検査装置
【課題】長時間を要することなく、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる検査装置を提供する。
【解決手段】被検査体の表面の欠陥を検出する検査装置であって、前記被検査体の表面を第１の角度で照明する明視野照明手段と、前記被検査体の表面を前記第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段と、前記明視野照明手段の正反射角方向に配置され、前記被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系と、前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との差分を演算する演算手段とを有することを特徴とする検査装置を提供する。
【解決手段】被検査体の表面の欠陥を検出する検査装置であって、前記被検査体の表面を第１の角度で照明する明視野照明手段と、前記被検査体の表面を前記第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段と、前記明視野照明手段の正反射角方向に配置され、前記被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系と、前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との差分を演算する演算手段とを有することを特徴とする検査装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、検査装置に係り、特に、被検査体の表面の欠陥の有無又は表面状態の不均一性による欠陥を検査する検査装置に関する。本発明は、例えば、コート紙、アート紙、キャスト紙等の平面状の被検査体の表面欠陥、又は、複写機、レーザープリンタ等の画像出力装置で使用される電子写真用感光体ドラム、定着装置の定着ローラ等の円筒状の被検査体の表面欠陥の検出に好適である。
【背景技術】
【０００２】
被検査体の表面に一様な投射光を照射し、かかる投射光の正反射光及び拡散反射光からなる反射光分布（又はその画像）に基づいて、被検査体の表面欠陥を検査（検出）する検査装置が従来から知られている。
【０００３】
初めに、従来の検査装置によるゴミや傷などの欠陥の検出原理について説明する。ゴミや傷などの欠陥の場合、被検査体の平らな表面上の微小凹凸の有無を検出することにより欠陥があるか否かの判別が可能となる。図１５は、被検査体ＴＩの表面が平らである場合の反射光分布ＲＬＤを示す図であり、図１６は、被検査体ＴＩの表面に一つの微小凹凸ＤＦが存在する場合の反射光分布ＲＬＤを示す図である。なお、図１５及び図１６において、ＩＬは入射光、ＲＬは正反射光である。
【０００４】
図１５を参照するに、被検査体ＴＩの表面が平らである場合、正反射光ＲＬが大半を占めるため、反射光分布ＲＬＤは正反射方向に鋭いピークを示す。一方、図１６を参照するに、被検査体ＴＩの表面に微小凹凸が存在する場合、散乱光成分が増加するため、反射光分布ＲＬＤは正反射方向のピークが鈍った形状となる。
【０００５】
このような正反射光成分及び散乱光成分の変化を、光電変換センサを用いて光量の違いとして検出することで、被検査体の表面の微小凹凸による欠陥を検出することができる。なお、正反射光成分を受光する位置に配置されたセンサで検出した画像を明視野画像、散乱光成分を受光する位置に配置されたセンサで検出した画像を暗視野画像という。
【０００６】
次に、従来の検査装置による表面状態の不均一性による欠陥の検出原理について説明する。この種の被検査体では、被検査体の表面に微小凹凸を均一に分布させることで、特定の機能を持たせている。ただし、製造時の変動により微小凹凸の分布が不均一になることもある。微小凹凸の分布が不均一になると、被検査体の機能にも不均一が生じ、この不均一の程度が大きくなると機能上の欠陥とみなされる。このような欠陥を検査する検査装置では、微小凹凸の粗密の状態を検出する必要がある。入射光に広がりを持たせると微小凹凸の粗密に応じて反射光分布は変化する。図１７は、微小凹凸ＤＦの密度が疎である場合の反射光分布ＲＬＤを示す図であり、図１８は、微小凹凸ＤＦの密度が密である場合の反射光分布ＲＬＤを示す図である。微小凹凸ＤＦを密度で考える場合、反射光分布ＲＬＤは、一つ一つの微小凹凸ＤＦで生じる反射光分布を足し合わせたものに相当する。従って、図１７及び図１８に示すように、微小凹凸ＤＦの密度が疎である場合は、微小凹凸ＤＦの密度が密である場合と比べて正反射光成分が多く、散乱光成分が少ないことがわかる。
【０００７】
つまり、被検査体の表面状態の不均一性による欠陥も、正反射光成分及び散乱光成分の光量の違いとして検出することができる。
【０００８】
また、一般に、鋭角な角度で被検査面を照明した方が、明視野画像及び暗視野画像共に、光量の変化分を強調して検出できることが知られている。これは、鋭角な角度で照明した方が微小凹凸のピッチによる違いをより反映しやすいからである。
【０００９】
これらの技術に関しては、従来から幾つか提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２７９３６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の検査装置は、円筒状の被検査体をライン型照明で照明すると共に、被検査体を副走査しながら正反射方向に配置されたラインセンサで２次元画像を撮像し、撮像した２次元画像に画像処理を施して欠陥を検出する。かかる検査装置は、ラインセンサとは別のエリアセンサを用いて正反射方向を検出し、ラインセンサを最適な位置に維持することができるため、表面の濃度変化に加えて、微小凹凸や緩やかな凹凸などの欠陥も同時に検出することができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１の検査装置は、明視野画像のみを用いて欠陥を検出しているため、欠陥を高感度に検出しにくいという問題を有する。
【００１２】
そこで、明視野画像及び暗視野画像の両方を撮像し、欠陥を検出する検査装置も提案されている。特許文献２は、半導体チップに対して垂直に光を入射して垂直位置に配置された撮像素子で明視野画像を撮像する共に、鋭角に光を入射して鋭角位置に配置された撮像素子で暗視野画像を撮像し、半導体チップの表面の異常を検出する検査装置を開示している。
【００１３】
しかしながら、特許文献２の検査装置は、暗視野画像では光を鋭角に入射しているため、欠陥を高感度に検出することができるが、明視野画像では光を垂直に入射しているため、欠陥を高精度に検出しにくいという問題を有する。
【００１４】
被検査体に対して鋭角に光を入射し、かかる光を射出する照明手段と対称な位置に配置した明視野画像用センサとそれとは異なる位置に配置した暗視野画像用センサとを用いて撮像すれば、明視野画像及び暗視野画像共に高感度な検出をすることができる。このような検査装置（撮像系）の一例を図１９に示す。図１９において、Ｓ１は明視野画像用センサ、Ｓ２は暗視野画像用センサ、ＬＳは照明手段である。
【００１５】
しかしながら、図１９に示す検査装置は、画像の視点位置が異なるため、明視野画像と暗視野画像との間で欠陥位置の対応がとれないという問題を有する。かかる問題は、明視野用照明手段及び暗視野用照明手段の２つの照明手段を用いて１つのセンサで撮像することで回避することができるが、２つの照明手段の最適な配置を考える必要がある。
【００１６】
更に、図１９に示す検査装置は、明視野画像用センサがローアングルで画像を撮像するため、焦点面が検査面に対して斜めになり、合焦範囲が狭くなるという問題も有する。かかる問題は、レンズのフォーカス位置をずらしながら複数回撮像することで回避することができるが、撮像に時間がかかり、検査時間が長くなってしまう。また、レンズの絞りを絞り、焦点深度を深くすることで合焦範囲は拡大するが、十分な光量を得るために照明時間を長くする必要があり、同様に、検査時間が長くなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明は、長時間を要することなく、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる検査装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検査装置は、被検査体の表面の欠陥を検出する検査装置であって、前記被検査体の表面を第１の角度で照明する明視野照明手段と、前記被検査体の表面を前記第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段と、前記明視野照明手段の正反射角方向に配置され、前記被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系と、前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との差分を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、長時間を要することなく、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
本発明の検査装置は、被検査体を第１の角度（鋭角）で照明する明視野照明手段と、被検査体の表面を第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段とを有する。また、本発明の検査装置は、明視野照明手段の正反射角方向に配置され、被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系を有する。更に、本発明の検査手段は、明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号と暗視野照明手段で被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号とを比較演算する演算手段とを有する。
【００２３】
本発明の検査装置は、被検査体を鋭角に照明する明視野照明手段と、かかる鋭角に対して小さな角度差の角度で被検査体を照明する暗視野照明手段の２つの照明手段を用いることで、同じ視点位置から明視野画像と暗視野画像を撮像することができる。換言すれば、明視野照明手段及び暗視野照明手段の両手段ともに、被検査体に対して鋭角に光を入射させているため、両方の画像（即ち、明視野画像及び暗視野画像）で欠陥を高感度に検出することができる。
【００２４】
また、被検査体への入射角度がブリュースター角を越えると、ｐ偏光及びｓ偏光共に、正反射光量及び散乱光量が増加するため、ノイズの影響にも強くなり、信頼性の高い検査結果を得ることができる。
【００２５】
更に、同じ視点位置で明視野画像及び暗視野画像を撮像しているため、画像上での欠陥位置は同一であり、単純な差分演算によって欠陥を強調することで、より高感度な検出が可能となる。また、明視野照明と暗視野照明の角度差を小さくすることで、照明領域の違いによる影響を小さくすることができる。なお、特許文献２の検査装置は、明視野照明と暗視野照明との角度差が大きいため、照明領域の違いによる影響が大きい。従って、明視野画像と暗視野画像との差分、即ち、明視野照明の角度と暗視野照明の角度との角度差は小さい方が有利である。
【００２６】
図７は、本発明における明視野条件（明視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図であり、図８は、かかる明視野条件での撮像画像（明視野画像）を示す図である。図７において、ＴＩは被検査体、ＤＦは微小凹凸、ＢＩＬは明視野照明手段からの入射光、ＲＬは正反射光、ＰＤは光電変換センサ（撮像素子）、ＲＬＤは反射光分布である。図７及び図８を参照するに、正反射光ＲＬを撮像する明視野では、被検査体ＴＩ上の微小凹凸ＤＦが存在する位置は暗くなり、微小凹凸ＤＦの存在しない（即ち、平らな）位置は明るくなる。
【００２７】
図９は、本発明における暗視野条件（暗視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図であり、図１０は、かかる暗視野条件での撮像画像（暗視野画像）を示す図である。図９において、ＤＩＬは暗視野照明手段からの入射光である。図９及び図１０を参照するに、散乱光を撮像する暗視野では、被検査体ＴＩ上の微小凹凸ＤＦが存在する位置は明るくなり、微小凹凸ＤＦの存在しない（即ち、平らな）位置は暗くなる。
【００２８】
図８に示す撮像画像及び図１０に示す撮像画像は、同じ視点位置から被検査体ＴＩを撮像した画像であるため、微小凹凸ＤＦによる光量レベルの変化の発生する位置は同一である。従って、図８に示す撮像画像と図１０に示す撮像画像とを差分演算すると、図１１に示すように、被検査体ＴＩ上の微小凹凸ＤＦが存在する位置を強調することができる。これは、被検査体ＴＩの表面に１つの微小凹凸ＤＦが存在する微小凹凸の有無による欠陥（ゴミ、傷など）だけではなく、微小凹凸ＤＦの密度（疎密）が異なる場合、つまり、表面微小凹凸の不均一性による欠陥にも同様に適用することができる。ここで、図１１は、図８に示す撮像画像と図１０に示す撮像画像との差分画像を示す図である。
【００２９】
また、本発明の検査装置は、被検査体の表面、受光光学系のレンズ系の主平面及び光電変換センサの受光面が後述するシャインプルーフの法則を満足するように、受光光学系のレンズ系が構成されている。
【００３０】
被検査体ＴＩに対するカメラの撮影角が鋭角な場合の撮像であっても、シャインプルーフの法則を満足するレンズ系を使用することで、被検査体ＴＩの表面（観察面、即ち、検査面）と撮像素子ＩＬＳの撮像面を共役の関係にすることができる。
【００３１】
図１２は、シャインプルーフの法則を説明するための図である。一般に、撮像レンズ系ＰＵＤの主平面と撮像素子ＩＬＳの撮像面とが平行であれば、被写体ＴＢが斜めになっている場合、被写体ＴＢの全域が撮像レンズ系ＰＵＤを透過して撮像素子ＩＬＳの撮像面上に結像されることはない。被写体ＴＢの全域が撮像レンズ系ＰＵＤを透過して撮像素子ＩＬＳの撮像面上に結像されるには、図１２に示すように撮像素子ＩＬＳの撮像面と被写体ＴＢとの交点ＩＰが、撮像レンズ系ＰＵＤの主平面と交わればよい。これが、シャインプルーフの法則と呼ばれる法則である。
【００３２】
シャインプルーフの法則を満足する光学系を使用することで、被写界深度の浅いカメラでも短い露光時間で被検査体の広範囲の画像撮影が可能となり、撮像回数を低減させることができる。従って、斜めに傾いた被検査体（検査面）を高速に撮影することができる。
【００３３】
また、本発明の検査装置において、明視野照明手段は、５°以上２５°以下の角度で被検査体を照明する。本発明者は、被検査体に対する光の角度が５°以上２５°以下の範囲であれば、被検査体の欠陥を高感度に検出することができることを実験的に見出した。
【００３４】
被検査体に対する光の角度が大きいと、０次の回折光に対するｍ次の回折角の広がりが大きくなる。図１３に示すように、被検査体ＴＩに対する入射光ＩＬの入射角をθ、入射光ＩＬの波長をλ、微小凹凸の周期をＰＤとすると、回折の式は、以下に示す数式１で表される。なお、図１３において、ＤＬは回折光である。ここで、図１３は、被検査体ＴＩに入射する入射光ＩＬの入射角θと回折角θ’との関係を示す図である。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、ｍは回折の次数、θ’は回折角である。
【００３７】
また、数式１から、回折角θ’は、以下に示す数式２で表される。
【００３８】
【数２】
【００３９】
数式２において、ｍ＝１、λ＝０．６３２８μｍ、ＰＤ＝１００μｍとして、入射角θを変化させたときの回折角θ’の広がりを表すグラフを図１４に示す。なお、図１４では、横軸に照明角（９０°−入射角）を、縦軸に１次回折光の回折角と正反射角との角度差を採用している。
【００４０】
図１４を参照するに、照明角が２５°よりも小さい範囲において、正反射光と１次回折光との角度差が急激に増加していることがわかる。換言すれば、照明角を５°以上２５°以下にすることで、回折光を正反射光から分離することができ、検出しやすくなる。
【００４１】
また、本発明の検査装置において、暗視野照明手段は、明視野照明手段（即ち、被検査体に入射する入射光）の入射角度に対して、−２０°以上＋２０°以下の角度差で被検査体を照明する。本発明者は、被検査体を鋭角に照明する明視野照明に対して、−２０°以上＋２０°以下の角度差を設けることで、暗視野状態が実現できると共に、被検査体を鋭角に照明することができ、欠陥を高感度に検出することができることを実験的に見出した。
【００４２】
回折角は、欠陥の周期が大きい場合には小さくなり、欠陥の周期が小さい場合には大きくなる。数式２において、ｍ＝１、λ＝０．６３２８μｍ、θ＝７５°とする。例えば、ＰＤ＝１００μｍの場合、θ’＝７３．７°であり、正反射光との角度差は１．３°である。この場合、１次回折光の方向、高次光も含めて正反射角と小さい角で取るのが好ましい。また、ＰＤ＝１０μｍの場合、θ’＝６４．５°であり、正反射光との角度差は１０．５°である。正反射光との角度差は、１次回折光及び２次回折光共に、２０°以内におさまっている。また、ＰＤ＝５μｍの場合、θ’＝５７．１°であり、正反射光との角度差は１７．９°である。１次回折光は、２０°程度である。
【００４３】
このように、周期が５μｍ乃至１００μｍ程度の欠陥を検出するのであれば、正反射光から±２０°以内の正反射光が到達しない領域で検出することが好ましい。従って、本発明の検査装置は、明視野照明手段の入射角度に対して、暗視野照明手段の入射角度を−２０°以上＋２０°以下の角度差で照明する。
【００４４】
また、本発明の検査装置は、明視野照明手段で被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号と暗視野照明手段で被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号との信号レベルを調整する信号レベル調整部を有する。
【００４５】
光電変換センサの感度が同一の場合、明視野画像の方が暗視野画像よりも明るい。これは、正反射光の絶対光量が、散乱光の絶対光量よりも多いからである。両画像の撮像に同じ光電変換センサを用いる場合、光電変換センサの受光量が飽和することを防止するために、明視野画像に応じて感度を決定しなければならない。従って、暗視野画像が暗くなりすぎて、演算手段で比較演算を行っても欠陥を強調する効果が薄れてしまう可能性がある。そこで、信号レベル調整部は、演算手段における比較演算の効果が発揮されるように、明視野画像の信号レベル及び暗視野画像の信号レベルを調整する。信号レベル調整部は、例えば、明視野画像と暗視野画像の欠陥部位における輝度値の差分演算が最も大きくなるように、信号レベルを調整する。なお、演算手段における比較演算は差分演算に限ったものではなく、例えば、除算、非線形演算などを用いることもできる。
【００４６】
また、本発明の検査装置は、明視野照明手段及び暗視野照明手段による被検査体の照明又は非照明を各々独立して切り換えることができる。これにより、時分割で明視野画像と暗視野画像を撮像することができる。
【００４７】
また、本発明の検査装置は、同期信号出力部を有する。同期信号出力部は、明視野照明と暗視野照明との切り換え（即ち、明視野照明手段及び暗視野照明手段による被検査体の照明又は非照明）の信号を出力する。これにより、明視野画像と暗視野画像の撮像を時分割することができる。
【００４８】
また、本発明の検査装置において、明視野照明手段と暗視野照明手段とは、異なる波長の光で被検査体を照明し、受光光学系は、明視野照明手段からの光の波長と暗視野照明手段からの光の波長とを分離する波長分離手段を有する。
【００４９】
明視野照明と暗視野照明に異なる波長の光を用いると共に、光電変換センサよりも前段に波長分離手段を配置すれば、明視野画像と暗視野画像を同時に撮像することができる。これにより、高解像度な画像を高速に撮像することができる。
【００５０】
また、本発明の検査装置において、明視野照明手段と暗視野照明手段とは、異なる偏光の光で被検査体を照明し、受光光学系は、明視野照明手段からの光の偏光と暗視野照明手段からの光の偏光とを分離する偏光分離手段を有する。
【００５１】
明視野照明と暗視野照明に異なる偏光の光を用いると共に、光電変換センサよりも前段に偏光分離手段を配置すれば、明視野画像と暗視野画像を同時に撮像することができる。これにより、高解像度な画像を高速に撮像することができる。
【００５２】
また、本発明の検査装置は、演算手段で得られる比較信号に基づいて、被検査体の表面の欠陥の有無又は密度を判定する判定手段を有する。欠陥の判定処理には、例えば、エッジ抽出処理や微分処理などの手法を用いる。
【００５３】
以下、本発明の検出装置の構成及び動作について具体的に説明する。
【実施例１】
【００５４】
図１は、本発明の第１の実施例の検査装置１の構成を示す概略ブロック図である。検査装置１は、被検査体ＴＩの被検査面（表面）ＴＩＳの欠陥を検出する。
検査装置１は、明視野照明光源（明視野照明手段）１０と、暗視野照明光源（暗視野照明手段）２０と、あおりレンズ系３０と、画像センサ（光電変換センサ）４０と、同期信号出力部５０とを有する。更に、検査装置１は、暗視野画像レベル調整部６２と、明視野画像レベル調整部６４と、画像差分演算部７０と、欠陥判定部８０とを有する。
【００５５】
まず、同期信号出力部５０からの出力信号による明視野照明光源１０、暗視野照明光源２０及び画像センサ４０の動作の一例を図２に示す。図２を参照するに、同期信号出力部５０から一定周波数で正負のトリガー信号が出力される。正のトリガー信号が出力される時間Ｔ１では、明視野照明光源１０が点灯し、暗視野照明光源２０は消灯すると共に、画像センサ４０によって明視野画像が撮像される。負のトリガー信号が出力される時間Ｔ２では、明視野照明光源１０は消灯し、暗視野照明光源２０が点灯すると共に、画像センサ４０によって暗視野画像が撮像される。
【００５６】
このように、実施例１では、明視野照明光源１０と暗視野照明光源２０を時分割で切り換えることで、明視野画像と暗視野画像を取得する。
【００５７】
なお、明視野照明光源１０及び暗視野照明光源２０は、例えば、蛍光灯、ＬＥＤ、ハロゲンランプなどを使用し、好ましくは、蛍光灯を使用する。
【００５８】
次に、検査装置１による被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作について説明する。
【００５９】
明視野照明光源１０からの光は、鋭角な照明角θｉ１で被検査面ＴＩＳに照射される。ここで、鋭角な照明角θｉ１とは、０°以上４５°以下である。被検査面ＴＩＳからの拡散反射光は、被検査面ＴＩＳに対して受光角θｒで配置されたあおりレンズ３０を介して、画像センサ４０の受光面に結像する。これにより、明視野画像が取得される。取得された明視野画像は、明視野画像レベル調整部６４に出力される。
【００６０】
一方、暗視野照明光源２０からの光は、入射角θｉ２で被検査面ＴＩＳに照射される。被検査面ＴＩＳからの拡散反射光は、あおりレンズ３０を介して、画像センサ４０の受光面に結像する。これにより、暗視野画像が取得される。取得された暗視野画像は、暗視野画像レベル調整部６２に出力される。
【００６１】
明視野画像レベル調整部６４及び暗視野画像レベル調整部６２は、明視野画像及び暗視野画像の信号レベルを調整し、画像差分演算部７０に出力する。
【００６２】
画像差分演算部７０は、周期が同一の明視野画像と暗視野画像との差分を演算する。明視野画像と暗視野画像では、欠陥での明暗が逆転する。従って、画像差分演算部７０で演算された差分画像は、欠陥が強調されている。
【００６３】
欠陥判定部８０は、画像差分演算部７０で演算された差分画像に基づいて、被検査面ＴＩＳに欠陥の有無又は／及び密度を検出する。欠陥判定部８０は、例えば、エッジ抽出処理や微分処理などの欠陥判定処理によって、欠陥を検出する。
【実施例２】
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施例の検査装置１Ａの構成を示す概略ブロック図である。
【００６５】
検査装置１Ａは、波長λ１の光で被検査面ＴＩＳを照明する光源を明視野照明光源１０に使用し、波長λ１とは異なる波長λ２の光で被検査面ＴＩＳを照明する光源を暗視野照明光源２０に使用して、被検査面ＴＩＳを同時に照明する。また、検査装置１Ａは、あおりレンズ３０と画像センサ４０との間に、波長λ１の光と波長λ２の光とを分離するカラーフィルタ９２を有する。
【００６６】
カラーフィルタ９２と画像センサ４０には、一般的なカラー撮像素子を用いることができる。原色カラーフィルタは、一般的に、図４に示すように、ＲＧＢ（Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青）という構成を有する。例えば、明視野照明光源１０に波長７００ｎｍ程度の赤色光源を、暗視野照明光源２０に波長５５０ｎｍ程度の緑色光源を用いる。この場合、カラー撮像素子からのＲの出力信号が明視野画像に対応し、カラー撮像素子からのＧの出力信号が暗視野画像に対応する。但し、原色カラーフィルタは、Ｒの信号、又は、Ｂの信号を使用する場合には解像点数は１／４に、Ｇの信号を使用する場合には解像点数が１／２に低下する。また、波長λ１と波長λ２との波長差Δλが大きくなるため、散乱光成分と反射光成分の波長依存性が高い場合には、原色カラーフィルタを用いることができない。ここで、図４は、カラーフィルタ９２及び画像センサ４０として用いる原色カラーフィルタの構成を示す概略平面図である。
【００６７】
検査装置１Ａによる被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００６８】
図５は、本発明の第３の実施例の検査装置１Ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【００６９】
実施例２の検査装置１Ａは、カラーフィルタ９２によって、明視野照明光源１０からの光と暗視野光源２０からの光とを分離した。実施例３の検査装置１Ｂは、波長分離ミラー９４によって、明視野照明１０からの波長λ１の光と暗視野照明２０からの波長λ２の光とを分離し、２つの画像センサ４０を用いて明視野画像と暗視野画像とを同時に撮像する。
【００７０】
波長分離ミラー９４は、明視野照明１０からの波長λ１の光を透過し、暗視野照明２０からの波長λ２の光を反射する機能を有する。これにより、波長分離ミラー９４は、波長λ１の光と波長λ２の光とを分離することができる。
【００７１】
検査装置１Ｂは、２つの画像センサ４０を必要とするため、構造が複雑になるが、色分離による解像点数の低下（実施例１）を防止することができる。また、波長分離ミラー９４が分離する波長差Δλを小さくすれば、散乱光成分と反射光成分の波長依存性が高い場合にも、その影響を最小限に抑えることができる。
【００７２】
検査装置１Ｂによる被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作は、実施例１と同様である。
【実施例４】
【００７３】
図６は、本発明の第４の実施例の検査装置１Ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【００７４】
実施例２及び３の検査装置１Ａ及び１Ｃでは、明視野照明光源１０と暗視野照明光源２０に異なる波長の光源を使用し、明視野画像と暗視野画像とを同時に撮像した。実施例４の検査装置１Ｃは、明視野照明光源１０と暗視野照明光源２０に異なる偏光状態の光源を使用し、偏光分離ミラー９６によって、明視野照明１０からの光（ｐ偏光）と暗視野照明２０からの光（ｓ偏光）とを分離する。そして、検査装置１Ｃは、２つの画像センサ４０を用いて明視野画像と暗視野画像とを同時に撮像する。
【００７５】
図６は、明視野照明光源１０にｐ偏光の光を照射する光源を、暗視野照明光源２０にｓ偏光の光を照射する光源を用いた例を示している。偏光分離ミラー９６は、ｓ偏光の光を反射し、ｐ偏光の光を透過する機能を有する。これにより、偏光分離ミラー９６は、ｓ偏光の光とｐ偏光の光とを分離することができる。
【００７６】
検査装置１Ｃは、検査装置１Ｂと同様に、２つの画像センサ４０を必要とするため、構造が複雑化するが、解像点数の低下（実施例１）を防止することができる。但し、被検査体ＴＩの表面ＴＩＳで偏光状態が大きく変化する場合には、実施例３を適用することができない。
【００７７】
検査装置１Ｃによる被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作は、実施例１と同様である。
【００７８】
このように、本発明の検査装置は、鋭角に被検査体を照明する明視野照明手段及び暗視野照明手段を用いて撮影した明視野画像及び暗視野画像を差分演算することにより、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる。また、シャインプルーフの法則を満足する光学系を使用することによって、斜めに傾いた広範囲の被検査体を高速に撮像できる検査装置を実現することができる。
【００７９】
また、明視野照明手段と暗視野照明手段に異なる波長の光、又は、異なる偏光の光の光源を用いることで、明視野画像と暗視野画像を同時に撮像することができ、更なる高速化を実現することができる。
【００８０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び偏光が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す検査装置の同期信号出力部からの同期信号による明視野照明、暗視野照明及び画像センサの動作の一例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタ及び画像センサとして用いる原色カラーフィルタの構成を示す概略平面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】本発明における明視野条件（明視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図である。
【図８】図７に示す明視野条件での撮像画像を示す図である。
【図９】本発明における暗視野条件（暗視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図である。
【図１０】図９に示す暗視野条件での撮像画像を示す図である。
【図１１】図８に示す撮像画像と図１０に示す撮像画像との差分画像を示す図である。
【図１２】シャインプルーフの法則を説明するための図である。
【図１３】被検査体に入射する入射光の入射角と回折角との関係を示す図である。
【図１４】被検査体に入射する入射光の入射角を変化させた場合における１次回折光と正反射光との角度差を示すグラフである。
【図１５】被検査体の表面が平らである場合の反射光分布を示す図である。
【図１６】被検査体の表面に一つの微小凹凸が存在する場合の反射光分布を示す図である。
【図１７】被検査体の表面の微小凹凸の密度が疎である場合の反射光分布を示す図である。
【図１８】被検査体の表面の微小凹凸の密度が密である場合の反射光分布を示す図である。
【図１９】視野位置の異なる２つのセンサを用いて明視野画像及び暗視野画像を取得する検出装置（撮像系）の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 検査装置
１０ 明視野照明光源
２０ 暗視野照明光源
３０ あおりレンズ系
４０ 画像センサ
５０ 同期信号出力部
６２ 暗視野画像レベル調整部
６４ 明視野画像レベル調整部
７０ 画像差分演算部
８０ 欠陥判定部
１Ａ 検査装置
９２ カラーフィルタ
１Ｂ 検査装置
９４ 波長分離ミラー
１Ｃ 検査装置
９６ 偏光分離ミラー
ＴＩ 被検査体
ＴＩＳ 被検査面（表面）
ＤＦ 微小凹凸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、検査装置に係り、特に、被検査体の表面の欠陥の有無又は表面状態の不均一性による欠陥を検査する検査装置に関する。本発明は、例えば、コート紙、アート紙、キャスト紙等の平面状の被検査体の表面欠陥、又は、複写機、レーザープリンタ等の画像出力装置で使用される電子写真用感光体ドラム、定着装置の定着ローラ等の円筒状の被検査体の表面欠陥の検出に好適である。
【背景技術】
【０００２】
被検査体の表面に一様な投射光を照射し、かかる投射光の正反射光及び拡散反射光からなる反射光分布（又はその画像）に基づいて、被検査体の表面欠陥を検査（検出）する検査装置が従来から知られている。
【０００３】
初めに、従来の検査装置によるゴミや傷などの欠陥の検出原理について説明する。ゴミや傷などの欠陥の場合、被検査体の平らな表面上の微小凹凸の有無を検出することにより欠陥があるか否かの判別が可能となる。図１５は、被検査体ＴＩの表面が平らである場合の反射光分布ＲＬＤを示す図であり、図１６は、被検査体ＴＩの表面に一つの微小凹凸ＤＦが存在する場合の反射光分布ＲＬＤを示す図である。なお、図１５及び図１６において、ＩＬは入射光、ＲＬは正反射光である。
【０００４】
図１５を参照するに、被検査体ＴＩの表面が平らである場合、正反射光ＲＬが大半を占めるため、反射光分布ＲＬＤは正反射方向に鋭いピークを示す。一方、図１６を参照するに、被検査体ＴＩの表面に微小凹凸が存在する場合、散乱光成分が増加するため、反射光分布ＲＬＤは正反射方向のピークが鈍った形状となる。
【０００５】
このような正反射光成分及び散乱光成分の変化を、光電変換センサを用いて光量の違いとして検出することで、被検査体の表面の微小凹凸による欠陥を検出することができる。なお、正反射光成分を受光する位置に配置されたセンサで検出した画像を明視野画像、散乱光成分を受光する位置に配置されたセンサで検出した画像を暗視野画像という。
【０００６】
次に、従来の検査装置による表面状態の不均一性による欠陥の検出原理について説明する。この種の被検査体では、被検査体の表面に微小凹凸を均一に分布させることで、特定の機能を持たせている。ただし、製造時の変動により微小凹凸の分布が不均一になることもある。微小凹凸の分布が不均一になると、被検査体の機能にも不均一が生じ、この不均一の程度が大きくなると機能上の欠陥とみなされる。このような欠陥を検査する検査装置では、微小凹凸の粗密の状態を検出する必要がある。入射光に広がりを持たせると微小凹凸の粗密に応じて反射光分布は変化する。図１７は、微小凹凸ＤＦの密度が疎である場合の反射光分布ＲＬＤを示す図であり、図１８は、微小凹凸ＤＦの密度が密である場合の反射光分布ＲＬＤを示す図である。微小凹凸ＤＦを密度で考える場合、反射光分布ＲＬＤは、一つ一つの微小凹凸ＤＦで生じる反射光分布を足し合わせたものに相当する。従って、図１７及び図１８に示すように、微小凹凸ＤＦの密度が疎である場合は、微小凹凸ＤＦの密度が密である場合と比べて正反射光成分が多く、散乱光成分が少ないことがわかる。
【０００７】
つまり、被検査体の表面状態の不均一性による欠陥も、正反射光成分及び散乱光成分の光量の違いとして検出することができる。
【０００８】
また、一般に、鋭角な角度で被検査面を照明した方が、明視野画像及び暗視野画像共に、光量の変化分を強調して検出できることが知られている。これは、鋭角な角度で照明した方が微小凹凸のピッチによる違いをより反映しやすいからである。
【０００９】
これらの技術に関しては、従来から幾つか提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２７９３６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の検査装置は、円筒状の被検査体をライン型照明で照明すると共に、被検査体を副走査しながら正反射方向に配置されたラインセンサで２次元画像を撮像し、撮像した２次元画像に画像処理を施して欠陥を検出する。かかる検査装置は、ラインセンサとは別のエリアセンサを用いて正反射方向を検出し、ラインセンサを最適な位置に維持することができるため、表面の濃度変化に加えて、微小凹凸や緩やかな凹凸などの欠陥も同時に検出することができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１の検査装置は、明視野画像のみを用いて欠陥を検出しているため、欠陥を高感度に検出しにくいという問題を有する。
【００１２】
そこで、明視野画像及び暗視野画像の両方を撮像し、欠陥を検出する検査装置も提案されている。特許文献２は、半導体チップに対して垂直に光を入射して垂直位置に配置された撮像素子で明視野画像を撮像する共に、鋭角に光を入射して鋭角位置に配置された撮像素子で暗視野画像を撮像し、半導体チップの表面の異常を検出する検査装置を開示している。
【００１３】
しかしながら、特許文献２の検査装置は、暗視野画像では光を鋭角に入射しているため、欠陥を高感度に検出することができるが、明視野画像では光を垂直に入射しているため、欠陥を高精度に検出しにくいという問題を有する。
【００１４】
被検査体に対して鋭角に光を入射し、かかる光を射出する照明手段と対称な位置に配置した明視野画像用センサとそれとは異なる位置に配置した暗視野画像用センサとを用いて撮像すれば、明視野画像及び暗視野画像共に高感度な検出をすることができる。このような検査装置（撮像系）の一例を図１９に示す。図１９において、Ｓ１は明視野画像用センサ、Ｓ２は暗視野画像用センサ、ＬＳは照明手段である。
【００１５】
しかしながら、図１９に示す検査装置は、画像の視点位置が異なるため、明視野画像と暗視野画像との間で欠陥位置の対応がとれないという問題を有する。かかる問題は、明視野用照明手段及び暗視野用照明手段の２つの照明手段を用いて１つのセンサで撮像することで回避することができるが、２つの照明手段の最適な配置を考える必要がある。
【００１６】
更に、図１９に示す検査装置は、明視野画像用センサがローアングルで画像を撮像するため、焦点面が検査面に対して斜めになり、合焦範囲が狭くなるという問題も有する。かかる問題は、レンズのフォーカス位置をずらしながら複数回撮像することで回避することができるが、撮像に時間がかかり、検査時間が長くなってしまう。また、レンズの絞りを絞り、焦点深度を深くすることで合焦範囲は拡大するが、十分な光量を得るために照明時間を長くする必要があり、同様に、検査時間が長くなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明は、長時間を要することなく、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる検査装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検査装置は、被検査体の表面の欠陥を検出する検査装置であって、前記被検査体の表面を第１の角度で照明する明視野照明手段と、前記被検査体の表面を前記第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段と、前記明視野照明手段の正反射角方向に配置され、前記被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系と、前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との差分を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、長時間を要することなく、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
本発明の検査装置は、被検査体を第１の角度（鋭角）で照明する明視野照明手段と、被検査体の表面を第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段とを有する。また、本発明の検査装置は、明視野照明手段の正反射角方向に配置され、被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系を有する。更に、本発明の検査手段は、明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号と暗視野照明手段で被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号とを比較演算する演算手段とを有する。
【００２３】
本発明の検査装置は、被検査体を鋭角に照明する明視野照明手段と、かかる鋭角に対して小さな角度差の角度で被検査体を照明する暗視野照明手段の２つの照明手段を用いることで、同じ視点位置から明視野画像と暗視野画像を撮像することができる。換言すれば、明視野照明手段及び暗視野照明手段の両手段ともに、被検査体に対して鋭角に光を入射させているため、両方の画像（即ち、明視野画像及び暗視野画像）で欠陥を高感度に検出することができる。
【００２４】
また、被検査体への入射角度がブリュースター角を越えると、ｐ偏光及びｓ偏光共に、正反射光量及び散乱光量が増加するため、ノイズの影響にも強くなり、信頼性の高い検査結果を得ることができる。
【００２５】
更に、同じ視点位置で明視野画像及び暗視野画像を撮像しているため、画像上での欠陥位置は同一であり、単純な差分演算によって欠陥を強調することで、より高感度な検出が可能となる。また、明視野照明と暗視野照明の角度差を小さくすることで、照明領域の違いによる影響を小さくすることができる。なお、特許文献２の検査装置は、明視野照明と暗視野照明との角度差が大きいため、照明領域の違いによる影響が大きい。従って、明視野画像と暗視野画像との差分、即ち、明視野照明の角度と暗視野照明の角度との角度差は小さい方が有利である。
【００２６】
図７は、本発明における明視野条件（明視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図であり、図８は、かかる明視野条件での撮像画像（明視野画像）を示す図である。図７において、ＴＩは被検査体、ＤＦは微小凹凸、ＢＩＬは明視野照明手段からの入射光、ＲＬは正反射光、ＰＤは光電変換センサ（撮像素子）、ＲＬＤは反射光分布である。図７及び図８を参照するに、正反射光ＲＬを撮像する明視野では、被検査体ＴＩ上の微小凹凸ＤＦが存在する位置は暗くなり、微小凹凸ＤＦの存在しない（即ち、平らな）位置は明るくなる。
【００２７】
図９は、本発明における暗視野条件（暗視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図であり、図１０は、かかる暗視野条件での撮像画像（暗視野画像）を示す図である。図９において、ＤＩＬは暗視野照明手段からの入射光である。図９及び図１０を参照するに、散乱光を撮像する暗視野では、被検査体ＴＩ上の微小凹凸ＤＦが存在する位置は明るくなり、微小凹凸ＤＦの存在しない（即ち、平らな）位置は暗くなる。
【００２８】
図８に示す撮像画像及び図１０に示す撮像画像は、同じ視点位置から被検査体ＴＩを撮像した画像であるため、微小凹凸ＤＦによる光量レベルの変化の発生する位置は同一である。従って、図８に示す撮像画像と図１０に示す撮像画像とを差分演算すると、図１１に示すように、被検査体ＴＩ上の微小凹凸ＤＦが存在する位置を強調することができる。これは、被検査体ＴＩの表面に１つの微小凹凸ＤＦが存在する微小凹凸の有無による欠陥（ゴミ、傷など）だけではなく、微小凹凸ＤＦの密度（疎密）が異なる場合、つまり、表面微小凹凸の不均一性による欠陥にも同様に適用することができる。ここで、図１１は、図８に示す撮像画像と図１０に示す撮像画像との差分画像を示す図である。
【００２９】
また、本発明の検査装置は、被検査体の表面、受光光学系のレンズ系の主平面及び光電変換センサの受光面が後述するシャインプルーフの法則を満足するように、受光光学系のレンズ系が構成されている。
【００３０】
被検査体ＴＩに対するカメラの撮影角が鋭角な場合の撮像であっても、シャインプルーフの法則を満足するレンズ系を使用することで、被検査体ＴＩの表面（観察面、即ち、検査面）と撮像素子ＩＬＳの撮像面を共役の関係にすることができる。
【００３１】
図１２は、シャインプルーフの法則を説明するための図である。一般に、撮像レンズ系ＰＵＤの主平面と撮像素子ＩＬＳの撮像面とが平行であれば、被写体ＴＢが斜めになっている場合、被写体ＴＢの全域が撮像レンズ系ＰＵＤを透過して撮像素子ＩＬＳの撮像面上に結像されることはない。被写体ＴＢの全域が撮像レンズ系ＰＵＤを透過して撮像素子ＩＬＳの撮像面上に結像されるには、図１２に示すように撮像素子ＩＬＳの撮像面と被写体ＴＢとの交点ＩＰが、撮像レンズ系ＰＵＤの主平面と交わればよい。これが、シャインプルーフの法則と呼ばれる法則である。
【００３２】
シャインプルーフの法則を満足する光学系を使用することで、被写界深度の浅いカメラでも短い露光時間で被検査体の広範囲の画像撮影が可能となり、撮像回数を低減させることができる。従って、斜めに傾いた被検査体（検査面）を高速に撮影することができる。
【００３３】
また、本発明の検査装置において、明視野照明手段は、５°以上２５°以下の角度で被検査体を照明する。本発明者は、被検査体に対する光の角度が５°以上２５°以下の範囲であれば、被検査体の欠陥を高感度に検出することができることを実験的に見出した。
【００３４】
被検査体に対する光の角度が大きいと、０次の回折光に対するｍ次の回折角の広がりが大きくなる。図１３に示すように、被検査体ＴＩに対する入射光ＩＬの入射角をθ、入射光ＩＬの波長をλ、微小凹凸の周期をＰＤとすると、回折の式は、以下に示す数式１で表される。なお、図１３において、ＤＬは回折光である。ここで、図１３は、被検査体ＴＩに入射する入射光ＩＬの入射角θと回折角θ’との関係を示す図である。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、ｍは回折の次数、θ’は回折角である。
【００３７】
また、数式１から、回折角θ’は、以下に示す数式２で表される。
【００３８】
【数２】
【００３９】
数式２において、ｍ＝１、λ＝０．６３２８μｍ、ＰＤ＝１００μｍとして、入射角θを変化させたときの回折角θ’の広がりを表すグラフを図１４に示す。なお、図１４では、横軸に照明角（９０°−入射角）を、縦軸に１次回折光の回折角と正反射角との角度差を採用している。
【００４０】
図１４を参照するに、照明角が２５°よりも小さい範囲において、正反射光と１次回折光との角度差が急激に増加していることがわかる。換言すれば、照明角を５°以上２５°以下にすることで、回折光を正反射光から分離することができ、検出しやすくなる。
【００４１】
また、本発明の検査装置において、暗視野照明手段は、明視野照明手段（即ち、被検査体に入射する入射光）の入射角度に対して、−２０°以上＋２０°以下の角度差で被検査体を照明する。本発明者は、被検査体を鋭角に照明する明視野照明に対して、−２０°以上＋２０°以下の角度差を設けることで、暗視野状態が実現できると共に、被検査体を鋭角に照明することができ、欠陥を高感度に検出することができることを実験的に見出した。
【００４２】
回折角は、欠陥の周期が大きい場合には小さくなり、欠陥の周期が小さい場合には大きくなる。数式２において、ｍ＝１、λ＝０．６３２８μｍ、θ＝７５°とする。例えば、ＰＤ＝１００μｍの場合、θ’＝７３．７°であり、正反射光との角度差は１．３°である。この場合、１次回折光の方向、高次光も含めて正反射角と小さい角で取るのが好ましい。また、ＰＤ＝１０μｍの場合、θ’＝６４．５°であり、正反射光との角度差は１０．５°である。正反射光との角度差は、１次回折光及び２次回折光共に、２０°以内におさまっている。また、ＰＤ＝５μｍの場合、θ’＝５７．１°であり、正反射光との角度差は１７．９°である。１次回折光は、２０°程度である。
【００４３】
このように、周期が５μｍ乃至１００μｍ程度の欠陥を検出するのであれば、正反射光から±２０°以内の正反射光が到達しない領域で検出することが好ましい。従って、本発明の検査装置は、明視野照明手段の入射角度に対して、暗視野照明手段の入射角度を−２０°以上＋２０°以下の角度差で照明する。
【００４４】
また、本発明の検査装置は、明視野照明手段で被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号と暗視野照明手段で被検査体を照明した際の光電変換センサの出力信号との信号レベルを調整する信号レベル調整部を有する。
【００４５】
光電変換センサの感度が同一の場合、明視野画像の方が暗視野画像よりも明るい。これは、正反射光の絶対光量が、散乱光の絶対光量よりも多いからである。両画像の撮像に同じ光電変換センサを用いる場合、光電変換センサの受光量が飽和することを防止するために、明視野画像に応じて感度を決定しなければならない。従って、暗視野画像が暗くなりすぎて、演算手段で比較演算を行っても欠陥を強調する効果が薄れてしまう可能性がある。そこで、信号レベル調整部は、演算手段における比較演算の効果が発揮されるように、明視野画像の信号レベル及び暗視野画像の信号レベルを調整する。信号レベル調整部は、例えば、明視野画像と暗視野画像の欠陥部位における輝度値の差分演算が最も大きくなるように、信号レベルを調整する。なお、演算手段における比較演算は差分演算に限ったものではなく、例えば、除算、非線形演算などを用いることもできる。
【００４６】
また、本発明の検査装置は、明視野照明手段及び暗視野照明手段による被検査体の照明又は非照明を各々独立して切り換えることができる。これにより、時分割で明視野画像と暗視野画像を撮像することができる。
【００４７】
また、本発明の検査装置は、同期信号出力部を有する。同期信号出力部は、明視野照明と暗視野照明との切り換え（即ち、明視野照明手段及び暗視野照明手段による被検査体の照明又は非照明）の信号を出力する。これにより、明視野画像と暗視野画像の撮像を時分割することができる。
【００４８】
また、本発明の検査装置において、明視野照明手段と暗視野照明手段とは、異なる波長の光で被検査体を照明し、受光光学系は、明視野照明手段からの光の波長と暗視野照明手段からの光の波長とを分離する波長分離手段を有する。
【００４９】
明視野照明と暗視野照明に異なる波長の光を用いると共に、光電変換センサよりも前段に波長分離手段を配置すれば、明視野画像と暗視野画像を同時に撮像することができる。これにより、高解像度な画像を高速に撮像することができる。
【００５０】
また、本発明の検査装置において、明視野照明手段と暗視野照明手段とは、異なる偏光の光で被検査体を照明し、受光光学系は、明視野照明手段からの光の偏光と暗視野照明手段からの光の偏光とを分離する偏光分離手段を有する。
【００５１】
明視野照明と暗視野照明に異なる偏光の光を用いると共に、光電変換センサよりも前段に偏光分離手段を配置すれば、明視野画像と暗視野画像を同時に撮像することができる。これにより、高解像度な画像を高速に撮像することができる。
【００５２】
また、本発明の検査装置は、演算手段で得られる比較信号に基づいて、被検査体の表面の欠陥の有無又は密度を判定する判定手段を有する。欠陥の判定処理には、例えば、エッジ抽出処理や微分処理などの手法を用いる。
【００５３】
以下、本発明の検出装置の構成及び動作について具体的に説明する。
【実施例１】
【００５４】
図１は、本発明の第１の実施例の検査装置１の構成を示す概略ブロック図である。検査装置１は、被検査体ＴＩの被検査面（表面）ＴＩＳの欠陥を検出する。
検査装置１は、明視野照明光源（明視野照明手段）１０と、暗視野照明光源（暗視野照明手段）２０と、あおりレンズ系３０と、画像センサ（光電変換センサ）４０と、同期信号出力部５０とを有する。更に、検査装置１は、暗視野画像レベル調整部６２と、明視野画像レベル調整部６４と、画像差分演算部７０と、欠陥判定部８０とを有する。
【００５５】
まず、同期信号出力部５０からの出力信号による明視野照明光源１０、暗視野照明光源２０及び画像センサ４０の動作の一例を図２に示す。図２を参照するに、同期信号出力部５０から一定周波数で正負のトリガー信号が出力される。正のトリガー信号が出力される時間Ｔ１では、明視野照明光源１０が点灯し、暗視野照明光源２０は消灯すると共に、画像センサ４０によって明視野画像が撮像される。負のトリガー信号が出力される時間Ｔ２では、明視野照明光源１０は消灯し、暗視野照明光源２０が点灯すると共に、画像センサ４０によって暗視野画像が撮像される。
【００５６】
このように、実施例１では、明視野照明光源１０と暗視野照明光源２０を時分割で切り換えることで、明視野画像と暗視野画像を取得する。
【００５７】
なお、明視野照明光源１０及び暗視野照明光源２０は、例えば、蛍光灯、ＬＥＤ、ハロゲンランプなどを使用し、好ましくは、蛍光灯を使用する。
【００５８】
次に、検査装置１による被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作について説明する。
【００５９】
明視野照明光源１０からの光は、鋭角な照明角θｉ１で被検査面ＴＩＳに照射される。ここで、鋭角な照明角θｉ１とは、０°以上４５°以下である。被検査面ＴＩＳからの拡散反射光は、被検査面ＴＩＳに対して受光角θｒで配置されたあおりレンズ３０を介して、画像センサ４０の受光面に結像する。これにより、明視野画像が取得される。取得された明視野画像は、明視野画像レベル調整部６４に出力される。
【００６０】
一方、暗視野照明光源２０からの光は、入射角θｉ２で被検査面ＴＩＳに照射される。被検査面ＴＩＳからの拡散反射光は、あおりレンズ３０を介して、画像センサ４０の受光面に結像する。これにより、暗視野画像が取得される。取得された暗視野画像は、暗視野画像レベル調整部６２に出力される。
【００６１】
明視野画像レベル調整部６４及び暗視野画像レベル調整部６２は、明視野画像及び暗視野画像の信号レベルを調整し、画像差分演算部７０に出力する。
【００６２】
画像差分演算部７０は、周期が同一の明視野画像と暗視野画像との差分を演算する。明視野画像と暗視野画像では、欠陥での明暗が逆転する。従って、画像差分演算部７０で演算された差分画像は、欠陥が強調されている。
【００６３】
欠陥判定部８０は、画像差分演算部７０で演算された差分画像に基づいて、被検査面ＴＩＳに欠陥の有無又は／及び密度を検出する。欠陥判定部８０は、例えば、エッジ抽出処理や微分処理などの欠陥判定処理によって、欠陥を検出する。
【実施例２】
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施例の検査装置１Ａの構成を示す概略ブロック図である。
【００６５】
検査装置１Ａは、波長λ１の光で被検査面ＴＩＳを照明する光源を明視野照明光源１０に使用し、波長λ１とは異なる波長λ２の光で被検査面ＴＩＳを照明する光源を暗視野照明光源２０に使用して、被検査面ＴＩＳを同時に照明する。また、検査装置１Ａは、あおりレンズ３０と画像センサ４０との間に、波長λ１の光と波長λ２の光とを分離するカラーフィルタ９２を有する。
【００６６】
カラーフィルタ９２と画像センサ４０には、一般的なカラー撮像素子を用いることができる。原色カラーフィルタは、一般的に、図４に示すように、ＲＧＢ（Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青）という構成を有する。例えば、明視野照明光源１０に波長７００ｎｍ程度の赤色光源を、暗視野照明光源２０に波長５５０ｎｍ程度の緑色光源を用いる。この場合、カラー撮像素子からのＲの出力信号が明視野画像に対応し、カラー撮像素子からのＧの出力信号が暗視野画像に対応する。但し、原色カラーフィルタは、Ｒの信号、又は、Ｂの信号を使用する場合には解像点数は１／４に、Ｇの信号を使用する場合には解像点数が１／２に低下する。また、波長λ１と波長λ２との波長差Δλが大きくなるため、散乱光成分と反射光成分の波長依存性が高い場合には、原色カラーフィルタを用いることができない。ここで、図４は、カラーフィルタ９２及び画像センサ４０として用いる原色カラーフィルタの構成を示す概略平面図である。
【００６７】
検査装置１Ａによる被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００６８】
図５は、本発明の第３の実施例の検査装置１Ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【００６９】
実施例２の検査装置１Ａは、カラーフィルタ９２によって、明視野照明光源１０からの光と暗視野光源２０からの光とを分離した。実施例３の検査装置１Ｂは、波長分離ミラー９４によって、明視野照明１０からの波長λ１の光と暗視野照明２０からの波長λ２の光とを分離し、２つの画像センサ４０を用いて明視野画像と暗視野画像とを同時に撮像する。
【００７０】
波長分離ミラー９４は、明視野照明１０からの波長λ１の光を透過し、暗視野照明２０からの波長λ２の光を反射する機能を有する。これにより、波長分離ミラー９４は、波長λ１の光と波長λ２の光とを分離することができる。
【００７１】
検査装置１Ｂは、２つの画像センサ４０を必要とするため、構造が複雑になるが、色分離による解像点数の低下（実施例１）を防止することができる。また、波長分離ミラー９４が分離する波長差Δλを小さくすれば、散乱光成分と反射光成分の波長依存性が高い場合にも、その影響を最小限に抑えることができる。
【００７２】
検査装置１Ｂによる被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作は、実施例１と同様である。
【実施例４】
【００７３】
図６は、本発明の第４の実施例の検査装置１Ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【００７４】
実施例２及び３の検査装置１Ａ及び１Ｃでは、明視野照明光源１０と暗視野照明光源２０に異なる波長の光源を使用し、明視野画像と暗視野画像とを同時に撮像した。実施例４の検査装置１Ｃは、明視野照明光源１０と暗視野照明光源２０に異なる偏光状態の光源を使用し、偏光分離ミラー９６によって、明視野照明１０からの光（ｐ偏光）と暗視野照明２０からの光（ｓ偏光）とを分離する。そして、検査装置１Ｃは、２つの画像センサ４０を用いて明視野画像と暗視野画像とを同時に撮像する。
【００７５】
図６は、明視野照明光源１０にｐ偏光の光を照射する光源を、暗視野照明光源２０にｓ偏光の光を照射する光源を用いた例を示している。偏光分離ミラー９６は、ｓ偏光の光を反射し、ｐ偏光の光を透過する機能を有する。これにより、偏光分離ミラー９６は、ｓ偏光の光とｐ偏光の光とを分離することができる。
【００７６】
検査装置１Ｃは、検査装置１Ｂと同様に、２つの画像センサ４０を必要とするため、構造が複雑化するが、解像点数の低下（実施例１）を防止することができる。但し、被検査体ＴＩの表面ＴＩＳで偏光状態が大きく変化する場合には、実施例３を適用することができない。
【００７７】
検査装置１Ｃによる被検査面ＴＩＳの欠陥の検出動作は、実施例１と同様である。
【００７８】
このように、本発明の検査装置は、鋭角に被検査体を照明する明視野照明手段及び暗視野照明手段を用いて撮影した明視野画像及び暗視野画像を差分演算することにより、被検査体の欠陥を高感度に検出することができる。また、シャインプルーフの法則を満足する光学系を使用することによって、斜めに傾いた広範囲の被検査体を高速に撮像できる検査装置を実現することができる。
【００７９】
また、明視野照明手段と暗視野照明手段に異なる波長の光、又は、異なる偏光の光の光源を用いることで、明視野画像と暗視野画像を同時に撮像することができ、更なる高速化を実現することができる。
【００８０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び偏光が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す検査装置の同期信号出力部からの同期信号による明視野照明、暗視野照明及び画像センサの動作の一例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタ及び画像センサとして用いる原色カラーフィルタの構成を示す概略平面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例の検査装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】本発明における明視野条件（明視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図である。
【図８】図７に示す明視野条件での撮像画像を示す図である。
【図９】本発明における暗視野条件（暗視野照明手段の照明）での反射光分布を示す図である。
【図１０】図９に示す暗視野条件での撮像画像を示す図である。
【図１１】図８に示す撮像画像と図１０に示す撮像画像との差分画像を示す図である。
【図１２】シャインプルーフの法則を説明するための図である。
【図１３】被検査体に入射する入射光の入射角と回折角との関係を示す図である。
【図１４】被検査体に入射する入射光の入射角を変化させた場合における１次回折光と正反射光との角度差を示すグラフである。
【図１５】被検査体の表面が平らである場合の反射光分布を示す図である。
【図１６】被検査体の表面に一つの微小凹凸が存在する場合の反射光分布を示す図である。
【図１７】被検査体の表面の微小凹凸の密度が疎である場合の反射光分布を示す図である。
【図１８】被検査体の表面の微小凹凸の密度が密である場合の反射光分布を示す図である。
【図１９】視野位置の異なる２つのセンサを用いて明視野画像及び暗視野画像を取得する検出装置（撮像系）の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 検査装置
１０ 明視野照明光源
２０ 暗視野照明光源
３０ あおりレンズ系
４０ 画像センサ
５０ 同期信号出力部
６２ 暗視野画像レベル調整部
６４ 明視野画像レベル調整部
７０ 画像差分演算部
８０ 欠陥判定部
１Ａ 検査装置
９２ カラーフィルタ
１Ｂ 検査装置
９４ 波長分離ミラー
１Ｃ 検査装置
９６ 偏光分離ミラー
ＴＩ 被検査体
ＴＩＳ 被検査面（表面）
ＤＦ 微小凹凸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の表面の欠陥を検出する検査装置であって、
前記被検査体の表面を第１の角度で照明する明視野照明手段と、
前記被検査体の表面を前記第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段と、
前記明視野照明手段の正反射角方向に配置され、前記被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系と、
前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との差分を演算する演算手段とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記レンズ系は、前記被検査体の表面、前記レンズ系の主平面及び前記光電変換センサの受光面がシャインプルーフの法則を満足するように、構成されることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記第１の角度は、５°以上２５°以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
【請求項４】
前記第１の角度と第２の角度との差は、−２０°以上＋２０°以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項５】
前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との信号レベルを調整する信号レベル調整部を更に有し、
前記信号レベル調整部は、前記演算手段で得られる信号が最大となるように、前記信号レベルを調整することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項６】
前記明視野照明手段及び前記暗視野照明手段は、各々独立して前記被検査体の照明又は非照明を切り換えることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項７】
前記被検査体の照明又は非照明を切り換える信号を出力する同期信号出力部を更に有することを特徴とする請求項６記載の検査装置。
【請求項８】
前記明視野照明手段は、第１の波長の光で前記被検査体を照明し、
前記暗視野照明手段は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光で前記被検査体を照明し、
前記受光光学系は、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを分離する波長分離手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項９】
前記明視野照明手段は、第１の偏光の光で前記被検査体を照明し、
前記暗視野照明手段は、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光の光で前記検査体を照明し、
前記受光光学系は、前記第１の偏光の光と前記第２の偏光の光とを分離する偏光分離手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項１０】
前記演算手段で得られる信号に基づいて、被検査体の表面の欠陥の有無又は密度を判定する判定手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項１】
被検査体の表面の欠陥を検出する検査装置であって、
前記被検査体の表面を第１の角度で照明する明視野照明手段と、
前記被検査体の表面を前記第１の角度と異なる第２の角度で照明する暗視野照明手段と、
前記明視野照明手段の正反射角方向に配置され、前記被検査体の表面からの拡散光を受光するレンズ系と光電変換センサとを有する受光光学系と、
前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との差分を演算する演算手段とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記レンズ系は、前記被検査体の表面、前記レンズ系の主平面及び前記光電変換センサの受光面がシャインプルーフの法則を満足するように、構成されることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記第１の角度は、５°以上２５°以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
【請求項４】
前記第１の角度と第２の角度との差は、−２０°以上＋２０°以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項５】
前記明視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号と前記暗視野照明手段で前記被検査体を照明した際の前記光電変換センサの出力信号との信号レベルを調整する信号レベル調整部を更に有し、
前記信号レベル調整部は、前記演算手段で得られる信号が最大となるように、前記信号レベルを調整することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項６】
前記明視野照明手段及び前記暗視野照明手段は、各々独立して前記被検査体の照明又は非照明を切り換えることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項７】
前記被検査体の照明又は非照明を切り換える信号を出力する同期信号出力部を更に有することを特徴とする請求項６記載の検査装置。
【請求項８】
前記明視野照明手段は、第１の波長の光で前記被検査体を照明し、
前記暗視野照明手段は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光で前記被検査体を照明し、
前記受光光学系は、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを分離する波長分離手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項９】
前記明視野照明手段は、第１の偏光の光で前記被検査体を照明し、
前記暗視野照明手段は、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光の光で前記検査体を照明し、
前記受光光学系は、前記第１の偏光の光と前記第２の偏光の光とを分離する偏光分離手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の検査装置。
【請求項１０】
前記演算手段で得られる信号に基づいて、被検査体の表面の欠陥の有無又は密度を判定する判定手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の検査装置。
【図９】
【図１３】
【図１７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図１３】
【図１７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００７−３２７８９６（Ｐ２００７−３２７８９６Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６０５１１（Ｐ２００６−１６０５１１）
【出願日】平成１８年６月９日（２００６．６．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月９日（２００６．６．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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