JP7426848B2

JP7426848B2 - 検査対象物の表面の凹凸を検査する方法

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Publication number: JP7426848B2
Application number: JP2020029113A
Authority: JP
Inventors: 知泰西郷; 貴哉山田
Original assignee: 株式会社マクシスエンジニアリング
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2024-02-02
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2021135073A

Description

本発明は、検査対象物の表面の凹凸を検査する方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、検査対象物の表面の凹凸を検査する方法として、以下の技術が開示されている。図１０に示すように、白色ＬＥＤ光源１０からの放射光をホログラフィック回折光学素子２０により、赤色、緑色と青色の色毎に所定の角度に回折させ、且つ色毎に平行光にして、これらを照射光３０として検査対象物５０の表面に照射し、その反射光４０をカメラ６０で撮影する。

この時、検査対象物５０の表面５１に凸部５２がある場合は、凸部５２の存在しない表面５１と凸部５２の存在する表面５１では、反射光４０の反射角度が異なるので、カメラ６０の撮影画面において、凸部５２は、その形状部分が、凸部５２の存在しない表面５１と異なる色によって映し出される。その結果、表面５１の凸部５２を発見することができる。

特開２０１８－９１７７０号公報

ところで、光沢表面を有する検査対象物の表面検査では、検査対象物５０とカメラ６０との間、検査対象物５０と光源（白色ＬＥＤ光源１０及びホログラフィック回折光学素子２０）との間における位置及び検査対象物５０の表面法線方向を含む位置関係を均一（一定）にすることが望ましいが、上記の特許文献１の技術では、凸部５２の存在しない表面５１に対しては、カメラ６０のピントを合わせることができず、又、検査対象物５０とカメラ６０間が大きく変化する場合、例えば、検査対象物５０が湾曲している場合は、カメラ６０のピントがぼけ、検査範囲に存在する微小な不良（凹凸等）を検出することができない。

したがって、自動車の塗装表面のみならず、精密加工面や表示用ガラス素材等の検査においては、正確に凹凸を検査することが難しい。

そこで、本発明は、検査対象物の検査範囲中心とカメラとの間、検査範囲中心と光源との間における位置及び検査範囲中心の表面法線方向を含む位置関係の情報を取得し、それらの位置関係を均一にする機能を有する検査対象物の表面の凹凸を検査する方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、光源から放射された光を透過型の可変スリット又は液晶、反射型のＳＬＭ（Spatial Light Modulator）、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror）又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）から選択される波面変調素子に照射し、波面変調素子によって位相、又は振幅が変調された光を、ホログラフィック回折光学素子に照射し、ホログラフィック回折光学素子によって、複数の色毎に所定の角度で、且つ色毎に平行光に変換された光を検査対象物に照射し、検査対象物の表面からの反射光を検出部で検出し、反射光における検査対象物の表面の凹凸の部分と、凹凸以外の表面との色の変化によって検査対象物の表面の凹凸を検査する方法である。

請求項１の本発明では、光源から放射された光を波面変調素子に照射し、波面変調素子によって位相、又は振幅が変調された光を、ホログラフィック回折光学素子に照射し、ホログラフィック回折光学素子によって、複数の色毎に所定の角度で、且つ色毎に平行光に変換された光を検査対象物に照射し、検査対象物の表面からの反射光を検出部で検出するので、第１に、光源から放射された光は、波面変調素子によって位相、又は振幅が変換され、ホログラフィック回折光学素子上に照射される光の領域、パターン、又は強度等が制御されるので、ホログラフィック回折光学素子から放射される光には、上記制御結果に基づく位置に関する情報が、例えば、座標として付与される。

第２に、ホログラフィック回折光学素子によって、複数の色毎に所定の角度で、且つ色毎に平行光に変換されて検査対象物に照射され、その反射光が検出部で検出されるので、照射光と反射光において、その光路と光路長が明確になる。

その結果、ホログラフィック回折光学素子、検査対象物の検査範囲中心と検出部の位置関係が、距離や角度など、数値的に明確になる。

したがって、検査対象物が光沢表面を有する検査対象物においても、その検査範囲中心においてピントを合わせることができるので、反射光における検査対象物の表面の凹凸の部分と、凹凸以外の表面との色の変化によって検査対象物の表面の微小な凹凸を確実に発見することができる。

又、ホログラフィック回折光学素子、検査対象物の検査範囲中心と検出部との間の位置関係を一定に維持（均一化）することができるので、例え、検査対象物の検査範囲中心と検出部間の距離が大きく変化する場合であっても、検査範囲に存在する微小な凹凸等を確実に発見することができる。

波面変調素子は、透過型の可変スリット又は液晶、反射型のＳＬＭ（Spatial Light Modulator）、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror）又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）の５種類から選択される。透過型の可変スリットでは、スリットの位置、スリットの形状やスリット幅を細かく制御することができる。又、液晶では、電気信号により、液晶の配向状態を制御できるので、広い領域から微小な領域まで、高速に光のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

一方、反射型のＤＭＤ（デジタルマイクロミラー）は、マイクロチップ上に実装されたミラー群であり、電気的なＯＮ／ＯＦＦからミラーの角度を変更することができるため、広い領域から微小な領域まで、高速に光のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

ＳＬＭは、空間光変調器であり、光の波面に作用し、光の強度分布や進行方向等を変化させることができる。ＬＣＯＳは、マイクロチップ上に実装された液晶であり、電気信号により、液晶の配向状態を制御できるので、広い領域から微小な領域まで、高速に光のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。

したがって、波面変調後の光をホログラフィック回折光学素子に照射するに際し、ホログラフィック回折光学素子上における照射領域、照射パターンや照射強度等を時空間的に制御することができるので、ホログラフィック回折光学素子から放射される光に位置関係情報を付与することができる。

請求項２の本発明は、波面変調素子から放射された波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光を含む孔形状である検査対象物の表面の凹凸を検査する方法である。

請求項２の本発明では、光源から照射された光は、波面変調素子によって波面変調され、青色、緑色、赤色の光を含む孔形状であるので、孔形状のパターンとしてホログラフィック回折光学素子に照射される。そして、ホログラフィック回折光学素子によって、青色光、緑色光、赤色光は、所定の角度で回折され、各色が平行光として検査対象物に照射される。

波面変調素子を用いることにより、ホログラフィック回折光学素子から放射される青色、緑色、赤色には、放射時に、位置関係情報が付与されるので、検出部で検出される反射光の青色、緑色、赤色の位置、色変化の状況等の情報に基づき、ホログラフィック回折光学素子、検査対象物の検査範囲中心と検出部との間の位置関係を数値的に明確にすることができる。

したがって、検査対象物が光沢表面を有し、検査対象物の表面に凹凸の存在しない場合であっても、その表面でピントを合わせることができる。又、ホログラフィック回折光学素子、検査対象物の検査範囲中心と検出部の位置関係を一定に維持（均一化）することができるので、例え、検査対象物の検査範囲中心と検出部間の距離が大きく変化する場合であっても、検査範囲に存在する微小な凹凸等を確実に発見することができる。

請求項３の本発明は、波面変調素子から放射された波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光から構成されるライン形状である検査対象物の表面の凹凸を検査する方法である。

請求項３の本発明では、波面変調素子から放射された波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光から構成されるライン形状であるので、波面変調素子から発せられた波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の各色の光が一定幅を有するライン形状として、ホログラフィック回折光学素子に照射される。上記の通り、青色光、緑色光、赤色光は、所定の角度で回折され、各色が平行光として検査対象物に照射される。

さらに、波面変調素子内で、ライン形状を連続的に移動させれば、ホログラフィック回折光学素子の異なる場所に波面変調後の光が照射され、検出部における位置や見え方も異なるので、その色変化の状況に基づき、検査対象物の他の場所における検査範囲に存在する微小な凹凸等の連続的な検出を行うことができる。

請求項４の本発明は、波面変調素子から放射される波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光から構成される可変ストライプパターンである検査対象物の表面の凹凸を検査する方法である。

ここで、青色、緑色、赤色の光から構成される可変ストライプパターンとは、青色、緑色、赤色の光から構成されるストライプパターンの幅が変化する、例えば、時間と共に、その幅が２分の１になるなど、時空間の両方で異なるパターンが生成されるパターンをいう。

請求項４の本発明では、波面変調素子から照射される波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光から構成される可変ストライプパターンであるので、ストライプパターンが、時空間の両方で変化してホログラフィック回折光学素子に照射される。

又、ストライプパターンが、時空間の両方で変化してホログラフィック回折光学素子に照射されるので、同じ照射領域内でも、検出部で検出される反射光の青色、緑色、赤色の位置、色変化の状況等の情報が異なる。

その結果、検査範囲に微小な凹凸等が存在する場合には、その微小な凹凸等について、高さ方向を含む３次元の立体形状として検出することができる。

請求項５の本発明は、光源は、白色光を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）である検査対象物の表面の凹凸を検査する方法である。

請求項５の本発明では、光源は、白色光を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）であるので、高出力、小型、長寿命且つ安価な光源を用いることができる。

請求項６の本発明は、検出部は、カメラによる撮影であり、反射光が、カメラにおける撮像部において中央部にくるように、カメラ若しくは検査対象物の少なくとも一方の位置を調整して行う検査対象物の表面の凹凸を検査する方法である。

波面変調素子を用いることにより、ホログラフィック回折光学素子から放射される光には、位置関係情報が、例えば、座標として付与される。そして、ホログラフィック回折光学素子から放射された光を検査対象物に照射し、検査対象物の表面からの反射光を検出部にて検出するので、検出部で検出される反射光の色や色の位置、色変化の状況等の情報に基づき、ホログラフィック回折光学素子、検査対象物の検査範囲中心と検出部との間の位置関係が、距離や角度等、数値的に明確になる。

請求項６の本発明では、検出部は、カメラによる撮影であり、反射光が、撮像部において中央部にくるように、カメラ若しくは検査対象物の少なくとも一方の位置を調整して行い、反射光が、カメラにおける撮像部において中央部にくるように、カメラ若しくは検査対象物の少なくとも一方の位置を調整して行うので、カメラを反射光の方向、すなわち、検査範囲中心に正確に対峙させ、検査範囲中心でピントを合わせることができる。

したがって、検査対象物が光沢表面を有し、凹凸の存在しない表面に対しても、その表面でピントを合わせることができる。又、ホログラフィック回折光学素子、検査対象物の検査範囲中心と検出部の位置関係を一定に維持（均一化）することができるので、例え、検査対象物の検査範囲中心と検出部間の距離が大きく変化する場合であっても、検査範囲に存在する微小な凹凸等を確実に発見することができる。

請求項７の本発明は、カメラ若しくは検査対象物の位置の調整は、反射光の内の緑色について行う検査対象物の表面外観を検査する方法である。

上記の通り、ホログラフィック回折光学素子によって、青色光、緑色光、赤色光が、各色が所定の角度で回折され、各色が平行光となって検査対象物に照射され、その反射光をカメラで撮影する。

検査対象物の表面に凹凸の部分が存在する場合は、他の部分と色が異なり、又、検査対象物が傾いている場合は、パターンが崩れて映る。ここで、位置の調整を青色について行うと、青色を挟んで、長波長側の緑色は観測されるが、短波長側は紫外光領域のため観測できず、黒く映り、その部分の形状を特定することができない。同様に、位置の調整を赤色について行うと、赤色を挟んで、短波長側の緑色は観測されるが、長波長側は赤外光領域のため観測観察できず、黒く映り、その部分の形状を特定することができない。その結果、検査対象物の表面に凹凸が存在する場合、その形状等の検出精度が低下する。

請求項７の本発明では、カメラ若しくは検査対象物の位置の調整は、反射光の内の緑色について行うので、検査対象物の表面に凹凸が存在する場合の形状や検査対象物が傾いている場合、緑色を挟んで、青色や赤色も同時に観測され、その形状を正確に把握することができ、又、緑色を挟んだ青色と赤色部分が均等に映るようにカメラ若しくは検査対象物の少なくとも一方の位置を調整することにより、検査対象物を水平に調整することができる。

光源から放射された光を波面変調素子に照射し、波面変調素子によって位相、又は振幅が変調された光を、ホログラフィック回折光学素子に照射し、ホログラフィック回折光学素子によって、複数の色毎に所定の角度で、且つ色毎に平行光に変換された光を検査対象物に照射し、検査対象物の表面からの反射光を検出部で検出するので、第１に、光源から放射された光は、波面変調素子によって位相、又は振幅が変換され、ホログラフィック回折光学素子上に照射される光の領域、パターン、又は強度等が制御されるので、ホログラフィック回折光学素子から放射される光には、上記制御結果に基づく位置に関する情報が、例えば、座標として付与される。

本発明の実施形態に共通する表面検査装置の全体の構成を示す模式図である。本発明の実施形態に共通する表面検査装置における測定方法の概要を説明する図である。本発明の第１の実施形態を示すもので、表面検査装置の全体の構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態で使用するホログラフィック回折光学素子の波長毎の回折角度と回折効率の関係を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるモニターに映し出された反射光の位置と位置の調整を説明する図である。本発明の第２の実施形態を示すもので、表面検査装置の全体の構成を示す模式図である。本発明の第２の実施形態における波面変調素子から照射される波面変調後の光のライン形状のパターンである。本発明の第３の実施形態示すもので、表面検査装置の全体の構成を示す模式図である。本発明の第３に実施形態に用いる波面変調素子から照射される波面変調後の可変ストライプパターンを説明する図であり、（ａ）から（ｄ）は、時間の経過に対するストライプパターンの変化を示すものである。従来の表面検査装置の全体の構成を示す模式図である。

まず、図１に基づいて本発明の実施形態に共通する表面検査装置１の全体の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、背景技術と同一部位であり、且つ同一機能を有する部材については、同じ番号を付した。

図１に示すように、本発明の表面検査装置１は、検査対象物５０の表面５１に対して照射光３０を照射する光源ユニット７０と、検査対象物５０の表面５１からの反射光４０を検出する検出部であるカメラ６０と、カメラ６０で撮影した像（撮像）を映し出すモニター６２と、検査対象物５０とカメラ６０の位置、モニター６２における撮像等を制御する制御部８０から構成されている。なお、検査対象物５０の移動は、表面検査装置１に検査対象物５０を載置するステージを設け、このステージを移動することによって行ってもよい。

光源ユニット７０は、白色ＬＥＤ光源１０と、波面変調素子９０と、ホログラフィック回折光学素子２０を有している。そして、白色ＬＥＤ光源１０から放射された光が波面変調素子９０に照射され、波面変調素子９０から放射された光（放射光９１）が、ホログラフィック回折光学素子２０に照射される。したがって、ホログラフィック回折光学素子２０から照射される光が、光源ユニット７０からの放射光が検査対象物５０に対する照射光３０となる。

次に、図２に基づいて本発明の実施形態に共通する表面検査装置における検査方法の概要について説明する。白色ＬＥＤ光源１０から放射され、波面変調素子９０に照射された光は、波面変調素子９０によって、位相、又は振幅が変換され、波面変調素子９０の一定領域から放射される（放射光９１）。そして、ホログラフィック回折光学素子２０によって、波長に基づく角度で回折され、垂直軸に対してαの照射角度を有して放射される。なお、αは色によって異なる。

光源ユニット７０からの照射光３０は、検査対象物５０によって反射され、反射光４０は、カメラ６０のレンズ６３の主点６５を通過し、撮像部６４に到達する。この時、反射光４０がカメラ６０のレンズ６３の主点６５に入射する垂直軸に対する角度β（視線角度）は、カメラ６０の撮像部６４における反射光４０の位置から決定できる。

ホログラフィック回折光学素子２０から放射される光の座標は、波面変調素子９０の位相、又は振幅変換による放射光９１によって決定され、又、カメラ６０のレンズ６３の主点６５の座標も、カメラ６０を固定することによって決定できる。

その結果、ホログラフィック回折光学素子２０から放射される光の位置とカメラ６０のレンズ６３の主点６５との距離Ｘ、ホログラフィック回折光学素子２０から放射される光の角度αとカメラ６０のレンズ６３の主点６５への入射角βが特定されるので、三角測量法により、カメラ６０のレンズ６３の主点６５と検査対象物５０との間の距離が測定できる。

したがって、図２において、カメラ６０の向き、又は検査対象物５０の少なくとも一方を移動させ、反射光４０がカメラ６０の撮像部６４の中央部にくるように制御することにより、すなわち、カメラ６０を反射光４０の方向（検査範囲中心）に正確に対峙させることにより、カメラ６０のピントを合わせることができる。

次に、本発明の第１の実施形態について、図３から図５に基づいて説明する。光源として使用した白色ＬＥＤ光源１０は、図示しないが、ＬＥＤ素子として青色光を発光するＬＥＤ素子と、青色光により励起され、緑色光と赤色光を発光する蛍光体を含む樹脂をＬＥＤ素子の周囲に封止し、ＬＥＤ素子から放射される青色光と、蛍光体から放射される緑色光と赤色光の混色によって、白色光を放射するＬＥＤ光源である。なお、紫外光を放射するＬＥＤ素子を使用し、紫外光により励起され青色光、緑色光と赤色光を発光する蛍光体を用いた白色ＬＥＤ光源でも良い。又、青色、緑色及び赤色に発光するＬＥＤランプを用い、その混色によっての白色光を放射する白色ＬＥＤ光源であっても良い。さらに、白色光源としては、ＬＥＤの他に、キセノン光、ハロゲン光、レーザー光等を使用することができる。

波面変調素子９０は、センターピンホールの孔形状９２のスリットであり、孔形状９２の径は、０．５ｍｍである。なお、上記のパターン及び値には限定されない。

ホログラフィック回折光学素子２０は、透光性を有する軟質プラスチックで柔軟性を有するシート状に形成したものを用いた。ホログラフィック回折光学素子２０の波長毎の回折角度と回折効率との関係を図４に示す。

ホログラフィック回折光学素子２０は、波面変調素子９０からの放射光９１を受け、青色光は、１１．２°、緑色光は１３．５°、赤色光は１５．９°の所定の角度で回折され、各色が平行光となった照射光３０が検査対象物５０に照射される。なお、図３では説明のため、ホログラフィック回折光学素子２０の１点から放射される、青色３１ａ、緑色３２ａ、赤色３３ａの光を示した。

ホログラフィック回折光学素子２０から放射された、すなわち、光源ユニット７０からの照射光３０は、検査対象物５０に照射され、検査対象物５０の表面で反射される。そして、反射光４０は、青色３１ｂ、緑色３２ｂ、赤色３３ｂとして、カメラ６０の方向に向かう。この時、検査対象物５０の位置、傾きや凹凸の存在によって、カメラ６０に向かう光の広がりや方向は異なり、反射光４０は、カメラ６０のレンズ６３を通じて撮像部６４に到達する。

図５における、Ｙの位置における孔形状９２が、モニター６２に映し出された反射光４０であり、モニター６２の上方中央部に映し出されている。次に、カメラ６０をカメラ６０のレンズ６３の主点６５を中心に回転させ、円の中心部Ｚになるように、すなわち、カメラ６０の撮像部６４の中心部にくるように、矢印方向に調整する。なお、この調整は、検査対象物５０を回転等させて行ってもよく、検査対象物５０とカメラ６０を同時に動かして行ってもよい。反射光４０を円の中心部Ｚに移動させることにより、カメラ６０において、検査対象物５０の検査範囲中心の表面５１にピントを合わせることができる。

次に、中心部の孔形状９２が緑色になるように、カメラ６０又は検査対象物５０の角度を調整する。その結果、検査対象物５０の表面５１に微小な凹凸が存在する場合や検査対象物５０が傾いている場合は、緑色を挟んで、青色や赤色も同時に観測され、微小な凹凸の形状を正確に観測することができる。なお、検査対象物５０が傾いている場合は、緑色を挟んだ青色と赤色部分が均等に映るようにカメラ６０又は検査対象物５０の少なくとも一方の位置を調整することにより、検査対象物５０を水平に調整することができる。

検査対象物５０の別の部位の表面５１を検査するときは、波面変調素子９０内で白色ＬＥＤ光源１０からの光を通過させる孔形状９２の位置を変更してもよく、又は、検査対象物５０を移動して、上記の操作を繰り返して行っても良い。

さらに、中心部の孔形状９２が緑色になるように、検査対象物５０の角度を調整した後、光源ユニット７０内の波面変調素子９０を白色ＬＥＤ１０とホログラフィック回折光学素子２０の間から外すと、白色ＬＥＤ１０からの放射光は、ホログラフィック回折光学素子２０の全域に照射され、ホログラフィック回折光学素子２０からの検査対象物５０への照射光３０の領域も増加するので、多くの領域を観測することができる。この時、カメラ６０においては、検査対象物５０の表面５１の検査範囲中心にピントが合っているので、カメラ６０のレンズ６３の範囲内の全域で検査対象物５０の表面５１の凹凸を検査することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図６と図７に基づいて説明する。本発明の第２の実施形態と上記の第１の実施形態の相違点は、本第２の実施形態においては、波面変調素子９０として、波面変調素子９０から放射される波面変調後の放射光９１が、青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの光であり、青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒがこの順で隣り合ったライン形状９３（図７）である透過型のカラー液晶を用いた点にある。青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒのラインの幅は、それぞれ０．５ｍｍである。なお、この値には限定されない。

上記の第１の実施形態と同様に、白色ＬＥＤ光源１０から放射された光は、波面変調素子９０に照射され、波面変調素子９０によって、青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの光を透過し、このライン形状９３の透過光が波面変調素子９０から放射され、ホログラフィック回折光学素子２０に照射される。

ホログラフィック回折光学素子２０は、波面変調素子９０からの放射光９１を受け、青色光３１ａ、緑色光３２ａ、赤色光３３ａは所定の角度で回折され、各色が平行光となったライン形状９３の照射光３０として検査対象物５０に照射される。なお、図６では、説明のため、ホログラフィック回折光学素子２０から放射されるライン形状９３の青色、緑色、赤色領域の１点から放射される、青色３１ａ、緑色３２ａ、赤色３３ａの光を示した。

光源ユニット７０から放射された照射光３０は、検査対象物５０で反射される（３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）。この時、上記の第１の実施形態と同様に、検査対象物５０の位置によって、モニター６２に映し出されるライン形状９３の位置やパターンは、カメラ６０のレンズ６３の向きや検査対象物５０の傾き等を反映する。

次に、カメラ６０をカメラ６０のレンズ６３の主点６５を中心に回転させ、ライン形状９３の緑色が画面のモニター６２の中央部にくるように調整することにより、カメラ６０において、検査対象物５０の検査範囲中心の表面５１にピントを合わせることができる。なお、この調整は、検査対象物５０を回転させてもよく、検査対象物５０とカメラ６０を同時に動かしてもよい。次に、ライン形状９３の緑色を円の中心部に移動させる。

その結果、検査対象物５０の表面５１の微小な凹凸の存在有無、存在する場合の形状を正確に観測することができる。なお、検査対象物５０が傾いている場合は、モニター６２のライン形状９３にムラを生ずるので、ライン形状９３が画面の上下で均等になるように角度を調整することにより、検査対象物５０を水平に調整することができる。

検査対象物５０の別の部位の表面外観を検査するときは、波面変調素子９０内で白色ＬＥＤ光源１０からの光を通過させるライン形状９３の位置を変更してもよく、又は、検査対象物５０を移動して、上記の操作を繰り返して行っても良い。

次に、本発明の第３の実施形態について、図８と図９に基づいて説明する。本発明の第３の実施形態と上記の第１の実施形態の相違点は、本第３の実施形態においては、波面変調素子９０として、反射型の波面変調素子９０であるＬＣＯＳを用いたこと、波面変調素子９０から放射される波面変調後の放射光９１が、青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの可変ストライプパターン９４であることにある。可変ストライプパターン９４は、図９の（ａ）から（ｄ）に示すように、隣り合う１組の青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒのストライプパターン９８において、時間の経過とともに、それぞれ２分の１に変化するものを用いた。なお、時間経過における変化はこれには限定されない。

白色ＬＥＤ光源１０から放射された光を、第１レンズ９５で絞り、ハーフミラー９６により光路を変更させ、波面変調素子９０に導く。そして、波面変調素子９０から放射される青色、緑色、赤色のストライプパターン９８は、ハーフミラー９６により再度光路を変更され、第２レンズ９７により調整されてホログラフィック回折光学素子２０に放射される（放射光９１）。なお、第１レンズ９５と第２レンズ９７については、共に、又は片方を挿入しなくてもよい。又、ハーフミラー９６は他の反射鏡等を用いて光路を変更させてもよい。

ホログラフィック回折光学素子２０は、波面変調素子９０からの放射光９１を受け、青色光３１ａ、緑色光３２ａ、赤色光３３ａの各色は、所定の角度で回折され、各色が平行光となったストライプパターン９８の照射光３０として検査対象物５０に照射される。なお、図８では説明のため、ホログラフィック回折光学素子２０から放射されるストライプパターン９８の青色、緑色、赤色領域の１点から放射される青色３１ａ、緑色３２ａ、赤色３３ａの光を示した。

光源ユニット７０から放射された照射光３０は、検査対象物５０で反射される（３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）。この時、上記の第１の実施形態と同様に、モニター６２に映し出されるストライプパターン９８の位置やパターンは、カメラ６０のレンズ６３の向きや検査対象物５０の傾き等を反映する。

次に、カメラ６０をカメラ６０のレンズ６３の主点６５を中心に回転させ、ストライプパターン９８の緑色が画面のモニター６２の中央部にくるように調整することにより、カメラ６０において、検査対象物５０の検査範囲中心の表面５１にピントを合わせることができる。なお、検査対象物５０を回転させてもよく、検査対象物５０とカメラ６０を同時に動かしてもよい。次に、可変ストライプパターン９４の緑色を円の中心部に移動させる。

検査対象物５０が傾いている場合は、モニター６２のライン形状９３にムラを生じているので、可変ストライプパターン９４が画面の上下で均等になるように角度を調整する。

そして、図９（ａ）から（ｄ）に示すように、可変ストライプパターン９４によって、青色、緑色、赤色の隣り合ったストライプパターン９８の幅を時間の経過とともに、２分の１になることを繰り返す。又、ストライプパターン９８の変化に基づく撮像を、事前に測定したキャリブレーション情報と比較する。

その結果、検査対象物５０の表面５１に微小な凹凸が存在する場合は、その２次元的な存在と形状のみならず、高さ方向を含めた３次元の立体形状として正確に捉えることができる。

検査対象物５０の別の部位の表面外観を検査するときは、波面変調素子９０内でホログラフィック回折光学素子２０に照射する可変ストライプパターン９４の位置を変更してもよく、又は、検査対象物５０を移動して、上記の操作を繰り返して行っても良い。

１０白色ＬＥＤ光源
２０ホログラフィック回折光学素子
３０照射光
４０反射光
５０検査対象物
５１表面
５２凸部
６０カメラ
６２モニター
６３レンズ
６４撮像部
６５主点
７０光学ユニット
８０制御部
９０波面変調素子
９１放射光
９２孔形状
９３ライン形状
９４可変ストライプパターン
９８スタライプパターン

Claims

光源から放射された光を透過型の可変スリット又は液晶、反射型のＳＬＭ（Spatial Light Modulator）、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror）又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）から選択される波面変調素子に照射し、
該波面変調素子によって位相、又は振幅が変調された光を、ホログラフィック回折光学素子に照射し、
該ホログラフィック回折光学素子によって、複数の色毎に所定の角度で、且つ色毎に平行光に変換された光を検査対象物に照射し、
該検査対象物の表面からの反射光を検出部で検出し、
該反射光における前記検査対象物の表面の凹凸の部分と、該凹凸以外の表面との色の変化によって検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。
前記波面変調素子から放射された波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光を含む孔形状である請求項１に記載の検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。
前記波面変調素子から放射された波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光からなるライン形状である請求項１に記載の検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。
前記波面変調素子から放射される波面変調後の光は、青色、緑色、赤色の光からなる可変ストライプパターンである請求項１に記載の検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。
前記光源は、白色光を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）である請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。
前記検出部は、カメラであり、
前記反射光が、前記カメラにおける撮像部において中央部にくるように、前記カメラ又は前記検査対象物の少なくとも一方の位置を調整して行う請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。
前記カメラ又は前記検査対象物の位置の調整は、前記反射光の内の緑色について行う請求項６に記載の検査対象物の表面の凹凸を検査する方法。