JPH0862503A

JPH0862503A - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JPH0862503A
Application number: JP19297394A
Authority: JP
Inventors: Katsuyasu Aikawa; 勝保相川; Masaaki Kobayashi; 正明小林; Masaya Ogura; 正也小倉
Original assignee: Nireco Corp
Current assignee: Nireco Corp
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1996-03-08
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2940405B2

Abstract

(57)【要約】【目的】幅広い長さの一様な線状照明を行い、さらに
円筒状試料の表面を検査できるようにする。【構成】試料を照明し、その正反射光をリニアイメー
ジセンサ１６で撮像し、検査領域を決定する検査領域決
定装置Ａと、この決定した検査領域を顕微鏡２２を介し
てテレビカメラ２３で撮像し検査する検査装置Ｂと、試
料の撮像位置を検査領域決定装置Ａと検査装置Ｂに対し
て調整する試料位置調整装置Ｃとを備え、検査領域決定
装置Ａは線状に並んだ光ファイバのバンドルと、このバ
ンドルの先に設けられた集光レンズよりなるライン状照
明源１５を有し、リニアイメージセンサ１６はこのライ
ン状照明源１５と平行に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低倍率で測定領域を定
め、次に高倍率の顕微鏡で測定をする顕微鏡装置に係わ
り、特に試料が鏡面である場合の低倍率における照明装
置および円筒状試料回転装置を有する顕微鏡装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】多くの金属組織を顕微鏡を用いて検査す
る場合、自動検査が行われる。この場合、顕微鏡で連続
的に検査するため、顕微鏡の視野単位に検査領域を分割
する前処理装置が顕微鏡に設けられている。図１はこの
ような顕微鏡装置を示し、Ａは顕微鏡の検査領域を決定
する検査領域決定装置、Ｂは顕微鏡と撮像装置からなる
検査装置、Ｃは試料の位置を検査領域決定装置および検
査装置に対して調整する試料位置調整装置である。

【０００３】図３はこのような装置に用いる試料の一例
を示す図で（ａ）は１枚の試料台板上に何種類かの試料
が置かれている状態を示し、（ｂ）は各試料の検査領域
の分割を示す。（ａ）において、１は鋼材から切り出し
た矩形断面の試料、２は鋼管の１部を切り出した試料、
３は棒鋼などの円柱状の金属試料を樹脂で固めた試料、
４は金属板を樹脂の間にサンドイッチ状に重ねて固めた
試料である。これらの各試料の大きさは４０ｍｍ角又は
直径４０ｍｍ程度で、試料台板５は２５０×２５０ｍｍ
程度の大きさである。検査領域決定装置Ａは試料台板５
全体を照明する照明装置と、これを撮像するリニアイメ
ージセンサおよびこのリニアイメージセンサの出力を画
像解析する画像解析装置からなり、（ａ）に示す試料を
顕微鏡の視野の大きさに分割し、検査装置Ｂがこの分割
した領域を連続的に検査できるようにする。（ｂ）はこ
のように分割した検査領域を示す。Ｆ００，Ｆ０１…は
各検査領域を示し、これらの位置は制御管理コンピュー
タに記憶され、検査装置Ｂで検査する時、この位置を再
現する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】金属組織検査用の試料
の表面は鏡面仕上げまたはそれをエッチングしたもので
ある。鏡面に近い面を照明する場合、照明光は鏡面で正
反射されるので、撮像装置は正反射光の光路上に設置す
る必要がある。図１４は正反射する試料の照明と撮像装
置との関係を示す図で、水平に置かれた試料６に対して
鉛直線を挟んで照明装置７からの入射角θと撮像装置８
への出射角θは等しくなる。このような照明方法を図３
に示した試料台板５に対して適用する場合、幅２００〜
３００ｍｍにわたり一様に照射する光源として蛍光灯が
使用される。しかし蛍光灯の照射光のうち試料６で正反
射して撮像装置７に入射される光は一部分のみであり、
撮像するのに必要な入射光量が得られなかった。

【０００５】図１５は顕微鏡などに使用される同軸落射
照明方法を示す。点光源９よりの光を凸レンズ１０で平
行光線とし、ハーフミラー１１で直角に曲げて試料６に
照射し、その正反射光をハーフミラー１１を透過して撮
像装置８に入射する。この場合点光源９より出射した光
は平行光となり、大部分試料６で正反射されて撮像装置
８に入射されるので十分な入射光量が得られる。この照
射方法は対象が数１０ｍｍ程度のものに用いられるが、
幅が２００〜３００ｍｍもの試料台板５に適用する場
合、大きくかつ均一な凸レンズとハーフミラーが必要と
なり、このような大きく、均一なレンズやハーフミラー
を製作することは困難であった。

【０００６】また、試料のなかには鋼管などのように円
筒状のものがあり、これらは、水平面内を移動するＸ−
Ｙステージでは、試料の全周を照明装置と撮像装置の下
にくるように移動させることができない。このため円筒
状試料の表面を検査できるようにする試料の支持装置が
望まれていた。

【０００７】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、幅広い長さの一様な線状照明を提供することを第
１の目的とし、円筒状試料の表面を検査できるようにす
る装置を提供することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、試料を照明し、その正反射光をリニアイメージセン
サで撮像し、検査領域を定める検査領域決定装置と、こ
の検査領域決定装置の定めた検査領域を顕微鏡を介して
撮像装置で撮像して検査する検査装置と、前記試料の撮
像位置を、前記検査領域決定装置および前記検査装置に
対して調整する試料位置調整装置とを備え、前記検査領
域決定装置は、線状に並んだ光ファイバのバンドルとこ
のバンドルの先に設けられた集光レンズよりなるライン
状照明源を有し、前記リニアイメージセンサは前記ライ
ン状照明源と平行に配置する。

【０００９】また、前記試料位置調整装置は、水平面内
の移動を行うＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージに載
置され、高さ方向の移動を行うＺ軸移動装置と、該Ｚ軸
移動装置に載置され円筒状試料の回転位置を調整する試
料回転装置とを備え、前記試料回転装置は、平行に所定
の間隔で回転自在に設けられた同一直径を有する２本の
ローラと、該ローラの少なくも一方を回転する駆動装置
と、該ローラの回転位置を検出し、ローラ間に載せられ
る円筒状試料の直径とローラの直径とから該円筒状試料
の回転位置を検出する回転位置検出手段とを備えたもの
である。

【００１０】また、前記試料位置調整装置は、前記Ｚ軸
移動の高さを検出する検出手段と、円筒状試料が前記試
料回転装置に設定され、前記ライン状照明源による円筒
状試料からの正反射光を前記リニアイメージセンサが受
光したときの、前記レベル検出手段の検出高さおよび円
筒状試料の正反射部の位置、高さと、前記ロールの寸
法、配置を用いて円筒状試料の直径を演算する演算部と
を備えたものである。

【００１１】

【作用】ライン状照明源は線状に光ファイバのバンドル
を配置し、バンドルの先に集光レンズを設け、照射位置
に帯状の光を照射する。この照射位置に試料を配置し、
正反射光をイメージセンサで撮像する。リニアイメージ
センサの撮像に合わせて試料位置調整装置により試料を
リニアイメージセンサと直角方向に移動させ、撮像面積
をカバーしてゆく。試料の全面を撮像し、顕微鏡で検査
する領域を決定した後、試料位置調整装置により試料を
顕微鏡の位置に移動し、顕微鏡で検査する。検査領域決
定装置にライン状照明源が用いられていることにより光
源の幅にわたって一様な照明光が得られ、試料で正反射
してリニアイメージセンサに入射して光源の幅にわたる
鮮明な画像が得られる。金属組織を検査する場合、検査
面は鏡面仕上げ、またはそれをエッチングしたものなの
で反射光は正反射光となる。このため散乱光を利用した
照明だと反射光が帯状に集中せずリニアイメージセンサ
に入力しない反射光が多くなり撮像できなくなる。故に
光源の幅にわたって一様な照明光の得られるライン状照
明源でないと測定画像が得られない。このライン状照明
源は光ファイバのバンドルを線状に並べる長さを大きく
することによりライン幅を大きくできるので、広い幅に
わたり一様な照明光が容易に得られる。

【００１２】試料位置調整装置は、Ｘ，Ｙ平面を移動す
るＸ−Ｙステージと、このＸ−Ｙステージ上に設けられ
た高さ方向に移動するＺ軸移動装置により、試料を三次
元に移動できる。試料回転装置はこのＺ軸移動装置上に
設けられており、ライン状照明源と平行で、水平に設け
られた２本のローラの上に円筒状試料を載せ、ローラを
回転することにより円筒状試料を回転することができる
ので、照明を受ける位置を移動させ、全周にわたってリ
ニアイメージセンサにより撮像することができる。この
場合、ローラの回転位置を検出し、ローラの直径と円筒
状試料の直径との比から円筒状試料の回転位置を検出で
きるので、検査領域決定装置で領域を決定するときに利
用できると共に決定したときの円筒状試料の回転位置の
データを検査装置でその領域の検査をする場合のデータ
として利用することができる。

【００１３】水平な検査面で正反射する場合、入射光と
出射光の角度は同じくなる。ライン状照明源とリニアイ
メージセンサの位置と取付角度を一定としておくと、正
反射面の位置は１つの位置に限定され、この位置に円筒
状試料の円筒の上端の稜線が一致した時、リニアイメー
ジセンサに正反射光が入射する。図４はこの状態を示
し、基準位置からＨ０の位置に円筒上端の稜線がきたこ
とをリニアイメージセンサへの入射光から検知すること
ができる。このときＺ軸移動装置の高さＨ１はレベル検
出手段で検出される。ローラの位置Ｈ２は回転位置検出
装置固有の値なので、Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２からｈの値がわ
かり、２つのローラ中心間の幅２ｂおよび半径ｒは一定
値であるので、ｈとｒとｂから円筒状試料の半径Ｒを演
算することができる。この半径Ｒがわかれば回転位置検
出手段により、円筒状試料の回転位置が検出できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は第１実施例の構成を示すブロック図
である。図においてＡは検査領域決定装置，Ｂは顕微鏡
２２を含む検査装置，Ｃは試料の三次元移動を行う試料
位置調整装置であり、図の右側に示す制御部によって動
作する。検査領域決定装置Ａは、ライン状照明源１５
と、ライン状照明源１５が試料台板５上の試料６で正反
射した光を入射するリニアイメージセンサ１６と、この
ライン状照明源１５とリニアイメージセンサ１６を一体
にして支柱１７に上下動調整可能に取り付ける取付装置
１８を備える。検査装置Ｂは顕微鏡２２と、顕微鏡２２
に取り付けられた撮像装置２３とを有し、顕微鏡２２に
はレンズ交換部２４と、試料の照明を調整する調光部２
５が設けられている。試料位置調整装置Ｃは防振台１９
上に設けられ、搭載物をＸ−Ｙ平面（水平面）で移動さ
せるＸ−Ｙステージ２０と、Ｘ−Ｙステージ２０上に載
置され、Ｚ軸（高さ）方向移動を行うＺ軸移動装置２１
とを有し、Ｚ軸移動装置２１上に試料台板５が載置され
る。なお、Ｚ軸移動装置２１にはその高さ方向の移動位
置を検出する図示しないレベル検出手段が設けられてい
る。レベル検出手段として、Ｚ軸移動装置２１のＺ軸方
向への単位移動量ΔＺをカウントするカウンタを用いて
もよい。

【００１５】マクロ画像調光部３０はライン状照明源１
５の照明光の強度を調整する。ミクロ画像調光部３１は
顕微鏡２２内に設けられた照明装置の調光を行う。この
照明方法は図１５で説明した同軸落射照明である。オー
トフォーカス制御部３２はＺ軸移動装置２１の上下方向
の移動をレベル検出手段のレベル検出値のフィードバッ
クを受けて制御するとともに、顕微鏡２２のレンズ切り
換えを行い焦点調整をする。オートステージ装置３３は
Ｘ−Ｙステージ２０を制御し、試料のＸ，Ｙ平面の移動
を行う。画像解析装置３４はリニアイメージセンサ１６
の撮像を解析し、検査領域の分割を行い、顕微鏡２２に
取り付けられたテレビカメラ２３からの撮像を解析し、
金属組織に含まれる非金属介在物などの検出を行う。制
御管理コンピュータ３５は装置全体を管理する。画像解
析装置３４で決定された検査領域のデータに基づきＸ−
Ｙステージ２０を移動させて各検査領域が順次顕微鏡２
２の視野内に入るようオートステージ制御部３３に指示
を出す。画像モニタ３６は画像解析装置３４で解析中ま
たは解析の終わった画像を表示し、ＰＣモニタ３７は制
御管理コンピュータ３５への入力情報や、出力情報を表
示し、プリンタ３８はこれらの情報を印字する。マウ
ス、キーボード３９は制御管理コンピュータへ指示を入
力する。

【００１６】図２はライン状照明源の構成を模式的に表
した図であり、光ファイバ２６を線状に並べたバンドル
の先端に集光レンズ２７を設け、バンドルの幅にわたり
一様な帯状の照明光を試料６に照射する。この帯の幅ｔ
はライン状照明源２３と試料６の距離を調整することに
より調整できる。

【００１７】次に本装置の動作について説明する。検査
試料としては一例として、図３に示した複数の試料を試
料台板上に集めたものについて説明する。各試料１〜４
の金属面は鏡面仕上げ、またはそれをエッチング処理し
たものである。まず試料台板５をＺ軸移動装置２１上に
設置する。ライン状照明源１５とリニアイメージセンサ
１６は試料の上面が所定高さになったとき、正反射光が
リニアイメージセンサ１６に入光されるよう配置され、
この所定高さは支柱１７に対して取付装置１８の位置を
調整することにより調整することができる。オートステ
ージ制御部３３により照射光が、図３（ａ）に示す試料
台板５の幅Ｅに平行に左端を照射するようにＸ−Ｙステ
ージを調整する。マクロ画像調光部３０により照明光の
強度を調整しオートフォーカス制御部３２により焦点を
合わせた後、リニアイメージセンサ１６による撮像を開
始し、その走査速度に合わせてオートステージ制御部３
３によってＸ−Ｙステージ２０を試料台板５のＬ方向に
移動して、試料台板５の全面の画像を画像解析装置３４
に取り込んでゆく。取り込んだ画像は画像モニタ３６に
表示されるので、オペレータは各試料１〜４に対して、
検査領域の指示をマウスやキーボード３９を用いて指示
する。これにより図３（ｂ）に示すように各試料１〜４
に対して検査領域の指定が行われ、画像解析装置３４の
メモリに格納される。

【００１８】試料台板５の全面についてリニアイメージ
センサ１６による走査が終了すると、Ｘ−Ｙステージ２
０を移動して試料台板５を顕微鏡２２の下に移動し、検
査領域を設定したデータに基づき、検査領域、例えば図
３（ｂ）のＦ00が顕微鏡２２の視野に入るようにする。
ミクロ画像調光部３１により顕微鏡２２より試料１〜４
への明るさを調光し、オートフォーカス制御部３２によ
り対象レンズの選択および焦点調整を行う。次に検査領
域ごとにテレビカメラ２３により撮像し、画像解析装置
３４に取り込み、シェーディング補正、２値画像処理等
を行った後、各検査領域毎に非金属介在物などの検査を
行う。この検査はプログラムにより自動的に行われる。
このような検査結果は画像モニタ３６に表示され、また
プリンタ３８より出力することができる。

【００１９】このように幅広く均一な帯状の照射をライ
ン状照明源１５により行うことにより、幅２００〜３０
０ｍｍの試料の正反射光をリニアイメージセンサ１６に
より受光してこのような大きな試料の全体画像を撮像す
ることができる。

【００２０】次に第２実施例を説明する。本実施例は円
筒状試料の表面を検出できるよう第１実施例の装置に試
料回転装置を設けたものである。図４は第１実施例と異
なる第２実施例の部分を示す図で、試料回転装置４０を
Ｚ軸移動装置２１に載置した状態を示す。Ｚ軸移動装置
２１はねじ機構により上下する原理を示したもので、モ
ータ等を設けて自動的に上下動するようにしている。な
お、円筒状試料４６の表面は鏡面仕上げ、またはそれを
エッチングしたものとする。

【００２１】図５は試料回転装置４０の構造図を示し、
（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視図でる。
同一直径の２本のローラ４２が平行にかつ水平に設けら
れ、ケーシング４１に軸受４３で回転自在に支持されて
いる。各ローラ４２はローラ軸４４にキー４５で回転方
向を固定され、軸方向には移動可能な２枚の円板４２
ａ，４２ｂで構成され、円筒状試料４６の長さに応じて
両円板４２ａ，４２ｂの間隔を調整できるようになって
いる。各円板４２ａ，４２ｂの外周にはゴム製のＯリン
グ４７が設けられ円筒状試料４６が滑らないようにして
いる。各ローラ軸４４に平行で下方に、減速機付のＡＣ
サーボモータ４８が設けられ、軸受５０で軸支された回
転駆動軸４９を回転する。回転駆動軸４９には２個の第
１プーリ５１が固着され、先端にはエンコーダ５２が結
合されている。各ローラ軸４４の先端にはそれぞれ第２
プーリ５３が結合され、第１プーリ５１と駆動ベルト５
４により結ばれ、ＡＣサーボモータ４８によって、ロー
ラ４２を回転する。ケーシング４１の底部にはゴム製の
すべり止め５５が設けられている。ＡＣサーボモータ４
８はサーボモータ制御部５６により制御され、サーボモ
ータ制御部５６は制御管理コンピュータ３５により制御
される。

【００２２】エンコーダ５２の出力は図１に示す制御管
理コンピュータ３５に入力され、ロール４２の回転位置
および円筒状試料４６の回転位置が算出される。第１プ
リー５１の半径をｒ１，第２プリー５３の半径をｒ２，
ロール４２の半径をｒ，円筒状試料４６の半径をＲと
し、エンコーダ５２が１回転当たりｎパルス発生すると
し、ｋ＝ｒ２／ｒ１とすると、円筒状試料１回転当たり
のパルス数Ｎは、Ｎ＝ｎ・ｋ・Ｒ／ｒ ……（１）この関係と円筒状試料４６の初期位置のデータを制御管
理コンピュータ３５に入力することにより円筒状試料４
６の回転位置を得ることができる。

【００２３】次に円筒状試料４６の直径が不明な時も本
装置により測定する方法を説明する。図４において、直
径が未知の円筒状試料４６を試料回転装置４０に設置
し、Ｘ−Ｙステージ２０を制御して図４に示すライン状
照明源１５とリニアイメージセンサ１６の間の鉛直線Ｖ
の下に円筒状試料４６の中心軸がくるよう設定する。次
にＺ軸移動装置２１を上下して、ライン状照明源１５か
らの正反射光がリニアイメージセンサ１６に入光したと
きの位置にＺ軸移動装置２１を設定する。このとき図４
に示す状態となる。このとき、防振台１９から円筒状試
料４６の頂端の稜線までの高さＨ０は、ライン状照明源
１５とリニアイメージセンサ１６の取り付け高さが一定
であるため、一定値となる。またＺ軸移動装置２１の高
さＨ１は図示しないレベル検出手段によって計測され、
またローラ４２の中心とＺ軸移動装置２１の高さＨ２は
試料回転装置４０の寸法から一定値として得られる。こ
れによりｈは次式で得られる。ｈ＝Ｈ０−（Ｈ１＋Ｈ２） ……（２）

【００２４】ｈと円筒状試料４６の半径Ｒ，ローラ４２
の半径ｒ，ローラ４２の中心間の長さ２ｂの間には次の
ようにピタゴラスの定理が成立するので次式が得られ
る。（Ｒ＋ｒ）²＝ｂ²＋（ｈ−Ｒ）² ……（３）２Ｒ＝（−ｒ²＋ｂ²＋ｈ²）／（ｒ＋ｈ） ……（４）これにより円筒状試料４６の直径２Ｒが得られる。

【００２５】次に第２実施例の動作について説明する。
直径が不明の全表面鏡面仕上げされた円筒状試料４６を
試料回転装置４０上に設置し、Ｘ−Ｙステージ２０を制
御して図４に示すライン状照明源１５とリニアイメージ
センサ１６の間の鉛直線Ｖの下に円筒状試料４６の中心
軸がくるように設定する。次にライン状照明源１５から
の正反射光がリニアイメージセンサ１６に入光したとき
の位置でＺ軸移動装置２１を設定する。このときレベル
検出手段の値から（４）式により円筒状試料４６の直径
が得られる。次にエンコーダ５２の現在の値を基準値と
して記憶し、ライン状照明源１５により照明を行い、こ
の正反射光をリニアイメージセンサ１６で受光し、リニ
アイメージセンサ１６の走査速度に合わせて、ＡＣサー
ボモータ４８によりロール４２を介して円筒状試料４６
を回転して全周を撮像してゆく。このときエンコーダ５
２のパルス値により撮像した回転位置を表す。エンコー
ダ５２のパルス数が（１）式で表されるＮパルス発生さ
れたとき円筒状試料４６は１回転したことになるので撮
像を終了する。

【００２６】リニアイメージセンサ１６のデータは第１
実施例と同様画像解析装置３４に取り込まれ、オペレー
タの指示により検査領域に分割されメモリに格納され
る。次にＸ−Ｙステージ２０を移動して円筒状試料４６
を顕微鏡２２の下に移動し、検査領域を設定したエンコ
ーダ５２の値も含んだデータに基づき各検査領域が顕微
鏡２２の視野に入るように調整し、テレビカメラ２３に
よる撮像およびその撮像したデータの解析を第１実施例
と同様に行う。

【００２７】第２実施例では図５において、エンコーダ
５２を回転駆動軸４９に設けたが、ローラ軸４４に設け
てもよい。この場合（１）式は、（５）式のようにな
る。Ｎ＝ｎ・Ｒ／ｒ ……（５）円筒状試料４６としてはパイプの外、ビンや缶などで表
面が鏡面仕上げされたものを対象とすることができる。

【００２８】次に第２実施例の動作フローを説明する。
図６は第２実施例の装置の座標系を示す図で、試料回転
装置４０のローラ軸方向をＸ軸、水平面内でＸ軸に直交
する方向をＹ軸。高さ方向（鉛垂方向）をＺ軸とする。
また検査領域を決定する検査をマクロ検査、顕微鏡を介
して行う検査をミクロ検査とする。

【００２９】図７、図８は全体フロー図を示す。まず、
初期設定動作を行う（Ｓ１）。マクロ検査関係ではＸ−
Ｙステージ２０を調整して図４に示すライン状照明源１
５とリニアイメージセンサ１６の間の鉛直線Ｖの下に、
円筒状試料４６の中心がくるように試料回転装置４０を
セットする。ミクロ検査関係では顕微鏡２２の対物レン
ズをセットする。次に円筒状試料４６を試料回転装置４
０にセットする（Ｓ２）。セットは手動または自動で行
う。次に試料４６の稜線が図４で示す水平線Ｈの位置に
なるようＺ軸移動装置２１を調整する試料径追従処理を
行う（Ｓ３）。次に試料回転装置４０上にセットされた
試料４６のＸ軸上の位置とＸ軸方向の長さを認識する
（Ｓ４）。なお、ステップＳ３，Ｓ４の詳細は後述す
る。ステップＳ３，Ｓ４で試料４６の直径と長さがわか
るので、検査領域の決定を行う（Ｓ５）。図９はこの方
法を示し、回転分割角Δθを定め、回転方向にＮ１より
Ｎθまで分割し、長さ方向は各分割角度ごとにＮ１より
Ｎｘまで分割し、円筒状表面の検査領域を決定する。次
に試料４６をマクロ検査位置よりミクロ検査位置に移動
し、ミクロ検査に移る。（Ｓ６）。

【００３０】試料４６を顕微鏡２２の下に移動した後、
図９で設定した第１稜線（Ｎθ＝１）、第１視野位置
（Ｎｘ＝１）に視野を設定する（Ｓ７）。次にオートフ
ォーカス制御部３２により顕微鏡２２の焦点を設定した
視野に合わせ（Ｓ８）、この視野内のミクロ測定を行う
（Ｓ９）。この視野測定処理の詳細は後述する。この視
野内の測定が終わったら次の視野（Ｎθ＝１，Ｎｘ＝
２）へＸ軸方向に移動する（Ｓ１０）。１つの稜線の視
野Ｎ１〜Ｎｘを終了したか調べ（Ｓ１１）、終了するま
でステップＳ９，Ｓ１０を繰り返す。図９に示すように
１つの稜線について、Ｎｘは設定した視野数、ｎｘは測
定を行った視野数である。１つの稜線についつてＮｘま
での視野の測定が終了したらオートフォーカスをＯＦＦ
とし（Ｓ１２）、試料回転装置４０のローラ４２を回転
して試料４６が回転分割角Δθ回転するようにする（Ｓ
１３）。これにより次の視野が稜線にくるようにする。
このようにして回転角ｎθがＮθ＝１よりステップＳ５
で設定したＮθに達するまでステップＳ７〜Ｓ１３を繰
り返す（Ｓ１４）。なお、各視野の測定は図９（ｂ）に
示すように稜線が変わるごとに走査方向を変え連続して
走査を行うようにする。測定が終了すると測定結果を画
像モニタ３６に表示したりプリンタ３８に出力したりす
ると共にファイルに格納する（Ｓ１５）。次に試料４６
をマクロ検査位置に移動し、取り外し、次の試料に備え
る（Ｓ１６）。

【００３１】次にステップＳ３の試料径追従処理につい
て説明する。図１０（ａ）は試料回転装置４０上に直径
の異なる円筒状試料４６を載せた場合の試料の稜線にお
ける正反射の状態を示す図である。ライン状照明源１５
とリニアイメージセンサ１６の高さおよび照明光と受光
の関係を一定とし、試料Ｄ３が載った時、この稜線の高
さを水平線Ｈの位置とし、この稜線での正反射光のみが
リニアイメージセンサ１６に受光されるものとする。Ｚ
軸移動装置２１のレベルの基準を、例えばローラ４２の
中心位置とし、このレベルをＺ０とする。試料Ｄ３より
直径の大きな試料Ｄ１，Ｄ２がある場合、レベルＺ０よ
り下方へΔＺ・ｍ下げたとき、試料の稜線が水平線Ｈに
くると、リニアイメージセンサ１６には受光のピーク値
が表れ、試料Ｄ１，Ｄ２の直径ｄは次式で表される。ｄ＝（−ｒ²＋ｂ²＋（ｈ＋ΔＺ・ｍ）²）／（ｒ＋ｈ＋ΔＺ・ｍ）……（６）ここでΔＺはＺ軸移動装置２１の上下方向への単位移動
量、ｍは移動ステップ数である。図１０（ｂ）はリニア
イメージセンサ１６の出力と試料の上下方向への移動量
との関係を示す。

【００３２】試料Ｄ３より直径の小さな試料Ｄ４，Ｄ５
がある場合、レベルＺ０より上方へΔＺ・ｍ移動した
時、試料の稜線が水平線Ｈにくると、リニアイメージセ
ンサ１６の受光のピーク値が表れ、その直径ｄは次式で
表される。ｄ＝（−ｒ²＋ｂ²＋（ｈ−ΔＺ・ｍ）²）／（ｒ＋ｈ−ΔＺ・ｍ）……（７）

【００３３】直径が未知の試料の場合、基準レベルＺ０
から上方または下方へＺ軸移動装置２１を移動させるこ
とにより、（６）式、または（７）式によって未知の直
径を算出することができる。しかし、このようにすると
上方と下方の両方向へ移動しないと直径が得られない場
合があるので、一方向のみ移動して直径を得る方法を用
いる。測定する試料で最小の直径のものをＤ５とし、図
１０に示すようにＤ５とＤ３の稜線のレベルの差をｈ１
とする。基準レベルをＺｏ＋ｈ１とし、この位置より下
方へΔＺ・ｍ移動した時リニアイメージセンサ１６にピ
ーク値が表れたとすると試料の直径は次式で表される。ｄ＝（−ｒ²＋ｂ²＋（ｈ−ｈ１＋ΔＺ・ｍ）²）／（ｒ＋ｈ−ｈ１＋ΔＺ・ｍ）……（８）

【００３４】測定する試料で最大の直径のものをＤ１と
し、図１０に示すようにＤ１とＤ３の稜線のレベルの差
をｈ２とする。Ｚ０−ｈ２を下限レベル、Ｚ０＋ｈ１を
上限レベルとすると、上限レベルより下限レベルまで下
方にＺ軸移動装置２１を移動し、その時の下方への移動
量ΔＺ・ｍを測定すれば（８）式により試料Ｄ１〜Ｄ５
の直径を算出することができる。なお、これとは逆に下
限レベルから上限レベルに試料を押上ることにより試料
の直径を算式することができ、この場合次式を用いる。ｄ＝（−ｒ²＋ｂ²＋（ｈ＋ｈ２−ΔＺ・ｍ）²）／（ｒ＋ｈ＋ｈ２−ΔＺ・ｍ）……（９） ΔＺ・ｍは試料の上方への移動量である。

【００３５】図１１は試料を上限レベルより下限レベル
まで下方に移動して試料の直径を算出する場合のフロー
図で、図７のステップＳ３の内容である。Ｚ軸移動装置
２１の下方への単位移動量ΔＺの移動回数ｍを移動量カ
ウンタで計数することにより測定する。まず移動量カウ
ンタを０に設定し（Ｓ２０）、次にＺ軸移動装置２１上
限レベルＺ０＋ｈ１へ移動し（Ｓ２１）、リニアイメー
ジセンサ１６の出力を調べ（Ｓ２２）、入射された光の
輝度を判定する（Ｓ２３）。この輝度がピーク値であれ
ば（Ｓ２４）、移動量カウンタの値ｍを用いて（８）式
より試料の直径を算出する（Ｓ２５）。ピーク値でなけ
れば、下限レベルＺ０−ｈ２であるかを調べ（Ｓ２
６）、下限レベルに達していれば試料は試料回転装置４
０に載せられていないものと判定する（Ｓ２７）。下限
レベルでなければ移動量カウンタを１増加し（Ｓ２
８）、単位移動量ΔＺだけＺ軸移動装置２１を下げる
（Ｓ２９）。以下ステップＳ２２〜Ｓ２９を繰り返すこ
とにより、ピーク値を見つけ、その時のｍの値を用い
（８）式により試料の直径を算出する。

【００３６】図１２は図７、ステップＳ４の試料位置、
長さ認識処理の説明図である。リニアイメージセンサ１
６には試料の正反射光により図１２に示す画像が得られ
る。これは試料の円筒軸方向（Ｘ軸方向）の両端の位置
Ｘ０，Ｘ１とその長さ｜Ｘ１−Ｘ０｜を示す。これによ
り試料の位置と、長さが得られる。

【００３７】図１３は図８のステップＳ９の視野測定処
理の内容を示すフロー図である。顕微鏡２２を介してテ
レビカメラ２３より画像を画像解析装置３４へ入力する
（Ｓ３０）。画像前処理として照明むらおよび試料濃度
むらの補正、強調、平滑化、微分等のコントラスト処理
を行う（Ｓ３１）。次に２値化処理を行い（Ｓ３２）、
測定を行う（Ｓ３３）。測定は非金属介在物など欠陥の
個数，長さ，面積，形状等を計測する。この計測結果の
データ処理を行い（Ｓ３４）、終了する。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、幅広い長さの一様な線状照明源を用いることによ
り、鏡面を有する幅広い試料の撮像を可能とする。また
円筒状試料を回転支持する試料回転装置を設けることに
より、鏡面を有する円筒状試料を全周検査することがで
きる。この場合、円筒状試料の直径の計測も同時に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】ライン状照明源の構成を模式的に表した図であ
る。

【図３】試料台板上に載置された試料を示す図である。

【図４】第２実施例の構成図で第１実施例と異なるとこ
ろを表した図である。

【図５】試料回転装置の構成を示す図である。

【図６】第２実施例の装置の座標系を示す図である。

【図７】第２実施例の動作フロー図である。

【図８】図７に続く第２実施例の動作フロー図である。

【図９】円筒状試料の検査領域の決定方法を説明する図
である。

【図１０】円筒状試料の直径を算出する方法を説明する
図である。

【図１１】試料を下方に移動して直径を算出するフロー
図である。

【図１２】試料の位置、長さを検出する説明図である。

【図１３】顕微鏡を介する視野測定処理のフロー図であ
る。

【図１４】正反射する場合の試料と撮像装置の関係を示
す図である。

【図１５】同軸落射照明方法を示す図である。

【符号の説明】

５試料台板１５ライン状照明源１６リニアイメージセンサ１７支柱１８取付装置１９防振台２０Ｘ−Ｙステージ２１Ｚ軸移動装置２２顕微鏡２３テレビカメラ２４レンズ交換部２５調光部２６光ファイバ２７集光レンズ３０マクロ画像調光部３１ミクロ画像調光部３２オートフォーカス制御部３３オートステージ制御部３４画像解析装置３５制御管理コンピュータ３６画像モニタ４０試料回転装置４２ローラ４４ローラ軸４６円筒状試料４８ＡＣサーボモータ４９回転駆動軸５１第１プーリ５２エンコーダ５３第２プーリ５４駆動ベルト５６サーボモータ制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を照明し、その正反射光をリニアイ
メージセンサで撮像し、検査領域を定める検査領域決定
装置と、この検査領域決定装置の定めた検査領域を顕微
鏡を介して撮像装置で撮像して検査する検査装置と、前
記試料の撮像位置を、前記検査領域決定装置および前記
検査装置に対して調整する試料位置調整装置とを備え、
前記検査領域決定装置は、線状に並んだ光ファイバのバ
ンドルとこのバンドルの先に設けられた集光レンズより
なるライン状照明源を有し、前記リニアイメージセンサ
は前記ライン状照明源と平行に配置されていることを特
徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】前記試料位置調整装置は、水平面内の移
動を行うＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージに載置さ
れ、高さ方向の移動を行うＺ軸移動装置と、該Ｚ軸移動
装置に載置され円筒状試料の回転位置を調整する試料回
転装置とを備え、前記試料回転装置は、平行に所定の間
隔で回転自在に設けられた同一直径を有する２本のロー
ラと、該ローラの少なくも一方を回転する駆動装置と、
該ローラの回転位置を検出し、ローラ間に載せられる円
筒状試料の直径とローラの直径とから該円筒状試料の回
転位置を検出する回転位置検出手段とを備えたことを特
徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
【請求項３】前記試料位置調整装置は、前記Ｚ軸移動
の高さを検出する検出手段と、円筒状試料が前記試料回
転装置に設定され、前記ライン状照明源による円筒状試
料からの正反射光を前記リニアイメージセンサが受光し
たときの、前記レベル検出手段の検出高さおよび円筒状
試料の正反射部の位置、高さと、前記ロールの寸法、配
置を用いて円筒状試料の直径を演算する演算部とを備え
たことを特徴とする請求項２記載の顕微鏡装置。