JP6160200B2 - 光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法 - Google Patents
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Description
従来では、接合個所を顕微鏡等で拡大して作業者が目視で検査したり、所定のサンプルを抜き取り、電極とワイヤを破壊してその強度等を検査したりしていた。
作業者の目視で検査した場合、作業者のスキルによる差や、同じ作業者であっても疲れや体調等による差が発生するので、検査結果の信頼性が低く、検査の効率も悪い。
また抜き取りサンプルで破壊検査をした場合、実際にサンプルとして破壊されなかった対象物のすべて(抜き取られなかった残りのすべて)が、破壊したサンプルと同じ状態であると保証することはできない。
また特許文献2に記載された従来技術には、接合部位をレーザにて所定温度まで加熱した後、温度測定用赤外線センサを用いて、レーザ照射を停止してからの温度の下降状態を測定し、温度下降状態に基づいて接合状態の良否を判定する微小な金属接合部位の評価方法が記載されている。また反射率測定用レーザと、反射率測定用赤外線センサと、を備え、反射率を測定して検出した温度下降状態を補正している。
また特許文献3に記載された従来技術には、真空チャンバー内の高周波コイル内で試料を溶融・浮遊させ、レーザ加熱による熱物性値測定法を忠実に表現する熱伝導の基礎式を導き、高温融体導電材料の真の熱物性を直接的に測定することができる高温融体導電材料の熱物性測定方法及び測定装置が記載されている。
また特許文献2に記載された従来技術では、反射率測定用レーザを照射した結果を反射率測定用の赤外線センサで検出している。つまり、反射率を測定するために、反射率測定用レーザで対象を加熱しており、本来の加熱用レーザによる加熱に加えて、反射率測定用レーザでも加熱している。これでは測定結果の温度下降特性に反射率測定用レーザによる温度が重畳されており、適切な補正ができているか否か疑問が残る。また加熱時に飽和温度に達するまでの時間は一般的に数10ms程度であるのに対して、加熱後の温度下降時間は数10秒〜数分程度かかるのが一般的であり、温度下降時間を測定する特許文献2に記載の従来技術では、検査時間が非常に長くなるので好ましくない。
また特許文献3に記載された従来技術では、非常に大掛かりな装置で、試料を溶融・浮遊させるものであり、ワイヤボンディングの接合状態の検査には適用できない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より短時間に、且つより高い信頼性にて、ワイヤボンディング個所等の測定対象物の検査が可能であり、測定精度をより向上させるとともに測定可能温度範囲がより広い、光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法を提供することを課題とする。
まず、本発明の第1の発明は、光軸に沿って一方の側から入射された平行光を、焦点位置として測定対象物上に設定した測定スポットに向けて集光して他方の側から出射するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、光軸に沿った平行光に変換して一方の側から出射する集光コリメート手段と、測定対象物を破壊することなく加熱する加熱レーザ波長の加熱用レーザを出射する加熱用レーザ光源と、前記加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側へと導く加熱用レーザ導光手段と、前記測定スポットから放射された赤外線を検出可能な第1赤外線検出手段及び第2赤外線検出手段と、制御手段と、前記測定スポットから放射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された平行光の中から前記制御手段にて選択された2つの異なる波長の赤外線のそれぞれを前記第1赤外線検出手段と前記第2赤外線検出手段のそれぞれに導く放射赤外線選択導光手段と、を備えた光学非破壊検査装置である。
そして、前記制御手段は、前記加熱用レーザ光源を制御して前記加熱用レーザにて前記測定スポットを加熱しながら前記第1赤外線検出手段からの検出信号と前記第2赤外線検出手段からの検出信号を取り込み、前記第1赤外線検出手段からの検出値と前記第2赤外線検出手段からの検出値との比に基づいて前記測定スポットの温度を測定し、加熱時間に応じた前記測定スポットの温度上昇状態である温度上昇特性を測定し、測定した前記温度上昇特性に基づいて測定対象物の状態を判定し、測定中において、測定した温度に応じて前記放射赤外線選択導光手段を制御して、前記第1赤外線検出手段と前記第2赤外線検出手段の少なくとも一方へ導光する赤外線の波長を変更する。
また、測定精度や測定温度範囲に応じて、適切な波長の2つの赤外線を選択して第1赤外線検出手段、第2赤外線検出手段にて検出することができる。
そして、第1赤外線検出手段からの検出値と第2赤外線検出手段からの検出値の比に基づいて測定スポットの温度を求めるが、測定する赤外線の2波長が固定の場合と比較して、より広い温度範囲で、より高精度に温度を測定することができる。
また、作業者のスキルや体調等に影響されず、安定的により信頼性の高い検査を行うことができる。
これにより、現実的な温度範囲と、現実的な精度を、シンプルな構成で実現することができる。
次に、本発明の第7の発明は、上記第4の発明または第5の発明に係る光学非破壊検査装置であって、第1赤外線波長は、所定赤外線波長よりも長い波長に設定されており、第2赤外線波長は、所定赤外線波長よりも短い波長に設定されている。
次に、本発明の第12の発明は、上記第9の発明に係る光学非破壊検査装置を用いて、前記2つの部材の接合状態を前記制御手段にて判定する、光学非破壊検査方法である。
次に、本発明の第13の発明は、上記第10の発明に係る光学非破壊検査装置を用いて、前記2つの部材の接合部の面積が許容範囲内であるか否か、を前記制御手段にて判定する、光学非破壊検査方法である。
●[測定対象物の例(図1)]
図1を用いて測定対象物の例について説明する。
図1(A)は、基板90上に設けた各電極92に、径が数10[μm]〜数100[μm]程度のアルミ等のワイヤ93の一方端をワイヤボンディングにて接合し、基板90上に固定した半導体チップ94の各端子に、ワイヤ93の他方端をワイヤボンディングにて接合した状態の斜視図を示している。
また図1(B)は、図1(A)をB方向から見た図である。
本実施の形態の説明では、ワイヤ93と電極92を接合した接合部96を含む接合構造部位97を測定対象物として説明する。
そこで、図1(B)の接合構造部位97の拡大図に示すように、接合構造部位97のワイヤ93の表面に測定スポットSPを設定し、測定スポットSPに加熱用レーザを照射して加熱する。すると、測定スポットSPの温度は徐々に上昇し、測定スポットSPからワイヤ93内及び接合部96を経由して電極92へと熱が伝播される。また測定スポットSPを含む接合構造部位97からは、上昇した温度に応じた赤外線が放射される。
また測定スポットSPの温度は徐々に上昇するが、加熱量と放熱量が一致する飽和温度に達すると、温度の上昇が止まり、加熱を継続してもほぼ一定の温度となる。ここで、接合部96の面積が比較的大きい場合は熱伝導量が多いので、加熱時間に応じた温度の上昇が比較的緩やかで飽和温度は比較的低くなり、接合部96の面積が比較的小さい場合は熱伝導量が少ないので(電極92に伝播される熱が少ない)、加熱時間に応じた温度の上昇が比較的急峻で飽和温度は比較的高くなる(図11参照)。
従って、測定スポットSPに加熱レーザを照射して図11に示すような温度上昇特性を測定し、温度上昇特性に基づいて、接合部96の面積の大きさを求め、求めた接合部96の面積が許容範囲内であるか否かを判定して接合状態の良否を判定することが可能である。
以降の説明にて、上述した接合状態の良否を判定することが可能な光学非破壊検査装置1A〜1D、及び光学非破壊検査方法の詳細について説明する。
図2は第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aの構成の例を示しており、図3は第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bの構成の例を示しており、図4は第3の実施の形態の光学非破壊検査装置1Cの構成の例を示しており、図5は第4の実施の形態の光学非破壊検査装置1Dの構成の例を示している。
なお第1〜第4の実施の形態では、各構成要素は同じであるが、各構成要素の配置位置や方向(反射方向や透過方向)等が異なる。
まず図2に示す第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aの構成について説明する。
集光コリメート手段10は、自身の光軸に沿って一方の側から(図2の例では上方から)入射された平行光を、焦点位置として測定対象物上に設定した測定スポットSPに向けて集光して他方の側から(図2の例では下方から)出射する。
また集光コリメート手段10は、(焦点位置である)測定スポットSPから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、自身の光軸に沿った平行光に変換して一方の側から出射する。
なお集光コリメート手段10は、光を透過させて屈折する集光レンズで構成することも可能であるが、異なる複数の波長の光を扱うので、色収差が発生する集光レンズではあまり好ましくない。そこで、(非球面)反射ミラー10A、10Bにて集光コリメート手段を構成することで、色収差の発生を排除し、広い波長帯に対応させている。
加熱用レーザコリメート手段41は、加熱用レーザ光源21の近傍(レーザ出射位置の近傍であって加熱用レーザの光軸上)に配置されて、加熱用レーザ光源21から出射された加熱用レーザを平行光の加熱用レーザLaに変換する。例えば加熱用レーザコリメート手段41は、加熱レーザ波長(λa)の光のみを平行光に変換すればよいので、コリメートレンズでよい。なお加熱用レーザ光源21が平行光の加熱用レーザを出射できるのであれば加熱用レーザコリメート手段41を省略することができる。
加熱レーザ用選択反射手段11Aは、集光コリメート手段10の光軸上に配置されて、加熱用レーザ光源21から出射されて平行光に変換された加熱レーザ波長(λa)の加熱用レーザLaを集光コリメート手段10の一方の側に向けて反射するとともに、測定スポットSPから放射及び反射されて集光コリメート手段10の一方の側から出射された加熱レーザ波長(λa)とは異なる波長の平行光を透過する。例えば加熱レーザ用選択反射手段11Aは、加熱レーザ波長(λa)の光を反射し、加熱レーザ波長(λa)以外の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。
そして、加熱用レーザコリメート手段41と加熱レーザ用選択反射手段11Aにて加熱用レーザ導光手段が構成されており、加熱用レーザ導光手段は、加熱用レーザ光源21から出射された加熱用レーザを、平行光に変換して集光コリメート手段10の一方の側へと導く。
所定赤外線用選択反射手段12Aは、集光コリメート手段10の一方の側から出射されて加熱レーザ用選択反射手段11Aを透過してきた平行光(加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光)の経路上に配置されている(この場合、集光コリメート手段10の光軸上に配置されている)。そして所定赤外線用選択反射手段12Aは、集光コリメート手段10の一方の側から出射されて加熱レーザ用選択反射手段11Aを透過してきた平行光の中から所定赤外線波長(λ1)の赤外線の平行光L1を第2赤外線検出手段31に向けて透過し、所定赤外線波長(λ1)とは異なる波長の平行光L2を反射する。従って、第2赤外線検出手段31は、所定赤外線波長(λ1)の赤外線のエネルギーのみを検出する。例えば所定赤外線用選択反射手段12Aは、所定赤外線波長(λ1)の光を透過し、所定赤外線波長(λ1)以外の波長の光を反射するダイクロイックミラーである。
また第2赤外線集光手段42は、第2赤外線検出手段31の近傍(検出位置の近傍)に配置されて、所定赤外線用選択反射手段12Aを透過してきた所定赤外線波長(λ1)の平行光の赤外線を、第2赤外線検出手段31に向けて集光する。例えば第2赤外線集光手段42は、所定赤外線波長(λ1)の光のみを集光すればよいので、集光レンズでよい。
そして、加熱レーザ用選択反射手段11Aと所定赤外線用選択反射手段12Aと第2赤外線集光手段42にて第2放射赤外線導光手段が構成されており、第2放射赤外線導光手段は、測定スポットSPから放射されて集光コリメート手段10の一方の側から出射された平行光の中から所定赤外線波長(λ1)の赤外線を、第2赤外線検出手段31へと導く。
制御手段50は、位置移動手段51を制御することで、平行光L2の経路上に、第1赤外線用選択反射手段15Aまたは第2赤外線用選択反射手段16Aのいずれかが配置されるように、第1赤外線用選択反射手段15Aと第2赤外線用選択反射手段16Aを移動させることができる。
第1赤外線用選択反射手段15Aは、平行光L2の経路上に配置された場合に平行光L2の中から低温測定用の第1赤外線波長(λ11)の赤外線を透過するフィルタやダイクロイックミラーである。
第2赤外線用選択反射手段16Aは、平行光L2の経路上に配置された場合に平行光L2の中から高温測定用の第2赤外線波長(λ12)の赤外線を透過するフィルタやダイクロイックミラーである。
位置移動手段51は、制御手段50からの制御信号によって、第1赤外線用選択反射手段15Aと第2赤外線用選択反射手段16Aのいずれか一方の位置を、平行光L2の経路上に移動させることが可能である。
支持体52には、空洞部に第1赤外線用選択反射手段15A(または15B)と、第2赤外線用選択反射手段16A(または16B)が取り付けられている。そして制御手段50は、位置移動手段51を制御して支持体52を回転駆動することで、第1赤外線用選択反射手段15A(または15B)の位置と、第2赤外線用選択反射手段16A(または16B)の位置を変更することができる。
また第1赤外線集光手段45は、第1赤外線検出手段35の近傍(検出位置の近傍)に配置されて、第1赤外線用選択反射手段15Aあるいは第2赤外線用選択反射手段16Aを透過してきた第1赤外線波長(λ11)あるいは第2赤外線波長(λ12)の平行光の赤外線を、第1赤外線検出手段35に向けて集光する。例えば第1赤外線集光手段45は、集光レンズでよい。
そして、加熱レーザ用選択反射手段11Aと所定赤外線用選択反射手段12Aと第1赤外線用選択反射手段15Aと第2赤外線用選択反射手段16Aと位置移動手段51と第1赤外線集光手段45にて第1放射赤外線導光手段が構成されており、第1放射赤外線導光手段は、測定スポットSPから放射されて集光コリメート手段10の一方の側から出射された平行光の中から第1赤外線波長(λ11)または第2赤外線波長(λ12)の赤外線を、第1赤外線検出手段35へと導く。
この場合、平行光L2の中から反射された第1赤外線波長(λ11)または第2赤外線波長(λ12)の平行光の先に、第1赤外線集光手段45と第1赤外線検出手段35が配置される。
そして制御手段50は、加熱時間に応じた測定スポットの温度上昇状態である温度上昇特性を測定し、測定した温度上昇特性に基づいて測定対象物の状態を判定し、測定中において、測定した温度に応じて位置移動手段51(第1放射赤外線導光手段)を制御して選択赤外線波長(第1赤外線波長(λ11)または第2赤外線波長(λ12))を変更する。
なお、制御手段50の動作の詳細については後述する。
次に図3を用いて、第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bの構成について説明する。以下、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aとの相違点について主に説明する。
第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bは、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aに対して、所定赤外線用選択反射手段12Bの動作が異なり、第1赤外線検出手段35、第2赤外線検出手段31等の配置が異なる。
しかし、所定赤外線用選択反射手段12Bは、集光コリメート手段10の一方の側から出射されて加熱レーザ用選択反射手段11Aを透過してきた平行光の中から所定赤外線波長(λ1)の赤外線の平行光L1を第2赤外線検出手段31に向けて反射し(所定赤外線用選択反射手段12Aでは透過)、所定赤外線波長(λ1)とは異なる波長の平行光L2を透過(所定赤外線用選択反射手段12Aでは透過)する点が異なる。例えば所定赤外線用選択反射手段12Bは、所定赤外線波長(λ1)の光を反射し、所定赤外線波長(λ1)以外の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。
この場合、平行光L2の中から反射された第1赤外線波長(λ11)または第2赤外線波長(λ12)の平行光の先に、第1赤外線集光手段45と第1赤外線検出手段35が配置される。
次に図4を用いて、第3の実施の形態の光学非破壊検査装置1Cの構成について説明する。以下、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aとの相違点について主に説明する。
第3の実施の形態の光学非破壊検査装置1Cは、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aに対して、加熱レーザ用選択反射手段11Bの動作が異なり、加熱用レーザ光源21の配置が異なる。
加熱レーザ用選択反射手段11Bにて反射された、加熱レーザ波長(λa)以外の波長の平行光の先は、第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
この場合、平行光L2の中から反射された第1赤外線波長(λ11)または第2赤外線波長(λ12)の平行光の先に、第1赤外線集光手段45と第1赤外線検出手段35が配置される。
次に図5を用いて、第4の実施の形態の光学非破壊検査装置1Dの構成について説明する。以下、第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bとの相違点について主に説明する。
第4の実施の形態の光学非破壊検査装置1Dは、第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bに対して、加熱レーザ用選択反射手段11Bの動作が異なり、加熱用レーザ光源21等の配置が異なる。
加熱レーザ用選択反射手段11Bにて反射された、加熱レーザ波長(λa)以外の波長の平行光の先は、第2の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
この場合、平行光L2の中から反射された第1赤外線波長(λ11)または第2赤外線波長(λ12)の平行光の先に、第1赤外線集光手段45と第1赤外線検出手段35が配置される。
次に図6に示すフローチャートを用いて、制御手段50の処理手順(その1)の例について説明する。なお光学非破壊検査装置の構成については、第1〜第4の実施の形態のいずれでもよい。
図6に示す処理は、測定スポットの検査を行う際、制御手段50にて実行される。
ステップS10では、制御手段50は、位置移動手段を制御して、低温測定用の第1赤外線用選択反射手段15Aを、平行光L2の経路上に配置し、ステップS15に進む。
ステップS15では、制御手段50は、加熱用レーザ光源を制御して、加熱用レーザ光源から加熱用レーザを出射し、ステップS20に進む。加熱用レーザは測定スポットへと導光され、測定スポットから放射された赤外線は第1赤外線検出手段及び第2赤外線検出手段へと導光される。
ステップS25にて、制御手段50は、第1赤外線検出手段からの検出値と、第2赤外線検出手段からの検出値と、の比に基づいて、測定スポットの温度を求め、ステップS30に進む。
例えば図8は、照射された光を完全に吸収及び放射する黒体の温度が各温度(M1、M2・・M6)の場合において、黒体から放射される赤外線の波長(横軸)と、各波長の赤外線のエネルギー(縦軸)の関係を示す赤外線放射特性の例を示している。
例えば測定スポットが黒体である場合であって、検出した所定赤外線波長(λ1)の位置が図8中に示す(λ1)の位置であり、検出した第1赤外線波長(λ11)の位置が図8中に示す(λ11)の位置であり、検出した第2赤外線波長(λ12)の位置が図8中に示す(λ12)の位置であるとする。
なお、図9に示す温度・2波長比特性は、温度を横軸、2波長比を縦軸に設定しており、例えば「E(λ1)/Eλ(11)」」特性において初期の領域(A1)では、適度な傾きを有しているので、2波長比に応じた温度を適切に求めることができる。しかし、温度が高くなるに従って領域(A2)では、傾きが緩やかになり、2波長比に対する正確な温度の特定が困難になるので好ましくない。しかし、傾きが緩やかになる領域(A2)に突入する前に、(切替温度)にて「E(λ12)/E(λ1)」特性に切り替えるので、より広い温度範囲で、より高精度に温度を検出することができる。
なお図9の例に示す温度・2波長比特性は、予め記憶手段に記憶されている。
検出値の比を用いることで、制御手段は、測定スポットの反射率(放射率)の影響を受けることなく、正しい測定スポットの温度を求めることができる。
そして制御手段は、照射開始後の時間(加熱時間に相当)と、当該時間に対応する温度から、図10の例に示す温度上昇特性を求める。例えば照射開始後の時間がT1であって、測定した温度(実際に測定した赤外線エネルギーによる温度)がM4[℃]であった場合を図10に示す。
ステップS35に進んだ場合、制御手段50は、前回測定した温度と今回測定した温度を比較し、温度上昇中であるか否かを判定する。温度上昇中であると判定した場合(Yes)はステップS40Aに進み、温度上昇中でない場合はステップS40Bに進む。
ステップS40Aに進んだ場合、制御手段50は、位置移動手段を制御して平行光L2の経路上に第2赤外線用選択反射手段を配置してステップS45に進む。
ステップS40Bに進んだ場合、制御手段50は、位置移動手段を制御して平行光L2の経路上に第1赤外線用選択反射手段を配置してステップS45に進む。
なお、第1赤外線用選択反射手段の配置や第2赤外線用選択反射手段の配置に要する時間は、非常に短い時間(例えば1ms未満)であり、温度上昇特性の測定に影響を与えない程度に短い時間である。
制御手段50は、飽和温度に達して測定終了タイミングであると判定した場合(Yes)はステップS50に進み、測定終了タイミングでないと判定した場合(No)はステップS20に戻る。なお、ステップS20に戻る際、所定時間(例えば1ms程度)待ってから戻ると、所定時間間隔で温度を求めることができるので、より好ましい。
例えばステップS40Aにて第2赤外線用選択反射手段を平行光L2の経路上に配置した後にステップS20に戻った場合、第1赤外線検出手段では第2赤外線波長(λ12)の赤外線エネルギーを検出することになる。
ステップS55にて制御手段50は、ステップS25にて求めた温度と加熱時間による温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定し、判定結果を表示手段等に表示して処理を終了する。
ここで図11に、図1における接合部96の面積が理想面積である場合の温度上昇特性(図11中に点線にて示す)の例と、接合部96の面積が下限面積であった場合の温度上昇特性(図11中に一点鎖線にて示す)の例と、接合部96の面積が上限面積であった場合の温度上昇特性(図11中に二点鎖線にて示す)の例を示す。
例えば記憶手段に、接合部96の面積が下限面積である場合の(下限面積)温度上昇特性と、接合部96の面積が上限面積である場合の(上限面積)温度上昇特性と、を記憶しておく。
そしてステップS55にて制御手段50は、測定した温度と加熱時間に基づいて求めた温度上昇特性が、記憶手段に記憶されている(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性と、の間にあるか否かを判定し、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間にある場合は接合状態が良好であると判定し、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間から外れている場合は接合状態が不良であると判定し、判定結果を表示する。
測定した温度と加熱時間により求めた温度上昇特性が、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間にあることは、接合部の面積が、下限面積と上限面積の間にあることを示しており、接合部の面積が許容範囲内であることを示している。
また、固定された異なる2波長の赤外線の比を利用する場合と比較して、検出する2波長を、低温測定用の2波長(この場合、所定赤外線波長(λ1)と第1赤外線波長(λ11))と、高温測定用の2波長(この場合、第2赤外線波長(λ12)と所定赤外線波長(λ1))と、を切り替えて温度を測定するので、測定可能温度範囲がより広く、且つ測定精度をより向上させることができる。
また、ワイヤボンディング個所の接合の良否判定に利用することが可能であり、作業者による目視の検査や、抜き取りサンプルの破壊検査等と比較して、より高い信頼性で検査することができる。
なお、本実施の形態にて説明した赤外線放射特性(図8)の例と、この赤外線放射特性中に示した所定赤外線波長(λ1)、第1赤外線波長(λ11)、第2赤外線波長(λ12)の位置は、ひとつの例であり、これに限定されるものではない。
また本実施の形態の説明では、第2赤外線検出手段に導光する赤外線の波長を所定赤外線波長のみとして、第1赤外線検出手段に導光する赤外線の波長を第1赤外線波長と第2赤外線波長の2つの波長の中から選択した1つとしたが、第2赤外線検出手段に導光する赤外線の波長を、複数の波長の中から制御手段にて選択可能に構成し、第1赤外線検出手段に導光する赤外線の波長を、複数の波長の中から制御手段にて選択可能に構成するようにしてもよい。従って、第1赤外線検出手段と第2赤外線検出手段の少なくとも一方に導光する赤外線の波長を、制御手段にて選択的に変更できればよい。
また、2つの波長の中から1つを選択するのでなく、図7に示した支持体52に3つ以上の選択反射手段(各波長に対応した選択反射手段)を設け、3つ以上の波長の中から1つを選択するように構成してもよい。
10 集光コリメート手段
10A、10B (非球面)反射ミラー
11A、11B 加熱レーザ用選択反射手段
12A、12B 所定赤外線用選択反射手段
15A、15B 第1赤外線用選択反射手段
16A、16B 第2赤外線用選択反射手段
21 加熱用レーザ光源
31 第2赤外線検出手段
35 第1赤外線検出手段
41 加熱用レーザコリメート手段
42 第2赤外線集光手段
45 第1赤外線集光手段
50 制御手段
51 位置移動手段
92 電極
93 ワイヤ
96 接合部
97 接合構造部位
SP 測定スポット
Claims (13)
- 光軸に沿って一方の側から入射された平行光を、焦点位置として測定対象物上に設定した測定スポットに向けて集光して他方の側から出射するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、光軸に沿った平行光に変換して一方の側から出射する集光コリメート手段と、
測定対象物を破壊することなく加熱する加熱レーザ波長の加熱用レーザを出射する加熱用レーザ光源と、
前記加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側へと導く加熱用レーザ導光手段と、
前記測定スポットから放射された赤外線を検出可能な第1赤外線検出手段及び第2赤外線検出手段と、
制御手段と、
前記測定スポットから放射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された平行光の中から前記制御手段にて選択された2つの異なる波長の赤外線のそれぞれを前記第1赤外線検出手段と前記第2赤外線検出手段のそれぞれに導く放射赤外線選択導光手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記加熱用レーザ光源を制御して前記加熱用レーザにて前記測定スポットを加熱しながら前記第1赤外線検出手段からの検出信号と前記第2赤外線検出手段からの検出信号を取り込み、前記第1赤外線検出手段からの検出値と前記第2赤外線検出手段からの検出値との比に基づいて前記測定スポットの温度を測定し、
加熱時間に応じた前記測定スポットの温度上昇状態である温度上昇特性を測定し、測定した前記温度上昇特性に基づいて測定対象物の状態を判定し、
測定中において、測定した温度に応じて前記放射赤外線選択導光手段を制御して、前記第1赤外線検出手段と前記第2赤外線検出手段の少なくとも一方へ導光する赤外線の波長を変更する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記放射赤外線選択導光手段は、
前記測定スポットから放射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された平行光の中から前記制御手段にて選択された第1赤外線波長の赤外線あるいは第2赤外線波長の赤外線のいずれか一方を前記第1赤外線検出手段へと導く第1放射赤外線導光手段と、
前記測定スポットから放射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記第2赤外線検出手段へと導く第2放射赤外線導光手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項2に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記加熱用レーザ導光手段は、
前記加熱用レーザ光源の近傍に配置されて、前記加熱用レーザ光源から出射された加熱用レーザを平行光に変換する加熱用レーザコリメート手段と、
前記集光コリメート手段の光軸上に配置されて、前記加熱用レーザ光源から出射されて平行光に変換された加熱レーザ波長の加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側に向けて反射するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光を透過する加熱レーザ用選択反射手段と、あるいは、前記集光コリメート手段の光軸上に配置されて、前記加熱用レーザ光源から出射されて平行光に変換された加熱レーザ波長の加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側に向けて透過するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光を反射する加熱レーザ用選択反射手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項3に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記第1放射赤外線導光手段は、
前記加熱レーザ用選択反射手段と、
前記集光コリメート手段の一方の側から出射されて前記加熱レーザ用選択反射手段を透過あるいは反射した加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光の経路上に配置されて当該平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記第2赤外線検出手段に向けて透過するとともに所定赤外線波長とは異なる波長の平行光を前記第1赤外線検出手段に向けて反射する所定赤外線用選択反射手段と、あるいは、前記集光コリメート手段の一方の側から出射されて前記加熱レーザ用選択反射手段を透過あるいは反射した加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光の経路上に配置されて当該平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記第2赤外線検出手段に向けて反射するとともに所定赤外線波長とは異なる波長の平行光を前記第1赤外線検出手段に向けて透過する所定赤外線用選択反射手段と、
前記所定赤外線用選択反射手段にて前記第2赤外線検出手段とは異なる方向に向かうように反射あるいは透過された平行光の経路上に配置された場合に当該平行光の中から第1赤外線波長の赤外線を透過あるいは反射する第1赤外線用選択反射手段と、
前記所定赤外線用選択反射手段にて前記第2赤外線検出手段とは異なる方向に向かうように反射あるいは透過された平行光の経路上に配置された場合に当該平行光の中から第2赤外線波長の赤外線を透過あるいは反射する第2赤外線用選択反射手段と、
前記第1赤外線用選択反射手段と前記第2赤外線用選択反射手段のいずれか一方の位置を前記所定赤外線用選択反射手段にて前記第2赤外線検出手段とは異なる方向に向かうように反射あるいは透過された平行光の経路上に移動させることが可能であって前記制御手段から制御される位置移動手段と、
前記第1赤外線検出手段の近傍に配置されて前記第1赤外線用選択反射手段あるいは前記第2赤外線用選択反射手段にて透過あるいは反射された第1赤外線波長あるいは第2赤外線波長の平行光の赤外線を前記第1赤外線検出手段に向けて集光する第1赤外線集光手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項4に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記第2放射赤外線導光手段は、
前記加熱レーザ用選択反射手段と、
前記所定赤外線用選択反射手段と、
前記第2赤外線検出手段の近傍に配置されて前記所定赤外線用選択反射手段にて透過あるいは反射された所定赤外線波長の平行光の赤外線を前記第2赤外線検出手段に向けて集光する第2赤外線集光手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項2または3に記載の光学非破壊検査装置であって、
第1赤外線波長は、所定赤外線波長よりも長い波長に設定されており、
第2赤外線波長は、所定赤外線波長よりも短い波長に設定されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項4または5に記載の光学非破壊検査装置であって、
第1赤外線波長は、所定赤外線波長よりも長い波長に設定されており、
第2赤外線波長は、所定赤外線波長よりも短い波長に設定されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項7に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記制御手段は、
測定中において前記測定スポットの温度が所定温度未満の場合は、前記第1赤外線用選択反射手段にて透過あるいは反射された第1赤外線波長の赤外線が前記第1赤外線検出手段に導光されるように前記位置移動手段を制御し、
測定中において前記測定スポットの温度が所定温度以上の場合は、前記第2赤外線用選択反射手段にて透過あるいは反射された第2赤外線波長の赤外線が前記第1赤外線検出手段に導光されるように前記位置移動手段を制御し、
測定した温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記測定対象物は、2つの部材を接合した接合部を含む接合構造部位であり、
前記測定スポットは、前記2つの部材における一方の部材の表面に設定されており、
前記制御手段は、
前記温度上昇特性に基づいて、前記2つの部材の接合状態を判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項9に記載の光学非破壊検査装置であって、
判定する前記2つの部材の接合状態とは、前記2つの部材の接合部の面積の大きさであり、
前記制御手段は、
前記温度上昇特性に基づいて、前記2つの部材の接合部の面積が許容範囲内であるか否かを判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学非破壊検査装置を用いて、
測定対象物の状態を前記制御手段にて判定する、
光学非破壊検査方法。 - 請求項9に記載の光学非破壊検査装置を用いて、
前記2つの部材の接合状態を前記制御手段にて判定する、
光学非破壊検査方法。 - 請求項10に記載の光学非破壊検査装置を用いて、
前記2つの部材の接合部の面積が許容範囲内であるか否か、を前記制御手段にて判定する、
光学非破壊検査方法。
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