光学式センサ装置およびその設置状態確認方法
【課題】光学式センサ装置の設置状態を、煩雑な作業を要することなく確認できるようにする。
【解決手段】光学式センサ装置では、受光器４のＣＣＤにおいて撮影された計測画像（ワーク５０上に異物５１が配置されている状態での画像）とリファレンス画像（ワーク５０上に異物５１が配置されていない状態での画像）の差分が算出され、当該差分に基づいた画像が表示される。作業者は、当該画像に基づいて、たとえば異物５１の有無が両画像の差分に現れているか否か等の判断を行なうことにより、その時点での投光器３と受光器４の光軸が合っているか否かの判断をすることができる。
【解決手段】光学式センサ装置では、受光器４のＣＣＤにおいて撮影された計測画像（ワーク５０上に異物５１が配置されている状態での画像）とリファレンス画像（ワーク５０上に異物５１が配置されていない状態での画像）の差分が算出され、当該差分に基づいた画像が表示される。作業者は、当該画像に基づいて、たとえば異物５１の有無が両画像の差分に現れているか否か等の判断を行なうことにより、その時点での投光器３と受光器４の光軸が合っているか否かの判断をすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサ装置に関し、特に、検出領域に対して投光し、その光を受光することによって、検出領域に存在する異物等の検出を行なう光学式センサ装置およびその設置状態確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学式センサ装置として、投光器から検出領域に平行光を投光し、受光器でその平行光を受光した際の、受光器における総受光量の変化に基づいて異物の有無を検出する装置が利用されている。
【０００３】
このような装置の一例として、特許文献１では、投光器および受光器に対して異物を相対的に移動させ、投光器から発せられる平行光の光路中に異物が横切ることによる受光器での受光量の変化の有無に基づいて、異物の有無を検出する技術が開示されている。
【０００４】
このような装置では、具体的には、たとえば図１２に示されるように、投光器３００から投光された幅Ｌ０のレーザ光が、基板５００上を平行に伝播して、受光器４００で検出される。基板５００は、異物が付着しているか否かを検査される検査対象物であり、石定盤５１０に保持されている。図１２では、レーザ光の伝播方向が、矢印ＤＺで示されている。基板５００は、石定盤５１０とともに、投光器３００および受光器４００に対して相対的に移動される。移動方向は、矢印ＤＺおよび矢印ＤＹ（垂直方向）に対して垂直な方向であり、紙面に垂直な方向である。
【０００５】
図１３に示されるように、基板５００上に異物５０１が存在すると、投光器３００が投光した平行光は異物５０１によってその一部が遮られる。これにより、受光器４００で検出される光の幅は、理論的にはＬ０からＬ１だけ減少する。これによって、受光器４００において検出される総受光量が減少する。このような総受光量の変化に基づいて、異物の有無等が検出される。
【０００６】
また、特許文献２では、受光器の受光領域を水平方向に分割し、分割された各領域の受光量に基づいて基板上の異物の有無等を検出する技術が開示されている。
【０００７】
具体的には、図１４に示されるように、投光器３００から受光器４００に向けて矢印ＤＺで示される方向に平行光２００が投光され、基板５００が投光器３００と受光器４００に対して矢印Ａで示されるように水平方向に相対的に移動されるシステムにおいて、受光器４００の受光領域が、基板５００の移動方向である水平方向に並ぶように分割されている。
【特許文献１】特開２００２−１１９５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような光学式センサ装置では、投光器と受光器のいわゆる光軸を合わせる作業が必要とされるが、投光器の投光部位から受光器の受光領域への距離が比較的遠く、そして、受光領域が小さくなると、このような作業において、投光器による投光の焦点を合わせに相当の精度（たとえば、投光器の投光角として５０秒程度の精度）を必要とされる場合もあり、上記のような作業が煩雑であるという課題があった。
【０００９】
なお、投光器と受光器の光軸が合わなければ、上記したように光学的に異物を検出する際の検出感度が低下してしまう。
【００１０】
また、光軸が合ったかどうかについての具体的な判断の手段が確立されていなかったため、光軸が異物の検出が可能な程度に合わせられたと判断するまでに長時間を要することが多く、この点についても、光軸合わせの作業を煩雑にする要因であった。
【００１１】
また、光軸の状態を表す指標が確立されていなかったため、光軸の状態を客観的なデータとして残すことができなかった。このため、光学式センサ装置のメンテナンスの際に、設置開始時から光軸が変化したかどうかの確認をすることができなかった。
【００１２】
また、従来の光学式センサ装置は、投光器と受光器の光軸の状態の確認のためには、当該装置において受光器の受光領域のどこに投光器からの投光が当たっているかを確認する必要、つまり、光学式センサ装置の設置場所まで作業員が出向いていく必要があり、煩雑であるという課題があった。
【００１３】
以上のように、従来の光学式センサ装置では、投光器と受光器の光軸合わせが煩雑であるため、設置状態を確認するために煩雑な作業を必要とされる課題があった。
【００１４】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、光学式センサ装置の設置状態を煩雑な作業を要することなく確認できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に従った光学式センサ装置は、投光部と、２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部と、前記受光部の前記２次元領域における各画素の受光量に関する基準となる値を記憶する基準値記憶部と、前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするために、前記受光部の受光量分布についての前記基準値記憶部に記憶された値に対する差分の画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、前記計測領域の指定を受付ける指定部とをさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学式センサ装置では、前記計測領域は、互いに独立して受光量の算出が可能な複数の領域を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、前記計測領域を、前記計測領域内で前記差分が閾値を越えた最も下方にある位置に下端を有するように設定する設定部をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記差分についての設定値の入力を受付ける入力部と、前記表示部が表示する画像において、前記入力部に入力された設定値を越える画素が所定の数以上あるか否かに基づいて前記設定値に対する適否を判断する判断部をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光学式センサ装置では、前記表示部は、前記画像内の特定の線上における前記差分の値をさらに表示することが好ましい。
【００２１】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記投光部と前記受光部の光軸を変更する光軸変更部と、前記受光部における受光量分布を記憶する受光量記憶部と、前記光軸変更部によって前記光軸を複数の状態に変更させた各状態で前記受光部における受光量分布を検出することにより、前記複数の状態の中から好ましい前記光軸の状態を決定する光軸決定部とをさらに備え、前記光軸決定部は、前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布である計測用受光量を検出し、前記計測用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布であるリファレンス用受光量を検出し、前記リファレンス用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、対応する前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の画素ごとの差分を算出し、前記複数の状態の中で、前記複数の状態のそれぞれについて算出された差分において、前記受光部の受光領域の中の水平方向と交わる方向の線上の差分の最高値と最大値の差が最も大きいものを含む状態を、前記好ましい光軸の状態と決定することが好ましい。
【００２２】
本発明に従った光学式センサ装置の設置状態確認方法は、平行光を投光する投光部と、２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部とを備える光学式センサ装置についての、前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするための設置状態確認方法であって、前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布である計測用受光量を検出するステップと、前記計測用受光量を記憶部に記憶するステップと、前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布であるリファレンス用受光量を検出するステップと、前記リファレンス用受光量を記憶部に記憶するステップと、前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の各画素についての差分を算出するステップと、前記算出した差分に基づいた画像を表示装置に表示させるステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光学式センサ装置によれば、投光部と受光部の光軸調整を可能にするために、受光部の受光量分布について、各画素に関する基準となる値との差分の画像が表示される。
【００２４】
これにより、光学式センサ装置において投光部と受光部の光軸調整をしようとする作業者は、表示される差分の画像に基づいて、受光部における受光態様を判断できる。このため、光軸調整についての客観的な情報が与えられることにより、作業員は、当該情報に基づいてその時点での光軸の状態を評価することができる。したがって、作業員が光軸調整のための作業を行なう際の判断に関する負担を軽減でき、光軸調整に要する時間を短縮できる。
【００２５】
また、本発明の光学式センサ装置によれば、上記画像を、その時点での光軸の状態を表す指標として残すことができる。
【００２６】
したがって、光軸の状態を客観的なデータとして残すことができるようになり、これにより、光学式センサ装置のメンテナンスの際に、設置開始時から光軸が変化したかどうかの確認をすることができるようになる。
【００２７】
また、本発明の光学式センサ装置によれば、作業員は、表示部によって表示される差分の画像を見ることにより、光軸の状態を確認することができる。
【００２８】
したがって、作業員は、光軸の状態の確認のためだけに光学式センサ装置の設置場所まで出向いていく必要がなくなり、これにより、煩雑な作業を軽減できるようになる。
【００２９】
以上のように、本発明の光学式センサ装置は、その設置状態を煩雑な作業を要することなく確認できる。
【００３０】
本発明の光学式センサ装置の設置状態確認方法によれば、投光部と受光部の間に試験片を配置した状態での受光量である計測用受光量と、当該試験片が配置されていない状態での受光量であるリファレンス用受光量との、受光部における受光量分布の差分に基づいた画像が表示される。
【００３１】
これにより、作業員は、その時点での光学式センサ装置における光軸の状態が、試験片の有無をリファレンス用受光量と計測用受光量の差分として反映できるものであるか否かを、表示された画像に基づいて客観的に判断することができる。
【００３２】
したがって、本発明によれば、作業員に対して光軸の状態の適否についての客観的な情報を与えることができ、作業員による光軸調整の作業を飛躍的に容易なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の光学式センサ装置の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、同一の構成要素には各図において同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００３４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この光学式センサ装置を異物検出に適用した場合の投光器および受光器の配置を示す構成図である。
【００３５】
本実施の形態の光学式センサ装置１は、ガラス基板等の被検査物としてのワーク５０上に平行光２を投光する投光器３と、この平行光２を受光する受光器４と、この受光器４の出力を信号処理してワーク５０上の異物５１の有無を判定する信号処理装置６とを備えており、ワーク５０に対して、投光器３および受光器４を、図２の矢印Ａで示すように、移動させながらワーク５０上に存在する異物５１を、受光器４における受光量分布の変化に基いて検出するものである。なお、異物５１は、ワーク５０上に存在する場合に限らず、ワーク５０の下に存在し、そのためワーク５０の表面が盛り上がって遮光する場合にも検出できるものである。また、異物５１の有無の検査が終了したガラス基板等のワーク５０は、図示しない塗布装置によって、その表面に成膜材料が塗布される。
【００３６】
投光器３は、レーザ駆動回路７によって駆動される半導体レーザ８と、この半導体レーザ８からの光を平行光にするコリメートレンズ９と、開口１０Ａを有するスリット１０とを備えており、ワーク５０上に平行光２を投光する。
【００３７】
一方、受光器４は、二次元の受光素子であるＣＣＤ（charge-coupled device）１１を備えており、信号処理装置６は、図１に示すように、ＣＣＤ１１から読み出された画素信号をサンプルホールドするサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１２と、このサンプルホールド回路１２の出力を、Ａ／Ｄ（analog/digital）変換するＡ／Ｄ変換器１３と、Ａ／Ｄ変換された画素データを記憶する画像メモリ１４と、画像メモリ１４の画素データに基づいて、後述のようにして異物（物体）の有無を検出する検出部としての機能を有するＣＰＵ（central processing unit）１５と、画像メモリ１４の画素データに基いて、ＣＣＤ１１のよる撮像画像を表示する液晶表示部１６と、操作手段としての各種の操作キー１７とを備えている。
【００３８】
図３および図４に、本実施の形態の光学式センサ装置１のブロック構成を示す。なお、図３は、投光器３と受光器４の間に配置されたワーク５０上に異物５１が存在しない状態を示し、図４は、当該ワーク５０上に異物５１が存在する状態を示す。
【００３９】
図３および図４を参照して、光学式センサ装置１では、投光器３から投光されたレーザ光が、ワーク５０上を平行に伝播して、受光器４で検出される。そして、特に、図４に示されるように、ワーク５０上に異物５１が存在すると、投光器３が投光した平行光は異物５１によってその一部が遮られる。
【００４０】
信号処理装置６は、受光器４における受光量分布を検出する計測器６０１と、計測器６０１で検出された受光量の記憶や過去の受光量との比較等の処理を行なう比較演算器６０２と、計測器６０１における計測結果や比較演算器６０２による処理の結果等の種々の情報を表示する表示器６０３とを含む。
【００４１】
計測器６０１は、Ｓ／Ｈ回路１２およびＡ／Ｄ変換器１３を含み、比較演算器６０２は、画像メモリ１４およびＣＰＵ１５を含み、表示器６０３は液晶表示部１６を含むが、これらの機能は、ハードウェアの機能として実現されてもよいし、ＣＰＵ１５が特定のソフトウェアを実行することによって実現されても良い。また、各構成要素は、適宜、操作キー１７に対して入力された情報に基づいて動作する。
【００４２】
投光器３のスリット１０の開口１０Ａは、投光器３および受光器４の移動方向（図２の矢印Ａ方向）に長い矩形、例えば、１ｍｍ×５ｍｍの矩形に形成されており、投光器３からのスリット状の平行光２が受光器４のＣＣＤ１１を設けられた面に投影される。スリット１０ａからＣＣＤ１１までの距離はたとえば４．０ｍとされる。
【００４３】
本実施の形態では、ＣＣＤ１１の計測領域（受光量を計測できる領域）は、たとえば３．２ｍｍ×３．４６ｍｍとされるが、投光器３と受光器４との光軸合わせを考慮すると、２ｍｍ×２ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００４４】
そして、本実施の形態では、ワーク５０が矢印Ａ方向に、投光器３および受光器４に対して相対的に移動する。当該移動速度は、相対移動する異物５１が、ＣＣＤ１１の計測領域に対向する位置に到達してから当該領域を通過するまでにＣＣＤ１１における画素信号の取り込みを少なくとも１回行えるように設定される。本実施の形態では、ＣＣＤ１１の計測領域の移動方向に沿う幅を、例えば、３ｍｍ、最大の移動速度を、例えば、４００ｍｍ／ｓとされる。なお、ＣＣＤ１１の画像信号の取り込み周期は、たとえば７．０ｍｓとされる。
【００４５】
次に、光学式センサ装置１において、投光器３と受光器４の光軸調整の際に実行される処理の内容について説明する。なお、投光器３と受光器４の光軸調整とは、投光器３から投光された光を受光器４で受光できるようにするための両者の位置合わせを含む。図５は、光軸調整処理のフローチャートである。なお、光軸調整処理では、異物５１が付着していないワーク５０上に投光された光の受光量分布が検出され、また、ダミーとしての異物（試験片５１）を付着させたワーク５０上に投光された光の受光量分布が検出され、そして、これらの受光量分布における各画素の受光量の差分に基づいた画像が表示されて、光軸調整の評価に利用される。
【００４６】
図５を参照して、光軸調整処理では、まずステップＳ１０として、作業者によって、投光器３の半導体レーザ８の投光する光の方向が石定盤やワーク５０と平行になるような調整が行なわれ、そして、当該光が受光器４のＣＣＤ１１に到達するように、投光器３と受光器４の位置合わせが行なわれる。
【００４７】
次に、ステップＳ２０として、信号処理装置６によって、液晶表示部１６に差分画像が表示する処理（差分画像表示処理）が実行されて、ステップＳ３０に処理が進められる。なお、ステップＳ２０における差分画像表示処理の内容について、当該処理のサブルーチンのフローチャートである図６を参照して説明する。
【００４８】
図６を参照して、差分画像表示処理では、まずステップＳ２１において、計測器６が、異物５１が付着していないワーク５０上に、矢印Ａ方向に平行光を移動させつつ、ＣＣＤ１１における受光量を計測して（画像を取り込んで）、ステップＳ２２が処理に進められる。
【００４９】
ステップＳ２１では、平行光２がワーク５０の矢印Ａ方向についての一端から他端まで移動する際に、７．０ｍｓごとにＣＣＤ１１によって撮影された画像が取り込まれる。
【００５０】
次に、ステップＳ２２では、計測器６によって、ステップＳ２１において取り込んだ画像を、リファレンス画像として比較演算部６０２に転送されて、ステップＳ２３に処理が進められる。
【００５１】
ステップＳ２３では、比較演算部６０２によって、ステップＳ２２で転送されてきたリファレンス画像が画像メモリ１４に保存されて、ステップＳ２４へ処理が進められる。
【００５２】
ステップＳ２４では、作業者によって、ワーク５０上にダミーの異物（試験片５１）が設置されて、ステップＳ２５に処理が進められる。なお、本実施の形態では、試験片５１は、そのサイズが、例えば、直径１００μｍ程度以上とされる。また、作業者は、ステップＳ２３の処理が終了した後にステップＳ２４を実行する。したがって、ステップＳ２３の処理が完了した際にはその旨が液晶表示部１６において報知されることが好ましい。
【００５３】
ステップＳ２５では、平行光２がワーク５０の矢印Ａ方向についての一端から他端まで移動する際に、７．０ｍｓごとにＣＣＤ１１によって撮影された画像が取り込まれる。
【００５４】
次に、ステップＳ２６では、計測器６によって、ステップＳ２５において取り込んだ画像を、計測画像として比較演算部６０２に転送されて、ステップＳ２７に処理が進められる。
【００５５】
ステップＳ２７では、比較演算部６０２によって、ステップＳ２６で転送されてきた計測画像が画像メモリ１４に保存されて、ステップＳ２８へ処理が進められる。
【００５６】
ステップＳ２８では、比較演算部６０２によって、リファレンス画像と計測画像の対応する画素間での濃度差が算出されて、ステップＳ２９へ処理が進められる。
【００５７】
ステップＳ２９では、比較演算部６０２が表示部６０３にステップＳ２８における濃度差の算出結果を表示させて、処理が図５にリターンされる。
【００５８】
ステップＳ２９において表示部６０３に表示される画像の一例を図７に示す。
図７を参照して、画面７００には、ステップＳ２８で算出された濃度差を示す画像が表示欄７１０に表示されている。
【００５９】
具体的には、表示欄７１１において、ＣＣＤ１１の計測領域全域についての濃度差が、カラー画像（図面ではモノクロ）で示されている。なお、表示欄７１１における表示色は、表示欄７４０に示された表示色と濃度差の対応関係に基づいて表示されている。つまり、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、ＣＣＤ１１の計測領域全域の全画素についての差分を、表示欄７４０に示された対応関係に基づいてカラーの画素に変換して、表示欄７１１に表示させている。
【００６０】
また、本実施の形態では、ステップＳ２３とステップＳ２５では、それぞれ複数回画像の撮影がなされ、ステップＳ２８では、平行光２とワーク５０との位置関係が対応する画像同士の濃度差の差分が算出されるが、ステップＳ２９では、差分の値が最も大きい画像同士についての、濃度差を示す画像が表示される。
【００６１】
表示欄７１１には、断面指示線７１２，７１４が表示されている。
断面指示線７１２は、水平方向の断面位置を指示するために表示され、断面指示線７１４は、垂直方向の断面位置を指示するために表示される。そして、画面７００では、断面指示線７１２によって指示された断面についての差分値の分布が、濃度分布表示欄７１３に示されている。また、断面指示線７１４によって指示された断面についての差分値の分布が、濃度分布表示欄７１５に示されている。
【００６２】
ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、操作キー１７に対する操作内容に基づいて、断面指示線７１２と断面指示線７１４のそれぞれの表示欄７１１内の位置を変更することができる。また、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、変更後の断面指示線７１２，７１４の位置に対応した断面についての差分値の分布を、濃度分布表示欄７１３，７１５に表示させる。
【００６３】
また、表示欄７１１では、枠７１０Ａが表示されている。光学式センサ装置１では、ＣＣＤ１１の計測領域の一部の受光量に基づいて、ワーク５０上の異物５１の有無を検出するように構成されても良い。そして、このような場合に、枠７１０Ａは、ＣＣＤ１１の計測領域の中で異物５１の有無の検出の際に利用する領域（実効計測領域）を表示するものである。
【００６４】
なお、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、操作キー１７に対する操作内容に基づいて、枠７１０Ａの表示欄７１１中の表示位置を変更することができ、そして、これに応じて、実際のワーク５０上の異物５１の有無の検出処理の際に利用する、ＣＣＤ１１の計測領域中の受光量を利用する位置（範囲）も変更することができる。つまり、作業者は、光学式センサ装置１において、操作キー１７に対して操作を行なうことにより、実効計測領域を指定することができる。
【００６５】
また、光学式センサ装置１では、操作キー１７によって入力された値を、異物５１の有無の判断を行なうための差分の閾値とすることができるが、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、表示欄７１１に、入力された閾値を越える画素が特定の個数存在するか否かによって、当該閾値が異物５１の有無の判定に利用できるか否かを判断し、その判断結果を、画面７００に合わせて表示させることができる。
【００６６】
また、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、表示欄７１１に表示されたような差分値に対して、所定の値を閾値としたエッジ検出を実行し、当該エッジ検出により検出されたエッジの中で最も下方にあるものにあわせて、実効計測領域を設定することもできる。
【００６７】
なお、ＣＰＵ１５は、表示欄７１１に表示された差分値の算出に利用されたリファレンス画像を表示欄７２０に表示させ、また、当該差分値の算出に利用された計測画像を表示欄７３０に表示させることができる。
【００６８】
図５に戻って、ステップＳ２０における差分画像表示処理の後、ステップＳ３０として、作業者により、図７に示されたような画面に基づいて投光器３と受光器４の光軸が合っているか否かが判断され、さらなる調整が必要であると判断されると処理がステップＳ４０へ進められ、調整が必要ではないと判断されるとそのまま光軸調整処理は終了する。
【００６９】
なお、ステップＳ４０では、ステップＳ１０と同様に、作業者によって、当該光が受光器４のＣＣＤ１１に到達するように、投光器３と受光器４の位置合わせ（投光器３の投光軸の調整）が行なわれた後、ステップＳ２０へ処理が戻される。
【００７０】
以上説明した本実施の形態では、光学式センサ装置において、受光器４のＣＣＤ１１において撮影された計測画像（ワーク５０上に異物５１が配置されている状態での画像）とリファレンス画像（ワーク５０上に異物５１が配置されていない状態での画像）の（対応する画素ごとの）差分が算出され、当該差分に基づいた画像が液晶表示部１６に表示される。作業者は、当該画像に基づいて、たとえば異物５１の有無が両画像の差分に現れているか否か等の判断を行なうことにより、その時点での投光器３と受光器４の光軸が合っているか否かの判断をすることができる。
【００７１】
なお、図７の表示欄７１１に表示された差分の画像は、操作キー１７を適宜操作されることにより、画像メモリ１４に保存することができる。これにより、その時点での投光器３と受光器４の光軸の状態を、客観的なデータとして保存することができる。
【００７２】
また、本実施の形態の光学式センサ装置１では、図８に示すように、リファレンス画像のみに基づいたカラー画像を表示させることもできる。
【００７３】
図８を参照して、画面８００の表示欄８１１には、ＣＣＤ１１の計測領域全域についてのリファレンス画像の画像濃度に基づいた画像が、カラー（図面ではモノクロ）で表示されている。なお、表示欄８１１における表示色は、表示欄８４０に示された表示色と濃度差の対応関係に基づいて表示されている。つまり、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、ＣＣＤ１１の計測領域全域のリファレンス画像における受光濃度を、表示欄８４０に示された対応関係に基づいてカラーの画素に変換して、表示欄８１１に表示させている。
【００７４】
表示欄８１１には、断面指示線８１２，８１４が表示されている。
断面指示線８１２は、水平方向の断面位置を指示するために表示され、断面指示線８１４は、垂直方向の断面位置を指示するために表示される。そして、画面８００では、断面指示線８１２によって指示された断面についての受光濃度の分布が、濃度分布表示欄８１３に示されている。また、断面指示線８１４によって指示された断面についての受光濃度の分布が、濃度分布表示欄８１５に示されている。
【００７５】
［第２の実施の形態］
図９は、本発明の光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図であり、図１０は、当該光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【００７６】
図９および図１０を参照して、本実施の形態の光学式センサ装置１は、第１の実施の形態における光学式センサ装置１に対して、投光器３の半導体レーザ８の投光角度を制御する光軸駆動部７Ａをさらに備えている。
【００７７】
図１１は、本実施の形態の光学式センサ装置１において実行される光軸調整処理のフローチャートである。
【００７８】
図１１を参照して、光軸調整処理では、まずステップＳＡ１０として、作業者によって、投光器３の半導体レーザ８の投光する光の方向を石定盤やワーク５０と平行にするように調整がなされ、そして、当該光が受光器４のＣＣＤ１１に到達するように、投光器３と受光器４の位置合わせが行なわれる。
【００７９】
ステップＳＡ２０では、平行光２がワーク５０の矢印Ａ方向についての一端から他端まで移動する際に、７．０ｍｓごとにＣＣＤ１１によって撮影された画像が取り込まれる。
【００８０】
次に、ステップＳＡ３０では、半導体レーザ８についての予め記憶されたすべての投光角度でステップＳＡ２０が実行されたか否かを判断し、そうであると判断されるとステップＳＡ５０へ処理が進められ、そうではないと判断されると、ステップＳＡ４０へ処理が進められる。
【００８１】
ステップＳＡ４０では、比較演算器６０２により、光軸駆動部７Ａに対して半導体レーザ８の投光角度を単位角度θだけ変更されて、ステップＳＡ２０へ処理が戻される。
【００８２】
ステップＳＡ２０〜ステップＳＡ４０の処理により、半導体レーザ８の投光角度が角度θずつ変更されながら、リファレンス画像が撮影されて保存される。
【００８３】
ステップＳＡ５０では、作業者によって、ワーク５０上にダミーの異物（試験片５１）が設置されて、ステップＳＡ６０に処理が進められる。
【００８４】
次に、ステップＳＡ６０では、半導体レーザ８の投光角度が初期化される。
そして、ステップＳＡ７０〜ステップＳＡ９０では、ワーク５０上に試験片５１が設置された状態で、半導体レーザ８の投光角度が角度θずつ変更されながら、計測画像が撮影されて保存される。
【００８５】
そして、ステップＳＡ１００で、比較演算器６０２により、各投光角度についてのリファレンス画像と計測画像の対応する画素ごとの差分が算出される。
【００８６】
次に、ステップＳＡ１１０において、比較演算器６０２により、各投光角度についての差分の中でＹ軸方向（垂直方向）の差分のピーク値（最大値）とボトム値（最小値）の差が最も大きかった投光角度が特定される。
【００８７】
そして、ステップＳＡ１２０で、比較演算器６０２により、ステップＳＡ１１０で特定された投光角度の差分画像が、図７に示されるように表示器６０３に表示される。
【００８８】
そして、特定された投光角度および当該投光角度についての差分画像が画像メモリ１４に保存されて、光軸調整処理は終了する。
【００８９】
［その他の変形例等］
以上説明した各実施の形態では、受光器４における受光素子としてＣＣＤが採用されていたが、受光素子としては、これに限定されず、ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を採用することもできる。
【００９０】
また、以上説明した各実施の形態では、信号処理装置６を構成する計測器６０１と比較演算器６０２と表示器６０３は、ハードウェアの機能として実現されてもよいし、ＣＰＵ１５が特定のソフトウェアを実行することによって実現されても良いとされている。なお、これらは、汎用のコンピュータにおいて特定のソフトウェアが実行されることにより実現されても良いし、特定のハードウェア機器で構成されてもよい。また、たとえば、比較演算器６０２と表示器６０３を汎用のコンピュータによって実現し、計測器６０１を、特定の信号処理装置によって実現することができる。
【００９１】
以上説明した各実施の形態では、光学式センサ装置が、ガラス基板上の異物の検出に適用された例が説明されたが、本発明の光学式センサ装置が適用される態様はこれに限定されず、フィルム、金属、紙などのシート状の検査対象についての異物検出に適用することもできると考えられる。また、異物検出に限らず、他の物体、例えば、糸の毛羽の検出などに適用することもできると考えられる。
【００９２】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態に開示された技術は、変形例も含め、可能な限り組み合わされて適用されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学式センサ装置を異物検出に適用した場合の投光器および受光器の配置を示す構成図である。
【図３】図１の光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【図４】図１の光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【図５】図１の光学式センサ装置において実行される光軸調整処理のフローチャートである。
【図６】図５の差分画像表示処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図７】図６の処理によって図１の光学式センサ装置の液晶表示部に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】図６の処理によって図１の光学式センサ装置の液晶表示部に表示される画面の他の例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態である光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【図１１】図９の光学式センサ装置において実行される光軸調整処理のフローチャートである。
【図１２】従来技術による異物検出を説明するための図である。
【図１３】従来技術による異物検出を説明するための図である。
【図１４】従来技術による異物検出を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 光学式センサ装置、２ 平行光、３ 投光器、４ 受光器、４Ａ 検出面、６ 信号処理装置、７ レーザ駆動回路、８ 半導体レーザ、９ コリメートレンズ、１０ スリット、１０Ａ 開口、１１ ＣＣＤ、１２ サンプルホールド回路、１３ Ａ／Ｄ変換器、１４ 画像メモリ、１５ ＣＰＵ、１６ 液晶表示部、１７ 操作キー、４０ 計測領域、４１〜４４，４１Ａ〜４６Ａ 分割領域、５０ ワーク、５１ 異物、５１０ 石定盤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサ装置に関し、特に、検出領域に対して投光し、その光を受光することによって、検出領域に存在する異物等の検出を行なう光学式センサ装置およびその設置状態確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学式センサ装置として、投光器から検出領域に平行光を投光し、受光器でその平行光を受光した際の、受光器における総受光量の変化に基づいて異物の有無を検出する装置が利用されている。
【０００３】
このような装置の一例として、特許文献１では、投光器および受光器に対して異物を相対的に移動させ、投光器から発せられる平行光の光路中に異物が横切ることによる受光器での受光量の変化の有無に基づいて、異物の有無を検出する技術が開示されている。
【０００４】
このような装置では、具体的には、たとえば図１２に示されるように、投光器３００から投光された幅Ｌ０のレーザ光が、基板５００上を平行に伝播して、受光器４００で検出される。基板５００は、異物が付着しているか否かを検査される検査対象物であり、石定盤５１０に保持されている。図１２では、レーザ光の伝播方向が、矢印ＤＺで示されている。基板５００は、石定盤５１０とともに、投光器３００および受光器４００に対して相対的に移動される。移動方向は、矢印ＤＺおよび矢印ＤＹ（垂直方向）に対して垂直な方向であり、紙面に垂直な方向である。
【０００５】
図１３に示されるように、基板５００上に異物５０１が存在すると、投光器３００が投光した平行光は異物５０１によってその一部が遮られる。これにより、受光器４００で検出される光の幅は、理論的にはＬ０からＬ１だけ減少する。これによって、受光器４００において検出される総受光量が減少する。このような総受光量の変化に基づいて、異物の有無等が検出される。
【０００６】
また、特許文献２では、受光器の受光領域を水平方向に分割し、分割された各領域の受光量に基づいて基板上の異物の有無等を検出する技術が開示されている。
【０００７】
具体的には、図１４に示されるように、投光器３００から受光器４００に向けて矢印ＤＺで示される方向に平行光２００が投光され、基板５００が投光器３００と受光器４００に対して矢印Ａで示されるように水平方向に相対的に移動されるシステムにおいて、受光器４００の受光領域が、基板５００の移動方向である水平方向に並ぶように分割されている。
【特許文献１】特開２００２−１１９５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような光学式センサ装置では、投光器と受光器のいわゆる光軸を合わせる作業が必要とされるが、投光器の投光部位から受光器の受光領域への距離が比較的遠く、そして、受光領域が小さくなると、このような作業において、投光器による投光の焦点を合わせに相当の精度（たとえば、投光器の投光角として５０秒程度の精度）を必要とされる場合もあり、上記のような作業が煩雑であるという課題があった。
【０００９】
なお、投光器と受光器の光軸が合わなければ、上記したように光学的に異物を検出する際の検出感度が低下してしまう。
【００１０】
また、光軸が合ったかどうかについての具体的な判断の手段が確立されていなかったため、光軸が異物の検出が可能な程度に合わせられたと判断するまでに長時間を要することが多く、この点についても、光軸合わせの作業を煩雑にする要因であった。
【００１１】
また、光軸の状態を表す指標が確立されていなかったため、光軸の状態を客観的なデータとして残すことができなかった。このため、光学式センサ装置のメンテナンスの際に、設置開始時から光軸が変化したかどうかの確認をすることができなかった。
【００１２】
また、従来の光学式センサ装置は、投光器と受光器の光軸の状態の確認のためには、当該装置において受光器の受光領域のどこに投光器からの投光が当たっているかを確認する必要、つまり、光学式センサ装置の設置場所まで作業員が出向いていく必要があり、煩雑であるという課題があった。
【００１３】
以上のように、従来の光学式センサ装置では、投光器と受光器の光軸合わせが煩雑であるため、設置状態を確認するために煩雑な作業を必要とされる課題があった。
【００１４】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、光学式センサ装置の設置状態を煩雑な作業を要することなく確認できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に従った光学式センサ装置は、投光部と、２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部と、前記受光部の前記２次元領域における各画素の受光量に関する基準となる値を記憶する基準値記憶部と、前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするために、前記受光部の受光量分布についての前記基準値記憶部に記憶された値に対する差分の画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、前記計測領域の指定を受付ける指定部とをさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学式センサ装置では、前記計測領域は、互いに独立して受光量の算出が可能な複数の領域を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、前記計測領域を、前記計測領域内で前記差分が閾値を越えた最も下方にある位置に下端を有するように設定する設定部をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記差分についての設定値の入力を受付ける入力部と、前記表示部が表示する画像において、前記入力部に入力された設定値を越える画素が所定の数以上あるか否かに基づいて前記設定値に対する適否を判断する判断部をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光学式センサ装置では、前記表示部は、前記画像内の特定の線上における前記差分の値をさらに表示することが好ましい。
【００２１】
また、本発明の光学式センサ装置は、前記投光部と前記受光部の光軸を変更する光軸変更部と、前記受光部における受光量分布を記憶する受光量記憶部と、前記光軸変更部によって前記光軸を複数の状態に変更させた各状態で前記受光部における受光量分布を検出することにより、前記複数の状態の中から好ましい前記光軸の状態を決定する光軸決定部とをさらに備え、前記光軸決定部は、前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布である計測用受光量を検出し、前記計測用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布であるリファレンス用受光量を検出し、前記リファレンス用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、対応する前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の画素ごとの差分を算出し、前記複数の状態の中で、前記複数の状態のそれぞれについて算出された差分において、前記受光部の受光領域の中の水平方向と交わる方向の線上の差分の最高値と最大値の差が最も大きいものを含む状態を、前記好ましい光軸の状態と決定することが好ましい。
【００２２】
本発明に従った光学式センサ装置の設置状態確認方法は、平行光を投光する投光部と、２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部とを備える光学式センサ装置についての、前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするための設置状態確認方法であって、前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布である計測用受光量を検出するステップと、前記計測用受光量を記憶部に記憶するステップと、前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布であるリファレンス用受光量を検出するステップと、前記リファレンス用受光量を記憶部に記憶するステップと、前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の各画素についての差分を算出するステップと、前記算出した差分に基づいた画像を表示装置に表示させるステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光学式センサ装置によれば、投光部と受光部の光軸調整を可能にするために、受光部の受光量分布について、各画素に関する基準となる値との差分の画像が表示される。
【００２４】
これにより、光学式センサ装置において投光部と受光部の光軸調整をしようとする作業者は、表示される差分の画像に基づいて、受光部における受光態様を判断できる。このため、光軸調整についての客観的な情報が与えられることにより、作業員は、当該情報に基づいてその時点での光軸の状態を評価することができる。したがって、作業員が光軸調整のための作業を行なう際の判断に関する負担を軽減でき、光軸調整に要する時間を短縮できる。
【００２５】
また、本発明の光学式センサ装置によれば、上記画像を、その時点での光軸の状態を表す指標として残すことができる。
【００２６】
したがって、光軸の状態を客観的なデータとして残すことができるようになり、これにより、光学式センサ装置のメンテナンスの際に、設置開始時から光軸が変化したかどうかの確認をすることができるようになる。
【００２７】
また、本発明の光学式センサ装置によれば、作業員は、表示部によって表示される差分の画像を見ることにより、光軸の状態を確認することができる。
【００２８】
したがって、作業員は、光軸の状態の確認のためだけに光学式センサ装置の設置場所まで出向いていく必要がなくなり、これにより、煩雑な作業を軽減できるようになる。
【００２９】
以上のように、本発明の光学式センサ装置は、その設置状態を煩雑な作業を要することなく確認できる。
【００３０】
本発明の光学式センサ装置の設置状態確認方法によれば、投光部と受光部の間に試験片を配置した状態での受光量である計測用受光量と、当該試験片が配置されていない状態での受光量であるリファレンス用受光量との、受光部における受光量分布の差分に基づいた画像が表示される。
【００３１】
これにより、作業員は、その時点での光学式センサ装置における光軸の状態が、試験片の有無をリファレンス用受光量と計測用受光量の差分として反映できるものであるか否かを、表示された画像に基づいて客観的に判断することができる。
【００３２】
したがって、本発明によれば、作業員に対して光軸の状態の適否についての客観的な情報を与えることができ、作業員による光軸調整の作業を飛躍的に容易なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の光学式センサ装置の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、同一の構成要素には各図において同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００３４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この光学式センサ装置を異物検出に適用した場合の投光器および受光器の配置を示す構成図である。
【００３５】
本実施の形態の光学式センサ装置１は、ガラス基板等の被検査物としてのワーク５０上に平行光２を投光する投光器３と、この平行光２を受光する受光器４と、この受光器４の出力を信号処理してワーク５０上の異物５１の有無を判定する信号処理装置６とを備えており、ワーク５０に対して、投光器３および受光器４を、図２の矢印Ａで示すように、移動させながらワーク５０上に存在する異物５１を、受光器４における受光量分布の変化に基いて検出するものである。なお、異物５１は、ワーク５０上に存在する場合に限らず、ワーク５０の下に存在し、そのためワーク５０の表面が盛り上がって遮光する場合にも検出できるものである。また、異物５１の有無の検査が終了したガラス基板等のワーク５０は、図示しない塗布装置によって、その表面に成膜材料が塗布される。
【００３６】
投光器３は、レーザ駆動回路７によって駆動される半導体レーザ８と、この半導体レーザ８からの光を平行光にするコリメートレンズ９と、開口１０Ａを有するスリット１０とを備えており、ワーク５０上に平行光２を投光する。
【００３７】
一方、受光器４は、二次元の受光素子であるＣＣＤ（charge-coupled device）１１を備えており、信号処理装置６は、図１に示すように、ＣＣＤ１１から読み出された画素信号をサンプルホールドするサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１２と、このサンプルホールド回路１２の出力を、Ａ／Ｄ（analog/digital）変換するＡ／Ｄ変換器１３と、Ａ／Ｄ変換された画素データを記憶する画像メモリ１４と、画像メモリ１４の画素データに基づいて、後述のようにして異物（物体）の有無を検出する検出部としての機能を有するＣＰＵ（central processing unit）１５と、画像メモリ１４の画素データに基いて、ＣＣＤ１１のよる撮像画像を表示する液晶表示部１６と、操作手段としての各種の操作キー１７とを備えている。
【００３８】
図３および図４に、本実施の形態の光学式センサ装置１のブロック構成を示す。なお、図３は、投光器３と受光器４の間に配置されたワーク５０上に異物５１が存在しない状態を示し、図４は、当該ワーク５０上に異物５１が存在する状態を示す。
【００３９】
図３および図４を参照して、光学式センサ装置１では、投光器３から投光されたレーザ光が、ワーク５０上を平行に伝播して、受光器４で検出される。そして、特に、図４に示されるように、ワーク５０上に異物５１が存在すると、投光器３が投光した平行光は異物５１によってその一部が遮られる。
【００４０】
信号処理装置６は、受光器４における受光量分布を検出する計測器６０１と、計測器６０１で検出された受光量の記憶や過去の受光量との比較等の処理を行なう比較演算器６０２と、計測器６０１における計測結果や比較演算器６０２による処理の結果等の種々の情報を表示する表示器６０３とを含む。
【００４１】
計測器６０１は、Ｓ／Ｈ回路１２およびＡ／Ｄ変換器１３を含み、比較演算器６０２は、画像メモリ１４およびＣＰＵ１５を含み、表示器６０３は液晶表示部１６を含むが、これらの機能は、ハードウェアの機能として実現されてもよいし、ＣＰＵ１５が特定のソフトウェアを実行することによって実現されても良い。また、各構成要素は、適宜、操作キー１７に対して入力された情報に基づいて動作する。
【００４２】
投光器３のスリット１０の開口１０Ａは、投光器３および受光器４の移動方向（図２の矢印Ａ方向）に長い矩形、例えば、１ｍｍ×５ｍｍの矩形に形成されており、投光器３からのスリット状の平行光２が受光器４のＣＣＤ１１を設けられた面に投影される。スリット１０ａからＣＣＤ１１までの距離はたとえば４．０ｍとされる。
【００４３】
本実施の形態では、ＣＣＤ１１の計測領域（受光量を計測できる領域）は、たとえば３．２ｍｍ×３．４６ｍｍとされるが、投光器３と受光器４との光軸合わせを考慮すると、２ｍｍ×２ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００４４】
そして、本実施の形態では、ワーク５０が矢印Ａ方向に、投光器３および受光器４に対して相対的に移動する。当該移動速度は、相対移動する異物５１が、ＣＣＤ１１の計測領域に対向する位置に到達してから当該領域を通過するまでにＣＣＤ１１における画素信号の取り込みを少なくとも１回行えるように設定される。本実施の形態では、ＣＣＤ１１の計測領域の移動方向に沿う幅を、例えば、３ｍｍ、最大の移動速度を、例えば、４００ｍｍ／ｓとされる。なお、ＣＣＤ１１の画像信号の取り込み周期は、たとえば７．０ｍｓとされる。
【００４５】
次に、光学式センサ装置１において、投光器３と受光器４の光軸調整の際に実行される処理の内容について説明する。なお、投光器３と受光器４の光軸調整とは、投光器３から投光された光を受光器４で受光できるようにするための両者の位置合わせを含む。図５は、光軸調整処理のフローチャートである。なお、光軸調整処理では、異物５１が付着していないワーク５０上に投光された光の受光量分布が検出され、また、ダミーとしての異物（試験片５１）を付着させたワーク５０上に投光された光の受光量分布が検出され、そして、これらの受光量分布における各画素の受光量の差分に基づいた画像が表示されて、光軸調整の評価に利用される。
【００４６】
図５を参照して、光軸調整処理では、まずステップＳ１０として、作業者によって、投光器３の半導体レーザ８の投光する光の方向が石定盤やワーク５０と平行になるような調整が行なわれ、そして、当該光が受光器４のＣＣＤ１１に到達するように、投光器３と受光器４の位置合わせが行なわれる。
【００４７】
次に、ステップＳ２０として、信号処理装置６によって、液晶表示部１６に差分画像が表示する処理（差分画像表示処理）が実行されて、ステップＳ３０に処理が進められる。なお、ステップＳ２０における差分画像表示処理の内容について、当該処理のサブルーチンのフローチャートである図６を参照して説明する。
【００４８】
図６を参照して、差分画像表示処理では、まずステップＳ２１において、計測器６が、異物５１が付着していないワーク５０上に、矢印Ａ方向に平行光を移動させつつ、ＣＣＤ１１における受光量を計測して（画像を取り込んで）、ステップＳ２２が処理に進められる。
【００４９】
ステップＳ２１では、平行光２がワーク５０の矢印Ａ方向についての一端から他端まで移動する際に、７．０ｍｓごとにＣＣＤ１１によって撮影された画像が取り込まれる。
【００５０】
次に、ステップＳ２２では、計測器６によって、ステップＳ２１において取り込んだ画像を、リファレンス画像として比較演算部６０２に転送されて、ステップＳ２３に処理が進められる。
【００５１】
ステップＳ２３では、比較演算部６０２によって、ステップＳ２２で転送されてきたリファレンス画像が画像メモリ１４に保存されて、ステップＳ２４へ処理が進められる。
【００５２】
ステップＳ２４では、作業者によって、ワーク５０上にダミーの異物（試験片５１）が設置されて、ステップＳ２５に処理が進められる。なお、本実施の形態では、試験片５１は、そのサイズが、例えば、直径１００μｍ程度以上とされる。また、作業者は、ステップＳ２３の処理が終了した後にステップＳ２４を実行する。したがって、ステップＳ２３の処理が完了した際にはその旨が液晶表示部１６において報知されることが好ましい。
【００５３】
ステップＳ２５では、平行光２がワーク５０の矢印Ａ方向についての一端から他端まで移動する際に、７．０ｍｓごとにＣＣＤ１１によって撮影された画像が取り込まれる。
【００５４】
次に、ステップＳ２６では、計測器６によって、ステップＳ２５において取り込んだ画像を、計測画像として比較演算部６０２に転送されて、ステップＳ２７に処理が進められる。
【００５５】
ステップＳ２７では、比較演算部６０２によって、ステップＳ２６で転送されてきた計測画像が画像メモリ１４に保存されて、ステップＳ２８へ処理が進められる。
【００５６】
ステップＳ２８では、比較演算部６０２によって、リファレンス画像と計測画像の対応する画素間での濃度差が算出されて、ステップＳ２９へ処理が進められる。
【００５７】
ステップＳ２９では、比較演算部６０２が表示部６０３にステップＳ２８における濃度差の算出結果を表示させて、処理が図５にリターンされる。
【００５８】
ステップＳ２９において表示部６０３に表示される画像の一例を図７に示す。
図７を参照して、画面７００には、ステップＳ２８で算出された濃度差を示す画像が表示欄７１０に表示されている。
【００５９】
具体的には、表示欄７１１において、ＣＣＤ１１の計測領域全域についての濃度差が、カラー画像（図面ではモノクロ）で示されている。なお、表示欄７１１における表示色は、表示欄７４０に示された表示色と濃度差の対応関係に基づいて表示されている。つまり、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、ＣＣＤ１１の計測領域全域の全画素についての差分を、表示欄７４０に示された対応関係に基づいてカラーの画素に変換して、表示欄７１１に表示させている。
【００６０】
また、本実施の形態では、ステップＳ２３とステップＳ２５では、それぞれ複数回画像の撮影がなされ、ステップＳ２８では、平行光２とワーク５０との位置関係が対応する画像同士の濃度差の差分が算出されるが、ステップＳ２９では、差分の値が最も大きい画像同士についての、濃度差を示す画像が表示される。
【００６１】
表示欄７１１には、断面指示線７１２，７１４が表示されている。
断面指示線７１２は、水平方向の断面位置を指示するために表示され、断面指示線７１４は、垂直方向の断面位置を指示するために表示される。そして、画面７００では、断面指示線７１２によって指示された断面についての差分値の分布が、濃度分布表示欄７１３に示されている。また、断面指示線７１４によって指示された断面についての差分値の分布が、濃度分布表示欄７１５に示されている。
【００６２】
ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、操作キー１７に対する操作内容に基づいて、断面指示線７１２と断面指示線７１４のそれぞれの表示欄７１１内の位置を変更することができる。また、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、変更後の断面指示線７１２，７１４の位置に対応した断面についての差分値の分布を、濃度分布表示欄７１３，７１５に表示させる。
【００６３】
また、表示欄７１１では、枠７１０Ａが表示されている。光学式センサ装置１では、ＣＣＤ１１の計測領域の一部の受光量に基づいて、ワーク５０上の異物５１の有無を検出するように構成されても良い。そして、このような場合に、枠７１０Ａは、ＣＣＤ１１の計測領域の中で異物５１の有無の検出の際に利用する領域（実効計測領域）を表示するものである。
【００６４】
なお、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、操作キー１７に対する操作内容に基づいて、枠７１０Ａの表示欄７１１中の表示位置を変更することができ、そして、これに応じて、実際のワーク５０上の異物５１の有無の検出処理の際に利用する、ＣＣＤ１１の計測領域中の受光量を利用する位置（範囲）も変更することができる。つまり、作業者は、光学式センサ装置１において、操作キー１７に対して操作を行なうことにより、実効計測領域を指定することができる。
【００６５】
また、光学式センサ装置１では、操作キー１７によって入力された値を、異物５１の有無の判断を行なうための差分の閾値とすることができるが、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、表示欄７１１に、入力された閾値を越える画素が特定の個数存在するか否かによって、当該閾値が異物５１の有無の判定に利用できるか否かを判断し、その判断結果を、画面７００に合わせて表示させることができる。
【００６６】
また、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、表示欄７１１に表示されたような差分値に対して、所定の値を閾値としたエッジ検出を実行し、当該エッジ検出により検出されたエッジの中で最も下方にあるものにあわせて、実効計測領域を設定することもできる。
【００６７】
なお、ＣＰＵ１５は、表示欄７１１に表示された差分値の算出に利用されたリファレンス画像を表示欄７２０に表示させ、また、当該差分値の算出に利用された計測画像を表示欄７３０に表示させることができる。
【００６８】
図５に戻って、ステップＳ２０における差分画像表示処理の後、ステップＳ３０として、作業者により、図７に示されたような画面に基づいて投光器３と受光器４の光軸が合っているか否かが判断され、さらなる調整が必要であると判断されると処理がステップＳ４０へ進められ、調整が必要ではないと判断されるとそのまま光軸調整処理は終了する。
【００６９】
なお、ステップＳ４０では、ステップＳ１０と同様に、作業者によって、当該光が受光器４のＣＣＤ１１に到達するように、投光器３と受光器４の位置合わせ（投光器３の投光軸の調整）が行なわれた後、ステップＳ２０へ処理が戻される。
【００７０】
以上説明した本実施の形態では、光学式センサ装置において、受光器４のＣＣＤ１１において撮影された計測画像（ワーク５０上に異物５１が配置されている状態での画像）とリファレンス画像（ワーク５０上に異物５１が配置されていない状態での画像）の（対応する画素ごとの）差分が算出され、当該差分に基づいた画像が液晶表示部１６に表示される。作業者は、当該画像に基づいて、たとえば異物５１の有無が両画像の差分に現れているか否か等の判断を行なうことにより、その時点での投光器３と受光器４の光軸が合っているか否かの判断をすることができる。
【００７１】
なお、図７の表示欄７１１に表示された差分の画像は、操作キー１７を適宜操作されることにより、画像メモリ１４に保存することができる。これにより、その時点での投光器３と受光器４の光軸の状態を、客観的なデータとして保存することができる。
【００７２】
また、本実施の形態の光学式センサ装置１では、図８に示すように、リファレンス画像のみに基づいたカラー画像を表示させることもできる。
【００７３】
図８を参照して、画面８００の表示欄８１１には、ＣＣＤ１１の計測領域全域についてのリファレンス画像の画像濃度に基づいた画像が、カラー（図面ではモノクロ）で表示されている。なお、表示欄８１１における表示色は、表示欄８４０に示された表示色と濃度差の対応関係に基づいて表示されている。つまり、ＣＰＵ１５（比較演算部６０２）は、ＣＣＤ１１の計測領域全域のリファレンス画像における受光濃度を、表示欄８４０に示された対応関係に基づいてカラーの画素に変換して、表示欄８１１に表示させている。
【００７４】
表示欄８１１には、断面指示線８１２，８１４が表示されている。
断面指示線８１２は、水平方向の断面位置を指示するために表示され、断面指示線８１４は、垂直方向の断面位置を指示するために表示される。そして、画面８００では、断面指示線８１２によって指示された断面についての受光濃度の分布が、濃度分布表示欄８１３に示されている。また、断面指示線８１４によって指示された断面についての受光濃度の分布が、濃度分布表示欄８１５に示されている。
【００７５】
［第２の実施の形態］
図９は、本発明の光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図であり、図１０は、当該光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【００７６】
図９および図１０を参照して、本実施の形態の光学式センサ装置１は、第１の実施の形態における光学式センサ装置１に対して、投光器３の半導体レーザ８の投光角度を制御する光軸駆動部７Ａをさらに備えている。
【００７７】
図１１は、本実施の形態の光学式センサ装置１において実行される光軸調整処理のフローチャートである。
【００７８】
図１１を参照して、光軸調整処理では、まずステップＳＡ１０として、作業者によって、投光器３の半導体レーザ８の投光する光の方向を石定盤やワーク５０と平行にするように調整がなされ、そして、当該光が受光器４のＣＣＤ１１に到達するように、投光器３と受光器４の位置合わせが行なわれる。
【００７９】
ステップＳＡ２０では、平行光２がワーク５０の矢印Ａ方向についての一端から他端まで移動する際に、７．０ｍｓごとにＣＣＤ１１によって撮影された画像が取り込まれる。
【００８０】
次に、ステップＳＡ３０では、半導体レーザ８についての予め記憶されたすべての投光角度でステップＳＡ２０が実行されたか否かを判断し、そうであると判断されるとステップＳＡ５０へ処理が進められ、そうではないと判断されると、ステップＳＡ４０へ処理が進められる。
【００８１】
ステップＳＡ４０では、比較演算器６０２により、光軸駆動部７Ａに対して半導体レーザ８の投光角度を単位角度θだけ変更されて、ステップＳＡ２０へ処理が戻される。
【００８２】
ステップＳＡ２０〜ステップＳＡ４０の処理により、半導体レーザ８の投光角度が角度θずつ変更されながら、リファレンス画像が撮影されて保存される。
【００８３】
ステップＳＡ５０では、作業者によって、ワーク５０上にダミーの異物（試験片５１）が設置されて、ステップＳＡ６０に処理が進められる。
【００８４】
次に、ステップＳＡ６０では、半導体レーザ８の投光角度が初期化される。
そして、ステップＳＡ７０〜ステップＳＡ９０では、ワーク５０上に試験片５１が設置された状態で、半導体レーザ８の投光角度が角度θずつ変更されながら、計測画像が撮影されて保存される。
【００８５】
そして、ステップＳＡ１００で、比較演算器６０２により、各投光角度についてのリファレンス画像と計測画像の対応する画素ごとの差分が算出される。
【００８６】
次に、ステップＳＡ１１０において、比較演算器６０２により、各投光角度についての差分の中でＹ軸方向（垂直方向）の差分のピーク値（最大値）とボトム値（最小値）の差が最も大きかった投光角度が特定される。
【００８７】
そして、ステップＳＡ１２０で、比較演算器６０２により、ステップＳＡ１１０で特定された投光角度の差分画像が、図７に示されるように表示器６０３に表示される。
【００８８】
そして、特定された投光角度および当該投光角度についての差分画像が画像メモリ１４に保存されて、光軸調整処理は終了する。
【００８９】
［その他の変形例等］
以上説明した各実施の形態では、受光器４における受光素子としてＣＣＤが採用されていたが、受光素子としては、これに限定されず、ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を採用することもできる。
【００９０】
また、以上説明した各実施の形態では、信号処理装置６を構成する計測器６０１と比較演算器６０２と表示器６０３は、ハードウェアの機能として実現されてもよいし、ＣＰＵ１５が特定のソフトウェアを実行することによって実現されても良いとされている。なお、これらは、汎用のコンピュータにおいて特定のソフトウェアが実行されることにより実現されても良いし、特定のハードウェア機器で構成されてもよい。また、たとえば、比較演算器６０２と表示器６０３を汎用のコンピュータによって実現し、計測器６０１を、特定の信号処理装置によって実現することができる。
【００９１】
以上説明した各実施の形態では、光学式センサ装置が、ガラス基板上の異物の検出に適用された例が説明されたが、本発明の光学式センサ装置が適用される態様はこれに限定されず、フィルム、金属、紙などのシート状の検査対象についての異物検出に適用することもできると考えられる。また、異物検出に限らず、他の物体、例えば、糸の毛羽の検出などに適用することもできると考えられる。
【００９２】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態に開示された技術は、変形例も含め、可能な限り組み合わされて適用されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学式センサ装置を異物検出に適用した場合の投光器および受光器の配置を示す構成図である。
【図３】図１の光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【図４】図１の光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【図５】図１の光学式センサ装置において実行される光軸調整処理のフローチャートである。
【図６】図５の差分画像表示処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図７】図６の処理によって図１の光学式センサ装置の液晶表示部に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】図６の処理によって図１の光学式センサ装置の液晶表示部に表示される画面の他の例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態である光学式センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の光学式センサ装置のブロック構成を模式的に示す図である。
【図１１】図９の光学式センサ装置において実行される光軸調整処理のフローチャートである。
【図１２】従来技術による異物検出を説明するための図である。
【図１３】従来技術による異物検出を説明するための図である。
【図１４】従来技術による異物検出を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 光学式センサ装置、２ 平行光、３ 投光器、４ 受光器、４Ａ 検出面、６ 信号処理装置、７ レーザ駆動回路、８ 半導体レーザ、９ コリメートレンズ、１０ スリット、１０Ａ 開口、１１ ＣＣＤ、１２ サンプルホールド回路、１３ Ａ／Ｄ変換器、１４ 画像メモリ、１５ ＣＰＵ、１６ 液晶表示部、１７ 操作キー、４０ 計測領域、４１〜４４，４１Ａ〜４６Ａ 分割領域、５０ ワーク、５１ 異物、５１０ 石定盤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と、
２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部と、
前記受光部の前記２次元領域における各画素の受光量に関する基準となる値を記憶する基準値記憶部と、
前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするために、前記受光部の受光量分布についての前記基準値記憶部に記憶された値に対する差分の画像を表示する表示部とを備える、光学式センサ装置。
【請求項２】
前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、
前記計測領域の指定を受付ける指定部とをさらに備える、請求項１に記載の光学式センサ装置。
【請求項３】
前記計測領域は、互いに独立して受光量の算出が可能な複数の領域を含む、請求項２に記載の光学式センサ装置。
【請求項４】
前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、
前記計測領域を、前記計測領域内で前記差分が閾値を越えた最も下方にある位置に下端を有するように設定する設定部をさらに備える、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学式センサ装置。
【請求項５】
前記差分についての設定値の入力を受付ける入力部と、
前記表示部が表示する画像において、前記入力部に入力された設定値を越える画素が所定の数以上あるか否かに基づいて前記設定値に対する適否を判断する判断部をさらに備える、請求項４に記載の光学式センサ装置。
【請求項６】
前記表示部は、前記画像内の特定の線上における前記差分の値をさらに表示する、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光学式センサ装置。
【請求項７】
前記投光部と前記受光部の光軸を変更する光軸変更部と、
前記受光部における受光量分布を記憶する受光量記憶部と、
前記光軸変更部によって前記光軸を複数の状態に変更させた各状態で前記受光部における受光量分布を検出することにより、前記複数の状態の中から好ましい前記光軸の状態を決定する光軸決定部とをさらに備え、
前記光軸決定部は、
前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布である計測用受光量を検出し、
前記計測用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、
前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布であるリファレンス用受光量を検出し、
前記リファレンス用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、
前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、対応する前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の画素ごとの差分を算出し、
前記複数の状態の中で、前記複数の状態のそれぞれについて算出された差分において、前記受光部の受光領域の中の水平方向と交わる方向の線上の差分の最高値と最大値の差が最も大きいものを含む状態を、前記好ましい光軸の状態と決定する、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光学式センサ装置。
【請求項８】
平行光を投光する投光部と、２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部とを備える光学式センサ装置についての、前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするための設置状態確認方法であって、
前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布である計測用受光量を検出するステップと、
前記計測用受光量を記憶部に記憶するステップと、
前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布であるリファレンス用受光量を検出するステップと、
前記リファレンス用受光量を記憶部に記憶するステップと、
前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の各画素についての差分を算出するステップと、
前記算出した差分に基づいた画像を表示装置に表示させるステップとを備える、光学式センサ装置の設置状態確認方法。
【請求項１】
投光部と、
２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部と、
前記受光部の前記２次元領域における各画素の受光量に関する基準となる値を記憶する基準値記憶部と、
前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするために、前記受光部の受光量分布についての前記基準値記憶部に記憶された値に対する差分の画像を表示する表示部とを備える、光学式センサ装置。
【請求項２】
前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、
前記計測領域の指定を受付ける指定部とをさらに備える、請求項１に記載の光学式センサ装置。
【請求項３】
前記計測領域は、互いに独立して受光量の算出が可能な複数の領域を含む、請求項２に記載の光学式センサ装置。
【請求項４】
前記受光部の受光領域の一部である計測領域における受光量に基づいて、前記投光部と前記受光部の間の物体の有無を検出する検出部と、
前記計測領域を、前記計測領域内で前記差分が閾値を越えた最も下方にある位置に下端を有するように設定する設定部をさらに備える、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光学式センサ装置。
【請求項５】
前記差分についての設定値の入力を受付ける入力部と、
前記表示部が表示する画像において、前記入力部に入力された設定値を越える画素が所定の数以上あるか否かに基づいて前記設定値に対する適否を判断する判断部をさらに備える、請求項４に記載の光学式センサ装置。
【請求項６】
前記表示部は、前記画像内の特定の線上における前記差分の値をさらに表示する、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光学式センサ装置。
【請求項７】
前記投光部と前記受光部の光軸を変更する光軸変更部と、
前記受光部における受光量分布を記憶する受光量記憶部と、
前記光軸変更部によって前記光軸を複数の状態に変更させた各状態で前記受光部における受光量分布を検出することにより、前記複数の状態の中から好ましい前記光軸の状態を決定する光軸決定部とをさらに備え、
前記光軸決定部は、
前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布である計測用受光量を検出し、
前記計測用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、
前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記光軸変更部によって前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、前記投光部に投光させた際の前記受光部による受光量分布であるリファレンス用受光量を検出し、
前記リファレンス用受光量を前記受光量記憶部に記憶し、
前記光軸の複数の状態のそれぞれについて、対応する前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の画素ごとの差分を算出し、
前記複数の状態の中で、前記複数の状態のそれぞれについて算出された差分において、前記受光部の受光領域の中の水平方向と交わる方向の線上の差分の最高値と最大値の差が最も大きいものを含む状態を、前記好ましい光軸の状態と決定する、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光学式センサ装置。
【請求項８】
平行光を投光する投光部と、２次元領域に分布する画素を含み、前記投光部からの投光を受光することにより前記２次元領域の受光量分布を出力する受光部とを備える光学式センサ装置についての、前記投光部と前記受光部の光軸調整を可能にするための設置状態確認方法であって、
前記投光部と前記受光部の間に試験片を配置した状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布である計測用受光量を検出するステップと、
前記計測用受光量を記憶部に記憶するステップと、
前記投光部と前記受光部の間に前記試験片が配置されていない状態で、前記投光部に投光させた際の前記受光部における受光量分布であるリファレンス用受光量を検出するステップと、
前記リファレンス用受光量を記憶部に記憶するステップと、
前記計測用受光量と前記リファレンス用受光量の各画素についての差分を算出するステップと、
前記算出した差分に基づいた画像を表示装置に表示させるステップとを備える、光学式センサ装置の設置状態確認方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２２２４８５（Ｐ２００９−２２２４８５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５６８０（Ｐ２００８−６５６８０）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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