(57)【要約】【課題】検査対象物の表面及び内部に露出する欠陥を同時に検査可能な外観検査装置において、装置構成の大型化を抑えつつ、より多くの欠陥を認識可能とする。【解決手段】外観検査装置１０は、同じ直線偏光特性を有する赤色光、緑色光及び青色光を検査対象物Ｗにそれぞれ異なる角度で照射する照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、反射光３０を所定の直線偏光特性を有する反射光３１と所定の直線偏光特性が除去された反射光３２に分離する偏光ビームスプリッタ１３と、平行な反射光３１，３２を同時に撮影するカラーカメラ１５と、カラーカメラ１５の画像から赤色、緑色及び青色成分を抽出する画像処理装置１６とを備える。これにより、検査対象物に応じて各照明の照射角度を最適化することにより、より多くの欠陥を顕在化させることが可能となる。しかも、反射光３１，３２が同じカラーカメラ１５に入射することから、装置構成の大型化も抑えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物が載置されるステージと、
第１の波長を有し、所定の直線偏光特性を有する第１の偏光を前記検査対象物に第１の角度で照射する第１の照明と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記所定の直線偏光特性と同じ直線偏光特性を有する第２の偏光を前記第１の角度とは異なる第２の角度で前記検査対象物に照射する第２の照明と、
前記検査対象物からの反射光を受け、前記所定の直線偏光特性を有する第１の反射光と、前記所定の直線偏光特性が除去された第２の反射光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の反射光の光軸と前記第２の反射光の光軸を平行とする第１のミラーと、
平行な前記第１及び第２の反射光を同時に受け、前記第１の反射光に基づく第１の画像と、前記第２の反射光に基づく第２の画像を生成する第１のカラーカメラと、
前記第１の画像から前記第１の波長成分と前記第２の波長成分を抽出するとともに、前記第２の画像から前記第１の波長成分と前記第２の波長成分を抽出する画像処理装置と、を備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の波長とは異なる第３の波長を有し、前記所定の直線偏光特性と同じ直線偏光特性を有する第３の偏光を前記第１及び第２の角度とは異なる第３の角度で前記検査対象物に照射する第３の照明をさらに備え、
前記画像処理装置は、前記第１の画像から前記第３の波長成分をさらに抽出するとともに、前記第２の画像から前記第３の波長成分をさらに抽出することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記第１又は第２の反射光の光路上に配置され、前記第１の反射光の光路長と前記第２の反射光の光路長を一致させるガラス板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記第１又は第２の反射光の光路上に配置されたＮＤフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記ステージは透明であり、
前記第１の照明は、前記ステージの表面のうち前記検査対象物が載置される載置面側に位置し、
前記第２の照明は、前記ステージの表面のうち前記載置面とは反対の裏面側に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記検査対象物からの別の反射光を受け、前記所定の直線偏光特性を有する第３の反射光と、前記所定の直線偏光特性が除去された第４の反射光に分離する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第３の反射光の光軸と前記第４の反射光の光軸を平行とする第２のミラーと、
平行な前記第３及び第４の反射光を同時に受け、前記第３の反射光に基づく第３の画像と、前記第４の反射光に基づく第４の画像を得る第２のカラーカメラと、をさらに備え、
前記画像処理装置は、前記第３の画像から前記第１の波長成分と前記第２の波長成分を抽出するとともに、前記第４の画像から前記第１の波長成分と前記第２の波長成分を抽出し、
前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第１のカラーカメラは、前記ステージの前記載置面側に設けられ、
前記第２の偏光ビームスプリッタ及び前記第２のカラーカメラは、前記ステージの前記裏面側に設けられることを特徴とする請求項５に記載の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外観検査装置に関し、特に、検査対象物の表面に露出する欠陥と、検査対象物の内部に存在する欠陥の両方を同時に検査可能な外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ部品などの検査対象物の外観検査を行う外観検査装置としては、特許文献１及び２に記載された外観検査装置が知られている。特許文献１及び２に記載された外観検査装置においては、赤色光の照明照射軸と光軸のなす角度を大きく設定する一方、青色光の照明照射軸と光軸のなす角度を小さくすることで、暗視野光学系と明視野光学系を実現している。暗視野光学では、検査対象物の表面からの反射（鏡面反射）がカメラへ入射しないため、検査対象物の内部に入り込んだ光の反射（拡散反射）のみがカメラに入射する。一方で、明視野光学系では、鏡面反射及び拡散反射がともにカメラへ入射するが、鏡面反射の反射率が高いために、得られる画像は対象表面からの反射が支配的となる。このように、特許文献１及び２に記載された外観検査装置においては、照明照射角度をあらかじめ所定の角度に固定することにより、検査対象物の内部欠陥および表面欠陥の可視化を実現している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１及び２に記載された外観検査装置においては、照明照射角度があらかじめ所定の角度に固定されていることから、当該照射角度では顕在化しない欠陥を発見することができないという問題があった。
【０００４】
一方、特許文献３〜５には、偏光ビームスプリッタを用いて検査対象物からの反射光をＳ偏光波とＰ偏光波に分離し、Ｓ偏光波からなる像とＰ偏光波からなる像をそれぞれ異なるカメラによって撮影する方法が開示されている。この方法によれば、複数の波長の照明を用いることなく、検査対象物の表面に存在する欠陥と内部に存在する欠陥の両方を認識することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７１３２７９号公報
【特許文献２】特許第４４９３０４８号公報
【特許文献３】特開平１０−２２７６２３号公報
【特許文献４】特許第３３５８０９９号公報
【特許文献３】特許第４７１６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３〜５に記載された外観検査装置においても、当該照射角度では顕在化しない欠陥を発見することは困難である。しかも、Ｓ偏光波が入射されるカメラとＰ偏光波が入射されるカメラの２台が必要となることから、装置構成が大型化するという問題もあった。
【０００７】
したがって、本発明は、検査対象物の表面に露出する欠陥と、検査対象物の内部に存在する欠陥の両方を同時に検査可能な外観検査装置において、装置構成の大型化を抑えつつ、より多くの欠陥を認識可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による外観検査装置は、検査対象物が載置されるステージと、第１の波長を有し、所定の直線偏光特性を有する第１の偏光を検査対象物に第１の角度で照射する第１の照明と、第１の波長とは異なる第２の波長を有し、所定の直線偏光特性と同じ直線偏光特性を有する第２の偏光を第１の角度とは異なる第２の角度で検査対象物に照射する第２の照明と、検査対象物からの反射光を受け、所定の直線偏光特性を有する第１の反射光と所定の直線偏光特性が除去された第２の反射光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、第１の反射光の光軸と第２の反射光の光軸を平行とする第１のミラーと、平行な第１及び第２の反射光を同時に受け、第１の反射光に基づく第１の画像と、第２の反射光に基づく第２の画像を生成する第１のカラーカメラと、第１の画像から第１の波長成分と第２の波長成分を抽出するとともに、第２の画像から第１の波長成分と第２の波長成分を抽出する画像処理装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、互いに波長及び照射角度の異なる複数の照明を用いるとともに、波長ごとに直線偏光特性の異なる２つの反射光に分離していることから、検査対象物に応じて各照明の照射角度を最適化することにより、より多くの欠陥を顕在化させることが可能となる。しかも、偏光ビームスプリッタによって分離した２つの反射光がミラーによって平行化され、同じカラーカメラに入射することから、装置構成の大型化を抑えることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による外観検査装置１０の構成を説明するための模式図である。
【図２】図２は、反射光３１，３２の光路上にそれぞれＮＤフィルタ４２及びガラス板４１を配置した例を示す模式図である。
【図３】図３は、反射光３１，３２から赤色光を抽出した画像であり、左側が反射光３１に基づく画像、右側が反射光３２に基づく画像である。
【図４】図４は、反射光３１，３２から緑色光を抽出した画像であり、左側が反射光３１に基づく画像、右側が反射光３２に基づく画像である。
【図５】図５は、反射光３１，３２から青色光を抽出した画像であり、左側が反射光３１に基づく画像、右側が反射光３２に基づく画像である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態による外観検査装置２０の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による外観検査装置１０の構成を説明するための模式図である。
【００１３】
図１に示すように、第１の実施形態による外観検査装置１０は、検査対象物（ワーク）Ｗが載置される透明なステージＳと、検査対象物Ｗに光を照射する照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ，１１ＲＧＢを有している。検査対象物Ｗの種類については特に限定されないが、積層セラミックコンデンサなどの小型チップ部品を対象とすることができる。積層セラミックコンデンサなどの小型チップ部品は、その表面に欠陥が存在する場合があるとともに、内部（表層部分）に欠陥が存在する場合があり、本実施形態による外観検査装置１０は、検査対象物Ｗの表面に露出する欠陥と、検査対象物Ｗの内部に存在する欠陥の両方を同時に検査することが可能である。
【００１４】
照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、互いに波長および照射角度の異なる光を検査対象物Ｗに照射する。ここで、照明１１Ｒは赤色光を照射し、照明１１Ｇは緑色光を照射し、照明１１Ｂは青色光を照射する。また、照明１１ＲＧＢは、赤色光、緑色光及び青色光が混在した白色光を照射することによって明るさを補うための補助照明である。ここで、互いに照射角度の異なる３種類の光を検査対象物Ｗに照射しているのは、照射角度によって顕在化する欠陥の種類が異なるからである。例えば、検査対象物Ｗが積層セラミックコンデンサである場合、照明１１Ｒは、セラミック部の表面の傷、汚れ及び異物、セラミック部の内部の汚れ及び異物、並びに、端子電極部のサイズ及び形状の検査に適している。また、照明１１Ｇは、セラミック部の稜線上における欠けの検査に適している。さらに、照明１１Ｂは、セラミック部の表面の金属異物、セラミック部の稜線上における欠け、並びに、セラミック部の内部のクラックの検査に適している。これら、各照明光の波長を分けた上で、カラーカメラにより撮像することで、照射角度の異なる３種類の画像を１回の撮像で得ることが可能となる。
【００１５】
ここで、各照明によって顕在化する欠陥は、照射角度によってコントラストが大きく変化する。例えば、照明１１Ｒによって顕在化する欠陥は、照射光を光軸に対してできるだけ平行に照射することによってコントラストが高められる。この点を考慮し、本実施形態においては、照明１１Ｒの照射角度を光軸に対して９０°傾けるとともに、ハーフミラー１２を用いて光軸と同軸に導いている。一方、照明１１Ｂによって顕在化する欠陥は、照射光を光軸に対してある程度角度をつけて照射することによってコントラストが高められる。この点を考慮し、本実施形態においては、照明１１Ｂの照射角度を光軸に対して所定の角度に傾けている。また、照明１１Ｇによって顕在化する欠陥は、検査対象物Ｗの裏面側から照射することによってコントラストが高められる。この点を考慮し、本実施形態においては、照明１１ＧをステージＳの裏面Ｓ２側から照射している。一方、照明１１Ｒ，１１Ｂは、検査対象物Ｗが載置されるステージＳの載置面Ｓ１側に配置される。
【００１６】
このように、本実施形態による外観検査装置１０は、互いに波長の異なる光を互いに異なる角度で検査対象物Ｗに照射している。また、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの照射角度は固定的ではなく、最も高いコントラストが得られるよう、適宜調整することが可能である。
【００１７】
各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、図示しない偏光フィルタを備えており、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから照射される光は互いに同じ直線偏光特性に揃えられている。例えば、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから照射される光がいずれもＳ偏光波であっても構わない。この場合、検査対象物Ｗに照射される光は各波長成分ともにＳ偏光波であることから、検査対象物Ｗからの鏡面反射光もＳ偏光波となる。これに対し、照射された光が検査対象物Ｗの表層に拡散して得られる拡散反射光は、偏光特性が失われ、無偏光波となる。したがって、ハーフミラー１２を通過する反射光３０には、鏡面反射によるＳ偏光波と拡散反射による無偏光波が混在することになる。
【００１８】
反射光３０は、偏光ビームスプリッタ１３に入射され、偏光ビームスプリッタ１３によって第１の反射光３１と第２の反射光３２に分離される。第１の反射光３１は、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから照射される光の直線偏光成分を含む光であり、反射光３０をそのまま通過させたものであっても構わないし、該直線偏光成分を選択的に通過させる偏光フィルタを通過させた光であっても構わない。つまり、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから照射される光がＳ偏光波である場合、第１の反射光３１はＳ偏光波を含む光である。したがって、第１の反射光３１の主な成分は、検査対象物Ｗからの鏡面反射光である。
【００１９】
これに対し、第２の反射光３２は、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから照射される光の直線偏光成分が除去された光であり、該直線偏光成分を選択的にカットする偏光フィルタを通過させた光である。例えば、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから照射される光がＳ偏光波である場合、Ｐ偏光波を選択的に通過させる偏光フィルタを用いて、Ｓ偏光波を除去する。したがって、第２の反射光３２の主な成分は、検査対象物Ｗからの拡散反射光である。但し、第２の反射光３２からＳ偏光波を完全に除去することは必須でなく、少なくとも一部が除去されていれば足りる。
【００２０】
第２の反射光３２はプリズム１４に入射し、プリズム１４に含まれるミラー１４ｍによって進行方向が９０°曲げられ、第１の反射光３１と平行とされる。平行な第１及び第２の反射光３１，３２は、カラーカメラ１５に入射される。これにより、第１の反射光３１に基づく画像と、第２の反射光３２に基づく画像を同時に得ることができる。カラーカメラ１５によって得られた画像は、画像処理装置１６に供給される。
【００２１】
ここで、図２に示すように、第２の反射光３２の光路上には、第１の反射光３１の光路長と第２の反射光３２の光路長を一致させるガラス板４１を配置することが好ましい。このように、ガラス板４１を用いて第１の反射光３１の光路長と第２の反射光３２の光路長を一致させれば、カラーカメラ１５は第１の反射光３１からなる像と第２の反射光３２からなる像の両方に正しくピントを合わせることが可能となる。また、図２に示すように、第１の反射光３１の光路上には、第１の反射光３１の光量を低減させるＮＤフィルタ４２を配置することが好ましい。このように、ＮＤフィルタ４２を用いて第１の反射光３１の光量を低減させれば、第１の反射光３１の光量と第２の反射光３２の光量の差を低減することが可能となる。
【００２２】
画像処理装置１６は、カラーカメラ１５によって得られた画像から照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの波長成分を抽出することによって、３つの画像を生成する。つまり、反射光３１，３２から赤色光を抽出した画像、反射光３１，３２から緑色光を抽出した画像、反射光３１，３２から青色光を抽出した画像が得られる。各画像は、モニタ１７を介してオペレータが確認することができる。
【００２３】
図３〜図５は、反射光３１，３２からそれぞれ赤色光、緑色光及び青色光を抽出した画像であり、左側が反射光３１に基づく画像、右側が反射光３２に基づく画像である。図３〜図５に示すように、本実施形態による外観検査装置１０は、一つの検査対象物Ｗから６つの画像を同時に取得することができる。６つの画像とはつまり、赤色光、緑色光及び青色光の鏡面反射によって得られた画像と、赤色光、緑色光及び青色光の拡散反射によって得られた画像である。図３〜図５に示すように、鏡面反射によって得られた画像からは、検査対象物Ｗの表面や稜線の状態が把握でき、拡散反射によって得られた画像からは、検査対象物Ｗの内部や稜線の状態が把握できることが分かる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態による外観検査装置１０によれば、一つの検査対象物Ｗから６つの画像を同時に取得することができる。また、コントラストが最も高くなるよう、各照明１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの照射角度を任意に変更できることから、より多くの欠陥を顕在化させることが可能となる。しかも、偏光ビームスプリッタ１３によって分離した２つの反射光３１，３２が平行化され、同じカラーカメラ１５に入射することから、装置構成の大型化を抑えることも可能となる。
【００２５】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態による外観検査装置２０の構成を説明するための模式図である。
【００２６】
図６に示すように、第２の実施形態による外観検査装置２０は、２台のカラーカメラ２６Ｕ，２６Ｌを用いて、透明なステージＳの載置面Ｓ１に載置された検査対象物（ワーク）Ｗを上下両側から同時に撮影するものである。ステージＳの載置面Ｓ１側には、照明２１Ｒ，２１Ｂ，２１ＲＧＢ、ハーフミラー２３Ｕ、偏光ビームスプリッタ２４Ｕ、プリズム２５Ｕ及びカラーカメラ２６Ｕが配置され、ステージＳの裏面Ｓ２側には、照明２２Ｒ，２２Ｇ，２２ＲＧＢ、ハーフミラー２３Ｌ、偏光ビームスプリッタ２４Ｌ、プリズム２５Ｌ及びカラーカメラ２６Ｌが配置される。ここで、ステージＳは透明であることから、裏面Ｓ２側に配置される照明２２Ｒ，２２Ｇからの光も検査対象物Ｗに照射される。
【００２７】
照明２１Ｒ，２１Ｂは、それぞれ赤色光及び青色光を照射するものであり、いずれも検査対象物Ｗの前後左右４方向から照明する。ここで、照明２１Ｒと照明２１Ｂは、ステージＳからの位置が互いに異なっているため、照明２１Ｒによる赤色光の照射角度と照明２１Ｂによる青色光の照射角度は互いに異なる。図６に示す例では、照明２１Ｒがハイアングル照明を構成し、照明２１Ｂがローアングル照明を構成する。照明２１ＲＧＢは、赤色光、緑色光及び青色光が混在した白色光を照射することによって明るさを補うための補助照明であり、ハーフミラー２３Ｕによってカラーカメラ２６Ｕの光軸と同軸に照射される。
【００２８】
照明２２Ｒ，２２Ｇは、それぞれ赤色光及び緑色光を照射するものであり、いずれも検査対象物Ｗの前後左右４方向から照明する。ここで、照明２２Ｒと照明２２Ｇは、ステージＳからの位置が互いに異なっているため、照明２２Ｒによる赤色光の照射角度と照明２２Ｇによる緑色光の照射角度は互いに異なる。図６に示す例では、照明２２Ｒがハイアングル照明を構成し、照明２２Ｇがローアングル照明を構成する。照明２２ＲＧＢは、赤色光、緑色光及び青色光が混在した白色光を照射することによって明るさを補うための補助照明であり、ハーフミラー２３Ｌによってカラーカメラ２６Ｌの光軸と同軸に照射される。
【００２９】
第１の実施形態と同様、各照明２１Ｒ，２１Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇは、図示しない偏光フィルタを備えており、各照明２１Ｒ，２１Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇから照射される光は互いに同じ直線偏光特性（例えばＳ偏光波）に揃えられている。そして、偏光ビームスプリッタ２４Ｕ，２４Ｌは、各照明２１Ｒ，２１Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇから照射される光の直線偏光成分を含む光、つまり鏡面反射光と、各照明２１Ｒ，２１Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇから照射される光の直線偏光成分が除去された光、つまり拡散反射光に分離する。鏡面反射光及び拡散反射光は、プリズム２５Ｕ，２５Ｌに含まれるミラー２５Ｕｍ，２５Ｌｍによって平行化され、カラーカメラ２６Ｕ，２６Ｌに入射する。
【００３０】
かかる構成により、カラーカメラ２６Ｕは検査対象物Ｗを上面側から撮影し、カラーカメラ２６Ｌは検査対象物Ｗを下面側から撮影することができる。そして、画像処理装置２７は、カラーカメラ２６Ｕ，２６Ｌによって得られた画像から赤色成分、緑色成分、青色成分を抽出することによって、鏡面反射光による像又は拡散反射光による像からなる合計１２個の画像を生成する。各画像は、モニタ２８を介してオペレータが確認することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態による外観検査装置２０によれば、第１の実施形態による外観検査装置１０の効果に加え、一つの検査対象物Ｗから上下両側から同時に撮影することによって、検査対象物Ｗの全体を一度に検査することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、上記各実施形態においては、赤色光、緑色光及び青色光からなる３色の光を検査対象物Ｗに照射しているが、本発明において３色の光を用いることは必須でなく、検査対象物Ｗの種類や検出すべき欠陥の種類に応じ、２色又は４色以上の光を用いても構わない。
【符号の説明】
【００３４】
１０，２０    外観検査装置
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ，１１ＲＧＢ，２１Ｒ，２１Ｂ，２１ＲＧＢ，２２Ｒ，２２Ｇ，２２ＲＧＢ    照明
１２，２３Ｌ，２３Ｕ    ハーフミラー
１３，２４Ｌ，２４Ｕ    偏光ビームスプリッタ
１４，２５Ｌ，２５Ｕ    プリズム
１４ｍ，２５Ｌｍ，２５Ｕｍ    ミラー
１５，２６Ｕ，２６Ｌ    カラーカメラ
１６，２７    画像処理装置
１７，２８    モニタ
３０〜３２    反射光
４１    ガラス板
４２    ＮＤフィルタ
Ｓ    ステージ
Ｓ１    載置面
Ｓ２    裏面
Ｗ    検査対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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