JPS6275233A - 光学式板状素材モニタ装置 - Google Patents

光学式板状素材モニタ装置

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JPS6275233A
JPS6275233A JP61227074A JP22707486A JPS6275233A JP S6275233 A JPS6275233 A JP S6275233A JP 61227074 A JP61227074 A JP 61227074A JP 22707486 A JP22707486 A JP 22707486A JP S6275233 A JPS6275233 A JP S6275233A
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concave mirror
shaped
monitoring device
optical
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JP61227074A
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クラウス　ウェバー
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Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
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Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
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Publication date
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
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    • G02B26/126—Details of the optical system between the polygonal mirror and the image plane including curved mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮丘光１ 本発明は光源と帯状凹面鏡によって板状素材（ウェブ・
マテリアル）の表面に帯状照射光を形成する照射装置と
該帯状照射光から発せられた光線を受光装置に投射する
受光装置とからなる光学式素材モニタ装置に関する。
１１及韮 かかる光学式素材モニタ装置は、一般的には、レーザ光
と、該凹面鏡の焦点に配設された回転鏡とによって動作
し、該回転鏡は該凹面鏡を介して該板状素材上に帯状走
査光を発生せしめ、該帯状走査光は該板状素材をその長
手方向すなわち、その移動方向に対して横切る方向に定
期的に走査して帯状照射光を形成する。かかる装置にお
いては、収束されたレーザ光のみが用いられるのでその
光度は高く且つその大部分が該受光装置に到達する。
かかるモニタ装置の欠点は高速で回転若しくは揺動する
回転鏡が必要なこと（例えば、独国公開公報第２５３２
６０２号、独国特許第９６０７８５号を参照のこと）、
及び該対象物の各点はほんの短時間の間照射されるだけ
であるため、極めて高い光束密度を有する光源が必要と
されることである。
■ＩＩ月【亘 本発明の目的は該板状素材が、その上を機械的°に高速
で動作する光学素子を用いることなく走査され且つ光源
における高い光度が該受光装置において消失されない従
来技術による光源によって照射される光学式素材モニタ
装置を提供することである。
かかる目的を達成するために、本発明に従って下記の構
成からなる光学式板状素材モニタ装置が提供されている
。すなわち、該素材モニタ装置は発光器側帯状凹面鏡を
介して光源によって該板状素材の表面上に帯状照射光を
形成する照射装置と、該板状素材上に投射された帯状照
射光から発せられる光線を光学装置を介して受光装ａ上
に投射する受光装置とからなり、該板状素材は、好まし
くはその長手方向に移動し、該発光器側凹面鏡から明ら
かに隔置され、該帯状照射光は、好ましくはその全幅に
亘って該板状素材の長手方向を横切る方向に延在し、該
受光装置は受け取った光に対応した電気、信号を電気処
理回路に供給する。更に、該素材モニタ装置においては
、光学像形成手段を付加的に有することも出来る該光源
によって照射される発光器側凹面鏡は、該光源から該帯
状照射光の後方の所定位置に配置された該受光装置まで
続く光路内に配設された全光路に対する入射瞳の像を該
受光装置内に配設された対物レンズ上に形成し、該光学
像形成手段を付加的に有することも出来る該対物レンズ
は、該帯状照射光の像を該対物レンズの後方に配設され
且つ該受光ｉ置を構成する該ダイオード列上に該帯状照
射光の像が該ダイオード列の長手方向に延在するように
形成する。
従って、該板状素材の表面に形成された該帯状照射光は
、極めて縮小された形で、例えば、工程モニタ用カメラ
内に配設された該ダイオード列上に投射される。通常の
テレビカメラはかかる目的のために考慮されている。該
ダイオード列の個々の光学素子に対して十分に応答する
ために必要とされる光の強度は本発明による該対物レン
ズに該入射瞳の像を形成することによって得られる。か
かる配置によって、列状になされたＮ個のダイオード（
Ｎ＝１０００ないし４０００）は全て同時に照射され且
つ該ダイオード列全体が電気信号を送るまで輝度信号を
蓄積する。従って、同じライン周波数によって、該走査
装置から発生されたレーザと比較されるときＮ回−信号
（Ｎ−ｔｉｍｅｓ　　ｓｉｇｎａｌ）が発生される。
該ダイオード列の個々の光学素子は電気的に順次信号を
送ることが出来るので、該走査周波数は電気成分を迅速
にスイッチングすることによって、Ｓ／Ｎ比が不適当な
値になる前に、該ダイオードの照射強度によって許容さ
れるレベルまで高められる。
該照射側御から該モニタ側御へと続く光路の像形成特性
は該照射側御の像と該像を被覆する暗視野用膜とに必要
とされる重なりを決定する。従って、該光路の特性及び
該光路に沿った光学的構成要素の特性によって該対象物
における欠陥によってなされる光線偏向のうち検知出来
る最小の光線偏向が決定される。
一方、該工程モニタカメラの対物レンズの特性は該ダイ
オード列上に形成される該板状素材すなわち対象物上の
帯状照射光の像の特性を決定し且つ空間解Ｉ＆度及び空
間歪みに対する要因を決定する。該対物レンズの開口比
は、最終的には、２乗則に従って該受光装置の表面上の
像の輝度に影響する。従って、その入射瞳が本発明によ
る光学的黒ＯＡ装置によって該照射側御の像で満される
ような焦光型対物レンズを用いるように努力される。
特に好ましい実施例においでは、該入射瞳の位置に点光
源が配設され、該点光源はその横方向がぼかされた該発
光器側凹面鏡を介して帯状照射光を生成する。あるいは
、該点光源は該発光器側凹：、　　　　　ｉｌｌｍｔ、
ＪＩｔ′ｒ″ｐｈ′″ｔ　ａ　ｔ　ｓ　＊　ａ　ｉ　＊
　［！Ｉ　ａ　ｉＪｉ　ｔ　＊して該入射瞳の位置に配
設された絞り膜上に投射、　　　　　　ａｎ、　Ｔｔｄ
ｌＶｖＨｔｒ’ｒｍＷｉ４１．ｔ：’／１Ｕｃｉ：ＪＴ
ｌ＊？５，１ＪＡＱ＄ｍ鏡を介して該帯状照射光を生成
する。
かかる実施例においては、ただ１つの発光器側凹面鏡の
みが必要であり、その帯状照射光は比較的不鮮明である
が、該ダイオード列上への投射に注意を払えば上記の欠
点を示さない。もし該凹面鏡と該対物レンズとの間に光
学像形成要素が１つも配設されない場合は構造は極めて
簡単である。
長い帯状照射光を得るためには、該帯状照射光は、好ま
しくは該発光器側凹面鏡と該対物レンズとの間の光路の
略１／３ないし１／２の位置に配置される。
上記の単一凹面鏡からなる実施例は欠陥を検知するのに
十分であるが、２つの凹面鏡を用いてなされる照射光路
は該対象物内の位置を正確に検知出来る利点を有する。
すなわち、該受光装置は、好ましくは該発光器側凹面鏡
と同じ焦点距離を有する受光装置側凹面鏡を有する。か
かる５ｌｉｉ置は該板状素材の模様を検知する場合に特
に有効である。
かかる装置においては、該発光器側凹面鏡と該受光器側
凹面鏡との間の光路は、好ましくは、平行に延在する。
該点光源すなわち該入射瞳における点光源の像の代りに
、線状光源が焦光器及び発光器側凹面鏡を介して該板状
素材上に該帯状照射光を生成すべく投射される。
本発明による素材モニタ装置によって、光線を僅かに偏
向せしめ、該ダイオード列内の個々のダイオードの像の
大ぎさに縮小する該対象物内の欠陥を検知することが出
来る。該帯状照射はレーザによってではなく白色光によ
ってなされるので、邑偏向はカラーテレビカメラのダイ
オード列を用いて検知出来る。
大きな光の散乱を伴う微小な欠陥を検知する場合には、
本発明による素材モニタ装置は２つの光路を有するレー
ザ走査装置と組合わせることも出来る。
かかる目的のために、該入射瞳と該発光器側凹面鏡との
間に光線分配器が配設され、該発光器側凹面鏡からその
焦点距離だけ離れて配設された回転鏡もしくはそれと同
等品及びレーザによって発生された走査光線は該発光器
側凹面鏡に到達し且つ該発光器側凹面鏡から該板状素材
十の帯状照射光の位置に斜めに照射される。
該レーザ走査装置は特に大きな光散乱角を有する微小な
欠陥を検知するのに適している。
一方の光路の光線が使方の光路の受光装置に入射するの
を防止するために、該２つの光線は光学フィルタ及び／
又は互いに重ならないスペクトル領域に調整された２色
光線分配ミラーによって分離されている。
像形成条件は好ましくは該対物レンズの入射瞳の像の大
きさが０．５：１すなわち１：２になるように選択され
且つ特別な場合は略１：１になるように選択される。
よりコンパクトな配置にするために、便宜的に折線状光
路が適当な方法で用いられ、そのために帯状平面反射鏡
が該光路内に配設される。
特に該入射鏡及び該対物レンズ上に互いに対応する膜を
配設すると都合がよく、これによって、ある種の欠陥を
極めて鮮明なコントラストで再生出来る。特に、縞の配
列を有する方位効果を受けない暗視野若しくは該方位効
果を意図した暗視野が高感度に実現されるように該膜を
配設することが出来る。
友−五一１ 第１図から明らかなように、幅が狭く且つ短い帯状集光
凹面Ｓｌ！１１９は全光線の入射瞳１６を決定する絞り
膜２０に点光源１２を投射する。帯状発光器側凹面鏡１
４はその球面が絞り膜２０から発生される光によって完
全に照射されるように、絞りＰＡ２０からその曲率半径
に等しい距離だけ隔てられ且つ帯状集光凹面鏡１９に対
して光学的に平行に配設される。凹面鏡１４から反射さ
れた収束性反射光は偏向鏡３１によって斜め下方に偏向
せしめられ、板状素材１１の表面に投射され、該入射光
は該板状素材上において該板状素材の長手方向及び移動
方向りに対して横方向に延在する帯状照射光１３を生成
する。該板状素材が透光性膜でない場合は、照射帯状光
１３における光線は孔が存在する箇所においてのみ該板
状素材を通過するので、板状素材１１の裏側における光
線りは破線にて示されている。
また、帯状照射光１３から所定角度によって反射され且
つ対物レンズ１８上の一点に収束する反射光Ｒが図示さ
れている。該板状素材の裏側において破線にて示された
伝達光りは同様に伝達光用の対物レンズ１８上に収束す
る。
ダイオード列１７はその光検知面上に帯状照射光１３の
鮮明な像が生成されるように対物レンズの後方において
該対物レンズから間隔をあけて配設される。
電気処理回路３０は、第１図においては下部ダイオード
列１７のためのもののみが図示されているだけであるが
、ダイオード列１７に対して接続され且つ出力端子３４
にエラー信号を供給する。
同様の電気処理回路が上部ダイオード列に対しても接続
されている。
暗視野判定をなすために、遮光性円形膜３５が該板状素
材１１を通過した光線が収束する下部対物レンズ１８の
中心に配設される。該板状素材が箔状部材の場合は、該
箔状部材を通過した光線は円形膜３５によって遮断され
る。箔状部材１１内に欠陥がある箇所においてのみ、光
線偏向がなされ、該光線は円形膜３５を通過することが
出来且つ対物レンズ１８内を通過し且つダイオード列１
７に到達する。このようにして極めて微妙な欠陥検知が
なされる。
例えば、光を反射する金属板シートが板状素材として用
いられる場合は、同様の円形膜３５を上部対物レンズ１
８内に配設することも出来る。この場合には、反射され
た光線はダイオード列１７に到達し得ず、欠陥によって
偏向せしめられた光線のみが円形膜３５を通過する。
板状素材１１の表面上の投射像は正確な像ではなく、発
光器側凹面鏡１４の幅及び長さによって決定された光線
は対物レンズ１８に向かって収束するので、該凹面鏡１
４より狭く且つ短い帯状照射光１３を生成する。該発光
器側凹面鏡１４の大きさは帯状照射光１３が板状素材１
１の全幅に亘って延在すべく考慮されて選択される。
工程モニタ用カメラは該板状素材１１の帯状照射光１３
の位置に焦点を合わせられる。　個々のダイオードに投
射される板状素材の像の各部分はその輝度によって対染
物の各部分の情報を伝え且つそこに存在する欠陥を伝え
る。該板状素材上における光線の進行方向に逆らって対
物レンズ１８によって投射されたイメージダイオード列
１７は個々のダイオードの像によって欠陥表示のための
空間解像度のためのラスター（ｒａｓｔｅｒ）を形成す
る。
ダイオード列１７０個々の光電素子には、好ましくは走
査順序に対応して定期的に順次信号が供給される。
第２図に示す実施例においては、帯状光源１２−は焦光
器２１と、光線分配器２２と、帯状偏向ミラー３２と、
発光器側凹面！Ｊ１１４とを介して板状素材１１上に帯
状照射光１３として投射される。
該帯状光源は長いフィラメントを有するランプすなわち
、毛管状ランプでよい。かかる配列によって画定される
帯状照射光は板状素材１１表面上に形成される。該実施
例においては、入射ＩＩ　１６を決定する焦光器２１は
発光器側凹面鏡１４から焦点距離だけ隔てて配設され、
従って、互いに平行な光線が発光器側凹面鏡１４から帯
状照射光１３の方向に投射される。
光線分配器２２は焦光器２１からの光線を約９０°だけ
下方に偏向せしめ、一方、走査光線２８は焦光器２１か
らの光線に対して約９０’の角度をなして光線分配器２
２に入射する。走査光線２８は図中矢印の方向に高速で
回転し且つ発光器側凹面鏡１４からその焦点距離だｔプ
隔てて配設された反射ミラー而を有する回転鏡２６によ
って供給される。レーザ２７と、光線拡大装置３７と、
平面反射鏡３６と、回転鏡２６とからなる該走査装置は
、帯状照射光１３の一部に形成された鮮明な走査帯状光
線が回転鏡２６が回転している間該板状素材を横切る方
向に帯状照射光１３に沿って走査可能な大きさになされ
ている。このように、連続した帯状照射光及び帯状走査
光によって発生される帯状照射光を発生する２つの装ｄ
は光線分配器２２以後の全ての光学素子を２回用いるよ
うになされている。
発光器側凹面１１１４に対しである反射角をもって配設
された受光器側には、受光器側帯状凹面鏡１５が配設さ
れ、該受光器側凹面鏡は発光器側凹面鏡１４と同様に配
設され且つ帯状照射光１３ｈ１ら、ある反射角で反射さ
れた光線を平面反ｒＪ４１３・３を介して入射１１１６
の像が形成される対物レンズ１８内へと投射する。第１
図の実施例による電気処理回路３０を有するダイオード
列１７が再び対物レンズ１８の後方に配設される。
もう１つの光線分配器２３が対物レンズ１８の前方の光
路内に配設され、該収束性受光光線に対して９０°の角
度をなして配設され且つ接続線３８を介して同様に電気
処理回路３０に接続される光電子増倍器２９へ該受光光
線の一部を偏向せしめる。
こめように、該受光光線の一部はダイオード列１７上に
投射され且つ一部は光電子増倍器２９上に投射される。
該２つの光線の干渉を緩和するために、該２つの光線分
配用ミラーは２色になされ且つ光学フィルタ２４及び２
５が光線分配器２３の後方且つ光電子増倍器２９の前方
に配設される。
フィルタ２４及び２５は各々他の光束のスペクトル域を
除去する。このようにして、帯状光源１２′からの光線
のみがダイオード列１７に到達し、一方、光電子増倍器
２９はレーザ２７からの光線のみを受け取る。光線分配
ミラー２２及び／又は入射１１１６の位置に配設するこ
とも出来るフィルタ２４のスペクトルを適当に設定する
ことによって、該２つの受光線のスペクトル分離を更に
好ましくなすことが出来る。
第２図に示す装置においては、帯状照射光１３に沿った
全く同一の直線状領域は、帯状光源１２′を有する固定
モニタ装置及びレーザ２７を有する走査装置によって監
視することが出来る。このようにして、それ程大きな範
囲ではないが若干の光線偏向若しくは色幅向は該固定モ
ニタ装置によって検知され、一方、レーザ光の走査によ
って光線の大きな分散を惹起する細かい欠陥が検知され
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるモニタ装置の第１実施例の斜視図
であり、第２図は本発明によるモニタ装置に更にレーザ
走査装置が付加された第２実施例を示す斜視図である。 主要部分の号の説明 １１・・・・・・板状素材　　　１２・・・・・・点光
源１３・・・・・・帯状照射光 １４・・・・・・発光器凹面鏡　１５・・・・・・受光
器側凹面鏡１６・・・・・・入射瞳　　　　１７・・・
・・・ダイオード列１８・・・・・・対物レンズ　　１
９・・・・・・集光用凹面鏡２０・・・・・・絞りＩＩ
！２　　　　２１・・・・・・焦光器２２．２３・・・
・・・光線分配器 ２４．２５・・・・・・光学フィルタ ２６・・・・・・回転鏡　　　　２７・・・・・・レー
ザ２９・・・・・・光電子増倍器　３０・・・・・・電
気処理回路３１・・・・・・偏向ミラー

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）発光器側帯状凹面鏡を介して光源によつて板状素
    材の表面上に帯状照射光を照射する照射装置と光学装置
    を介して前記板状素材上に投射された前記帯状照射光か
    ら発せられた光線を受光素子上に投射する受光装置とか
    らなる光学式板状素材モニタ装置であり、前記板素材は
    、好ましくはその長手方向に移動し且つ前記発光器側帯
    状凹面鏡から隔置され、前記帯状照射光は、好ましくは
    、その前幅に亘つて前記板状素材の長手方向に対して横
    切る方向に延在し、前記受光素子は受光した光に応じた
    電気信号を電気処理回路に供給し、前記発光器側凹面鏡
    １４は、前記光源１２によつて投射され且つ付加的に光
    学像形成手段１５を有することも出来且つ前記光源１２
    から前記受光装置１７まで続く光路内の所定位置に配設
    された入射瞳１６の像を前記板状素材上の前記帯状照射
    光の後方に位置する前記受光装置内の対物レンズ１８上
    に形成し、前記対物レンズ１８は、付加的に前記光学像
    形成手段１５を有することも出来且つ前記対物レンズ１
    ８の後方に位置する前記受光装置を構成するダイオード
    列１７上に前記帯状照射光１３を前記帯状照射光１３の
    像が前記ダイオード列１７の長手方向に延在するように
    投射することを特徴とする光学式素材モニタ装置。
  2. （２）前記入射瞳１６の位置に点光源が配設され、前記
    点光源は横方向にぼかされた前記発光器側凹面鏡１４を
    介して前記帯状照射光１３発生することを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の光学式素材モニタ装置。
  3. （３）前記点光源１２は前記発光器側凹面鏡１４に対し
    て光学的に平行に延在する帯状集光凹面鏡１９を介して
    前記入射瞳１６の位置に配設された絞り膜２０上に投射
    され、前記絞り膜２０を通過した光線は前記発光器側凹
    面鏡１４を介して前記帯状照射光１３を生成することを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式素材モニ
    タ装置。
  4. （４）前記発光器側凹面鏡１４と前記対物レンズ１８と
    の間には、前記光学像形成手段が１つも配設されないこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のう
    ちのいずれか１つに記載の光学式素材モニタ装置。
  5. （５）前記帯状照射光１３は前記発光器側凹面鏡１４と
    前記対物レンズ１８との間の光路の略１／３から１／２
    の位置に配設されることを特徴とする特許請求の範囲第
    ３項記載の光学式素材モニタ装置。
  6. （６）前記受光装置もまた、好ましくは前記発光器側凹
    面鏡１４の焦点距離と同じ焦点距離を有する受光器側凹
    面鏡１５を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の光学式素材モニタ装置。
  7. （７）前記発光器側凹面鏡１４と前記受光器側凹面鏡１
    ５との間の光路が平行に延在することを特徴とする特許
    請求の範囲第６項記載の光学式素材モニタ装置。
  8. （８）線状光源１２′が集光器２１及び前記発光器側凹
    面鏡１４を介して前記板状素材１１の表面上に照射され
    、前記板状素材１１上に前記帯状照射光１３を形成する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１若しくは第４項な
    いし第７項のうちのいずれか１つに記載の光学式素材モ
    ニタ装置。
  9. （９）前記入射瞳１６と前記発光器側凹面鏡１４との間
    には光線分配器２２が配設され、前記発光器側凹面鏡１
    ４からその焦点距離に相当する距離だけ離れた位置に配
    設された回転鏡２６若しくはそれと同等品及びレーザに
    よつて発せられる走査光線２８は前記発光器側凹面鏡１
    ４に到達し且つ前記発光器側凹面鏡１４から前記板状素
    材１１上に略前記帯状照射光１３の如く斜めに投射され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第８項
    のうちのいずれか１つに記載の光学式素材モニタ装置。
  10. （１０）前記受光器側凹面鏡１５と前記対物レンズ１８
    との間にもまた光線分配器２３が配設され、前記光線分
    配器は受け取つた光線の一部を受光器、特に、前記電気
    処理回路３０に接続された光電子増倍管２９上に偏向せ
    しめることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
    ９項のうちのいずれか１つに記載の光学式素材モニタ装
    置。
  11. （１１）２つの光線が光学フィルタ２４、２５、及び／
    又は相重ならないスペクトル領域に調整された２色光線
    分配ミラー２２、２３によつて分離されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１０項のうちの
    いずれか１つに記載の光学式素材モニタ装置。
  12. （１２）前記対物レンズ１８における前記入射瞳１６の
    像の大きさが１／２であり、特別な場合は１：１である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１１項
    のうちのいずれか１つに記載の光学式素材モニタ装置。
  13. （１３）前記光路内には１若しくは１以上の帯状反射鏡
    ３１、３２、３３が配設されてなることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項ないし第１２項のうちのいずれか１
    つに記載の光学式素材モニタ装置。
  14. （１４）前記入射瞳１６及び前記対物レンズ１８には互
    いに対応した膜２０、３５が配設されてなることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項ないし第１３項のうちのい
    ずれか１つに記載の光学式素材モニタ装置。
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