JPH038483B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光源の光強度がビームの断面上で場
所により変り、また時間的にも変動するにもかか
わらず、実質的に一様な光の強度をもつ照明領域
を作り出すことによる、一般的には光学的検査シ
ステム、特に言えば対象物の表面と光ビームを横
切る１つの寸法を光学的に検査するシステムに関
する。

（発明の背景） ある種の製造された検査対象物では、その対象
物が予め定められた基準に合致しているか否か
を、その対象物に接触することなく検査すること
が有利である。例えば燃料棒につめられる核燃料
ペレツトでは、研削の後に表面の欠陥の有無、規
定寸法に合致しているか否か、またその他燃料棒
の中でのペレツトの性能に悪影響を及ぼすような
異常状態の有無について検査を行わねばならな
い。その円筒形のペレツトとの接触を避けるため
光学的検査が、望むらくは全プロセスが自動化さ
れたシステムによつて行われる。問題の対象物の
円筒面を検査するために１つの光ビームがその表
面に投射され、その表面から反射されて来る光を
検出するため感光素子が利用される。この感光素
子はそれに入射する反射光の量を表示する出力信
号を出す。これらの出力信号に変化があればそれ
は対象物の表面の状況の変化に対応しているもの
と見做される。このような装置が適正に機能する
ための１つの要求は反射光の強度の変化が対象物
の表面状態のみによつて起り、対象物を照らす光
の強度の変化によつて起るものでないということ
である。普通にこの目的のために用いられる光源
は一般にこの要求を満していない。それは、用い
られる光の強度分布が屡々ビームの断面上におい
て変化し、また時間によつて変化する故である。

この種の光学的検査技術に関係するさらに１つ
の問題は、検査対象物の反射特性の変化に起因す
る反射光強度の変化にある。すなわち、輝くよう
な（すなわち鏡面の）滑らかな表面で反射された
光ビームはその表面上の反射位置を離れてから実
質的に１つの方向に進む。不規則な方向の光の散
乱が比較的に少い故、通常は鏡面反射光といわれ
るが、その反射光の大部分が感光素子に到達す
る。しかし、鈍い（すなわち乱反射性の）滑らか
な表面で反射された光ビームでは不規則な方向へ
の光の散乱が起り、乱反射光といわれるが、その
反射光の比較的少い部分しか感光素子に到達しな
い。滑らかではなく粗いというべき表面、すなわ
ちクラツクとはピツトを含む表面で光ビームが反
射されるときは大部分が不規則な方向反射され、
その反射は鏡面反射である場合もあり乱反射であ
る場合もある。この場合、反射位置はもはや表面
上にあるのではなく、クラツクやピツトの壁とは
底にある。これらの反射位置は不規則に存在し、
それ故光が不規則な方向に反射される。かくして
この場合は鈍い表面の場合よりさらに少い分量の
反射光しか感光素子に向わない。検査装置が適正
に作動するためには以上述べた反射の種類の違い
を判別することが可能でなければならない。さら
に、対象物が視野の中を進行するに従つて検査さ
れる表面の部分が移る変る故、その判別は連続的
に可能でなければならない。

ここで問題にしている種類の光学的検査装置に
おける要求としてさらにあるのは光を有効に利用
することである。普通に用いられる光源には白熱
型と位相秩序ある型の２種があり、共に比較的強
度の低いものである。高強度の白熱型光源はある
が、それらは熱の発生が大きく検査装置において
は望ましくない。他方、高強度の位相秩序ある型
の光源は問題にならない程高価である。したがつ
て、実際上低強度の光源を用いなければならない
以上、反射された、あるいは伝達された光を効果
的に集め、これを感光素子に向けることにより光
の損失を避けねばならない。さらに、感光素子に
よつて監視される領域だけが照明されるよう光ビ
ームを適切に集束させなければならない。感光素
子が直線的に配列されているなら照明領域も直線
的でなければならない。

（本発明の目的） 本発明の第１の目的は、以上述べた既存技術に
よる装置における欠点をなくして対象物の表面お
よびその他の特性を光学的に検査する装置を提供
することにある。

本発明の他の１つの目的は、検査すべき対象物
の上の照明領域に投射される光がその照明領域全
体を通じて実質的に均一な強度をもつような、新
しい改良された光学的検査装置を提供することに
ある。

本発明のさらなる目的は、空間的に一様でない
光源を用いてさえも照明領域において実質的に一
様な光の強度分布が得られるような、新しい改良
された光学的検査装置を提供することにある。

本発明のさらに１つの目的は、光の強度分布が
時間的に変動するような光源を用いてさえも照明
領域において実質的に一様な光の強度分布が得ら
れるような、新しい改良された光学的検査装置を
提供することにある。

本発明のさらに目的とするところは、引伸ばさ
れた大きな長さ／巾の比をもつ照明領域全体を通
じて実質的に一様な光の強度分布が得られるよう
な、新しい改良された光学的検査装置を提供する
ことにある。

本発明のなおまた目的とするところは、反射光
が平滑な表面、鈍い表面、粗い表面のいずれから
来たものかを判別することができるような、新し
い改良された光学的検査装置を提供することにあ
る。

本発明のなおまた１つの目的は、検査される対
象物で反射される光を最高度に捕捉するような、
新しい改良された光学的検査装置を提供すること
にある。

本発明のなおまた１つの目的は、検査対象物の
横断面の高さのような１つの寸法を測定しうるよ
うな、新しい改良された光学的検査装置を提供す
ることにある。

本発明の前記の、またその他の目的、並びにそ
れらの特色や利点について以下図面を用いて説明
する。

（発明の概要） 本発明による光学的検査は、発生する光の強度
が空間的に一様でなくまたその強度分布が時間的
に変動するような第１の照明装置を用いて先づは
行いうる。光は１つのレンズによつて、その強度
最大の部分が分散するよう、第１の発散方向に発
散される。１つの視準レンズが発散の度合を減じ
実質的に平行な光線で成る光ビームを作る。その
光ビームは次に発散方向に直角な方向に集束さ
れ、引伸ばされた形の第１の照明領域を作り、そ
の照明領域では、空間的に一様でない第１の照明
装置によつて作られたものではあるが、実質的に
一様な光の強度分布が得られる。なお、強度分布
の時間的変化の影響は１つの強度分布から他の強
度分布への移行ということになるが、上記のレン
ズ系によつて各々異つた強度分布が空間的に一様
な分布に変換される故、第１の照明装置における
時間的変化は、それぞれが空間的に一様な分布の
間での移り変りを生ずるに過ぎず、実害を生ずる
ものでない。かくして第１の照明領域における入
射光強度は実質的に時間的にも空間的にも一様と
なる。

この第１の照明領域にある対象物は光を反射さ
せて感光素子の方へ向わせる。感光素子の各々は
その応答として、対象物の表面の、各々の感光素
子のきまつた位置に対応する位置における表面状
態を示す出方信号を発する。かくして対象物の表
面状態のマツプが作られうる。

本発明ではなお、第１の照明装置と同様でない
特性をもつてよいような第２の照明装置が用いら
れる。光はレンズによつて発散され、視準されて
空間的にも時間的にも実質的に一様な強度をもつ
第２の照明領域を作る。この第２の照明領域にあ
る対象物が光を遮断、つまり掩蔽する。掩蔽され
なかつた光の部分が第２の感光素子配列体によつ
て検知され、その出力信号は掩蔽された領域の大
きさと位置を示す。かくして検査対象物の横断面
の寸法、たとえば高さ、が測定される。

本発明では、一方または両方の照明領域に対し
て、そこからの光を一方または両方の感光素子配
列体の上に集めるための口径が大で平らな像面を
もつい（flat field）リレーレンズを利用するこ
とによつて測定の精度を明らかに向上させてい
る。

（発明の詳細） ここで図面による説明に入る。第１図は本発明
の主題である装置の表面の検査に関する部分の推
奨される実施例を示す。

図示のような、望むらくはマルチモードのレー
ザー光源を用いる第１の照明装置３は第１の光ビ
ーム６を矢印９で示す伝播方向に発する。

ここで伝播方向というのは、図示のように光ビ
ーム６のどの区間内についてもその進行方向をさ
す。つまり図示のように光ビームは鏡、プリズム
または同様のもので進路を変えられているが、そ
の方向が何れを向いても第１図では一貫して番号
６をもつてこの光ビームを示している。

光ビーム６の伝播方向は反射装置例えば鏡１２
で90゜変えられる。光ビーム６は進路を変えられ
てから図示する実施例ではプリズム１５で成つて
いる第２の反射装置に至る。光ビーム６はプリズ
ム１５により進路を90゜変えられ、矢印９の方向
と平行に進みレンズ１８の形をとる第１の発散装
置の突き当る。レンズ１８は光ビーム６を屈折さ
せることにより、これを長方形２１で示す第１の
発散平面（以下、発散面と記す）内で発散させ
る。図示のようにこの面は矢印９で示す伝播方向
に平行でそして第１図の紙面に揃つている。光ビ
ーム６が鏡３１に突き当る部分を模式的に線２４
で示すが、このようにここにおいては光ビームの
巾が拡がつている。鏡３１はこの発散しつつある
光ビームの方向を変え、レンズ３３の形をとる第
１の視準装置に向ける。レンズ３３は光ビーム６
を屈折させることにより発散の度合を減少させ、
その光ビームのすべての構成部分がほぼ平行に進
むようにする。このことは光ビーム６がレンズ３
３および３６を横切る部分を模式的にそれぞれ示
した線２７および２９によつて了解される。

レンズ３６は光ビーム６を屈折させることによ
りその光ビームのすべての部分を長方形３９で模
式的に示す面に平行な方向で集束させる。長方形
３９はこの区間での光ビームの伝播方向に平行で
そして長方形２１で示した発散面に垂直である。
長方形２１および３９は、これら２つの長方形が
意味する基準方向をより明らかに示すために第１
図の中の２個所に画いている。レンズ３６を出た
比較的扁平化された光ビーム６が長方形２１の面
に平行、すなわち図の紙面にほゞ平行であること
が了解されよう。レンズ３６はなお、引伸ばされ
大きな長さ／巾の比をもつ第１の照明領域４８を
形成するように光ビーム６を方向づけまた集束す
る。この照明領域はそれに比して大きな視野の１
部を占めるが、その詳細を第４図に示す。

光ビーム６は前記のような望むらくはマルチモ
ードのレーザー３で発せられるものとする。この
種のレーザーは安価な割に大きな出力が得られ、
同様の価格で入手できる他のものに比して断面上
の強度分布が一様であるため利用される。その瞬
時おける強度分布を光ビーム６の断面で示したの
が第２図である。マルチモードのレーザー光源の
故、この図に示す分布は時間的に変りうるもので
ある。第２図で強度最高の範囲を模式的に円１１
５で、より強度の低い範囲を円１１８で示す。光
の強度は円１１５，１１８の間でなだらかに変化
している。

前述のようにレンズ１８が光ビームを拡げ、そ
の結果第３図に示すように光の強度最高の各々の
点は照明領域４８の水平方向長さすなわち点１２
１と１２２の間ではより一様に分布することにな
る。レンズ３６は照明領域を垂直の方向に、すな
わち断面図での高さを減ずるように集束させる。
それは第３図と第４図の対比で明らかであろう。
その結果照明領域は大きな長さ／巾の比をもつこ
とになる。

領域４８の光の強度分布をさらに第５図に示
す。第５図点１２１および１２２は第３図および
第４図における１２１，１２２に対応している。
図に示すように光の強度は全体を通じて比較的に
一様である。例えばマルチモードの場合に起りう
るレーザー光源３における強度分布の時間的変動
は、照明領域４８の上に集束する光ビームの強度
分布には僅かの変動をもたらすに過ぎない。それ
は、レーザー光の強度分布の変化は第５図におい
て１２３で示すような最高強度の点を破線で示す
１２４の位置に移すようなものであるという事実
に主としてよつている。１２１から１２２の間の
全体において支配的な強度レベルは破線１２５の
ようであり、最高強度１２３あるいは１２４は１
２６で示す僅かの強度の増分を付加されているに
過ぎないので、最高強度の点１２３が移動しても
ベースライン１２５で示される支配的強度レベル
にさほど変化が起るものでない。

第１図に示す本発明の推奨される実施例におい
ては、レンズ３６は第１の照明領域を、円筒形の
ペレツト５３，５４，５５および５７を含むもの
として示されている連続体５１に与えている。こ
の連続体は通常もつと多くの数のペレツトを含む
が、ここに示されているだけで説明上は適当であ
る。ペレツトの連続体は１対の回転するローラー
５６および５９で支持されている。検査を実施す
るときは、図示していない押出し装置が矢印６２
で示される方向にペレツトの連続体５１を前進さ
せる。ローラー５６および５９の回転運動がペレ
ツトの連続体５１に伝わり、押出し装置による直
線運動と組合わされ、このペレツトの連続体はそ
の軸線の廻りを螺旋状に動くことになる。その結
果照明領域４８は、ペレツトの連続体５１が回転
しつつ矢印６２の方向に進むにつれて、その表面
を螺旋状の径路に沿つて移行して行く。ペレツト
の連続体の表面の照明領域から反射された光はレ
ンズ６５で集光され、直線的に配列された感光素
子の形をとる光検出装置６８の上に集束される。
感光素子の各々は照明領域４８の対応する細分領
域から来る反射光を受け、各々の素子が作り出す
出力信号の大きさはその瞬間に素子に到達してい
る光の量に対応することになる。

配列された感光素子６８の上に来る光は領域４
８に入つた連続体５１のうちの１つのペレツトの
表面の特性に関する情報を含んでいる。以降の説
明においては、光ビーム６は集束するものではあ
るがすべてが平行な方向に進む多数の入射光線か
ら成るものとして扱われる。

第６図ではペレツト５３の上に光線７４ａが入
射している。ペレツト５３ａが輝くような表面を
もつとき、入射光線７４ａは図示のように鏡面の
反射をする。第６図で、７５ａで示す反射光線は
基準線８０ａに対して角度７７ａをなして進む。
基準線８０ａはペレツトの表面の法線すなわち第
６図で８３ａで示す反射位置におけるペレツト表
面の切線に垂直な線である。

第７図は第６図と対照されるもので、ペレツト
５３ｂが鈍い表面をもつ場合を示す。ペレツト５
３ｂでは、入射光線７４ｂは前記の７４ａと同じ
であるが角度７７ｂで反射する光は少くなつてお
りその他の光は８６ｂで示すように不規則な方向
に乱反射されている。

第８図はペレツト５３ｃが粗い表面をもつ場合
を示す。誇張して８４の形で示しているが、ペレ
ツトの表面にピツトがある。入射光線７５ｃは不
規則な反射位置８３ｃで反射光線７５ｃを作る。
この場合、入射光ビームを構成する各々の光線に
対して別々に不規則に反射位置が存在し、それら
の反射位置はピツト８４の中のどこにでもありう
る。したがつて、反射角７７ｃも種々の大きさと
なる。すなわちそれは７７ａまたは７７ｂと比べ
小さくも、大きくも、また同じにもなりうる。そ
れ故に入射光線７４ｃは数多の不規則な方向に反
射されることになる。かくして、鈍い表面からの
反射光線７５ｂのパターンとピツトのある表面か
らの反射光線７５ｃのパターンは一見類似であり
うる。これら両者を第８図で95の破線だ囲まれた
部分に模式的に示している。第８図に示すよう
に、ピツトのある部分では円筒面が欠損している
から、この場合、反射位置は第６図、第７図の場
合のように理想的円筒面９５の上にはない。

第１図における第１の照明装置は前述のマルチ
モードのレーザー３のほかにマルチモードのレー
ザー２２７をもつている。これら２つのレーザー
は交互にまたは同時に使われる。交互に使うとい
うことは１つのレーザーを故障が起るまで使い、
そのとき他方に切替えるということで、保守点検
の間の期間を長くできる。同時に２つを使うなら
ば１つのレーザーでは不可能な強度の高い第１の
照明領域を作ることができる。

第２のレーザー２２７は第１のレーザーと対称
の位置におかれる。すなわち、このレーザーは光
ビーム２２８を矢印２３０で示す伝播方向に発す
る。鏡２３３のような反射装置によつて光ビーム
は反射されプリズム２３６のような第２の反射装
置へ向う。ここから光ビームは光を発散させる第
１の発散装置に至り、これにより面２１に平行な
方向で扇形に拡げられる。鏡３１は光ビーム２２
８を破線２３８で示す点において反射させ、レン
ズ３３で成る前述の視準位置の向わせる。光ビー
ム２２８はレンズ３３を実線３３ｂで示す点にお
いて横切る。レンズ３３は光ビームの発散の度合
を減ずる。その結果光ビームのすべてが互に平行
な方向に進む。

光ビーム２２８はレンズ３３を出てからレンズ
３６を実線３６ｂで示す箇所で横切る。レンズ３
６は光ビーム２２８のすべての部分を面２１に平
行で光ビーム２２８の伝播方向と発散方向の両方
に対して垂直な方向に集束させる。したがつて光
ビーム２２８は伝播方向のの垂直な１方向に発散
させられ、発散の方向と伝播方向の両方に対して
垂直な方向に集束され、その結果引伸ばされた大
きな長さ／巾の比をもつ照明領域を作る。この光
ビーム２２８によつて作られる照明領域は光ビー
ム６で作られる照明領域と一致し、前述の、その
詳細を第３図に示す実質的に一様な光の強度分布
をもつ第１の照明領域４８ができる。

本発明の推奨される実施例では光学系６５は口
径が大で平らな像面をもつ（flat field）リレー
レンズとして働くレンズ系で成る。このようなレ
ンズで、８３ｂのような点から反射される光の大
部分を、それが輝くような面からのように実質的
に１つの方向に反射されたものか、あるいは鈍い
表面からのように多くの不規則な方向に反射され
たものかには関係なく、集めることができる。こ
の集光の様子を模式的に第９図の断面図に示す
が、ここでは第７図および第８図の関係部分をと
り出し重ね合わせて示している。レンズ要素１０
１を含むレンズ系６５は光線７５ｂおよび７５ｃ
を集め、焦点面１０４の上に集束させる。表面９
５上の反射位置８３ｂから反射された光線７５ｂ
は焦点面１０４の中にある感光素子の配列体６８
に集束されている。これに反し、ピツトの底にあ
る反射位置８３ｃから反射された光線７５ｃは点
１０７に集束される。この点１０７は同様に焦点
面上にはあるが、素子の配列体６８からは離れて
いる。かくして、レンズ系６５によつて、理想的
表面９５からずれた位置にある反射位置から反射
された場合の７５ｃのような不規則な方向をもつ
光と、表面９５上の点から反射された場合の７５
ｂのような不規則な方向もをつ光とを判別するこ
とができる。点１０７と素子配列体６８との間の
距離は反射位置８３ｃが表面９５からずれている
分量を示している。したがつて配列された感光素
子６８で作られる出力信号はペレツト５３の表面
が、表面９５のような予めきめられた形状にどの
程度合致しているかを示すことになる。

レンズ６５によつて集められる光の量が、光を
反射したペレツトが第６図のように輝くようであ
るか、第７図のように鈍いかにはさほど影響され
ないということは明らなであろう。いずれの場合
もこれらの反射光は反射角が一般に７７ｂおよび
７７ｃで示されたようであり、レンズ要素１０１
の周縁１１０の内側に当ることとなる。そしてそ
れらの光は反射位置８３ｃの表面９５からのずれ
の度合に関係するが、大体において正確に感光素
子の配列部６８の上に集束される。かくして、
個々の細分領域から出て個々の感光素子の上に集
束される光の量は散乱の度合、したがつてペレツ
トの表面の反射性にさほど影響されない。

本発明の推奨される実施例においては感光素子
の配列体６８は1024個の素子から成つている。そ
の各々の素子が入射光ビームにより照明された領
域の小部分（細分領域）を“監視”することとな
る。感光素子において作られた出力信号はデータ
処理装置（図示していない）に入力され、そこ
で、ペレツトの表面が前述のように螺旋状に走査
される従つてペレツト表面の特性のマツプが作製
される。このようなマツプを作ることにより、互
に離れて存在するピツトを発見できるのみでな
く、出力信号が表面において連続したクラツクの
存在を示しているかどうかを判定することも可能
となる。出力信号の処理によつて、ペレツト表面
の欠損部分の量を、例えば全表面積に対する割合
で算出することも可能である。これは、個々のペ
レツトの検査における合格基準を示す数値として
有用である。

第１図、第３図および第４図で照合番号４８で
示す前述の第１の照明領域にほかに、視野の中に
は第２の照明領域が含まれており、第１０図にそ
れが示されている。第１０図ではなお、第２の光
ビーム１３１を発するマルチモードのレーザー光
源１３０が示されている。この光ビームの最初の
伝播方向は矢印１３２で示されており、その光の
強度分布は第２図に示すものと同様と考えられれ
ばよい。鏡１３３および１３６のような反射装置
が光ビームを方向変換させ、レンズ１３９の形を
とる発散装置に向ける。このレンズは光ビーム１
３１を屈折させることによりレンズ１３９で伝播
方向に平行な面内で発散させる。その面は模式的
に長方形１４で示されている。レンズ１５０の形
をとる第２の視準装置が発散の度合を減じ、断面
の寸法が一定で平行に進む光ビームを作る。

鏡１５３の形をとる反射装置がさらにあり、こ
れが光を反射させ、まとめて番号１５６で示す同
様に大きな長さ／巾の比をもつ第２の照明領域に
向ける。第２の照明領域に向う光の強度分布は第
３図のそれに似ている。

第１０図の中で示す円筒形ペレツトのような検
査すべき対象物が光ビーム１３１の１部を掩蔽つ
まり遮断する。光が掩蔽された部分を図で１５７
で示すが、それは１対をなす通過した光の部分１
５９および１６２の間にある。それら光ビーム１
３１の通過した部分は鏡１６５に当り、そこで方
向変換され第２の光学系１６８に向う、本発明の
推奨される実施例ではこの光学系は多くのレンズ
要素をもつレンズ系で成る。ローラー５６および
５９の各々には、光ビーム１３１の下方の部分す
なわち１６２の部分が、ペレツトの下方において
遮られることなく通過しうるようスリツト１７１
が設けられている。

レンズ系１６８は前記のレンズ系６５の場合と
同様に口径が大で平らな像面をもつ（flat field）
リレーレンズである。このレンズ系は、第１１図
の紙面に垂直で図上２２１および２２１Ａの点を
通る中心線に表わしている面に対して焦点合わせ
してある。かくすることにより、この近辺で散乱
し感光素子の配列体１７４に作られる光の掩蔽さ
れた部分１７７のイメージを漠然とさせるであろ
うような光を捕捉する効果が得られる。このレン
ズ系は光ビーム１３１の部分である１５９および
１６２を検出器１７４の上に集束させる。本発明
の推奨される実施例では検出器１７４は1024個の
感光素子を直線的に配列したもので成つている。
各々の素子は照明領域１５６の細分領域に対応し
ている。照明領域１５６から配列された感光素子
１７４に達した光は光ビームを横切つて置かれ光
を遮つた対象物の寸法に関する情報を伝える。ペ
レツト５３の場合、光ビームの部分１５９および
１６２の間の距離が照明領域１５６におけるペレ
ツト直径を示す。この距離は番号１７７で示して
おり、感光素子の上の光が当らない領域１８０で
現に見られる。データ処理装置（図に示していな
い）を用いて感光素子の配列体１７４で作られた
出力信号を処理し自動的にペレツト直径を算出す
ることもできる。さらに、ペレツト５３が完全な
円筒形という標準に合致しているか否かに関する
情報はペレツト５３がその軸の廻りに回転する間
の直径の変化を測定することにより得られる。直
径が実質的に一定となれば真円度がよいこと、す
なわち標準に合致していることとなる。

第１１図は第１０図の１部を模式的に断面図で
示し、さらにペレツトの真円度測定の装置と手順
を示す。ローラー５６および５９にはスリツト１
７１があるが、それはローラー表面１８３とシヤ
フト表面１８６の間のスペースを占めている。ロ
ーラー５６および５９はそれぞれ点１８９および
１９２でペレツト５３を支えるように配置されて
いる。ナイフエツジ２０４のような基準マーカー
が置かれ、基準点２０７がきまる。ペレツト５３
は矢印２２２の方向に回転するものとする。光ビ
ーム１３１はその上端縁２０８と下端縁２０９に
よつて確定される。この光ビームは模式的に図示
した照明領域１５６の方へと矢印２４０の方向に
進む。前述のように、ローラー５６および５９
は、照明領域１５６の近傍で光ビーム１３１の全
体の高さを通しうるよう、それぞれコア部１５７
ならびに１８６まで切欠かれている。ペレツト５
３は光ビーム１３１の１部を掩蔽し、通過した光
ビームの部分１５９および１６２の間にある掩蔽
された部分の光ビームを横切る方向の寸法１７７
はその上端縁２１４、下端縁２１５により確定さ
れる。ナイフエツジ２０４は光ビーム１３１の１
部をその下端縁２０９付近において掩蔽し、通過
した光ビーム部分１６２の新しい下端縁２１３が
確定する。

通過した光ビーム部分１５９および１６２はレ
ンズ系１６８の光学的働きを受けて配列された感
光素子１７４の上に当る。前述のように、これら
の感光素子で作られた出力信号は光ビームを横切
つた距離１７７を確定するための情報を含んでい
る。同様に縁２１３および２１４できまる距離２
１８がこの方式で確定できる。ペレツト５３が矢
印２２２の方向に回転するときにこれら２つの距
離に変化が見られるなら、それはペレツトの真円
度が基準から外れていることを示す。

本発明の推奨される実施例においては各々のペ
レツトの両端は望むらくは面取りされる。第１２
図にそれを示すが、そこでは面取りした後の面２
２５および２２６をもつペレツト５４の側面図が
示されている、図に示されているようにこの面取
りによつてペレツト５４とこれに隣接する遊びの
ペレツト５３および５５との境界が明瞭になる。
第１１図についての説明から明らかなように、光
ビームを横切る寸法１７７は、面取りされたペレ
ツトの部分が照明領域１５６に入つたときに小さ
くなる。このことが、ペレツトの連続体が第１１
図の紙面に直角な方向に動いて行き、面取りによ
る直径の減少部が視野の中に入るとき起る。その
変化は感光素子の配列体１７４において光を受け
る素子が増加することでその出力信号によつて検
出される。この信号の変化はペレツトの始点（ま
たは終点）を示すため使われるし、またそれ故照
明領域１５６を通過するペレツトの計数および、
もしペレツトの直線進行速度が既知であればペレ
ツトの長さの測定に用いられうる。

第１図および第１０図における光の径路の長さ
は用いられている種々のレンズの光学的特性から
決つたもので、またこれらレンズは希望する光学
的効果に見合うよう選定されたものであることは
言うまでもない。各々の光の径路を比較的小さい
大きさの空間の中に収めるため光ビームの方向を
変換する種々の鏡やプリズムが用いられている。
かくして光源とそれに対応する照明領域との間の
実際の距離は方向変換を伴つての光ビームの長さ
より相当に短かくなり、この装置を比較的小さな
囲いの中に設置することができる。

ここに公開した発明においては、空間的に一様
でなく、一般には時間的にも変動する光源を用い
ているにもかかわらず、光の強度分布が実質的に
一様な第１および第２の照明領域が作られてい
る。かくしてマルチモードのレーザーのような価
格の安い光源の使用が可能になつている。光ビー
ムはそれぞれ第１および第２の照明領域に投射さ
れ、これらの領域で表面の特性を検査すべき対象
物は光を反射し、寸法の正確さを検査すべき対象
物は光ビームの１部分を掩蔽する。感光素子配列
体に向う光の大部分を集めるレンズを使用するこ
とにより光の損失が最小となり、より安価な強度
の低い光源の使用が可能となる。これらのレンズ
は感光素子の配列体の上に光を集束させ、これら
感光素子は前記の表面の特性および寸法的特性を
表わす出力信号を作る。

本発明の推奨される実施例をここに公開した
が、別の要求に対して本発明を適合させる変形が
可能である。例えば、レーザー光源を用いること
を公開したが、位相秩序ある光の使用が必要でな
く熱の発生が許容される場合であれば、白熱型光
源の使用も可能である。同様に鏡およびプリズム
を使用しての光ビームの方向変換のやり方も場合
に応じて変えられよう。もし、おきまりの良さが
重要でなく、実質的に直線の光路が収まりうるな
らば、鏡やプリズムは全然用いなくてよい。

検出器として感光素子の配列体を用いることを
公開したが、テレビカメラのような電子ビーム走
査の検出装置を用いることも明らかに可能であ
る。

前述のように、口径が大で平らな像面をもつ
（flat field）リレーレンズを用いることにより集
光の効率を高め光の正確な集束を実現できる。こ
の特徴はある種の応用分野では不必要で、別なも
つと安価なレンズ系がその代りに用いられうる。

本発明は円筒形ペレツトの検査に限定されるも
のでなく、異つた形をもつ対象物の検査や異つた
特性の検査に拡張して応用されうる。すなわち、
対象物に投射され、反射あるいは掩蔽された光ビ
ームの特質を測定する装置をここに公開したが、
本発明は光を透過する対象物の検査にも類似の方
法で適用されうる。例えば、光を遮断するのでは
なく、透明な、あるいは半透明の材料によつて光
ビームの強度を減殺させ、内容量の計測
（capacitymeasurement）が行われうる。このよ
うな場合、その材料を通して伝達される光の空間
的強度分布が標準の材料を通して伝達される光の
それと比較されることになる。

本発明の推奨される実施例を以上において公開
したが、本発明の数多の修正、変形、同等のもの
による入替が可能であり、ここに公開された特徴
のいくつかを用い、他のそのような特徴を用いな
いこともできる。このような変更のすべてはこの
分野の知識を有する人にとつては当り前のことで
あり、本発明に包含されるものである。要するに
本発明はその理念と別項の特許請求の範囲によつ
てのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は対象物を照らし表面の欠陥を検出する
ために用いる本発明の１部分の模式的見取図、第
２図は第１の照明装置だ得られる光ビームの断面
上の強度分布の模式図、第３図は第２図の光ビー
ムの発散させられた後における断面上の強度分布
の模式図、第４図は第３図の光ビームの集束され
た後における断面上の強度分布の模式図、第５図
は第４図の光ビーム断面における光強度を距離に
対してプロツトしたもの、第６図は平滑で輝くよ
うな円筒面で鏡面反射された光線を模式的に断面
図上に示したもの、第７図は平滑で鈍い円筒面で
乱反射された光線を模式的に断面図上に示したも
の、第８図は円筒面上の大いに誇張されたピツト
から反射された光線を模式的に断面図上に示した
もの、第９図は相異る２つの面で反射されレンズ
系で集束される光線を模式的に断面図上に示した
もの、第１０図は対象物を照らし、断面のイメー
ジ寸法を測定するために用いる本発明の１部分の
模式的見取図、第１１図は第２の照明領域におい
て円筒形のペレツトが２つのローラーに支持され
ているところの断面の模式図、第１２図は１つの
円筒形ペレツトが他の２つのそのようなペレツト
の端に接しているところの立面図である。 第１図−第１の照明領域関係、３：第１の照明
装置（マルチモードのレーザー）、６：第１の光
ビーム、９：第１の光ビーム伝播方向、１２：反
射装置（鏡）、１５：反射装置（プリズム）、１
８：第１の発散装置（レンズ）、２１：第１の発
散面、２４：光ビーム６が鏡３１に当る所、２
７：光ビーム６がレンズ３３に当る所、２９：光
ビーム６がレンズ３６に当る所、３１：鏡、３
３：第１の視準装置（レンズ）、３６：集束装置
（レンズ）、３９：集束面、４８：第１の照明領
域、５１：ペレツトの連続体、５３，５４，５
５，５７：ペレツト、５６，５９：支持ローラ
ー、６２：ペレツト進行方向、６５：第１の検出
用レンズ系、６８：第１の検出装置（第１の感光
素子）、第１０図、第１１図−第２の照明領域関
係、１３０：第２の照明装置（マルチモードのレ
ーザー）、１３１：第２の光ビーム、１３２：第
２の光ビーム伝播方向、１３３：反射装置（鏡）、
１３６：反射装置（鏡）、１３９：第２の発散装
置（レンズ）、１４１：第２の発散面、１５０：
第２の視準装置（レンズ）、１５３：鏡、１５
６：第２の照明領域、１５９：通過した光ビーム
（上側の）、１６２：通過した光ビーム（下側の）、
１６５：鏡、１６８：第２の検出用レンズ系、１
７１：ローラー５６，５７のスリツト、１７４：
第２の検出装置（第２の感光素子）、１７７：光
ビームの掩蔽された部分（その高さ）、１８０：
掩蔽により光が当らぬ部分（感光素子上）、１８
３：ローラー表面、１８６：ローラーシヤフト
（コア）表面（スリツト部）、１８９：支持点、１
９２：支持点、２０４：マーカー、２０７：マー
カーによる基準点、２０８：光ビームの上端、２
０９：光ビームの下端、２１３：通過した光ビー
ム１６２の下端、２１４：通過した光ビーム１５
９の下端、２１８：２１３，２１４の距離、２２
１：ペレツト上端、２２１Ａ：ペレツト下端、２
２２：ペレツト回転方向、２４０：光ビームの方
向（第１１図のみ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 視野を通つて前進しながら共通軸のまわりに
   ら旋運動をする、ほぼ円筒形で同軸に隣接する一
   連のペレツトの各々の表面、直径、円さ、面取り
   部を光学的に検査する光学的検査装置であつて、 少くとも第１、第２のレーザービーム６，２２
   ６を第１の伝ぱ方向９，２３０に投射する作用を
   する第１の照明手段３，２２７と、 前記第１の伝ぱ方向にほぼ平行な第１の発散平
   面２１内で、前記第１、第２のレーザービームを
   発散させる作用をする第１のアナモルフイツクレ
   ンズ１８と、 前記第１の発散平面内における前記レーザービ
   ームの発散量を減少させる作用をする第１の視準
   手段３３と、 前記第１の発散平面にほぼ垂直な方向に、前記
   第１、第２のレーザービームを集束させる作用を
   し、さらに、前記第１、第２のレーザービーム
   を、検査しているペレツトの表面上で大きな長さ
   対幅比をもつ細長い第１の照明領域４８に絞る作
   用をする第２のアナモルフイツクレンズ３６と、 第１の感光素子の直線配列６８と、大きな口径
   と平らな像面をもち光を前記第１の感光素子へ向
   けるリレーレンズ６５を含み、前記第１の感光素
   子の各々は、それぞれの感光素子へ反射された光
   の量を表わす出力信号を生成するように適合さ
   れ、前記第１の感光素子に入射する光は、検査さ
   れるペレツトの表面上の第１の照明領域に対応す
   る細分領域によつて反射され、前記第１の感光素
   子は、対応する細分領域内の反射位置および反射
   角がそれぞれ所定の範囲以内にある場合にのみ、
   反射光を受光するように位置決めされている第１
   の検出手段と、 第３のレーザービーム１３１を第２の伝ぱ方向
   １３２に投射する作用をする第２の照明手段１３
   ０と、 前記第２の伝ぱ方向にほぼ平行な第２の発散平
   面１４１内で、前記第３のレーザービームを発散
   させる作用をする第３のアナモルフイツクレンズ
   １３９と、 前記第２の発散平面１４１内における発散量を
   減少させ、かつ、前記一連のペレツトの各々の直
   径の全長と交差する、大きな高さ対幅比をもつ細
   長い領域である第２の照明領域１５６へ前記第３
   のレーザービーム１３１を向ける作用をする第２
   の視準手段１５０と、 前記第３のレーザービームから伝ぱされて入射
   する光量を表わす出力信号を生成するようにそれ
   ぞれの感光素子が適合されている第２の感光素子
   １７４の直線配列を含んで成り、前記検査される
   ペレツト５３が、前記第３のレーザービームの一
   部１５７を遮るように前記第２の照明手段と前記
   第２の感光素子との間の前記第２の照明領域の一
   部を占め前記第３のレーザービームの連続してい
   ない２つの部分１５９，１６２を前記第２の感光
   素子へ向けて成る第２の検出手段を有し、 第１、第２、第３のレーザービームの各々はほ
   ぼ一様な空間的な強度分布をもち、そして、 前記第１の検出手段の出力信号は検査されるペ
   レツトの表面の状態を表わし、前記第２の検出手
   段の出力信号は前記第３のレーザービームを横切
   る、前記検査されるペレツトの少なくとも直径を
   表わしていることを特徴とする光学的検査装置。