(57)【要約】【課題】検査対象物の形成状態を検査する際に、方向性のある不良箇所が存在しても正確にその不良状態を検出することができ、しかも、画像を取得する領域内において均一な光の照射を行うことのできる外観検査装置を提供する。【解決手段】検査対象物の平面に斜めから光を照射する照明装置２と、検査対象物の平面からの反射光を受光する受光装置６とを備え、照明装置２から照射された光のうち検査対象物の平面で反射された反射光を受光することによって検査対象物の外観を検査する外観検査装置１において、前記照明装置２に、平面状にＬＥＤ２１を取り付けた発光部２ａと、検査対象物の平面の全部または一部として定義される被検査領域の内側の任意の一点から垂直に伸びる直線を軸として前記発光部２ａもしくは当該検査対象物を回転させる回転機構３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面が平面状である検査対象物に当該平面に対して斜めから光を照射する照明装置と、検査対象物の当該平面からの反射光を受光する受光装置とを備え、前記照明装置から照射された光のうち検査対象物の前記平面で反射された反射光を受光することによって検査対象物の外観を検査する外観検査装置において、前記照明装置に、
平面状に発光部材を取り付けた発光部と、検査対象物の前記平面の全部または一部として定義される被検査領域の内側の任意の一点から垂直に伸びる直線を軸として前記発光部もしくは当該検査対象物を回転させる回転機構とを備えたことを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記発光部が、中空円板上に取り付けられるものであり、当該中空円板に外部から誘導起電力によって電力供給を行う起電部を設けた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】
前記発光部を、前記軸を中心に複数設けたことを特徴とする請求項１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、検査対象物の外観を検査する外観検査装置に関するものであり、より詳しくは、種々の方向から光を照射することによって検査精度を向上させるようにした外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製造ラインで製造された物品については、その後、自動検査装置などによって形成状態が検査される。例えば、半導体チップなどについては、クラックの有無などが検査され、また、プリント基板などにおいては、その表面に形成されたパッドや配線パターン、シルク、レジストなどが検査される。また、その他の物品についても、その表面に形成された印刷や傷の有無などが検査される。
【０００３】
通常、このような物品の形成状態を検査する場合、図６に示すように、物品の表面に斜め方向からＬＥＤ２１によって光を照射するとともに、その反射光を受光装置６で受光することによって形成状態を検査する。また、このとき、光の照射角度によって不良箇所の画像の状態が変化することから、種々の方向から光を照射させ、そのうち最適な画像から物品の形成状態を検査するようにしている。
【０００４】
このような光を照射させる検査装置に関しては、例えば、図６に示すように、細長いバー材にＬＥＤ２１を取り付けて光を照射させるようにしたものや（特許文献１など）、また、図７に示すように、半球状または半円筒状に構成された部材の内側曲面に沿ってＬＥＤ２１を取り付けるようにしたもの（特許文献２、特許文献３など）、あるいは、図８に示すように、薄い中空円板の表面に複数のＬＥＤ２１を周回状に配列して光を照射させるようにしたものなどが存在する（特許文献４）。このような装置によれば、最適な角度から光を照射させることによって、不良箇所に黒い陰や強い反射光などを発生させることができ、これによって物品の不良箇所を容易に発見することができるようになる。
【特許文献１】特開２００４−２２６３１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２４３５３号公報
【特許文献３】特開平１０−０７５０５１号公報
【特許文献４】特開２００５−３１５６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような装置では、次に示すような問題を生ずる。まず、第一に、図６に示すような細長いバー材から光を照射させる場合、そのバー材からは、そのバー材の、ＬＥＤが並んで配置されている面に対する法線方向に沿った光しか照射されないため、その光の方向と向きが一致するクラックや突起などを発見することが難しい。また、図７や図８に示すように、半球状もしくは半円筒状の部材や中空円板状の部材にＬＥＤ２１を円弧状あるいは周回状に取り付けた場合、３次元的に光を照射させることができるため、上述のようなクラックや突起を発見することができるが、円弧状あるいは周回状に沿って取り付けられた複数のＬＥＤ２１から光を照射すると、一方の角度からの光の照射で形成された黒い陰を他方からの光によって薄くしてしまい、不良箇所を発見できなくなってしまう。また、円弧状あるいは周回状のように非平面上に配置され、その結果としてそれぞれの向きが異なるように配列されたＬＥＤ２１から光を照射すると、被検査領域に照射される光の量が領域内で不均一になり、画像取得領域が大きくなると、場所によって輝度差を生じて、精度よく検査を行うことができなくなってしまうという問題を生ずる。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、検査対象物の形成状態を検査する際に、方向性を有する不良箇所が存在した場合であっても、正確にその不良状態を検出することができ、しかも、画像を取得する領域内において均一な光の照射を行うことのできる外観検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、少なくとも一面が平面状である検査対象物に当該平面に対して斜めから光を照射する照明装置と、検査対象物の前記平面からの反射光を受光する受光装置とを備え、前記照明装置から照射された光のうち検査対象物の前記平面で反射された反射光を受光することによって検査対象物の外観を検査する外観検査装置において、前記照明装置に、平面状に発光部材を取り付けた発光部と、検査対象物の前記平面の全部または一部として定義される被検査領域の内側の任意の一点から垂直に伸びる直線（以降「法線」という）を軸として前記発光部もしくは当該検査対象物を回転させる回転機構とを備えるようにしたものである。
【０００８】
このように構成すれば、平面状の発光部材を回転させるようにしたため、方向性のある不良箇所が存在する場合であっても、最適な位置からその不良箇所の黒い陰や不良箇所の強い反射光を得ることができ、円弧状あるいは周回状に配列させたときのように陰を薄くしてしまうようなことがなくなる。また、平面状に構成された光を検査対象物に照射させるので、検査対象物上で輝度むらをなくすことができ、広範囲に精度よい検査を行うことができるようになる。
【０００９】
また、このような発明において、発光部を中空円板上に取り付けるとともに、その中空円板に外部から誘導起電力によって電力を供給する。
【００１０】
このように構成すれば、発光部に電力供給ケーブルを接続する必要がなくなり、中空円板の回転によって電力供給ケーブルの捻れてしまうなどといった不具合をなくすことができるようになる。
【００１１】
さらに、前記法線方向を中心として発光部を複数設けるようにする。
【００１２】
このように構成すれば、発光部を３６０度回転させる必要がなくなり、小さな回転量で全方向からの光の照射を行うことができるようになる。これにより、大きな回転に伴う電力供給ケーブルの捻れなどを防止することができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の外観検査装置では、発光物材を平面状に取り付けた発光部と、被検査領域の法線方向を中心として前記発光部を相対的に回転させる回転機構を備えるようにしたので、方向性のある不良箇所が存在する場合であっても、最適な位置からその不良箇所の黒い陰や不良箇所の強い反射光を得ることができ、円弧状に配列させたときのように陰を薄くしてしまうようなことがなくなる。また、平面状に構成された光を検査対象物に照射させるので、検査対象物上で輝度むらをなくすことができ、広範囲に精度よい検査を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における外観検査装置１の外観斜視図を示したものであって、照明装置２と受光装置６を含む部分を拡大した図である。
【００１５】
通常、検査対象物７の表面に段差などの不良箇所が存在する場合、図２（ａ）に示すように段差の低い側から高い側へ光を照射すると、段差の高い側のエッジ部分で強い反射光９が受光装置６側に反射し、その強い反射光９によってエッジ部分の存在を検出することができる。また、逆に、段差の高い方から低い方へ光を照射すると、図２（ｂ）に示すように、低い側に黒い陰８を生じ、この黒い陰８によって段差の存在を検出することができる。しかしながら、この段差の壁と平行（すなわち、紙面の前後方向）に光を照射した場合は、黒い陰８やエッジによる強い反射光９を発生させることができないため、段差の有無を検出することができない。また、検査対象物７の表面にクラックが存在している場合は、図３に示すように、クラックの溝と直交する方向（すなわち、紙面の左右方向）から光を照射させると、照射方向と反対側に黒い陰８を生じ、その溝の存在を検出することができる。しかしながら、このクラックの溝と同じ方向（すなわち、紙面の前後方向）に光を照射させると、黒い陰８やエッジによる強い反射光９を検出することができない。また、このような段差やクラックに円弧状あるいは周回状に配列されたＬＥＤ２１から光を照射させると、陰８を薄くしてしまい、段差やクラックの存在を検出できなくなる可能性がある。そこで、この実施の形態では、このような方向性を有する不良箇所が存在する場合であっても、正確にその不良箇所の存在を検出できるように平行光を照射するとともに、平行光を検査対象物７上で回転させることによって種々の方向から光を照射できるうにしたものである。以下、本実施の形態における外観検査装置１について詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態における外観検査装置１は、図１に示すように、検査対象物７に斜めから光を照射する照明装置２と、この照明装置２から照射された光のうち検査対象物７で反射した反射光を受光する受光装置６とを備え、この受光装置６で受光した画像と基準データーとを比較することによって検査対象物７の外観の状態を検査できるようにしたものである。そして、特徴的には、検査対象物７の表面に斜めから平行光を照射する発光部２ａと、被検査領域の法線方向を軸として発光部２ａを回転させる回転機構３とを備えるようにしている。なお、この実施の形態では、検査対象物７の形成状態を検査する場合として、例えば、半導体チップの表面に形成された段差やクラックを検査する場合、プリント基板の表面に形成されたパッドや配線パターン、レジスト、シルクの形成状態を検査する場合、液晶基板の表面に形成された不良状態の検査する場合、印刷対象物の印刷状態の検査する場合、平面状物の平面度の検査する場合など、種々の物品の外観を検査する場合に適用することができる。
【００１７】
この外観検査装置１を構成する照明装置２は、検査対象物７に斜めから光を照射する発光部２ａと、この発光部２ａを回転させる回転機構３とを備えてなる。
【００１８】
この発光部２ａは、細長い平面状の基板２０の表面に複数のＬＥＤ２１を取り付けてなるもので、中空円板２３の中心部分に設けられた中空部２４の下方に光を照射させるように裏面側に取り付けられる。これらのＬＥＤ２１は、照射拡散角が５度前後に設定されるもので、その光軸の方向を一方向に揃えることによって検査対象物７にほぼ平行な光を照射させるようにしている。このようなＬＥＤ２１から平行光を照射させるためには、ＬＥＤ２１の前方にフレネルレンズなどを取り付けることにより、より平行光に近い光を照射できるようにしてもよい。この発光部２ａは、ベース部材２２を介して中空円板２３の裏面側にネジで取り付けられ、各ＬＥＤ２１が中空円板２３の中空部２４の下方３０度〜６０度を向くように設定される。この発光部２ａは、ＬＥＤ２１の取り付け角度を固定した状態であってもよく、もしくは、その角度を任意に変更できるようにしてもよい。この取り付け角度を変更する方法としては、例えば、ＬＥＤ２１を取り付けた基板２０の一端側をヒンジによってベース部材２２に取り付けるとともに、他端側に長孔を有する固定金具を取り付けてネジで固定する方法などを採用することができる。
【００１９】
一方、この発光部２ａを回転させる回転機構３は、発光部２ａを取り付けた中空円板２３と、この中空円板２３を回転させる回転駆動機構３１とを備えてなる。この中空円板２３は、検査対象物７の表面と平行状態を保った状態で回転できるようにしたもので、その中心側の中空部２４に検査対象物７を移動させて、その表面からの反射光を受光装置６で受光させるようにしている。
【００２０】
回転駆動機構３１は、その中空円板２３を回転駆動させるもので、中空円板２３の外周部分に接触するモーターなどによって構成される。そして、この回転駆動機構３１を駆動することによって中空円板２３の外周から外力を加えて中空円板２３を回転させる。なお、この実施の形態では、中空円板２３の外周に接触するモーターによって中空円板２３を回転させるようにしているが、その他、図５に示すようなプーリーやギアなどを用いて中空円板２３を回転させるようにしてもよい。そして、この回転駆動機構３１によって中空円板２３を３６０度回転させ、これにより、任意の方向から検査対象物７に平行光を照射させる。
【００２１】
また、図１において、４は起電部であり、発光部２ａのＬＥＤ２１に電力を供給する。この起電部４は、中空円板２３の外周に沿って設けられた第一のコイル４１と、その中空円板２３の外周部分の表面および裏面を挟み込むように設けられた第二のコイル４２とを設けてなるもので、第二のコイル４２に高周波の磁界を発生させることにより第一のコイル４１に誘導起電力を発生させる。そして、この誘導起電力を図示しない整流回路などによって整流させることによってＬＥＤ２１に安定した電力を供給する。これにより、ＬＥＤ２１に直接電力供給ケーブルを接続する必要がなくなり、中空円板２３を３６０度回転させた場合であっても、その電力供給ケーブルが捻れるなどといった不具合をなくすようにしている。なお、この電磁誘導によって電力を供給する場合、中空円板２３をすべて金属製の部材で構成すると第一のコイル４１側に電力を発生させることができなくなる。このため、外周側の第一のコイル４１の存在する部分を樹脂などの非金属材料で構成するとともに、その第一のコイル４１の内側については透磁率の高い金属製材料などで構成する。そして、この金属部分を第二のコイル４２で挟み込むことにより、第一のコイル４１の中心部分に強い磁界を発生させて高い誘導起電力を発生させる。
【００２２】
５は、中空円板２３の回転角度を検出するセンサであり、中空円板２３の外周に沿って所定の角度毎に取り付けられる。なお、図１においては、説明の関係上、一カ所にのみセンサ５を取り付けた状態を示しているが実際には複数箇所設けられる。このセンサ５は発光素子５１と受光素子５２とを備えてなるもので、中空円板２３の外周に設けられた突起部２５を発光素子５１と受光素子５２の間に通過させることによって、その通過タイミングを検知し、ＬＥＤ２１に電力を供給する。このセンサ５は、例えば、中空円板２３の外周に沿って３０度〜６０度毎に設けられ、その角度毎に光を照射して画像を取得する。なお、この角度やセンサ５の数や取り付け角度などについては、適宜、検査対象物７の特性などに応じて変更することができる。
【００２３】
６は、受光装置であり、検査対象物７からの反射光を受光するＣＣＤカメラなどによって構成される。この受光装置６は、中空円板２３の中空部２４の上方に設けられるが、中空円板２３の上方に取り付けることが困難な場合は、中空円板２３の中空部２４の上方に反射鏡などを取り付け、そこからの反射光を受光するように構成してもよい。
【００２４】
次に、このように構成された外観検査装置１で検査対象物７の表面の形成状態を検査する場合について説明する。
【００２５】
例えば、図２に示すような段差を有する検査対象物７を検査する場合、図示しないステージ上に検査対象物７を載置し、この検査対象物７を中空円板２３の中空部２４まで移動させる。そして、中空円板２３の中空部２４の中心位置でステージを停止させて、中空円板２３を回転させると同時に、中空円板２３の外周部分を挟み込むように設けられた第二のコイル４２に高周波の磁界を発生させ、第一のコイル４１に誘導起電力を発生させる。そして、この電力をＬＥＤ２１側に供給できる状態としておく。
【００２６】
回転機構３によって中空円板２３が回転すると、中空円板２３の突起部２５がセンサ５の発光素子５１と受光素子５２の間を通過し、この受光素子５２によって遮光状態が検知されることによってＬＥＤ２１に電力が供給される。そして、この電力供給に伴って発光部から平行光が照射され、その反射光が受光装置６によって受光される。また、さらに、この中空円板２３が回転し続けると、次のセンサ５の位置に突起部２５が通過し、遮光状態が検出されることによって、そのタイミングで今度は違った角度から光を照射する。このようにして種々の方向から検査対象物７に光を照射し、複数の角度からの反射光を受光装置６で受光する。
【００２７】
このように発光部から平行光が照射されると、仮に、第一のセンサ５の位置で、黒い陰８や強い反射光９が受光されない場合であっても、第二のセンサ５の位置では、図２（ａ）や図２（ｂ）に示すような段差の低い側に生じた黒い陰８や、段差の高い側のエッジからの強い反射光９を得ることができる。
【００２８】
受光装置６がこれらの反射光を取得すると、これらの画像を画像メモリに一旦格納し、あらかじめ記憶部に格納しておいた正規の基準データーと比較することによって段差やクラックの有無を検出する。この検出においては、例えば、画像を矩形状の被検査領域毎に仕切り、この被検査領域毎に輝度と画素数からなるヒストグラムを生成する。そして、所定の輝度幅内に存在する画素数が閾値内にあるか否かを判別することなどによって行う。これにより、例えば、明るい側の輝度領域の所定輝度幅内に閾値を超える画素が存在する場合は、強い反射光９が存在するとみなすことができ、一方、低輝度領域の所定輝度幅内に閾値を超える画素が存在する場合は、黒い陰８が存在するとみなすことができる。このようにして取得した画像から検査対象物７の良否を判別し、その検査結果を出力する。
【００２９】
このように上記実施の形態によれば、平面状にＬＥＤ２１を取り付けた発光部２ａと、被検査領域の法線方向を中心として発光部２ａを回転させる回転機構３を備えるようにしたので、方向性を有する不良箇所が存在する場合であっても、最適な位置からその不良箇所の黒い陰８や強い反射光９を取得することができ、円弧状あるいは周回状に配列させたときのように陰８を薄くしてしまうようなことがなくなる。また、平面状に構成された光を検査対象物７に照射させるので、検査対象物７上で輝度むらをなくすことができ、広範囲に精度よい検査を行うことができるようになる。
【００３０】
また、発光部２ａを中空円板２３上に取り付け、その中空円板２３に外部から誘導起電力によって電力を供給するようにしたので、発光部２ａに電力供給ケーブルを接続する必要がなくなり、回転による電力供給ケーブルの捻れなどをなくすことができるようになる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００３２】
例えば、図１においては、中空円板２３に一つの発光部２ａを設けるようにしているが、図５に示すように発光部２ａを複数設けるようにしてもよい。このように中空円板２３に複数の発光部２ａを取り付けるようにすれば、中空円板２３を３６０度回転させなくても全方向からの反射光を受光することができるようになり、直接ＬＥＤ２１に電力供給ケーブルを接続した場合であっても、電力供給ケーブルの捻れを生じさせるようなことがなくなる。
【００３３】
また、このように発光部２ａを複数設けるようにした場合において、各発光部２ａ毎の被検査領域平面に対する俯角を各々異なるものとしてもよい。例えば、ＬＥＤ２１と水平方向のなす角度を各発光部２ａ毎に３０度、４５度、６０度などと設定すれば、回転軸の周囲の向きだけでなく被検査領域平面に対する俯角を複数の値から選べることによって、より多様な照射条件下での画像を取得することができるようになる。
【００３４】
さらに、上記実施の形態では、中空円板２３に発光部２ａを取り付けるようにしているが、必ずしも中空円板２３に発光部２ａを取り付ける必要はなく、発光部２ａを保持しながら回転させる機構が備えられていれば、どのような部材に取り付けられていてもよい。
【００３５】
加えて、上記実施の形態では、発光部２ａ側を回転させるようにしているが、これとは逆に検査対象物７側を回転させるようにしてもよい。なお、発光部２ａ側を回転させるようにした場合は、受光装置６で取得した画像と基準データーの画像との位置合わせを行う必要がなくなる一方、検査対象物７側を回転させた場合は、発光部２ａ側を回転させるときのような電力供給ケーブルの捻れなどの問題を生ずるようなことがなくなるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態における外観検査装置の外観斜視図
【図２】検査対象物に段差を生じている場合における光の照射状態を示す図
【図３】検査対象物にクラックを生じている場合における光の照射状態を示す図
【図４】同形態における外観検査装置の動作状態を示す図
【図５】他の実施の形態における外観検査装置を示す概略図
【図６】従来例におけるバー材にＬＥＤを配列した外観検査装置を示す図
【図７】従来例における半球状の部材内側にＬＥＤを配列した外観検査装置を示す図
【図８】従来例における中空円板上にＬＥＤを配列した外観検査装置を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１・・・外観検査装置
２・・・照明装置
２ａ・・・発光部
２０・・・基板
２１・・・ＬＥＤ
２２・・・ベース部材
２３・・・中空円板
２４・・・中空部
２５・・・突起部
３・・・回転機構
３１・・・回転駆動機構
４・・・起電部
４１・・・第一のコイル
４２・・・第二のコイル
５・・・センサ
５１・・・発光素子
５２・・・受光素子
６・・・受光装置
７・・・検査対象物
８・・・陰
９・・・強い反射光
【図１】
2008096319.tif 000003
【図２】
2008096319.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008096319.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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