JPS5918656B2 - 表面検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の表面又は透明物体の場合には内部の傷、
局所的な汚れ等の欠陥又は物体又は粉末中に混入した異
物等を区別なく画一的に光学的に検知又は検出する方法
に関するものである。

物体表面等の欠陥等を光学的に検知する方法は従来から
種々提案されていた。例えば特公昭４８−１３４７６号
明細書には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の出力の変
化によつて欠陥等を検出する方法が示されている。

この方法は物体のみが存在する走査スポットと欠陥が存
在する走査スポットの反射率、又は散乱特性の差異によ
つて生じる走査スポットから唯一の受光素子へ向う光の
光量の違いを比較することによつて欠陥を検知する方法
である。

又、例えば特公昭４４−２４３９号明細書には、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
を透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が示さ
れている。

しかしながら、これ等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変化によつて欠陥を検知する方法
を採つている。

これに対し本発明の方法は各走査スポットからの散乱光
束の散乱主軸方向を夫々検出して走査スポット表面又は
内部の傷、汚れ等の欠陥又は物体又は粉末中に混入した
異物等を検知又は検出することを特徴とする。

ここに於いて、散乱光束の散乱主軸とは、散乱光束を横
切る任意の面に於ける散乱光の強度分布のピークを形成
する光束、又散乱主軸方向とは前記ピークを形成する光
束の進行方向である。

そして、この散乱光束の散乱主軸方向を検出することに
よつて、欠陥等を検知出来る理由は、欠陥等によつて散
乱光束の散乱主軸方向が変化するからである。例えば被
検面表面に傾斜を有する突起状傷が有るとすると、この
突起状傷の傾斜面によつて散乱光束の主軸が変化するこ
とが容易に理解出来るであろう。そして、散乱光束の散
乱主軸方向は散乱光束中に所定の空間的間隔を置いて配
置された実質的に複数個の受光素子の出力の比較をする
ことによつて行なわれる。

ここに於いて、実質的に複数個の受光素子とは、１個の
受光素子が散乱光束中を移動し、あたかも複数個の受光
素子として作用する場合も含む。又比較とは、複数個の
受光素子の出力が同出力の場合も、又、所定の差等を有
する場合も含む。又、実質的に複数個の受光素子は被検
面の走査スポツト位置に欠陥が無かつた場合に得られる
散乱光束の主軸を中心に夫々任意に配置されることが好
ましい。

被検面の欠陥による散乱光束の散乱形態の特殊な場合と
して、散乱主軸の方向は変化せずに散乱分布のみが変化
する場合又は散乱主軸が複数存在する様な散乱形態に於
ても、本発明は測定可能である。

以下の一連の記載に於ては表面欠陥により、散乱光束の
散乱主軸方向が変化する一般の散乱形態に関して述べる
。本発明の方法は、１つの走査スポツト毎にその走査ス
ポツトからの散乱光を受ける実質的に複数個の受光素子
の出力の比較で検出しているため、先に述べた公知例に
比して以下に述べる様な利点を有している。

まず第１の利点は本発明の方法は走査ビームの光量変化
の影響を受けないという点である。

すなわち、前記公知例は受光素子への光量変化によつて
傷等を検出しているため、走査ビームの光量が変化した
場合、走査スポツトからの光量が変化してしまう。従つ
て、この走査スポツトからの光量変化を傷等として検出
してしまう恐れが有る。しかしながら、本発明の方法は
１つの走査スポツトからの光を複数個の受光素子で受け
、それらの出力を比較している。従つて走査スポツトか
らの光の量の変化はすべての受光素子に表われるため、
この様な影響は何ら受けない。第２の利点は本発明が散
乱光束の主軸方向を検出しているため傷等を形成する面
の傾方向が検出可能な点である。

第３の利点は、欠陥の大きさが散乱光の主軸方向が所定
の方向でない時間を計数することによつて検出可能な点
である。

その他の種々の利点は本発明の実施例の説明によつて明
らかになる。

以下本発明を図面を使用して説明する。

尚、以下の説明では説明の都合上、被検面上の凹凸傷検
査を例にして説明する。又散乱光は種々の要因で非常に
複雑な様体を示すが、本説明では単純化して説明する。
第１図は凹凸欠陥が存在しない被検面をレーザービーム
の如き細い走査ビームで照射した際、その走査スポツト
から反射される散乱光の反射特性を示す図である。

そして、第１図Ａは被検面に走査ビームを垂直に入射さ
せた場合、第１図Ｂは同じく走査ビームを斜めに入射さ
せた場合を示すものである。尚、この走査ビームとは、
ビーム自体が移動するものと、ビームが固定で物体が移
動するもの、及びその組合せも含む。１は被検体、２は
被検面、３は走査スポツト、４は走査ビーム、破線５は
走査スポツトから反射された散乱光束で、散乱光束の強
度と方向をベクトル的に表示している。

６は散乱光束の主軸を示す線である。

図から明らかな様に走査ビームを垂直方向又は斜めの方
向から欠陥の存在しない被検面に入射した場合散乱光束
の強度は散乱光束の主軸６を中心にしてほぼ回転対称と
なつている。凹凸等の表面欠陥が無く、かつ散乱方向特
性を有しない様な通常の被検面で散乱される散乱光束の
主軸方向は、入射光束が被検面に対してなす入射角と等
しい角度で反射される方向と一致する。しかし被検面が
散乱方向特性を有する様な特殊な面の場合は、散乱光束
の主軸は独自の方向を取るので、そのつど主軸方向を検
出する必要がある。第２，３図は被検面２の走査スポツ
ト３位置に欠陥が有つた場合の散乱光の主軸の倒れを示
す図である。

被検面２に垂直に入射した走査ビーム４は走査スポツト
に存在する凹凸欠陥によつて散乱光７，８の主軸方向が
欠陥の無い場合と異なつている。散乱光７は欠陥が右上
り斜面より形成されていることを示し、散乱光８は欠陥
が左上り斜面より形成されていることを示す。この様に
走査スポツトに欠陥が有つた場合、散乱光の主軸方向が
変化する。

従つてこの主軸方向を検出することによつて欠陥の存在
を知ることが可能である。第２，３図には２つの受光素
子９，１０が更に示されている。

この受光素子は図に於いては走査スポツト３位置に欠陥
が存在しない場合の散乱主軸６に対して等間隔に配置さ
れている。従つて、走査スポツトに欠陥が無い場合は受
光素子７，８の出力は等しい。しかしながら、欠陥が有
る場合は受光素子の出力に差が有る。例えば散乱光７の
場合、受光素子９の出力は大で受光素子１０の出力は小
である。従つて、受光素子９，１０を比較して、不一致
出力が出た場合被検表面に欠陥が有つたとして検出され
る。又、不一致出力の正か負によつて欠陥を形成する傾
面の方向を判別することが可能である。尚、本図に於い
ては被検面２に欠陥が存在していない場合の散乱光束の
主軸に対して対称に２個の受光素子を配したが、これは
電気処理の容易さを考え配置したものであつて、他の軸
を中心にしても良く、又、対称に配さなくても、本発明
の方法は実施可能である。更に散乱光が図に示す様に理
想的な分布を有していない場合、２個の受光素子の出力
を一致させたい時は、受光素子を出力の一致する場所に
配するか、又は受光素子の前面に可変絞り装置を設ける
か、又は受光素子回路に可変抵抗器を設ける等をしてや
れば良い。

第４図は第２図示の２個の受光素子に於ける検出回路の
一実施例を示すものである。

第４図に於いて９，１０は受光素子、Ｒは定抵抗、Ｒは
可変抵抗器、Ｄは検流計、Ｅは直流電源で、いわゆるブ
リツジ回路を構成する。今走査スポツト３が表面欠陥を
有さない被検面上にある場合に、任意の位置に設けられ
た受光素子９，１０の抵抗値を可変抵抗器Ｒを用い検流
計Ｄに電流が流れない様に調整する。従つて表面欠陥に
より走査スポツトから受光素子９，１０に入る光量が変
化すれば、受光素子９，１０の抵抗値は変化し検流計Ｄ
に電流が流れる。この場合検流計に流れる電流の方向及
びその大きさにより表面欠陥の方向並びに欠陥の程度が
判別できる。又更に、必ず受光素子の出力が一致したこ
とを検知するのではなく、両出力の差の絶体値が所定の
値より大であることにより欠陥を検知する様に電気回路
を設定すれば二つの受光素子の配置の自由度は更に増大
する。

次に第５，６図を使用して、欠陥の大きさを検出する方
法を説明する。

１１は被検面２上の欠陥部である。

今、走査ビーム４が図面左側から右側に受光素子９，１
０と共に移動したとする。受光素子９，１０の出力は比
較器１２（第６図）に入力される。走査ビーム４が欠陥
でない被検面を走査している時は比較器１２の出力はＯ
である。しかしながら、欠陥部１１の個所に走査ビーム
４が来た時、比較器１２は正又は負の不一致信号を呈す
る。この比較器１２のこの不一致信号は絶対値アンプ１
３によつて増巾され、波形整形器１４を介してゲート１
５に入力される。従つてゲート１５は比較器１２の不一
致出力が有る時のみ導通状態になる。１６はパルス発生
器である。

この発生器からのパルスはゲート１５に入力されている
。そしてゲート１５が導通状態すなわち比較器１２の不
一致出力が有つた場合このパルスはカウンター１７に入
力される。そしてこのパルス数はカウンター１７によつ
てカウントされる。すなわち、不一致出力が出ている時
間がカウントされる。この時間を長さに関連づけること
によつて欠陥部１１の大きさが得られる。尚、走査ビー
ム４をポリコーンミラー等によつて得る場合は被検体の
中心と周辺では走査ビーム４の速度が違うため、走査ビ
ーム４の速度を一定とするｆ−０レンズを使用しても良
い。又、ｆ−０レンズを使用する代りにパルス発生器１
６のパルス間隔を走査ビーム４の被検体１に対する位置
に対応してパルス間隔を変化させてやつても良い。今ま
での説明では、受光素子を２個使用して散乱光の主軸の
傾きを１方向から見ていたが、多方向から見るために多
数の受光素子を配置した方が更に良い結果が得られる。

以上本発明の表面検査法では、走査スポツトからの散乱
光束中に実質的に複数個の受光素子を設け、検査すべき
走査スポツトからの散乱光束により前記各受光素子に生
じた出力の値を比較し、表面欠陥等を検出するものであ
る。

従つて走査ビームの光量の劣化や検出回路によるドリフ
ト等の影響をうけない。更に所定の空間的間隔を置いて
配置された実質的に複数個の受光素子の出力を比較する
為、散乱光束の主軸方向の検出ができ、従つて表面欠陥
等の方向が検出可能である等従来の装置に比べ多大な効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面欠陥を有さない被検面における散乱光の分
布を示す図、第２図および第３図は本発明の原理を示す
図、第４図は本発明装置の検出回路の一実施例を示す図
、第５図および第６図は本発明装置を用いて表面欠陥の
大きさを検出する説明図とその装置。 ２・・・・・・被検面、３・・・・・・走査スポツト、
６・・・・・・散乱光束の主軸、９，１０・・・・・・
受光素子、Ｒ・・・・・・可変抵抗、Ｒ・・・・・・定
抵抗、Ｄ・・・・・・検流計、Ｅ・・・・・・直流電源
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物体を走査ビームで走査して走査スポットからの散
   乱光を光検出器で受け物体の表面等の欠陥等を光学的に
   検出する方法において、前記散乱光束の主軸をはさんで
   走査スポットからの散乱光束を受ける実質的に複数個の
   光検出器の各出力を比較して、散乱光束の配光角度特性
   より前記欠陥等の有無及び方向を検出するとともに前記
   比較出力が前記走査スポット位置に欠陥等を示す場合、
   その比較出力の発生時間をカウントすることによつてそ
   の欠陥等の走査方向の大きさを検出することを特徴とす
   る表面検査方法。