JP3918579B2 - 表面観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造物の表面形状観察に適した表面観察装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、立体構造物の表面形状の観察に、カラーハイライト照明方式を利用した表面観察装置が利用されており、例えば、回路基板上に実装された電子部品の半田付け部分の検査に用いられている。図１は、カラーハイライト照明方式を利用した従来の表面観察装置１を示している。この表面観察装置１は、同一中心軸６に沿って配置された３本のリング型発光体２ａ、２ｂ、２ｃと、その上方に配置されたカラーＣＣＤカメラ３などで構成されている。３本のリング型発光体２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なる波長領域の光を検査対象物５に向けて発する蛍光管であって、半径の小さいものほど高い位置に設置されている。
【０００３】
図１に示すように、リング型発光体２ａ、２ｂ、２ｃから回路基板４に実装された検査対象物５に向けて、それぞれ中心軸６とθ１、θ２、θ３（ただし、θ１＜θ２＜θ３）をなす角度（以降この角度を照射角という）から、例えば赤色光、緑色光、青色光を投光した場合、いずれかの光をカラーＣＣＤカメラ３に向けて反射させるような検査対象物５上の面は、カラーＣＣＤカメラ３から見ると反射された光の色に着色して見える。したがって、例えば半田付け面の検査をする場合、半田付けが良好又は不良な状態の半田部分の画像をあらかじめ撮影しておき、この着色パターンと、検査したい対象物を撮影した画像の着色パターンを比較すれば、その検査対象物５が良品であるか、もしくは不良品であるかを検査することができる。
【０００４】
ところで、近年のように部品の微小化や高集積化が進むに従って、これらの表面形状を検査するために、細部の観察が可能な顕微鏡機能を備えた表面観察装置や、凹部や入り組んだ形状にも対応できる表面観察装置が必要とされている。しかしながら、顕微鏡と従来のリング型発光体を単に組み合わせた表面観察装置を作製しようとすれば、リング型発光体のサイズや、リング型発光体を設置する位置に制約が生じてしまう。つまり、顕微鏡の対物レンズの下にリング型発光体が入り込まないように、リング半径を顕微鏡の対物レンズの半径よりも大きくしなければならず、また、リング型発光体から照射する光が顕微鏡で遮られないよう、リング型発光体を設置する位置を考慮する必要がある。このような制約を加えた上で表面観察装置を設計する場合、スペースが限られるために、リング型発光体の数を多くすることは難しいが、リング型発光体の数が少なければ表面形状の認識精度が粗くなってしまうという問題が生じる。
【０００５】
また、検査対象物５が、間口の大きさに対して深みのある凹部を有している場合、検査対象物５の凹部の観察を行うために最深部まで光を届かせようとすれば、小さな照射角度で光を投光しなければならない。従来のリング型発光体を用いた場合に、照射角度を小さくしようとすれば、リング型発光体のリング半径を小さくするか、または、リング型発光体と検査対象物の距離を離す必要がある。しかしながら、リング型発光体のリング半径を小さくして製造することには限界があり、また、リング型発光体と検査対象物の距離を離して照射角度を小さくしようとすれば、表面観察装置が大型化してしまう。さらに、上記のように顕微鏡とリング型発光体を組み合わせた表面観察装置にしようとした場合、顕微鏡の対物レンズがあるために、微小な照射角度になるようにリング型発光体を配置することは不可能である。
【０００６】
【発明の開示】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされており、その目的とするところは、装置サイズを大型化することなく、微細な対象物（特に、凹部を有する対象物）の表面形状を観察ないし検査することができる表面観察装置を提供することにある。
【０００７】
本発明による表面観察装置は、複数の波長域の光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光を受け取り、波長域の異なる光を異なる照射角度で対象物に照射すると共に、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させる照明手段と、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段とを有する表面観察装置において、前記照明手段は、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させることを特徴としている。ここで、同軸落射光とは、対象物で反射した光を撮像する撮像手段の光軸と一致する光軸に沿って照射される光をいう。
【０００８】
本発明の表面観察装置にあっては、複数の波長域の光を異なる照射角度で対象物に照射し、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段（例えば、カラーＣＣＤカメラ、カラービデオ等）で撮影し、その着色具合などから対象物の表面形状を判定する表面観察装置において、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させているので、撮像手段と照明器具とが干渉しにくくなり、照明手段（特に、光出射部分）をコンパクトにすることができ、ひいては表面観察装置を小型化することができる。特に、同軸落射光とすることによって照射角度を小さくすることができるので、対象物の凹部の深い箇所などにも光を照射させることができ、表面観察装置を大型化することなく凹部なども精度よく観察可能にできる。
【０００９】
また、本発明の表面観察装置においては、前記照明手段が、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させるので、複数の波長域の光を光変換器における光出射端の小さな面積から出射させることができ、照明手段と対象物の距離を長くすることなく、小さな照射角度で光を照射させることができ、凹部を有する対象物なども精度良く観察することができる。
【００１０】
本発明の実施態様においては、前記照明手段が、光入射端側の端部を束ねられ、光出射端側の端部を円環状に配列された光ファイバー束からなるリングライトを備えているので、ハロゲンランプやＬＥＤ等から出射された光を円環状に変換して照射させることができ、円環状の蛍光管などを用いる場合に比べて円環状の光を照射させるための照明手段を小型化することができる。よって、小さな照射角度で円環状の光を照射させることができる。
【００１１】
本発明の別な実施態様においては、前記照明手段が、各波長域の光を光束断面が円形状又は円環状となるように整形し、対象物に向けて同軸落射光として照射させることができる。例えば、顕微鏡などを利用した同軸落射光学系を用いればよい。この実施態様においては、各波長域の光を同軸落射光として照射させることができるので、照明手段を特に小さくすることができ、微細な対象物や凹部などを有する対象物の観察ないし検査に適している。
【００１２】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記照明手段により照射される波長域の異なる光のうち、いずれかの光は白色光となっているので、この白色光を対象物の表面に照射させることにより、対象物の表面に印刷されている製造番号などの文字情報を読み取ることが可能になる。
【００１３】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記光源部から出射された光を合成した光を照明手段より照射させることができるので、対象物に照射させる光の波長域を光源の種類よりも多様にすることができる。
【００１５】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００１６】
【発明の実施形態】
（第１の実施形態）
図２（ｂ）は本発明の一実施形態である表面観察装置７に用いられる光変換器８の一部破断した側面図である。また、図２（ａ）、（ｃ）はこの光変換器８の光出射端および光入射端の正面図である。光変換器８は、複数の光ファイバーを束ねた個々の光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの外部を保護材９ａ、９ｂで覆ったファイバーコード１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃを束ねて再配列させる結束部１２と、各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃを一本にまとめたファイバーガイド１３とから構成されている。別々に束ねられていたファイバーコード１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内の光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、結束部１２で束ねられ、さらに個々の光ファイバーにばらされて並べ換えられた後、ファイバーガイド１３内で同心状に再配列されている。ファイバーガイド１３内部では、例えば図２（ａ）に示すように、光ファイバー束１１ａの光ファイバーが中心部を構成し、その外周部を光ファイバー束１１ｂの光ファイバーが構成し、さらにその外周部を光ファイバー束１１ｃの光ファイバーが構成するというように、光変換器８の光出射端で光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃ毎に半径の異なる同心円状に並べ換えられて再配置されている。
【００１７】
したがって、この光変換器８の光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの光入射端に、例えば赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃを照射すれば（図３参照）、ファイバーガイド１３から出射される光の光束断面は、中心部が円形の赤色光１５ａ、その外周部が環状の緑色光１５ｂ、さらにその外周部が環状の青色光１５ｃというように（図４参照）、波長域ごとに半径の異なる同心円状になる。ファイバーガイド１３内では各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの境界には、アルミ箔などの反射性の高い仕切り９ｃが設けられているため、隣り合う光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃが異なる波長域の光を発する場合にも、これらの光が混ざり合うことはない。
【００１８】
図３は、上記の光変換器８を用いた表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、上記の光変換器８と一体化した顕微鏡１６、光変換器８に光を供給する光源部１７、顕微鏡１６の下方に設けられた水平な検査台１８、顕微鏡１６の上方に設けられたカラーＣＣＤカメラ１９、カラーＣＣＤカメラ１９に電気的に接続された画像処理装置２０で構成されている。また、光源部１７は３つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、それぞれ赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃのみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃから構成されている。
【００１９】
光源部１７のハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃから出射した白色光を、それぞれバンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃに照射して、赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃを生成し、これらの光を光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの光入射端に入射させる。このとき、レンズなどを利用して、各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの光入射端に光を集光させるようにしてもよいが、各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃを構成するすべての光ファイバーに均等に光が照射されるようにしておくことが望ましい。
【００２０】
光変換器８より顕微鏡１６の内部に出射される光は、上述したように、その光束断面の中心部が赤色光１５ａ、その外周部が緑色光１５ｂ、さらにその外周部が青色光１５ｃというように波長域毎に半径の異なる同心円状の光となる。この同心円状の光をコリメートレンズ２３を通して平行光にし、ハーフミラー２４で検査対象物２７の方向に進路を変えて、対物レンズ２５に入射させる。このとき、同心円状の光の中心と、対物レンズ２５の中心軸２８を一致させておけば、同心円状の光のうち、中心部の光は小さな照射角で検査対象物２７に向けて出射され、外周円側の光ほど大きな照射角で検査対象物２７に向けて出射されることになる。つまり、赤色光１５ａは小さな照射角で、緑色光１５ｂは赤色光１５ａよりも大きな照射角で、青色光１５ｃはさらに大きな照射角で検査対象物２７に同軸落射される。
【００２１】
なお、対物レンズ２５によって照射される光は、完全に一点に集光されるわけではなく、図４に示すように、レンズの球面収差や、色収差によって各波長域毎に中心軸２８上の異なる位置で焦点を結ぶため、検査対象物２７の同じ領域に、異なる角度から出射された光を照射することができる。
【００２２】
検査対象物２７の表面で反射された光のうち、上方に設けられたカラーＣＣＤカメラ１９の方向に反射した光は、結像レンズ２６で集光されて、カラーＣＣＤカメラ１９に入射する。カラーＣＣＤカメラ１９で得られた画像はＡ／Ｄ変換されて画像処理装置２０に送出される。画像処理装置２０は、所定のソフトウエアを備えたパーソナルコンピュータやディスプレイから構成されており、取得した画像をディスプレイに表示することができる。
【００２３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す凹型の検査対象物２７に光を照射した場合に、カラーＣＣＤカメラ１９で得られる画像を示す図である。凹部２７ａの底面の傾きが水平面に近い領域は、照射角の小さな赤色光１５ａによって赤色に着色されて見えるが、水平面からの傾きが大きくなるに従って、緑色、青色に着色されて見える。画像処理装置２０では、このように得られた画像の、各照明色で着色された領域の面積を算出したり、中心軸２８からのずれや歪みの計測を行うことで、検査対象物２７の形状や、凹部２７ａ内への異物の混入がないかを調べることもできる。また、あらかじめ画像処理装置２０内の記憶装置に保存しておいた良品や不良品の画像と、取得した画像を比較して一致するか否かを調べ、検査対象物２７が良品であるか、もしくは不良品であるかを判別することなどもできる。
【００２４】
上記のように、本実施形態の光変換器８と顕微鏡１６の対物レンズ２５を組み合わせれば、検査対象物２７が微小構造物である場合でも、観察を行うことができる。また、本実施形態のように、顕微鏡１６の内部から検査対象物２７に光を同軸落射照明することができれば、顕微鏡１６の外部から検査対象物２７を照射する場合よりも、照射角度を小さくすることができるため、マイクロレンズ金型のように数十ミクロン程度の凹曲面を有する検査対象物２７である場合にも、奥に入り組んだ部分にまで光を照射することができる。また、表面観察装置７は、従来からある顕微鏡や光ファイバーなどを用いて構成すれば良いため、低コストで製造することができる。なお、本実施形態の光変換器８は３束の光ファイバー束から構成されているが、光ファイバー束は何束であってもよい。
【００２５】
また、光源部１７は、一つの白色光源から出射される白色光を、プリズムまたは波長選択ミラーなどで分光して、波長帯域の異なる複数の光を作り出すような構造にしてもよい。
【００２６】
（第２の実施形態）
図６は上述の光変換器８を用いた、本発明の別な実施形態である表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、カメラレンズ部２９を備えたカラーＣＣＤカメラ１９と、半径の異なる２本のリングライト３０ａ、３０ｂ、カメラレンズ部２９およびリングライト３０ａ、３０ｂに光を導光するファイバーコード（光ファイバー束を保護材で被覆したもの）１０ａ、３１ａ、３１ｂ、カメラレンズ部２９およびリングライト３０ａ、３０ｂに光を供給する光源部１７、カメラレンズ部２９と電気的に接続された画像処理装置２０から構成されている。光源部１７は３つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、赤色波長域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ、緑色光波長域の光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ｂおよび、青色波長領域の光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ｃから構成されている。また、カメラレンズ部２９は、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４、および対物レンズ２５から構成されている。カラーＣＣＤカメラ１９と、対物レンズ２５、リングライト３０ａ、３０ｂ、及び回路基板３２に半田付けされた検査対象物２７は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト３０ａ、３０ｂは、ファイバーコード３１ａ、３１ｂの光出射端を検査対象物２７の方向に向けて、リング状に並べ変えたものであり、半径の小さなリングライト３０ａは、半径の大きなリングライト３０ｂの上方に設置されている。
【００２７】
ハロゲンランプ２１ａからバンドパスフィルタ２２ａに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ２２ａを透過した赤色光１５ａが、ファイバーコード１０ａに入射する。ファイバーコード１０ａは複数本の光ファイバーを断面が円形になるように束ねているので、ファイバーコード１０ａから、カメラレンズ部２９の内部に出射される赤色光１５ａの光束断面は円形になる。この赤色光束をコリメートレンズ２３で平行光にし、ハーフミラー２４で検査対象物２７のある方向へと進行方向を変えて、対物レンズ２５を透過させて検査対象物２７に向けて同軸落射させる。また、ハロゲンランプ２１ｂ、２１ｃから、バンドパスフィルタ２２ｂ、２２ｃに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ２２ｂ、２２ｃを透過した緑色光１５ｂ、青色光１５ｃがファイバーコード３１ａ、３１ｂに入射し、リングライト３０ａ、３０ｂの下面からは、検査対象物２７に向けて、それぞれ異なる照射角度で緑色光１５ｂ、青色光１５ｃが投光される。
【００２８】
検査対象物２７が、図７に示すように半田付けされた部品である場合に、上述の赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃを投光すれば、カラーＣＣＤカメラ１９で撮影される画像の、水平面および水平面からの傾きが小さな面が赤色に着色されて見え、また、赤色に着色された面よりも傾きの大きな面が緑色に着色されて見え、緑色に着色された面よりもさらに傾きの大きな面が青色に着色されて見える。したがって、検査対象物２７の半田付け部分３３の着色パターンから、半田付けの良・不良を検査することができる。
【００２９】
また、本実施形態のバンドパスフィルタ２２ａは、可動式になっており、光軸外へ外すことができる。バンドパスフィルタ２２ａを光軸から外した場合、検査対象物２７へは、上方から白色光を照射することになる。したがって、図７に示すように部品表面に製造番号などの文字情報３４が付されている場合、白色光を照射することによって、これらの文字情報を読みとることができる。
【００３０】
本実施形態のように、検査対象物に異なる角度から異なる波長域の光を照射するだけでなく、検査対象物の上方から白色光を照射できれば、検査対象物２７の表面に記された部品番号などを確認しながら検査を行うこともでき、より正確に、効率よく検査を行うことができる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図８は本発明のさらに別な実施形態である表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、光変換器８と一体化したカメラレンズ部２９を備えたカラーＣＣＤカメラ１９と、半径の異なる２つのリングライト３０ａ、３０ｂ、光変換器８およびリングライト３０ａ、３０ｂに光を供給する光源部１７などで構成されている。光源部１７は４つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、赤色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ、緑色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ｂ、青色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ｃから構成されている。カラーＣＣＤカメラ１９と、カメラレンズ部２９の内部に設けられた対物レンズ２５、リングライト３０ａ、３０ｂ、及び検査台１８上の検査対象物２７は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト３０ａ、３０ｂは、ファイバーコード３１ａ、３１ｂの光出射端を検査対象物２７の方向に向けてリング上に配列したものであり、半径の小さなリングライト３０ａは、半径の大きなリングライト３０ｂの上方に設置されている。
【００３２】
また、光変換器８は、２本のファイバーコード１０ａ、１０ｂが結束部１２で束ねられて、ファイバーガイド１３内で、ファイバーコード１０ａを構成する光ファイバーの光出射端が円形状に、ファイバーコード１０ｂを構成する光ファイバーの光出射端がその外周円を内周円とする環状に再配列されている。したがって、ハロゲンランプ２１ａから光ファイバー束１１ａに向けて出射された白色光１５ｗは、ファイバーガイド１３の光出射端からカメラレンズ部２９内部に光束断面が円形状になった光として出射される。また、ハロゲンランプ２１ｂから白色光をバンドパスフィルタ２２ａに照射して赤色光１５ａを生成し、光ファイバー束１１ｂの光入射端にこの赤色光１５ａを照射すると、ファイバーガイド１３の光出射端からカメラレンズ部２９内に、光束断面がリング状になった赤色光１５ａが出射される。カメラレンズ部２９に入射した白色光１５ｗおよび赤色光１５ａは、コリメートレンズ２３を透過して平行光となり、ハーフミラー２４で検査対象物２７の方向に進行方向が変えられて、対物レンズ２５を透過して、検査対象物２７に向けて同軸落射される。また、カラーＣＣＤカメラ１９の外部に設けらたリングライト３０ａからは緑色光１５ｂが、リングライト３０ｂからは青色光１５ｃが、それぞれ異なる照射角度から検査対象物２７に向けて照射される。
【００３３】
ここで、検査対象物２７が、図７に示すように基板上に半田付けされた部品である場合、半田付け部分３３を観察するときにはハロゲンランプ２１ａを消灯し、赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃのみを投光すればよい。このとき、検査対象物２７表面の、水平面からの傾きが小さな面が赤色に着色されて見え、また、赤色に着色された面よりも傾きの大きな面が緑色に着色されて見え、緑色に着色された面よりもさらに傾きの大きな面が青色に着色されて見える。したがって、検査対象物２７の半田付け部分３３の着色パターンから、半田付けの良・不良を検査することができる。
【００３４】
また、図７に示すように部品表面に製造番号などの文字情報３４が付されている場合、ハロゲンランプ２１ａを点灯すれば、部品の上方より白色光が照射されるため、これらの文字情報を読みとることができる。本実施形態によれば、ハロゲンランプの点灯または消灯という簡単な操作を行うだけで、形状を検査するだけでなく、検査対象物表面の文字を読みとることもできる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図９は本発明の別の実施形態である表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、光変換器８と一体化したカメラレンズ部２９を備えたカラーＣＣＤカメラ１９と、光変換器８に光を供給する光源部１７、半径の異なる２つのリングライト３０ａ、３０ｂ、などから構成されている。光源部１７は５つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、赤色波長域の光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、緑色波長域の光を透過するバンドパスフィルタ２２ｃ、２２ｄ、および青色光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ｅから構成されている。カラーＣＣＤカメラ１９と、カメラレンズ部２９の内部に設けられた対物レンズ２５、リングライト３０ａ、３０ｂ、及び回路基板３２上の検査対象物２７は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト３０ａ、３０ｂは、ファイバーコード３１ａ、３１ｂの光出射端を検査対象物２７の方向に向けてリング上に配列したものであり、半径の小さなリングライト３０ａは、半径の大きなリングライト３０ｂの上方に設置されている。
【００３６】
ハロゲンランプ２１ａからバンドパスフィルタ２２ａに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ２２ａを透過した赤色光が、ファイバーコード１０ａに入射する。また、ハロゲンランプ２１ｂ、２１ｃから照射された白色光は、バンドパスフィルタ２２ｂ、２２ｃを透過してファイバーコード１０ｂに入射する。ファイバーコード１０ｂの入射端には、赤色光および緑色光が照射されるため、このファイバーコード１０ｂの光出射端からは、赤色光及び緑色光の合成によって作られた橙色光（もしくは黄色光）が出射される。ファイバーガイド１３内ではファイバーコード１０ａを構成する光ファイバーの光出射端が、円形状に並べ換えられて中心部を構成しており、ファイバーコード１０ｂを構成する光ファイバーの出射端は、その外周部を構成するようにリング状に並べ換えられている。したがって、ファイバーガイド１３から出射される光は、その光束断面が円形状をした赤色光と、赤色光の外周円を内周円とするリング状の橙色光（もしくは黄色光）となる。
【００３７】
カメラレンズ部２９に入射した赤色光および橙色光（もしくは黄色光）は、コリメートレンズ２３を透過して平行光となり、ハーフミラー２４で検査対象物２７の方向に進行方向が変えられて、対物レンズ２５を透過して、検査対象物２７に同軸落射される。また、カラーＣＣＤカメラ１９の外部に設けらたリングライト３０ａからは緑色光が、リングライト３０ｂからは青色光が、それぞれ異なる照射角度から検査対象物２７に向けて照射される。したがって、対物レンズ２５の中心軸と、検査対象物に照射される光のなす角を照射角というとすれば、照射角の小さい順から、赤色光、橙色光（もしくは黄色光）、緑色光、青色光が検査対象物２７が照射されることになる。
【００３８】
本実施形態による表面観察装置によれば、カメラレンズ部２９の対物レンズ２５を用いて検査対象物２７に投光する光は照射角が小さい光になり、リングライト３０ａ、３０ｂを用いて検査対象物２７に投光する光は照射角が大きな光になる。従って、本実施形態による表面観察装置によれば、様々な傾斜面を持つ複雑な形状の立体構造物の検査をすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の表面観察装置によれば、複数の波長域の光を異なる照射角度で対象物に照射し、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段（例えば、カラーＣＣＤカメラ、カラービデオ等）で撮影し、その着色具合などから対象物の表面形状を判定する表面観察装置において、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させているので、撮像手段と照明器具とが干渉しにくくなり、照明手段（特に、光出射部分）をコンパクトにすることができ、ひいては表面観察装置を小型化することができる。特に、同軸落射光とすることによって照射角度を小さくすることができるので、対象物の凹部の深い箇所などにも光を照射させることができ、表面観察装置を大型化することなく凹部なども精度よく観察可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のカラーハイライト照明方式を利用した表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の表面観察装置の光変換器の光出射端側からの正面図、（ｂ）は光変換器の一部破断した側面図、（ｃ）は光変換器の光入射端側からのす正面図である。
【図３】図２の光変換器を用いた表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図４】対物レンズを通して検査対象物に照射される光の様子を説明する図である。
【図５】（ａ）は検査対象物の断面図、（ｂ）は（ａ）に示す検査対象物の凹曲面に光を照射した場合に、カラーＣＣＤカメラで撮影される画像を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図７】（ａ）、(ｂ)は、検査対象物の平面図及び側面図である。
【図８】本発明のさらに別な実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明のさらに別な実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
７ 表面観察装置
８ 光変換器
１０ａ、１０ｂ ファイバーコード
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 光ファイバー束
１２ 結束部
１３ ファイバーガイド
１５ａ 赤色光
１５ｂ 緑色光
１５ｃ 青色光
１６ 顕微鏡
１７ 光源部
１９ カラーＣＣＤカメラ
２０ 画像処理装置
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ ハロゲンランプ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ バンドパスフィルタ
２４ ハーフミラー
２７ 検査対象物
２９ カメラレンズ部
３０ａ、３０ｂ リングライト
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造物の表面形状観察に適した表面観察装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、立体構造物の表面形状の観察に、カラーハイライト照明方式を利用した表面観察装置が利用されており、例えば、回路基板上に実装された電子部品の半田付け部分の検査に用いられている。図１は、カラーハイライト照明方式を利用した従来の表面観察装置１を示している。この表面観察装置１は、同一中心軸６に沿って配置された３本のリング型発光体２ａ、２ｂ、２ｃと、その上方に配置されたカラーＣＣＤカメラ３などで構成されている。３本のリング型発光体２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なる波長領域の光を検査対象物５に向けて発する蛍光管であって、半径の小さいものほど高い位置に設置されている。
【０００３】
図１に示すように、リング型発光体２ａ、２ｂ、２ｃから回路基板４に実装された検査対象物５に向けて、それぞれ中心軸６とθ１、θ２、θ３（ただし、θ１＜θ２＜θ３）をなす角度（以降この角度を照射角という）から、例えば赤色光、緑色光、青色光を投光した場合、いずれかの光をカラーＣＣＤカメラ３に向けて反射させるような検査対象物５上の面は、カラーＣＣＤカメラ３から見ると反射された光の色に着色して見える。したがって、例えば半田付け面の検査をする場合、半田付けが良好又は不良な状態の半田部分の画像をあらかじめ撮影しておき、この着色パターンと、検査したい対象物を撮影した画像の着色パターンを比較すれば、その検査対象物５が良品であるか、もしくは不良品であるかを検査することができる。
【０００４】
ところで、近年のように部品の微小化や高集積化が進むに従って、これらの表面形状を検査するために、細部の観察が可能な顕微鏡機能を備えた表面観察装置や、凹部や入り組んだ形状にも対応できる表面観察装置が必要とされている。しかしながら、顕微鏡と従来のリング型発光体を単に組み合わせた表面観察装置を作製しようとすれば、リング型発光体のサイズや、リング型発光体を設置する位置に制約が生じてしまう。つまり、顕微鏡の対物レンズの下にリング型発光体が入り込まないように、リング半径を顕微鏡の対物レンズの半径よりも大きくしなければならず、また、リング型発光体から照射する光が顕微鏡で遮られないよう、リング型発光体を設置する位置を考慮する必要がある。このような制約を加えた上で表面観察装置を設計する場合、スペースが限られるために、リング型発光体の数を多くすることは難しいが、リング型発光体の数が少なければ表面形状の認識精度が粗くなってしまうという問題が生じる。
【０００５】
また、検査対象物５が、間口の大きさに対して深みのある凹部を有している場合、検査対象物５の凹部の観察を行うために最深部まで光を届かせようとすれば、小さな照射角度で光を投光しなければならない。従来のリング型発光体を用いた場合に、照射角度を小さくしようとすれば、リング型発光体のリング半径を小さくするか、または、リング型発光体と検査対象物の距離を離す必要がある。しかしながら、リング型発光体のリング半径を小さくして製造することには限界があり、また、リング型発光体と検査対象物の距離を離して照射角度を小さくしようとすれば、表面観察装置が大型化してしまう。さらに、上記のように顕微鏡とリング型発光体を組み合わせた表面観察装置にしようとした場合、顕微鏡の対物レンズがあるために、微小な照射角度になるようにリング型発光体を配置することは不可能である。
【０００６】
【発明の開示】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされており、その目的とするところは、装置サイズを大型化することなく、微細な対象物（特に、凹部を有する対象物）の表面形状を観察ないし検査することができる表面観察装置を提供することにある。
【０００７】
本発明による表面観察装置は、複数の波長域の光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光を受け取り、波長域の異なる光を異なる照射角度で対象物に照射すると共に、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させる照明手段と、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段とを有する表面観察装置において、前記照明手段は、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させることを特徴としている。ここで、同軸落射光とは、対象物で反射した光を撮像する撮像手段の光軸と一致する光軸に沿って照射される光をいう。
【０００８】
本発明の表面観察装置にあっては、複数の波長域の光を異なる照射角度で対象物に照射し、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段（例えば、カラーＣＣＤカメラ、カラービデオ等）で撮影し、その着色具合などから対象物の表面形状を判定する表面観察装置において、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させているので、撮像手段と照明器具とが干渉しにくくなり、照明手段（特に、光出射部分）をコンパクトにすることができ、ひいては表面観察装置を小型化することができる。特に、同軸落射光とすることによって照射角度を小さくすることができるので、対象物の凹部の深い箇所などにも光を照射させることができ、表面観察装置を大型化することなく凹部なども精度よく観察可能にできる。
【０００９】
また、本発明の表面観察装置においては、前記照明手段が、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させるので、複数の波長域の光を光変換器における光出射端の小さな面積から出射させることができ、照明手段と対象物の距離を長くすることなく、小さな照射角度で光を照射させることができ、凹部を有する対象物なども精度良く観察することができる。
【００１０】
本発明の実施態様においては、前記照明手段が、光入射端側の端部を束ねられ、光出射端側の端部を円環状に配列された光ファイバー束からなるリングライトを備えているので、ハロゲンランプやＬＥＤ等から出射された光を円環状に変換して照射させることができ、円環状の蛍光管などを用いる場合に比べて円環状の光を照射させるための照明手段を小型化することができる。よって、小さな照射角度で円環状の光を照射させることができる。
【００１１】
本発明の別な実施態様においては、前記照明手段が、各波長域の光を光束断面が円形状又は円環状となるように整形し、対象物に向けて同軸落射光として照射させることができる。例えば、顕微鏡などを利用した同軸落射光学系を用いればよい。この実施態様においては、各波長域の光を同軸落射光として照射させることができるので、照明手段を特に小さくすることができ、微細な対象物や凹部などを有する対象物の観察ないし検査に適している。
【００１２】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記照明手段により照射される波長域の異なる光のうち、いずれかの光は白色光となっているので、この白色光を対象物の表面に照射させることにより、対象物の表面に印刷されている製造番号などの文字情報を読み取ることが可能になる。
【００１３】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記光源部から出射された光を合成した光を照明手段より照射させることができるので、対象物に照射させる光の波長域を光源の種類よりも多様にすることができる。
【００１５】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００１６】
【発明の実施形態】
（第１の実施形態）
図２（ｂ）は本発明の一実施形態である表面観察装置７に用いられる光変換器８の一部破断した側面図である。また、図２（ａ）、（ｃ）はこの光変換器８の光出射端および光入射端の正面図である。光変換器８は、複数の光ファイバーを束ねた個々の光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの外部を保護材９ａ、９ｂで覆ったファイバーコード１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃを束ねて再配列させる結束部１２と、各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃを一本にまとめたファイバーガイド１３とから構成されている。別々に束ねられていたファイバーコード１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内の光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、結束部１２で束ねられ、さらに個々の光ファイバーにばらされて並べ換えられた後、ファイバーガイド１３内で同心状に再配列されている。ファイバーガイド１３内部では、例えば図２（ａ）に示すように、光ファイバー束１１ａの光ファイバーが中心部を構成し、その外周部を光ファイバー束１１ｂの光ファイバーが構成し、さらにその外周部を光ファイバー束１１ｃの光ファイバーが構成するというように、光変換器８の光出射端で光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃ毎に半径の異なる同心円状に並べ換えられて再配置されている。
【００１７】
したがって、この光変換器８の光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの光入射端に、例えば赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃを照射すれば（図３参照）、ファイバーガイド１３から出射される光の光束断面は、中心部が円形の赤色光１５ａ、その外周部が環状の緑色光１５ｂ、さらにその外周部が環状の青色光１５ｃというように（図４参照）、波長域ごとに半径の異なる同心円状になる。ファイバーガイド１３内では各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの境界には、アルミ箔などの反射性の高い仕切り９ｃが設けられているため、隣り合う光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃが異なる波長域の光を発する場合にも、これらの光が混ざり合うことはない。
【００１８】
図３は、上記の光変換器８を用いた表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、上記の光変換器８と一体化した顕微鏡１６、光変換器８に光を供給する光源部１７、顕微鏡１６の下方に設けられた水平な検査台１８、顕微鏡１６の上方に設けられたカラーＣＣＤカメラ１９、カラーＣＣＤカメラ１９に電気的に接続された画像処理装置２０で構成されている。また、光源部１７は３つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、それぞれ赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃのみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃから構成されている。
【００１９】
光源部１７のハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃから出射した白色光を、それぞれバンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃに照射して、赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃを生成し、これらの光を光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの光入射端に入射させる。このとき、レンズなどを利用して、各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃの光入射端に光を集光させるようにしてもよいが、各光ファイバー束１１ａ、１１ｂ、１１ｃを構成するすべての光ファイバーに均等に光が照射されるようにしておくことが望ましい。
【００２０】
光変換器８より顕微鏡１６の内部に出射される光は、上述したように、その光束断面の中心部が赤色光１５ａ、その外周部が緑色光１５ｂ、さらにその外周部が青色光１５ｃというように波長域毎に半径の異なる同心円状の光となる。この同心円状の光をコリメートレンズ２３を通して平行光にし、ハーフミラー２４で検査対象物２７の方向に進路を変えて、対物レンズ２５に入射させる。このとき、同心円状の光の中心と、対物レンズ２５の中心軸２８を一致させておけば、同心円状の光のうち、中心部の光は小さな照射角で検査対象物２７に向けて出射され、外周円側の光ほど大きな照射角で検査対象物２７に向けて出射されることになる。つまり、赤色光１５ａは小さな照射角で、緑色光１５ｂは赤色光１５ａよりも大きな照射角で、青色光１５ｃはさらに大きな照射角で検査対象物２７に同軸落射される。
【００２１】
なお、対物レンズ２５によって照射される光は、完全に一点に集光されるわけではなく、図４に示すように、レンズの球面収差や、色収差によって各波長域毎に中心軸２８上の異なる位置で焦点を結ぶため、検査対象物２７の同じ領域に、異なる角度から出射された光を照射することができる。
【００２２】
検査対象物２７の表面で反射された光のうち、上方に設けられたカラーＣＣＤカメラ１９の方向に反射した光は、結像レンズ２６で集光されて、カラーＣＣＤカメラ１９に入射する。カラーＣＣＤカメラ１９で得られた画像はＡ／Ｄ変換されて画像処理装置２０に送出される。画像処理装置２０は、所定のソフトウエアを備えたパーソナルコンピュータやディスプレイから構成されており、取得した画像をディスプレイに表示することができる。
【００２３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す凹型の検査対象物２７に光を照射した場合に、カラーＣＣＤカメラ１９で得られる画像を示す図である。凹部２７ａの底面の傾きが水平面に近い領域は、照射角の小さな赤色光１５ａによって赤色に着色されて見えるが、水平面からの傾きが大きくなるに従って、緑色、青色に着色されて見える。画像処理装置２０では、このように得られた画像の、各照明色で着色された領域の面積を算出したり、中心軸２８からのずれや歪みの計測を行うことで、検査対象物２７の形状や、凹部２７ａ内への異物の混入がないかを調べることもできる。また、あらかじめ画像処理装置２０内の記憶装置に保存しておいた良品や不良品の画像と、取得した画像を比較して一致するか否かを調べ、検査対象物２７が良品であるか、もしくは不良品であるかを判別することなどもできる。
【００２４】
上記のように、本実施形態の光変換器８と顕微鏡１６の対物レンズ２５を組み合わせれば、検査対象物２７が微小構造物である場合でも、観察を行うことができる。また、本実施形態のように、顕微鏡１６の内部から検査対象物２７に光を同軸落射照明することができれば、顕微鏡１６の外部から検査対象物２７を照射する場合よりも、照射角度を小さくすることができるため、マイクロレンズ金型のように数十ミクロン程度の凹曲面を有する検査対象物２７である場合にも、奥に入り組んだ部分にまで光を照射することができる。また、表面観察装置７は、従来からある顕微鏡や光ファイバーなどを用いて構成すれば良いため、低コストで製造することができる。なお、本実施形態の光変換器８は３束の光ファイバー束から構成されているが、光ファイバー束は何束であってもよい。
【００２５】
また、光源部１７は、一つの白色光源から出射される白色光を、プリズムまたは波長選択ミラーなどで分光して、波長帯域の異なる複数の光を作り出すような構造にしてもよい。
【００２６】
（第２の実施形態）
図６は上述の光変換器８を用いた、本発明の別な実施形態である表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、カメラレンズ部２９を備えたカラーＣＣＤカメラ１９と、半径の異なる２本のリングライト３０ａ、３０ｂ、カメラレンズ部２９およびリングライト３０ａ、３０ｂに光を導光するファイバーコード（光ファイバー束を保護材で被覆したもの）１０ａ、３１ａ、３１ｂ、カメラレンズ部２９およびリングライト３０ａ、３０ｂに光を供給する光源部１７、カメラレンズ部２９と電気的に接続された画像処理装置２０から構成されている。光源部１７は３つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、赤色波長域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ、緑色光波長域の光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ｂおよび、青色波長領域の光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ｃから構成されている。また、カメラレンズ部２９は、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４、および対物レンズ２５から構成されている。カラーＣＣＤカメラ１９と、対物レンズ２５、リングライト３０ａ、３０ｂ、及び回路基板３２に半田付けされた検査対象物２７は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト３０ａ、３０ｂは、ファイバーコード３１ａ、３１ｂの光出射端を検査対象物２７の方向に向けて、リング状に並べ変えたものであり、半径の小さなリングライト３０ａは、半径の大きなリングライト３０ｂの上方に設置されている。
【００２７】
ハロゲンランプ２１ａからバンドパスフィルタ２２ａに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ２２ａを透過した赤色光１５ａが、ファイバーコード１０ａに入射する。ファイバーコード１０ａは複数本の光ファイバーを断面が円形になるように束ねているので、ファイバーコード１０ａから、カメラレンズ部２９の内部に出射される赤色光１５ａの光束断面は円形になる。この赤色光束をコリメートレンズ２３で平行光にし、ハーフミラー２４で検査対象物２７のある方向へと進行方向を変えて、対物レンズ２５を透過させて検査対象物２７に向けて同軸落射させる。また、ハロゲンランプ２１ｂ、２１ｃから、バンドパスフィルタ２２ｂ、２２ｃに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ２２ｂ、２２ｃを透過した緑色光１５ｂ、青色光１５ｃがファイバーコード３１ａ、３１ｂに入射し、リングライト３０ａ、３０ｂの下面からは、検査対象物２７に向けて、それぞれ異なる照射角度で緑色光１５ｂ、青色光１５ｃが投光される。
【００２８】
検査対象物２７が、図７に示すように半田付けされた部品である場合に、上述の赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃを投光すれば、カラーＣＣＤカメラ１９で撮影される画像の、水平面および水平面からの傾きが小さな面が赤色に着色されて見え、また、赤色に着色された面よりも傾きの大きな面が緑色に着色されて見え、緑色に着色された面よりもさらに傾きの大きな面が青色に着色されて見える。したがって、検査対象物２７の半田付け部分３３の着色パターンから、半田付けの良・不良を検査することができる。
【００２９】
また、本実施形態のバンドパスフィルタ２２ａは、可動式になっており、光軸外へ外すことができる。バンドパスフィルタ２２ａを光軸から外した場合、検査対象物２７へは、上方から白色光を照射することになる。したがって、図７に示すように部品表面に製造番号などの文字情報３４が付されている場合、白色光を照射することによって、これらの文字情報を読みとることができる。
【００３０】
本実施形態のように、検査対象物に異なる角度から異なる波長域の光を照射するだけでなく、検査対象物の上方から白色光を照射できれば、検査対象物２７の表面に記された部品番号などを確認しながら検査を行うこともでき、より正確に、効率よく検査を行うことができる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図８は本発明のさらに別な実施形態である表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、光変換器８と一体化したカメラレンズ部２９を備えたカラーＣＣＤカメラ１９と、半径の異なる２つのリングライト３０ａ、３０ｂ、光変換器８およびリングライト３０ａ、３０ｂに光を供給する光源部１７などで構成されている。光源部１７は４つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、赤色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ、緑色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ｂ、青色波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタ２２ｃから構成されている。カラーＣＣＤカメラ１９と、カメラレンズ部２９の内部に設けられた対物レンズ２５、リングライト３０ａ、３０ｂ、及び検査台１８上の検査対象物２７は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト３０ａ、３０ｂは、ファイバーコード３１ａ、３１ｂの光出射端を検査対象物２７の方向に向けてリング上に配列したものであり、半径の小さなリングライト３０ａは、半径の大きなリングライト３０ｂの上方に設置されている。
【００３２】
また、光変換器８は、２本のファイバーコード１０ａ、１０ｂが結束部１２で束ねられて、ファイバーガイド１３内で、ファイバーコード１０ａを構成する光ファイバーの光出射端が円形状に、ファイバーコード１０ｂを構成する光ファイバーの光出射端がその外周円を内周円とする環状に再配列されている。したがって、ハロゲンランプ２１ａから光ファイバー束１１ａに向けて出射された白色光１５ｗは、ファイバーガイド１３の光出射端からカメラレンズ部２９内部に光束断面が円形状になった光として出射される。また、ハロゲンランプ２１ｂから白色光をバンドパスフィルタ２２ａに照射して赤色光１５ａを生成し、光ファイバー束１１ｂの光入射端にこの赤色光１５ａを照射すると、ファイバーガイド１３の光出射端からカメラレンズ部２９内に、光束断面がリング状になった赤色光１５ａが出射される。カメラレンズ部２９に入射した白色光１５ｗおよび赤色光１５ａは、コリメートレンズ２３を透過して平行光となり、ハーフミラー２４で検査対象物２７の方向に進行方向が変えられて、対物レンズ２５を透過して、検査対象物２７に向けて同軸落射される。また、カラーＣＣＤカメラ１９の外部に設けらたリングライト３０ａからは緑色光１５ｂが、リングライト３０ｂからは青色光１５ｃが、それぞれ異なる照射角度から検査対象物２７に向けて照射される。
【００３３】
ここで、検査対象物２７が、図７に示すように基板上に半田付けされた部品である場合、半田付け部分３３を観察するときにはハロゲンランプ２１ａを消灯し、赤色光１５ａ、緑色光１５ｂ、青色光１５ｃのみを投光すればよい。このとき、検査対象物２７表面の、水平面からの傾きが小さな面が赤色に着色されて見え、また、赤色に着色された面よりも傾きの大きな面が緑色に着色されて見え、緑色に着色された面よりもさらに傾きの大きな面が青色に着色されて見える。したがって、検査対象物２７の半田付け部分３３の着色パターンから、半田付けの良・不良を検査することができる。
【００３４】
また、図７に示すように部品表面に製造番号などの文字情報３４が付されている場合、ハロゲンランプ２１ａを点灯すれば、部品の上方より白色光が照射されるため、これらの文字情報を読みとることができる。本実施形態によれば、ハロゲンランプの点灯または消灯という簡単な操作を行うだけで、形状を検査するだけでなく、検査対象物表面の文字を読みとることもできる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図９は本発明の別の実施形態である表面観察装置７の構造を示す概略図である。この表面観察装置７は、光変換器８と一体化したカメラレンズ部２９を備えたカラーＣＣＤカメラ１９と、光変換器８に光を供給する光源部１７、半径の異なる２つのリングライト３０ａ、３０ｂ、などから構成されている。光源部１７は５つのハロゲンランプ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、赤色波長域の光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、緑色波長域の光を透過するバンドパスフィルタ２２ｃ、２２ｄ、および青色光のみ透過するバンドパスフィルタ２２ｅから構成されている。カラーＣＣＤカメラ１９と、カメラレンズ部２９の内部に設けられた対物レンズ２５、リングライト３０ａ、３０ｂ、及び回路基板３２上の検査対象物２７は、同一中心軸上に配置されている。また、リングライト３０ａ、３０ｂは、ファイバーコード３１ａ、３１ｂの光出射端を検査対象物２７の方向に向けてリング上に配列したものであり、半径の小さなリングライト３０ａは、半径の大きなリングライト３０ｂの上方に設置されている。
【００３６】
ハロゲンランプ２１ａからバンドパスフィルタ２２ａに向けて白色光を照射すると、バンドパスフィルタ２２ａを透過した赤色光が、ファイバーコード１０ａに入射する。また、ハロゲンランプ２１ｂ、２１ｃから照射された白色光は、バンドパスフィルタ２２ｂ、２２ｃを透過してファイバーコード１０ｂに入射する。ファイバーコード１０ｂの入射端には、赤色光および緑色光が照射されるため、このファイバーコード１０ｂの光出射端からは、赤色光及び緑色光の合成によって作られた橙色光（もしくは黄色光）が出射される。ファイバーガイド１３内ではファイバーコード１０ａを構成する光ファイバーの光出射端が、円形状に並べ換えられて中心部を構成しており、ファイバーコード１０ｂを構成する光ファイバーの出射端は、その外周部を構成するようにリング状に並べ換えられている。したがって、ファイバーガイド１３から出射される光は、その光束断面が円形状をした赤色光と、赤色光の外周円を内周円とするリング状の橙色光（もしくは黄色光）となる。
【００３７】
カメラレンズ部２９に入射した赤色光および橙色光（もしくは黄色光）は、コリメートレンズ２３を透過して平行光となり、ハーフミラー２４で検査対象物２７の方向に進行方向が変えられて、対物レンズ２５を透過して、検査対象物２７に同軸落射される。また、カラーＣＣＤカメラ１９の外部に設けらたリングライト３０ａからは緑色光が、リングライト３０ｂからは青色光が、それぞれ異なる照射角度から検査対象物２７に向けて照射される。したがって、対物レンズ２５の中心軸と、検査対象物に照射される光のなす角を照射角というとすれば、照射角の小さい順から、赤色光、橙色光（もしくは黄色光）、緑色光、青色光が検査対象物２７が照射されることになる。
【００３８】
本実施形態による表面観察装置によれば、カメラレンズ部２９の対物レンズ２５を用いて検査対象物２７に投光する光は照射角が小さい光になり、リングライト３０ａ、３０ｂを用いて検査対象物２７に投光する光は照射角が大きな光になる。従って、本実施形態による表面観察装置によれば、様々な傾斜面を持つ複雑な形状の立体構造物の検査をすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の表面観察装置によれば、複数の波長域の光を異なる照射角度で対象物に照射し、対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段（例えば、カラーＣＣＤカメラ、カラービデオ等）で撮影し、その着色具合などから対象物の表面形状を判定する表面観察装置において、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させているので、撮像手段と照明器具とが干渉しにくくなり、照明手段（特に、光出射部分）をコンパクトにすることができ、ひいては表面観察装置を小型化することができる。特に、同軸落射光とすることによって照射角度を小さくすることができるので、対象物の凹部の深い箇所などにも光を照射させることができ、表面観察装置を大型化することなく凹部なども精度よく観察可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のカラーハイライト照明方式を利用した表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の表面観察装置の光変換器の光出射端側からの正面図、（ｂ）は光変換器の一部破断した側面図、（ｃ）は光変換器の光入射端側からのす正面図である。
【図３】図２の光変換器を用いた表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図４】対物レンズを通して検査対象物に照射される光の様子を説明する図である。
【図５】（ａ）は検査対象物の断面図、（ｂ）は（ａ）に示す検査対象物の凹曲面に光を照射した場合に、カラーＣＣＤカメラで撮影される画像を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図７】（ａ）、(ｂ)は、検査対象物の平面図及び側面図である。
【図８】本発明のさらに別な実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明のさらに別な実施形態による表面観察装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
７ 表面観察装置
８ 光変換器
１０ａ、１０ｂ ファイバーコード
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 光ファイバー束
１２ 結束部
１３ ファイバーガイド
１５ａ 赤色光
１５ｂ 緑色光
１５ｃ 青色光
１６ 顕微鏡
１７ 光源部
１９ カラーＣＣＤカメラ
２０ 画像処理装置
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ ハロゲンランプ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ バンドパスフィルタ
２４ ハーフミラー
２７ 検査対象物
２９ カメラレンズ部
３０ａ、３０ｂ リングライト
Claims (5)
- 複数の波長域の光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光を受け取り、波長域の異なる光を異なる照射角度で対象物に照射すると共に、少なくとも１つの波長域の光を対象物に向けて同軸落射光として照射させる照明手段と、
対象物で反射した各波長の光を識別して撮像する撮像手段と、
を有する表面観察装置において、
前記照明手段は、複数組の光ファイバー束からなり、かつ、光出射端においては各組の光ファイバー束が互いに円形状もしくは同心円状に配列されると共に光入射端においては各光ファイバー束が互いに分離された光変換器を備え、
前記光変換器を構成する各光ファイバー束の光入射端に入射した波長域の異なる光を、光出射端面から同心円状の光束断面を有する光に変換して出射させることを特徴とする表面観察装置。 - 前記照明手段は、光入射端側の端部を束ねられ、光出射端側の端部を円環状に配列された光ファイバー束からなるリングライトを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の表面観察装置。
- 前記照明手段は、各波長域の光を光束断面が円形状又は円環状となるように整形し、対象物に向けて同軸落射光として照射させることを特徴とする、請求項１に記載の表面観察装置。
- 前記照明手段により照射される波長域の異なる光のうち、いずれかの光は白色光であることを特徴とする、請求項１に記載の表面観察装置。
- 前記照明手段により照射される波長域の異なる光のうち、少なくとも一部の光は前記光源部から出射された光を合成した光であることを特徴とする、請求項１に記載の表面観察装置。
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