JP6194622B2

JP6194622B2 - 照明装置及び検査装置

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Publication number: JP6194622B2
Application number: JP2013090160A
Authority: JP
Inventors: 澄人坂口
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: JP2014215067A

Description

本発明は、検査対象物に光を照射する照明装置及び検査装置に関する。

太陽電池セルなどの半導体装置の製造においては、半導体装置の表面上や内部の傷や異物の付着、クラック、汚れ、むらなどの欠陥の有無や状態が検査される。

この外観検査では、検査対象物（以下において「ワーク」という。）を照射する光が均一に拡散される拡散照明が好ましい。このため、内面を反射面とするドーム型の筐体の内部に検査対象物を配置し、光源からの出射光を反射面で反射させた反射光をワークに照射するドーム型照明装置などが外観検査用に採用される。例えば、ドーム型照明装置によって照明されたワークの検査用画像を撮像装置を用いて取得する外観検査システムなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−５１６９４号公報

しかしながら、上記のドーム型照明装置などによって均一な照明をワークに照射するためには、光源から出射された光が均一に拡散されるようにワークと反射面との間に一定の距離が必要である。このため、照明装置及びこの照明装置を採用する検査装置の小型化が阻害されていた。

上記問題点に鑑み、本発明は、ワークに均一な照明を照射し、且つ小型化が可能な照明装置及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）ワークが搭載される床面、一定の波長の光を吸収する吸収板が中央領域に配置され且つ一定の波長の光を拡散させながら反射する拡散反射板が吸収板の周囲に配置された、床面に対向する平面状の天井面、及び、床面及び天井面に隣接する側面によって内壁面が定義される筐体と、（ロ）一定の波長の光を出射する光源とを備え、光源から出射されて内壁面で反射した光をワークに照射する照明装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、（イ）ワークが搭載される床面、一定の波長の光を吸収する吸収板が中央領域に配置され且つ一定の波長の光を拡散させながら反射する拡散反射板が吸収板の周囲に配置された、床面に対向する平面状の天井面、及び、床面及び天井面に隣接する側面によって内壁面が定義される筐体と、一定の波長の光を出射する光源とを有し、光源から出射されて内壁面で反射した光をワークに照射する照明装置と、（ロ）筐体の天井面に形成された開口部を介してワークを撮影する撮像装置と、（ハ）撮像装置によって撮影されたワークの画像データを表示する表示装置とを備える検査装置が提供される。

本発明によれば、ワークに均一な照明を照射し、且つ小型化が可能な照明装置及び検査装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る検査装置の構造を示す模式的な断面図である。本発明の実施形態に係る照明装置の天井面の構造を示す平面図である。本発明の実施形態に係る検査装置の構造を示す模式的な平面図である。比較例の照明装置の構造を示す模式図である。他の比較例の照明装置の構造を示す模式図である。本発明の実施形態の照明装置による照度分布の改善を説明するためのグラフである。本発明の実施形態に係る照明装置の天井面の他の構造を示す平面図である。本発明の実施形態に係る照明装置の天井面の更に他の構造を示す平面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１に示す本発明の実施形態に係る照明装置１０は、検査対象物であるワーク１００の外観検査に使用される検査装置１において、ワーク１００に光を照射する照明装置として使用される。

照明装置１０は、ワーク１００が搭載された床面１１１、床面１１１に対向する平面状の天井面１１２、及び、床面１１１及び天井面１１２に隣接する側面１１３によって内壁面が定義される筐体１１と、一定の波長の光（以下において、「出射光Ｌ」という。）を出射する光源１３とを備える。照明装置１０では、光源１３から天井面１１２方向に出射された出射光Ｌが筐体１１の内壁面で反射した反射光をワーク１００に照射する。

筐体１１には、例えば矩形状の床面１１１及び天井面１１２と直交する４つの側面１１３を有する直方体形状などを採用可能である。ワーク１００が太陽電池セルなどのように正方形状である場合に、筐体１１が直方体形状であることによって装置フットプリントを最適にできる。

図２にワーク１００側から見た天井面１１２の構造を示す。照明装置１０の天井面１１２には、光源１３から出射される一定の波長の出射光Ｌを吸収する吸収板１２１が中央領域に配置されている。更に、この一定の波長の出射光Ｌを拡散させながら反射する拡散反射板１２２が吸収板１２１の周囲に配置されている。図２に示した例では、天井面１１２の各頂点を直角とする三角形状の拡散反射板１２２が、天井面１１２の四隅に配置されている。

検査装置１では、筐体１１の天井面１１２に設けられた開口部１１０を介して、照明装置１０によって光を照射されたワーク１００を撮像装置２０によって撮影する。撮像装置２０には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）カメラなどを採用可能である。開口部１１０が天井面１１２の中央に形成されているため、吸収板１２１は開口部１１０の周囲に配置される。

撮像装置２０によって撮影されたワーク１００の画像は画像処理され、ワーク１００の画像データが表示装置３０に表示される。これにより、検査作業者によるワーク１００の検査が可能である。

光源１３は、撮像装置２０の視野を妨げない位置に配置される。図１に示した例では、ワーク１００が配置された床面１１１よりも天井面１１２に近い位置で、側面１１３に沿って光源１３が配置されている。具体的には、側面１１３に凸部１１５を設けて、この凸部１１５上に光源１３が配置される。図１に破線で示した撮像装置２０の視野を妨げない位置に凸部１１５を形成することにより、撮像装置２０によって上方からワーク１００全体を撮影することができる。更に、床面１１１の略全面をワーク１００の配置領域にできるため、照明装置１０の占有面積（照明サイズ）を小さくできる。

光源１３は、例えば図３に示すように、凸部１１５上に側面１１３に沿って複数配置することができる。光源１３には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などが使用される。

照明装置１０では、光源１３から出射された出射光Ｌが、筐体１１の内壁面での反射を繰り返して均一に拡散される。このとき、天井面１１２の中央領域には光が集まりやすいために、天井面１１２の中央領域で輝度が高く、その周辺領域で輝度が低い。このため、天井面１１２の全面が均一の反射率であると、天井面１１２の中央領域における反射光の光量が、周辺領域における反射光の光量よりも多い。このため、ワーク１００に均一な照明を照射できない。

しかし、照明装置１０では、天井面１１２の中央領域に吸収板１２１が配置され、周辺領域に拡散反射板１２２が配置されている。このため、天井面１１２の中央領域からの反射光による照度が、周辺領域からの反射光による照度よりも弱まる。これにより、照明装置１０によれば、ワーク１００に光を均一に照射することができる。

例えば、光が集まりやすい中央領域に配置されず、且つ、光が集まりにくい角部に配置される形状の拡散反射板１２２として、図２に示したように天井面１１２の各頂点を直角とする三角形状の拡散反射板１２２を天井面１１２の四隅に配置する。図２では拡散反射板１２２の中央領域に面する辺が直線である例を示したが、これは塗装等の表面処理を変える時にマスキング等が容易であるなどの製造上の利便性を考慮したためである。したがて、輝度分布に応じて辺を曲線にしてもよい。

なお、筐体１１の側面１１３で光を拡散反射させるために、側面１１３上にも拡散反射板１２２を配置することが好ましい。特に、光源１３が配置された凸部１１５の下面はワーク１００と対向するため、凸部１１５の下面に拡散反射板１２２を配置する。

吸収板１２１及び拡散反射板１２２の材料は、光源１３の出射する出射光Ｌの波長などに応じて選択される。例えば、吸収板１２１の材料は、出射光Ｌをできるだけ吸収する材料が選択される。つまり、吸収板１２１の吸収率は１００％に近いほど好ましい。また、拡散反射板１２２の反射率も高いほどよく、１００％に近いことが好ましい。ワーク１００が所望の照度で照明されるように、吸収板１２１及び拡散反射板１２２が適宜選択される。

なお、ワーク１００のどの領域においても均一で所望の照度が得られるように、天井面１１２における吸収板１２１と拡散反射板１２２の境界が設定される。例えば、撮像装置２０によってワーク１００の表面の照度を確認しながら、吸収板１２１と拡散反射板１２２の配置を決定する。

以下に、図１に示した照明装置１０と他の構造の照明装置とを比較する。

図４に示したドーム型の筐体１１ａを採用する比較例１の照明装置１０ａでは、光源１３ａから上方に出射した光を筐体１１ａの内壁面に配置した反射板１２３によって拡散させて、ワーク１００に照射する。

照明装置１０ａで均一な拡散照明を実現するためには、ワーク１００と反射板１２３との間に一定の距離が必要である。例えば複数の光源１３ａを使用した場合に、各光源１３ａから出射された光が拡散され、均一にワーク１００を照明するためには、ワーク１００と反射板１２３との距離を長くする必要がある。したがって、照明装置１０ａを小型化できない。更に、反射板１２３の形状が曲面であるため、低価格化が困難である。

また、照明装置１０ａでは照明が円形に均一化されて照射される。このため、形状が矩形の、例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍである太陽電池セルの検査においては、直径が２００ｍｍ以上の均一面が必要である。その結果、照明装置１０ａや照明装置１０ａを採用する検査装置が大型化する。本発明者らは、小型且つ低価格を実現するために、基本構成を図４のままでドーム型構造を角形構造（平面のみで構成）に変更して、撮像装置２０とワーク１００間の距離（以下において、「ワーキングディスタンス」という。）を短くする実験を行ったが、照度の分布が悪化する結果であった。つまり、ワーク１００に対向する面を平面形状にしただけでは、照度分布が一定にならない。これは以下の理由による。

ドーム型構造によれば、一度拡散した光が更に別の面で拡散することにより良好な均一化が可能である。この効果が得られない角形構造では、照度分布は不均一になる。また、照明の拡散面からの距離が近いと、拡散による光の広がり均一化が進む前に光がワーク１００に到達してしまい、やはり照度分布は不均一となる。

図５に示した比較例２の照明装置１０ｂでは、筐体１１ｂ内部の上方に配置された光源１３ｂから出射された光が拡散透過板１２４を通過することで拡散し、均一な照明が構成される。なお、放熱板１２５によって光源１３ｂで発生する熱が放熱される。
しかし、照明装置１０ｂにおいても、均一な拡散照明を実現するためには、ワーク１００と拡散透過板１２４との間に一定の距離が必要である。このため、検査装置を小型化できない。更に、光源１３ｂとワーク１００間の距離や形状に合わせた拡散を行える専用仕様の拡散透過板１２４が必要であるため、低価格化が困難である。

これらに対し、図１に示した照明装置１０では、光源１３からの出射光Ｌを反射する天井面１１２のうち、輝度の高い中央領域に吸収板１２１が配置され、輝度の低い周辺領域に拡散反射板１２２が配置されている。このため、ワーク１００を均一な照度により照明することができる。したがって、照明装置１０によれば、天井面１１２とワーク１００との距離を短くしても、均一な拡散照明を実現できる。その結果、照明装置１０や照明装置１０を採用する検査装置１を小型化できる。

天井面の全領域での輝度が同じ場合に天井面とワーク１００との距離が近いと、光源から出射された光が十分に拡散される前にワーク１００の表面が照射される。このため、輝度の高い中央領域からの光による照射が強く、輝度の低い周辺領域からの光による照射が弱い。このため、均一な拡散照明にならない。しかし、照明装置１０では輝度の高い中央領域に吸収板１２１が配置され、輝度の低い周辺領域に拡散反射板１２２が配置されている。このため、天井面１１２とワーク１００との距離が近いために光源１３から出射された光が十分に拡散されなくても、均一な拡散照射を実現できる。

また、照明装置１０の筐体１１は角形、平面で構成される。このため、図４の比較例１に示した曲面の反射板１２３や図５の比較例２に示した拡散透過板１２４などの高価格な部品が不要である。このため、照明装置１０及び検査装置１の製造コストの増大が抑制される。

ワーク１００上における照度を、撮像装置２０を用いて測定した結果を図６に示す。図６において、特性Ａは、照明装置１０によってワーク１００を照明した測定結果である。また、特性Ｂは、天井面１１２全面が均一の反射率である照明装置によってワーク１００を照明した測定結果である。なお、横軸は、撮像装置２０により撮影された画像データにおける矩形状のワーク１００の１つの角部の位置を１００ピクセル、この角部に対向する角部の位置を１９００ピクセルとして示したものである。即ち、図６の横軸の中央付近はワーク１００の中央領域における照度であり、横軸の端部はワーク１００の周辺領域における照度である。

図６に示したように、中央領域における照度に対する周辺領域における照度の比が、天井面１１２全面が均一の反射率である場合には３：１であるのに対して、照明装置１０では２：１である。つまり、照明装置１０によって照度分布が改善され、均一な照明が実現された。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る照明装置１０では、吸収板１２１及び拡散反射板１２２を最適にレイアウトした照明装置１０を採用することにより、ワーク１００における照度分布が改善される。このため、ワーク１００に均一な照明を照射し、且つ小型化が可能な照明装置１０及び検査装置１を提供することができる。

なお、照明装置１０は、大型で矩形状である太陽電池セルの検査において好適に使用できる。例えば、ワーク１００が１５６ｍｍ×１５６ｍｍの形状である太陽電池セルを照明するのに、照明サイズが１８６ｍｍ×１８６ｍｍ、ワーキングディスタンスが１１０ｍｍという小型の照明装置１０を使用可能である。

このように、照明装置１０や照明装置１０を使用する検査装置１によれば、装置の小型が可能である。例えば、矩形状の太陽電池セルの検査の場合には、体積が大幅に削減される。したがって、大型の装置では設置が困難な狭いエリアに、照明装置１０や検査装置１であれば設置可能である。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、筐体１１が直方体形状である例を示したが、筐体１１が円柱形状や、六角柱や八角柱などの角柱形状であってもよい。つまり、ワーク１００の形状に合わせて、床面１１１や天井面１１２の形状を選択できる。これにより、照明サイズを小さくできる。

また、照明装置１０の天井面１１２の構造は図２に示した例に限定されることはなく、ワーク１００に均一な照明が照射されるように、吸収板１２１と拡散反射板１２２の最適なレイアウトが決定される。例えば光源１３が円形に配置されるなどして、天井面における輝度の強い領域が円形状であり、その周囲で輝度が低い場合に、図７に示すように、吸収板１２１を円形状に配置し、その周囲に拡散反射板１２２を配置してもよい。或いは天井面における輝度の強い領域が矩形状であり、その周囲で輝度が低い場合に、図８に示すように、吸収板１２１を矩形状に配置し、その周囲に拡散反射板１２２を配置してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…検査装置
１０…照明装置
１１…筐体
１３…光源
２０…撮像装置
３０…表示装置
１００…ワーク
１１０…開口部
１１１…床面
１１２…天井面
１１３…側面
１１５…凸部
１２１…吸収板
１２２…拡散反射板

Claims

ワークが搭載される床面、一定の波長の光を吸収する吸収板が中央領域に配置され且つ前記一定の波長の光を拡散させながら反射する拡散反射板が前記吸収板の周囲に配置された、前記床面に対向する平面状の天井面、及び、前記床面及び前記天井面に隣接する側面によって内壁面が定義される筐体と、
前記一定の波長の光を出射する光源と
を備え、前記光源から出射されて前記内壁面で反射した光を前記ワークに照射することを特徴とする照明装置。
前記側面上に前記拡散反射板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記筐体が、矩形状の前記床面及び前記天井面と直交する４つの前記側面を有する直方体形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
前記天井面の四隅にそれぞれ三角形状の前記拡散反射板が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
前記光源が、前記ワークよりも前記天井面に近い位置で前記側面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
前記天井面の中央に開口部が設けられ、該開口部の周囲に前記吸収板が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
前記ワークが太陽電池セルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
前記ワークに均一な照明を照射するように、前記天井面において前記吸収板と前記拡散反射板の境界が設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
ワークが搭載される床面、一定の波長の光を吸収する吸収板が中央領域に配置され且つ前記一定の波長の光を拡散させながら反射する拡散反射板が前記吸収板の周囲に配置された、前記床面に対向する平面状の天井面、及び、前記床面及び前記天井面に隣接する側面によって内壁面が定義される筐体と、前記一定の波長の光を出射する光源とを有し、前記光源から出射されて前記内壁面で反射した光を前記ワークに照射する照明装置と、
前記筐体の前記天井面に形成された開口部を介して前記ワークを撮影する撮像装置と、
前記撮像装置によって撮影された前記ワークの画像データを表示する表示装置と
を備えることを特徴とする検査装置。
前記側面上に前記拡散反射板が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の検査装置。
前記筐体が、矩形状の前記床面及び前記天井面と直交する４つの前記側面を有する直方体形状であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の検査装置。
前記天井面の四隅にそれぞれ三角形状の前記拡散反射板が配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の検査装置。
前記光源が、前記ワークよりも前記天井面に近い位置で前記側面に沿って配置されていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の検査装置。
前記ワークが太陽電池セルであることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の検査装置。
前記ワークに均一な照明を照射するように、前記天井面において前記吸収板と前記拡散反射板の境界が設定されていることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の検査装置。