(57)【要約】【課題】被検査物表面の形状を検査する表面形状検査装置において、被検査物表面へ投射する投射光を３種類以上に分割するフィルタの構成を単純なものとすることによって、表面形状検査装置を比較的簡単な構成とするように工夫すること。【解決手段】被検査物１３の表面の形状を検査する表面形状検査装置であって、  投射光発生手段１０と、上記投射光発生手段から発生した投射光の進行方向を変更する進行方向変更手段１１と、上記進行方向が変更された投射光を３種類以上に分割する投射光分割手段１６と、上記分割された投射光を被検査物表面で反射させ、その反射光を種類ごとに選別して透過させる反射光選別手段２６と、上記選別された反射光を撮像する撮像手段１５とを備えることである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物表面の形状を検査する表面形状検査装置であって、
投射光発生手段と、
上記投射光発生手段から発生した投射光の進行方向を変更する進行方向変更手段と、
上記進行方向が変更された投射光を３種類以上に分割する投射光分割手段と、
上記分割された投射光を被検査物表面で反射させ、その反射光を種類ごとに選別して透過させる反射光選別手段と、
上記選別された反射光を撮像する撮像手段と、
を備えることを特徴とする表面形状検査装置。
【請求項２】
上記投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する光の波長が異なる細長いバンドパス色フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであり、上記撮像手段が上記異なる３種類以上の波長の光をそれぞれ透過するフィルタを装着した３個以上のカメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面形状検査装置。
【請求項３】
上記投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する偏光が異なる細長い偏光フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであり、上記撮像手段が上記異なる３種類以上の偏光をそれぞれ透過するフィルタを装着した３個以上のカメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面形状検査装置。
【請求項４】
上記投射光分割手段と反射光選別手段が共に、赤・緑・青のそれぞれの波長のみ透過させる細長いバンドパス色フィルタを平行に周期的に並べたものであり、上記撮像手段がカラーカメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面形状検査装置。
【請求項５】
上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の表面形状検査装置を用いて被検査物表面の形状を検査する表面形状検査方法であって、
投射光発生手段からの投射光を進行方向変更手段により、その進行方向を平行に変更し、
上記進行方向に平行にされた投射光を投射光分割手段により３種類以上に分割して、上記被検査物表面に種類の異なる３種類以上のスリット状の光を投射し、
上記被検査物表面からの反射光を反射光選別手段により種類ごとに選別して透過させ、
上記反射光を撮像する撮像手段によって、上記被検査物表面の高さ方向により決められた順番の等高線を撮像することにより、
一度の計測のみで上記被検査物表面の高さ方向を含めた形状を得ることを特徴とする表面形状検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モアレ縞を計測することにより被検査物表面の形状を検査する形状検査装置、及び形状検査方法に関する。この形状検査装置及び検査方法は、被検査物表面の微小な欠陥を高速で検査するとき利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
被検査物表面全体の形状を検査する方法として、モアレ縞を用いたものがある。このモアレ縞による一般的な形状検査法では、被検査物表面のモアレ縞を観測することにより、この表面の形状を把握することは可能であるが、該表面の凹凸の方向を判断することはできない。
そこで、このような問題を解決するために、いくつかの方法が既に提案されている。例えば、特開平１１−４４５１５号公報（「能動型光照射器、光検出器、及び、３次元画像入力装置」、特許文献１）に記載のものでは、能動型光照射器により被検査物表面に照射した縞状パターンを変化させ、そのときの縞のずれ方向を観測することで、被検査物表面の凹凸の方向を求めている。
しかし、この場合には、モアレ縞を計測する手段以外に、被検査物表面に照射された縞パターンを変化させる手段を有しているので、装置の構成が複雑である。
【０００３】
また、その他の例として、特開２００３−４２７３４号公報（「表面形状測定方法及び表面形状測定装置」、特許文献２）に記載のものでは、３種類以上のそれぞれ異なる波長帯の光を吸収する格子状のフィルタを決められた間隔だけずらして３層以上で積層させ、この積層フィルタに光を透過させて３種類以上の波長の異なるスリット光を生成し、被検査物表面にそのスリット光を照射し、その反射スリット光を前記積層フィルタに透過させてカメラで撮像することにより、被検査物の高さに応じて色の異なるモアレ縞を観測することができ、そのモアレ縞の順番から被検査物表面の凹凸の方向を求めている。
しかし、この場合には、被検査物への照射光を３種類以上のスリット光に分解するために、異なる波長を吸収する格子状のフィルタを決められた間隔だけずらして３層以上で積層したフィルタを用いており、装置の構成が複雑である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−４４５１５号公報
【特許文献２】特開２００３−４２７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために、被検査物表面の形状を検査する表面形状検査装置において、被検査物表面へ投射する投射光を３種類以上に分割するフィルタの構成を単純なものとすることによって、表面形状検査装置を比較的簡単な構成とするように工夫することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
(１) 本発明に係る表面形状検査装置（請求項１に対応）は、被検査物表面の形状を検査する表面形状検査装置であって、
投射光発生手段と、上記投射光発生手段から発生した投射光の進行方向を変更する進行方向変更手段と、上記進行方向が変更された投射光を３種類以上に分割する投射光分割手段と、上記分割された投射光を被検査物表面で反射させ、その反射光を種類ごとに選別して透過させる反射光選別手段と、上記選別された反射光を撮像する撮像手段とを備えることである。
このように構成することにより、被検査物表面の形状を検査する際に、被検査物表面の高さの順番に異なる種類のモアレ縞を計測することができる。
【０００７】
(２) また、上記表面形状検査装置において、上記投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する光の波長が異なる細長いバンドパス色フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであり、上記撮像手段が上記異なる３種類以上の波長の光をそれぞれ透過するフィルタを装着した３個以上のカメラであってもよい。（請求項２に対応）
このような構成により、投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する光の波長が異なる細長いバンドパス色フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであるから、上記投射光分割手段と反射光選別手段の構成が単純なものとなる。
また、被検査物表面の形状を検査する際に、被検査物表面の高さの順番に異なる色のモアレ縞を計測することができる。
【０００８】
(３) また、上記表面形状検査装置において、上記投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する偏光が異なる細長い偏光フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであり、上記撮像手段が上記異なる３種類以上の偏光をそれぞれ透過するフィルタを装着した３個以上のカメラであってもよい。（請求項３に対応）
このような構成により、投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する偏光が異なる細長い偏光フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであるから、上記投射光分割手段と反射光選別手段の構成が単純なものとなる。
また、被検査物表面の形状を検査する際に、被検査物表面の高さの順番に異なる偏光のモアレ縞を計測することができる。
【０００９】
(４) また、上記表面形状検査装置において、上記投射光分割手段と反射光選別手段が共に、赤・緑・青のそれぞれの波長のみ透過させる細長いバンドパス色フィルタを平行に周期的に並べたものであり、上記撮像手段がカラーカメラであってもよい。（請求項４に対応）
このような構成により、投射光分割手段と反射光選別手段が共に、赤・緑・青のそれぞれの波長のみ透過させる細長いバンドパス色フィルタを平行に周期的に並べたものであるから、上記投射光分割手段と反射光選別手段の構成が単純なものとなる。
また、表面形状検査装置において、汎用のカラーカメラを用いることで、より単純でかつ低コストな構成により表面形状検査装置を実現することができる。
【００１０】
(５) 本発明に係る表面形状検査方法（請求項５に対応）は、上記いずれかの表面形状検査装置を用いて被検査物表面の形状を検査する表面形状検査方法であって、
投射光発生手段からの投射光を進行方向変更手段により、その進行方向を平行に変更し、上記進行方向に平行にされた投射光を投射光分割手段により３種類以上に分割して、上記被検査物表面に種類の異なる３種類以上のスリット状の光を投射し、上記被検査物表面からの反射光を反射光選別手段により種類ごとに選別して透過させ、上記反射光を撮像する撮像手段によって、上記被検査物表面の高さ方向により決められた順番の等高線を撮像することにより、一度の計測のみで上記被検査物表面の高さ方向を含めた形状を得ることである。
このように構成することにより、上記いずれかの表面形状検査装置を用いるので、比較的単純な方法で且つ簡単な構成によって被検査物の表面形状を検査することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果を請求項について整理すると、次ぎのとおりである。
(１) 請求項１に係る発明
被検査物表面の形状を検査する際に、被検査物表面の高さの順番に異なる３種類以上のモアレ縞を計測することができるので、被検査物と検査装置の間の距離を変化させることなく、一度の計測のみで高さを含めた被検査物表面の形状を検査することが可能である。
【００１２】
(２) 請求項２に係る発明
投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する光の波長が異なる細長いバンドパス色フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであり、上記投射光分割手段と反射光選別手段の構成が単純なものとなるから、表面形状検査装置を比較的簡単な構成とすることができる。
また、被検査物表面の形状を検査する際に、被検査物表面の高さの順番に３種類以上の色が異なるモアレ縞を計測することができるので、被検査物と検査装置の間の距離を変化させることなく、一度の計測のみで高さを含めた被検査物表面の形状を検査することが可能である。
【００１３】
(３) 請求項３に係る発明
投射光分割手段と反射光選別手段が共に、透過する偏光が異なる細長い偏光フィルタを３種類以上平行に周期的に並べたものであり、上記投射光分割手段と反射光選別手段の構成が単純なものとなるから、表面形状検査装置を比較的簡単な構成とすることができる。
また、被検査物表面の形状を検査する際に、被検査物表面の高さの順番に３種類以上の偏光が異なるモアレ縞を計測することができるので、被検査物と検査装置の間の距離を変化させることなく、一度の計測のみで高さを含めた被検査物表面の形状を検査することが可能である。
【００１４】
(４) 請求項４に係る発明
投射光分割手段と反射光選別手段が共に、赤・緑・青のそれぞれの波長のみ透過させる細長いバンドパス色フィルタを平行に周期的に並べたものであり、上記投射光分割手段と反射光選別手段の構成が単純なものとなるから、表面形状検査装置を比較的簡単な構成とすることができる。
また、表面形状検査装置において、汎用のカラーカメラを用いることで、より単純でかつ低コストな構成により表面形状検査装置を実現することができる。
【００１５】
(５) 請求項５に係る発明
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の表面形状検査装置を用いるので、比較的単純な方法で且つ簡単な構成によって、被検査物の表面形状を容易に低コストで検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面に示された実施例１〜３によって説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１による表面形状検査装置及び検査方法ついて、図１を参照しながら説明する。図１は、３種類以上の異なるバンドパス色フィルタを用いた表面形状検査装置の模式図である。
図１に示されているように、光源（投射光発生手段）１０とレンズ（投射光の進行方向変更手段）１１を用いて進行方向が平行な平行光１２を生成し、その平行光を細長い３種類以上のバンドパス色フィルタ、例えば第１〜第３バンドパス色フィルタ１６ａ〜１６ｃを周期的に平行に並べて構成した第１のフィルタ１６（投射光を３種類以上に分割する投射光分割手段）に透過させて、被検査物１３の表面に照射させる。このときの被検査物表面からの反射光を上記第１のフィルタと同様の第２のフィルタ２６（反射光を種類ごとに選別して透過させる反射光選別手段）に透過させ、そのとき上記第２のフィルタ越しに観測される被検査物１３の表面形状の高さごとに色が異なるモアレ縞を、上記３種類以上の色フィルタ、例えば第１〜第３バンドパス色フィルタ２６ａ〜２６ｃをそれぞれ備えた３種類以上のカメラ（反射光を撮像する撮像手段）１５により計測する。
ここで、上記第１及び第２の２つのフィルタは、被検査物１３の表面形状の高さごとに異なる色のモアレ縞ができるように配置しておく。また、投射光は進行方向に平行なため、モアレ縞の間隔は被検査物１３の表面形状の高さに比例している。
【実施例２】
【００１８】
本発明の実施例２による表面形状検査装置及び検査方法ついて、図２を参照しながら説明する。図２は、３種類以上の異なる偏光フィルタを用いた表面形状検査装置の模式図である。
図２に示されているように、光源（投射光発生手段）１０とレンズ（投射光の進行方向変更手段）１１を用いて進行方向が平行な平行光１２を生成し、その平行光を細長い３種類以上の偏光フィルタ、例えば第１〜第３偏光フィルタ１７ａ〜１７ｃを周期的に平行に並べて構成した第３のフィルタ１７（投射光を３種類以上に分割する投射光分割手段）に透過させて、被検査物１３の表面に照射させる。このときの被検査物表面からの反射光を上記第３のフィルタと同様の第４のフィルタ２７（反射光を種類ごとに選別して透過させる反射光選別手段）に透過させ、そのとき上記第４のフィルタ越しに観測される被検査物１３の表面形状の高さごとに偏光が異なるモアレ縞を、上記３種類以上の偏光フィルタ、例えば第１〜第３偏光フィルタ２７ａ〜２７ｃをそれぞれ備えた３種類以上のカメラ（反射光を撮像する撮像手段）１５により計測する。
ここで、前記第３及び第４の２つのフィルタは、被検査物１３の表面形状の高さごとに異なる偏光のモアレ縞ができるように配置しておく。また、投射光は進行方向に平行なため、モアレ縞の間隔は被検査物１３の表面形状の高さに比例している。
【実施例３】
【００１９】
本発明の実施例３による表面形状検査装置及び検査方法ついて、図３〜図６を参照しながら説明する。図３は赤・緑・青バンドパス色フィルタを用いた表面形状検査装置の模式図であり、図４は赤・緑・青バンドパス色フィルタを横から見た模式図である。また、図５及び図６は被検査物表面上に観測される赤・緑・青色のモアレ縞の例である。
図３に示されているように、光源（投射光発生手段）１０とレンズ（投射光の進行方向変更手段）１１を用いて進行方向が平行な平行光１２を生成し、その平行光を赤・緑・青のそれぞれの波長のみ透過させる細長いバンドパス色フィルタ１８Ｒ,１８Ｇ,１８Ｂを周期的に平行に並べて構成した第５のフィルタ１８（投射光を３種類以上に分割する投射光分割手段）に透過させて、被検査物１３の表面に照射させる。このときの被検査物表面からの反射光を上記第５のフィルタと同様の第６のフィルタ（反射光を種類ごとに選別して透過させる反射光選別手段）に透過させ、そのとき上記第６のフィルタ越しに観測される被検査物１３の表面形状の高さごとに色が異なるモアレ縞をカラーカメラ（反射光を撮像する撮像手段）１５ａにより計測する。これにより、被検査物１３の高さの順に赤→緑→青→赤…のモアレ縞等高線が周期的に観測される。
ここで、上記第５及び第６の２つのフィルタは、被検査物１３の表面形状の高さごとに異なる色のモアレ縞ができるように配置しておく。また、投射光は進行方向に平行なため、モアレ縞の間隔は被検査物１３の表面形状の高さに比例している。
【００２０】
図５及び図６には、赤・緑・青のそれぞれの波長のみ透過させるフィルタを用いた表面形状検査装置で、被検査物１３の表面を計測したときに観測されるモアレ縞の例を示す。  図５に示されるように、上側凸（突起状）の被検査物１３ａの場合には、この被検査物１３ａの中心から外側に向かって、赤→緑→青→赤…の順にモアレ縞等高線３０ａが観測される。また、図６に示されるように、下側凸（窪み状）の被検査物１３ｂの場合には、この被検査物１３ｂの中心から外側に向かって、青→緑→赤→青…の順にモアレ縞等高線３０ｂが観測される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】は、本発明の実施例１による表面形状検査装置の模式図であり、３種類以上の異なるバンドパス色フィルタを用いて、被検査物表面に観測される色の異なるモアレ縞をそれぞれの色フィルタを備えた３個以上のカメラで計測する例を示す。
【図２】は、本発明の実施例２による表面形状検査装置の模式図であり、３種類以上の異なる偏光フィルタを用いて、被検査物表面に観測される偏光の異なるモアレ縞をそれぞれの偏光フィルタを備えた３個以上のカメラで計測する例を示す。
【図３】は、本発明の実施例３による表面形状検査装置の模式図であり、赤・緑・青バンドパス色フィルタを用いて、被検査物表面に観測される赤・緑・青色のモアレ縞をカラーカメラで計測する例を示す。
【図４】は、実施例３の表面形状検査装置に用いる赤・緑・青バンドパス色フィルタを横から見た模式図である。
【図５】は、実施例３の表面形状検査装置において、上側凸の被検査物表面上に観測される赤・緑・青色のモアレ縞の例を示す。
【図６】は、実施例３の表面形状検査装置において、下側凸の被検査物表面上に観測される赤・緑・青色のモアレ縞の例を示す。
【符号の説明】
【００２２】
１０…光源（投射光発生手段）            １１…レンズ(進行方向変更手段)
１２…平行光                            １３，１３ａ，１３ｂ…被検査物
１５…カメラ（撮像手段）                １５ａ…カラーカメラ（撮像手段）
１６…第１のフィルタ
１６ａ〜１６ｃ…第１〜第３バンドパス色フィルタ（投射光分割手段）
１７…第３のフィルタ
１７ａ〜１７ｃ…第１〜第３偏光フィルタ（投射光分割手段）
１８…第５のフィルタ
１８Ｒ…バンドパス赤色フィルタ          １８Ｇ…バンドパス緑色フィルタ
１８Ｂ…バンドパス青色フィルタ
２６…第２のフィルタ
２６ａ〜２６ｃ…第１〜第３バンドパス色フィルタ（反射光選別手段）
２７…第４のフィルタ
２７ａ〜２７ｃ…第１〜第３偏光フィルタ（反射光選別手段）
３０ａ，３０ｂ…観測されるモアレ縞
【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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