外觀檢查裝置和方法
2023-05-15 00:47:11
專利名稱：外觀檢查裝置和方法
技術領域：
本發明涉及檢查對象物的外觀檢查裝置和方法，更詳細而言涉及將雷射等點光源光(照射光)通過具有多角鏡(以下稱作旋轉多面鏡)和掃描聚光透鏡的焦點位置形成用光學系統而照射到檢查對象物進而對其進行直線掃描，由檢查對象物反射的經由焦點位置形成用光學系統而由旋轉多面鏡的鏡面所偏轉(偏向)的反射光(落射反射光incident reflected light)的光強度被光電轉換，根據共焦法的原理求得外觀的位置坐標，由此對檢查對象物的外觀進行檢查的裝置。
尤其涉及一種當高速進行檢查對象物的外觀檢查時，由於在基於旋轉多面鏡的旋轉的直線掃描動作中可變更檢查對象物的共焦關係，因此無需將光學系統或檢查對象物在高度方向上移動，就以簡單的結構實現對檢查對象物的高速檢查。
背景技術：
以往，作為對立體形狀以幾何光學的方式進行測定並檢查的方法，大致分為兩種方法將各種光投影到物體後，將其反射光用光檢測器進行測定且檢查的方法；和在自然光或一般的照明下對物體從多個方向用相機進行測定而根據多個圖像間的相關來將立體形狀求得且檢查的方法。
而且，前者通過光的投影方法、光檢測器的種類及其之間的位置關係等又被分為多個類型，這些分類中有如圖11A所示那樣的檢測出共焦光學系統的反射光的聚光狀態，並找出焦點重合位置(聚焦點focal position)來獲得檢查對象物的高度信息而進行檢查的方式。
在圖11A中從光源101射出的照射光如點劃線所示那樣向檢查對象物103也就是沿照射方向射出，並透過光分離鏡104，且通過聚光透鏡121在檢查對象物103上的聚光點Pa被聚光。檢查對象物103的表面的聚光點Pa所反射的反射光中的、沿與照射方向相反的方向所反射的反射光(落射反射光)再次入射到聚光透鏡121，並通過光分離鏡104沿與照射方向正交的方向反射而入射到反射光聚光透鏡105，且經由反射光聚光透鏡105在遮蔽板106的微小孔內形成聚光點Qa後通過遮蔽板106的微小孔，入射到光檢測器107，光強度由光檢測器107光電轉換為光電轉換信號輸出Ia。這裡，照射光聚光透鏡121的聚光點Pa和反射光聚光透鏡105的聚光點Qa(也就是遮蔽板106的微小孔)在光學上滿足共焦關係。
當檢查對象物103從照射光聚光點Pa在照射方向上移動移動量z而位於檢查對象物103-1的位置時，由檢查對象物103-1的表面反射的反射光就如虛線所示，反射光的聚光點從點Qa移動到沿靠近反射光聚光透鏡105的方向離開的點Qa-1。因此，遮蔽板106上的反射光的像的尺寸變大，從而由反射光聚光透鏡105聚光的反射光通過遮蔽板106的微小孔的光量減少，而使光檢測器107的光電轉換信號輸出Ia減少。
圖11B表示檢查對象物103的移動量za與光檢測器107的光電轉換信號輸出Ia之間的關係。光電轉換信號輸出Ia在檢查對象物103的反射點與照射光聚光點Pa一致的za＝0位置上變得最大，如果從za為0處遠離則光電轉換信號輸出Ia變小。即，通過使檢查對象物103在照射方向或與照射方向相反的方向(以下稱作Z方向)上移動，來求得光電轉換信號輸出Ia為最大的移動量za，從而得到檢查對象物103在照射光聚光點Pa中的高度信息來進行外觀檢查。
在圖11A中表示了僅移動檢查對象物103的方式的示例，但是如果變更照射光的聚光點Pa和檢查對象物103的Z方向的位置(以下稱作Z掃描)，則得到同樣的效果。顯然，作為這種Z掃描方式即固定檢查對象物103並使光學系統全體移動的方式，與僅移動檢查對象物103的方式具有同等的效果。圖12A和圖12B表示這些方式以外的Z掃描方式。
圖12A表示通過僅使光學系統中的照射光聚光透鏡121在Z方向上移動，而將照射光聚光點Pa移動到點Pa-1，來實現Z掃描的方式。該方式在入射到照射光聚光透鏡121的照射光接近於平行光的情況下有效，由於移動物僅僅是照射光聚光透鏡121，而且照射光聚光透鏡121通常很輕，因此可實現高速測定和機構簡化(例如參照專利文獻1)。
圖12B表示在照射光聚光透鏡121與檢查對象物103之間插入厚度為ta、折射率為nn的平行玻璃110，而使照射光聚光透鏡121與檢查對象物103之間的光學距離da變化且使照射光聚光點Pa移動到Pa-2，來實現Z掃描的方式。在該方式中，按照在照射光聚光透鏡121與檢查對象物103之間依次插入厚度或折射率不同的多個平行玻璃的方式配置有所述多個平行玻璃的圓盤被高速旋轉，由此可實現Z掃描的高速化(例如參照專利文獻2)。
另外，來自檢查對象物103的反射光由多個光分離鏡104進行分路後，通過按各分路反射光在距反射光聚光透鏡105的距離不同的位置所設置的多個遮蔽板106及光檢測器107，對各分路反射光的光電轉換信號輸出Ia進行同時測定，來形成與Z掃描方式同等的光學系統，從而能夠節省Z掃描所需的時間(例如，或使檢查對象物103移動或使照射光聚光透鏡121移動的時間)，也能夠實現更高速的Z掃描(例如參照專利文獻3)。
這樣，在共焦法中通過進行Z掃描，能夠獲得在照射光聚光點Pa的檢查對象物103的高度信息。再有，通過使檢查對象物103在與Z方向正交且相互正交的X方向和Y方向上移動，將對檢查對象物103的照射光聚光點Pa的位置在X方向上變更(以下稱作X掃描)，同時將對檢查對象物103的照射光聚光點Pa的位置在Y方向上變更(以下稱作Y掃描)，由此能夠獲得檢查對象物3的立體坐標(位置坐標)，進而能夠檢查其外觀(例如參照專利文獻1)。當然，固定檢查對象物103並使光學系統全體在X方向和Y方向上移動，或者，使檢查對象物103在X方向或Y方向上移動並且使光學系統全體在X方向或Y方向移動，也同樣可獲得檢查對象物103的位置坐標進而進行檢查外觀。
作為實現X掃描和Y掃描的高速化的方法，具有在上述光學系統內設置對照射光進行掃描的新的光學系統，來實現X掃描和Y掃描的方式(例如參照專利文獻4)。另外還有在測定光學系統內排列多個由光源101～光檢測器107構成的共焦光學系統，以XY格子狀進行多點同時測定的方式(例如參照專利文獻5)。
專利文獻1特開昭62-245949號公報；專利文獻2特開平9-126739號公報；
專利文獻3特開平5-40035號公報；專利文獻4特開平3-231105號公報；專利文獻5特開平9-257440號公報。
但是，在現有的結構中，對XY掃描和Z掃描採用分別獨立的方式，如果為了實現高速化而要同時實現XY掃描和Z掃描，則存在部件數量增加而構造變得複雜，由此成本上升、可靠性降低、尺寸大型化的課題。
發明內容
本發明為了解決現有的課題，其目的在於提供一種通過在XY掃描機構中安裝入(組み込む)Z掃描、就以簡單的機構實現外觀檢查的高速化的外觀檢查裝置和方法。
本發明為了達到上述目的，構成如下。
根據本發明的第一形態，提供一種外觀檢查裝置，其特徵在於，具備射出光束的光源；旋轉多面鏡，在外周部至少具有3個鏡面，按圍繞旋轉軸以等角速度可旋轉的方式配置，經由上述各個鏡面將上述光源所射出的上述光束向檢查對象物偏轉，通過上述旋轉可使上述光束在主掃描方向上以直線狀掃描；聚光點位置形成用光學系統，當通過上述旋轉多面鏡的旋轉而使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在聚光點聚光時，使上述聚光點在與上述檢查對象物的上述掃描方向正交的高度方向的檢查範圍內移動；光檢測器，將反射光的光強度光電轉換為光電轉換信號輸出，該反射光的光強度是通過上述聚光點位置形成用光學系統後，由上述檢查對象物反射的經由上述聚光點位置形成用光學系統、且由上述旋轉多面鏡的上述鏡面偏轉的反射光的光強度，依賴於上述聚光點與上述光束在上述檢查對象物中的反射點之間的距離；檢查對象物移動裝置，與上述旋轉多面鏡的上述等角速度的旋轉同步，使上述檢查對象物在與上述主掃描方向及上述高度方向正交的副掃描方向上移動；和運算部，基於由上述光檢測器進行光電轉換後的上述反射光的上述光電轉換信號輸出，求得上述檢查對象物的外觀的位置坐標，進行上述檢查對象物的外觀檢查，上述旋轉多面鏡被構成為按照隨著上述等角速度的旋轉而上述光束的上述聚光點在上述副掃描方向上偏離的方式，使該旋轉多面鏡的旋轉軸與上述鏡面所形成的角度即鏡面角度按各個鏡面不同，上述檢查對象物移動裝置被構成為按照在上述旋轉多面鏡以上述等角速度進行一個旋轉的期間，通過上述聚光點位置形成用光學系統在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的、且由上述各個鏡面在上述副掃描方向上偏離的上述聚光點，在上述檢查對象物的上述高度方向上以直線狀被掃描的方式，使上述檢查對象物在上述副掃描方向上移動，並且在上述旋轉多面鏡以上述等角速度開始進行又一個旋轉之前，在上述副掃描方向上使上述檢查對象物移動，使上述主掃描方向的直線狀的掃描以及上述高度方向的上述檢查範圍內的上述聚光點的移動所進行的外觀檢查，在與上述旋轉多面鏡於上述一個旋轉中的外觀檢查在上述檢查對象物上不同的部分進行。
根據本發明的第二形態，提供如第一形態所述的外觀檢查裝置，其特徵在於，上述聚光點位置形成用光學系統具備掃描聚光透鏡，其光軸按照相對於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向傾斜的方式配置，並且使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點聚光，上述聚光點在上述主掃描方向上以直線狀移動，且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動。
根據本發明的第三形態，提供如第一形態所述的外觀檢查裝置，其特徵在於，上述聚光點位置形成用光學系統，具備掃描聚光透鏡，其光軸按照平行於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向的方式配置，並且使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點聚光；和稜鏡，在上述掃描聚光透鏡與上述檢查對象物之間，按照入射面和射出面平行於上述主掃描方向的方式配置，並且使上述入射面所入射的光束折射後從上述射出面射出，通過上述掃描聚光透鏡的光束從上述稜鏡的上述入射面入射，被折射後從上述射出面射出，上述聚光點在上述主掃描方向上以直線狀移動、且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動。
根據本發明的第四形態，提供如第一形態所述的外觀檢查裝置，其特徵在於，還具備數據存儲部，存儲上述旋轉多面鏡至少進行一個旋轉的期間的、從上述光檢測器輸出的上述反射光的上述光電轉換信號輸出，上述運算部基於在上述數據存儲部中所存儲的上述光電轉換信號輸出，求得上述檢查對象物的上述高度方向的位置而求得上述檢查對象物的外觀的位置坐標，並且進行上述檢查對象物的外觀檢查。
根據本發明的第五形態，提供一種外觀檢查方法，其特徵在於，在外周部至少具有三個鏡面且以旋轉軸與上述鏡面所形成的角度即鏡面角度按各個鏡面不同的方式所構成的旋轉多面鏡，圍繞上述旋轉軸以等角速度旋轉，而使從光源向上述鏡面射出的光束朝向檢查對象物偏轉、且在主掃描方向上以直線狀掃描，在上述偏轉掃描中，當由聚光點位置形成用光學系統將由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在聚光點聚光時，使上述聚光點在與上述檢查對象物的上述主掃描方向正交的高度方向的檢查範圍內移動，並且按照由上述鏡面角度不同的上述各個鏡面在與上述主掃描方向及上述高度方向正交的副掃描方向上偏離的上述聚光點，在上述檢查對象物的上述高度方向上以直線狀被掃描的方式，使上述檢查對象物在上述副掃描方向上移動，由在上述副掃描方向上移動的上述檢查對象物所反射的、經由上述聚光點位置形成用光學系統、由上述旋轉多面鏡的上述鏡面偏轉的反射光的光強度，即依賴於上述聚光點與上述光束的上述檢查對象物的反射點之間的距離的光強度，被光電轉換為光電轉換信號輸出，基於上述光電轉換信號輸出而求得上述檢查對象物的外觀的位置坐標，由此進行上述檢查對象物的外觀檢查，接著，在上述旋轉多面鏡以上述等角速度開始進行又一個旋轉之前，在上述副掃描方向上使上述檢查對象物移動，接著，上述主掃描方向的直線狀的掃描以及上述高度方向的上述檢查範圍內的上述聚光點的移動所進行的外觀檢查，在與上述旋轉多面鏡於上述一個旋轉中的外觀檢查在上述檢查對象物上不同的部分進行。
根據本發明的第六形態，提供如第五形態所述的外觀檢查方法，其特徵在於，在上述偏轉掃描中，由用於構成上述聚光點位置形成用光學系統的、且光軸按照相對於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向傾斜的方式配置的掃描聚光透鏡，使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點聚光，並且按照上述聚光點在上述掃描方向上以直線狀移動且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的方式進行聚光。
根據本發明的第七形態，提供如第五形態所述的外觀檢查方法，其特徵在於，在上述偏轉掃描中，由用於構成上述聚光點位置形成用光學系統的、且光軸按照平行於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向的方式配置的掃描聚光透鏡，使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點上聚光，由用於構成上述聚光點位置形成用光學系統的、且在上述掃描聚光透鏡與上述檢查對象物之間入射面與射出面以平行於上述主掃描方向的方式配置的稜鏡，通過上述掃描聚光透鏡後的上述光束，從上述稜鏡的上述入射面入射，被折射後從上述射出面射出，按照上述聚光點在上述主掃描方向上以直線狀移動且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的方式進行聚光。
發明效果根據本發明的第一或第五形態，旋轉多面鏡被構成為按照隨著等角速度的旋轉而掃描光束的聚光點在副掃描方向上偏離的方式，使該旋轉多面鏡的旋轉軸與鏡面所形成的角度即鏡面角度按各個鏡面不同，並且按照使上述聚光點在高度方向的檢查範圍移動的方式構成聚光點位置形成用光學系統，按照與上述旋轉多面鏡的等角速度的旋轉同步，在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的同時在副掃描方向上偏離的上述聚光點，在上述檢查對象物的上述高度方向上以直線狀被掃描的方式，使上述檢查對象物在上述副掃描方向上移動，因此針對上述檢查對象物，能夠在旋轉多面鏡的旋轉動作中，由一個鏡面進行主掃描方向的掃描(X掃描)，通過將上述鏡面角度不同的上述各個鏡面在上述旋轉多面鏡的一個旋轉中切換來進行高度方向的掃描(Z掃描)，通過一邊使上述檢查對象物在副掃描方向上移動一邊使上述旋轉多面鏡旋轉多次來進行副掃描方向的掃描(Y掃描)。即，能夠在XY掃描機構中裝入Z掃描，能夠利用如上所述的簡單的機構實現外觀檢查的高速化。
此外，當通過本發明的第一形態進行檢查對象物的外觀檢查時，由上述運算部求得檢查對象物3的外觀的位置坐標、例如在主掃描方向為2點(在求得立體外觀的位置坐標上至少需要2點，但是在提高X分辨力上優選為3點以上)、在副掃描方向為2點(在求得立體外觀的位置坐標上至少需要2點，但是在提高Y分辨力上優選為3點以上)、和在高度方向為3點(依賴於旋轉多面鏡的鏡面數，最少為3面)進而總共(2×2×3＝)12點，從而能夠對檢查對象物的外觀進行立體檢查。
對應與此，在專利文獻1中為了進行Z掃描，需要與用於進行XY掃描的驅動機構不同的、使照射光聚光透鏡在高度方向(Z方向)上移動的驅動機構，另外，如果使照射光聚光透鏡在高度方向上移動，則在其停止時發生振動等，有可能使檢查精度降低。根據本發明的第一或第五形態，由於不需要使照射光聚光透鏡等在高度方向上移動的驅動機構，因此能夠防止檢查精度降低。
另外，在專利文獻3中為了進行Z掃描，需要分別設置多個光分離鏡、遮蔽板和光檢測器。根據本發明的第一或第五形態，由於光分離鏡、遮蔽板和光檢測器分別只要各一個即可，因此抑制部件點數的增加，進而防止成本的上升、尺寸的大型化。
圖1A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的光學系統和機構系統的結構的示意立體圖；圖1B是圖1A的局部放大立體圖；圖2是從副掃描方向觀察到的本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的光學系統的結構的示意圖；圖3A是說明本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的旋轉多面鏡的鏡面角度的效果的圖；圖3B是說明本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的掃描聚光透鏡的設置角度的效果的圖；圖4A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的旋轉多面鏡的鏡面角度的變化的側視圖；圖4B是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的旋轉多面鏡的鏡面角度的變化的剖視圖；圖4C是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的旋轉多面鏡的形狀例的立體圖；圖5A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的照射光聚光點隨鏡面而變化的側視圖；圖5B是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的照射光聚光點隨鏡面而變化的立體圖；圖6A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的、用於對副掃描方向的輸送動作和數據處理進行說明的、結構的示意立體圖；圖6B是圖6A的局部放大圖；圖7A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的通過工作檯輸送裝置輸送到副掃描方向位置的檢查對象物的輸送量的控制的圖；圖7B是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的對檢查對象物的YZ掃描的原理的圖；圖8A是本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的數據存儲部的存儲內容的示意圖；圖8B是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的外觀位置坐標運算部的運算方法的原理的圖；圖8C是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的對檢查對象物的YZ掃描的一例的圖；圖8D是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的數據存儲部的存儲內容的一例的示意圖；圖8E是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置和方法的外觀位置坐標運算部的運算方法的一例的圖；圖9A是從副掃描方向觀察到的本發明的第二實施方式中的外觀檢查裝置和方法的光學系統的結構的示意圖；圖9B是從主掃描方向觀察到的本發明的第二實施方式中的外觀檢查裝置和方法的光學系統的結構的示意圖；圖10A是說明本發明的第二實施方式中的外觀檢查裝置和方法的長條稜鏡的作用的圖；圖10B是說明本發明的第二實施方式中的外觀檢查裝置和方法的長條稜鏡所引起的照射光聚光點的移動的圖；圖11A是現有的共焦法的外觀檢查裝置的光學系統的結構圖；圖11B是表示現有的共焦法的外觀檢查裝置中的光檢測器7的光電轉換信號輸出I與檢查對象物的位置關係的圖；
圖12A是表示現有的共焦法的外觀檢查裝置中的Z掃描的例1(聚光透鏡的移動)的圖；圖12B是表示現有的共焦法的外觀檢查裝置中的Z掃描的例2(平行玻璃的插入)的圖。
具體實施例方式
在繼續進行本發明的描述之前，在附圖中對相同部件標註相同參照符號。
以下，結合附圖詳細說明本發明的實施方式的外觀檢查裝置和方法。
《第一實施方式》圖1A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的光學系統和機構系統有關的結構的示意立體圖，圖1B是表示檢查對象物3的圖1A的局部放大立體圖。另外，圖2是從副掃描方向觀察到的相同光學系統的示意圖。
首先採用圖1A和圖1B說明本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的基本結構。
本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置具備光源1、旋轉多面鏡11、電動機11a、構成聚光點位置形成用光學系統的一例的掃描聚光透鏡2、光分離鏡4、反射光聚光透鏡5、遮蔽板6、光檢測器7、檢查對象物移動裝置的一例即工作檯輸送裝置12、存儲部的一例即數據存儲部13、運算部14、輸出部15和控制部16。
光源1例如將雷射等光束作為照射光向旋轉多面鏡11射出。
旋轉多面鏡11被構成為在以多角柱體(例如六角柱體)的形狀所形成的外周部具有鏡面角度相互不同的多個鏡面11c(反射面)，並通過電動機11a沿一個方向以等角速度可旋轉。旋轉多面鏡11被構成為通過各個鏡面11c可使光源1的照射光朝向(高度方向Z(圖1的上下方向的向上的方向)檢查對象物3(例如，在基板上安裝的電子部件或用於接合基板與電子部件的油脂焊料(cream solder))和沿反方向(圖1的上下方向的向下方向))偏向。
掃描聚光透鏡2配置在旋轉多面鏡11與檢查對象物3之間，使由旋轉多面鏡11所偏向的照射光在檢查對象物3上的附近的點P聚光(以下將旋轉多面鏡11所偏向的照射光由掃描聚光透鏡2聚光的聚光點稱作照射光聚光點)。
光分離鏡4具有矩形板形狀，並配置在光源1與旋轉多面鏡11之間，將由掃描聚光透鏡2在檢查對象物3上的附近聚光的、又由檢查對象物3沿高度方向Z反射的逆著上述照射光路逕行進而返回到光源1的反射光，從光源1的照射光中分離也就是從光源1的照射光的照射路徑上脫離，而入射到圓盤狀的反射光聚光透鏡5。
反射光聚光透鏡5使由光分離鏡4分離後的反射光聚光於在矩形板形狀的遮蔽板6所形成的微小孔的附近。
光檢測器7將通過遮蔽板6的微小孔而入射的反射光的光強度光電轉換為光電轉換信號輸出I。
工作檯輸送裝置12具備按照沿與高度方向Z和主掃描方向X正交的副掃描方向Y延伸的方式配置的驅動軸12a；與驅動軸12a螺絲接合的通過正反旋轉在驅動軸12a上可進退移動的螺母構件12b；固定於螺母構件12b、且對用於載置檢查對象物3的基板3A可進行保持的矩形板形狀的工作檯12c；和使驅動軸12a正反旋轉的驅動用電動機12d。工作檯輸送裝置12構成為由控制部16對驅動用電動機12d進行驅動而使驅動軸12a正反旋轉，並且螺母構件12b和固定於螺母構件12b的工作檯12c在Y方向上進退移動，由此使檢查對象物3在Y方向上可進退移動。
控制部16與光源1、光檢測器7、電動機11a、驅動用電動機12d和數據存儲部13連接，基於在數據存儲部13中預先存儲的動作程序，對光源1、光檢測器7、電動機11a和驅動用電動機12d的驅動進行控制。
數據存儲部13存儲各裝置的動作程序，同時還存儲光檢測器7所光電轉換且輸出的反射光的光電轉換信號輸出I。
運算部14具備與數據存儲部13連接的提取部14a、與提取部14a連接的外觀位置坐標運算部14b，並且構成為基於在數據存儲部13中所存儲的反射光的光電轉換信號輸出I，求得檢查對象物3的外觀的位置坐標。
輸出部15例如由顯示器構成，並且與外觀位置坐標運算部14b連接，輸出顯示由外觀位置坐標運算部14b運算出的檢查對象物3的外觀的位置坐標。
本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置，採用如上所述那樣的基本的結構。
以下，對本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的詳細結構與動作一起進行說明。
在圖1A、圖1B和圖2中，首先由控制部16控制驅動而從光源1射出光束。從光源1作為照射光所射出的光束，由旋轉多面鏡(多角鏡)11的一個鏡面11c偏向後，入射到掃描聚光透鏡2而作為聚光光束射出，成為在檢查對象物3上的附近的點P聚光的掃描光束。這裡，從光源1射出的光束，通過由控制部16控制驅動的旋轉多面鏡11的旋轉，而使入射到掃描聚光透鏡2的掃描光束的角度變化，並且照射光聚光點P以點P1～點P2～點P3連續移動，從而對檢查對象物3在主掃描方向X上以直線狀進行掃描(以下稱作X掃描)。照射到檢查對象物3的由檢查對象物3反射的反射光中的、高度方向Z(也可稱作掃描光束方向)的反射光(落射反射光)，通過掃描聚光透鏡2而朝向旋轉多面鏡11沿與掃描光束相反方向的路逕行進，由光分離鏡4與掃描光束分離後，經由與現有例同樣的共焦光學系統(反射光透鏡5和遮蔽板6)到達光檢測器7。這樣，通過使旋轉多面鏡11旋轉，可得到根據檢查對象物3的掃描直線上的落射反射光的光強度由光檢測器7求得的光電轉換信號輸出I。
此時，控制部16，與旋轉多面鏡11的旋轉同步，對工作檯輸送裝置12的驅動用電動機12d的驅動進行控制，而使由工作檯12c保持的檢查對象物3在與主掃描方向X和高度方向Z的兩方向正交的方向(以下稱作副掃描方向Y)上移動。
此外，旋轉多面鏡11的旋轉速度一般恆定，為了使主掃描方向X的掃描光束的移動速度(掃描速度)成為勻速，作為掃描聚光透鏡2一般採用如圖2所示那樣的入射角的變化角度θ(旋轉多面鏡11所產生的偏向角的變化角度δ的兩倍)與掃描位置變化xd之間的關係滿足以焦距f為比例係數的直線比例關係(xd＝f×θ稱為「fθ特性」)的fθ透鏡。在本第一實施方式中以下將掃描聚光透鏡2設為fθ透鏡。在圖2中作為一例記載了點P2位於點P1與P3之間的中央附近，但是點P2位於從P1到點P3的掃描範圍內的任意位置上。
圖3A和圖3B是從主掃描方向X觀察到的本第一實施方式例中的光學系統的圖，對光學系統所產生的效果進行說明。
在圖3A中當旋轉多面鏡11的鏡面11c與旋轉多面鏡11的旋轉軸11b所形成的角λ(以下稱作鏡面角度λ)為λ＝α/2時，由旋轉多面鏡11的反射面所偏向的光源1的光束、與旋轉多面鏡11的旋轉軸11b相垂直的平面所形成的角為α，其結果，檢查對象物3中的掃描光束的聚光位置通過掃描聚光透鏡2的fθ特性，成為相對於α＝0時的照射光聚光點P如圖3A的點劃線所示那樣沿副掃描方向Y偏離了yd＝f×α的點P-2。再有，如圖3B所示，當掃描聚光透鏡2的光軸與正交於旋轉多面鏡11的旋轉軸11b的平面所形成的角為β時，由於掃描聚光透鏡2的聚光平面與旋轉多面鏡11的旋轉軸11b所形成的角成為β，因此掃描光束的照射光聚光點成為相對於α＝β＝0時的照射光聚光點P在副掃描方向上Y偏離了yd＝f×α、在高度方向Z上偏離了zd＝f×α×tan(β)的點P-1。旋轉多面鏡11的鏡面角度λ在以相同鏡面11c進行掃描中即使旋轉多面鏡11的旋轉角變化也大致恆定，因此在任何主掃描方向位置xdJ高度方向Z的偏差zd為大致恆定。即，通過這種光學系統的結構，利用旋轉多面鏡11的鏡面角度λ，可使相對檢查對象物3而掃描光束的照射光聚光點P的軌跡所形成的掃描直線全體在高度方向Z上偏離。
圖4A～圖4C表示對旋轉多面鏡11的各個鏡面角度λ進行變更時的效果。如圖4A所示，如果使具有n個鏡面11c的旋轉多面鏡11的鏡面角度λ按每個鏡面11c預先變更，則能夠在旋轉多面鏡11的一個旋轉中將照射光聚光點P的高度方向位置zdi變更n次。即，基於鏡面角度λi(＝αi/2)的第一鏡面11ci(i是n個之中的任意的鏡面編號，1～n之中的整數)的掃描線的副掃描方向位置ydi和高度方向位置zdi分別成為ydi＝f×αi和zdi＝f×αi×tan(β)，通過旋轉多面鏡11的一個旋轉，副掃描方向位置ydi和高度方向位置zdi變化n次，其中i＝1～n。即，通過旋轉多面鏡11的旋轉，能夠同時實施對檢查對象物3的X掃描和YZ掃描。
圖4C表示作為這樣的旋轉多面鏡11的形狀例、鏡面數為6個面(換言之，鏡面編號i為1～6時)、各個鏡面角度λi(＝αi/2)與鏡面編號i成比例地增加的情況下的立體圖。同時，作為比較例旋轉多面鏡11z的鏡面角度λ均為0(即由於與旋轉軸平行，因此成為六角柱體)的情況用二點劃線表示。旋轉多面鏡11如圖4C所示那樣，從第一鏡面11c1到第六鏡面11c6其鏡面11c的角度逐漸變化，在圖4C中第一鏡面11c1～第三鏡面11c3為向下、第四鏡面11c4～第六鏡面11c6為向上。由於各個鏡面11c為平面，因此在與相鄰鏡面的邊界有將三角形組合了兩個的截面，尤其第一鏡面11c1和第六鏡面11c6的角度差最大，因此，邊界的截面也變得最大。即，如果將除第一鏡面11c1與第六鏡面11c6間外的相鄰鏡面間的角度差設為dλ，則各個鏡面角度λi為如下式所示。
λi＝(i-3.5)×dλ這裡，i是作為鏡面編號的1～6的整數，第一鏡面11c1的鏡面角度λ1成為-2.5×dλ，第六鏡面11c6的鏡面角度λ6成為+2.5×dλ，第一鏡面11c1與第六鏡面11c6的角度差為-5×dλ。
以下，如果沒有特別的用法的話，將旋轉多面鏡11作為圖4C所示的形狀(鏡面數為6、相鄰面間角度變化為dλ且恆定)進行說明。
此外，旋轉多面鏡11的鏡面數最低只要3面即可，但是鏡面數越多，越能夠增加用於在主掃描方向X上使照射光聚光點P偏離來進行檢查對象物3的外觀檢查的位置坐標的抽樣點數，進而能夠提高外觀檢查精度，因此優選。
另外，在上述中按照鏡面11c的角度從第一鏡面11c1到第六鏡面11c6逐漸變化的方式、例如按照鏡面11c的角度以+1°、+0.5°、0°、-0.5°、-1°發生變化的方式構成了旋轉多面鏡11，但是本發明並不限定於此。例如，按照鏡面角度以+1°、-0.5°、0°、-1°、+0.5°隨機變化的方式構成，也可得到與上述結構相同的效果。
以下，採用圖5A和圖5B，詳細表示基於旋轉多面鏡11的旋轉的、掃描線的YZ掃描的狀態。圖5A是與圖3B同樣地從主掃描方向X觀察到的圖。此外，這裡按照使光源1的光束的偏向動作從第一鏡面11c1開始進行的方式由控制部16對旋轉多面鏡11的旋轉驅動進行控制。旋轉多面鏡11通過進行一個旋轉，按從第一鏡面11c1到第六鏡面11c6的順序，使來自光源1的光束偏向。
如果使來自旋轉多面鏡11的光源1的光束偏向的鏡面11c通過旋轉多面鏡11的旋轉動作而按第一鏡面11c1～第六鏡面11c6發生變化，則照射光聚光點的位置以點Px1～點Px6變化五次(此外，圖5A所示的點P是鏡面角度λ為0也就是旋轉多面鏡11的鏡面11c平行於旋轉軸11b時的照射光聚光點)。點Px1～點Px6以及點P位於與掃描光束垂直的平面31形成角度β的面上，點P為與平面31的交點。這裡，平面31是穿過相對於檢查對象物3所預先設定的高度方向Z的檢查範圍Zr的中間(例如中央)的平面(虛擬的檢查基準面)。為了對檢查對象物3的全體進行檢查，將高度方向Z的檢查範圍Zr優選設定為從高於檢查對象物3的最上部的位置到與檢查對象物3的最下部相同的或比最下部低的位置。
由於旋轉鏡11的鏡面角度λi如圖4C所示那樣與鏡面編號i成比例地增加，因此從點P到各照射光聚光點的副掃描方向位置ydi和高度方向位置zdi分別為下式。
ydi＝f×αi＝(i-3.5)×f×dαzdi＝f×αi×tan(β)＝(i-3.5)×f×dα×tan(β)此外，由於dα＝2×dλ為恆定值，因此各照射光聚光點的副掃描方向位置ydi和高度方向位置zdi與鏡面編號i成比例地變化，其變化間隔為恆定、且副掃描方向Y為f×dα、高度方向Z為f×dα×tan(β)。
圖5B表示與圖5A同樣的狀態的立體圖。其中，為了表示基於旋轉多面鏡11的旋轉動作的直線掃描動作，將掃描開始時的照射光聚光點設為P1i、將掃描結束時的照射光聚光點設為P3i(i是面編號、且i＝1～6)。即，圖5A中的點Px1表示圖5B中的點P11～點P31之間的直線掃描中的照射光聚光點的軌跡全體，點Px2～點Px6也同樣(但是，點P如上所述那樣表示點P1～點P3的直線掃描的照射光聚光點的軌跡)。
以下，接著說明通過旋轉多面鏡11的旋轉所發生的照射光聚光點的位置的經時變化。
首先，如果通過旋轉多面鏡11的旋轉，光源1的光束開始由第一鏡面11c1反射，則在點P11開始掃描，到點P31為止進行直線掃描。接著，通過旋轉多面鏡11的旋轉，將用於反射光源1的光束的面切換到第二鏡面11c2，則在點P12開始掃描且到點P32為止進行直線掃描。以下，如果通過旋轉多面鏡11的旋轉而將光源1的光束的反射面變化為第三鏡面11c3～第四鏡面11c6，則照射光聚光點也變化為從點P13到點P33、從點P14到點P34、從點P15到點P35、從點P16到點P36。這裡，在圖5B中用實線箭頭表示的從點P13到點P33、從點P14到P34、點P15到點P35表示通過照射光聚光點的移動所進行的直線掃描。在圖5B中用點劃線箭頭表示的點P33與點P14之間、點P34與點P15之間、點P35與點P16之間表示照射光聚光點不存在的狀態也就是不進行直線掃描的狀態。
再有，如果旋轉多面鏡11進行一個旋轉而將光源1的光束的反射面由第六鏡面11c6切換成第一鏡面11c1，光源1的光束再次由第一鏡面11c1反射而開始掃描，則從點P36、點P11起向點P31、點P12…變化，從點P11開始的開始掃描起重複進行與上述同樣的動作。這樣，通過旋轉多面鏡11的一個旋轉，照射光聚光點從P11～點P36為止移動，通過旋轉多面鏡11連續旋轉，對點P11～點P36的相同路徑進行重複掃描。
此外，從作為掃描開始點的照射光聚光點P11的旋轉多面鏡11的狀態起將旋轉多面鏡11進一步旋轉，旋轉多面鏡11的鏡面11c的偏向角的變化角度δ變化，也就是對同一鏡面11c上的旋轉多面鏡11的光源1的光束進行反射的位置變化，當照射光聚光點成為P21時，主掃描方向X的變化間隔(例如，從點P11到點P12為止的距離)xd，如上所述那樣根據掃描聚光透鏡2的fθ特性成為xd＝f×2×δ＝f×θ。此外θ表示入射角的變化角度，θ＝2×δ。
如上所述，通過如圖4C所示的旋轉多面鏡11的各個鏡面11c的角度λ構成為互不相同，能夠由一個鏡面11c反射光源1的光束，而使照射光聚光點的主掃描方向位置xdi變化，進而實施直線掃描(X掃描)，並且通過使旋轉多面鏡11旋轉來切換用於反射光源1的光束的鏡面11c，使得副掃描方向位置ydi和高度方向位置zdi發生變化就可同時實施兩種掃描(YZ掃描)。
接著，採用圖6A和圖6B，對本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的檢查對象物3的副掃描方向Y的輸送動作和數據處理進行說明。圖6A是表示本發明的第一實施方式中的外觀檢查裝置的、用於說明檢查對象物3的副掃描方向Y的輸送動作和數據處理的、結構的示意立體圖。圖6B是表示檢查對象物3的、圖6A的部分放大立體圖。
控制部16，對工作檯輸送裝置12的驅動用電動機12a的驅動進行控制，與旋轉多面鏡11的各個鏡面11c的掃描開始同步，使驅動軸12a旋轉而使螺母構件12b和固定於螺母構件12b的工作檯12c在副掃描方向Y上移動，使由工作檯12c保持的基板3A上的檢查對象物3在副掃描方向Y上移動。另外，控制部16在掃描光束對檢查對象物3進行直線掃描的期間，以掃描光束的主掃描方向位置xdi成為恆定間隔的時間間隔，將光檢測器7的光電轉換信號輸出I在旋轉多面鏡11的一個旋轉量以上的期間(即，點P11～點P36的掃描期間)，存儲到數據存儲部13。另外，控制部16由提取部14a提取出在數據存儲部13內所存儲的光檢測器7的光電轉換信號輸出I，基於由提取部12a所提取出的光檢測器7的光電轉換信號輸出I，由外觀位置坐標運算部14運算且求得檢查對象物3的外觀的位置坐標。
接著，使用圖7A和圖7B，對通過工作檯輸送裝置12向副掃描方向Y輸送檢查對象物3的輸送量的控制、和針對檢查對象物3的YZ掃描的原理進行說明。在圖7A中，在具有六個鏡面11c的旋轉多面鏡11c的一次(一個)旋轉中，掃描線的副掃描方向位置ydi如上所述那樣以yd1、yd2、…yd6變化5次。此時，如果使工作檯輸送裝置12的輸送量Yt，與基於旋轉多面鏡11的各個鏡面11c的掃描動作同步，變化與掃描線的副掃描方向位置ydi的變化量相同的值，則針對檢查對象物3，掃描線總是關於副掃描方向位置ydi，總是掃描相同的位置。即，照射光聚光點在工作檯輸送裝置12停止的狀態下，如圖7A所示，隨著趨向副掃描方向Y而在靠近檢查對象物3的方向上(圖7A的向右傾斜的向下方向上)進行掃描，但是如果由工作檯輸送裝置12將檢查對象物3在副掃描方向Y上輸送，則如圖7B所示，在與高度方向Z相反的方向上(圖7B的向下方向)上進行掃描。如上所述那樣在用於使旋轉多面鏡11的光源1的光束偏向的鏡面11c切換時的副掃描方向位置ydi的增量為f×dα且恆定，因此如果輸送量Yt也由恆定增量f×dα以Yt1～Yt6變化五次，則檢查對象物3也從檢查對象物3-1的位置向檢查對象物3-6的位置變化。另一方面，掃描線的照射光聚光點的高度方向位置zdi如上所述那樣以zd1、zd2、…zd6按恆定間隔f×dα×tan(β)變化五次。
如上所述，通過對工作檯輸送裝置12的輸送量Yt進行控制，在使旋轉多面鏡11旋轉一次的期間，針對檢查對象物3按照與高度方向Z平行的方式使照射光聚光點變化，來實現Z掃描。
另外，如果將工作檯輸送裝置12的驅動用電動機12a和旋轉驅動鏡11的電動機11a同步後進一步進行驅動，則旋轉多面鏡11進入第二次旋轉。即，旋轉多面鏡11將光源1的光束按從第一鏡面11c1到第六鏡面11c6的順序依次反射，再次由第一鏡面11c1反射的同時，工作檯輸送裝置12以恆定輸送間隔f×dα將檢查對象物3在副掃描方向Y上輸送。由此，檢查對象物3位於檢查對象物3-7的位置，照射光聚光點在高度方向Z上位於高度方向位置zd1。即，照射光聚光點從高度方向位置zd1至高度方向位置zd6為止變化，在再次變化到高度方向位置zd1為止的期間，工作檯輸送裝置12使檢查對象物3在副掃描方向Y上以掃描間隔Yp(＝Y分辯力)＝6×f×dα移動，從而從檢查對象物3-1的位置移動到檢查對象物3-7的位置。
圖7B表示通過這種旋轉多面鏡11和工作檯輸送裝置12的控制動作所發生的、對檢查對象物3的掃描線的照射光聚光點的高度方向Z和副掃描方向Y的變化。
此外，在圖7B中，將安裝有多個電子部件(圖7B的傾斜部)的基板表示為檢查對象物3。對檢查對象物3的高度方向Z的檢查範圍Zr，如上所述那樣優選設定為從多個電子部件中的高於最高電子部件的最上面的位置到相同於檢查對象物3的最下部或比最下部低的位置。從而，在圖7B中將點Px11、點Px12…點Px15設定在比電子部件高的位置，並且將點Px61、點Px62…點Px65設定在比基板低的位置。
另外，在圖7B中黑圓圈表示由掃描聚光透鏡2實際聚光的掃描光束的聚光點，點劃線的白圓圈表示由掃描聚光透鏡2聚光之前掃描光束由檢查對象物3的表面反射而實際上未聚光的虛擬的聚光點。
從旋轉多面鏡11的第一鏡面11c1起開始的第一次旋轉中，照射光聚光點在副掃描方向Y上以相同的位置從點Px11～點Px61為止、高度方向位置zdi以zd1～zd6變化五次而進行Z掃描。再有，如果旋轉多面鏡11進行旋轉而再次開始第一鏡面11c1的掃描，則副掃描方向位置ydi在與副掃描方向Y相反的方向上變化Yp，從而照射光聚光點以Px12～Px62變化，進行Z掃描。以下，同樣地，在旋轉多面鏡11每旋轉一次時，副掃描方向位置ydi以一定間隔Yp變化。即，針對檢查對象物3，在旋轉多面鏡11每旋轉一次時以一定間隔Yp實現Y掃描。
即，在本第一實施方式的外觀檢查裝置和方法中，可對檢查對象物3，在旋轉多面鏡11的旋轉動作中以一個鏡面掃描進行X掃描；通過鏡面角度λ不同的多個鏡面11c在旋轉多面鏡11的一次旋轉中進行切換，來進行Z掃描；通過一邊使檢查對象物3在副掃描方向Y上移動一邊使旋轉多面鏡11旋轉多次，來進行Y掃描。
此外，從光源1射出的光束的在照射到檢查對象物3的時刻的光斑徑d隨檢查對象物3的高度方向Z的檢查範圍Zr而變化。從光源1射出的光束的光強度為高斯分布(正態分布)，當波長為λa時，檢查範圍Zr和光點半徑d大致滿足下式的關係。
Zr＝π/4÷λa×d2例如，當波長λa為600nm時，可舉出(d、Zr)＝(30μm、1.2mm)、(10μm、131μm)、(5μm、32.7μm)、(1μm、1.31μm)等光斑徑d和檢查範圍Zr。例如，當檢查對象物3為塗布在基板的多個油脂焊料時，將高度方向Z的檢查範圍Zr優選設定為從高於多個油脂焊料之中的最高油脂焊料的最上面的位置到與基板相同或比基板低的位置。在這種情況下，由於油脂焊料的厚度最多為0.2mm左右，因此只要將光斑徑d設定為15μm、將檢查範圍Zr設定為0.3mm左右即可。
但是，上述的是始終是理論值，只要按照光束的強度分布或檢查對象物3的反射狀態設定最佳的設定值即可。
接下來，通過圖8A和圖8B對求得檢查對象物3的高度信息的運算方法的原理進行說明，該高度信息是根據旋轉多面鏡11的一次旋轉中的檢查對象物3的同一副掃描方向位置ydi中的、通過X掃描和Z掃描並經由共焦光學系統(反射光透鏡5和遮蔽板6)的反射光入射到光檢測器7所獲得的光點轉換信號輸出I來求得的。
圖8A是示意性表示數據存儲部13中的、光檢測器7的光電轉換信號輸出I的存儲內容的圖。
數據存儲部13被構成為在通過旋轉多面鏡11的一個鏡面11c的旋轉進行的對檢查對象物3的X掃描中，以主掃描方向位置xdj成為一定間隔(＝X分辨力)這樣的抽樣間隔，將光檢測器7的光電轉換信號輸出I(i、j)由控制部16的控制來存儲m個。這裡，若將j設為X方向的抽樣編號(j＝1～m、m為整數)，則主掃描方向位置xdj為xd1、xd2、…、xdm。
另外，數據存儲部13，通過具有六個鏡面11c的旋轉多面鏡11的一次旋轉，將檢查對象物3的同一副掃描方向位置ydi的、照射光聚光點的高度方向位置zdi變更五次後，將光檢測器7的光電轉換信號輸出I(i、j)存儲6×m個。換言之，由於鏡面編號i為1～6，因此如果在副掃描方向位置Yd1～Yd6為止進行掃描，則將光檢測器7的光電轉換信號輸出I(i、j)在數據存儲部13中存儲6×m×6個。
此外，在圖8A中，光檢測器7的光電轉換信號輸出I(1、1)～I(1、m)由短的點劃線進行連接的折線圖表，表示基於第一鏡面11c1的掃描光束的光強度。另外，光檢測器7的光電轉換信號輸出I(2、1)～I(2、m)由長的點劃線連接的折線圖表，表示基於第二鏡面11c2的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。光檢測器7的光電轉換信號輸出I(6、1)～I(6、m)由實線連接的折線圖表，表示基於第六鏡面11c6的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。
圖8B是示意性表示運算部14中的、根據數據存儲部13所存儲的與旋轉多面鏡11的一次旋轉量相應的6×m個光電轉換信號輸出I(i、j)來求得在各主掃描方向位置xdj的測定高度zmj的處理方法。
主掃描方向位置xd1的光檢測器7的六個光電轉換信號輸出I(1、1)～I(6、1)的分布，由於檢查對象物3的主掃描方向位置xdj和副掃描方向位置ydi成為在相同的點通過Z掃描所產生的光電轉換信號輸出I，所以根據共焦法原理，如圖8B的長的點劃線所示那樣，成為在與主掃描方向位置xd1的檢查對象物3的高度Z1最接近的照射光聚光點的高度方向位置zd2的光電轉換信號輸出I為最大的曲線。運算部14的提取部14a提取該成為最大的高度方向位置zd2作為測定高度zm1。
主掃描方向位置xd2的光檢測器7的光電轉換信號輸出I(1、2)～I(4、2)的分布，由於檢查對象物3的主掃描方向位置xdj和副掃描方向位置ydi成為在相同的點通過Z掃描所產生的光電轉換信號輸出I，因此根據共焦法原理，如圖8B的短的點劃線所示那樣，成為在與主掃描方向位置xd2的檢查對象物3的高度Z2最接近的照射光聚光點的高度方向位置zd1的光電轉換信號輸出I為最大的曲線。運算部14的提取部14a提取該成為最大的高度方向位置zd1作為測定高度zm2。
主掃描方向位置xd3的光檢測器7的光電轉換信號輸出I(2、3)～I(6、3)的分布，由於檢查對象物3的主掃描方向位置xdj與副掃描方向位置ydi成為在相同的點通過Z掃描所產生的光電轉換信號輸出I，因此根據共焦法原理，如圖8B的長的點劃線所示那樣，成為在與主掃描方向位置xd3的檢查對象物3的高度Z3最接近的照射光聚光點的高度方向位置zd4的光電轉換信號輸出I為最大的曲線。運算部14的提取部14a提取該成為最大的高度方向位置zd4作為測定高度zm3。
以下，同樣地通過提取在各主掃描方向位置xdj的各測定高度zmj，能夠獲得檢查對象物3的掃描線上的高度信息。
接下來，採用圖2、圖8C～圖8E，對求得檢查對象物3的高度信息的運算方法進行更詳細的說明。這裡。將如圖2所示那樣在基板3A安裝的電子部件作為檢查對象物3進行說明。圖8C是表示對檢查對象物3的XZ掃描的一例的圖，圖8D是表示數據存儲部13的存儲內容的一例的示意圖，圖8E是表示外觀位置坐標運算部14b的預算方法的一例的圖。
此外，在圖8C中黑圓圈表示由掃描聚光透鏡2實際聚光的掃描光束的聚光點，點劃線的白圓圈表示在由掃描聚光透鏡2聚光之前掃描光束由檢查對象物3的表面反射而實際上未聚光的虛擬的聚光點。即，在圖8C中掃描光束在高度方向位置為zd4、主掃描方向位置為xd2和xd3時、在高度方向位置為zd2、主掃描方向位置為xd2和xd3時、在高度方向位置為zd6、主掃描方向位置為xd1～xdm時，在由掃描聚光透鏡2聚光之前由檢查對象物3的表面反射。
另外，在圖8C中在高度方向位置zd1的X掃描利用旋轉多面鏡2的第一鏡面11c1進行，在高度方向位置zd2的X掃描利用第二鏡面11c2進行，在高度方向位置zd3～zd6的X掃描利用第二鏡面11c2～第六鏡面11c6進行。
光檢測器7受光(接收)的落射反射光的光強度，如果由掃描聚光透鏡2聚光的掃描光束在越接近聚光點由檢查對象物3反射，則越強。即，在圖8C中在受光強度1時，光檢測器7受光的落射反射光的光強度最強，而且越遠離受光強度1，也就是越成為受光強度2、受光強度3…，光檢測器7所受光的落射反射光的光強度就越弱。
從而，例如在主掃描方向位置xd3上，在高度方向位置zd1以受光強度3聚光，在高度方向位置zd2以受光強度2聚光、在高度方向zd3以受光強度1聚光，從而形成掃描光束的聚光點。然而，按理來說在高度方向位置zd4以受光強度1聚光、在高度方向位置zd5以受光強度2聚光、在高度方向位置zd6以受光強度3聚光，但是在實際上，由於掃描光束由檢查對象物3的表面分別反射，因此成為虛擬的掃描光束的聚光點。
圖8D是表示圖8C所示的受光強度1～由光檢測器7光電轉換所獲得的光電轉換信號輸出I與主掃描方向位置xdj之間的關係的圖。在圖8D中，連接光檢測器7的光電轉換信號輸出I(1、1)～I(1、m)的長點劃線表示基於第一鏡面11c1的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。另外，連接光檢測器7的光電轉換信號輸出I(2、1)～I(2、m)的短點劃線表示基於第二鏡面11c2的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。另外，連接光檢測器7的光電轉換信號輸出I(3、1)～I(3、m)的一點劃線表示基於第三鏡面11c3的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。另外，連接光檢測器7的光電轉換信號輸出I(4、1)～I(4、m)的二點劃線表示基於第四鏡面11c4的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。另外，連接光檢測器7的光電轉換信號輸出I(5、1)～I(5、m)的直線表示基於第五鏡面11c5的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。另外，連接光檢測器7的光電轉換信號輸出I(6、1)～I(6、m)的粗直線表示基於第六鏡面11c6的掃描光束在主掃描方向位置xdj的光強度。
圖8E是按各主掃描方向位置xdj對在各高度方向位置zdi的光電轉換信號輸出I進行標記，並且將該標記由平滑的曲線進行連接的圖。在圖8E中以三角形的標記來表示主掃描方向位置xd1時的各高度方向位置zdi(從第一鏡面11c1開始第六鏡面11c6的掃描)的光電轉換信號輸出I(1、1)～I(6、1)。同樣地在圖8E中以四角形的標記來表示主掃描方向位置xd2時的各高度方向位置zdi的光電轉換信號輸出I(2、1)～I(2、6)、在圖8E中以圓形的標記來表示主掃描方向位置xd3時的各高度方向位置zdi的光電轉換信號輸出I(3、1)～I(3、6)。
如圖8E所示，在主掃描方向位置xd1(三角形)時，光電轉換信號輸出I在高度方向位置zd5與高度方向位置zd6之間成為最大值。運算部14的提取部14a提取在高度方向位置zd5與高度方向位置zd6之間的高度作為在檢查對象物3的主掃描方向位置xd1的測定高度zm1。另外，在主掃描方向位置xd2(四角形)或主掃描方向位置xd3(圓形)時，光電轉換信號輸出I在高度方向位置zd3與高度方向位置zd4之間成為最大值。運算部14的提取部14a提取在高度方向位置zd3與高度方向位置zd4之間的高度作為在檢查對象物3的主掃描方向位置xd2或xd3的測定高度zm2或zm13。以下，同樣地由提取部14a逐步提取在各主掃描方向位置xdj的測定高度位置zmj，從而能夠獲得檢查對象物3的掃描線上的高度信息。
此外，由於高度方向位置zdi如上所述那樣以間隔f×dα×tan(β)發生離散變化，因此如果用提取部14a如上所述那樣提取成為最大值的高度方向位置zdi，則測定高度zmi的間隔也成為f×dα×tan(β)的離散值(即，測定高度分辨力成為f×dα×tan(β))。但是，通過由外觀位置坐標運算部14a進行多項式內插法(多項式補間)等的運算處理，能夠求得各高度方向位置zdi間的中間點作為測定高度zmi，能夠減少高度分辨力。
另外，在進行這樣的運算處理時，需要使在數據存儲部13中所存儲的光檢測器7的光電轉換信號輸出I與旋轉多面鏡11的鏡面編號i之間建立關聯。因此。由控制部16將與旋轉多面鏡11的旋轉同步地獲得的信號(以下稱作旋轉同步信號)按一個旋轉一次向外觀位置坐標運算部14b輸出。另外，由控制部16將與各個鏡面11c所進行的掃描動作同步地所獲得信號(以下稱作掃描同步信號)在各個鏡面每次掃描時向外觀位置坐標運算部14b輸出一次。並且，通過由外觀位置坐標運算部14b組合旋轉同步信號和掃描同步信號，由此能夠將光檢測器7的光電轉換信號輸出I和旋轉多面鏡11的鏡面編號i之間建立關聯。
以上，根據本第一實施方式的外觀檢查裝置和方法，將在旋轉多面鏡11的一次旋轉中的光檢測器7的光電轉換信號輸出I的數據存儲在數據存儲部13中，並且由運算部14求得該數據存儲部13所存儲的數據中的、主掃描方向位置xdj和副掃描方向位置ydi在同一點的光電轉換信號輸出I成為最大的高度方向位置zdi，從而能夠獲得檢查對象物3的掃描直線上的高度信息(即，XZ截面形狀)。
再有，根據本第一實施方式的外觀檢查裝置和方法，如圖7B所示那樣，由控制部16按照使工作檯輸送裝置12的輸送量Yt與旋轉多面鏡11的等角速度的旋轉同步、而使基於各個鏡面的多個照射光聚光點分別位於檢查對象物3的高度方向Z的方式進行控制，由此能夠獲得檢查對象物3的在XY掃描範圍內的、在各主掃描方向位置xdj和各副掃描方向位置ydi的高度方向位置zmi的信息(也就是位置坐標)。
此外，根據本第一實施方式的外觀裝置和方法，由上述運算部14求得檢查對象物3的外觀的位置坐標、例如在圖7B和圖8A中在主掃描方向為m點(主掃描方向X的抽樣數)、在副掃描方向為5點(旋轉多面鏡11的旋轉數)、和在高度方向為6點(旋轉多面鏡的鏡面數)總共(m×5×6＝)30×m點，從而能夠對檢查對象物的外觀進行立體檢查。
以上，在本第一實施方式中對由工作檯輸送裝置12將檢查對象物3在副掃描方向Y上移動的方式進行了說明，但是即使是檢查對象物3為固定而將光學系統全體在副掃描方向Y上移動的方式也能夠得到同樣的效果。另外，在本第一實施方式中，將掃描聚光透鏡2作為fθ透鏡進行說明，但是如果主掃描方向位置xdJ與入射角θ的關係不滿足直線比例關係時(例如，xd＝f×sin(θ)或xd＝f×tan(θ)等)，也能夠得到同樣的效果。
《第二實施方式》圖9A是從副掃描方向Y觀察到的本發明的第二實施方式中的外觀檢查裝置和方法的光學系統的結構的示意圖。圖9B是從主掃描方向X觀察到的本發明的第二實施方式中的外觀檢查裝置的光學系統的結構的示意圖。
本發明的第二實施方式的外觀檢查裝置和方法，如圖9A和圖9B所示，具備按照不使掃描聚光透鏡2的光軸從與旋轉多面鏡11的旋轉軸11b正交的平面傾斜角度β、而平行於高度方向Z的方式所配置的掃描聚光透鏡2A，並且在掃描聚光透鏡2A與檢查對象物3之間還具備用於構成聚光點位置形成用光學系統的一例的、具有與主掃描方向X平行的入射面和射出面的楔形的長條稜鏡15，這一點上與本發明的第一實施方式的外觀檢查裝置不同。對於除此以外的點，由於與本發明的第一實施方式的外觀檢查裝置和方法同樣，因此省略重複的說明。
如圖9A和圖9B所示，由於長條稜鏡17的入射面17a和射出面17b按照平行於主掃描方向X的方式配置，因此掃描光束通過長條稜鏡17後，在與副掃描方向Y垂直的面內不彎曲而因折射作用而僅在與主掃描方向X垂直的面內以角度γ彎曲後，在照射光聚光點Pb聚光。然後，在聚光點Pb所聚光的掃描光束由旋轉多面鏡11的旋轉而對檢查對象物3在主掃描方向X上進行直線掃描。當旋轉多面鏡11的鏡面角度λ＝α/2時，從掃描聚光透鏡2射出的掃描光束與第一實施方式同樣地在副掃描方向Y上平移距離yin＝f×α後，入射到長條稜鏡17。入射到長條稜鏡17的掃描光束因長條稜鏡17的作用而平行移動量由距離yin變化為距離yd，照射光聚光點Pb一1的位置相對於通過掃描聚光透鏡2的光軸中心時的照射光聚光點Pb在副掃描方向Y上偏離距離yd、在高度方向Z上偏離距離zd。
本第二實施方式與第一實施方式的不同點在於，新設置了長條稜鏡17的點和消除了掃描聚光透鏡2的傾斜β的點這兩點，但是第一和第二實施方式均採用旋轉多面鏡11的鏡面角度λ能夠對檢查對象物3同時實施X掃描和YZ掃描，能夠起到同樣的效果。
接下來，採用圖10A和圖10B，對長條稜鏡17的作用進行詳細的說明。圖10A是說明長條稜鏡17的作用的圖，圖10B是說明長條稜鏡17所發生的照射光聚光點的移動的圖。
如圖10A所示，當將長條稜鏡17的頂角設為a、將折射率設為nn，當光源1的光束從長條稜鏡17的入射面17a上的點A2入射後從射出面17b上的點C2射出時，根據斯涅耳(Snell)定律和幾何關係，從掃描聚光透鏡2射出的掃描光束由長條稜鏡17彎曲的角度(以下稱作彎曲角度)γ為如下式。這裡，將從掃描聚光透鏡2射出而入射到長條稜鏡17的掃描光束(以下稱作入射光)與入射面17a所形成的角度(以下稱作入射角)設為b11。另外，將入射到長條稜鏡17內的掃描光束與入射面17a所形成的角度設為b12、與射出面17b所形成的角度設為b21。另外，將從長條稜鏡17射出的掃描光束(以下稱作射出光)與射出面17b所形成的角度設為b22。
sin(b12)＝sin(b11)/nn(在點A2的Snell定律)sin(b22)＝sin(b21)/nn(在點C2的Snell定律)a＝b21+b12(三角形的幾何關係)γ＝(b11-b12)-(b21-b22)(幾何關係)＝b11+b22-a＝f1(a、nn、b11)即，彎曲角度γ成為頂角a、折射率nn、入射角b11的函數f1(a、nn、b11)。從而，由於通過在副掃描方向Y平移了距離yin的點A1～點C1的掃描光束也是與通過點A2～點C2的掃描光束同樣的入射角b11，因此彎曲角度成為γ。即，通過點A1～點C1而從點C1射出的射出光、與通過點A2～點C2而從點C2射出的射出光平行。
從點C1射出的射出光與從C2射出的射出光之間的距離yd、與入射到點A1的入射光和入射到點A2的入射光的距離yin滿足直線比例關係，其比例係數為根據Snell定律而如下式所示，其結果成為頂角a·折射率nn·入射角b11的函數f2(a、nn、b11)。
yd/yin＝cos(b12)/cos(b11)×cos(b22)/cos(b21)＝f2(a、nn、b11)因該作用而如圖9B所示那樣照射光聚光點Pb在掃描光束的前進方向上移動距離yd而移動到照射光聚光點Pb-1。
接下來，對通過長條稜鏡17而發生的照射光聚光點Pb的高度方向Z的移動進行說明。如圖10B所示，對厚度t·折射率nn的長條稜鏡17入射聚束角(collecting angle)θ小的掃描光束，則根據Snell定律和近軸近似(sin(θ)θ)，照射光聚光點從點D向點E在掃描光束的前進方向上移動dz＝t×(1-1/nn)。因此，圖10A中當入射到點A1的入射光不通過長條稜鏡17而為在距點A1隔開距離L1的點B1聚光的入射光時，通過點A1～點C1而從點C1射出的射出光的照射光聚光點E1，沿著由長條稜鏡17彎曲的掃描光束的路徑，相對於距點A1隔開距離L1的點D1(距離A1B1)＝距離A1C1+距離C1D1＝L1)，在掃描光束的前進方向上移動距離dz1＝t1×(1-1/nn)(t1＝距離A1C1)。
同樣地，入射到點A2的入射光的照射光聚光點成為移動了距離dz2＝t2×(1-1/nn)的點E2。即，如果不通過長條稜鏡17，則即使是到照射光聚光點的距離相同的掃描光束，當相對於長條稜鏡17的入射面17a的入射位置不同(例如點A1和點A2)時，在掃描光束的前進方向上的照射光聚光點的位置相差zd＝(t2-t1)×(1-1/nn)。這裡，通過長條稜鏡17中的距離差(t2-t1)，根據三角形的幾何關係而顯然與點A1和點A2的距離c12成直線比例，而且其比例係數為頂角a與入射角b12的函數。再有，滿足c12＝yin/cos(b11)的關係，其結果，zd與距離yin成直線比例，其比例係數為頂角a、折射率nn、入射角b11的函數f3。
zd/yin＝f3(a、nn、b11)根據以上的關係，掃描光束如圖9B所示那樣因長條稜鏡17的作用而彎曲了角度γ，從照射光聚光點的點Pb向點Pb-1』(向副掃描方向Y距離yd、向高度方向Z距離zd)移動，用於對點Pb和點Pb-1進行連接的直線，相對於與掃描光束的前進方向垂直的面傾斜下式的角度β。
tan(β)＝zd/yd＝f3(a、nn、b11)/f2(a、nn、b11)即，通過改變長條稜鏡17的三個參數(頂角a、折射率nn、入射角b11)，能夠變更對檢查對象物3的高度方向位置zdj和副掃描方向位置ydi，使得自由度高的設計成為可能。
此外，通過適當組合上述各種實施方式中的任意實施方式，能夠起到各自所具有的效果。
對本發明參照附圖並與優選實施方式相關聯地充分記載，但是對本領域技術人員而言各種變形和修改是清楚的。應當理解這種變形或只要不超過基於所附加的權利要求的範圍的本發明的範圍，則包含於本發明中。
對2005年4月14日申請的日本專利申請No.2005-116869號的說明書、附圖和權利要求的範圍的公開內容，作為整體進行參照而取入本說明書中。
產業上的可利用性本發明所涉及的外觀檢查裝置和方法，通過在基於旋轉多面鏡的直線掃描光學系統中添加簡單的功能，具有可高速且高精度地求得檢查對象物的外觀坐標的效果，尤其作為在平面上延伸的物體的外觀檢查裝置是有用的，具體而言，在安裝基板的軟釺焊工序中的電子部件的安裝狀態或油脂焊料的塗布狀態進行檢查的外觀檢查裝置和方法中有用。
權利要求
1.一種外觀檢查裝置，其特徵在於，具備射出光束的光源；旋轉多面鏡，在外周部至少具有3個鏡面，按圍繞旋轉軸以等角速度可旋轉的方式配置，經由上述各個鏡面將上述光源所射出的上述光束向檢查對象物偏轉，通過上述旋轉可使上述光束在主掃描方向上以直線狀掃描；聚光點位置形成用光學系統，當通過上述旋轉多面鏡的旋轉而使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在聚光點聚光時，使上述聚光點在與上述檢查對象物的上述掃描方向正交的高度方向的檢查範圍內移動；光檢測器，將反射光的光強度光電轉換為光電轉換信號輸出，該反射光的光強度是通過上述聚光點位置形成用光學系統後，由上述檢查對象物反射的經由上述聚光點位置形成用光學系統、且由上述旋轉多面鏡的上述鏡面偏轉的反射光的光強度，依賴於上述聚光點與上述光束在上述檢查對象物中的反射點之間的距離；檢查對象物移動裝置，與上述旋轉多面鏡的上述等角速度的旋轉同步，使上述檢查對象物在與上述主掃描方向及上述高度方向正交的副掃描方向上移動；和運算部，基於由上述光檢測器進行光電轉換後的上述反射光的上述光電轉換信號輸出，求得上述檢查對象物的外觀的位置坐標，進行上述檢查對象物的外觀檢查，上述旋轉多面鏡被構成為按照隨著上述等角速度的旋轉而上述光束的上述聚光點在上述副掃描方向上偏離的方式，使該旋轉多面鏡的旋轉軸與上述鏡面所形成的角度即鏡面角度按各個鏡面不同，上述檢查對象物移動裝置被構成為按照在上述旋轉多面鏡以上述等角速度進行一個旋轉的期間，通過上述聚光點位置形成用光學系統在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的、且由上述各個鏡面在上述副掃描方向上偏離的上述聚光點，在上述檢查對象物的上述高度方向上以直線狀被掃描的方式，使上述檢查對象物在上述副掃描方向上移動，並且在上述旋轉多面鏡以上述等角速度開始進行又一個旋轉之前，在上述副掃描方向上使上述檢查對象物移動，使上述主掃描方向的直線狀的掃描以及上述高度方向的上述檢查範圍內的上述聚光點的移動所進行的外觀檢查，在與上述旋轉多面鏡於上述一個旋轉中的外觀檢查在上述檢查對象物上不同的部分進行。
2.根據權利要求1所述的外觀檢查裝置，其特徵在於，上述聚光點位置形成用光學系統具備掃描聚光透鏡，其光軸按照相對於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向傾斜的方式配置，並且使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點聚光，上述聚光點在上述主掃描方向上以直線狀移動，且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動。
3.根據權利要求1所述的外觀檢查裝置，其特徵在於，上述聚光點位置形成用光學系統，具備掃描聚光透鏡，其光軸按照平行於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向的方式配置，並且使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點聚光；和稜鏡，在上述掃描聚光透鏡與上述檢查對象物之間，按照入射面和射出面平行於上述主掃描方向的方式配置，並且使上述入射面所入射的光束折射後從上述射出面射出，通過上述掃描聚光透鏡的光束從上述稜鏡的上述入射面入射，被折射後從上述射出面射出，上述聚光點在上述主掃描方向上以直線狀移動、且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動。
4.根據權利要求1所述的外觀檢查裝置，其特徵在於，還具備數據存儲部，存儲上述旋轉多面鏡至少進行一個旋轉的期間的、從上述光檢測器輸出的上述反射光的上述光電轉換信號輸出，上述運算部基於在上述數據存儲部中所存儲的上述光電轉換信號輸出，求得上述檢查對象物的上述高度方向的位置而求得上述檢查對象物的外觀的位置坐標，並且進行上述檢查對象物的外觀檢查。
5.一種外觀檢查方法，其特徵在於，在外周部至少具有三個鏡面且以旋轉軸與上述鏡面所形成的角度即鏡面角度按各個鏡面不同的方式所構成的旋轉多面鏡，圍繞上述旋轉軸以等角速度旋轉，而使從光源向上述鏡面射出的光束朝向檢查對象物偏轉、且在主掃描方向上以直線狀掃描，在上述偏轉掃描中，當由聚光點位置形成用光學系統將由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在聚光點聚光時，使上述聚光點在與上述檢查對象物的上述主掃描方向正交的高度方向的檢查範圍內移動，並且按照由上述鏡面角度不同的上述各個鏡面在與上述主掃描方向及上述高度方向正交的副掃描方向上偏離的上述聚光點，在上述檢查對象物的上述高度方向上以直線狀被掃描的方式，使上述檢查對象物在上述副掃描方向上移動，由在上述副掃描方向上移動的上述檢查對象物所反射的、經由上述聚光點位置形成用光學系統、由上述旋轉多面鏡的上述鏡面偏轉的反射光的光強度，即依賴於上述聚光點與上述光束的上述檢查對象物的反射點之間的距離的光強度，被光電轉換為光電轉換信號輸出，基於上述光電轉換信號輸出而求得上述檢查對象物的外觀的位置坐標，由此進行上述檢查對象物的外觀檢查，接著，在上述旋轉多面鏡以上述等角速度開始進行又一個旋轉之前，在上述副掃描方向上使上述檢查對象物移動，接著，上述主掃描方向的直線狀的掃描以及上述高度方向的上述檢查範圍內的上述聚光點的移動所進行的外觀檢查，在與上述旋轉多面鏡於上述一個旋轉中的外觀檢查在上述檢查對象物上不同的部分進行。
6.根據權利要求5所述的外觀檢查方法，其特徵在於，在上述偏轉掃描中，由用於構成上述聚光點位置形成用光學系統的、且光軸按照相對於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向傾斜的方式配置的掃描聚光透鏡，使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點聚光，並且按照上述聚光點在上述掃描方向上以直線狀移動且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的方式進行聚光。
7.根據權利要求5所述的外觀檢查方法，其特徵在於，在上述偏轉掃描中，由用於構成上述聚光點位置形成用光學系統的、且光軸按照平行於與上述旋轉多面鏡的上述旋轉軸正交的方向的方式配置的掃描聚光透鏡，使由上述旋轉多面鏡的上述各個鏡面所偏轉掃描的上述光束在上述聚光點上聚光，由用於構成上述聚光點位置形成用光學系統的、且在上述掃描聚光透鏡與上述檢查對象物之間入射面與射出面以平行於上述主掃描方向的方式配置的稜鏡，通過上述掃描聚光透鏡後的上述光束，從上述稜鏡的上述入射面入射，被折射後從上述射出面射出，按照上述聚光點在上述主掃描方向上以直線狀移動且在上述高度方向的上述檢查範圍內移動的方式進行聚光。
全文摘要
旋轉多面鏡(11)被構成為按照隨著等角速度的旋轉而掃描光束的聚光點在副掃描方向(Y)上偏離的方式，使旋轉軸(11b)與鏡面所形成的角度(γ)按各個鏡面不同，並且按照使上述聚光點在高度方向(Z)的檢查範圍(Zr)移動的方式構成聚光點位置形成用光學系統(2、17)，按照與旋轉多面鏡的等角速度的旋轉同步，在副掃描方向和高度方向上偏離的上述聚光點在上述檢查對象物(3)的高度方向上以直線狀被掃描的方式，使檢查對象物在副掃描方向上移動，來進行XYZ掃描，根據共焦法求得檢查對象物的外觀的位置坐標，進而進行外觀檢查。
文檔編號G01B11/24GK101080608SQ20068000143
公開日2007年11月28日 申請日期2006年4月12日 優先權日2005年4月14日
發明者小野裕司 申請人:松下電器產業株式會社