JPH0769161B2

JPH0769161B2 - 凹凸面の検査方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0769161B2
Application number: JP9871890A
Authority: JP
Inventors: 聰山竹; 宏司山本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-04-14
Filing date: 1990-04-14
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH03295408A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、ほぼ平坦な被検査面に形成されている凹凸を
非接触で検査する凹凸面の検査方法およびその装置に関
するものである。

【従来の技術】

従来より、ほぼ平坦な被検査面に形成されている凹凸を
非接触で検査する方法として、特開昭62−62205号公
報、特開昭62−132154号公報、特開昭63−241345号公報
などに記載されたものが知られている。特開昭62−62205号公報に開示された物体の表面凹凸検
査方法では、非検査物体に対してスリット光を０〜15゜
の角度で照射し、表面反射光が凹凸のない面ではスリッ
ト光にほぼ平行な直線状のパターンになり、凹凸面では
幅の広いパターンになることを利用して凹凸面の存否を
検出している。すなわち、狭幅のスリット光による表面
反射光が凹凸面で反射されたときに広幅になることを利
用しているのである。一方、特開昭62−132154号公報に開示された突起物判別
方法では、レーザ光により波面が円弧の一部をなす発散
光線束を複数形成し、各発散光線束を所定間隔ずつ離間
して平行に配列した光線束群を非検査面に照射し、その
反射光をスクリーン上に投映したときの像の歪みに基づ
いて被検査面上の突起物の形状を判別するようにしてい
る。すなわち、被検査面が平坦であれば各発散光線束の
反射光の間隔は一定に保たれるが、被検査面に凹凸が存
在すると各発散光線束の反射光の間隔が変化するから、
各発散光線束の反射光の間隔に基づいて被検査面の凹凸
形状を判別するようにしているのである。また、特開昭63−241345号公報に開示された欠陥検出装
置は、レーザ光である光ビームが被検査面の上の一直線
上で走査されるように光ビームを被検査面に対して一点
から照射し、その反射光をエリアセンサに入力して、反
射光による像の面積を測定することにより凹凸の有無を
検出するものである。すなわち、被検査面に凹凸が存在
すると、光ビームが散乱して像の大きさが変化すること
を利用し、像の面積を測定することによって凹凸の検出
を行うようにしている。したがって、特開昭62−62205号公報、特開昭62−13254
号公報、特開昭63−24135号公報のいずれに開示された
方法も、基本的には、凹凸による光ビームの散乱を利用
しているといえる。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、金属単板の表面の研磨きず、圧延模様、電解
により形成される模様、金属単板を基材と重ねてプレス
する際に基材となるクロスによって金属単板の表面に形
成されるクロス目など、製造時に必然的に形成され全面
に亙ってほぼ一様に形成されている微小な凹凸は欠陥に
はならない。一方、打痕や異物など、局所的に存在する
凹凸は微小であっても欠陥となる。上記従来構成は、凹凸面での光の散乱による像の変化を
検出していたものであるから、被検査面のほぼ全面に亙
って非欠陥の凹凸が存在しているような被検査面では、
欠陥となる凹凸が存在していても識別しにくいという問
題があった。本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、非
欠陥である凹凸と欠陥である凹凸とが混在しているよう
な被検査面において、欠陥を確実に識別できるようにし
た凹凸面の検査方法およびその装置を提供しようとする
ものである。

【課題を解決するための手段】

請求項１の方法では、上記目的を達成するために、被検
査面の上の一直線に沿って所定幅を有する帯状に設定さ
れた検査領域に対して、干渉性を有し少なくとも上記直
線に直交する面内で平行な光線束を被検査面と所定角度
をなすように照射し、被検査面での反射光の干渉による
回折像が、検査域のほぼ全面に存在する非欠陥とみなせ
る凹凸に対しては上記直線にほぼ平行なパターンにな
り、検査領域内で局所的に存在し欠陥になる凹凸に対し
ては上記直線にほぼ直交するパターンになるように、上
記光線束を被検査面に対して照射する角度を設定し、上
記回折像を画像入力装置に入力し、画像処理を施すこと
により被検査面の凹凸形状を検出するのである。請求項２の方法では、画像処理において、各画素の近傍
での濃度の変化方向と上記直線に沿う方向での濃度の変
化率とを求め、濃度の変化率が所定値より大きく、か
つ、濃度の変化方向が上記直線に沿う方向である画素が
所定個数以上存在しているときに欠陥が存在すると判定
する。請求項３の方法では、画像内に所定の大きさを有したマ
スクを設定し、マスクを上記直線に沿う方向に所定画素
ずつ移動させながら、濃度の変化率が所定値より大き
く、かつ、濃度の変化方向が上記直線に沿う方向である
画素のマスク内での個数を計数し、個数と個数の変化率
との少なくとも一方が所定値より大きいときに欠陥が存
在すると判定する。請求項４の方法では、回折像のうち上記直線にほぼ平行
なパターン上の各点について上記直線と平行に設定した
基準線からの偏差を求め、この偏差に基づいて被検査面
の変形を検出するのである。請求項５の装置では、被検査面の上の一直線に沿って所
定幅を有する帯状に設定された検査領域に対して、干渉
性を有し少なくとも上記直線に直交する面内で平行な光
線束を被検査面と所定角度をなすように照射する照射源
と、被検査面での反射光の干渉による回折像の強度分布
に対応した画像が得られる画像入力装置と、画像入力装
置の出力に基づいて被検査面の凹凸形状を検出する画像
処理装置とを具備し、画像入力装置で検出される上記回
折像が、検査領域のほぼ全面に存在する非欠陥とみなせ
る凹凸に対しては上記直線にほぼ平行なパターンにな
り、検査領域内で局所的に存在し欠陥になる凹凸に対し
ては上記直線にほぼ直交するパターンとなる角度で上記
光線束が被検査面に照射されるように、上記照射源を配
置している。請求項６の装置では、被検査面を有する部材を、照射源
からの光線束と被検査面との角度を一定に保った状態で
上記直線に直交する方向に移動させるテーブルを設けて
いる。請求項７の装置では、回折像を投映するスクリーンを設
け、スクリーン上の回折像を画像入力装置に入力する。請求項８の装置では、照射源は、光ビームを発生させる
レーザ発生器と、光ビームより発散光線束を形成するロ
ッドレンズと、発散光線束より平行光線束を形成する投
光用シリンドリカルレンズとを備えている。請求項９の装置では、照射源は、光ビームを発生させる
レーザ発生器と、光ビームより発散光線束を形成するロ
ッドレンズと、発散光線束より平行光線束を形成する放
物面鏡とを備えている。請求項10の装置では、照射源は、光ビームを発生させる
レーザ発生器と、光ビームを上記直線に沿う方向に走査
させる走査鏡と、走査鏡による反射光を上記直線に直交
する面に平行な方向に屈折させる受光用シリンドリカル
レンズとを備えている。請求項11の装置では、画像入力装置は、リニアイメージ
センサであって、上記直線に直交する方向の光の強度分
布が検出できるように配置されている。請求項12の装置では、走査鏡は、回転駆動されるポリゴ
ンミラーである。請求項13の装置では、走査鏡は、反射面が揺動する振動
ミラーである。

【作用】

上述したように、被検査面の表面に製造過程で必然的に
形成された非欠陥の凹凸は、被検査面のほぼ全面に亙っ
て形成され、打痕のような欠陥となる凹凸は被検査面に
局所的に形成されるものである。また、欠陥となる凹凸
であっても表面には非欠陥である凹凸が残されるのが普
通である。本発明者らは、このような被検査面の上の一直線に沿っ
て所定幅を有する帯状に設定された検査領域に対して、
干渉性を有し少なくとも上記直線に直交する面内で平行
な光線束を被検査面と所定角度をなすように照射したと
きに、被検査面に対する光線束の照射角度を適宜設定す
ることによって、被検査面での反射光の干渉による回折
像が、検査領域のほぼ全面に存在する非欠陥とみなせる
凹凸に対しては上記直線にほぼ平行なパターンになり、
検査領域内で局所的に存在し欠陥になる凹凸に対しては
上記直線にほぼ直交するパターンになるという知見を得
た。請求項１の方法では、上述のような回折像が得られるよ
うに、上記光線束の被検査面に対する照射角度を設定し
ていることによって、欠陥と非欠陥とを回折像に基づい
て容易に識別することができるのである。また、回折像
を画像入力装置に入力し、画像処理によって凹凸形状を
検出するので、凹凸形状の検査が自動化できる。請求項２および請求項３の方法によれば、画像処理によ
って回折像の特徴を抽出するから、欠陥の有無が自動的
に判定できる。とくに、請求項３の方法では、濃度の変化率が所定値よ
り大きく、濃度の変化方向が所定方向である画素を抽出
した画像に対して、画像内に所定の大きさを有したマス
クを設定し、マスクを移動させるとともに、マスク内で
の画素の個数を計数し、個数と個数の変化率との少なく
とも一方が所定値より大きいときに欠陥が存在すると判
定するようにしているから、個数や個数の変化率に対す
る判定条件を与える値を適宜選択すれば、画像内にノイ
ズ成分が多く含まれている場合であっても欠陥の有無を
精度よく検出することができるのである。請求項４の方法によれば、回折像のうち上記直線にほぼ
平行なパターンの上の各点について上記直線と平行に設
定した基準線からの偏差を求め、この偏差に基づいて被
検査面の変形を検出するようにしているので、回折像で
は上記直線に対してほぼ直交するパターンとしては得ら
れないような比較的大きなうねりや反りなどの変形を検
出することが可能になるのである。請求項５の装置は、請求項１の方法を実現する装置であ
る。請求項６ないし請求項13の装置は、望ましい実施例であ
る。

【実施例】

本実施例では、銅張積層板の表面の凹凸を検査する場合
について例示するが、セラミック基板、シリコンウエ
ハ、フィルム等の他の部材に対する本発明技術の適用を
制限する主旨ではない。銅張積層板は、通常、基板の表面に銅箔を接着して形成
される。銅箔は電解や圧延によって形成されるのであっ
て、形成過程で銅箔の表面には深さが0.5〜１μｍで微
細な（ミクロンオーダ）ピッチを有する多数の溝がいろ
いろな向きに形成される。また銅箔を基板に接着する際
には、銅箔に基材を重ねて熱盤によってプレスするか
ら、基材を形成するクロスの痕跡として深さが１〜２μ
ｍでピッチが１〜2mmのクロス目が形成されることにな
る。すなわち、第２図に示すように、銅張積層板20の表
面には全面に亙って、いろいろな向きの微細な溝21と、
溝21に比較して大きなピッチで形成されたクロス目22
（被検査面では十文字になる）とが形成されるのであ
る。溝21やクロス目22は銅張積層板20の製造過程で必然
的に生じるものであるから欠陥ではない。一方、欠陥と
なる典型的な打痕23は、深さが数μｍ〜数十μｍで直径
0.3〜1mmのすり鉢状に形成されるから、被検査面４を表
面から見ただけではクロス目22との識別が難しい。すな
わち、クロス目22と打痕23とは、一方が被検査面４のほ
ぼ全面に存在し他方が局所的に存在する点、および深さ
が異なる点を除いては差異がほとんどないから、従来の
ように、被検査面４での反射光の散乱を利用した凹凸面
の検査方法では、両者の識別ができないのである。ここ
に、打痕23についても溝21は残される。本発明では、被検査面４の上の一直線に沿って所定幅を
有する帯状に設定された検査領域に対して、干渉性を有
した光線束を所定角度で照射したときに、非欠陥である
溝21やクロス目22で反射された反射光の干渉による回折
像が、上記直線にほぼ平行なパターンになり、欠陥であ
る打痕23や異物による回折像が上記直線にほぼ直交する
パターンになることに着目して、欠陥と非欠陥とを識別
するのである。したがって、被検査面４での反射光が干
渉するように、単一波長で干渉性を有する光線を、被検
査面４の上の一直線に沿って所定幅の帯状に設定された
検査領域に照射源より照射し、検査領域での反射光の干
渉による回折像の変化を検出する。また、検査領域に照
射する光線束は、少なくとも上記直線に直交する面内で
平行な光線束にする。このような光線束を得るために、照射源の光源にはレー
ザ発生器を用いる。第１図に示すように、レーザ発生器
１からは直径1mm程度の光ビームが出力され、光ビーム
は、円柱状のロッドレンズ２を円柱の軸に直交する形で
通過することにより、円柱の軸方向では平行を保ち円柱
の軸方向と直交する面内では扇形に広がる発散光線束に
なる。この発散光線束を平行光線束にするために、投光
用シリンドリカルレンズ３がロッドレンズ２に離間して
光軸を一致させる形で配設される。投光用シリンドリカ
ルレンズ３の出射光線束は、厚みｄがレーザ発生器１か
ら出力される光ビームの直径に等しく、幅が被検査面４
の幅にほぼ等しい平行光線束になる。このようにして得
られた平行光線束は被検査面４に対して１〜10゜の角度
θをなすように照射される。ここにおいて、角度θが１
゜より小さいときには、クロス目の凹凸により平行光線
束に対して影になる部分が生じるという不都合があり、
角度θが10゜を越えると、欠陥と非欠陥とでの回折像の
変化が識別しにくくなる（この理由については後述す
る）。また、平行光線束は所定の厚みｄを有し、被検査
面に対して所定の角度θで照射されるから、被検査面の
上の一直線に沿う所定幅Ｗ（＝d/sinθ）を有する帯状
の領域に照射されるのであって、この領域が検査領域に
なる。銅張積層板20は、Ｘ−Ｙテーブルなどのテーブル
24の上に載置されており、検査領域に直交する方向（第
１図矢印方向）に一定速度で搬送される。被検査面４での反射光は、被検査面４に対してほぼ直交
する面を有したスクリーン５に投映される。スクリーン
５に投映されたパターンはCCDイメージセンサなどより
なる画像入力装置６により撮像され、画像処理装置７に
より後述する所定の画像処理を施すことによって、被検
査面４の上での欠陥の有無が識別される。ここにおいて、銅張積層板20の表面に形成されている溝
21は微細であるから被検査面４に照射される平行光線束
は回折を生じ、回折光が互いに干渉する。このような回
折光の干渉による回折像は、クロス目22のように被検査
面４の全面に亙って形成されている欠陥にはならない凹
凸に対しては、スクリーン５の上で検査領域にほぼ平行
なパターンになり、打痕23のように被検査面４に局所的
に存在する欠陥である凹凸に対しては、スクリーン５の
上で検査領域にほぼ直交したパターンになる。要するに、欠陥が存在しないときには、第３図（ａ）に
示すように、横方向の回折像a,bのみが形成され、欠陥
が存在しているときには、第３図（ｂ）に示すように、
欠陥に対応する位置で縦方向の回折像ｃが生じるのであ
る。ここに、横線のうちｂで示した部分は正反射光に対
応する位置に生じた回折線であり、ａで示した部分は他
の位置に生じた回折像である。被検査面４に対して平行
光線束を照射する角度θが大きいほど回折像a,bの間隔
が狭くなり、欠陥に対する回折像ｃが短くなるから、パ
ターンの変化が識別しにくくなる。したがって、上述し
たように、角度θに10゜という上限を設けているのであ
る。また、角度θが小さいほど回折像a,bの間隔は広が
るが、クロス目の凹凸による影を形成せずに被検査面４
の全面に亙って平行光線束が照射できるように角度θに
は１゜という下限が設けられているのである。角度θ
は、通常の銅張積層板20に対しては、望ましくは３〜４
゜に設定される。画像処理装置７では所定の処理を施すことにより、スク
リーン５に形成されている回折像が、横方向（検査領域
に平行な方向）のパターンのみであるか、横方向のパタ
ーンが発生しているかの識別が行われる。すなわち、画像処理装置７の基本構成は第４図に示すよ
うなものであって、画像入力装置６から出力される各画
素の濃度をディジタル信号に変換するアナログ−ディジ
タル変換部11と、微分処理を行う微分処理部12と、微分
処理によって得られた微分値画像や微分方向値画像を原
画像とともに格納するフレームメモリ13と、フレームメ
モリ13に格納された画像に基づいてスクリーン５に縦線
が発生しているかどうかを判定する演算処理部14とを備
えている。すなわち、スクリーン５を撮像して得られる原画像は濃
淡画像であって、ここでの画像処理では、濃度を空間微
分することによってスクリーン５の上の線の方向を認識
するようにしている。微分処理は、第５図（ａ）に示す
ように、原画像Ｑを３×３画素の局所並列ウインドウＷ
に分割して行なう。つまり、注目する画素Ｅと、その画
素Ｅの周囲の８画素（８近傍）Ａ〜D,F〜Ｉとで局所並
列ウインドウＷを形成し（第５図（ｂ）参照）、局所並
列ウインドウＷ内の画素Ａ〜Ｉの濃度の縦方向の濃度変
化ΔＶと横方向の濃度変化ΔＨとを次式によって求め、 ΔＶ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｈ＋Ｉ） ΔＨ＝（Ａ＋Ｄ＋Ｇ）−（Ｃ＋Ｆ＋Ｉ）さらに、画素Ｅについての微分方向値deg（Ｅ）を次式
によって求める。ただし、Ａ〜Ｉは対応する画素の濃度を示している。微
分方向値deg（Ｅ）は、画素Ｅの近傍領域における濃度
変化の方向に直交する方向を表している。以上の演算を
原画像Ｑの全画素について行なうことにより、検査対象
物の輪郭線のような濃度変化が大きい部分と、その変化
の方向とを抽出することができるのである。ここに、各
画素の値が、横方向の濃度変化ΔＨにより表されている
画像を微分値画像、微分方向値deg（Ｅ）である画像を
微分方向値画像とし、原画像、微分値画像、微分方向値
画像を、それぞれフレームメモリ13内に設けた現画像メ
モリ13a、微分値画像メモリ13b、方向値画像メモリ13c
に格納する。このような微分処理を施せば、原画像Q₁が第６図（ａ）
に示すようなものであるとすると、横線の部分では横方
向の濃度変化が少なく、縦線の部分では横方向の濃度変
化が多いから、微分値画像Q₂では第６図（ｂ）に示すよ
うに縦線が強調された形になる。この微分値画像Q₂つい
て所定の閾値を用いて２値化すれば、第６図（ｃ）に示
すように、縦線がさらに強調された画像Q₃が得られるこ
とになる。次に、２値化処理によって残された画素につ
いて、微分方向値が縦方向であるものを残し、他の画素
を消去すれば、第６図（ｄ）に示すように、縦方向の微
分方向値をもつ画素のみが残され、縦線以外の画素はほ
とんど消去された画像Q₄が得られることになる。ここに
おいて、微分方向値をたとえば第７図に示すように16段
階で表しているとすれば、「３」，「４」，「11」，
「12」の各方向の範囲に含まれるものを、微分方向値が
縦方向であるとみなせばよい。最後に、残された画素に
ついて画素のかたまりごとに面積（連続してつながって
いる画素の個数）を求め、この面積が所定値以下である
ものを除去すれば、第６図（ｅ）に示すように縦線のみ
が残された画像Q₅が得られるのである。こうして得られ
た画像について、残された画素の個数を計数して面積を
求め、面積が所定の閾値より大きければ欠陥が存在する
と判定すればよいのである。以上の構成によれば、たとえば、光ビームの直径が1mm
であって、被検査面４と入射光線束とのなす角度が３゜
であるとすれば、被検査面４の上で入射光線束により照
射される検査領域の幅Ｗは、Ｗ＝1mm÷sin3゜≒19mmと
なる。銅張積層板の表面などの被検査面４を全面に亙っ
て検査するには、検査領域の長手方向の幅を銅張積層板
の幅程度に設定し、長手方向に直交する方向に移動させ
なければならない。しかるに、１画面の画像を取り込む
際に銅張積層板を移動させ、各画面について検査領域が
オーバラップする幅を4mmとし、画像入力装置６の読出
時間（CCDイメージセンサを用いている場合の電荷蓄積
時間）が16m秒（すなわち、60Hz）、画像処理装置７に
よる処理時間が500m秒であるとすれば、銅張積層板の移
動速度を、15［mm］÷（15＋500）［ｍ秒］≒29［mm/
秒］に設定することによって、銅張積層板を等速度で連
続的に移動させながら、検査が行えることになる。ま
た、画像入力装置６による画像の取り込みは516m秒に１
回行えばよいことになる。なお、画像入力装置６では、読出時間が16m秒であるか
ら、この間に画像入力装置６ではスクリーン５の上の回
折像が積分されることになるが、29［mm/秒］×16［ｍ
秒］≒0.46［mm］であって、欠陥の検出精度にはほとん
ど影響がない。ただし、移動速度が大きいときには、画
像入力装置６の読出時間の間に被検査面４が大きく移動
するから、この場合は、検査領域がオーバラップする幅
を大きくとるようにして、検出精度を高める必要があ
る。ところで、第８図（ａ）に示すように、被検査面４に反
りやうねりのような変形があると、第８図（ｂ）に示す
ように、回折像は横方向の直線状にはならずうねりが生
じることになる。銅張積層板20をテーブル24に載置する
ときには、銅張積層板の裏面をテーブル24に吸着するこ
とによって固定するから、被検査面４に変形がなけれ
ば、テーブル24の表面と被検査面４とが平行になるが、
被検査面４に、緩やかな凹み、折れ、膨れなどがあると
きには、テーブル24の表面から被検査面４までの高さが
変化することになって、回折像にうねりを生じるのであ
る。すなわち、被検査面４が第９図（ａ）のように、テーブ
ル24の表面に対してφだけ傾斜しているとすれば、テー
ブル24の表面に対して角度θをなすように入射する光線
は、テーブルの表面に対して角度（θ＋２φ）をなすよ
うに反射される。スクリーン５はテーブル24の表面に対
して垂直に設置されているから、被検査面４における反
射位置からスクリーン５までの距離をＬとすれば、スク
リーン５の上での回折像の偏位Δy₁は、 Δy₁＝Ｌ｛tan（θ＋２φ）−tanθ｝となる。したがって、θ＝３゜、Ｌ＝500mmとし、テー
ブル24の移動方向について20mm進んで50μｍ上がるよう
な傾斜面では、Δy₁≒2.5mmとなる。また、第９図（ｂ）のように、被検査面４について非欠
陥部分よりもｈだけ高くなった部分が存在しているとす
れば、スクリーン５の上での回折像の偏位Δy₂は、 Δy₂＝2h となる。したがって、ｈ＝50μｍとすれば、Δy₂＝0.1m
mとなる。一般には、スクリーン５の上での回折像の偏位Δｙは、
テーブル24に対する被検査面４の傾斜角度と、非欠陥部
分からの高さの偏位とに起因するから、 Δｙ＝Δy₁＋Δy₂ になるのであり、回折像にうねりが形成されることにな
るのである。逆に、このようなうねりが回折像に形成さ
れている場合には、被検査面４が変形していることを示
しているから、被検査面４に欠陥があるとして除去しな
ければならない。被検査面４の変形の有無の判定は以下
の手順によって行う。まず、検査領域を設定している直線に平行な方向（以
下、Ｘ方向と称する）について検査範囲を限定する。次
に、正反射光に対応する位置における回折像（第３図に
おけるｂ）に着目してＸ方向の基準線を設定し（基準線
の設定方法は後述する）、上記検査範囲内で設定された
各測定位置について回折像の基準線からの偏位を求め
る。この偏位に基づいて被検査面に変形があるかどうか
を判定するのである。基準線の設定には、まず、第10図（ａ）に示すように、
Ｘ方向における複数箇所で、それぞれ正反射光に対応す
る位置における回折像ｂを通るＹ方向（スクリーン５の
上でＸ方向に直交する方向）の検査ラインl₁〜l_nを設定
し、各検査ラインl₁〜l_nの上で濃度が最大になる点のＹ
座標を求める。各検査ラインl₁〜l_nに対して求めた濃度
が最大になる点のＹ座標をそれぞれy₁〜y_nとし、出現度
数が最大であるＹ座標の値をｔとする。このようにして
得られたＹ＝ｔの直線を基準線に設定するのである。上述の方法では、回折像の濃度変化が比較的少ないとき
に有効であるが、濃度変化の激しい回折像に対しては、
各検査ラインl₁〜l_nの上で濃度が最大になる点を求める
のが難しい。そこで、濃度の最大値を求める代わりに、
各検査ラインl₁〜l_nの上の濃度の重心を求めていてもよ
い。すなわち、とする。ただし、Σはｊについての総和であって、ｊ＝
1,2,……,mとする。また、ｆ（x_i,y_j）は点（x_i,y_j）の
濃度である。このようにして求めたy₁〜y_nについて、出
現頻度が最大になるＹ座標の値をｔとすれば、基準線Ｙ
＝ｔを設定することができる。この方法によれば、処理
時間は若干増加するが、どのような回折像に対しても安
定した値を得ることができる。次に、第10図（ｂ）に示すように、基準線Ｙ＝ｔに対し
て（ｔ＋α）と（ｔ−β）との間で許容範囲を設定し、
上述のようにして求めたＹ座標y₁〜y_nが許容範囲内であ
るかどうかを調べる。すなわち、基準線Ｙ＝ｔを求めた後、良否の判定を次の
ように行う。まず、許容範囲の値に対して、y_i＞（ｔ＋
α）である点（凹部分）については、（y_i−ｔ）の総和
S₁を求め、y_i＜（ｔ−β）である点（凸部分）について
は、（ｔ−y_i）の総和S₂を求める。各総和S₁,S₂をそれ
ぞれ設定されたしきい値と比較し、しきい値を越えてい
れば不良と判定する。また、良否の判定方法としては、上述したように、基準
線からの偏差の総和を求めるほかに、許容範囲外の点の
総数を、y_i＞（ｔ＋α）の点、およびy_i＜（ｔ−β）の
点に対してそれぞれ求めてN₁,N₂とし、各総和N₁,N₂をそ
れぞれ設定されたしきい値と比較し、しきい値を越えて
いれば不良と判定する方法でもよい。

【実施例２】実施例１では、被検査面４に照射する平行光線束を、レ
ーザ発生器１とロッドレンズ２と投光用シリンドリカル
レンズ３とによって得るようにしていたが、本実施例で
は、第11図に示すように、ロッドレンズ２と放物面鏡８
とを用いて被検査面４への平行光線束を得るようにして
いる。すなわち、レーザ発生器１からの光ビームをロッ
ドレンズ２に通すことによって発散光線束を得た後、放
物面鏡８に反射させて平行光線束を得るようにしてい
る。他の構成は、実施例１と同様である。

【実施例３】上記各実施例では、被検査面４を帯状の入射光線束で照
射するようにしていた、本実施例では、レーザ発生器１
からの光ビームを被検査面４上で走査するようにしてい
る。すなわち、レーザ発生器１からの光ビームは、第12
図に示すように、投光用シリンドリカルレンズ３と平行
な軸の回りで回転駆動されるポリゴンミラー９により反
射され、投光用シリンドリカルレンズ３を通して被検査
面４に照射される。ポリゴンミラー９は、投光用シリン
ドリカルレンズ３の入射面の範囲で光ビームを左右に振
るのであって、投光用シリンドリカルレンズ３から出射
される光ビームは、どの位置でも投光用シリンドリカル
レンズ３の光軸に平行な光ビームとなるように設定され
ている。ここにおいて、１ラインの走査に要する時間
を、画像入力装置６の１画面の取り込み時間に同期させ
ておけば、スクリーン５の上に形成される１ライン分の
回折像を画像入力装置６で取り込むことができるのであ
り、実施例１と同様に処理することができる。光ビームの走査には、ポリゴンミラー９に代えて、平面
鏡を左右に揺動させるいわゆる振動ミラー形の走査鏡を
用いてもよい。

【実施例４】実施例３のように光ビームを被検査面４の上で走査する
場合には、第13図に示すように、画像入力装置６′とし
てリニアイメージセンサを用いることができる。フォト
ダイオードアレイやCCD1次元イメージセンサなどを画像
入力装置６′として用いるのである。すなわち、被検査面４からの回折光や反射光は、受光用
シリンドリカルレンズ10を通して画像入力装置６に収束
される。画像入力装置６′は受光用シリンドリカルレン
ズ10の円柱の軸方向についての１次元イメージを検出す
ることができるように配置される。画像入力装置６′の
出力はドライバ回路15に入力され順次格納される。した
がって、光ビームが被検査面４の上を走査されると、１
ライン分のイメージがドライバ回路15に蓄積されるので
あり、ドライバ回路15の出力は、２次元のイメージセン
サを用いた出力と同等になる。その結果、上述した画像
処理装置７を用いて同様に処理が可能になる。また、こ
の構成では、スクリーンは不要であり、受光用シリンド
リカルレンズ10を通った光は画像入力装置６′に直接入
力される。

【実施例５】本実施例では、第６図（ｄ）として示した縦方向の微分
方向値をもつ画像Q₄ついて、背景ノイズが多い場合の処
理方法を示す。この場合には、第14図に示すように、濃度の変化率が所
定値より大きく、かつ濃度の変化方向が縦方向に沿う方
向である画素を抽出した画像（すなわち、画像Q₄）に対
し、欠陥に対応する縦線（ｃで示した領域付近に存在し
ていると仮定している）を囲むことができる程度のマス
クＭを設定し、マスクＭを左端より右端（逆でもよい）
に所定画素ずつ移動させながら（第14図中矢印方向）、
マスクＭ内の画素の個数を計数する。ここに、マスクＭ
の移動距離は１画素としてもよいが、判定結果に支障が
なければ複数画素ずつ移動させるほうが処理時間を短縮
することができて効率がよい。計数したマスクＭ内の画素の個数をm_iとするとき、画素
の個数の変化率k_iを次式のように定義する。ただし、Σはｉについての総和であって、ｉ＝1,2,…
…,jとする。また、ｎはマスクＭを先行させる画素数で
ある。以上のようにして求めた変化率K_iが、あらかじめ
設定された閾値ksよりも大きいときには欠陥が存在し不
良であると判定する。ここに、閾値ksは、ノイズの変化
率より十分に大きく、欠陥の変化率よりは小さく設定す
ることが必要である。欠陥部での個数の変化が緩やかであって変化率k_iが欠陥
部でも小さい場合には、個数m_iに対して閾値msを設定
し、個数m_iと閾値msとを比較して、m_i−ms＞０を満たす
マスクＭの個数ｌ、もしくは、Σm_i−ms（Σはｉについ
ての総和であり、ｉ＝1,2,……,j）が、あらかじめ設定
された閾値lsよりも大きいというときには欠陥が存在し
不良であると判定する。ここに、閾値msは画素のうちの
ノイズ成分を除去できる程度の大きさに設定される。上述した判定方法では、マスク内の画素の個数と個数の
変化率とのいずれか一方のみを利用して欠陥の有無を判
定しているが、両者を組み合わせて判定するようにして
もよいのはもちろんのことである。マスクＭの各位置における画素数は、縦線に対応する部
分では他の部分に比較して大きくなるから、マスクＭ内
の画素の個数に閾値を設けてノイズ成分を除去したり、
画素の個数の変化率を検出することによって、画像内の
全体に分布しているノイズ成分の影響を除去することが
できるのである。したがって、上述のような判定方法を
用いれば、背景ノイズが多い場合でも、欠陥の有無を正
確に判定することができるのである。

【発明の効果】

本発明は上述のように、被検査面の一直線に沿って所定
幅を有する帯状に設定された検査領域での反射光の干渉
による回折像が、検査領域のほぼ全面に存在する非欠陥
とみなせる凹凸に対しては上記直線にほぼ平行なパター
ンになり、検査領域内で局所的に存在し欠陥になる凹凸
に対しては上記直線には直交するパターンになるよう
に、平行光線束の被検査面に対する照射角度を設定して
いることによって、欠陥と非欠陥とを回折像の変化に基
づいて容易に識別することができるという利点がある。
すなわち、被検査面の表面に製造過程で必然的に形成さ
れた非欠陥の凹凸と、打痕のような欠陥である凹凸とを
回折像のパターンの変化によって識別できるという効果
を奏する。また、回折像を画像入力装置に入力し、画像
処理を施すことによって被検査面の凹凸形状を検出する
ので、凹凸形状の検査を自動化できるという利点を有す
る。さらに、画像処理によって、回折像のパターンの特徴抽
出を行うことにより、被検査面の良否の判定が自動化で
きるのである。しかも、請求項３の方法によれば、ノイズ成分の多い画
像であっても欠陥の有無を精度よく検出することができ
るという効果がある。また、回折像のうち上記直線にほぼ平行なパターンの上
の各点について上記直線と平行に設定した基準線からの
偏差を求め、この偏差に基づいて被検査面の変形を検出
するようにしているので、回折像では上記直線に対して
ほぼ直交するパターンとしては得られないような比較的
大きなうねりや反りなどの変形を検出することが可能に
なるという効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示す概略構成図、第２図は
同上における被検査面の形状を示す拡大斜視図、第３図
は同上のスクリーンに投映されたパターン例を示す動作
説明図、第４図は同上に用いる画像処理装置の概略構成
図、第５図は同上における画像処理で用いる局所並列ウ
インドウの概念を示す説明図、第６図は同上の画像処理
の動作説明図、第７図は同上における微分方向値の設定
例を示す説明図、第８図（ａ）は同上において被検査面
に比較的大きな凹凸が存在するときの動作説明図、第８
図（ｂ）は第８図（ａ）に対応する回折像を示す動作説
明図、第９図（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上において被検
査面の比較的大きな凹凸が存在するときの反射光の偏位
を示す動作説明図、第10図（ａ）は同上の検査ラインの
設定状態を示す動作説明図、第10図（ｂ）は同上におけ
る基準線の求め方を示す動作説明図、第11図は本発明の
実施例２を示す要部概略構成図、第12図は本発明の実施
例３を示す概略構成図、第13図は本発明の実施例４を示
す概略構成図、第14図は本発明の実施例５を示す動作説
明図である。１……レーザ発生器、２……ロッドレンズ、３……投光
用シリンドリカルレンズ、４……被検査面、５……スク
リーン、６……画像入力装置、７……画像処理装置、８
……放物面鏡、９……ポリゴンミラー、10……受光用シ
リンドリカルレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査面の上の一直線に沿って所定幅を有
する帯状に設定された検査領域に対して、干渉性を有し
少なくとも上記直線に直交する面内で平行な光線束を被
検査面と所定角度をなすように照射し、被検査面での反
射光の干渉による回折像が、検査領域のほぼ全面に存在
する非欠陥とみなせる凹凸に対しては上記直線にほぼ平
行なパターンになり、検査領域内で局所的に存在し欠陥
になる凹凸に対しては上記直線にほぼ直交するパターン
になるように、上記光線束を被検査面に対して照射する
角度を設定し、上記回折像を画像入力装置に入力し、画
像処理を施すことにより被検査面の凹凸形状を検出する
ことを特徴とする凹凸面の検査方法。
【請求項２】上記画像処理では、各画素の近傍での濃度
の変化方向と上記直線に沿う方向での濃度の変化率とを
求め、濃度の変化率が所定値より大きく、かつ、濃度の
変化方向が上記直線に沿う方向である画素が所定個数以
上存在しているときに欠陥が存在すると判定することを
特徴とする請求項１記載の凹凸面の検査方法。
【請求項３】画像内に所定の大きさを有したマスクを設
定し、上記マスクを上記直線に沿う方向に所定画素ずつ
移動させながら、濃度の変化率が所定値より大きく、か
つ、濃度の変化方向が上記直線に沿う方向である画素の
上記マスク内での個数を計数し、個数と個数の変化率と
の少なくとも一方が所定値より大きいときに欠陥が存在
すると判定することを特徴とする請求項２記載の凹凸面
の検査方法。
【請求項４】上記回折像のうち上記直線にほぼ平行なパ
ターンの上の各点について上記直線と平行に設定した基
準線からの偏差を求め、上記偏差に基づいて被検査面の
変形を検出することを特徴とする請求項１記載の凹凸面
の検査方法。
【請求項５】被検査面の上の一直線上に沿って所定幅を
有する帯状に設定された検査領域に対して、干渉性を有
し少なくとも上記直線に直交する面内では平行な光線束
を被検査面と所定角度をなすように照射する照射源と、
被検査面での反射光の干渉による回折像の濃度分布に対
応した画像が得られる画像入力装置と、画像入力装置の
出力に基づいて被検査面の凹凸形状を検出する画像処理
装置とを具備し、画像入力装置で検出される上記回折像
が、検査領域のほぼ全面に存在する非欠陥とみなせる凹
凸に対しては上記直線にほぼ平行なパターンになり、検
査領域内で局所的に存在し欠陥になる凹凸に対しては上
記直線にほぼ直交するパターンとなる角度で上記光線束
が被検査面に照射されるように、上記照射源が配置され
て成ることを特徴とする凹凸面の検査装置。
【請求項６】被検査面を有する部材を、照射源からの光
線束と被検査面との角度を一定に保った状態で上記直線
に直交する方向に移動させるテーブルを設けたことを特
徴とする請求項５記載の凹凸面の検査装置。
【請求項７】上記回折像を投映するスクリーンが設けら
れ、上記画像入力装置にはスクリーン上の回折像が入力
されて成ることを特徴とする請求項５または請求項６記
載の凹凸面の検査装置。
【請求項８】照射源は、光ビームを発生させるレーザ発
生器と、光ビームより発散光線束を形成するロッドレン
ズと、発散光線束より平行光線束を形成する投光用シリ
ンドリカルレンズとを備えて成ることを特徴とする請求
項５〜７のいずれかに記載の凹凸面の検査装置。
【請求項９】照射源は、光ビームを発生させるレーザ発
生器と、光ビームより発散光線束を形成するロッドレン
ズと、発散光線束より平行光線束を形成する放物面鏡と
を備えて成ることを特徴とする請求項５〜７のいずれか
に記載の凹凸面の検査装置。
【請求項１０】照射源は、光ビームを発生させるレーザ
発生器と、光ビームを上記直線に沿う方向に走査させる
走査鏡と、走査鏡による反射光を上記直線に直交する面
に平行な方向に屈折される受光用シリンドリカルレンズ
とを備えて成ることを特徴とする請求項５〜７のいずれ
かに記載の凹凸面の検査装置。
【請求項１１】画像入力装置は、リニアイメージセンサ
であって、上記直線に直交する方向の光の濃度分布が検
出できるように配置されて成ることを特徴とする請求項
10記載の凹凸面の検査装置。
【請求項１２】走査鏡は、回転駆動されるポリゴンミラ
ーであることを特徴とする請求項10または請求項11記載
の凹凸面の検査装置。
【請求項１３】走査鏡は、反射面が揺動する振動ミラー
であることを特徴とする請求項10または請求項11記載の
凹凸面の検査装置。