JPS5918655B2 - 表面検査法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の表面又は物体が透明な場合には内部の傷
、局所的な汚れ等の欠陥又は、物体或いは粉末中に混入
した異物等を光学的に検知又は検出する方法に関するも
のである。

従来から物体の表面等の欠陥を光学的に検知する方法は
種々提案されている。

例えば被検体をレーザー光束の様な細いビームで走査し
て夫々の走査スポット（ビームで照明されている個所）
からの光を順次受ける唯一の受光素子からの出力変化に
より欠陥等を検出する方法又は織布、紙の様なシート類
を受光素子上を通過させ、このシート類を通過する光量
がある値以上又はそれ以下になることによつてシート類
の欠陥、汚れ等を検出する方法等がある。し力走ながら
、これ等の公知の方法は欠陥又は汚れ等による受光素子
への光量の絶対量の変化によつて欠陥を検出する方法で
ある。従つてこれ等の方法は光源の電圧変動、チリ、ゴ
ミ等による測定光束の劣化、又は検出電気系のドリフト
等により測定の誤差が生じ易かつた。本発明は、上述の
測定方法に於ける欠点の改良を目的とするものである。
その方法として本発明装置に於ては、被検出上の走査ス
ポットから散乱される光束内の前記走査スポットを含む
様な或る平面内に於いて、受光系を走査して得られる周
波数出力の変化を検出することにより、走査スポットに
於ける表面欠陥の検出を行なうものである。更に本発明
装置に於ては、受光系の走査方向位置を所定同期信号で
検出することにより表面欠陥の方向を検出しようとする
ものである。次に本発明装置の基本原理を説明する。

第１図゜ は被検面上の走査スポットで散乱される光束
を、走査スポットを含む任意の平面内に於ける散乱光束
の光量分布をベクトル的に示したものである。第１図に
於いて、走査スポット３を原点に、被検面１に垂直に入
射する光束２の方向をｚ軸に、こ・ の紙面内に於いて
前記Ｚ軸と直角方向にｘ軸を取る。従つてこの紙面は原
点を通るｘ−Ｚ平面を形成する。第１図ａに示す様に、
被検面１の走査スヨーポツト３に表面欠陥が存在しない
場合、走査スポツト３に垂直に入射する光束２の散乱光
はＺ軸を中心にして回転対称になる。

そして散乱光の光量分布は入射光と正反射をなす方向に
（この場合ｚ軸）ピークが現われる。従つてＸＺ平面内
で散乱光束の光量分布は第１図ａに示す如くＺ軸方向に
ピークを持ち、かつＺ軸に関して対称となる。今上記Ｘ
Ｚ平面内に於て、ｘ平面に平行な方向（矢印Ａ）に散乱
光束の光量分布を連続的に検出する。この場合Ａ方向に
振動数ｆで振動する様な光検出器を設ければ検出出力は
第２図ａに示す様に周波数２ｆなる交流出力を得る。第
１図Ｂ，ｃは被検面１土に表面欠陥が存在する場合で、
走査スポツト３は右上りの傾斜を持つ欠陥上にあり、ｃ
図はｂ図に比べて欠陥の傾斜が急な場合を示している。

上記の場合と同様にＸＺ平面内に於いてＡ方向に光量検
出を行なうと、第１図ｂの場合の出力は第２図ｂに、第
１図ｃの場合は第２図ｃの様になる。これ等の場合はＡ
方向に振動数ｆで振動する様な光検出器で連続的に検出
すれば、出力信号の波形の形状は異なつても同じく周波
数ｆの交流出力が得られる。即ち表面欠陥が存在しない
場合は、光検出器の振動数ｆの２倍の周波数を持つ様な
交流信号が、表面欠陥が存在する場合は光検出器の振動
数ｆと同じ周波数ｆを持つ様な交流出力が得られるので
ある。

第３図は本発明装置の一実施例を示す斜視図である。

第３図に於いて、１１はレーザー光等の光源、１２は光
源１１より発せられる入射ビーム、１３は半透鏡、１４
は被検面、１５は走査スポツトである。１６は走査スポ
ツト１５で散乱された光束を集光する集光レンズで、凹
面鏡を用いても良い。

１７は開口１８を有する振動板で、周波数ｆで発振する
発振器２２により作動する振動板駆３動装置２３により
振動数ｆで振動する。

この振動板１７の位置は集光レンズ１６の前面に置かれ
ても良い。１９は開口部２０を有する絞り板、２１は受
光素子である。

光源１１から発せられた光束１２は半透鏡１３２で反射
され、集光レンズ１６を介して被検面１４上の走査スポ
ツト１５にＺ軸に沿つて垂直に入射する。

走査スポツト１５で散乱される光束の一部は集光レンズ
１６で集束され半透鏡１３、振動板の開口１８を通過し
絞り板１９上に結像する。そして絞り板１９の開口部２
０を通過した光束は受光器２１で検出される。第４図は
上述の受光器２１で検出した信号を電気処理する回路で
ある。

１０１は交流増幅回路、１０２は周波数ｆの成分を通す
様なフイルタ一回路、１０３は整流回路、１０４は周波
数ｆのパルスを発振する様な発振回路、１０５は表示回
路である。

１０６は同期回路で前記発振回路の周波数ｆの逆数、即
ち了秒毎にパルスを発する如く設けられた回路で、振動
板１７の開口１８の位置を検出するのに用いられる。

前述の第１図ｂの場合を参照しながら電気回路を説明す
る。第５図ａは第１図ｂの場合の散乱特性と測定装置と
を概略的に描いたものである。走査スポツト１５の原点
を含むＸＺ平面に於ける散乱光は、走査スポツトが右上
がりの表面欠陥上にあるため、その光量分布は左側に傾
斜している。振動開口１８が左側に一杯振れた位置をＸ
１とし、同じく右側に一杯に振れた位置をＸ２とする。

なお振動開口１８は振動数ｆ′８Ｚ軸を中心に左右同じ
大きさに振動する様に設けられる。今振動開口１８がＸ
，にある時、同期装置１０６からパルスが発せられる様
に同期装置１０６をセツトしておく。

振動開口がＸ１→Ｘ２→Ｘ，と了秒で一回の振動を行な
つた時、開口１８を通過した光束は受光器２１で第５図
ｂの如くｆの周波数成分を含んだ交流信号として検出さ
れる。第５図ｂに於いては、縦軸に光量１を、横軸に時
間ｔを取つてある。上記の如く、振動開口１８がＸ１の
位置に同期装置１０６からの信号を同期させてあるので
、訂秒後は開口１８の位置はＸ２に、了秒後にはＸ，の
位置にという様に、横軸とｘ座標とを対応することがで
きる。これによつて開口１８の位置が求められる。受光
器２１で検出された出力は交流増幅回路１０１で交流増
幅され、第５図Ｃの如く出力され、周波数ｆの交流成分
を有する信号のみを通過させるフイルタ一回路１０２に
入る。

表示回路１０５でブラウン管等に出力を表示する場合に
は、フイルタ一回路１０２からの出力をそのまま同期回
路１０６からの信号と同期させ表示すれば、ブラウン管
には第５図ｃの波形が表示され、散乱光量の分布を直接
目で観察することにより、走査スポツトに於ける表面欠
陥の有無、並びに方向が検出できる。

又、フイルタ一回路１０２からの出力をアナログ表示す
る様な場合は、第４図に示す如くフイルタ一回路１０２
からの出力を発振回路１０４からの出力と同期して整流
回路１０３に入力する。

更に整流回路１０３からの出力は同期装置からの信号と
同期させ表示回路１０５に入力させる。上記検出回路に
於ては表面欠陥の有無の外に欠陥の方向をも検知させた
が、表面欠陥の有無のみだけなら周波数ｆ又は２ｆのい
ずれか一方を遮断あるいは透過させる様なフイルタ一回
路を設け、このフイルタ一回路よりの出力の有無を検出
するだけで良い。第６図は本発明装置の第２実施例を示
す斜視図である。

この装置に於いては振動板１７を複数設けることにより
、表面欠陥の状態を更に精密に検知できる。第６図に於
いて、第３図に示した第１実施例と同じ装置には同じ符
号が施してある。光源１１から発せられた光束１２は、
被検面１４上の走査スポツ口５で散乱される。散乱され
た光束は集光レンズ１６で集光され、その一部は半透鏡
１３で反射され第１検出系へ、残りの光束は半透鏡１３
を通過し第２検出系へ導かれる。第１検出系の振動板１
７と第２検出系の振動板１７″はそれぞれ直交する方向
に振動する様に設けられている。従つて各検出系の受光
器２１，２『で検出される出力は、走査スポツト１５で
散乱される光束内の、走査スポツト１５を含む直交した
平面における散乱光束の光量変化を検出できるのである
。これ等の各光検出系に上述した同期回路１０６を取り
付け、第４図示の電気回路で出力を検出すれば一系列の
光検出系に比べ、より正確な表面欠陥の方向が検出でき
る。第２実施例では二系列の光検出系を示したが、更に
多くの光検出系を設ければ、より一層精密な測定ができ
る。上述の実施例の如く、被検面に入射するビームの角
度は被検面によつて何等拘束されないし、散乱光束を検
出する為の振動面も走査スポツトを含む面であれば、ど
の面で振動させても良い。散乱光束を受ける位置の範囲
の設定、即ち振動開口の振動位置の設定によつては、表
面欠陥を有さない走査スポツトからの検出信号をｆなる
成分を持つた状態に出来る。又、予め被検面の特定状態
で散乱される散乱光を検知し、その出力の周波数成分の
みを通す様なフイルタ一回路を設けておくと、被検面の
特定状態のみを検知することが可能である。

以上本発明装置に於いては、照射スポツトを含む少なく
とも一つの平面内で受光系を走査して得られる周波数出
力を、欠陥の無い場合の出力と比較することにより被検
面の状態を検出している。

従つて照明光源の明るさの変動並びに電気検出回路のド
リフト等の影響が除去でき、多大な効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の基本原理を示す図、第３図は
本発明装置の第一実施例を示す斜視図、第４図は電気回
路を示すプロツク線図、第５図は第４図示の電気回路を
説明する為の図、第６図は本発明装置の第二実施例を示
す斜視図。 １・・・・・・被検面、３・・・・・・走査スポツト、
１１・・・・・・光源、１３・・・・・・半透鏡、１６
・・・・・・集光レンズ、１７・・・・・・振動板、２
１・・・・・・受光器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検面上の照射スポットからの散乱光束を受光系で
   受け、被検面の表面欠陥を光学的に検出する方法におい
   て、前記照射スポットを含む少なくとも一つの平面内で
   、受光系を走査して得られる周波数出力を、欠陥の無い
   場合の出力と比較して表面欠陥の有無を検出することを
   特徴とする表面検査法。 ２ 被検面上の照射スポットからの散乱光束を受光系で
   受け、被検面の表面欠陥を光学的に検出する方法におい
   て、前記照射スポットを含む少なくとも一つの平面内で
   、受光系を走査して得られる周波数出力を、欠陥の無い
   場合の出力と比較して表面欠陥の有無を検出するととも
   に、受光系の走査方向位置を所定同期信号にて検出し表
   面欠陥の方向を検出することを特徴とする表面検査法。