JPH0518905A - 表面うねり検査装置 - Google Patents

表面うねり検査装置

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JPH0518905A
JPH0518905A JP17514091A JP17514091A JPH0518905A JP H0518905 A JPH0518905 A JP H0518905A JP 17514091 A JP17514091 A JP 17514091A JP 17514091 A JP17514091 A JP 17514091A JP H0518905 A JPH0518905 A JP H0518905A
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Mitsuhito Kamei
光仁 亀井
Mikio Tachibana
幹夫 橘
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シート材等に発生する、緩やかなプロフィー
ル変化の微小うねりを検出できる表面うねり検査装置を
得る。 【構成】 被検査試料4を間に介してパターン化光源1
とピンホール7を持つ撮像レンズ5を対向させ、被検査
試料4を介してパターン化光源1をピンホール撮像する
ことにより、被検査試料4上を通過する光線を光学上の
主光線として特定し、試料表面上の局部的な表面うねり
欠陥の強調及び欠陥部位の特定をする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ガラス,金属シート
材,塗装表面等に発生する欠陥のうち、プロフィール変
化の緩やかなうねり状欠陥を検出する表面うねり検査装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シート材の表面欠陥の検査は、試料表面
にレーザ光を投射して反射光を受光する装置や、試料表
面を均一に照明しテレビカメラやラインセンサ等によっ
て試料表面を撮影する方式によって検査されてきた。し
かしながら、これらの装置においては欠陥の表面プロフ
ィールが緩やかになると、反射光の強度,位置変化が極
めてわずかとなり、検出が不可能であった。
【0003】一方、塗装表面の肌荒れ等の表面平坦度を
測定する装置として特開昭56−76004号公報に開
示された「平坦度測定装置」がある。図5はこの公報に
示された、従来の平坦度測定装置の構成を示す図であ
り、図において25は光源、26は格子パターン、3は
投射レンズ、4は被検査試料、27は結像された格子パ
ターン像、6は光電変換素子である。
【0004】次に動作について説明する。光源25によ
って照明された格子パターン26は投射レンズ3によっ
て投影される。この投影経路の途中に被検査試料4を挿
入した場合、投影経路は被検査試料4によって折り曲げ
られる。この時に結像した格子パターン像27上を光電
変換素子6を移動させて、格子パターン像を電気的に読
み取る。かかる構成において、被検査試料にゆがみ等の
平坦度異常が発生すると、結像されている格子パターン
像27にゆがみが発生し、パターンピッチが変化する。
これを光電変換素子6で検出し、平均的な正常ピッチと
の統計比較によって検査視野内の平坦度を演算する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の平坦度測定装置
は以上のように構成されているので、検査視野はパター
ン投射系の中の被検査試料の設置位置によって決定さ
れ、同号公開広報に示されているように、数十mm程度
となる。このために、広い面積の表面を検査する効率が
非常に悪くなる。また、この検査視野を広げるために
は、縮小投射系(同号広報のβが1以下)の場合には大
口径の投射レンズを必要とし、例えば投射距離の1/2
の位置に試料を配置して直径50cmの検査視野を実現
するには、レンズの口径が1m以上必要となり、非現実
的となる。また、拡大投射系で同じく投射距離の1/2
の位置に試料を配置して直径50cmの検査視野を実現
するには、光電変換素子6の移動走査距離がやはり1m
必要となり、システム構築上、機構系の負担が大きくな
る。また、従来の平坦度測定装置は視野内の平均的なゆ
がみを検出し局部的なゆがみの検出を目的としていない
ことから、視野内のピッチ変化を統計的に処理してお
り、大部分が正常な表面に発生する小さなうねりのよう
な局部欠陥は検出することができなかった。また、光学
的にも試料表面の局部を通過する光線を特定していない
ため、小さなうねりによって発生する光学的な異常が
大部分の正常表面からの反射光の中に埋もれてしまい検
出不可能となる可能性がある等、表面検査用としては実
用上、及び原理上多くの問題を持っていた。
【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、検査視野を自由に選択可能で、
光電素子の移動を必要とせず、さらに視野内の微小うね
りを検出できる実用的な表面うねり検査装置を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る表面うね
り検査装置は、被検査試料を間に介してパターン化光源
とピンホールを対向配置し、このピンホールを経由して
形成された上記パターン化光源像を撮像するようにした
ものである。
【0008】また、被検査試料を介してパターン化光源
に焦点を合わせる撮像レンズを上記被検査試料とピンホ
ール間に配設し、上記ピンホールを上記撮像レンズを通
過する光線の内、主光線のみを選択すべく配置したもの
である。
【0009】
【作用】この発明に係る表面うねり検査装置は、被検査
試料を介してパターン化光源をピンホール撮像する。こ
の結果、被検査試料上を通過する光線を光学上の主光線
として特定でき、光てこ効果を発生させることが可能で
あると共に、試料表面上の局部的な表面うねりに対して
も対応する光線が異常を示し、欠陥の強調及び欠陥部位
の特定が可能となる。また、この発明による検査装置
の、パターン検出には通常のCCD等のカメラ素子が利
用され、光電素子の移動は不要となる。
【0010】また、撮像レンズを設けたので、パターン
化光源が十分高輝度でなくとも、被検査試料表面反射率
が低くとも、うねりを検出することができる。また、検
査視野はパターン化光源のサイズを十分にとっておけ
ば、レンズの撮像視野として任意に設定可能である。
【0011】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1はこの発明の一実施例の表面うねり検査装置の
基本光学系を示す構成図で、同図において、1はパター
ン化光源、4は被検査試料、5は撮像レンズ、7はピン
ホール、8はカメラである。また、図2は検査条件を説
明する説明図、図3は実際の検査動作を説明する説明
図、図4は検査結果の一例の画像例を示す模式平面図で
ある。
【0012】次に動作について説明する。パターン化光
源1と撮像レンズ5は被検査試料4を間にして対向配置
し、撮像レンズ5の焦点位置は被検査試料4を経由して
パターン化光源1に合わせる。また、レンズを通過して
くる撮像光は光軸上に設置されたピンホールによって、
主光線(principal ray )のみを選択し、カメラ8にパ
ターン化光源像を形成する。このような主光線のみを選
択した撮像系においては、結像に寄与する光は対象物体
と像面を結びピンホール上で交差する直線光のみとな
る。かかる状態における光学条件は、図2のモデルによ
って解析できる。図2において、1はパターン化光源、
4は被検査試料、5は撮像レンズ、8はカメラ、9はカ
メラ素子内の一つの素子、10は素子9をパターン化光
源1側に逆投影したビームである。すなわち、光学条件
としては図2のアレイ素子内の一つの素子をパターン化
光源1側に逆投影した細い直線状のビーム10のふるま
いを考えればよく、いいかえれば、素子9が検出する情
報はビーム10の光路上の情報であり、被検査試料が正
常な場合、試料上の特定の位置の情報となる。これら素
子が集積されたカメラ8全体では、カメラ8の各素子を
各々被検査試料4に逆投影したビーム群が仮定でき、し
たがって被検査試料表面4上をもれなく検査することが
可能となる。
【0013】実際の検査動作を図3について説明する。
図3において素子9はビーム10の光路で被検査試料4
を経由してパターン化光源1上の白黒境界領域の白側に
結ばれているとする。このとき、被検査試料4上にうね
り15が発生してビーム10の照射点が傾斜すると、ビ
ーム10も傾斜して10’となる。うねりの検査能力は
このビーム10’が元のビーム10からどの程度ずれる
かに依存するが、このように検査原理をビーム状の光線
で考えられることにより光てこ効果が利用可能となる。
すなわち、パターン化光源1上のどの位置にビーム1
0’の結合点が変化するかは、うねり15の傾斜を図3
のパターン化光源1と被検査試料4間の距離Lによって
増幅することによって決定され、距離Lの設定によっ
て、適当にうねり傾斜の検出感度を増減することが可能
である。したがって適当な距離Lの設定により、ビーム
10’のパターン化光源1上の結合点は白黒境界領域の
黒側となり、結果的にはうねり15の発生によって素子
9の出力はパターン白対応の出力から黒対応の出力へと
変化する。また、この時、カメラ8の他の素子では対応
するビーム上の試料表面変化が無いことから、変化を示
さない。この結果カメラ8が出力する映像信号では、図
4の突起20に示すように、素子9対応の位置に規則的
なパターンからの変形が発生する。したがって、このよ
うな規則的なパターンからの変化を検出することによっ
てうねりの存在が検出できる。なお、上記説明で明らか
なように、この発明に係る検査装置の検査視野は、撮像
レンズ5の有効視野として決定され、この際にパターン
化光源サイズを該有効視野をカバーできるように設定す
れば、レンズの焦点距離の選択によって任意に設定可能
である。また、上記規則的なパターンからの変化を検出
する信号処理は、市販の各種画像処理技術が使用可能な
ものであり、これら信号処理技術の適用内容による各種
の検査装置実施形態は、この発明に係る特許の請求範囲
を越えるものでは無い。
【0014】この実施例に係る検査装置においては、ピ
ンホールによる主光線の選択性能が重要となる。実験的
な例としては、レンズの焦点距離を55mm,検査対象
を高さ0.5μm,裾の拡がり口径が0.5mmの微小
うねりとした時に、ピンホール径が2.5mmが検出限
界で、それ以上のピンホール径ではうねり検査は不可能
であった。また、1mm以下のピンホール径の場合外乱
光の影響も無く安定した検査が可能であった。
【0015】実施例2.上記実施例ではレンズを使用し
て撮像することを前提としていたが、パターン化光源の
輝度を上げ、0.2mmの口径のピンホールを使用する
ことによって、十分な検査分解能を保有してレンズを省
略することが可能であることが確認された。この結果よ
り、パターン化光源を十分高輝度に設定可能な場合、あ
るいは試料表面反射率が高い場合には、撮像レンズを省
略したピンホールのみによる実用的な撮像系で同様の効
果が得られる。
【0016】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば被検査
試料を間に介してパターン化光源とピンホールをを対向
させ、被検査試料を介してパターン化光源をピンホール
撮像することにより、被検査試料上を通過する光線を光
学上の主光線として特定でき、光てこ効果を発生させる
ことが可能であると共に、試料表面上の局部的な表面う
ねりに対しても対応する主光線のみが異常を示し、欠陥
の強調及び欠陥部位の特定が可能となる。また、パター
ン検出には通常のCCD等のカメラ素子が利用され、光
電素子の移動は不要となる等の実用上の効果がある。
【0017】また、被検査試料を介してパターン化光源
に焦点を合わせる撮像レンズを配設し、上記ピンホール
で上記撮像レンズを通過する光線の内、主光線のみを選
択するようにしたので、パターン化光源が十分高輝度で
なくとも、また被検査試料表面反射率が低くともうねり
を検出できる。また、検査視野はパターン化光源のサイ
ズを十分にとっておけば、レンズの撮像視野として任意
に設定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の表面うねり検査装置の基
本光学系を示す構成図である。
【図2】この発明の一実施例に係わる検査条件の説明図
である。
【図3】この発明の一実施例に係わる実際の検査動作の
説明図である。
【図4】この発明の一実施例に係わる検査結果の一例の
画像例を示す模式平面図である。
【図5】従来の平坦度検査装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 パターン化光源 4 被検査試料 5 撮像レンズ 7 ピンホール 8 カメラ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検査試料を介して一方と他方に対向し
    て配置されるパターン化光源とピンホール、及びこのピ
    ンホールを経由して形成された上記パターン化光源像を
    検出すべく配置されるカメラを備えた表面うねり検査装
    置。
  2. 【請求項2】 被検査試料を介してパターン化光源に焦
    点を合わせる撮像レンズを上記被検査試料とピンホール
    間に配設し、上記ピンホールを上記撮像レンズを通過す
    る光線の内、主光線のみを選択すべく配置した請求項1
    記載の表面うねり検査装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6784998B1 (en) 1999-04-28 2004-08-31 The Yokohama Rubber Co., Ltd. Sheet-material foreign-matter detecting method and apparatus
JP2008008746A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Univ Of Tokyo 反射像を用いた触覚センサ
JP2009216623A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 Futec Inc 欠陥検査装置

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JP4496257B2 (ja) * 2008-03-12 2010-07-07 株式会社ヒューテック 欠陥検査装置

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