５°−１°と変化するように、回転多面鏡１１を構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、鏡面角度が＋１°、−０．５°、０°、−１°、＋０．５°とランダムに変化するように構成しても、前記構成と同様の効果を得ることができる。

図５Ａ及び図５Ｂを用いて、回転多面鏡１１の回転による、走査線のＹＺ走査の状態を以下に詳細に示す。図５Ａは、図３Ｂと同じ主走査方向Ｘから見た図である。なお、ここで、回転多面鏡１１は、光源１の光束の偏向動作を第１鏡面１１ｃ_１から開始するように制御部１６により回転駆動を制御されている。回転多面鏡１１は、１回転することにより、第１鏡面１１ｃ_１から第６鏡面１１ｃ_６の順で、光源１からの光束を偏向させる。

回転多面鏡１１の光源１からの光束を偏向させる鏡面１１ｃが、回転多面鏡１１の回転動作により第１鏡面１１ｃ_１〜第６鏡面１１ｃ_６へと変化すると、照射光集光点の位置が点Ｐｘ_１〜点Ｐｘ_６と５回変化する（なお、図５Ａに示す点Ｐは鏡面角度λが０°、つまり回転多面鏡１１の鏡面１１ｃが回転軸１１ｂに平行の場合の照射光集光点である）。点Ｐｘ_１〜点Ｐｘ_６および点Ｐは、走査光束に垂直な平面３１と角度βなす面上にあり、点Ｐは平面３１との交点となっている。ここで、平面３１は、検査対象物３に対して予め設定された高さ方向Ｚの検査範囲Ｚｒの中間（例えば中央）を通る平面（仮想的な検査基準面）である。高さ方向Ｚの検査範囲Ｚｒは、検査対象物３の全体を検査するために、検査対象物３の最上部よりも高い位置から、検査対象物３の最下部と同じか又は最下部より低い位置にわたるように設定されるのが好ましい。
回転鏡１１の鏡面角度λ_ｉは、図４Ｃに示したように、鏡面番号ｉに比例して増加するので、点Ｐから各照射光集光点の副走査方向位置y_ｄｉと高さ方向位置ｚ_ｄｉは、それぞれ次式となる。

ｙ_ｄｉ＝ｆ×α_ｉ＝（ｉ−3.5）×ｆ×ｄα
ｚ_ｄｉ＝ｆ×α_ｉ×tan(β)＝（ｉ−3.5）×ｆ×ｄα×tan(β)
なお、ｄα＝２×ｄλで一定値のため、各照射光集光点の副走査方向位置ｙ_ｄｉと高さ方向位置ｚ_ｄｉは鏡面番号ｉに比例して変化し、その変化間隔は一定で、副走査方向Ｙがｆ×ｄα、高さ方向Ｚがｆ×ｄα×tan(β)となる。

図５Ｂは、図５Ａと同様の状態を斜視図で示している。ただし、回転多面鏡１１の回転動作による直線走査動作を示すために、走査開始時の照射光集光点をＰ１_ｉとし、走査終了時の照射光集光点をＰ３_ｉとしている（ｉは面番号でｉ＝1〜６）。つまり、図５Ａにおける点Ｐｘ_１とは、図５Ｂにおける点Ｐ１_１〜点Ｐ３_１間の直線走査における照射光集光点の軌跡全体を示しており、点Ｐｘ_２〜点Ｐｘ_６も同様である（ただし、点Ｐは前述のとおり点Ｐ１〜点Ｐ３の直線走査の照射光集光点の軌跡を示している）。

次に、回転多面鏡１１の回転による照射光集光点の位置の経時的変化を以下に述べる。
まず、回転多面鏡１１の回転により、光源１の光束が第１鏡面１１ｃ_１で反射され始めると、点Ｐ１_１で走査開始となり、点Ｐ３_１まで直線走査する。続いて、回転多面鏡１１の回転により、光源１の光束を反射する面が第２鏡面１１ｃ_２に切り替ると、点Ｐ１_２で走査開始となり点Ｐ３_２まで直線走査する。以下、回転多面鏡１１の回転により、光源１の光束の反射面が第３鏡面１１ｃ_３〜第４鏡面１１ｃ_６と変化すると、照射光集光点も点Ｐ１_３から点Ｐ３_３、点Ｐ１_４から点Ｐ３_４、点Ｐ１_５から点Ｐ３_５、点Ｐ１_６から点Ｐ３_６と変化する。ここで、図５Ｂ中では実線矢印で示している点Ｐ１_３から点Ｐ３_３、点Ｐ１_４から点Ｐ３_４、点Ｐ１_５から点Ｐ３_５は照射光集光点の移動による直線走査を示している。図５Ｂ中では点線矢印で示している点Ｐ３_３と点Ｐ１_４との間、点Ｐ３_４と点Ｐ１_５との間、及び点Ｐ３_５と点Ｐ１_６との間は、照射光集光点が存在していない状態、つまり直線走査されていない状態を示している。
さらに、回転多面鏡１１が１回転して、第６鏡面１１ｃ_６から第１鏡面１１ｃ_１に光源１の光束の反射面が切り替り、光源１の光束が、再び、第１鏡面１１ｃ_１に反射されて、走査が開始されると、点Ｐ３_６、点Ｐ１_１から点Ｐ３_１、点Ｐ１_２・・・と変化し、点Ｐ１_１からの走査開始から、前記と同様の動作が繰り返される。こうして、回転多面鏡１１による１回転で点Ｐ１_１〜点Ｐ３_６まで照射光集光点が移動し、回転多面鏡１１が連続回転することで、点Ｐ１_１〜点Ｐ３_６の同じ径路を繰返し走査することになる。

なお、走査開始点である照射光集光点Ｐ１_１での回転多面鏡１１の状態から回転多面鏡１１がさらに回転して、回転多面鏡１１の鏡面１１ｃの偏向角の変化角度δが変化し、つまり同一鏡面１１ｃ上における回転多面鏡１１の光源１の光束を反射する位置が変化し、照射光集光点Ｐ２_１になった場合、主走査方向Ｘの変化間隔（例えば点Ｐ１_１から点Ｐ１_２までの距離）ｘ_ｄは、前記のとおり走査集光レンズ２のｆθ特性からｘ_ｄ＝ｆ×２×δ＝ｆ×θとなる。なお、θは入射角の変化角度を示し、θ＝２×δである。

以上、説明したように、図４Ｃに示したような回転多面鏡１１の各鏡面１１ｃの角度λをお互いに違えるように構成したことにより、１つの鏡面１１ｃにより光源１の光束を反射することで照射光集光点の主走査方向位置ｘ_ｄｊを変化させて直線走査（Ｘ走査）を実施し、回転多面鏡１１を回転させて光源１の光束を反射する鏡面１１ｃを切替えることで副走査方向位置ｙ_ｄｉと高さ方向位置ｚ_ｄｉを変化させて２つの走査（ＹＺ走査）を同時に実施することができる。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを用いて、本発明の第１実施形態における外観検査装置の検査対象物３の副走査方向Ｙの送り動作とデータ処理について説明する。図６Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の、検査対象物３の副走査方向Ｙの送り動作とデータ処理について説明するための、構成を示す概略斜視図である。図６Ｂは、検査対象物３を示す、図６Ａの部分拡大斜視図である。

制御部１６は、テーブル送り装置１２の駆動用モータ１２ａの駆動を制御して、回転多面鏡１１の各鏡面１１ｃの走査開始に同期して、駆動軸１２ａを回転させてナット部材１２ｂ及びナット部材１２ｂに固定されたテーブル１２ｃを副走査方向Ｙに移動させ、テーブル１２ｃに保持された基板３Ａ上の検査対象物３を副走査方向Ｙに移動させる。また、制御部１６は、走査光束が検査対象物３を直線走査している間、走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｉが一定間隔になるような時間間隔で、光検出器７の光電変換信号出力Ｉを、回転多面鏡１１の１回転分以上の間（つまり、点Ｐ１_１〜点Ｐ３_６の走査の間）、データ記憶部１３に記憶させる。また、制御部１６は、抽出部１４ａによりデータ記憶部１３内に記憶された光検出器７の光電変換信号出力Ｉを抽出し、抽出部１２ａが抽出した光検出器７の光電変換信号出力Ｉに基づいて、外観位置座標演算部１４ｂにより、検査対象物３の外観の位置座標を演算して求める。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、テーブル送り装置１２による副走査方向Ｙへの検査対象物３の送り量Ｙｔの制御、及び、検査対象物３に対するＹＺ走査の原理について説明する。図７Ａにおいて、６個の鏡面１１ｃを有する回転多面鏡１１の１回転中に、走査線の副走査方向位置ｙ_ｄｉは、前記のようにｙ_ｄ１,ｙ_ｄ２,..ｙ_ｄ６と５回変化する。このとき、テーブル送り装置１２の送り量Ｙtを、回転多面鏡１１の各鏡面１１ｃによる走査動作に同期して、走査線の副走査方向位置ｙ_ｄｉの変化量と同じ値変化させると、検査対象物３に対して走査線は常に副走査方向位置ｙ_ｄｉに関して、常に同じ位置を走査することになる。つまり、照射光集光点は、テーブル送り装置１２が停止した状態では、図７Ａに示すように、副走査方向Ｙに向かうに従い検査対象物３に近づく方向に（図７Ａの右斜め下方向に）走査するが、テーブル送り装置１２により検査対象物３が副走査方向Ｙに送られると、図７Ｂに示すように、高さ方向Ｚと逆方向に（図７Ｂの下方向）に走査することになる。前述のとおり回転多面鏡１１の光源１の光束を偏向する鏡面１１ｃが切り替った時の副走査方向位置ｙ_ｄｉの増分はｆ×ｄαで一定なので、送り量Ｙｔも一定増分ｆ×ｄαでＹｔ_１〜Ｙｔ_６と５回変化させると、検査対象物３も検査対象物３−１の位置から検査対象物３−６の位置へと変化する。一方、走査線の照射光集光点の高さ方向位置ｚ_ｄｉは、前述のように、ｚ_ｄ１,ｚ_ｄ２,..ｚ_ｄ６と一定間隔ｆ×ｄα×tan(β)で５回変化する。

上記のようにテーブル送り装置１２の送り量Ｙtを制御することにより、回転多面鏡１１を１回転させる間、検査対象物３に対して高さ方向Ｚと平行に照射光集光点を変化させ、Ｚ走査を実現することができる。
また、テーブル送り装置１２の駆動用モータ１２ａ及び回転駆動鏡１１のモータ１１ａが同期してさらに駆動されると、回転多面鏡１１が２回転目に入る。つまり、回転多面鏡１１が光源１の光束を、第１鏡面１１ｃ_１から第６鏡面１１ｃ_６で順次反射し、再び、第１鏡面１１ｃ_１で反射するとともに、テーブル送り装置１２が一定送り間隔ｆ×ｄαで検査対象物３を副走査方向Ｙに送る。これにより、検査対象物３は検査対象物３−７の位置に位置し、照射光集光点は高さ方向Ｚには高さ方向位置ｚ_ｄ１に位置することとなる。すなわち、照射光集光点が、高さ方向位置ｚ_ｄ１から高さ方向位置ｚ_ｄ６まで変化して、再び高さ方向位置ｚ_ｄ１に変化するまでの間に、テーブル送り装置１２は、検査対象物３を、副走査方向Ｙに走査間隔Ｙｐ（＝Ｙ分解能）＝６×ｆ×ｄαだけ移動させて検査対象物３−１の位置から検査対象物３−７の位置まで移動させる。

図７Ｂは、こうした回転多面鏡１１とテーブル送り装置１２の制御動作による、検査対象物３に対する走査線の照射光集光点の高さ方向Ｚ及び副走査方向Ｙの変化を示している。
なお、図７Ｂにおいては、複数の電子部品（図７Ｂの斜線部）を装着した基板を検査対象物３として示している。検査対象物３に対する高さ方向Ｚの検査範囲Ｚｒは、上述したように、複数の電子部品のうちの最も高い電子部品の最上面よりも高い位置から、基板と同じか又は基板より低い位置にわたるように設定されるのが好ましい。したがって、図７Ｂにおいては、点Ｐｘ_１１、点Ｐｘ_１２・・・点Ｐｘ_１５を電子部品よりも高い位置に設定し、点Ｐｘ_６１、点Ｐｘ_６２・・・点Ｐｘ_６５を基板よりも低い位置に設定している。
また、図７Ｂにおいて、黒丸は、走査集光レンズ２により実際に集光された走査光束の集光点を示し、点線の白丸は、走査集光レンズ２により集光される前に走査光束が検査対象物３の表面に反射され、実際には集光されていない仮想の集光点を示している。

回転多面鏡１１の第１鏡面１１ｃ_１から始まる１回転目においては、照射光集光点が副走査方向Ｙには同じ位置で点Ｐｘ_１１〜点Ｐｘ_６１まで、高さ方向位置ｚ_ｄｉがｚ_ｄ１〜ｚ_ｄ６と５回変化してＺ走査される。さらに、回転多面鏡１１が回転して、再度、第１鏡面１１ｃ_１の走査が始まると、副走査方向位置ｙ_ｄｉが副走査方向Ｙと逆方向にＹｐだけ変化して、照射光集光点がＰｘ_１２〜Ｐｘ_６２と変化してＺ走査する。以下、同様にして、回転多面鏡１１の１回転毎に、副走査方向位置ｙ_ｄｉが一定間隔Ｙｐで変化する。つまり、検査対象物３に対しては、回転多面鏡１１の１回転毎に一定間隔ＹｐでＹ走査を実現していることになる。
すなわち、本第１実施形態の外観検査装置及び方法においては、検査対象物３に対して、回転多面鏡１１の回転動作中に、１つの鏡面走査でＸ走査を行い、鏡面角度λを異ならせた複数の鏡面１１ｃが回転多面鏡１１の１回転中に切り替わることによりＺ走査を行い、検査対象物３を副走査方向Ｙに移動させながら回転多面鏡１１を複数回回転させることによりＹ走査を行うことができる。

なお、光源１から射出される光束の、検査対象物３に照射された時点でのスポット径ｄは、検査対象物３の高さ方向Ｚの検査範囲Ｚｒにより変わる。光源１から射出される光束の光強度がガウス分布（正規分布）であり、波長がλａの場合、検査範囲Ｚｒ及びスポット径ｄは、おおよそ次式の関係にある。
Ｚｒ＝π／４÷λａ×ｄ^２
例えば、波長λａが６００ｎｍの場合では、（ｄ、Ｚｒ）＝（３０μｍ、１．２ｍｍ）、（１０μｍ、１３１μｍ）、（５μｍ、３２．７μｍ）、（１μｍ、１．３１μｍ）などのスポット径ｄと検査範囲Ｚｒとの設定例が挙げられる。例えば、検査対象物３が基板に塗布された複数のクリームはんだである場合、高さ方向Ｚの検査範囲Ｚｒは、複数のクリームはんだのうちの最も高いクリームはんだの最上面よりも高い位置から、基板と同じか又は基板より低い位置にわたるように設定されるのが好ましい。このような場合、クリームはんだの厚みは、最大でも０．２ｍｍ程度であることから、スポット径ｄは１５μｍ、検査範囲Ｚｒは０．３ｍｍ程度に設定すればよい。
但し、前記はあくまで理論値であり、光束の強度分布や検査対象物３の反射状態に応じて、最適な設定値を設定すればよい。

次に、回転多面鏡１１の１回転中の検査対象物３の同一の副走査方向位置ｙ_ｄｉにおける、Ｘ走査とＺ走査によって、共焦点光学系（反射光レンズ５及び遮蔽板６）を介した反射光が光検出器７に入射して得られる光電変換信号出力Ｉから、検査対象物３の高さ情報を求める演算方法の原理を、図８Ａ及び図８Ｂにより説明する。

図８Ａは、データ記憶部１３における、光検出器７の光電変換信号出力Ｉの記憶内容を模式的に示したものである。
データ記憶部１３は、回転多面鏡１１の１つの鏡面１１ｃの回転による検査対象物３に対するＸ走査中に、主走査方向位置ｘ_ｄｊが一定間隔（＝Ｘ分解能）になるようなサンプリング間隔で、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（ｉ，ｊ）をｍ個だけ、制御部１６の制御により記憶するよう構成されている。ここで、ｊをＸ方向のサンプリング番号(ｊ＝１〜ｍ、ｍは整数)とすると、主走査方向位置ｘ_ｄｊはｘ_ｄ１,ｘ_ｄ２,…,ｘ_ｄｍとなる。
また、データ記憶部１３は、６個の鏡面１１ｃを有する回転多面鏡１１の１回転により、検査対象物３の同一の副走査方向位置ｙ_ｄｉにおける、照射光集光点の高さ方向位置ｚ_ｄｉを５回変更して、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（ｉ，ｊ）を６×ｍ個記憶する。言い換えれば、鏡面番号ｉは１〜６であるので、副走査方向位置Ｙ_ｄ１〜Ｙ_ｄ６まで検査を行うと、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（ｉ，ｊ）を６×ｍ×６個、データ記憶部１３に記憶する。

なお、図８Ａにおいて、光検出器７の光電変換出力Ｉ（１，１）〜Ｉ（１，ｍ）を短い点線で結ぶ折れ線グラフは、第１鏡面１１ｃ_１による走査光束の光強度を示している。また、光検出器７の光電変換出力Ｉ（２，１）〜Ｉ（２，ｍ）を長い点線で結ぶ折れ線グラフは、第２鏡面１１ｃ_２による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。光検出器７の光電変換出力Ｉ（６，１）〜Ｉ（６，ｍ）を実線で結ぶ折れ線グラフは、第６鏡面１１ｃ_６による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。

図８Ｂは、演算部１４における、データ記憶部１３で記憶している回転多面鏡１１の１回転分の６×ｍ個の光電変換信号出力Ｉ（ｉ，ｊ）から、各主走査方向位置ｘ_ｄjにおける測定高さｚ_ｍjを求める処理方法を模式的に示したものである。
主走査方向位置ｘ_ｄ１における光検出器７の６個の光電変換信号出力Ｉ（１，１）〜Ｉ（６，１）の分布は、検査対象物３の主走査方向位置ｘ_ｄｊと副走査方向位置ｙ_ｄｉとが同一の点におけるＺ走査による光電変換信号出力Ｉになるので、共焦点法の原理により、図８Ｂの長い点線で示すように、主走査方向位置ｘ_ｄ１における検査対象物３の高さＺ１に最も近い照射光焦光点の高さ方向位置ｚ_ｄ２での光電変換信号出力Ｉが最大になる曲線になる。演算部１４の抽出部１４ａは、この最大になる高さ方向位置ｚ_ｄ２を、測定高さｚ_ｍ１として抽出する。

また、主走査方向位置ｘ_ｄ２における光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（１，２）〜Ｉ（４，２）の分布は、検査対象物３の主走査方向位置ｘ_ｄｊと副走査方向位置ｙ_ｄｉとが同一の点におけるＺ走査による光電変換信号出力Ｉになるので、共焦点法の原理により、図８Ｂの短い点線で示すように、主走査方向位置ｘ_ｄ２における検査対象物３の高さＺ２に最も近い照射光焦光点の高さ方向位置ｚ_ｄ１での光電変換信号出力Ｉが最大になる曲線になる。演算部１４の抽出部１４ａは、この最大になる高さ方向位置ｚ_ｄ１を、測定高さｚ_ｍ２として抽出する。
また、主走査方向位置ｘ_ｄ３における光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（２，３）〜Ｉ（６，３）の分布は、検査対象物３の主走査方向位置ｘ_ｄｊと副走査方向位置ｙ_ｄｉとが同一の点におけるＺ走査による光電変換信号出力Ｉになるので、共焦点法の原理により、図８Ｂの実線で示すように、主走査方向位置ｘ_ｄ３における検査対象物３の高さＺ３に最も近い照射光焦光点の高さ方向位置ｚ_ｄ４での光電変換信号出力Ｉが最大になる曲線になる。演算部１４の抽出部１４ａは、この最大になる高さ方向位置ｚ_ｄ４を、測定高さｚ_ｍ３として抽出する。
以下、同様にして、各主走査方向位置ｘ_ｄjにおける各測定高さｚ_ｍjを抽出することで、検査対象物３の走査線上の高さ情報を得ることができる。

次に、図２、図８Ｃ〜図８Ｅを用いて、検査対象物３の高さ情報を求める演算方法について、より詳しく説明する。ここでは、図２に示すように基板３Ａに装着された電子部品を検査対象物３として説明する。図８Ｃは、検査対象物３に対するＸＺ走査の一例を示す図であり、図８Ｄは、データ記憶部１３の記憶内容の一例を示す模式図であり、図８Ｅは、外観位置座標演算部１４ｂの演算方法の一例を示す図である。

なお、図８Ｃにおいて、黒丸は、走査集光レンズ２により実際に集光された走査光束の集光点を示し、点線の白丸は、走査集光レンズ２により集光される前に走査光束が検査対象物３の表面に反射され、実際には集光されていない仮想の集光点を示している。すなわち、図８Ｃにおいて、走査光束は、高さ方向位置ｚ_ｄ４，主走査方向位置ｘ_ｄ２及びｘ_ｄ３のとき、高さ方向位置ｚ_ｄ２，主走査方向位置ｘ_ｄ２及びｘ_ｄ３のとき、及び高さ方向位置ｚ_ｄ６，主走査方向位置ｘ_ｄ１〜ｘ_ｄｍのとき、走査集光レンズ２により集光される前に検査対象物３の表面に反射される。
また、図８Ｃにおいて、高さ方向位置ｚ_ｄ１におけるＸ走査は回転多面鏡２の第１鏡面１１ｃ_１により行われ、高さ方向位置ｚ_ｄ２におけるＸ走査は第２鏡面１１ｃ_２により行われ、同様にして、高さ方向位置ｚ_ｄ３〜_ｄ６におけるＸ走査は第２鏡面１１ｃ_２〜第６鏡面１１ｃ_６により行われている。

光検出器７が受光する落射反射光の光強度は、走査集光レンズ２により集光される走査光束が集光点の近くで検査対象物３に反射されればされるほど強くなる。すなわち、図８Ｃにおいては、受光強度１のとき、光検出器７が受光する落射反射光の光強度は最も強く、受光強度１から離れるほど、つまり受光強度２、受光強度３・・・になるほど光検出器７が受光する落射反射光の光強度は弱くなる。
したがって、例えば、主走査方向位置ｘ_ｄ３において、高さ方向位置ｚ_ｄ１では受光強度３で集光され、高さ方向位置ｚ_ｄ２では受光強度２で集光され、高さ方向位置ｚ_ｄ３では受光強度１で集光されて走査光束の集光点が形成される。ところが、高さ方向位置ｚ_ｄ４では受光強度１で集光され、高さ方向位置ｚ_ｄ５では受光強度２で集光され、高さ方向位置ｚ_ｄ６では受光強度３で集光されるはずが、実際には、検査対象物３の表面に走査光束がそれぞれ反射されるため、仮想の走査光束の集光点となっている。

図８Ｄは、図８Ｃに示す受光強度１〜５を光検出器７で光電変換して得られる光電変換信号出力Ｉと主走査方向位置ｘ_ｄｊとの関係を示すグラフである。図８Ｄにおいて、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（１，１）〜Ｉ（１，ｍ）を結ぶ長い点線は、第１鏡面１１ｃ_１による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。また、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（２，１）〜Ｉ（２，ｍ）を結ぶ短い点線は、第２鏡面１１ｃ_２による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。また、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（３，１）〜Ｉ（３，ｍ）を結ぶ一点鎖線は、第３鏡面１１ｃ_３による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。また、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（４，１）〜Ｉ（４、ｍ）を結ぶ２点鎖線は、第４鏡面１１ｃ_４による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。また、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（５，１）〜Ｉ（５，ｍ）を結ぶ直線は、第５鏡面１１ｃ_５による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。また、光検出器７の光電変換信号出力Ｉ（６，１）〜Ｉ（６，ｍ）を結ぶ太い直線は、第６鏡面１１ｃ_６による走査光束の主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける光強度を示している。

図８Ｅは、各主走査方向位置ｘ_ｄｊ毎に、各高さ方向位置ｚ_ｄｉにおける光電変換信号出力Ｉをマークし、そのマークをなめらかな曲線で結んだグラフである。主走査方向位置ｘ_ｄ１のときの各高さ方向位置ｚ_ｄｉ（第１鏡面１１ｃ_１から第６鏡面１１ｃ_６の走査）の光電変換信号出力Ｉ（１，１）〜Ｉ（６，１）を、図８Ｅ中では三角形のマークで示している。同様にして、主走査方向位置ｘ_ｄ２のときの各高さ方向位置ｚ_ｄｉの光電変換信号出力Ｉ（２，１）〜Ｉ（２，６）を、図８Ｅ中では四角形のマークで示し、主走査方向位置ｘ_ｄ３のときの各高さ方向位置ｚ_ｄｉの光電変換信号出力Ｉ（３，１）〜（３，６）を、図８Ｅ中では円形のマークで示している。

図８Ｅに示すように、主走査方向位置ｘ_ｄ１（三角形）のとき、光電変換信号出力Ｉは、高さ方向位置ｚ_ｄ５と高さ方向位置ｚ_ｄ６との間で最大値となる。演算部１４の抽出部１４ａは、高さ方向位置ｚ_ｄ５と高さ方向位置ｚ_ｄ６との間の高さを、検査対象物３の主走査方向位置ｘ_ｄ１における測定高さｚ_ｍ１として抽出する。また、主走査方向位置ｘ_ｄ２（四角形）又は主走査方向位置ｘ_ｄ３（円形）のとき、光電変換信号出力Ｉは、高さ方向位置ｚ_ｄ３と高さ方向位置ｚ_ｄ４との間で最大値となる。演算部１４の抽出部１４ａは、高さ方向位置ｚ_ｄ３と高さ方向位置ｚ_ｄ４との間の高さを、検査対象物３の主走査方向位置ｘ_ｄ２又はｘ_ｄ３における測定高さｚ_ｍ２又はｚ_ｍ１３して抽出する。以下、同様にして抽出部１４ａにより、各主走査方向位置ｘ_ｄｊにおける測定高さ位置ｚ_ｍｊを抽出していくことで、検査対象物３の走査線上の高さ情報を得ることができる。

なお、高さ方向位置ｚ_ｄｉは、前述の通り間隔ｆ×ｄα×tan(β)で離散的に変化するので、抽出部１４ａで、上記の通り、最大値になる高さ方向位置ｚ_ｄｉを抽出すると、測定高さｚ_ｍｉの間隔もｆ×ｄα×tan(β)の離散値となる（つまり、測定高さ分解能がｆ×ｄα×tan(β)となる）。しかし、多項式補間などの演算処理を外観位置座標演算部１４ａで行うことにより、各高さ方向位置ｚ_ｄｉ間の中間点を測定高さｚ_ｍｉとして求めることができ、高さ分解能を小さくすることが可能になる。

また、こうした演算処理を行うには、データ記憶部１３に記憶された光検出器７の光電変換信号出力Ｉと回転多面鏡１１の鏡面番号iとの関連付けが必要になる。そのために、制御部１６により、回転多面鏡１１の回転と同期をとる信号（以下、回転同期信号という）を１回転に１回、外観位置座標演算部１４ｂに出力させる。また、制御部１６により、各鏡面１１ｃによる走査動作と同期を取る信号（以下、走査同期信号という）を各鏡面走査毎に１回、外観位置座標演算部１４ｂに出力させる。そして、外観位置座標演算部１４ｂにより、回転同期信号と走査同期信号とを組合せることで、光検出器７の光電変換信号出力Ｉと回転多面鏡１１の鏡面番号iとの関連付けを行うことが可能になる。

以上、本第１実施形態の外観検査装置及び方法によれば、回転多面鏡１１の１回転における光検出器７の光電変換信号出力Ｉのデータをデータ記憶部１３に記憶させ、演算部１４より、そのデータ記憶部１３が記憶するデータのうち、主走査方向位置ｘ_ｄｊと副走査方向位置ｙ_ｄｉとが同一の点における光電変換信号出力Ｉが最大になる高さ方向位置ｚ_ｄｉを求めることで、検査対象物３の走査直線上の高さ情報（つまりは、ＸＺ断面形状）を得ることができる。
さらに、本第１実施形態の外観検査装置及び方法によれば、図７Ｂで示したように、制御部１６により、テーブル送り装置１２の送り量Ｙｔを、回転多面鏡１１の等角速度の回転に同期させて、各鏡面による複数の照射光集光点が、検査対象物３の高さ方向Ｚに夫々位置するように制御することにより、検査対象物３のＸＹ走査範囲における、各主走査方向位置ｘ_ｄｊと各副走査方向位置ｙ_ｄｉでの高さ方向位置ｚ_ｍｉの情報（つまりは、位置座標）を得ることができる。
なお、本第１実施形態の外観装置及び方法によれば、前記演算部１４により検査対象物３の外観の位置座標を、例えば、図７Ｂ及び図８Ａにおいては、主走査方向にｍ点（主査走査方向Ｘのサンプリング数）、副走査方向に５点（回転多面鏡１１の回転数）、及び高さ方向に６点（回転多面鏡の鏡面数）の合計（ｍ×５×６＝）３０×ｍ点、求めることで、検査対象物の外観を立体的に検査することができる。

以上、本第１実施形態では、テーブル送り装置１２により検査対象物３を副走査方向Ｙに移動する方式について述べたが、検査対象物３は固定で、光学系全体を副走査方向Ｙに移動する方式でも、同様の効果を得ることができる。また、本第１実施形態では、走査集光レンズ２をｆθレンズとして説明したが、主走査方向位置ｘ_ｄＪと入射角θの関係が直線比例関係にない場合（たとえば、ｘ_ｄ＝ｆ×sin(θ)やｘ_ｄ＝ｆ×tan(θ)など）の場合でも、同様の効果を得ることができる。

《第２実施形態》
図９Ａは、本発明の第２実施形態における外観検査装置及び方法の光学系の構成を副走査方向Ｙから見た概略図である。図９Ｂは、本発明の第２実施形態における外観検査装置の光学系の構成を主走査方向Ｘから見た概略図である。

本発明の第２実施形態の外観検査装置及び方法は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、走査集光レンズ２の光軸を回転多面鏡１１の回転軸１１ｂと直交する平面から角度β、傾斜させることなく、高さ方向Ｚに平行に配置された走査集光レンズ２Ａを備えるとともに、走査集光レンズ２Ａと検査対象物３との間に、集光点位置形成用光学系の一例を構成する、主走査方向Ｘと平行な入射面と射出面を持つ楔形の長尺プリズム１５をさらに備える点で、本発明の第１実施形態の外観検査装置と異なる。それ以外の点については、本発明の第１実施形態の外観検査装置及び方法と同様であるので、重複する説明は省略する。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、長尺プリズム１７の入射面１７ａと射出面１７ｂとが主走査方向Ｘに平行に配置されているため、走査光束は、長尺プリズム１７を通過し、副走査方向Ｙと垂直な面内では曲がらず、屈折の作用により、主走査方向Ｘと垂直な面内でのみ角度γで折れ曲がり、照射光集光点Ｐｂで集光される。そして、集光点Ｐｂで集光された走査光束は、回転多面鏡１１の回転により、検査対象物３を主走査方向Ｘに直線走査する。回転多面鏡１１の鏡面角度がλ＝α／２の場合、走査集光レンズ２から射出される走査光束は、第１実施形態と同様に、副走査方向Ｙに距離ｙ_ｉｎ＝ｆ×αだけ平行移動して、長尺プリズム１７に入射する。長尺プリズム１７に入射した走査光束は、長尺プリズム１７の作用により、平行移動量が距離ｙ_ｉｎから距離ｙ_ｄに変化し、照射光集光点Ｐｂ−１の位置が走査集光レンズ２の光軸中心を通過する際の照射光集光点Ｐｂに対して、副走査方向Ｙに対して距離ｙ_ｄずれ、高さ方向Ｚに距離ｚ_ｄだけずれる。

本第２実施形態の第１実施形態との相違点は、長尺プリズム１７を新たに設けた点と、走査集光レンズ２の傾きβをなくした点の２点であるが、第１及び第２実施形態とも、回転多面鏡１１の鏡面角度λにより、検査対象物３に対してＸ走査とＹＺ走査とを同時に実施でき、同様の効果を発揮することができる。

次に、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、長尺プリズム１７の作用について、詳細に説明する。図１０Ａは、長尺プリズム１７の作用を説明する図であり、図１０Ｂは、長尺プリズム１７による照射光集光点の移動を説明する図である。
図１０Ａに示すように、長尺プリズム１７の頂角をａ、屈折率をｎ_ｎとし、光源１の光束が長尺プリズム１７の入射面１７ａ上の点Ａ２から入射し、射出面１７ｂ上の点Ｃ２から射出される場合、ｓｎｅｌｌの法則及び幾何的な関係により、走査集光レンズ２から射出された走査光束が長尺プリズム１７により折れ曲がる角度（以下、折れ曲がり角度という）γは、次式のようになる。ここで、走査集光レンズ２から射出され長尺プリズム１７に入射する走査光束（以下、入射光という）が入射面１７ａとなす角度（以下、入射角という）をｂ１１とする。また、長尺プリズム１７内に入射した走査光束が、入射面１７ａとなす角度をｂ１２とし、射出面１７ｂとなす角度をｂ２１とする。また、長尺プリズム１７から射出された走査光束（以下、射出光という）が射出面１７ｂとなす角度をｂ２２とする。

sin(ｂ１２)＝sin(ｂ１１)／ｎ_ｎ （点Ａ２におけるｓｎｅｌｌの法則）
sin(ｂ２２)＝sin(ｂ２１)×ｎ_ｎ （点Ｃ２におけるｓｎｅｌｌの法則）
ａ＝ｂ２１＋ｂ１２ （三角形の幾何的な関係）
γ＝（ｂ１１−ｂ１２）−（ｂ２１−ｂ２２） （幾何的な関係）
＝ｂ１１＋ｂ２２−ａ＝ｆ１(ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１)
つまり、折れ曲がり角度γは、頂角ａ，屈折率ｎ_ｎ，入射角ｂ１１の関数ｆ１(ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１)となる。したがって、副走査方向Ｙに距離ｙ_ｉｎだけ平行移動した点Ａ１〜点Ｃ１を通過する走査光束も、点Ａ２〜点Ｃ２を通過する走査光束と同じ入射角ｂ１１であるので、折れ曲がり角度はγとなる。つまり、点Ａ１〜点Ｃ１を通過し点Ｃ１から射出された射出光は、点Ａ２〜点Ｃ２を通過し点Ｃ２から射出された射出光と平行になる。

点Ｃ１から射出された射出光と点Ｃ２から射出された射出光との距離ｙ_ｄは、点Ａ１に入射する入射光と点Ａ２に入射する入射光の距離ｙ_ｉｎと直線比例関係にあり、その比例係数は、ｓｎｅｌｌの法則から次式のようになり、結局、頂角ａ・屈折率ｎ_ｎ・入射角ｂ１１の関数ｆ２（ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１）となる。

ｙ_ｄ／ｙ_ｉｎ＝cos(ｂ１２)／cos(ｂ１１)×cos(ｂ２２)／cos(ｂ２１)＝ｆ２（ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１）
この作用により、図９Ｂに示すように、照射光集光点Ｐｂは、走査光束の進行方向に距離ｙ_ｄだけ移動して照射光集光点Ｐｂ−１に移動する。

次に、長尺プリズム１７による、照射光集光点Ｐｂの高さ方向Ｚの移動について述べる。図１０Ｂに示すように、厚みｔ・屈折率ｎ_ｎの長尺プリズム１７に集束角θが小さい走査光束が入射すると、ｓｎｅｌｌの法則および近軸近似（sin(θ)≒θ）により、照射光集光点は点Ｄから点Ｅへ、走査光束の進行方向にｄz＝ｔ×（１−１／ｎ_ｎ）だけ移動する。そのため、図１０Ａにおいて、点Ａ１に入射する入射光が、長尺プリズム１７を通過しなければ、点Ａ１からＬ１の距離にある点Ｂ１で集光する入射光であった場合、点Ａ１〜点Ｃ１を通過し点Ｃ１から射出される射出光の照射光集光点Ｅ１は、長尺プリズム１７により折れ曲がる走査光束の径路に沿って点Ａ１から距離Ｌ１をとった点Ｄ１（距離Ａ１Ｂ１＝距離Ａ１Ｃ１＋距離Ｃ１Ｄ１＝Ｌ１）に対して、距離ｄz_１＝ｔ_１×（１−１／ｎ_ｎ）だけ走査光束の進行方向に移動する（ｔ_１＝距離Ａ１Ｃ１）。

同様に、点Ａ２に入射する入射光の照射光集光点は、距離ｄz_２＝ｔ_２×（１−１／ｎ_ｎ）だけ移動し点Ｅ２となる。つまり、長尺プリズム１７を通過しなければ、照射光集光点までの距離が同じである走査光束でも、長尺プリズム１７の入射面１７ａに対する入射位置が異なる（例えば点Ａ１と点Ａ２）と、走査光束の進行方向における照射光集光点の位置がｚ_ｄ＝(t_２―ｔ_１)×（１−１／ｎ_ｎ）だけ異なる。ここで、長尺プリズム１７中を通過する距離の差(ｔ_２―ｔ_１)は、三角形の幾何的な関係から明らかに、点Ａ１と点Ａ２の距離ｃ１２と直線比例し、その比例係数は頂角ａと入射角ｂ１２の関数となる。さらに、ｃ１２＝ｙ_ｉｎ／cos(ｂ１１)の関係があるので、結局、ｚ_ｄは距離ｙ_ｉｎと直線比例し、その比例係数は頂角ａ、屈折率ｎ_ｎ、入射角ｂ１１の関数ｆ３となる。

ｚ_ｄ／ｙ_ｉｎ＝ｆ３（ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１）
以上の関係により、走査光束は、図９Ｂに示すように、長尺プリズム１７の作用により、角度γだけ折れ曲がり、照射光集光点の点Ｐｂから点Ｐｂ−１'へ（副走査方向Ｙへ距離ｙ_ｄ、高さ方向Ｚへ距離ｚ_ｄ）移動し、点Ｐｂと点Ｐｂ−１とを結ぶ直線は走査光束の進行方向に垂直な面に対して、次式の角度βだけ傾く。

tan(β)＝ｚ_ｄ／ｙ_ｄ＝ｆ３（ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１）／ｆ２（ａ、ｎ_ｎ、ｂ１１）
つまり、長尺プリズム１７の３つのパラメータ（頂角ａ、屈折率ｎ_ｎ、入射角ｂ１１）を変更することにより、検査対象物３に対する高さ方向位置ｚ_ｄｉと副走査方向位置ｙ_ｄｉを変更することができ、自由度の高い設計が可能になる。

なお、前記様々な実施の形態のうち任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏することができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２００５年４月１４日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００５−１１６８６９号の明細書、図面、および特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

本発明にかかる外観検査装置及び方法は、回転多面鏡による直線走査光学系に簡単な機能を付加することで、高速及び高精度に検査対象物の外観座標を求められる効果を有しており、特に平面上に広がる物体の外観検査装置として有用であり、具体的には、実装基板のはんだ付け工程における電子部品の実装状態やクリームはんだの塗布状態を検査する外観検査装置及び方法に有用である。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。
図１Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の光学系および機構系の構成を示す概略斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａの部分拡大斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の光学系の構成を、副走査方向から見た概略図である。 図３Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の回転多面鏡の鏡面角度の効果を説明する図である。 図３Ｂは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の走査集光レンズの設置角度の効果を説明する図である。 図４Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の回転多面鏡の鏡面角度の変化を示す側面図である。 図４Ｂは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の回転多面鏡の鏡面角度の変化を示す断面図である。 図４Ｃは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の回転多面鏡の形状例を示す斜視図である。 図５Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の照射光集光点の鏡面による変化を示す側面図である。 図５Ｂは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の照射光集光点の鏡面による変化を示す斜視図である。 図６Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置の、副走査方向の送り動作とデータ処理について説明するための、構成を示す概略斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａの部分拡大図である。 図７Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法のテーブル送り装置による副走査方向位置への検査対象物の送り量の制御を示す図である。 図７Ｂは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の検査対象物に対するＹＺ走査の原理を示す図である。 図８Ａは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法のデータ記憶部の記憶内容の模式図である。 図８Ｂは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の外観位置座標演算部の演算方法の原理を示す図である。 図８Ｃは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の検査対象物に対するＹＺ走査の一例を示す図である。 図８Ｄは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法のデータ記憶部の記憶内容の一例を示す模式図である。 図８Ｅは、本発明の第１実施形態における外観検査装置及び方法の外観位置座標演算部の演算方法の一例を示す図である。 図９Ａは、本発明の第２実施形態における外観検査装置及び方法の光学系の構成を副走査方向から見た概略図である。 図９Ｂは、本発明の第２実施形態における外観検査装置及び方法の光学系の構成を主走査方向から見た概略図である。 図１０Ａは、本発明の第２実施形態における外観検査装置及び方法の長尺プリズムの作用を説明する図である。 図１０Ｂは、本発明の第２実施形態における外観検査装置及び方法の長尺プリズムによる照射光集光点の移動を説明する図である。 図１１Ａは、従来の共焦点法の外観検査装置の光学系の構成図である。 図１１Ｂは、従来の共焦点法の外観検査装置における光検出器７の光電変換信号出力Ｉと検査対象物の位置関係を示す図である。 図１２Ａは、従来の共焦点法の外観検査装置におけるＺ走査の例１（集光レンズの移動）を示す図である。 図１２Ｂは、従来の共焦点法の外観検査装置におけるＺ走査の例２（平行ガラスの挿入）を示す図である。

Claims (7)

1. 光束を射出する光源と、
   外周部に少なくとも３つの鏡面を有し、回転軸まわりに等角速度で回転可能に配置され、前記光源から射出された前記光束を前記夫々の鏡面により検査対象物に向けて偏向し、前記回転により前記光束を主走査方向に直線状に走査可能な回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡の回転により、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を集光点で集光させつつ前記集光点を前記検査対象物の前記主走査方向と直交する高さ方向の検査範囲を移動させる集光点位置形成用光学系と、
   前記集光点位置形成用光学系を通過したのち、前記検査対象物により反射されて、前記集光点位置形成用光学系を経由して、前記回転多面鏡の前記鏡面で偏向される反射光の光強度であって前記集光点と前記光束の前記検査対象物での反射点との距離に依存する光強度を、光電変換信号出力に光電変換する光検出器と、
   前記回転多面鏡の前記等角速度の回転に同期して、前記検査対象物を前記主走査方向及び前記高さ方向と直交する副走査方向に移動させる検査対象物移動装置と、
   前記光検出器により光電変換された前記反射光の前記光電変換信号出力に基づいて、前記検査対象物の外観の位置座標を求め、前記検査対象物の外観の検査を行う演算部と、を備え、
   前記回転多面鏡は、前記等角速度の回転に伴い、前記光束の前記集光点を前記副走査方向にずらすように、当該回転多面鏡の回転軸と前記鏡面とのなす角度である鏡面角度が各鏡面ごとに異なるように構成され、
   前記検査対象物移動装置は、前記回転多面鏡が前記等角速度で１回転する間、前記集光点位置形成用光学系により前記高さ方向の前記検査範囲で移動されるとともに前記夫々の鏡面により前記副走査方向にずらされた前記集光点が、前記検査対象物の前記高さ方向に直線状に走査されるように、前記検査対象物を前記副走査方向に移動させるとともに、前記回転多面鏡が前記等角速度でさらに１回転を開始する前に、前記副走査方向に前記検査対象物を移動させて、前記主走査方向の直線状の走査及び前記高さ方向の前記検査範囲での前記集光点の移動による外観検査を、前記回転多面鏡の前記１回転での外観検査と前記検査対象物上の異なる部分で行うように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記集光点位置形成用光学系は、光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向に対して傾斜するように配置され、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を前記集光点で集光させる走査集光レンズを備えて、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲を移動することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記集光点位置形成用光学系は、
   光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向と平行になるように配置され、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を前記集光点で集光させる走査集光レンズと、
   前記走査集光レンズと前記検査対象物との間に、入射面と射出面とが前記主走査方向と平行になるように配置され、前記入射面から入射する光束を屈折させて前記射出面から射出するプリズムとを備えて、
   前記走査集光レンズを通過した光束が、前記プリズムの前記入射面から入射し、屈折されて前記射出面から射出されて、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲を移動することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
4. さらに、前記回転多面鏡が少なくとも１回転する間の、前記光検出器から出力された前記反射光の前記光電変換信号出力を記憶するデータ記憶部を備え、
   前記演算部は、前記データ記憶部に記憶された前記光電変換信号出力に基づいて、前記検査対象物の前記高さ方向の位置を求めて前記検査対象物の外観の位置座標を求め、前記検査対象物の外観の検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
5. 外周部に少なくとも３つの鏡面を有するとともに回転軸と前記鏡面とのなす角度である鏡面角度が各鏡面ごとに異なるように構成された回転多面鏡を前記回転軸まわりに等角速度で回転させて、光源から前記鏡面へ射出された光束を検査対象物に向けて偏向させつつ主走査方向に直線状に走査させ、前記偏向走査において、集光点位置形成用光学系により、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束を集光点で集光させつつ前記集光点を前記検査対象物の前記主走査方向と直交する高さ方向の検査範囲で移動させるとともに、前記鏡面角度が異なる前記夫々の鏡面により前記主走査方向及び前記高さ方向と直交する副走査方向ずらされた前記集光点が、前記検査対象物の前記高さ方向に直線状に走査されるように、前記検査対象物を前記副走査方向に移動させ、前記副走査方向に移動する前記検査対象物により反射されて、前記集光点位置形成用光学系を経由して、前記回転多面鏡の前記鏡面に偏向される反射光の光強度であって前記集光点と前記光束の前記検査対象物の反射点との距離に依存する光強度を光電変換信号出力に光電変換し、前記光電変換信号出力に基づいて前記検査対象物の外観の位置座標を求め、前記検査対象物の外観の検査を行い、
   次いで、前記回転多面鏡が前記等角速度でさらに１回転を開始する前に、前記副走査方向に前記検査対象物を移動させ、
   次いで、前記主走査方向の直線状の走査及び前記高さ方向の前記検査範囲での前記集光点の移動による外観検査を、前記回転多面鏡の前記１回転での外観検査と前記検査対象物上の異なる部分で行うことを特徴とする外観検査方法。
6. 前記偏向走査において、前記集光点位置形成用光学系を構成し且つ光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向に対して傾斜されるように配置された走査集光レンズにより、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束が前記集光点に集光されながら、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲で移動するように集光されることを特徴とする請求項５に記載の外観検査方法。
7. 前記偏向走査において、前記集光点位置形成用光学系を構成し且つ光軸が前記回転多面鏡の前記回転軸と直交する方向と平行になるように配置された走査集光レンズにより、前記回転多面鏡の前記夫々の鏡面により偏向走査された前記光束が前記集光点で集光され、
   前記集光点位置形成用光学系を構成し且つ前記走査集光レンズと前記検査対象物との間に入射面と射出面とが前記主走査方向と平行になるように配置されたプリズムにより、前記走査集光レンズを通過した前記光束が、前記プリズムの前記入射面から入射し、屈折されて前記射出面から射出され、前記集光点が前記主走査方向に直線状に移動しつつ前記高さ方向の前記検査範囲で移動するように集光されることを特徴とする請求項５に記載の外観検査方法。

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