JPH09127012A - 表面疵の検出方法およびその装置 - Google Patents

表面疵の検出方法およびその装置

Info

Publication number
JPH09127012A
JPH09127012A JP28025095A JP28025095A JPH09127012A JP H09127012 A JPH09127012 A JP H09127012A JP 28025095 A JP28025095 A JP 28025095A JP 28025095 A JP28025095 A JP 28025095A JP H09127012 A JPH09127012 A JP H09127012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
inspected
flaw
image
intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28025095A
Other languages
English (en)
Inventor
Takahiko Oshige
貴彦 大重
Yuji Matoba
有治 的場
Akira Kazama
彰 風間
Tsutomu Kawamura
努 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
Priority to JP28025095A priority Critical patent/JPH09127012A/ja
Publication of JPH09127012A publication Critical patent/JPH09127012A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出および判別可能な疵種の数を増大させ、
従来の方式では検出できなかった模様状の表面疵を検出
する。 【解決手段】 （ａ）表面疵を有する試料に偏光を照射
して表面反射光のエリプソパラメータ（Ψ，Δ）特性を
あらかじめ求める工程と、（ｂ）検査されるべき試料の
被検査面に偏光を照射して表面反射光のエリプソパラメ
ータ（Ψ，Δ）を求める工程と、（ｃ）工程（ｂ）で得
られたエリプソパラメータ（Ψ，Δ）と工程（ａ）での
エリプソパラメータ（Ψ，Δ）特性とを比較する工程
と、（ｄ）工程（ｃ）で得られた結果に基づき表面疵の
等級付けをする工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学式の表面疵検出
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄鋼板表面の疵など鋼板の表面疵を光学
的に検出する装置としては、光源にレーザ光を用い、光
の散乱または回折パターンの変化を利用した光学式疵検
出器が多く用いられている。この方式は、疵によるレー
ザ光の散乱または回折のパターン変化より疵検出を行っ
ており、鋼板表面に明かな凹凸を形成している疵の場合
は有効な手段である。
【０００３】しかし、疵には表面の凹凸がなく、物性値
のむら、ミクロな粗さのむら、薄い酸化膜等の局所的存
在、コーティング膜厚の厚さむらといった、前述の観測
方法では検出困難なものが存在する。例えば正常部で１
００Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が付いている
鋼板表面に、局所的に４００Ａ（オングストローム）程
度の酸化膜が厚い異常部があるとする。この様な異常部
を以下模様状疵と呼ぶことにする。このような領域は下
工程において塗装不良が生じるなど、疵として検出し除
去したいという要請があるが、正常部との酸化膜厚の差
は鋼板表面の粗さに埋もれており、光の散乱や回折を利
用した方式では全く検出不可能である。
【０００４】散乱や回折に感度を持たない疵を検出する
には、偏光を用いた表面検査方法がある。例えば、半導
体ウエファー上の異物を見つけるための方法が特公平５
−２３６２０号公報に提案されている。この方法は偏光
パラメータのうちΨ、すなわちＰ偏光とＳ偏光の振幅比
（ｔａｎΨ）を求めて疵を検出する方法である。（Ｐ偏
光とは反射光の電気ベクトルのうち光の入射面方向の成
分、Ｓ偏光とは入射面に垂直方向の成分をいう。）しか
しながら偏光成分比が一定で、しかも正常・異常部が変
わる表面疵があり、前述の目的に対してこの方法は適用
できない。
【０００５】偏光のＰ、Ｓ成分比と位相差を同時に測定
する手段にエリプソメトリがある。特公平４−７８１２
２号公報、特開平１−２１１９３７号公報にはエリプソ
メトリを用いて材料表面の特性値を試験する方法が提示
されている。しかし、これらの方法は前述の如き素材の
表面疵に適用するには敏感すぎて、鋼板の疵検出に使え
る可能性はないと考えられていた。このように従来、鋼
板の模様状疵を光学的手段で検出することは不可能とさ
れており、そのような装置も存在しなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした状況
を鑑みて、被検査面からの反射光の偏光特性を用いるこ
とで、検出及び判別可能な疵種の数を増大し、従来の方
式では検出できなかった模様状の表面疵を検出しようと
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】エリプソパラメ−タ
（Ψ、Δ）は、偏光のＳ成分の反射率Ｒｓの、Ｐ成分反
射率Ｒｐに対する比ρを介して（１）式で定義される。 ρ＝Ｒｓ／Ｒｐ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（ｊΔ） （１） ここでｔａｎΨは反射光のＰ、Ｓ成分の振幅比を、ｅｘ
ｐ（ｊΔ）はＰ、Ｓ成分の位相差を示す。入射光が０度
（Ｐ成分のみ）の直線偏光の場合は、反射光のＰ、Ｓ成
分がなす楕円の主軸が入射面となす角度がΨに、Ｐ、Ｓ
成分の位相差がΔに相当する。この場合は反射光を任意
の直行２軸の偏光角度で分割し、各々の偏光強度を測定
して、楕円の主軸方向と離心率からΨ、Δを演算するこ
とができる。また、入射光の偏光状態は任意に設定する
ことが可能であり、そのときは入射光の偏光状態を補正
してΨ、Δを求める。
【０００８】反射光の強度Ｉは、入射光の強度Ｉｏと表
面の反射率Ｒによって（２）式で求まる。 Ｉ＝Ｉｏ・Ｒ （２） このような光学的な測定値を用いるとき、上記課題は、
被検査面に偏光を照射して表面反射光のエリプソパラメ
−タ（Ψ、Δ）を求め、あらかじめ求めておいた表面疵
からの反射光の振幅比Ψと位相差Δ特性と比較して、等
級付けすることを特徴とする表面疵の検出方法とするこ
とによって解決される。
【０００９】また、被検査面に偏光を照射して表面反射
光のエリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を求め、被検査面の
同一箇所に同一ないし別個の光を照射して表面の反射強
度（Ｉ）を求め、該２つのエリプソパラメータと該反射
強度の状態によって表面疵の等級および種類を判定する
ことを特徴とする表面疵の検出方法、とする。
【００１０】本発明に係る装置は、表面疵のエリプソパ
ラメ−タ（Ψ、Δ）特性をあらかじめ記憶する手段と、
被検査面に偏光を照射して表面反射光のエリプソパラメ
−タ（Ψ、Δ）を測定する手段と、測定した表面反射光
と記憶特性との比較結果を出力する手段を備えたことを
特徴とする表面疵検出装置、である。また、被検査面に
偏光を照射して該表面反射光のエリプソパラメ−タ
（Ψ、Δ）を求める手段と、被検査面の同一箇所に同一
ないし別個の光を照射して反射強度（Ｉ）を測定する手
段と、被検査面からの反射光が属するΨ、Δ、Ｉの３次
元座標位置を、あらかじめ定めた範囲区分として出力す
る手段を備えたことを特徴とする表面疵検出装置、とす
る。
【００１１】被測定面が広い場合には、該反射光の受光
手段に複数の２次元撮像素子を用い、同一反射点に相当
する画素の測光値を用いてΨ、ΔないしＩを計算するこ
とを特徴とする表面疵検出装置、とする。また、該偏光
の光源が単色光源であって、その光源を光ファイバーを
用いて被検査面上の所定範囲に照射し、該範囲を複数台
のエリプソメータで被検査面からの反射光を分担して受
光する受光するようにした疵検出装置とする。
【００１２】偏光特性は物質の表面性状に敏感であるた
め、散乱光、回折を用いては検出不可能な表面特性を測
定することが可能である。模様状疵の表面には光の反射
に関係する特性の変化があり、エリプソパラメータが敏
感に変化する。しかし従来、どのような手段をとればエ
リプソパラメータの変化が疵と対応づけできるのかが分
かっていなかった。発明者らは、エリプソパラメータと
表面疵との関係を調査した結果、模様状疵の場合は、疵
として検出したい酸化膜の膜厚の範囲に応じて、Ψ、Δ
が関数特性をもって変化し、この特性を用いれば疵部分
と正常部分とが判別できることを知見した。
【００１３】膜の上に異物が乗った模様状疵について
は、表面凹凸が伴うのでエリプソパラメータと同時に光
学的な反射率も変化する。この場合エリプソパラメータ
の変化と反射率強度変化の組み合わせで疵と正常部が判
別できる。また、疵の種類によって、この組み合わせが
再現するために、反射光の強度変化とエリプソ変化とを
組み合わせることによって疵の程度や種類が判別可能と
なる。
【００１４】エリプソパラメ−タは、複数の受光素子を
用いて表面の各点について求める装置が一般的である。
しかし、発明者らは、２次元撮像素子を用いる装置を提
案する。広い範囲の被検査面のエリプソパラメ−タや反
射強度を測定する場合に、対象物の表面を複数の光学系
に分けて、２次元の撮像素子に結像させる。エリプソパ
ラメ−タや光強度の測定において、複数の撮像素子によ
って測定された光強度を被測定面の同一箇所に対応する
素子の強度を用いて演算する。光学系を補正することに
よって、同一反射点の反射光強度を求めるようにすれ
ば、単一の測光手段で走査するよりも、光学系が簡素に
なる。
【００１５】また、光源はレーザ光源など比較的大出力
のものがある。１台のレーザ光源と、複数台のエリプソ
メータを用いて広い範囲のエリプソパラメータを測定す
る場合、光ファイバーを用いて共通の光源からの光を分
散させて照射すると幅広材料の各部分における照射強度
が均一となり、反射光強度の補正が容易となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施形態１ 本発明の一実施形態を図１に示す。図１は冷延鋼板上に
５ｎｍ〜１００ｎｍの酸化膜が付着した場合の偏光パラ
メータの変化の様子を示す。図１は一般な偏光解析で用
いられる「Δ- Ψチャート」であり、横軸はＰ、Ｓ偏光
の振幅比を現す角度Ψ、縦軸はＰ、Ｓ偏光の位相差Δ、
プロットのマーカは別な手段で測定した酸化膜の膜厚を
示している。測定条件は、Ｈｅ−Ｎｅレーザで波長６３
３ｎｍ、測定入射角度を７０度として、複素屈折率２．
０＋ｉ４．０の鋼板上に屈折率３．０の酸化皮膜が存在
する場合のものである。
【００１７】図１において、酸化膜厚が２０〜５０ｎｍ
程度まではΨの変化が認められるが、０〜２０ｎｍおよ
び５０〜１００ｎｍまではΔの変化が主になり、Ψはほ
とんど変化しない。従って酸化膜厚の管理範囲が０〜２
０ｎｍあるいは５０〜１００ｎｍにあって、厚さムラを
疵として捕らえようとしても、Ψのみを観測していては
検出することは不可能である。したがって、本発明は
Ψ、Δを同時に求め、この関係式に当てはめて、広い範
囲の酸化膜厚さを評価する。例えば、Ψが３５度付近で
あり、かつΔが１００度から２５０度の範囲である場合
は、膜厚が５０ｎｍから１００ｎｍと０ｎｍから２０ｎ
ｍに対応する２つの線分で換算する。また、Ψが４０度
以上でかつΔが１００度から２５０度の範囲以外の場合
には、膜厚が２０ｎｍから３５ｎｍ、３５ｎｍから５０
ｎｍに対応する線分で換算する。膜厚の正常範囲は鋼
種、厚さなどによって管理範囲を定めることにして、膜
厚が管理範囲を外れた部分を疵として検出する。
【００１８】本発明の他の実施形態を図２から図４に示
す。図２は、模様状疵の内Ａタイプの疵を検出した例を
示す。疵は線状に伸びており、この線を図の横方向の中
央にくるようにして、２０ｍｍ幅の範囲のエリプソパラ
メータと反射光強度を幅方向位置を対応させて表示した
ものである。疵部分の位相差（Δ）と強度（Ｉ）は正常
部分（横方向の中央部以外）にくらべ疵の存在が判別し
にくい。しかし振幅比（Ψ）は、明らかに疵がある部分
（中央部）とない部分（中央部以外）を判別できる。こ
の疵は表面の薄い酸化皮膜であって、従来の光学式検査
機では検出できなかった疵である。
【００１９】図３は模様状疵の内Ｂタイプの疵を検出し
た例を示す。疵はΨでは存在が判別できないが、位相差
（Δ）と強度（Ｉ）に感じている。Ｂタイプの疵は鋼板
のミクロな表面粗さが変化した場合に現れることが多
い。原因としては圧延ロール肌に部分的な荒れが生じた
場合などに起きる。
【００２０】図４は模様状疵の内Ｃタイプの疵を検出し
た例を示す。この疵の場合はΔ、Ψ、Ｉのすべてのパラ
メータに感じている。タイプＣは模様状疵の上に付着物
が乗ることにより鋼板表面の見掛けの粗さが大きく変化
した疵である。目視でみても分かる付着物で、従来の検
査機でも検出可能なものである。図２から図４に示した
ように、疵の種類によっては、反射光の強度変化が伴う
ものと、伴わないものがある。またエリプソパラメータ
の値も疵の種類によって変化の様子が異なる。
【００２１】次に疵の種類を判別する手段の一例を述べ
る。強度、Ψ、Δの各値は部分的に変化することがある
ので、絶対値では求め難い。そこで、各パラメータの移
動平均を測定しておいて、平均値からの変化を検出す
る。移動平均の定数は発生する疵の寸法に合わせてと
る。一定以上の変化が検出された場合はエリプソパラメ
ータについては角度の絶対値を、反射強度については平
均値からの変化量を評価値とする。Δ、Ψの絶対値と反
射強度の変化量は３次元の空間を構成する。この３次元
空間を経験則に基づいて区間分割し、各区間を疵の種類
と等級にあてはめる。複数の区間に疵の共通性があるも
のについては、これらをグループ化し、区間を等級で表
示することも可能である。
【００２２】エリプソパラメータの測定装置は光学系に
よって種々の変化がある。発明者らは、先に反射光の４
つの偏光成分を求めることによってエリプソパラメ−タ
（Ψ、Δ）のみならず位相角Δの絶対値が分かり、かつ
入射光強度の変化も補正可能な光学系を提案した（特開
平５−１１３３７１号公報参照）。これで提案した光学
系のいずれかを用いて表面疵検出装置を構成した、本発
明の第三の実施形態を図５に示す。
【００２３】図５の表面疵検出装置は、エリプソメータ
本体１と、その出力からエリプソパラメ−タを演算する
エリプソパラメ−タ演算装置３、試料２に疵のあるもの
を用いたときにそのエリプソパラメ−タを記憶するエリ
プソパラメ−タ記憶装置４、特性が未知の試料２を用い
たときにそのエリプソパラメ−タと、記憶装置４に記憶
された疵の特性値とを比較するエリプソパラメ−タ比較
装置５、比較結果に応じて疵の有無、等級などを出力す
る疵信号出力装置６で構成されている。
【００２４】エリプソメータ本体１は、例えば図６に示
す光学系で構成する。図６において１０はレーザー光
源、１１は偏光子、１２は入射光を示す。入射光１２は
偏光子１１によって直線偏光となり、試料２の表面で反
射する。反射光１３は１４、１５、１６のビームスプリ
ッターおよび１／４波長板１７によって相異なる４つの
偏光１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに分割して、それ
ぞれの受光器１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄで光強度
Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 、Ｉ4 を検出する。
【００２５】エリプソパラメ−タの演算装置３は、これ
らの光強度から（３），（４）式によってエリプソパラ
メ−タを演算する。 ｔａｎΔ＝〔σR （Ｉ1 −Ｉ2 ）〕／〔σT （Ｉ3 −Ｉ4 ）〕 （３） ｔａｎΨ＝〔（σR 2 −σT 2 ）／２〕・〔｛σR （Ｉ1 −Ｉ2 ）｝2 〕 ＋｛σT （Ｉ3 −Ｉ4 ）｝2 〕1/2 ÷〔σR 2 （Ｉ1 ＋Ｉ2 ） −σT 2 （Ｉ3 ＋Ｉ4 ）〕 （４） ここでσR ，σT はそれぞれ無偏光ビームスプリッター
１４のＰ偏光、Ｓ偏光の振幅反射率比、および振幅透過
率比で、該光学部品に固有な値である。
【００２６】エリプソパラメ−タ記憶装置４には、試料
２に予め疵のあるものを用いたときに、そのエリプソパ
ラメ−タの特性を記憶する。例えば図１のような酸化膜
の特性が記憶される。エリプソパラメ−タ比較装置５
は、未知の特性を持った試料２のエリプソパラメ−タが
得られたとき、予め測定し記憶しておいた特性と比較す
る。これには、Ψ、Δ次元における区間分割処理などを
適用する。これによって膜厚信号を出力する。疵信号出
力装置６は、膜厚による合否の判定基準を設定してお
き、膜厚が所定範囲以内のとき正常とし、所定範囲を外
れた時は異常として警報出力する。
【００２７】本発明の他の実施形態を図７に示す。図７
は本発明を鋼板の走行ラインに適用する装置の内、光学
系の部分を示す。本実施形態の光学系は、エリプソパラ
メータを求める系統と、反射強度を求める系統がある。
この実施形態では、入射光の強度を試料の各部で均一と
し時間的変化は無くしたので、両系統で反射光の３つの
偏光成分を求め、これらの演算で反射光の強度（Ｉ）、
エリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を求めることができる。
【００２８】まずエリプソパラメータの系統では、高輝
度光源２０から出た光は偏光板２３で偏光させた後に試
料２の表面に照射する。表面からの反射光はウオーラン
トプリズム２６で４５°とー４５°で直交する２つの偏
光成分に分離して２次元ＣＣＤ素子を用いたカメラＢで
画素ごとに偏光強度を測定する。カメラＢは一台のＣＣ
Ｄカメラの相異なる部分に分離した像を結ばせる方式と
している。これは、光学系を変更することによって別々
の２台のカメラに分けて分離して撮影することも可能で
ある。カメラＢの光強度は、この図には表示していない
エリプソメータ演算装置に出力してこれら２つの光強度
を演算することによって試料面各点のエリプソパラメー
タが求められる。
【００２９】次に反射強度を測定する系統について述べ
る。高輝度光源２０から出た光は拡散板２１で均一な強
度分布とした後に、試料２の表面に照射する。表面から
の反射光は無偏光プリズム２５の面で反射して、偏光角
０度に設定した偏光子２４を経たあとにカメラＡ２７に
入る。カメラＡでは、２次元のＣＣＤ素子を使用して測
定表面の各点の光強度を同時に求める。図７の光学系の
場合、反射強度（Ｉ）は、Ｉ＝Ｉ2 ＋Ｉ3 −２Ｉ1 で求
められる。ここでＩ1 はカメラＡ、Ｉ2 、Ｉ3はカメラ
Ｂの４５度、−４５度偏光画像からそれぞれ得られる光
強度である。
【００３０】図７の光学系の特徴は、広い範囲を均一に
偏光で照射し、偏光角度が０、４５、−４５度の画像か
ら試料面の多数の点のエリプソパラメータと反射強度を
同時に演算できるようにしたことである。エリプソパラ
メータ出力は、記憶パターンと比較することで膜厚や疵
種類に換算する。
【００３１】図８は反射光強度とエリプソパラメータを
同時に使って疵検出する装置の信号処理系統図である。
図７の光学系の出力を信号処理する部分に相当する装置
である。
【００３２】カメラＡ、カメラＢからの出力信号は一旦
フレームメモリーＡ３１，フレームメモリーＢ３１に蓄
積する。フレームメモリーＢは２つの偏光角度の像が蓄
えられているから、光強度を蓄えているフレームメモリ
ーＡと合わせて、試料表面の同一点が合計３つの光強度
情報を与えることになる。この際、視野角度によって
Δ、Ψ、Ｉにフレームメモリー上で位置的なずれが生じ
るので、位置縮尺補正装置３２はフレームメモリーに捕
らえられた３偏光成分の画像について、光学系のフレネ
ル係数から求められる位置・縮尺を一致させる処理を行
う。次ににΔ、Ψ、Ｉ計算装置３３は、Δ、Ψ、Ｉ計算
を一致した画素ごとに行う。等価複素屈折率計算装置３
５は、入射光の偏光状態を基に、反射光から計算した
Δ、Ψ、Ｉから試料各点の等価複素屈折率を計算する。
これらの演算結果は適当なマッピング処理を施した後、
表示装置３６に表面状態として表示する。簡易的には
Δ、Ψ、Ｉの画像のまま過去のデータと比較してもよ
い。
【００３３】図９は、図２から図４の疵に対するマッピ
ング処理の例である。図９ａは反射強度Ｉが通常値から
上昇した場合に適用する判別図である。Δ、Ψが図の斜
線部にあるときＤタイプ疵のグレード１、２、３と対応
させる。図９ｂは反射光強度が通常値にある場合に適用
する。Δ、Ψの値に応じてＡ、Ｂのタイプとグレードを
斜線部のように割り当てる。同様に図９のｃ，ｄは反射
光強度が通常値から下降した場合に適用するものであ
る。この場合はΔ、Ψの値によらず、強度の区分のみで
疵タイプとグレードを割り当てる。
【００３４】図１０は多チャンネルエリプソメータを並
列配置する本発明の他の実施形態を示す。この装置は２
０００ｍｍ幅の幅広鋼板４０が最大ライン速度６００ｍ
／分で移動中に疵検出することを目的としている。光源
は波長８００ｎｍのレーザー４１で、この光を光ファイ
バー４２を用いて被測定面の近くに導く。偏光板４３に
よって入射光は４５度の直線偏光とする。鋼板面への入
射角は６５度とした。光ファイバーのかわりに放物面鏡
を用いてレーザー光をスリット状平行光線とし、鋼板に
照射してもよい。光検出カメラ４４、４５、４６は１０
２４画素の一次元ＣＣＤを用いて、幅方向分解能０．２
５ｍｍ、１チャンネルで鋼板の２５０ｍｍ幅を見る構成
とした。
【００３５】１〜８ヘッドそれぞれに画像処理装置を付
けてライン速度に見合う速さで偏光強度計算を行う。処
理速度を向上させるため、Δ、Ψ、Ｉ演算装置３３は８
セット分を並列処理している。ライン速度が遅い場合、
または分解能が低い場合は並列処理数を増やして装置台
数を減らすことが可能である。これらの信号は、画像処
理装置３４でエリプソパラメータ演算を行ったあと、マ
ッピング表示装置３６で疵の判別を行う。
【００３６】この実施形態におけるマッピング処理は、
疵が画像内に現れると、Δ、Ψ、Ｉのうち、どのパラメ
ータが変化しているかの組合せによって、疵種類の判別
を行う。疵の程度は、例えば図４のΔについて、正常部
のΔの値１１３°程度から疵部のΔの値９８°までの変
化の度合いで決定する。図４ではΔの変化値が２〜３°
以内は害のない疵であるが、それ以上は出荷品質として
許容できないものであるから、異常部分として、警報出
力する。検査対象の鋼板上には油が塗られているが、エ
リプソメータとしての基本的機能を有しているため、油
膜厚さムラの測定も可能である。
【００３７】上記実施形態はいずれも光強度を求める光
源と、エリプソパラメータを求める光源が同一の場合で
示した。これらは必ずしも同一である必要はなく、反射
光を求めるための通常光源と、エリプソパラメータを求
める偏光光源を独立に設置してもよい。
【００３８】エリプソパラメータを記憶した値と比較す
ることによって、従来検出ができなかった鋼板面の模様
状疵の検出が可能となる。エリプソパラメータと反射光
強度と組み合わせたので、疵種類の判定が可能になる。
２次元撮像素子を用いたのでコンパクトな光学系とな
る。また、幅広材料に適用する場合には、光源の光を光
ファイバーで導くようにしたので、照射光が均一とな
り、簡易な補正で正確な測定が可能となる。
【００３９】実施形態２ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【００４０】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむらと
いった模様状疵といわれるものがある。このような模様
状疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が
困難である。例えば正常部で100 Ａ（オングストロー
ム）程度の酸化膜が付いている鋼板表面に、局所的に40
0 Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が厚く付いてい
る異常部がある場合、このような異常部の領域は表面処
理工程において塗装不良が生じるため、疵として検出し
て除去したい要請がある。しかしながら、異常部と正常
部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、
光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能で
ある。
【００４１】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報，特開平４−58138 号公報等に開示されて
いる。特開昭52−138183号公報に示された検査方法は被
検査体の表面から反射したＰ偏光とＳ偏光の比があらか
じめ定めた比較レベルより高いか否可によって欠陥の有
無を検知するものである。また、特開昭58−204356号公
報に示された検出方法は被検査体の表面に特定角度の入
射角で光を照射して、表面欠陥を検出するときのＳ／Ｎ
比を向上するようにしたものである。特開平４−58138
号公報に示された検査方法は、試料から反射した偏光を
１／４波長板からなる移相子と検光子とを介してイメ−
ジセンサに導くときに、移相子の透過軸の位置を所定角
度変え、各角度毎に検光子を回転させてイメ−ジセンサ
の画素毎に偏光パラメ−タを求めて複屈折分布を精度良
く測定する方法である。
【００４２】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、厳密な偏光パラメ−タすな
わち反射光の電気ベクトルのうち入射面方向の成分であ
るＰ偏光と入射面に垂直方向の成分であるＳ偏光との振
幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することなしに疵を
検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部は光学的
物性が正常部と異なった部分であることが多く、このよ
うな部分は複素屈折率が正常部と異なっているといえ
る。このような場合、偏光パラメ−タの振幅反射率比ta
n Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、偏光パラメ−タ
の変化の一部しか捕らえることができず、例えば検査結
果として異常部が検出できたとしても、それが油のしみ
か、酸化膜のむらか、又は何らかしらの異常な付着物が
付着したのであるか等を弁別するこができず、異常部の
種別と程度を判定することは困難であった。
【００４３】また、特開平４−58138 号公報に示された
検査方法は、薄膜評価等に使用されているエリプソメ−
タを２次元に拡大したものであり、この場合は、各画素
毎に複屈折率が求められるため、明確に定量化された複
屈折率により正常部と異常部を弁別することができる。
しかしながら、移相子と検光子を機械的に回転させて測
定しているため、被検査体の各位置の複屈折率を測定す
るには、少なくとも１回の測定中は被検査体を停止させ
ている必要があった。このため、例えば鋼板等のように
連続的に製造されて送られるシ−ト状製品の表面をオン
ラインで連続的に検査することは不可能であった。
【００４４】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、シ−ト状製品の表面にある模様状疵
もオンラインで連続的に検出して、その種別や程度を正
確に弁別することができる表面検査装置を得ることを目
的とするものである。
【００４５】この発明に係る表面検査装置は、投光部と
受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面に平行
光束の偏光を入射し、受光部は被検査面からの反射光の
異なる光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位角
を有する３個の検光子と、各検光子を透過した光を受光
するリニアアレイセンサとを有し、被検査面からの反射
光を入射し画像信号に変換し、信号処理部は３個のリニ
アアレイセンサからの画像信号を処理し、振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを示すcos Δと被検査面の表面反射強
度Ｉ0 を演算し、tan Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0 画像
を生成し、生成したtan Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0 画
像の各画素の濃度から表面の特性を評価することを特徴
とする。
【００４６】本発明に係る表面検査装置は、投光部、受
光部と信号処理部から構成される。投光部は被検査面に
平行光束の偏光を入射させる。受光部は被検査面からの
反射光を入射し画像信号に変換する。該受光部は被検査
面からの反射光の異なる光路にそれぞれ設けられそれぞ
れ異なる方位角を有する３個の検光子と、各検光子を透
過した光を受光する３個のリニアアレイセンサからな
る。信号処理部は該３個のリニアアレイセンサからの画
像信号を処理し、振幅反射率比 tanΨと位相差Δを示す
cosΔと被検査面の表面反射強度Ｉ0 を演算し、tan Ψ
画像とcos Δ画像及びＩ0 画像を生成し、生成したtan
Ψ画像、cos Δ画像及びＩ0 画像の各画素の濃度から表
面の特性を評価する。
【００４７】例えば、投光部は被検査面の板幅方向に長
く形成された平行光源から偏光子を介して被検査面に偏
光を入射し、被検査面からの反射光を受光して、被検査
面に疵等の異常部があるか否を検出する。
【００４８】例えば、受光部は３個のラインセンサカメ
ラと、各ラインセンサカメラの受光面の前面に設けられ
た検光子とで構成し、３個の検光子はそれぞれ異なる方
位角、すなわち透過軸が被検査面の入射面となす角が、
例えば「０」，「π／４」，「−π／４」になるように
配置され、３個のラインセンサカメラは各検光子を通っ
た偏光を入射して偏光の強度分布を示す画像を出力す
る。
【００４９】例えば、信号処理部は３個のラインセンサ
カメラからそれぞれ出力された光強度分布を示す画像の
各画素における偏光パラメ−タすなわち振幅反射率比ta
n Ψと位相差Δを示すcos Δと表面反射強度Ｉ0 を演算
し、偏光パラメ−タのtan Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0
画像を生成し、生成した tanΨ画像とcos Δ画像とＩ0
画像の異常部における明暗のパターンを利用して異常部
の種別を判定し、それらの画像の輝度変化の度合いによ
り異常の程度を判定する。
【００５０】実施形態３ 図１１，図１２はこの発明の一実施形態の構成を示し、
図１１は光学系の構成図、図１２は信号処理部を示すブ
ロック図である。図１１に示すように、光学系１０１は
投光部１０２と受光部１０３とを有する。投光部１０２
は平行光源１０４と平行光源１０４の前面に設けられた
偏光子１０５とを有する。平行光源１０４は被検査体例
えば鋼板１０６の板幅方向に長く形成された面状光源か
らなり、鋼板１０６の表面の一定長さ範囲に平行光束を
照射する。偏光子１０５は例えば偏光板や偏光フイルタ
からなり、図１３に示すように、透過軸Ｐが鋼板１０６
の入射面となす角α1 がπ／４になるように配置されて
いる。受光部１０３は３個のラインセンサカメラ１０７
ａ，１０７ｂ，１０７ｃと、各ラインセンサカメラ１０
７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの受光面の前面に設けられた
検光子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃとを有する。ライ
ンセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは鋼板１
０６の移動方向に位置をずらして配置され、鋼板１０６
の表面からの反射光を検出して偏光画像信号に変換す
る。検光子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃは、例えば偏
光板や偏光フイルタからなり、図１３に示すように、検
光子１０８の透過軸が鋼板１０６の入射面となす角α2
は検光子１０８ａがα2 ＝０、検光子１０８ｂがα2 ＝
π／４、検光子１０８ｃがα2 ＝−π／４になるように
配置されている。
【００５１】信号処理部１０９は偏光画像用のフレ−ム
メモリ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと、演算用ＣＰＵ
１１１と、エリプソパラメ−タ画像用のフレ−ムメモリ
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ及び処理用ＣＰＵ１１３
とを有する。フレ−ムメモリ１１０ａ，１１０ｂ，１１
０ｃにはそれぞれラインセンサカメラ１０７ａ，１０７
ｂ，１０７ｃから出力された偏光画像信号が２次元展開
される。演算用ＣＰＵ１１１はラインセンサカメラ１０
７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの設置位置のずれを考慮して
鋼板１０６の同じ位置の偏光画像信号をフレ−ムメモリ
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃから読み出し、各画素に
おける偏光パラメ−タすなわち振幅反射率比tan Ψと位
相差Δを示すcos Δと鋼板１０６の表面反射強度Ｉ0 を
演算し、偏光パラメ−タの像tan Ψ画像とcos Δ画像及
びＩ0 画像を生成する。フレ−ムメモリ１１２ａ，１１
２ｂ，１１２ｃには演算用ＣＰＵ１１１で演算したtan
Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0 画像が展開される。処理用
ＣＰＵ１１３はフレ−ムメモリ１１２ａ，１１２ｂ，１
１２ｃに展開されたtan Ψ画像とcos Δ画像とＩ0画像
の異常部における明暗のパタ−ンを利用して異常部の種
別を判定し、それらの画像の明暗の輝度変化の度合いに
より異常の程度を判定する。
【００５２】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、まず、３個のラインセンサカメ
ラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃで検出した光強度から
振幅反射率比tan Ψとcos Δと鋼板１０６の表面反射強
度Ｉ0 を演算する原理を説明する。
【００５３】図１３に示すように偏光子１０５の透過軸
Ｐと検光子１０８の透過軸Ａが鋼板１０６の入射面とな
す角をα1 ，α2 とすると、任意の入射角θで鋼板１０
６に入射して反射したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検光子
１０８を通って合成されたときの光強度Ｉ（α1 ，α2)
は、ｐ成分とｓ成分の振幅反射率をｒp ，ｒs とすると
次式で表せる。
【００５４】
【数１】 ただし、
【００５５】
【数２】
【００５６】ここでα1 ＝π／４にしたとき、α2 ＝０
の検光子１０８ａを通った光強度Ｉ1 は、Ｉ1 ＝Ｉ0 ρ
2 となり、α2 ＝π／４の検光子１０８ｂを通った光強
度Ｉ2 は、Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 ＋２ρcos Δ）／２、α
2 ＝−π／４の検光子１０８ｃを通った光強度Ｉ3 は、
Ｉ3 ＝Ｉ0(１＋ρ2 −２ρcos Δ）／２となる。この光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 からtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 は次式で得られる。ただし、光強度Ｉ1 ，Ｉ2
，Ｉ3 はカメラのアンプゲインなどの選び方によって
定数倍される場合もある。
【００５７】
【数３】
【００５８】このtan Ψとcos Δと表面反射強度Ｉ0 を
使用して鋼板１０６の疵を検出する表面検査装置の動作
を図１４の信号特性図を参照して説明する。光学系１０
１から出射されて一定速度で移動している鋼板１０６の
一定間隔Ｌをおいた各位置で反射した偏光はそれぞれ検
光子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃを通ってラインセン
サカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに入射する。す
なわち鋼板１０６表面の同一検査線上の像は間隔Ｌに対
応したずれが生じて検出される。このラインセンサカメ
ラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃで鋼板１０６の方面か
らの反射光の光強度を検出するときに、ラインセンサカ
メラ１０７ａの前面にはα2 ＝０の検光子１０８ａが設
けられているから、ラインセンサカメラ１０７ａは前記
光強度Ｉ1 を検出し、ラインセンサカメラ１０７ｂの前
面にはα2 ＝π／４の検光子１０８ｂが設けられている
から、ラインセンサカメラ１０７ｂは前記光強度Ｉ2 を
検出し、ラインセンサカメラ１０７ｃの前面にはα2 ＝
−π／４の検光子１０８ｃが設けられているから、ライ
ンセンサカメラ１０７ｃは前記光強度Ｉ3 を検出する。
ラインセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃで検
出した光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の分布を示す画像がそれ
ぞれフレ−ムメモリ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに展
開される。このようにラインセンサカメラ１０７ａ，１
０７ｂ，１０７ｃで光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を検出する
ときに、α2 ＝０の検光子１０８ａを通ってラインセン
サカメラ１０７ａに入射する光強度のＩ1 はラインセン
サカメラ１０７ｂ，１０７ｃに入射する光強度Ｉ2 ，Ｉ
3 のほぼ２倍程度になる。そこでラインセンサカメラ１
０７ａの感度をラインセンサカメラ１０７ｂ，１０７ｃ
の感度の１／２にしておくと、フレ−ムメモリ１１０
ａ，１１０ｂ，１１０ｃに同じ程度の濃度を基準とした
画像を生成することができる。
【００５９】演算用ＣＰＵ１１１はフレ−ムメモリ１１
０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに生成された光強度Ｉ1 ，Ｉ
2 ，Ｉ3 による偏光画像信号をラインセンサカメラ１０
７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの設置位置のずれを考慮して
読み出し、各画素における振幅反射率比tan Ψと位相差
Δを示すcos Δと鋼板１０６の表面反射強度Ｉ0 を逐次
演算してフレ−ムメモリ１１２ａにはtan Ψ画像を生成
し、フレ−ムメモリ１１２ｂにはcos Δ画像を生成し、
フレ−ムメモリ１１２ｂにはＩ0 画像を生成する。この
画像を生成するときに、各画素のtan Ψ＝０〜２程度を
０〜255 階調に変換し、cos Δ＝−１〜１を０〜255 階
調に変換して生成する。例えばcos Δ画像において、正
常部がcos Δ＝０であるとき、異常部をcos Δ＝−１と
すると、cos Δ画像で異常部は正常部より濃度が濃い画
像に形成される。ここで振幅反射率比tan Ψと位相差Δ
を示すcos Δと鋼板１０６の表面反射強度Ｉ0 を演算す
るときに、ラインセンサカメラ１０７ａの感度をライン
センサカメラ１０７ｂ，１０７ｃの感度の１／２にした
ときには、ラインセンサカメラ１０７ａで検出した光強
度をＩ1 とすると、tan Ψとcos Δ及びＩ0 を下記で演
算する。
【００６０】
【数４】
【００６１】処理用ＣＰＵ１１３はフレ−ムメモリ１１
２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに生成されたtan Ψ画像とco
s Δ画像及びＩ0 画像の各画素の濃度をシェ−ディング
補正してから正常部の濃度を基準として正規化して、濃
度レベル特性に変換処理する。このtan Ψ画像とcos Δ
画像及びＩ0 画像の濃度レベル特性の変化により異常部
の種別とその程度を判定する。
【００６２】例えば、板速度が300m/ 分で移動している
鋼板１０６に投光部１０２から偏光を入射角60度で入射
し、検査線間隔Ｌ＝100mm おきにラインセンサカメラ１
０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃで光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3
を検出してフレ−ムメモリ１１０ａ，１１０ｂ，１１０
ｃに展開した画像を図１４（ａ）に示す。また、このフ
レ−ムメモリ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに生成され
た光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 による偏光画像から演算用Ｃ
ＰＵ１１１で演算して生成したtan Ψ画像とcos Δ画像
及びＩ0 画像を図１４（ｂ）に示す。ここで図１４
（ａ）、（ｂ）の画像において、画面中央部に示す光強
度の変化している部分１２１は模様状疵を示し、右端部
の光強度の変化している部分１２２は油しみ等の無害で
あるが模様状のパタ−ンを示す。図１４（ｂ）に示すよ
うにほとんど大部分を示す正常部と異常部ではtan Ψ画
像とcos Δ画像及びＩ0 画像の濃度が明らかに相違し、
例えば図１４（ｂ）に示すようにcos Δ画像では異常部
が正常部より非常に濃くなる。このtan Ψ画像とcos Δ
画像及びＩ0 画像の各画素の濃度を正常部の濃度を基準
として正規化した濃度レベル特性を図１４（ｃ）に示
す。図１４（ｃ）に示すように、模様状疵１２１のtan
Ψ画像の濃度レベルはプラスになり、cos Δ画像の濃度
レベルはマイナスになり、Ｉ0 画像の濃度レベルはマイ
ナスになるが、油しみ等の模様状パタ−ン１２２の部分
はtan Ψ画像の濃度レベルとcos Δ画像の濃度レベルは
ともにマイナスになり、Ｉ0 画像の濃度レベルはプラス
になる。したがって、tan Ψ画像の明暗とcos Δ画像の
明暗とＩ0 画像の明暗により疵の種別を判別することが
できる。また、それらの画像の濃度レベルの変化度によ
り疵の程度を判定することができる。
【００６３】なお、上記実施形態は投光部１０２の光源
１０４を１個の面状光源で構成した場合について説明し
たが、図１５の側面図に示すように、３個のラインセン
サカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに対応して一定
距離をおいて配置された３個の線状光源１０４ａ，１０
４ｂ，１０４ｃを用い、各線状光源１０４ａ，１０４
ｂ，１０４ｃから出射し鋼板１０６表面で反射した偏光
を対応するラインセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１
０７ｃで受光するようにしても良い。
【００６４】また、上記各実施形態は受光部１０３のラ
インセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを鋼板
６の移動方向に対して位置をずらして配置した場合につ
いて説明したが、図１６の上面図と図１７の側面図に示
すように、ラインセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１
０７ｃを鋼板１０６の移動方向と直交する同一ライン上
で同じ高さの位置に設け、鋼板１０６の同一位置からの
反射光をラインセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０
７ｃで同時に検出するようにしても良い。そしてスペ−
ス的に余裕がある場合にはラインセンサカメラ１０７
ａ，１０７ｂ，１０７ｃに焦点距離の長いレンズを使用
することにより、画面上の被写界深度の問題を回避する
ことができる。また、場合によっては中心に設けたライ
ンセンサカメラ１０７ａの両側のラインセンサカメラ１
０７ｂ，１０７ｃを一定角度内側に向けても良い。
【００６５】上記実施形態はラインセンサカメラ１０７
ａ，１０７ｂ，１０７ｃを鋼板１０６の移動方向と直交
する同一ライン上で同じ高さの位置に設けた場合につい
て説明したが、図１８に示すようにラインセンサカメラ
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの設置高さを変えて鋼板
１０６の同一位置からの反射光を同時に検出するように
しても良い。
【００６６】また、上記各実施形態は投光部１０２から
出射した偏光を鋼板１０６の表面に直接入射し、その反
射光をラインセンサカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７
ｃで直接受光する場合について説明したが、図１９に示
すように、平行光源１０４から鋼板１０６の表面に対し
て直交するように出射した光をミラ−１１４で反射して
から偏光子１０５を通して所定の入射角で鋼板１０６の
表面に入射し、その反射光を検光子１０８ａ，１０８
ｂ，１０８ｃを通してからミラ−１１５で反射して鋼板
１０６の表面に対して直交するように設けたラインセン
サカメラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃで受光するよう
にしても良い。このように投光部１０２と受光部１０３
を構成することにより、光学系１０１の設置スペ−スを
小さくすることができ、オンラインにおける設置の自由
度を改善することができる。なお、上記実施形態は偏光
子１０５をミラ−１１４の後段に設け、検光子１０８
ａ，１０８ｂ，１０８ｃをミラ−１１５の前段に設けて
偏光がミラ−１１４，１１５の影響を受けないようにし
たが、偏光子１０５をミラ−１１４の前段に設け、検光
子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃをミラ−１１５の後段
に設けて、ミラ−１１４，１１５の影響を補正するよう
にしても良い。
【００６７】また、上記各実施形態はラインセンサカメ
ラ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃでそれぞれ鋼板１０６
の移動方向と直交するライン画像を検出する場合につい
て説明したが、２次元ＣＣＤカメラを使用して鋼板１０
６の一定長さ毎の画像を検出するようにしても良い。
【００６８】この発明は以上説明したように、被検査面
に平行光束の偏光を入射し、被検査面からの反射光の異
なる光路にそれぞれ設けられ、異なる方位角を有する３
個の検光子を通した偏光の光強度分布を検出し、検出し
た光強度分布を示す画像の各画素における偏光パラメ−
タすなわち振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すcosΔ
と表面反射強度Ｉ0 を演算し、偏光パラメ−タの像tan
Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0 画像を生成し、生成したta
n Ψ画像とcos Δ画像の異常部における明暗が一致して
いるか否により異常部の種別を判定し、Ｉ0 画像の輝度
変化の度合いにより異常の程度を判定するようにしたか
ら、簡単な構成で被検査面の疵や油じみ等を精度良く検
出することができる。
【００６９】また、偏光角度の調整等を必要なしで迅速
に被検査面の疵等を検出できるから、連続的に製造され
て送られるシ−ト状製品の表面をオンラインで連続的に
検査することができる。
【００７０】実施形態４ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【００７１】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむらと
いった模様状疵といわれるものがある。このような模様
状疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が
困難である。例えば正常部で100 Ａ（オングストロー
ム）程度の酸化膜が付いている鋼板表面に、局所的に40
0 Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が厚く付いてい
る異常部がある場合、このような異常部の領域は表面処
理工程において塗装不良が生じるため、疵として検出し
て除去したい要請がある。しかしながら、異常部と正常
部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、
光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能で
ある。
【００７２】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報，特開平４−58138 号公報等に開示されて
いる。特開昭52−138183号公報に示された検査方法は被
検査体の表面から反射したＰ偏光とＳ偏光の比があらか
じめ定めた比較レベルより高いか否可によって欠陥の有
無を検知するものである。
【００７３】また、特開昭58−204356号公報に示された
検出方法は、連続鋳造スラブの表面欠陥を検出するため
に、図９に示すように、光源３０からの光をシルンドリ
カルレンズ３１により帯状にして被検査面３２に投光
し、正反射光受光カメラ３３と散乱反射光受光カメラ３
４により撮像し、それらの出力を比較して表面の疵を検
出している。すなわち、２つの異なる位置に設置された
受光カメラ３３，３４で検出した撮像信号は縦割れの疵
に対して極性が異なるが、スケ−ル等の疑似欠陥信号は
極性が同じことを利用してスケ−ル等の疑似欠陥信号を
除去して、表面欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上す
るようにしたものである。また、光源３０とシルンドリ
カルレンズ３１の間に偏光子３５を設け、正反射光受光
カメラ３３と散乱反射光受光カメラ３４の前に検光子３
６を配置して、凹凸状の疵検出精度をより高めるように
している。
【００７４】また、特開平４−58138 号公報に示された
検査方法は、試料から反射した偏光を１／４波長板から
なる移相子と検光子とを介してイメ−ジセンサに導くと
きに、移相子の透過軸の位置を所定角度変え、各角度毎
に検光子を回転させてイメ−ジセンサの画素毎に偏光パ
ラメ−タを求めて複屈折分布を精度良く測定する方法で
ある。
【００７５】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、厳密な偏光パラメ−タすな
わち反射光の電気ベクトルのうち入射面方向の成分であ
るＰ偏光と入射面に垂直方向の成分であるＳ偏光との振
幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することなしに疵を
検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部は光学的
物性が正常部と異なった部分であることが多く、このよ
うな部分は複素屈折率が正常部と異なっているといえ
る。このような場合、偏光パラメ−タの振幅反射率比ta
n Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、偏光パラメ−タ
の変化の一部しか捕らえることができず、例えば検査結
果として異常部が検出できたとしても、それが油のしみ
か、酸化膜のむらか、又は何らかしらの異常な付着物が
付着したのであるか等を弁別するこができず、異常部の
種別と程度を判定することは困難であった。
【００７６】また、特開平４−58138 号公報に示された
検査方法は、薄膜評価等に使用されているエリプソメ−
タを２次元に拡大したものであり、この場合は、各画素
毎に複屈折率が求められるため、明確に定量化された複
屈折率により正常部と異常部を弁別することができる。
しかしながら、移相子と検光子を機械的に回転させて測
定しているため、被検査体の各位置の複屈折率を測定す
るには、少なくとも１回の測定中は被検査体を停止させ
ている必要があった。このため、例えば鋼板等のように
連続的に製造されて送られるシ−ト状製品の表面をオン
ラインで連続的に検査することは不可能であった。
【００７７】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、シ−ト状製品の表面にある模様状疵
もオンラインで連続的に検出して、その種別や程度を正
確に弁別することができる表面検査装置を得ることを目
的とするものである。
【００７８】この発明に係る表面検査装置は、投光部と
正反射光検出部と散乱反射光検出部及び信号処理部とを
有し、投光部は被検査面の幅方向全体に偏光を入射し、
正反射光検出部は被検査面からの反射光の正反射光の光
路に設けられ、散乱反射光検出部は被検査面からの反射
光の散乱反射光の光路に設けられ、正反射光検出部と散
乱反射光検出部の少なくともいずれか一方は入射した光
を３本のビ−ムに分離する光学系と、分離された３本の
ビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位
角を有する検光子と、各検光子を透過した光を受光する
撮像手段とを有し、信号処理部は正反射光検出部と散乱
反射光検出部からの画像信号を比較するとともに、検光
子を透過した光を受光した３個の影像手段からの画像信
号を処理して、被検査面の表面反射光のエリプソパラメ
−タである振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δ
を演算し、正反射光と散乱反射光の比較結果及び２つの
エリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δから被検査面の表面
特性を評価することを特徴とする。
【００７９】第２の発明に係る表面検査装置は、第１の
発明と同じ投光部と正反射光検出部と散乱反射光検出部
とを有し、信号処理部において正反射光検出部と散乱反
射光検出部からの画像信号を比較するとともに、検光子
を透過した光を受光した３個の撮像手段からの画像信号
を処理して、被検査面の表面反射光のエリプソパラメ−
タである振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δ及
び被検査面の表面反射強度Ｉ0 を演算し、正反射光と散
乱反射光の比較結果及び２つのエリプソパラメ−タtan
Ψ，cos Δと表面反射強度Ｉ0 から被検査面の表面特性
を評価することを特徴とする。
【００８０】第３の発明に係る表面検査装置は、投光部
と受光部及び信号処理部とを有し、投光部は被検査面の
幅方向全体に偏光を入射し、受光部は被検査面からの反
射光の散乱反射光の光路に設けられ、入射した光を３本
のビ−ムに分離する光学系と、分離された３本のビ−ム
の光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位角を有
する検光子と、各検光子を透過した光を受光する影像手
段とを有し、信号処理部は検光子を透過した光を受光し
た３個の撮像手段からの画像信号を処理して、被検査面
の表面反射光のエリプソパラメ−タである振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを示すcos Δを演算し、演算した２つ
のエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δから被検査面の表
面特性を評価することを特徴とする。
【００８１】第４の発明に係る表面検査装置は、第３の
発明と同じ投光部と受光部を有し、信号処理装置におい
て検光子を透過した光を受光した３個の撮像手段からの
画像信号を処理して、被検査面の表面反射光のエリプソ
パラメ−タである振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示す
cos Δ及び被検査面の表面反射強度Ｉ0 を演算し、演算
した２つのエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δと表面反
射強度Ｉ0 から被検査面の表面特性を評価することを特
徴とする。
【００８２】この発明においては、被検査面に対して一
定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射するよう
に投光部を配置し、被検査面からの反射光の正反射光を
受光する正反射光検出部と被検査面からの反射光の散乱
反射光を受光する散乱反射光検出部を所定の位置に配置
され、出力側が信号処理部に接続されている。この正反
射光検出部と散乱反射光検出部の少なくともいずれか一
方、例えば正反射光検出部は入射した光を３本のビ−ム
に分離するビ−ムスプリッタと３個の撮像手段と検光子
とで構成される。撮像手段は例えばＣＣＤ等のリニアア
レイカメラからなり、ビ−ムスプリッタと各撮像手段の
間にそれぞれ異なる方位角、すなわち透過軸が被検査面
の入射面となす角が、例えば０，π／４，−π／４にな
るように配置され、３個の撮像手段は各検光子を通った
偏光を入射して、偏光の強度分布を示す画像信号を出力
する。
【００８３】信号処理部は正反射光検出部と散乱反射光
検出部から入力した正反射光と散乱反射光の画像信号を
比較して、被検査面の凹凸性の疵を検出するとともに、
検光子を透過した光を受光した３個の撮像手段からの画
像信号を処理して、被検査面の表面反射光のエリプソパ
ラメ−タである振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すco
s Δを演算し、２つのエリプソパラメ−タtan Ψ，cos
Δの変化から被検査面の特性の変化、すなわち被検査面
の物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等の
局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむらとい
った模様状疵の有無を検出する。
【００８４】また、信号処理部は上記２つのエリプソパ
ラメ−タtan Ψとcos Δとともに被検査面の表面反射強
度Ｉ0 を演算し、２つのエリプソパラメ−タtan Ψ，co
s Δと表面反射強度Ｉ0 から被検査面の特性の変化を検
出し、模様状疵の有無をより詳細に検出する。
【００８５】また、反射光の検出部として被検査面から
の反射光の散乱反射光を検出する受光部をもうけ、上記
と同様に信号処理部で被検査面の表面反射光のエリプソ
パラメ−タtan Ψ，cos Δ又はエリプソパラメ−タtan
Ψ，cos Δと表面反射強度Ｉ0 から被検査面の特性の変
化を検出し、凹凸状疵の有無を高精度に検出する。
【００８６】実施形態５ 図２０はこの発明の一実施形態の光学系を示す配置図で
ある。図に示すように、光学系２０１は投光部２０２と
正反射光検出部２０３及び散乱反射光検出部２０４を有
する。投光部２０２は被検査体例えば鋼板２０５の幅方
向全体に例えば入射角θ＝60度で偏光を入射するもので
あり、光源２０６と光源２０６の前面に設けられた偏光
子２０７とを有する。光源２０６は棒状に構成され、被
検査面２０５の幅方向全体にわたり光を照射する。偏光
子２０７は例えば偏光板や偏光フィルタからなり、図２
１の配置説明図に示すように、透過軸Ｐが鋼板２０５の
入射面となす角α1 がπ／４になるように配置されてい
る。正反射光検出部２０３は鋼板２０５から反射角θの
正反射光を受光するものであり、例えばオプティカルフ
ラットからなるビ−ムスプリッタ２０８ａ，２０８ｂ，
２０８ｃと、例えばＣＣＤからなるリニアアレイカメラ
２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃと、リニアアレイカメラ
２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃの受光面の前面に設けら
れた検光子２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃとを有する。
リニアアレイカメラ２０９ａ〜２０９ｃは鋼板２０５の
同一位置を見るように調整されている。検光子２１０
ａ，２１０ｂ，２１０ｃは例えば偏光板や偏光フィルタ
からなり、図２１に示すように、検光子２１０の透過軸
が鋼板２０５の入射面となす角α2 は検光子２１０ａが
α2 ＝０、検光子２１０ｂがα2 ＝π/ ４、検光子２１
０ｃがα2 ＝−π/ ４になるように配置されている。散
乱反射光検出部２０４は鋼板２０５から例えば反射角０
度の散乱反射光を受光するものであり、散乱反射光用リ
ニアアレイカメラ２０９ｄと、散乱反射光用リニアアレ
イカメラ２０９ｄの前面に設けられた検光子２１０ｄと
を有する。検光子２１０ｄも例えば偏光板や偏光フィル
タからなり、透過軸が鋼板２０５の入射面となす角α2
がπ/ ２になるように配置されている。
【００８７】正反射光検出部２０３のリニアアレイカメ
ラ２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃと散乱反射光検出部２
０４の散乱反射光用リニアアレイカメラ２０９ｄは、図
２２のブロック図に示すように、信号処理部２１１に接
続されている。信号処理部２１１は正反射光用のフレ−
ムメモリ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃと散乱反射光用
のフレ−ムメモリ２１２ｄと、演算手段２１３と、tan
Ψ記憶手段２１４ａとcos Δ記憶手段２１４ｂとＩ0 記
憶手段２１４ｃと、パラメ−タ記憶手段２１５と、パラ
メ−タ比較手段２１６と、散乱光比較手段２１７と疵種
総合判断手段２１８及び不図示の出力手段とを有する。
フレ−ムメモリ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃにはそれ
ぞれリニアアレイカメラ２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃ
から出力された画像信号が各画素毎に展開される。フレ
−ムメモリ２１２ｄには散乱反射光用リニアアレイカメ
ラ２０９ｄから出力された画像信号が各画素毎に展開さ
れる。演算手段２１３は鋼板２０５の同じ位置の画像信
号をフレ−ムメモリ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃから
逐次読み出し、各画素におけるエリプソパラメ−タすな
わち振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δと、鋼
板２０５の正反射光の表面反射強度Ｉ0 を演算し、tan
Ψ記憶手段２１４ａとcos Δ記憶手段２１４ｂとＩ0 記
憶手段２１４ｃに格納する。パラメ−タ記憶手段２１５
にはあらかじめ求めておいた鋼板２０５の表面の特性、
すなわち物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化
膜等の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむ
らといった模様状疵に応じたtan Ψとcos Δ及び正反射
光の表面反射強度Ｉ0 の各種特性が記憶してある。パラ
メ−タ比較手段２１６はtan Ψ記憶手段２１４ａとcos
Δ記憶手段２１４ｂとＩ0 記憶手段２１４ｃに記憶され
たtan Ψとcos Δ及び表面反射強度Ｉ0 とパラメ−タ記
憶手段２１５にあらかじめ記憶された特性とを各画素毎
に比較し、鋼板２０５の表面の主に模様状疵の有無とそ
の種別と程度を判定する。散乱光比較手段２１７は正反
射光の表面反射強度Ｉ0 とフレ−ムメモリ２１２ｄに格
納された散乱光の強度Ｉ4 から鋼板２０５表面の主に凹
凸性の疵の有無とその程度を判定する。そして、最終的
に疵種総合判定手段２１８で疵種の総合判定を行う。ま
た、ここではパラメ−タ比較手段２１６は正反射光のパ
ラメ−タのみを扱ったが、散乱光の強度Ｉ4 もパラメ−
タの１つと考え、一括してパラメ−タ比較手段２１６で
処理するようにすることもできる。
【００８８】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、まず、３個のリニアアレイカメ
ラ２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃで検出した光強度から
振幅反射率比tan Ψとcos Δと鋼板２０５の正反射光の
表面反射強度Ｉ0 を演算する原理を説明する。
【００８９】図２１に示すように偏光子２０７の透過軸
Ｐと検光子２１０の透過軸Ａが鋼板２０５の入射面とな
す角をα1 ，α2 とすると、任意の入射角θで鋼板２０
５に入射して反射したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検光子
２１０を通って合成されたときの光強度Ｉ( α1 ，α2)
は、ｐ成分とｓ成分の振幅反射率をｒp ，ｒs とすると
次式で表せる。
【００９０】
【数５】 ただし
【００９１】
【数６】
【００９２】ここでα1 ＝π／４にしたとき、α2 ＝０
の検光子２１０ａを通った光強度Ｉ1 は、Ｉ1 ＝Ｉ0 ρ
2 となり、α2 ＝π／４の検光子２１０ｂを通った光強
度Ｉ2 は、Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 ＋２ρcos Δ）／２、α
2 ＝−π／４の検光子２１０ｃを通った光強度Ｉ3 は、
Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 −２ρcos Δ）／２となる。この光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 からtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 は次式で得られる。但し、光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 はカメラのアンプゲインなどの選び方によって定数
倍される場合もある。
【００９３】
【数７】
【００９４】次に、上記原理を使用した表面検査装置の
動作を説明する。投光部２０２から出射されて一定速度
で移動している鋼板２０５の表面で正反射した偏光はそ
れぞれ検光子２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを通ってリ
ニアアレイカメラ２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃに入射
する。このリニアアレイカメラ２０９ａ，２０９ｂ，２
０９ｃで正反射光の光強度を検出するときに、リニアア
レイカメラ２０９ａの前面にはα2 ＝０の検光子２１０
ａが設けられているから、リニアアレイカメラ２０９ａ
は前記光強度Ｉ1 を検出し、リニアアレイカメラ２０９
ｂの前面にはα2 ＝π／４の検光子２１０ｂが設けられ
ているから、リニアアレイカメラ２０９ｂは前記光強度
Ｉ2 を検出し、リニアアレイカメラ２０９ｃの前面には
α2 ＝−π／４の検光子２１０ｃが設けられているか
ら、リニアアレイカメラ２０９ｃは前記光強度Ｉ3 を検
出する。リニアアレイカメラ２０９ａ，２０９ｂ，２０
９ｃで検出した光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の分布を示す画
像がそれぞれフレ−ムメモリ２１２ａ，２１２ｂ，２１
２ｃに展開される。同時に散乱反射光用ラインセンサ２
０９ｄで検出した鋼板２０５表面の散乱光の光強度Ｉ4
がフレ−ムメモリ２１２ｄに展開される。
【００９５】演算手段２１３はフレ−ムメモリ２１２ａ
〜２１２ｃに展開された光強度Ｉ1，Ｉ2 ，Ｉ3 を各画
素毎に読み出して、振幅反射率比tan Ψとcos Δと正反
射光の表面反射強度Ｉ0 を逐次演算して、tan Ψ記憶手
段２１４ａとcos Δ記憶手段２１４ｂとＩ0 記憶手段２
１４ｃに格納する。パラメ−タ比較手段２１６はtanΨ
記憶手段２１４ａとcos Δ記憶手段２１４ｂとＩ0 記憶
手段２１４ｃに記憶されたtan Ψとcos Δ及び表面反射
強 度Ｉ0 とパラメ−タ記憶手段２１５にあらかじめ記
憶された特性とを各画素毎に比較し、鋼板２０５の表面
の主に模様状疵の有無とその種別と程度を判定する。一
方、散乱光比較手段２１７はフレ−ムメモリ２１２ｄに
格納された散乱光の光強度Ｉ4 とＩ0 記憶手段２１４ｃ
に記憶された表面反射強度Ｉ0 を各画素毎に比較し、鋼
板２０５の表面の主に凹凸の疵の有無とその程度を判定
する。このパラメ−タ比較手段２１６と散乱光比較手段
２１７の判定結果が疵種総合判定手段２１８で総合的に
判断され、出力手段（不図示）から記録手段や表示手段
（不図示）に逐次出力され、鋼板２０５の表面に異常が
あるか否を明らかにする。
【００９６】このように鋼板２０５の表面の模様状疵の
有無とその種別と程度を検出するとともに凹凸の疵の有
無とその程度も同時に検出するから、鋼板２０５の表面
の異常の有無を迅速にかつ精度良く検出することができ
る。例えばtan Ψとcos Δ及び表面反射強度Ｉ0 を考慮
しない従来の場合と比べて軽い模様状疵の検出精度を70
％程度から95％程度に高めることができるとともに、軽
い凹凸の疵も従来の80％程度から99％異常に高めること
ができた。
【００９７】なお、上記実施形態は正反射光検出部２０
３に３個のリニアアレイカメラ２０９ａ，２０９ｂ，２
０９ｃを設けた場合について説明したが、図２３に示す
ように、ビ−ムスプリッタ２０８と３個の検光子２１０
ａ，２１０ｂ，２１０ｃ及び３個のリニアアレイセンサ
２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃを内蔵した３板式リニア
アレイカメラ２２０を使用しても上記実施形態と同様に
鋼板２０５表面の模様状疵や各種疵を検出することがで
きる。このように正反射光検出部２０３を一体化するこ
とにより、設置スペ−スの自由度を高めることができ
る。
【００９８】また、上記実施形態においては散乱反射光
検出部２０４に検光子２１０ｄを設けた場合について説
明したが、検光子２１０ｄを取り除いても、上記実施形
態と同様に鋼板２０５の凹凸の疵や模様状疵を精度良く
検出することができる。
【００９９】さらに、上記各実施形態は散乱反射光検出
部２０４に１個の散乱反射光用リニアアレイカメラ２０
９ｄを設けた場合について説明したが、図２４に示すよ
うに、散乱反射光検出部２０４に、方位角π／２の検光
子２１０ｄと散乱反射光用リニアアレイカメラ２０９ｄ
とともに方位角０度の検光子２１０ｅと散乱反射光用リ
ニアアレイカメラ２０９ｅを設け、ビ−ムスプリッタ２
２１で散乱反射光を２つに分離して散乱反射光用リニア
アレイカメラ２０９ｄと散乱反射光用リニアアレイカメ
ラ２０９ｅで検出するようにしても良い。このように散
乱反射光検出部２０４で方位角π／２の検光子２１０ｄ
を通った光の光強度と方位角０度の検光子２１０ｅを通
った光の光強度を検出することにより、鋼板２０５表面
の凹凸の疵の検出精度を、上記実施形態の場合よりある
程度向上させることができる。
【０１００】また、図２５に示すように、正反射光検出
部２０３と散乱反射光検出部２０４の双方にビ−ムスプ
リッタ２０８と３個の検光子２１０ａ，２１０ｂ，２１
０ｃ及び３個のリニアアレイセンサ２１９ａ，２１９
ｂ，２１９ｃを内蔵した３板式リニアアレイカメラ２２
０を配置しても良い。この場合は、正反射光と散乱反射
光のエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δと、表面反射強
度Ｉ0 を得ることができ、あらゆる種類の疵を高精度に
検出することができる。
【０１０１】さらに、用途をある程度限定して鋼板２０
５表面の凹凸の疵を主として検出する場合には、図２６
に示すように、散乱反射光検出部２０４に３板式リニア
アレイカメラ２２０を配置し、正反射光検出部２０３に
方位角π／２の検光子２１０ｄと１台のリニアアレイカ
メラ２０９を配置したり、図２７に示すように、散乱反
射光検出部２０４にのみ３板式リニアアレイカメラ２２
０を配置するようにしても良い。このように構成するこ
とにより、凹凸が小さい模様状疵の検出精度は若干低下
するが、散乱反射光のエリプソパラメ−タtan Ψ，cos
Δと、表面反射強度Ｉ0 を得ることにより、凹凸の疵の
検出精度を高めることができる。なお、図２６の正反射
光検出部２０３に設けた方位角０度の検光子２１０ｄは
鋼板２０５が塗油材の場合を使用したほうが良いが、無
塗油材の場合には省略しても良い。
【０１０２】なお、上記各実施形態では光源２０６とし
て棒状に構成されたものを使用した場合について説明し
たが、レ−ザ光源からの光をレンズや放物面鏡でライン
状にして出射するようにしても良い。
【０１０３】また、上記各実施形態は反射光のエリプソ
パラメ−タtan Ψ，cos Δと、表面反射強度Ｉ0 から鋼
板２０５の表面の模様状疵や凹凸の疵の有無を検出する
場合について説明したが、模様状疵の種類によっては反
射光のエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δから鋼板２０
５の表面特性を検出するようにしても良い。
【０１０４】この発明は以上説明したように、被検査面
に対して一定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入
射し、被検査面からの正反射光と散乱反射光を受光し、
正反射光と散乱反射光の画像信号を比較して、被検査面
の凹凸の疵を検出するとともに、正反射光と散乱反射光
のすくなくとも一方の画像信号から被検査面の表面反射
光のエリプソパラメ−タである振幅反射率比tan Ψと位
相差Δを示すcos Δを演算し、２つのエリプソパラメ−
タtan Ψ，cos Δの変化から被検査面の模様状疵の有無
を検出するようにしたから、被検査面の異常の有無を迅
速に検出することができ、鋼板等のようなシ−ト状製品
の表面の状態をオンラインで連続的に検出することがで
きる。
【０１０５】また、上記２つのエリプソパラメ−タtan
Ψとcos Δとともに被検査面の表面反射強度Ｉ0 を演算
し、２つのエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δと表面反
射強度Ｉ0 から被検査面の特性の変化を検出することに
より、各種の模様状疵の有無をより高精度に検出するこ
とができる。また、散乱反射光からエリプソパラメ−タ
tan Ψ，cos Δ又はエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δ
と表面反射強度Ｉ0 を得て被検査面の特性の変化を検出
することにより、被検査面の凹凸を有する疵を高精度に
検出することができる。
【０１０６】実施形態６ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【０１０７】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむらと
いった模様状疵といわれるものがある。このような模様
状疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が
困難である。例えば正常部で100 Ａ（オングストロー
ム）程度の酸化膜が付いている鋼板表面に、局所的に40
0 Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が厚く付いてい
る異常部がある場合、このような異常部の領域は表面処
理工程において塗装不良が生じるため、疵として検出し
て除去したい要請がある。しかしながら、異常部と正常
部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、
光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能で
ある。
【０１０８】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否可によって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。また、偏光を用いた膜厚あるいは物性値の測
定方法が例えば特開昭62−293104号公報に開示されてい
る。特開昭62−293104号公報に示された検査方法は、試
料から反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通
して受光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置の
エリプソパラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのう
ち入射面方向の成分であるＰ偏光と入射面に垂直方向の
成分であるＳ偏光との振幅反射率比tan Ψと位相差Δを
演算して、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さある
いは物性値を精度良く測定する方法である。
【０１０９】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、厳密なエリプソパラメ−タ
である振幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することな
しに疵を検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部
は光学的物性が正常部と異なった部分であることが多
く、このような部分は複素屈折率が正常部と異なってい
るといえる。このような場合、エリプソパラメ−タの振
幅反射率比tan Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、エ
リプソパラメ−タの変化の一部しか捕らえることができ
ず、例えば検査結果として異常部が検出できたとして
も、それが油のしみか、酸化膜のむらか、又は何らかし
らの異常な付着物が付着したのであるか等を弁別するこ
とができず、異常部の種別と程度を判定することは困難
であった。
【０１１０】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報に示されている装置で、光電変換器をカメラに置き
換えるなど何らかの工夫により全面走査が可能になった
としても、２台のカメラを画素単位で鋼板上の全く同一
の位置を見るように厳密に位置と姿勢を調整する必要が
ある。また３台のカメラを収納するために大きなスペ−
スを必要とする。
【０１１１】また、この方法は元々膜厚あるいは物性値
を測定する方法であり、そのためにはエリプソパラメ−
タの振幅反射率比tan Ψと位相差Δを測定すれば十分で
あった、しかしながら、これらのパラメ−タは必ずしも
人の目で見た状態と一致するものではなく、人が疵と認
識できてもエリプソパラメ−タは変化しない疵について
は検出することができない。
【０１１２】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の疵をオンラインで連続的に検出
して、その種別や程度を正確に弁別することができる表
面疵検査装置を得ることを目的とするものである。
【０１１３】この発明に係る表面疵検査装置は、投光部
と３板式偏光リニアアレイカメラと信号処理部とを有
し、投光部は被検査面に偏光を入射し、３板式偏光リニ
アアレイカメラは入射した光束を３本のビ−ムに分離す
るビ−ムスプリッタと、分離された３本のビ−ムの光路
にそれぞれ設けられ、方位角がそれぞれ異なる向きに配
置された検光子と、各検光子を透過した光を受光するリ
ニアアレイセンサとを有し、被検査面からの反射光を入
射して異なる３種類の偏光画像信号を出力し、信号処理
部は３板式偏光リニアアレイカメラから出力された偏光
画像信号を処理して、被検査面の表面反射光のエリプソ
パラメ−タである振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示す
cos Δ及び反射光強度Ｉ0 を演算し、演算した振幅反射
率比tan Ψと位相cos Δ及び反射光強度Ｉ0 から被検査
面の表面疵の有無を判定することを特徴とする。
【０１１４】この発明においては、表面疵検査装置を投
光部と受光部である３板式偏光リニアアレイカメラと信
号処理部で構成する。投光部は被検査面例えば高速で移
動している鋼板の表面の幅方向全体にわたり一定入射角
で光束を入射するように光源が配置され、光源と被検査
面の入射位置との間に偏光子が設けられている。３板式
偏光リニアアレイカメラは被検査面からの反射光を入射
して異なる３種類の偏光画像信号を出力するものであ
り、ビ−ムスプリッタと３個の検光子と例えばＣＣＤ等
からなる３個のリニアアレイセンサとを有する。ビ−ム
スプリッタは入射面に誘電体多層膜を蒸着した２つの半
透過性を有する反射面が設けられ、被検査面からの反射
光を入射する第１の反射面は透過率と反射率が約２対１
の割合になっており、第１の反射面を透過した光を入射
する第２の反射面は透過率と反射率が１対１の割合にな
っている。このビ−ムスプリッタで入射した光を３本の
ビ−ムに分離して、分離したビ−ムをそれぞれ検光子に
入射させる。３個の検光子はそれぞれ異なる方位角、す
なわち透過軸が被検査面の入射面となす角が例えば０，
π／４，−π／４になるように配置され、振動面が異な
った偏光をそれぞれリニアアレイセンサに入射させる。
３個のリニアアレイセンサは各検光子を通った偏光を入
射して偏光の強度分布を示す画像信号を信号処理部に出
力する。このように被検査面からの反射光を１台の３板
式偏光リニアアレイカメラに入射し、３板式偏光リニア
アレイカメラ内で振動面が異なった３本の偏光に分離し
て３個のリニアアレイセンサに入射するから、３個のリ
ニアアレイセンサには被検査面からの同じ位置からの反
射光を同じタイミングで入射することができる。
【０１１５】信号処理部は３板式偏光リニアアレイカメ
ラから出力された偏光画像信号を処理して、被検査面の
表面反射光のエリプソパラメ−タである振幅反射率比ta
n Ψと位相差Δを示すcos Δ及び反射光強度Ｉ0 を演算
し、演算した振幅反射率比tan Ψと位相cos Δ及び反射
光強度Ｉ0 とあらかじめ定められた表面疵の特性とを比
較して異常の程度を判定する。
【０１１６】実施形態７ 図２８はこの発明の一実施形態の光学系を示す配置図で
ある。図に示すように、光学系３０１は投光部３０２と
３板式偏光リニアアレイカメラ３０３を有する。投光部
３０２は被検査体例えば鋼板３０４の表面に一定の入射
角で偏光を入射するものであり、光源３０５と光源３０
５の前面に設けられた偏光子３０６とを有する。光源３
０５は鋼板３０４の幅方向に伸びた棒状発光装置からな
り、鋼板３０４の幅方向全体に一定間隔で光を照射す
る。偏光板３０６は例えば偏光板もしくは偏光フィルタ
からなり、図２９の配置説明図に示すように、透過軸Ｐ
が鋼板３０４の入射面となす角α1 がπ／４になるよう
に配置されている。３板式偏光リニアアレイカメラ３０
３は、図３０の構成図に示すように、ビ−ムスプリッタ
３０７と３個の検光子３０８ａ，３０８ｂ，３０８ｃと
３個のリニアアレイセンサ３０９ａ，３０９ｂ，３０９
ｃと３個のスリット３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃを有
する。ビ−ムスプリッタ３０７は３個のプリズムからな
り、入射面に誘電体多層膜を蒸着した半透過性を有する
反射面が２面設けられ、鋼板３０４からの反射光を入射
する第１の反射面３０７ａは透過率と反射率が約２対１
の割合になっており、第１の反射面３０７ａを透過した
光を入射する第２の反射面３０７ｂは透過率と反射率が
１対１の割合になっており、鋼板３０４からの反射光を
同じ光量の３本のビ−ムに分離する。また、ビ−ムスプ
リッタ３０７の入射面から分離した３本のビ−ムの出射
面までの光路長は同じにしてある。検光子３０８ａは第
２の反射面３１０ｂの透過光の光路に設けられ、図２９
に示すように、方位角すなわち透過軸が鋼板３０４の入
射面となす角α2 が０度になるように配置され、検光子
３０８ｂは第２の反射面３０７ｂの反射光の光路に設け
られ、方位角α2 がπ／４度になるように配置され、検
光子３０８ｃは第１の反射面３０７ａの反射光の光路に
設けられ、方位角α2 が−π／４になるように配置され
ている。リニアアレイセンサ３０９ａ，３０９ｂ，３０
９ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子３
０８ａ，３０８ｂ，３０８ｃの後段に配置されている。
また、ビ−ムスプリッタ７と検光子３０８ａ，３０８
ｂ，３０８ｃの間にはビ−ムスプリッタ３０７内の多重
反射光や不必要な散乱光をカットするスリット３１０
ａ，３１０ｂ，３１０ｃが設けられ、ビ−ムスプリッタ
３０７の前段にはレンズ群３１１が設けられている。ま
た、リニアアレイセンサ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃ
は同じ光強度の光が入射したときに同じ信号を出力する
ように利得が調整してある。
【０１１７】このように入射した光を分離した３本のビ
−ムの光路に検光子３０８ａ〜３０８ｃとリニアアレイ
センサ３０９ａ〜３０９ｃが一体化して設けられている
から、リニアアレイセンサ３０９ａ〜３０９ｃ等を鋼板
３０４の搬送路近傍に設置して鋼板３０４からの反射光
を検出するときに、リニアアレイセンサ３０９ａ〜３０
９ｃ等の位置調整を必要としないとともに、鋼板３０４
の同じ位置からの反射光を同じタイミングで検出するこ
とができる。また、３板式偏光リニアアレイカメラ３０
３内に３組のリニアアレイセンサ３０９ａ〜３０９ｃが
まとまって収納されて小型化しているから、３板式偏光
リニアアレイカメラ３０３を鋼板３０４の反射光の光路
に簡単に配置することができるとともに、配置位置を任
意に選択することができ、光学系３０１の配置の自由度
を向上することができる。
【０１１８】３板式偏光リニアアレイカメラ３０３のリ
ニアアレイセンサ３０９ａ〜３０９ｃは、図３１のブロ
ック図に示すように、信号処理部３１２に接続されてい
る。信号処理部３１２はフレ−ムメモリ３１３ａ，３１
３ｂ，３１３ｃと演算手段３１４とtan Ψ記憶手段３１
５ａとcos Δ記憶手段３１５ｂとＩ0 記憶手段３１５ｃ
とパラメ−タ記憶手段３１６とパラメ−タ比較手段３１
７及び出力手段３１８とを有する。フレ−ムメモリ３１
３ａ，３１３ｂ，３１３ｃにはそれぞれリニアアレイセ
ンサ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃから出力された画像
信号が各画素毎に展開される。演算手段３１４は鋼板３
０４の同じ位置の画像信号をフレ−ムメモリ３１３ａ，
３１３ｂ，３１３ｃから逐次読み出し、各画素における
エリプソパラメ−タすなわち振幅反射率比tan Ψと位相
差Δを示すcos Δと、鋼板３０４の反射光の表面反射強
度Ｉ0 を演算し、tan Ψ記憶手段３１５ａとcos Δ記憶
手段３１５ｂとＩ0 記憶手段３１５ｃに格納する。パラ
メ−タ記憶手段３１６にはあらかじめ求めておいた鋼板
３０４の表面の特性、すなわち物性値のむら，ミクロな
粗さのむら，薄い酸化膜等の局所的な存在あるいはコ−
ティング膜厚の厚さむらといった模様状疵や凹凸状の疵
に応じたtan Ψとcos Δ及び正反射光の表面反射強度Ｉ
0 の各種特性が記憶してある。パラメ−タ比較手段３１
７はtan Ψ記憶手段３１５ａとcos Δ記憶手段３１５ｂ
とＩ0 記憶手段３１５ｃに記憶されたtan Ψとcos Δ及
び表面反射強度Ｉ0 とパラメ−タ記憶手段３１６にあら
かじめ記憶された各特性値とを各画素毎に比較し、鋼板
３０４の表面の模様状疵や凹凸状疵の有無とその種別と
程度を判定する。
【０１１９】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、まず３個のリニアアレイセンサ
３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃで検出した光強度から振
幅反射率比tan Ψとcos Δと鋼板４の正反射光の表面反
射強度Ｉ0 を演算する原理を説明する。
【０１２０】図２９に示すように、鋼板３０４からの反
射光が検光子３０８に入射する場合、偏光板３０６の透
過軸Ｐと検光子３０８の透過軸Ａが鋼板３０４の入射面
となす角をα1 ，α2 とすると、任意の入射角θで鋼板
３０４に入射して反射したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検
光子３０８を通って合成されたときの光強度Ｉ( α1，
α2)は、ｐ成分とｓ成分の振幅反射率をｒp ，ｒs とす
ると次式で表せる。
【０１２１】
【数８】 ただし、
【０１２２】
【数９】
【０１２３】ここでα1 ＝π／４にしたとき、α2 ＝０
の検光子３０８ａを通った光強度Ｉ1 は、Ｉ1 ＝Ｉ0 ρ
2 となり、α2 ＝π／４の検光子３０８ｂを通った光強
度Ｉ2 は、Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 ＋２ρcos Δ）／２、α
2 ＝−π／４の検光子３０８ｃを通った光強度Ｉ3 は、
Ｉ3 ＝Ｉ0(１＋ρ2 −２ρcos Δ）／２となる。この光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 からtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 は次式で得られる。
【０１２４】
【数１０】
【０１２５】また、図３０に示すように、鋼板３０４か
らの反射光をビ−ムスプリッタ３０７を通してから各検
光子３０８ａ〜３０８ｃを介してリニアアレイセンサ３
０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃで検出した場合、上記エリ
プソパラメ−タtan ΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ0 の
各画素毎の値は、Ｋ画素目のリニアアレイセンサ３０９
ａ〜３０９ｃの出力をＩ1k，Ｉ2k，Ｉ3kとし、リニアア
レイセンサ３０９ｂ，３０９ｃに入射する光のビ−ムス
プリッタ３０７によるｓ偏光成分とｐ偏光成分の透過率
の比をτ２，τ３、Ａ＝（τ２＋τ３），Ｂ＝（１＋τ
２2)，Ｃ＝（１＋τ３2)とすると、Ｋ画素目のエリプソ
パラメ−タtan Ψk とcos Δk 及びＫ画素全体の光量を
示す表面反射強度Ｉ0kは次式で得られる。
【０１２６】
【数１１】
【０１２７】次に、上記原理を使用した表面検査装置の
動作を説明する。投光部３０２から出射されて一定速度
で移動している鋼板３０４の表面で反射した偏光は３板
式偏光リニアアレイカメラ３０３で受光される。３板式
偏光リニアアレイカメラ３０３に入射した鋼板３０４の
反射光はビ−ムスプリッタ３０７で分離され検光子３０
８ａ，３０８ｂ，３０８ｃを通ってリニアアレイセンサ
３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃに入射する。このリニア
アレイセンサ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃで反射光の
光強度を検出するときに、リニアアレイセンサ３０９ａ
は前面にα2 ＝０の検光子３０８ａが設けられているか
ら前記光強度Ｉ1 を検出し、リニアアレイセンサ３０９
ｂは前面にα2 ＝π／４の検光子３０８ｂが設けられて
いるから光強度Ｉ2 を検出し、リニアアレイセンサ３０
９ｃは前面にα2 ＝−π／４の検光子３０８ｃが設けら
れているから光強度Ｉ3 を検出する。リニアアレイセン
サ３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃで検出した光強度Ｉ1
，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信号は各画素毎にそれぞれフ
レ−ム メモリ３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃに展開さ
れる。
【０１２８】演算手段３１４はフレ−ムメモリ３１３ａ
〜３１３ｃに展開された光強度Ｉ1，Ｉ2 ，Ｉ3 を各画
素毎に読み出して、各画素毎に振幅反射率比tan Ψk と
cosΔk と表面反射強度Ｉ0kを逐次演算して、tan Ψ記
憶手段３１５ａとcos Δ記憶手段３１５ｂとＩ0 記憶手
段３１５ｃに格納する。パラメ−タ比較手段３１７はta
n Ψ記憶手段３１５ａとcos Δ記憶手段３１５ｂとＩ0
記憶手段３１５ｃに記憶されたtan Ψk とcos Δk 及び
表面反射強度Ｉ0kとパラメ−タ記憶手段３１６にあらか
じめ記憶された特性とを各画素毎に比較し、鋼板３０４
の表面の模様状疵や凹凸状の疵の有無とその種別と程度
を判定する。このパラメ−タ比較手段３１７の判定結果
が出力手段３１８から不図示の記録手段や表示手段に逐
次出力され、鋼板３０４の表面に異常があるか否を明ら
かにする。
【０１２９】この発明は以上説明したように、被検査面
からの反射光を入射して異なる３種類の偏光画像信号を
出力する３組のリニアアレイセンサを一体化した３板式
偏光リニアアレイカメラを使用して異なる３種類の偏光
画像信号を得るようにしたから、３板式偏光リニアアレ
イカメラを被検査面の反射光の光路に簡単に配置するこ
とができるとともに、配置位置を任意に選択することが
でき、偏光を利用した表面疵検査装置の光学系の配置の
自由度を高めることができる。
【０１３０】また、３組のリニアアレイセンサを一体化
して、被検査面の同じ位置からの反射光を同じタイミン
グで検出するようにしたから、画像信号を処理する信号
処理部の構成を簡略化するとともに、被検査面の表面疵
を精度良く検出することができる。
【０１３１】実施形態８ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【０１３２】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむらと
いった模様状疵といわれるものがある。このような模様
状疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が
困難である。例えば正常部で100 Ａ（オングストロー
ム）程度の酸化膜が付いている鋼板表面に、局所的に40
0 Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が厚く付いてい
る異常部がある場合、このような異常部の領域は表面処
理工程において塗装不良が生じるため、疵として検出し
て除去したい要請がある。しかしながら、異常部と正常
部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、
光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能で
ある。
【０１３３】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否可によって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。また、疵検査方法ではないが、偏光を用いた
膜厚，表面物性の測定方法が例えば特開昭62−293104号
公報や特開平４−58138 号公報等に開示されている。特
開昭62−293104号公報に示された検査方法は、試料から
反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通して受
光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置のエリプ
ソパラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのうち入射
面方向の成分であるＰ偏光と入射面に垂直方向の成分で
あるＳ偏光との振幅反射率比tan Ψと位相差Δを演算し
て、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さあるいは物
性値を精度良く測定する方法である。特開平４−58138
号公報に示された検出方法は、試料から反射した偏光を
１／４波長板からなる移相子と検光子とを介してイメ−
ジセンサに導くときに、移相子の透過軸の位置を所定角
度変え、各角度毎に検光子を回転させてイメ−ジセンサ
の画素毎に偏光パラメ−タを求めて複屈折分布を精度良
く測定する方法である。
【０１３４】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、エリプソパラメ−タである
振幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することなしに疵
を検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部は光学
的物性が正常部と異なった部分であることが多く、この
ような部分は複素屈折率が正常部と異なっているといえ
る。このような場合、エリプソパラメ−タの振幅反射率
比tan Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、エリプソパ
ラメ−タの変化の一部しか捕らえることができず、例え
ば検査結果として異常部が検出できたとしても、それが
油のしみか、酸化膜のむらか、又は何らかしらの異常な
付着物が付着したのであるか等を弁別するこができず、
異常部の種別と程度を判定することは困難であった。
【０１３５】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報にしめされている装置を鋼板の幅方向に多数並べた
り、幅方向に高速に移動可能な機構を持った手段によっ
て１台の装置を走査したり、何らかの工夫により全面走
査が可能になったとしても、信号処理部は全測定点につ
いて偏光強度信号からエリプソパラメ−タの振幅反射率
比tan Ψと位相差Δを演算子、画像処理装置などを用い
て疵種と疵の等級を判定する必要がある。しかし、幅方
向１ラインで1000点以上の偏光強度信号を処理しなけら
ばならず、特にエリプソパラメ−タ演算はソフトウェア
演算で行った場合、約数10秒の演算時間がかかるため、
例えば毎分数100 ｍの速度で通過する鋼板等のシ−ト状
製品の表面をオンラインで連続的に検査することは不可
能であった。このために専用の偏光パラメ−タ等の演算
処理装置が必要となり、装置が高価になってしまう。
【０１３６】また、この方法はもともと膜厚あるいは物
性値を測定する方法であり、そのためにはエリプソパラ
メ−タの振幅反射率比tan Ψと位相差Δを測定すれば十
分であった、しかしながら、これらのパラメ−タは必ず
しも人の目で見た状態と一致するものではなく、人が疵
と認識できてもエリプソパラメ−タは変化しない疵につ
いては検出することができない。
【０１３７】また、特開平４−58138 号公報に示された
検査方法は、薄膜評価等に使用されているエリプソメ−
タを２次元に拡大したものであり、この場合は、各画素
毎に複屈折率が求められるため、明確に定量化された複
屈折率により正常部と異常部を弁別することができる。
しかしながら、移相子と検光子を機械的に回転させて測
定しているため、被検査体の各位置の複屈折率を測定す
るには、少なくとも１回の測定中は被検査体を停止させ
ている必要があった。このため、例えば鋼板等のように
連続的に製造されて送られるシ−ト状製品の表面をオン
ラインで連続的に検査することは不可能であった。
【０１３８】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の疵をオンラインで連続的に検出
して、その種別や程度を弁別することができる表面検査
装置を得ることを目的とするものである。
【０１３９】この発明にかかわる表面検査装置は、投光
部と受光部と信号処理部とを有し、投光部は幅方向に長
いビ−ムの偏光を被検査面に入射し、受光部は被検査面
の反射光の光路に設けられ、それぞれ異なる方位角を有
する３個の検光子と、各検光子を透過した光を受光する
リニアアレイセンサとを有し、被検査面からの反射光を
入射し画像信号に変換し、信号処理部は各リニアアレイ
センサからの出力画像信号を正規化して平坦化し、平坦
化した画像信号からエリプソパラメ−タである振幅反射
率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δ及び反射光強度Ｉ0
の相対値を演算し、演算した振幅反射率比tan Ψと位相
差cos Δ及び反射光強度Ｉ0 の相対値から被検査面の表
面の異常の有無を判定することを特徴とする。
【０１４０】この発明においては、被検査面に対して一
定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射するよう
に投光部を配置し、被検査面からの反射光を受光する受
光部を所定の位置に配置する。受光部は入射した光を３
本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタと、分離した３
本のビ−ムを別々に入射して画像信号を出力する例えば
ＣＣＤセンサを有する３組のリニアアレイカメラと、ビ
−ムスプリッタと各リニアアレイカメラの間に設けら
れ、被検査面からの反射光を異なる振動面の偏光にする
検光子とが設けられている。３個の検光子はそれぞれ異
なる方位角、すなわち透過軸が被検査面の入射面となす
角が、例えば０，π／４，−π／４になるように配置さ
れている。
【０１４１】信号処理部は各リニアアレイセンサからの
出力画像信号を正常部が全階調の中心輝度になるように
正規化して平坦化し、正常部に対する相対的な変化を示
す画像信号に変換する。この正常部に対する相対的な変
化を示す画像信号からエリプソパラメ−タである振幅反
射率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δ及び反射光強度Ｉ
0 を演算し、振幅反射率比tan Ψと位相差cos Δ及び反
射光強度Ｉ0 の相対値を算出し、tan Ψ，cos Δ，Ｉ0
の相対値画像を形成する。この相対値画像からtan Ψ，
cos Δ，Ｉ0 の相対的な変化を検出して鋼板等の被検査
面の表面の異常の有無を検出する。
【０１４２】実施形態９ 図３２，図３３はこの発明の一実施形態の構成を示し、
図３２は光学系の構成図、図３３は信号処理部を示すブ
ロック図である。図３２に示すように、光学系４０１は
投光部４０２と受光部４０３とを有する。投光部４０２
は光源４０４と光源４０４の前面に設けられた偏光子４
０５とを有する。光源４０４は被検査体例えば鋼板４０
６の板幅方向に長く形成された面状光源からなり、鋼板
４０６の表面の一定長さ範囲に平行光束を照射する。偏
光子４０５は例えば偏光板または偏光フィルタからな
り、図３４に示すように、透過軸Ｐが鋼板４０６の入射
面となす角α1 がπ／４になるように配置されている。
受光部４０３は３個のリニアアレイカメラ４０７ａ，４
０７ｂ，４０７ｃと、各リニアアレイカメラ４０７ａ，
４０７ｂ，４０７ｃの受光面に設けられた検光子４０８
ａ，４０８ｂ，４０８ｃとを有する。リニアアレイカメ
ラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃは、例えばＣＣＤ素子
群を有し、鋼板４０６の移動方向に位置をずらして配置
され、鋼板４０６の表面からの反射光を検出して偏光画
像信号に変換する。検光子４０８ａ，４０８ｂ，４０８
ｃは、例えば偏光板または偏光フィルタからなり、図３
４に示すように、検光子４０８の透過軸が鋼板４０６の
入射面となす角α2 は検光子４０８ａがα2 ＝０、検光
子４０８ｂがα2 ＝π／４、検光子４０８ｃがα2 ＝−
π／４になるように設置されている。
【０１４３】信号処理部４０９は信号変換部４１０ａ，
４１０ｂ，４１０ｃと、フレ−ムメモリ４１１ａ，４１
１ｂ，４１１ｃと、演算手段４１２と、tan Ψ記憶手段
４１３ａとcos Δ記憶手段４１３ｂとＩ0 記憶手段４１
３ｃと、パラメ−タ比較手段４１４及び出力手段４１５
を有する。信号変換部４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃは
それぞれリニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，４０
７ｃから出力された偏光画像信号の正常部の信号を基準
レベルとし、正常部の信号が全階調の中心輝度になるよ
うにしてニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７
ｃから出力された偏光画像信号を正規化して平坦化し、
正常部に対する相対的な変化を示す画像信号に変換す
る。フレ−ムメモリ４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃには
それぞれ信号変換部４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃから
出力された画像信号が各画素毎に展開される。演算手段
４１２は鋼板４０６の同じ位置の画像信号をフレ−ムメ
モリ４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃから逐次読み出し、
各画素におけるエリプソパラメ−タすなわち振幅反射率
比tan Ψと位相差Δを示すcos Δと、鋼板４０６の反射
光の表面反射強度Ｉ0 を演算し、tan Ψ記憶手段４１３
ａとcos Δ記憶手段４１３ｂとＩ0 記憶手段４１３ｃに
格納する。パラメ−タ比較手段４１４はtan Ψ記憶手段
４１３ａとcos Δ記憶手段４１３ｂとＩ0 記憶手段４１
３ｃに記憶されたtan Ψとcos Δ及び表面反射強度Ｉ0
のレベル変化から、鋼板４０６の表面の模様状疵や凹凸
状疵の有無とその種別を判定する。
【０１４４】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、まず、３個のリニアアレイカメ
ラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃで検出した光強度から
振幅反射率比tan Ψとcos Δと鋼板４０６の反射光の表
面反射強度Ｉ0 を演算する原理を説明する。
【０１４５】図３４に示すように、鋼板４０６からの反
射光が検光子４０８に入射する場合、偏光子４０５の透
過軸Ｐと検光子４０８の透過軸Ａが鋼板４０６の入射面
となす角をα1 ，α2 とすると、任意の入射角θで鋼板
４０６に入射して反射したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検
光子４０８を通って合成されたときの光強度Ｉ( α1，
α2)は、ｐ成分とｓ成分の振幅反射率をｒp ，ｒs とす
ると次式で表せる。
【０１４６】
【数１２】 ただし、
【０１４７】
【数１３】
【０１４８】ここでα1 ＝π／４にしたとき、α2 ＝０
の検光子４０８ａを通った光強度Ｉ1 は、Ｉ1 ＝Ｉ0 ρ
2 となり、α2 ＝π／４の検光子４０８ｂを通った光強
度Ｉ2 は、Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 ＋２ρcos Δ）／２、α
2 ＝−π／４の検光子４０８ｃを通った光強度Ｉ3 は、
Ｉ3 ＝Ｉ0(１＋ρ2 −２ρcos Δ）／２となる。この光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 からtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 は次式で得られる。
【０１４９】
【数１４】
【０１５０】次に、上記原理を使用した表面検査装置の
動作を説明する。投光部２から出射されて一定速度で移
動している鋼板４の表面で反射した偏光は検光子４０８
ａ，４０８ｂ，４０８ｃを通ってリニアアレイカメラ４
０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃに入射する。このリニアア
レイカメラ４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃで反射光の光
強度を検出するときに、リニアアレイカメラ４０７ａは
前面にα2 ＝０の検光子４０８ａが設けられているから
前記光強度Ｉ1 を検出し、リニアアレイカメラ４０７ｂ
は前面にα2 ＝π／４の検光子４０８ｂが設けられてい
るから光強度Ｉ2 を検出し、リニアアレイカメラ４０７
ｃは前面にα2 ＝−π／４の検光子４０８ｃが設けられ
ているから光強度Ｉ3 を検出する。なお、リニアアレイ
カメラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃが出力する偏光画
像信号の出力レベルを同じようなレベルにするためにリ
ニアアレイカメラ４０７ａのゲインをリニアアレイカメ
ラ４０７ｂ，４０７ｃのゲインの１／２にしておくと前
記式における光強度Ｉ1 はリニアアレイカメラ４０７ａ
で検出した光強度の２倍になる。
【０１５１】リニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，
４０７ｃで検出した光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す偏光
画像信号はそれぞれ信号変換部４１０ａ，４１０ｂ，４
１０ｃに送られる。信号変換部４１０ａ，４１０ｂ，４
１０ｃは送られた光強度Ｉ1，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す偏光画
像信号を、正常部の画像を信号の基準レベルとし、正常
部の画像信号が全階調の中心輝度になるようにして正規
化して平坦化し、正常部に対する相対的な変化を示す画
像信号に変換する。すなわち、例えば図３５（ａ）に示
すように、リニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，４
０７ｃで検出した光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す偏光画
像信号を正常部の画像を信号の基準レベルとし、図３５
（ｂ）に示すように、正常部の画像信号が255 階調の中
心輝度である128 階調になるようにして、光強度Ｉ1 ，
Ｉ2 ，Ｉ3 を幅方向に所定の移動平均幅で平均輝度を求
めて正規化して平坦化する。例えばリニアアレイカメラ
８ａのｊ番目の画素の光強度をＩaj、所定の幅で移動平
均処理を行った後の光強度をＩajm とすると、〔Ｇ( Ｉ
aj−Ｉajm ）／Ｉajm 〕＋128 なる計算を行う。なお、
Ｇは各カメラ，画素に共通な定数である。この平坦化し
た正常部に対する相対的な変化を示す画像信号をそれぞ
れフレ−ムメモリ４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃに格納
する。このように正規化する前後の光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 の画像を図３６（ａ），（ｂ）に示す。図３６
（ａ）に示すように、リニアアレイカメラ４０７ａ，４
０７ｂ，４０７ｃで検出した光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を
示す偏光画像は光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の輝度に応じて
濃淡が異なる画像を形成しているが、図３６（ｂ）に示
すように、正規化した相対的な変化を示す画像は、同じ
濃度を示す正常部を基準として異常部は明るくなったり
暗くなったりして濃度変化を示す。このようにリニアア
レイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃで検出した光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を正常部を基準として正規化する
ことにより、リニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，
４０７ｃの個々のドリフト等は問題にならずに光強度Ｉ
1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 に応じた画像を得ることができる。
【０１５２】演算手段４１２はフレ−ムメモリ４１１ａ
〜４１１ｃに展開された光強度Ｉ1，Ｉ2 ，Ｉ3 の相対
的な変化を示す画像を各画素毎に読み出して、各画素毎
に振幅反射率比tan Ψとcos Δと表面反射強度Ｉ0 を逐
次演算して、tan Ψ，cos Δ，Ｉ0 の画像デ−タとして
tan Ψ記憶手段４１３ａとcos Δ記憶手段４１３ｂとＩ
0 記憶手段４１３ｃに格納する。この演算によって得ら
れるtan Ψ，cos Δ，Ｉ0 の画像は、図３７（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すように、正常部を基準とした相対
値画像となり、例えば、cos Δ についてはΔ＝90度の
正常部を基準にして生成され、異常部は明るくなるか暗
くなる。このtan Ψ，cos Δ，Ｉ0 の相対値画像を不図
示の表示装置に表示する。
【０１５３】パラメ−タ比較手段４１４はtan Ψ記憶手
段４１３ａとcos Δ記憶手段４１３ｂとＩ0 記憶手段４
１３ｃに記憶されたtan Ψとcos Δ及び表面反射強度Ｉ
0 のレベル変化から、鋼板４０６表面の模様状疵や凹凸
状疵の有無とその種別を判定して出力手段４１５から記
録装置や表示装置に出力する。すなわち、鋼板４０６の
異常部は、図３７（ｃ）のtan Ψ，cos Δ，Ｉ0 の画像
に示すように、異常すなわち疵等の種別によって正常部
を基準にした極性が異なり、例えば鋼板４０６の内部介
在物に起因した疵４２１はtan Ψ画面とcos Δ画面で正
極性となり、Ｉ0 画面では負極性を示す。また、油しみ
の場合はtan Ψ画面とcos Δ画面とＩ0画面で正，負，
正極性あるいはすべて正極性となり、tan Ψ，cos Δ，
Ｉ0 のレベルにより異常部の種別を弁別することができ
る。
【０１５４】このように、正常部の画像信号を255 階調
の中心輝度である128 階調になるようにして正規化して
相対的画像を生成することにより、エリプソパラメ−タ
tanΨやcos Δの異常部における変化を明確にすること
ができる。すなわち、一般的な画像処理の階調は255 階
調であるが、例えばリニアアレイカメラ４０７ｃで検出
した 光強度Ｉ3 の正常部の階調度が小さくなると、図
３７（ａ）のＩ3 画像に示すように画像全体が非常に暗
くなる。この画像デ−タを用いてエリプソパラメ−タで
ある振幅反射率比tan Ψやcos Δの絶対値を演算する
と、エリプソパラメ−タtan Ψやcos Δの異常部におけ
る変化が明確にならない場合も生じ、疵検出に不都合が
生じることもあるが、このような不都合を解消すること
ができる。
【０１５５】また、各パラメ−タは理論的には、０≦ta
n Ψ≦∞，−１≦cos Δ≦１，０≦Ｉ0 ≦510 という値
をとり得るが、鋼板４０６の表面疵検査では、例えば0.
4 ≦tan Ψ≦1.6 ，−0.28≦cos Δ≦0.28，32≦Ｉ0 ≦
224 のようにとり得る値が限られることがある。このよ
うな場合は、現実にとり得る値が０から255 階調に対応
するようにレンジの拡大を行うことで、フレ−ムメモリ
４１１ａ〜４１１ｃの階調を有効に使い、例えば疵検出
のしきい値設定をより細かくできるようになる。
【０１５６】なお、上記各実施形態はリニアアレイカメ
ラ８ａ，８ｂ，８ｃを鋼板鋼板４０６の移動方向に対し
て位置をずらして配置して、設置位置のずれ量Ｌを考慮
して鋼板４０６からの反射光を検出したが、鋼板４０６
の反射光をビ−ムスプリッタで３本のビ−ムに分離して
３台のリニアアレイカメラで受光するようにしてもよ
い。
【０１５７】また、図３８の上面図と図３９の側面図に
示すように、リニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，
４０７ｃを鋼板４０６の移動方向と直交する同一ライン
上で同じ高さの位置に設け、鋼板４０６の同一位置から
の反射光を同時に検出するようにしても良い。
【０１５８】また、上記各実施形態は投光部２から出射
した偏光を鋼板４の表面に直接入射し、その反射光をリ
ニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７ｃで直接
受光する場合について説明したが、図４０に示すよう
に、光源４０４から偏光子４０５を通して所定の入射角
で鋼板４０６の表面に入射し、その反射光をミラ−４１
６で反射して鋼板４０６の表面に対して直交するように
設けたリニアアレイカメラ４０７ａ，４０７ｂ，４０７
ｃで受光するようにしても良い。このように投光部４０
２と受光部４０３を構成することにより、光学系４０１
の設置スペ−スを小さくすることができ、オンラインに
おける設置の自由度を改善することができる。この場
合、tan Ψ，cos Δ，Ｉ0 の絶対的な変化を問題にしな
いで相対的な変化を問題にするから、アルミニュ−ム等
のミラ−４１６による偏光の影響を問題にしないで済
み、光学系４０１の構成や設置の自由度を高めることが
できる。
【０１５９】この発明は以上説明したように、被検査面
に対して偏光を入射し、その反射光を異なる方位角を有
する検光子を通して受光し、異なる偏光の光強度分布を
測定し、測定した光強度分布を正常部が全階調の中心輝
度になるように正規化して平坦化し、正常部に対する相
対的な変化を示す画像信号に変換するようにしたから、
受光部の各カメラのドリフト等を問題とせずに光強度に
応じた画像を生成することができる。
【０１６０】また、生成した相対的画像からエリプソパ
ラメ−タtan Ψやcos Δ及び反射光強度Ｉ0 を演算する
から、エリプソパラメ−タtan Ψやcos Δ及び反射光強
度Ｉ0 の異常部における変化を明確にすることができ、
シ−ト状製品の表面にある異常部の有無や種別をオンラ
インで精度良く検出することができる。さらに、エリプ
ソパラメ−タの絶対値を測定しないで相対値を測定する
から、光学系や信号処理部の厳密さが大幅に緩和され、
装置全体を低価格にすることができるとともに設置や調
整も容易にすることができる。
【０１６１】実施形態１０ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【０１６２】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚さむらと
いった模様状疵といわれるものがある。このような模様
状疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が
困難である。例えば正常部で100 Ａ（オングストロー
ム）程度の酸化膜が付いている鋼板表面に、局所的に40
0 Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が厚く付いてい
る異常部がある場合、このような異常部の領域は表面処
理工程において塗装不良が生じるため、疵として検出し
て除去したい要請がある。しかしながら、異常部と正常
部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、
光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能で
ある。
【０１６３】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否可によって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。また、疵検査方法ではないが、偏光を用いた
膜厚，表面物性の測定方法が例えば特開昭62−293104号
公報や特開平４−58138 号公報等に開示されている。特
開昭62−293104号公報に示された検査方法は、試料から
反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通して受
光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置のエリプ
ソパラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのうち入射
面方向の成分であるＰ偏光と入射面に垂直方向の成分で
あるＳ偏光との振幅反射率比tan Ψと位相差Δを演算し
て、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さあるいは物
性値を精度良く測定する方法である。特開平４−58138
号公報に示された検出方法は、試料から反射した偏光を
１／４波長板からなる移相子と検光子とを介してイメ−
ジセンサに導くときに、移相子の透過軸の位置を所定角
度変え、各角度毎に検光子を回転させてイメ−ジセンサ
の画素毎に偏光パラメ−タを求めて複屈折分布を精度良
く測定する方法である。
【０１６４】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、エリプソパラメ−タである
振幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することなしに疵
を検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部は光学
的物性が正常部と異なった部分であることが多く、この
ような部分は複素屈折率が正常部と異なっているといえ
る。このような場合、エリプソパラメ−タの振幅反射率
比tan Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、エリプソパ
ラメ−タの変化の一部しか捕らえることができず、例え
ば検査結果として異常部が検出できたとしても、それが
油のしみか、酸化膜のむらか、又は何らかしらの異常な
付着物が付着したのであるか等を弁別することができ
ず、異常部の種別と程度を判定することは困難であっ
た。
【０１６５】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報に示されている装置を鋼板の幅方向に多数並べた
り、幅方向に高速に移動可能な機構を持った手段によっ
て１台の装置を走査したり、何らかの工夫により全面走
査が可能になったとしても、信号処理部は全測定点につ
いて偏光強度信号からエリプソパラメ−タの振幅反射率
比tan Ψと位相差Δを演算子、画像処理装置などを用い
て疵種と疵の等級を判定する必要がある。しかし、幅方
向１ラインで1000点以上の偏光強度信号を処理しなけら
ばならず、特にエリプソパラメ−タ演算はソフトウェア
演算で行った場合、約数10秒の演算時間がかかるため、
例えば毎分数100 ｍの速度で通過する鋼板等のシ−ト状
製品の表面をオンラインで連続的に検査することは不可
能であった。このために専用の偏光パラメ−タ等の演算
処理装置が必要となり、装置が高価になってしまう。
【０１６６】また、この方法はもともと膜厚あるいは物
性値を測定する方法であり、そのためにはエリプソパラ
メ−タの振幅反射率比tan Ψと位相差Δを測定すれば十
分であった、しかしながら、これらのパラメ−タは必ず
しも人の目で見た状態と一致するものではなく、人が疵
と認識できてもエリプソパラメ−タは変化しない疵につ
いては検出することができなかった。
【０１６７】また、特開平４−58138 号公報に示された
検査方法は、薄膜評価等に使用されているエリプソメ−
タを２次元に拡大したものであり、この場合は、各画素
毎に複屈折率が求められるため、明確に定量化された複
屈折率により正常部と異常部を弁別することができる。
しかしながら、移相子と検光子を機械的に回転させて測
定しているため、被検査体の各位置の複屈折率を測定す
るには、少なくとも１回の測定中は被検査体を停止させ
ている必要があった。このため、例えば鋼板等のように
連続的に製造されて送られるシ−ト状製品の表面をオン
ラインで連続的に検査することは不可能であった。
【０１６８】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の疵をオンラインで連続的に検出
して、その種別や程度を弁別することができる表面検査
装置を得ることを目的とするものである。
【０１６９】この発明に係る表面検査装置は、投光部と
受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面に偏光
を入射し、受光部は異なる特定角度の少なくとも３方向
の偏光を受光する複数の受光光学系を有し、被検査面で
反射した反射光を検出して画像信号に変換し、信号処理
部は各受光光学系から出力された光強度分布を平均値が
基準値となるように規格化し、企画化した複数の光強度
分布の変化極性と変化量とをあらかじめ定めたパターン
と比較し疵種を判定することを特徴とする。
【０１７０】また、上記信号処理部は各受光光学系から
出力された光強度分布を平均値が基準値となるように規
格化し、規格化した複数の光強度分布の変化極性と変化
量とをあらかじめ定めたパタ−ンと比較し疵種を判定
し、各受光光学系から出力された光強度分布から目視相
当の光量変化を演算し、演算した光量変化をあらかじめ
定めたパタ−ンと比較し疵の等級を判定することが望ま
しい。偏光は反射表面の物性、特に薄膜に対して敏感で
ある。また反射表面の物性により最大強度の偏光方向も
変化する。金属表面の疵部は正常部と異なる表面特性を
有し、表面の物性が母材と異なるため疵となったり、あ
るいは例えば凹凸のように正常部と表面幾何学形状が異
なるために疵となるものがある。前者は偏光を用いるこ
とにより検出でき、後者は反射率の相違となって現れる
ため反射光量変により検出できる。
【０１７１】そこで、この発明においては、被検査面に
対して一定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射
するように投光部を配置し、被検査面からの反射光を受
光する受光部を所定の位置に配置する。受光部は入射し
た光を例えば３本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタ
と、分離した３本のビ−ムを別々に入射して画像信号を
出力する例えばＣＣＤセンサを有する３組のリニアアレ
イカメラと、ビ−ムスプリッタと各リニアアレイカメラ
の間に設けられ、被検査面からの反射光を異なる振動面
の偏光にする検光子とが設けられている。３個の検光子
はそれぞれ異なる方位角、すなわち透過軸が被検査面の
入射面となす角が、例えば０，π／４，−π／４になる
ように配置されている。
【０１７２】信号処理部は各リニアアレイカメラからの
出力画像信号をシェ−ディング補正して正常部が全階調
の中心濃度になるように正規化して平坦化し、正常部に
対する相対的な変化を示す光強度信号に変換する。この
正常部に対する相対的な変化を示す３種類の光強度信号
の分布の変化極性と変化量とをそれぞれあらかじめ定め
たパタ−ンと比較して偏光の変化を検出する。この３種
類の光強度信号の正常部に対する変化極性と変化量の大
小から表面の物性が母材と異なる疵の疵種を判定する。
【０１７３】また、信号処理部は上記処理とともに各受
光光学系から出力された光強度分布から目視相当の光量
変化すなわち表面反射強度を演算し、演算した光量変化
をあらかじめ定めたパタ−ンと比較し、光量変化の変化
極性と変化量の大小から例えば凹凸状の疵のように正常
部と表面幾何学形状が異なる疵の等級を判定する。
【０１７４】実施形態１１ 図４１はこの発明の一実施形態の光学系を示す配置図で
ある。図に示すように、光学系５０１は投光部５０２と
３板式偏光リニアアレイカメラ５０３を有する。投光部
５０２は被検査体例えば鋼板５０４の表面に一定の入射
角で偏光を入射するものであり、光源５０５と光源５０
５の前面に設けられた偏光子５０６とを有する。光源５
０５は鋼板５０４の幅方向に伸びた棒状発光装置からな
り、鋼板５０４の幅方向全体に一様な強度分布を有する
光を照射する。偏光子５０６は例えば偏光板又は偏光フ
ィルタからなり、図４２の配置説明図に示すように、透
過軸Ｐが鋼板５０４の入射面となす角α1 がπ／４にな
るように配置されている。３板式偏光リニアアレイカメ
ラ５０３は、図４３の構成図に示すように、ビ−ムスプ
リッタ５０７と３個の検光子５０８ａ，５０８ｂ，５０
８ｃと３個のリニアアレイセンサ５０９ａ，５０９ｂ，
５０９ｃとを有する。ビ−ムスプリッタ５０７は３個の
プリズムからなり、入射面に誘電体多層膜を蒸着した半
透過性を有する反射面が２面設けられ、鋼板５０４から
の反射光を入射する第１の反射面５０７ａは透過率と反
射率が約２対１の割合になっており、第１の反射面５０
７ａを透過した光を入射する第２の反射面５０７ｂは透
過率と反射率が１対１の割合になっており、鋼板５０４
からの反射光を同じ光量の３本のビ−ムに分離する。ま
た、ビ−ムスプリッタ７の入射面から分離した３本のビ
−ムの出射面までの光路長は同じにしてある。検光子５
０８ａは第２の反射面５０７ｂの透過光の光路に設けら
れ、図４２に示すように、方位角すなわち透過軸が鋼板
５０４の入射面となす角α2 が０度になるように配置さ
れ、検光子５０８ｂは第２の反射面５０７ｂの反射光の
光路に設けられ、方位角α2 がπ/ ４度になるように配
置され、検光子５０８ｃは第１の反射面５０７ａの反射
光の光路に設けられ、方位角α2 が−π／４になるよう
に配置されている。リニアアレイセンサ５０９ａ，５０
９ｂ，５０９ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞ
れ検光子５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃの後段に配置さ
れている。また、ビ−ムスプリッタ５０７と検光子５０
８ａ，５０８ｂ，５０８ｃの間にはビ−ムスプリッタ５
０７内の多重反射光や不必要な散乱光をカットするスリ
ット５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃが設けられ、ビ−ム
スプリッタ５０７の前段にはレンズ群５１１が設けられ
ている。また、リニアアレイセンサ５０９ａ，５０９
ｂ，５０９ｃは同じ光強度の光が入射したときに同じ信
号を出力するように利得が調整してある。
【０１７５】このように入射した光を分離した３本のビ
−ムの光路に検光子５０８ａ〜５０８ｃとリニアアレイ
センサ５０９ａ〜５０９ｃが一体化して設けられている
から、リニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃ等を鋼板
５０４の搬送路近傍に設置して鋼板５０４からの反射光
を検出するときに、リニアアレイセンサ５０９ａ〜５０
９ｃ等の位置調整を必要としないとともに、鋼板５０４
の同じ位置からの反射光を同じタイミングで検出するこ
とができる。また、３板式偏光リニアアレイカメラ５０
３内に３組のリニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃが
まとまって収納されて小型化しているから、３板式偏光
リニアアレイカメラ５０３を鋼板５０４の反射光の光路
に簡単に配置することができるとともに、配置位置を任
意に選択することができ、光学系５０１の配置の自由度
を向上することができる。
【０１７６】３板式偏光リニアアレイカメラ５０３のリ
ニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃは、図４４のブロ
ック図に示すように、信号処理部５１２に接続されてい
る。信号処理部５１２は信号前処理部５１３ａ，５１３
ｂ，５１３ｃとＩ1 メモリ５１４ａ，Ｉ2 メモリ５１４
ｂ，Ｉ3 メモリ５１４ｃと、疵パラメ−タ演算部５１５
と、パタ−ン記憶部５１６と、光量記憶部５１７と、基
準パタ−ン記憶部５１８と、疵種判定部５１９と、等級
パタ−ン記憶部５２０と、疵等級判定部５２１及び出力
部５２２を有する。信号前処理部５１３ａ〜５１３ｃは
リニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃから出力された
偏光の光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の幅方向等の感度む
ら等を補正するシェ−ディング補正等を行ってから正常
部の信号を基準レベルとして、正常部の信号が255 階調
の中心濃度である128 階調になるように正規化して、正
規化した光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 をそれぞれＩ1 メ
モリ５１４ａ，Ｉ2 メモリ５１４ｂ，Ｉ3 メモリ５１４
ｃに格納する。疵パラメ−タ演算部５１５はＩ1 メモリ
５１４ａ〜Ｉ3 メモリ５１４ｃに格納された光強度信号
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の分布に表れた疵部のピ−ク値を正常
部の値である128 階調を基準にしてプラスであるかマイ
ナスであるかを示す極性パタ−ンと、 128階調を基準に
した変化量を示す値パタ−ンを算出するとともに、疵部
の光強度から目視相当光量を演算する。パタ−ン記憶部
５１６は算出された極性パタ−ンと値パタ−ンを記憶
し、光量記憶部５１７は算出された目視相当光量Ｉmax
を記憶する。基準パタ−ン記憶部５１８には各種極性パ
タ−ンと値パタ−ン及びこれらに対応する疵種があらか
じめ格納されている。疵種判定部５１９はパタ−ン記憶
部５１６に記憶された極性パタ−ンと値パタ−ンとを基
準パタ−ン記憶部５１８に記憶された各種極性パタ−ン
と値パタ−ンと比較して疵種を判定する。等級パタ−ン
記憶部５２０には各疵種毎に光量に対する疵の等級を示
す等級基準パタ−ンがあらかじめ格納してある。疵等級
判定部５２１は光量記憶部５１７に記憶した目視相当光
量Ｉmax と疵種判定部５１９で判定した疵種を等級パタ
−ン記憶部５２０に記憶してある等級基準パタ−ンと比
較して疵の等級を判定する。出力部５２２は疵等級判定
部５２１から出力される疵種と疵の等級を不図示の表示
装置や記録装置に出力する。
【０１７７】次に上記のように構成された表面検査装置
で鋼板５０４の表面を検査する時の動作を説明する。投
光部５０２から出射されて移動している鋼板５０４の表
面で反射した偏光は３板式偏光リニアアレイカメラ５０
３で受光される。３板式偏光リニアアレイカメラ５０３
に入射した鋼板５０４の反射光はビ−ムスプリッタ５０
７で分離され検光子５０８ａ，５０８ｂ，５０８ｃを通
ってリニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃに入射す
る。このリニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃで反射
光の光強度を検出するときに、リニアアレイセンサ５０
９ａ〜５０９ｃの前面に異なる方位角の検光子５０８ａ
〜５０８ｃが設けられているから，リニアアレイセンサ
５０９ａ〜５０９ｃは異なる偏光の光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 を検出し信号処理部５１２に送る。
【０１７８】信号処理部５１２の信号前処理部５１３ａ
〜５１３ｃはリニアアレイセンサ５０９ａ〜５０９ｃか
ら出力された偏光の光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の幅方
向等の感度むら等を補正するシェ−ディング補正等を行
ってから、例えば図４５の疵信号分布図に示すように、
正常部の信号が128 階調になるように正規化して、正規
化した光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 をそれぞれＩ1 メモ
リ１４ａ〜Ｉ3 メモリ１４ｃに格納する。図４５におい
て、（ａ）は光強度信号Ｉ1 の分布、（ｂ）は光強度信
号Ｉ2 の分布、（ｃ）は光強度信号Ｉ3 の分布を示す。
疵パラメ−タ演算部５１５はＩ1 メモリ５１４ａ〜Ｉ3
メモリ５１４ｃに格納された光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ
3 の分布に表れた疵部のピ−ク値をそれぞれ正常部の値
である128 階調よりプラスであるかマイナスであるかを
示す極性パタ−ンと、128 階調を基準にした変化量を示
す値パタ−ンを算出する。図４５に示す例では正規化し
た光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の疵部のピ−ク値は全て
128 階調よりプラスであるから、極性パタ−ンは（＋，
＋，＋）と算出し、128 階調を基準にした光強度信号Ｉ
1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の疵部のピ−ク値の変化量は（＋38，＋
10，＋32）になる。この変化量を最大値を基準に規格化
すると、（1.0 ，0.26，0.84）になる。この変化量の最
大値を基準にした規格値例えば（1.0 ，0.26，0.84）を
値パタ−ンとして算出する。そして算出した極性パタ−
ンと値パタ−ンをパタ−ン記憶部５１６に格納する。ま
た、疵パラメ−タ演算部５１５は光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2
，Ｉ3の分布から目視相当光量Ｉmax を、Ｉmax ＝ＭＡ
Ｘ〔Ｉ2 （ｘ）＋Ｉ3 （ｘ）−Ｉ1 （ｘ）〕で演算して
光量記憶部５１７に記憶させる。例えば、図４５に示し
た例では、光強度信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の疵部のピ−ク
値の変化量は（＋38，＋10，＋32）であるから、目視相
当光量Ｉmax は「４」になる。
【０１７９】基準パタ−ン記憶部５１８には疵の程度に
応じて複数の疵種に対応する極性パタ−ンと値パタ−ン
が実験で定められて、例えば図４６に示すように、基準
パタ−ンとして格納してある。図４６において、疵種Ｘ
〜疵種Ｗは例えば有害度が低い疵から有害度が高い疵の
順に疵種を示し、各疵種Ｘ〜疵種Ｗに対応する極性パタ
−ンと値パタ−ンの基準値を示す。また、等級パタ−ン
記憶部５２０には各疵種Ｘ〜疵種Ｗに応じて光量レベル
と疵の等級を示す相関をあらかじめ調べて、例えば図４
７の相関図に示すように格納してある。
【０１８０】疵種判定部５１９はパタ−ン記憶部５１６
に記憶された、極性パタ−ンと値パタ−ン、例えば図４
５に示す例の場合、極性パタ−ン（＋，＋，＋）と値パ
タ−ン（1.0 ，0.26，0.84）と、図４４に示す基準パタ
−ン記憶部５１８に記憶された基準パタ−ンとを比較し
て疵種を判定する。例えば図４５に示す例の場合には疵
種Ｘと判定する。このように複数の異なる疵Ａ〜疵Ｈの
疵種を極性パタ−ンと値パタ−ンにより判定した例を図
４８に示す。この疵種を判定する場合に、例えば極性パ
タ−ンが同じ（−，−，−）の疵Ｂと疵Ｃでも、値パタ
−ンにより有害度の低い疵種Ｙと有害度の高い疵種Ｚに
分類することができ、疵種を正確に判定することができ
る。また、疵の状態によっては疵Ｇに示すように極性パ
タ−ンの３つの符号のうち１つが反対、あるいは「０」
であっても値パタ−ンを併用することにより疵種を正確
に判別することができる。また、このように極性パタ−
ンと値パタ−ンで疵種を判定するから、疵種判定のため
の処理が簡略化され、短時間で精度良く疵種を判定する
ことができる。
【０１８１】一方、疵等級判定部５２１は光量記憶部５
１７に記憶した目視相当光量Ｉmaxと疵種判定部５１９
で判定した疵種とを等級パタ−ン記憶部５２０に記憶し
てある各疵種Ｘ〜疵種Ｗに応じて光量レベルと疵の等級
を示す相関図と比較して疵の等級を判定する。例えば図
４７に示すように疵種Ｘで目視相当光量Ｉmax が「４」
の場合には疵の等級をＢと判定し、疵種Ｙで目視相当光
量Ｉmax が「37」の場合には疵の等級をＣと判定する。
このように目視相当光量Ｉmax と疵種により疵の等級を
判定するから、鋼板５０４の表面に生じた凹凸のない模
様状疵だけでなく凹凸状の疵の程度を精度良く判別する
ことができる。疵等級判定部５２１は疵種判定部５１９
で判定した疵種と判別した疵の等級を出力部５２２に送
る。出力部５２２は疵等級判定部２１から出力される疵
種と疵の等級を表示装置や記録装置に出力する。
【０１８２】この発明は以上説明したように、被検査面
に対して一定入射角で偏光を入射し、その反射光の異な
る複数の偏光の光強度分布を検出し、検出した強度分布
を正規化し、正常部に対する疵部の異なる偏光の光強度
信号の変化極性と変化量とを算出し、算出した変化極性
と変化量とをそれぞれあらかじめ定めたパタ−ンと比較
して疵種を判定すようにしたから、簡単な処理で迅速に
疵種を判別することができる。
【０１８３】また、各受光光学系から出力された光強度
分布から目視相当の光量変化すなわち無偏光時の表面反
射強度を演算し、演算した光量変化から疵の等級を判定
するようにしたから、凹凸のない模様状疵だけでなく凹
凸状の疵の程度を簡単な処理で精度良く判別することが
できる。さらに、簡単な処理で迅速に疵種と疵の等級を
判定するから、装置自体のの構成を簡略化することがで
きるとともに、高速で移動しているシ−ト状製品の表面
にある異常部をオンラインで精度良く検出することがで
きる。
【０１８４】実施形態１２ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【０１８５】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜の厚さむらとい
った模様状疵といわれるものがある。このような模様状
疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が困
難である。例えば正常部で100 Ａ（オングストローム）
程度の酸化膜が付いている鋼板表面に、局所的に400 Ａ
（オングストローム）程度の酸化膜が厚く付いている異
常部がある場合、このような異常部の領域は表面処理工
程において塗装不良が生じるため、疵として検出して除
去したい要請がある。しかしながら、異常部と正常部の
酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、光の
散乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能であ
る。
【０１８６】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否可によって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。また、偏光を用いた膜厚あるいは物性値の測
定方法が例えば特開昭62−293104号公報に開示されてい
る。特開昭62−293104号公報に示された検査方法は、試
料から反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通
して受光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置の
エリプソパラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのう
ち入射面方向の成分であるＰ偏光と入射面に垂直方向の
成分であるＳ偏光との振幅反射率比tan Ψと位相差Δを
演算して、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さある
いは物性値を精度良く測定する方法である。
【０１８７】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、厳密なエリプソパラメ−タ
である振幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することな
しに疵を検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部
は光学的物性が正常部と異なった部分であることが多
く、このような部分は複素屈折率が正常部と異なってい
るといえる。このような場合、エリプソパラメ−タの振
幅反射率比tan Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、エ
リプソパラメ−タの変化の一部しか捕らえることができ
ず、例えば検査結果として異常部が検出できたとして
も、それが油のしみか、酸化膜のむらか、又は何らかし
らの異常な付着物が付着したのであるか等を弁別するこ
とができず、異常部の種別と程度を判定することは困難
であった。
【０１８８】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報にしめされている装置を鋼板の幅方向に多数並べた
り、幅方向に高速に移動可能な機構を持った手段によっ
て１台の装置を走査したり、何らかの工夫により全面走
査が可能になったとしても、信号処理部は全測定点につ
いて偏光強度信号からエリプソパラメ−タの振幅反射率
比tan Ψと位相差Δを演算子、画像処理装置などを用い
て疵種と疵の等級を判定する必要がある。しかし、幅方
向１ラインで1000点以上の偏光強度信号を処理しなけら
ばならず、特にエリプソパラメ−タ演算はソフトウェア
演算で行った場合、約数10秒の演算時間がかかるため、
例えば毎分数100 ｍの速度で通過する鋼板等のシ−ト状
製品の表面をオンラインで連続的に検査することは不可
能であった。このために専用の偏光パラメ−タ等の演算
処理装置が必要となり、装置が高価になってしまう。
【０１８９】また、この方法は元々膜厚あるいは物性値
を測定する方法であり、そのためにはエリプソパラメ−
タの振幅反射率比tan Ψと位相差Δを測定すれば十分で
あった、しかしながら、これらのパラメ−タは必ずしも
人の目で見た状態と一致するものではなく、人が疵と認
識できてもエリプソパラメ−タは変化しない疵について
は検出することができない。
【０１９０】また、エリプソパラメ−タの演算を行う
と、疵部でのＳ／Ｎが撮像装置で捕らえた偏光画像のう
ちＳ／Ｎが最大のものと比べると低下してしまう場合も
あり、疵を見逃す危険性があった。
【０１９１】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の疵をオンラインで連続的に検出
して、その種別や程度を正確に弁別することができる表
面検査装置を得ることを目的とするものである。
【０１９２】この発明に係る表面検査装置は、投光部と
検出部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面の幅方
向全体にわたり偏光光束を入射し、検出部は被検査面か
らの反射光を３本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタ
と、分離された３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けら
れ、それぞれ異なる方位角を有する検光子と、各検光子
を透過した光を受光するリニアアレイセンサとを有し、
被検査面からの反射光を入射し画像信号に変換し、信号
処理部は疵候補領域抽出部とパラメ−タ演算部と判定部
とを有し、疵候補領域抽出部は３組のリニアアレイセン
サから入力された偏光画像の濃度レベルと基準濃度レベ
ルとを比較して、測定した偏光画像の濃度レベルが基準
濃度レベルの範囲外となる領域を疵候補領域として抽出
し、パラメ−タ演算部は抽出した疵候補領域内における
測定光強度からエリプソパラメ−タと表面反射強度を算
出し、判定部は算出したエリプソパラメ−タと表面反射
強度の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性とを比
較し、表面疵の等級と種類を判定することを特徴とす
る。
【０１９３】この発明においては、表面検査装置を投光
部と受光部及び信号処理部で構成する。投光部は被検査
面の幅方向全体にわたり一定入射角で光束を入射するよ
うに光源が配置され、光源と被検査面の入射面との間に
偏光板が設けられている。受光部は３組のリニアアレイ
センサと、各リニアアレイセンサの受光面の前面に設け
られた検光子とで構成し、３組の検光子はそれぞれ異な
る方位角、すなわち透過軸が被検査面の入射面となす角
が、例えば「０」，「π/ ４」，「−π/ ４」になるよ
うに配置され、３組のリニアアレイセンサは各検光子を
通った偏光を入射して偏光の強度分布を示す画像を信号
処理部に出力する。
【０１９４】信号処理部には疵候補領域抽出部とパラメ
−タ演算部と判定部とが設けられている。疵候補領域抽
出部には、被検査面の正常状態を示す基準濃度レベルが
あらかじめ格納されているか、もしくは測定したデ−タ
のピ−ク値やバラツキ等から自動的に求めるようになっ
ている。そして３組のリニアアレイセンサから入力され
た偏光画像の濃度レベルと基準濃度レベルとを比較し
て、測定した偏光画像の濃度レベルが基準濃度レベルの
範囲外となる領域を疵候補領域として抽出する。この抽
出した疵候補領域内における測定光強度からパラメ−タ
演算部でエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δと表面反射
強度を算出することにより、演算処理する画素の領域を
限定して演算処理時間を短縮する。さらにパラメ−タ演
算部で演算する前に疵候補領域を特定することにより、
疵部の信号レベルが低下することを防ぎ、疵の検出精度
を高める。判定部は算出したエリプソパラメ−タと表面
反射強度の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性と
を比較して異常の程度を判定する。
【０１９５】実施形態１３ 図４９はこの発明の一実施形態の光学系を示す配置図で
ある。図に示すように、光学系６０１は投光部６０２と
反射光検出部６０３を有する。投光部６０２は被検査体
例えば鋼板６０４の幅方向全体に一定の入射角で偏光を
入射するものであり、光源６０５と、光源６０５の前面
に設けられた光ファイバ束６０６と、光ファイバ束６０
６の先端部に設けられたレンズ群６０７と、レンズ群６
０７の前面に設けられた偏光子６０８とを有する。な
お、投光部６０２は光源６０５として鋼板６０４の幅方
向に伸びた棒状の光源を使用して光ファイバ束６０６と
レンズ群６０７を省略するようにしても良い。偏光子６
０８は偏光板もしくは偏光フィルタからなり、図５０の
配置説明図に示すように、透過軸Ｐが鋼板６０４の入射
面となす角α1 がπ／４になるように配置されている。
反射光検出部６０３は鋼板６０４から反射角θの正反射
光を受光するものであり、ビ−ムスプリッタ６０９ａ，
６０９ｂと、例えばＣＣＤからなるリニアアレイカメラ
６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃと、リニアアレイカメラ
６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの受光面の前面に設けら
れた検光子６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃとを有する撮
像装置６１２が鋼板６０４の幅方向に連設されている。
検光子６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃは例えば偏光板も
しくは偏光フィルタからなり、図５０に示すように、検
光子６１１の透過軸が鋼板６０４の入射面となす角α2
は検光子６１１ａがα2 ＝０、検光子６１１ｂがα2 ＝
π／４、検光子６１１ｃがα2 ＝−π／４になるように
配置されている。
【０１９６】反射光検出部６０３のリニアアレイカメラ
６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃは、図５１のブロック図
に示すように、信号処理部６１３に接続されている。信
号処理部６１３は多値フレ−ムメモリ６１４ａ，６１４
ｂ，６１４ｃと２値化処理部６１５，２値メモリ６１６
ａ，６１６ｂ，６１６ｃ，オア処理部６１７，２値メモ
リ６１８，疵候補領域抽出部６１９，パラメ−タ演算部
６２０，tan Ψ記憶部６２１ａとcos Δ記憶部６２１ｂ
とＩ0 記憶部６２１ｃ及び判定部６２２を有する。多値
フレ−ムメモリ６１４ａ，６１４ｂ，６１４ｃにはそれ
ぞれリニアアレイカメラ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃ
から出力された反射光の光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す
画像信号が各画素毎に展開されて偏光画像を形成する。
２値化処理部６１５は多値フレ−ムメモリ６１４ａ，６
１４ｂ，６１４ｃに格納された偏光画像を２値化して、
それぞれ２値メモリ６１６ａ，６１６ｂ，６１６ｃに格
納する。オア処理部６１７は２値メモリ６１６ａ，６１
６ｂ，６１６ｃに格納された２値画像の各画素をオア処
理して２値メモリ６１８に格納する。疵候補領域抽出部
６１９は２値メモリ６１８に格納された２値画像の各画
素の濃度から疵候補領域の位置を特定する。パラメ−タ
演算部６２０は疵候補領域として特定された位置の光強
度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信号から各画素における
エリプソパラメ−タすなわち振幅反射率比tan Ψと位相
差Δを示すcos Δと、鋼板６０４の反射光の表面反射強
度Ｉ0 を演算し、tan Ψ記憶部６２１ａとcos Δ記憶部
６２１ｂとＩ0 記憶部６２１ｃに格納する。判定部６２
２にはあらかじめ求めておいた鋼板６０４の表面の特
性、すなわち物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い
酸化膜等の局所的な存在あるいはコ−ティング膜厚の厚
さむらといった模様状疵や凹凸状疵に応じたtan Ψとco
s Δ及び表面反射強度Ｉ0 の各種特性が記憶してあり、
tan Ψ記憶部６２１ａとcos Δ記憶部６２１ｂとＩ0 記
憶部６２１ｃに記憶されたtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 とあらかじめ記憶された特性とを各画素毎に比
較し、鋼板６０４の表面の模様状疵や凹凸状疵の有無と
その種別と程度を判定して出力する。
【０１９７】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、まず、３個のリニアアレイカメ
ラ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃで検出した光強度から
振幅反射率比tan Ψとcos Δと鋼板６０４の反射光の表
面反射強度Ｉ0 を演算する原理を説明する。
【０１９８】図５０に示すように偏光子６０８の透過軸
Ｐと検光子６１１の透過軸Ａが鋼板６０４の入射面とな
す角をα1 ，α2 とすると、任意の入射角θで鋼板６０
４に入射して反射したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検光子
６１１を通って合成されたときの光強度Ｉ( α1 ，α2)
は、ｐ成分とｓ成分の振幅反射率をｒp ，ｒs とすると
次式で表せる。
【０１９９】
【数１５】 ただし
【０２００】
【数１６】
【０２０１】ここでα1 ＝π／４にしたとき、α2 ＝０
の検光子６１１ａを通った光強度Ｉ1 は、Ｉ1 ＝Ｉ0 ρ
2 となり、α2 ＝π／４の検光子６１１ｂを通った光強
度Ｉ2 は、Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 ＋２ρcos Δ）／２、α
2 ＝−π／４の検光子６１１ｃを通った光強度Ｉ3 は、
Ｉ3 ＝Ｉ0(１＋ρ2 −２ρcos Δ）／２となる。この光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 からtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 は次式で得られる。
【０２０２】
【数１７】
【０２０３】但し、光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 はカメラの
アンプゲインなどの選び方によって定数倍される場合も
ある。次に、上記原理を使用した表面検査装置の動作を
説明する。投光部６０２から出射されて一定速度で移動
している鋼板６０４の表面で反射した偏光はビ−ムスプ
リッタ６０９ａ，６０９ｂで分離され、検光子６１１
ａ，６１１ｂ，６１１ｃを通ってリニアアレイカメラ６
１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃに入射する。このリニアア
レイカメラ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃで反射光の光
強度を検出するときに、リニアアレイカメラ６１０ａの
前面にはα2 ＝０の検光子６１１ａが設けられているか
ら、リニアアレイカメラ６１０ａは前記光強度Ｉ1 を検
出し、リニアアレイカメラ６１０ｂの前面にはα2 ＝π
／４の検光子６１１ｂが設けられているから、リニアア
レイカメラ６１０ｂは前記光強度Ｉ2 を検出し、リニア
アレイカメラ６１０ｃの前面にはα2 ＝−π／４の検光
子６１１ｃが設けられているから、リニアアレイカメラ
６１０ｃは前記光強度Ｉ3 を検出する。リニアアレイカ
メラ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃで検出した光強度Ｉ
1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信号がそれぞれ多値フレ−ム
メモリ６１２ａ，６１２ｂ，６１２ｃに展開され、図５
２の画像説明図の（ａ）に示すように、Ｉ1 偏光画像６
２４ａとＩ2 偏光画像６２４ｂとＩ3 偏光画像６２４ｃ
を形成する。ここでリニアアレイカメラ６１０ａ，６１
０ｂ，６１０ｃは光学的に位置，角度を調整して同じ視
野となっており、同じタイミングで検出した光強度Ｉ1
，Ｉ2 ，Ｉ3 は鋼板６０４の同一位置で反射した光の
光強度になっている。なお、リニアアレイカメラ６１０
ａ，６１０ｂ，６１０ｃで同一位置の反射光を同じタイ
ミングで検出できない場合は、リニアアレイカメラ６１
０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの出力端に遅延回路等を設け
て、検出位置とタイミングを合わせるようにしても良
い。
【０２０４】多値フレ−ムメモリ６１２ａ，６１２ｂ，
６１２ｃは、例えば横1024画素×縦200 ラインからな
り、1024画素の１ラインデ−タを同一タイミングでサン
プリングし、このサンプリングが200 ラインに達するま
で順次格納し、Ｉ1 偏光画像６２４ａとＩ2 偏光画像６
２４ｂとＩ3 偏光画像６２４ｃを形成する。２値化処理
部６２５は鋼板６０４の表面粗さや表面の塗油状態に応
じてあらかじめ定められている２値化レベルによりＩ1
偏光画像６２４ａとＩ2 偏光画像６２４ｂとＩ3偏光画
像６２４ｃを図４（ｂ）に示すように２値化し、２値化
画像６２５ａ，６２５ｂ，６２５ｃをそれぞれ２値化メ
モリ６１８ａ，６１８ｂ，６１８ｃに格納する。この２
値化するときの２値化レベルは鋼板６０４の表面粗さや
表面の塗油状態に応じて定められているが、測定したデ
−タのピ−ク値やバラツキ等から自動的に求めてノイズ
レベルに設定しても良い。また、疵は種類によって正常
部のレベルに対して高いレベルになる場合と低いレベル
になる場合があるため、図５３に示すように正常レベル
に対してプラス，マイナス両方の２値化レベル６２６
ａ，６２６ｂを設定して２値化し、図５２（ｂ）に示す
ように、例えば疵部６２７ａ，６２７ｂを白、正常部６
２８を黒とする。
【０２０５】この２値化画像６２５ａ，６２５ｂ，６２
５ｃはＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の３画像があり、図５２（ｂ）
に示すように、疵６２７ａ，６２７ｂが３画像に共通し
て異常値として検出されるとは限らないため、オア処理
部６１７で、図５２（ｃ）に示すように、Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 の２値画像を各画素毎にオア処理して、オア処理画
像６２９を２値メモリ６１８に格納する。疵候補領域抽
出部６１９は２値メモリ６１８に格納されたオア処理画
像６２９の疵部６２７ａ，６２７ｂを示す白い部分の位
置を求め、図５２（ｄ）に示すように、白い部分に外接
する長方形の領域を疵候補領域６３０ａ，６３０ｂとし
て抽出し、疵候補領域６３０ａ，６３０ｂの２点例えば
右上のＰ1 ，Ｐ3 点と左下のＰ2 ，Ｐ4 点の座標から疵
候補領域６３０ａ，６３０ｂを特定し、パラメ−タ演算
部６２０に送る。パラメ−タ演算部６２０は送られた疵
候補領域６３０ａ，６３０ｂの各画素に対応する光強度
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を多値フレ−ムメモリ６１２ａ，６１
２ｂ，６１２ｃを読み出し、各画素毎にエリプソパラメ
−タである振幅反射率比tan Ψ と位相cos Δと鋼板６
０４の反射光の表面反射強度Ｉ0 を演算し、演算した結
果をtan Ψ記憶部６２１ａとcos Δ記憶部６２１ｂ及び
Ｉ0 記憶部６２１ｃに逐次格納する。このように疵候補
領域６３０ａ，６３０ｂの各画素についてだけエリプソ
パラメ−タ等を演算するから画像全体の領域について演
算する場合と比べて演算時間を大幅に短縮することがで
きる。また、従来のエリプソパラメ−タに加えて反射光
の表面反射強度Ｉ0 できるようになったので、検出可能
な疵種と等級も多くなっている。
【０２０６】判定部６２２はtan Ψ記憶部６２１ａとco
s Δ記憶部６２１ｂ及びＩ0 記憶部６２１ｃに格納され
たtan Ψとcos Δと表面反射強度Ｉ0 とを各画素毎にあ
らかじめ求めておいた鋼板６０４の表面の特性と比較
し、どのパラメ−タが変化しているかの組合わせによ
り、疵の種類と等級を判定して不図示の表示手段や記録
手段に出力する。なお、油むらは偏光画像では濃度レベ
ルが高く疵として抽出されるが、tan Ψとcos Δと表面
反射強度Ｉ0 の組合せにより表面疵に相当しない場合に
は疵として判定されないようにしている。
【０２０７】また、判定部６２２から疵の種類と等級を
出力するとともに、疵候補領域抽出部６１９で抽出した
疵候補領域６３０ａ，６３０ｂの座標を特定して出力す
ることにより、疵の大きさも検出することができ、疵を
正確に判定することができる。
【０２０８】このように鋼板６０４の表面疵を検出する
場合、通常、鋼板６０４の表面疵は、幅が５mm、長さが
200mm 以下の大きさであり、発生頻度は長手方向の数10
ｍに１回程度である。したがって上記のように多値フレ
−ムメモリ６１４ａ〜６１４ｃのサイズを例えば横1024
画素×縦200 ラインに構成すると、１画素分解能を横0.
5mm ×縦５mmとすると、多値フレ−ムメモリ６１４ａ〜
６１４ｃのサイズは鋼板６０４の幅500mm 、長さ1.0 ｍ
に相当するため、１画像中の表面疵の画素数は横10画素
×縦40画素程度であり、エリプソパラメ−タ等を演算す
る演算時間は画像の全画素分を演算する場合と比べて１
／500 以下になる。したがって特殊な演算装置を使用し
なくても演算時間が数10msecの時間ですみ、例えば毎分
数100 ｍ移動する鋼板６０４の場合であっても、200 ラ
インの画像ができる時間が数100msec であることから、
移動している鋼板６０４の疵をオンラインで確実に検出
することができる。
【０２０９】なお、上記実施形態は１次元のリニアアレ
イカメラで幅方向の偏光画像を検出する場合について説
明したが、２次元のカメラを用いて、幅方向とそれに直
交する方向の２次元画像を検出するようにしても良い。
【０２１０】この発明は以上説明したように、３組のリ
ニアアレイセンサから入力された被検査面の偏光画像の
濃度レベルと基準濃度レベルとを比較して、測定した偏
光画像の濃度レベルが基準濃度レベルの範囲外となる領
域を疵候補領域として抽出し、抽出した疵候補領域内に
おける測定光強度から被検査面の疵を判定するエリプソ
パラメ−タと表面反射強度を算出するようにして、演算
処理する画素の領域を限定するから、偏光画像の全画素
について演算する場合と比べて演算処理時間を大幅に短
縮することができる。したがって高速で移動している鋼
板等のシ−ト状材料の表面疵をオンラインで精度良く検
出することができる。さらに、装置全体の処理能力が少
なくてすむから、装置全体を簡略化することができ、装
置のコストダウンを図ることができる。また、エリプソ
パラメ−タ画像に比べて疵部のＳ／Ｎが高い偏光画像で
疵位置を検出するから、疵を確実に捕らえて見逃しを減
らすことができる。
【０２１１】実施形態１４ 例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する装置としては、
レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化を利用して疵を
検出する方法が多く用いられている。この方法は鋼板の
表面に明らかな凹凸を形成している疵を検出する場合に
は有効な方法である。
【０２１２】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜の厚さむらとい
った模様状疵といわれるものがある。このような模様状
疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が困
難である。例えば正常部で100 〓程度の酸化膜が付いて
いる鋼板表面に、局所的に400 〓程度の酸化膜が厚く付
いている異常部がある場合、このような異常部の領域は
表面処理工程において塗装不良が生じるため、疵として
検出して除去したい要請がある。しかしながら、異常部
と正常部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてし
まい、光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不
可能である。
【０２１３】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否かによって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。また、偏光を用いた膜厚あるいは物性値の測
定方法が例えば特開昭62−293104号公報に開示されてい
る。特開昭62−293104号公報に示された検査方法は、試
料から反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通
して受光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置の
エリプソパラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのう
ち入射面方向の成分であるＰ偏光と入射面に垂直方向の
成分であるＳ偏光との振幅反射率比tan Ψと位相差Δを
演算して、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さある
いは物性値を精度良く測定する方法である。
【０２１４】特開昭52−138183号公報や特開昭58−2043
56号公報に示された検査方法は、偏光を用いて正常部と
異常部とを弁別しているが、厳密なエリプソパラメ−タ
である振幅反射率比tan Ψと位相差Δを判定することな
しに疵を検出するようにしている。鋼板等の表面の疵部
は光学的物性が正常部と異なった部分であることが多
く、このような部分は複素屈折率が正常部と異なってい
るといえる。このような場合、エリプソパラメ−タの振
幅反射率比tan Ψと位相差Δの両方を考慮しないと、エ
リプソパラメ−タの変化の一部しか捕らえることができ
ず、例えば検査結果として異常部が検出できたとして
も、それが油のしみか、酸化膜のむらか、又は何らかし
らの異常な付着物が付着したのであるか等を弁別するこ
とができず、異常部の種別と程度を判定することは困難
であった。
【０２１５】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tan Ψと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報にしめされている装置を鋼板の幅方向に多数並べた
り、幅方向に高速に移動可能な機構を持った手段によっ
て１台の装置を走査したり、何らかの工夫により全面走
査が可能になったとしても、信号処理部は全測定点につ
いて偏光強度信号からエリプソパラメ−タの振幅反射率
比tan Ψと位相差Δを演算子、画像処理装置などを用い
て疵種と疵の等級を判定する必要がある。しかし、幅方
向１ラインで1000点以上の偏光強度信号を処理しなけら
ばならず、特にエリプソパラメ−タ演算はソフトウェア
演算で行った場合、約数10秒の演算時間がかかるため、
例えば毎分数100 ｍの速度で通過する鋼板等のシ−ト状
製品の表面をオンラインで連続的に検査することは不可
能であった。このために専用の偏光パラメ−タ等の演算
処理装置が必要となり、装置が高価になってしまう。
【０２１６】また、この方法は膜厚あるいは物性値を測
定する方法であり、そのためにはエリプソパラメ−タの
振幅反射率比tan Ψと位相差Δを測定すれば十分であっ
た。しかしながら、これらのパラメ−タは必ずしも人の
目で見た状態と一致するものではなく、人が疵と認識で
きてもエリプソパラメ−タは変化しない疵については検
出することができない。
【０２１７】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の疵をオンラインで連続的に検出
して、その種別や程度を正確に弁別することができる表
面検査装置を得ることを目的とするものである。
【０２１８】この発明に係る表面検査装置は、投光部と
受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面の幅方
向全体にわたり偏光光束を入射し、受光部は被検査面か
らの反射光から異なる３つの偏光成分を抽出して画像信
号に変換し、信号処理部はパラメ−タ演算部と特徴量演
算部及び疵判定部とを有し、パラメ−タ演算部は上記画
像信号からエリプソパラメ−タと表面反射強度を算出
し、特徴量演算部は疵候補領域内におけるエリプソパラ
メ−タと表面反射強度の正常部に対する大小を示す極性
を算出し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強度
の極性の組合せによる疵特徴量を演算し、疵判定部は演
算した疵特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴
とする。
【０２１９】上記特徴量演算部は疵候補領域内における
エリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せによ
る疵特徴量を演算するとともに疵候補領域内における異
なる偏光画像の光強度の極性の組合せによる疵特徴量を
演算し、疵判定部は演算したエリプソパラメ−タと表面
反射強度の極性の組合せによる疵特徴量と光強度による
疵特徴量から表面疵の種類を判定することが望ましい。
【０２２０】さらに、上記信号処理部はパラメ−タ演算
部と特徴量演算部と疵判定部とともに疵候補領域抽出部
を有し、疵候補領域抽出部で上記エリプソパラメ−タと
表面反射強度の画像の濃度レベルが地肌レベルに相当す
る基準濃度レベルの範囲外となる領域を疵候補領域とし
て抽出すると良い。
【０２２１】また、この発明に係る他の表面検査装置
は、投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部は被
検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射し、受光部
は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成分を抽
出して画像信号に変換し、信号処理部は疵候補領域抽出
部とパラメ−タ演算部と特徴量演算部及び疵判定部を有
し、疵候補領域抽出部は上記３つの偏光成分の画像信号
の画像の濃度レベルが地肌レベルに相当する基準濃度レ
ベルの範囲外となる領域を疵候補領域として抽出し、パ
ラメ−タ演算部は疵候補領域内で画像信号からエリプソ
パラメ−タと表面反射強度を算出し、特徴量演算部は算
出したエリプソパラメ−タと表面反射強度の正常部に対
する大小を示す極性を算出し、算出したエリプソパラメ
−タと表面反射強度の極性の組合せによる疵特徴量を演
算し、疵判定部は演算した疵特徴量から表面疵の種類を
判定することを特徴とする。
【０２２２】上記受光部は被検査面からの反射光を３本
のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタと、分離された３
本のビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる
方位角を有する検光子と、各検光子を透過した光を受光
するリニアアレイセンサを有すると良い。
【０２２３】この発明においては、表面検査装置を投光
部と受光部及び信号処理部で構成する。投光部は被検査
面の幅方向全体にわたり一定入射角で光束を入射するよ
うに光源が配置され、光源と被検査面の入射面との間に
偏光子が設けられ、被検査面に一定偏光角の偏光を入射
する。受光部は３組のリニアアレイセンサと、各リニア
アレイセンサの受光面の前面に設けられた検光子とで構
成し、３組の検光子はそれぞれ異なる方位角、すなわち
透過軸が被検査面の入射面となす角が、例えば「０」，
「π／４」，「−π／４」になるように配置され、３組
のリニアアレイセンサは各検光子を通った偏光を入射し
て偏光の強度分布を示す画像を信号処理部に出力する。
【０２２４】信号処理部にはパラメ−タ演算部と疵候補
領域抽出部と特徴量演算部及び疵判定部とが設けられて
いる。パラメ−タ演算部は３組のリニアアレイセンサか
ら入力された偏光画像の光強度からエリプソパラメ−タ
tan Ψ，cos Δと表面反射強度Ｉ0 を算出し、tan Ψ画
像とcos Δ画像及びＩ0 画像を形成する。疵候補領域抽
出部には、被検査面の正常状態を示す基準濃度レベルが
あらかじめ格納されているか、もしくは測定したデ−タ
のピ−ク値やバラツキ等から自動的に求めるようになっ
ている。そして３組のtan Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0
画像の濃度レベルと基準濃度レベルとを比較して、tan
Ψ画像とcos Δ画像及びＩ0 画像の濃度レベルが基準濃
度レベルの範囲外となる領域を疵候補領域として抽出す
る。この抽出した疵候補領域内の各画素におけるエリプ
ソパラメ−タtan Ψとcos Δ及び表面反射強度Ｉ0 を特
徴量演算部で抽出して最大値又は平均値の正常部に対す
る大小を示す極性を算出し、算出したエリプソパラメ−
タと表面反射強度の極性の組合せによる疵特徴量を演算
する。疵判定部は算出したエリプソパラメ−タtanΨとc
os Δと表面反射強度Ｉ0 の極性の組合せによる疵特徴
量から表面疵の種類を判定する。
【０２２５】このように被検査面の表面特性により敏感
に変化するエリプソパラメ−タtanΨとcos Δを検出し
て、疵の有無を判別するから、散乱光や回折で検出でき
なかった表面の物性変化をも検出できる。また疵候補領
域を特定してエリプソパラメ−タtan Ψとcos Δと表面
反射強度Ｉ0 の極性の組合せから疵の種類を判別するか
ら、簡単に疵の種類を判別することができるとともに疵
の検出精度を高める。
【０２２６】また疵の種類を判別するときに疵候補領域
内におけるエリプソパラメ−タtanΨとcos Δと表面反
射強度Ｉ0 の極性変化の組合せと疵部の測定光強度の極
性変化により疵を判別することにより、より詳細に疵の
種類と等級を判別できる。
【０２２７】実施形態１５ 図５４はこの発明の一実施形態の光学系を示す配置図で
ある。図に示すように、光学系７０１は投光部７０２と
受光部７０３を有する。投光部７０２は被検査体例えば
鋼板７０４の幅方向全体に一定の入射角で偏光を入射す
るものであり、光源７０５と、光源７０５の前面に設け
られた光ファイバ束７０６と、光ファイバ束７０６の先
端部に設けられたレンズ群７０７と、レンズ群７０７の
前面に設けられた偏光子７０８とを有する。なお、投光
部７０２は光源７０５として鋼板７０４の幅方向に伸び
た棒状の光源を使用して光ファイバ束７０６とレンズ群
７０７を省略するようにしても良い。偏光子７０８は偏
光板もしくは偏光フィルタからなり、図５５に示すよう
に、透過軸Ｐが鋼板７０４の入射面となす角α1 がπ／
４になるように配置されている。受光部７０３は鋼板７
０４から反射角θの正反射光を受光するものであり、ビ
−ムスプリッタ７０９ａ，７０９ｂと、例えばＣＣＤか
らなるリニアアレイカメラ７１０ａ，７１０ｂ，７１０
ｃと、リニアアレイカメラ７１０ａ，７１０ｂ，７１０
ｃの受光面の前面に設けられた検光子７１１ａ，７１１
ｂ，７１１ｃとを有する撮像装置７１２が鋼板７０４の
幅方向に連設されている。検光子７１１ａ，７１１ｂ，
７１１ｃは例えば偏光板若しくは偏光フィルタからな
り、図５５に示すように、検光子７１１の透過軸が鋼板
７０４の入射面となす角α2 は検光子７１１ａがα2 ＝
０、検光子７１１ｂがα2＝π／４、検光子７１１ｃが
α2 ＝−π／４になるように配置されている。リニアア
レイカメラ７１０ａ〜７１０ｃは鋼板４からの反射光の
光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信号を一定周期で１
ライン信号として出力する。
【０２２８】受光部７０３のリニアアレイカメラ７１０
ａ，７１０ｂ，７１０ｃは、図５６のブロック図に示す
ように、信号処理部７１３に接続されている。信号処理
部７１３は前処理部７１４ａ，７１４ｂ，７１４ｃとフ
レ−ムメモリ７１５ａ，７１５ｂ，７１５ｃとパラメ−
タ演算部７１６，メモリ７１７ａ，７１７ｂ，７１７
ｃ，エッジ検出部７１８，輝度むら補正部７１９，２値
化処理部７２０，メモリ７２１ａ，７２１ｂ，７２１
ｃ，オア処理部７２２，２値メモリ７２３，疵候補領域
抽出部７２４，特徴量演算部７２５及び疵判定部７２６
を有する。
【０２２９】前処理部７１４ａ〜７１４ｃはリニアアレ
イカメラ７１０ａ〜７１０ｃから出力された反射光の光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信号を加算平均すると
ともに鋼板７０４のラインの移動量を検出して、鋼板７
０４が信号処理における１ラインの長さだけ移動した
ら、加算平均した信号を１ラインのデ−タとしてフレ−
ムメモリ７１５ａ〜７１５ｃに送り、ライン速度が変わ
っても信号処理における１ラインの長さを一定とする。
フレ−ムメモリ７１５ａ〜７１５ｃは、例えば横1024画
素×縦200 ラインで構成され、1024画素の１ラインデ−
タを同一タイミングでサンプリングして、200 ラインに
達するまで順次格納して２次元の偏光画像を形成する。
パラメ−タ演算部７１６はフレ−ムメモリ７１５ａ〜７
１５ｃに格納された偏光画像の各画素の光強度Ｉ1 ，Ｉ
2 ，Ｉ3 を示す画像信号からエリプソパラメ−タすなわ
ち振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δと鋼板７
０４の反射光の表面反射強度Ｉ0 を演算して、メモリ７
１７ａ，７１７ｂ，７１７ｃにそれぞれtan Ψ画像デ−
タとcos Δ画像デ−タ及びＩ0 画像デ−タとして格納す
る。エッジ検出部７１８はtan Ψ画像とcos Δ画像及び
Ｉ0 画像における鋼板７０４のエッジ部を検出する。輝
度むら補正部７１９は光源７０５の強度むらや鋼板反射
率むらによる幅方向の強度むらと、それに伴う感度むら
を補正する。２値化処理部７２０はtan Ψ画像とΔ画像
及びＩ0 画像を２値化して、それぞれメモリ７２１ａ，
７２１ｂ，７２１ｃに格納する。オア処理部７２２はメ
モリ７２１ａ，７２１ｂ，７２１ｃに格納されたtan
Ψ，Δ，Ｉ0 の２値画像の各画素をオア処理して２値メ
モリ７２３に格納する。疵候補領域抽出部７２４は２値
メモリ７２３に格納された２値画像の各画素の濃度から
疵候補領域の位置を特定する。特徴量演算部７２５は疵
候補領域におけるtan Ψ，Δ，Ｉ0 を抽出して絶対値が
最大となる値、すなわちピ−ク値又は平均値を演算し特
徴量を明らかにする。疵判定部７２６は疵候補領域にお
けるtan Ψ，Δ，Ｉ0 のピーク値（基準レベルからの変
化量の絶対値が最大となる値）又は平均値が正常部より
プラス領域かマイナス領域かを示す極性から疵の種類を
判定する。
【０２３０】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、３個のリニアアレイカメラ７１
０ａ，７１０ｂ，７１０ｃで検出した光強度から振幅反
射率比tan Ψとcos Δと鋼板７０４の反射光の表面反射
強度Ｉ0 を演算する原理を説明する。
【０２３１】図５５に示すように偏光子７０８の透過軸
Ｐと検光子７１１の透過軸Ａが鋼板７０４の入射面とな
す角をα1 ，α2 とすると、任意の入射角θで鋼板７０
４に入射して反射したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検光子
７１１を通って合成されたときの光強度Ｉ( α1 ，α2)
は、ｐ成分とｓ成分の振幅反射率をｒp ，ｒs とすると
次式で表せる。
【０２３２】
【数１８】 ただし、
【０２３３】
【数１９】
【０２３４】ここでα1 ＝π／４にしたとき、α2 ＝０
の検光子７１１ａを通った光強度Ｉ1 は、Ｉ1 ＝Ｉ0 ρ
2 となり、α2 ＝π／４の検光子７１１ｂを通った光強
度Ｉ2 は、Ｉ2 ＝Ｉ0(１＋ρ2 ＋２ρcos Δ）／２、α
2 ＝−π／４の検光子７１１ｃを通った光強度Ｉ3 は、
Ｉ3 ＝Ｉ0(１＋ρ2 −２ρcos Δ）／２となる。この光
強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 からtan Ψとcos Δ及び表面反射
強度Ｉ0 は次式で得られる。
【０２３５】
【数２０】
【０２３６】但し、光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 はカメラの
アンプゲインなどの選び方によって定数倍される場合も
ある。
【０２３７】次に、上記原理を使用した表面検査装置の
動作を説明する。投光部７０２から出射されて移動して
いる鋼板７０４の表面で反射した偏光はビ−ムスプリッ
タ７０９ａ，７０９ｂで分離され、検光子７１１ａ，７
１１ｂ，７１１ｃを通ってリニアアレイカメラ７１０
ａ，７１０ｂ，７１０ｃに入射する。このリニアアレイ
カメラ７１０ａ，７１０ｂ，７１０ｃで反射光の光強度
を検出するときに、リニアアレイカメラ７１０ａの前面
にはα2 ＝０の検光子７１１ａが設けられているから、
リニアアレイカメラ７１０ａは前記光強度Ｉ1 を検出
し、リニアアレイカメラ７１０ｂの前面にはα2 ＝π／
４の検光子７１１ｂが設けられているから、リニアアレ
イカメラ７１０ｂは前記光強度Ｉ2 を検出し、リニアア
レイカメラ７１０ｃの前面にはα2 ＝−π／４の検光子
７１１ｃが設けられているから、リニアアレイカメラ７
１０ｃは前記光強度Ｉ3 を検出する。リニアアレイカメ
ラ７１０ａ，７１０ｂ，７１０ｃで検出した光強度Ｉ1
，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信号がそれぞれ前処理部７１
４ａ〜７１４ｂで長手方向の分解能が一定にされてフレ
−ムメモリ７１５ａ〜７１５ｃに展開され、図４の画像
説明図の（ａ）に示すように、Ｉ1 偏光画像７２６ａと
Ｉ2 偏光画像７２６ｂとＩ3 偏光画像７２６ｃを形成す
る。ここでリニアアレイカメラ７１０ａ，７１０ｂ，７
１０ｃは光学的に位置，角度を調整して同じ視野となっ
ており、同じタイミングで検出した光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 は鋼板７０４の同一位置で反射した光の光強度にな
っている。なお、リニアアレイカメラ７１０ａ，７１０
ｂ，７１０ｃで同一位置の反射光を同じタイミングで検
出できない場合は、リニアアレイカメラ７１０ａ，７１
０ｂ，７１０ｃの出力端に遅延回路等を設けて、検出位
置とタイミングを合わせるようにしても良い。
【０２３８】パラメ−タ演算部７１６はフレ−ムメモリ
７１５ａ〜７１５ｃに格納された偏光画像７３１ａ〜７
３１ｃの各画素の光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を示す画像信
号からエリプソパラメ−タすなわち振幅反射率比tan Ψ
と位相差Δを示すcos Δと鋼板７０４の反射光の表面反
射強度Ｉ0 を演算して、メモリ７１７ａ〜７１７ｃにta
n Ψ画像デ−タとcos Δ画像デ−タ及びＩ0 画像デ−タ
として格納する。エッジ検出部７１８はメモリ７１７ａ
〜７１７ｃに展開されたtan Ψ画像，cos Δ画像，Ｉ0
画像の鋼板４の領域では、図５８に示すように、信号レ
ベルが高く、鋼板７０４ではない背景領域では信号レベ
ルが小さくなることから信号レベルが急激に変わってい
る点を鋼板７０４のエッジ部として特定し、信号処理領
域を定める。この信号処理領域におけるtan Ψ，cos
Δ，Ｉ0 の１ラインの信号強度は、例えば図５９（ａ）
に示すように、幅方向に大きなむらがある。そこで輝度
むら補正部７１９は１ラインの信号を幅方向に基準点を
中心に左右の数10点で移動平均して、図５９（ｂ）に示
すように、移動平均した信号tan Ψｍ，cos Δｍ，Ｉ0
ｍを作成する。そして、図５９（ｃ）に示すように、移
動平均前の信号tan Ψ，cos Δ，Ｉ0 と移動平均した信
号tan Ψｍ，cos Δｍ，Ｉ0 ｍ及び地肌である正常部を
示す基準レベルＣから次式により各画素毎の補正信号ta
n Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃを算出する。なお、次式にお
いてＡは定数である。
【０２３９】
【数２１】
【０２４０】この輝度むら補正した信号において、図５
９（ｃ）に示すように、鋼板７０４の地肌である正常部
に対して明るく見える疵７３３ａの信号レベルは正常部
７３４の基準レベルＣより高く、正常部に対して暗く見
える疵７３３ｂの信号レベルは基準レベルＣより低くな
る。この補正された画像を２値化処理部７２０で２値化
して、tan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃの２値化画像をぞれ
ぞれメモリ７２１ａ〜７２１ｃに格納する。この２値化
するときの２値化レベルは鋼板７０４の表面粗さや表面
の塗油状態に応じて定められているが、測定したデ−タ
のピ−ク値やバラツキ等から自動的に求めてノイズレベ
ルに設定しても良い。また、疵は種類によって正常部の
レベルに対して高いレベルになる場合と低いレベルにな
る場合があるため、図６０に示すように正常レベルに対
してプラス，マイナス両方の２値化レベル７３５ａ，７
３５ｂを設定して２値化し、信号レベルがプラスの２値
化レベル７３５ａとマイナスの２値化レベル７３５ｂ以
外の範囲を白、２値化レベル７３５ａ，７３５ｂの範囲
内を黒として正常部とする。
【０２４１】この２値化画像はtan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ
0 ｃの３画像があり、例えば図５７（ｂ）に示すよう
に、疵７３３ａ，７３３ｂが３画像に共通して異常値と
して検出されるとは限らない。そこでオア処理部７２２
はメモリ７２１に格納されたtan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0
ｃの２値画像を各画素毎にオア処理して、オア処理画像
７３６を２値メモリ７２３に格納する。疵候補領域抽出
部７２４は２値メモリ７２３に格納されたオア処理画像
７３６の疵部７３３ａ，７３３ｂを示す白い部分の位置
を求め、図５７（ｄ）に示すように、白い部分に外接す
る長方形の領域を疵候補領域７３７ａ，７３７ｂとして
抽出し、疵候補領域７３７ａ，７３７ｂの２点例えば右
上のＰ1 ，Ｐ3 点と左下のＰ2 ，Ｐ4 点の座標から疵候
補領域７３７ａ，７３７ｂを特定して特徴量演算部７２
５に送る。特徴量演算部７２５は疵候補領域７３７ａ，
７３７ｂにおける各画素のtan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃ
のピ−ク値又は平均値を求め、疵候補領域７３７ａ，７
３７ｂにおけるtan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃのピ−ク値
又は平均値が正常部の基準レベルよりプラス領域かマイ
ナス領域かを示す極性を求め、極性パタ−ンの疵特徴量
Ｅｐｐを例えば、Ｅｐｐ＝９Δｐ＋３Ψｐ＋Ｉｐで演算
する。ここでΨｐはtan Ψｃの極性、Δｐはcos Δｃの
極性、ＩｐはＩ0 ｃの極性を示し、例えばプラス極性の
ときは「２」、正常部と同じときは「１」、マイナス極
性のときは「０」と数値化して表す。
【０２４２】また、疵特徴量Ｅｐｐと同様に、疵候補領
域７３７ａ，７３７ｂにおける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３
のピ−ク値又は平均値を求め、疵候補領域７３７ａ，７
３７ｂにおける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のピ−ク値又は
平均値は正常部の基準レベルよりプラス領域かマイナス
領域かを示す極性を求め、極性パタ−ンの疵特徴量Ｉｐ
ｐを例えばＩｐｐ＝９Ｉ１ｐ＋３Ｉ２ｐ＋Ｉ３ｐで演算
する。ここでＩ１ｐはＩ１の極性、Ｉ２ｐはＩ２の極
性、Ｉ３ｐはＩ３の極性を示し、例えばプラス極性のと
きは「２」、正常部と同じときは「１」、マイナス極性
のときは「０」と数値化して表す。さらに、特徴量演算
部７２５は疵候補領域抽出部７２４で算出した疵候補領
域の座標から疵の長さと幅を求める。
【０２４３】疵判定部７２６は送られた疵候補領域７３
７ａ，７３７ｂの疵特徴量Ｅｐｐを使って疵の種類を判
定する。例えば冷延鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｔ，
Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘに対するtan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃの
極性変化を調べた結果と疵特徴量Ｅｐｐは図６１に示す
ようになり、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｘ，Ｙ，
Ｚ，Ｗに対するtan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃの極性変化
を調べた結果と疵特徴量Ｅｐｐは図６２に示すようにな
った。そこで疵判定部７２６はこの各疵種の疵特徴量Ｅ
ｐｐと特徴量演算部７２５で算出した疵特徴量Ｅｐｐか
ら疵種を判別する。すなわち、tan Ψｃ，cos Δｃ，Ｉ
0 ｃの極性の１又は２つの組合せでは、図６１，図６２
に示すように疵種を判別することはできないが、tan Ψ
ｃ，cos Δｃ，Ｉ0 ｃの３つの極性を組み合わせること
により疵種を明確に区分けすることができる。そこで例
えば冷延鋼板の場合には、疵特徴量Ｅｐｐが「０」のと
きは疵種Ｔと判定し、疵特徴量Ｅｐｐが「１」のときは
疵種Ｖと判定し、疵特徴量Ｅｐｐが「12」のときは疵種
Ｗと判定し、疵特徴量Ｅｐｐが「18」のときは疵種Ｓか
疵種Ｘと判定し、疵特徴量Ｅｐｐが「24」のときは疵種
Ｕと判定する。
【０２４４】上記のように冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘの
ように疵特徴量Ｅｐｐだけでは区分できない場合もあ
る。このような場合には、さらに疵候補領域７３７ａ，
７３７ｂの疵特徴量Ｉｐｐも使う。冷延鋼板における異
なる疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘに対するＩ１，Ｉ２，
Ｉ３の極性変化を調べた結果と疵特徴量Ｉｐｐは図６３
に示すようになり、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，
Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗに対するＩ１，Ｉ２，Ｉ３の極性変化を
調べた結果と疵特徴量Ｉｐｐは図６４に示すようになっ
た。冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘについては疵特徴量Ｅｐ
ｐが同じであるため区分ができなかったが、疵特徴量Ｉ
ｐｐが異なるので、疵特徴量Ｉｐｐにより明確に区分す
ることができる。また、疵の等級はtan Ψ，cos Δ，Ｉ
0 のピ−ク値や平均値、疵の長さ、幅を使い判定する。
【０２４５】なお、上記実施形態は偏光画像から直ちに
tan Ψ，cos Δ，Ｉ0 を演算した場合について説明した
が、Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の偏光画像から疵候補領域を検出
してから疵候補領域内だけtan Ψ，cos Δ，Ｉ0 を演算
したり、Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の偏光画像から検出した疵候
補領域内の測定光強度の代表値例えばピ−ク値や平均値
からtan Ψ，cos Δ，Ｉ0 を演算するようにして疵特徴
量Ｅｐｐを求めても良い。
【０２４６】また、上記実施形態は、受光部７０３が鋼
板７０４からの正反射光を受光するように配置されてい
る場合について説明したが、検出する疵種に選っては鋼
板７０４からの散乱反射光を検出するようにしても良
い。
【０２４７】また、上記実施形態は鋼板７０４からの反
射光から異なる３つの偏光成分を抽出するためにビ−ム
スプリッタ７０９ａ、７０９ｂを用いた場合について説
明したが、図１５に示すように鋼板１０６の移動方向に
距離Ｌ毎にずれたいつを検査するリニアアレイカメラ１
０７ａ〜１０７ｃを用い、設置位置のずれを考慮してメ
モリ上から偏光画像を読み出してエリプソパラメ−タと
表面反射強度を演算するようにしても良い。また、上記
実施形態は１次元のリニアアレイカメラ７１０ａ〜７１
０ｃを使用して鋼板７０４からの反射光を検出した場合
について説明したが、２次元カメラにより鋼板７０４か
らの反射光を検出しても良い。
【０２４８】この発明は以上説明したように、異なる３
種類の偏光画像から疵候補領域を抽出し、疵候補領域の
各画素におけるエリプソパラメ−タtan Ψとcos Δ及び
表面反射強度Ｉ0 のピ−ク値又は平均値の正常部に対す
る大小を示す極性を算出し、算出したエリプソパラメ−
タtan Ψとcos Δと表面反射強度Ｉ0 の極性変化の組合
せを示す疵特徴量から疵の種類を判定するようにしたか
ら、散乱光や回折では検出できなかった表面の物性変化
をも検出することができ、疵の検出精度を高めることが
できる。
【０２４９】また、疵の種類を判別するときに疵候補領
域内におけるエリプソパラメ−タtan Ψとcos Δと表面
反射強度Ｉ0 の極性変化の組合せに加えて疵部の３種類
の測定光強度の極性変化の組合せにより疵を判別するか
ら、より詳細に疵の種類と等級を判別することができ
る。
【０２５０】実施形態１６ 薄鋼板表面の疵など鋼板の表面疵を光学的に検出する装
置としては、光源にレーザ光を用い、光の散乱または回
折パターンの変化を利用した光学式疵検出器が多く用い
られている。この方式は、疵によるレーザ光の散乱また
は回折のパターン変化より疵検出を行っており、鋼板表
面に明かな凹凸を形成している疵の場合は有効な手段で
ある。
【０２５１】しかし、疵の種類によっては、物性値のむ
ら、ミクロな粗さのむら、薄い酸化膜等の局所的存在、
コーティング膜厚の厚さむら等が原因で発生する表面に
凹凸のない表面疵がある。このような疵には、その外観
からたとえてしばしば模様状疵と称呼される従来の検査
装置では検出困難な表面疵も含まれる。例えば正常部で
１００Ａ（オングストローム）程度の酸化膜が付いてい
る鋼板（例えば、冷延鋼板、表面処理鋼板、メッキ鋼板
等）の表面に、局所的に４０００Ａ（オングストロー
ム）程度の酸化膜が厚い異常部があるとする。このよう
な領域は下工程において塗装不良が生じるなど、疵とし
て検出し除去したいという要請があるが、正常部との酸
化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれており、光の散乱
や回折を利用した方式では全く検出不可能である。この
ように表面疵は、製品の品質に大いに影響するため、こ
れを検出できる新たな表面疵検査技術が切望されてい
た。
【０２５２】一方、従来の表面検査技術としては、散乱
や回折に感度を持たない表面疵を検出するための偏光を
用いた方法がある。例えば、半導体ウエファー上の異物
を見つけるための方法が特公平５−２３６２０号公報に
提案されている。この方法は偏光パラメータのうちΨ、
すなわちＰ偏光とＳ偏光の振幅比（ｔａｎΨ）を求めて
疵を検出する方法である。（なお、以下において、Ｐ偏
光とは反射光の電気ベクトルのうち光の入射面方向の成
分、Ｓ偏光とは入射面に垂直方向の成分をいう。）しか
しながら偏光成分比が一定で、しかも正常・異常部が変
わる表面疵もあり、前述の目的に対してこの方法は一般
的には適用できない。
【０２５３】更に偏光のＰ、Ｓ成分比と位相差を同時に
測定する手段にエリプソメトリがある。特公平４−７８
１２２号公報、特開平１−２１１９３７号公報にはエリ
プソメトリを用いて材料表面の特性値を試験する方法が
提示されている。しかし、これらの方法は検査手法とし
ては非常に敏感で、他の種類の疵や汚れ、油斑（む
ら）、スケールなどから相対的に微弱な検出強度しか与
えない表面疵の情報のみを弁別して検出することは困難
であった。特に、表面に油膜を塗布されて製造ライン上
を移動する鋼板をエリプソメトリにより検査する場合に
は、その油膜と本来検出すべき表面疵の両方の情報を含
んだエリプソパラメータを検出してしまい、表面疵の情
報のみを弁別して検出できないという問題があった。こ
の意味から特に通常の鋼板の表面疵の検出に使える可能
性はないと考えられており、従来、鋼板の模様状疵を光
学的手段で検出すること、ひいては表面疵の種類や等級
まで決定することは不可能とされており、またそのよう
な装置も、発明者らの知る限り、存在しなかった。
【０２５４】本発明はこうした状況を鑑みて成されたも
のであり、従来のエリプソメトリを改良し、被検査面の
エリプソパラメータ（Ψ、Δ）や複素屈折率（ｎ＋ｉ
ｋ）に関する光学定数（ｎ、ｋ）並びに光の反射強度
（Ｉ）をなるパラメータを用いて表面疵の情報をサンプ
リングして、検出及び判別可能な疵種の数を増大し、従
来の方式では検出できなかった表面疵、特に模様状の表
面疵を検出、更にはその表面疵の種類と等級を決定でき
る技術を提供することを目的とする。
【０２５５】エリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）は、偏光の
Ｓ成分の反射率Ｒｓの、Ｐ成分反射率Ｒｐに対する比ρ
を介して（１）式で定義される。 ρ＝Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（ｊΔ） （１） ここでｔａｎΨは反射光のＰ、Ｓ成分の振幅比を、Δは
Ｐ、Ｓ成分の位相差を示す。入射光が０度（Ｐ成分の
み）の直線偏光の場合は、反射光のＰ、Ｓ成分がなす楕
円の主軸が入射面となす角度がΨに、Ｐ、Ｓ成分の位相
差がΔに相当する。この場合は反射光を任意の直行２軸
の偏光角度で分割し、各々の偏光強度を測定して、楕円
の主軸方向と離心率からΨ、Δを演算することができ
る。また、入射光の偏光状態は任意に設定することが可
能であり、そのときは入射光の偏光状態を補正してΨ、
Δを求める。
【０２５６】反射光の強度Ｉは、入射光の強度Ｉｏと表
面の反射率Ｒによって（２）式で求まる。 Ｉ＝Ｉｏ・Ｒ （２） これらのパラメータを用いて、上記課題は以下に示す手
段により解決される。
【０２５７】本発明に係る第１の方法は、被検査面に光
を照射して表面からの反射光を検出して当該被検査面の
２つのエリプソパラメ−タΨ、Δを求め、その一方で、
種々の既知の表面疵から反射光の振幅比Ψと位相差Δの
特性をあらかじめ測定しておき、その特性の特徴を抽出
して記憶しておき、次いで、測定した２つのエリプソメ
ータと記憶されている特性の特徴とを比較してその表面
疵を特定する。既知の表面疵とは、その種類と等級又は
疵の程度とが既知のものであってもよい。その既知の表
面疵のΨ−Δ特性から抽出される特徴とは、Ψ−Δ特性
の相関分布曲線であってもよく、また領域別に近似され
た直線であってもよい。
【０２５８】本発明に係る第２の方法は、上記の２つの
エリプソパラメータを求める以外に更に被検査面に照射
した光の反射光の強度Ｉを求め、合計３つのパラメター
タから少なくとも２つのパラメータを選択して、選択し
た少なくとも２つのパラメータと記憶されているパラメ
ータ特性の特徴とを比較して被検査面に存在する表面疵
を特定する。
【０２５９】本発明に係る第１の装置は、サンプリング
された種々の表面疵の２つのエリプソパラメータの特性
を記憶する手段と、被検査面に光を照射して表面からの
反射光を検出して２つのエリプソパラメータを検出する
手段と、記憶されている２つのエリプソパラメータの特
性と測定された２つのエリプソパラメータとを比較し
て、被検査面に存在する表面疵を特定する手段とを備え
ている。
【０２６０】本発明に係る第２の装置は、被検査面に光
りを照射して当該被検査面の２つのエリプソパラメータ
Ψ、Δと光の反射強度Ｉの３つのパラメータを測定する
手段と、あらかじめ求めておいたΨ、Δ及びＩの基準情
報を記憶する手段と、測定した３つのパラメータから少
なくとも２つのパラメータを選択する選択手段と、選択
された少なくとも２つのパラメータと記憶されている基
準情報とを比較して、被検査面に存在する表面疵の種類
と等級とを決定する評価手段と、決定した表面疵の種類
と等級を出力する手段とを備える。この場合、選択手段
は、３つのパラメータを全て選択することも可能であ
る。３つのパラメータのすべてを選択する場合には、選
択手段を不活性状態にすれば足りる。３つのパラメータ
の全てを選択する場合には、従って選択手段を常に装着
している必要はない。
【０２６１】本発明に係る第３の装置は、被検査面に光
を照射する光源と、被検査面から反射された光から複数
の光成分を抽出する分光手段と、分光された複数の光成
分を受光する受光手段と、受光手段の出力情報に基づ
き、被検査面の２つのエリプソパラメータΨ、Δを算出
する演算手段と、光源が光を照射する被検査面上の反射
位置における光の反射強度を測定する光強度測定手段
と、あらかじめ求めておいた表面疵に起因するΨ、Δ及
びＩの基準情報を記憶する記憶手段と、算出されたエリ
プソパラメータと測定された光の反射強度とからなる測
定情報と記憶されている基準情報とを比較して、被検査
面に存在する表面疵を特定する判断手段と、特定された
表面疵に関する情報を表示する出力手段とを備えてい
る。
【０２６２】受光手段は、複数の２次元撮像素子であ
り、これと対応して演算手段は受光手段の画素毎に被検
査面の２つのエリプソパラメータを算出する手段である
のが好ましい。光源からの光は、光導路で被検査面に導
くようにしても構わない。この場合、光導路を複数設け
て、分光手段と受光手段とから成る測定ヘッド部分が、
被検査面上の光源の光の照射位置と平行に複数個配列す
ることができる。分光手段は、被検査面で反射された光
から３つの偏光成分を抽出する複合型偏光プリズムであ
るのが好適である。
【０２６３】分光手段を用いる場合、特に被検査面から
反射された光から複数の偏光成分を抽出する場合ににお
いては、特に光強度測定手段は、被検査面からの光の反
射強度を直接計測するものである必要はなく、分光手段
により抽出された３つの偏光成分の強度に基づき演算し
た近似的な光の反射強度を、直接計測した光の反射強度
として擬制してその後の処理に供することもできる。更
に、分光手段は、被検査面で反射された光から４つの偏
光成分を抽出する光学装置であっても良く、この場合、
演算手段は、抽出された４つの偏光成分から３つのを選
択し、その選択された３つの偏光成分の光強度に基づき
２つのエリプソパラメータを算出する手段とし、抽出さ
れなかった残り１つの偏光成分の光強度をもって直接測
定した光の反射強度として擬制し、その後の処理に供す
ることもできる。なお、光の反射強度を直接計測する場
合においては、光源の被検査面への光の照射位置と同一
の位置に光を照射するもう一つ光源を設けて、このもう
一つの光源からの光の反射強度を直接計測するようにし
ても構わない。
【０２６４】本発明に係る方法及び装置は、測定ヘッド
部分に対して相対的に移動する被検査面に好適である。
本発明に係る他の態様の方法及び装置は、上記第１及び
第２の方法並びに第１、第２及び第３の装置において、
２つのエリプソパラメータΨ、Δの代わりに被検査面の
複素屈折率に関する２つの光学定数ｎ、ｋに着目するも
のである。発明者らは、エリプソパラメータと表面疵と
の関係を調査した結果、表面疵の種類と等級が被検査面
の２つのエリプソパラメータΨ、Δ及び光の反射強度Ｉ
とに密接な関係があることを見出した。すなわち、これ
ら３つのパラメータの変化のパターンにより表面疵を特
定することができる。更に発明者らは表面疵の種類によ
っては、３つのパラメータのうち２つのみの変化パター
ンにより、当該表面疵の種類と等級とを特定することが
できることを見出した。
【０２６５】図１は、被検査物である冷延鋼板の表面に
存在する酸化物の膜厚（５〜１００ｎｍ）のΨ−Δの変
化を示す。この酸化物は表面疵の原因の一つであるが、
酸化膜の存在により光の反射強度Ｉが変化するほどでは
ない。図中に示す無害な表面疵の範囲は、おおよそΨ＝
３４〜３６°、Δ＝７０〜１２０°である。このような
範囲は、被検査物の種類や厚さなどに。従って、被検査
面の表面疵の検査にあたり、特に酸化物に起因する表面
疵の検出を行う場合、このような疵は光の反射強度の変
化をもっては疵の特定を行うことはできない一方で、
Ψ、Δを計測することで、表面疵の等級（有害か無害
か）を判断することができる。
【０２６６】図２は、表面の薄い酸化皮膜に起因する模
様状疵の存在する被検査面から検出した２つのエリプソ
パラメータと光の反射強度の変化を示している。この疵
は、従来の光学式検査装置（例えば、レーザの反射・回
折を利用するもの）では検出できなかったもので、光源
からの光の入射・反射方向に線状に延びているものであ
る。この図は、そのような疵が図の中央に位置するもの
として、２０mm幅の範囲のエリプソパラメータΨ、Δと
光の反射強度Ｉを幅方向位置に対応させて示したもので
ある。疵部分のΔと反射強度Ｉは正常部分（横方向の中
央部分以外のところ）に比べて疵の存在を判別し難い。
しかし、Ψは明らかに疵がある部分（中央部）と異なる
ので、Ψを基準にすれば、明らかに疵のある場所と、無
い場所とを判別できる。
【０２６７】図３は、例えば圧延ロール肌に部分的に荒
れが生じた場合に起こる圧延加工疵に起因する模様状疵
が存在する被検査面から検出したΨ、Δ及びＩの変化を
示している。この図も図２と同じように疵が中央に位置
するものとして３つのパラメータが示されている。この
図より、この種の疵の存在はΨでは確認できないが、Δ
及びＩにより確認することができる。しかし、この種の
疵も従来の光学検査方法での検出が困難な場合が多かっ
た。
【０２６８】図４は、目視で判る程度の付着物に起因す
る模様状疵が存在する被検査面から検出した３つのパラ
メータの変化を、図２と同様に表示したものである。こ
の模様状疵では、付着物が被検査面上に存在する結果、
被検査面の見掛け上の表面粗さが大きく変化したため、
Ψ、Δ及びＩのすべてのパラメータに大きな変化が見ら
れる。
【０２６９】図２から図４より、疵の種類によって、３
つのパラメータの変化のパターンが異なることが判る。
このことから、例えばΨ、Δ及びＩの各パラメータの変
化のパターンを極性の変化（−，０又は＋）として把握
するならば、合計２７種の表面疵の弁別が可能になる。
この点についての詳述は、既に実施形態８において言及
したので省略する。また、２つのエリプソパラメータの
みに着目していては弁別できない表面疵も、第３のパラ
メータとしての光の反射強度Ｉの採用により、より的確
に表面疵を特定することが可能になる。
【０２７０】疵の等級は、例えば、Ψ、Δ及びＩの３つ
のパラメータの絶対値の大きさと基準値との比較により
決定することができる。図６５は、鋼板上に存在する同
一種類の表面疵に関して検出された３つのパラメータの
値と対応する等級との関係の一例である。この図におい
て基準値とは各パラメータに相当する信号のノイズレベ
ルである。この等級の決定に際しては、単にこれらのパ
ラメータのみに拘泥することなく、例えば表面疵を画像
処理して得た疵の画素数（従って面積）と基準値とを比
較してΨ、Δ及びＩに基づく等級の決定のための補助的
なパラメータとして採用しても構わない。また、表面疵
の種類によっては、Ψ、Δ及びＩの何れかが特に顕著な
変化を示す場合がある。そのような場合には、変化の大
きなパラメータのみに着目して、その変化の絶対値と基
準値とを比較することでその表面疵の等級を決定しても
構わない。
【０２７１】以上のΨ、Δ及びＩのパラメータに基づ
き、表面疵の種類及び等級の決定により、標準的な表面
疵についての情報を記憶手段に蓄積する。このとき、記
憶手段には、基準情報として測定されたΨの絶対値、Δ
の絶対値、Ｉの絶対値、表面疵の種類及び等級が蓄積さ
れる。ただし、基準値からの偏倚を求めて、Ψの変化
量、Δの変化量，Ｉの変化量、表面疵の種類、表面疵の
等級が蓄積されても良い。かくして蓄積される情報は、
表面疵の特性に対応するものであり、座標位置として記
憶手段に蓄積されることになる。そしてその記憶手段内
で位置座標とマップ情報がリンクするように構成され
る。一方、Ψ、Δ及びＩの３つのパラメータの内少なく
とも２つが被検査面から測定されると、被検査面のパラ
メータと記憶手段に蓄積されている基準情報である種々
の表面疵の特性と比較される。これにより表面疵の種類
及び等級が判定される。同時に座標位置従って対応する
マップ情報が特定されるので、マップ化された表面疵の
種類及び等級を視覚化することができる。
【０２７２】本発明に係る装置では、被検査面からの反
射光から３つの光成分を抽出して被検査面の２つのエリ
プソパラメータを測定する。３つの光成分からエリプソ
パラメータを算出する方法については、実施形態２から
８において解説している通りである。本発明において
は、４つの光成分を用いて２つのエリプソパラメ−タを
求めることができる点も実施形態１で述べた通りであ
る。これらのような複数の光成分を抽出するための分光
手段は、一体型の複合型偏光ビームとすると良い。これ
により測定ヘッド部分を著しく小型化することができ、
可動部を有しないのでメンテナンスが容易であるので、
オンライン検査、特に被検査面が測定ベッド部分に対し
て相対的に移動する系に好適である。
【０２７３】分光手段により抽出された３つの偏光成分
の強度に基づき演算した近似的な光の反射強度を、直接
計測した光の反射強度として擬制してその後の処理に供
することにより、表面疵検出装置の構造を簡素化するこ
ができる。近似的な光の反射強度の算出方法は、実施形
態２から実施形態８に既に記述しているので詳述はしな
い。なお、複合型偏光ビームスプリッタを分光手段とし
て用いることで、被検査面からの光の反射光から４つの
独立な偏光成分を抽出する場合には、一つの受光手段
で、被検査面へ入射する光の入射面に対して９０°の偏
光面を有する偏光の強度をもって擬似的な光の反射強度
とすることができる。
【０２７４】表面疵を検査するために必要な２つのエリ
プソパラメータΨ、Δの代わりに被検査面の複素屈折率
に関する２つの光学定数ｎ、ｋに着目する場合には、
ｎ、ｋはΨ、Δと異なり物理量なので、検査結果が表面
疵の特徴に直接結びつきやすい。なお、ｎ、ｋは次式に
基づきΨ、Δから算出できることが知られている。 ｎ＋ｉｋ＝Ｎ0 tan θ［１−sin 2 θ・ ４ρ／（１＋ρ）2 ］1/2 （３） ここで、Ｎ0 は空気の屈折率、θは入射角である。ρは
（１）式で定まる。
【０２７５】図６６は、発生原因の異なる表面疵の評価
をまとめたものである。表面疵によって正常又は異常と
認識される（ｎ、ｋ）領域は異なるが、同一種の表面疵
ならば正常と認定される領域と異常と認定される領域と
が明確に異なることがわかる。即ち、図６６において正
常部が一点に収束していないのは被検査体の疵の種類が
異なっているからであり、また、被検査体それ自身の種
類によっても異なったものとなる。更に、異常の等級に
ついてはも図示のベクトル（大きさと方向）によっても
規定するこができる。その意味から複素屈折率に関する
２つの光学定数により表面疵の種類と等級判断が可能で
あることが判る。しかも、この場合の等級判断は、エリ
プソパラメータを用いて行う場合に比べてかなり視覚的
で便利である。
【０２７６】本発明に係る装置では、受光手段として、
２次元撮像素子を用いているので、単一の測光手段で走
査するよりも、光学系が簡素になる。また、光導路を用
いれば少ない光源で広い範囲にわたって光を分散させて
照射することができ、幅広材料の各部分における照射強
度が均一となり、反射光強度の補正が容易となる。
【０２７７】本発明に係る装置の実施形態を図６７に示
す。この図に示す装置のブロックダイヤグラムは、特に
被検査体が走行する鋼板であり、オンライン検査に好適
なものに関する。装置全体の挙動は図示しない制御手段
によりコントロールされている。まず、被検査面に照射
して反射光から３つの偏光成分（入射光の入射面を基準
にして−４５°、＋４５°及び０°の偏光面を有する光
成分）をカメラ１〜３で受光され、受光して得た画像情
報は記憶手段のフレームメモリにそれぞれ格納される。
その後各画像情報が位置・縮尺補正手段に入力され、別
に入力された被検査部分の位置情報と記憶手段から読み
込んだ補正係数により画素毎に位置と縮尺の補正が行わ
れる。補正結果は、補正画像として再度フレームメモリ
に格納される。３種類の補正画像は、偏光パラメータ演
算手段に送られ、所定の演算式に基づき、画素毎に２つ
のエリプソパラメータが演算される。この時同時に所定
の演算式に基づき近似的な光の反射強度が演算される。
演算された近似的な光の反射強度は、その後直接測定さ
れた光の反射強度と見なされて処理される。もちろん、
この近似的な光の反射強度を求める代わりに、別に設け
た光強度測定手段により直接光の反射強度を計測しても
構わない。その後、合計３つのパラメータは評価手段に
入力される。この評価手段においては、第１に画素信号
の基準値との比較が行われ、基準値を越える信号レベル
を表面疵に関連するものされ、基準値からの画素毎の
Ψ、Δ及びＩの変化量が求められる。次にパラメータ選
択手段からの指示信号に基づき、検査に要する少なくと
も２つのパラメータが選択される。選択されたパラメー
タとサンプリングされた基準表面疵情報とが画素毎に比
較され、照合した基準表面疵に対応して格納されている
表面疵の種類と等級が、記憶手段に格納されているパラ
メータと疵の対応表から読み出される。これと同時に基
準表面疵情報に対応してやはり記憶手段の対応表に格納
されてた座標位置情報が読み出される。評価手段は、特
定した表面疵についての情報を、画素毎に読み出された
座標位置の情報とともに出力手段に送る。出力手段にお
いては、ディスプレイに疵情報をマッピング出力し、表
面疵に関するテキスト情報をプリンタに出力し、必要な
データを保管する。
【０２７８】図６７では、偏光の補正画像を用いて偏光
パラメータを求め更に複素屈折率を求めてもよい。かく
して偏光パラメータ・複素屈折率演算手段において演算
された複素屈折率は、ｎ画像情報、ｋ画像情報として記
憶手段に格納される。これと同時に演算された近似的な
光の反射強度又は直接光強度測定手段により計測された
光の反射強度が記憶手段に格納される。その後、合計３
つのパラメータは評価手段に入力される。この評価手段
においては、第１に画素信号の基準値との比較が行わ
れ、基準値を越える信号レベルを表面疵に関連するもの
され、基準値からの画素毎のｎ、ｋ及びＩの変化量が求
められる。次にパラメータ選択手段からの指示信号に基
づき、検査に要する少なくとも２つのパラメータが選択
される。選択されたパラメータとサンプリングされた基
準表面疵情報とが画素毎に比較され、照合した基準表面
疵に対応して格納されている表面疵の種類と等級が、記
憶手段に格納されているパラメータと疵の対応表から読
み出される。これと同時に基準表面疵情報に対応してや
はり記憶手段の対応表に格納されてた座標位置情報が読
み出される。評価手段は、特定した表面疵についての情
報を、画素毎に読み出された座標位置の情報とともに出
力手段に送る。出力手段においては、ディスプレイに疵
情報をマッピング出力し、表面疵に関するテキスト情報
をプリンタに出力し、必要なデータを保管する。
【０２７９】次に疵の種類を判別する手段の一例を述べ
る。強度、Ψ、Δの各値は部分的に変化することがある
ので、絶対値では求め難い。そこで、各パラメータの移
動平均を測定しておいて、平均値からの変化を検出す
る。移動平均の定数は発生する疵の寸法に合わせてと
る。一定以上の変化が検出された場合はエリプソパラメ
ータについては角度の絶対値を、反射強度については平
均値からの変化量を評価値とする。Δ、Ψの絶対値と反
射強度の変化量は３次元の空間を構成する。この３次元
空間を経験則に基づいて区間分割し、各区間を疵の種類
と等級にあてはめる。複数の区間に疵の共通性があるも
のについては、これらをグループ化し、区間を等級で表
示することも可能である。
【０２８０】エリプソパラメータの測定装置は光学系に
よって種々の変化がある。発明者らは、先に反射光の４
つの偏光成分を求めることによってエリプソパラメ−タ
（Ψ、Δ）のみならず位相角Δの絶対値が分かり、かつ
入射光強度の変化も補正可能な光学系を提案した（特開
平５−１１３３７１号公報参照）。これで提案した光学
系のいずれかを用いて表面疵検出装置を構成した、本発
明の第三の実施形態を図５に示す。
【０２８１】図５の表面疵検出装置は、エリプソメータ
本体１と、その出力からエリプソパラメ−タを演算する
エリプソパラメ−タ演算装置３、試料２に疵のあるもの
を用いたときにそのエリプソパラメ−タを記憶するエリ
プソパラメ−タ記憶装置４、特性が未知の試料２を用い
たときにそのエリプソパラメ−タと、記憶装置４に記憶
された疵の特性値とを比較するエリプソパラメ−タ比較
装置５、比較結果に応じて疵の有無、等級などを出力す
る疵信号出力装置６で構成されている。
【０２８２】エリプソメータ本体１は、例えば図６に示
す光学系で構成する。図６において１０はレーザー光
源、１１は偏光子、１２は入射光を示す。入射光１２は
偏光子１１によって直線偏光となり、試料２の表面で反
射する。反射光１３は１４、１５、１６のビームスプリ
ッターおよび１／４波長板１７によって相異なる４つの
偏光１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに分割して、それ
ぞれの受光器１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄで光強度
Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 、Ｉ4 を検出する。
【０２８３】エリプソパラメ−タの演算装置３は、これ
らの光強度から（３），（４）式によってエリプソパラ
メ−タを演算する。 ｔａｎΔ＝〔σR （Ｉ1 −Ｉ2 ）〕／〔σT （Ｉ3 −Ｉ4 ）〕 （３） ｔａｎΨ＝〔（σR 2 −σT 2 ）／２〕・〔｛σR （Ｉ1 −Ｉ2 ）｝2 〕 ＋｛σT （Ｉ3 −Ｉ4 ）｝2 〕1/2 ÷〔σR 2 （Ｉ1 ＋Ｉ2 ） −σT 2 （Ｉ3 ＋Ｉ4 ）〕 （４） ここでσR ，σT はそれぞれ無偏光ビームスプリッター
１４のＰ偏光、Ｓ偏光の振幅反射率比、および振幅透過
率比で、該光学部品に固有な値である。
【０２８４】エリプソパラメ−タ記憶装置４には、試料
２に予め疵のあるものを用いたときに、そのエリプソパ
ラメ−タの特性を記憶する。例えば図１のような酸化膜
の特性が記憶される。エリプソパラメ−タ比較装置５
は、未知の特性を持った試料２のエリプソパラメ−タが
得られたとき、予め測定し記憶しておいた特性と比較す
る。これには、Ψ、Δ次元における区間分割処理などを
適用する。これによって膜厚信号を出力する。疵信号出
力装置６は、膜厚による合否の判定基準を設定してお
き、膜厚が所定範囲以内のとき正常とし、所定範囲を外
れた時は異常として警報出力する。
【０２８５】本発明の他の実施形態を図７に示す。図７
は本発明を鋼板の走行ラインに適用する装置の内、光学
系の部分を示す。本実施形態の光学系は、エリプソパラ
メータを求める系統と、反射強度を求める系統がある。
この実施形態では、入射光の強度を試料の各部で均一と
し時間的変化は無くしたので、両系統で反射光の３つの
偏光成分を求め、これらの演算で反射光の強度（Ｉ）、
エリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を求めることができる。
【０２８６】まずエリプソパラメータの系統では、高輝
度光源２０から出た光は偏光板２３で偏光させた後に試
料２の表面に照射する。表面からの反射光はウオーラン
トプリズム２６で４５°とー４５°で直交する２つの偏
光成分に分離して２次元ＣＣＤ素子を用いたカメラＢで
画素ごとに偏光強度を測定する。カメラＢは一台のＣＣ
Ｄカメラの相異なる部分に分離した像を結ばせる方式と
している。これは、光学系を変更することによって別々
の２台のカメラに分けて分離して撮影することも可能で
ある。カメラＢの光強度は、この図には表示していない
エリプソメータ演算装置に出力してこれら２つの光強度
を演算することによって試料面各点のエリプソパラメー
タが求められる。
【０２８７】次に反射強度を測定する系統について述べ
る。高輝度光源２０から出た光は拡散板２１で均一な強
度分布とした後に、試料２の表面に照射する。表面から
の反射光は無偏光プリズム２５の面で反射して、偏光角
０度に設定した偏光子２４を経たあとにカメラＡ２７に
入る。カメラＡでは、２次元のＣＣＤ素子を使用して測
定表面の各点の光強度を同時に求める。図７の光学系の
場合、反射強度（Ｉ）は、Ｉ＝Ｉ2 ＋Ｉ3 −２Ｉ1 で求
められる。ここでＩ1 はカメラＡ、Ｉ2 、Ｉ3はカメラ
Ｂの４５度、−４５度偏光画像からそれぞれ得られる光
強度である。
【０２８８】図７の光学系の特徴は、広い範囲を均一に
偏光で照射し、偏光角度が０、４５、−４５度の画像か
ら試料面の多数の点のエリプソパラメータと反射強度を
同時に演算できるようにしたことである。エリプソパラ
メータ出力は、記憶パターンと比較することで膜厚や疵
種類に換算する。図８は反射光強度とエリプソパラメー
タを同時に使って疵検出する装置の信号処理系統図であ
る。図７の光学系の出力を信号処理する部分に相当する
装置である。
【０２８９】カメラＡ、カメラＢからの出力信号は一旦
フレームメモリーＡ３１，フレームメモリーＢ３１に蓄
積する。フレームメモリーＢは２つの偏光角度の像が蓄
えられているから、光強度を蓄えているフレームメモリ
ーＡと合わせて、試料表面の同一点が合計３つの光強度
情報を与えることになる。この際、視野角度によって
Δ、Ψ、Ｉにフレームメモリー上で位置的なずれが生じ
るので、位置縮尺補正装置３２はフレームメモリーに捕
らえられた３偏光成分の画像について、光学系のフレネ
ル係数から求められる位置・縮尺を一致させる処理を行
う。次ににΔ、Ψ、Ｉ計算装置３３は、Δ、Ψ、Ｉ計算
を一致した画素ごとに行う。等価複素屈折率計算装置３
５は、入射光の偏光状態を基に、反射光から計算した
Δ、Ψ、Ｉから試料各点の等価複素屈折率を計算する。
これらの演算結果は適当なマッピング処理を施した後、
表示装置３６に表面状態として表示する。簡易的には
Δ、Ψ、Ｉの画像のまま過去のデータと比較してもよ
い。
【０２９０】図９は、図２から図４の疵に対するマッピ
ング処理の例である。図９ａは反射強度Ｉが通常値から
上昇した場合に適用する判別図である。Δ、Ψが図の斜
線部にあるときＤタイプ疵のグレード１、２、３と対応
させる。図９ｂは反射光強度が通常値にある場合に適用
する。Δ、Ψの値に応じてＡ、Ｂのタイプとグレードを
斜線部のように割り当てる。同様に図９のｃ，ｄは反射
光強度が通常値から下降した場合に適用するものであ
る。この場合はΔ、Ψの値によらず、強度の区分のみで
疵タイプとグレードを割り当てる。
【０２９１】図１０は多チャンネルエリプソメータを並
列配置する本発明の第五の実施形態を示す。この装置は
２０００ｍｍ幅の幅広鋼板４０が最大ライン速度６００
ｍ／分で移動中に疵検出することを目的としている。光
源は波長８００ｎｍのレーザー４１で、この光を光ファ
イバー４２を用いて被測定面の近くに導く。偏光板４３
によって入射光は４５度の直線偏光とする。鋼板面への
入射角は６５度とした。光ファイバーのかわりに放物面
鏡を用いてレーザー光をスリット状平行光線とし、鋼板
に照射してもよい。光検出カメラ４４、４５、４６は１
０２４画素の一次元ＣＣＤを用いて、幅方向分解能０．
２５ｍｍ、１チャンネルで鋼板の２５０ｍｍ幅を見る構
成とした。
【０２９２】１〜８ヘッドそれぞれに画像処理装置を付
けてライン速度に見合う速さで偏光強度計算を行う。処
理速度を向上させるため、Δ、Ψ、Ｉ演算装置３３は８
セット分を並列処理している。ライン速度が遅い場合、
または分解能が低い場合は並列処理数を増やして装置台
数を減らすことが可能である。これらの信号は、画像処
理装置３４でエリプソパラメータ演算を行ったあと、マ
ッピング表示装置３６で疵の判別を行う。
【０２９３】この実施形態におけるマッピング処理は、
疵が画像内に現れると、Δ、Ψ、Ｉのうち、どのパラメ
ータが変化しているかの組合せによって、疵種類の判別
を行う。疵の程度は、例えば図４のΔについて、正常部
のΔの値１１３°程度から疵部のΔの値９８°までの変
化の度合いで決定する。図４ではΔの変化値が２〜３°
以内は害のない疵であるが、それ以上は出荷品質として
許容できないものであるから、異常部分として、警報出
力する。 検査対象の鋼板上には油が塗られているが、
エリプソメータとしての基本的機能を有しているため、
油膜厚さムラの測定も可能である。
【０２９４】上記実施形態はいずれも光強度を求める光
源と、エリプソパラメータを求める光源が同一の場合で
示した。これらは必ずしも同一である必要はなく、反射
光を求めるための通常光源と、エリプソパラメータを求
める偏光光源を独立に設置してもよい。
【０２９５】エリプソパラメータを記憶した値と比較す
ることによって、従来検出ができなかった鋼板面の模様
状疵の検出が可能となる。エリプソパラメータと反射光
強度と組み合わせたので、疵種類の判定が可能になる。
２次元撮像素子を用いたのでコンパクトな光学系とな
る。また、幅広材料に適用する場合には、光源の光を光
ファイバーで導くようにしたので、照射光が均一とな
り、簡易な補正で正確な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 鋼板上に酸化膜が付いた場合のエリプソパ
ラメ−タを示す図。
【図２】 タイプＡの疵の反射特性を示す図。
【図３】 タイプＢの疵の反射特性を示す図。
【図４】 タイプＣの疵の反射特性を示す図。
【図５】 本発明による疵検出装置の一実施形態を示
す図。
【図６】 エリプソメータの光学系の一例を示す図。
【図７】 本発明による光学系の一実施形態を示す
図。
【図８】 本発明による信号処理系の一実施形態を示
す図。
【図９】 本発明によるマッピングの一実施形態を示
す図。
【図１０】 本発明による疵検出装置の一実施形態を示
す図。
【図１１】 本発明の実施形態の光学系を示す構成図で
ある。
【図１２】 図１１に係わる実施形態の信号処理部を示
すブロック図である。
【図１３】 図１１に係わる実施形態の動作原理を示す
説明図である。
【図１４】 図１１に係わる実施形態の動作を示す画像
分布特性図である。
【図１５】 他の実施形態の光学系を示す側面図であ
る。
【図１６】 他の実施形態の光学系を示す上面図であ
る。
【図１７】 図１６に係わる実施形態の光学系を示す側
面図である。
【図１８】 他の実施形態の光学系を示す側面図であ
る。
【図１９】 他の実施形態の光学系を示す側面図であ
る。
【図２０】 本発明の実施形態の光学系を示す配置図で
ある。
【図２１】 図２０に係わる実施形態の配置を示す説明
図である。
【図２２】 図２０に係わる実施形態の信号処理部の構
成を示すブロック図である。
【図２３】 他の実施形態の光学系を示す配置図であ
る。
【図２４】 他の実施形態の光学系を示す配置図であ
る。
【図２５】 他の実施形態の光学系を示す配置図であ
る。
【図２６】 他の実施形態の光学系を示す配置図であ
る。
【図２７】 他の実施形態の光学系を示す配置図であ
る。
【図２８】 本発明の実施形態の光学系を示す配置図で
ある。
【図２９】 図２８に係わる光学系の動作を示す配置説
明図である。
【図３０】 図２８に係わる実施形態の３板式偏光リニ
アアレイカメラの構成図である。
【図３１】 図２８に係わる実施形態の信号処理部を示
すブロック図である。
【図３２】 本発明の実施形態の光学系を示す構成図で
ある。
【図３３】 図３２に係わる実施形態の信号処理部を示
すブロック図である。
【図３４】 図３２に係わる実施形態の光学系の動作を
示す配置説明図である。
【図３５】 図３２に係わる実施形態の正規化処理を示
す画像濃度特性図である。
【図３６】 図３２に係わる実施形態の正規化処理の画
像を示す画面図である。
【図３７】 図３２に係わる実施形態のtan Ψ，cos
Δ，Ｉ0 の画像を示す画面図である。
【図３８】 他の実施形態の光学系を示す上面図であ
る。
【図３９】 図３８の実施形態の光学系を示す側面図で
ある。
【図４０】 他の実施形態の光学系を示す側面図であ
る。
【図４１】 本発明の実施形態の光学系を示す構成図で
ある。
【図４２】 図４１に係わる実施形態の光学系の動作を
示す配置説明図である。
【図４３】 図４１に係わる実施形態の３板式偏光リニ
アアレイカメラの構成図である。
【図４４】 図４１に係わる実施形態の信号処理部を示
すブロック図である。
【図４５】 疵信号を示す光強度分布図である。
【図４６】 疵種と疵パタ−ンと値パタ−ンを示す基準
パタ−ン図である。
【図４７】 光量レベルと疵の等級の相関図である。
【図４８】 各種疵の疵種と等級の具体例を示す説明図
である。
【図４９】 本発明の実施形態の光学系を示す配置図で
ある。
【図５０】 図４９に係わる実施形態の配置を示す説明
図である。
【図５１】 図４９に係わる実施形態の信号処理部を示
すブロック図である。
【図５２】 図４９に係わる実施形態の動作を示す画像
説明図である。
【図５３】 ２値化レベルを示す濃度特性図である。
【図５４】 本発明の実施形態の光学系を示す配置図で
ある。
【図５５】 図５４に係わる実施形態の配置を示す説明
図である。
【図５６】 図５４に係わる実施形態の信号処理部を示
すブロック図である。
【図５７】 図５４に係わる実施形態の動作を示す画像
説明図である。
【図５８】 エッジ検出動作を示す信号強度分布図であ
る。
【図５９】 輝度むら補正動作を示す説明図である。
【図６０】 ２値化レベルを示す濃度特性図である。
【図６１】 冷延鋼板における疵種の極性特性図であ
る。
【図６２】 鍍金鋼板における疵種の極性特性図であ
る。
【図６３】 冷延鋼板における疵種の他の極性特性図で
ある。
【図６４】 鍍金鋼板における疵種の他の極性特性図で
ある。
【図６５】 鋼板上に存在する同一種類の表面疵に関し
て検出された３つのパラメータの値と対応する等級との
関係の一例を示した特性図である。
【図６６】 発生原因の異なる表面疵の評価をまとめた
特性図である。
【図６７】 本発明の一実施形態に係る装置の構成を示
すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 努 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検査面に偏光を照射して表面反射光の
    エリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を求め、あらかじめ求め
    ておいた表面疵からの反射光の振幅比Ψと位相差Δ特性
    と比較して、等級付けすることを特徴とする表面疵の検
    出方法。
  2. 【請求項２】 被検査面に偏光を照射して表面反射光の
    エリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を求め、被検査面の同一
    箇所に同一ないし別個の光を照射して表面の反射強度
    （Ｉ）を求め、該２つのエリプソパラメータと該反射強
    度の状態によって表面疵の等級および種類を判定するこ
    とを特徴とする表面疵の検出方法。
  3. 【請求項３】 表面疵のエリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）
    特性をあらかじめ記憶する手段と、被検査面に偏光を照
    射して表面反射光のエリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を測
    定する手段と、測定した反射光と記憶特性との比較結果
    を出力する手段を備えたことを特徴とする表面疵検出装
    置。
  4. 【請求項４】 被検査面に偏光を照射して該表面反射光
    のエリプソパラメ−タ（Ψ、Δ）を求める手段と、被検
    査面の同一箇所に同一ないし別個の光を照射して反射強
    度（Ｉ）を測定する手段と、被検査面からの反射光が属
    するΨ、Δ、Ｉの３次元座標位置を、あらかじめ定めた
    範囲区分として出力する手段を備えたことを特徴とする
    表面疵検出装置。
  5. 【請求項５】 投光部と受光部と信号処理部とを有し、
    投光部は被検査面に平行光束の偏光を入射し、受光部は
    被検査面からの反射光の異なる光路にそれぞれ設けら
    れ、それぞれ異なる方位角を有する３個の検光子と、各
    検光子を透過した光を受光するリニアアレイセンサとを
    有し、被検査面からの反射光を入射し画像信号に変換
    し、信号処理部は３個のリニアアレイセンサからの画像
    信号を処理し、振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示すco
    s Δと被検査面の表面反射強度Ｉ0を演算し、tan Ψ画
    像とcos Δ画像及びＩ0 画像を生成し、生成したtan Ψ
    画像とcos Δ画像及びＩ0 画像の各画素の濃度から表面
    の特性を評価することを特徴とする表面検査装置。
  6. 【請求項６】 投光部と正反射光検出部と散乱反射光検
    出部及び信号処理部とを有し、 投光部は被検査面の幅方向全体に偏光を入射し、 正反射光検出部は被検査面からの反射光の正反射光の光
    路に設けられ、散乱反射光検出部は被検査面からの反射
    光の散乱反射光の光路に設けられ、正反射光検出部と散
    乱反射光検出部の少なくともいずれか一方は入射した光
    を３本のビ−ムに分離する光学系と、分離された３本の
    ビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位
    角を有する検光子と、各検光子を透過した光を受光する
    撮像手段とを有し、 信号処理部は正反射光検出部と散乱反射光検出部からの
    画像信号を比較するとともに、検光子を透過した光を受
    光した３個の撮像手段からの画像信号を処理して、被検
    査面の表面反射光のエリプソパラメ−タである振幅反射
    率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δを演算し、正反射光
    と散乱反射光の比較結果及び２つのエリプソパラメ−タ
    tan Ψ，cos Δから被検査面の表面特性を評価すること
    を特徴とする表面検査装置。
  7. 【請求項７】 投光部と正反射光検出部と散乱反射光検
    出部及び信号処理部とを有し、 投光部は被検査面の幅方向全体に偏光を入射し、 正反射光検出部は被検査面からの反射光の正反射光の光
    路に設けられ、散乱反射光検出部は被検査面からの反射
    光の散乱反射光の光路に設けられ、正反射光検出部と散
    乱反射光検出部の少なくともいずれか一方は入射した光
    を３本のビ−ムに分離する光学系と、分離された３本の
    ビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位
    角を有する検光子と、各検光子を透過した光を受光する
    撮像手段とを有し、 信号処理部は正反射光検出部と散乱反射光検出部からの
    画像信号を比較するとともに、検光子を透過した光を受
    光した３個の撮像手段からの画像信号を処理して、被検
    査面の表面反射光のエリプソパラメ−タである振幅反射
    率比tan Ψと位相差Δを示すcos Δ及び被検査面の表面
    反射強度Ｉ0 を演算し、正反射光と散乱反射光の比較結
    果及び２つのエリプソパラメ−タtan Ψ，cos Δと表面
    反射強度Ｉ0 から被検査面の表面特性を評価することを
    特徴とする表面検査装置。
  8. 【請求項８】 投光部と受光部及び信号処理部とを有
    し、 投光部は被検査面の幅方向全体に偏光を入射し、 受光部は被検査面からの反射光の散乱反射光の光路に設
    けられ、入射した光を３本のビ−ムに分離する光学系
    と、分離された３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けら
    れ、それぞれ異なる方位角を有する検光子と、各検光子
    を透過した光を受光する撮像手段とを有し、 信号処理部は検光子を透過した光を受光した３個の撮像
    手段からの画像信号を処理して、被検査面の表面反射光
    のエリプソパラメ−タである振幅反射率比tanΨと位相
    差Δを示すcos Δを演算し、演算した２つのエリプソパ
    ラメ−タtan Ψ，cos Δから被検査面の表面特性を評価
    することを特徴とする表面検査装置。
  9. 【請求項９】 投光部と受光部及び信号処理部とを有
    し、 投光部は被検査面の幅方向全体に偏光を入射し、 受光部は被検査面からの反射光の散乱反射光の光路に設
    けられ、入射した光を３本のビ−ムに分離する光学系
    と、分離された３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けら
    れ、それぞれ異なる方位角を有する検光子と、各検光子
    を透過した光を受光する撮像手段とを有し、 信号処理部は検光子を透過した光を受光した３個の撮像
    手段からの画像信号を処理して、被検査面の表面反射光
    のエリプソパラメ−タである振幅反射率比tanΨと位相
    差Δを示すcos Δ及び被検査面の表面反射強度Ｉ0 を演
    算し、演算した２つのエリプソパラメ−タtan Ψ，cos
    Δと表面反射強度Ｉ0 から被検査面の表面特性を評価す
    ることを特徴とする表面検査装置。
  10. 【請求項１０】 投光部と３板式偏光リニアアレイカメ
    ラと信号処理部とを有し、投光部は被検査面に偏光を入
    射し、３板式偏光リニアアレイカメラは入射した光束を
    ３本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタと、分離され
    た３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、方位角がそ
    れぞれ異なる向きにに配置された検光子と、各検光子を
    透過した光を受光するリニアアレイセンサとを有し、被
    検査面からの反射光を入射して異なる３種類の偏光画像
    信号を出力し、信号処理部は３板式偏光リニアアレイカ
    メラから出力された偏光画像信号を処理して、被検査面
    の表面反射光のエリプソパラメ−タである振幅反射率比
    tan Ψと位相差Δを示すcos Δ及び反射光強度Ｉ0 を演
    算し、演算した振幅反射率比tan Ψと位相cos Δ及び反
    射光強度Ｉ0 から被検査面の表面疵の有無を判定するこ
    とを特徴とする表面疵検査装置。
  11. 【請求項１１】 投光部と受光部と信号処理部とを有
    し、 投光部は幅方向に長いビ−ムの偏光を被検査面に入射
    し、受光部は被検査面からの反射光の光路に設けられ、
    それぞれ異なる方位角を有する３個の検光子と、各検光
    子を透過した光を受光するリニアアレイセンサとを有
    し、被検査面からの反射光を入射し画像信号に変換し、
    信号処理部は各リニアアレイセンサからの出力画像信号
    を正規化して平坦化し、平坦化した画像信号からエリプ
    ソパラメ−タである振幅反射率比tan Ψと位相差Δを示
    すcos Δ及び反射光強度Ｉ0 の相対値を演算し、演算し
    た振幅反射率比tan Ψと位相差cos Δ及び反射光強度Ｉ
    0 の相対値から被検査面の表面の異常の有無を判定する
    ことを特徴とする表面検査装置。
  12. 【請求項１２】 投光部と受光部と信号処理部とを有
    し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なく
    とも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光
    学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像
    信号に変換し、信号処理部は各受光光学系から出力され
    た光強度分布を平均値があらかじめ定めた基準値となる
    ように規格化し、規格化した複数の光強度分布の変化極
    性と変化量とをあらかじめ定めたパタ−ンと比較し疵種
    を判定することを特徴とする表面検査装置。
  13. 【請求項１３】 投光部と受光部と信号処理部とを有
    し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なく
    とも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光
    学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像
    信号に変換し、信号処理部は各受光光学系から出力され
    た光強度分布を平均値があらかじめ定めた基準値となる
    ように規格化し、規格化した複数の光強度分布の変化極
    性と変化量とをあらかじめ定めたパタ−ンと比較し疵種
    と疵の等級を判定し、各受光光学系から出力された光強
    度分布から目視相当の光量変化を演算し、演算した光量
    変化をあらかじめ定めたパタ−ンと比較し疵の等級を判
    定することを特徴とする表面検査装置。
  14. 【請求項１４】 投光部と検出部と信号処理部とを有
    し、 投光部は被検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射
    し、 検出部は被検査面からの反射光を３本のビ−ムに分離す
    るビ−ムスプリッタと、分離された３本のビ−ムの光路
    にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位角を有する検
    光子と、各検光子を透過した光を受光するリニアアレイ
    センサとを有し、被検査面からの反射光を入射し画像信
    号に変換し、 信号処理部は疵候補領域抽出部とパラメ−タ演算部と判
    定部とを有し、疵候補領域抽出部は３組のリニアアレイ
    センサから入力された偏光画像の濃度レベルと基準濃度
    レベルとを比較して、測定した偏光画像の濃度レベルが
    基準濃度レベルの範囲外となる領域を疵候補領域として
    抽出し、パラメ−タ演算部は抽出した疵候補領域内にお
    ける測定光強度からエリプソパラメ−タと表面反射強度
    を算出し、判定部は算出したエリプソパラメ−タと表面
    反射強度の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性と
    を比較し、表面疵の等級と種類を判定することを特徴と
    する表面検査装置。
  15. 【請求項１５】 投光部と受光部と信号処理部とを有
    し、 投光部は被検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射
    し、 受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
    分を抽出して画像信号に変換し、 信号処理部はパラメ−タ演算部と特徴量演算部及び疵判
    定部とを有し、パラメ−タ演算部は上記画像信号からエ
    リプソパラメ−タと表面反射強度を算出し、特徴量演算
    部は疵候補領域内におけるエリプソパラメ−タと表面反
    射強度の正常部に対する大小を示す極性を算出し、算出
    したエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せ
    による疵特徴量を演算し、疵判定部は演算した疵特徴量
    から表面疵の種類を判定することを特徴とする表面検査
    装置。
  16. 【請求項１６】 上記特徴量演算部は疵候補領域内にお
    けるエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せ
    による疵特徴量を演算するとともに疵候補領域内におけ
    る異なる偏光画像の光強度の極性の組合せによる疵特徴
    量を演算し、疵判定部は演算したエリプソパラメ−タと
    表面反射強度の極性の組合せによる疵特徴量と光強度に
    よる疵特徴量から表面疵の種類を判定する請求項１記載
    の表面検査装置。
  17. 【請求項１７】 上記信号処理部はパラメ−タ演算部と
    特徴量演算部と疵判定部とともに疵候補領域抽出部を有
    し、 疵候補領域抽出部は上記エリプソパラメ−タと表面反射
    強度の画像の濃度レベルが地肌レベルに相当する基準濃
    度レベルの範囲外となる領域を疵候補領域として抽出す
    る請求項１又は２記載の表面検査装置。
  18. 【請求項１８】 投光部と受光部と信号処理部とを有
    し、 投光部は被検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射
    し、 受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
    分を抽出して画像信号に変換し、 信号処理部は疵候補領域抽出部とパラメ−タ演算部と特
    徴量演算部及び疵判定部を有し、疵候補領域抽出部は上
    記３つの偏光成分の画像信号の画像の濃度レベルが地肌
    レベルに相当する基準濃度レベルの範囲外となる領域を
    疵候補領域として抽出し、パラメ−タ演算部は疵候補領
    域内で画像信号からエリプソパラメ−タと表面反射強度
    を算出し、特徴量演算部は算出したエリプソパラメ−タ
    と表面反射強度の正常部に対する大小を示す極性を算出
    し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性
    の組合せによる疵特徴量を演算し、疵判定部は演算した
    疵特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴とする
    表面検査装置。
  19. 【請求項１９】 上記受光部は被検査面からの反射光を
    ３本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタと、分離され
    た３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異
    なる方位角を有する検光子と、各検光子を透過した光を
    受光するリニアアレイセンサを有する請求項１，２，３
    又は４記載の表面検査装置。
  20. 【請求項２０】 被検査面に光を照射して表面からの反
    射光を検出して当該被検査面の複素屈折率に関する２つ
    の光学定数（ｎ、ｋ）を求め、測定した２つの光学定数
    とあらかじめ求めておいた表面疵に起因するｎ−ｋ特性
    と比較して、被検査面に存在する表面疵を特定すること
    を特徴とする表面疵の検出方法。
  21. 【請求項２１】 被検査面に光を照射して表面からの反
    射光を検出して当該被検査面の複素屈折率に関する２つ
    の光学定数（ｎ、ｋ）を測定し、測定した２つの光学定
    数とあらかじめ求めておいた表面疵に起因するｎ−ｋ特
    性とを比較して、被検査面の表面疵の種類と等級とを決
    定するすることを特徴とする表面疵の検出方法。
  22. 【請求項２２】 被検査面に光を照射して表面からの反
    射光を検出して当該被検査面の複素屈折率に関する２つ
    の光学定数（ｎ、ｋ）と光の反射強度（Ｉ）を求め、該
    ３つのパラメータのうち少なくとも２つを選択し、選択
    した少なくとも２つのパラメータとあらかじめ求めてお
    いた表面疵に対応する基準情報とを比較することによ
    り、被検査面に存在する表面疵のを特定することを特徴
    とする表面疵の検出方法。
JP28025095A 1995-10-27 1995-10-27 表面疵の検出方法およびその装置 Pending JPH09127012A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28025095A JPH09127012A (ja) 1995-10-27 1995-10-27 表面疵の検出方法およびその装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28025095A JPH09127012A (ja) 1995-10-27 1995-10-27 表面疵の検出方法およびその装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09127012A true JPH09127012A (ja) 1997-05-16

Family

ID=17622392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28025095A Pending JPH09127012A (ja) 1995-10-27 1995-10-27 表面疵の検出方法およびその装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09127012A (ja)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11211654A (ja) * 1998-01-27 1999-08-06 Otsuka Denshi Kk 偏光解析装置
JP2000009655A (ja) * 1998-06-25 2000-01-14 Kobe Steel Ltd 外観検査装置
JP2000187009A (ja) * 1998-12-21 2000-07-04 Nkk Corp 表面疵検査装置
JP2001066262A (ja) * 1999-06-25 2001-03-16 Nkk Corp 表面疵マーキング装置およびマーキング付き金属帯ならびにその製造方法
JP2005257508A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Nokodai Tlo Kk 複屈折特性測定装置および複屈折特性測定方法
JP2006145305A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Topcon Corp 表面検査装置
JP2008020374A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法およびその装置
JP2008541058A (ja) * 2005-05-06 2008-11-20 ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション ウエハー端部検査システム
JP2013033017A (ja) * 2011-06-30 2013-02-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 表面検査装置、表面検査方法、表面検査プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体
US8427634B2 (en) 2006-07-14 2013-04-23 Hitachi High-Technologies Corporation Defect inspection method and apparatus
CN104833321A (zh) * 2015-05-28 2015-08-12 华北电力大学（保定） 一种金属表面特征检测装置
JP2017116370A (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 株式会社目白６７ エリプソメータ
JP2017116294A (ja) * 2015-12-21 2017-06-29 横河電機株式会社 偏光検査装置
CN107841945A (zh) * 2017-12-04 2018-03-27 广州交投工程检测有限公司 一种桥梁表观检查装置
US10097744B2 (en) 2016-11-15 2018-10-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image forming apparatus
JP2019105563A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 スタンレー電気株式会社 相変化検出装置
WO2020095600A1 (ja) * 2018-11-09 2020-05-14 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法
WO2020095599A1 (ja) * 2018-11-09 2020-05-14 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法
CN112557398A (zh) * 2020-11-24 2021-03-26 创新奇智(北京)科技有限公司 一种不干胶的胶面的质检系统及其质检方法和装置
CN113544495A (zh) * 2019-03-08 2021-10-22 杰富意钢铁株式会社 化学转化处理膜检查方法、化学转化处理膜检查装置、表面处理钢板的制造方法、品质管理方法以及制造设备

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11211654A (ja) * 1998-01-27 1999-08-06 Otsuka Denshi Kk 偏光解析装置
JP2000009655A (ja) * 1998-06-25 2000-01-14 Kobe Steel Ltd 外観検査装置
JP2000187009A (ja) * 1998-12-21 2000-07-04 Nkk Corp 表面疵検査装置
JP2001066262A (ja) * 1999-06-25 2001-03-16 Nkk Corp 表面疵マーキング装置およびマーキング付き金属帯ならびにその製造方法
JP2005257508A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Nokodai Tlo Kk 複屈折特性測定装置および複屈折特性測定方法
JP4694179B2 (ja) * 2004-11-18 2011-06-08 株式会社トプコン 表面検査装置
JP2006145305A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Topcon Corp 表面検査装置
JP2008541058A (ja) * 2005-05-06 2008-11-20 ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション ウエハー端部検査システム
JP2008020374A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法およびその装置
US8427634B2 (en) 2006-07-14 2013-04-23 Hitachi High-Technologies Corporation Defect inspection method and apparatus
JP2013033017A (ja) * 2011-06-30 2013-02-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 表面検査装置、表面検査方法、表面検査プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体
CN104833321A (zh) * 2015-05-28 2015-08-12 华北电力大学（保定） 一种金属表面特征检测装置
JP2017116294A (ja) * 2015-12-21 2017-06-29 横河電機株式会社 偏光検査装置
JP2017116370A (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 株式会社目白６７ エリプソメータ
WO2017110391A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 株式会社目白６７ エリプソメータ
US10097744B2 (en) 2016-11-15 2018-10-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image forming apparatus
CN107841945A (zh) * 2017-12-04 2018-03-27 广州交投工程检测有限公司 一种桥梁表观检查装置
CN107841945B (zh) * 2017-12-04 2023-11-14 广州交投工程检测有限公司 一种桥梁表观检查装置及其检查方法
JP2019105563A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 スタンレー電気株式会社 相変化検出装置
WO2020095600A1 (ja) * 2018-11-09 2020-05-14 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法
WO2020095599A1 (ja) * 2018-11-09 2020-05-14 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法
JP2020076698A (ja) * 2018-11-09 2020-05-21 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法
JP2020076697A (ja) * 2018-11-09 2020-05-21 株式会社神戸製鋼所 酸化膜厚測定装置および該方法
CN113544495A (zh) * 2019-03-08 2021-10-22 杰富意钢铁株式会社 化学转化处理膜检查方法、化学转化处理膜检查装置、表面处理钢板的制造方法、品质管理方法以及制造设备
CN112557398A (zh) * 2020-11-24 2021-03-26 创新奇智(北京)科技有限公司 一种不干胶的胶面的质检系统及其质检方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5835220A (en) Method and apparatus for detecting surface flaws
JPH09127012A (ja) 表面疵の検出方法およびその装置
US7615752B2 (en) Apparatus and method for enhanced critical dimension scatterometry
EP1636572B1 (en) Systems for inspection of patterned or unpatterned wafers and other specimen
US6972852B2 (en) Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle of incidence measurements
EP0563221A1 (en) Method and apparatus for automatic optical inspection
CN100367027C (zh) 表面缺陷的检查装置和方法
US7724362B1 (en) Oblique incidence macro wafer inspection
US20060028654A1 (en) Methods and systems for substrate surface evaluation
JPH09178666A (ja) 表面検査装置
JP3446008B2 (ja) 表面検査装置
JP3826578B2 (ja) 表面検査装置
JPH09178667A (ja) 表面検査装置
KR0161093B1 (ko) 표면결함의 검출방법 및 그 장치
JP3063523B2 (ja) 表面疵の検出方法およびその装置
JP3275737B2 (ja) 表面検査装置及び表面検査方法
JP3591161B2 (ja) 表面検査装置
JPH09159621A (ja) 表面検査装置
TW202115387A (zh) 在干涉缺陷檢測中之樣本表面偏振修改
JP3257552B2 (ja) 表面疵検出装置
JPH09178668A (ja) 表面検査装置
JPH09166549A (ja) 表面検査装置
JP2002181723A (ja) 表面検査装置
JP4821044B2 (ja) マーキング付き金属帯の製造方法
JPH09166551A (ja) 表面検査装置