激光光源装置和检查装置
技术领域
本发明涉及射出激光的激光光源装置和具有该光源的检查装置。
背景技术
激光的单色性和指向性优异，当使用激光作为光源时，能够用作小型、高输出、寿命长的光源单元。因此，激光光源代替灯光源而被使用于检查装置的光源、数字反射镜装置、投影显示器等影像显示装置等。
特别是在对工件的正面或背面、内部进行观察等的方式中，通过使用激光光源，容易得到观察等所需的高光量，能够增加每单位时间的处理张数。
但是，由于激光光源所具有的较高的可干涉性(所谓的相干性(coherence))，在激光所照射的工件正面或投射屏幕等粗糙面上，反射/散射的光彼此相互干涉，会包含被称为散斑噪声的特有的干涉噪声(亮点或暗点等。也简称为散斑)。因此，提出了各种降低因激光光源导致的散斑的方法(例如专利文献1～2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-133393号公报
专利文献2：日本特开2010-224311号公报
专利文献3：日本特开2011-107144号公报
非专利文献
非专利文献1：OPTO SCIENCE公司、经营产品>>Laser Speckle Reducer：激光散斑减少器、[online]、[2019年1月30日检索]、网址<URL:http://www.optoscience.com/maker/optotune/lineup/LSR/LLS.html>
发明内容
发明所要解决的课题
第1，
作为散斑降低的具体例，已知有将非专利文献1所示那样的光学元件配置于激光的光路中的方式。但是，非专利文献1公开那样的光学元件通常是以树脂材料作为基材的结构。因此，当激光的功率密度(即，每单位面积的能量强度)较高时，担心树脂材料受到损伤而使作为光源装置的寿命降低。
另一方面，在如专利文献1、2所公开的那样使激光分支并改变各个激光的光路长度之后进行再合成的方式中，存在无法充分降低散斑的课题。
因此，谋求实现使用高输出激光并且寿命长且散斑噪声少的激光光源装置。
因此，本发明是鉴于上述问题点而完成的，其第1目的在于提供使用高输出激光并且寿命长且使散斑噪声降低的激光光源装置。
第2，
在使用专利文献3公开那样的激光光源的检查装置的情况下，在激光中包含散斑噪声，难以对微小的异物、孔隙或噪声进行判别。另一方面，在激光以外的光源的情况下，干涉性较弱，难以检测微小的孔隙。
因此，本发明的第2目的在于提供使用干涉性较强的激光光源并且具有将散斑噪声良好地去除的激光光源的检查装置。
用于解决课题的手段
综上，为了解决第1课题，本发明的一个方式是射出激光的激光光源装置，其特征在于，该激光光源装置具有：
光束分支部，其将从激光光源射出的光束分支成第1分支光束和第2分支光束；以及
光束合成部，其对第1分支光束和第2分支光束进行合成，
与第1分支光束的光路长度相比，第2分支光束的光路长度设定得较长，
在第1分支光束和第2分支光束的光路中具有扩散板。
另一方面，为了解决第2课题，本发明的一个方式是检查装置，其中，该检查装置具有：
技术方案1～6中的任意一项所述的激光光源装置；
保持部，其对层叠体进行保持；
拍摄装置，其对从激光光源装置射出而在设定于层叠体的检查区域通过或发生了反射的光进行拍摄；以及
检查部，其根据拍摄装置所拍摄的图像的亮度信息而对隐藏在层叠体的界面处的异物或孔隙进行检查。
发明效果
根据用于解决第1课题的上述激光光源装置，能够使用高输出激光并且寿命长且使散斑噪声良好地降低。
根据用于解决第2课题的上述检查装置，使用将散斑噪声良好地去除的激光光源而进行检查，因此能够检测微小的异物或孔隙。
附图说明
图1是示出实现本发明的方式的一例的整体结构的概略图。
图2是示出实现本发明的其他方式的一例的整体结构的概略图。
图3是示出实现本发明的其他方式的一例的整体结构的概略图。
图4是示出实现本发明的其他方式的一例的整体结构的概略图。
图5是示出实现本发明的各方式的变形例的整体结构的概略图。
图6是示出实现本发明的其他方式的一例的整体结构的概略图。
具体实施方式
以下，使用附图对用于实施本发明的方式进行说明。
＜第1方式＞
图1是示出实现本发明的方式的一例的整体结构的概略图。在图1中示出本发明的激光光源装置1的概略图。
激光光源装置1具有激光光源部2、光束分支部3、扩散板部4以及光束合成部5等，激光光源装置1向外部射出激光Lm。
激光光源部2射出激光。具体而言，在激光光源部2中具有激光振荡器20和光束调整部21。激光振荡器20是射出激光的光源，可以例示出半导体激光器(也被称为激光二极管、LD)、固体激光器、气体激光器等。光束调整部21具有准直透镜、光束扩展器等，使从激光振荡器20射出的激光成为平行状态或扩展至规定的光束直径，从而调整为期望的光束L0。
光束分支部3将从激光光源部2射出的光束L0分支成第1分支光束L1和第2分支光束L2。
具体而言，光束分支部3具有分束器31和反射镜32。并且，与第1分支光束L1的光路长度相比，第2分支光束L2的光路长度设定得较长。
分束器31将从入射面(图中左方)进入的光在内部进行分支而向两个方向(图中右方和下方)射出。具体而言，分束器31使入射光的一部分(例如50％)通过而使一部分(例如50％)反射。
具体而言，分束器31可以例示出不改变偏振方向而将光束分支成两个方向的分束器或被称为偏振分束器的光学元件(分别分支成垂直偏振光和水平偏振光的激光而射出)。或者，也可以代替分束器31而配置半反射镜。
反射镜32使从分束器31射出的一方的光束反射而改变射出方向(图中从朝下变为朝右)。
更具体而言，将分束器31所分支的两个光束中的直行(图中向右方)射出的光束称为第1分支光束L1，将改变角度(图中朝下)而射出的光束称为第2分支光束L2。并且，反射镜32按照使第2分支光束L2变为与第1分支光束L1大致平行的方式相对于第2分支光束L2的光轴倾斜45度而配置。
扩散板部4配置于第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路中，使作为平行光入射的第1分支光束L1和第2分支光束L2扩散(即、转换成散射光)。具体而言，扩散板部4具有扩散板41、42、43。
扩散板41、42与后述的第1受光部51、第2受光部52对置而配置。扩散板43在横穿第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路的位置与扩散板41、42对置而配置。
扩散板43安装于旋转机构45，绕旋转中心Cr旋转。
另外，在扩散板43中，相对于扩散板43的旋转中心Cr的横穿第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路的位置(即、半径r1、r2)分别设定成不同的距离。
光束合成部5对第1分支光束L1’和第2分支光束L2’进行合成。具体而言，光束合成部5具有第1受光部51、第2受光部52、光纤部53以及射出部54，光束合成部5也被称为分支光导。
第1受光部51接受通过偏振板43、41而扩散的第1分支光束L1’。第1受光部51具有聚光透镜51a和口部金属件51b。
第2受光部52接受通过偏振板43、42而扩散的第2分支光束L2’。第2受光部52具有聚光透镜52a和口部金属件52b。
聚光透镜51a、52a使通过扩散板41、42、43而扩散的第1分支光束L1’和第2分支光束L2’会聚并导入至口部金属件51b、52b。另外，若第1受光部51的口部金属件51b和第2受光部52的口部金属件52b的受光面积相对于扩散后的第1分支光束L1’和第2分支光束L2’的有效面积扩展为实质上相同乃至更大，则可以省略聚光透镜51a、52a。
光纤部53对第1受光部51所接受的光束L1’和第2受光部52所接受的光束L2’进行合成而导入至射出部54。具体而言，光纤部53是捆扎多数光纤而得的，一方的端部与第1受光部51的口部金属件51b或第2受光部52的口部金属件52b连接，相反侧的端部与射出部54连接。
射出部54射出合成后的光束的激光Lm。另外，激光Lm具有规定的扩展角。
本发明的激光光源装置1采用这样的结构，因此多个散斑图案重合，从而将散斑平均化，降低图案的对比度。因此，即使是激光光源，也能够作为降低了散斑的激光Lm而射出。
并且，具有光束分支部3，在功率密度降低的光路中配置有扩散板部4，因此能够降低扩散板部4的损伤。另外，光束分支部3使各个分支光束L1、L2的光路长度不同，因此能够降低从射出部54射出的激光Lm的干涉性，降低散斑。
另外，关于扩散板部4，扩散板41、42与旋转式的扩散板43对置配置，通过多个扩散板能够进一步提高散斑的降低效果。另外，扩散板43进行旋转移动，从而不对相同的位置照射激光L1、L2，扩散的成分(也称为散射光的强度分布)始终变化。因此，能够在拍摄或投影的单位时间内使多数散斑图案重合。另外，该散斑图案的重合通过与光束的分支数的组合而变得更多，带来进一步降低散斑的协同效果。
另一方面，由于扩散板43的旋转移动，不连续地对相同的部位照射激光，并且利用旋转所带来的对流而产生冷却效果，这些因素相结合能够进一步降低激光对扩散板43的损伤。另外，照射至旋转式的扩散板43的第1分支光束L1和第2分支光束L2照射至距旋转中心Cr不同距离的位置，因此能够进一步降低激光对扩散板43的损伤。
即，本发明的激光光源装置1能够使用高输出激光并且寿命长且使散斑噪声良好地降低。
[其他方式]
另外，在上述中，作为本发明的光束合成部5的具体方式，例示出捆扎多数光纤而得的分支光导。若为这样的结构，则能够将第1受光部51和第1受光部51所接受的光高效地导入至射出部53，进而能够自如地进行射出部53的处置，因此是优选的。但是，在实现本发明时，不限于具有上述那样的光束合成部5的方式，也可以是其他方式。
[其他方式]
另外，在上述中，例示出本发明的扩散板部4的具体方式，并且说明了具有该扩散板部4的激光光源装置1的优异的作用/效果。但是，在实现本发明时，不限于具有上述那样的扩散板部4的方式，也可以是其他方式。
图2～图4是示出实现本发明的其他方式的一例的整体结构的概略图。在图2～图4中示出本发明的激光光源装置1B～1D的概略图。
激光光源装置1B～1D具有结构与上述扩散板部4不同的扩散板部4B～4D。另外，其他构成要素相同，因此省略了详细的说明，对不同的部位进行说明。
另外，在上述中，作为扩散板部4的具体例，示出在第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路中具有多个扩散板(具体而言，扩散板41、42以及扩散板43)的方式。若为这样的方式，则能够通过多个扩散板提高扩散效果，能够提高使分支的光束重合(即合成)时的散斑降低效果。
但是，在利用一个扩散板能够得到期望的扩散效果的情况下，只要在第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路中分别配置至少一个扩散板41～43即可(参照图2～图4)。这样，增加透过扩散板部4的光束L1’、L2’的光量，因此是优选的。
另外，在上述中，作为扩散板部4、4B的具体例，示出第1分支光束L1和第2分支光束L2相对于旋转式的扩散板43照射至距旋转中心Cr分别不同距离的位置的方式。若为这样的方式，则激光的照射位置不在同心圆上重叠，不容易蓄积对于扩散板43的损伤，因此是优选的。
但是，在实现本发明时，扩散板部4、4B不限于上述那样的方式，也可以将第1分支光束L1和第2分支光束L2所照射的位置设定成距旋转中心Cr为相同的距离(即、r1＝r2)(参照图1、图2)。
另外，在上述中，作为扩散板部4、4B的具体例，示出在第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路中具有旋转式的扩散板43的方式。若为这样的方式，则扩散板43在与第1分支光束L1和第2分支光束L2的光路垂直的方向上旋转移动，从而周围的空气产生对流，能够将蓄积在扩散板43上的热释放至空气中，因此是优选的。
但是，使扩散板43通过旋转机构45旋转的方式在实现本发明时并非必须，也可以如下所述。
·扩散板部4C：通过在与光路垂直的方向(图中上/下方向或近前/进深方向)上往复移动的振动机构46a～46c或摆动机构等，使扩散板43和/或扩散板41、42往复移动或旋转移动(参照图3)。
·扩散板部4D：将扩散板43和/或扩散板41、42固定配置(参照图4)。
·根据需要，朝向扩散板43和/或扩散板41、42吹送(吹气)常温或低温的空气或氮气等(未图示)。
[变形例]
另外，在上述中，例示出光束分支部3具有分束器31和反射镜32的结构。若为这样的结构，则光量损失较少、保持作为激光的直进性，因此容易操作。
但是，在实现本发明时，不限于上述那样的方式的光束分支部3，也可以如下所述。
图5是示出实现本发明的各方式的变形例的整体结构的概略图。在图5中示出本发明的激光光源装置1E的概略图。
激光光源装置1E具有结构与上述光束分支部3不同的光束分支部3E。另外，其他构成要素可以适当选择与上述同样的扩散板部4、4B～4D以及光束合成部5，因此省略了详细的说明，对不同的部位进行说明。
光束分支部3E由捆扎多数光纤而得的分支光导构成，按照各个光路长度不同的长度设定。具体而言，光束分支部3E具有受光部35、光纤部36、第1投光部37以及第2投光部38。
受光部35接受从激光光源部2射出的光束L0。
光纤部36将受光部35所接受的光分配并引导至第1投光部37和第2投光部38。具体而言，光纤部36是捆扎多数光纤而得的，一方的端部与受光部35连接，相反侧的端部与第1投光部37或第2投光部38连接。另外，关于光纤部36，与从受光部35至第1投光部37的距离相比，从受光部35至第2投光部38的距离(即、光路长度)设定得较长。
第1投光部37射出分支后的第1分支光束L1。
第2投光部38射出分支后的第2分支光束L2。
[变形例]
另外，在上述中，例示出激光光源装置1、1B～1E，示出使从激光振荡器2射出的光束L0分支成两路的结构。但是，在实现本发明时，不限于分支成两路，也可以分支成更多路，也可以是按照各个分支的光束的光路长度不同的方式进行设定并在各个分支的光束的光路中配置扩散板4、4B～4D的结构。
＜第2方式＞
图6是示出实现本发明的其他方式的一例的整体结构的概略图。在图6中示出本发明的检查装置K的概略图。
检查装置K对隐藏在具有光透过性的层叠体W的界面处的异物或孔隙B进行检查。具体而言，检查装置K具有上述激光光源装置1、保持部H、拍摄装置C、检查部S、相对移动部M以及控制部CN等。这里，作为层叠体W的具体例，示出将两张硅晶片贴合而得的层叠体，进行详细的说明。
激光光源装置1朝向层叠体W上所设定的检查区域射出激光。具体而言，激光光源装置1朝向层叠体W的包含检查区域F在内的规定区域照射产生观察光Lv所需的光量的照明光Lf。更具体而言，激光光源装置1使用作为第1方式的上述激光光源装置1，利用合成后的光束的激光Lm作为照明光Lf。另外，激光光源装置1除了图示那样的同轴落射照明以外，还可以例示出反射照明或透射照明等。另外，作为照明光Lf，可以例示出包含透过层叠体W的波长1000nm～1100nm的红外光。
因此，若在层叠体W的界面处隐藏有异物或孔隙B，则激光被异物遮光或是因孔隙而产生光干涉，因此在检查区域F中，在存在异物或孔隙B的位置和不存在异物或孔隙B的位置(所谓的背景及周围)，光的强度呈现为不同。
保持部H对层叠体W进行保持。具体而言，保持部H采用对层叠体W的外缘部分(也称为外周边缘)进行把持并以规定的姿势进行保持的结构。更具体而言，保持部H具有按照围绕层叠体W的外缘的方式多个(在图6中例示出4处)配置的把持部件H1，这些把持部件H1的与层叠体W的外缘接触的部位呈大致Σ形状或圆弧状凹陷的形状。另外，保持部H具有使这些把持部件H1朝向比层叠体W的外缘靠外侧/内侧的位置移动的开闭机构(未图示的致动器、螺线管等)。并且，开闭机构安装于保持台H2。
拍摄装置C对通过了检查区域F的光或在检查区域F发生了反射的光进行拍摄。具体而言，拍摄装置C具有拍摄相机C1、镜筒C2、物镜C4等。
拍摄相机C1具有拍摄元件C3，对设定于层叠体W的检查区域F的图像进行拍摄。具体而言，拍摄相机C1将拍摄元件C3所接受的光转换成电信号，作为映像信号(模拟信号)或图像数据(数字信号)而输出到外部。
镜筒C2将拍摄相机C1、物镜C2、激光光源装置1的射出部54按照规定的配置固定。具体而言，镜筒C2具有大致T字形状的筒状框架，在各端部安装有拍摄相机C1、物镜C2、激光光源装置1的射出部54。另外，在镜筒C2内配置有半反射镜等。另外，镜筒C2借助连结部件Kb而安装于装置框架Kf。
物镜C4使设置于层叠体W的检查区域F的图像在拍摄相机C1的拍摄元件C3上成像，该物镜C4按照与保持部H所保持的层叠体W对置的方式配置。物镜C4可以采用利用旋转器机构切换不同倍率的结构，也可以是具有一个变焦透镜或固定倍率的透镜的结构。
这样，作为拍摄装置C的具体结构，可以例示出如下的结构(所谓的同轴落射方式)：从激光光源装置1的射出部54射出的光Lm被镜筒C2内的半反射镜反射，从物镜C4作为照明光Lf而朝向层叠体W照射，在检查区域F发生了反射的光(即观察光)Lv从物镜C4被取入，并通过半反射镜而入射至拍摄相机C1。
检查部S根据拍摄装置C所拍摄的图像的亮度信息而对隐藏在层叠体W的界面处的异物或孔隙B进行检查。具体而言，检查部S具有图像处理部、判定部等，采用如下的结构：对拍摄到检查区域F的图像进行处理，根据该图像的亮度信息，对在背景图像(表示正常部位的图像)中是否存在表示异物或孔隙B的特征的部位进行判定，并对异物或孔隙B的位置、个数、大小等进行记录，并输出到外部。更具体而言，检查部S由计算机、图像处理装置等(即硬件)及其执行程序等(即软件)构成。
相对移动部M使保持部H和拍摄装置C相对移动。具体而言，相对移动部M使保持部H和拍摄装置C在与层叠体W的正面平行的方向(称为X方向/Y方向)上相对移动。更具体而言，相对移动部M具有X轴载台M1、Y轴载台M2以及旋转机构M3。
X轴载台M1安装于装置框架Kf，其具有在X方向上延伸的轨道和在该轨道上移动/静止的可动部。
Y轴载台M2安装于X轴载台M1的可动部，其具有在Y方向上延伸的导轨和在该导轨上移动/静止的可动部。
旋转机构M3安装于Y轴载台M2的可动部，其具有以与XY平面垂直的Z轴为旋转轴而旋转/静止的旋转部。保持部H安装于旋转机构M3的旋转部。
另外，X轴载台M1和Y轴载台M2的可动部通过线性电动机或旋转电动机和滚珠丝杠等，根据来自控制部CN的控制信号而进行移动/静止/定位等的控制。另外，旋转机构M3的旋转部通过DD电动机或旋转电动机和齿轮等，根据来自控制部CN的控制信号而进行旋转/静止/角度变更等的控制。
控制部CN对检查装置K的各仪器进行控制。具体而言，控制部CN根据预先登记的顺序数据(所谓的检查方案)，除了进行相对移动部M的控制以外，还进行使拍摄装置C的拍摄相机C1开始拍摄的触发信号输出、用于使保持部H的开闭机构进行开/闭动作的信号输出、用于使激光光源装置1的激光振荡器射出激光的信号输出、拍摄装置C的旋转器机构的切换控制等。更具体而言，控制部CN由可编程逻辑控制器或计算机等(即硬件)及其执行程序等(即软件)构成。
由于采用这样的结构，因此检查装置K能够一边逐次变更层叠体W的检查区域F的位置一边利用拍摄装置C进行拍摄，对各检查区域F的图像进行处理而对隐藏在层叠体W的界面处的异物或孔隙进行检查。
此时，朝向层叠体W照射的照明光Lf利用了从本发明的激光光源装置1射出的激光，因此将散斑噪声良好地去除。因此，能够利用激光所具有的较强的干涉性而检测微小的异物或孔隙。
另外，本发明的检查装置K也可以是代替上述激光光源装置1而具有上述激光光源装置1B～1E的结构。使用任意的激光光源装置1、1B～1E，均能够将散斑噪声良好地去除。
另外，在上述中，作为对检查区域F所反射的光进行拍摄的拍摄装置C的具体结构，例示出同轴落射方式，但也可以是斜光照明方式等。或者，拍摄装置C不限于对检查区域F所反射的光进行拍摄的结构，也可以是对通过了检查区域F的光进行拍摄的结构(所谓的透射照明方式)。在透射照明方式的情况下，采用如下的结构即可：将激光光源装置1等的射出部54组装至保持部H，直接或经由反射镜而向检查区域F照射激光Lf，利用拍摄装置C对在检查区域F通过的光(即观察光)Lv进行拍摄。
另外，在上述中，作为检查装置K，例示出具有相对移动部M的结构，但若在能够较宽地设定检查区域F的情况下、检查区域F是层叠体W的有限的范围的情况下等而无需使保持部H和拍摄装置C相对移动，则可以是省略了相对移动部M的结构。另外，即使在具有相对移动部M的情况下，在无需使层叠体W的方向对齐的情况下和可以利用保持部H代用的情况下，可以是省略了旋转机构3的结构。另外，若在相对移动的方向为XY方向中的一个方向就足够的情况下，则可以是省略了X轴载台M1和Y轴载台M2中的一方的结构。另外，相对移动部M不限于使保持部H侧在XYθ方向上移动/旋转的结构，也可以是使拍摄装置C在XYθ方向上移动/旋转的结构，也可以是部分地组合的结构。
另外，在上述中，例示出如下的方式：层叠体W上贴合有硅晶片，利用从激光光源装置1射出的激光Lm而照射的照明光Lf的波长是包含1000nm～1100nm的红外光。硅晶片不透过比波长900nm短的波长的可见光，透过率从波长900nm以上慢慢提高。并且，若为大致波长1000nm以上的红外光，则得到足以观察硅晶片的内部(界面)的光量。另一方面，当波长大于1100nm时，在拍摄相机C1的拍摄元件C3为CCD或CMOS的情况下，灵敏度特性降低。另外，若拍摄相机C1的拍摄元件C3使用InGaAs等化合物，则该波长下的灵敏度较高，但动作速度(拍摄速率)会变慢。因此，若层叠体W上贴合有硅晶片，则优选从激光光源装置1照射的照明光L1的波长是包含1000nm～1100nm的红外光。
但是，在实现本发明时，朝向层叠体W照射的照明光Lf可以是上述以外的波长的光，根据作为检查对象的层叠体W的波长特性(光的透过率等)或拍摄元件C3的受光灵敏度特性进行设定即可。
标号说明
1：激光光源装置；2：激光光源部；3：光束分支部；4：扩散板部；5：光束合成部；20：激光振荡器；21：准直透镜；31：分束器；32：反射镜；41：扩散板(固定式)；42：扩散板(固定式)；43：扩散板(旋转式)；45：旋转机构；46a～46c：振动机构；51：第1受光部(第1分支光束)；52：第2受光部(第2分支光束)；53：光纤部(光纤的束)；54：射出部(合成的光束)；L0：从激光光源射出的光束(激光)；L1：第1分支光束(通过偏振板前)；L2：第2分支光束(通过偏振板前)；L1’：第1分支光束(通过偏振板后)；L2’：第2分支光束(通过偏振板后)；Lm：合成而射出的光束；Cr：旋转中心；r1：半径(第1分支光束)；r2：半径(第2分支光束)；K：检查装置；W：层叠体；B：异物或孔隙；H：保持部；C：拍摄部；S：检查部；F：检查区域；Lf：照明光；Lv：观察光。
