JPH08313451A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屋外で手軽に使用でき、通常の可視光以外に
レーザ光，赤外線も用いることができて劣化予測等の基
礎データが得られる表面検査装置を提供する。 【構成】 半導体プロセスで製造した、ガルバノメータ
原理で動作するガルバノミラー１０１，光検出器１０３
によって、検査対象１０２の表面を走査する。 【効果】 半導体プロセスで製造した素子１０１，１０
３を用いているので、装置を小型にでき、屋外で手軽に
使用できる。また画像データが得られるので、過去の同
一個所での画像データと比較し、劣化予測ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査対象をレーザ光等
で照射し、レーザ光等の反射像により検査対象表面の微
細欠陥を検出する表面検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、検査対象表面をレーザ光で走査し
微細欠陥を検出する表面検査装置としては、図１４に示
す構成のものがある。

【０００３】図１４において、半導体レーザ１４０でレ
ーザ光を発生し、このレーザ光を振動ミラー１４１で振
り、反射ミラー１４２で検査対象１４３へ反射し、その
表面を走査する。検査対象１４３の表面で反射したレー
ザ光は反射ミラー１４４で光検出器１４５へ反射され、
光検出器１４５で電気信号に変換され、信号処理装置１
４６へ送られる。検査対象１４３は不図示の移送装置に
より矢印方向に移送される。

【０００４】信号処理装置１４６では、光検出器１４５
からの信号を内蔵のフレームメモリに一旦記憶する。フ
レームメモリに記憶された画像はコントラスト補正，ブ
ライトネス補正等の所要の画像処理を行った後、表示部
に表示される。

【０００５】このように、従来のレーザ光を用いる表面
検査装置は、走査部が大型のためすえ置き形であり、工
場のライン等で使用されている。

【０００６】この種の表面検査装置は、屋外で手軽に使
用できないため、屋外では目視検査が行われている。た
とえば、ＪＲ新幹線の橋梁検査では、目視検査が行われ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような目視検査
は、可視光のみの検査であり熟練を要する。また、目視
検査は、結果を画像データとして保存しておけず、経時
変化を見つけることが難しく、き裂等のはっきりした兆
候が現われるまでは検査対象の欠陥を発見することがで
きない。

【０００８】また、前述の橋梁検査の本来の目的は、列
車運行上の安全性が保てるかどうかの判定にある。した
がって、き裂等が目視で発見される前に、劣化が予測で
きれば安全性が飛躍的に高まるが、そのための適当な表
面検査装置がない。

【０００９】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、屋外で手軽に使用でき、通常の可視光以外に
レーザ光，赤外線等を用いることができて劣化予測等の
基礎データの得られる表面検査装置を提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、ガルバノミラー形式の走査素子を用
い、またこの走査素子に半導体製造プロセスで製造でき
るものを用いるものである。

【００１１】詳しくは、本発明は表面検査装置を次の
（１）〜（４）のとおりに構成するものである。

【００１２】（１）発光素子と、この発光素子で発生し
た光を１次元または２次元に振りながら検査対象へ反射
するガルバノミラーと、このガルバノミラーと同期して
光軸を１次元または２次元に振りながら、前記検査対象
で反射された前記光を検出する光検出器とを備えた表面
検査装置。

【００１３】（２）ガルバノミラーは、半導体基板に一
体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対
し揺動自在に軸支するトーションバーと、前記可動板の
周縁部に設けた駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界
を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成したミラー
とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生
する力により前記可動板を駆動して前記ミラーの光軸方
向を可変するものであり、光検出器は、半導体基板に一
体形成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対
し揺動自在に軸支するトーションバーと、前記可動板の
周縁部に設けた駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界
を与える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光検出
素子とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより
発生する力により前記可動板を駆動して前記光検出素子
の光軸方向を可変するものである前記（１）記載の表面
検査装置。

【００１４】（３）ガルバノミラーは、半導体基板に一
体形成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導
体基板に対し揺動自在に軸支する第１のトーションバー
と、前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内
側可動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、
前記第１のトーションバーと軸方向が直交する第２のト
ーションバーとを備えた構成であって、前記外側可動板
の周縁部に設けた第１の駆動コイルと、前記内側可動板
の周縁部に設けた第２の駆動コイルと、前記第１の駆動
コイルに静磁界を与える第１の磁界発生手段と、前記第
２の駆動コイルに静磁界を与える第２の磁界発生手段
と、前記内側可動板に形成したミラーとを備え、前記第
１の駆動コイル，第２の駆動コイルに電流を流すことに
より発生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆
動して前記ミラーの光軸方向を可変するものであり、光
検出器は、半導体基板に一体形成した、外側可動板と、
この外側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支
する第１のトーションバーと、前記外側可動体の内側に
ある内側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に
対し揺動自在に軸支する、前記第１のトーションバーと
軸方向が直交する第２のトーションバーとを備えた構成
であって、前記外側可動板の周縁部に設けた第１の駆動
コイルと、前記内側可動板の周縁部に設けた第２の駆動
コイルと、前記第１の駆動コイルに静磁界を与える第１
の磁界発生手段と、前記第２の駆動コイルに静磁界を与
える第２の磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した
光検出素子とを備え、前記第１の駆動コイル，第２の駆
動コイルに電流を流すことにより発生する力により前記
外側可動板，内側可動板を駆動して前記光検出素子の光
軸方向を可変するものである前記（１）記載の表面検査
装置。

【００１５】（４）駆動コイルと電磁結合する検出コイ
ルを設け、前記検出コイルの出力により駆動コイルへの
付勢をフィードバック制御する前記（２）または（３）
記載の表面検査装置。

【００１６】

【作用】前記（１）〜（４）の構成により、光発光素子
で発生した光は、ガルバノミラーで検査対象へ反射さ
れ、検査対象表面で反射した光は光検出器で検出され
る。前記（２）〜（４）の構成では、光による走査は、
半導体基板に一体に形成した、トーションバーで支えら
れる可動板の振動により行われる。前記（４）の構成で
は、検出コイルで可動板の振動状態が検出され、可動板
の駆動コイルのフィードバック制御が行われる。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。

【００１８】（実施例１）図１は実施例１である“表面
検査装置”の概略的構成を示す図である。図１におい
て、１０５は表面検査装置で、検査対象１０２の表面と
平行に矢印１０６方向（Ｙ軸方向、副走査方向）に、不
図示の装置で移動される。半導体レーザ１００で発生し
たレーザ光１０８は、後で詳しく説明するガルバノミラ
ー１０１で検査対象１０２方向に反射される。このとき
ガルバノミラー１０１は矢印１０７方向（Ｘ軸方向、主
走査方向）にレーザ光１０８を振り、検査対象１０２の
表面をＸ軸方向に走査する。検査対象１０２の表面で反
射したレーザ光１０８は、ガルバノミラー１０１と同期
して光軸を振る光検出器１０３で受光され、電気信号に
変換される。半導体レーザ１００の発光タイミング、ガ
ルバノミラー１０１，光検出器１０３の駆動状態は制御
装置１０４により制御される。光検出器１０３の出力は
制御装置１０４内のフレームメモリに一旦記憶される。

【００１９】図２は本実施例のブロック図である。発振
器２０の出力は、分周器２１で分周され、マイクロコン
ピュータ（以下マイコンという）２６により利得制御さ
れる増幅器２２を介して、ガルバノミラー１０１の反射
ミラーを設けた可動板を駆動する駆動コイル２３に供給
される。可動板の変位（傾き）は検出コイル２４で検出
され、Ａ−Ｄコンバータ２５でデジタルデータとしマイ
コン２６に供給され、ここで分周器２１の出力に同期し
た基準値と比較し、比較出力により増幅器２２の利得が
制御されて反射ミラーの変位はフィードバック制御され
る。

【００２０】分周器２１の出力はまた、マイコン２６で
利得される増幅器２７を介して、光検出器１０３の光検
出素子を設けた可動板を駆動する駆動コイル２８に供給
される。可動板の変位は検出コイル２９で検出され、Ａ
−Ｄコンバータ３０でデジタルデータとしマイコン２６
に供給され、ここで分周器２１の出力に同期した基準値
と比較され、比較出力により増幅器２７の利得が制御さ
れて光検出素子１０３の変位はフィードバック制御され
る。

【００２１】光検出器１０３の光検出素子であるフォト
ダイオード３１の出力は、マイコン２６で指示するタイ
ミングで取り込まれ、増幅器３２，Ａ−Ｄコンバータ３
３を介して画像データ出力部３４のフレームメモリに記
憶される。所定のフレーム数記憶すると、マイコン２６
の指示により外部の記憶装置たとえばミニディスクに転
送される。このようにして外部の記憶装置に書き込まれ
た画像データは、保存されている同一場所の過去の画像
データと比較され、経時変化が抽出される。この変化を
データベース化することにより将来の劣化判断の基礎デ
ータとする。このような基礎データをデータベース化す
ることにより、画像処理によってき裂等の劣化予測が可
能となり、例えば新幹線の橋梁の構造体の安全性が予測
可能となる。

【００２２】図３，図４はガルバノミラー１０１の構成
を示す図である。このガルバノミラーは、検流計（ガル
バノメータ）と同じ原理で回動動作するものである。な
お、図３，図４で判り易くするため大きさを誇張して示
している。後述の図５，図８，図９，図１０，図１１に
ついても同様である。

【００２３】図３及び図４において、ガルバノミラー１
０１は、半導体基板であるシリコン基板２の上下面に、
それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる上側及び下
側絶縁基板としての平板状の上側及び下側ガラス基板
３，４を接合した３層構造となっている。前記上側ガラ
ス基板３は、後述する可動板５上部分を開放するようシ
リコン基板２の左右端（図３における）に積層されてい
る。

【００２４】前記シリコン基板２には、平板状の可動板
５と、この可動板５の中心位置でシリコン基板２に対し
て基板上下方向に揺動可能に可動板５を軸支するトーシ
ョンバー６とが半導体製造プロセスにおける異方性エッ
チングによって一体形成されている。従って、可動板５
及びトーションバー６もシリコン基板２と同一材料から
なっている。前記可動板５の上面周縁部には、可動板５
駆動用の駆動電流と、この駆動電流に重畳する変位角検
出用の検出用電流とを流すための銅薄膜からなる平面コ
イル７が、絶縁被膜で覆われて設けられている。前記検
出用電流は、下側ガラス基板４に後述するように設けら
れる検出コイル１２Ａ，１２Ｂとの相互インダクタンス
に基づいて可動板５の変位を検出するためのものであ
る。

【００２５】ここで、コイルは抵抗分によってジュール
熱損失があり、抵抗の大きな薄膜コイルを平面コイル７
として高密度に実装すると発熱により駆動力が制限され
ることから、ここでは、公知の電解メッキによる電鋳コ
イル法によって前記平面コイル７を形成してある。電鋳
コイル法は、基板上にスパッタで薄いニッケル層を形成
し、このニッケル層の上に銅電解めっきを行って銅層を
形成し、コイルに相当する部分を除いて銅層及びニッケ
ル層を除去することで、銅層とニッケル層からなる薄膜
の平面コイルを形成するもので、薄膜コイルを低抵抗で
高密度に実装できる特徴があり、マイクロ磁気デバイス
の小型化・薄型化に有効である。

【００２６】また、可動板５の平面コイル７で囲まれた
上面中央部には、反射ミラー８が公知の手法で形成され
ている。更に、シリコン基板２のトーションバー６の側
方上面には、平面コイル７とトーションバー６の部分を
介して電気的に接続する一対の電極端子９，９が設けら
れており、この電極端子９，９は、シリコン基板２に電
鋳コイル法による平面コイル７と同時に形成される。

【００２７】上側及び下側ガラス基板３，４の左右側
（図３における）には、前記トーションバー６の軸方向
と平行な可動板５の対辺の平面コイル７部分に磁界を作
用させる、互いに対をなす円形状の永久磁石１０Ａ，１
０Ｂと１１Ａ，１１Ｂが設けられている。上下の互いに
対をなす各３個づつの永久磁石１０Ａ，１０Ｂは、上下
の極性が同じとなるよう、例えば図４に示すように、下
側がＮ極、上側がＳ極となるよう設けられている。ま
た、他方の各３個づつの永久磁石１１Ａ，１１Ｂも、上
下の極性が同じとなるよう、例えば図４に示すように、
下側がＳ極、上側がＮ極となるよう設けられている。そ
して、上側ガラス基板３側の永久磁石１０Ａと１１Ａ及
び下側ガラス基板４側の永久磁石１０Ｂと１１Ｂは、図
４からも判るように、互いに上下の極性が反対となるよ
うに設けられる。

【００２８】また、前述したように、下側ガラス基板４
の下面には、平面コイル７と電磁結合可能に配置され各
端部がそれぞれ対をなす電極端子１３，１４に電気的に
接続された一対のコイル１２Ａ，１２Ｂがパターニング
されて設けられている（なお、図３では、模式的に１本
の破線で示したが実際は複数巻回してある）。検出コイ
ル１２Ａ，１２Ｂは、トーションバー６に対して対称位
置に配置されて可動板５の変位角を検出するもので、平
面コイル７に駆動電流に重畳して流す検出用電流に基づ
く平面コイル７と検出コイル１２Ａ，１２Ｂとの相互イ
ンダクタンスが、可動板５の角度変位により一方が接近
して増加し他方が離間して減少するよう変化するので、
例えば相互インダクタンスに基づいて出力される電圧信
号の変化を差動で検出することにより可動板５の変位角
をが検出できる。

【００２９】次に、動作について説明する。

【００３０】例えば、一方の電極端子９を＋極、他方の
電極端子９を一極として平面コイル７に電流を流す。可
動板５の両側では、永久磁石１０Ａと１０Ｂ、永久磁石
１１Ａと１１Ｂによって、図５の矢印Ｂで示すような可
動板５の平面に沿って平面コイル７を横切るような方向
に磁界が形成されており、この磁界中の平面コイル７に
電流が流れると、平面コイル７の電流密度と磁束密度に
応じて平面コイル７、言い換えれば可動板５の両端に、
電流・磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った
方向（図５の矢印Ｆで示す）に力Ｆが作用し、この力は
ローレンツ力から求められる。

【００３１】この力Ｆは、平面コイル７に流れる電流密
度をｉ、上下永久磁石による磁束密度をＢとすると、下
記の（１）の式で求められる。

【００３２】Ｆ＝ｉ×Ｂ……（１） 実際には、平面コイル７の巻数ｎと、力Ｆが働くコイル
長ｗ（図５中に示す）により異なり、下記の（２）の式
のようになる。

【００３３】Ｆ＝ｎｗ（ｉ×Ｂ）……（２） 一方、可動板５が回動することによりトーションバー６
が捩じられ、これによって発生するトーションバー６の
ばね反力Ｆ′と可動板５の変位角φの関係は、下記の
（３）式のようになる。

【００３４】 θ＝（Ｍｘ／ＧＩｐ）＝Ｆ′Ｌ／８．５×１０⁹ ｒ⁴ ）×ｌ₁ ……（３） ここで、Ｍｘは捩りモーメント、Ｇは横弾性係数、Ｉｐ
は極断面二次モーメントである。また、Ｌ、ｌ₁ 、ｒは
それぞれ、トーションバーの中心軸から力点までの距
離、トーションバーの長さ、トーションバーの半径であ
り、図５に示してある。

【００３５】そして、前記力Ｆとばね反力Ｆ′が釣り合
う位置まで可動板５が回動する。従って、（３）式の
Ｆ′に（２）式のＦを代入することにより、可動板５の
変位角φは平面コイル７に流れる電流ｉに比例すること
が判る。

【００３６】従って、平面コイル７に流す電流を制御す
ることにより、可動板５の変位角φを制御するとができ
るので、例えば、トーションバー６の軸に対して垂直な
面内において反射ミラー８の光軸方向を自由に制御で
き、連続的にその変位角を変化させれば、検査対象を１
次元に走査できる。

【００３７】この反射ミラー８の光軸の変位角φを制御
する際に、平面コイル７に、駆動電流に重畳して駆動電
流周波数に比べて少なくとも１００倍以上の周波数で変
位角検出用の検出用電流を流す。すると、この検出用電
流に基づいて、平面コイル７と下側ガラス基板５に設け
た検出コイル１２Ａ，１２Ｂとの間の相互インダクタン
スによる誘導電圧がそれぞれの検出コイル１２Ａ，１２
Ｂに発生する。検出コイル１２Ａ，１２Ｂに発生する各
誘導電圧は、可動板５、いい換えれば、反射ミラー８が
水平位置にある時には、検出コイル１２Ａ，１２Ｂと対
応する平面コイル７との距離が等しいことから等しくな
りその差は零である。可動板５が前述の駆動力でトーシ
ョンバー６を支軸として回動すると、一方の検出コイル
１２Ａ（または１２Ｂ）では接近して相互インダクタン
スの増加により誘導電圧は増大し、他方の検出コイル１
２Ｂ（又は１２Ａ）では離間して相互インダクタンスの
減少により誘導電圧は低下する。従って、検出コイル１
２Ａ，１２Ｂに発生する誘導電圧は反射ミラー８の変位
に応じて変化し、この誘導電圧を検出することで、反射
ミラー８の光軸変位角φを検出することができる。

【００３８】そして、例えば、図６に示すように、検出
コイル１２Ａ，１２Ｂの他に２つの抵抗を設けて構成し
たブリッジ回路に電源を接続し、検出コイル１２Ａと検
出コイル１２Ｂとの中点と２つの抵抗の中点との電圧を
入力とする差動増幅器を設けて構成した回路を用い、前
記両中点の電圧差に応じた差動増幅器の出力を、可動板
５の駆動系にフィートバックし、駆動電流を制御するこ
とにより、反射ミラー８の光軸変位角φを精度良く制御
するとができる。

【００３９】光検出器１０３にも前述のガルバノミラー
１０１と同様の構成の半導体走査素子を用いる。すなわ
ち反射ミラー８のかわりに、反射ミラー８の位置に公知
の手法でフォトダイオード３１を形成した半導体走査素
子を用いる。

【００４０】以上説明したように、本実施例では、ガル
バノミラーおよび光検出器に、ガルバノミラー形式の半
導体走査素子を用いているので、装置全体を小型，軽量
にでき、屋外で手軽に使用できる。また、表面の微細な
構造に敏感なレーザ光を用いているので、高い検出感度
で所要の画像データを得ることができる。

【００４１】（実施例２）図７は実施例２である“表面
検査装置”の概略的構成を示す図である。本実施例で
は、ガルバノミラー７０１，光検出器７０３に、Ｘ軸方
向走査７０７の他にＹ軸方向走査７０６のできる半導体
走査素子を用いる例である。

【００４２】図７に示すように、半導体レーザ１００で
発生したレーザ光７０８は、２次元に光軸方向を振るこ
とのできるガルバノミラー７０１で検査対象１０２へ反
射され、検査対象１０２の表面で反射したレーザ光は、
ガルバノミラー７０１と同期して２次元に光軸方向を振
ることのできる光検出器７０３で検出され、電気信号に
変換される。半導体レーザ１００の発光タイミング、ガ
ルバノミラー７０１，光検出器７０３の光軸方向は制御
装置７０４により制御される。光検出器７０３の出力
は、制御装置７０４内のフレームメモリに一旦記憶さ
れ、その後は実施例１と同様に処理される。

【００４３】図８は実施例２で用いるガルバノミラー７
０１の構成を示す図である。

【００４４】前述した実施例１で用いるガルバノミラー
１０１は、反射ミラー８の光軸方向を１次元で振るもの
であるが、このガルバノミラー７０１は、２次元で振る
ことができるように、トーションバーを互いに直交させ
て２つ設けたものである。なお実施例１と同一の要素に
は同一符号を付し説明を省略する。

【００４５】図８において、本実施例で用いるガルバノ
ミラー７０１は、半導体基板であるシリコン基板２の上
下面に、それぞれホウケイ酸ガラス等からなる上側及び
下側絶縁基板としての上側及び下側ガラス基板３，４
を、矢印で示すように重ねて接合した３層構造とする。
上側及び下側ガラス基板３，４は、図に示すように、そ
れぞれ中央部に例えば超音波加工によって形成した方形
状の凹部３Ａ，４Ａを設けた構造であり、シリコン基板
２に接合する場合、上側ガラス基板３では、凹部３Ａを
下側にしてシリコン基板２側に位置するようにして接合
し、下側ガラス基板４では、凹部４Ａを上側にして同じ
くシリコン基板２側に位置するようにして接合する。こ
れにより、後述する反射ミラー８を設ける可動板５の揺
動空間を確保すると共に密閉する構成としている。

【００４６】前記シリコン基板２には、枠状に形成され
た外側可動板５Ａと、この外側可動板５Ａの内側に軸支
される内側可動板５Ｂとからなる平板状の可動板５が設
けられている。前記外側可動板５Ａは、第１のトーショ
ンバー６Ａ，６Ａによってシリコン基板２に軸支され、
前記内側可動板５Ｂは、前記第１のトーションバー６
Ａ，６Ａとは軸方向が直交する第２のトーションバー６
Ｂ，６Ｂで外側可動板５Ａの内側に軸支されている。可
動板５Ａ，５Ｂと第１及び第２の各トーションバー６
Ａ，６Ｂは、シリコン基板２に異方性エッチングによる
一体形成されており、シリコン基板２と同一材料からな
っている。

【００４７】また、外側可動板５Ａの上面には、シリコ
ン基板２上面に形成した一対の外側電極端子９Ａ，９Ａ
に一方の第１のトーションバー６Ａの部分を介して両端
がそれぞれ電気的に接続する平面コイル７Ａ（図では模
式的に１本線で示すが可動板５Ａ上では複数の巻数とな
っている）が絶縁層で被覆されて設けられている。ま
た、内側可動板５Ｂの上面には、シリコン基板２に形成
された一対の内側電極端子９Ｂ，９Ｂに、一方の第２の
トーションバー６Ｂから外側可動板５Ａ部分を通り、第
１のトーションバー６Ａの他方側を介してそれぞれ電気
的に接続する平面コイル７Ｂ（図では模式的に１本線で
示すが外側可動板５Ａと同様に内側可動板５Ｂ上では複
数の巻数となっている）が絶縁層で被覆されて設けられ
ている。これら平面コイル７Ａ，７Ｂは実施例１におけ
るガルバノミラーと同様に、前述した公知の電解めっき
による電鋳コイル法によって形成してある。なお、前記
外側及び内側電極端子９Ａ，９Ｂは、シリコン基板２上
に電鋳コイル法により平面コイル７Ａ，７Ｂと同時に形
成される。平面コイル７Ｂで囲まれた内側可動板５Ｂの
中央部には、公知の手法で反射ミラー８が形成されてい
る。

【００４８】上側及び下側ガラス基板３，４には、２個
づつ対となったそれぞれ８個づつの円板状の永久磁石１
０Ａ〜１３Ａ，１０Ｂ〜１３Ｂが、図示のように配置さ
れている。上側ガラス基板３の互いに向かい合う永久磁
石１０Ａ，１１Ａは、下側ガラス基板４の永久磁石１０
Ｂ，１１Ｂとで外側可動板５Ａの平面コイル７Ａに磁界
を作用して平面コイル７Ａに流す駆動電流との相互作用
によって外側可動板５Ａを回動駆動させるためのもので
あり、また、上側ガラス基板３の互いに向かい合う永久
磁石１２Ａと１３Ａは、下側ガラス基板４の永久磁石１
２Ｂ，１３Ｂとで内側可動板５Ｂの平面コイル７Ｂに磁
界を作用させて平面コイル７Ｂに流す駆動電流との相互
作用によって内側可動板５Ｂを回動駆動させるためのも
のである。そして、互いに向き合った永久磁石１０Ａと
１１Ａは上下の極性が互いに反対、例えば永久磁石１０
Ａの上面がＳ極の時は永久磁石１１Ａの上面はＮ極とな
るように設けられ、しかも、その磁束が可動板５の平面
コイル部分に対して平行に横切るよう配置されている。
その他の互いに向き合っている永久磁石１２Ａと１３
Ａ、永久磁石１０Ｂと１１Ｂ及び永久磁石１２Ｂと１３
Ｂも同様である。更に、上下方向で対応する永久磁石１
０Ａと１０Ｂとの間の関係は、上下の極性は同じ、例え
ば永久磁石１０Ａの上面がＳ極の時は永久磁石１０Ｂの
上面もＳ極となるように設ける。その他の上下で対応し
ている永久磁石１１Ａと１１Ｂ、永久磁石１２Ａと１２
Ｂ及び永久磁石１３Ａと１３Ｂも同様であり、これによ
り、可動体５の両端部で互いに相反する方向に力が作用
するようになる。

【００４９】そして、下側ガラス基板４の下面には、前
述した平面コイル７Ａ，７Ｂとそれぞれ電磁結合可能に
配置された検出コイル１５Ａ，１５Ｂと１６Ａ，１６Ｂ
がパターニングされて設けられている。検出コイル１５
Ａ，１５Ｂは、第１のトーションバー６Ａに対して対称
位置に設けられ、検出コイル１６Ａ，１６Ｂは第２のト
ーションバー６Ｂに対して対称位置に設けられそれぞれ
対をなしている。そして、一対の検出コイル１５Ａ，１
５Ｂは、外側可動板５Ａの変位角を検出するもので、平
面コイル７Ａに駆動電流に重畳して流す検出用電流に基
づく平面コイル７Ａと検出コイル１５Ａ，１５Ｂとの相
互インダクタンスが、外側可動板５Ａの角度変位により
変化し、この変化に応じた電気信号を出力する。この電
気信号によって外側可動板５Ａの変位角が検出できる。
一対の検出コイル１６Ａ，１６Ｂは同様にして内側可動
板５Ｂの変位角を検出するものである。

【００５０】次に動作を説明する。

【００５１】外側可動板５Ａの平面コイル７Ａに駆動電
流を流せば、第１のトーションバー６Ａ，６Ａを支点と
して外側可動板５Ａが電流方向に応じて回動し、この際
に内側可動板５Ｂも外側可動板５Ａと一体に回動する。
この場合、反射ミラー８は、実施例１で用いるガルバノ
ミラーと同様の動きとなる。一方、内側可動板５Ｂの平
面コイル７Ｂに駆動電流を流せば、外側可動板５Ａの回
動方向と直角方向に、外側可動板５Ａに対して内側可動
板５Ｂが第２のトーションバー６Ｂ，６Ｂを支点として
回動する。

【００５２】従って、平面コイル７Ａの駆動電流を制御
して、外側可動板５Ａを１周期回動操作した後、平面コ
イル７Ｂの駆動電流を制御し内側可動板５Ｂを一定角度
変位させるようにし、この操作を周期的に繰り返せば反
射ミラー８の光軸を２次元に振ることができ、検査対象
１０２を２次元に走査できる。

【００５３】なお、本実施例のように、反射ミラー８の
上方にガラスが存在する場合にはこのガラス面に反射防
止膜等を被覆しておくと良い。

【００５４】一方、平面コイル７Ａ及び平面コイル７Ｂ
に流す各駆動電流に重畳させて、検出用電流を流せば、
検出コイル１５Ａ，１５Ｂと平面コイル７Ａ間及び検出
コイル１６Ａ，１６Ｂと平面コイル７Ｂの相互インダク
タンスにより実施例１で用いるガルバノミラーと同様の
原理で、外側可動板５Ａの変位は例えば図６と同様の回
路を介して検出コイル１５Ａ，１５Ｂの差動出力によっ
て検出することができ、内側可動板５Ｂの変位検出コイ
ル１６Ａ，１６Ｂの差動出力によって検出することがで
き、この差動出力を外側可動板５Ａ及び内側可動板５Ｂ
の各駆動系にフィードバックさせて、外側可動板５Ａ及
び内側可動板５Ｂの変位を精度よく制御することができ
る。なお、言うまでもないが、本実施例の２軸の走査素
子７０１，７０３の場合は、図６と同様の回路を、外側
可動板変位検出用と内側可動板変位検出用として２つ設
けるものである。

【００５５】かかるガルバノミラー７０１の構成によれ
ば、検査対象の走査が２次元的に行え、走査領域を１次
元の場合に比べて増大させることができる。また、可動
板５の揺動空間を、上下のガラス基板３，４と周囲のシ
リコン基板２とによって密閉するので、この密閉空間を
真空状態とすることにより、可動板５の回動動作に対す
る空気抵抗がなくなり、可動板５Ａ，５Ｂの応答性が向
上するという効果を有する。

【００５６】更に、平面コイル７Ａ，７Ｂに流す駆動電
流を大きくして可動板５Ａ，５Ｂの変位量を大きく設定
する場合には、密閉した可動板揺動空間内を真空とせ
ず、ヘリウム，アルゴン等の不活性ガスを封入するのが
望ましく、特に熱伝導性の良いヘリウムが好ましい。こ
れは、平面コイル７に流す電流量を大きくすると平面コ
イル７からの発熱量が多くなり、可動板５Ａ，５Ｂ周囲
が真空状態では可動板からの放熱が悪くなるので、不活
性ガスを封入することによって可動板５Ａ，５Ｂからの
放熱性を真空状態に比べて高め熱影響を低減させること
ができる。なお、不活性ガスを封入することで、可動板
５Ａ，５Ｂの応答性に関しては、真空状態に比べて多少
低下することになる。

【００５７】なお、前述の実施例１で用いるガルバノミ
ラーの上下のガラス基板を、実施例２で用いるガルバノ
ミラー７０１と同様の凹部を設ける構造として可動板部
分を密閉構造としてもよいことは言うまでもない。

【００５８】光検出器７０３にも前述のガルバノミラー
７０１と同様の構成の半導体走査素子を用いる。すなわ
ち反射ミラー８のかわりに、反射ミラー８の位置に公知
の手法でフォトダイオードを形成した半導体走査素子を
用いる。

【００５９】以上の説明から明らかなように、本実施例
においても実施例１と同様の効果が得られ、更に２次元
に走査できるので、走査領域を増大でき、場合によって
は、表面検査装置７０５の移動手段を省略できる。

【００６０】（実施例３）図９，図１０，図１１は、実
施例３で用いるガルバノミラーの構成を示す図である。

【００６１】本実施例で用いるガルバノミラーは、実施
例２で用いるガルバノミラーと同様の２軸である。な
お、実施例２のガルバノミラーと同一要素には同一符号
を付して説明を省略する。

【００６２】本実施例で用いる２軸のガルバノミラー３
１は、前述した実施例２のガルバノミラーと略同様の構
成であるが、本実施例のガルバノミラー３１では、図９
〜図１１に示すように、上下のガラス基板３，４が、実
施例２のガルバノミラーのものとは異なり、凹部３Ａ，
４Ａのない平板状なっている。そして、上側ガラス基板
３には、可動板５上方部分に可動板５の形状に応じて角
状の開口部３ａを設け、反射ミラー８上方の部分を開放
状態として検出光が直接反射ミラー８に入射できるよう
にしてある。そして、上下のガラス基板３，４が平板状
としてあるため、中間のシリコン基板２を上下に別のシ
リコン基板を積層して３層構造とし、その中間層に可動
板５を形成することで可動板５の回動スペースを確保す
るようにしてある。

【００６３】また、図９に破線で示すように、下側ガラ
ス基板４の下面に、外側可動板５Ａの変位検出用の検出
コイル１５Ａ，１５Ｂ及び内側可動板５Ｂの変位検出用
の検出コイル１６Ａ，１６Ｂが、対応する平面コイル７
Ａ，７Ｂと電磁結合可能な位置にパターニングされて設
けられている。

【００６４】かかる構成の本実施例のガルバノミラー動
作は、実施例２のガルバノミラーと同様であり、説明を
省略する。

【００６５】本実施例で用いる光検出器にも前述のガル
バノミラーと同様の構成の半導体走査素子を用いる。す
なわち反射ミラー８のかわりに、反射ミラー８の位置に
公知の手法でフォトダイオードを形成した半導体走査素
子を用いる。

【００６６】（変形）以上の各実施例では、レーザ光を
用いているが本発明はこれに限定されるものではなく、
可視光，赤外線等を用いる形で実施することができる。
また各実施例では、光検出素子としてホトダイオードを
形成しているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、複数のホトダイオードからなるラインセンサ、ある
いはエリアセンサを形成する形で実施することができ
る。また光検出素子としてホトトランジスタ，ホトコン
ダクタ，ＣＣＤ等を用いる形で実施することができる。
なお必要に応じてこれらの光検出素子の前面には入射光
を収束するマイクロレンズを設ける。

【００６７】また実施例２ではＸ軸，Ｙ軸方向に直線的
に走査しているが、対象によっては同心円状にあるいは
らせん状に走査する形で実施することができる。

【００６８】また、各実施例では、可動板の中央部をト
ーションバーで軸支しているが、これに限らず、可動板
の端部たとえば図３における可動板５の右辺部を軸支す
る形で実施することができ、この場合、左辺側に１個の
検出コイルを設けて変位角を検出することになる。

【００６９】また各実施例では、可動板に設けた平面コ
イルに駆動電流と検出用電流を流しているが、駆動電流
の周波数が数キロヘルツと高いときは駆動用電流を検出
用電流に兼用し、検出用電流を重畳しない形で実施する
ことができる。

【００７０】また各実施例では、２個の検出コイルの出
力の差により変位角を検出しているが、１個の検出コイ
ルを設けその出力により変位角を検出する形で実施する
ことができる。

【００７１】（使用例）以上に説明した“表面検査装
置”の使用例を図１２，図１３により説明する。

【００７２】図１２は、表面検査装置で鉄骨，コンクリ
ート等の検査対象の表面を検査する例を示す概念図であ
る。図示のように、３脚１２０上に手動ステージ１２１
を介して表面検査装置１２２を取り付け、検査対象１２
３の表面を線１２２−１に沿って走査し、データを表面
検査装置１２２内のフレームメモリに書き込む。所定量
のデータが蓄積されると、表面検査装置１２２からケー
ブル１２４を介して携帯形コンピュータ１２５に転送
し、コンピュータ１２５内に保存されている、前記検査
対象１２３の表面における同一個所の過去のデータと比
較され、経時変化が抽出され、劣化判断の基礎データと
される。手動ステージとしては、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に微
動可能なＸ・Ｙ・Ｚ軸ステージ、回転方向に粗微動切換
えのできる回転ステージ等が用いられる。

【００７３】図１３は、表面検査装置で鉄骨，コンクリ
ート等の検査対象における隙間の表面を検査する例を示
す概念図である。図示のように、３脚１３０上に手動ス
テージ１３１を介して表面検査装置１３２を配置する。
表面検査装置１３２には予め光軸を９０°曲げる反射体
１３３が取り付けられており、この反射体１３３部分を
検査対象１３４の隙間１３４−１に挿入し、隙間の表面
を線１３４−２に沿って走査する。走査データは図１２
の場合と同様に、携帯形コンピュータ１３６に転送さ
れ、同一個所の過去のデータと比較され、経時変化が抽
出され、劣化判断の基礎データとされる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
屋外で手軽に使用でき、通常の可視光線以外にレーザ
光，赤外線等も用いることができて劣化予測等の基礎デ
ータの得られる表面検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の概略的構成を示す図

【図２】 実施例１のブロック図

【図３】 実施例１で用いるガルバノミラーの構成を示
す図

【図４】 図３のＡ−Ａ断面図

【図５】 実施例１で用いるガルバノミラーの動作説明
図

【図６】 実施例１で用いるガルバノミラーにおける可
動板の変位角検出の説明図

【図７】 実施例２の概略的構成を示す図

【図８】 実施例２で用いるガルバノミラーの構成を示
す図

【図９】 実施例３で用いるガルバノミラーの構成を示
す図

【図１０】 図９のＢ−Ｂ断面図

【図１１】 図９のＣ−Ｃ断面図

【図１２】 使用例を示す図

【図１３】 使用例を示す図

【図１４】 従来例の構成を示す図

【符号の説明】

１００ 半導体レーザ １０１ ガルバノミラー １０３ 光検出器 １０４ 制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、この発光素子で発生した光
   を１次元または２次元に振りながら検査対象へ反射する
   ガルバノミラーと、このガルバノミラーと同期して光軸
   を１次元または２次元に振りながら、前記検査対象で反
   射された前記光を検出する光検出器とを備えたことを特
   徴とする表面検査装置。
2. 【請求項２】 ガルバノミラーは、半導体基板に一体形
   成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺
   動自在に軸支するトーションバーと、前記可動板の周縁
   部に設けた駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与
   える磁界発生手段と、前記可動板に形成したミラーとを
   備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する
   力により前記可動板を駆動して前記ミラーの光軸方向を
   可変するものであり、光検出器は、半導体基板に一体形
   成した、可動板とこの可動板を前記半導体基板に対し揺
   動自在に軸支するトーションバーと、前記可動板の周縁
   部に設けた駆動コイルと、この駆動コイルに静磁界を与
   える磁界発生手段と、前記可動板に形成した光検出素子
   とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生
   する力により前記可動板を駆動して前記光検出素子の光
   軸方向を可変するものであることを特徴とする請求項１
   記載の表面検査装置。
3. 【請求項３】 ガルバノミラーは、半導体基板に一体形
   成した、外側可動板と、この外側可動板を前記半導体基
   板に対し揺動自在に軸支する第１のトーションバーと、
   前記外側可動体の内側にある内側可動板と、この内側可
   動板を前記外側可動板に対し揺動自在に軸支する、前記
   第１のトーションバーと軸方向が直交する第２のトーシ
   ョンバーとを備えた構成であって、前記外側可動板の周
   縁部に設けた第１の駆動コイルと、前記内側可動板の周
   縁部に設けた第２の駆動コイルと、前記第１の駆動コイ
   ルに静磁界を与える第１の磁界発生手段と、前記第２の
   駆動コイルに静磁界を与える第２の磁界発生手段と、前
   記内側可動板に形成したミラーとを備え、前記第１の駆
   動コイル，第２の駆動コイルに電流を流すことにより発
   生する力により前記外側可動板，内側可動板を駆動して
   前記ミラーの光軸方向を可変するものであり、光検出器
   は、半導体基板に一体形成した、外側可動板と、この外
   側可動板を前記半導体基板に対し揺動自在に軸支する第
   １のトーションバーと、前記外側可動体の内側にある内
   側可動板と、この内側可動板を前記外側可動板に対し揺
   動自在に軸支する、前記第１のトーションバーと軸方向
   が直交する第２のトーションバーとを備えた構成であっ
   て、前記外側可動板の周縁部に設けた第１の駆動コイル
   と、前記内側可動板の周縁部に設けた第２の駆動コイル
   と、前記第１の駆動コイルに静磁界を与える第１の磁界
   発生手段と、前記第２の駆動コイルに静磁界を与える第
   ２の磁界発生手段と、前記内側可動板に形成した光検出
   素子とを備え、前記第１の駆動コイル，第２の駆動コイ
   ルに電流を流すことにより発生する力により前記外側可
   動板，内側可動板を駆動して前記光検出素子の光軸方向
   を可変するものであることを特徴とする請求項１記載の
   表面検査装置。
4. 【請求項４】 駆動コイルと電磁結合する検出コイルを
   設け、前記検出コイルの出力により駆動コイルへの付勢
   をフィードバック制御することを特徴とする請求項２ま
   たは請求項３記載の表面検査装置。