JP2002122555A - 透明体検査用光源、透明体検査装置およびその検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベベリング加工およびコンベックス加工の状
態を高精度に検査することを可能にし、併せて平板加工
の状態も同一光源で検査できるようにする。 【解決手段】 暗視野観察用光源１０と偏光観察用光源
２０とからなる複合光源を用いる。偏光観察用光源２０
からの光を拡散板２で拡散し、偏光子３で偏光にしてベ
ベリング加工ないしコンベックス加工した水晶ブランク
Ｂに照射する。この照射と同時に暗視野観察用光源１０
からも光を水晶ブランクＢに照射する。水晶ブランクＢ
を透過、あるいは水晶ブランクＢで散乱、回折した光は
検光子４で所定の角度をなす偏光状態の光として取り出
される。これを撮像手段３０で撮像すると、偏光観察用
光源２０による干渉縞に加えて暗視野観察用光源１０に
よる輪郭が観察できる。画像信号を画像処理装置４０に
加えて、輪郭に対する干渉縞の位置からベベリング加工
やコンベックス加工形状を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透明体検査用光源、
透明体検査装置およびその検査方法に係り、特に水晶振
動子用や水晶フィルタ用などの水晶基板に施されるベベ
リング／コンベックス加工の形状検査に好適なものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カット水晶振動子を製造する場
合、図６に示すように、人工水晶をカットして水晶ブラ
ンクを切出し（ステップ６１）、切出された水晶ブラン
クの表面を研削材砥粒によりラッピング加工する（ステ
ップ６２）。これにより表面に加工変質層と二次割れ層
（以下、加工層という）が発生して粗面化状態にある。
なお、この加工層を取り除くために、さらに粒度の小さ
い研削砥粒を用いてラッピング加工をする場合もある。
ラッピング加工後、水晶ブランク表面での音響損失を少
なくするために、最終仕上げ加工であるポリッシュ仕上
げ（ケミカルエッチングも含む）を施して鏡面化する
（ステップ６３）。そして、電極を蒸着して（ステップ
６４）、パッケージングして水晶振動子を作る（ステッ
プ６５）。

【０００３】ところで、水晶振動子用の水晶ブランク
は、小型で薄く軽量で透明なため、可視化することが難
しく、水晶ブランクに付いた微小な傷を検査するのが困
難であった。そこで、照明光を直接ＣＣＤカメラの視野
に入れず、水晶ブランクに付いた傷で散乱あるいは回折
された光だけを観察する暗視野観察法を用いて、水晶ブ
ランクに生じた傷を浮び上がらせる。この水晶ブランク
表面をＣＣＤカメラで撮像し、この撮像信号を画像処理
することにより、水晶ブランクの外観を検査する技術が
開発されている（例えば、特許第２８２１４６０号）。
この暗視野観察法を適用することにより、今まで目視検
査できなかった傷、例えばカケなどの傷を検出できるよ
うになり、水晶基板の傷検査技術は飛躍的に向上した。

【０００４】しかし、暗視野観察法では水晶ブランク表
面状態の検査はできるものの、断面形状ないし厚さに係
るベベリング加工やコンベックス加工の形状検査が有効
にできない。これを以下に説明する。なお、ベベリング
加工とは図７（ａ）に示すように周辺部を面取り加工す
ることであり、コンベックス加工とは図７（ｂ）に示す
ように凸レンズ加工（片面凸型および両面凸型のいずれ
も含む）することである。

【０００５】前述したように、水晶ブランクの表面はラ
ッピング加工を施した上で、さらにポリッシュ仕上げ
（ないしケミカルエッチング）を行う。ラッピング加工
の段階では、使用する砥粒番碇に＃４０００以下の比較
的粒子の粗い研磨材を用いるので、水晶ブランク表面が
粗面状態（０．数μｍ〜）にある。このレベルの研磨材
を用いてベベリング加工を行うと、水晶ブランク表面は
加工部は粗面化する。したがって、表面粗さでの散乱、
回折を観察する暗視野観察法で、粗面化した加工部と粗
面化していない非加工部との識別ができるので、ベベリ
ング加工の形状検査が可能である。

【０００６】図８にベベリング加工が周辺部に施された
水晶ブランクの暗視野観察による画像の具体例を示す。
中央の黒い楕円で囲まれた領域が非加工部で、その外周
の白い領域が加工部である。要はベベリング加工は水晶
ブランク表面の周辺部に粗面を形成することであるか
ら、ベベリング加工を傷で見ているのである。この画像
からベベリング加工形状を検査できる。なお、暗視野観
察法では、同図に示すように水晶ブランクの輪郭も白く
光ることから外形寸法の測定も可能であり、輪郭に対す
るベベリングの相対加工精度も検査することができる。

【０００７】しかし、ベベリング加工を施した水晶ブラ
ンクに、さらに砥粒番碇が＃４０００を越える粒子の細
かいポリッシュ仕上げや、深いケミカルエッチングを施
すと、加工を施した粗面が鏡面仕上げされるために、水
晶ブランク表面での散乱や回折が生じ難くなり、ラッピ
ング段階で可能であった暗視野観察法によるベベリング
加工の形状検査が不可能になる。

【０００８】また、水晶ブランクの表面全面を加工する
コンベックス加工では、元々全面が均一に粗面化されて
しまうため、砥粒番碇によらず、暗視野観察法によるコ
ンベックス加工の形状検査はできない。

【０００９】そこで、水晶基板表面の粗さに依存する散
乱光や回折光を使って検査するのではなく、水晶基板表
面の粗さに依存しない透過光を使って検査する偏光観察
法を導入して、ベベリング加工やコンベックス加工の形
状検査を可能にした外観検査方法を、本発明者は先に提
案した（例えば、特開２０００−８１３１２号公報）。
これは、複屈折媒質からなる水晶ブランクに光源からの
光を偏光子で偏光して与え、水晶ブランクを通過した光
のうち、前記偏光に対し所定の角度をなす偏光状態の光
だけを検光子で通過させて、偏光干渉により水晶ブラン
クの厚さの違いによる位相差を干渉縞として可視化し、
干渉縞の形状により水晶ブランクの断面形状の検査を行
うものである。

【００１０】図９に、この偏光観察法による矩形状水晶
ブランクの画像例を示す。この矩形状水晶ブランクはコ
ンベックス加工されたもので、画像には２つの略楕円形
の干渉縞が同心上に形成されている。同図の上半分は平
面図であり、下半分には平面図に対応した輝度分布が示
されている。これより判るように、干渉縞は白く輝いて
いるので、干渉縞自体の形状を容易に測定することがで
きる。この干渉縞自体の形状によって加工の仕上りを検
査している。なお、偏光観察法による輪郭像は左右の短
辺が僅かに明るくなっているが、輪郭を精度良く抽出す
るには至っていない。また、上下の長辺にいたっては、
背景と同色で暗くなっており、輪郭が不明瞭である。し
たがって、水晶ブランクの輪郭を基準にした干渉縞の相
対位置の検査ができない。干渉縞の相対位置とは、ベベ
リング加工では、例えばベベル幅と中心ズレ、ベベリン
グのフラット範囲と偏心などの加工分布のことであり、
コンベックス加工では、コンベックスの中心ズレ、傾き
などの加工分布のことである。偏光観察法では、水晶ブ
ランク像から切り離した干渉縞それ自体の絶対形状の測
定はできるものの、水晶ブランク像上のどこに干渉縞が
形成されているか、シンメトリに形成されているかとい
った、相対形状測定ができないということになる。

【００１１】ところで、透明体、特に水晶振動子用の水
晶ブランクにとって重要なのは、干渉縞の絶対形状を知
ることはもちろん、これに加えて水晶ブランクの輪郭に
対する干渉縞の相対位置、すなわち水晶ブランク上にお
けるベベリング／コンベックス加工の形状を知ることで
ある。

【００１２】というのは、最終仕上げの水晶ブランクの
表面は、粗さ（平面度）、平行度の物理的ファクタがあ
り、ともに振動子としての性能を決めるベースとなるの
で極めて重要である。ここで平行度とはブランク面内で
の厚み寸法差であり、図１０の片面凸型コンベックス形
状では、ブランクの中心厚みのピークＰから振動領域の
直径ｄ_eに降ろした垂線の長さｈである。なお、振動領
域とは、コンベックス型振動子の厚みすべり振動エネル
ギーが中央部分に集中する領域である。前記粗さ（平面
度）についてはポリッシング加工ないしエッチング加工
により０．０６μｍ以下を確保できるので特に問題はな
い。したがって、残りのファクタである平行度ｈが、振
動子としての機能を発揮できるかどうかに関わる重要な
ファクタとなる。そして、平行度ｈを規定する前記中心
厚みのピークが水晶ブランク上におけるベベリング／コ
ンベックス加工の中心に対応し、前記振動領域が水晶ブ
ランク上におけるベベリング／コンベックス加工の相対
位置に対応する。したがって、水晶ブランクの断面形状
ないし厚さよりも、水晶ブランクの輪郭に対する干渉縞
の相対位置を検査することが、振動子としてより重要と
なる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来、暗視野観察法に
よる寸法、傷検査を行った後、偏光観察法によるベベル
／コンベックス形状検査を行って外観検査をしている
が、後者の偏光観察法単独によるベベル／コンベックス
形状検査には、次のような問題があった。

【００１４】（１）コンベックス加工においては、水晶
ブランクの一部を加工するベベリング加工と異なり、表
面の全部を加工する。このため、コンベックス加工形状
を検査するには、暗視野観察法ではなく、偏光観察法を
用いる。この偏光観察法によれば、水晶ブランクの厚さ
に応じた形状の干渉縞が形成されるため、この干渉縞の
形状寸法を測定することによりコンベックス加工形状を
検査できる。この検査法は、上述したエッチングの深い
ものや、砥粒番碇が４０００番以上のベベリング加工に
も適用できる。

【００１５】しかしながら、干渉縞それ自体の形状（絶
対形状）の検査はできても、偏光観察法では暗視野観察
法と異なり輪郭が不明確になるため、輪郭に対する干渉
縞の形状（相対形状）が検査できない。載置台上に載る
水晶ブランクの位置が常に一定であればよいが、水晶ブ
ランクを搬送する都度、載置台上における水晶ブランク
の位置が一定ではなく、傾いたり、左右上下にシフトし
たりするので、水晶ブランクの輪郭が明確でないと相対
形状は検査できないからである。なお、偏光観察法に先
立って行われる暗視野観察法によって得られる輪郭デー
タは、偏光観察によって得る干渉縞データと同一測定に
よって得られるものではないので、相関をとることがで
きず、ベベル／コンベックス加工の相対形状検査には役
に立たない。

【００１６】（２）暗視野観察法から偏光観察法に移行
するには、暗視野観察用光源を断にして、偏光観察用光
源に切替える必要があり、その際、偏光観察用光源にと
って必要な偏光子、検光子を光路に挿入する必要がある
ので、光源系の切替え構造が複雑になる。

【００１７】（３）ところで、水晶振動子用の水晶ブラ
ンクには、平板ブランクと異形ブランクとがある。平板
ブランクは同一断面で同一の厚さをもたせた通常タイプ
（平板加工タイプ）が該当する。異形ブランクは、加工
により同一断面で異なる厚さをもたせた異形タイプ（異
形加工タイプ）、例えば上述したベベリング加工やコン
ベックス加工したものが該当する。通常タイプの検査で
は、傷検査や外形寸法検査を行うため、暗視野観察用光
源が必要になる。異形タイプの検査では、暗視野観察用
光源に加えて、さらに厚さ等の加工具合検査を行うた
め、偏光観察用光源が必要になる。暗視野観察用光源で
は加工具合の検査が行えない。逆に偏光観察用光源では
傷検査や外形寸法検査が行えない。したがって従来は、
同一の水晶基板検査装置を用いて平板タイプを検査する
場合と、異形タイプの検査をする場合に、検査用光源を
交換しなければならず、操作性が悪かった。

【００１８】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、ベベリング／コンベックス加工の形状を
高精度に検査することが可能であり、しかも構造が簡単
な検査用光源、透明体検査装置およびその検査方法を提
供することにある。また、本発明の課題は、仕様の異な
る透明体を検査する場合であっても、検査用光源を交換
する必要のない透明体検査方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は複合観察
法にあり、暗視野観察方法と偏光観察方法とを２つ組合
わせて、同一透明体を２つの観察方法で同時に観察す
る。偏光観察法１つの観察法であると、確かに視野の中
で加工仕上がりに対応する干渉縞を明瞭に確認はできる
が、更に一歩すすめてその干渉縞が透明体のどの位置に
あるのか、また、干渉縞は偏心していないのか、傾いて
いないのかが、透明体の輪郭が暗いので確認できない。
透明体の輪郭は、偏光観察法では、背景色と同一色にな
るので明瞭には見えない。そこで、輪郭の見える暗視野
観察法を、偏光観察法と組合わせて観察すれば、干渉縞
の位置や相対的な形が観察でき、かつその干渉縞が傾い
ているかが判る。なお、従来の顕微鏡は、この複合観察
は機構的に複雑になり困難であったが、光学系が無限遠
設計となったために容易にできるようになった。

【００２０】請求項１に記載の発明は、加工により同一
断面で異なる厚さをもたせた複屈折媒質からなる透明体
に、光を照射して前記透明体の外観を検査するための透
明体検査用光源において、前記透明体の輪郭像の取得を
可能とするために前記透明体の略側面全周方向から光を
照射する暗視野観察用光源と、前記加工の仕上りに応じ
た干渉縞像の取得を可能とするために前記透明体の下方
から拡散した光を照射する偏光観察用光源と、前記暗視
野観察用光源と前記偏光観察用光源との間に設けられ、
前記偏光観察用光源から出射された拡散光のみを偏光に
して前記透明体に照射する偏光子であって、前記暗視野
観察用光源から光を照射されて前記光透明体で散乱ある
いは回折された光、および前記偏光観察用光源から前記
偏光子を経て透明体を通過した複屈折光に対して、所定
の角度をなす偏光状態の光を取り出す検光子と対になる
偏光子とを備え、前記暗視野観察用光源と前記偏光観察
用光源とから同時に光を照射して前記透明体の輪郭像と
干渉縞とを複合観察することを可能に構成した透明体検
査用光源である。

【００２１】本発明の検査用光源によると、一方で、検
光子が偏光観察用光源からの拡散光のみを偏光にして、
暗視野観察用光源からの光は偏光にしないので、散乱、
回折光の光路中に検光子が存在しても、遮光されるわけ
ではなく、散乱、回折光に対して所定の角度をなす偏光
状態の光が取り出されるので、この光から透明体を輪郭
を強調する暗視野観察が可能になる。他方で、偏光観察
用光源からの拡散光が偏光子により偏光にして透明体に
与えられ、透明体を通過した光から検光子により偏光に
対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過させて、偏光
干渉により透明体の厚さの違いによる位相差が可視化さ
れて、透明体の断面形状に対応した干渉縞が透明体表面
に形成される偏光観察が可能になる。本発明では、暗視
野照明と偏光照明とが同時になされるので、前述した両
方を合せた複合観察が可能となる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の検査用光源がユニット化されている検査用光源であ
る。

【００２３】本発明のように検査用電源が、ユニット化
されていると、その都度組み立てる煩雑さを要さず、ワ
ンタッチで着脱できるので、メンテナンスが容易であ
る。

【００２４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の検査用光源と、前記透明体を載置する透明な
載置台と、前記暗視野観察用光源から光を照射されて前
記載置台に載置される前記光透明体で散乱あるいは回折
された光、および前記偏光観察用光源から前記偏光子を
経て前記透明体を通過した複屈折光に対して、所定の角
度をなす偏光状態の光を取り出す検光子と、前記検光子
から取り出された光の前記透明体を撮像して、前記透明
体の輪郭像および前記加工の仕上りに応じた干渉縞像を
取得する撮像手段と、前記撮像手段で取得した前記透明
体の輪郭像および干渉縞像を画像処理して前記透明体の
輪郭像に対する前記干渉縞像の相対位置を検査可能に構
成した画像処理装置とを備えた透明体検査装置である。

【００２５】本発明によれば、暗視野観察用光源と偏光
観察用光源の照明を同時に行って撮像手段で観察するの
で、透明体の輪郭を基準にして透明体表面画像に形成さ
れた干渉縞の形やシンメトリなどを精度よく検査するこ
とができる。また、偏光観察法で用いる偏光子は、偏光
観察用光源から出射された拡散光のみを偏光にして、暗
視野観察法で用いる暗視野観察用光源から出射された光
は偏光にしないので、暗視野観察法を単独で実施すると
きに、光路中に偏光子および検光子を挿入したままの状
態でも、暗視野観察に支障が生じない。また、暗視野観
察法から偏光観察法に移行するときに、暗視野観察用光
源は切らずに入れたままにしておくので、さらに偏光観
察用光源を入れるだけでよく、光源切替えが不要であ
る。また暗視野観察法による観察時に、既に偏光子およ
び検光子を光路に装着したままで観察しているので、偏
光観察時に新たに偏光子および検光子を光路中に挿入す
るという挿入手段が不要となり、装置の構造が簡単にな
る。

【００２６】請求項４に記載の発明は、前記載置台が硬
質の合成石英ガラスである請求項３に記載の透明体検査
装置である。

【００２７】載置台の材質としては透明体、例えば水晶
よりも硬質なサファイアとすることもできるが、サファ
イアは切出した結晶の角度によっては複屈折性をもつの
で、偏光観察をするには、結晶の角度を管理する必要が
ある。この点で、本発明のように載置台を硬質の合成石
英ガラスで構成すると、製造時に気泡が入りにくく、結
晶の切出し角度に関係なく、複屈折性をもたず水晶並み
に硬いので好ましい。

【００２８】請求項５に記載の発明は、加工により同一
断面で異なる厚さをもたせた複屈折媒質からなる透明体
の外観を検査する透明体検査方法において、前記透明体
に暗視野観察用光源および偏光観察用光源から光を同時
に照射して、前記暗視野観察用光源の光により得られる
前記透明体の輪郭像と、前記偏光観察用光源の光により
得られる前記加工の仕上りに応じた干渉縞像とが重なっ
た前記透明体の画像を取得し、前記作成した前記透明体
画像の前記輪郭像と前記干渉縞像とから、前記輪郭像に
対する前記干渉縞縞の相対位置を検査するようにした透
明体検査方法である。

【００２９】本発明によれば、暗視野観察用照明と偏光
観察用照明とを同時に行うので、偏光観察用照明だけの
場合に比して、透明体の輪郭が明瞭になるので、透明体
上に形成される干渉縞の輪郭に対する形状、すなわち加
工の形状検査を精度よく行うことができる。また、偏光
子、検光子を光路に挿入したままで、暗視野観察法によ
る外観検査ができるので、偏光子、検光子を光路から抜
き出す場合に比して、操作が容易である。

【００３０】請求項６に記載の発明は、請求項１または
２に記載の検査用光源を共通に用いて仕様の異なる透明
体を検査する透明体検査方法であって、前記仕様の異な
る透明体は、同一断面で同一の厚さをもたせた複屈折媒
質からなる平板透明体と、同一断面で異なる厚さをもた
せた複屈折媒質からなる異形透明体とを含むことを特徴
とする透明体検査方法である。本発明によれば、平板透
明体と異形透明体を同一の検査用光源を用いて検査でき
るので、仕様の異なる透明体を検査する場合であって
も、検査用光源を交換する必要がない。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、透明体の加工仕上りを検査
する透明体検査装置の概略構成図である。

【００３２】透明体検査装置は、例えば複屈折媒質であ
る水晶振動子用の水晶ブランクＢに光を照射して撮像し
た水晶ブランクＢの画像信号に基づいて透明体の外観検
査を行う。水晶ブランクＢは、ここでは矩形状のものを
例示する。大きさは、小さいもので略１ｍｍ角、厚さ数
１０〜２００μｍオーダであり、ベベリング加工ないし
コンベックス加工されている。この検査装置は、水晶ブ
ランクＢを水平に載置する透明部材からなる載置台１
と、載置台１上の水晶ブランクＢに光を照射する２つの
観察用光源１０、２０と、水晶ブランクＢの表面に対し
て垂直な方向から水晶ブランクＢの表面を撮像する撮像
手段３０とを備える。撮像手段３０は、水晶ブランクＢ
を拡大して観察する顕微鏡３１と、観察像を電気信号に
変換するＣＣＤカメラ３２とから構成される。

【００３３】撮像手段３０で撮像された水晶ブランクＢ
表面の画像信号は画像処理装置４０に加えられる。画像
処理装置４０は、撮像した画像信号から水晶ブランクＢ
に存在するヒキ等の傷の特徴を抽出し、抽出した信号に
基づいてヒキ等の傷の検査を行う。また、撮像した画像
信号から水晶ブランクＢを透過して複屈折することで形
成される干渉縞の特徴を抽出し、抽出した信号に基づい
てベベリング／コンベックス加工の形状の検査を行う。
前述した載置台１は、例えば水晶よりも硬く傷がつきに
くい硬質の合成石英ガラスで構成する。前述した２つの
観察用光源１０、２０は、暗視野観察用光源１０と偏光
観察用光源２０とから構成され、これらの光源１０、２
０は１台の外観検査装置にユニット化されて組み込まれ
る。

【００３４】一方の暗視野観察用光源１０は、複数のＬ
ＥＤ（図示せず）をリング状に配列して構成され、載置
台１の略側面全周、より正確には水晶ブランクＢの略側
面全周を囲むようにして、この載置台１の中心と同軸的
に配設される。ＬＥＤとしては最も輝度の高い波長６０
０ｎｍクラスの赤色ＬＥＤが好ましい。なお、青色ＬＥ
Ｄとしてもよい。暗視野観察用光源１０は、載置台１を
中心にして上下に配置した２段構成になっており、その
上下２段のちょうど中間に載置台１が来るように配置す
る。上段部１１は水平方向ないし浅い斜め上方から載置
台１上の水晶ブランクＢの表面を、表面に対して０〜＋
１５°の角度（矢印）で照射するようになっている。下
段部１２は水平方向ないし浅い斜め下方から載置台１を
透過して水晶ブランクＢの裏面を、裏面に対して０〜−
１５°の角度（矢印）で照射するようになっている。暗
視野観察用光源１０の光量は通電制御によって調光が可
能になっている。これによりヒキ傷などで散乱あるいは
回折された光のうちの顕微鏡に入った光だけを観察して
傷を検査する。

【００３５】他方の偏光観察用光源２０は、偏光のない
単色光源で構成し、暗視野観察用光源１０の下方に配置
され、照明軸を顕微鏡軸５に合せる。偏光観察用光源２
０は、複数のＬＥＤ（図示せず）を点状、面状または半
球状に配列して構成され、赤色ＬＥＤないし青色ＬＥＤ
を使用して、光源波長を暗視野観察用光源１０と同じか
（６００ｎｍ）、それよりも短くして（４５５〜４９２
ｎｍ）、かつ調光を可能としている。

【００３６】偏光観察用光源２０は、これに拡散板２、
偏光子３を加えて光源系を構成する。この光源系に、偏
光子３と対になる検光子４を加えると光源を含めた偏光
観察用光学系が完成する。拡散板２は偏光観察用光源２
０からの光を拡散させて水晶ブランクＢを裏面から均一
に照射する。偏光子３は拡散板２を通過した光のみを偏
光にする。偏光子３が拡散板２を通過した光のみを偏光
にし、暗視野観察用光源１０から出射した光を偏光にし
ないようにするために、偏光子３は、暗視野観察用光源
と偏光観察用光源２０との間に設けて、偏光観察用光源
２０の光路に挿入されるが、暗視野観察用光源１０の光
路から外れるようにする。

【００３７】検光子４は、暗視野観察用光源１０から光
を照射されて光透明体で散乱あるいは回折された光、お
よび偏光観察用光源２０から拡散板２および偏光子３を
経て水晶ブランクＢを通過した複屈折光に対して、所定
の角度をなす偏光状態の光を通過させる。検光子４を通
過した複屈折光は偏光干渉が起き、偏光干渉により厚さ
の違いによる位相差を明暗のコントラストで可視化でき
ることになる。

【００３８】撮像手段３０で、検光子４を通過した散
乱、回折光、および偏光状態の光の水晶ブランクＬのコ
ントラスト像を撮像し、画像処理装置４０に転送して、
これをコントラスト増強処理して、水晶ブランクＢの輪
郭に対する干渉縞の相対位置を検査して、ベベリング加
工やコンベックス加工状態を検査する。

【００３９】なお、加工仕上りの検査をするに際して、
あらかじめ光源１０、２０の光量、偏光子３、検光子
４、載置台１の回転角度を互いに調整して、画像上に現
われる干渉縞が加工仕上り検査に最適となるように、こ
れらの光量、角度を調整するキャリブレーションを行
う。ブランク面の全面について加工仕上り検査するため
に、しきい値を決め、２値化処理画像を得る。その画像
から加工仕上り状態を定量的に把握できる。ここで加工
仕上り状態は、リング状の暗部の内長径、内短径寸法、
および中心ずれなどを測定することにより把握できる。
把握内容としては、水晶ブランクの周辺部における研磨
量の偏り（リング状の暗部の帯幅の違い）、コンベック
スの曲率ないし断面形状（干渉縞の数）、削り過ぎない
し削り不足（干渉縞の幅）、研磨の偏心（中心ずれ）な
どである。

【００４０】上述した偏光観察用光源２０、暗視野観察
用光源１０、および拡散板２、偏光子３は、まとめて１
つの光源ユニットＵに構成して、ユニット単位で装置の
メンテナンスができるようにする。この光源ユニットＵ
において、拡散板２はもちろんであるが、偏光子３も、
暗視野観察用光源１０の照明軸（略矢印に相当）の外に
置く。暗視野照明光が偏光されないようにするためであ
る。暗視野照明光は、偏光子３で偏光にされなければ、
検光子４を通過しても、減光されるだけであり、傷検査
に影響を与えない。減光分は暗視野観察用光源１０を調
光してパワーアップして補えばよい。

【００４１】また、必要に応じて水晶ブランクＢに集光
させるためのコンデンサレンズを拡散板２と偏光子３と
の間に設けたり、水晶ブランク画像を背景から鮮明に浮
き出させるためのコンペンセータを検光子４と載置台１
との間に挿入してもよい。

【００４２】次に上述したような構成における作用を説
明する。検査対象は、例えば寸法が１ｍｍ角、厚さ数１
０〜２００μｍオーダで、ベベリング加工ないしコンベ
ックス加工した矩形の水晶ブランクである。表面仕上げ
は、ラッピング、ポリッシング、またはケミカルエッチ
ングのいずれかの段階のものである。

【００４３】実際の検査では、まず暗視野観察用光源１
０をオンして暗視野観察法で寸法計測及び傷検査を検査
する。このとき、偏光子３および検光子４は顕微鏡軸５
上に挿入したままの状態でよい。矩形の水晶ブランクの
寸法計測としては、縦横の寸法、斜対角の距離、タオレ
寸法、および長短辺の平行度などがある。傷検査として
は、キズ、カケ、ワレ、クラック、チッピング、ヒキ、
シミ、双晶、タネ、異物の混入などがある。

【００４４】つぎに偏光観察法によるベベリング加工、
およびコンベックス加工の形状検査を行う。このとき、
暗視野観察用光源１０はオフにせずオンしたままで、偏
光観察用光源２０を同時にオンする。偏光観察内容は、
偏光観察法単独で得られる干渉縞の絶対形状と、複合観
察で得られる干渉縞像の相対形状である。

【００４５】偏光観察用光源２０からの光を照射する
と、偏光観察用光源２０の光は透過光であるから、散乱
ないし回折を利用する暗視野観察用光源１０による傷検
査の効果が減殺される。しかし、この検査では、偏光観
察用光源２０単独では得られない水晶ブランクＢの輪郭
を、暗視野観察用光源１０の照射によって画像化するこ
とにあるのだから、輪郭さえ明瞭に画像に映し出されて
いれば、その他の減殺は構わない。すなわち、傷検査は
先行する暗視野観察単独で行うので、この複合観察では
水晶ブランクＢの傷は見えなくてもよいのである。

【００４６】図２の水晶ブランク表面の撮像画像を用い
て複合観察を説明する。（ａ）および（ｂ）は参考図で
あり、（ｃ）が複合観察画像である。（ａ）は暗視野観
察用光源１０からの光のみを照射したときの水晶ブラン
クＢの表面画像である。輪郭及びラッピング段階の表面
の状態を有効に観察できる。（ｂ）は偏光観察用光源２
０からの光のみを照射したときの表面画像である。ベベ
リング／コンベックス加工状態を示す黒帯状の略楕円形
をした干渉縞が周辺に現われている。四隅が光っている
が、その他の輪郭は背景に隠れて不明瞭である。（ｃ）
は暗視野照明光と偏光照明光とを同時照射したときの複
合観察像である。輪郭及び干渉縞が共に鮮明に映し出さ
れている。

【００４７】図２（ｃ）の画像には、水晶ブランクＢに
明るい縁どりができるので、縁取りの輪郭データと、偏
光観察によって得られる干渉縞データとが複合観察によ
って同時に得られる。これらのデータを画像処理装置４
０で処理することにより、輪郭寸法を基準にした干渉縞
の相対位置、偏心、傾きなどを観察できる。すなわち、
図３に示すように、（ａ）のベベリング加工、（ｂ）の
コンベックス加工にあって、矩形状水晶ブランクの中心
（対角線の交点）に対する干渉縞の位置ずれ（偏心）な
いしシンメトリ性、干渉縞の傾きないし偏心等を検査で
きる。これらは輪郭が判って初めて可能な検査項目であ
る。

【００４８】以上述べたように実施の形態によれば、偏
光観察時に、従来行っていなかった暗視野照明を加え
て、偏光観察法と暗視野観察法との複合観察を行うよう
にしたので、偏光観察時には精度が出なかった輪郭検査
の精度が上がり、輪郭に対する干渉縞の相対位置の観察
が高精度にできる。その結果、ベベリング加工やコンベ
ックス加工の相対形状を高精度に検査できる。これは偏
光観察観察法単独だけではできないし、暗視野観察法だ
けでもできない。両観察法を一体にした複合観察によっ
て初めて可能となる。そして、両観察結果を有機的に結
合することで、公知の偏光観察法と公知の暗視野観察法
の個々のものからは予測できない干渉縞の相対位置を検
査できるという優れた効果を生じる。

【００４９】特に、水晶ブランクは、「ＩＣ産業の塩」
とも呼ばれ、携帯電話、ＰＣ、ＤＶＤ、ゲーム機、デジ
タルＴＶ、ＧＰＳ、電子交通システムなど情報通信の劇
的な進展にともない、ますます小型高精度化を求めら
れ、安定した周波数（振動）特性を要求される。この要
求に応えるためには、ベベリング加工やコンベックス加
工状態に対応する干渉縞の形状が、対称、シンメトリで
あることが理想であり、これを検査する必要がある。本
発明はこの要求に十分応えることができる検査を行うこ
とができる。

【００５０】なお、実施の形態では、水晶ブランクＢを
載せる載置台１として硬質の合成石英ガラスで構成し
た。これは載置台１には、複屈折を伴わない硬質ガラス
が好ましく、硬質の合成石英ガラスがより好ましいから
である。パイレックス（商標）、テンパックス（商標）
は製造時気泡を含みやすく安定した供給ができない。ま
たサファイアは硬質性ではあるが複屈折を伴う。複屈折
を伴うと、位相がずれてしまい、誤差が生ずる。この点
でガラスがよい。硬質の合成石英ガラスはこのような難
点がなく、再現性よく生産できる。

【００５１】また、偏光観察法と暗視野観察法との複合
観察によって、ベベリング加工ないしコンベックス加工
の形状を精度よく検査できるようになったが、もし暗視
野観察法を併用することによって、偏光観察法による単
独検査の精度が落ちるのであれば、図４に示すように、
暗視野観察法Ｐ１による単独観察、暗視野観察法Ｐ１お
よび偏光観察法Ｐ２による複合観察の後に、偏光観察法
Ｐ２による単独観察を加えればよい。

【００５２】また、平板ブランクの検査では、傷検査や
外形寸法検査を行うため、暗視野観察用光源が必要にな
り、ベベリング加工やコンベックス加工タイプの検査で
は、暗視野観察用光源に加えて、さらに干渉縞等による
加工具合検査を行うため、偏光観察用光源が必要になる
ことは前述した通りである。この点で、本実施の形態に
よる光源は、暗視野観察と偏光観察との複合観察ができ
るように構成してある。したがって、同一の水晶基板検
査装置を用いて、平板タイプを検査する場合にも、異形
タイプの検査をする場合にも、検査用光源を交換する必
要がないので、装置の利便性が飛躍的に向上する。

【００５３】また、実施の形態では矩形状の水晶ブラン
クについて説明したが、他の形状、例えば図５に示すよ
うな円形状の水晶ブランクについても適用できる。ま
た、水晶ブランクの用途には水晶振動子の他に、ＳＡＷ
（弾性表面波）デバイスと呼ばれる水晶フィルタなどが
ある。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、暗視野照明光と偏光照
明光とを同時に透明体に照射するようにしたので、偏光
照明光だけでは明瞭化できなかった透明体の輪郭を明瞭
化できるようになり、輪郭を基準にしたベベリング加工
およびコンベックス加工の形状を高精度に検査すること
ができる。

【００５５】また、本発明によれば、平板透明体と異形
透明体を同一の検査用光源を用いて検査できるので、仕
様の異なる透明体を検査する場合であっても、検査用光
源を交換する必要がなく、利便性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による透明体検査装置の概略構成図
である。

【図２】実施の形態に係る水晶ブランク表面の観察画像
を示し、（ａ）は暗視野観察用光源からの単独照射の場
合、（ｂ）は偏光観察用光源からの単独照射の場合、
（ｃ）は暗視野観察用光源と偏光観察用光源とを同時に
照射した場合をそれぞれ示す。

【図３】実施の形態による輪郭に対する加工状態を示す
説明図である。

【図４】実施の形態による光源照射タイミングの説明図
である。

【図５】実施の形態による円形状水晶ブランクへの適用
図である。

【図６】水晶振動子の一般的な製造工程図である。

【図７】水晶ブランクの加工状態を示す説明図であっ
て、（ａ）はベベリング加工、（ｂ）はコンベックス加
工をそれぞれ示す。

【図８】従来例による暗視野観察用光源による単独照射
の水晶ブランク表面の観察画像を示す説明図である。

【図９】従来例による偏光観察用光源による単独照射の
水晶ブランク表面の観察画像を示す説明図である。

【図１０】水晶ブランク面内での厚み寸法差である平行
度ｈの説明図である。

【符号の説明】

２ 拡散板 ３ 偏光子 ４ 検光子 ５ 顕微鏡軸 １０ 暗視野観察用光源 ２０ 偏光観察用光源 Ｂ 水晶ブランク（透明体） Ｕ 光源ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川辺 好央 東京都新宿区高田馬場１丁目10番15号 株 式会社日本マクシス内 Ｆターム(参考） 2F065 AA49 AA52 BB22 CC00 FF04 FF51 GG07 GG13 GG15 GG21 GG22 HH02 HH08 HH12 HH16 JJ03 JJ26 LL33 LL34 LL49 NN02 PP11 PP24 QQ31 2G051 AA73 AB02 BA01 BA04 BA11 BB07 CA04 CB02 CB05 EA12 EA16 FA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工により同一断面で異なる厚さをもたせ
   た複屈折媒質からなる透明体に、光を照射して前記透明
   体の外観を検査するための透明体検査用光源において、 前記透明体の輪郭像の取得を可能とするために前記透明
   体の略側面全周方向から光を照射する暗視野観察用光源
   と、 前記加工の仕上りに応じた干渉縞像の取得を可能とする
   ために前記透明体の下方から拡散した光を照射する偏光
   観察用光源と、 前記暗視野観察用光源と前記偏光観察用光源との間に設
   けられ、前記偏光観察用光源から出射された拡散光のみ
   を偏光にして前記透明体に照射する偏光子であって、前
   記暗視野観察用光源から光を照射されて前記光透明体で
   散乱あるいは回折された光、および前記偏光観察用光源
   から前記偏光子を経て透明体を通過した複屈折光に対し
   て、所定の角度をなす偏光状態の光を取り出す検光子と
   対になる偏光子とを備え、前記暗視野観察用光源と前記
   偏光観察用光源とから同時に光を照射して前記透明体の
   輪郭像と干渉縞とを複合観察することを可能に構成した
   透明体検査用光源。
2. 【請求項２】ユニット化されている請求項１に記載の透
   明体検査用光源。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の検査用光源と、 前記透明体を載置する透明な載置台と、 前記暗視野観察用光源から光を照射されて前記載置台に
   載置される前記光透明体で散乱あるいは回折された光、
   および前記偏光観察用光源から前記偏光子を経て前記透
   明体を通過した複屈折光に対して、所定の角度をなす偏
   光状態の光を取り出す検光子と、 前記検光子から取り出された光の前記透明体を撮像し
   て、前記透明体の輪郭像および前記加工の仕上りに応じ
   た干渉縞像を取得する撮像手段と、 前記撮像手段で取得した前記透明体の輪郭像および干渉
   縞像を画像処理して前記透明体の輪郭像に対する前記干
   渉縞像の相対位置を検査可能に構成した画像処理装置と
   を備えた透明体検査装置。
4. 【請求項４】前記載置台が硬質の合成石英ガラスである
   請求項３に記載の透明体検査装置。
5. 【請求項５】加工により同一断面で異なる厚さをもたせ
   た複屈折媒質からなる透明体の外観を検査する透明体検
   査方法において、 前記透明体に暗視野観察用光源および偏光観察用光源か
   ら光を同時に照射して、前記暗視野観察用光源の光によ
   り得られる前記透明体の輪郭像と、前記偏光観察用光源
   の光により得られる前記加工の仕上りに応じた干渉縞像
   とが重なった前記透明体の画像を取得し、 前記作成した前記透明体画像の前記輪郭像と前記干渉縞
   像とから、前記輪郭像に対する前記干渉縞像の相対位置
   を検査するようにした透明体検査方法。
6. 【請求項６】請求項１または２に記載の検査用光源を共
   通に用いて仕様の異なる透明体を検査する透明体検査方
   法であって、 前記仕様の異なる透明体は、同一断面で同一の厚さをも
   たせた複屈折媒質からなる平板透明体と、同一断面で異
   なる厚さをもたせた複屈折媒質からなる異形透明体とを
   含むことを特徴とする透明体検査方法。