JP6296499B2 - 透明基板の外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Description

本発明は透明基板の外観検査装置および外観検査方法に係り、とりわけ透明基板に対して精度良くかつ確実に外観検査を行なうことができる透明基板の外観検査装置および外観検査方法に関する。

従来より、水晶振動子として平板状タイプの水晶ブランクが用いられている。またこのような水晶ブランクの傷を検出する外観検査方法が開発されている。

このような従来の外観検査方法としては、透明支持体上に載置された水晶ブランクに対して光を透過させ、傷等の部分で乱反射した光を検出することにより外観検査を行なう方法がある（特許文献１参照）。

あるいは、透明支持体上に載置された水晶ブランクに対して光を透過させ、傷等の部分で偏光状態が変化する光を偏光板を用いて検出することにより外観検査を行なう方法がある（特許文献２参照）。

しかしながら特許文献１に記載の方法によれば、水晶ブランク上のすべての凹凸が傷として白く検出される。とりわけ水晶ブランク周縁近傍は、凹状となっているため、すべて白く表わされる。このため水晶ブランク周縁の傷を確実に検出することはむずかしい。

また特許文献２に記載の方法によれば、水晶ブランクは強い偏光特性を有するため、透明支持体上に水晶ブランクを載置する際の向きが変わっただけで偏光状態が変わる。このため、透明支持体上における水晶ブランクの向きによっては、水晶ブランクの傷を確実に検出することができないことがある。

さらにまた特許文献１および特許文献２のいずれの場合も、透明支持体上に水晶ブランクを載置しているが、透明支持体に生じた傷と、水晶ブランクに生じた傷を区別することがむずかしい。

特開平９−２８８０６３号公報 特開２０００−８１３１２号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、とりわけ水晶ブランクに対して精度良くかつ確実に外観を検出することができる透明基板の外観検査装置および外観検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、透明基板の外観検査装置において、透明基板を載置する透明支持体と、透明支持体上方に配置され、透明基板および透明支持体を撮像して画像を生成する撮像手段と、透明支持体下方に配置され、撮像手段に対して正透過光から外れる第１色光を透明支持体と透明基板に対して入光させる第１照明手段と、透明支持体下方に配置され、撮像手段に対して正透過光としての第２色光を透明支持体と透明基板に対して入光させる第２照明手段と、透明支持体上方に配置され、反射光となる第３色光を透明基板に対して入光させる第３照明手段と、撮像手段により得られた第１色光による拡散透過画像、第２色光による正透過画像、第３色光による拡散反射画像に基づいて、合成画像を生成して透明基板の傷を検出する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明基板の外観検査装置である。

本発明は、第１照明手段は第１色光として赤色光を照射し、第２照明手段は第２色光として緑色光を照射し、第３照明手段は第３色光として青色光を照射することを特徴とする透明基板の外観検査装置である。

本発明は、画像処理装置は、拡散透過画像の出力をＰ１、正透過画像の出力をＰ２、拡散反射画像の出力をＰ３とした場合、−ｋ１×Ｐ１＋ｋ２×Ｐ２＋ｋ３×Ｐ３（ｋ１、ｋ２、ｋ３は正数）の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする透明基板の外観検査装置である。

本発明は、画像処理装置は、−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする透明基板の外観検査装置である。

本発明は、撮像手段は第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する１個の撮像板、または第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する２個以上の撮像板を備える、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを有することを特徴とする透明基板の外観検査装置である。

本発明は、透明基板の外観検査方法において、透明基板を透明支持体上に載置する工程と、透明支持体下方に配置された第１照明手段から透明支持体上方に配置された撮像手段に対して正透過光から外れる第１色光を透明支持体と透明基板に対して入光させて撮像手段により画像を生成する工程と、透明支持体下方に配置された第２照明手段から撮像手段に対して正透過光としての第２色光を透明支持体と透明基板に対して入光させて撮像手段により画像を生成する工程と、透明支持体上方に配置された第３照明手段から反射光となる第３色光を透明基板に対して入光させて撮像手段により画像を生成する工程と、撮像手段により得られた第１色光による拡散透過画像、第２色光による正透過画像、第３色光による拡散反射画像に基づいて、画像処理装置により合成画像を生成して透明基板の傷を検出する工程と、を備えたことを特徴とする透明基板の外観検査方法である。

本発明は、第１照明手段は第１色光として赤色光を照射し、第２照明手段は第２色光として緑色光を照射し、第３照明手段は第３色光として青色光を照射することを特徴とする透明基板の外観検査方法である。

本発明は、画像処理装置は、拡散透過画像の出力をＰ１、正透過画像の出力をＰ２、拡散反射画像の出力をＰ３とした場合、−ｋ１×Ｐ１＋ｋ２×Ｐ２＋ｋ３×Ｐ３（ｋ１、ｋ２、ｋ３は正数）の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする透明基板の外観検査方法である。

本発明は、画像処理装置は、−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする透明基板の外観検査方法である。

本発明は、撮像手段は第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する１個の撮像板、または第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する２個以上の撮像板を備える、ＣＣＤカメラ、またはＣＭＯＳカメラを有することを特徴とする透明基板の外観検査方法である。

本発明によれば、透明基板に対して精度良くかつ確実に外観検査を行なうことができる。

図１は本発明による透明基板の外観検査装置を示す概略図。 図２は透明基板に赤色光を入光させた状態を示す図。 図３は透明基板に緑色光を入光させた状態を示す図。 図４は透明基板に青色光を入光させた状態を示す図。 図５は外観検査装置における画像処理を示す図。 図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は外観検査装置における画像処理を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

ここで図１乃至図４は本発明による透明基板の外観検査装置の一実施の形態を示す図である。

まず透明基板の外観検査装置の検査対象となる透明基板について説明する。

透明基板の外観検査装置の検査対象となる透明基板としては、水晶振動子用の水晶ブランクが用いられる。

図１に示すように、検査対象となる水晶ブランク（透明基板）１は、ガラス板（透明支持体）２に載置されており、中央部が厚くなった両凸形のコンベックスタイプの水晶ブランク、あるいは周辺部を除いて全面を平滑面としたベベリング加工の水晶ブランクからなる。

次に透明基板の外観検査装置１０の概略について、図１により説明する。

図１に示すように、透明基板の外観検査装置１０は、水晶ブランク１を載置するガラス板２と、ガラス板２の上方に配置され水晶ブランク１とガラス板２を撮像して画像を生成する撮像手段２０と、ガラス板２の下方に配置され撮像手段２０に対して正透過光から外れる第１色光（赤色光）をガラス板２と水晶ブランク１に対して入光させる第１照明手段１１と、ガラス板２の下方に配置され撮像手段２０に対して正透過光としての第２色光（緑色光）をガラス板２と水晶ブランク１に対して入光させる第２照明手段１２と、ガラス板２の上方に配置され、撮像手段２０に対して正反射光から外れる第３色光（青色光）を水晶ブランク１に対して入光させる第３照明手段１３とを備えている。ここで、正透過光から外れる第１色光（赤色光）とは、正透過光以外の第１色光をいい、正反射光から外れる第３色光（青色光）とは、正反射光以外の第３色光をいう。
また、撮像手段２０はＣＣＤカメラからなり、このＣＣＤカメラは、第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する１個の撮像板、または第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する２個以上の撮像板を備える。また撮像手段２０により得られた画像は、表示部３０Ａを有する画像処理装置３０へ送られる。

そして画像処理装置３０は、撮像手段２０により生成された赤色光による拡散透過画像３０ａ、緑色光による正透過画像３０ｂおよび青色光による拡散反射画像３０ｃに基づいて、これらの画像３０ａ、３０ｂ、３０ｃの出力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を後述する計算式で計算することにより水晶ブランク１の傷を検出する。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まずガラス板２上に水晶ブランク１を載置する。その後図２に示すように、第１照明手段１１から長波長としての赤色光をガラス板２と水晶ブランク１に対して照射させる。この場合、第１照明手段１１は、ガラス板２と水晶ブランク１に向けて、撮像手段２０に対する正透過光から外れるよう赤色光を照射する。

ここで撮像手段２０に対する正透過光とは、照射された光がガラス板２と水晶ブランク１を透過して直接撮像手段２０に入射する光をいい、正透過光から外れる光とは、照射された光がガラス板２と水晶ブランク１を透過するが、直接撮像手段２０に入射しない光をいう。

この場合、第１照明手段１１から撮像手段２０に対する正透過光から外れる例えば４種類の赤色光１−１、１−２、１−３、１−４が照射される。

図２に示すように、第１照明手段１１からの赤色光１−１はガラス板２を透過し、かつ水晶ブランク１を外れて進む。ガラス板２は透明体からなり、その透明度が高く、このため赤色光１−１はほとんどがガラス板２を透過し、撮像手段２０に達することはない。このため赤色光１−１により得られた拡散透過画像３０ａは黒くなる。

また赤色光１−２はガラス板２を透過し、かつ水晶ブランク１内を進む。水晶ブランク１は内部が半透明体からなり、赤色光１−２は水晶ブランク１内を拡散透過し、拡散透過した光の一部が撮像手段２０に達する。このため赤色光１−２により得られた拡散透過画像３０ａは一様な暗い灰色となる。

さらに赤色光１−３はガラス板２を透過し、かつ水晶ブランク１内を進む。水晶ブランク１は内部が半透明体からなり、赤色光１−３は水晶ブランク１内を拡散透過する。この際赤色光１−３は、水晶ブランク１の傷部分１ａにおいて強く拡散して撮像手段２０に入る。このため赤色光１−３により得られた拡散透過画像３０ａは、傷部分１ａにおいて白色を示す。

また赤色光１−４はガラス板２を透過し、水晶ブランク１内に入る。この場合、赤色光１−４はガラス板２の傷部分２ａにおいて強く拡散して撮像手段２０に入る。このため赤色光１−４により得られた拡散透過画像３０ａは傷部分２ａにおいて白色を示す。

なお、水晶ブランク１はガラス板２に比べて光を大きく拡散させるため、拡散透過画像３０ａにおいて、水晶ブランク１の傷部分１ａの方がガラス板２の傷部分２ａより強い白色を呈する。

次に図３に示すように、第２照明手段１２から中波長としての緑色光をガラス板２と水晶ブランク１に対して照射する。この場合、第２照明手段１２は、ガラス板２と水晶ブランク１に向けて、撮像手段２０に対する正透過光となる緑色光を照射する。

ここで撮像手段２０に対する正透過光とは、照射された光がガラス板２と水晶ブランク１を透過して直接撮像手段２０に入射する光をいう。

この場合、第２照明手段１２から撮像手段２０に対する正透過光となる例えば４種類の緑色光２−１、２−２、２−３、２−４が照射される。

図３に示すように、第２照明手段１２からの緑色光２−１はガラス板２を透過し、かつ水晶ブランク１を外れて進む。ガラス板２は透明体からなり、その透明度が高く、このため緑色光２−１はほとんどがガラス板２を透過して、撮像手段２０に達する。このため緑色光２−１により得られた正透過画像３０ｂは白くなる。

また緑色光２−２はガラス板２を透過し、かつ水晶ブランク１内を進む。水晶ブランク１は内部が半透明体からなり、緑色光２−２は水晶ブランク１内を拡散透過し、拡散透過した光が撮像手段２０に達する。このため緑色光２−２により得られた正透過画像３０ｂは一様な白色となる。

さらに緑色光２−３はガラス板２を透過し、かつ水晶ブランク１内を進む。水晶ブランク１は内部が半透明体からなり、緑色光２−３は水晶ブランク１内を拡散透過する。この際、緑色光２−３は、水晶ブランク１の傷部分１ａにおいて強く拡散しその光量を減らした後撮像手段２０に入る。このため緑色光２−３により得られた正透過画像３０ｂは、傷部分１ａにおいて光量が減るため黒色を示す。

また緑色光２−４はガラス板２を透過し、水晶ブランク１内に入る。この場合、緑色光２−４はガラス板２の傷部分２ａにおいて強く拡散しその光量を減らした後、撮像手段２０に入る。このため緑色光２−４により得られた正透過画像３０ｂは傷部分２ａにおいて光量が減るため黒色を示す。

なお、水晶ブランク１はガラス板２に比べて光を大きく拡散させるため、正透過画像３０ｂにおいて、水晶ブランク１の傷部分１ａにおいて大きく光量が減る。よって、水晶ブランク１の傷部分１ａの方がガラス板２の傷部分２ａより強い黒色を呈する。

次に図４に示すように、第３照明手段１３から短波長としての青色光をガラス板２と水晶ブランク１に対して照射させる。この場合、第３照明手段１３は、ガラス板２と水晶ブランク１に向けて、撮像手段２０に対する正反射光から外れる青色光を照射する。

ここで撮像手段２０に対する正反射光とは、照射された光が水晶ブランク１で反射して直接撮像手段２０に入射する光をいい、正透過光から外れる光とは、照射された光が水晶ブランク１で反射して直接撮像手段２０に入射しない光をいう。

この場合、第３照射手段１３から撮像手段２０に対する正反射光としての例えば３種類の青色光３−１、３−２、３−３が照射される。

図４に示すように、第３照明手段１３からの青色光３−１は水晶ブランク１を外れ、かつガラス板２を透過する。ガラス板２は透明体からなり、その透明度が高く、このため青色光３−１はほとんどがガラス板２を透過し、ガラス板２で反射しないため撮像手段２０に達することはない。このため青色光３−１により得られた拡散反射画像３０ｃは黒くなる。

また青色光３−２は水晶ブランク１表面で均一に拡散反射して撮像手段２０に達する。このため青色光３−２により得られた拡散反射画像３０ｃは一様な明るい灰色となる。

さらに青色光３−３は水晶ブランク１表面で拡散反射する。この際、青色光３−３は、水晶ブランク１の傷部分１ａにおいて不均一に拡散反射して撮像手段２０に入る。このため青色光３−３により得られた拡散反射画像３０ｃは、傷部分１ａの部分において黒色を示す。

次に図５および図６により、画像処理装置３０における作用について説明する。図５および図６に示すように撮像手段２０において生成された画像（カラー画像）３０ａ、３０ｂ、３０ｃが画像処理装置３０へ送られる。そして画像処理装置３０に送られた画像は、赤色光により得られた拡散透過画像３０ａ、緑色光により得られた正透過画像３０ｂ、および青色光により得られた拡散反射画像３０ｃを含み、これらの画像３０ａ、３０ｂ、３０ｃは各々個別に抽出される。

画像処理装置３０において、拡散透過画像３０ａの出力をＰ１、正透過画像３０ｂの出力をＰ２、拡散反射画像３０ｃの出力をＰ３とした場合、−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式（１）に基づいて計算を行なって合成画像（傷強調画像）３０ｄを得ることができ、この合成画像３０ｄにより水晶ブランク１の傷部分１ａが検出される。

すなわち、上記計算式（１）において、−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３のうち、−Ｐ１＋Ｐ２により、水晶ブランク１の傷部分１ａを黒色として現わすことができ、このため水晶ブランク１の傷部分１ａを鮮明に示すことができる。

一方、−Ｐ１＋Ｐ２により、水晶ブランク１の傷部分１ａだけでなく、ガラス板２の傷部分２ａも黒色を示すことになる。

このため、（−Ｐ１＋Ｐ２）に対し、更に拡散反射画像Ｐ３の出力を加えることにより、水晶ブランク１の傷部分１ａをより強い黒色として現わし、この水晶ブランク１の傷部分１ａとガラス板２の傷部分２ａとの差別化を図ることができる。

次に画像処理装置３０において、上述の計算式（１）により得られた合成画像３０ｄに対して、２値化処理が行なわれて、傷部分１ａを鮮明に示す２値化処理画像３０ｅが得られる。

次に２値化処理画像３０ｅに対して、面積が小さくかつ長さが短い部分を消去する抽出処理が行なわれて、結果画像３０ｆが得られる。結果画像３０ｆ上において、水晶ブランク１の傷部分１ａのみが鮮明に示されている。

ここで本実施の形態の作用効果について図６（ａ）（ｂ）（ｃ）により説明する。

図６（ａ）に示すように、拡散透過画像３０ａの出力をＰ１、正透過画像３０ｂの出力をＰ２、拡散反射画像３０ｃの出力をＰ３としたとき、−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３により合成画像３０ｄを得ることにより、水晶ブランク１の傷部分１ａを鮮明に示すことができる。

他方、図６（ｂ）に示すように、−Ｐ１＋Ｐ２のように計算して合成画像３０ｄを生成した場合、合成画像３０ｄ上で水晶ブランク１の傷部分１ａだけでなくガラス板２の傷部分２ａも現われてくる。

また図６（ｃ）に示すように、Ｐ２＋Ｐ３のように計算して合成画像３０ｄを生成した場合、合成画像３０ｄ上でガラス板２の傷部分２ａは薄くなるが、水晶ブランク１の傷部分１ａは薄くならず同程度のままとなる。このため、水晶ブランク１の傷部分１ａを鮮明に示すことができる。

このように本実施の形態によれば、上述した−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式（１）により合成画像３０ｄを得ることにより、水晶ブランク１の傷部分１ａを強調して示すことができる。

また図１に示すように、ガラス板２の下方から、散乱しにくい長波長としての赤色光を照射することにより、赤色光をガラス板２内に確実に透過させて、水晶ブランク１内に導くことができ、精度良く確実に拡散透過画像３０ａを得ることができる。また、水晶ブランク１の上方から散乱しやすい短波長としての青色光を照射することにより、青色光を水晶ブランク１上で確実に拡散反射させて精度良く拡散反射画像３０ｅを得ることができる。

なお、上記実施の形態において、画像処理装置３０が、−Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式（１）を用いて合成画像３０ｄを生成する例を示したが、これに限らず
−ｋ１×Ｐ１＋ｋ２×Ｐ２＋ｋ３×Ｐ４（ｋ１、ｋ２、ｋ３は正数）の計算式（２）を用いて合成画像を生成してもよい。

例えば計算式（２）において、ｋ１＝１．０、ｋ２＝０．５、ｋ３＝０．８とすることができる。

また計算式（２）において、ｋ１、ｋ２、ｋ３を１とした場合、計算式（２）は計算式（１）と同一式となる。

また、上記実施の形態において、撮像手段２０は、ＣＣＤカメラであるとしたが、３種類の異なる色の光を用いて拡散透過画像、正透過画像、拡散反射画像を撮像することができれば、撮像手段２０は、第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する１個の撮像板、または第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する２個以上の撮像板を備えるＣＭＯＳカメラからなっていてもよい。

１ 水晶ブランク
２ ガラス板
１０ 透明基板の外観検査装置
１１ 第１照明手段
１２ 第２照明手段
１３ 第３照明手段
２０ 撮像手段
３０ 画像処理装置
３０ａ 拡散透過画像
３０ｂ 正透過画像
３０ｃ 拡散反射画像
３０ｄ 合成画像

Claims (10)

1. 透明基板の外観検査装置において、
   透明基板を載置する透明支持体と、
   透明支持体上方に配置され、透明基板および透明支持体を撮像して画像を生成する撮像手段と、
   透明支持体下方に配置され、撮像手段に対して正透過光から外れる第１色光を透明支持体と透明基板に対して入光させる第１照明手段と、
   透明支持体下方に配置され、撮像手段に対して正透過光としての第２色光を透明支持体と透明基板に対して入光させる第２照明手段と、
   透明支持体上方に配置され、反射光となる第３色光を透明基板に対して入光させる第３照明手段と、
   撮像手段により得られた第１色光による拡散透過画像、第２色光による正透過画像、第３色光による拡散反射画像に基づいて、合成画像を生成して透明基板の傷を検出する画像処理装置とを備えたことを特徴とする透明基板の外観検査装置。
2. 第１照明手段は第１色光として赤色光を照射し、第２照明手段は第２色光として緑色光を照射し、第３照明手段は第３色光として青色光を照射することを特徴とする請求項１記載の透明基板の外観検査装置。
3. 画像処理装置は、拡散透過画像の出力をＰ１、正透過画像の出力をＰ２、拡散反射画像の出力をＰ３とした場合、
   −ｋ１×Ｐ１＋ｋ２×Ｐ２＋ｋ３×Ｐ３（ｋ１、ｋ２、ｋ３は正数）
   の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする請求項１または２記載の透明基板の外観検査装置。
4. 画像処理装置は、
   −Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする請求項３記載の透明基板の外観検査装置。
5. 撮像手段は第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する１個の撮像板、または第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する２個以上の撮像板を備えるＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを有することを特徴とする請求項１記載の透明基板の外観検査装置。
6. 透明基板の外観検査方法において、
   透明基板を透明支持体上に載置する工程と、
   透明支持体下方に配置された第１照明手段から透明支持体上方に配置された撮像手段に対して正透過光から外れる第１色光を透明支持体と透明基板に対して入光させて撮像手段により画像を生成する工程と、
   透明支持体下方に配置された第２照明手段から撮像手段に対して正透過光としての第２色光を透明支持体と透明基板に対して入光させて撮像手段により画像を生成する工程と、
   透明支持体上方に配置された第３照明手段から反射光となる第３色光を透明基板に対して入光させて撮像手段により画像を生成する工程と、
   撮像手段により得られた第１色光による拡散透過画像、第２色光による正透過画像、第３色光による拡散反射画像に基づいて、画像処理装置により合成画像を生成して透明基板の傷を検出する工程と、を備えたことを特徴とする透明基板の外観検査方法。
7. 第１照明手段は第１色光として赤色光を照射し、第２照明手段は第２色光として緑色光を照射し、第３照明手段は第３色光として青色光を照射することを特徴とする請求項６記載の透明基板の外観検査方法。
8. 画像処理装置は、拡散透過画像の出力をＰ１、正透過画像の出力をＰ２、拡散反射画像の出力をＰ３とした場合、
   −ｋ１×Ｐ１＋ｋ２×Ｐ２＋ｋ３×Ｐ３（ｋ１、ｋ２、ｋ３は正数）
   の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする請求項６または７記載の透明基板の外観検査方法。
9. 画像処理装置は、
   −Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の計算式に基づいて透明基板の傷を検出することを特徴とする請求項８記載の透明基板の外観検査方法。
10. 撮像手段は第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する１個の撮像板、または第１色光、第２色光、および第３色光を受光して画像を生成する２個以上の撮像板を備えるＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを有することを特徴とする請求項６記載の透明基板の外観検査方法。