JPH10318935A - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の形状に拘わらずその表面状態を精
度よく定量化できかつ製品の表面検査にも適用できる表
面検査装置および表面検査方法を提供する。 【解決手段】 被測定物２の表面に光を照射する光源１
１と、被測定物２の表面に対向しかつ光源１１から照射
されて被測定物２の表面で反射された反射光を受光する
対物レンズ１２と、この対物レンズ１２を通過する反射
光のうち対物レンズ１２にその光軸と平行な方向で入射
した成分を検知して光量を求める光検出手段１３と、対
物レンズ１２および光検出手段１３の間の光路に設けら
れたスリット２９とを有して表面検査装置１を構成す
る。これにより被測定物２の表面の光検出範囲をスリッ
ト２９で絞り込むことができるから高精度に定量化でき
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、表面検査装置およ
び表面検査方法に関し、詳しくは、自動車部品、ＯＡ機
器、家電製品等の表面状態を定量化する表面検査装置お
よび表面検査方法に関する。

【０００２】

【背景技術】自動車の内外装部品、ＯＡ、家電等の分野
においては、製品の外観に関わる表面の物理的性質、具
体的には、傷、凹凸むら、光沢むら、色むら等に対する
要求レベルが年々厳しくなっている。とくに、合成樹脂
からなる製品では、前述した各種性質に加えて、製品表
面のウェルドラインの外観、フローマークの外観、応力
白化等が商品価値に大きく関与している。このような製
品の表面状態は、従来、目視によってランク分けする官
能試験を行って評価していた。しかしながら、官能試験
では、試験結果が各評価項目に対するランクとしてしか
得られず、表面状態についての詳細な情報、すなわち、
肉眼で見た状態と同レベルの情報を保存できないことか
ら、品質管理および材料開発の妨げになっていた。

【０００３】このような問題を解消するために、製品の
表面状態を写真等で保管することが行われているが、撮
影条件や焼付け条件等によってコントラストが異なるた
め客観的なデータにならず、製品や材料の表面状態を精
度よく数値化、定量化できる方法や装置が切望されてい
た。

【０００４】一方、合成樹脂材料の表面状態を定量化す
る方法として、本出願人は、材料表面の傷による白化の
程度を測定する方法を提案した（特公平７−５２１６０
号公報）。この方法は、合成樹脂製試料に所定形状の傷
を付けて、その傷付白化部に暗視野照明により光を照射
し、その乱反射光のうち対物レンズの光軸と平行な成分
の光量を測定して傷付白化度を測定する方法であり、傷
の大きさに応じて対物レンズの倍率を変えることで、光
検出範囲、つまり試料表面において反射光を検出する対
象となる範囲を調整していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この方法は、材料開発
等における材料試験には有用であったが、品質管理にお
ける製品の表面検査には適用できないという問題があっ
た。すなわち、この方法では、測定のために試料に所定
形状の傷を付けなければならないので、製品の表面状態
をそのまま数値化できないうえに、検出精度が低いため
所定形状の傷の部分しか定量化できないことから、傷以
外の部分を含む被測定物全体の表面状態を定量化するこ
とができなかった。また、微細な傷の白化度を測定する
ときには高倍率の対物レンズを用いて検出範囲を小さく
するため、試料が複雑な形状を有する場合等には、傷の
位置が異なると焦点のずれによって測定誤差が生じ、高
精度な測定を実現できなかった。このような焦点のずれ
を小さくするために低倍率の対物レンズを用いると、傷
の周辺部分が検出範囲に含まれるようになって、傷から
の反射光を精度よく検出できなくなるという問題があっ
た。

【０００６】本発明の目的は、被測定物の形状に拘わら
ずその表面状態を精度よく定量化できかつ製品の表面検
査にも適用できる表面検査装置および表面検査方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の表面検査装置
は、被測定物の表面に光を照射する光源と、被測定物の
表面に対向しかつ光源から照射されて被測定物の表面で
反射された反射光を受光する対物レンズと、この対物レ
ンズを通過する反射光のうち、当該対物レンズにその光
軸と平行な方向で入射した成分を検知してその光量を求
める光検出手段と、対物レンズおよび光検出手段の間の
光路に設けられたスリットとを備えたことを特徴とす
る。

【０００８】本発明では、光源から照射された光は被測
定物の表面で反射し、その反射光が対物レンズを通るよ
うになる。反射光が対物レンズに入射する際に、対物レ
ンズの光軸と平行に入射した反射光は、対物レンズを通
ってからスリットに入射し、このスリットの開口を通過
した光のみが光検出手段に導入されてその光量が求めら
れる。

【０００９】このように対物レンズと光検出手段の間の
光路にはスリットが設けられているため、対物レンズの
光軸と平行な方向に反射した反射光のうちスリットの開
口を通過した成分のみを取り出して検出できるから、被
測定物の表面における反射光の検出範囲、つまり光検出
範囲をスリットの開口によって制限できる。従って、対
物レンズおよびスリットにより光検出範囲を絞り込むこ
とで限定された範囲内の反射光を取り出してその光量を
求めることができるから、目的とする外観の表面状態を
厳密かつ高精度に定量化できる。さらに、複雑な形状の
被測定物の表面状態を測定するにあたって、焦点のずれ
を防ぐために低倍率の対物レンズを用いた場合でも、ス
リットによって被測定物の表面における光検出範囲を制
限できるため、被測定物の表面を複数の光検出範囲に細
かく分割して検出できるから、被測定物の表面状態を精
度よく定量化できる。

【００１０】このように優れた検出精度が得られるの
で、従来の傷の白化度だけでなく、色や凹凸等による表
面状態の相違も定量化できるとともに、傷のない部分を
含んだ被測定物の表面全体の定量化が可能になるため、
被測定物の外観に対応した評価結果を得ることができる
うえに、従来のように測定のために被測定物の表面に所
定の傷を付けなくてもよくなるから、材料の表面検査だ
けでなく製品の品質検査における表面検査にも用いるこ
とができる。

【００１１】また、被測定物を走査して評価する場合
は、測定面積、つまり光検出範囲を絞ることが好まし
い。この際、走査にともなう焦点振れが懸念されるた
め、対物レンズはできるだけ低倍率のものを用い、スリ
ットの開口を小さくすることで光り検出範囲を絞り込む
方が、焦点振れを抑制する上で好ましい。また、対物レ
ンズは、低倍率の方が目視外観に近づくため、目視結果
と高い相関が得られる。従って、対物レンズには、低倍
率のもの、例えば、１０倍以下のものを用いることが好
ましい。

【００１２】さらに、本発明の装置では、光源および光
検出手段を選定することによって、光源の分光特性およ
び光検出手段の分光感度を標準のものに規定すれば、光
量が色差や明度等の標準化された値として得られる。

【００１３】以上において、光源および被測定物の間の
光路には照明切換手段が設けられ、この照明切換手段
は、光源からの光を対物レンズの光軸と平行にしかつ対
物レンズを通じて被測定物に照射する明視野照明と、光
源からの光をリング状に形成しかつ被測定物の表面に焦
点が存在するように対物レンズの光軸に対して斜めに照
射する暗視野照明とを切り換えるものであることが好ま
しい。

【００１４】この場合、照明切換手段によって、被測定
物の表面状態やその表面状態に対して着目する項目に応
じて明視野照明と暗視野照明とを使い分けることで、被
測定物の表面状態を一層高精度に定量化できる。例え
ば、被測定物が合成樹脂からなる場合、傷の有無や傷の
大きさ等について調べる場合には、斜め方向から光を照
射する暗視野照明を用いることで、傷等において乱反射
が生じやすくなるので、検出される光量が傷に対応して
大きく増減するようになり、目視結果との優れた相関が
得られる。また、明度むら、光沢むら、ウェルドの外
観、フローマークの外観等について調べる場合には、目
視に対応して明視野照明および暗視野照明を選択して用
いるようにすれば、各項目について目視に対応した高精
度な検査結果が得られる。

【００１５】また、暗視野照明では、被測定物の表面に
対して、リング状にあらゆる方向から光が照射されるた
め、照射方向の違いによる測定誤差を解消でき、目視結
果と相関する優れた検出結果が得られる。すなわち、被
測定物に対して一方向からのみ光を照射すると、外観不
良等は一般に方向性があるため、他の方向から光を照射
した場合とは検出される反射光の光量が異なることがあ
り、また、目視判定において被測定物を見る方向は必ず
しも一定ではないことから、リング状に光を照射するこ
とで、照射方向によるデータのばらつきを解消できる。

【００１６】さらに、暗視野照明を用いて被測定物の表
面の異常部分について測定する場合には、対物レンズの
光軸に対する光の照射角度を目視結果に基づいて設定す
ることが好ましい。具体的には、被測定物の異常部分を
角度を変えて目視し、正常な部分との差が顕著に区別で
きる角度条件を選定し、この選定した角度を光の照射角
度とすることが好ましく、これによると、目視と同様な
条件の下で表面状態を観測できるから、目視結果との相
関が得られる。

【００１７】そして、前述したスリットの開口の大きさ
は変更可能とされていることが望ましい。このようにす
ると、スリットの開口の大きさを調整することで、被測
定物の表面における光検出範囲を被測定物の表面状態等
に応じて任意に調整できるため、一層高精度な検査を実
現できる。

【００１８】スリットとしては、例えば、円形の開口を
有するものを用いることができ、この場合、スリットの
開口の径は、０．２〜３０ｍｍとすることが好ましい。
スリットの開口の径が０．２ｍｍ未満では、光検出部に
導入される光が不足して、定量化が困難になるおそれが
生じる。また、被測定物として表面に不均一なシボが付
いたものを用いる場合には、スリットの開口の径を大き
くして光検出範囲を広げた方が、測定値変動が少なくな
るため好ましい。

【００１９】さらに、前述した光検出手段は、スリット
を通過した光の光量を、被測定物として標準サンプルを
用いたときに検出された光量を基準にして変換する演算
手段を有することが好ましい。ここで、標準サンプルと
は、被測定物について調べたい属性、具体的には、明
度、白色度、色差等においてそれぞれ標準にするサンプ
ルであり、例えば、白色標準板、マンセル色票等の色の
標準色票に基づいて共通化された標準サンプル、個別に
設定した標準サンプル、被測定物における正常部分等で
ある。この標準サンプルは、評価項目に応じて適宜選択
すればよい。

【００２０】このような演算手段を設ければ、被測定物
について検出された光量を標準サンプルの光量を基準に
した相対的な値として求めることができる、つまり、絶
対測定だけでなく比較測定も行えるようになる。従っ
て、検査結果を目視結果に近く理解しやすい値として再
現性よく得ることができる。また、目視結果の良好なも
のを標準サンプルとすれば、この標準サンプルを基準に
した相対的な検査結果が得られるので、被測定物を簡単
に評価できる。さらに、測定条件を変えて検査した場合
でも、各測定条件下で同じ標準サンプルを用い、この標
準サンプルの光量を基準にして被測定物の光量を変換す
ることで、測定条件の違いによる検査結果の誤差を解消
できるため、正確な検査結果が得られる。

【００２１】一方、本発明の表面検査方法は、被測定物
の表面に光を照射してその照射光を被測定物の表面で反
射させ、この反射光のうち、被測定物に対向して設けら
れた対物レンズの光軸と平行な成分を対物レンズを通じ
てスリットに入射させ、この入射光のうち前記スリット
の開口を通過した成分のみを受光し、この受光した光の
光量を求めることを特徴とする。

【００２２】本発明においては、対物レンズの光軸と平
行な方向に反射した反射光のうちスリットの開口を通過
した成分のみを取り出して検出できるから、被測定物の
表面における反射光の検出範囲、つまり光検出範囲をス
リットの開口によって制限できる。従って、対物レンズ
およびスリットにより光検出範囲を絞り込むことで限定
された範囲内の反射光を取り出してその光量を求めるこ
とができるから、表面状態を厳密かつ高精度に定量化で
きる。また、低倍率の対物レンズを用いた場合でも、ス
リットによって被測定物の表面における光検出範囲を制
限できるため、被測定物の表面状態を精度よく定量化で
きる。

【００２３】さらに、優れた検出精度が得られるので、
従来の傷の白化度だけでなく、テカリ傷（傷付部の高光
沢化により目立つ傷で、特に、被測定物を光にかざして
みた場合に目立つ傷）であっても定量化できる。また、
色や凹凸等による表面状態の相違も定量化できるととも
に、傷のない部分を含んだ被測定物の表面全体の定量化
が可能になるため、被測定物の外観に対応した評価結果
を得ることができる。さらに、従来のように測定のため
に被測定物の表面に所定の傷を付けなくてもよくなるか
ら、材料の表面検査だけでなく製品の品質検査における
表面検査にも用いることができる。

【００２４】そして、前述したスリットの開口の大きさ
および対物レンズの倍率をそれぞれ変えて、被測定物の
表面における光検出範囲を調節することが望ましい。こ
のようにスリットの開口の大きさと対物レンズの倍率と
を組み合わせることで、被測定物の表面における光検出
範囲を被測定物の表面状態等に応じて任意に調整できる
ため、一層高精度な検査を実現できる。

【００２５】さらに、受光した光の光量を、被測定物と
して標準サンプルを用いたときに検出された光量を基準
にして変換することが望ましい。このようにすると、被
測定物について受光した光の光量を標準サンプルを基準
にした値として求めることができるので、測定毎の値の
信頼性が高く、検査結果を目視結果に近く理解しやすい
値として得ることができる。また、目視結果の良好なも
のを標準サンプルとすれば、この標準サンプルを基準に
した相対的な検査結果が得られるので、被測定物を簡単
に評価できる。さらに、測定条件を変えて検査した場合
でも、各測定条件下で同じ標準サンプルを用い、この標
準サンプルの光量を基準にして被測定物の光量を変換す
ることで、測定条件の違いによる検査結果の誤差を解消
できるため、正確な検査結果が得られる。

【００２６】そして、被測定物の表面状態に応じて、被
測定物への光の照射角度を変えるようにしてもよい。こ
の照射角度には特に制限はなく、対物レンズの光軸に対
して０〜４５度の範囲で、検査目的および被測定物の表
面状態等によって任意に設定することができる。このよ
うに光の照射角度を調節することで、被測定物の表面状
態を一層高精度に定量化できる。例えば、合成樹脂から
なる被測定物の光沢むら、ウェルド外観、フローマー
ク、傷の有無や凹凸むら等を調べる場合には、角度を変
えて被測定物を目視することによって光の照射角度を選
定するようにすれば、各項目について目視に対応した高
精度な検査結果が得られる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本実施形態の表面検査
装置１が示されている。この表面検査装置１は、被測定
物２の表面に光を照射するための光源１１と、被測定物
２の表面に対向する位置に設けられた対物レンズ１２
と、この対物レンズ１２にその光軸と平行な方向で入射
した成分を検知してその光量を求める光検出手段１３と
を有して構成され、具体的には、光源１１および対物レ
ンズ１２を含む落射照明型の偏光顕微鏡３に光検出手段
１３を接続したものである。

【００２８】この偏光顕微鏡３の顕微鏡本体３０は、鉛
直方向に設けられた鉛直光路用筒３１と、この鉛直光路
用筒３１から水平方向に延びる照明光路用筒３２とを含
んで構成されている。鉛直光路用筒３１の下端部には対
物レンズ鏡筒３３が取り付けられ、この対物レンズ鏡筒
３３は照明光路用筒３２の軸線に対して直角に取り付け
られている。この対物レンズ鏡筒３３の内部には、対物
レンズ１２が収納されているとともに、その対物レンズ
１２の外周に後述するリング状の暗視野照明用レンズ２
５が収納され、これらの対物レンズ１２および暗視野照
明用レンズ２５はそれぞれ所定倍率のものと所定屈折率
のものとが選択的に組み合わせて組み込まれている。こ
のような対物レンズ鏡筒３３は、対物レンズ１２の倍率
および暗視野照明用レンズ２５の屈折率が異なるものが
複数種類用意され、対物レンズ鏡筒３３を選択的に鉛直
光路用筒３１に装着することで、測定における対物レン
ズ１２の倍率および暗視野照明用レンズ２５の屈折率を
調整できるようになっている。この対物レンズ鏡筒３３
の下方には、被測定物２を載せるためのステージ２１が
設けられ、このステージ２１は対物レンズ１２の光軸上
に配置されるとともに水平方向および鉛直方向に移動可
能に設置されている。

【００２９】照明光路用筒３２内部において対物レンズ
１２の光軸と直交する軸上には光源１１が設置され、こ
の軸上には、光源１１からの光を対物レンズ１２の光軸
に対して直交する平行光線とするコリメートレンズ２２
が配置されている。

【００３０】また、鉛直光路用筒３１内における光源１
１からの光の光軸と対物レンズ１２の光軸との交点位置
には、光源１１からの光を明視野照明或いは暗視野照明
として被測定物２に照射するための照明切換手段である
明暗視野切換スライド１４が設置されている。この明暗
視野切換スライド１４は、図２にも示すように、光源１
１からの光の光軸および対物レンズ１２の光軸に対して
直交する方向にスライド可能に取り付けられ、このスラ
イド方向に沿って、明視野照明用の円形状ハーフミラー
部２３と、内部が透光部２４Ａとされたリング状完全反
射ミラー部２４とが並列的に設けられている。また、対
物レンズ１２の周囲には、リング状の暗視野照明レンズ
２５が設けられ、リング状完全反射ミラー部２４で対物
レンズ１２の光軸方向に反射した光を、被測定物２の表
面に焦点が存在するように斜め方向から照射するように
構成されている。この暗視野照明レンズ２５は、屈折率
の異なる複数種類が用意され、これらを適宜選択して用
いることで被測定物２の表面に対する照射角度、つまり
対物レンズ１２の光軸に対する光の照射角度を調整でき
るようになっている。

【００３１】このような偏光顕微鏡３では、明暗視野切
換スライド１４をスライドさせることで、被測定物２に
対して０度の照射角度で光を照射する明視野照明と、対
物レンズ１２の光軸に対して斜めの照射角度で被測定物
２に光を照射する暗視野照明とを切り換える。すなわ
ち、図１に示すように、暗視野照明用のリング状完全反
射ミラー部２４を光軸上に切り換えると、コリメートレ
ンズ２２からの平行光線のうちリング状完全反射ミラー
部２４に照射される光のみが反射してリング状に形成さ
れるとともに対物レンズ１２の光軸と平行になり、暗視
野照明レンズ２５に入射して、対物レンズ１２の光軸に
対して斜めの角度、例えば、４５度に屈折して被測定物
２の表面に照射される。また、明視野照明用の円形状ハ
ーフミラー部２３（図２参照）を光軸上に切り換える
と、コリメートレンズ２２からの平行光線のうち円形状
ハーフミラー部２３に照射される光のみが反射して対物
レンズ１２の光軸と平行になり、対物レンズ１２を通っ
て対物レンズ１２の光軸に対して０度の照射角度で被測
定物２に照射される。

【００３２】このような明暗視野切換スライド１４は、
対物レンズ１２およびステージ２１と同一軸線上に配置
され、この明暗視野切換スライド１４の上方には図示し
ない接眼レンズを備えた鏡筒と光検出手段１３とが設け
られている。これらの鏡筒（図示省略）および光検出手
段１３は、対物レンズ１２の光軸上に配置されている。
本実施形態の装置１では、光源１１から明暗視野切換ス
ライド１４を介して被測定物２の表面に照射した照射光
は、被測定物２の表面で反射して対物レンズ１２に入射
するようになり、この対物レンズ１２に入射した反射光
のうち対物レンズ１２の光軸と平行な成分を光検出手段
１３で受光するようになっている。

【００３３】この光検出手段１３および対物レンズ１２
の間の光路、具体的には、光検出手段１３と明暗視野切
換スライド１４との間には、円盤状のスリット２９が設
置され、このスリット２９はその中心を軸に水平方向に
回転可能に取り付けられている。スリット２９は、その
周方向に沿って大きさの異なる複数の開口２９Ａ，２９
Ｂを有し、これらの開口２９Ａ，２９Ｂがスリット２９
の回転によってそれぞれ対物レンズ１２の光軸上に位置
するように取り付けられている。これにより、スリット
２９を回転させることで、対物レンズ１２の光軸上にお
けるスリット２９の開口２９Ａ，２９Ｂの大きさを変更
し、光軸上の開口２９Ａ，２９Ｂを通過した光Ｐのみを
光検出手段１３に導入できるようになっている。また、
スリット２９は、顕微鏡本体３０の外側から回転操作で
きるように、その一部が鉛直光路用筒３１から外部に突
出するように設置されている。なお、スリット２９の開
口２９Ａ，２９Ｂの形状は、とくに限定されず、例え
ば、円形のものであってもよく、或いは、矩形のもので
あってもよい。

【００３４】そして、前述した接眼レンズを含む鏡筒
（図示省略）は、このスリット２９の下方に設けられ、
接眼レンズから被測定物２の表面を観察したときの視野
の中にスリット２９の開口の大きさが表示されるように
なっている。従って、被測定物２の表面を観察しながら
最適なスリット２９の開口を選定できるようになってい
る。

【００３５】一方、光検出手段１３は、図３に示すよう
に、スリット２９を通過した光Ｐを受光してその光量を
求めるとともに、必要に応じて、この光量を標準サンプ
ルの光量を基準にして変換するものである。この光検出
手段１３は、標準サンプルの光量を標準値として設定す
るための入力手段４１と、受光した光の光量を電流値に
変換する光電変換手段４２と、この光電変換手段４２か
らの電流値をデジタル化するＡ／Ｄ変換器４３と、この
デジタル化した信号を所望の値に変換するための演算手
段４４とを備えている。この演算手段４４には表示手段
４５および記憶手段４６が接続され、これにより、入力
手段４１からの標準値の設定命令に基づいて、被測定物
の光量を、演算手段４４によって、記憶手段４６に記憶
したデータおよびプログラムに従って演算し、表示手段
４５によりデジタル表示するようになっている。

【００３６】次に、表面検査装置１を用いた本実施形態
の表面検査方法について説明する。先ず、被測定物２を
ステージ２１上に載せ、接眼レンズ（図示省略）から被
測定物２の表面を観察しながら、対物レンズ鏡筒３３を
変えることで対物レンズ１２の倍率を選定するととも
に、スリット２９を回転させて対物レンズ１２の光軸上
に配置する開口２９Ａ，２９Ｂを選択し、被測定物２の
表面における光検出範囲を調節する。このような光検出
範囲の調整では、対物レンズ１２により制限された光検
出範囲がスリット２９によってさらに狭く制限される。

【００３７】また、被測定物２の表面状態について着目
する項目や被測定物２の表面状態に応じて明暗視野切換
スライド１４をスライドさせることで、光源１１からの
照明を明視野照明或いは暗視野照明に切り換える。例え
ば、被測定物２が合成樹脂からなる場合、傷の有無や傷
の大きさ等の項目について調べるときには、一般的に、
光を斜め方向から照射する方が傷等の部分で光が乱反射
しやすいので暗視野照明を用いる。また、光沢むら、ウ
ェルド外観、フローマーク等の項目について調べる場合
には、目視によって正常な部分との差が顕著に観察され
る角度を選定し、この角度が０度の場合は明視野照明を
用い、０度以外の角度の場合には暗視野照明を用いる。
これにより、各項目に関する被測定物２の表面状態が精
度よく光量に反映されて、目視に対応した検査結果が得
られるようになる。この際、暗視野照明における光の照
射角度は、選定した角度に基づいて暗視野照明用レンズ
２５の屈折率を設定することによって目視に対応させる
ようにし、その照射角度は、例えば、４５度である。な
お、暗視野照明用レンズ２５の屈折率の設定は、所望の
屈折率の暗視野照明用レンズ２５を内蔵した対物レンズ
鏡筒３３を鉛直光路用筒３１に装着することにより行
う。

【００３８】そして、光源１１から光を照射すると、こ
の照射光はコリメートレンズ２２を通過して平行光線に
なり、明暗視野切換スライド１４を介して被測定物２の
表面に照射される。この照射光は被測定物２の表面で反
射し、この反射光のうち対物レンズ１２の光軸と平行な
成分は対物レンズ１２を通過してスリット２９に入射
し、この入射光のうちスリット２９の開口２９Ａ，２９
Ｂを通過した成分のみが光検出手段１３の光電変換手段
４２に検知され、その光量が電流値に変換される。この
電流値は、Ａ／Ｄ変換器４３によってデジタル化され、
演算処理を行わない場合には、電流値がそのまま表示手
段４５によってデジタル表示される。

【００３９】このとき、被測定物２の表面で反射される
光の反射角度および反射光の強さ（反射率）等は被測定
物２の表面状態に応じて変化するため、光検出手段１３
により検出される光量、つまり表示される電流値は、被
測定物２の表面状態に応じて変化する。例えば、被測定
物２の表面に白化傷（表面荒れによる傷）がある場合に
は、傷の部分に照射された光は乱反射するため、傷の部
分と傷のない部分とでは対物レンズ１２に入光してスリ
ット２９を通過する光の量、つまり検出される光量が異
なる。また、被測定物２の表面の色、具体的には、色
相、明度、彩度等が異なる場合には、光の反射率が変わ
るため、検出される光量は、被測定物２の表面の色によ
って変化する。

【００４０】このような検査を、被測定物２の表面にお
ける一定の範囲或いは表面全体に対して行う場合、つま
り走査して評価する場合には、測定時にステージ２１を
水平方向に移動させることで被測定物２を移動させなが
ら検査を行い、光検出手段１３においては一定周期で光
をサンプリングして処理する。この際、ステージ２１は
連続的に移動させてもよく、断続的に移動させてもよ
い。

【００４１】一方、被測定物として標準サンプルを用い
たときに検出された光量に基づいて、被測定物２の検査
で検出された光量を変換する場合には、予め、前述した
被測定物２の検査と同様にして標準サンプルの表面状態
について検査を行って、その光量を入力手段４１によっ
て標準値として設定し、記憶手段４６に記憶しておく。
そして、入力手段４１により、被測定物２の光量を、記
憶した標準値を基準にして変換処理するように設定し、
被測定物２の表面状態を検査する。すると光検出手段１
３において、光電変換手段４２で受光した光の光量は電
流値に変換され、その電流値はＡ／Ｄ変換器４３により
デジタル化されて演算手段４４に入力される。この演算
手段４４では、デジタル化された電流値が、記憶手段４
６で記憶した標準値と比較されて相対的な値に演算さ
れ、この値が表示手段４５によってデジタル表示され
る。

【００４２】この標準サンプルは、被測定物２の表面状
態について着目する項目や検査目的等に応じて適宜選定
する。例えば、製品の品質検査や異常なサンプルについ
て検査する場合には、正常なサンプルを標準サンプルと
して用い、正常なサンプルとの比較結果を出力させるこ
とができる。具体的には、合成樹脂製品について、明
度、光沢度、ウェルドの外観、フローマークの外観等の
項目に着目して検査を行う場合、これらの項目について
目視結果の良好な製品を標準サンプルとして、検査対象
としての製品や異常サンプルの測定を行うことで、これ
らの反射光の光量が良好な製品の光量との比較結果とし
て表示される。

【００４３】また、調べたい項目について基準となる標
準化されたものを標準サンプルとして用いるようにして
もよい。例えば、サンプルの色を評価する場合には、物
体色の標準として一般に使用されているもの、具体的に
は、マンセル色票等の標準色票に基づいた色のサンプル
を標準サンプルとして用いることにより、検査対象とし
ての被測定物２の光量が標準サンプルとの色の差として
表示される。

【００４４】さらに、一つの被測定物２においてその表
面状態の均一さ、具体的には、明度むら、光沢むら、凹
凸むら、色むら等を検査する場合には、その表面におけ
る所定部分を標準サンプルとし、この標準サンプルとし
た部分について検出された光量を標準値として他の部分
を測定してもよい。この場合、検出された光量は標準サ
ンプルとした部分の光量との差として出力される。

【００４５】このような本実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。すなわち、対物レンズ１２と光検出手
段１３の間の光路にはスリット２９が設けられているた
め、対物レンズ１２の光軸と平行な方向に反射した反射
光のうちスリット２９の開口２９Ａまたは開口２９Ｂを
通過した成分のみを取り出して検出できるから、被測定
物２の表面における反射光の検出範囲、つまり光検出範
囲をスリット２９の開口２９Ａまたは開口２９Ｂによっ
て制限できる。従って、対物レンズ１２およびスリット
２９により光検出範囲を絞り込むことで限定された範囲
内の反射光を取り出してその光量を求めることができる
から、表面状態を厳密かつ高精度に定量化できる。とく
に、複雑な形状の被測定物の表面状態を測定するとき
に、焦点のずれを防ぐために低倍率の対物レンズ１２を
用いた場合でも、スリット２９によって被測定物２の表
面における検出範囲を制限できるため、低倍率のまま被
測定物２の表面を複数の検出範囲に細かく分割して検出
できるから、被測定物２の表面状態を精度よく定量化で
きる。

【００４６】さらに、優れた検出精度が得られるので、
傷の白化度だけでなく、色、光沢、凹凸等による表面状
態の相違も定量化できるとともに、被測定物２の表面全
体の定量化が可能になるため、被測定物２の外観に対応
した評価結果を得ることができるうえに、従来のように
測定のために被測定物２の表面に所定の傷を付けなくて
もよくなるから、材料の表面検査だけでなく製品の品質
検査における表面検査にも適用できる。

【００４７】そして、光源１１および被測定物２の間の
光路には明暗視野切換スライド１４が設けられているた
め、所望の項目について被測定物２の表面状態を目視観
察することにより選定した観察角度に対応して、明視野
照明と暗視野照明とを使い分けることで、被測定物２の
表面状態を一層高精度に定量化できる。また、暗視野照
明では、被測定物２の表面にはリング状にあらゆる方向
から光が照射されるため、照射方向の違いによる測定誤
差を解消でき、目視結果と相関した優れた検出結果が得
られる。すなわち、被測定物２に対して一方の方向から
のみ光を照射すると、他方の方向から光を照射した場合
と検出される光量が異なることがあり、また、目視判定
において被測定物２を見る方向は必ずしも一定ではない
ことから、リング状に光を照射することで、照射方向に
よるデータのばらつきを解消できるとともに、目視と同
様な条件の下で表面状態を観測できる。

【００４８】そして、対物レンズ１２の倍率とスリット
２９の開口２９Ａ，２９Ｂの大きさとをそれぞれ変える
ことで、被測定物２の表面における光検出範囲を調整で
きるから、一層高精度な検査を実現できる。

【００４９】さらに、光検出手段１３は演算手段４４を
有するため、被測定物２について検出した光量を標準サ
ンプルの光量を基準にした値として求めることができる
ので、検査結果を目視結果に近く理解しやすい値として
得ることができる。また、目視結果の良好なものを標準
サンプルとすることで、この標準サンプルを基準にした
相対的な検査結果が得られるので、被測定物２を簡単に
評価できる。さらに、測定条件を変えて検査した場合で
も、各測定条件下で同じ標準サンプルを用い、この標準
サンプルの光量を基準にして被測定物２の光量を変換す
ることで、測定条件の違いによる検査結果の誤差を解消
できるため、正確な検査結果が得られる。

【００５０】また、既存の偏光顕微鏡３を用いて表面検
査装置１を構成したので、偏光顕微鏡３にスリット２９
を組み込んで光検出手段１３と接続するだけで、装置１
を簡単かつ低コストに組み上げることができる。

【００５１】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を
含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれる。
すなわち、前記実施形態のスリットは円盤状に形成され
ていたが、これに限定されず、例えば、スリットを帯状
に形成して、その長手方向に沿って開口を並列的に設
け、長手方向に沿ってスリットをスライドさせることで
対物レンズの光軸上に配置する開口を選択するようにし
てもよく、或いは、開口の大きさの異なるスリットを複
数用意し、このスリットを適宜選択して装着することで
光軸上の開口の大きさを変えるようにしてもよい。ま
た、スリットの開口は、必要に応じて対物レンズの光軸
から外れた位置に形成してもよい。

【００５２】前記実施形態では、明暗視野スライド１４
を用いて明視野照明と暗視野照明とを切り換えるように
したが、照明切換手段は明暗視野スライド１４を用いた
構造に限定されず、例えば、前記実施形態のスライド１
４とは異なる形状のスライドを用いた構造を採用しても
よく、或いは、対物レンズの周囲に環状に照明用のファ
イバーを配置して暗視野照明を行うようにしてもよい。
要するに、明視野照明および暗視野照明を行えれば、そ
の構造は任意であり、既存の構造を適宜選択して用いれ
ばよい。

【００５３】また、光源および光検出手段の種類はとく
に限定されず、例えば、既存の色彩色差計用いられる光
源および光検出手段を採用して、色彩測定用の表面検査
装置としてもよい。既存の色彩色差計としては、例え
ば、日本電色工業（株）製微小面分光色差計ＭＳＰ−Σ
９０等がある。このようにすると、被測定物の光量が標
準化された値として得られ、具体的には、被測定物の表
面の色をＬ^*ａ^*ｂ^*表色系、ＸＹＺ表色系等により表色
できる。

【００５４】或いは、既存の明度計に用いられる光源お
よび光検出手段を採用して、明度測定用の表面検査装置
として構成してもよい。これによれば、被測定物の光量
が標準化された明度の値として得られる。要するに、光
検出手段の種類や構造は、受光した光の光量を求めるも
のであれば、とくに限定されない。

【００５５】また、前記実施形態では、表示手段によ
り、電流値や電流値を変換した値をデジタル表示した
が、アナログ表示してもよい。前記実施形態では、既存
の偏光顕微鏡を用いて表面検査装置を構成したが、この
偏光顕微鏡を用いないで、光源、対物レンズ、光検出手
段およびスリット等の各部材を組み立てることにより表
面検査装置を構成してもよい。そして、被測定物の種
類、具体的には、材質、形状、大きさ、色等は任意であ
る。

【００５６】

【実施例】前記実施形態の被測定物２として合成樹脂製
のサンプルを用い、傷の光沢、光沢むらおよびウェルド
ラインの外観をそれぞれ評価した。 〔傷の光沢の評価〕傷の光沢の評価は、互いに異なる傷
を備えた四つのサンプルＡ〜サンプルＤについて行っ
た。サンプルＡは、タルク２３重量％、エチレン−プロ
ピレンエラストマ４重量％および顔料（ダークグレー）
１．３重量％を配合したポリプロピレン樹脂組成物から
なる平板状の試験片（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×３ｍ
ｍ）を用意し、この試験片に東洋精機社製テーパスクラ
ッチテスタを用いて長さ５０ｍｍの傷を付けることによ
り得た。試験片への傷付けは、傷付け用のカッタの代わ
りに、先端面の外周を４ｍｍＲに面取りした直径３ｍｍ
の円柱状の金属棒を用い、２０ｇｆの荷重をかけて行っ
た。このような金属棒によって傷を付けると、傷付部が
平滑になり、傷付け前よりも光沢度が高くなる。

【００５７】サンプルＢは、試験片に傷を付ける際の荷
重を１００ｇｆにしたこと以外はサンプルＡと同様にし
て得た。サンプルＣは、試験片に傷を付ける際の荷重を
３００ｇｆにしたこと以外はサンプルＡと同様にして得
た。サンプルＤは、試験片に傷を付ける際の荷重を５０
０ｇｆにしたこと以外はサンプルＡと同様にして得た。

【００５８】〈測定例〉これらの四つのサンプルＡ〜Ｄ
について、前記実施形態の表面検査装置１を用いて表面
検査を行った。この検査は、サンプルＡ〜Ｄの各表面に
おいて、傷を付けた傷付部と傷のない無傷部とについて
それぞれ行った。測定条件は次の通りである。 対物レンズの倍率：５倍、 スリットの開口：直径２ｍｍの円形、 照明の種類：暗視野照明（照射角度４５度）。 この検査では、検出された光量を次のようにして表示さ
せた。つまり、サンプルＡ〜Ｄの検査と同じ測定条件下
で、予め白色標準板の検査を行って、検出された白色標
準板の光量を標準値とし、この標準値を基準の１００％
としてサンプルＡ〜Ｄの検査で検出された光量を変換し
て表示するようにした。その結果を表１に示す。

【００５９】〈比較例〉また、特公平７−５２１６０号
公報の方法により、各サンプルＡ〜Ｄの傷付部および無
傷部についてそれぞれ測定を行い、反射光の光量をカメ
ラの露出時間として求めた。その結果を表１に示す。そ
して、各サンプルＡ〜Ｄについて、傷の目立ち難さを目
視により評価し、目立ち難い順に順位付けした。その結
果を表１に示す。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１に示すように、前記実施形態の表面検
査装置１を用いて表面検査を行うことで、傷付部と無傷
部との光沢の差が明確に検出され、目視結果に対応した
高精度な検査結果が得られることがわかる。一方、特公
平７−５２１６０号公報の方法では、傷付部と無傷部と
で露出時間に差が見られず、目視結果との相関が得られ
なかった。このため、前記実施形態の方法は、特公平７
−５２１６０号公報の方法よりも高精度な表面検査が実
現できることがわかる。

【００６２】〔光沢むらの評価〕光沢むらの評価は、前
記実施形態の表面検査装置１を用いて、前述したサンプ
ルＡ〜Ｄと同じ樹脂を射出成形して製造した自動車のバ
ンパについて行った。すなわち、バンパを三つ用意して
サンプルＥ〜Ｇとし、各サンプルＥ〜Ｇに形成したロゴ
の下側、つまり、樹脂流れ下方側に生じた光沢むら部を
含む１３ｍｍ×３１ｍｍの範囲を測定領域とした。な
お、この測定領域は各サンプルＥ〜Ｇで互いに同じ位置
とした。測定条件は次の通りである。 対物レンズの倍率：５倍、 スリットの開口：直径５ｍｍの円形、 照明の種類：明視野照明（照射角度０度）。

【００６３】この検査では、表面検査装置１による光検
出範囲を前述した測定領域内の１ｍｍ四方の範囲に絞り
込み、サンプルを１ｍｍずつ断続的に移動させて１ｍｍ
四方の範囲毎に検査を行うことで測定領域内の表面を走
査した。検出した光量は、前述したサンプルＡ〜Ｄと同
様に、白色標準板（標準サンプル）の光量を１００％と
したときの割合（％）に変換してから表示させた。サン
プルＥ〜Ｇの各測定領域における最大値、最小値および
その差を表２に示す。

【００６４】

【表２】

【００６５】表２に示すように、サンプルＥの測定領域
における最大値および最小値の差は、サンプルＦ，Ｇと
比較して小さいことから、サンプルＥは、光沢むらが少
ないサンプルであることがわかる。一方、サンプルＧの
最大値および最小値の差は、三つのサンプルＥ〜Ｇのう
ち最も大きく、光沢むらの大きいサンプルであることが
わかる。このように、本実施形態の表面検査装置１を用
いて表面検査を行うことで、所定の測定領域における光
沢むらを高精度に定量化できることがわかる。

【００６６】〔ウェルドラインの外観の評価〕ウェルド
ラインの外観の評価は、前記実施形態の表面検査装置１
を用いて、表面にシボ（凹凸模様）が付けられた平板状
のサンプルＨ，Ｉについて行った。これらのサンプル
Ｈ，Ｉは、中央に直線状のウェルドラインが形成された
射出成形品からなるものであり、サンプルＨはウェルド
ラインの目立つものであり、サンプルＩはウェルドライ
ンがほとんど目立たないものである。この検査での測定
条件は次の通りである。 対物レンズの倍率：５倍、 スリットの開口：直径５ｍｍの円形、 照明の種類：明視野照明（照射角度０度）。

【００６７】この検査では、サンプルＨ，Ｉの各表面に
おいて、ウェルドラインと直交する２０ｍｍ×１ｍｍの
領域を測定領域とし、それぞれ測定領域の中央部分にウ
ェルドラインが位置するようにした。なお、サンプル
Ｈ，Ｉの各測定領域は互いに同じ位置になるように設定
した。各測定領域についての表面検査は、前述した光沢
むらの評価（サンプルＥ〜Ｇ）を行ったときと同様に、
サンプルＨ，Ｉを移動させて走査することにより行っ
た。すなわち、サンプルＨ，Ｉの表面における光検出範
囲を１ｍｍ四方の範囲に絞り込み、サンプルを１ｍｍず
つ断続的に測定領域の長手方向、つまりウェルドライン
と直交する方向へ直線的に移動させて、１ｍｍ四方の範
囲毎に検査を行った。この検査では、検出した光量は、
前述したサンプルＡ〜Ｄ，Ｅ〜Ｇと同様に、白色標準板
（標準サンプル）の光量を１００％としたときの割合
（％）に変換してから表示させた。その結果を図４に示
す。

【００６８】図４により、サンプルＨの表面の反射光
は、サンプルＩよりもばらつきが大きく、サンプルＨは
サンプルＩよりもウェルドラインが目立つことがわか
る。このように、前記実施形態の表面検査装置１を用い
て表面検査を行うことで、ウェルドラインの外観、つま
り目立ち易さを、周辺部分との反射光の差として検出で
き、目視結果に対応した高精度な検査結果が得られるこ
とがわかる。

【００６９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
被測定物の表面で反射された反射光を受光する対物レン
ズと、この対物レンズにその光軸と平行な方向で入射し
た成分を検知してその光量を求める光検出手段との間の
光路にスリットを設け、スリットの開口を通過した成分
のみを取り出して検出することで、被測定物の表面にお
ける反射光の検出範囲、つまり光検出範囲をスリットの
開口によって制限できるようになるから、表面状態を厳
密かつ高精度に定量化できる。さらに、低倍率の対物レ
ンズを用いた場合でも、スリットによって被測定物の表
面における光検出範囲を制限できるため、被測定物の表
面を複数の光検出範囲に細かく分割して検出できるか
ら、被測定物の表面状態を精度よく定量化できる。

【００７０】また、優れた検出精度が得られるので、従
来の傷の白化度だけでなく、光沢、色、凹凸等による表
面状態の相違も定量化できるとともに、傷のない部分を
含んだ被測定物の表面全体の定量化が可能になるため、
被測定物の外観に対応した評価結果を得ることができる
うえに、従来のように測定のために被測定物の表面に所
定の傷を付けなくてもよくなるから、材料の表面検査だ
けでなく製品の品質検査における表面検査にも用いるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を一部破断して示す図。

【図２】前記実施形態の照明切換手段を示す斜視図。

【図３】前記実施形態の光検出手段を示すブロック図。

【図４】前記実施形態の表面検査装置を用いてウェルド
ラインの外観を検査した結果を示す図。

【符号の説明】

１ 表面検査装置 ２ 被測定物 １１ 光源 １２ 対物レンズ １３ 光検出手段 １４ 明暗視野切換スライド（照明切換手段） ２９ スリット ２９Ａ，２９Ｂ 開口 ４２ 光電変換手段 ４４ 演算手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に光を照射する光源と、 前記被測定物の表面に対向しかつ前記光源から照射され
   て前記被測定物の表面で反射された反射光を受光する対
   物レンズと、 この対物レンズに受光される反射光のうち、当該対物レ
   ンズにその光軸と平行な方向で入射した成分を検知して
   その光量を求める光検出手段と、 前記対物レンズおよび光検出手段の間の光路に設けられ
   たスリットとを備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した表面検査装置におい
   て、 前記光源および被測定物の間の光路には照明切換手段が
   設けられ、 この照明切換手段は、前記光源からの光を前記対物レン
   ズの光軸と平行にしかつ前記対物レンズを通じて前記被
   測定物に照射する明視野照明と、前記光源からの光をリ
   ング状に形成しかつ前記被測定物の表面に焦点が存在す
   るように前記対物レンズの光軸に対して斜めに照射する
   暗視野照明とを切り換えるものであることを特徴とする
   表面検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載した表面
   検査装置において、 前記スリットの開口の大きさは変更可能とされているこ
   とを特徴とする表面検査装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれかに
   記載した表面検査装置において、前記光検出手段は、前
   記スリットを通過した光の光量を、前記被測定物として
   標準サンプルを用いたときに検出された光量を基準にし
   て変換する演算手段を備えたことを特徴とする表面検査
   装置。
5. 【請求項５】 被測定物の表面に光を照射してその照射
   光を前記被測定物の表面で反射させ、 この反射光のうち、前記被測定物に対向して設けられた
   対物レンズの光軸と平行な成分を前記対物レンズを通じ
   てスリットに入射させ、 この入射光のうち前記スリットの開口を通過した成分の
   みを受光し、 この受光した光の光量を求めることを特徴とする表面検
   査方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載した表面検査方法におい
   て、前記スリットの開口の大きさおよび前記対物レンズ
   の倍率をそれぞれ変えて、前記被測定物の表面における
   光検出範囲を調節することを特徴とする表面検査方法。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載した表面
   検査方法において、前記受光した光の光量を、前記被測
   定物として標準サンプルを用いたときに検出された光量
   を基準にして変換することを特徴とする表面検査方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載した表面検査方法におい
   て、前記被測定物の表面状態に応じて、前記被測定物へ
   の光の照射角度を変えることを特徴とする表面検査方
   法。