JP2019066219A - 外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥ではない比較的浅いキズを有する表面において、比較的深い欠陥キズの有無を好適に検査する技術を提供する。【解決手段】外観検査装置１０は、光源３０、開口形成部４０、照明光学系５０およびカメラ６０を備える。開口形成部４０は、光源３０からの光を通過させる寸法可変の開口４２を形成する。照明光学系５０のコリメートレンズ５２は、開口４２を通過した光を平行光Ｌ１にして検査試料９の観察対象面９Ｓに照射する。開口４２の開口寸法Ｗ１を変更することにより、平行光Ｌ１の立体照射角θを変更する。【選択図】図４

Description

この発明は、検査試料の表面を外観検査する技術に関し、特に、表面に形成された欠陥キズの有無を検査する技術に関する。

金属部品などでは、欠陥キズ（ひっかき傷、打痕など）の有無を検査する外観検査が行われる場合がある（特許文献１）。金属部品などの表面について、比較的深い筋状の欠陥キズを観察する場合、暗視野観察によってその欠陥キズが鮮明化された観察像を取得することができる。

特開２００３−０８３９０８号公報

しかしながら、たとえば、金属部品には、切削または旋削などの加工処理により、上記欠陥キズよりも比較的浅い加工キズを有する場合がある。このような加工面において上記比較的深い欠陥キズの有無を検査する場合、図１１に示すように、暗視野観察の観察像において、欠陥キズを明るくすると、欠陥ではない加工キズ９０も鮮明化される。このため、観察像において、欠陥キズ９２の像が加工キズ９０に隠れてしまい、欠陥キズ９２の発見または検出が困難な場合があった。

そこで、本発明は、欠陥ではない比較的浅いキズを有する表面において、比較的深い欠陥キズの有無を好適に検査する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１態様は、検査試料の観察対象面の外観検査に適用される外観検査装置であって、検査試料を保持する保持部と、光を出射する光源と、前記光源から出射された光のうち一部を通過させる寸法可変の開口を形成する開口形成部と、前記開口形成部の前記開口を通過した光を平行光にして前記観察対象面に照射する照明光学系と、前記観察対象面からの光を結像させる結像光学系とを備える。

また、第２態様は、第１態様の外観検査措置であって、前記平行光の光路上および前記結像光学系の光軸上に配されており、前記平行光を前記観察対象面に向けて反射させるハーフミラー、をさらに備える。

また、第３態様は、第１または第２態様の外観検査装置であって、前記結像光学系により結像された画像を撮像する撮像素子、をさらに備える。

また、第４態様は、第１から第３態様のいずれか１態様に係る外観検査装置であって、前記保持部に保持された前記検査試料の内部に形成された空洞内に配置されるミラー部材、をさらに備え、前記結像光学系が、前記ミラー部材に反射した光を結像させる。

また、第５態様は、第４態様の外観検査装置であって、前記保持部に保持された前記検査試料を前記ミラー部材まわりに回転させる回転機構、を含む。

また、第６態様は、検査試料の観察対象面を観察する外観検査方法であって、（ａ）検査試料を保持部で保持する工程と、（ｂ）光源から出射された光に開口を通過させる工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）により前記開口を通過した光を平行光にして、前記保持部に保持された前記検査試料の観察対象面に照射する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）により前記観察対象面で反射した光を結像させる工程と、（ｅ）前記開口の幅を変更する工程とを含む。

第１態様の外観検査装置によると、開口幅を小さくすることにより、観察対象面に照射される光の照射立体角が小さくなる。このため、開口幅を小さくしていくことにより、比較的深いキズの反射が抑えられる。これにより、比較的浅いキズを明るいままにして、比較的深いキズのみが暗い観察像として取得できる。これにより、比較的深いキズの有無の検査を好適に実施できる。

第２態様の外観検査装置によると、ハーフミラーを用いることにより、同軸落射照明を実現できる。これにより、入射光と反射光の光軸を同軸にすることにより、装置サイズを小さくすることができる。

第３態様の外観検査装置によると、結像された画像を撮像して保存することができる。

第４態様の外観検査装置によると、ミラー部材を利用することにより、検査試料の空洞の内周面について、検査することができる。

第５態様の外観検査装置によると、ミラー部材に対して検査試料を回転させることにより、内周面の全周について検査することができる。

第６態様の外観検査方法によると、開口幅を小さくすることにより、観察対象面に照射される光の照射立体角が小さくなる。このため、開口幅を小さくしていくことにより、比較的深いキズの反射が抑えられる。これにより、比較的浅いキズを明るいままにして、比較的深いキズのみが暗い観察像として取得できる。これにより、比較的深いキズの有無の検査を好適に実施できる。

第１実施形態の外観検査装置１０を示す概略側面図である。 第１実施形態の外観検査装置１０を示す概略平面図である。 観察対象面９Ｓの断面プロファイル（山谷の高低差）を示す図である。 開口寸法Ｗ１が異なる２つの状態において照明光学系５０により形成される平行光Ｌ１を示す概念図である。 開口寸法Ｗ１を小さくしたときの観察像Ｉ１を示す図である。 深さ推定部７０３が傾斜面９２Ｓの深さを推定する原理について説明する図である。 第１実施形態の外観検査装置１０において実施される検査フローを示す図である。 第２実施形態の外観検査装置１０ａを示す概略側面図である。 第２実施形態の外観検査装置１０ａを示す概略平面図である。 第３実施形態の外観検査装置１０ｂを示す概略側面図である。 加工キズ９０および欠陥キズ９２を有する加工面９００の観察像を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

＜１． 第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の外観検査装置１０を示す概略側面図である。図２は、第１実施形態の外観検査装置１０を示す概略平面図である。図１では開口形成部４０を断面図で示している。また、図２ではコリメートレンズ５２、ハーフミラー５４およびカメラ６０を二点鎖線で示している。また、制御部７０などの図示を省略している。

外観検査装置１０は、検査試料９の観察対象面９Ｓの外観検査に適用される装置である。検査試料９は、たとえば金属部品であり、具体的には車載用の鍛造部品または鋳造部品である。ただし、検査試料９は、これらの部品に限定されるものではない。

観察対象面９Ｓは、たとえば切削や旋削などの加工処理によりできた、比較的浅い筋状凹部である加工キズ９０（図１１参照）を有する検査試料９の表面である。外観検査装置１０は、加工キズ９０を有する観察対象面９Ｓにおいて、加工によりできた加工キズ９０とは異なる欠陥キズ９２（図１１参照）を観察するのに適した装置である。

ここでは、検査試料９は、直方体の形状を有しており、観察対象面９Ｓは、直方体の一面である。観察対象面９Ｓは、加工キズ９０および欠陥キズ９２といった筋状凹部を除けば、ほぼ平坦な面である。なお、検査試料９の形態は、直方体に限定されるものではなく、任意の立体的形状を有しうる。また、観察対象面９Ｓが、平坦な面であることも必須ではない。

図１および図２に示すように、外観検査装置１０は、ステージ２０、光源３０、開口形成部４０、照明光学系５０、カメラ６０および制御部７０を備える。

ステージ２０は、検査試料９を保持する保持部の一例である。ここでは、ステージ２０は、直方体状に形成されており、その平坦に形成された上面に検査試料９が載置される。ステージ２０は、検査試料９の観察対象面９Ｓが上方に配置されたカメラ６０を向く姿勢で検査試料９を保持する。以下、観察対象面９Ｓに垂直な方向を高さ方向Ｄ１とする。また、観察対象面９Ｓに平行な方向を面内方向Ｄ２とする。面内方向Ｄ２は、高さ方向Ｄ１に直交する水平方向である。

なお、検査試料９を保持する保持部は、ステージ２０のような形態に限定されるものではない。たとえば、検査試料９を複数の部材で挟み込むことにより保持する保持部を採用してもよい。この場合、検査試料９が任意の立体的形状を有する場合でも、当該保持部が検査試料９を適切な姿勢に保持することにより、観察対象面９Ｓをカメラ６０の結像光学系６２の光軸６２Ｊ上に配することができる。

ステージ２０には、昇降機構２２が設けられている。昇降機構２２は、高さ方向Ｄ１にステージ２０を移動させる。昇降機構２２は、リニアモータ機構またはボールネジ機構などの直動駆動機構により構成されうる。

光源３０は、たとえば、ＬＥＤまたは蛍光灯などで構成されており、白色光を出射する。

開口形成部４０は、光源３０の手前に配置されており、光源３０から出射された光のうち一部を通過させる円形状の開口４２を形成している。開口４２の開口寸法Ｗ１は、可変とされている。また、光源３０における光を発する発光面の中心と開口４２の中心が一致するように、開口形成部４０が設けられている。

開口形成部４０における開口寸法Ｗ１を変更する機構は、たとえばカメラなどに用いられる絞りと同様の機構を採用しうる。具体的には、開口形成部４０は、たとえば、複数枚の板状の絞り羽根と、複数枚の絞り羽根を移動させるカム機構、およびカム機構を動作させるモータなどの駆動部を備える。そして、絞り羽根各々をカム機構で移動させることにより、絞り羽根の中央に形成された開口４２の開口寸法Ｗ１（内径）が変更される。開口４２の開口寸法の変更は、制御部７０が、カム機構を動作させる駆動部を制御することにより実現される。なお、オペレータがカム機構を手動で動作させることにより、開口４２の開口寸法Ｗ１が手動で変更されるようにしてもよい。

照明光学系５０は、コリメートレンズ５２およびハーフミラー５４を備える。コリメートレンズ５２は、開口形成部４０の開口４２を通過した光の光路上に配置されており、その開口４２を通過した光を平行光にする。ハーフミラー５４は、コリメートレンズ５２からの平行光の光路上に配置されており、その平行光を観察対象面９Ｓに向けて反射する。ここでは、ハーフミラー５４は、平行光に対して４５°に傾けられており、当該平行光を鉛直方向下向きに反射させることにより、ハーフミラー５４の直下に配置された検査試料９の観察対象面９Ｓに平行光を導く。

観察対象面９Ｓで反射した光は、ハーフミラー５４で反射して観察対象面９Ｓに向かう光と同軸の反対方向に進んで、ハーフミラー５４に入射する。そして、観察対象面９Ｓにて反射してきた光は、ハーフミラー５４を通過して、その上方に配置されたカメラ６０の結像光学系６２に入射する。このように、ハーフミラー５４は、平行光の光路上および結像光学系６２の光軸上に配置されており、平行光を観察対象面９Ｓに向けて反射させる。

このように、ハーフミラー５４を利用することによって、検査試料が平面ではなく凹凸構造を持つ場合でも、照明の影になる検査不能領域（死角）を解消することができる。また、欠陥の断面形状に突起がなく単に凹んだだけの欠陥である場合、暗視野照明で周辺から照明を当てとしても凹みは検出できないが、落射照明とすることで凹みを暗い観察像として取得することができる。さらに、入射光と反射光の光軸を同軸にすることができるため、外観検査装置１０の装置サイズを小さくすることができる。

カメラ６０は、結像光学系６２と撮像素子６４とを含む。結像光学系６２は、レンズなどで構成されており、観察対象面９Ｓからの光（散乱光、反射光）を結像させる。撮像素子６４は、結像光学系６２によって結像された画像を撮像する。結像光学系６２を構成するレンズの焦点位置に配されている。撮像素子６４は、ＣＣＤなどのイメージセンサで構成されている。撮像素子６４は、その受光面に入射した光を電気信号に変換することにより、制御部７０に送信する。

制御部７０のハードウェアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部７０は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ、および、制御用アプリケーションまたはデータ等を記憶する記憶部を備えている。また、制御部７０には、画像を表示する液晶ディスプレイなどからなる表示部７２、および、キーボードおよびマウスなどの入力デバイスからなる操作部７４などが接続されている。

制御部７０は、開口形成部４０を制御することにより、開口４２の開口寸法Ｗ１を変更する。開口寸法Ｗ１の変更は、オペレータからの操作部７４を介した諸知恵の操作入力に基づいて行われてもよい。あるいは、制御部７０のＣＰＵが、制御用アプリケーションに規定されたアルゴリズムにしたがって、開口寸法Ｗ１の変更を行ってもよい。

制御部７０は、カメラ６０の撮像素子６４に接続されている。制御部７０は、撮像素子６４が出力した電気信号に基づいて生成した画像を、表示部７２に表示する。

図１に示す画像処理部７０１は、制御部７０のＣＰＵが制御用アプリケーションに従って動作することにより実現される機能である。なお、画像処理部７０１は、専用の電子回路によって構成されていてもよい。画像処理部７０１は、カメラ６０が撮像することにより取得された画像を処理する。たとえば、画像処理部７０１は、解像度を低下させる処理を行う。

＜開口寸法Ｗ１の変更について＞
ここで、開口寸法Ｗ１を変更する目的について説明する。図３は、観察対象面９Ｓの断面プロファイル（山谷の高低差）を示す図である。図３において、横軸は観察対象面９Ｓに平行な方向（面内方向）の位置を示しており、縦軸は表面の高さを示している。観察対象面９Ｓには、図１１に示すような、所定の加工により形成された加工キズ９０と、加工キズ９０よりも深い筋状凹部である欠陥キズ９２とが存在する。図３に示すように、加工キズ９０のプロファイル９０Ｐは加工キズ９０が比較的浅い凹部であることを示しており、欠陥キズ９２のプロファイル９２Ｐは欠陥キズ９２が比較的深い凹部であることを示している。また、加工キズ９０の傾斜面の傾斜角はおよそ１０°未満であるのに対して、欠陥キズ９２の傾斜面の傾斜角は３０°〜６０°と急である。なお、傾斜面の傾斜角は、観察対象面９Ｓの加工キズ９０および欠陥キズ９２などの筋状凹部を除いた比較的平坦な平面部分に対して、各キズ９０，９２における筋状凹部の内側面のなす角度をいう。外観検査装置１０では、この加工キズ９０と欠陥キズ９２の深さの違いを利用して、観察像において、より深い筋状凹部である欠陥キズ９２を鮮鋭化させる。具体的には、開口寸法Ｗ１の大きさを調整することにより、欠陥キズ９２を鮮鋭化させる。

図４は、開口寸法Ｗ１が異なる２つの状態において照明光学系５０により形成される平行光Ｌ１を示す概念図である。図４では、説明の容易化のため、ハーフミラー５４を省略して示しており、光源３０、開口形成部４０、コリメートレンズ５２および観察対象面９Ｓを一直線上に並べて示している。なお、ハーフミラー５４の位置を、破線ＢＬ１で示している。図４中、（ａ）は開口寸法Ｗ１が比較的大きい状態を示しており、（ｂ）は開口寸法Ｗ１が比較的小さい状態を示している。

図４において、開口４２からコリメートレンズ５２までの距離ｆは、コリメートレンズ５２の焦点距離である。また、観察像が取得される場合には、コリメートレンズ５２から観察対象面９Ｓまでの距離（コリメートレンズ５２からハーフミラー５４までの距離ａとハーフミラー５４から観察対象面９Ｓまでの距離ｂの和）も、距離ｆと同じとされる。

図４に示すように、開口寸法Ｗ１を小さくした場合、開口４２を通過する光が絞られることにより、平行光Ｌ１の立体照射角θが小さくなる（図４（ｂ））。反対に、開口寸法Ｗ１を大きくした場合、平行光Ｌ１の立体照射角θも大きくなる（図４（ａ））。

ここで、立体照射角θが大きい場合、平行光Ｌ１は比較的浅い加工キズ９０の内部および比較的深い欠陥キズ９２でも、各内部で反射してカメラ６０に入射する。これに対して、立体照射角θを小さくしていくと、比較的浅い加工キズ９０は反射してカメラ６０に入射するが、傾斜角度の大きい欠陥キズ９２の内面では、反射光がカメラ６０に到達し難くなる。したがって、開口寸法Ｗ１を小さくしていくことにより、欠陥キズ９２を暗くすることができる。

図５は、開口寸法Ｗ１を小さくしたときの観察像Ｉ１を示す図である。開口寸法Ｗ１を小さくしていくと、観察像Ｉ１においては、比較的深い欠陥キズ９２が比較的暗い筋状のものとして現れる。これに対して、観察像Ｉ１のおいては、比較的浅い加工キズ９０は他のキズのない部分と同じ明るさのために、消失している。このように、外観検査装置１０においては、開口寸法Ｗ１を変更することにより、比較的深い欠陥キズ９２の有無の検査に適した観察像を取得することができる。

図１に示す深さ推定部７０３は、制御部７０のＣＰＵが制御用アプリケーションに従って動作することにより実現される機能である。なお、深さ推定部７０３は、専用の電子回路によって構成されていてもよい。深さ推定部７０３は、画像解析により凹部の深さを算出する。深さ推定部７０３は、外観検査装置１０において、特異的に暗くすることが可能なキズの傾斜面の傾斜角度と、そのときの開口寸法Ｗ１の関係を示す対応情報を利用する。この対応情報は、外観検査装置１０において、様々な傾斜角度の傾斜面をもつ凹部が形成された試料を用いて、開口幅Ｗ１を変更しつつ観察像を観察することにより取得しうる。

図６は、深さ推定部７０３が傾斜面９２Ｓの深さを推定する原理について説明する図である。たとえば、対応情報において、図６に示すように、傾斜角度が４５°±５°である傾斜面９２Ｓを観察像において暗くすることが可能な開口寸法Ｗ１が特定されている場合を考える。この場合において、開口寸法Ｗ１で暗くなる部分が観察像において３ピクセルであり、１ピクセルが約７５μｍであるとすると、図６に示す傾斜面９２Ｓの推定幅が２２５μｍとなる。したがって、深さ推定部７０３は、この推定幅に傾斜角度（４５°±５°）の正接値（tan（４５°±５°））を掛けることにより、傾斜面９２Ｓの深さ（１６８．８μｍ〜２６８．２μｍ）を算出する。このように算出された値は、表示部７２などに表示されるとよい。

＜検査フロー＞
図７は、第１実施形態の外観検査装置１０において実施される検査フローを示す図である。図７に示す各工程は、特に断らない限り、制御部７０の制御下で行われるものとする。

まず、ステージ２０上に検査試料９が搬入され、ステージ２０が検査試料９を保持する（ステップＳ１１）。ステージ２０上への検査試料９の搬入は、オペレータが手作業で行ってもよいし、図示しない搬送装置が行ってもよい。ステージ２０は、観察対象面９Ｓを上方へ向けた姿勢で検査試料９を保持する。

続いて、制御部７０が光源３０を制御して、光照射を開始する（ステップＳ１２）。これにより、開口４２を通過した光源３０からの光が、照明光学系５０にて平行光に変換され、観察対象面９Ｓに入射する。

続いて、ステージ２０の高さ変更が行われる（ステップＳ１３）。詳細には、制御部７０が昇降機構２２を制御することにより、ステージ２０を昇降させる。ここでは、コリメートレンズ５２から観察対象面９Ｓまでの距離（＝ａ＋ｂ）が、コリメートレンズ５２の焦点距離である距離ｆに一致するように、ステージ２０の高さが変更される。

また、制御部７０が演算により観察対象面９Ｓの配置されるべき位置を求め、その位置に合わせてステージ２０を移動させてもよい。たとえば、制御部７０に対して検査試料９の厚みを与えると、制御部７０が、その厚みから逆算してステージ２０の配されるべき高さ位置を割り出してもよい。

また、観察対象面９Ｓが、上記コリメートレンズ５２の焦点位置に移動したことを位置検出センサーで検出するとよい。位置検出センサーは、非接触式センサー（光学式センサーなど）または接触式センサーなどで構成されうる。

また、制御部７０が、カメラ６０によって得られる画像においてピントが合うまで、ステージ２０を移動させてもよい。

続いて、制御部７０が、開口形成部４０を制御して、開口４２の開口寸法Ｗ１を変更する（ステップＳ１４）。制御部７０は、最初に開口寸法Ｗ１を変更する場合、開口寸法Ｗ１を既定の初期値に変更する。この初期値は任意に設定されうる値であるが、ここでは、後述するように、欠陥キズ９２を検出するために開口寸法Ｗ１が所定のピッチで小さく変更される。このため、初期値は、十分に大きい値であることが望ましい。

制御部７０は、開口寸法Ｗ１を変更すると、観察像をカメラ６０で撮像して得られる画像を、表示部７２に表示する（ステップＳ１５）。当該画像は、適宜記憶部に保存される。

続いて、制御部７０が、開口寸法Ｗ１の変更の要否を判定する（ステップＳ１６）。この判定は、カメラ６０によって取得された画像において、欠陥キズ９２が検出されるか否かに基づいて行うとよい。具体的には、図６に示すような欠陥キズ９２を示す暗い部分を画像上において検出するとよい。欠陥キズ９２の検出は、たとえば、所定の輝度値よりも暗い輝度値を持つ領域の面積を取得し、その大きさが閾値以上であれば欠陥キズ９２と判定するとよい。欠陥キズ９２が検出されなかった場合、制御部７０は、開口寸法Ｗ１を変更する必要があると判定する（ステップＳ１６においてＹＥＳ）。一方、欠陥キズ９２が検出された場合、制御部７０は、開口寸法Ｗ１の変更が不要と判定する（ステップＳ１６においてＮＯ）。

制御部７０が、開口寸法Ｗ１を変更すると判定した場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、制御部７０は、ステップＳ１４に戻って、開口寸法Ｗ１を変更する。ここでは、制御部７０は、開口形成部４０を制御して、開口寸法Ｗ１を既定の大きさ分だけ小さくする。そして、制御部７０は、ステップＳ１５およびステップＳ１６を再度実施する。

ステップＳ１６において、開口寸法Ｗ１の変更が不要と判定された場合（ステップＳ１６においてＮＯ）、制御部７０は、光源３０をオフにして、光の照射を停止させる（Ｓ１７）。これにより、検査試料９における観察対象面９Ｓについての検査が終了する。

なお、ステップＳ１６において、開口寸法Ｗ１が予め定められた最小値（たとえばゼロ）に達している場合、制御部７０は、開口寸法Ｗ１の変更は不要と判断され、ステップＳ１７を実施する。これにより、欠陥キズ９２が観察対象面９Ｓに存在しない場合にも、正常に検査を終えることができる。

以上の検査フローによると、開口４２の開口寸法Ｗ１を小さくなるように変更して行くことにより、観察対象面９Ｓに欠陥キズ９２が存在する場合、観察像において、比較的浅い加工キズ９０を明るくしつつ、比較的深い欠陥キズ９２を特異的に暗くすることができる。すなわち、欠陥キズ９２の有無を検査するのに好適な観察像を取得することができる。

なお、ステップＳ１６における開口寸法Ｗ１の変更要否の判定は、オペレータの判断に基づいて行われてもよい。たとえば、オペレータが表示部７２に表示された画像を確認し、図５に示すように、欠陥キズ９２が暗くなる部分があるかどうかを確認する。そして、オペレータは、欠陥キズ９２に対応する暗い部分が現れていないと判断した場合は、開口寸法Ｗ１を変更するための操作入力を、操作部７４を介して行う。制御部７０は、この操作入力に基づいて、開口寸法Ｗ１の変更が必要と判定するとよい（ステップＳ１６においてＹＥＳ）。そして、制御部７０は、ステップＳ１４に戻って、開口４２の開口寸法Ｗ１を変更するとよい。

また、開口４２の開口寸法Ｗ１が手動で変更可能な場合、ステップＳ１４において、オペレータが手動で開口寸法Ｗ１を変更してもよい。

＜２． 第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、以降の説明において、既に説明した要素と同様の機能を有する要素については、同じ符号またはアルファベット文字を追加した符号を付して、詳細な説明を省略する場合がある。

図８は、第２実施形態の外観検査装置１０ａを示す概略側面図である。図９は、第２実施形態の外観検査装置１０ａを示す概略平面図である。図８では開口形成部４０を断面図で示している。また、図９ではコリメートレンズ５２、ハーフミラー５４およびカメラ６０を二点鎖線で示している。

外観検査装置１０ａは、空洞を有する検査試料９ａの内面を観察対象面９Ｓａとして、当該観察対象面９Ｓａにおける欠陥キズ９２の有無を検査する。詳細には、外観検査装置１０ａは、検査試料９ａの空洞の内部に配置されるミラー部材５６を備えている。また、検査試料９ａを支持するステージ２０ａは、中央部にミラー部材５６を支持する棒状の支持部材５６１が挿通される貫通孔を形成している。

ミラー部材５６の反射面は、ハーフミラー５４で反射した平行光Ｌ１が入射する位置に設けられている。また、ミラー部材５６の反射面は、その平行光Ｌ１の光軸、および、結像光学系６２の光軸６２Ｊに対して４５°傾いている。

外観検査装置１０ａは、ステージ２０ａを回転軸線Ａ１まわりに回転させる回転機構２４ａを有する。回転機構２４ａの回転軸線Ａ１は、ミラー部材５６に重なるように設けられている。このため、回転機構２４ａがステージ２０ａを回転させることにより、ステージ２０ａに保持された検査試料９ａを、ミラー部材５６まわりに回転させる。

外観検査装置１０ａによると、ハーフミラー５４で反射した平行光Ｌ１は、ミラー部材５６にて反射して、検査試料９ａの空洞の内周面である観察対象面９Ｓａに照射される。そして、観察対象面９Ｓａで反射した光は、ミラー部材５６で反射されて、結像光学系６２に入射する。また、回転機構２４ａがステージ２０ａを回転させることにより、検査試料９ａの内面における全周の観察像を取得することができる。したがって、外観検査装置１０ａによれば、検査試料９ａの外面だけではなく、内面についても、欠陥キズ９２の有無を検査することができる。

＜３． 第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の外観検査装置１０ｂを示す概略側面図である。図１０では開口形成部４０を断面図で示している。

外観検査装置１０ｂは、円柱状の外形を有する検査試料９ｂの外周面を観察対象面９Ｓｂにおいて、欠陥キズ９２の有無の検査に適した構成を有する。詳細には、外観検査装置１０ｂは、検査試料９ｂを挟持する保持具２０ｂと、当該保持具２０ｂを回転軸線Ａ２まわりに回転させる回転機構２４ｂとを備える。回転軸線Ａ２は、観察対象面９Ｓｂに入射する平行光Ｌ１に対して垂直な方向に設定されている。

制御部７０が回転機構２４ｂを制御して保持具２０ｂを回転軸線Ａ２まわりに回転させることにより、検査試料９ｂが回転軸線Ａ２まわりに回転する。これにより、観察対象面９Ｓｂの全周について、観察像を得ることができる。

外観検査装置１０ｂにおいて、保持具２０ｂを平行光Ｌ１の光軸に沿って昇降させる昇降機構を設けてもよい。この場合、外周面に凹凸を有する非円柱状の検査試料について、その検査試料を回転させたときに、その外周面の凹凸の高さが一定になるように、検査試料を昇降させるとよい。これにより、コリメートレンズ５２の焦点位置を観察対象面の高さに合わせることができる。したがって、開口寸法Ｗ１の変更を組み合わせることによって、欠陥キズ９２の有無の検出に好適な観察像を取得することができる。

＜４． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

開口寸法Ｗ１を変更する操作によっても、比較的浅い加工キズ９０を十分に消失させることが困難な場合には、画像処理部７０１が観察像の解像度を低下させる処理を実施してもよい。観察像の解像度を低下させることにより、加工キズ９０の輪郭をぼかせられるため、相対的に欠陥キズ９２が強調された画像を取得できる。なお、一般的に解像度を低下させると、欠陥キズ９２も輪郭がぼけるおそれがある。しかしながら、予め、開口寸法Ｗ１の調節によって欠陥キズ９２を鮮鋭化させた画像を得ることができるため、解像度を低下させても欠陥キズ９２の有無の検査を好適に実施可能な画像を取得できる。

また、カメラ６０が、倍率（横倍率）を変更して撮像する機構を備えていてもよい。具体的には、結像光学系６２のレンズを光軸方向に移動させる移動機構を設けるとよい。このように、倍率を低下させることによっても、観察像における加工キズ９０の輪郭をぼかせられるため、相対的に欠陥キズ９２が強調された画像を取得できる。

また、撮像素子６４は、複数の光検出素子を線状に並べたラインセンサーとしてもよい。たとえば、第２実施形態の外観検査装置１０ａにおいて、撮像素子６４をラインセンサーとした場合にも、検査試料９ａをミラー部材５６まわりに回転させることにより、観察対象面９Ｓａの観察像を撮像することができる。撮像素子６４をラインセンサーにすることにより、撮像素子６４のコストを抑制できる。第３実施形態の外観検査装置１０ｂにおいても、撮像素子６４をラインセンサーとした場合にも、同様の効果を得ることができる。

また、第２実施形態の外観検査装置１０ａにおいて、ミラー部材５６をステージ２０ａの貫通孔を介して棒状の支持部材５６１にて保持しているがこれに限られるものではない。例えば、カメラ６０を支持する部材にブラケットを設け、該ブラケットを介してカメラ６０の下方（結像光学系６２の光軸上）にて保持する構成とし、検査試料９ａの空洞の内部にミラー部材５６を配置してもよい。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

９，９ａ，９ｂ 検査試料
９Ｓ，９Ｓａ，９Ｓｂ 観察対象面
１０，１０ａ，１０ｂ 外観検査装置
２０，２０ａ ステージ（保持部）
２０ｂ 保持具（保持部）
２４ａ，２４ｂ 回転機構
３０ 光源
４０ 開口形成部
４２ 開口
５０ 照明光学系
５２ コリメートレンズ
５４ ハーフミラー
５６ ミラー部材
６０ カメラ
６２ 結像光学系
６２Ｊ 光軸
６４ 撮像素子
７０ 制御部
７２ 表示部
９０ 加工キズ
９２ 欠陥キズ
９２Ｓ 傾斜面
Ａ１ 回転軸線
Ｉ１ 観察像
Ｌ１ 平行光
Ｗ１ 開口寸法

Claims (6)

1. 検査試料の観察対象面の外観検査に適用される外観検査装置であって、
   検査試料を保持する保持部と、
   光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光のうち一部を通過させる寸法可変の開口を形成する開口形成部と、
   前記開口形成部の前記開口を通過した光を平行光にして前記観察対象面に照射する照明光学系と、
   前記観察対象面からの光を結像させる結像光学系と、
   を備える、外観検査装置。
2. 請求項１の外観検査措置であって、
   前記平行光の光路上および前記結像光学系の光軸上に配されており、前記平行光を前記観察対象面に向けて反射させるハーフミラー、
   をさらに備える、外観検査装置。
3. 請求項１または請求項２の外観検査装置であって、
   前記結像光学系により結像された画像を撮像する撮像素子、
   をさらに備える、外観検査装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の外観検査装置であって、
   前記保持部に保持された前記検査試料の内部に形成された空洞内に配置されるミラー部材、
   をさらに備え、
   前記結像光学系が、前記ミラー部材に反射した光を結像させる、外観検査装置。
5. 請求項４の外観検査装置であって、
   前記保持部に保持された前記検査試料を前記ミラー部材まわりに回転させる回転機構、を含む、外観検査装置。
6. 検査試料の観察対象面を観察する外観検査方法であって、
   （ａ）検査試料を保持部で保持する工程と、
   （ｂ）光源から出射された光に開口を通過させる工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）により前記開口を通過した光を平行光にして、前記保持部に保持された前記検査試料の観察対象面に照射する工程と、
   （ｄ）前記工程（ｃ）により前記観察対象面で反射した光を結像させる工程と、
   （ｅ）前記開口の幅を変更する工程と、
   を含む、外観検査方法。