JP5367292B2 - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面検査装置および表面検査方法に関し、特に被検査体の表面の欠陥を検査する表面検査装置および表面検査方法に関する。

被検査体として例えば回転ドラムの表面の検査は、ドラムの表面に対して光を照射して、その反射光をカメラで取り込んで画像処理をすることにより、ドラムの表面の欠陥の検査を行っている（特許文献１を参照）。
特開２００６−２０８１８４号公報

ところが、特許文献１に開示されている欠陥検査方法では、表面の１μｍ程度の大きさの凹凸状の欠陥を検査する場合に、例えば１０００万画素のカメラを使用したとしても、表面の凹凸状の欠陥は最大３ｍｍ×３ｍｍの矩形の検査範囲でしか検出することができない。現実には、検査の際にノイズ等の影響を考慮すると、表面の凹凸状の欠陥を検査できる範囲はもっと狭くなってしまう。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、広範囲で被検査体の表面の欠陥を検出することができる表面検査装置および表面検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の第１の態様に係る表面検査装置は、被測定体の表面の検査をする表面検査装置であって、
光を照射する投光部と、
前記光を第１辺部と第２辺部を有する矩形形状の光に変えて前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射する集光光学部と、
前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像するための検出部と、
前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とする画像処理部と、
を備え、
前記検出部は、前記線状に形成した受光像を結像するスクリーンと、前記スクリーンに受光された前記線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラと、を有し、
矩形形状を有する前記検出用光の前記第２辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次減少するとともに、
前記被測定体の表面から反射した前記検出用光は、直接前記スクリーンに照射されることを特徴とする。
本発明の第２の態様に係る表面検査装置は、本発明の第１の態様に係る表面検査装置において、レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第２辺部をｂとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第２辺部をｂ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第２辺部をｂ２としたとき、
ｂの長さ＞ｂ１の長さ＞ｂ２の長さ
の関係を満たしていることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係る表面検査装置は、本発明の第１または２の態様に係る表面検査装置において、前記矩形形状を有する前記検出用光の前記第１辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次増加することを特徴とする。
本発明の第４の態様に係る表面検査装置は、本発明の第３の態様に係る表面検査装置において、レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第１辺部をａとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第１辺部をａ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第１辺部をａ２としたとき、
ａ２の長さ＞ａ１の長さ＞ａの長さ
の関係を満たしていることを特徴とする。
本発明の第５の態様に係る表面検査装置は、本発明の第１乃至４のいずれか１つの態様に係る表面検査装置において、前記画像処理部が、前記カメラで取り込んだ前記線状に形成した受光像の線状データからエッジ位置のデータを得て、前記エッジ位置のデータが、前記エッジ位置のデータから得られる近似曲線からずれている量により、前記被測定体の表面の前記欠陥を判定することを特徴とする。

本発明の第６の態様に係る表面検査装置は、被測定体の表面の検査をする表面検査装置であって、
光を照射する投光部と、
前記光を第１辺部と第２辺部を有する矩形形状の光に変えて前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射する集光光学部と、
前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像するための検出部と、
前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とする画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記線状に形成した前記受光像の線状データから前記線状の両側の複数のエッジ位置のデータを取得し、前記線状の片側毎に、取得した前記複数のエッジ位置のデータから直線状の近似線を算出し、各前記エッジ位置のデータに対して当該エッジ位置のデータと前記直線状の近似線との距離を算出し、算出した前記線状の両側の前記複数のエッジ位置のデータに対する距離のすべての値を合計した合計値により、前記被測定体の表面の前記欠陥を判定することを特徴とする。
本発明の第７の態様に係る表面検査装置は、本発明の第６の態様に係る表面検査装置において、前記検出部が、前記線状に形成した受光像を結像するスクリーンと、前記スクリーンに受光された前記線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラと、を有することを特徴とする。
本発明の第８の態様に係る表面検査装置は、本発明の第６の態様に係る表面検査装置において、前記検出部が、前記線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラであることを特徴とする。

本発明の第９の態様に係る表面検査装置は、本発明の第１乃至８のいずれか１つの態様に係る表面検査装置において、前記被測定体の表面が平面であることを特徴とする。
本発明の第１０の態様に係る表面検査装置は、本発明の第１乃至８のいずれか１つの態様に係る表面検査装置において、前記被測定体の表面が筒状の曲面であり、前記集光光学部は、前記検出用光を前記筒状の曲面の長手方向と前記第２辺部が平行または斜めとなるように照射することを特徴とする。
本発明の第１１の態様に係る表面検査装置は、本発明の第１乃至１０のいずれか１つの態様に係る表面検査装置において、前記被測定体を保持して、前記集光光学系に対する前記被測定体の位置を移動するためのステージを有することを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る表面検査方法は、被測定体の表面の検査をする表面検査方法であって、
投光部は、断面が第１辺部と第２辺部を有する長方形状の光を照射し、
集光光学部が、前記投光部の前記光の前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射し、
スクリーンとカメラとを有する検出部は、前記スクリーンによって、前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像し、前記カメラによって、前記スクリーンに受光された前記線状に形成した受光像を画像として取り込み、
矩形形状を有する前記検出用光の前記第２辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次減少するとともに、
前記被測定体の表面から反射した前記検出用光が、直接前記スクリーンに照射され、
画像処理部は、前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とすることを特徴とする。
本発明の第２の態様に係る表面検査方法は、本発明の第１の態様に係る表面検査方法において、レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第２辺部をｂとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第２辺部をｂ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第２辺部をｂ２としたとき、
ｂの長さ＞ｂ１の長さ＞ｂ２の長さ
の関係を満たしていることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係る表面検査方法は、本発明の第１または２の態様に係る表面検査方法において、前記矩形形状を有する前記検出用光の前記第１辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次増加することを特徴とする。
本発明の第４の態様に係る表面検査方法は、本発明の第３の態様に係る表面検査方法において、レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第１辺部をａとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第１辺部をａ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第１辺部をａ２としたとき、
ａ２の長さ＞ａ１の長さ＞ａの長さ
の関係を満たしていることを特徴とする。
本発明の第５の態様に係る表面検査方法は、被測定体の表面の検査をする表面検査方法であって、
投光部は、断面が第１辺部と第２辺部を有する長方形状の光を照射し、
集光光学部が、前記投光部の前記光の前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射し、
検出部が、前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像し、
画像処理部は、前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とし、
前記被測定体の表面の前記欠陥は、前記線状に形成した受光像の線状データから前記線状の両側の複数のエッジ位置のデータを取得し、その後、前記線状の片側毎に、取得した前記複数のエッジ位置のデータから直線状の近似線を算出し、各前記エッジ位置のデータに対して当該エッジ位置のデータと前記直線状の近似線との距離を算出し、その後更に、算出した前記線状の両側の前記複数のエッジ位置のデータに対する距離のすべての値を合計した合計値により判定することを特徴とする。

本発明によれば、光の第１辺部を拡大しかつ光の第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して検出用光を被測定体の表面に向けて照射し、被測定体の表面から反射した検出用光を線状に形成した受光像として結像し、この線状に形成した受光像の変形部分を被測定体の表面の欠陥とするので、広範囲で被検査体の表面の欠陥を検出することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の表面検査装置の好ましい第１実施形態を示す斜視図である。
図１に示す表面検査装置１０は、被測定体１の表面２の凹凸のような欠陥を検査するのに用いられる。図１に示す第１実施形態では、被測定体１の表面２は平面である。
表面検査装置１０は、投光部１１と、集光光学部１２と、検出部１３と、画像処理部１４とを有する。

図１に示す投光部１１は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザのようなレーザ光源であり、投光部１１は、断面円形状のレーザ光２０を集光光学部１２に対して照射する。
図１に示す集光光学部１２は、投光部１１と被測定体１の表面２との間に配置され、第１レンズ２１と第２レンズ２２を有している。第１レンズ２１は、投光部１１側に配置され、第２レンズ２２は、被測定体１の表面２側に配置されている。投光部１１と集光光学系１２の光軸ＯＰ１は、被測定体１の表面２に対して角度Ｍだけ傾いている。

図２は、図１に示す表面検査装置１０における光２０Ｂ等を示している。
図１に示す第１レンズ２１は、断面円形状のレーザ光２０を断面長方形の光２０Ｂに形成する。この断面長方形の光２０Ｂは、図２に示すように、相対する第１辺部ａ、ａと相対する第２辺部ｂ、ｂを有している。さらに、第１レンズ２１は、断面長方形の光２０Ｂの第１辺部ａ、ａの長さを拡大し、しかも第２レンズ２２は、断面が長方形の光２０Ｂの第２辺部ｂ、ｂの長さを縮小する。２つの相対する第１辺部ａ、ａと２つの相対する第２辺部ｂ、ｂは直交しており、第１辺部ａの長さは第２辺部ｂの長さよりも大きい。

図２に示すように、断面長方形の光２０Ｂの第１辺部ａ、ａの長さが拡大され、断面長方形の光２０Ｂの第２辺部ｂ、ｂの長さが縮小されて、細長い長方形状の検出用光３１が被測定体１の表面２の照射対象部位３０に、照射される。
これにより、図１と図２に示すように、断面長方形の光２０Ｂに比べて細長い長方形状の検出用光３１が、集光光学系１２から被測定体１の表面２の照射対象部位３０に対して照射できる。細長い長方形状の検出用光３１は、相対する第１辺部ａ１、ａ１と、相対する第２辺部ｂ１、ｂ１を有している。

このように、図２に示すように、第１レンズ２１は、レーザ光２０の第１辺部ａ、ａを広角に広げ、第２レンズ２２は、レーザ光２０の第２辺部ｂ、ｂを絞って小さくして被測定体１の表面２の照射対象部位３０に対して、より細長い長方形状の検出用光３１を照射できる。

図１に戻ると、検出部１３は、スクリーン３３とカメラ３４を有している。図１と図２に示すように、スクリーン３３は、被測定体１の表面２の照射対象部位３０において反射した検出用光３１を、線状に形成した受光像４０として結像することができる。
つまりこの検出用光３１は、スクリーン３３上においてさらに細長く伸ばして拡大投影されるのである。線状に形成した受光像４０は、図２に示すように、相対する第１辺部ａ２、ａ２と、相対する第２辺部ｂ２、ｂ２を有している。

ここで、図２に示すように、第１辺部ａ２の長さ＞第１辺部ａ１の長さ＞第１辺部ａの長さの関係であり、第２辺部ｂの長さ＞第２辺部ｂ１の長さ＞第２辺部ｂ２の長さの関係にある。
カメラ３４は例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを用いることができ、このカメラ３４はスクリーン３３上の線状に形成した受光像４０を取り込んで電気信号に変換する。

図１に示す被測定体１の表面２の照射対象部位３０では、凹凸状の欠陥は形成されていない例を示しており、線状に形成した受光像４０は直線状であり、線状に形成した受光像４０には変形部分は形成されていない。
これに対して、図３は、被測定体１の表面２の照射対象部位３０に、凹状の欠陥５０が形成されている例を示している。

画像処理部１４は、画像処理装置３５とモニター３６を有している。図３に示すように、画像処理装置３５は、ＣＣＤカメラ３４で取り込んだ線状に形成した受光像４０の変形部分４９を、被測定体１の表面２の照射対象部位３０における表面の欠陥５０として処理する。モニター３６は、作業者に対して、線状に形成した受光像４０および線状に形成した受光像４０の変形部分４９を表示するようになっている。

図３に示すように、欠陥５０が照射対象部位３０にあると、この欠陥５０に対応して、線状に形成した受光像４０には変形部分４９が形成される。このように、照射対象部位３０に欠陥５０が有る場合には、この欠陥５０に対応する変形部分４９が線状に形成した受光像４０からずれて拡大投影されるので、カメラ３４はこの変形部分４９を含む線状に形成した受光像４０を光学的に取り込む。

画像処理装置３５は、ＣＣＤカメラ３４で取り込んだ線状に形成した受光像４０の変形部分４９を、被測定体１の表面２の照射対象部位３０における表面の欠陥５０が存在するとして処理する。モニター３６は、作業者に対して、線状に形成した受光像４０および線状に形成した受光像４０の変形部分４９を表示することができる。
上述した、本発明の第１実施形態の表面検査装置１０は、光の第１辺部を拡大しかつ光の第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して検出用光を被測定体の表面に向けて照射し、被測定体の表面から反射した検出用光を線状に形成した受光像として結像し、この線状に形成した受光像の変形部分を被測定体の表面の欠陥とするので、被検査体１の表面２の欠陥４９を高精度にかつ広範囲で検出することができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の表面検査装置の好ましい第２実施形態を示す斜視図である。
図４に示す本発明の好ましい第２実施形態の表面検査装置１０Ｂが、図１〜図３に示す第１実施形態の表面検査装置１０と異なるのは、検出部１３Ｂの構成である。図１に示す検出部１３がスクリーン３３とカメラ３４で構成されているのとは異なり、この検出部１３Ｂは、スクリーンは用いないでカメラ３４Ｂのみで構成されている。従って、カメラ３４は、被測定体１の表面２の照射対象部位３０において反射した検出用光３１を線状に形成した受光像４０として直接取り込むことができる。この検出光３１は、カメラ３４においてさらに細長く伸ばして線状に形成した受光像４０として拡大投影することができる。
図４に示す表面検査装置１０Ｂのその他の構成部分は、図１に示す表面検査装置１０の対応する構成部分と実質的に同じであるので、その説明を省略する。

（第３実施形態）
図５は、本発明の表面検査装置の好ましい第３実施形態を示す図である。図６は、図５の表面検査装置１０ＣをＳ方向から見た平面図である。
図５と図６に示す表面検査装置１０Ｃは、これまでの実施形態とは異なり、円柱状もしくは円筒状の被測定体１００の表面１０２の凹状の欠陥１５０を検査するのに用いられる。従って、被測定体１００の表面１０２は曲面であり、被測定体１００は例えば複写機に用いられる回転ドラムである。

表面検査装置１０Ｃは、投光部１１１と、集光光学部１１２と、検出部１１３と、画像処理部１１４とを有する。投光部１１１と、集光光学部１１２の光軸は、Ｘ方向に沿っており、被測定体１００の軸方向ＬはＺ方向であり、スクリーン１３３は被測定体１００に対してＹ方向に沿って間隔をおいて配置されている。このスクリーン１３３は、Ｘ―Ｚ平面と平行な平面である。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は互いに直交している。

図５に示す投光部１１１は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザのようなレーザ光源であり、投光部１１は、断面円形状のレーザ光１２０を集光光学部１１２に照射する。
図５に示す集光光学部１１２は、投光部１１１と被測定体１００の表面１０２との間に配置され、第１レンズ機構１２１と第２レンズ機構１２２を有している。第１レンズ機構１２１は、投光部１１１側に配置され、第２レンズ機構１２２は、被測定体１００の表面１０２側に配置されている。

第１レンズ機構１２１は、断面円形状のレーザ光１２０を断面長方形の光１２０Ｂになるように絞る。この断面長方形の光１２０Ｂは、相対する第１辺部ａ、ａと相対する第２辺部ｂ、ｂを有している。しかも第２レンズ機構１２１は、断面長方形の光２０Ｂの第１辺部ａ、ａの長さを拡大する。そして、第２レンズ機構１２２は、断面長方形の光１２０Ｂの第２辺部ｂ、ｂの長さを縮小する。２つの相対する第１辺部ａ、ａと２つの相対する第２辺部ｂ、ｂは直交しており、第１辺部ａの長さは第２辺部ｂの長さよりも大きい。

図８は、被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０における表面の欠陥１５０の例を示しており、この例の欠陥１５０は凹部である。検出光１３１が欠陥１５０を含む照射対象部位１３０に照射されると、検出用光１３１は照射対象部位１３０おいて反射されてスクリーン１３３上に線状に形成した受光像１４０として拡大投影される。これにより図５と図８に示すように、スクリーン１３３上にはより細長い線状に形成した受光像１４０を形成させることができる。

図５に示すように、検出部１１３は、スクリーン１３３とカメラ１３４を有している。図１と図２に示すように、スクリーン１３３は、被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０において反射した検出用光１３１を線状に形成した受光像１４０として結像することができる。この検出光１３１は、スクリーン１３３上においてさらに細長く伸ばして投影する。
カメラ１３４は例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを用いることができ、このカメラ１３４はスクリーン１３３上の線状に形成した受光像１４０を取り込んで電気信号に変換する。

画像処理部１１４は、画像処理装置１３５とモニター１３６を有している。画像処理装置１３５は、ＣＣＤカメラ１３４で取り込んだ線状に形成した受光像１４０の変形部分１１４９を、被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０における表面の欠陥１５０として処理する。モニター１３６は、線状に形成した受光像１４０および線状に形成した受光像１４０の変形部分１４９を表示する。

図５に示すように、被測定体１００は、ＸＹＺθステージ１５５の回転ステージ１６０に対して着脱可能に搭載されている。この回転ステージ１６０は、被測定体１００を中心軸Ｌを中心とする回転方向Ｆに沿って回転して位置決めできる。

ＸＹＺθステージ１５５は、回転ステージ１６０をＸ、Ｙ、Ｚ方向に沿って直線移動して位置決め可能であり、θ方向に回転して位置決めできる。これにより、ＸＹＺθステージ１５５は、例えばスクリーン１３３に形成される線状に形成した受光像１４０の太さを最小にするように、ＸＹＺθステージ１５５と回転ステージ１６０は、被測定体１００と集光光学系１１２との距離を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に関して調整することができる。
これにより被測定体の回転偏芯などの外乱に対する信号変動を抑えることができ、安定した欠陥検出が可能となる。

図７は検出用光１３１が被測定体１００の軸Lに対してθ１だけ傾けて照射されている例を示している。レーザ光原が円形の場合は第１レンズ機構および第レンズ機構だけではa辺を拡大照射するにはレンズの数が多くなり集光光学系１１２の機構が大きくなり場所をとる。その場合、a辺が平行光でも被測定体の曲面に傾けて照射することで検出用光１３１の被測定体からの反射光を拡大させることができる。

このように筒状の被測定体において、レンズ機構が大きくなることを避けたい場合、検出用光１３１は、曲面である被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０に対して、被測定体１００の軸方向Ｌに対して斜めに照射することで、最終的なスクリーン１３３上では集光光学系にa辺拡大機能が備わっているのと同等に拡大することができるのである。
またこの斜め照射による拡大効果とレンズでの拡大を組み合わせればさらに拡大投影され、凸凹が軸方向に広範囲にわたっていた場合でも、直線状の受光像１４０のゆがみがより明確となり広範囲な凸凹の欠陥検出が可能となる。

この拡大投影された線状に形成した受光像１４０は、欠陥１５０に対応する変形部分１４９を有しており、この変形部分１４９は線状に形成した受光像１４０の長手方向に対して直交する方向に突出している。
図５に示す画像処理装置１３５は、ＣＣＤカメラ１３４で取り込んだ線状に形成した受光像１４０の変形部分１４９を、被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０における表面の欠陥１５０として処理する。モニター１３６は、線状に形成した受光像１４０および線状に形成した受光像１４０の変形部分１４９を表示する。

（第４実施形態）
図９は、本発明の表面検査装置の好ましい第４実施形態を示す図である。
図９に示す本発明の好ましい第４実施形態の表面検査装置１０Ｄが、図５に示す第３実施形態の表面検査装置１０Ｃと異なるのは、検出部１１３Ｄの構成である。図５に示す検出部１１３がスクリーン１３３とカメラ１３４で構成されているのとは異なり、この検出部１３Ｄは、スクリーンは用いないでカメラ１３４Ｄのみで構成されている。従って、カメラ１３４Ｄは、被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０において反射した検出用光１３１を線状に形成した受光像１４０として直接取り込むことができる。この検出光１３１は、カメラ１３４においてさらに細長く伸ばして線状に形成した受光像１４０として拡大投影することができる。
図９に示す表面検査装置１０Ｄのその他の構成部分は、図５に示す表面検査装置１０Ｃの対応する構成部分と実質的に同じであるので、その説明を省略する。

次に、図１０を参照して、上述した実施形態の画像処理装置３５が、線状に形成した受光像４０の変形部分４９を、被測定体１の表面２の照射対象部位３０における表面の欠陥５０として処理する処理方法例を説明する。この処理方法は、上述した実施形態の画像処理装置１３５が、線状に形成した受光像１４０の変形部分１４９を、被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０における表面の欠陥１５０として処理する場合も同様である。

図１０（Ａ）は、線状に形成した受光像４０の変形部分４９を示しており、変形部分４９に関しては、画面上のウィンドウＷ内において、エッジ位置データＤＡｎ（ＤＡ１〜ＤＡ７）と、反対側のエッジ位置データＤＢｎ（ＤＢ１〜ＤＢ８）を得る。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、エッジ位置データＤＡｎ（ＤＡ１〜ＤＡ７）に対して近似曲線ＴＡを描き、反対側のエッジ位置データＤＢｎ（ＤＢ１〜ＤＢ８）に対して近似曲線ＴＢを描く。

次に、図１０（Ｃ）では、各エッジ位置データＤＡｎ（ＤＡ１〜ＤＡ７）と近似曲線ＴＡｎとの間の距離Ａｎ（絶対値）の合計値と、各エッジ位置データＤＢｎ（ＤＢ１〜ＤＢ８）と近似曲線ＴＢｎとの距離Ｂｎ（絶対値）の合計値を算出する。そして、距離Ａｎの合計値と距離Ｂｎの合計値を合計することで判定値Ｖを得る。この判定値Ｖが予め定めた値以上である場合には、変形部分４９が欠陥である判定する。変形部分４９の判定と同様にして変形部分１４９の判定も行うことができる。

このようにして、画像処理部装置は、カメラで取り込んだ線状に形成した受光像の線状データからエッジ部のデータを得て、エッジ部のデータが、線状に形成した受光像の近似曲線からずれている量（距離の合計値）により、被測定体の表面の欠陥を判定する。

図１１は、図５に示す第３実施形態において、ドラムである被測定体１００の表面１０２の照射対象部位１３０には、凹み深さ実測値と画像処理データとの関係を示している。
ドラムにはへこみが無く良品である場合と、へこみがあるへこみ部位とを比較すると、近似曲線とエッジ位置のなす面積Ｖは、へこみがあるへこみ部位の方が大きいことが分かる。

またへこみの大きさが大きくなると面積Vが大きく測定されることがわかる。よって面積Vの判定基準を１５００程度に設定し、それ以上は不良品と判定するようにすれば、凹み値1μm以上の欠陥品について判定可能である。

本発明では、被測定体の表面の検査をする表面検査装置は、光を照射する投光部と、光を第１辺部と第２辺部を有する矩形形状の光に変えて第１辺部を拡大しかつ第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して検出用光を被測定体の表面に向けて照射する集光光学部と、被測定体の表面から反射した検出用光を線状に形成した受光像として結像するための検出部と、検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とする画像処理部とを備える。
これにより、光の第１辺部を拡大しかつ光の第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して検出用光を被測定体の表面に向けて照射し、被測定体の表面から反射した検出用光を線状に形成した受光像として結像し、この線状に形成した受光像の変形部分を被測定体の表面の欠陥とするので、広範囲で被検査体の表面の欠陥を検出することができる。

被測定体の表面が平面である場合に、広範囲で被検査体の表面の欠陥を検出することができる。
被測定体の表面は筒状の曲面である場合に、集光光学部が検出用光を筒状の長手方向に対して平行または斜めに照射することにより、検出光は被測定体の曲面で反射して検出部において拡大投影することができる。

検出部は、線状に形成した受光像を結像するスクリーンと、スクリーンに受光された線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラと、を有しているので、スクリーンにおいて受光像を拡大投影できる。

画像処理部は、カメラで取り込んだ線状に形成した受光像の線状データからエッジ位置のデータを得て、エッジ位置のデータが、エッジ位置のデータから得られる近似曲線からずれている量により、被測定体の表面の欠陥を判定するので、欠陥の判定が正確に行える。

また、被測定体を保持して、前記集光光学系に対する被測定体の位置を移動するためのステージを有する。これにより、集光光学部が検出用光を被検査体の表面に対して照射する場合に、検出光の第１辺部の長さと第２辺部の長さを調整することができる。

本発明の表面検査装置および表面検査方法を用いることにより、広範囲でしかも高精度の凹凸状の欠陥の検出ができる。すなわち、投光部の光、例えばレーザ光の幅分の検出範囲の表面の凹凸等の欠陥を拡大して検出部において拡大投影でき、例えば１μｍ程度の欠陥も広範囲に検出できる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
例えば、投光部は、レーザ光源以外に例えば発光ダイオードやその他の種類の光源を用いても良い。

本発明の表面検査装置の好ましい第１実施形態を示す斜視図である。 断面が長方形の光の第１辺部ａ、ａが拡大され、断面が長方形の光の第２辺部ｂ、ｂが縮小されて、長い長方形状の検出用光が被測定体の表面の照射対象部位に、照射されている様子を示す図である。 欠陥が照射対象部位にある場合の例を示す図である。 本発明の表面検査装置の好ましい第２実施形態を示す斜視図である。 本発明の表面検査装置の好ましい第３実施形態を示す斜視図である。 図５の表面検査装置をＳ方向から見た平面図である。 検出用光が、集光光学系から被測定体の表面の照射対象部位に対して、斜めに照射される例を示す図である。 被測定体の表面の照射対象部位における表面の欠陥の例を示す図である。 本発明の表面検査装置の好ましい第４実施形態を示す図である。 変形部分を、被測定体の表面の照射対象部位における表面の欠陥として処理する処理方法例を示す図である。 凹み深さ実測値と画像処理データとの関係を示す図である。

符号の説明

１ 被測定体
２ 被測定体の表面
１０ 表面検査装置
１１ 投光部
１２ 集光光学部
１３ 検出部
１４ 画像処理部
２１ 第１レンズ
２２ 第２レンズ
３０ 照射対象部位
３１ 検出用光
４０ 線状に形成した受光像
ａ 矩形形状の光の第１辺部
ｂ 矩形形状の光の第２辺部

Claims (16)

1. 被測定体の表面の検査をする表面検査装置であって、
   光を照射する投光部と、
   前記光を第１辺部と第２辺部を有する矩形形状の光に変えて前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射する集光光学部と、
   前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像するための検出部と、
   前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とする画像処理部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記線状に形成した受光像を結像するスクリーンと、前記スクリーンに受光された前記線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラと、を有し、
   矩形形状を有する前記検出用光の前記第２辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次減少するとともに、
   前記被測定体の表面から反射した前記検出用光は、直接前記スクリーンに照射されることを特徴とする表面検査装置。
2. レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第２辺部をｂとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第２辺部をｂ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第２辺部をｂ２としたとき、
   ｂの長さ＞ｂ１の長さ＞ｂ２の長さ
   の関係を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記矩形形状を有する前記検出用光の前記第１辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次増加することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
4. レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第１辺部をａとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第１辺部をａ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第１辺部をａ２としたとき、
   ａ２の長さ＞ａ１の長さ＞ａの長さ
   の関係を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
5. 前記画像処理部は、前記カメラで取り込んだ前記線状に形成した受光像の線状データからエッジ位置のデータを得て、前記エッジ位置のデータが、前記エッジ位置のデータから得られる近似曲線からずれている量により、前記被測定体の表面の前記欠陥を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
6. 被測定体の表面の検査をする表面検査装置であって、
   光を照射する投光部と、
   前記光を第１辺部と第２辺部を有する矩形形状の光に変えて前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射する集光光学部と、
   前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像するための検出部と、
   前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とする画像処理部と、
   を備え、
   前記画像処理部は、前記線状に形成した前記受光像の線状データから前記線状の両側の複数のエッジ位置のデータを取得し、前記線状の片側毎に、取得した前記複数のエッジ位置のデータから直線状の近似線を算出し、各前記エッジ位置のデータに対して当該エッジ位置のデータと前記直線状の近似線との距離を算出し、算出した前記線状の両側の前記複数のエッジ位置のデータに対する距離のすべての値を合計した合計値により、前記被測定体の表面の前記欠陥を判定することを特徴とする表面検査装置。
7. 前記検出部は、前記線状に形成した受光像を結像するスクリーンと、前記スクリーンに受光された前記線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラと、を有することを特徴とする請求項６に記載の表面検査装置。
8. 前記検出部は、前記線状に形成した受光像を画像として取り込むカメラであることを特徴とする請求項６に記載の表面検査装置。
9. 前記被測定体の表面は平面であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の表面検査装置。
10. 前記被測定体の表面は筒状の曲面であり、前記集光光学部は、前記検出用光を前記筒状の曲面の長手方向と前記第２辺部が平行または斜めとなるように照射することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の表面検査装置。
11. 前記被測定体を保持して、前記集光光学系に対する前記被測定体の位置を移動するためのステージを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表面検査装置。
12. 被測定体の表面の検査をする表面検査方法であって、
    投光部は、断面が第１辺部と第２辺部を有する長方形状の光を照射し、
    集光光学部が、前記投光部の前記光の前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射し、
    スクリーンとカメラとを有する検出部は、前記スクリーンによって、前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像し、前記カメラによって、前記スクリーンに受光された前記線状に形成した受光像を画像として取り込み、
    矩形形状を有する前記検出用光の前記第２辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーンに到達するまで順次減少するとともに、
    前記被測定体の表面から反射した前記検出用光が、直接前記スクリーンに照射され、
    画像処理部は、前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とすることを特徴とする表面検査方法。
13. レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第２辺部をｂとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第２辺部をｂ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第２辺部をｂ２としたとき、
    ｂの長さ＞ｂ１の長さ＞ｂ２の長さ
    の関係を満たしていることを特徴とする請求項１２に記載の表面検査方法。
14. 前記矩形形状を有する前記検出用光の前記第１辺部の長さが、前記集光光学部から前記被測定体の表面をへて、前記スクリーン上に到達するまで順次増加することを特徴とする請求項１２または１３に記載の表面検査方法。
15. レンズまたはレンズ機構からなる集光手段を複数有する前記集光光学部の内で前記被測定体に最も近い前記集光手段に入射する前の前記検出用光の前記第１辺部をａとし、前記被測定体の表面の照射対象部位に対して照射される前記検出用光の前記第１辺部をａ１とし、前記スクリーン上に結像した前記受光像の前記第１辺部をａ２としたとき、
    ａ２の長さ＞ａ１の長さ＞ａの長さ
    の関係を満たしていることを特徴とする請求項１４に記載の表面検査方法。
16. 被測定体の表面の検査をする表面検査方法であって、
    投光部は、断面が第１辺部と第２辺部を有する長方形状の光を照射し、
    集光光学部が、前記投光部の前記光の前記第１辺部を拡大しかつ前記第２辺部を縮小して線状の検出用光に形成して前記検出用光を前記被測定体の表面に向けて照射し、
    検出部が、前記被測定体の表面から反射した前記検出用光を線状に形成した受光像として結像し、
    画像処理部は、前記検出部で受光した前記線状に形成した受光像の変形部分を前記被測定体の表面の欠陥とし、
    前記被測定体の表面の前記欠陥は、前記線状に形成した受光像の線状データから前記線状の両側の複数のエッジ位置のデータを取得し、その後、前記線状の片側毎に、取得した前記複数のエッジ位置のデータから直線状の近似線を算出し、各前記エッジ位置のデータに対して当該エッジ位置のデータと前記直線状の近似線との距離を算出し、その後更に、算出した前記線状の両側の前記複数のエッジ位置のデータに対する距離のすべての値を合計した合計値により判定することを特徴とする表面検査方法。

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