JPH05332947A

JPH05332947A - 表面検査装置及び方法

Info

Publication number: JPH05332947A
Application number: JP13903592A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Sakida; 隆二崎田; Taizo Sakaki; 泰三坂木; Nobuhiro Morita; 展弘森田; Toshiyuki Izeki; 敏之井関
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】幅広い被検査物の表面の欠陥を検査、識別する
に適する手段を提供し、且つ幅広い被検査物に対して全
域にわたり一定のレーザー光を照射し、欠陥に対する感
度を一定にすることを目的とする。【構成】レーザー光源１からのレーザー光は、ポリゴン
ミラー２、ｆθレンズ３により幅の広い被検査物Ｈを走
査し、被検査物Ｈの表面から反射された光は、走査方向
と平行な方向に光ファイバー５ａをｎ層積み重ねた細長
い方形からなる受光器５に集光され、ｎ層に対応する光
電変換素子６に導かれ、欠陥の有無を光電変換素子６の
出力とｎ層の位置関係から判断することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査物の表面の検査
装置及び方法に関し、特に、レーザー光等の光スポット
により幅広い被検査物の表面を走査し、その反射光又は
透過光から該表面の欠陥を検査するものである。

【従来の技術】

【０００２】近年、被検査物の表面にレーザー光を照射
し、その反射光を解析することにより、該表面の欠陥を
検査する手段は数多く提案されている。被検査物の幅が
大きくなると、検査時間の短縮を図るために、レーザー
光を偏向器で走査する手段が採用されている。この場
合、反射したレーザー光を集光することが困難であり、
また、集光レンズによる場合、集光レンズの像面湾曲に
より被検査物における中央部と端部とでレーザー光の照
射面積が変化し、表面の欠陥に対する感度が一定でない
という問題があった。

【０００３】また、表面の欠陥の検出する以外に、欠陥
の種類を識別するに際して、二つ以上の受光系を設け、
それらの出力の差によって判別する手段が公知である
が、受光系を二つ以上必要とするために装置が複雑にな
るという問題がある。欠陥の種類を識別する方法とし
て、反射回折光パターン或いは欠陥の画像そのものを画
像記憶装置に取り込む手段がある。このような場合に
も、被検査物の幅が大きくなってレーザー光を走査させ
る場合、画像記憶装置も移動させる必要があり、実用的
ではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、幅の広い被
検査物の表面全域にわたって、レーザー光照射面積を一
定にしてレーザー光を照射させ、一つの受光系で反射光
回折パターンを受光することにより、欠陥の検出及び識
別をなしうる手段を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を受光し、レーザー光の走査方向
と平行な方向に所定の層を形成した光ファイバーからな
る受光器と、該受光器の各層に対応した配置した光電変
換素子とを備えたことを特徴とするものである。

【０００６】本発明は、レーザー光を走査する偏向器
と、ビーム径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光
レンズと、被検査物からの反射光を集光する集光レンズ
と、前記集光レンズにより集光された反射光を取り込む
ＣＣＤカメラ及び画像解析装置とを備えたことを特徴と
するものである。

【０００７】また、本発明は、レーザー光を走査する偏
向器と、ビーム径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる
集光レンズと、被検査物からの反射光を集光する集光レ
ンズと、前記集光レンズにより集光された反射光を二分
割するハーフミラーと、該ハーフミラーで分割された一
方の光を一部遮光して導かれる光電変換素子と、該ハー
フミラーで分割された他方の光を取り込むＣＣＤカメラ
及び画像解析装置とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】更に、本発明は、レーザー光を走査する偏
向器と、ビーム径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる
集光レンズと、被検査物からの反射光を集光する集光レ
ンズと、前記集光レンズにより集光された反射光を取り
込むＣＣＤカメラ及び画像解析装置とを備えた表面検査
装置において、前記ＣＣＤカメラの電子的走査時間を被
検査物の中央部位置と端部側位置とで前記中央部位置よ
り端部側位置を速くする調節手段を備えて切替えること
を特徴とするものである。

【０００９】本発明は、レーザー光を走査する偏向器
と、ビーム径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光
レンズと、被検査物からの反射光を解析して欠陥を検出
する表面検査装置において、前記集光レンズの湾曲した
焦点面に対して被検査物の配置を選定することにより、
該被検査物の中央部と端部におけるレーザー光の照射面
積を一定にすることを特徴とするものである。

【００１０】本発明は、レーザー光を走査する偏向器
と、ビーム径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光
レンズと、被検査物からの反射光を解析して欠陥を検出
する表面検査装置において、レーザー光源と偏向器との
間に電気光学レンズを配置し、該電気光学レンズの電極
に集光レンズのフォーカス位置との関係で電圧を印加
し、該被検査物の中央部と端部におけるレーザー光の照
射面積を一定にすることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の構成により、レーザー光は偏向器とｆ
θレンズからなる集光レンズで幅広い被検査物を走査
し、その反射光は所定の層を形成した光ファイバーと各
層に対応した配置した光電変換素子、又は集光レンズを
介してＣＣＤカメラ及び画像解析装置、或いは反射光を
二分割するハーフミラーにより一方の光を一部遮光して
導かれる光電変換素子に、他方の光を取り込むＣＣＤカ
メラ及び画像解析装置に導き、被検査物の欠陥を検出
し、識別することができる。

【００１２】更に、本発明では、被検査物の端部からの
反射光は中央部からの反射光に比べ走査方向に広がる現
象をＣＣＤカメラの電子的走査時間を調節して解消でき
る作用をもたらし、且つ、被検査物の端部、中央部の全
域にわたりレーザー光の照射面積を一定にし、欠陥に対
する感度を一定にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１には、幅の広い被検査物Ｈの表面の検査手段と
して、レーザー光源１からのレーザー光は、偏向器とし
てのポリゴンミラー２及び集光レンズとしてのｆθレン
ズ３により走査され、幅の広い被検査物Ｈの範囲に拡げ
られ、反射ミラー４を介して被検査物Ｈの表面上に絞ら
れる。その被検査物Ｈの表面から反射された光は、受光
器５によって集光され、光電変換素子６に導かれて光電
変換される。

【００１４】本発明における受光器５の受光面の形状及
び受光器５と光電変換素子６との関連を図２、図３に示
している。光ファイバー５ａを束ねてなる受光器５の入
射面の形状は、横幅ｌを被検査物Ｈの横幅Ｌよりも長
く、縦幅ｔをレーザー光の走査方向と平行な方向に光フ
ァイバー５ａをｎ層、実施例では５層積み重ねた細長い
方形からなる。入射面と反対側の受光器５の光ファイバ
ー５ａの末端は、各層毎に束ね、各々対応する光電変換
素子６に導かれる。

【００１５】そして、反射ミラー４により被検査物Ｈの
表面に導かれたレーザー光の正反射光（表面に欠陥がな
い場合に反射光）が、ｎ層からなる受光器５の中央に垂
直に入るように、反射ミラー４及び受光器５を配置す
る。よって、被検査物Ｈの表面に欠陥がない場合におい
て、受光器５の中央付近の層（ｎ／２）の光ファイバー
５ａに接続された光電変換素子６からのみ出力を生じ
（図４（ａ））、欠陥がある場合には、被検査物Ｈの表
面からの光が散乱するため、図４（ｂ）のように、受光
器５の中央付近の層以外の層に接続された光電変換素子
６からも出力を生じる。

【００１６】また、欠陥の種類毎の出力パターンを分析
整理することによって、欠陥の種類の識別を可能とする
ことができる。この場合、受光器５の縦幅を大きくし、
光ファイバーの層数を増やすことにより、反射光の回折
パターンを細かく解析することができる。

【００１７】図５には、本発明の他の実施例が示されて
いる。レーザー光源１からのレーザー光は、ポリゴンミ
ラー２及びｆθレンズ３により走査され、幅の広い被検
査物Ｈに集光される点は、前記図１で示した実施例と同
様であり、該幅の広い被検査物Ｈの表面から反射された
光は、フレネルレンズ７により集光されて、ＣＣＤカメ
ラ８で撮像され、該ＣＣＤカメラ８に接続された画像解
析装置９にて画像処理される。

【００１８】この実施例において、幅の広い被検査物Ｈ
からの反射光回折パターンを撮像することができる。よ
って、欠陥の種類により反射光回折パターンが異なるた
め、図５の実施例は表面の欠陥を識別するのに適した構
成である。

【００１９】図６には、本発明の他の実施例が示されて
いる。この実施例の場合においても幅の広い被検査物Ｈ
にレーザー光を集光するため、ポリゴンミラー２及びｆ
θレンズ３を用い、該幅の広い被検査物Ｈの表面から反
射された光は、フレネルレンズ７により集光され、該フ
レネルレンズ７で集光される反射光は、ハーフミラー１
０によって、二分割される。

【００２０】二分割された一方の光である反射光１１ａ
の背後には、ピンホール板１２が配置され、該ピンホー
ル板１２によって、正反射光のみを通過できるように構
成する。このピンホール板１２を通過した正反射光から
なる光は光電変換素子１３に導かれ、更に、欠陥検出回
路１４により欠陥を検出する。そして、二分割された他
方の光である透過光１１ｂは、ＣＣＤカメラ８により撮
像し、画像解析装置９において画像処理される。

【００２１】ここで、ＣＣＤカメラ８により撮像して画
像を保存するのは、光電変換素子１３によって欠陥を検
出したという信号が生じた場合に限られる。ＣＣＤカメ
ラ８等の画像入力装置は、データを所定時間だけ蓄積し
ておくので、光電変換素子１３からの信号の発生後に、
保存しておく画像を指定しても支障はない。この画像を
基に欠陥を識別することも可能である。この方法によ
り、画像処理の時間が短縮でき、記憶容量を減らすこと
ができる。

【００２２】図５及び図６に示された本発明の各実施例
において、被検査物Ｈの表面からの反射光回折パターン
をＣＣＤカメラ８により撮像する場合、レーザー光は走
査されているので、被検査物Ｈの端部からの反射光は、
フレネルレンズからなる集光レンズ７によって屈折さ
れ、ＣＣＤカメラ８の受光面に斜めに入射し、そのた
め、被検査物Ｈの中央部からの反射光に比べて、レーザ
ー光の走査方向に広がっている。

【００２３】よって、画像処理する場合、ＣＣＤカメラ
８の電子的走査時間を調節し、被検査物Ｈの端部からの
反射光が入射しているときは、被検査物Ｈの中央部から
の反射光が入射しているときよりも、電子的走査時間を
速くしてやる。そうすることにより、画像に補正をかけ
るという手段を無くすことができる。

【００２４】レーザー光を偏向器２により走査し、ｆθ
レンズ３により絞って被検査物Ｈに当てると、ｆθレン
ズの像面湾曲によって、フォーカス位置が一定となら
ず、図７に示されるように、サインカーブＳの如く湾曲
し、被検査物Ｈの中央部と端部で異なる。この場合、被
検査物Ｈ上でのレーザー光の照射面積が異なり、欠陥に
対する感度が被検査物Ｈ上で一定とならない。

【００２５】本発明では、サインカーブＬの如く中央部
と端部で異なるフォーカス位置に対して、被検査物Ｈの
配置は、図７のように、被検査物Ｈの両端ｈ₁，ｈ₂の
位置がフォーカス位置となるように、設けられる。この
場合、被検査物Ｈの両端ｈ₁，ｈ₂の位置では、焦点が
合った状態となり、被検査物Ｈの中央ｈ₃の位置では、
焦点が合っていない状態となり、両端ｈ₁，ｈ₂の位置
よりも中央ｈ₃の位置の方が照射面積が大きくなる。そ
して、レーザー光源からの一定のレーザー光は、ポリゴ
ンミラーにより走査され、中央ｈ₃の位置に対して垂直
に照射を行い、両端ｈ₁，ｈ₂の位置に対して斜めに照
射を行うため、一定のレーザー光の照射面積は、中央部
ｈ₃で狭く、端部ｈ₁，ｈ₂では広くなる。

【００２６】よって、ｆθレンズの像面湾曲によってフ
ォーカス位置が異なっても、被検査物Ｈを図７の位置に
配置することにより、被検査物Ｈの両端ｈ₁，ｈ₂から
中央ｈ₃の全域にわたり、一定の照射面積に一定のレー
ザー光を照射することができる。このため、被検査物Ｈ
の全域にわたって、欠陥に対する感度を一定にすること
ができる。

【００２７】更に、本発明の他の実施例として、幅広い
被検査物Ｈの表面欠陥を検査するために、ｆθレンズの
像面湾曲によるフォーカス位置を修正する手段として、
レーザー光源１と偏向器２、ｆθレンズ３との間に、焦
点距離を連続的に変えることができる公知の電気光学デ
バイス１５が配置される（図８）。公知の電気光学デバ
イスとは、例えば、特開平１−２３００１７号公報に示
されるように、直線偏光したビームをＰＬＺＴ電気光学
結晶等からなる電気光学媒体に入射させ、該電気光学媒
体には、該ビームの透過方向を挟むように、前記電気光
学媒体に適宜電極が設けられており、該電極に電圧を印
加することによって、該電気光学媒体は通過するビーム
に対して所定の方向に集束若しくは発散させるレンズ機
能を与えることができる。このような電気光学デバイス
では、作用する電界の大きさに応じて屈折率が変化する
ため、電極の配置と形状や、電極への電圧印加のオン・
オフ及び電圧の大きさによって、レンズ作用の強弱を変
化させて、焦点距離を連続的に変化することができる。

【００２８】図９には、ｆθレンズ３の像面湾曲による
フォーカス位置が幅広い被検査物Ｈとの関係における変
化の状態を示し、このフォーカス位置を修正するため
に、電気光学デバイス１５を、図９（ａ）の位置に配置
し、レーザー光が走査する間に図９（ｂ）に示すような
制御電圧を電極に与えることにより、幅広い被検査物Ｈ
の全域に渡り常に焦点が合い、レーザー光照射面積を一
定にすることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の構成により、受光器として所定
の層数を有する光ファイバーを備えている場合、光電変
換素子の出力位置から幅広い被検査物の欠陥や欠陥の種
類を容易に検出、識別できる効果を有し、又、反射光を
ＣＣＤカメラで撮像し、画像解析装置で画像処理し、反
射光回折パターンから欠陥を検出、識別でき、検査時間
の短縮化、記憶容量の少量化を可能とする効果を有す
る。

【００３０】更に、本発明では、被検査物の端部からの
反射光は中央部からの反射光に比べ走査方向に広がる現
象をＣＣＤカメラの電子的走査時間を調節して解消でき
る効果を有し、且つ被検査物の端部、中央部の全域にわ
たりレーザー光の照射面積を一定にし、欠陥に対する感
度を一定にすることができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】幅の広い被検査物Ｈの表面を検査する本発明の
第一の実施例についての概略斜視図である。

【図２】図１における受光器の受光面の形状を示した平
面図である。

【図３】図１における受光器と光電変換素子との関連を
示す概略側面図である。

【図４】光電変換素子の出力と光ファイバーの各層位置
との関連を示し、（ａ）は被検査物Ｈの表面に欠陥がな
い場合の一例、（ｂ）は被検査物Ｈの表面に欠陥がある
場合の一例を夫々示している。

【図５】本発明の第二の実施例についての概略斜視図で
ある。

【図６】本発明の第三の実施例についての概略斜視図で
ある。

【図７】ｆθレンズの焦点面及び該焦点面に対して被検
査物の配置を示す説明図である。

【図８】本発明において、ｆθレンズの像面湾曲による
フォーカス位置修正手段として電気光学デバイスを設け
た配置図である。

【図９】（ａ）はｆθレンズの像面湾曲と被検査物の位
置との関係、（ｂ）は被検査物の位置を前記（ａ）の関
係とした場合における焦点位置可変の電気光学レンズに
加える制御電圧との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｈ幅の広い被検査物１レーザー光源２ポリゴンミラー３ｆθレンズ４反射ミラー５数層の光ファイバーからなる受光器６光電変換素子７フレネルレンズ８ＣＣＤカメラ９画像解析装置１０ハーフミラー１１ａ反射光１１ｂ反射光１２ピンホール板１３光電変換素子１４欠陥検出回路１５電気光学レンズＳサインカーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井関敏之東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を受光し、レーザー光の走査方向
と平行な方向に所定の層を形成した光ファイバーからな
る受光器と、該受光器の各層に対応した配置した光電変
換素子とを備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を集光する集光レンズと、前記集
光レンズにより集光された反射光を取り込むＣＣＤカメ
ラ及び画像解析装置とを備えたことを特徴とする表面検
査装置。
【請求項３】レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を集光する集光レンズと、前記集
光レンズにより集光された反射光を二分割するハーフミ
ラーと、該ハーフミラーで分割された一方の光を一部遮
光して導かれる光電変換素子と、該ハーフミラーで分割
された他方の光を取り込むＣＣＤカメラ及び画像解析装
置とを備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を集光する集光レンズと、前記集
光レンズにより集光された反射光を取り込むＣＣＤカメ
ラ及び画像解析装置とを備えた表面検査装置において、
前記ＣＣＤカメラの電子的走査時間を被検査物の中央部
位置と端部側位置とで前記中央部位置より端部側位置を
速くする調節手段を備えて切替えることを特徴とする表
面検査方法。
【請求項５】レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を解析して欠陥を検出する表面検
査装置において、前記集光レンズの湾曲した焦点面に対
して被検査物の配置を選定することにより、該被検査物
の中央部と端部におけるレーザー光の照射面積を一定に
することを特徴とする表面検査方法。
【請求項６】レーザー光を走査する偏向器と、ビーム
径を絞り、幅広い被検査物に向かわせる集光レンズと、
被検査物からの反射光を解析して欠陥を検出する表面検
査装置において、レーザー光源と偏向器との間に電気光
学レンズを配置し、該電気光学レンズの電極に集光レン
ズのフォーカス位置との関係で電圧を印加し、該被検査
物の中央部と端部におけるレーザー光の照射面積を一定
にすることを特徴とする表面検査方法。