JP7266514B2 - Imaging device and surface inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置及び表面検査装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and a surface inspection device.
ワークの表面をカメラで撮像し、撮像された画像を用いて、ワークの表面を検査する装置が知られている。 2. Description of the Related Art There is known an apparatus that captures an image of the surface of a work with a camera and inspects the surface of the work using the captured image.
特許文献1には、検査用の画像を撮像する方法として、ワークを斜めから撮像する方法が提案されている。ワークを斜めに撮像すると、画像に歪み(射影歪み)が生じる。特許文献1では、撮像された画像を透視変換することで、歪みを解消している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200000 proposes a method of capturing an image of a workpiece from an oblique angle as a method of capturing an image for inspection. If the workpiece is imaged obliquely, distortion (projective distortion) occurs in the image. In Patent Literature 1, the distortion is eliminated by perspectively transforming the captured image.
また、ワークを斜めに撮像すると、画像内で分解能に差が生じる。特許文献2には、各カメラの撮像領域を重複させて、複数のカメラでワークを斜めから撮像する方法が提案されている。 Also, if the workpiece is imaged obliquely, a difference in resolution occurs within the image. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200003 proposes a method of overlapping the imaging areas of the respective cameras and imaging a workpiece obliquely with a plurality of cameras.
本開示の技術に係る1つの実施形態は、表面の検査に適した高品質な画像を撮像できる撮像装置及び表面検査装置を提供する。 One embodiment according to the technology of the present disclosure provides an imaging device and a surface inspection device capable of capturing high-quality images suitable for surface inspection.
(1)画像取得面が合焦面である結像光学系を備え、撮像範囲内の被写体を被写界深度内に収めて斜めから撮像して画像データを取得する撮像部と、被写体に照射する照明光の主光線の向き及び/又は照明光の光源部の位置が可変である照明部と、を備えた撮像装置。 (1) An imaging unit that has an imaging optical system whose image acquisition plane is the in-focus plane, captures the subject within the imaging range within the depth of field, obliquely captures the subject, and irradiates the subject. an illumination unit in which the direction of the principal ray of the illumination light and/or the position of the light source of the illumination light is variable.
(2)画像データに画像処理を施す画像処理部を更に備え、画像処理部は、照明光の主光線の向き及び/又は照明光の光源部の位置を変えることで生じる画像データの差異を強調する処理を行う、(1)の撮像装置。 (2) further comprising an image processing unit that performs image processing on the image data, the image processing unit emphasizing differences in the image data caused by changing the direction of the principal ray of the illumination light and/or the position of the light source of the illumination light; The imaging device according to (1), which performs processing to
(3)照明部は、光源部と、光源部の移動機構と、を備え、移動機構で光源部を移動させて、照明光の光源部の位置を変える、(1)又は(2)の撮像装置。 (3) The imaging of (1) or (2), wherein the illumination unit includes a light source unit and a moving mechanism for the light source unit, and the moving mechanism moves the light source unit to change the position of the light source unit of the illumination light. Device.
(4)照明部は、光源部の首振り機構を更に備え、首振り機構で光源部の向きを変えて、照明光の主光線の向きを変える、(3)の撮像装置。 (4) The imaging device according to (3), wherein the illumination section further includes a swinging mechanism for the light source section, and the swinging mechanism changes the direction of the light source section to change the direction of the principal ray of the illumination light.
(5)照明部は、光源部と、光源部の首振り機構と、を備え、首振り機構で光源部の向きを変えて、照明光の主光線の向きを変える、(1)又は(2)の撮像装置。 (5) The illumination unit includes a light source unit and a swinging mechanism for the light source unit, and the swinging mechanism changes the direction of the light source unit to change the direction of the principal ray of the illumination light. (1) or (2) ) imaging device.
(6)照明部は、複数の光源部を備え、点灯させる光源部を変えて、照明光の光源部の位置を変える、(1)又は(2)の撮像装置。 (6) The imaging device according to (1) or (2), wherein the illumination unit includes a plurality of light source units, and the position of the light source unit of the illumination light is changed by changing the light source units to be lit.
(7)照明部は、光源部の首振り機構を更に備え、首振り機構で光源部の向きを変えて、照明光の主光線の向きを変える、(6)の撮像装置。 (7) The imaging device according to (6), wherein the illumination section further includes a swinging mechanism for the light source section, and the swinging mechanism changes the direction of the light source section to change the direction of the principal ray of the illumination light.
(8)複数の光源部がマトリクス状に配置される、(6)又は(7)の撮像装置。 (8) The imaging device according to (6) or (7), in which a plurality of light source units are arranged in a matrix.
(9)複数の光源部が円弧状に配置される、(6)から(8)のいずれか一の撮像装置。 (9) The imaging device according to any one of (6) to (8), in which a plurality of light source units are arranged in an arc.
(10)撮像範囲が重複して設定された複数の撮像部を備えた、(1)から(9)のいずれか一の撮像装置。 (10) The imaging apparatus according to any one of (1) to (9), including a plurality of imaging units with overlapping imaging ranges.
(11)被写体を保持する保持部と、保持部の回転機構と、を更に備えた(1)から(10)のいずれか一の撮像装置。 (11) The imaging device according to any one of (1) to (10), further comprising a holding section that holds the subject, and a rotating mechanism for the holding section.
(12)画像取得面が合焦面である結像光学系を備え、撮像範囲内の被写体を被写界深度内に収めて斜めから撮像して画像データを取得する撮像部と、被写体に照明光を照射する照明部と、被写体を保持する保持部と、撮像部及び保持部を連動して移動又は傾斜させる駆動部と、を備えた撮像装置。 (12) An imaging unit that includes an imaging optical system whose image acquisition plane is a focal plane, and acquires image data by obliquely capturing a subject within an imaging range while keeping it within the depth of field, and illuminating the subject. An imaging apparatus comprising: an illumination unit that emits light; a holding unit that holds an object; and a driving unit that moves or tilts the imaging unit and the holding unit in conjunction with each other.
(13)画像データに画像処理を施す画像処理部を更に備え、画像処理部は、照明光の主光線の向き及び/又は照明光の光源部の位置を変えることで生じる画像データの差異を強調する処理を行う、(12)の撮像装置。 (13) An image processing unit that performs image processing on image data is further provided, and the image processing unit emphasizes differences in image data caused by changing the direction of the principal ray of the illumination light and/or the position of the light source of the illumination light. The imaging device according to (12), which performs the process of
(14)撮像部の結像光学系は、物体側から順に、正のパワーを有する1つのミラーと、複数のレンズからなり正のパワーを有する光学系と、を有し、ミラーと光学系との間に中間像を結像する、(1)から(13)のいずれか一の撮像装置。 (14) The imaging optical system of the imaging unit has, in order from the object side, one mirror having positive power and an optical system having positive power consisting of a plurality of lenses. The imaging device according to any one of (1) to (13), which forms an intermediate image between.
(15) ミラー及び光学系は、共通の光軸を有し、かつ、光軸を回転軸とする回転対称な形状を有する、(14)の撮像装置。 (15) The imaging device of (14), wherein the mirror and the optical system have a common optical axis and have a rotationally symmetrical shape with the optical axis as the axis of rotation.
(16)(1)から(15)のいずれか一の撮像装置と、撮像部で取得される画像データを用いて、ワークの表面を検査する検査部と、を備えた表面検査装置。 (16) A surface inspection apparatus comprising an imaging device according to any one of (1) to (15), and an inspection section that inspects the surface of a workpiece using image data acquired by the imaging section.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施の形態]
平面若しくは緩やかな曲面に存在する微小な溝、キズ、気泡、膜のムラなどの微小な凹凸は、通常の撮像手法(通常のカメラを用いて、被写体に正対して撮像する手法)で撮像しても写らない。若しくは、写ったとしても、うっすらと写る程度である。
[First embodiment]
Microscopic unevenness such as microscopic grooves, scratches, air bubbles, and film unevenness on a flat or gently curved surface should be captured using a normal imaging method (using a normal camera to capture the image facing the subject). It doesn't show up. Or, even if the image is captured, it is only faintly captured.
斜めから撮像することで、これらの微小な凹凸を見つけ易くできる。人間が平面内の微小な凹凸を確認する際、目を近づけて斜めから見る行動を行うことからも、この方法が直感的に有用であることが分かる。 By capturing an image from an oblique angle, it is possible to easily find these minute irregularities. This method is intuitively useful from the fact that when humans confirm minute irregularities on a plane, they bring their eyes closer and look at it from an angle.
しかし、通常のカメラで斜めから撮像すると、画像に歪み(射影歪み)が生じたり、画像内で分解能に差が生じたりする。 However, when an ordinary camera captures an image from an oblique angle, the image may be distorted (projection distortion) or there may be a difference in resolution within the image.
本実施の形態の表面検査装置は、斜めから撮像しても焦点の合う範囲が広い特殊なカメラを使用することで、検査に適した高品質な画像を撮像する。更に、本実施の形態の表面検査装置は、照明光の当て方を変えられる照明装置(照明光の当て方が可変である照明装置)を使用することで、最適な照明環境を作り出して撮像する。 The surface inspection apparatus according to the present embodiment uses a special camera that has a wide focal range even when the image is taken obliquely, so that a high-quality image suitable for inspection is taken. Furthermore, the surface inspection apparatus of the present embodiment uses an illumination device that can change the way of applying illumination light (a lighting device that can change the way of applying illumination light), thereby creating an optimal lighting environment for imaging. .
以下においては、シート状のワークの表面を検査する場合を例に説明する。 A case of inspecting the surface of a sheet-shaped work will be described below as an example.
[表面検査装置の構成]
図1は、本実施の形態の表面検査装置の概略構成を示す図である。
[Configuration of Surface Inspection Device]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a surface inspection apparatus according to this embodiment.
同図に示すように、本実施の形態の表面検査装置1は、ワークWの表面を撮像する撮像装置10、及び、撮像装置10を制御し、かつ、撮像装置10で撮像された画像を用いて、ワークWの表面を検査する検査装置本体100を備える。検査装置本体100は、ワーク表面の欠陥、特に、微小な溝、キズ、気泡、膜のムラなどの微小な凹凸等の有無を検査する。
As shown in the figure, the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment controls an
[撮像装置]
図2は、撮像装置の概略構成を示す図である。
[Imaging device]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the imaging device.
撮像装置10は、ワークWを載置するステージ20、ステージ20に載置されたワークWを撮像するカメラ30、及び、ステージ20に載置されたワークWに照明光を照射する照明装置40を備える。
The
[ステージ]
ステージ20は、平坦なワーク載置面20aを有する。ワークWは、ワーク載置面20aの上に載置される。本実施の形態では、ステージ20が水平に設置される。したがって、ワークWは水平に保持される。ステージ20には、必要に応じてワークWを吸着保持する機構等を備えることが好ましい。ステージ20は、保持部の一例である。
[stage]
The
ステージ20は、そのワーク載置面20aをカメラ30の撮像範囲内に収めて設置される。したがって、ワーク載置面20aに載置されたワークWの全体(全面)を撮像できる。
The
[カメラ]
カメラ30は、いわゆる斜視型カメラであり、撮像範囲内の被写体(ワークW)を被写界深度内に収めて斜めから撮像し、その画像データを取得する。この種のカメラは、結像光学系の光軸を含まない領域に撮像範囲を設定することで実現できる。すなわち、結像光学系の光軸を含まない領域に撮像範囲を設定することにより、撮像範囲内の被写体(主要被写体)をすべて被写界深度内に収めて、被写体に正対する画像を斜めから撮像できる。本実施の形態のカメラ30は、ワーク載置面20aの上に水平に載置されたワークWを、ワークWの斜め上方から撮像する。カメラ30は、撮像部の一例である。ワークWは、その表面が主要被写体となる。
[camera]
The
図3は、カメラの概略構成を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the camera.
同図に示すように、カメラ30は、筐体31の内部に結像光学系32及び撮像素子33を備える。筐体31は、角柱形状を有し、水平面上に載置して自立可能に構成される。筐体31は、正面に撮像窓31aを有する。カメラ30は、撮像窓31aから被写体(ワークW)を斜め下側に臨んで撮像する。
As shown in the figure, the
結像光学系32は、物体側から順に、正のパワーを有する1つのミラーM1と、複数のレンズからなり正のパワーを有する光学系ROと、有する。
The imaging
図4及び図5は、結像光学系の構成を示す断面図である。図4及び図5では、光束として、光軸Zの近傍の光束A及び最大画角の光束Bを併せて記入している。また、図4では、光軸Zに沿って、ミラーM1側を物体側、結像面Sim側を像側として記載している。また、図5は、図4における結像光学系部分を拡大して示したものである。なお、図4及び図5に示す中間像I及び開口絞りStは、形状を示しているのではなく、光軸上の位置を示している。 4 and 5 are cross-sectional views showing the configuration of the imaging optical system. In FIGS. 4 and 5, a luminous flux A in the vicinity of the optical axis Z and a luminous flux B at the maximum angle of view are shown together as the luminous flux. In addition, in FIG. 4, along the optical axis Z, the mirror M1 side is described as the object side, and the imaging plane Sim side is described as the image side. 5 is an enlarged view of the imaging optical system portion in FIG. Note that the intermediate image I and the aperture stop St shown in FIGS. 4 and 5 do not indicate the shape, but indicate the position on the optical axis.
同図に示すように、本実施の形態のカメラ30の結像光学系32は、物体側から順に、正のパワーを有する1つのミラーM1と、複数のレンズからなり正のパワーを有する光学系ROと、を有し、ミラーM1と光学系ROとの間に中間像Iを結像する。このように、結像光学系内で中間像Iを形成することにより、結像光学系内で光束が拡大するのを抑制できる。これにより、小型かつ広角の結像光学系を構成できる。
As shown in the figure, the imaging
一例として、本実施の形態の光学系ROは、物体側から順に、4枚のレンズL1~L4(第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3及び第4レンズL4)からなる前群GFと、開口絞りStと、3枚のレンズL5~L7(第5レンズL5、第6レンズL6及び第7レンズL7)からなる後群GRと、を有する。 As an example, the optical system RO of the present embodiment includes a front group consisting of four lenses L1 to L4 (first lens L1, second lens L2, third lens L3 and fourth lens L4) in order from the object side. It has a GF, an aperture stop St, and a rear group GR consisting of three lenses L5 to L7 (a fifth lens L5, a sixth lens L6 and a seventh lens L7).
本実施の形態のミラーM1及び光学系ROは、共通の光軸Zを有し、かつ、光軸Zを回転軸とする回転対称な形状を有する。このように構成することにより、結像光学系32の設計が容易となる。また、結像光学系32を構成する光学素子の加工性及び組立性を向上できる。これにより、結像光学系のコストを抑えつつ、性能を向上できる。なお、本実施の形態の結像光学系32では、ミラーM1及び光学系ROについて、結像に利用しない領域を部分的に切断している。このように結像に利用しない領域を部分的に切断した形状についても、光軸Zを回転軸とする回転対称な形状に含まれるものとする。
The mirror M1 and the optical system RO of the present embodiment have a common optical axis Z and have a rotationally symmetrical shape with the optical axis Z as the axis of rotation. By configuring in this way, the design of the imaging
本実施の形態のミラーM1は、非球面形状を有する。このように、最も物体側に配置され、かつ、有効径の大きいミラーM1を非球面形状とすることにより、像面湾曲、コマ収差、非点収差及び歪曲収差の補正に有利となる。 The mirror M1 of this embodiment has an aspheric shape. In this manner, the mirror M1, which is located closest to the object side and has a large effective diameter, is made aspherical, which is advantageous for correcting curvature of field, coma, astigmatism, and distortion.
本実施の形態の光学系ROは、第1レンズL1(光学系ROの最も物体側のレンズ)が、物体側に凹面を向けた正レンズで構成される。このように、第1レンズL1の物体側を凹面とすることにより、第1レンズL1の径を抑えつつ、画角を広く取ることができる。また、第1レンズL1を正レンズとすることにより、ミラーM1から入射した光束が収束して出射する。このため、次の第2レンズL2の径を小さくでき、また、光学系ROの全長の短縮化につながる。そのため、結像光学系32を小型化できる。
In the optical system RO of the present embodiment, the first lens L1 (the lens closest to the object side of the optical system RO) is composed of a positive lens having a concave surface facing the object side. Thus, by making the object side of the first lens L1 concave, it is possible to widen the angle of view while suppressing the diameter of the first lens L1. Further, by using a positive lens as the first lens L1, the light flux incident from the mirror M1 is converged and emitted. Therefore, the diameter of the next second lens L2 can be reduced, and the overall length of the optical system RO can be shortened. Therefore, the imaging
このように、本実施形態の結像光学系32は、小型かつ広角の結像光学系を構成できる。したがって、本実施の形態の結像光学系32を備えたカメラ30も、小型で、かつ、広範囲を撮像できるカメラとして構成できる。
Thus, the imaging
上記構成の結像光学系32は、ミラーM1の反射面から結像面Simまでの光軸Z上の距離をTTL、ミラーM1の反射面から物体面Obj(画像取得面)までの光軸Z上の距離をZOB、第1レンズL1の物体側の面から結像面Simまでの光軸Z上の距離をLL0、最大像高をYmaxとした場合、下記の条件式(1)及び(2)を満足することが好ましい。なお 、最大像高Ymaxとは、光軸Zから最も離れた像点と光軸Zとの距離を意味する。
The imaging
0.8<TTL/ZOB<1 …(1)
6<LL0/Ymax<15 …(2)
たとえば、カメラ30をステージ20のワーク載置面20aと同じ高さの面(物体面Obj)に設置するには、入射光の光束を折り曲げるミラーM1が必要となる。条件式(1)の下限以下とならないようにすることにより、結像光学系32の全長が短くなり過ぎず、収差の補正に有利となる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることにより、装置の小型化に有利となる。
0.8<TTL/ZOB<1 (1)
6<LL0/Ymax<15 (2)
For example, in order to install the
条件式(2)の下限以下とならないようにすることにより、最大像高Ymaxに対して光学系ROの全長が短くなり過ぎず、収差の補正に有利となる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることにより、装置の小型化に有利となる
なお、条件式(1)及び(2)を満足した上で、下記の条件式(1-1)及び(2-1)の少なくとも一方を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
Abiding by the lower limit of conditional expression (2) prevents the total length of the optical system RO from being too short with respect to the maximum image height Ymax, which is advantageous for correcting aberrations. By not exceeding the upper limit of conditional expression (2), it is advantageous for miniaturization of the device.
If at least one of the following conditional expressions (1-1) and (2-1) is satisfied in addition to satisfying the conditional expressions (1) and (2), better characteristics are obtained. can be done.
0.85<TTL/ZOB<0.95 …(1-1)
7<LL0/Ymax<13 …(2-1)
また、第1レンズの焦点距離をfL1、光学系ROの焦点距離をfL0とした場合、下記の条件式(3)を満足することが好ましい。
0.85<TTL/ZOB<0.95 (1-1)
7<LL0/Ymax<13 (2-1)
Further, when the focal length of the first lens is fL1 and the focal length of the optical system RO is fL0, it is preferable to satisfy the following conditional expression (3).
3<fL1/fL0<50 …(3)
第1レンズL1の有効径を大きくしつつ、光学系ROを小型化させるためには、第1レンズL1に適切な正のパワーが必要である。ただし、第2レンズL2も有効径が大きい方が収差補正に有利であるため、第1レンズL1の正のパワーは大きくし過ぎない必要がある。条件式(3)の下限以下とならないようにすることにより、第1レンズL1の正のパワーが大きくなり過ぎないようにできる。下記の条件式(3)の上限以上とならないようにすることにより、第1レンズL1に適切な正のパワーを確保することができる。
3<fL1/fL0<50 (3)
In order to reduce the size of the optical system RO while enlarging the effective diameter of the first lens L1, the first lens L1 needs to have an appropriate positive power. However, since the second lens L2 having a large effective diameter is also advantageous for aberration correction, it is necessary not to increase the positive power of the first lens L1 too much. By ensuring that the lower limit of conditional expression (3) is not exceeded, the positive power of the first lens L1 can be prevented from becoming too large. By not exceeding the upper limit of the following conditional expression (3), it is possible to secure an appropriate positive power for the first lens L1.
なお、下記の条件式(3-1)を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。 If the following conditional expression (3-1) is satisfied, better characteristics can be obtained.
4<fL1/fL0<25 …(3-1)
また、光学系ROは、物体側から順に、正のパワーを有する前群GFと、開口絞りStと、正のパワーを有する後群GRと、を有する構成とし、かつ、前群GFは、物体側から順に、第1レンズL1と、負のパワーを有する第2レンズL2と、正のパワーを有する第3レンズL3と、を有する構成とすることが好ましい。このように、第2レンズL2のパワーを負とすることにより、光線が急に収束することを避け、更に、比較的有効径の大きな第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の3枚のレンズのパワー配置を正負正の構成として、正、負の作用を分散することにより、コマ収差及び像面湾曲の補正に有利となる。
4<fL1/fL0<25 (3-1)
The optical system RO has, in order from the object side, a front group GF having positive power, an aperture stop St, and a rear group GR having positive power. It is preferable to have, in order from the side, a first lens L1, a second lens L2 having negative power, and a third lens L3 having positive power. In this way, by making the power of the second lens L2 negative, it is possible to avoid sudden convergence of light rays, and furthermore, the first lens L1, the second lens L2, and the third lens L3 having relatively large effective diameters By distributing the positive and negative effects of the three lenses with positive, negative, and positive power arrangements, it is advantageous for correction of coma aberration and curvature of field.
また、後群GRは、次の構成の接合レンズC1を最も像側に備えることが好ましい 。すなわち、正レンズと負レンズとからなり、全体として正のパワーを有する接合レンズであって、正レンズのアッベ数が50以上であり、かつ、負レンズのアッベ数が40以下である接合レンズである。本実施形態の結像光学系32では、正レンズである第6レンズL6及び負レンズである第7レンズL7により、この接合レンズC1が構成される。このように、開口絞りStより像側で、かつ、軸外主光線の高さが高くなる位置に、上記構成の接合レンズC1を配置することにより、倍率色収差の補正に有利となる。また、前群GFが正レンズと負レンズとを備える場合、開口絞りStより像側の後群GRにも正レンズと負レンズとを備えることにより、像面湾曲及び歪曲収差の補正に有利となる。
Further, it is preferable that the rear group GR includes a cemented lens C1 having the following structure, closest to the image side. That is, a cemented lens composed of a positive lens and a negative lens and having positive power as a whole, wherein the Abbe number of the positive lens is 50 or more and the Abbe number of the negative lens is 40 or less. be. In the imaging
なお 、接合レンズC1を構成する正レンズ及び負レンズのアッベ数が、上記条件を満足した上で、接合レンズC1を構成する正レンズのアッベ数が55以上、及び、接合レンズC1を構成する負レンズのアッベ数が30以下の少なくとも一方を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。 In addition, the Abbe number of the positive lens and the negative lens that constitute the cemented lens C1 satisfy the above conditions, and the Abbe number of the positive lens that constitutes the cemented lens C1 is 55 or more, and the negative lens that constitutes the cemented lens C1 If the Abbe number of the lens satisfies at least one of 30 or less, better characteristics can be obtained.
また、光学系ROは、第1レンズL1を非球面レンズで構成する一方、第1レンズL1以外のレンズは、球面レンズで構成することが好ましい。このように、光学系ROの最も物体側に位置し、有効径が大きく、かつ、異なる像高に対する光束の重なりが小さい第1レンズL1を非球面形状とすることにより、収差を効果的に補正できる。また、光学系ROの残りのレンズを全て球面レンズとすることにより、結像光学系を構成する光学素子の加工性及び組立性の向上に有利となる。その結果、結像光学系32のコストを抑えつつ、性能向上に有利となる。
In the optical system RO, the first lens L1 is preferably an aspherical lens, and the lenses other than the first lens L1 are preferably spherical lenses. In this way, the first lens L1, which is positioned closest to the object side of the optical system RO, has a large effective diameter, and has a small overlap of light beams with respect to different image heights, is formed into an aspherical shape, thereby effectively correcting aberrations. can. In addition, by forming all the remaining lenses of the optical system RO to be spherical lenses, it is advantageous in improving the workability and assembly efficiency of the optical elements constituting the imaging optical system. As a result, the cost of the imaging
撮像素子33は、結像光学系32の結像面に配置される。上記のように、本実施の形態のカメラ30は、結像光学系の光軸を含まない領域に撮像範囲が設定される。このため、撮像素子33は、結像光学系32のイメージサークル内において、結像光学系32の光軸Zを含まない領域に配置される。すなわち、その受光領域内に結像光学系32の光軸Zが含まれないように配置される。これにより、結像光学系の光軸を含まない領域に撮像範囲が設定される。
The
なお、結像光学系32の光軸上に撮像素子33を配置し、撮像により得られる画像の一部を切り出して、必要な領域の画像データを取得する構成とすることも可能である。
Note that it is also possible to arrange the
撮像素子33には、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の公知のエリアイメージセンサを使用できる。
A known area image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) can be used for the
以上の構成のカメラ30によれば、結像光学系32は、画像取得面が合焦面となり、撮像範囲内の被写体(ワークW)をすべて被写界深度内に収めて斜めから撮像できる。また、被写体に正対する画像を斜めから撮像できる。
According to the
なお、本実施の形態の撮像装置10では、ステージ20のワーク載置面20aが画像取得面に設定される。したがって、ワーク載置面20aが合焦面とされる。また、本実施の形態の撮像装置10では、ステージ20のワーク載置面20aが撮像範囲内に設定される。したがって、ワーク載置面20aの上にシート状のワークWを載置して撮像することにより、ワークWの全体を被写界深度内に収めて撮像できる。ワーク載置面20aは、少なくともカメラ30の撮像範囲内に設定されていればよい。本実施の形態では、ワーク載置面20aとほぼ同じ範囲にカメラ30の撮像範囲が設定される。
In addition, in the
[照明装置]
図6は、照明装置の平面図である。図6に示すように、照明装置40は、光源ユニット42と、その光源ユニット42の移動機構44と、を有する。照明装置40は、照明部の一例である。
[Lighting device]
FIG. 6 is a plan view of the lighting device. As shown in FIG. 6 , the
光源ユニット42は、ワークWに向けて照明光を照射する。光源ユニット42は、光源部の一例である。光源ユニット42は、ステージ20の上方に設置され、ワークWに対して上方から照明光を照射する。光源ユニット42は、主光線の向きがワーク載置面20aに対して垂直に設定され、ワークWに対して垂直に照明光を照射する。
The
光源ユニット42は、ライン状の光源43を有する。本実施の形態では、複数の発光素子43a(たとえば、発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)等)をライン状に配置して、ライン状の光源43が構成される。光源ユニット42は、必要に応じてリフレクタ、レンズ及び拡散板等が使用され、照射角及び配光特性等が調節される。
The
光源ユニット42は、ライン状の光源43がワーク載置面20aと平行に配置される。また、光源ユニット42は、ライン状の光源43が、x軸に沿って配置される。x軸はワーク載置面20aと平行な軸である。
The
移動機構44は、光源ユニット42をワーク載置面20aに沿って水平に移動させる。本実施の形態では、図2に示すように、光源ユニット42をy軸に沿って移動させる。y軸は、ワーク載置面20aと平行、かつ、x軸と直交する軸である。
The moving
移動機構44は、光源ユニット42の移動をガイドするガイド部、及び、光源ユニット42を移動させるスライド駆動部を有する。
The moving
ガイド部は、ガイドレール46aを有する。ガイドレール46aは、y軸に沿って配置される。光源ユニット42は、スライダ46bを介して、ガイドレール46aにスライド自在に支持される。
The guide portion has a
スライド駆動部は、主として、送りネジ48a及びモータ48bで構成される。送りネジ48aは、y軸に沿って配置され、その両端を軸受で回転自在に支持される。モータ48bは、送りネジ48aに連結され、送りネジ48aを回転駆動する。光源ユニット42は、送りネジ48aに備えられたナット48cに接続される。これにより、モータ48bで送りネジ48aを回転させると、光源ユニット42がガイドレール46aに沿ってスライド移動する。すなわち、y軸に沿ってスライド移動する。
The slide drive section is mainly composed of a
以上の構成の照明装置40によれば、移動機構44によって光源ユニット42を移動させると、ワークWに対する光源ユニット42の相対的な位置が変化する。これにより、ワークWに対する照明光の当たり方が切り替わる。
According to the
[検査装置本体]
図7は、検査装置本体のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
[Inspection device body]
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the inspection apparatus main body.
同図に示すように、検査装置本体100は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、HDD(Hard Disk Drive)104、操作部(たとえば、キーボード及びマウス等)105、表示部(たとえば、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display;LCD)、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ(Organic Electro-Luminescence Display;OELD)等)106、入出力インターフェース(interface;I/F)107及び通信部108等を備えたコンピューターで構成される。撮像装置10を構成するカメラ30及び照明装置40は、入出力インターフェース107を介して検査装置本体100と接続される。
As shown in the figure, the inspection apparatus
図8は、検査装置本体が実現する機能のブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram of functions realized by the inspection apparatus main body.
同図に示すように、検査装置本体100は、カメラ制御部111、照明制御部112、画像入力部113、画像処理部114、照明条件決定部115、検査部116、表示制御部117、記録制御部118及び通信制御部119の機能を実現する。これらの機能は、プロセッサであるCPU101が所定のプログラムを実行することにより実現される。プログラムは、たとえば、ROM103又はHDD104に記憶される。
As shown in the figure, the inspection apparatus
カメラ制御部111は、カメラ30を制御して、カメラ30による撮像を制御する。撮像は、照明光の当て方の変更に連動して行われる。撮像により、カメラ30から画像データが出力される。
The
照明制御部112は、照明装置40を制御して、照明光の発光を制御する。発光の制御には、照明光の当て方の制御も含まれる。本実施の形態では、光源ユニット42の移動を制御して、照明光の当て方を制御する。すなわち、ワークWに対する光源ユニット42の位置を制御して、照明光の当て方を制御する。
The
画像入力部113は、カメラ30から出力される画像データを入力する。画像データは、入出力インターフェース107を介して検査装置本体100に入力される。
The
画像処理部114は、入力された画像データに画像処理を施す。画像処理部114は、照明光の当て方を変えることで生じる画像データの差異を強調する処理を行う。本実施の形態では、この処理として、画像のコントラストを強調する処理を行う。コントラストを強調することにより、欠陥の影を強調でき、欠陥を見つけ易くできる。画像のコントラストを強調する処理については、公知の手法を用いてもよい。したがって、ここでは、その詳細についての説明は省略する。たとえば、フィルタ処理によって、画像のコントラストを強調する方法等が採用される。
The
照明条件決定部115は、撮影により得られた画像データに基づいて、最適な照明条件を決定する。本実施の形態では、最適な照明位置(光源ユニット42の位置)を決定する。照明条件決定部115は、照明光の当て方を変えて撮像した複数の画像データに基づいて、最適な照明位置を決定する。具体的には、照明光の当て方を変えて撮像した複数の画像データから欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる光源ユニット42の位置を特定する。
The illumination
図9は、照明光の当て方を変えて撮像して得られる画像の一例を示す図である。同図(A)~(D)は、それぞれ異なる照明位置で得られるワークWの撮像画像WI1~WI4を示している。また、同図において、符号SI1~SI3は、ワーク表面の欠陥(微小な凹凸)を示している。より正確には、照明によって現れる欠陥の影を示している。同図に示すように、照明位置が変わることにより、欠陥の影の出方(コントラスト)が変化する。 FIG. 9 is a diagram showing an example of an image obtained by imaging while changing the way illumination light is applied. (A) to (D) of the figure show captured images WI1 to WI4 of the work W obtained at different illumination positions, respectively. In the figure, reference numerals SI1 to SI3 denote defects (fine irregularities) on the work surface. More precisely, it shows the shadow of the defect caused by the illumination. As shown in the figure, the appearance of the shadow (contrast) of the defect changes as the illumination position changes.
照明条件決定部115は、欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる画像データを特定し、その画像データを撮像した際の光源ユニット42の位置を最適な照明位置として決定する。照明条件決定部115は、画像処理部114による画像処理後の画像データに基づいて、最適な照明条件を決定する。これにより、最適な照明条件を特定し易くできる。
The illumination
検査部116は、画像処理後の画像データを用いて、欠陥の有無を検査する。本実施の形態では、微小な溝、キズ、気泡、膜のムラなどの微小な凹凸等の有無を検査する。これらの微小な凹凸等(欠陥)の検出には、公知の手法をはじめ、いかなるアルゴリズムを用いてもよい。したがって、ここでは、その詳細についての説明は省略する。一例として、機械学習、深層学習等により生成した画像認識モデルを用いて、微小な凹凸等を認識(検出)する手法等を採用できる。検査部116は、欠陥の位置及びサイズを特定して、欠陥を検出する。
The
表示制御部117は、検査結果の表示を制御する。検査結果は、あらかじめ定められた形式で表示部106に表示される。
The
記録制御部118は、検査結果の記録を制御する。検査結果は、あらかじめ定められた形式でHDD104に記録される。
The
通信制御部119は、外部機器への検査結果の送信を制御する。検査結果は、通信部108を介して、外部機器に送信される。通信の形態は、特に限定されない。
The
[表面検査装置の作用]
[最適な照明位置の決定]
まず、最適な照明位置が決定される。
[Action of Surface Inspection Device]
[Determination of optimal lighting position]
First, the optimal lighting position is determined.
図10は、最適な照明位置を決定する処理の手順を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flow chart showing the procedure of processing for determining the optimum lighting position.
まず、照明位置決定用のワークをステージ20にセットする(ステップS11)。このワークは、表面に既知の欠陥(微小な凹凸)を有するワークである。ワークは、ワーク載置面20aに載置することで、ステージ20にセットされる。ワークをワーク載置面20aに載置することにより、カメラ30の撮像範囲内にワークがセットされる。
First, a workpiece for determining the illumination position is set on the stage 20 (step S11). This work is a work having known defects (fine irregularities) on its surface. The work is set on the
ワークのセットが完了すると、次に、光源ユニット42がオンされ、照明光が点灯される(ステップS12)。なお、前提として、この時点で光源ユニット42は、あらかじめ定められた始点位置に位置しているものとする。
When the setting of the workpiece is completed, the
次に、カメラ30が駆動され、撮像が行われる(ステップS13)。撮像により得られた画像データは、検査装置本体100に出力される。画像データは、検査装置本体100に取り込まれて、RAM102に格納される。
Next, the
次に、光源ユニット42の移動機構44が駆動され、光源ユニット42が、1ステップ分移動する(ステップS14)。この移動力(1ステップ分の移動距離)は、あらかじめ定められた距離である。
Next, the moving
次に、光源ユニット42が終端位置に到達したか否かが判定される(ステップS15)。終端位置は、光源ユニット42の可動範囲内で設定される。
Next, it is determined whether or not the
光源ユニット42が、終端位置に到達していないと判定されると、ステップS13に戻り、再度、撮像が行われる。撮像は、光源ユニット42が終端位置に到達するまで繰り返し行われる。このように、光源ユニット42を移動させながら、複数回撮像が行われる。これにより、照明の当たり方が変わりながら、ワークWが複数回撮像される。
If it is determined that the
光源ユニット42が、終端位置に到達したと判定されると、光源ユニット42がオフされ、照明光が消灯される(ステップS16)。
When it is determined that the
以上一連の工程でワークWの撮像が終了する。次いで、撮像により得られた画像データを用いて、光源ユニット42を最適な位置に設定する処理が行われる。
The imaging of the workpiece W is completed through the above series of steps. Next, using the image data obtained by imaging, a process of setting the
まず、撮像により得られた複数の画像データに対し、画像処理が施される(ステップS17)。画像処理は、照明光の当て方を変えることで生じる画像データの差異を強調する処理が行われる。具体的には、コントラストを強調する処理が行われる。 First, image processing is applied to a plurality of image data obtained by imaging (step S17). Image processing is performed to emphasize differences in image data caused by changing the way illumination light is applied. Specifically, processing for emphasizing contrast is performed.
次に、画像処理された複数の画像データに基づいて、最適な照明位置が決定される(ステップS18)。具体的には、欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる画像データを特定し、その画像データを撮像した際の光源ユニット42の位置を最適な照明位置として決定する。
Next, an optimum lighting position is determined based on the plurality of image data that have undergone image processing (step S18). Specifically, the image data in which the shadow contrast of the defect appears most clearly is specified, and the position of the
次に、光源ユニット42の移動機構44が駆動され、決定した最適な照明位置に光源ユニット42が移動する。
Next, the moving
以上一連の工程で最適な照明条件に設定される。すなわち、欠陥を検出するのに最適な位置(欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる位置)に光源ユニット42が設定される。この後、実際の検査が行われる。
Through the above series of steps, the optimal lighting conditions are set. That is, the
実際の検査は、次の手順で行われる。まず、検査対象のワークWをステージ20にセットする。次いで、光源ユニット42をオンして、ワークWに照明光を照射する。次に、カメラ30でワークWを撮像する。撮像により得られた画像データを用いて、欠陥の有無を検査する。なお、光源ユニット42は、常にオンした状態であってもよい。
The actual inspection is performed according to the following procedure. First, a workpiece W to be inspected is set on the
本実施の形態の表面検査装置1によれば、ワークWを斜めから撮像するので、微小な凹凸等の欠陥を良好に検出できる。また、照明光の当て方を変えられる(可変である)ことにより、最適な照明環境下で検査用の画像を撮像できる。また、本実施の形態の表面検査装置1によれば、撮像装置10において、ワークWの全体を被写界深度内に収めて1回で撮像できるので、効率よく検査できる。更に、本実施の形態の表面検査装置1によれば、撮像装置10において、ワークWに正対した画像を撮像できるので、画像の歪みを解消する処理等を行うことなく検査できる。
According to the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment, since the workpiece W is imaged obliquely, defects such as minute irregularities can be detected satisfactorily. In addition, by being able to change (variable) how to apply the illumination light, it is possible to pick up an image for inspection under an optimal illumination environment. Further, according to the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment, the
[変形例]
本実施の形態では、光源ユニット42を直線状に移動させているが、円弧状に移動させてもよい。これにより、主光線の向きも変えることができる。
[Modification]
Although the
また、照明光の光源部(光源ユニット42)の位置を変える場合、連続的に変える構成とすることもできるし、断続的に変える構成とすることもできる。被写体に照射する照明光の主光線の向きを変える場合も同様であり、連続的に変える構成とすることもできるし、断続的に変える構成とすることもできる。 Further, when changing the position of the light source section (light source unit 42) of the illumination light, it is possible to change the position continuously or intermittently. The same is true when changing the direction of the principal ray of the illumination light that irradiates the subject, and it is possible to change the direction continuously or intermittently.
光源ユニット42は、発光する照明光の強度を変えられるように構成してもよい。
The
また、上記実施の形態では、事前に照明位置を最適化して、ワークを検査する構成としているが、照明位置を変えながら連続的にワークを撮像し、得られた画像データを利用して、ワークを検査する構成とすることもできる。 In the above embodiment, the illumination position is optimized in advance and the workpiece is inspected. can also be configured to inspect.
[第2の実施の形態]
上記実施の形態の表面検査装置では、光源部(光源ユニット42)を移動させることにより、ワークに対する光源部の相対的な位置を変えて、照明光の当て方を変えている。
[Second embodiment]
In the surface inspection apparatus of the above-described embodiment, by moving the light source section (light source unit 42), the relative position of the light source section with respect to the work is changed, thereby changing the application of illumination light.
本実施の形態の表面検査装置では、光源部を複数配置し、点灯させる光源部を変えることにより、照明光の当て方を変える。 In the surface inspection apparatus of the present embodiment, a plurality of light source units are arranged, and by changing the light source units to be turned on, the application of illumination light is changed.
なお、照明装置以外の構成は、上記実施の形態の表面検査装置と同じなので、ここでは、照明装置の構成についてのみ説明する。 Since the configuration other than the illumination device is the same as that of the surface inspection device of the above embodiment, only the configuration of the illumination device will be described here.
図11は、本実施の形態の照明装置の側面図である。図12は、照明装置の平面図である。 FIG. 11 is a side view of the lighting device of this embodiment. FIG. 12 is a plan view of the lighting device.
照明装置40は、複数の光源ユニット42a~42jを有する。各光源ユニット42a~42jの構成は、上記第1の実施の形態の照明装置40の光源ユニット42と同じである。すなわち、複数の発光素子43aをライン状に配置したライン状の光源43を有する。
The
光源ユニット42a~42jは、ステージ20の上方に配置され、かつ、y軸に沿って一定の間隔で配置される。各光源ユニット42a~42jは、主光線の向きがワーク載置面20aに対して垂直に設定される。したがって、ワークWに対して垂直に照明光を照射する。
The
各光源ユニット42a~42jは、その光源43の発光が個別に制御される。発光の制御は、表面検査装置本体で行われる。すなわち、照明制御部112によって、その光源43の発光が個別に制御される。
Light emission of the
以上の構成の照明装置40によれば、点灯させる光源ユニット42a~42jを変えることにより、ステージ20に載置されたワークWに対して、照明光の当て方を変えることができる。
According to the
最適な照明条件を決定する場合は、次の手順で行われる。まず、順番に光源ユニット42a~42jを点灯させて照明位置決定用のワークを撮像する。得られた画像データの中から欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる画像データを特定する。その画像データを撮像した際に点灯した光源ユニット42a~42jの位置を最適な照明位置として決定する。
The following procedure is used to determine the optimum lighting conditions. First, the
なお、複数の光源ユニット42a~42jは、組み合わせて点灯させてもよい。すなわち、光源ユニット42a~42jは、必ずしも1つだけを点灯させるのではなく、一度に複数の光源ユニット42a~42jを点灯さて使用する構成としてもよい。欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる条件を特定して、点灯させることが好ましい。
Note that the plurality of
また、本実施の形態においても、撮像により得られた画像データに対し、適宜画像処理を行って、最適な照明条件を決定することが好ましい。 Also in the present embodiment, it is preferable to appropriately perform image processing on image data obtained by imaging to determine the optimum lighting conditions.
[変形例]
図13は、本実施の形態の照明装置の変形例を示す側面図である。
[Modification]
FIG. 13 is a side view showing a modification of the lighting device of this embodiment.
同図に示すように、本例の照明装置40は、複数の光源ユニット42a~42jが円弧状に配置される。このように、複数の光源ユニット42a~42jを円弧状に配置することにより、照明光の光源部の位置を変えると同時に、照明光の主光線の向きを変えて、照明光を照射できる。
As shown in the figure, in the
[第3の実施の形態]
本実施の形態の表面検査装置も照明装置の構成が、上記第1の実施の形態の表面検査装置と相違する。本実施の形態の照明装置は、点状又は面状の光源部をマトリクス状に配置し、点灯させる光源部を変えることにより、ワークに対する光源部の相対的な位置を変えて、照明光の当て方を変える。
[Third embodiment]
The surface inspection apparatus of this embodiment also differs from the surface inspection apparatus of the first embodiment in the configuration of the illumination device. In the illumination device of the present embodiment, point-like or planar light source units are arranged in a matrix, and the relative position of the light source unit with respect to the workpiece is changed by changing the light source unit to be lit. change direction.
なお、照明装置以外の構成は、上記実施の形態の表面検査装置と同じなので、ここでは、照明装置の構成についてのみ説明する。 Since the configuration other than the illumination device is the same as that of the surface inspection device of the above embodiment, only the configuration of the illumination device will be described here.
図14は、本実施の形態の照明装置の平面図である。 FIG. 14 is a plan view of the illumination device of this embodiment.
照明装置40は、複数の光源ユニット42[ij](i=1、2、…、j=1、2、…)を有する。各光源ユニット42[ij]は、点状の光源を有する。本実施の形態では、複数の発光素子43aが集合的に配置されて、点状の光源43が構成される。
The
複数の光源ユニット42[ij]は、ワーク載置面20aと平行な面(xy平面)に沿って、マトリクス状に配置される。各光源ユニット42[ij]は、それぞれ主光線の向きがワーク載置面20aに対して垂直に設定される。したがって、各光源ユニット42[ij]は、ワークWに対して垂直に照明光を照射する。
The plurality of light source units 42[ij] are arranged in a matrix along a plane (xy plane) parallel to the
各光源ユニット42[ij]は、その光源43の発光が個別に制御される。発光の制御は、表面検査装置本体で行われる。すなわち、照明制御部112によって、その光源43の発光が個別に制御される。
Light emission of the
最適な照明条件を決定する場合は、次の手順で行われる。まず、順番に光源ユニット42[ij]を点灯させて照明位置決定用のワークを撮像する。得られた画像データの中から欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる画像データを特定する。その画像データを撮像した際に点灯した光源ユニット42[ij]の位置を最適な照明位置として決定する。 The following procedure is used to determine the optimum lighting conditions. First, the light source units 42[ij] are turned on in order to pick up an image of the work for determining the illumination position. Image data in which the shadow contrast of the defect appears most clearly is specified from the obtained image data. The position of the light source unit 42[ij] that was lit when the image data was captured is determined as the optimum illumination position.
なお、複数の光源ユニット42[ij]は、組み合わせて点灯させてもよい。たとえば、列単位又は行単位で光源ユニット42aを点灯させて使用してもよい。
Note that the plurality of light source units 42[ij] may be combined and lit. For example, the
[変形例]
本実施の形態の照明装置についても、複数の光源ユニットを円弧状に配置した構成を採用できる。特に、本実施の形態の照明装置については、ドーム状に配置した構成を採用できる。すなわち、半球状の面に複数の光源ユニットをマトリクス状に配置した構成を採用できる。
[Modification]
A configuration in which a plurality of light source units are arranged in an arc shape can also be adopted for the illumination device of the present embodiment. In particular, for the illumination device of this embodiment, a dome-shaped arrangement can be employed. That is, a configuration in which a plurality of light source units are arranged in a matrix on a hemispherical surface can be adopted.
[第4の実施の形態]
本実施の形態の表面検査装置も照明装置の構成が、上記第1の実施の形態の表面検査装置と相違する。本実施の形態の照明装置は、光源部の主光線の向きを変えて、ワークに対する照明光の当て方を変える。
[Fourth Embodiment]
The surface inspection apparatus of this embodiment also differs from the surface inspection apparatus of the first embodiment in the configuration of the illumination device. The illumination device of the present embodiment changes the direction of the principal ray of the light source unit to change how the illumination light is applied to the workpiece.
なお、照明装置以外の構成は、上記実施の形態の表面検査装置と同じなので、ここでは、照明装置の構成についてのみ説明する。 Since the configuration other than the illumination device is the same as that of the surface inspection device of the above embodiment, only the configuration of the illumination device will be described here.
図15は、本実施の形態の照明装置の側面図である。図16は、本実施の形態の照明装置の平面図である。 FIG. 15 is a side view of the lighting device of this embodiment. FIG. 16 is a plan view of the illumination device of this embodiment.
本実施の形態の照明装置40は、光源ユニット42が、首振り可能に設けられ、光源ユニット42の向きを変えることにより、主光線の向きを変えて、照明光の当て方を変える。
In the
本実施の形態の照明装置40は、光源ユニット42と、その光源ユニット42の首振り機構50と、を有する。
A
光源ユニット42の構成は、上記第1の実施の形態の照明装置40の光源ユニット42と同じである。すなわち、複数の発光素子43aをライン状に配置したライン状の光源43を有する。
The configuration of the
首振り機構50は、光源ユニット42を揺動自在(首振り自在)に支持する支持部と、光源ユニット42を揺動させる揺動駆動部と、を有する。支持部は、光源ユニット42の両端に備えられた軸52と、その軸52を支持する軸受54と、で構成される。揺動駆動部は、軸52を回転駆動するモータ56で構成される。モータ56は、正逆回転可能に構成される。モータ56で軸52を回転させると、その回転量に応じて光源ユニット42が傾斜する。これにより、光源ユニット42から照射される照明光の向き(主光線の向き)が切り替わる。
The swinging mechanism 50 has a support section that swingably supports the light source unit 42 (swingable) and a swing driving section that swings the
以上の構成の照明装置40によれば、光源ユニット42の角度を変えることにより、光源ユニット42から照射される照明光の向き(主光線の向き)が変わり、ワークに対する照明光の当たり方が変わる。
According to the
最適な照明条件を決定する場合は、次の手順で行われる。まず、光源ユニット42の角度を変えながら、角度決定用のワークを撮像する。角度決定用のワークは、照明位置決定用のワークと同じである。得られた画像データの中から欠陥の影のコントラストが最もはっきりと現れる画像データを特定する。その画像データを撮像した際の角度を最適な照明角度(光源ユニット42の角度)として決定する。
The following procedure is used to determine the optimum lighting conditions. First, while changing the angle of the
[変形例]
本実施の形態では、一定位置からワークに照明光を照射する構成としているが、照射位置を変えられるようにしてもよい。すなわち、上記第1の実施の形態の照明装置のように、光源ユニットの位置を変えられるようにしてもよい。この場合、光源ユニットを直線状に移動させる構成としてもよいし、円弧上に移動させる構成としてもよい。
[Modification]
In this embodiment, the illumination light is applied to the workpiece from a fixed position, but the irradiation position may be changed. That is, the position of the light source unit may be changed as in the illumination device of the first embodiment. In this case, the light source unit may be moved linearly or may be moved in an arc.
[第5の実施の形態]
本実施の形態の表面検査装置も照明装置の構成が、上記第1の実施の形態の表面検査装置と相違する。照明装置以外の構成は、上記実施の形態の表面検査装置と同じなので、ここでは、照明装置の構成についてのみ説明する。
[Fifth Embodiment]
The surface inspection apparatus of this embodiment also differs from the surface inspection apparatus of the first embodiment in the configuration of the illumination device. Since the configuration other than the illumination device is the same as that of the surface inspection device of the above embodiment, only the configuration of the illumination device will be described here.
図17は、本実施の形態の照明装置の側面図である。 FIG. 17 is a side view of the lighting device of this embodiment.
本実施の形態の照明装置は、上記第2の実施の形態の照明装置(図12及び図13参照)において、個々の光源ユニット42a~42jの向きを変更可能としたものである。個々の光源ユニット42a~42jは、支持部及び揺動駆動部を首振り可能(揺動可能)に支持される。
The illumination device of the present embodiment differs from the illumination device of the second embodiment (see FIGS. 12 and 13) in that the directions of the individual
本実施の形態の照明装置40によれば、点灯させる光源ユニット42a~42jを変えることにより、ワークに対する照明光の光源の位置を変えることができる。また、点灯させた光源ユニット42a~42jの向き(角度)を変えることにより、ワークに照射する照明光の主光線の向きを変えることができる。
According to the
このように、本実施の形態の照明装置では、照明光の光源部の位置と主光線の向きの両方を調整できる。これにより、より細やかな照明の設定が可能になる。 Thus, in the illumination device of this embodiment, both the position of the light source section of the illumination light and the direction of the principal ray can be adjusted. This allows for more detailed lighting settings.
[変形例]
点状又は面状の光源ユニットをマトリクス状に配置する場合についても、個々の光源ユニットの角度を変えられるようにしてもよい。すなわち、ここの光源ユニットを首振り可能に構成してもよい。この場合、一方向だけでなく多方向に首振り可能とすることが好ましい。
[Modification]
Even when point-like or planar light source units are arranged in a matrix, the angle of each light source unit may be changed. That is, the light source unit here may be configured to be swingable. In this case, it is preferable that the head can be swung not only in one direction but also in multiple directions.
[第6の実施の形態]
図18は、本実施の形態の表面検査装置の概略構成を示す図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a surface inspection apparatus according to this embodiment.
本実施の形態の表面検査装置1は、ステージ20の回転機構を備え、ステージ20が回転する。ステージ以外の構成は、上記第1の実施の形態の表面検査装置1と同じである。したがって、以下においては、ステージ20の構成、及び、ステージ20が回転することの作用効果についてのみ説明する。
The surface inspection apparatus 1 of this embodiment includes a rotation mechanism for the
図18に示すように、ステージ20は、中央に回転軸22を有し、その回転軸22が軸受24を介して、ステージ20の設置部に回転自在に支持される。回転軸22には、モータ26が連結される。このモータ26を駆動することにより、ステージ20が回転する。
As shown in FIG. 18, the
本実施の形態の表面検査装置1によれば、複数の方向からワークWを撮像して、ワークWを検査できる。具体的には、まず、第1の方向からワークWを撮像して、1回目の検査を実施する。その後、ステージ20を180°回転させて、第2の方向からワークを撮像し、2回目の検査を実施する。このように、本実施の形態の表面検査装置1によれば、ワークWをステージ20に載せたまま、異なる方向からワークWを複数回撮像して、複数回検査できる。これにより、より正確な検査ができる。
According to the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment, the workpiece W can be inspected by imaging the workpiece W from a plurality of directions. Specifically, first, the workpiece W is imaged from the first direction, and the first inspection is performed. After that, the
[第7の実施の形態]
図19は、本実施の形態の表面検査装置の概略構成を示す図である。
[Seventh embodiment]
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of a surface inspection apparatus according to this embodiment.
本実施の形態の表面検査装置1は、ワークWを撮像するカメラ30a、30bを複数台有する。カメラ30a、30bを複数台有する点以外は、上記第1の実施の形態の表面検査装置1と同じである。したがって、以下においては、カメラの配置及びカメラを複数台有することによる作用効果についてのみ説明する。
The surface inspection apparatus 1 of this embodiment has a plurality of
図20は、カメラの配置を示す斜視図である。 FIG. 20 is a perspective view showing the arrangement of cameras.
本実施の形態の表面検査装置1は、2台のカメラ30a、30b(第1のカメラ30a及び第2のカメラ30b)を有する。各カメラ30a、30bの構成は、上記第1の実施の形態のカメラ30と同じである。
The surface inspection apparatus 1 of this embodiment has two
2台のカメラ30a、30bは、矩形状を有するステージ20の対向する辺に配置される。具体的には、図20に示すように、第1のカメラ30aは、ステージ20の図中右側の辺の中央に配置され、第2のカメラ30bは、図中左側の辺の中央に配置される。第1のカメラ30aは、図19に示すように、右斜め上方向からワークWを撮像する。第2のカメラ30bは、図19に示すように、左斜め上方向からワークWを撮像する。第1のカメラ30a及び第2のカメラ30bは、共に同じ範囲(実質的に同じと認められる範囲を含む)を撮像する。すなわち、第1のカメラ30a及び第2のカメラ30bは、撮像範囲が重複して設定される。本実施の形態では、ワーク載置面20aが撮像範囲として設定される。
The two
以上のように構成される本実施の形態の表面検査装置1によれば、1度に複数の方向からワークWを撮像できる。これにより、効率よくワークWを検査できる。 According to the surface inspection apparatus 1 of this embodiment configured as described above, the workpiece W can be imaged from a plurality of directions at once. Thereby, the workpiece W can be efficiently inspected.
図21は、本実施の形態の表面検査装置の変形例を示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing a modification of the surface inspection apparatus of this embodiment.
本例は、4台のカメラ30a~30dを使用する例である。各カメラ30a~30dは、矩形状のステージ20の各辺に配置される。これにより、1度に4方向からワークを撮像できる。更に複数台のカメラを使用することもできる。
This example is an example using four
[第8の実施の形態]
上記実施の形態では、照明装置側において、光源部の向き(主光線の向き)、及び/又は、光源部の位置を変えることで、照明光の当て方を変える構成としている。
[Eighth Embodiment]
In the above embodiment, the direction of the light source section (the direction of the principal ray) and/or the position of the light source section is changed on the side of the lighting device, thereby changing the application of the illumination light.
本実施の形態では、照明装置側は一定位置から照明光を照射する構成とし、ステージ及びカメラを連動して動かして、照明光の当て方を変える。 In this embodiment, the illumination device is configured to irradiate illumination light from a fixed position, and the stage and camera are moved in conjunction with each other to change the application of illumination light.
図22は、本実施の形態の撮像装置の構成を示す概略図である。 FIG. 22 is a schematic diagram showing the configuration of the imaging device of this embodiment.
同図に示すように、ステージ20及びカメラ30は、同じベースフレーム60の上に設置される。ベースフレーム60は、矩形の平板形状を有し、y軸方向の一端にx軸と平行な軸62を有する。ベースフレーム60は、その軸62を介して軸受64に揺動自在に支持される。ベースフレーム60は、y軸方向の他端が、シリンダ66で支持される。ベースフレーム60は、シリンダ66のシャフトを伸縮させることにより、軸62を中心に揺動する。これにより、ステージ20及びカメラ30が連動して傾斜する。すなわち、ステージ20及びカメラ30が一体となって傾斜する。シリンダ66は、駆動部の一例である。なお、本実施の形態のステージ20には、ワークWを吸着保持する機構(真空吸着機構、静電吸着機構等)が備えられる。
As shown in the figure, the
照明装置40は、ステージ上のワークに対して、一定位置から照明光を照射する。本実施の形態では、図22に示すように、光源ユニット42が、ステージ20の左斜め上の位置に設置され、左斜め上のから斜めに照明光を照射する。光源ユニット42の構成は、上記第1の実施の形態の照明装置40の光源ユニット42と同じである。
The
以上のように構成される本実施の形態の表面検査装置1によれば、シリンダ66を駆動して、ベースフレーム60を傾斜させると、ステージ20及びカメラ30が連動して傾斜する。これにより、光源ユニット42から照射される照明光の当たり方が変わる。最適な傾斜角度を特定し、その角度でワークの検査を実施する。
According to the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment configured as described above, when the
このように、ステージ20及びカメラ30を連動して動かして、照明光の当て方を変える構成とすることもできる。
In this manner, the
なお、本実施の形態では、ステージ20及びカメラ30を連動して傾斜させて、照明光の当て方を変える構成としているが、この他、ステージ20及びカメラ30を連動して移動させて、照明光の当て方を変える構成とすることもできる。
In the present embodiment, the
また、上記実施の形態では、一方向にのみ傾斜させているが、多方向に傾斜させて、照明光の当て方を変える構成としてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the light is tilted in only one direction, but it may be tilted in multiple directions to change the way the illumination light is applied.
また、上記実施の形態では、一定位置から照明光を照射する構成としているが、照明装置側も移動又は傾斜できる構成としてもよい。 Further, in the above embodiment, illumination light is emitted from a fixed position, but the illumination device may also be moved or tilted.
[その他の実施の形態]
[検査対象]
上記実施の形態では、枚葉のワークを検査する場合を例に説明したが、帯状のワークを検査する場合にも本発明は適用できる。
[Other embodiments]
[Inspection target]
In the above embodiment, the case of inspecting a single-wafer workpiece has been described as an example, but the present invention can also be applied to the case of inspecting a strip-shaped workpiece.
図23は、帯状のワークを検査する場合の撮像装置の構成の一例を示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing an example of the configuration of an imaging device for inspecting a strip-shaped work.
帯状のワークWは、水平な姿勢で一方向に一定の速度で連続的に搬送される(たとえば、ロールツーロール方式で搬送される。)。 A strip-shaped workpiece W is horizontally oriented and continuously transported in one direction at a constant speed (for example, transported by a roll-to-roll method).
カメラ30は、ワークWの表面と同じ高さの位置に設置され、ワークWの表面(画像取得面)が合焦面に設定される。カメラ30の撮像範囲PAは、ワークWの幅方向(搬送方向と直交する方向)の全域が一度に撮像できる範囲に設定されることが好ましい。
The
検査の際は、照明装置40を最適な照明状態に設定して、ワークWを撮像する。撮像は、ワークWの搬送に同期して行われ、搬送方向の一部をオーバーラップさせながら連続的にワークWを撮像する。
At the time of inspection, the
また、上記実施の形態では、シート状のワークの表面を検査する場合を例に説明したが、本発明の表面検査装置は、立体物の表面を検査する場合にも適用できる。この場合、検査対象とする面に合わせて合焦面が設定される。 Further, in the above embodiment, the case of inspecting the surface of a sheet-like work has been described as an example, but the surface inspection apparatus of the present invention can also be applied to the case of inspecting the surface of a three-dimensional object. In this case, the focal plane is set according to the plane to be inspected.
[カメラ]
カメラについては、焦点調節機構を備えてもよい。この場合、たとえば、結像光学系の全体を光軸Zに沿って全体移動させて、焦点調節を行う。あるいは、撮像素子33を光軸に沿って前後移動させて、焦点調節を行う。
[camera]
The camera may be provided with a focusing mechanism. In this case, for example, the entire imaging optical system is moved along the optical axis Z to adjust the focus. Alternatively, focus adjustment is performed by moving the
[照明装置]
上記実施の形態では、光源としてLEDを使用する場合を例に説明したが、光源の種類は、これに限定されるものではない。光源は、検査対象等に応じて、適宜選択できる。
[Lighting device]
In the above embodiments, the case of using an LED as a light source has been described as an example, but the type of light source is not limited to this. The light source can be appropriately selected according to the object to be inspected or the like.
1 表面検査装置
10 撮像装置
20 ステージ
20a ワーク載置面
22 回転軸
24 軸受
26 モータ
30 カメラ
30a~30d カメラ
31 筐体
31a 撮像窓
32 結像光学系
33 撮像素子
40 照明装置
42 光源ユニット
42a~42j 光源ユニット
42[ij] 光源ユニット
43 光源
43a 発光素子
44 移動機構
46a ガイドレール
46b スライダ
48a 送りネジ
48b モータ
48c ナット
50 首振り機構
52 軸
54 軸受
56 モータ
60 ベースフレーム
62 軸
64 軸受
66 シリンダ
100 検査装置本体
101 CPU
102 RAM
103 ROM
104 HDD
106 表示部
107 入出力インターフェース
108 通信部
111 カメラ制御部
112 照明制御部
113 画像入力部
114 画像処理部
115 照明条件決定部
116 検査部
117 表示制御部
118 記録制御部
119 通信制御部
A 光軸の近傍の光束
B 最大画角の光束
C1 接合レンズ
GF 光学系の前群
GR 光学系の後群
I 中間像
L1 レンズ(第1レンズ)
L2 レンズ(第2レンズ)
L3 レンズ(第3レンズ)
L4 レンズ(第4レンズ)
L5 レンズ(第5レンズ)
L6 レンズ(第6レンズ)
L7 レンズ(第7レンズ)
M1 ミラー
Obj 物体面
PA 撮像範囲
RO 光学系
Sim 結像面
St 開口絞り
SI1~SI3 ワークの撮像画像に写るワーク表面の欠陥
W ワーク
WI1 ワークの撮像画像
WI2 ワークの撮像画像
WI3 ワークの撮像画像
WI4 ワークの撮像画像
Ymax 最大像高
Z 光軸
S11~S18 最適な照明位置を決定する処理の手順
1
102 RAMs
103 ROMs
104 HDDs
106
L2 lens (second lens)
L3 lens (third lens)
L4 lens (fourth lens)
L5 lens (fifth lens)
L6 lens (6th lens)
L7 lens (7th lens)
M1 Mirror Obj Object plane PA Imaging range RO Optical system Sim Imaging plane St Aperture stop SI1 to SI3 Work surface defect W Work WI1 Work image WI2 Work image WI3 Work image WI4 Work Captured image Ymax Maximum image height Z Optical axis S11 to S18 Procedure for determining the optimum illumination position
Claims (10)
円弧状に配置された複数の光源部を備え、点灯させる前記光源部を変えて、前記被写体に照射する照明光の前記光源部の位置を変えることができる照明部と、
を備えた撮像装置。 an imaging unit that includes an imaging optical system whose image acquisition plane is a focal plane, and acquires image data by obliquely imaging a subject within an imaging range while keeping the subject within the depth of field;
an illumination unit including a plurality of light source units arranged in an arc shape, and capable of changing the position of the light source unit of the illumination light to irradiate the subject by changing the light source unit to be lit;
imaging device.
請求項1に記載の撮像装置。 The illumination unit further includes a swing mechanism for the light source unit, and the swing mechanism can change the direction of the light source unit to change the direction of the principal ray of the illumination light.
The imaging device according to claim 1 .
前記画像処理部は、前記照明光の前記光源部の位置を変えることで生じる前記画像データの差異を強調する処理を行う、
請求項1に記載の撮像装置。 further comprising an image processing unit that performs image processing on the image data,
The image processing unit performs processing for emphasizing a difference in the image data caused by changing the position of the light source unit of the illumination light.
The imaging device according to claim 1 .
前記画像処理部は、前記照明光の主光線の向き及び/又は前記照明光の前記光源部の位置を変えることで生じる前記画像データの差異を強調する処理を行う、
請求項2に記載の撮像装置。 further comprising an image processing unit that performs image processing on the image data,
The image processing unit performs processing for emphasizing the difference in the image data caused by changing the direction of the principal ray of the illumination light and/or the position of the light source unit of the illumination light.
The imaging device according to claim 2 .
請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。 A plurality of the light source units are arranged in a matrix,
The imaging device according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 A plurality of the imaging units in which the imaging ranges are set to overlap,
The imaging device according to any one of claims 1 to 5 .
前記保持部の回転機構と、
を更に備えた請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。 a holding unit that holds the subject;
a rotation mechanism for the holding part;
The imaging device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising:
請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging optical system of the imaging unit has, in order from the object side, one mirror having positive power and an optical system having positive power and comprising a plurality of lenses, the mirror and the optical system. forming an intermediate image between
The imaging device according to any one of claims 1 to 7 .
請求項8に記載の撮像装置。 The mirror and the optical system have a common optical axis and have a rotationally symmetrical shape with the optical axis as a rotation axis,
The imaging device according to claim 8 .
前記撮像部で取得される前記画像データを用いて、ワークの表面を検査する検査部と、
を備えた表面検査装置。 an imaging device according to any one of claims 1 to 9 ;
an inspection unit that inspects the surface of a workpiece using the image data acquired by the imaging unit;
surface inspection equipment.
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