JP4712284B2 - 表面検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤや半導体ウェハ、ＤＶＤ、ＭＤ等のような鏡面状をなす表面を有した被検査物に生じた傷を主として検査するための表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤや半導体ウェハ等のような鏡面状をなす表面を有した被検査物に生じた傷を検査するために種々の表面検査装置が考えられており、その一つとして、図２３に示すように、面発光する照明装置によって被検査物の表面に一様に照明し、その反射光を撮像して傷の有無を検査するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被検査面が鏡面状をなすものの場合には、複数の光源から射出されたような平行光でない拡散光が照射されると、その被検査面に生じた傷や刻印が見えなくなってしまい、効果的な検査が行えない場合がある。具体的には、図２１に示すように、引っかき傷のような細い線状の傷９２や、点状の傷９２等、その傷が微細な場合にそれを極めて検出しにくいという不具合がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、点光源またはそれに近い光源から射出された光をレンズによって屈折させて徐々に収束する平行光に近い光とし、この光を検査対象面に当て、その反射光が収束する部位に撮像手段を配置するようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明に係る表面検査装置は、鏡面状をなす検査対象面に生じた傷の検査や刻み込まれたレーザー刻印の読取を行うためのものであって、点光源またはそれに近い光源である点発光要素を備えた単一の発光手段と、フレネルレンズと、ハーフミラーと、撮像手段とを装置本体に支持させてなり、前記発光手段から光を射出し、このフレネルレンズで屈折させた収束する向きの光をハーフミラーによって直接反射させて、前記フレネルレンズで屈折させた収束する向きの光の収束性を保ったまま前記検査対象面の略全面に照射し、該検査対象面で反射した光を、その光が収束する部位に設けた撮像手段に導くように構成したものである。
【０００６】
このようなものであれば、傷部分と他の部分とが明暗によってはっきり分かれるので、従来の表面検査装置では発見できなかった線状や点状等の微小な傷をも確実に検出することができる。なお、この現象は以下のような理由によるものと考えられる。
【０００７】
すなわち、収束性を有する光が被検査物の鏡面部に照射されると、その反射像は、光が収束するにつれ、徐々に縮小されながら撮像手段に導かれるように構成しているのに対して、傷が形成された部分に照射された光は該傷の微細な凹凸によって収束方向とは異なる方向に反射する。したがって、撮像手段には、傷が形成された部分から反射される光は、撮影手段に届かず、その部分が撮影した映像において暗くなって現れるためであると考察される。
【０００８】
一方、ＣＤや半導体ウェハ、ＤＶＤ、ＭＤなどのように、検査対象面が比較的大きいものに対して、平行光に近い光を収束させるためには、光路長をかなり長くする必要があり、装置の大きさを現実的なものとすることが難しい。この点を有効に解決するには、検査対象面で反射した光を、内部に設けた複数の反射ミラーによってさらに複数回反射させて撮像手段に導くようにしたものが好ましい。また、薄型で焦点距離が短くしかも安価なフレネルレンズを用いていることから、装置の小型化、低価格化により寄与できるという効果も得られる。
【０００９】
撮像手段により撮影された映像が実物と左右又は上下に逆にならないようにするには、反射ミラーが偶数個設けられているものが望ましい。
【００１０】
被検査物の設置位置の違いによる光路長の変化に柔軟に対応して結像位置の調整や視野調整を容易にできるようにするには、撮像手段を装置本体の所定位置に着脱可能に固定できるようにしたものにおいては光軸上かつ撮像手段の近傍に屈折レンズを配置し、この屈折レンズを光軸に沿ってスライド移動できるようにしておくことや、発光手段をこの発光手段から射出される光の光軸に沿って移動可能に設けておくことや、あるいは撮像手段をこの撮像手段に導かれる光の光軸に沿って移動可能に設けておくことが好適である。
【００１１】
具体的な実施の態様として本発明は、点発光要素が、一端に導光面を有し他端に発光面を有した柱状透光体と、照射した光が前記柱状透光体の導光面に集中するように配列された複数のＬＥＤとを具備し、前記発光面から光を射出するように構成したものであり、前記柱状透光体の発光面に光拡散作用を営む光拡散部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
表面検査を良好に行うには、装置本体が、一部または全部につや消し加工を施したものであることが好ましい。
【００１３】
【実施例】
＜第１実施例＞
以下、本発明の第１実施例を、図１〜図４を参照して説明する。
【００１４】
図１〜図３に示す表面検査装置１は、例えば、ＣＤやＤＶＤ等の被検査物９８の検査対象面たる鏡面部２に生じた傷９２を検査するものであり、装置本体たるケーシング３と、発光手段４と、全反射ミラー７と、フレネルレンズ５と、ハーフミラー６と、撮像手段たるＣＣＤカメラ１０とを具備するものである。
【００１５】
各部を詳述すると、ケーシング３は、長方形状をなしその長辺が鉛直となるように起立させた正面板１３１と、この正面板１３１の長辺部分から後方にそれぞれ延出した一対の側板１３２と、これら側板１３２及び正面板１３１によって形成される内部空間Ｓを、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との上下に二分するように側板１３２間に架設した仕切板１３３と、前記側板１３２の周縁間に外側から覆うように被せたカバー１３４とからなる。しかして、側板１３２の下縁間の正面板側略半分は、このカバー１３４によって覆われないようにし、その部分に開口部９９が形成されるようにしてある。なお、上記各部材には、つや消し加工たる黒アルマイト加工が施されている。
【００１６】
発光手段４は、先端に導光面４３を有し基端に発光面４１を有した柱状透光体４２と、照射した光が前記柱状透光体４２の導光面４３に集中するように配列された複数のＬＥＤ４４とからなる点光源要素４Ａを、段付筒状をなす筐体１０４内に内蔵させてなるもので、前記発光面４１から前記光１ａを射出するように構成したものである。なお、本実施例では、前記柱状透光体４２の発光面４１に板状の光拡散板部４７を重ね合わせることにより、その部分で光拡散作用が営まれるように構成している。
【００１７】
また、この発光手段４は、前記第１空間Ｓ１内の反正面側において、発光面４１が下方を向く姿勢で、すなわち光１ａが鉛直下方に射出される姿勢で、発光手段支持板Ｐ１を介して側板１３２に支持させてある。この発光手段支持板Ｐ１は、側板１３２間に架設され、上下にスライド移動可能に固定したもので、具体的には、側板１３２に上下に延びるように設けた貫通溝４６にねじＢを挿通させ、そのねじＢを前記発光手段支持板Ｐ１の側端縁に設けたねじ穴（図示しない）に締緩することにより、発光手段支持板Ｐ１及び発光手段４を光軸１ｂに沿って上下に移動させたり固定したりすることができるようにしている。
【００１８】
全反射ミラー７は、第２空間Ｓ２内の反正面板側において、斜め４５度の角度で固定した平面鏡であって、発光手段４から射出された鉛直下方向きの光の進行方向を９０度変え、正面板側に向かって水平に進む光１ａとするものである。
【００１９】
フレネルレンズ５は、第２空間Ｓ２内の略中央において、正面板１３１と平行な姿勢で鉛直に起立させたもので、全反射ミラー７によって反射された光１ａの光軸１ｂがその中心を通り、なおかつ通過して屈折した光１ａが、平行に近い収束する向きのものとなる位置に配置してある。なお、このフレネルレンズ５には、検査可能な最大の検査対象面径（本実施例では１００ｍｍ）より大きいものを用いている。
【００２０】
ハーフミラー６は、照射された光１ａのうち略半分を反射し残り半分を透過する平板状のものであり、第２空間Ｓ２内の正面板側における前記開口部９９の上方かつフレネルレンズ５の前方に、全反射ミラー７と平行をなす姿勢、すなわち斜め４５度の角度で固定してある。
【００２１】
ＣＣＤカメラ１０は、前記第１空間Ｓ１内において、ハーフミラーの鉛直上方にレンズが下方を向く姿勢で、すなわち鉛直下方から進行してくる光１ａを導入できる姿勢で、カメラ支持板Ｐ２を介して側板１３２に支持させてある。このカメラ支持板Ｐ２は、側板１３２間に架設され上下にスライド移動可能に固定したもので、具体的には、側板１３２に上下に延びるように設けた貫通溝５６にねじＢを挿通させ、そのねじＢを前記カメラ支持板Ｐ２の側端縁に設けたねじ穴（図示しない）に締緩することにより、カメラ支持板Ｐ２及びＣＣＤカメラ１０を光軸１ｂに沿って上下に移動させたり固定したりすることができるようにしている。また、このＣＣＤカメラ１０には、撮像した画像等を外部に出力できるコード５７及びその先端には図示しないコネクタが設けられており、ディスプレイ等で、その画像を見ることができるようになっている。
【００２２】
以上に説明した表面検査装置１の作用につき説明する。
【００２３】
先ず、使用に際しては、ＣＤやＭＤ等の被検査物９８を、その鏡面部２が、開口部９９に臨むような姿勢でケーシング３の外部に配置する。
【００２４】
その後、発光手段４を作動させると、この発光手段４から出た光１ａは、鉛直下方に向かって広がりながら進み、仕切板１３３に設けた第１貫通窓Ｍ１を通過した後、全反射ミラー７によって反射されて水平前方にその進む向きを変える。
【００２５】
そして、フレネルレンズ５を通過することにより、徐々に収束する光１ａとなるように屈折する。屈折した光１ａは、ハーフミラー６によって反射されて、その一部が鉛直下方に進むように向きを変え、開口部９９を通過してケーシング３の外部に設置した被検査物９８の鏡面部２に照射される。
【００２６】
さらに、この鏡面部２に照射された光１ａは、ここで反射して鉛直上方に進み、開口部９９、ハーフミラー６及び仕切板１３３に設けた第２貫通窓Ｍ２を通過して、徐々に収束しながらＣＣＤカメラ１０に向かって、収束状態に近い状態で取り込まれることとなる。
【００２７】
このように構成したものであると、傷９２が形成された部分に照射した光１ａは、この傷９２の微細な凹凸によって収束方向とは異なる方向に反射するため、ＣＣＤカメラ１０には、傷９２が形成された部分から反射される光１ａが欠けた状態で反射像が取り込まれることになる。したがって、図４に示すように、傷９２の形成された部分と他の部分とが明暗によってはっきり分かれ、従来の表面検査装置では発見できなかった引っかき傷のような線状の傷９２や打痕等による微小な傷９２をも確実に検出することができるようになる。また傷のみならず、刻印も鮮明に読み取れるため、その読み取り装置に応用することもできる。
【００２８】
また、薄型で焦点距離が短くしかも安価なフレネルレンズ５を用いているので、ＣＤやＤＶＤなど比較的大きな鏡像面２を有したものに対して、好適に対応することができる。
【００２９】
一方、上述した検出精度を向上させるには、理論上、発光手段４をできるだけ点光源に近いものとし、その光１ａを屈折させて、できるだけ平行に近い光１ａにすればよい。しかしながら、あまりに理論に近いものとすると、フレネルレンズ５の取付け誤差やひずみ、あるいはＣＤやＤＶＤの置かれた台のわずかな傾きや反り等によっても、光１ａがＣＣＤカメラ１０に取り込まれなくなり、結果として、ＣＣＤカメラ１０に写し出される映像において傷９２のない部分も暗くなる場合が生じる。
【００３０】
そこで、本実施例では、発光手段４から射出される光１ａを光拡散部４７によって拡散させ、発光面積を若干大きくしている。このことにより、フレネルレンズ５の取付け誤差やひずみ、あるいはＣＤやＤＶＤの反りや被検査物９８が置かれた台の傾き等をある程度許容することができるようになり、実用上極めて好ましいものとすることができる。
【００３１】
また、発光手段４とＣＣＤカメラ１０とを光軸１ｂに沿ってスライド可能にしているので、被検査物９８の設置位置の違いや、経年変化等による結像位置のずれを容易に調整することができる。
【００３２】
また、ケーシング３に黒アルマイト加工によるつや消し加工を施しているため、ケーシング３内部での光散乱をおさえて、上述した効果を顕著なものとすることができ、表面検査装置１の信頼性を向上させ得る。
【００３３】
さらに言えば、上記表面検査装置１を用いれば、ＣＤの鏡面部に施した印刷文字Ｍ等も判別することができる。なぜなら、被検査面に照射された光は、印刷文字Ｍ等に乱反射されるのに対して、印刷文字Ｍが施されていない鏡面部分に収束性を保ったまま反射されるため、図２２に示すように、印刷文字Ｍ部分と他の部分とが明暗によってはっきり分かれるようになり、印刷状態のコントラストがはっきりとＣＣＤカメラ等の撮像手段に写し出されるからである。
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例を、図５〜図８を参照して説明する。なお前記第１実施例と対応する部材には、同一の符号を付すこととする。
【００３４】
図５〜図８に示す表面検査装置１は、第１実施例と同様の目的のものであり、ケーシング３、このケーシング３の内部に配置した発光手段４、フレネルレンズ５、ハーフミラー６、三枚の全反射ミラー７、８、９及び撮像手段たるＣＣＤカメラ１０を具備するものである。
【００３５】
ケーシング３は、概略Ｌ字型をなす一対の上部側板３３と、この上部側板３３の下端縁間にまたがるように配置した水平板３４と、この水平板３４の左右端部から垂下した下部側板３５と、前記上部側板３３と下部側板３５の後端縁に亘って配置した後板３７と、前記上部側板３３を上方から覆い得る上カバー８１と、前記下部側板３５の下端縁前半部分及び前端縁に亘って配置させ得る側面視L字型をなす下カバー８２と、前記下部側板３５の下端縁の後端部間にまたがるように配置した底カバー８３とを具備するもので、その底面後半部分には、被検査物９８を臨ませるための開口部９９が設けてあり、前記水平板３４の後半部分には、前記開口部９９の上方に位置するように設けられた開口部９７が設けてある。そして、その内部には、発光手段載置室１１、ミラー載置室１２、撮像手段載置室１３が形成されている。なお、上記各部材には、つや消し加工たる黒アルマイト加工が施されている。
【００３６】
発光手段載置室１１は、ケーシング３の前半下部に形成したもので、前記水平板３４と、下部側板３５と、蓋体８２とに囲まれてなる。そしてその内部に発光手段４を収容している。
【００３７】
ミラー載置室１２は、ケーシング３の後半部に形成されたもので、前記発光手段載置室１１の後方に位置し、下部側板３５と、底カバー８３と、上部側板３３と、後板３７とに囲まれている。そしてその内部に、三枚の全反射ミラー７、８、９と、ハーフミラー６とを収容している。
【００３８】
撮像手段載置室１３は、前記発光手段載置室１１の上部に位置し、上部側板３３と、上カバー８１と、水平板３４とに囲まれてなり、ＣＣＤカメラ１０を内部に収容している。
【００３９】
発光手段４は、先端に導光面４３を有し基端に発光面４１を有した柱状透光体４２と、照射した光が前記柱状透光体４２の導光面４３に集中するように配列された複数のＬＥＤ４４とからなる点光源要素４Ａを具備し、前記発光面４１から前記光１ａを射出するように構成したものである。そして、前記柱状透光体４２の発光面４１に板状の光拡散板部４７を設け、その部分で光拡散作用を営むように構成している。また、この発光手段４は、射出される光１ａがミラー載置室１２に向かってその光軸１ｂが前後に水平となるように、その姿勢を設定してある。さらに、本実施例では、この発光手段４を、光軸１ｂに沿って前後にスライド移動可能なように、発光手段載置室１１に配置している。具体的には、下部側板３５に水平に延びるように貫通溝４６を設けるとともに、この貫通溝４６にねじＢを挿通させ、そのねじＢを発光手段４を支持する発光手段支持板Ｐ１の側端縁に設けたねじ穴（図示しない）に締緩させ得るようにしている。そして、このねじＢの締緩により、発光手段支持板Ｐ１及び発光手段４を、光軸１ｂに沿って前後に移動させ所望の位置で固定できるようにしている。
【００４０】
フレネルレンズ５は、既知のもので、本実施例ではその径が、検査可能な最大の検査対象面径（本実施例では１４０ｍｍ）より大きいものを用いている。そして、その焦点距離よりも発光手段４からやや離間させるとともに、発光手段４から射出された光１ａの光軸１ｂがその中心を通り、なおかつその面板方向と光軸１ｂとが直交するように、ミラー載置室１２と発光手段載置室１１との境界部分に起立させてある。
【００４１】
ハーフミラー６は、照射された光のうち略半分を反射し残り半分を透過する既知のものであり、その下端縁が前記底カバー８３に支えられ、前記フレネルレンズ５の後方であって前記開口９９の上方に配置されている。具体的には、その上端が下端より前方に位置するように４５度前方に傾斜させ、なおかつ反射面６１を、左右水平軸と平行をなすものとしている。
【００４２】
三つの全反射ミラー、すなわち、第一全反射ミラー７、第二全反射ミラー８及び第三全反射ミラー９は、その順にその反射面が小さくなり、発光手段４からの光１ａのうち、開口部９９の下に配置した被検査物９８に照射されて反射した光１ａを、順次反射させて、ＣＣＤカメラ１０に導くためものである。
【００４３】
第一全反射ミラー７は、前記ハーフミラー６の上方に設けられたものである。具体的には、その上端が下端より後方に位置するように４５度後方に傾斜させ、なおかつ反射面７１を、左右水平軸と平行をなすものとしている。
【００４４】
第二全反射ミラー８は、前記第一全反射ミラー７の後方に設けられたものである。具体的には、その上端が下端より前方に位置するように４５度前方に傾斜させ、なおかつ反射面８１を、左右水平軸と平行をなすものとしている。
【００４５】
第三全反射ミラー９は、前記第二反射ミラー８の下方に設けられたものである。具体的には、その上端が下端より後方に位置するように４５度後方に傾斜させ、なおかつ反射面９１を、左右水平軸と平行をなすものとしている。
【００４６】
ＣＣＤカメラ１０は、レンズ１０１を具備し、そのレンズ１０１の中心を、前記第三全反射ミラー９の略中央点を通る前後水平軸上に配置し、なおかつ該レンズ１０１の面板方向と前記水平軸とが直交するようにしている。本実施例では、このＣＣＤカメラ１０を、撮像手段載置室１３において、カメラ支持板Ｐ２を介して上部側板３３に支持させている。このカメラ支持板Ｐ２は、上部側板３３間に架設され前後にスライド移動可能に固定したもので、具体的には、上部側板３３に前後に延びるように設けた貫通溝５６にねじＢを挿通させ、そのねじＢを前記カメラ支持板Ｐ２の側端縁に設けたねじ穴（図示しない）に締緩することにより、カメラ支持板Ｐ２及びＣＣＤカメラ１０を光軸１ｂに沿って前後に移動させたり固定したりすることができるようにしている。また、このＣＣＤカメラ１０には、撮像した画像等を外部に出力できるコード５７及びその先端には図示しないコネクタが設けられており、ディスプレイ等で、その画像を見ることができるようになっている。
【００４７】
以上に説明した表面検査装置１の作用につき説明する。
【００４８】
先ず、使用に際しては、ＣＤ等の被検査物９８における鏡面部２が、開口部９９に臨むような姿勢で配置する。そして、発光手段４を作動させると、この発光手段４から出た光１ａは、水平後方に向かって広がりながら進み、フレネルレンズ５を通過することにより、徐々に収束する光１ａとなるように屈曲させられる。屈折した光１ａは、ハーフミラー６によって、反射されて鉛直下方に進むように向きを変え、開口部９９を通過して、被検査物９８の鏡面部２に照射される。そして、この鏡面部２で反射されて鉛直上方に進み、開口部９９、ハーフミラー６を通過して、徐々に収束しながら第一全反射ミラー７に向かう。次に、この第一全反射ミラー７により反射されて後方に向かって水平に進むように向きを変え、その後、第二全反射ミラー８によって、反射されて鉛直下方に進むように向きを変える。最後に、第三全反射ミラー９により、反射されて水平前方に向かうように向きを変えてＣＣＤカメラ１０に収束状態に近い状態で取り込まれることとなる。
【００４９】
したがって、このようなものであれば、第１実施例による効果に加え、被検査物に当たって反射した後の光１ａを装置本体の内部において複数回反射させて光路長を長くしつつ、ＣＣＤカメラ１０に導入しているので、ＣＤやＤＶＤなど比較的大きな鏡像面２を有したものに対して、好適に対応することができるうえ、装置のコンパクト化に寄与でき、現実の使用に即した大きさや価格を実現することができるようになる。
＜第３実施例＞
次に本発明の第３実施例を、図９〜図１２を参照して説明する。この第３実施例は、前記第２実施例と比べ、発光手段４の構成のみが異なったものであるため、発光手段４以外の構成については原則的に説明を省略する。なお、第１、第２実施例と対応する部材については同一の符号を付すものとする。
【００５０】
この発光手段４は、フレネルレンズ５の焦点近辺に設けたもので、点光源またはそれに近い光源である点発光要素４Ａと、この点発光要素４Ａの周囲を取り囲むように配置されたリング状の面発光要素４Ｂとを具備してなり、この点発光要素４Ａと面発光要素４Ｂとを切り替え可能に発光させるように構成したものである。
【００５１】
点発光要素４Ａについては、前記第１実施例のものとその構成や配置位置に差異はないので、詳細説明を省略する。
【００５２】
面発光要素４Ｂは、図１１、図１２に示すように、円盤状をなす透明体１４１と、この透明体１４１の一方の面板部１４１ａに重ねてなる円盤状の保持体Ｐ１と、前記透明体１４１の外周に中心に向かって発光するように周設された複数のＬＥＤ１４３とを具備するもので、中心に厚み方向に貫通する貫通孔１４４を設けてなり、前記透明体１４１の他方の面板部１４１ｂを発光面として面発光する。そして、この発光面１４１ｂがフレネルレンズ５と平行かつ相対する姿勢で、前記点発光要素４Ａに一体的に取り付けられている。各部を詳述すれば、保持体Ｐ１は不透明なもので、その反透明体側の端面Ｐ１ａには取付用のねじ孔Ｐ１ｂが設けてある。透明体１４１は、その外周面に複数の凹部１４１ｃを一定間隔で形成してなるものであり、この凹部１４１ｃにＬＥＤ１４３をそれぞれ埋め込んでいる。またその発光面１４１ｂはすりガラス面状にしてあり、均一な面発光が営まれるように構成している。なお、ＬＥＤを周設せずに、透明体の一方の面板部に敷設し、これらＬＥＤから射出された光によりダイレクトに発光面を照射するようにしても構わない。
【００５３】
しかして、これら点発光要素４Ａと面発光要素４Ｂとは、切り替えて発光させることが可能なようにしてある。そして、上述した鏡面検査の時には、点発光要素４Ａを点灯させ、印刷面等を検査するときには、面発光要素４Ｂを点灯するようにする。
【００５４】
このようにすれば、面発光要素４Ｂを点灯して照明することにより、印刷面等のような鏡面以外の面を検査することもできるようになる。特にこの装置では、フレネルレンズ５を透過することにより照明光の拡散が促進されるので、その検査精度が向上する。この場合は、照明光を白色とし、撮像装置１０をカラー表示可能なものとしておくことが好ましい。
【００５５】
また、印刷の状態を検査できることから、ＣＤ等の反鏡面部に印刷を施す印刷機と併設しておくなどすることにより、製品の製造から検査までを一環した流れ作業の中で行うことも可能になる。
【００５６】
なお、この実施例における発光手段の構成を、第１実施例に係る発光手段に適用して構わないのは言うまでもない。
＜第４実施例＞
最後に本発明の第４実施例を図１３〜図１７を参照して説明する。なお、第１、第２、第３実施例と対応する部材については同一の符号を付すものとする。
【００５７】
この表面検査装置１は、例えば、第１〜第３実施例のものよりも小型のもので、基本的構造は第１実施例のものと略同一である。具体的にこのものは、装置本体たるケーシング３と、発光手段４と、全反射ミラー７と、フレネルレンズ５と、ハーフミラー６と、撮像手段たるＣＣＤカメラ１０とを具備する。そして、第１実施例との主な相違点としては、ＣＣＤカメラ１０を装置本体の外部に着脱可能に取り付けるようにしている点、及び光軸１ｂ上かつＣＣＤカメラ１０の近傍に屈折レンズＲを配置しこの屈折レンズＲを光軸１ｂに沿ってスライド移動できるようにしている点が挙げられる。
【００５８】
各部を詳述すると、ケーシング３は、長方形状をなす頂板３０１と、この頂板３０１の長辺部分からそれぞれ下方に延出した一対の側板３０２と、頂板３０１の正面側から側板３０２と逆方向、すなわち上方に延出した筒体３０３と、頂板３０１の反正面側から上方に延出した第２筒体３０５と前記側板３０２の周縁間に外側から覆うように被せたカバー３０４とからなる。この筒体３０３は、上下面を開口させた円筒状のもので、その下端部を頂板３０１に貫通させるようにして埋設してある。また、側板３０２の下縁間の正面側略半分は、カバー３０４によっては覆われないようにし、その部分に開口部９９が形成されるようにしてある。
【００５９】
発光手段４は、前記各実施例と同様、先端に導光面４３を有し基端に発光面４１を有した柱状透光体４２と、照射した光が前記柱状透光体４２の導光面４３に集中するように配列した複数のＬＥＤ４４とからなる点光源要素４Ａを、段付筒状をなす筐体１０４内に内蔵させてなるもので、前記発光面４１から前記光１ａを射出するように構成したものである。なお、前記柱状透光体４２の発光面４１に板状の光拡散板部４７を重ね合わせることにより、その部分で光拡散作用が営まれるように構成しているのも前記各実施例と同様である。
【００６０】
また、この発光手段４は、発光面４１が下方を向く姿勢で、すなわち光１ａが鉛直下方に射出される姿勢で、前記頂板３０１を厚み方向に貫通させた円筒状の第２筒体３０５に、筐体１０４の小径部１４１を支持させてある。
【００６１】
全反射ミラー７は、ケーシング内空間ＳＳの反正面側に斜め４５度の角度で固定した平面鏡であって、発光手段４から射出された鉛直下方向きの光１ａの進行方向を９０度変え、正面側に向かって水平に進む光１ａとするものである。
【００６２】
フレネルレンズ５は、ケーシング内空間ＳＳの略中央において、その面板方向を正面に向けて鉛直に起立させたもので、全反射ミラー７によって反射された光１ａの光軸１ｂがその中心を通り、なおかつ通過して屈折した光１ａが、平行に近い収束する向きのものとなる位置に配置してある。
【００６３】
ハーフミラー６は、照射された光のうち略半分を反射し残り半分を透過する平板状のものであり、ケーシング内空間ＳＳの正面板側であって、前記開口部９９の上方かつフレネルレンズ５の前方に、全反射ミラー７と平行をなす姿勢、すなわち斜め４５度の角度で固定してある。
【００６４】
ＣＣＤカメラ１０は、筒体３０３の上端部に設けたおねじ部３３１に着脱可能に取り付けられるもので、被検査物９８に反射し、ハーフミラー６を通過して、鉛直下方から筒体に沿って進行してくる光１ａを導入できる姿勢で取り付けてある。また、このＣＣＤカメラ１０には、撮像した画像等を外部に出力できるコード５７及びその先端には図示しないコネクタが設けられており、ディスプレイ等で、その画像を見ることができるようになっている。
【００６５】
さらに本実施例では、この筒体３０３の中間位置に屈折レンズＲを配置し、この屈折レンズＲを光軸１ａに沿って上下にスライド移動できるようにしている。具体的には、屈折レンズＲをその外周に固定したレンズ支持体Ｒ１を介して筒体３０３の内周に沿うように配置し、筒体３０３に上下に延びるように設けた貫通溝６６にねじＢを挿通させ、そのねじＢを前記レンズ支持体Ｒ１に設けたねじ穴Ｎに締緩することにより、屈折レンズＲを上下に移動させ任意の位置で固定することができるようにしている。
【００６６】
このようなものであれば、第１実施例と同様の作用効果を得られるだけでなく、発光手段４及びＣＣＤカメラ１０をケーシング３に対して動かすことなく、屈折レンズのスライド移動のみによって視野を変えたりピントを合わせたりすることができる。すなわち、視野を拡大するには、被検査物と装置との離間距離を大きくするとともに、屈折レンズＲを上方に移動させる。縮小する場合にはその逆である。そしてこのように可動部分を少なくしたことにより、操作性の向上を図ることができる。
【００６７】
この第４実施例の変形例としては、図１８、図１９に示すものが挙げられる。この変形例は、筒体３０３に凹部３０３ａを設け、その凹部３０３ａ内に貫通溝６６を形成するとともに、この凹部３０３ａの開口を覆う開閉蓋３０３ｂを設け、レンズＲのスライド機能を損なうことなく、貫通溝６６から外部の光が装置内部に進入して検査に悪影響を及ぼすことを防止できるようにしたものである。また、この変形例では、筒体３０３の上端部に設けたおねじ部３３１を筒体本体に対し、その軸周りに回転させて任意の角度で、固定できるように構成している。おねじ部３３１の固定は具体的には止めねじＴＢで行うようにしている。これは、ＣＣＤカメラ１０を、おねじ部３３１にねじ込んで固定した場合に、そのＣＣＤカメラ１０の装置本体に対する角度を、任意に設定できるようにするためのものである。
【００６８】
なお、本発明は上記各実施例に限られるものではない。例えば、第２、第３実施例における全反射ミラーをもう一枚増やして偶数枚とすれば、撮像手段で取り込む映像が鏡像とならず、表面検査の作業性の向上を図ることができる。これを、第５実施例として図２０に示す。この第５実施例では、第３実施例と比べ、さらにもう一枚の全反射ミラー９Ａを追加し、ＣＣＤカメラ１０に導入される光１ａを上向きのものとするとともにＣＣＤカメラ１０を縦置きにしている。また、点発光要素４Ａも発光面４１が下を向く縦向きの姿勢とし、反射ミラーＭＲで水平横向きにされた光１ａに対して、その進行方向と垂直に（縦向きに）光拡散部４７を配置して光拡散作用が営まれるように構成している。このことにより、奥行き方向のコンパクト化が図れることにもなる。
【００６９】
さらに、光源もＬＥＤのみならす、光ファイバ等でもよい。つや消し加工についても、黒アルマイト加工に限られるものではない。
【００７０】
また、上述した表面検査装置を、ひっくり返して、開口の位置を上側にする等して使用することもできるのはいうまでもなく、用途に応じて姿勢を変更できるのはもちろんである。
【００７１】
その他各部の具体的な構成は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明によれば、傷部分と他の部分とが明暗によってはっきり分かれるので、従来の表面検査装置では発見できなかった引っかき傷のような線状の傷や打痕等による微小な傷、あるいは刻印を確実に検出することができる。
【００７３】
一方、このような方法を単純に用いた場合に、ＣＤやＤＶＤ等の比較的大きな検査対象面を有したものに対応しようとすると、上述したように装置が大型化、高価格化するが、光を平行化するためのレンズに、薄型で焦点距離が短くしかも安価なフレネルレンズを用い、さらに検査対象面に当たって反射した後の光を内部において複数回反射させて光路長を長くしつつ撮像手段に導入すれば、現実の使用に即した大きさや価格を実現することができる。
【００７４】
反射ミラーを偶数個設けたものであれば、撮像手段により撮影された映像が実物と左右又は上下に逆にならないようにできる。
【００７５】
撮像手段を装置本体の所定位置に着脱可能に固定できるようにしたものにおいては光軸上かつ撮像手段の近傍に屈折レンズを配置し、この屈折レンズを光軸に沿ってスライド移動できるようにしたり、発光手段をこの発光手段から射出される光の光軸に沿って移動可能に設けたり、あるいは撮像手段をこの撮像手段に導かれる光の光軸に沿って移動可能に設けたりすれば、被検査物の設置位置の違いによる光路長の変化に柔軟に対応して結像位置の調整や視野調整を容易にできるようになる。
【００７６】
発光手段が、一端に導光面を有し他端に発光面を有した柱状透光体と、照射した光が前記柱状透光体の導光面に集中するように配列された複数のＬＥＤ又は光ファイバとを具備し、前記発光面から前記光を射出するように構成したものであり、前記柱状透光体の発光面に光拡散作用を営む光拡散部を設けたものであれば、フレネルレンズの取付け誤差やひずみや、ＣＤやＤＶＤ等の被検査物の置かれた台のわずかな傾きや反り等によって、傷のない部分に照射された光の一部が収束点に向かわないような反射をし、その結果として、撮像手段に写し出される映像において傷のない部分が若干暗くなり、傷のある部分との明暗がはっきりしなくなることを回避することができるようになる。したがって、フレネルレンズの取付け誤差やひずみ、さらには被検査物の置かれた台の傾きや反りをある程度許容することができようになる。
【００７７】
装置本体が、一部または全部につや消し加工を施したものであれば、表面検査を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における表面検査装置を示す分解斜視図。
【図２】同実施例における表面検査装置の内部構造を示す側断面図。
【図３】同実施例における表面検査装置を示す正面図。
【図４】同実施例におけるＣＣＤカメラで撮影したＣＤの映像。
【図５】本発明の第２実施例における表面検査装置を示す分解斜視図。
【図６】同実施例における表面検査装置の内部構造を示す側断面図。
【図７】同実施例における表面検査装置を示す正面図。
【図８】同実施例における表面検査装置を示す底面図。
【図９】本発明の第３実施例における表面検査装置の内部構造を示す側断面図。
【図１０】同実施例における表面検査装置を示す正面図。
【図１１】同実施例における面発光要素を示す平面図。
【図１２】同実施例における面発光要素を示す縦断面図。
【図１３】本発明の第４実施例における表面検査装置を示す全体斜視図。
【図１４】同実施例における表面検査装置の側面図。
【図１５】同実施例における表面検査装置の背面図。
【図１６】図１５におけるＡ−Ａ線断面図。
【図１７】図１４におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図１８】同実施例の変形例における表面検査装置を示す全体斜視図。
【図１９】図１８におけるＣ−Ｃ線断面図。
【図２０】本発明の第５実施例における表面検査装置の内部構造を示す側断面図。
【図２１】従来の表面検査装置において撮影されたＣＤの映像。
【図２２】本発明の第１実施例における表面検査装置により印刷文字を有する検査面をＣＣＤカメラで撮影した映像。
【図２３】従来の表面検査装置を示す模式図。
【符合の説明】
１・・・表面検査装置
１ａ・・・光
１ｂ・・・光軸
２・・・検査対象面（鏡面部）
３・・・ケーシング
４・・・発光手段
４Ａ・・・点発光要素
４１・・・発光面
４２・・・柱状透光体
４３・・・導光面
４４・・・ＬＥＤ
４７・・・光拡散部
５・・・フレネルレンズ
６・・・ハーフミラー
７・・・全反射ミラー
８・・・全反射ミラー
９・・・全反射ミラー
１０・・・撮像手段（ＣＣＤカメラ）
９２・・・傷
Ｒ・・・屈折レンズ

Claims (7)

1. 鏡面状をなす検査対象面に生じた傷の検査や刻み込まれた刻印の読取を行うためのものであって、点光源またはそれに近い光源である点発光要素を備えた単一の発光手段と、フレネルレンズと、ハーフミラーと、撮像手段とを装置本体に支持させてなり、前記発光手段から光を射出し、この光を前記フレネルレンズによって屈折させて平行に近い収束する向きの光とするとともに、このフレネルレンズで屈折させた収束する向きの光をハーフミラーによって直接反射させて、前記フレネルレンズで屈折させた収束する向きの光の収束性を保ったまま前記検査対象面の略全面に照射し、該検査対象面で反射した光を、その光が収束する部位に設けた撮像手段に導くように構成し、
   点発光要素が、一端に導光面を有し他端に発光面を有した柱状透光体と、照射した光が前記柱状透光体の導光面に集中するように配列された複数のＬＥＤとを具備し、前記発光面から光を射出するように構成したものであり、前記柱状透光体の発光面に光拡散作用を営む光拡散部を設けたことを特徴とする表面検査装置。
2. 検査対象面で反射した光を、装置本体内部に設けた複数の反射ミラーによって複数回反射させ撮像手段に導くようにしたことを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
3. 反射ミラーが偶数個設けられている請求項２記載の表面検査装置。
4. 撮像手段を装置本体の外側に着脱可能に固定できるようにするとともに、光軸上かつ撮像手段の近傍に屈折レンズを配置し、この屈折レンズを光軸に沿ってスライド移動できるようにしている請求項１、２または３記載の表面検査装置。
5. 発光手段が、該発光手段から射出される光の光軸に沿って移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の表面検査装置。
6. 撮像手段が、該撮像手段に導かれる光の光軸に沿って移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の表面検査装置。
7. 装置本体が、一部または全部につや消し加工を施したものであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の表面検査装置。

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