(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク表面に検査光学先端部を相対移動可能に対設し、
この検査光学先端部に、光源からの検査光を上記ワーク表面に出射する１本の投光ファイバと、上記検査光の上記ワーク表面からの反射光を入光する受光ファイバとを結束して成り、前記受光ファイバはその全てが前記投光ファイバに接して配置されているファイバ束の先端部を複数組アレイ状に配列し、
前記受光ファイバの出射端にフォトセンサを配設したことを特徴とするワークの光学的検査装置。
【請求項２】
上記各ファイバ束に複数の受光ファイバを設け、この複数の受光ファイバを複数の受光ファイバ群に区分し、
この各受光ファイバ群の出射端にフォトセンサを各々配設し、
一方のフォトセンサは、検査演算部に直接接続し、他方のフォトセンサは、反転回路を経て前記検査演算部に接続し、
前記検査演算部は、前記一方のフォトセンサからの出力電圧と前記反転回路を経た他方のフォトセンサからの出力電圧との差と、予め設定したスレッショルドレベルとを比較して、上記ワーク表面の傷等の有無を検出するものであることを特徴とする請求項１記載のワークの光学的検査装置。
【請求項３】
上記各ファイバ束に複数の受光ファイバを設け、この複数の受光ファイバを複数の受光ファイバ群に区分し、
この各受光ファイバ群の出射端にフォトセンサを各々配設し、
この各フォトセンサを、この各フォトセンサの出力電圧の差に基づいて上記ワーク表面の歪みを検出する検査演算部に接続したことを特徴とする請求項１記載のワークの光学的検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ワーク表面の微細な傷の有無、或は歪みを検査するワークの光学的検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ワーク表面に付いた微細な傷、或いは微少な異物の付着状況を非接触式に検査するものとして光学的検査装置がある。この光学的検査装置は、図７に示すように、発光ダイオード等の光源１から出射した検査光を対物レンズ２を介してワーク３の表面に集光し、その反射光を、上記検査光の光軸に対して挟み角αの位置に配設する他の対物レンズ４を介してフォトセンサ５で受光し、この反射光量（フォトセンサの出力電圧）と、上記ワーク３表面の性状に基づいて設定したスレッショルドレベルとを比較して、ワーク表面の傷、異物の付着等の有無、又は歪み等を検査している。すなわち、上記ワーク表面が平坦な場合には、このワーク表面からの反射光が上記フォトセンサ方向へ全反射し、又、ワーク表面に傷、異物物等が付着した場合、或は歪みが生じている場合には、反射光が散乱、或は偏角するため、上記フォトセンサ５で受光する反射光量が低下する。その結果、上記フォトセンサで検出した上記反射光の強度（出力電圧）が変化し、フォトセンサの出力電圧が上記スレッショルドレベルよりも低いときには、ワーク表面に傷等が存在すると判断する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光学的計測装置では、発光系、及び受光系がワークに近接する位置に配設されているため、この両者間の挟み角αは上記光源と上記フォトセンサとの形状により決定される。従って、上記挟み角αを狭小化するには限界がある。又、微少な傷、歪み等を一つのフォトセンサの出力電圧の変化のみで検出することは極めて難しく、その対策として検出感度を単純に上げただけでは誤検出が生じ易くなる。
【０００４】
従って、発光−受光素子からなる従来の光学的検査装置では、液晶ディスプレイ等のガラス基板、半導体等に採用するシリコンウエハ、セラミック基板等の表面に形成された微細な傷、或は肉眼では確認することの困難な異物の付着等、及び僅かな歪みを高精度に検出することが困難であった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、低コストでワーク表面に形成された微細な傷、或は歪み等を高精度に検出することのできるワークの光学的検査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるワークの光学的検査装置は、ワーク表面に検査光学先端部を相対移動可能に対設し、この検査光学先端部に、光源からの検査光を上記ワーク表面に出射する１本の投光ファイバと、上記検査光の上記ワーク表面からの反射光を入光する受光ファイバとを結束して成り、前記受光ファイバはその全てが前記投光ファイバに接して配置されているファイバ束の先端部を複数組アレイ状に配列し、前記受光ファイバの出射端にフォトセンサを配設したことを特徴とする。
本発明の第１の好ましい態様によるワークの光学的検査装置は、上記各ファイバ束に複数の受光ファイバを設け、この複数の受光ファイバを複数の受光ファイバ群に区分し、この各受光ファイバ群の出射端にフォトセンサを各々配設し、一方のフォトセンサは、検査演算部に直接接続し、他方のフォトセンサは、反転回路を経て前記検査演算部に接続し、前記検査演算部は、前記一方のフォトセンサからの出力電圧と前記反転回路を経た他方のフォトセンサからの出力電圧との差と、予め設定したスレッショルドレベルとを比較して、上記ワーク表面の傷等の有無を検出するものであることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の好ましい態様によるワークの光学的検査装置は、上記各ファイバ束に複数の受光ファイバを設け、この複数の受光ファイバを複数の受光ファイバ群に区分し、この各受光ファイバ群の出射端にフォトセンサを各々配設し、この各フォトセンサを、この各フォトセンサの出力電圧の差に基づいて上記ワーク表面の歪みを検出する検査演算部に接続したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明のワークの光学的検査装置によれば、光源からの検査光を投光ファイバを介してワーク表面に出射し、その反射光を受光ファイバを介してフォトセンサまで導くようにしたので、上記ワーク表面に対設する検査光学先端部を極小サイズに形成することが可能になり、ワーク表面の微細な傷、或は歪み等を検出することが可能になる。
第１のワークの光学的検査装置では、検査光学先端部に設けた少なくとも１本のフアイバ束の中の１本の投光ファイバからの検査光を、上記検査光学先端部に対向して相対移動するワーク表面に出射し、その反射光を上記ファイバ束の複数の受光ファイバに入光する。そして、この各受光ファイバから出射した反射光を、この各受光ファイバを区分した２つの受光フアイバ群の出射端に対設するフォトセンサで受光し、その反射光量を電圧変換した後、検査演算部で、一方のフォトセンサからの出力電圧と、他方のフォトセンサからの出力電圧を反転した電圧との差を求め、その差電圧を予め設定したスレッショルドレベルと比較して上記ワーク表面に傷、異物の付着の有無を検査する。
【００１０】
第２のワークの光学的検査装置では、検査光学先端部に設けた少なくとも１本のフアイバ束の中の１本の投光ファイバからの検査光を、上記検査光学先端部に対向して相対移動するワーク表面に出射し、その反射光を上記ファイバ束の複数の受光ファイバに入光する。そして、この各受光ファイバから出射した上記反射光を、この各受光ファイバを所定に区分した受光フアイバ群ごとの出射端に対設するフォトセンサで受光し、この反射光量を電圧変換した後、検査演算部で上記各フォトセンサの出力電圧の差を求め、この差電圧に基づいて上記ワーク表面の歪みを検査する。
【００１１】
又、上記第１、第２のワークの光学的検査装置において、前記検査光学先端部を前記ファイバ束を複数本配列したファイバアレイで構成することで、相対的に移動するワーク表面を列単位で検査することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、図１〜６に基づいて本発明の実施例を説明する。
図１には、平板状ワークＷと、この平板状ワークＷに対設する検査装置の検査光学先端部１１とが示されている。この平板状ワークＷは液晶ディスプレイのガラス基板、セラミック基板、太陽電池の受光面等であり、検査光学先端部１１に対して相対移動可能なテーブル（図示せず）に載置される。
【００１３】
又、上記検査光学先端部１１は、複数組のファイバ束１２を、上記平板状ワークＷの幅方向へ一列に配列したファイバアレイであり、このファイバアレイを構成する各ファイバ束１２は、互いに当接した状態で結束する１本の投光ファイバ１３と２本の受光ファイバ１４ａ，１４ｂとで構成されている。更に、図２に示すように、この各ファイバ束１２の先端に対物光学系１５が装着され、この対物光学系１５の焦点上に上記平板状ワークＷの表面が臨まされる。
【００１４】
一方、図３に示すように、上記各ファイバ束１２の基端側が、個々に対応する演算装置２１に臨まされている。この演算装置２１は、光源部２１Ａと検査演算部２１Ｂとから成り、この光源部２１Ａに上記投光ファイバ１３の入射端が臨まされている。又、上記受光ファイバ１４ａ，１４ｂは、二つの受光ファイバ群１６ａ，１６ｂに区分され、その各受光ファイバ群１６ａ，１６ｂの出射端が上記検査演算部２１Ｂに臨まされている。なお、本実施例では、受光ファイバが２本であるため、受光ファイバ群１６ａ，１６ｂに対して各１本の受光ファイバ１４ａ，１４ｂが１対１で対応することになるが、受光ファイバが３本（好ましくは偶数本）以上ある場合、個々の受光ファイバを受光ファイバ群１６ａ，１６ｂに適宜（例えば、偶数本あれば１／２本毎に）区分して、上記検査演算部２１Ｂに臨ませる。
【００１５】
上記光源部２１ＡにはＬＥＤドライバ２２が設けられ、このＬＥＤドライバ２２からの駆動信号で発光する発光ダイオード２３に、上記投光ファイバ１３の入射端が対設されている。又、上記検査演算部２１Ｂには、上記各受光ファイバ群１６ａ，１６ｂの出射端にフォトセンサ２４ａ，２４ｂが各々対設されている。この各フォトセンサ２４ａ，２４ｂは増幅回路２５ａ，２５ｂにそれぞれ接続され、一方の増幅回路２５ａが差動増幅回路２８の一方の入力端子に接続されている。又、他方の増幅回路２５ｂが、アナログマルチプレクサ等のアナログスイッチ２６に接続されている。このアナログスイッチ２６は、２チャンネル構成で、一方の出力端子が反転回路２７を介して上記差動増幅回路２８の他方の入力端子に接続され、他方の出力端子が上記差動増幅回路２８の他方の入力端子に直接接続されている。なお、このアナログスイッチ２６では、図示しない制御装置から出力される制御信号に従って何れかのチャンネルを時分割で、或は任意に選択する。又、上記差動増幅回路２８では、入力される２つの信号の差に比例した電圧を出力する。
【００１６】
更に、この差動増幅回路２８の出力端子が、比較回路２９の一方の入力端子に接続され、他方の入力端子にスレッショルドレベル設定回路３０が接続されている。上記比較回路２９では、上記差動増幅回路２８から出力される差電圧を上記スレッショルドレベル設定回路３０から出力されるスレッショルドレベルと比較し、その結果をカウンタ等を含む後処理回路３１へ出力する。一方、上記差動増幅回路２８の他方の出力端子は、Ａ／Ｄ変換回路を含む後処理回路３２に接続されている。上記スレッショルドレベルは上記平板状ワークＷの表面の傷Ｗo （或は異物の付着）等の有無を判断するしきい値で、検査対象となる平板状ワークＷの表面の性状に基づいて設定されている。
【００１７】
上記検査演算部２１Ｂでは、上記アナログスイッチ２６の切換え動作により、上記平板状ワークＷの表面の傷Ｗo （或は異物の付着）等の有無と歪みθとを、選択的に検査する。すなわち、上記アナログスイッチ２６により上記増幅回路２５ｂからの出力信号を上記反転回路２７へ出力したときは、平板状ワークＷの表面の傷Ｗo （或は異物の付着）等の有無が検査され、その結果が上記後処理回路３１で処理される。又、上記増幅回路２５ｂからの出力信号を上記差動増幅回路２８へ直接出力したときは、上記平板状ワークＷの表面の歪みθが検査され、その結果が上記Ａ／Ｄ変換回路を含む後処理回路３２へ出力される。
【００１８】
次に、上記構成による実施例の作用について説明する。
検査装置のテーブル（図示せず）に平板状ワークＷを載置し、このテーブルを相対移動させて、上記平板状ワークＷを検査光学先端部１１へ移送する。この検査光学先端部１１の各ファイバ束１２に設けた投光ファイバ１３からは、図３に示す演算装置２１の光源部２１Ａに設けた発光ダイオード２３からの検査光が出射され、対物光学系１５を介して上記平板状ワークＷの表面に照射される。
【００１９】
一方、上記平板状ワークＷの表面から反射された上記検査光が、上記対物光学系１５を経て２つの受光ファイバ１４ａ，１４ｂにそれぞれ入射されると、この反射光が、各受光ファイバ１４ａ，１４ｂの出射端、すなわち本実施例では１対１に対応している受光ファイバ群１６ａ，１６ｂの出射端から上記演算装置２１の検査演算部２１Ｂに設けた各フォトセンサ２４ａ，２４ｂにて受光され、反射光量が電圧変換された後、増幅回路２５ａ，２５ｂで所定に増幅される。上記反射光は、上記平板状ワークＷの表面に傷（或は付着物等）Ｗo が存在すると、散乱されるため、上記各フォトセンサ２４ａ，２４ｂでの受光量が減少し、上記増幅回路２５ａ，２５ｂから出力される電圧も低い値になる。
【００２０】
そして、一方の増幅回路２５ａからの出力電圧が、差動増幅回路２８の一方の入力端子へ出力され、又、他方の増幅回路２５ｂからの出力電圧は、アナログスイッチ２６を介し、現在の検査項目が上記平板状ワークＷの表面の傷Ｗo 等の有無の検査である場合には反転回路２７へ出力し、又、現在の検査項目が上記平板状ワークＷの表面の歪みθの検査である場合には、上記差動増幅回路２８の他方の入力端子に直接出力する。
【００２１】
以下の説明では、まず平板状ワークＷの表面の傷Ｗo 等の有無を検査する場合について説明し、次いで平板状ワークＷの表面の歪みθを検査する場合について説明する。
【００２２】
上記増幅回路２５ｂからの出力電圧がアナログスイッチ２６を経て反転回路２７で反転された後、上記差動増幅回路２８の他方の入力端子に入力されると、一方の入力端子に入力されている上記増幅回路２５ａからの出力電圧との差に比例した電圧が出力される。この増幅回路２５ａに入力される２つの出力電圧は、上記ワークＷの表面で反射した同一の検査光の反射光を光電変換したものであるため、一方の出力電圧を反転させて上記２つの出力電圧の差を求めることで、出力電圧の変化が増大されて感度が格段に良くなり、差電圧の感度が通常は０．２Ｖ程度であるものが、１．０〜２．０Ｖと大きくなる。
【００２３】
そして、この差動増幅回路２８から出力される差電圧が比較回路２９の一方の入力端子に入力され、他方の入力端子に入力されているスレッショルドレベル設定回路３０からのスレッショルドレベルと比較される。このスレッショルドレベルは、上記ワークＷの表面の微細な傷（或は付着物等）Ｗo がある場合の上記差動増幅回路２８から出力される差電圧の増大量を予測して、差電圧がそのような値に増大したことを検出できるようなしきい値として予め設定される。
【００２４】
そして、この比較回路２９からは、上記差電圧が上記スレッショルドレベル以上のときはＨ信号が、又差電圧が上記スレッショルドレベル以下のときはＬ信号が、後処理回路３１へ出力される。この後処理回路３１では、上記比較回路２９からの出力信号を、上記平板状ワークＷの移動量に同期して所定時間ごとに読込み、平板状ワークＷの移動量に対応するメモリのアドレスをカウンタで順次指定し、当該アドレスの１ビットデータをＨ信号が出力されているときにセットし、Ｌ信号が出力されているとにはクリアする。
【００２５】
この検査は、各ファイバ束１２に連設する演算装置２１毎に実行されており、各演算装置２１に設けた上記後処理回路３１のメモリに格納されているデータを点座標系に表して出力することで、上記ワークＷの表面の傷（或は付着物等）Ｗo の有無、及びその傷等の位置を列単位で順次検査することができる。
【００２６】
一方、上記平板状ワークＷの表面の歪みθを検査する場合は、上記アナログスイッチ２６から上記増幅回路２５ｂで増幅された電圧が上記差動増幅回路２８の他方の入力端子へ直接出力される。そして、この差動増幅回路２８で、両増幅回路２５ａ，２５ｂから出力された電圧の差に比例した電圧を後処理回路３２へ出力する。
【００２７】
図２に示すように、例えば上記ワークＷの表面に図の右上方向への傾きθの歪みがある場合、投光ファイバ１３から出射された検査光の反射方向は偏角し、上記受光ファイバ１４ａ側へ多く反射され、その分、他方の受光ファイバ１４ｂへの反射光量が少なくなる。その結果、上記受光ファイバ１４ａから出射し、フォトセンサ２５ａで受光される反射光量は、平坦時の受光量をＰとした場合、Ｐ＋δＰ（δＰ：傾きθに対する変化量）となり、又、他方の受光ファイバ１４ｂを経て他方のフォトセンサ２５ｂで受光される反射光量は、Ｐ−δＰとなる。
上記差動増幅回路２８から出力される電圧は、上記光量（Ｐ＋δＰ，Ｐ−δＰ）の差に比例した電圧であるため、上記平板状ワークＷの表面が平坦（θ＝０）の場合には、０Ｖに近い値となり、また、傾きθの歪みがある場合には、傾きの方向により＋２δＰ、或は−２δＰに対応した電圧が、後処理回路３２へ出力される。
【００２８】
この後処理回路３２では、上記差動増幅回路２８から出力された電圧を、Ａ／Ｄ変換し、このデータを上記平板状ワークＷの移動量に同期して所定時間ごとにメモリに格納する。そして、この検査結果を演算装置２１毎の点座標系に表すことで、上記ワークＷの表面全体の歪み具合を具体的な数字で把握することができる。
【００２９】
なお、平板状ワークＷの表面の傷、歪みの何れを検査する場合も、２本の受光ファイバ１４ａ，１４ｂは、極めて近接した位置でワーク表面に対設されているため、色調の変化や距離の変化等は互いに相殺される。
【００３０】
更に、本実施例では、１本の投光ファイバ１３と２本の受光ファイバ１４ａ，１４ｂとを最小の断面積となる配列で結束しているが、検査対象となるワークの大きさ、及び状態に応じて適宜設定することができ、例えば、図４に示すように、２本の受光ファイバ１４ａ，１４ｂを上記投光ファイバ１３を挟む両側に配設しても良く、又、図５に示すように、上記投光ファイバ１３を中心として、４本の受光ファイバ１４ａ〜１４ｄを十文字状に配列し、或は、図６に示すように、上記投光ファイバ１３の周囲に受光ファイバ１４ａ〜１４ｆを複数配設するようにしても良い。この場合、上記各受光ファイバ１４ａ〜１４ｄ、或は１４ａ〜１４ｆの出射端側は、２つの受光ファイバ群１６ａ，１６ｂに区分されて、図３に示す上記演算装置２１の検査演算部２１Ｂへ導かれる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、光源からの検査光を投光ファイバを介してワーク表面に出射し、その反射光を受光ファイバを介してフォトセンサまで導くようにしたので、上記ワーク表面に対設する検査光学先端部を極小サイズに形成することが可能になり、ワーク表面の微細な傷、或は歪み等を検出することが可能になる。
【００３２】
又、１本の投光ファイバから出射した検査光の上記ワーク表面からの反射光を、複数の受光ファイバに入光し、この各入光された反射光をそれぞれに区分された受光ファイバ群毎にフォトセンサで受光するようにしたので、ワーク表面に形成された微細な傷、或は歪み等を高感度で検出でるようになり、検査精度を格段に向上させることができるばかりでなく、低コスト化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワークと図２のＩ−Ｉ断面で示す検査光学先端部の平面図である。
【図２】図１のＡ矢視側面図である。
【図３】演算装置の回路図である。
【図４】他の態様によるファイバ束の断面図である。
【図５】別の態様によるファイバ束の断面図である。
【図６】その他の態様によるファイバ束の断面図である。
【図７】従来の光学的検査装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１１…検査光学先端部
１２…ファイバ束
１３…投光ファイバ
１４ａ〜１４ｆ…受光ファイバ
１６ａ，１６ｂ…受光ファイバ群
２１Ａ…光源
２１Ｂ…検査演算部
２４ａ，２４ｂ…フォトセンサ
Ｗ…ワーク
【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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【図７】
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