JP2008058158A - 異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化が可能であって、検出精度が高い異物検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】異物検出装置Ｓはレーザ光を出射可能な投光ユニット３０、撮像素子を行列状に配した受光部７０を有する受光カメラＣａ、並びにコントローラ８０から構成される。投光ユニット３０には、２つのレーザ光源４３、４５が内蔵され、しかも、そのうちの１つは、出射されたレーザ光が室温の影響を受けて屈折する現象を見越して、光軸Ｌ２を斜めに下向きに傾けてある。このような構成であれば、レーザ光が室温の影響を受けて屈折したとしても、投光側から見て遠方にあたるガラス基板Ｗの遠点付近にレーザ光を照射出来るので、ガラス基板Ｗの遠点付近に付着する異物を支障なく検出できる。
【選択図】図１５

Description

本発明は、微小な異物を検出する異物検出装置に関する。

従来より、様々な異物検出装置が提案されているが、近年では、平板状をなす、特に大きな基板上の微小な異物を検出したい、という要請がある。
というのも、ＬＣＤパネルなどの生産において、平板状のガラス基板上に異物があると、生産上の品質確保の問題や設備装置破損の危険性があり、生産に先立って異物を検出する必要がある。そして、近年では、大型テレビに代表されるようにパネルの大型化が進められているから、検出対象となる基板のサイズが非常に大型化している、という事情があるためである。また、大きな基板上の微小な異物を検出したい、という要請は、金属板に一定の層厚で塗装をしたり、コーティングをする場合などにもある。
一方、基板上の異物を検出する装置として、特許文献１に記載されたものがある。このものは、半導体レーザ素子、ポリゴンミラー、光ファイバ束、光電変換素子から構成され、半導体レーザ素子から出射された光をポリゴンミラーによって基板上に光走査させている。そして、基板上の異物にあたって生じる乱反射光を光ファイバ束で捕捉し、これを光電素子で光電変換するものである。
特開平６−２５８２３０号公報（第１図）

上記構造のものは、レーザ光をポリゴンミラーで走査させ、これを光ファイバ束で捕捉しているから、検査対象の基板が大きくなると、それに伴って光ファイバ束の横幅、ひいては装置が大型化するという問題があり、さらには、構成部品も多い。
係る問題を解決するには、図２９に示すように、投光素子１と受光素子２を対向して配置するとともに、投光素子１から基板の上面に沿うようにレーザ光を照射してやり、その光を受光素子で受光してやる。そして、投光素子１と受光素子２を基板の検出面に沿って走査してやれば（構成を逆転させてもよい）、基板上に異物があるときには、そこで、投光素子から照射されたレーザ光の進行が妨げられるので、受光素子の受光量に変化が現れ、これにより、異物の検出が可能となる。このような構成であれば、従来の構造に比べて受光部の小型化が図られ、装置全体をコンパクトにまとめることが実現可能となる。

しかし、異物が非常に微小である場合には、受光素子２で受光される受光量の変化も微小であるから、ノイズとの区別がつき難いことが予想され、又、レーザ光を検査対象となる基板上の特に、遠点付近に上手く照射できない恐れもある。レーザ光を上手く照射できないとは、例えば、室温などの影響により基板の上面付近で空気密度の異なる境界面が出来ていると、レーザ光を基板の上面に沿うように真っ直ぐに照射したにも拘わらず、図１２に示すように、レーザ光が基板の遠点付近（Ｆ部）に達する前段階で屈折して、検出面から逸れてしまう場合である。この場合、遠点付近では基板上に異物があったとしても、それを検出出来ない。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、装置の小型化が可能であって、微小の異物に対しても検出精度が高い異物検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、異物に照射された光の回折現象によって生ずる回折縞を利用して、対象物の検出面上の微小な異物を検出する異物検出装置であって、対象物の一方側に配置されレーザ光を照射するレーザ照射手段、並びに対象物の他方側において前記レーザ照射手段に対向配置され前記レーザ照射手段から照射された光を受光して画像データを出力する二次元撮像手段からなる画像データ取得手段と、前記二次元撮像手段から出力される画像データの画像解析処理を行う検出手段と、を備え、前記画像データ取得手段或いは前記対象物の少なくともいずれか一方を他方に対して相対移動させつつ検出を行ない、前記画像データに含まれる回折縞の相対移動中における変化を前記検出手段による画像解析処理で検出することで異物の有無を判別する構成であるとともに、前記レーザ照射手段は、前記対象物の検出面に対してレーザ光をほぼ水平に照射させる第一のレーザ光照射部と、前記対象物の検出面に対してレーザ光を斜め下向きに照射させる第二のレーザ光照射部と、から構成され、前記二次元撮像手段からは、前記第一のレーザ光照射部より照射された第一レーザ光を受光して得られる第一画像データ並びに、前記第二のレーザ光照射部より照射された第二レーザ光を受光して得られる第二画像データがそれぞれ出力され、前記検出手段は、前記第一画像データ、並びに前記第二画像データのいずれかの画像データについて、それに含まれる回折縞の相対移動中における変化を検出して前記異物の有無を判別するところに特徴を有する。

尚、請求項１に係る発明の実施態様として以下の構成が好ましい。
第二レーザ光の傾き（検出面に対する照射角度）を、レーザ光が室温の影響を受けて屈折したときに、屈折した先が検査対象となる対象物の検出面に平行になるように設定する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記第一レーザ光、並びに前記第二レーザ光が、同一撮像面上の異なる領域にそれぞれ入光し、各受光像が同一撮像面上の異なる位置に形成される設定としてあるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、第一、第二の両レーザ光照射部を同時点灯させつつ、前記画像データ取得手段、或いは前記対象物の少なくともいずれか一方を相対移動させて異物の検出を行なう構成としてあるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記対象物の検出面を、前記画像データ取得手段と前記対象物との相対移動方向と直交する方向から見たときに、前記第一レーザ光と、前記第二レーザ光とが平行となるように各レーザ光の光軸の向きが定めてあるところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記レーザ照射手段に、前記対象物の検出面に対する前記第二レーザ光の照射角度を調整可能な光軸角度調整手段が、設けられているところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記レーザ照射手段から出射されたレーザ光が、前記二次元撮像手段の撮像面に入光して形成される受光像の中心部分を受光中心スポットと定義したときに、前記画像解析処理が、前記二次元撮像手段から出力される画像データのうち、受光中心スポット周辺領域で、かつ前記回折縞と重なる特定箇所の画像データを対象に行なわれるところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項６に記載のものにおいて、前記レーザ照射手段によって出射されたレーザ光が、前記二次元撮像手段の撮像面に入光したときに、前記受光中心スポットの周辺部に、複数個の受光周辺スポットが点在するような受光像が形成されるものにおいて、前記特定箇所は、点在する前記受光周辺スポットに重なるように設定されているところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項７に記載のものにおいて、前記受光中心スポットの側方の両側と、上方に前記受光周辺スポットが形成されるものにおいて、前記特定箇所は、前記受光中心スポットの上方に位置する受光周辺スポットに重なる１箇所と、前記受光中心スポットの側方に位置する受光周辺スポットに重なる１箇所と、の２箇所であるところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のものにおいて、前記撮像面に形成される前記受光像が前記特定箇所に重なるように、前記レーザ照射手段或いは前記二次元撮像手段の取り付け位置を検出に先立って位置調整するものにおいて、前記撮像面に形成される受光像の、少なくとも位置を表示可能な表示手段を備えるとともに、同表示手段の表示画面上には、前記位置調整を行なうための目印が設けられているところに特徴を有する。

請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のものにおいて、前記第一のレーザ光照射部及び、前記第二のレーザ光照射部からそれぞれ出射されるレーザ光の光量を、個別に調整可能な光量調整部が設けられているところに特徴を有する。

請求項１１の発明は、請求項１０に記載のものにおいて、前記特定箇所の受光量分布を表示する表示手段を備えるところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
レーザ光を対象物の検出面に照射し、それを受光すると、種々の回折縞が含まれた画像データが得られる。このように、回折縞が画像データに含まれるのは、光源から二次元撮像手段に至る光の光路上に種々の障害物があって、光源から出射されたレーザ光が光路上の障害物で回折を起こすからである。

請求項１の発明では、画像データ取得手段或いは検査対象となる対象物の少なくともいずれか一方を他方に対して相対移動させつつ検出を行ない、二次元撮像手段から出力される画像データに対して画像解析処理を行なって、画像データ中に含まれる回折縞の変化を検出している。検出面上に異物がなければ、検出中、画像データに含まれる回折縞に変化が現れない。
一方、検出面上に異物があれば、画像データに含まれる回折縞に変化が現れる。すなわち、異物で光の回折が起こり、新たな回折縞が出現する。そのため、この回折縞の出現をもって、対象物上に異物が有ると判別できる。回折縞は、周期的に繰り返される光の濃淡であり、ノイズ成分と混同されることが少ないので、信頼性の高い検出結果が得られる。

また、本発明では、検査対象となる対象物に対して水平にレーザ光を照射する第一のレーザ光照射部に加えて、対象物の検出面に対して斜め下向きにレーザ光を照射する第二のレーザ光照射部を設けている。このような構成であれば、レーザ光が対象物の遠点付近に至る前段階で屈折して第一のレーザ光照射部の光が対象物から外れてしまったとしても、第二のレーザ光照射部の光によって、遠点付近の異物を検出できる。すなわち、室温などの影響によりレーザ光が上向きに屈折する現象を見越して、予めレーザ光を斜め下向きに傾けて出射すれば、レーザ光の向きが、屈折後には丁度検出面に沿うようになる。従って、対象物の遠点付近に対してもレーザ光を照射出来るので、同遠点において異物を支障なく検出できる。

＜請求項２の発明＞
第一、第二のレーザ光照射部で二次元撮像手段を共通させる構成として、まず、二次元撮像手段の撮像面を時間的に区分して使用する方法が考えられる。しかしながら、撮像面を時間的に区分させる使用方法では、第一、二の両レーザ光の受光像が、撮像面の同じ位置に交互に形成されることととなる。この場合、前回の受光の影響が次回の受光に少なからず影響してしまい、検出精度の低下が懸念される。この点に関し、請求項２の発明では、第一レーザ光、並びに第二レーザ光を、同一撮像面上の異なる領域にそれぞれ入光させて、各受光像が同一撮像面上の異なる位置に形成されるようにした。このような構成であれば、上述のような検出精度の低下を未然に回避した上で、二次元撮像手段の共用化を図ることが可能となる。

＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、第一、第二の両レーザ光を同時に点灯させつつ異物の検出を行なうようにした。このような構成であれば、レーザ光を交互に点灯させる場合に比べて検出に必要な時間を短く出来る。

＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、両光軸を平行に配置とした。仮に、光軸をハの字状の配置にしてしまうと、投光側では光軸間の距離が広くなる結果、装置が大型化してしまうが、光軸を平行に配置しておけば、最小のスペースでレーザ照射手段を構成でき、装置を小型化出来る。

＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によれば、光軸角度調整手段を設けて、第二レーザ光の照射角度を調整できるようにした。レーザ光の屈折角度は必ずしも一定ではなく、室温など周囲の環境変化に応じて変化することが予想されるが、請求項５の構成であれば、照射角度を調整することが出来るので、レーザ光の屈折角度の変化に対応出来る。

＜請求項６の発明＞
回折縞の変化の有無の検出は、二次元撮像手段から出力される画像データを画像解析処理することにより行なわれるが、解析の対象となるデータ数が多くなると、解析を完了させるのに時間が長くかかる。そこで、請求項６の発明では、画像解析処理の対象となる画像データを、受光中心スポット周辺領域の特定箇所（特定範囲）の画像データに限定した。回折縞は受光中心スポットを中心とする同心円状の縞模様として現れるので、同部分をピックアップすれば、回折縞を効果的に捉えることができ、かつ解析に必要な時間も短くて済む。

＜請求項７・請求項８の発明＞
異物による回折光（回折縞を作る光）それ自体は、光強度が微弱で、汎用の二次元撮像手段では検出することが難しいことがある。より具体的に言えば、二次元撮像手段から画像データとして出力するには、データとして取り出し可能なレベルを超えていることが必要で、回折光の光強度がそれを上回っていなければ、画像データとして取り出すことが出来ない。
この点に関し、請求項７の発明によれば、解析の対象となる特定箇所を、点在する受光周辺スポットに重なるように設定した。受光周辺スポットは、他の部分に比べて受光量のレベルが高いので、回折光の光強度が弱くても、他の光に重畳させて回折縞の画像データを得ることが可能となる。また、請求項８の発明では特定箇所を、受光中心スポットの上方に位置する受光周辺スポットに重なる１箇所と、受光中心スポットの側方に位置する受光周辺スポットに重なる１箇所と、の２箇所とした。

＜請求項９の発明＞
請求項９の発明によれば、表示手段の画面上に位置合わせ用の目印を設けた。このような構成であれば、画面の表示内容（目印と受光像）から特定箇所に対する受光像のずれ量、ずれ方向を確認できるので、受光像の位置合わせ作業を簡単に行なうことが出来る。

＜請求項１０の発明＞
請求項１０の発明によれば、光量調整部を設けて、照射されるレーザ光の光量を調整できるようにした。このような構成であれば、二次元撮像手段によって受光されるレーザ光の受光量を計測に適正なレベルに調整することが可能となる。

＜請求項１１の発明＞
請求項１１の発明によれば、表示手段の表示内容を参照しつつ光量調整出来るので、目標に合わせ易くなる。

本発明の実施形態１を図１ないし図２３を参照して説明する。
本実施形態は、異物検出装置Ｓによって、ガラス基板（本発明の対象物に相当）上の異物（例えば、微小なガラス片）を検出するものである。

１．全体構成
図１における符号１０はワーク載置台、符号Ｗは検査対象のガラス基板である。ワーク載置台１０には、同載置台１０の長手方向（同図のＢ方向）に延びるスライダ２０が設けられている。このスライダ２０の両端部には、Ｌ字状の治具２１、２５が固定されており、これが載置台１０の端面部１０Ａに若干の隙間を持って嵌めあわされている。

これにより、図示しない駆動装置を駆動させると、図１に示す矢印Ａ方向（横方向）にスライダ２０が進退するようになっている。

異物検出装置Ｓは画像データ取得手段Ｄ、並びにコントローラ（本発明の「検出手段」に相当）８０、モニタ（本発明の「表示手段」に相当）９０から構成される。画像データ取得手段Ｄは、投光ユニット（本発明の「レーザ照射手段に相当」）３０と、これと対をなす受光カメラ（本発明の「二次元撮像手段」に相当）Ｃａとからなる。

投光ユニット３０はレーザ光を出射可能とされ、図１における左側の治具２１の側面に固定される。一方、受光カメラＣａは撮像素子（以下、画素ともいう）を行列状に配した受光面（本発明の「撮像面」に相当）７０Ａを有する受光部７０を備え、図１における右側の治具２５の側面において投光ユニット３０と対向する位置に固定されている。

尚、投光ユニット３０は治具２１に対して位置ずれ調整装置２９を介して取り付けられている。この位置ずれ調整装置２９を操作することで、受光カメラＣａに対して、投光ユニット３０が正対するように位置を調整するこが出来る。

２．検出原理
ここで、異物検出装置Ｓによる異物の検出原理について説明する。
検出は、スライダ２０を進退させることに行なわれ、これにより、投光ユニット３０と受光カメラＣａとからなる画像データ取得手段Ｄがスライダ２０とともに一体的に移動する。
図２に示すように、投光ユニット３０からは、光軸Ｌがガラス基板Ｗの上面（検出面）に沿うようにレーザ光が水平に照射される。レーザ光はガラス基板Ｗ上を通過した後、受光カメラＣａの受光面７０Ａに入光し、受光カメラＣａから受光画像のデータが出力される。

図３には、受光カメラＣａの受光面７０Ａに形成される受光像Ｚの一例が示されている。同図においてハッチングで示す領域（以下、受光中心スポット）Ｃは、投光ユニット３０より出射された後、直進したレーザ光が入光した部分であり、当該部分の受光量レベルは最も高くなる。また、受光中心スポットＣの周辺部分には、受光中心スポットＣより受光量が低いものの、他の部分に比べて受光量の高い領域が点在する。すなわち、レーザ光を受光して形成される受光像Ｚは、受光中心スポットＣの周りに、受光周辺スポットＦ１〜Ｆ６が点在する像となる。

これら受光像Ｚを構成する各スポットの受光量の分布を細かくみると、同じスポット内であっても受光量のレベルは一定でなく、受光量が高い部分とそれに比べて弱い部分とがある（図示せず）。このように受光量の分布に斑が生ずる一つの要因に、レーザ光の回折現象がある。レーザ光の回折現象は、レーザ光の進行が障害物によって遮られることで起こる現象である。本実施形態であれば、例えば、図２に示すようにガラス基板Ｗの端面Ｗａなどがレーザ光の進行を妨げる障害物となるので、そこで回折が起きる。図３中には、省略してあるが、回折が起きると、受光カメラＣａの受光面７０Ａ上に光量の高い部分と低い部分が周期的に繰り返される回折縞が現れる。これにより、同じスポット内であっても受光量のレベルに、高・低が出来る。

さて、ガラス基板Ｗ上に異物があって、そこにレーザ光が照射されると、異物によりレーザ光の進行が遮られるため、そこでも、光の回折現象が起こる。これにより、図４に示すように、ガラス基板Ｗに異物がない場合には見られなかった新たな回折縞が、受光カメラＣａの受光面７０Ａ上に現れる。

本異物検出装置Ｓでは、受光カメラＣａから出力される受光画像の画像データを、後述するコントローラ８０で画像解析処理（詳細には後述するが、画像データを離散フーリエ変換して、パワースペクトルの分布を算出している）し、画像データに含まれる回折縞の変化、すなわち異物に起因する回折縞の出現の有無を検出することで、ガラス基板Ｗ上に付着する異物の有無を判別することとしている。

また、本実施形態では、画像解析処理の対象を、受光面７０Ａを構成する全画素のデータを対象とせず、特定箇所のデータに限定させている。画像解析処理はいわゆる重い処理であり、全画素を対象としてしまうと、処理速度が遅くなってしまうからである。

尚、異物に起因する回折縞は受光中心スポットＣの中心部（最大受光ポイント）Ｐを中心として同心円状の縞模様として現れるので、特定箇所としての検出エリアは受光中心スポットＣの周辺領域に設けることが望ましく、本実施形態では、以下のように２つの検出エリア１、２を設定してある。図４に示すように、検出エリア１は、受光中心スポットＣの中心部Ｐを通り、受光周辺スポットＦ１、受光周辺スポットＦ４を水平に横切るような横長なエリアとされ、検出エリア２は、受光中心スポットＣの上方に位置する受光周辺スポットＦ２を水平に横切るような横長なエリアとされる。

３．各部の構成
投光ユニット３０は、図５、図６に示すように、前後に長いボックス状のケーシング３１を備えている。ケーシング３１の前面壁３２には２つの開口窓３３、３５が並んで形成されている。投光ユニット３０には、２つのレーザ光源４３、４５が、スライダ２０の進退方向（Ａ方向）に並んだ状態で内蔵されており、各レーザ光源４３、４５から出射された光が、図示しないコリメータレンズによって平行光とされた後、対応する開口窓３３、３５を通じてケーシング３１外へ出射されるようになっている。尚、レーザ光源４３が、本発明の「第一のレーザ光照射部」に相当するものであり、レーザ光源４５が、本発明の「第二のレーザ光照射部」に相当するものである。

具体的に説明すると、図７、図８に示すように、ケーシング３１内には、左内壁３６に隣接して治具６１が設置され、右内壁３７に隣接して調整装置（本発明の「光軸角度調整手段に相当」）５０が設置されている。そして、治具６１上には出射口（図示せず）を前側に向けた状態で、レーザ光源４３が水平に設置されている。これにより、レーザ光源４３からは、図９に示すように、検査対象となるガラス基板Ｗの上面に沿うように、レーザ光（以下、第一レーザ光とする）がほぼ水平に出射される。

一方、図１０に示すように、レーザ光源４５は調整装置５０上において出射口（図示せず）が斜め下方向を向くように、斜めに設置されている。これにより、同レーザ光源４５からは、図１１に示すように検査対象となるガラス基板Ｗに対して斜め下向きにレーザ光（以下、第二レーザ光とする）が照射される。

このように、本異物検出装置Ｓでは、２つのレーザ光源４３、レーザ光源４５を内蔵し、そのうちの一方については、ガラス基板Ｗに対し照射角度θをもってレーザ光を照射させるように設定しているのは、以下の点を考慮したものである。

一般に、検査対象となるガラス基板（或いはワーク載置台１０）Ｗと大気とでは比熱の大きさが異なるので、境となる部分では空気密度の異なる境界面が出来る。空気密度の差が顕著になると、図１２に示すように、光源から遠い遠点付近（Ｆ部）では屈折が起き、レーザ光は図示上方に曲げられることがある。尚、このように、空気密度の異なる境界面で光の屈折が起こることは、蜃気楼の原因として知られている。

このように光の屈折が起きると、図１３に示すように、ガラス基板Ｗ上の遠点付近に異物があっても、水平に照射されたレーザ光は、それに当たらないまま、受光カメラＣａに入光してしまう。これでは、異物を検出出来ない。

そこで、本異物検出装置Ｓでは、ガラス基板Ｗの遠点付近で上方に屈折することを予め見込んで、ガラス基板Ｗに対し斜め下向きに第二レーザ光を照射させるようにした。より具体的に言えば、図１４に示すように、レーザ光が屈折した場合に、屈折した先のレーザ光が丁度、水平な状態となって、ガラス基板Ｗの遠点付近に照射されるように、第二レーザ光の照射角度θを設定してある。

このような構成とすることで、レーザ光に屈折が起きた場合であっても、ガラス基板Ｗ上の遠点付近の全域にレーザ光を照射させることが出来る。従って、レーザ光の回折が異物で起き、同部分に付着する異物の検出が可能となる。

また、レーザ光の屈折角度は室温などの条件によって変わるが、本実施形態では、調整装置５０により、第二レーザ光の照射角度θを調整できるようになっている。

調整装置５０は、図１５に示すように、２枚のＬ字プレート５１、５５と、平板状の取り付けプレート５９から構成されている。２枚のＬ字プレート５１、５５は上下に重ねた状態で、縦壁５２、５６同士をねじで前後２点止めすることで互いに固定されるようになっている。そして、上側のＬ字プレート５５上に取り付けプレート５９を介してレーザ光源４５が固定されている。

上側のＬ字プレート５５は下側のＬ字プレート５１に対してねじ止めされているが、Ｌ字プレート５５の縦壁５６に設けられるねじ挿通孔５６Ａは、円弧状の長孔とされている。これにより、ねじを緩めることで、ガラス基板Ｗに対する第二レーザ光の照射角度θを調整することが出来る。

また、下側のＬ字プレート５１の縦壁５２の外面にはガイド部５２Ａが設けられている。一方、ケーシング３０の右内壁３７には案内溝３７Ａが形成されている。これらガイド部５２Ａと案内溝３７Ａは共に、上下方向に延びており、案内溝３７Ａに沿ってガイド部５２Ａ、ひいては調整装置５０の全体を上下動出来るようになっている。これにより、照射角度θを一定に保ったまま、第二レーザ光の出射位置の高さを調整することが出来るようになっている。

尚、本実施形態では、ガラス基板Ｗを平面視方向（図９、図１１のＥ方向）から見たときに、第一レーザ光の光軸Ｌ１と、第二レーザ光の光軸Ｌ２の向きが、図１６に示すように互いに平行となるように定めてある。仮に、光軸をハの字状の配置にしてしまうと、投光側では光軸間の距離が広くなる結果、装置が大型化してしまうが、光軸を平行に配置しておけば、最小のスペースで投光ユニット３０を構成でき、装置を小型化出来る。

次に、投光ユニット３０の相手側となる受光カメラＣａについて説明する。受光カメラＣａの受光部７０は受光面７０Ａが空間的に２分割されている。そして、図１７に示す右半分がレーザ光源４３から出射された第一レーザ光を受光するための第一受光領域７１とされ、図１７に示す左半分がレーザ光源４５から出射された第二レーザ光を受光するための第二受光領域７２とされている。

このように、受光部７０の受光面７０Ａを空間的に２分割して、受光カメラＣａを第一、第二レーザ光で共通使用することで、各レーザ光ごとに受光カメラＣａを専用に設置する場合に比べて、部品点数が少なく済むようになっている。

また、本実施形態では、受光カメラＣａの受光面７０Ａを空間的に区分することで受光カメラＣａの共用化を図っているが、この方法の他に、レーザ光を交互に出射させ受光面７０Ａを時間的に区分して使用する方法でも、受光カメラＣａを共通使用することが出来る。しかしながら、受光面７０Ａを時間的に区分させる使用方法では、同じ領域上に第一レーザ光の受光像と、第二レーザ光の受光像が交互に形成されることととなる。この場合、前回の受光の影響が次回の受光に少なからず影響してしまい、検出精度の低下が懸念される。

この点、本実施形態のように、受光面７０Ａを空間的に区分して両レーザ光をそれぞれ専用の領域で受光させる構成であれば、受光カメラＣａの共通化を図った上で、上述のような検出精度の低下を未然に回避可能となる。加えて、受光面７０Ａを空間的に区分する構成であれば、両レーザ光源４３、４５を同時点灯させて検出を行なうことが可能となるので、レーザ光源４３、４５を交互に点灯させる場合に比べて、ガラス基板Ｗ上の異物の有無を検出するのに要する検出時間を短く出来るという効果も得られる。

次に、図１７、図１８を参照して、受光面７０Ａ上に形成される、受光像Ｚの形成位置について説明する。図１７は、レーザ光源４３、４５から出射された第一、第二レーザ光が、途中で屈折することなく直進して受光面７０Ａ上に入光した場合の受光像Ｚの形成位置を示したものである。この場合には、第一受光領域７１では、領域のほぼ中央に受光像Ｚが形成される。これに対して、第二受光領域７２では、領域の下側に受光像Ｚが形成される。

画像解析処理の対象となる検出エリア１、検出エリア２の位置は、両受光領域７１、７２とも、同じ位置に設定されており、両レーザ光が直進して受光面７０Ａ上に入光した場合には、第一受光領域７１に形成される受光像（水平光軸Ｌ１の光の像）が、両検出エリア１、２に丁度重なり、第二受光領域７２に形成される受光像（斜め光軸Ｌ２の光の像）は、両検出エリア１、２から下方に外れた状態になる。

一方、図１８には、光源から出射されたレーザ光が室温の影響を受け、ガラス基板Ｗの遠点付近に達する前に上方に屈折した場合の受光像Ｚの形成位置が示してある。この場合には、受光像Ｚの形成位置が、第一受光領域７１、第二受光領域７２とも、図１７の形成位置に対して上方にずれる。その結果、第一受光領域７１では受光像Ｚが、両検出エリア１、２から外れてしまうが、第二受光領域７２では受光像Ｚが両検出エリア１、２に丁度重なった状態になる。

次に、図１９を参照して、コントローラ８０の電気的構成について説明する。コントローラ８０は、ＣＰＵ８１、制御回路８３、フレームメモリ８５、ＲＡＭ８６、ＲＯＭ８７並びに、出力回路８８より構成される。ＣＰＵ８１は受光カメラＣａで撮影された画像データの画像解析を行なって、ガラス基板Ｗに付着する異物の有無を判別する機能を担っている。

フレームメモリ８５は、受光カメラＣａから出力された画像データ（電気信号）を記憶するためのものであり、制御回路８３はＣＰＵ８１からの指令に基づいてフレームメモリ８５に画像データを記憶させたり、或いはフレームメモリ８５から画像データの読み出しを行なうものである。

ＲＯＭ８７には、画像データを解析するための各種プログラムが格納されており、これがＲＡＭ８６上の所定領域に読み出されてＣＰＵ８１により実行される。また、ＲＡＭ８６にはプログラムが読み出される領域の他に、ＣＰＵ８１が処理を行なう際に、データを一時記憶しておくための領域が設けられている。

次に、具体的な検出動作について説明する。
検出の開始時点では、図２０に示す初期位置にスライダ２０がセットされる。そして、検出が開始されると、投光ユニット３０に内蔵される、２つのレーザ光源４３、４５からレーザ光が出射される。

続いて、駆動装置の駆動が開始される。これにより、両レーザ光源４３、４５を同時点灯させた状態で、スライダ２０は図２１の下方に向けてゆっくりと水平移動してゆく。かくして、ガラス基板Ｗに対する第一、第二レーザ光による光の走査（スキャン）が行われる。

スライダ２０の移動中、受光カメラＣａでは、所定の間隔で撮影が繰り返し行なわれる。そして、撮影が行なわれるたびに、制御回路８３によって受光カメラＣａから画像データが各受光領域７１、７２ごとにそれぞれ読み出される。以下、第一受光領域７１の画像データを第一画像データとし、第二受光領域の画像データを第二画像データとする。

そして、受光カメラＣａから読み出された第一画像データ、並びに第二画像データは、それぞれ、フレームメモリ８５に記憶されるようになっている。かくして、フレームメモリ８５には、検出開始後、各時点ｔ１、ｔ２・・・・・の第一画像データ、並びに第二画像データがそれぞれ保持される。

そして、上述した処理と並行して、保持された第一画像データ、並びに第二画像データに対する画像解析処理がＣＰＵ８１で行なわれる。

画像解析処理は、二つの段階より構成されている。第一段階では、第一画像データ、第二画像データの両画像データに対してそれぞれ次の（１）式、（２）式に従ってＦＦＴ（離散フーリエ変換）が行なれ、両画像データのそれぞれについてパワースペクトル分布が算出される。尚、ＦＦＴは、第一画像データ、第二画像データとも、検出エリア１、検出エリア２を構成する各画素を対象に行われる。

ｕ・・・・・・空間周波数
ｆ（ｎ）・・・画像データ（各画素の光量）
Ｆ（ｕ）・・・スペクトル
Ｇ（ｕ）・・・パワースペクトル

図２１には、ＦＦＴの結果として得られた、ある時点（例えば、ｔ１時点）のパワースペクトル分布の一例が示されている。パワースペクトル分布というのは、画像データ中に、如何なる空間周波数の成分が、どの割合で含まれているのを示すものである。この例は第一画像データに対してＦＦＴを行なったものであるが、同例であれば、データ中に、空間周波数１の成分が最も多く含まれ、次いで空間周波数２の成分、次いで空間周波数３の成分が多く含まれていたこととなる。

ＣＰＵ８１は第一段階の処理を繰り返し行なって、両画像データについて、それぞれ各時点ｔ１、ｔ２・・・・のパワースペクトル分布をそれぞれ算出する。これにより、両画像データについて、それぞれ所定数（例えば、１０個）のパワースペクトル分布が得られると、第二段階に移行する。

第二段階では、第一段階で取得されたパワースペクトル分布の時間的な変化を検出し、これに基づいて異物の有無を判定する処理がＣＰＵ８１によって行われる。この第二段階の処理も、第一画像データ、第二画像データそれぞれ別々に行われる。

例を挙げて説明すると、図２２は、第一画像データについて、ｔ１〜ｔ１０の各時点のパワースペクトルの分布をまとめたものであるが、この例では、いずれの空間周波数帯においても、パワースペクトルに時間的な変化がない状態となっている。このように、パワースペクトルに時間的な変化がない場合には、異物なしと判定される。

一方、例えば、図２３のＣ部に見られるように、特定の空間周波数帯において、パワースペクトルの大きさに時間的な変化が現れている場合には、ＣＰＵ８１により「異物あり」と判定される。

このように、特定空間周波数のパワースペクトルに時間的な変化が現れたときに、「異物有り」と判別できるのは、パワースペクトルの時間的な変化が、新たな回折縞の出現により起きるからである。

すなわち、異物の有無に拘わらず、画像データ中には、種々の回折縞が元から含まれている。そのため、画像データのパワースペクトル分布は、図２２に示すように、様々の空間周波数を持つ分布になる。一方、ガラス基板Ｗに異物が付着していると、異物で光の回折が起こり、画像データ中に新たな回折縞が出現する。回折縞は特定の空間周波数を持つので、その空間周波数帯域ではパワースペクトルが増加し、その結果、特定空間周波数のパワースペクトルに時間的な変化が起きる。以上のことから、パワースペクトルに時間的な変化が現れれば、新たな回折縞が出現した、すなわちガラス基板Ｗ上に異物があると、判別できる。

尚、上記では、第一画像データを例にとったが、第二画像データについて、パワースペクトルの分布に時間的な変化があれば、そのときにも、「異物有り」と判定される。すなわち、第一画像データのパワースペクトルの分布、或いは第二画像データのパワースペクトルの分布のいずれか一方に、時間的な変化が見られれば、そのときには「異物あり」と判定される。

そして、本実施形態では、「異物あり」と判定されると、ＣＰＵ８１は出力回路８８を通じて異物検出信号を出力する。尚、上記した第一、第二段階の処理により、本発明の「前記検出手段（コントローラ）は、前記第一画像データ、並びに前記第二画像データのいずれかの画像データについて、それに含まれる回折縞の相対移動中における変化（異物に起因する回折縞の出現）を検出して前記異物の有無を判別する」が実現されている。

出力回路８８はスライダ２０を駆動させる駆動装置に接続されており、異物検出信号が出力されると、駆動装置がこれを受信してスライダ２０の進退を停止させるようになっている。

一方、検出中、パワースペクトルに時間的な変化がなければ、スライダ２０は停止することなく、図２０の下方に向けてゆっくりと水平移動を続ける。そして、ＣＰＵ８１は新たな画像データが読み出される度に、上述したパワースペクトルの分布に基づいて、異物の有無について判定を行う。

やがて、スライダ２０が終端位置（図２０に示す一点鎖線で示す位置）まで達し、第一、第二レーザ光による光の走査がガラス基板Ｗの全面について行なわれると、異物検出動作が完了する。

本実施形態によれば、画像データに含まれる回折縞の変化に基づいて異物の有無を検出している。回折縞は、周期的に繰り返される光の濃淡であり、ノイズ成分と混同されることが少ないので、信頼性の高い検出結果が得られる。また、異物検出装置Ｓは投光ユニット３０、受光カメラＣａ並びにコントローラ８０などを主体に構成されており、部品点数が少なく、装置全体がコンパクトにまとめられている。

加えて、本異物検出装置Ｓは、投光ユニット３０に２つのレーザ光源４３、４５が内蔵され、しかも、そのうちの１つは、レーザ光が室温の影響を受けて屈折する現象を見越して、ガラス基板Ｗに対して斜め下向きにレーザ光を照射するようにしてある。このような構成であれば、レーザ光が室温の影響を受けて屈折したとしても、投光側から見て遠方にあたるガラス基板Ｗの遠点付近にレーザ光を照射出来るので、ガラス基板Ｗのうち、遠点付近に付着する異物を支障なく検出できる。

＜実施形態２（請求項１０、請求項１１に対応）＞
本発明の実施形態２を図２４、図２５を参照して説明する。
実施形態２は、図２４に示すように、光量調整スイッチ（本発明の光量調整部に相当）１００を設けて投光ユニット３０から照射されるレーザ光の光量を増減調整可能とするとともに、検出エリア（例えば、実施形態１の検出エリア１）における受光量の分布をモニタ９０に表示させる構成とした。これにより、以下の効果が得られる。

実施形態１では、説明を割愛したが、回折光それ自体の光強度（光量）は微弱であり、受光カメラＣａの受光感度によっては、回折光の光強度が電気信号として取り出すことが出来る受光レベルを下回ることがある。この場合には、回折光の画像を受光カメラＣａから画像データとして出力出来ない。

このような場合に回折縞を画像データとして取り出すには、元から受光量がある程度、高い領域の画素を使用してやればよい。すなわち、受光中心スポットＣ、受光周辺スポットＦ１〜Ｆ６であれば、元から受光量レベルが高いので、そこに、回折縞が重なっていれば、回折光の画像を受光カメラＣａから画像データとして取り出すことが出来る。

しかしながら、受光中心スポットＣに対応するＧ範囲では、受光量のレベルが高すぎる結果、使用状況によっては、撮像素子の検出飽和（入光する光の光量が、撮像素子が検出可能な受光量レベルを超えてしまう）が起こることがある。そのため、Ｇ範囲では回折縞を検出出来ないことも想定され、飽和の観点からみると、飽和が起こり難いと考えられるＨ範囲、或いはＩ範囲の画像データの方が回折縞を検出するのに適している。

Ｈ範囲、Ｉ範囲は、それぞれ受光周辺スポットＦ１、Ｆ４に対応しているが、その受光量のレベルは、受光中心スポットＣから距離が遠くなるに連れて下がる傾向を示し、計測に最適とされる適切な受光量レベル（以下、標準レベルとする）を下回ることがある。図２５の例では、受光周辺スポットＦ４に対応するＩ範囲において、受光量のレベルが標準レベルを下回っている。

この点に関し、本実施形態では、モニタ９０に、検出エリア１における受光量分布を表示させるとともに、光量調整スイッチ１００を設けて投光ユニット３０から照射されるレーザ光の光量を調整可能とした。そのため、Ｈ範囲、或いはＩ範囲の受光量レベルが、標準レベルを下回っていたとしても、光量調整スイッチ１００に対する操作により投光ユニット３０から出射されるレーザ光の光量を調整（増加させる）により、Ｈ範囲、或いはＩ範囲の受光量レベルを、必要なレベルに調整できる。

このような構成であれば、上述した受光量不足に起因する検出精度の低下を未然に回避することが可能となり、信頼性の高い検出結果を得ることが可能となる。また、本実施形態では、モニタ９０に受光量の分布を表示させる構成としてある。このような構成であれば、表示を参照しつつ調整を行うことができるので、受光量を目標に合わせ易くなる。尚、光量調整スイッチ１００の構成は、外部からの操作可能なものであればよく、例えば、ダイヤル式のつまみなどで構成することが望ましい。

尚、投光ユニット３０には、レーザ光源が２つ内蔵されているので、これら両レーザ光源４３、４５のレーザ光をそれぞれ、個別に調整出来る構成とすることが好ましい。すなわち、モニタ９０には、第一受光領域７１の検出エリア１の受光量の分布、第二受光領域７２の検出エリア１の受光量の分布をそれぞれ表示させる構成とし、光量調整スイッチ１００を、各レーザ光源４３、４５にそれぞれ個別に設ける構成とする。

＜実施形態３（請求項９に対応）＞
本発明の実施形態３を図２６ないし図２７を参照して説明する。
実施形態１では、画像解析処理を受光カメラＣａの特定エリア、すなわち検出エリア１、検出エリア２の画像データに限定して行なっている。仮に、投光ユニット３０と受光カメラＣａに相対的な位置ずれがある場合には、受光像Ｚが設定された検出エリア１、２から外れてしまうことがある。従って、画像解析処理を特定エリアに限定して行う場合には、検出に先立って、設定された検出エリア１、検出エリア２に受光像Ｚが重なるように位置調整する必要がある。

そこで、本実施形態では、図２６に示すように、モニタ９０上に受光面７０Ａ上に形成される受光像Ｚの位置を表示させるとともに、これに併せて、モニタ９０の画面上に位置あわせ用の基準ライン（本発明の目印に相当）を表示させることとした。

画面上の基準ラインは垂直方向のラインＴ１と水平方向のラインＴ２の２つラインから構成されており、両ラインＴ１、Ｔ２の交差点に、受光中心スポットＣの中心部Ｐを位置合わせすると、そのときには、予め定められた受光面上の検出エリア１、検出エリア２に、受光像Ｚが丁度重なるように設定されている（図２７参照）。

このような構成であれば、投光ユニット３０と受光カメラＣａの位置合わせ作業（位置ずれ調整装置２９による調整作業、図１参照）を、モニタ９０の表示を参照しつつ、簡単に行なうことが出来る。

尚、本異物検出装置Ｓでは、２つのレーザ光源を内蔵しており、水平光軸Ｌ１のレーザ光源４３は上記の要領で位置合わせしてやればよいが、斜め光軸Ｌ２のレーザ光源４５は、上述した基準ラインを参照しつつ受光像Ｚが検出エリア１、２の下方に位置するように、位置調整する必要がある。

＜実施形態４＞
本発明の実施形態４を図２８を参照して説明する。
本実施形態１では、調整装置５０により、第二レーザ光の照射角度並びに、出射位置の高さを調整可能としたが、実施形態４のものは、これら調整機能に加えて、第二レーザ光を図２８に示すＧ方向についても調整することができるようにしたものである。

具体的には、取り付けプレート５９のねじ挿通孔５９Ａが長孔になっており、ねじを緩めると、レーザ光源４５が固定された取り付けプレート５９を角度調整することが出来、これにより、第二レーザ光の光軸Ｌ２を図２８に示すＧ方向に調整出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、異物検出装置Ｓをガラス基板Ｗに付着する異物の検出に適用したが、用途はガラス基板等に限定されるものではなく、他の基板（例えば、金属板）に対するものであってもよい。

（２）また、投光ユニットは、単一波長の光を安定して出射可能なものであればよく、例えば、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ等が適用可能である。

実施形態１に適用された異物検出装置の概観構成を示す斜視図 レーザ光をガラス基板に向けて水平に照射する様子を示す図 受光像を示す図 受光画像中に回折縞が現れたことを示す図 投光ユニットの斜視図 投光ユニットの正面図 図６中のＣ−Ｃ線断面図 投光ユニットの垂直断面図 レーザ光源４３からレーザ光が水平に照射されることを示す図 レーザ光源４５がケーシング内において斜めに設置されていることを示す図 レーザ光源４５からレーザ光が斜めに照射されることを示す図 レーザ光が室温等の影響を受けて、上方に屈折する様子を示す図 屈折したレーザ光がガラス基板の遠点付近にある異物から外れる様子を示す図 斜めに照射されたレーザ光が屈折により、遠点付近で丁度、水平になる様子を示す図 調整装置の斜視図 平面視方向で、両光軸Ｌ１、Ｌ２が平行であることを示す図 レーザ光が屈折しなかった場合の受光画像を示す図 レーザ光が屈折した場合の受光画像を示す図 コントローラの電気的構成を示すブロック図 スライダの初期位置、並びに終端位置を示す平面図 画像データをＦＦＴした結果（パワースペクトル分布）を示す図 パワースペクトル分布の時間的な推移を示す図（変化がない場合） パワースペクトル分布の時間的な推移を示す図（変化がある場合） 実施形態２における、異物検出装置の電気的構成を示すブロック図 受光像の受光量レベルを示す図 実施形態３において、モニタの画面上に位置あわせ用の基準ラインを表示させた様子を示す図 基準ラインを目印に、受光面の中央に受光像が位置するように位置合わせした様子を示す図 実施形態４における、調整装置の平面図 従来例を示す図

符号の説明

Ｓ…異物検出装置
Ｄ…画像データ取得手段
３０…投光ユニット（本発明の「レーザ照射手段」に相当）
４３…レーザ光源（本発明の「第一のレーザ光照射部」に相当）
４５…レーザ光源（本発明の「第二のレーザ光照射部」に相当）
５０…調整装置（本発明の「光軸角度調整手段」に相当）
７０…受光カメラ（本発明の「二次元撮像手段」に相当）
８０…コントローラ（本発明の「検出手段」に相当）
８１…ＣＰＵ
Ｌ１…光軸（本発明の「第一光軸」に相当）
Ｌ２…光軸（本発明の「第二光軸」に相当）

Claims (11)

1. 異物に照射された光の回折現象によって生ずる回折縞を利用して、対象物の検出面上の微小な異物を検出する異物検出装置であって、
   対象物の一方側に配置されレーザ光を照射するレーザ照射手段、並びに対象物の他方側において前記レーザ照射手段に対向配置され前記レーザ照射手段から照射された光を受光して画像データを出力する二次元撮像手段からなる画像データ取得手段と、
   前記二次元撮像手段から出力される画像データの画像解析処理を行う検出手段と、を備え、前記画像データ取得手段或いは前記対象物の少なくともいずれか一方を他方に対して相対移動させつつ検出を行ない、前記画像データに含まれる回折縞の相対移動中における変化を前記検出手段による画像解析処理で検出することで異物の有無を判別する構成であるとともに、
   前記レーザ照射手段は、
   前記対象物の検出面に対してレーザ光をほぼ水平に照射させる第一のレーザ光照射部と、
   前記対象物の検出面に対してレーザ光を斜め下向きに照射させる第二のレーザ光照射部と、から構成され、
   前記二次元撮像手段からは、前記第一のレーザ光照射部より照射された第一レーザ光を受光して得られる第一画像データ並びに、前記第二のレーザ光照射部より照射された第二レーザ光を受光して得られる第二画像データがそれぞれ出力され、
   前記検出手段は、前記第一画像データ、並びに前記第二画像データのいずれかの画像データについて、それに含まれる回折縞の相対移動中における変化を検出して前記異物の有無を判別することを特徴とする異物検出装置。
2. 前記第一レーザ光、並びに前記第二レーザ光が、同一撮像面上の異なる領域にそれぞれ入光し、各受光像が同一撮像面上の異なる位置に形成される設定としてあることを特徴とする請求項１に記載の異物検出装置。
3. 第一、第二の両レーザ光照射部を同時点灯させつつ、前記画像データ取得手段、或いは前記対象物の少なくともいずれか一方を相対移動させて異物の検出を行なう構成としてあることを特徴とする請求項２に記載の異物検出装置。
4. 前記対象物の検出面を、前記画像データ取得手段と前記対象物との相対移動方向と直交する方向から見たときに、
   前記第一レーザ光と、前記第二レーザ光とが平行となるように各レーザ光の光軸の向きが定めてあることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の異物検出装置。
5. 前記レーザ照射手段に、前記対象物の検出面に対する前記第二レーザ光の照射角度を調整可能な光軸角度調整手段が、設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の異物検出装置。
6. 前記レーザ照射手段から出射されたレーザ光が、前記二次元撮像手段の撮像面に入光して形成される受光像の中心部分を受光中心スポットと定義したときに、
   前記画像解析処理が、前記二次元撮像手段から出力される画像データのうち、受光中心スポット周辺領域で、かつ前記回折縞と重なる特定箇所の画像データを対象に行なわれることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の異物検出装置。
7. 前記レーザ照射手段によって出射されたレーザ光が、前記二次元撮像手段の撮像面に入光したときに、前記受光中心スポットの周辺部に、複数個の受光周辺スポットが点在するような受光像が形成されるものにおいて、
   前記特定箇所は、点在する前記受光周辺スポットに重なるように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の異物検出装置。
8. 前記受光中心スポットの側方の両側と、上方に前記受光周辺スポットが形成されるものにおいて、
   前記特定箇所は、
   前記受光中心スポットの上方に位置する受光周辺スポットに重なる１箇所と、
   前記受光中心スポットの側方に位置する受光周辺スポットに重なる１箇所と、の２箇所であることを特徴とする請求項７に記載の異物検出装置。
9. 前記撮像面に形成される前記受光像が前記特定箇所に重なるように、前記レーザ照射手段或いは前記二次元撮像手段の取り付け位置を検出に先立って位置調整するものにおいて、
   前記撮像面に形成される受光像の、少なくとも位置を表示可能な表示手段を備えるとともに、同表示手段の表示画面上には、前記位置調整を行なうための目印が設けられていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の異物検出装置。
10. 前記第一のレーザ光照射部及び、前記第二のレーザ光照射部からそれぞれ出射されるレーザ光の光量を、個別に調整可能な光量調整部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の異物検出装置。
11. 特定箇所の受光量分布を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の異物検出装置。

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