KR920009801B1

KR920009801B1 - 표면검사장치

Info

Publication number: KR920009801B1
Application number: KR1019890013455A
Authority: KR
Inventors: 지아끼 후까자와; 겐지 아이자와
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1992-10-22
Also published as: JPH0641923B2; EP0360232A3; US5074668A; JPH0282142A; EP0360232A2; DE68916351T2; DE68916351D1; KR900005154A; EP0360232B1

Abstract

내용 없음.

Description

표면검사장치

제1도는 본 발명의 표면검사장치의 일실시예를 나타낸 도면.

제2도-제4도는 본 발명의 표면검사장치의 작용을 나타낸 설명도.

제5도-제15도는 본 발명의 표면검사장치의 다른 실시예를 나타낸 도면.

제6도는 종래의 표면검사장치를 나타낸 도면.

본 발명은 판재표면의 결합을 레이저빔의 회절광으로 검사하는 표면검사장치에 관한 것이다.

제16a도 및 제16b도는 종래의 표면검사장치의 일예로서 일본국 특공소 52-21387호를 나타낸 것이다.

제16a도 및 제16b도에서 도시치 않는 구동기구로 판재(7)의 이동방향(8)과 직각방향(9)으로 또 판재(7)와 평행으로 이동하여 판재(7)의 표면에 레이저광(이하 광이라 함)을 주사하는 광주사기(1)이 설비되고 우상방에는 주사된 광의 반사광을 수광하여 투과광을 상방의 공간필터(4)로 보내는 렌즈(2)가 반사광축에 대해서 직각으로 또한 판재(7)와 평행으로 설비되고 공간필터(4)를 투과한 광은 광전자증배관(5)을 거쳐서 도시치 않은 신호 처리장치로 보내져서 판재(7)의 결함에 의한 회절패턴의 변화가 검지되고 있다. 그리하여 이 장치는 판재(7)의 표면의 거칠음이나 검출되는 결함의 패턴에 맞춘 공간필터(4)를 사용함으로써 단순한 반사 광량의 변화에만 의한 검사장치에 비해서 더 목시검사에 가까운 검사를 할 수 있다.

그러나 이 장치는 렌즈(2)의 정밀도상, 주사폭을 넓게 할 수 없으므로(200-300mm가 한도임) 폭이 넓은 판재(7)를 검사하려면 검출기를 여러대 배치하지 않으면 안된다.

또 회절광 성분을 분리 검출하고 결함의 종별을 식별하는 것은 공간필터의 위치에 복수의 광전자 증폭기를 설비하면 되지만 각 헤드에 이 기구가 필요하다. 이것은 정지회절패턴을 생성시키지 않으면 안되는 것에 기인되고 즉 제16a도 및 제16b도에 나타낸 바와 같이 광이 화살표(9) 방향으로 이동할 때에 각 주사점으로부터 검사면에 대해서 동일방향으로 회절된 광인 공간필터(4)의 동일점에 오지 않으면 안되게 된다. 집광시킬 회절각을 θ₁, 주사면으로부터 렌즈(2)까지의 거리를 b, 렌즈(2)의 집점거리를 f, 주사폭을 W, 렌즈(2)의 구경을 D라 하면

로 되고 주사폭 W을 증가시키면 구성이 f/D가 작은 밝은 렌즈가 필요하지만 이것은 한계가 있고 이 주사폭(W)이 제약된다.

따라서 본 발명의 목적은 폭넓은 판재의 표면 결함을 용이하게 검사할 수 있는 표면검사장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적은 판재면에 광주사기로 조사한 레이저광의 회절광을 凸렌즈로 집광하여 이 광을 공간필터를 거쳐서 광전변환기로 인도하여 판재면의 결함을 검사하는 표면검사장치에 있어서 상기 凸렌즈를 광주사방향으로 복수매인접 밀착시켜 배치한 렌즈렬로 만들어 이 렌즈렬과 공간필터간의 각 렌즈간과 렌즈렬의 양단에 종방향으로 칸막이판을 설비함으로써 폭이 좁은 凸렌즈로 용이하게 폭넓은 판재의 표면결함을 검사할 수 있는 표면검사장치이다.

본 발명의 표면검사장치의 실시예를 도면에 나타냈다. 도면중에 제16a도 및 제16b도와 중복되는 부분은 생략했다.

제1a도 및 제1b도에 있어서 판재(7)의 우상방에는 이 판재(7)의 표면에 화살표(9) 방향으로 주사되어 이 방향과 직각방향으로 조사된 광의 반사광을 수광하는 복수의 凸렌즈(2)가 인접 배치되고 이 凸렌즈(2)의 상방에는 凸렌즈(2)로 집광된 광을 수광하는 복수의 공간필터(4)가 옆으로 인접하고 각 凸렌즈(2)에 대향하여 평행으로 설비되고 이 공간필터(4)와 凸렌즈(2)의 인접 사이와 좌우단에는 공간필터(4)와 凸렌즈(2)보다도 약간 폭이 넓게 광을 반사, 투과하지 않는 칸막이판(3)이 凸렌즈(2)의 면에 수직으로 설비되어 있다.

또 각 공간필터(4)의 상측에는 광전자증배관(5)이 각각 배치되고 그 출력측은 도시치 않은 신호처리장치가 가산회로(6)에 접속되어 있다.

이와 같은 구성의 표면검사장치에 있어서 광주사기(1)을 화살표(9) 방향으로 이동시켜서 광을 화살표(9) 방향과 직각으로 판재(7)의 표면에 조사하면 제1도-제3도의 점선으로 나타낸 광(즉 어느 하나의 凸렌즈(2)에 대응하는 구분된 초점면내에 그 렌즈 이외의 凸렌즈들(2)를 통과한 광)은 칸막이판(3)을 통하여 들어오지 않는다.

그 결과 초점면의 1점에 입사되는 광은 검사면으로부터 일정한 방향으로 회절된 광만으로 된다. 그리하여 그 작용은 주사위치에 무관계하고 단일렌즈에 의한 정지 회절패턴에 상당하는 것이 얻어진다.

즉 본 발명의 표면검사장치의 작용을 설명하는 제2도에 있어서 정반사방향(0자 회절방향)에 대해서, θ₁의 각도로 회절된 광은 광이 좌단의 S₁₁-S₁₄로 진행될 때에 초점면(10)의 점(P₁)에 집광되지만 이것을 초과하면 S₂₄까지는 인접 凸렌즈(2)에서 점(P₂)으로 집광된다. 이와 같이 凸렌즈(2)의 초점면 위의 대응하는 점(즉 각 凸렌즈(2)의 초점면을 그 중심에서 겹쳤을때에 서로 대응하는 점)에는 판재(7)의 표면으로부터 같은 각도로 회절된 광이 모인다.

따라서 각 凸렌즈(2)의 초점면이 대응하는 위치를 동일시하면 제16도의 종래의 단일 렌즈에 의한 것과 같은 회절패턴이 얻어진다.

또 예를들면 점(P₃)에 착안하면 판재(7)로부터 정반사방향과 θ₂또는 θ₃의 각도로 반사된 광은 칸막이판(3)이 만일 없으면 점선으로 나타낸 것과 점(P₃)으로 도달되어 버린다. 칸막이판(3)은 이들의 광을 차단함으로써 상술한 바와 같이 초점면의 일점에 입사된 광을 검사면으로부터 일정한 방향으로 회절되는 광으로 한정한다.

다음에 제3도는 0차 회절방향에 대해서 θ-θ+ø의 범위의 광이 주사위치의 이동으로 어떻게 집광되느냐를 나타낸 도면이다.

제3도에서 점(A),(B)로부터 반사된 θ-θ+ø의 범위의 광은 초점면의 점(P₁)과 점(Q₁)사이에 모인다. 점(C)에서는 점(C)로부터의 광의 일부가 인접 凸렌즈(2)의 초점면의 P₁으로부터 R₁의 범위에 모이고 그외는 제2의 렌즈(2)의 R₂로부터 Q₂의 범위에 집광된다. 제3도에서 P₁과 P₂, Q₁과 Q₂, R₁과 R₂는 각각 제1의 렌즈와 제2의 렌즈가 대응하는 위치이다. 따라서 제1, 제2의 렌즈에 걸친 회절광이 상호보완되면 P₁,Q₁또는 P₂,Q₂에 모이는 것과 같아진다. 따라서 θ로부터 θ+ø의 범위의 회절광을 모으려면 각 렌즈의 초점면이 대응하는 Pi로부터 Qi의 범위의 광을 모이면 된다(주; 점선으로 나타낸 방향으로 회절 광은 칸막이판(3)으로 저지되어서 Pi-Qi의 범위에 들어오지 않는다) 여기서 i는 각 렌즈(2)에 부여한 변호에 상당한다.

또 본 명세서에 첨부된 도면에는 렌즈(2)는 주평면이 하나이고 비점수자( astigmation)는 없는 것으로 하여 작도하고 있다.

제1도에서 공간필터(4)는 각 렌즈에 대응하는 초점면에 있고 또한 이 면내의 투과율이 변화되어 있고 투과광은 각 렌즈에 대응하여 놓인 광전자증배관(5)으로 들어간다.

또 공간필터(4)는 이 광전자증배관(5)으로 들어가는 광량을 회절각에 응하여 조정하는 작용 즉 광의 공간주파수에 관한 필터링을 행한다.

예를들면 제4도에 나타낸 판재(7)의 표면 결함으로 인한 회절패턴(11)의 네가필름을 공간필터로 하면 이것에 대한 결함으로 인한 회절패턴의 상이한 분이 광전자증배관(광전자증배관(5))으로 도입되어 판재(7)의 결함으로 인한 전기신호로 된다.

제5a도 및 제5b도는 본 발명의 표면검사장치의 다른 실시예를 나타내고 있다.

제5a도 및 제5b도에서 공간필터(4)의 상부에는 광전변환기로서 장방향의 수광면이 있는 평판상의 반도체 광센서(5A)가 취부되어 있다. 이 경우에는 복수개의 공간필터를 통과한 광을 이 단일센서(5A)로 전기신호로 변환시키므로 제1도와 같은 가산회로(6)가 불필요할 뿐만 아니라 장치의 높이를 억제할 수 있다.

제6a도 및 제6b도는 본 발명의 표면검사장치의 다른 실시예를 나타낸 것이고 공간필터(4)의 상부에는 광도봉(12)이 설비되고 이 광도봉(12)의 좌우에는 광전자증배관(15A),(15B)이 설비되어 있다.

이 경우에는 제5a도 및 제5b도와 같은 효과가 있는 이외에 응답이 빠른 광전자증배관(15A),(15B)이 사용될 수 있어 고속주사를 할 수 있으므로 고속라인의 대상물의 검사를 용이하게 할 수 있다.

제7a도 및 제7b도는 본 발명의 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이고 공간필터(4)의 상부에는 밴들화이버(13)의 하단이 설비되고 상측단은 광전자증배관( 5)에 연결되어 있다.

이 경우에는 제6도와 같은 효과가 있는 동시에 광전자증배관(5)의 부착위치가 자유롭게 되는 이점이 있다.

제8a도 및 제8b도는 본 발명의 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이고 공간필터(4)의 상부에는 하단에 복수의 광도입구가 있는 밴들 화이버들(13A),(13B)이 설비되고 이 밴들 화이버들(13A),(13B)의 상단은 광전자증배관들(5A),(5B)에 접속되어 있다. 또 각 핸들 화이버의 입구는 각 렌즈(2)의 초점면의 소망하는 회절광성분이 도달되는 위치에 놓이고 각 점으로 나타낸 0자 회절광과 그 주위의 회절광과 사선으로 나타낸 상기 이외의 회절광이 나누어 잡히게 배치되고 각각 다발로 되어 있다.

이 경우에는 광전자증배관들(5A),(5B)의 출력은 2개의 다른 회절광 성분의 변화에 대응한 것이며 이들 출력을 해석함으로써 표면결함의 성상을 검지할 수 있는 이점이 있다.

또 핸들 파이버의 수를 증가하면 2개이상의 복수의 회절광 성분을 분리검지할 수 있다. 또 이때에는 공간필터는 없어도 좋다.

제9a도 및 제9b도는 본 발명의 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이고 렌즈(2)의 상부에는 상부가 거의 초점면이 되도록 광도봉(12)이 옆으로 설비되고 사선으로 나타낸 소망하는 회절광 성분이 도달되는 부분만 광확산부(12a)를 설비하고 이곳에서의 확산광을 좌우의 광전자증배관들(5A),(5B)로 인도되는 것이며 등가적으로 밴드패스필터가 형성된다.

제10a도는 제9a도의 광확산부(12a)의 확대 평면도, 제10b도는 제10a도의 우측면도이다.

제10c도 및 제10d도는 광도봉의 축과 직각방향으로 확산부가 있는 부분과 없는 부분을 설비함으로써 Y(판재의 이동)방향의 공간주파수의 밴드패스도 실현시킬 수 있는 것을 나타내고 있다.

제11a도 및 제11b도는 본 발명의 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이고 각 렌즈(2)와 공간필터(4)간에 설비한 반투과경(13)의 투과광을 상방의 공간필터(4A)에 반사광을 전면의 공간필터(4B)에 각각 인도하여 종단부의 평판상의 광전변환기들(5C)(5D)에서 전기신호로 변환되므로 2종의 공간필터링으로 결함의 종별을 식별하기 쉽게 한 것이다.

제12a도 및 제12b도는 상기 2종의 공간필터의 예를 나타낸 것이고 제12a도는 0차 광근방의 회절광을 모으고 제12b도는 Y방향의 0차 근방을 제외한 X축 방향의 회절광을 모은 것이다.

제13a도 및 제13b도는 본 발명의 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이고 제12도는 반투과경(14)의 상부와 전면에 광도봉들(12A)(12B)을 각각 배치하고 전면의 광도봉(12B)도 전면이 거의 초점면에 상당하는 위치가 되도록 설비되어 있다. 이 경우에도 제9a도 및 제9b도와 같이 확산부를 소망하는 회절패턴 성분이 도달되는 부분으로 하여 밴드패스필터를 등가적으로 형성할 수 있다.

제14a도 및 제14b도는 본 발명의 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이고 렌즈(2)의 상부에는 광도봉(12A)이 그 상부가 렌즈(2)의 초점이 되도록 옆으로 설비되고 이 광도봉(12A)의 위에는 광도봉(12A)가 병설되어 있다.

이 경우에 광도봉(12A)는 회절광중 특정의 성분이 들어가는 부분만을 확산성으로 하고 이에 의해서 확산된 광은 좌우의 광전변환기들(5H),(5G)로 도입된다.

제14a도에서는 사선으로 나타낸 회절광만이 집광된다.

또 광도봉(12B)은 광도봉(12A)의 투과광을 모아서 좌우의 광전변환기 들(5E),(5F)로 도입한다. 그 결과 회절광이 상이한 2성분이 따로따로 모여져서 광전변환기들(5E),(5H)에 의해서 전기신호로 변환된다.

제15도는 본 발명에 의한 표면검사장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이며 광도봉(12A)와 (12B)간에 아크릴 수지로 제조된 투명한 봉(14)을 설비하여 광도봉 (12A)의 투과광을 효율좋게 집광시킨 것이다. 또 여기에 이 봉(14) 대신에 원통상 렌즈를 사용해도 좋다.

본 발명에 의하면 판재표면에 광주사기로 조사한 레이저광의 회절광을 凸렌즈로 집광하고 이 광을 공간필터 또는 공간필터에 상당하는 기능의 기구를 거쳐서 광전변환기로 인도하여 판재표면의 결함을 검사하는 표면검사장치에 있어서 상기 凸렌즈를 광주사방향에 복수매 배치한 렌즈렬로 만들고 이 렌즈렬과 공간필터간의 각 렌즈간과 렌즈렬의 양단에 종으로 광을 반사투과시키지 않는 칸막이판을 설비하였으므로 폭이 좋은 렌즈로 폭이 넣은 판재의 표면결함을 용이하게 검사할 수 있는 표면검사장치를 얻을 수 있다.

Claims

검사대상표면을 향해서 레이저광을 조사하는 광주사기, 상기 광주사기와 서로 인접되어 배치된 복수의 凸렌즈를 갖고 피검사 표면으로부터의 회절광을 집광시키는 렌즈수단, 상기 렌즈수단에 의해서 집광된 회절광을 필터링하는 필터수단들, 상기 필터수단을 거친 회절광을 전기신호로 변환시키는 광전변환기, 상기 凸렌즈들의 배렬방향에 대해서 직각방향으로 배렬되고 상기 렌즈 수단의 양단과 인접 凸렌즈들간의 인접부분으로부터 상기 필터수단을 향하여 연장 설비되고 상기 회절광의 횡단을 저지하는 칸막이판으로 구성된 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상기 광전변환기가 복수의 광전자증배관인 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상기 광전자증배관이 반도체 광 센서인 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상기 필터수단과 상기 광전변환기 사이에 광도봉(light guide)이 배치되고 있는 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상기 필터수단과 상기 광전변환기 사이에 밴들 화이버(bundle fiber)가 배치되어 있는 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상이한 회절광 성분들을 절속(bundling)시키기 위하여 복수의 밴들 화이버들이 상기 필터수단과 광전자변환기 사이에 배치되어 있는 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상기 필터수단이 복수의 광확산부를 갖는 광도봉을 포함하는 표면검사장치.
제1항에 있어서, 상기 반투과정이 각 凸렌즈 위에 배치되고 제1의 공간필터는 상기 반투과경을 통과한 투과광을 받아들이고 제2의 공간필터는 상기 반투과경으로부터 반사된 광을 받아들이게 각각 배치된 표면검사장치.
제1항에 있어서, 반투과경은 각 凸렌즈 위에 배치되고 복수의 광확산부를 갖는 제1의 광도봉이 상기 반투과경을 통과한 광을 받아들이고 또 복수의 광확산부를 갖는 제2의 광도봉은 상기 반투과경으로부터 반사된 광을 받아들이게 배치되어 있는 표면검사장치.
제1항에 있어서, 복수의 광확산부를 갖는 제1의 광도봉이 상기 렌즈수단 위에 배치되고 또 복수의 광확산부를 갖는 제2의 광도봉은 상기 제1의 광도봉 위에 배치되어 상기 제1의 광도봉을 통과한 회절광을 집광시키는 표면검사장치.