(57)【要約】【課題】平坦面に無秩序状態に付いている傷を確実に観察する。【解決手段】被検査物１２の検査位置１２ａに対して照明体９の照射光軸Ｃｉ及びカメラユニット４の撮像光軸Ｃｐをそれぞれ斜めかつ検査位置を通る対称軸Ｃｓに対称になるようにし、カメラユニットを対称軸上に位置するように固定ケース６に設け、照明体を回動ケース７に固設し、撮像光軸Ｃｐを屈折させる両ミラー１１ａ・１１ｂを回動ケースに設ける。両光軸をその関係を維持したまま検査位置を通る対称軸回りに回動させることができるため、検査位置に傷があった場合にはその傷の長手方向に対して直交する向きに照明光を当てることができると共にその反射光を撮影することによりその傷を明確に撮影することができる。表面に付く無秩序な傷の全てを撮影することができ、またそれをモニタ上で拡大して観察することができるため、傷の検査を容易かつ確実に行うことができる。【選択図】図２
2005214802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の平坦な表面の傷を検査するべく、前記表面の任意の検査位置を照射する照明体と、前記検査位置を撮影するカメラと、前記カメラによる撮像を拡大して映し出すモニタとを有する表面拡大検査装置であって、
前記照明体の照射光軸と前記カメラの撮像光軸とが前記検査位置に対して斜めに向きかつ対称的に位置するようにされていると共に、
前記照明体と前記カメラとが、前記対称関係を維持しつつ前記検査位置を通る対象軸回りに回動自在に設けられていることを特徴とする表面拡大検査装置。
【請求項２】
前記カメラが前記対称軸上に配置され、
前記対称軸回りに回動自在な支持体が設けられ、
前記支持体に、前記照明体と、前記検査位置に対して斜めにされた前記撮像光軸を前記カメラに向けて屈折させるための光軸変更手段とが一体的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面拡大検査装置。
【請求項３】
前記対称軸に対する前記照射光軸と前記撮像光軸との各角度が約３５度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面拡大検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面拡大検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、主として物体の平滑な表面として例えば研磨されたガラス面や集積回路の素材としてのウェハの表面などに生じる極めて微細な傷や異常などを検査することなどを目的として、高倍率ルーペあるいは顕微鏡を用いて検査を行う場合には、その検査をする検査員が無理な姿勢になる場合があった。また、多くの場合、単眼でさらに接眼レンズを通して検査するという、本来人間の目の自然な見方とは異なる状態となるため、目の疲労が高まり、検査員が短期間で目を悪化させてしまい、長期間に亘って検査を担当することができないという問題があった。これは、さらに目の健康に直接被害をもたらすという重大な問題となっていた。
【０００３】
また、上記検査方法では、接眼レンズを通して検査することから、検査対象（被検査物）を同時に複数の者が見ることができず、複数の者が同時に同一の対象を検査し、その内容について互いに検討し合うということができないという不都合があった。これは、例えば同時に多人数で１つのものを対象にした検査を行うと共にその内容について討議検討を行うことができないという不都合がある。そのため、多人数を対象とした教育機材として採用できないという欠点がある。
【０００４】
それに対して、電子映像を通して被検査物の一部を拡大して検査するようにした表面拡大検査装置がある。（例えば、特許文献１参照。）。このような表面拡大検査装置によれば、モニタ上に映し出された映像を見ることができるため、接眼レンズを通して見る場合のような無理な姿勢とならず、適度な距離をおいて見ることから検査が楽になる。また、接眼レンズという光学系を通じての検査でないため、目の異常な酷使を強いることがなく、目の健康を害することを回避できる。それにより、そのような検査業務を長期に亘って継続して行うことが可能となる。さらに、多人数の者が同時に同一対象を検査して討議することができるため、判断基準の統一化および教育用としても好適である。
【特許文献１】特開平２０００−８８７６５号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
表面拡大検査装置では、被検査物の表面に付いている極めて微細な傷を検査することになる。そのような傷はあらゆる形状かつ方向すなわち無秩序に付いている。また、傷を検査する場合には、その形状の長手方向に対して直交する方向に照明を当てて、その傷を照らし出すと良い。
【０００６】
上記従来の表面拡大検査装置にあっては、被検査物の表面に対して斜めから照射して傷の検査を行うようにしており、その照射方向に対して直交する傷を明確に映し出すことができるものの、他の方向の傷に対しては考慮されていない。そのため、他の方向の傷が付いていた場合には抽出することが困難であるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決して、平坦面に無秩序状態に付いている傷を確実に検査可能な表面拡大検査装置を実現するために本発明に於いては、被検査物の平坦な表面の傷を検査するべく、前記表面の任意の検査位置を照射する照明体と、前記検査位置を撮影するカメラと、前記カメラによる撮像を拡大して映し出すモニタとを有する表面拡大検査装置であって、前記照明体の照射光軸と前記カメラの撮像光軸とが前記検査位置に対して斜めに向きかつ対称的に位置するようにされていると共に、前記照明体と前記カメラとが、前記対称関係を維持しつつ前記検査位置を通る対象軸回りに回動自在に設けられているものとした。
【０００８】
特に、前記カメラが前記対称軸上に配置され、前記対称軸回りに回動自在な支持体が設けられ、前記支持体に、前記照明体と、前記検査位置に対して斜めにされた前記撮像光軸を前記カメラに向けて屈折させるための光軸変更手段とが一体的に設けられ、また、前記対称軸に対する前記照射光軸と前記撮像光軸との各角度が約３５度であると良い。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明によれば、平坦な表面の検査位置に対して照明を斜めに照射すると共に照射光軸と対称の撮像光軸にて検査位置を撮影すると共に、両光軸をその関係を維持したまま検査位置を通る対称軸回りに回動させることができるため、検査位置に傷があった場合にはその傷の長手方向に対して直交する向きに照明光を当てることができると共にその反射光を撮影することによりその傷を明確に撮影することができる。これにより、表面に付く無秩序な傷の全てを撮影することができ、またそれをモニタ上で拡大して検査することができるため、傷の検査を容易かつ確実に行うことができる。
【００１０】
特に、撮像光軸を屈折させることによりカメラを任意の位置におくことができるため、検査位置に対して照明光軸及び撮像光軸を斜めかつ対称とした場合に両光軸間に生じるスペースにカメラを配設することにより、装置の半径方向外側への大きな出っ張りを無くすことができると共に、カメラの焦点距離が長い場合でも検査位置とカメラとの直線距離を短くすることができるため、装置をコンパクト化し得る。また、各光軸の対称軸に対する角度が約３５度であると傷を明確に撮影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明に基づく表面拡大検査装置の全体を示す要部破断正面図である。図に示されるように、ベース１に立設された支柱２により支持された検査装置３がベース１の上方に位置するようにされている。検査装置３にはカメラとして映像を電子データとして出力可能なカメラユニット４が設けられている。また、カメラユニット４からの映像出力は、例えば支柱２に取り付けられたモニタ５に送信されるようになっている。
【００１３】
次に、検査装置３の構造について図２を参照して以下に示す。本検査装置３は、支柱２に固定された固定ケース６と、固定ケース６を外囲するように設けられた回動ケース７とを有する。その固定ケース６に上記カメラユニット４が支持されている。回動ケース７は、固定ケース６との間に設けられたベアリング８を介して、固定ケース６に対して同軸かつ回動自在に固定ケース６に支持されている。
【００１４】
回動ケース７の外側にはブラケットを介して光源としての照明体９が取り付けられている。照明体９は、ブラケットに例えばねじ止めされて固定されており、そのねじ２１を緩めることによりねじ２１を枢軸として傾動可能にされている。回動ケース７の内側となる所定の位置には、光軸変更手段としての第１ミラー１１ａ及び第２ミラー１１ｂが各ミラー面を所定の角度にして互いに向き合うようにして配設されている。
【００１５】
図示例では、平板状の被検査物１２の検査対象となる表面における検査位置１２ａの垂線上にカメラユニット４を配置しており、その撮像光軸Ｃｐが検査位置１２ａに対して斜めに向くようにするために両ミラー１１ａ・１１ｂが用いられている。なお、回動ケース７の図における下面には検査位置１２ａから第１ミラー１１ａに入射する光を通すための窓７ａが所定の大きさに設けられている。カメラユニット４の焦点位置は検査位置１２ａとなるようにする。
【００１６】
なお、図示例の両ミラー１１ａ・１１ｂによる撮像光軸Ｃｐの屈折は必須ではなく、検査位置１２ａから直線に延びる撮像光軸Ｃｐの延長線上にカメラを配置した場合にはミラーは必要ない。焦点距離の長いカメラを直線的に配設した場合には検査位置１２ａからの距離が長大となってカメラが装置の半径方向外側に大きく飛び出してしまうが、図示例のように撮像光軸Ｃｐを両ミラー１１ａ・１１ｂを用いて好適に屈折させることにより、検査位置の１２ａの近くにカメラを配設できる。さらに図示例のように、検査位置１２ａから斜めに延びる両光軸Ｃｉ・Ｃｐ間に生じるスペースにカメラを配設することにより、装置全体をコンパクト化し得る。
【００１７】
そして、照明体９は、第１ミラー１１ａと検査位置１２ａとを結ぶ撮像光軸Ｃｐと照明体９の照射光軸Ｃｉとが上記垂線を対称軸Ｃｓとして互いに対称となるように設けられている。照明体９の対称軸Ｃｓに対する照射角度θは、約３５度であると良いが、斜めに照射するのであれば３５度の前後にある程度の幅を有するものであって良い。検査位置１２ａからの入射に対する第１ミラー１１ａによる反射は第２ミラー１１ｂに向かい、それに対する第２ミラー１１ｂによる反射はカメラユニット４内の撮像素子４ａに入射するようになっている。このようにして、両ミラー１１ａ・１１ｂを介して撮像光軸Ｃｐの経路を変更して撮像素子４ａにより撮影するようにしているが、その撮影方向は上記したように対称軸にＣｉに対して斜め（約３５度）でありかつ照射光軸Ｃｉに対して対称である。
【００１８】
固定ケース６にはモータ１３が固設されており、そのモータ１３により回動ケース７が自動的に回動駆動されるようになっている。モータ１３の出力軸にピニオンが設けられ、ピニオンには減速ギア１４の大歯車が噛み合い、減速ギア１４の小歯車が、回動ケース７の図における上面に同軸に固設された円環状外歯歯車１５に噛み合わされている。これにより、モータ１３の駆動力が減速ギア１４を介して円環状外歯歯車１５に伝達されるため、外部に設けた制御装置１６からモータ１３に回転駆動信号を出力することにより回動ケース７を回転させることができる。さらに、モータ１３の正逆転により回動ケース７を正逆両方向に、また回転速度指令の増減により回動ケース７の回転速度を任意に変更しかつ任意の位置で停止させることができる。
【００１９】
また、回動ケース７に取り付けられていることにより上記回動に伴って変位することになる照明体９への給電は図示例ではスリップリング１７を介して行うようにしている。制御装置１６からの電力供給線が固定ケース６の所定位置まで配線され、固定ケース６の内部に固設された円環状基板１８に接続されている。その基板１８と回動ケース７との間にスリップリング１７が設けられ、スリップリング１７の可動側と照明体９とが電気的に接続されている。
【００２０】
このように、回動ケース７を回動させると共に照射光軸Ｃｉと撮像光軸Ｃｐとを対称にしているのは、平面上に付く微細な傷の線状のものの多くにあっては、傷形状の長手方向に対してその方向に直交する方向から明るく照射すると共にその逆方向から撮像することによりその傷の部分を照らし出す光線がその傷の表面に当たって反射するため、傷の大部分が最も顕著に映し出されることが本発明者の実験により確認されたことによる。照射方向と撮像方向とを互いに対称とする関係を保持しつつ回動ケース７を３６０度回動することができるため、被検査物１２の表面であらゆる方向に無秩序に存在する傷に対して全てを明確に撮像可能である。
【００２１】
例えば図３（ａ）に実線で示される傷２７ａの長手方向に対して照射光軸Ｃｉが直交し、したがって撮像光軸Ｃｐも傷２７ａに直交した状態にあっては、その傷２７ａをモニタ５上に明確に映し出すことができる。それに対して、両光軸Ｃｉ・Ｃｐに対して斜めに長手方向が存在する傷２７ｂは明確には映し出されていない。そこで、回動ケース７を回転させることにより、図３（ｂ）に示されるようにその傷２７ｂの長手方向に対して両光軸Ｃｉ・Ｃｐが直交するようになると、その傷２７ｂが明確に映し出される。この時、斜めになる傷２７ａは明確には映し出されなくなる。このように回動ケース７を回動させることにより、異なる向きに長手方向を向けたあらゆる傷を検査可能になる。
【００２２】
なお、傷の種類によっては、それを照らし出す照射角度θを変更して主光線の照射位置をその傷の位置からある程度外し、その傍系の光線で照射する方がより一層明確に映し出される場合もある。図示例では、照明体９を固定するねじ２１を枢軸としており、ねじ２１を緩めてそのねじ２１の軸線回りに照明体９を傾動させると共に任意の照射角度にしたら再びねじ２１で固定することができる。これにより、上記条件により撮像を容易に行うことができる。
【００２３】
さらに、照射光軸Ｃｉを約３５度にすることにより、平面上に付いた傷の大部分を最も明確に撮像することができることが実験により確認された。なお、被検査物１２に付いた傷の種類によって、上記角度にはある程度の幅があるため、上記したように照明体７の照射角度を任意に変更可能にすると良い。
【００２４】
また、各ミラー１１ａ・１１ｂのいずれか一方または両方をある程度角度を変えられるようにすると良い。例えばミラーをヒンジ結合すると共にヒンジに対する遊端側にねじの先端部を回動可能に連結し、ねじを回すことによりミラーを傾動させることができる。これにより、撮像光軸Ｃｐが約３５度では明確に撮像することが難しい特殊な傷に対して、撮像光軸Ｃｐの角度を変えて撮影することができるようになり、その結果、そのような特殊な傷を明確に撮像することが可能になる。なお、上記照明体９やミラー１１ａ・１１ｂの角度変更機構にあっては、電動により調整可能にしても良い。
【００２５】
本図示例におけるカメラユニット４はズームレンズ機構を有するものである。そのズーム機構は、一番的なカメラにおけるズーム機構と同様であって良いが、ズームを変えても焦点位置が常に検査位置１２ａとなるようにするものである。例えば、固定ケース６に円筒状外筒２２を固定し、その内側に内筒２３を回動自在に設ける。
【００２６】
外筒２２の図における下部にレンズ２４を配置し、そのレンズ２４を保持するレンズ保持体２５に半径方向外向きのピン２５ａを設けかつそのピン２５ａを外筒の螺旋状ガイド溝によりガイドして、レンズ保持体２５を外筒により変位可能に支持する。外筒２２の図における上部に撮像素子４ａを配置し、撮像素子４ａを保持する撮像素子保持体２６にもピン２６ａを設けかつそのピン２６ａ外筒の螺旋状ガイド溝によりガイドして、撮像素子保持体２６を外筒により変位可能に支持する。なお、内筒２３には各ピン２５ａ・２６ａがそれぞれ図における上下方向に変位可能に上下方向の各スロットが設けられている。
【００２７】
このようにすることにより、内筒２３を回すことにより、各ピン２５ａ・２６ａが回されると共に外筒２２の螺旋状ガイド溝にガイドされるため、レンズ２４と撮像素子４ａとの撮像光軸Ｃｐ上の位置を変えることができ、ズームによる撮影が可能になる。さらに、焦点位置を検査位置１２ａに一致させたままズーム変更させることも可能（例えば同一出願人による特願２００２−１７１７６９号）であり、それにより、より一層使い勝手が向上する。
【００２８】
まお、ベース１における被検査物１２を載置する台を平面上で前後左右に変位可能にしたり、回動可能にしたり、またそれらを組み合わせることにより、平板状の被検査物１２の全面を容易に検査することができる。特に、任意の位置で、上記回動ケース７の回動かつ停止及びズーム変更などを組み合わせて、その点に対する精査を容易に行うことができるため、あらゆる方向に向いて存在し得る傷を確実に見つけることができる。
【００２９】
特に、その検査をモニタ５に拡大して映し出して検査することができるため、その作業が容易であり、同一対象に対して多人数が同時に検査可能であり、熟練度を有しない者による判断ミスを防止できる。
【００３０】
なお、本発明による表面拡大検査装置の検査対象としては、上記図示例では傷としたが、引っ掻き傷や擦り傷などの傷に限定されるものではなく、平滑面に対して何らかの障害（例えば汚れやごみ）となるものを総称して傷とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に基づく表面拡大検査装置の全体を示す正面図である。
【図２】検査装置の要部拡大側断面図である。
【図３】（ａ）は任意の傷を映し出す要領を示す図であり、（ｂ）他の傷を映し出す要領を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
３  検査装置
４  カメラユニット
５  モニタ
６  固定ケース
７  回動ケース
９  照明体
１１ａ  第１ミラー、１１ｂ  第２ミラー
１２  被検査物、１２ａ  検査位置
１３  モータ
１６  制御装置
Ｃｐ  撮像光軸、Ｃｐ  撮像光軸
【図１】
2005214802.tif 000003
【図２】
2005214802.tif 000004
【図３】
2005214802.tif 000005