(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の材料間の接合の状態を、接合部材の膜厚ムラ、表面粗さの影響を受けることなく高精度に検査を行うことを可能にし、かつ高速検査を可能にする接合性検査方法及び装置を提供する。【解決手段】複数の部材を接合して形成した試料１０４の複数の部材の接合部の接合性を検査する方法及びその装置において、試料１０４の表面に細く線状に成形したパルス状のレーザ光１１１を所定の時間照射して試料１０４を加熱し、細く成形したレーザ光１１１を照射して加熱した試料を赤外線カメラ１０５で加熱する所定の時間よりも長い時間撮像して試料表面の複数の熱画像を得、この得られた複数の熱画像から試料表面の熱分布の時間変化を検出し、この検出した試料表面の熱分布の時間変化から接合部の接合性を判定する。【選択図】図１Ａ
2015132545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を接合して形成した試料の前記複数の部材の接合部の接合性を検査する方法であって 
前記試料の表面に細く線状に成形したパルス状のレーザ光を所定の時間照射して前記試料を加熱し、
該細く成形したレーザ光を照射して加熱した前記試料を赤外線カメラで前記所定の時間よりも長い時間撮像して前記試料表面の複数の熱画像を得、
該得られた複数の熱画像から前記試料表面の熱分布の時間変化を検出し、 
該検出した前記試料表面の熱分布の時間変化から前記接合部の接合性を判定することを特徴とする接合性検査方法。
【請求項２】
複数の部材を接合して形成した試料の前記複数の部材の接合部の接合性を検査する方法であって 
細く線状に成形した複数のパルス状のレーザ光を前記試料の表面に対して斜めの方向からそれぞれ集光して所定の時間照射して前記試料を加熱し、
該細く成形した複数のパルス状のレーザ光が照射されて加熱された前記試料を、前記加熱を開始してから赤外線カメラで前記加熱された複数の領域から拡散した熱が互いに干渉を開始する前までの時間撮像して前記試料表面の複数の熱画像を得、
該得られた複数の熱画像から前記試料表面の熱分布の時間変化を検出し、 
該検出した前記試料表面の熱分布の時間変化から前記接合部の接合性を判定することを特徴とする接合性検査方法。
【請求項３】
請求項1又は２に記載の接合性検査方法であって 
前記試料に前記細く線状に成形したパルス状のレーザ光を照射して前記試料を加熱するタイミングと前記赤外線カメラで前記試料を撮像するタイミングとを同期させて前記複数の熱画像を取得することを 特徴とする接合性検査方法。
【請求項４】
請求項1又は２に記載の接合性検査方法であって 
前記細く線状に成形したパルス状のレーザ光を複数作成し、該複数作成した細く線状に成形したレーザ光を前記試料の表面の所定のピッチ離れた複数の箇所に同時に照射して、該試料の表面の複数の箇所を同時加熱し、前記赤外線カメラで撮像して得た熱画像を処理して前記試料上の複数領域を同時に検査することを特徴とする接合性検査方法。
【請求項５】
請求項1又は２に記載の接合性検査方法であって 
前記赤外線カメラで撮像して得られた前記試料表面の複数の多値の熱画像をそれぞれあるしきい値レベルで２値化し、該２値化した複数の画像における２値化領域の境界線の時間変化から前記接合部の接合性を判定することを特徴とする接合性検査方法。
【請求項６】
請求項1又は２に記載の接合性検査方法であって 
前記取得した複数の熱画像における前記試料表面の熱分布の時間変化から前記接合部の接合性を判定した熱画像を画面上に表示することを特徴とする接合性検査方法。
【請求項７】
複数の部材を接合して形成した試料の前記複数の部材の接合部の接合性を検査する装置であって 
パルス状のレーザ光を発射するレーザ光源と該レーザ光源から発射されたパルス状のレーザ光を細く線状に成形するマスクを有して、該レーザ光源から発射されたパルス状のレーザ光を前記マスクで細く線状に成形して前記試料の表面に所定の時間照射して前記試料を加熱するレーザ光照射部と、
該レーザ照射部により細く成形したパルス状のレーザ光を照射して加熱した前記試料を赤外線カメラで前記所定の時間よりも長い時間撮像して前記試料表面の複数の熱画像を取得する撮像部と、
該撮像部で取得された複数の熱画像から前記試料表面の熱分布の時間変化を検出して該検出した前記試料表面の熱分布の時間変化から前記接合部の接合性を判定する接合性判定部と
を備えたことを特徴とする接合性検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の接合性検査装置であって 
前記レーザ光照射部で前記試料に前記細く線状に成形したパルス状のレーザ光を照射して前記試料を加熱するタイミングと前記撮像部の前記赤外線カメラで前記試料を撮像するタイミングとを同期させる測定タイミング制御部を更に備えることを 特徴とする接合性検査装置。
【請求項９】
請求項７に記載の接合性検査装置であって 
前記レーザ光照射部の前記マスクは、細く線状に成形したパルス状のレーザ光を複数形成して、該複数形成した細く線状に成形したレーザ光を前記試料の表面の所定のピッチ離れた複数の箇所に同時に照射して該試料の表面の複数の箇所を同時加熱することを特徴とする接合性検査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の接合性検査装置であって 
前記撮像部は、前記細く線状に成形したパルス状のレーザ光が前記試料の表面の複数の箇所に同時に照射されて前記試料の複数の個所が同時に加熱された時点から前記加熱された前記試料の表面の複数の個所のうち隣接する箇所から拡散した熱が互いに干渉し始める前までの時間、前記赤外線カメラで前記試料を撮像して前記試料の複数の熱画像を取得することを特徴とする接合性検査装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の接合性検査装置であって、 
前記レーザ照射部は集光レンズを有し、前記マスクで形成した複数の細く線状に成形したパルス状のレーザ光を前記試料の表面に対して斜めの方向から前記細く線状に成形した複数のパルス状のレーザ光がそれぞれ前記試料の表面に集光するように前記集光レンズで集光させて照射することを特徴とする接合性検査装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の接合性検査装置であって 
前記試料表面の熱分布の時間変化から前記接合部の接合性を判定した熱画像を表示する表示画面を更に備えることを特徴とする接合性検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材間の接合の状態を赤外線カメラを用いて検査する接合性検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の部材間の接合の状態を検査するのに、例えば金属の接合性検査をする手法としてサーマルイメージングがある。サーマルイメージングは、外部熱源により加熱した試料の熱伝導の過渡応答を観測し、接合部と非接合部における放射赤外線量の差異から接合性を評価するする手法である。
【０００３】
サーマルイメージングにおいて、放射率が小さい試料、熱容量の大きい試料、膜厚ムラがある試料、あるいは非接合領域が微小な試料を測定する場合、試料から放射される赤外線量が少ない、また、温度変化の差が小さいため、接合部と非接合部における放射赤外線量の差の観測が困難であり、検査の信頼性が低下してしまう。
【０００４】
特許文献１には、放射率が低い、あるいは接合部と非接合部における放射赤外線量の差が軽微な試料に対しても非接合部の検出を可能にする手法が記載されている。特許文献１では、ペルチェ素子などを用いて試料の温度を平衡状態に保ち、その状態を初期状態とする。初期状態から周期的に強度変調したレーザで試料を加熱し、熱画像を測定する。初期状態とレーザによる加熱後の熱画像の差分を取ることで、微小な温度変化を観測することができるため、Ｓ／Ｎの高い検査が可能となる。
【０００５】
また、特許文献２には、試料を局所加熱し、加熱部から測定部までの面内方向の温度変化量、位相遅れを測定することで、ｘｙ方向の微小な非接合部を検出する手法が記載されている。局所加熱を行うことで、微小領域の温度変化を観測できるため、測定部の膜厚ムラや表面粗さの影響を抑制した検査を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−３８８３８号公報
【特許文献２】特開平０３―１８９５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献1には、放射率が低い、あるいは非接合部が微小な試料に対しても接合性の評価を可能にする技術が記載されている。しかし、特許文献1の技術は、試料の温度を一定に保つ必要があるため、測定対象に温度計測素子、温度制御素子を取り付けなければならない。そのため、測定対象の全数検査を行う場合、測定対象ごとに温度制御素子の取り付け、取り外しの時間がかかり、また、温度の常時モニタリングが必要となるため、製品を高速に検査することが困難である。
【０００８】
また、前記特許文献２には、試料の局所加熱を行うことによって微小な非接合領域を検査する手法が記載されている。しかし、特許文献２の装置では、接合性検査を行う際、１点ずつの情報を検出するポイント検査であるため、膜全面の検査を行うためには測定部を２次元走査しなければならず、検査には時間がかかってしまう。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、複数の材料間の接合の状態を、接合部材の膜厚ムラ、表面粗さの影響を受けることなく高精度に検査を行うことを可能にし、かつ高速検査を可能にする接合性検査装置及びその方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明では、複数の部材を接合して形成した試料の複数の部材の接合部の接合性を検査する方法において、試料の表面に細く線状に成形したパルス状のレーザ光を所定の時間照射して試料を加熱し、この細く成形したレーザ光を照射して加熱した試料を赤外線カメラで所定の時間よりも長い時間撮像して試料表面の複数の熱画像を得、この得られた複数の熱画像から試料表面の熱分布の時間変化を検出し、この検出した試料表面の熱分布の時間変化から接合部の接合性を判定するようにした。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明では、複数の部材を接合して形成した試料の複数の部材の接合部の接合性を検査する方法において、細く線状に成形した複数のパルス状のレーザ光を試料の表面に対して斜めの方向からそれぞれ集光して所定の時間照射して試料を加熱し、この細く成形した複数のパルス状のレーザ光が照射されて加熱された試料を、加熱を開始してから赤外線カメラで加熱された複数の領域から拡散した熱が互いに干渉を開始する前までの時間撮像して試料表面の複数の熱画像を得、この得られた複数の熱画像から試料表面の熱分布の時間変化を検出し、この検出した試料表面の熱分布の時間変化から接合部の接合性を判定するようにした。
【００１２】
更に、上記課題を解決するために、本発明では、複数の部材を接合して形成した試料の複数の部材の接合部の接合性を検査する装置を、パルス状のレーザ光を発射するレーザ光源とこのレーザ光源から発射されたパルス状のレーザ光を細く線状に成形するマスクを有して、レーザ光源から発射されたパルス状のレーザ光をマスクで細く線状に成形して試料の表面に所定の時間照射して試料を加熱するレーザ光照射部と、このレーザ照射部により細く成形したパルス状のレーザ光を照射して加熱した試料を赤外線カメラで所定の時間よりも長い時間撮像して試料表面の複数の熱画像を取得する撮像部と、この撮像部で取得された複数の熱画像から試料表面の熱分布の時間変化を検出してこの検出した試料表面の熱分布の時間変化から接合部の接合性を判定する接合性判定部とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属の接合性を膜厚ムラ、表面粗さによらない高精度な検査が可能な装置、かつ高速検査が可能な接合性検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置で検査する試料の平面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置で検査する試料のＡ−Ａ断面図である。
【図１Ｄ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置のマスクとレーザの照射領域との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る接合性検査装置の斜入射光学系の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る接合性検査装置の試料上のレーザ光の複数の照射領域を示す試料の平面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る接合性検査装置のマスクの開口領域を決定する方法を説明するマスクの平面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る接合性検査装置のレーザ光の照射領域の一例を示す試料の平面図である。
【図６】本発明の実施例１に係る接合性検査装置で取得される熱画像の各画素の輝度値の一例を示す熱画像である。
【図７】本発明の実施例１に係る接合性検査装置における測定時間と総輝度値の関係を説明するグラフである。
【図８Ａ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を照射して時間Ｔ１後における熱伝導状態を示す試料の平面図及び断面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を照射して時間Ｔ２後における熱伝導状態を示す試料の平面図及び断面図である。
【図９Ａ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を照射して時間Ｔ１後における試料のｙ＝ｙ１の線上における温度上昇の状態を示すグラフである。
【図９Ｂ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を照射して時間Ｔ２後における試料のｙ＝ｙ１の線上における温度上昇の状態を示すグラフである。
【図１０Ａ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を試料の非接合部の上と接合部の上とに照射して時間Ｔ１後における熱伝導状態を示す試料の断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を試料の非接合部の上と接合部の上とに照射して時間Ｔ２後における熱伝導状態を示す試料の断面図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、レーザ光を試料の非接合部の上と接合部の上とに照射したときの非接合部と接合部の熱残留時間の差を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、試料の加熱位置を変更する方法を説明する試料の平面図である。
【図１３Ａ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、試料の加熱方向の別な例を説明する試料の平面図である。
【図１３Ｂ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、試料の加熱方向の別な例を説明する試料の平面図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る接合性検査の工程を説明するフローチャートである。
【図１５Ａ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、検査の結果を表示したＰＣの画面の正面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施例１に係る接合性検査装置において、赤外線画像とＰＣで判定した結果とを表示したＰＣの画面の正面図である。
【図１６】本発明の実施例２における接合性検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、複数の部材間の接合の状態を赤外線カメラを用いて検査する接合性検査方法及び装置の例として、二つの金属部材を溶接で接合した接合箇所の状態を赤外線カメラを用いて撮像した画像を用いて検査する場合について説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例における接合性検査装置１００の基本構成を図１Ａに示す。接合性検査装置１００は、斜入射光学系１２０、撮像光学系１３０、テーブル駆動系１４０及び制御系１５０を備えて構成されている。
【００１７】
斜入射光学系１２０は、光源１１０、コリメータレンズ１１２、ビームホモジナイザ１１３、マスク１０２、集光レンズ１０３を備えている。撮像光学系１３０は、赤外線測定カメラ１０５を備えている。テーブル駆動系１４０は、測定試料１０４を載置して平面内で移動可能なテーブル１０６、テーブル１０６を駆動するモータ１０６１を備えている。制御系１５０は、光源コントローラ１１０５、強度変調部１０１、測定タイミング制御部１０８、試料駆動機構制御部１０７、表示画面１０９１を有するＰＣ１０９を備えている。
【００１８】
試料１０４は、図１Ｂに平面図、図１ＣにＡ−Ａ断面図を示すように、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板１０４１と、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板１０４２を領域１０４３で抵抗溶接（スポット溶接）したものである。抵抗溶接は、半径１ｍｍの電極を用い、印加電流１ｋＡで行う。本実施例においては、この溶接により領域１０４３においてアルミニウム板１０４１と１０４２とが正しく接合されているかについて検査を行う。
【００１９】
試料１０４の加熱は、強度変調部１０１で周期的に強度変調して光源１１０から発射されたレーザ光１１１を、試料１０４上のある領域に照射することにより行う。加熱は、例えば、ｘ軸方向に細く絞ってｙ軸方向に拡げた５ｍｍ×１００μｍのレーザ光で行い、強度変調は、パルス幅０．１ｓ、繰り返し周波数１Ｈｚとする。強度変調部１０１における強度変調方法としては、レーザ発振を直接ＯＮ／ＯＦＦする直接変調方式を用いる。光源１１０としては、例えば波長１５５０ｎｍ、出力１００Ｗの半導体レーザを用いる。半導体レーザから射出したレーザ光は光ファイバに入射され射出端まで伝搬させる（図示せず）。光ファイバとしては、大出力化が可能なコア径の大きい光ファイバを用いる。例えば、コア径１００μｍ、ＮＡ＝０．３のマルチモードファイバなどが挙げられる。
【００２０】
光源１１０の光ファイバの射出端から射出したレーザ光１１１はコリメータレンズ１１２でコリメート光１１２１にし、マスク１０２に入射する。コリメータレンズ１１２を透過したコリメート光１１２１のビーム径（直径）Ｄは、Ｄ＝２×ｆ×ＮＡで表わされる。ここで、ｆはレンズの焦点距離、ＮＡは光ファイバのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）値である。例えば、波長１５５０ｎｍ、ＮＡ０．３のレーザ光を焦点距離１８ｍｍのコリメータレンズに入射すると、レーザ光１１１は直径１１ｍｍのコリメート光１１２１になる。
【００２１】
ここで、コリメート光１１２１のビーム径は、図１Ｄに示すように、マスク１０２の開口部１０２１全体に照射される大きさになるように拡げる。例えば、直径１１ｍｍの円形のコリメート光をマスク１０２の矩形の領域１０２２に形成された複数のマスクパターン（開口部）１０２１に照射する場合、矩形の領域１０２２の一辺の長さは、１１÷√２＝７．７８ｍｍ以下でなければならない。コリメータレンズ１１２のみで所望のビーム径が得られない場合は、コリメータレンズ１１２とビームホモジナイザ１１３との間にビームエキスパンダ（図示せず）を用いることでビーム径を広げることができる。ビームエキスパンダは、凸レンズと凹レンズの組み合わせ、または、２枚の凸レンズの組み合わせから構成されており、コリメート光１１２１のビーム径を拡げることが可能な光学素子である。コリメータレンズ１１２を透過後のコリメート光１１２１のビーム径が１１ｍｍであり、マスク１０２の矩形の領域１０２２（被照射範囲）が１５ｍｍ×１５ｍｍであった場合、ビームエキスパンダとしては、最大入射有効径が１５ｍｍ、ビーム倍率が２倍の素子を使用すればよい。これにより、コリメート光１１２１のビーム径は直径２２ｍｍまで拡大されるため、矩形の領域１０２２（被照射範囲）が１５．６ｍｍ×１５．６ｍｍ以下のマスク１０２を使用することができる。
【００２２】
また、一般的なレーザ光は、ガウシアン分布など強度分布が不均一なものであるため、均一加熱を行うためには、ビームの強度分布は一様にする必要がある。ビームの強度分布を一様にする手法としては、ビームホモジナイザ１１３などを用いればよい。ビームホモジナイザ１１３は、不均一な強度分布をもつレーザ光を均一な強度分布にする光学素子であり、例えば非球面ビームホモジナイザがある。非球面ホモジナイザは、ガウシアン分布の光線密度分布を均一分布に変換するように各光線の屈折角が非球面レンズによって制御されており、レーザ光の強度分布を均一にすることが可能となる。
【００２３】
ビームホモジナイザ１１３を透過して一様な強度分布になったレーザ光はマスク１０２に入射し、マスク１０２の開口部１０２１により空間的に分割される。マスク１０２通過後のビームは、試料１０４上に照射される。レーザ光を照射することによる試料１０４の加熱時間ｔは、試料１０４の物性値、上昇させたい温度を基に決定し、ｔ＝ＶｄΔＴ/εＰの式から算出することができる。ここで、Ｖはレーザが照射される部分の試料１０４の体積、ｄは試料１０４の密度、ΔＴは温度変化量、εは試料１０４の熱吸収率、Ｐはレーザの照射パワーである。例えば、出力１Ｗ、波長１５５０ｎｍ、スポット径１ｍｍのレーザで厚さ０．１ｍｍの銅板の温度を１００℃上昇させる場合、銅の密度ｄ＝８．９ｇ/ｃｍ３、熱吸収率０．８０を用いると照射時間は０．１７ｓとなり、この値近辺で目標の温度上昇が達成できる。
【００２４】
試料１０４の熱伝導の過渡応答は赤外線カメラ１０５を用いて測定する。赤外線カメラ１０５としては、温度分解能０．０３℃、画素数３２０×２５６の素子を使用し、熱伝導の過渡応答を高い時間分解能で測定するため高速なフレームレートのものを使用する。例えば、ＩｎＳｂなどの半導体素子を利用した冷却型センサを使用すれば、フレームレート１５００ｆｐｓ（時間分解能：０．６７ｍｓ）といった高速フレームレートを実現可能である。
【００２５】
試料１０４にレーザ光を照射するタイミングと赤外線カメラ１０５の測定開始タイミングは、測定タイミング制御部１０８で制御する。測定タイミング制御部１０８としては、ファンクションジェネレータを用いて信号を出し、その信号を同期信号として用いればよい。同期信号のＯＮ／ＯＦＦはＰＣ１０９を用いて制御する。
【００２６】
赤外線カメラ１０５による熱伝導の過渡応答測定は、加熱前の熱画像の輝度値から予め決定した閾値に達するまで行う。閾値に達した後は、赤外線カメラの撮影を一旦終了し、加熱位置の変更を行う。加熱位置の変更は、テーブル１０６を駆動するモータ１０６１を試料駆動機構制御部１０７で制御してテーブル１０６を移動させることで行い、試料１０４上の加熱位置の変更後、前記と同様の熱画像撮影を行う。テーブル１０６を駆動するモータ１０６１としては、位置決め精度０．０１ｍｍのステッピングモータを用いればよい。駆動方向は、ｘｙ平面の２軸駆動に加え、回転ステージを具備し、試料の回転を可能とする。赤外線カメラ１０５で検出した１画素ごとの温度情報は通信ケーブル（図示せず）を介してＰＣ１０９に転送される。ＰＣ１０９では、試料１０４の表面におけるｘｙ平面内の熱の広がり、または熱の残留時間を基に接合部１０４３の接合性を判定する。
【００２７】
本実施例では、強度変調部１０１におけるレーザの強度変調を直接変調方式により行うことで説明したが、入力光を外部信号によって変調する外部変調方式を用いてもよい。外部変調を用いることで高速な変調をかけることができる。外部変調方式としては、音響光学変調器（ＡＯＭ）、電気光学変調器（ＥＯＭ）、メカニカルチョッパを使用する方法がる。また、変調方法としては、正弦波、のこぎり波などを使用してもよい。これにより、ロックイン検出する場合に、測定精度を向上させることができる。
【００２８】
本実施例では、波長１５５０ｎｍの光を用いて試料の加熱を行ったが、これに限定される必要はない。波長は試料１０４の吸収が大きい波長を選定することで、試料１０４を効率よく加熱することができる。例えば、試料１０４がニッケルの場合、波長１５５０ｎｍよりも波長１０００ｎｍのほうが赤外線の放射率が高くなる。そのため、ニッケルでは、波長１０００ｎｍ近辺を選択し、加熱を行う。
【００２９】
本実施例で、測定タイミング制御部１０８としてファンクションジェネレータを用いて測定タイミングの制御を行ったが、赤外線カメラ１０５または光源１００から信号を取り出して同期を行ってもよい。これにより、ファンクションジェネレータを使用する必要がなくなるため、装置の小型化が可能となる。
【００３０】
本実施例では、テーブル１０６を駆動するモータ１０６１としてステッピングモータを使用したが、これに限定される必要はない。例えば、サーボモータを用いれば、ステッピングモータと比較して価格は高くなるが、高い位置決め精度を実現することが可能となるため、試料１０４の移動量が微小かつ高い精度が求められる場合はサーボモータを用いればよい。
【００３１】
斜入射光学系１２０のうちマスク１０２と集光レンズ１０３に関して図２を用いて説明する。図２では、図１に示す装置構成のうち、マスク１０２、集光レンズ１０３、試料１０４、赤外線カメラ１０５以外の素子の記載は省略する。試料１０４に対してレーザ光１１２１による加熱と赤外線カメラ１０５による放射赤外線の測定を何れも試料１０４の上面側の方向から行う場合、斜入射光学系１２０、または赤外線カメラ１０５のうちの一方あるいはその両方を試料１０４の表面に垂直な方向から傾けて配置する必要がある。図２では、斜入射光学系１２０を試料１０４の表面に垂直な方向から傾けて配置した構成を示し、レーザ光の光軸１５をｘ軸から角度θ傾け、赤外線カメラ１０５による熱画像測定を試料１０４の表面に垂直な方向から行う構成に関して説明する。
【００３２】
光源１００から発射されたレーザ光の光軸１５がｘ軸から角度θ傾いた状態で集光レンズ１０３に入射した場合、マスク１０２に形成された各マスクパターン１０２１の位置から試料１０４の表面までの距離が等しくないため、各マスクパターン１０２１を通過したレーザ光のうち一部のレーザ光は試料１０４の表面上で集光しない。その結果、各マスクパターン１０２１を通過したレーザ光が照射されて加熱される領域の幅が場所によって変わってしまい、精度の高い測定を行うことができない。
【００３３】
そこで、本実施例においては、斜入射光学系１２０に、図２に示すシャインプルーフの原理を用いた構成を採用する。シャインプルーフの原理とは、物体面とレンズの主面がある一点で交わるとき、焦点が合う像面も同じ直線で交わるというものである。例えば、マスク１０２の延長線１０、集光レンズ１０３の主面１１が一点１６で交わる場合、試料１０４の延長線１２も交点１６で交わるため、マスク１０２各マスクパターン１０２１を通過したレーザ光は、試料１０４面上で集光する。この原理を用いるとマスク１０２の各マスクパターン１０２１で分割されたレーザ光１３、１４は、それぞれ集光レンズ１０３で集光され、試料１０４上で集光する。シャインプルーフの原理を用いた光学系の結像公式は、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆとなり、倍率はｘ／ｂ＝ｈ／ａで表わされる。ここで、ａは、集光レンズ１０３の主面から物体面までの距離、ｂは、集光レンズ１０３の主面から像面までの距離、ｆはレンズの焦点距離、ｈは物体の大きさ、ｘは像の大きさである。例えば、各マスクパターン１０２１のスリット幅が１ｍｍ、焦点距離１０ｍｍの集光レンズ１０３を利用して、試料１０４面上で５００μｍ幅の領域をレーザ加熱を行いたい場合、上記式を用いるとａ＝３０ｍｍ、ｂ＝１５ｍｍとすればよい。この構成において試料１０４面上のすべての点で集光させるためには、集光レンズ１０３の主面は試料１０４の表面に対して１６．５°傾き、マスク１０２は試料１０４の表面に対して４６．５°傾いている必要がある。集光レンズ１０３とマスク１０２の位置調整機構としては、ｘｚ軸の駆動機構とθ方向のあおり機構を用いることで制御可能となる。
【００３４】
マスク１０２の各マスクパターン１０２１を通過したレーザ光による試料１０４の表面上でのレーザ光照射領域のピッチの決定方法に関して、図３を用いて説明する。図３には、試料１０４の面上においてレーザ照射領域２２ａ、２２ｂがある場合の例を用いて説明する。レーザ照射による加熱開始後０．０５ｓにおけるレーザ照射領域２２ａ、２２ｂからの熱伝導の状態２３ａ、２３ｂを示し、加熱開始後０．１１ｓにおけるレーザ照射領域２２ａ、２２ｂからの熱伝導の状態２４ａ、２４ｂを示す。試料１０４上のレーザ照射領域２２ａ、２２ｂのピッチは、互いのレーザ照射領域２２ａ、２２ｂから伝導した熱が交わらないように、予め設定した測定時間中の熱伝導距離の２倍以上の照射ピッチをあける構成とする。ある測定点において、互いに隣接するレーザ照射領域２２ａ、２２ｂから伝導した熱が交わると、一つのレーザ光照射領域だけから熱が伝導した測定部と比較して、測定部の温度上昇、熱の残留時間が異なってしまうため、正常に接合性を検査することができない。そのため、互いの熱伝導の影響を受けないようにレーザ光照射部のピッチを確保し、接合性を評価する。
【００３５】
試料１０４として、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板側にｙ軸方向に拡がった１００μｍ×５ｍｍのレーザ光を照射して試料の加熱を行う例を示す。例えば、波長１０００ｎｍ、出力１００Ｗのレーザ光を試料に０．０５ｓ照射した場合、レーザ照射領域２２ａの熱は、照射時間０．０５ｓの間にｘｙ平面内に０．５ｍｍ伝導し、加熱中心部の表面温度は６℃上昇する。本加熱条件において、試料１０４の表面の温度は、加熱前の状態に冷却されるまで加熱開始直後から０．１１ｓかかり、その間にｘｙ平面内に熱が１．０ｍｍ伝導する。これより、上記照射条件においては、隣接するレーザ照射領域は、２．０ｍｍ以上の照射ピッチをあければ、互いに隣接するレーザ照射領域から伝導する熱の影響を受けることなく接合性を評価することができる。
【００３６】
レーザ照射領域間のピッチは、接合性の評価開始前に予備実験として、レーザ光で試料１０４をスポット加熱して、熱の緩和時間、緩和時間までに熱が拡がる距離を測定するにより決定すればよい。予備実験の結果で決定したレーザ照射領域間のピッチが実現できるようマスク１０２の開口部１０２１のピッチの算出を行う。マスク１０２の開口部１０２１のピッチは、集光レンズ１０３の焦点距離、試料１０４の表面におけるレーザ照射領域２１ａ，２１ｂのピッチを前記レンズの結像公式、倍率の公式に代入して算出する。例えば、焦点距離が１０ｍｍのレンズを使用し、レンズの主面から物体面までの距離を１５ｍｍとしたとき、レンズの主面から像面までの距離の位置３０ｍｍで結像する。マスク１０２の開口部１０２１のピッチをｈ、レーザ照射領域間のピッチをｘとした場合、倍率の公式にｘ＝２ｍｍを代入するとマスク１０２の開口部１０２１のピッチｈはｈ＝２÷２＝１ｍｍとなる。したがって、マスク１０２の開口部１０２１のピッチを１ｍｍとすれば、試料１０４の表面のレーザ照射領域間のピッチは２ｍｍとなり、隣接するレーザ照射領域からの熱伝導が互いに影響を与えずに接合性の評価を行うことができる。マスク１０２は、予め開口部１０２１のピッチの異なる複数のマスクを用意しておけばよい。これにより、マスク１０２の開口部１０２１の領域（開口幅）の制御機構が不必要となるため、低コスト化かつ小型化が可能となる。
【００３７】
試料１０４に照射するレーザ光の照射スポット径（レーザ照射領域のｘ軸方向の幅）の決定方法を説明する。試料１０４の表面上でのレーザのスポット径（レーザ照射領域のｘ軸方向の幅）は、空間分解能を上げるため、測定したい非接合部の大きさよりも小さくする。例えば、非接合領域の検出目標寸法が１００μｍであった場合、レーザ光のスポット径は１００μｍよりも小さくなるように集光レンズ１０３で絞る。レーザ光の照射スポット径（レーザ照射領域のｘ軸方向の幅）は、前記した倍率の公式で決定する。例えば、焦点距離１０ｍｍの集光レンズ１０３を使用し、集光レンズ１０３の主面から物体面までの距離を３０ｍｍとしたとき、集光レンズ１０３の主面から像面までの距離は１５ｍｍとなる。このときのマスク１０２のスリット１０２１の幅ｈと試料１０４の表面上のレーザ光のスポット径（レーザ照射領域のｘ軸方向の幅）ｘの関係を倍率の公式に代入して求めると、ｘ／ｈ＝０．５となる。したがって、試料１０４の表面でレーザ照射領域のｘ軸方向の幅１００μｍ未満のスポット径を得るためには、マスク１０２のスリット１０２１の幅ｈは２００μｍ未満であればよい。
【００３８】
図４にマスク１０２の構成の一例を示す。二枚のマスク板３１と３２とを重ね合わせることで制御すればよい。例えば、マスク板３１をホルダ（図示せず）に保持しておき、マスク板３２をステッピングモータ（図示せず）でｘ軸方向に駆動させ、スリット１０２１のｘ軸方向の幅が所望の寸法になるように制御する。
上記した例では、二枚のマスク板３１と３２とを組み合わせてスリットの幅を制御する構成をとったが、スリット幅、スリットピッチを制御する機構を組み込んでもよい。スリット幅を制御する機構としては、例えば空間光変調器がある。空間光変調器としては２次元アレイ状に配列した液晶分子やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの光学素子を用いて光の位相や振幅を空間的に変調するものである。空間光変調器の各ピクセルを個別に制御することで、光の透過または反射領域を変化させることができ、設定したスリット幅、ピッチを実現することができる。
【００３９】
本実施例では、ｘ軸方向に集光させてｙ軸方向に拡がったレーザ光を試料１０４の表面に照射して加熱する構成を説明したが、マスク１０２のマスクパターン１０２１の形状を変化させ、測定対象に応じた加熱を行ってもよい。試料４１の端面に非接合部４２ａ、４２ｂがある場合の例を図５を用いて説明する。予め非接合部（例えば、剥れ）が発生しやすい場所が分かっている場合、図５に示すレーザ照射領域４３を、ｘ軸、ｙ軸両方に強度分布を変調したレーザ光を照射して加熱し、測定領域を限定してもよい。これにより、二次元の熱伝導の過渡応答を一度に測定できるため、試料を移動し、複数回測定する必要がなくなり、測定時間の短縮が可能となる。
【００４０】
測定終了のタイミングを決定する閾値の設定方法を図６、図７を用いて説明する。赤外線カメラ１０５を用いて熱画像測定を行うと、図６に示すように熱画像５１の各画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・Ｐｎ−１，Ｐｎに検出した赤外線量に対応する輝度値Ｐｉ（ｉ：画素位置）の画像が得られる。測定終了のタイミングを決定する閾値Ｑ１の設定は、試料加熱前（時刻ｔ０）の熱画像５１における各画素Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・Ｐｎ−１，Ｐｎの輝度値を足し合わせた値（総輝度値）Ｑ０を基に決定する。
【００４１】
赤外線カメラ１０５を用いて熱画像測定を行った際の時間と熱画像５１の総輝度値Ｑの関係を図７に示す。図７は、熱伝導の過渡応答特性を示すグラフである。閾値Ｑ１の設定方法としては、赤外線カメラ１０５の測定精度、外乱による温度揺らぎの大きさを基に決定すればよい。例えば、測定環境の温度揺らぎが２℃である場合、温度変化２℃に対応する輝度値をオフセットとして閾値Ｑ１を決定する。本実施例では、総輝度値Ｑ０を１００（任意単位）としたとき、閾値Ｑ１を加熱前の状態（総輝度値Ｑ０）より１０％輝度値の高い１１０（任意単位）と設定した場合の例を説明する。
【００４２】
測定開始後の時間と熱画像５１の輝度値の関係を説明する。
・時刻ｔ１：スリット状のレーザ光を照射して加熱開始に伴い、レーザ光の照射領域を中心として試料の温度が上がるため、赤外線の放射量は増加し、赤外線カメラ１０５で検出する赤外線量が増加する。これに伴い、赤外線カメラ１０５で撮像して得られる熱画像５１の各画素の輝度値は増加するため、熱画像５１の総輝度値Ｑも増加する。
・時刻ｔ２（加熱終了時）：スリット状のレーザ光の照射により試料の温度が最も高くなるため、総輝度値Ｑは最大値をとる。スリット状のレーザ光の照射を停止して加熱終了後、試料の温度が下がるとともに総輝度値Ｑも減少する。
・時刻ｔ３：熱拡散が充分に行われると試料の温度は加熱前の状態と同程度になり、総輝度値は閾値Ｑ１＝１１０に達する。この段階で測定終了とする。この結果から、測定終了のタイミングをｔ３と決定する  
本実施例では、測定終了のタイミングｔ３を決定する閾値Ｑ１を１１０(任意単位)と設定したが、これに限定される必要はない。例えば、閾値Ｑ１を１２０とすることで、測定時間を短縮することができる。  図１Ｂ又は図１Ｃに示すような、アルミニウム板１０４１と１０４２とを領域１０４３において溶接により接合した試料１０４において、アルミニウム板１０４１の面内で、接合部である領域１０４３とそれ以外の非接合部である領域の面内方向の熱の広がりが異なることを利用して接合性を評価する方法を図８Ａ、図８Ｂ、及び図９Ａ、図９Ｂを用いて説明する。試料１０４のアルミニウム板１０４１に照射するレーザ光の照射条件は、出力１００Ｗ、照射時間０．０５ｓ、照射スポット径５ｍｍ×１００μｍとする。図８Ａ及び図８Ｂには、溶接部８１（図１Ｂ又は図１Ｃにおける領域１０４３に相当）のある試料１０４に対して、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板１０４１（図１Ｃ参照）の側からｘ方向に細く絞りｙ軸方向に拡がった線状のレーザ光を試料面の領域８２に照射して試料１０４（アルミニウム板１０４１）を加熱し、この加熱された領域８２からアルミニウム板１０４１の面内でｘｙ方向への熱の伝導の様子を赤外線カメラ１０５で観測する例を示す。
【００４３】
図８Ａには、赤外線カメラ１０５で撮像して得られた時刻Ｔ＝Ｔ１における試料１０４のｘｙ平面の熱画像と試料１０４のｙ＝ｙ１における断面の熱伝導の様子を示す。赤外線カメラ１０５で撮像して得られるｘｙ平面の熱画像は多値の画像（グレースケールの画像）であるが、図８Ａには，この多値の画像をあるしきい値レベルで２値化したときの２値画像におけるそれぞれの領域の境界の輪郭線（境界線）を８４で表わしている。図８Ｂには、時刻Ｔ＝Ｔ２における試料１０４のｘｙ平面の熱画像と試料１０４のｙ＝ｙ１における断面の熱伝導の様子を示す。図８Ｂにおいても、赤外線カメラ１０５で撮像して得られるｘｙ平面の多値の熱画像をあるしきい値で２値化したときの２値画像における領域の境界の輪郭線を８５で表わしている。
【００４４】
図９Ａには、試料１０４の座標ｙ＝ｙ１における時刻Ｔ＝Ｔ１における加熱中心（ｘ＝０：レーザ光の照射領域８２）からの距離と試料表面の温度の関係を、図９Ｂには、試料１０４の座標ｙ＝ｙ１におけるＴ＝Ｔ２における加熱中心（ｘ＝０）からの距離と試料表面の温度の関係を示す。
接合部８１では、アルミニウム板１０４１からアルミニウム板１０４２へ向かってｚ軸方向（アルミニウム板１０４１からアルミニウム板１０４２へ向かう方向）およびアルミニウム板１０４１のｘｙ平面内に熱伝導が行われるが、アルミニウム板１０４２で接合部８１以外の非接合部ではｚ軸方向（アルミニウム板１０４１からアルミニウム板１０４２へ向かう方向）に熱が伝わりにくくなるため、接合部８１と接合部８１以外の非接合部でアルミニウム板１０４２における面内方向の熱の広がりが異なる。そのため、赤外線カメラ１０５で試料を撮像して得られる熱画像において、任意の座標における熱が拡がる範囲を比較することで接合部と非接合部の判別が可能となる。
【００４５】
図８Ａに示すように、時刻Ｔ＝Ｔ１では、熱の広がり８４（試料１０４の多値の熱画像を、あるしきい値レベルで２値化したときの２値画像における境界の輪郭線で、等温度の領域を結んだ線に相当する：等温度領域）は、接合部８１まで到達していないため、接合性に起因する熱伝導の差異は観測されない。すなわち、等温度領域８４は、レーザ光の照射領域８２の長手方向に対して左右対象となり、ほぼ平行になっている。図９Ａの時刻Ｔ＝Ｔ１のグラフにおいても、ｘ方向の中心ｘ＝０（レーザ光の照射領域（加熱部）８２）に対して左右のグラフがほぼ対象になっており、レーザ光の照射領域（加熱部）８２の左右において熱伝導の差異は観測されない。
【００４６】
一方、図８Ｂに示すように、時刻Ｔ＝Ｔ２になるとレーザ光の照射領域（加熱部）８２から伝導した熱の広がり８５（等温度領域）はｘｙ平面内に広がり、接合部８１に到達する。接合部８１においては、面内方向熱伝導に加えて、ｚ軸方向（図８Ｂにおいてアルミニウム板１０４２の側）にも熱が伝わるため、図８Ｂの上側のｘｙ平面図に示すように非接合部と比べてｘｙ平面への熱の伝導距離は短くなる（ｘｙ平面内での熱の伝導速度が遅くなる）。図９Ｂの時刻Ｔ＝Ｔ２におけるグラフでは、ｘ＝−３．４〜−１．５の部分における温度上昇が、ｘ＝１．５〜３．４の部分における温度上昇と比較して低くなっていることが分かる。例えば、ｘ＝１．５ｍｍにおいては、温度上昇が１℃であるのに対し、ｘ＝−１．５では、温度上昇が０．７℃となっていることが分かる。
【００４７】
このようにレーザ照射領域（加熱部）８２からの距離を変数として各時刻における温度変化を比較することで接合部、非接合部の差異を判別することができる。接合性の判定方法としては、任意の座標において温度閾値を設け、閾値以上であれば、非接合部と判断し、閾値以下であれば接合部と判断すればよい。ここで、測定においては表面のキズや赤外線カメラの測定精度に起因する温度上昇のバラつきが生じる可能性がある。そこで、非接合部の判断基準を複数点で設けることで温度上昇のバラつきに起因する虚報発生を抑制する。例えば、図９Ｂに示すように、レーザ照射領域（加熱部）８２からの｜ｘ｜＝２．０ｍｍ、２．５ｍｍにおいてそれぞれ閾値ｔｈ１、ｔｈ２を設定する。+ｘ軸方向に関しては、各点において共に閾値以上の温度になっていることから非接合部であると判定する。一方、−ｘ軸方向は、各点において、共に閾値以下の温度になっているため、接合部と判定する。
本実施例では、異なる座標ごとに閾値を設けて接合性の判定を行ったが、任意の位置において異なる時間で非接合部の判断を行ってもよい。例えば、加熱中心からの距離０．５ｍｍにおいて、加熱開始後０．１ｓで閾値ｔｈ１’、０．５ｓで閾値ｔｈ２’というように測定位置を固定して複数点判断基準を設けても虚報の抑制が可能となる。
【００４８】
接合部と非接合部で熱の残留時間が異なることを利用して接合性を評価する方法を図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１１を用いて説明する。図１０Ａは、接合部と非接合部とにそれぞれレーザを照射して加熱した場合の試料１０４のｙ＝ｙ１の位置（図８Ａ参照）の断面における熱の伝導の様子を示す。図１０Ｂには、図１０Ａと同じ断面の時刻Ｔ＝Ｔ２における熱伝導の様子を示す。図１１は、レーザ光が照射された接合部８１における温度の時間変化１１０１と非接合部における温度の時間変化１１０２を示す。
【００４９】
即ち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した例においては、接合部８１がある試料１０４に対して、ｘ軸方向に細く絞り、ｙ軸方向に拡がった線状のレーザ光を接合部８１と接合部８１以外の非接合部との２か所に照射し、試料１０４を加熱した場合を示す（レーザ照射領域（加熱部）９１ａ、９１ｂ）。レーザ照射領域（加熱部）９１ａは接合部８１の上方を加熱しており、レーザ照射領域（加熱部）９１ｂは接合部８１以外の非接合部を加熱している。
【００５０】
図１０Ａで、時刻Ｔ＝Ｔ１においては、レーザ照射領域（加熱部）９１ａ、及び９１ｂから伝導した熱伝導の状態（赤外線カメラ１０５で撮像して得た試料１０４の熱画像において、等温度の領域を結んだ線：等温度領域）９３ａ、９３ｂに差は生じていない。
【００５１】
図１０Ｂには、時刻Ｔ＝Ｔ２における熱伝導の状態を等温度領域９５ａ、９５ｂに示す。時刻Ｔ＝Ｔ２になると、接合部８１はｚ軸方向即ちアルミニウム板１０４２の側にも熱が伝わりやすいため、接合部８１においては試料１０４の裏面即ちアルミニウム板１０４２の側まで熱が達する。一方、アルミニウム板１０４１の接合部８１以外の非接合部は、ｚ軸方向即ちアルミニウム板１０４２の側に熱が伝わりにくいため、時刻Ｔ＝Ｔ２においては試料の裏面即ちアルミニウム板１０４２の側まで熱が伝わらない。その後、時間が経つにつれて、接合部８１の熱は試料表面の側即ちアルミニウム板１０４１の側と試料裏面の側即ちアルミニウム板１０４２の側から熱を放射するため、非接合部と比べて試料表面の側即ちアルミニウム板１０４１の側に熱が残留する時間が短い。
【００５２】
図１１に、レーザ照射領域（加熱部）９１ａ及び９１ｂに同じ形状の線状に成形したレーザを同じ時間照射して加熱した場合の接合部８１の温度の時間変化１１０１と接合部８１以外の非接合部の温度の時間変化１１０２を示す。温度の時間変化１１０１と１１０２との熱残留時間を比較すると、非接合部の温度の時間変化１１０２では、熱が膜厚方向に伝わりにくいため、試料上層のアルミニウム板１０４１の側に熱が溜まり、温度上昇が大きくなる。また、熱は試料表面から主に放熱が起きるため、温度が下がりにくく、熱の残留時間が長い。一方、接合部の温度の時間変化１１０１は、熱が膜厚方向（アルミニウム板１０４２の側）、面内方向共に伝わりやすいため、非接合部に比べて温度上昇が小さい。また、試料裏面のアルミニウム板１０４２の側からも熱が放出されるため、非接合部と比べて、試料表面のアルミニウム板１０４１の側の温度が下がりやすく、熱の残留時間が短くなる。
【００５３】
接合部８１の接合性は、任意の時間において閾値を設けることで、判別すればよい。ここで、表面のキズや赤外線カメラ１０５の測定精度に起因する温度上昇のバラつきにより、虚報が発生することを防ぐため、閾値を複数の時間で設定してもよい。例えば、加熱開始後０．０８ｓ、０．１５ｓにおいて、それぞれ閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２を設定し、測定部の温度が閾値以下であれば、接合部であり、閾値以上であれば、非接合部と判断する。
【００５４】
試料の加熱位置変更方法に関して図１２Ａ乃至図１２Ｃを用いて説明する。図１２Ａに示すようにｘ軸方向に絞ってｙ軸方向に拡がった複数のレーザ光を試料１０４上の間隔がｄの複数の領域に照射し（照射領域（加熱部）１１１ａ〜ｄ）、ｘｙ方向の熱伝導の過渡応答を観測し、接合部の接合性の判定を行う（第一の測定）。所定の時間レーザ光を照射して試料１０４を加熱した後、熱拡散が完了し、試料が熱平衡状態になった段階で第一の測定を終了とする。第一の測定終了後、ＰＣ１０９から試料駆動機構制御部１０７に制御信号を出し、モータ１０６１でテーブル１０６を駆動して試料の位置を変更する（図１２Ｂ）。本実施例では、レーザ光照射領域の間隔ｄの半分（ｄ/２）だけ試料の位置を移動する例を示す。第一の測定同様に、ｘ軸方向に絞ってｙ軸方向に拡がったレーザ光を試料１０４上の間隔がｄの複数の領域に照射して（照射領域（加熱部）１１２ａ〜ｄ）、試料１０４の熱伝導の過渡応答を観測し、接合性の評価を行う（第二の測定）。
【００５５】
第二の測定が終了し、かつｘ軸方向に絞ってｙ軸方向に拡がったレーザを照射した条件での接合性検査が完了した場合、ＰＣ１０９から試料駆動機構制御部１０７に制御信号を出し、図示していないモータでテーブル１０６を駆動して、試料位置を＋９０度回転する（図１２Ｃ）。試料回転後、ｙ軸方向に拡げたレーザ光を試料１０４に照射し（照射領域（加熱部）１１３ａ〜ｄ）、ｘｙ方向の熱伝導の過渡応答を観測する（第三の測定）。第三の測定終了後、試料の位置をｘ軸方向にｄ／２だけ平行移動し、第四の測定を行う（図示せず）。予め設定した回数測定が完了した場合、ＰＣ１０９から制御信号を出して、赤外線カメラの撮影を終了し、測定完了とする。
【００５６】
本実施例では、ｘ軸方向、またはｙ軸方向に拡げたレーザ光を試料１０４に照射し、ｘまたはｙ方向の熱伝導の過渡応答を観測したが、これに限定する必要はない。例えば、図１３Ａに示すように、ｘ軸からφだけ傾けたレーザ光１２１を照射してもよい。この直交する位置の接合性を評価する場合、試料駆動機構をφ＋９０°回転してレーザ光１２２を試料に照射すればよい（図１３Ｂ）。測定回数、各測定における試料の移動量は試料の材質、構造を基に設定しておく。
【００５７】
本実施例による測定フローを図１４を用いて説明する。先ず、試料１０４をテーブル１０６に載置した状態で、試料１０４を加熱前の温度分布を赤外線カメラ１０５で撮影し（ステップＳ１４０１）、撮像して得た試料１０４の熱画像から、測定終了のタイミングを判断するための閾値Ｑ１を算出する（ステップＳ１４０２）。閾値Ｑ１の算出方法の詳細は図７を用いて説明したように、加熱前の試料１０４の熱画像において各画素の輝度値の総和（総輝度値）を算出し、総輝度値を基に熱平衡状態を決定する閾値Ｑ１を決定する。
【００５８】
次に、測定タイミング制御部１０８で赤外線カメラ１０５の撮影タイミングと光源１００からのレーザの照射タイミングを同期して、マスク１０２を透過させて一方向に細く絞ったレーザを試料１０４に照射して、試料１０４の加熱を開始する(ステップＳ１４０３）。測定タイミング制御部１０８で同期をとる方法としては、赤外線カメラ１０５またはレーザを発射する光源１００の一方から同期信号を取り出し、その信号を基に他方を同期すればよい。または、測定タイミング制御部１０８としてファンクションジェネレータなどを用いて外部から同期信号を入力して同期をとってもよい。光源１００からのレーザの照射時間（加熱時間）、及び光源１００からのレーザの出力は、試料１０４の熱拡散係数、構造から決定し、この決定した時間加熱に達した段階でレーザの照射を終了（加熱終了）とする（ステップＳ１４０４）。
【００５９】
レーザの照射終了後（加熱終了後）、熱画像の各画素の輝度値の総和ＱがステップＳ１４０２で決定した閾値Ｑ１に減少するまで熱画像撮影を行い、熱画像の各画素の輝度値の総和Ｑが閾値Ｑ１に達した段階で赤外線カメラ１０５による熱画像の撮影を終了する（ステップＳ１４０５）。赤外線カメラ１０５で撮影した熱画像の各画素の温度上昇の変化、熱残留時間の情報を抽出し（ステップＳ１４０６）、フレームごとの熱画像を比較することで接合性を判定する（ステップ００７）。接合性の判定終了後、試料駆動機構制御部１０７でモータ１０６１又は図示していないモータを制御して、テーブル１０６を駆動し、試料１０４上のレーザ照射領域（図３の２２ａ,２２ｂ）を移動させ（ステップＳ１４０９）、ステップＳ１４０１〜ステップＳ１４０７の工程を行い、最初の測定した領域とは異なる領域の接合性評価を行う。予め指定した領域の熱画像観察を終了した段階で、判定の結果をＰＣ１０９の画面１０９１上に表示し（Ｓ１４１０）、検査完了とする。
【００６０】
本実施例では、接合性の評価はオンラインで行ったが、オフラインで行ってもよい。オフラインで接合性を評価することで、加熱部を移動した条件での測定をすぐに行うことができるため、測定時間を短縮することができる。
【００６１】
図１５Ａに、ステップＳ１４１０でＰＣ１０９の画面１０９１上に表示する判定の結果の画面の例を示す。画面１０９１上には、赤外線カメラ１０５で撮像した試料１０４の赤外線画像（熱画像）１５０１の上に、接合判定ステップＳ１４０７で判定した接合領域１５０２を表示し、領域１５２１に接合領域１５０２の画素数を表示するする。また、図１５Ｂに示すように、接合判定ステップＳ１４０７で判定した接合領域１５０２に設計上の接合領域１５１０の情報を重ねて表示し、領域１５２１に接合領域１５０２の画素数、領域１５２２に判定の結果を表示してもよい。
【００６２】
オペレータは、図１５Ａに示したような画像１５０２と領域１５２１に表示された画素数を見て、試料１０４の接合領域１５０２の良否の判定を行う。また、ＰＣ１０９で接合領域１５０２の画像と設計上の接合領域１５１０の情報とを用いて処理して、赤外線画像（熱画像）１５０１から抽出された接合領域１５０２と設計上の接合領域１５１０との重なり具合から、設計上の接合領域１５１０の面積に対する接合領域１５１０と重なっている赤外線画像（熱画像）１５０１から抽出された接合領域１５０２の割合が予め設定した基準値以上の割合となっている場合に良品と判定するような自動判定を行い、図１５Ｂに示すように、判定の結果を画面１０９１上の領域１５２２に表示するようにしてもよい。
【実施例２】
【００６３】
実施例１では、試料を回転させて異なる方向の熱伝導の過渡応答を加熱したが、本実施例では、図１６に示すように斜入射光学系１２０を二組用意し、それぞれの光学系で異なる方向の熱画像観察を行うようにした。図１６に示した本実施例における接合性検査装置１６００は、２組の斜入射光学系１２０、撮像光学系１３０、テーブル駆動系１４０及び制御系１５１を備えて構成されている。
【００６４】
斜入射光学系１２０の構成は図１に記載のものと同じであるため、説明を省略する。例えば、先ず、二組の斜入射光学系１２０のうちの一方で、試料１０４にｘ軸方向に絞ってｙ軸方向に拡がったレーザ光を照射してｘ軸方向の熱伝導の過渡応答を観測し、次に、二組の斜入射光学系１２０のうちのもう一方の斜入射光学系１２０で試料にｙ軸方向に絞ってｘ軸方向に拡がったレーザ光を照射し、ｙ軸方向の熱伝導の過渡応答を観測すればよい。これにより、試料の回転をする必要がなくなるため、測定時間の短縮化が可能となる。
【００６５】
上記に説明した実施例においては、２枚の金属板をスポット溶接した箇所の接合の状態を赤外線カメラの画像を用いて検査する方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、溶着又はメッキ、蒸着された金属部材間の接合の状態を検査する場合にも適用できる。
【００６６】
更に、材料を金属部材に限定することなく、例えば塗装の剥がれ（浮き）やコンクリートの剥がれを検査することにも応用することが可能である。
【００６７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１０・・・マスク面    １１・・・集光レンズの主面    １２・・・試料面    １３、１４，１０２１・・・マスク開口部    ２２ａ、２２ｂ、４３、８２、９１ａ、９１ｂ、１１１、１１２、１１３、１２１、１２２・・・レーザ照射部    ４１、１０４・・・試料    ４２ａ、４２ｂ・・・非接合部    ５１・・・熱画像    ８１，１０４３・・・接合部    １００・・・レーザ光源    １０１・・・強度変調部    ３１、３２、１０２・・・マスク    １０３・・・集光レンズ    １０５・・・赤外線カメラ    １０６・・・テーブル    １０６１・・・モータ    １０７・・・試料駆動機構制御部    １０８・・・測定タイミング制御部    １０９・・・ＰＣ    １１０・・・コリメータレンズ    １１１・・・光源コントローラ    １１３・・・ビームホモジナイザ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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