欠陥検査装置
【課題】被検体（ガラス板）の表面の欠陥を内部や裏面よりも高精度に検出する。
【解決手段】投光器から投光された検査光１７の一部に遮蔽部材２０を挿入することにより回折光１９を生成する。遮蔽部材２０の外側を通過した検査光１７はガラス板１１の表面１１ａ上の検査範囲１４を照明し、回折光１９はガラス板１１の裏面１１ｃの検査範囲２２と内部の検査範囲２３を照明する。回折光１９は、検査光１７よりも光強度が弱く、裏面１１ｃに近くなるほど更に弱くなる。ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、検査範囲１４，２２，２３に欠陥が存在する場合、各欠陥からの散乱光を受光する。検査範囲１４の欠陥からの散乱光は強いから、微細な欠陥でも検出される。検査範囲２３の欠陥からの散乱光は弱いから、大きな欠陥のみが検出される。検査範囲２２の欠陥からの散乱光は検査範囲２３の欠陥からの散乱光よりも更に弱いから、より大きな欠陥のみが検出される。
【解決手段】投光器から投光された検査光１７の一部に遮蔽部材２０を挿入することにより回折光１９を生成する。遮蔽部材２０の外側を通過した検査光１７はガラス板１１の表面１１ａ上の検査範囲１４を照明し、回折光１９はガラス板１１の裏面１１ｃの検査範囲２２と内部の検査範囲２３を照明する。回折光１９は、検査光１７よりも光強度が弱く、裏面１１ｃに近くなるほど更に弱くなる。ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、検査範囲１４，２２，２３に欠陥が存在する場合、各欠陥からの散乱光を受光する。検査範囲１４の欠陥からの散乱光は強いから、微細な欠陥でも検出される。検査範囲２３の欠陥からの散乱光は弱いから、大きな欠陥のみが検出される。検査範囲２２の欠陥からの散乱光は検査範囲２３の欠陥からの散乱光よりも更に弱いから、より大きな欠陥のみが検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過する板状の被検体の表面等にある欠陥を検出する欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネルディスプレイに用いる透明なガラス基板やフォトファブリケーション用のガラス板（プリント基板作成用等のフォトマスク）では、薄膜や透明電極などを形成する上で支障があるため、表面や裏面の破れ泡や内部の泡の他、表面に付着した異物や異物跡などの欠陥を検査する必要がある。
【０００３】
このようなガラス板の欠陥を検査する欠陥検査装置としては、特許文献１，２に記載されたものが知られている。特許文献１記載の装置では、被検体であるガラス板に対して光束を投射し、ガラス板の表面または裏面に存在する欠陥での散乱光をＣＣＤイメージセンサ（エリア（２次元）センサ）が受光する。そして、欠陥の映像をＣＣＤイメージセンサの複数の素子に結像しその映像出力に基づいて、各欠陥の信号強度と面積とを求め、信号強度及び面積が各閾値以上か否かによって、透明電極などの形成に影響しない無害な欠陥（良欠陥）か、影響する有害な欠陥（不良欠陥）かを判別する。
【０００４】
特許文献２記載の装置では、ガラス板の表面に検査光を照射し、検出カメラが続けて２回の散乱光を検出した場合、表面にある欠陥で散乱光が発生し、この散乱光がガラス板の内部を伝搬して裏面で反射したと見做して、ガラス板の表面に欠陥があると判断し、検出カメラが１回のみの散乱光を検出した場合、ガラス板の表面では散乱せずに内部に入射した検査光が裏面の欠陥で散乱したと見做して、裏面に欠陥があると判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７８５８号公報
【特許文献２】特開２００６−７１２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の装置では、ＣＣＤイメージセンサを用いて欠陥の信号強度と面積とを求めるので、欠陥の検出に要する時間が長くなるとともに、ＣＣＤイメージセンサを用いるので、製造コストが高くなる。また、上記特許文献２記載の装置では、ガラス板の表面での欠陥が大きい場合は問題ないが、小さい場合には、表面の欠陥での散乱光がガラス板の内部を伝搬する間に減衰し、裏面での反射光が非常に弱くなる。このため、表面の欠陥であるにも係わらず、２度目の散乱光が検出されずに、裏面の欠陥であると誤判断される場合がある。
【０００７】
また、液晶表示装置などに用いられるガラス板の場合、ガラス板の表面の方が裏面よりも重要であるため、表面の欠陥を確実に検出したいという要望が強いが、上記特許文献１，２記載のいずれの装置でも、裏面の欠陥も表面の欠陥と同じレベルで検出するため、過剰品質となり、得率低下となるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光透過性を有する板状の被検体（ガラス板や樹脂板など）の表面については微細な欠陥をも検出できるとともに被検体の内部や裏面については大きな欠陥のみを検出する比較的簡単な構成でローコストな欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の欠陥検査装置は、光透過性を有する板状の被検体の表面に対して斜めの方向から検査光を投光し、この検査光により前記被検体の表面上に設定された細長い第１検査範囲を照明する投光手段と、前記検査光内に挿入して検査光の一部を遮ることにより回折光を生成し、この回折光により、前記第１検査範囲に対峙する被検体の裏面側の第２検査範囲と、前記第１検査範囲と第２検査範囲との間の被検体の内部である第３検査範囲とを照明する遮蔽部材と、前記検査光が第１検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光、前記回折光が第２，３検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光をそれぞれ前記被検体の表面に対して前記投光手段よりも垂直に近い方向から受光する受光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記被検体は、第１検査範囲の長手方向に対して直交する方向に搬送されることが好ましい。また、前記受光手段は、その受光視野の長手方向が第１検査範囲の長手方向と平行になるように配置されたラインセンサカメラであることが好ましい。
【００１１】
前記遮蔽部材は、前記検査光の照射方向に沿って移動自在に設置され、前記被検体との距離が変更可能であることが好ましい。
【００１２】
前記遮蔽部材は、その長手方向が第１検査範囲の長手方向に平行に長いほぼ長方形をしており、前記検査光内に挿入される長手方向の一方の端部は、先端の厚み方向に尖った形状をしていることが好ましい。
【００１３】
前記遮蔽部材の前記検査光内に挿入される端部は、前記検査光の中心線に近接するように検査光内に挿入されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光透過性を有する板状の被検体に向けて投光手段から投光された検査光の一部に遮蔽部材を挿入することにより回折光を生成し、遮蔽部材の外側を通過した検査光で被検体の表面上に設定された細長い第１検査範囲を照明し、回折光で被検体の裏面側の第２検査範囲と内部の第３検査範囲を照明し、第１〜第３検査範囲に欠陥が存在する場合、欠陥からの散乱光を受光手段が受光するようにしたので、比較的簡単な構成でローコストでありながら、被検体の表面については微細な欠陥をも検出するとともに被検体の内部や裏面については大きな欠陥のみを検出することができる。
【００１５】
被検体を第１検査範囲の長手方向に対して直交する方向に搬送するので、被検体の搬送に伴って被検体の全体にわたって検査を実施することができる。また、受光手段としてラインセンサカメラを用いるので、ローコスト化に寄与できる。
【００１６】
遮蔽部材の被検体との距離を変更可能としたので、第２，３検査範囲に照射される回折光の光強度を調整することができる。
【００１７】
遮蔽部材の端部は、先端の厚み方向に尖った形状をしているので、回折光を効率よく生成することができる。
【００１８】
遮蔽部材の端部を検査光の中心線に近接するように配置したので、最も光強度が強い検査光の中心線は遮蔽されずに第１検査範囲を照明するとともに、中心線から離れるにつれてなだらかに光強度が弱くなる回折光を生成することができる。この回折光により第２検査範囲から第３検査範囲にかけて徐々に光強度が弱くなる光を照射することになるので、第２，第３検査範囲については小さな欠陥は検出せず、大きな欠陥のみを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の主な構成を概略的に示す外観斜視図である。
【図２】遮蔽部材により回折光が生成される様子を示すとともにガラス板の表面，裏面，内部の各検査範囲を示す説明図である。
【図３】回折光の回折縞（光強度分布）ついての説明図である。
【図４】ガラス板に照射される検査光及び回折光の光強度分布についての説明図である。
【図５】ガラス板の表面の検査範囲に存在する欠陥を検出する様子を示す説明図である。
【図６】ガラス板の内部の検査範囲に存在する欠陥を検出する様子を示す説明図である。
【図７】ガラス板の裏面の検査範囲に存在する欠陥を検出する様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の欠陥検査装置１０の外観を示す図１において、欠陥検査装置１０は、投光器、遮蔽部材、ＣＣＤラインセンサカメラという比較的簡単な構成でローコストでありながら、光透過性を有する板状の被検体である透明なガラス板１１の表面１１ａについては微細な欠陥をも検出するとともに、ガラス板１１の内部１１ｂや裏面１１ｃについては微細な欠陥は検出せず、大きな欠陥のみを検出する。これにより、表面１１ａにある欠陥と同じレベルで内部１１ｂや裏面１１ｃにある欠陥を検出する過剰品質が防止される。
【００２１】
ガラス板１１は、例えば１ｍｍ以上の一定の厚みを有する。ガラス板１１の欠陥とは、ガラス板１１の表面や裏面の破れ泡や内部の泡の他、表面や裏面に付着した異物や異物跡をいう。
【００２２】
ガラス板１１は、ベルトコンベア等の搬送手段により、表面１１ａを上向きにした状態で矢印１２にて示す一定の方向に等速度で搬送される。ガラス板１１の搬送ラインの上方には、ガラス板１１の搬送方向と直交する方向に長い受光視野を持つＣＣＤラインセンサカメラ１５（受光手段）が設けられている。
【００２３】
ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、表面１１ａに対して例えばガラス面に対して垂直な方向から、ガラス板１１の搬送方向と直交する方向に長いライン状の検査範囲１４（第１検査範囲）に存在する欠陥を検出する。検査範囲１４は、ＣＣＤラインセンサカメラ１５による表面１１ａ上の検査範囲を表わす。ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、表面１１ａ上の検査範囲１４にフォーカスしており、検査範囲１４に存在する欠陥からの散乱光を最も効率よく受光する。欠陥からの散乱光とは、後述する検査光が欠陥に照射された際に、欠陥によって検査光が乱反射することによって生じる。
【００２４】
ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、図示しないパーソナルコンピュータに接続されている。パーソナルコンピュータは、ＣＣＤラインセンサカメラ１５からの出力信号の強弱に基づいて、欠陥の有無を判定する。
【００２５】
ガラス板１１の搬送方向と直交する方向に細長く、前記検査範囲１４を含む照明範囲１６（ハッチングを施した部分）に向けて検査光１７を投光する投光器１８（投光手段）が設けられている。この投光器１８は、例えば、ライン状に並べられた多数のＬＥＤ（図示せず）と、その前方に配置されたシリンドリカルレンズ（図示せず）とからなり、幅はガラス板１１の幅より僅かに広く厚みが薄いほぼ平行な検査光１７を照明範囲１６へ向かって放射する。なお、照明範囲１６は、検査光１７だけでなく、後述する回折光による照明範囲をも含む。
【００２６】
投光器１８から放射された検査光１７の途中に、先が尖った形状をした端部２０ａが挿入され、検査光１７の一部を遮蔽して回折光１９を生成する遮蔽部材２０が設けられている。この遮蔽部材２０は、詳しくは後述するように検査光１７の幅方向の中心線１７ａに沿って移動自在に設けられており、ガラス板１１との距離を変更することができる。
【００２７】
図２に示すように、検査光１７は、ガラス板１１の表面１１ａに対して角度θ（例えばθ＝４５°）をなしており、検査光１７の厚み方向で最も光強度が強い中心線１７ａが検査範囲１４の中心線１４ａに一致し、検査範囲１４が検査光１７の最も光強度が強い部分で照明されるように構成されている。
【００２８】
遮蔽部材２０の端部２０ａは、検査光１７の中心線１７ａに近接した位置、例えば中心線１７ａまで２ｍｍの距離まで検査光１７内に挿入されている。遮蔽部材２０の端部２０ａの外を通過した検査光１７は、最も光強度が強いままガラス板１１の表面１１ａに到達し、検査範囲１４を含むガラス板１１の幅方向に細長い領域を照明する。
【００２９】
遮蔽部材２０の端部２０ａにより生成される回折光１９は、ハッチングで示すように、表面１１ａの検査範囲１４に対峙する裏面１１ｃの検査範囲２２（第２検査範囲）と、検査範囲１４と検査範囲２２とに挟まれたガラス板１１の内部１１ｂの検査範囲２３とを照明する。
【００３０】
回折光１９の光強度は、中心線１７ａから離れるにつれてなだらかに低下し、内部１１ｂの検査範囲２３よりも裏面１１ｃの検査範囲２２を照明する光の方が弱くなる。この点について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３１】
図３（Ａ）に示すように、光を波動として扱う際、媒質中を伝わる波動に対し障害物（遮蔽部材２５）が存在すると、波がその障害物の背景など、一見すると幾何学的には到達できない領域に回り込んで伝わっていく。ホイヘンスの原理では、伝搬する波動の次の瞬間の波面を、その波面それぞれの点から球面状の二次波が出ていると考える。この二次波の包絡面が次の瞬間の新たな波面を形成する。遮蔽部材２５によって波動が回り込む。その際、伝搬距離によって同図（Ｂ）に示すような回折縞２６が生じる。この回折縞２６が、遮蔽部材２５による回折光の光強度分布に該当する。回折縞２６のピークから遮蔽部材２５の端部までの幅Ｘ0は、次の数式１で表わされる。
【００３２】
〔数１〕
Ｘ0＝√（λｚ／π）
【００３３】
例えば、ｚ（遮蔽部材の端部からガラス板の表面までの距離）＝５０ｍｍ、平均的な波長λ＝６００ｎｍとすると、Ｘ0の値は次のようになる。
Ｘ0≒０．１ｍｍ
【００３４】
光強度が回折縞２６のピークからなだらかに減衰してゆき、光強度がほぼゼロになる幅は、Ｘ0の約２倍の幅αと考えると、約０．２ｍｍになる。しかしながら、これは遮蔽部材２５の端部の形状が理想的なナイフエッジ形状である場合を仮定した理論値であって、実際には遮蔽部材２５の端部のシャープネスが甘く、この端部での散乱光も生じるため、理論値の約１０倍とし、約２ｍｍと見做す。したがって、本実施形態に係る遮蔽部材２０の端部とガラス板１１との距離ｚが５０ｍｍの場合、ガラス板１１の表面１１ａ上で約２．８ｍｍの幅となる（検査光の入射角が４５°なので√２倍）。
【００３５】
図４に示すように、回折光がガラス板１１の内部に入り、ＣＣＤラインセンサカメラ１５の受光光軸２７を横切っていく。図中に仮想線にて示すように、回折光の光強度分布２８はなだらかに光強度が低下していく形状なので、受光光軸２７上において、ガラス板１１の表面１１ａで光強度が最も強く、裏面１１ｃに近づくにつれて光強度が低下する。この結果、内部１１ｂの欠陥（異物等）が存在する位置が裏面１１ｃに近づくほど、回折光による欠陥からの散乱光の強度が弱くなるから、ＣＣＤラインセンサカメラ１５による欠陥の検出力が弱くなり、裏面１１ｃ上に存在する欠陥の検出力が最も弱くなる。また、裏面１１ｃ上に存在する欠陥の検出力が最も弱くなるように、回折光の端が受光光軸２７が裏面１１ｃと交差する近傍になるようにしている。
【００３６】
遮蔽部材２０は、破線で示す遮蔽部材２４のように、検査光１７の中心線１７ａに沿って移動自在に構成されており、ガラス板１１の表面１１ａとの距離ｚを所定の範囲内で変更することができる。距離ｚを変更することにより、回折光１９が検査範囲２２，２３を照明する光強度を調整することができ、距離ｚが小さいほど、検査範囲２２，２３に照射される回折光１９の光強度は弱くなる。
【００３７】
遮蔽部材２０の移動機構は、どのような構成でもよく、例えば、中心線１７ａに平行に設置された細長いネジで遮蔽部材２０を保持し、このネジを回転させることにより、遮蔽部材２０をは中心線１７ａに平行に移動させるようにしてもよい。ネジの回転は、手動でもモータ駆動でもよい。
【００３８】
このように構成された欠陥検査装置１０の作用について説明する。検査範囲１４，２２，２３のいずれにも欠陥が無い場合、図２に示すように、検査光１７及び回折光１９は、ガラス板１１の表面１１ａ及び裏面１１ｃで正反射し、ＣＣＤラインセンサカメラ１５に入射することが無い。したがって、ＣＣＤラインセンサカメラ１５から検出信号は出力されない。
【００３９】
図５に示すように、ガラス板１１の表面１１ａの検査範囲１４に破れ泡，異物，汚れ、傷などの欠陥３０があれば、光強度が強い検査光１７が欠陥３０に当たり、欠陥３０での散乱光がＣＣＤラインセンサカメラ１５に入射するから、ＣＣＤラインセンサカメラ１５から高出力の検出信号が出力される。したがって、欠陥３０が検査範囲１４に存在する場合、欠陥３０が微細であっても検出される。
【００４０】
図６に示すように、内部１１ｂの検査範囲２３に気泡や異物等の欠陥３１がある場合、検査光１７よりも光強度が非常に弱い回折光１９が欠陥３１に当たるため、欠陥３１での散乱光はかなり弱いものとなる。したがって、欠陥３１は、かなり大きなサイズのものでない限り、ＣＣＤラインセンサカメラ１５によって検出されることがなく、検査範囲２３の欠陥が過剰検出されることがない。
【００４１】
図７に示すように、裏面１１ｃの検査範囲２２に破れ泡，異物，汚れ、傷などの欠陥３２がある場合、内部１１ｂの検査範囲２３に照射される回折光１９よりも更に光強度が弱い回折光１９が欠陥３２に当たるため、欠陥３２での散乱光は欠陥３１での散乱光よりも更に弱いものとなる。したがって、欠陥３２は、かなり大きなサイズのものでない限り、ＣＣＤラインセンサカメラ１５によって検出されることがなく、検査範囲２２の欠陥が過剰検出されることがない。
【００４２】
検査範囲２２，２３での欠陥検出感度は、遮蔽部材２０を検査光１７の中心線１７ａに沿って移動させ、ガラス板１１の表面１１ａからの距離ｚを変更することにより所定の範囲内で調整可能である。
【００４３】
遮蔽部材２０を設けない場合〔条件１〕、距離ｚを５０ｍｍとした場合〔条件２〕、距離ｚを２０ｍｍとした場合〔条件３〕のそれぞれについて実験を行なった結果を下記の表１〜３に示す。遮蔽部材２０の検査光１７に挿入される端部２０ａは、先端の厚み方向の角度が８０度以下に尖った形状とした。投光器１８から検査範囲１４の中心までの距離を１００ｍｍとし、投光器１８から放出された検査光１７が遮蔽部材２０によって遮光される遮光量が３０％〜５０％となるようにした。また、ＣＣＤラインセンサカメラ１５の分解能を検査範囲１４の中心で約２０μｍ／画素に設定した。また、ガラス板１１としては、厚み５ｍｍ、屈折率１．５のものを使用した。
【００４４】
欠陥（異物）の存在部位として、表面，内部（ガラス板厚みのほぼ中央部），裏面の各々について、検出能力を評価した。評価結果指標は、下記のとおりである。
○：散乱光の受光信号が十分で欠陥を安定検出
△：散乱光の受光信号が確認できるも十ではなく欠陥を検出するかしないかの限界
×：散乱光の受光信号が確認できず欠陥を検出しない
【００４５】
〔条件１〕による結果（遮蔽部材なし）
【表１】
【００４６】
〔条件２〕による結果（距離ｚ＝５０ｍｍ）
【表２】
【００４７】
〔条件３〕による結果（距離ｚ＝２０ｍｍ）
【表３】
【００４８】
このように距離ｚを調整することにより、表面１１ａに存在する欠陥３０の検出精度に影響を与えることなく、内部１１ｂや裏面１１ｃに存在する欠陥３１，２７の検出精度を変化させることができる。これにより、検査対象である被検体の用途に応じて、内部や裏面に存在する欠陥を過剰に検出することを防止したり、逆にできるだけ検出するようにできる。なお、本発明は、本実験での数値に限定されないのは勿論である。
【００４９】
以上説明した実施形態では、回折光を生成するために端部を尖った形状に形成した遮蔽部材を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばスリットを形成した遮蔽部材を用いることもできる。
【００５０】
上記実施形態では、被検体として透明なガラス板を検査する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えばある程度の光透過性を有する樹脂製の板など、完全には透明でない板状の被検体も検査することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 欠陥検査装置
１１ ガラス板
１４，２２，２３ 検査範囲
１５ ＣＣＤラインセンサカメラ
１６ 照明範囲
１７ 検査光
１８ 投光器
１９ 回折光
２０，２５ 遮蔽部材
２８ 光強度分布
２７ 受光光軸
３０〜３２ 欠陥
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過する板状の被検体の表面等にある欠陥を検出する欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置やプラズマ表示装置等のフラットパネルディスプレイに用いる透明なガラス基板やフォトファブリケーション用のガラス板（プリント基板作成用等のフォトマスク）では、薄膜や透明電極などを形成する上で支障があるため、表面や裏面の破れ泡や内部の泡の他、表面に付着した異物や異物跡などの欠陥を検査する必要がある。
【０００３】
このようなガラス板の欠陥を検査する欠陥検査装置としては、特許文献１，２に記載されたものが知られている。特許文献１記載の装置では、被検体であるガラス板に対して光束を投射し、ガラス板の表面または裏面に存在する欠陥での散乱光をＣＣＤイメージセンサ（エリア（２次元）センサ）が受光する。そして、欠陥の映像をＣＣＤイメージセンサの複数の素子に結像しその映像出力に基づいて、各欠陥の信号強度と面積とを求め、信号強度及び面積が各閾値以上か否かによって、透明電極などの形成に影響しない無害な欠陥（良欠陥）か、影響する有害な欠陥（不良欠陥）かを判別する。
【０００４】
特許文献２記載の装置では、ガラス板の表面に検査光を照射し、検出カメラが続けて２回の散乱光を検出した場合、表面にある欠陥で散乱光が発生し、この散乱光がガラス板の内部を伝搬して裏面で反射したと見做して、ガラス板の表面に欠陥があると判断し、検出カメラが１回のみの散乱光を検出した場合、ガラス板の表面では散乱せずに内部に入射した検査光が裏面の欠陥で散乱したと見做して、裏面に欠陥があると判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７８５８号公報
【特許文献２】特開２００６−７１２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の装置では、ＣＣＤイメージセンサを用いて欠陥の信号強度と面積とを求めるので、欠陥の検出に要する時間が長くなるとともに、ＣＣＤイメージセンサを用いるので、製造コストが高くなる。また、上記特許文献２記載の装置では、ガラス板の表面での欠陥が大きい場合は問題ないが、小さい場合には、表面の欠陥での散乱光がガラス板の内部を伝搬する間に減衰し、裏面での反射光が非常に弱くなる。このため、表面の欠陥であるにも係わらず、２度目の散乱光が検出されずに、裏面の欠陥であると誤判断される場合がある。
【０００７】
また、液晶表示装置などに用いられるガラス板の場合、ガラス板の表面の方が裏面よりも重要であるため、表面の欠陥を確実に検出したいという要望が強いが、上記特許文献１，２記載のいずれの装置でも、裏面の欠陥も表面の欠陥と同じレベルで検出するため、過剰品質となり、得率低下となるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光透過性を有する板状の被検体（ガラス板や樹脂板など）の表面については微細な欠陥をも検出できるとともに被検体の内部や裏面については大きな欠陥のみを検出する比較的簡単な構成でローコストな欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の欠陥検査装置は、光透過性を有する板状の被検体の表面に対して斜めの方向から検査光を投光し、この検査光により前記被検体の表面上に設定された細長い第１検査範囲を照明する投光手段と、前記検査光内に挿入して検査光の一部を遮ることにより回折光を生成し、この回折光により、前記第１検査範囲に対峙する被検体の裏面側の第２検査範囲と、前記第１検査範囲と第２検査範囲との間の被検体の内部である第３検査範囲とを照明する遮蔽部材と、前記検査光が第１検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光、前記回折光が第２，３検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光をそれぞれ前記被検体の表面に対して前記投光手段よりも垂直に近い方向から受光する受光手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記被検体は、第１検査範囲の長手方向に対して直交する方向に搬送されることが好ましい。また、前記受光手段は、その受光視野の長手方向が第１検査範囲の長手方向と平行になるように配置されたラインセンサカメラであることが好ましい。
【００１１】
前記遮蔽部材は、前記検査光の照射方向に沿って移動自在に設置され、前記被検体との距離が変更可能であることが好ましい。
【００１２】
前記遮蔽部材は、その長手方向が第１検査範囲の長手方向に平行に長いほぼ長方形をしており、前記検査光内に挿入される長手方向の一方の端部は、先端の厚み方向に尖った形状をしていることが好ましい。
【００１３】
前記遮蔽部材の前記検査光内に挿入される端部は、前記検査光の中心線に近接するように検査光内に挿入されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光透過性を有する板状の被検体に向けて投光手段から投光された検査光の一部に遮蔽部材を挿入することにより回折光を生成し、遮蔽部材の外側を通過した検査光で被検体の表面上に設定された細長い第１検査範囲を照明し、回折光で被検体の裏面側の第２検査範囲と内部の第３検査範囲を照明し、第１〜第３検査範囲に欠陥が存在する場合、欠陥からの散乱光を受光手段が受光するようにしたので、比較的簡単な構成でローコストでありながら、被検体の表面については微細な欠陥をも検出するとともに被検体の内部や裏面については大きな欠陥のみを検出することができる。
【００１５】
被検体を第１検査範囲の長手方向に対して直交する方向に搬送するので、被検体の搬送に伴って被検体の全体にわたって検査を実施することができる。また、受光手段としてラインセンサカメラを用いるので、ローコスト化に寄与できる。
【００１６】
遮蔽部材の被検体との距離を変更可能としたので、第２，３検査範囲に照射される回折光の光強度を調整することができる。
【００１７】
遮蔽部材の端部は、先端の厚み方向に尖った形状をしているので、回折光を効率よく生成することができる。
【００１８】
遮蔽部材の端部を検査光の中心線に近接するように配置したので、最も光強度が強い検査光の中心線は遮蔽されずに第１検査範囲を照明するとともに、中心線から離れるにつれてなだらかに光強度が弱くなる回折光を生成することができる。この回折光により第２検査範囲から第３検査範囲にかけて徐々に光強度が弱くなる光を照射することになるので、第２，第３検査範囲については小さな欠陥は検出せず、大きな欠陥のみを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の主な構成を概略的に示す外観斜視図である。
【図２】遮蔽部材により回折光が生成される様子を示すとともにガラス板の表面，裏面，内部の各検査範囲を示す説明図である。
【図３】回折光の回折縞（光強度分布）ついての説明図である。
【図４】ガラス板に照射される検査光及び回折光の光強度分布についての説明図である。
【図５】ガラス板の表面の検査範囲に存在する欠陥を検出する様子を示す説明図である。
【図６】ガラス板の内部の検査範囲に存在する欠陥を検出する様子を示す説明図である。
【図７】ガラス板の裏面の検査範囲に存在する欠陥を検出する様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の欠陥検査装置１０の外観を示す図１において、欠陥検査装置１０は、投光器、遮蔽部材、ＣＣＤラインセンサカメラという比較的簡単な構成でローコストでありながら、光透過性を有する板状の被検体である透明なガラス板１１の表面１１ａについては微細な欠陥をも検出するとともに、ガラス板１１の内部１１ｂや裏面１１ｃについては微細な欠陥は検出せず、大きな欠陥のみを検出する。これにより、表面１１ａにある欠陥と同じレベルで内部１１ｂや裏面１１ｃにある欠陥を検出する過剰品質が防止される。
【００２１】
ガラス板１１は、例えば１ｍｍ以上の一定の厚みを有する。ガラス板１１の欠陥とは、ガラス板１１の表面や裏面の破れ泡や内部の泡の他、表面や裏面に付着した異物や異物跡をいう。
【００２２】
ガラス板１１は、ベルトコンベア等の搬送手段により、表面１１ａを上向きにした状態で矢印１２にて示す一定の方向に等速度で搬送される。ガラス板１１の搬送ラインの上方には、ガラス板１１の搬送方向と直交する方向に長い受光視野を持つＣＣＤラインセンサカメラ１５（受光手段）が設けられている。
【００２３】
ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、表面１１ａに対して例えばガラス面に対して垂直な方向から、ガラス板１１の搬送方向と直交する方向に長いライン状の検査範囲１４（第１検査範囲）に存在する欠陥を検出する。検査範囲１４は、ＣＣＤラインセンサカメラ１５による表面１１ａ上の検査範囲を表わす。ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、表面１１ａ上の検査範囲１４にフォーカスしており、検査範囲１４に存在する欠陥からの散乱光を最も効率よく受光する。欠陥からの散乱光とは、後述する検査光が欠陥に照射された際に、欠陥によって検査光が乱反射することによって生じる。
【００２４】
ＣＣＤラインセンサカメラ１５は、図示しないパーソナルコンピュータに接続されている。パーソナルコンピュータは、ＣＣＤラインセンサカメラ１５からの出力信号の強弱に基づいて、欠陥の有無を判定する。
【００２５】
ガラス板１１の搬送方向と直交する方向に細長く、前記検査範囲１４を含む照明範囲１６（ハッチングを施した部分）に向けて検査光１７を投光する投光器１８（投光手段）が設けられている。この投光器１８は、例えば、ライン状に並べられた多数のＬＥＤ（図示せず）と、その前方に配置されたシリンドリカルレンズ（図示せず）とからなり、幅はガラス板１１の幅より僅かに広く厚みが薄いほぼ平行な検査光１７を照明範囲１６へ向かって放射する。なお、照明範囲１６は、検査光１７だけでなく、後述する回折光による照明範囲をも含む。
【００２６】
投光器１８から放射された検査光１７の途中に、先が尖った形状をした端部２０ａが挿入され、検査光１７の一部を遮蔽して回折光１９を生成する遮蔽部材２０が設けられている。この遮蔽部材２０は、詳しくは後述するように検査光１７の幅方向の中心線１７ａに沿って移動自在に設けられており、ガラス板１１との距離を変更することができる。
【００２７】
図２に示すように、検査光１７は、ガラス板１１の表面１１ａに対して角度θ（例えばθ＝４５°）をなしており、検査光１７の厚み方向で最も光強度が強い中心線１７ａが検査範囲１４の中心線１４ａに一致し、検査範囲１４が検査光１７の最も光強度が強い部分で照明されるように構成されている。
【００２８】
遮蔽部材２０の端部２０ａは、検査光１７の中心線１７ａに近接した位置、例えば中心線１７ａまで２ｍｍの距離まで検査光１７内に挿入されている。遮蔽部材２０の端部２０ａの外を通過した検査光１７は、最も光強度が強いままガラス板１１の表面１１ａに到達し、検査範囲１４を含むガラス板１１の幅方向に細長い領域を照明する。
【００２９】
遮蔽部材２０の端部２０ａにより生成される回折光１９は、ハッチングで示すように、表面１１ａの検査範囲１４に対峙する裏面１１ｃの検査範囲２２（第２検査範囲）と、検査範囲１４と検査範囲２２とに挟まれたガラス板１１の内部１１ｂの検査範囲２３とを照明する。
【００３０】
回折光１９の光強度は、中心線１７ａから離れるにつれてなだらかに低下し、内部１１ｂの検査範囲２３よりも裏面１１ｃの検査範囲２２を照明する光の方が弱くなる。この点について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３１】
図３（Ａ）に示すように、光を波動として扱う際、媒質中を伝わる波動に対し障害物（遮蔽部材２５）が存在すると、波がその障害物の背景など、一見すると幾何学的には到達できない領域に回り込んで伝わっていく。ホイヘンスの原理では、伝搬する波動の次の瞬間の波面を、その波面それぞれの点から球面状の二次波が出ていると考える。この二次波の包絡面が次の瞬間の新たな波面を形成する。遮蔽部材２５によって波動が回り込む。その際、伝搬距離によって同図（Ｂ）に示すような回折縞２６が生じる。この回折縞２６が、遮蔽部材２５による回折光の光強度分布に該当する。回折縞２６のピークから遮蔽部材２５の端部までの幅Ｘ0は、次の数式１で表わされる。
【００３２】
〔数１〕
Ｘ0＝√（λｚ／π）
【００３３】
例えば、ｚ（遮蔽部材の端部からガラス板の表面までの距離）＝５０ｍｍ、平均的な波長λ＝６００ｎｍとすると、Ｘ0の値は次のようになる。
Ｘ0≒０．１ｍｍ
【００３４】
光強度が回折縞２６のピークからなだらかに減衰してゆき、光強度がほぼゼロになる幅は、Ｘ0の約２倍の幅αと考えると、約０．２ｍｍになる。しかしながら、これは遮蔽部材２５の端部の形状が理想的なナイフエッジ形状である場合を仮定した理論値であって、実際には遮蔽部材２５の端部のシャープネスが甘く、この端部での散乱光も生じるため、理論値の約１０倍とし、約２ｍｍと見做す。したがって、本実施形態に係る遮蔽部材２０の端部とガラス板１１との距離ｚが５０ｍｍの場合、ガラス板１１の表面１１ａ上で約２．８ｍｍの幅となる（検査光の入射角が４５°なので√２倍）。
【００３５】
図４に示すように、回折光がガラス板１１の内部に入り、ＣＣＤラインセンサカメラ１５の受光光軸２７を横切っていく。図中に仮想線にて示すように、回折光の光強度分布２８はなだらかに光強度が低下していく形状なので、受光光軸２７上において、ガラス板１１の表面１１ａで光強度が最も強く、裏面１１ｃに近づくにつれて光強度が低下する。この結果、内部１１ｂの欠陥（異物等）が存在する位置が裏面１１ｃに近づくほど、回折光による欠陥からの散乱光の強度が弱くなるから、ＣＣＤラインセンサカメラ１５による欠陥の検出力が弱くなり、裏面１１ｃ上に存在する欠陥の検出力が最も弱くなる。また、裏面１１ｃ上に存在する欠陥の検出力が最も弱くなるように、回折光の端が受光光軸２７が裏面１１ｃと交差する近傍になるようにしている。
【００３６】
遮蔽部材２０は、破線で示す遮蔽部材２４のように、検査光１７の中心線１７ａに沿って移動自在に構成されており、ガラス板１１の表面１１ａとの距離ｚを所定の範囲内で変更することができる。距離ｚを変更することにより、回折光１９が検査範囲２２，２３を照明する光強度を調整することができ、距離ｚが小さいほど、検査範囲２２，２３に照射される回折光１９の光強度は弱くなる。
【００３７】
遮蔽部材２０の移動機構は、どのような構成でもよく、例えば、中心線１７ａに平行に設置された細長いネジで遮蔽部材２０を保持し、このネジを回転させることにより、遮蔽部材２０をは中心線１７ａに平行に移動させるようにしてもよい。ネジの回転は、手動でもモータ駆動でもよい。
【００３８】
このように構成された欠陥検査装置１０の作用について説明する。検査範囲１４，２２，２３のいずれにも欠陥が無い場合、図２に示すように、検査光１７及び回折光１９は、ガラス板１１の表面１１ａ及び裏面１１ｃで正反射し、ＣＣＤラインセンサカメラ１５に入射することが無い。したがって、ＣＣＤラインセンサカメラ１５から検出信号は出力されない。
【００３９】
図５に示すように、ガラス板１１の表面１１ａの検査範囲１４に破れ泡，異物，汚れ、傷などの欠陥３０があれば、光強度が強い検査光１７が欠陥３０に当たり、欠陥３０での散乱光がＣＣＤラインセンサカメラ１５に入射するから、ＣＣＤラインセンサカメラ１５から高出力の検出信号が出力される。したがって、欠陥３０が検査範囲１４に存在する場合、欠陥３０が微細であっても検出される。
【００４０】
図６に示すように、内部１１ｂの検査範囲２３に気泡や異物等の欠陥３１がある場合、検査光１７よりも光強度が非常に弱い回折光１９が欠陥３１に当たるため、欠陥３１での散乱光はかなり弱いものとなる。したがって、欠陥３１は、かなり大きなサイズのものでない限り、ＣＣＤラインセンサカメラ１５によって検出されることがなく、検査範囲２３の欠陥が過剰検出されることがない。
【００４１】
図７に示すように、裏面１１ｃの検査範囲２２に破れ泡，異物，汚れ、傷などの欠陥３２がある場合、内部１１ｂの検査範囲２３に照射される回折光１９よりも更に光強度が弱い回折光１９が欠陥３２に当たるため、欠陥３２での散乱光は欠陥３１での散乱光よりも更に弱いものとなる。したがって、欠陥３２は、かなり大きなサイズのものでない限り、ＣＣＤラインセンサカメラ１５によって検出されることがなく、検査範囲２２の欠陥が過剰検出されることがない。
【００４２】
検査範囲２２，２３での欠陥検出感度は、遮蔽部材２０を検査光１７の中心線１７ａに沿って移動させ、ガラス板１１の表面１１ａからの距離ｚを変更することにより所定の範囲内で調整可能である。
【００４３】
遮蔽部材２０を設けない場合〔条件１〕、距離ｚを５０ｍｍとした場合〔条件２〕、距離ｚを２０ｍｍとした場合〔条件３〕のそれぞれについて実験を行なった結果を下記の表１〜３に示す。遮蔽部材２０の検査光１７に挿入される端部２０ａは、先端の厚み方向の角度が８０度以下に尖った形状とした。投光器１８から検査範囲１４の中心までの距離を１００ｍｍとし、投光器１８から放出された検査光１７が遮蔽部材２０によって遮光される遮光量が３０％〜５０％となるようにした。また、ＣＣＤラインセンサカメラ１５の分解能を検査範囲１４の中心で約２０μｍ／画素に設定した。また、ガラス板１１としては、厚み５ｍｍ、屈折率１．５のものを使用した。
【００４４】
欠陥（異物）の存在部位として、表面，内部（ガラス板厚みのほぼ中央部），裏面の各々について、検出能力を評価した。評価結果指標は、下記のとおりである。
○：散乱光の受光信号が十分で欠陥を安定検出
△：散乱光の受光信号が確認できるも十ではなく欠陥を検出するかしないかの限界
×：散乱光の受光信号が確認できず欠陥を検出しない
【００４５】
〔条件１〕による結果（遮蔽部材なし）
【表１】
【００４６】
〔条件２〕による結果（距離ｚ＝５０ｍｍ）
【表２】
【００４７】
〔条件３〕による結果（距離ｚ＝２０ｍｍ）
【表３】
【００４８】
このように距離ｚを調整することにより、表面１１ａに存在する欠陥３０の検出精度に影響を与えることなく、内部１１ｂや裏面１１ｃに存在する欠陥３１，２７の検出精度を変化させることができる。これにより、検査対象である被検体の用途に応じて、内部や裏面に存在する欠陥を過剰に検出することを防止したり、逆にできるだけ検出するようにできる。なお、本発明は、本実験での数値に限定されないのは勿論である。
【００４９】
以上説明した実施形態では、回折光を生成するために端部を尖った形状に形成した遮蔽部材を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばスリットを形成した遮蔽部材を用いることもできる。
【００５０】
上記実施形態では、被検体として透明なガラス板を検査する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えばある程度の光透過性を有する樹脂製の板など、完全には透明でない板状の被検体も検査することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 欠陥検査装置
１１ ガラス板
１４，２２，２３ 検査範囲
１５ ＣＣＤラインセンサカメラ
１６ 照明範囲
１７ 検査光
１８ 投光器
１９ 回折光
２０，２５ 遮蔽部材
２８ 光強度分布
２７ 受光光軸
３０〜３２ 欠陥
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する板状の被検体の表面に対して斜めの方向から検査光を投光し、この検査光により前記被検体の表面上に設定された細長い第１検査範囲を照明する投光手段と、
前記検査光内に挿入して検査光の一部を遮ることにより回折光を生成し、この回折光により、前記第１検査範囲に対峙する被検体の裏面側の第２検査範囲と、前記第１検査範囲と第２検査範囲との間の被検体の内部である第３検査範囲とを照明する遮蔽部材と、
前記検査光が第１検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光、前記回折光が第２，３検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光をそれぞれ前記被検体の表面に対して前記投光手段よりも垂直に近い方向から受光する受光手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記被検体は、第１検査範囲の長手方向に対して直交する方向に搬送されることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記受光手段は、その受光視野の長手方向が第１検査範囲の長手方向と平行になるように配置されたラインセンサカメラであることを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材は、前記検査光の照射方向に沿って移動自在に設置され、前記被検体との距離が変更可能であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記遮蔽部材は、その長手方向が第１検査範囲の長手方向に平行に長いほぼ長方形をしており、前記検査光内に挿入される長手方向の一方の端部は、先端の厚み方向に尖った形状をしていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記遮蔽部材の前記検査光内に挿入される端部は、前記検査光の中心線に近接するように検査光内に挿入されることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の欠陥検査装置。
【請求項１】
光透過性を有する板状の被検体の表面に対して斜めの方向から検査光を投光し、この検査光により前記被検体の表面上に設定された細長い第１検査範囲を照明する投光手段と、
前記検査光内に挿入して検査光の一部を遮ることにより回折光を生成し、この回折光により、前記第１検査範囲に対峙する被検体の裏面側の第２検査範囲と、前記第１検査範囲と第２検査範囲との間の被検体の内部である第３検査範囲とを照明する遮蔽部材と、
前記検査光が第１検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光、前記回折光が第２，３検査範囲にある欠陥にて散乱することにより生じる散乱光をそれぞれ前記被検体の表面に対して前記投光手段よりも垂直に近い方向から受光する受光手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記被検体は、第１検査範囲の長手方向に対して直交する方向に搬送されることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記受光手段は、その受光視野の長手方向が第１検査範囲の長手方向と平行になるように配置されたラインセンサカメラであることを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材は、前記検査光の照射方向に沿って移動自在に設置され、前記被検体との距離が変更可能であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記遮蔽部材は、その長手方向が第１検査範囲の長手方向に平行に長いほぼ長方形をしており、前記検査光内に挿入される長手方向の一方の端部は、先端の厚み方向に尖った形状をしていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記遮蔽部材の前記検査光内に挿入される端部は、前記検査光の中心線に近接するように検査光内に挿入されることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２０３０８１（Ｐ２０１１−２０３０８１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７００５９（Ｐ２０１０−７００５９）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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