JP2000283931A

JP2000283931A - 表面検査装置および表面検査方法

Info

Publication number: JP2000283931A
Application number: JP11089088A
Authority: JP
Inventors: Ryuzo Tomomatsu; 龍蔵友松
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】円形スリットでは検出精度が悪い外観不良に
対しても、高精度に外観不良を検出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１の表面に光を照射する光照射
手段２０と、対物レンズ１０と、この対物レンズ１０に
入射される被測定物１からの反射光のうち、その対物レ
ンズ１０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３０と、前記対物レンズ１
０および光検出手段３０の間の光路に設けられたスリッ
ト３２Ａ〜３２Ｄとを備えた表面検査装置において、ス
リットを長方形に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面検査装置およ
び表面検査方法に関する。詳しくは、自動車用部品、Ｏ
Ａ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
面のウェルド外観、フローマーク外観、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存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】そこで、本出願人は、先に、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
表面検査方法を提案した（特開平１０−３１８９３５号
公報）。これは、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中に設けられたスリットとを備えた
構成である。

【０００５】このような構成においては、光源から照射
された光は被測定物の表面で反射され、その反射光が対
物レンズに入射する。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かれ、その光量
が求められる。すなわち、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した表面検査装置
および表面検査方法は、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、その光量を基に被測
定物の表面状態を定量化しようとうるものであるが、ス
リットの形状が円形であったため、細い筋状、または、
シボ面での筋状の外観不良については、検出精度が劣る
という問題があった。

【０００７】とくに、ＰＰ（ポリプロピレン）／タルク
系材料においては、平行流部で形成される細いウェルドライン軽微な傷つきシボ面の傷つき（目立つ傷も含む）等について検出精度が劣るという問題があった。

【０００８】円形状スリットの場合、直径を小さくする
と感度が高くなり、微細な筋等も検出するが、筋以外の
正常部に存在する微細な凹凸によるノイズも拾ってしま
う。筋が、正常部のノイズとの差が小さい場合、区別が
困難になる。一方、ノイズと筋の区別をつけやすくする
ためには、円形状スリットの直径を大きくすればよい
が、感度が悪くなり、本来拾いたい筋すら拾わなくなる
可能性がある。

【０００９】本発明の目的は、円形スリットでは検出精
度が悪い外観不良に対しても、高精度に外観不良を検出
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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の表面検査装置お
よび表面検査方法は、上記目的を達成するため、次の構
成を採用する。請求項１に記載の発明（表面検査装置）
は、被測定物の表面に光を照射する光照射手段と、前記
被測定物の表面に対向配置され前記被測定物からの反射
光を受光する受光部と、この受光部に入射される前記被
測定物からの反射光のうち、その受光部の光軸と平行な
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、前記受光部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表面検査装置において、前記
スリットは、長方形に形成されていることを特徴とす
る。

【００１１】このような発明によれば、スリットを通過
した光のみが光検出手段に導かれ、その光量が求められ
る。つまり、受光部の光軸と平行な方向に反射した反射
光のうち、スリット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光検出
範囲をスリットによって制限できる。従って、受光部お
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。とくに、スリットの形状が長方
形に形成されているから、そのスリットによって制限さ
れた光検出範囲を、筋等の外観不良部位に合わすことが
できるから、円形スリットでは検出精度が悪い外観不
良、例えば、細い筋状の外観不良でも高精度に検出でき
る。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の表面検査装置において、前記長方形の大きさは、長手
方向寸法が１０〜８０ｍｍ、幅方向寸法が０．０１〜５
ｍｍであることを特徴とする。長方形（スリット）の長
手方向寸法が１０ｍｍより短いと、検出感度が落ちる、
測定回数を多く必要とする（傷付きの度合いが場所毎に
異なるため）、表面の微細な凹凸によるノイズの悪影響
がでる、シボ形状によるノイズの悪影響がでる、等の問
題があり、また、長方形（スリット）の長手方向寸法が
８０ｍｍを超えると、装置上の制約を受けるためであ
る。また、長方形（スリット）の幅方向寸法が０．０１
ｍｍより狭いと、光量が不足し、また、長方形（スリッ
ト）の幅方向寸法が５ｍｍより広いと、検出感度が落ち
るためである。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の表面検査装置において、前記被測定物
と前記光照射手段、受光部、スリットおよび光検出手段
とを、前記受光部の光軸に対して直交する方向へ相対移
動させる駆動手段を備えることを特徴とする。ここで、
駆動手段は、被測定物と光学系（光照射手段、受光部、
スリット、光検出手段）とのいずれか一方、あるいは、
双方を移動させるようにしてもよく、その移動構造につ
いても、受光部の光軸に対して直交する一方向（例え
ば、Ｘ方向）へ相対移動できる構造、または、光軸に対
して直交する二方向（Ｘ、Ｙ方向）へ相対移動できる構
造、さらには、光軸を中心として旋回する構造等、いず
れでもよい。

【００１４】この際、相対移動速度は、概ね、１〜４０
００ｍｍ／ｍｉｎである。１ｍｍ／ｍｉｎ未満である
と、検査時間がかかり、４０００ｍｍ／ｍｉｎを超える
と、外観不良の変化に追従できない虞があるためであ
る。一般的には、広範囲に渡る外観不良を追跡する場合
で、外観不良パターンのピッチサイズが大きい外観不良
に対しては、速い速度が好ましく、狭い範囲で、ピッチ
が極小な外観不良に対しては、遅い速度が好ましい。と
くに、相対移動速度については、評価項目（検査項目）
に応じて最適な速度に選定するのがよい。例えば、傷付
外観検査については１〜２００ｍｍ／ｍｉｎ程度、ウェ
ルド外観検査については１〜１００ｍｍ／ｍｉｎ程度、
フローマークや光沢むら検査については５０〜４００ｍ
ｍ／ｍｉｎ程度がよい。

【００１５】このような発明によれば、被測定物と光学
系（光照射手段、受光部、スリット、光検出手段）と
を、受光部の光軸に対して直交する方向へ相対移動させ
ながら検査することができるから、つまり、被測定物の
表面におけるデータを連続的に検出できるから、目視結
果と対応した外観不良をより高精度に把握できる。例え
ば、スポット測定の場合、外観不良とは無関係な手垢、
指紋、微細傷（例えば、樹脂成型品の場合、タルク等の
無機フィラー等に起因した凹凸、金型の微細傷が製品に
転写される）等を拾うケースがあり、目視外観と対応し
ない場合があるが、走査データにすると、ノイズの全容
が明確になるので、目視結果と対応した外観不良をより
高精度に把握できる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の表面検査装置において、前
記受光部および光検出手段の間の光路中には、緑の波長
域に大きな感度を持つｙセンサが設けられていることを
特徴とする。ここで、ｙセンサとは、図３に示すよう
に、人間の目に対応する分光感度（色を見分ける三つの
感度）と略同一の感度を持つ三つのセンサ、つまり、主
に赤の波長域に大きな感度を持つｘ(λ）センサと、主
に緑の波長域に大きな感度を持つｙ(λ）センサと、主
に青の波長域に大きな感度を持つｚ(λ）センサのう
ち、主に緑の波長域に大きな感度を持つｙ(λ）（以
下、ｙセンサという）をいう。

【００１７】光照射手段から被測定物の表面に照射され
る光の照射角度は、被測定物に対して略垂直な方向、被
測定物の表面に対して斜めの方向（角度は任意である
が、例えば、４５°）、あるいは、これらを併用する
等、被測定物の表面状態に応じて選択することが望まし
い。光を斜めの方向から照射する場合では、光をリング
状、半円状として照射してもよい。受光部としては、対
物レンズや光ファイバ等を用いることができる。受光部
として対物レンズを用いる場合、その対物レンズの倍率
は、被測定物の表面状態に応じて適宜選択すればよい
が、概ね、３０倍以下がよい。３０倍を超えると、例え
ば、被測定物と光学系とを相対移動させながら走査した
とき、被測定物の上下動による測定誤差が大きくなる、
目視外観と対応がとれなくなる等の虞がある。なお、倍
率が１倍程度では、測定誤差の問題で、非接触による走
査方式への適用が困難になることが予想されるため、走
査方式への適用を考慮するならば、それより大きい倍率
が望ましい。また、受光部として光ファイバを用いる場
合、例えば、入射専用、受光専用の光ファイバをランダ
ムにして束ねた光ファイバ束が好適である。

【００１８】このような発明によれば、光照射手段から
被測定物の表面に照射された光は、その表面で反射さ
れ、受光部を通って、ｙセンサによって緑の波長域の成
分が検知されたのち、光検出手段で電気信号に変換され
る。つまり、被測定物の表面で反射された光のうち、緑
の波長域の成分のみが取り出される。緑の波長域の成分
は、反射率で明度、具体的には、ＣＩＥ（国際照明委員
会）標準表色系で定義されたＸＹＺ表色系色度図でいう
Ｙ成分に相当し、この明度が被測定物の表面状態と大き
な相関を示すことから、被測定物の表面で反射された光
のうち、緑の波長域の成分のみを取り出すことによっ
て、目視結果と対応する検査結果が得られる。これによ
り、外観不良等の表面状態のより正確な定量化を実現で
きる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の表面検査装置において、前
記光照射手段は、光源と、照明切換手段とを備え、前記
照明切換手段は、前記光源からの光を前記受光部の光軸
と平行にしかつ前記受光部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
受光部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。

【００２０】このような発明によれば、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
目する評価項目（検査項目）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
からなる場合において、傷付外観のうちハードな傷（白
化傷ともいう）について検査する場合には、斜め方向か
ら光を照射する暗視野照明を用いることで、目視結果と
の優れた相関が得られる。また、傷付外観のうちマイル
ドな傷（テカリ傷ともいう）、フローマーク、ウェルド
外観のブラックライン等について検査する場合には、被
測定物の表面に対して略垂直な方向から光を照射する明
視野照明を用いることで、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。

【００２１】とくに、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。

【００２２】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載の表面検査装置を用いて、被
測定物の表面外観を検査する。このような発明によれ
ば、請求項１ないし請求項５に記載の発明で述べた効果
と同様な効果が期待できる。

【００２３】

【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
装置が示されている。この表面検査装置は、被測定物１
の表面に対向配置された受光部としての対物レンズ１０
と、被測定物１の表面に光を照射する光照射手段２０
と、前記対物レンズ１０に入射される被測定物１からの
反射光のうち、その対物レンズ１０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
３０と、前記対物レンズ１０および光検出手段３０の間
の光路中に設けられたｙセンサ３１および絞り調整板３
２と、出力手段４０と、前記被測定物１と前記対物レン
ズ１０、光照射手段２０、ｙセンサ３１、絞り調整板３
２および光検出手段３０とを前記対物レンズ１０の光軸
Ｌ１に対して直交する方向（ＸおよびＹ方向）へ相対移
動させる相対移動手段５０とを備える。なお、図示して
ないが、対物レンズ１０、光照射手段２０、ｙセンサ３
１、絞り調整板３２および光検出手段３０からなる光学
系については、対物レンズ１０の光軸Ｌ１方向へ昇降で
きるようになっている。

【００２４】前記光照射手段２０は、前記対物レンズ１
０の光軸Ｌ１に対して直交する光軸Ｌ２上に配置された
光源２１と、前記光軸Ｌ２上に配置され前記光源２１か
らの光を平行光とするコリメートレンズ２２と、前記光
軸Ｌ１，Ｌ２の交点位置に配置されコリメートレンズ２
２からの平行光を明視野照明または暗視野照明として被
測定物１に照射する明暗視野切換機構２６と、前記対物
レンズ１０の周囲に配置されリング状の暗視野照明を屈
折させて被測定物１の表面に斜め方向から照射するリン
グ状暗視野照明レンズ２５とを含んで構成されている。

【００２５】ここで、光源２１としては、Ｃ、Ｄ６５、
Ｄ６０、Ａ、Ｆ２、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８、Ｆ１０、Ｆ１
１、Ｆ１２（ＪＩＳＺ８７２０規格による）等、目的
に応じていずれかを選ぶことができる。また、明暗視野
切換機構２６は、図２に示すように、前記両光軸Ｌ１，
Ｌ２に対して直交する方向にスライド可能なスライド部
材２７を含む。スライド部材２７には、そのスライド方
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とが設けられている。従って、スライド部材２
７をスライドさせることで、被測定物１に対して垂直な
照射角度（対物レンズ１０の光軸Ｌ１と平行な角度）で
光を照射する明視野照明と、被測定物１に対して斜めの
照射角度（例えば、対物レンズ１０の光軸Ｌ１に対して
４５°の角度）で光を照射する暗視野照明とに切り換え
ることができる。

【００２６】具体的には、暗視野照明用のリング状完全
反射ミラー部２４を光軸Ｌ１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１０の光軸Ｌ１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
１０の光軸Ｌ１に対して斜めの角度、例えば、４５°に
屈折して被測定物１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を光軸Ｌ１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１０の光軸Ｌ１と平行になり、対物レ
ンズ１０を通って対物レンズ１０の光軸Ｌ１に対して０
°の照射角度で被測定物１に照射される。なお、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１の表
面に対する照射角度、つまり対物レンズ１０の光軸Ｌ１
に対する光の照射角度を調整できるようになっている。

【００２７】前記ｙセンサ３１は、緑の波長域に大きな
感度を持つセンサである。具体的には、図３に示すよう
に、人間の目に対応する分光感度（色を見分ける三つの
感度）と略同一の感度を持つ三つのセンサ、つまり、主
に赤の波長域に大きな感度を持つｘ(λ）センサと、主
に緑の波長域に大きな感度を持つｙ(λ）センサと、主
に青の波長域に大きな感度を持つｚ(λ）センサのう
ち、本実施形態では、主に緑の波長域に大きな感度を持
つｙ(λ）（ｙセンサ）のみを用いている。ｘ(λ）セン
サおよびｚ(λ）センサも必要とする色管理に用いられ
る色差を採用しないのは、外観不良の検出感度が得ら
れない、演算処理に時間を要するために走査データが
得られない、装置が繁雑になり、高コストになる等の
問題があるためである。

【００２８】前記絞り調整板３２は、図４（Ａ）に示す
ように、中心が回転可能に支持された円盤状で、その中
心から前記対物レンズ１０の光軸Ｌ１までの距離を半径
とする同一円周上に複数（４つ）の長方形状スリット３
２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを備えている。これらス
リット３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄの大きさ（長方
形の大きさ）は、図４（Ｂ）に示すように、長手方向寸
法が１０〜８０ｍｍ、幅方向寸法が０．０１〜５ｍｍに
形成されている。ここでは、スリット３２Ａ，３２Ｂ，
３２Ｃ，３２Ｄの順に幅寸法が広くなっている。従っ
て、絞り調整板３２を回転させることで、対物レンズ１
０の光軸Ｌ１上におけるスリットを変更し、光軸Ｌ１上
のスリットを通過した光のみを光検出手段３０に導くこ
とができる。

【００２９】前記光検出手段３０は、前記絞り調整板３
２のいずれかのスリット３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２
Ｄを通った光を電気信号に変換する光電変換素子３３
と、この光電変換素子３３の出力をデジタル化するＡＤ
変換器３４と、入力部３５と、メモリ３６と、前記入力
部３５から入力されたデータ等を前記メモリ３６に記憶
させるとともに、前記ＡＤ変換器３４の出力を出力手段
４０へ与え、必要に応じてメモリ３６に格納する信号処
理部３７とから構成されている。

【００３０】前記出力手段４０は、ＸＹレコーダで構成
されている。このほか、オシロスコープでもよく、ある
いは、パソコンや外部記憶装置等を接続すれば、アナロ
グデータの後加工も可能である。また、サンプルをＸお
よびＹの二方向に走査した平面情報、検査部のセンタを
軸とした回転移動におる角度依存性のアナログ出力、任
意の角度に調整したうえでの走査データの出力等によ
り、詳細情報も得ることができる。

【００３１】前記相対移動手段５０は、図５に示すよう
に、ベース５１と、このベース５１上に前後方向（Ｙ方
向）へ移動可能に設けられたＹテーブル５２と、このＹ
テーブル５２をＹ方向へ移動させるＹ方向手動調整つま
み５３と、Ｙテーブル５２上に左右方向（Ｘ方向）へ移
動可能に設けられ上面に被測定物１を載置するＸテーブ
ル５４と、このＸテーブル５４をＸ方向へ移動させるＸ
方向駆動機構５５とから構成されている。

【００３２】ここで、Ｘ方向駆動機構５５は、前記Ｙテ
ーブル５２上にＸテーブル５４の移動方向（Ｘ方向）と
平行にかつ回転可能に支持され一部が前記Ｘテーブル５
４に螺合された送りねじ軸５６と、この送りねじ軸５６
を回転駆動するモータ５７とから構成されている。従っ
て、モータ５７を駆動させると、送りねじ軸５６の回転
に伴って、それに螺合するＸテーブル５４がＸ方向へ一
定速度で移動される。これにより、Ｘテーブル５４上に
載置される被測定物１の表面を一定速度で走査すること
ができる。

【００３３】次に、本実施形態の表面検査装置を用いた
表面検査方法について説明する。まず、被測定物１をＸ
テーブル５４上に載せ、接眼レンズ（図示省略）から被
測定物１の表面を観察しながら、対物レンズ１０の倍率
を選定するとともに、絞り調整板３２を回転させて対物
レンズ１０の光軸Ｌ１上にいずれかのスリット３２Ａ，
３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを位置させ、被測定物１の表面
における光検出範囲を調節する。このとき、筋状の外観
不良を検査する場合には、スリットに対して筋状の外観
不良が平行になるように被測定物１を設定しておく。

【００３４】また、被測定物１の表面状態について着目
する検査項目や被測定物１の表面状態に応じて、明暗視
野切換機構２６のスライド部材２７をスライドさせるこ
とで、光源２１からの照明を明視野照明あるいは暗視野
照明に切り換える。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レンズ２
５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、例えば、４５°に設定する。なお、暗視野照明
レンズ２５の屈折率の設定は、所望の屈折率の暗視野照
明レンズ２５を内蔵した対物レンズ鏡筒を装着すること
により行う。

【００３５】光源２１から光を照射すると、この照射光
はコリメートレンズ２２を通過して平行光になり、明暗
視野切換機構２６を介して被測定物１の表面に照射され
る。この照射光は被測定物１の表面で反射され、この反
射光のうち対物レンズ１０の光軸と平行な成分は対物レ
ンズ１０を通過したのち、ｙセンサ３１で緑色の波長域
の成分のみが検知、通過される。これを通過した成分
は、光軸Ｌ１上に位置するいずれかのスリット３２Ａ，
３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄに入射し、これを通過した成分
のみが光電変換素子３３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３４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
値がそのまま出力手段４０から出力表示される。

【００３６】このとき、被測定物１の表面で反射される
光のうち、緑色の波長域の成分のみが光電変換素子３３
で検知される。緑の波長域の成分は、反射率で明度相当
し、この明度が被測定物１の表面状態と大きな相関を示
すことから、被測定物１の表面状態に応じて、電流値
（その結果、出力手段４０から出力結果）が変化する。
従って、目視結果と対応する検査結果が得られる。この
ような検査を、被測定物１の表面における一定の範囲、
あるいは、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、測定時に相対移動手段５０を水平
方向に移動させることで被測定物１を移動させながら検
査を行う。

【００３７】光検出手段３０において、光電変換素子３
３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３４によりデジタル化されて信号処理部
３７に送られる。信号処理部３７では、デジタル化され
た電流値を、必要に応じてメモリ３６に記憶するととも
に、出力手段４０から出力表示させる。

【００３８】本実施形態によれば、光照射手段２０から
照射された光は被測定物１の表面で反射されたのち、対
物レンズ１０、いずれかのスリット３２Ａ，３２Ｂ，３
２Ｃ，３２Ｄを通って、光検出手段３０に導かれ、そこ
で、電気信号に変換される。よって、対物レンズ１０お
よびスリット３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ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。とくに、スリット３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ
の形状が長方形に形成されているから、そのスリット３
２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによって制限された光検
出範囲を、接眼レンズまたはモニター等で筋等の外観不
良部位に合わすことができるから、円形スリットでは検
出精度が悪い外観不良、例えば、細い筋状の外観不良で
も高精度に検出できる。

【００３９】また、被測定物１と光学系、つまり、光照
射手段２０、対物レンズ１０および光検出手段３０と
を、対物レンズ１０の光軸に対して直交する方向へ相対
移動させる相対移動手段５０を備えたので、被測定物１
と光学系とを相対移動させながら検査することができ
る。つまり、被測定物１の表面における明度データを連
続的に検出できるから、目視結果と対応した外観不良を
より高精度に把握できる。例えば、スポット測定の場
合、外観不良とな無関係な手垢、指紋、微細傷（例え
ば、樹脂成型品の場合、タルク等の無機フィラー等に起
因した凹凸、金型の微細傷が製品に転写される）等を拾
うケースがあり、目視外観と対応しない場合があるが、
走査データにすると、ノイズの全容が明確になるので、
目視結果と対応した外観不良をより高精度に把握でき
る。

【００４０】また、ｙセンサ３１によって緑の波長域の
成分が検知され、その成分が光電変換素子３３によって
電気信号に変換されたのち、信号処理部３７によって処
理される。つまり、被測定物１の表面で反射された光の
うち、緑の波長域の成分のみが取り出される。緑の波長
域の成分は、明度に相当し、この明度が被測定物１の表
面状態の目視外観と大きな相関を示すことを見出したの
で、この知見をもとに外観不良等の表面状態のより正確
な定量化を実現できる。

【００４１】また、光源２１および被測定物１の間の光
路には明暗視野切換機構２６を備えているため、所望の
評価項目について被測定物１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１の表面状
態を一層高精度に定量化できる。とくに、暗視野照明で
は、被測定物１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１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１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。

【００４２】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等も本発明に含まれる。す
なわち、前記実施形態の絞り調整板３２は円盤状に形成
されていたが、これに限定されず、例えば、帯状部材の
長手方向に沿ってスリットを並列的に設け、その長手方
向に沿って帯状部材をスライドさせることで、対物レン
ズ１０の光軸Ｌ１上に配置するスリットを選択するよう
にしてもよく、あるいは、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Ｌ１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１０
の光軸Ｌ１から外れた位置に形成してもよい。ただし、
０−０°光路測定や４５−０°光路測定の場合には、ス
リットの開口は光軸Ｌ１上が好ましい。

【００４３】また、前記実施形態では、絞り調整板３２
に幅寸法が異なる複数の長方形スリット３２Ａ〜３２Ｄ
を設けたが、長方形スリットのほかに、円形状スリット
を設け、これらを選択的に用いるようにすれば、あらゆ
るケースの外観不良の定量化が可能である。

【００４４】前記実施形態では、明暗視野切換機構２６
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切換機構２６を用いた
構造に限定されず、例えば、前記実施形態の明暗視野切
換機構２６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、あるいは、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。

【００４５】また、前記実施形態では、光学系（対物レ
ンズ１０、光照射手段２０および光検出手段３０）に対
して被測定物１を移動させるようにしたが、被測定物１
を固定しておき、光学系を移動させるようにしてもよ
く、あるいは、両者を移動させるようにしてもよい。ま
た、前記実施形態では、明暗視野切換機構２６と絞り調
整板３２との間にｙセンサ３１を配置したが、絞り調整
板３２と光電変換素子３３との間にｙセンサ３１を配置
するようにしてもよい。なお、ｙセンサ３１と絞り調整
板３２との間、ｙセンサ３１と光電変換素子３３との間
を光ファイバで接続してもよい。

【００４６】また、リング状暗視野照明レンズ２５の位
置に拡散材質のレンズを配置し、明暗視野切換機構２６
からのリング状暗視野照明を拡散して被測定物１に照射
するようにしてもよい。また、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、対物レンズ、光照射手段、光
検出手段および相対移動手段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。なお、被測定
物１の種類、具体的には、材質、形状、大きさ、色等は
任意である。

【００４７】

【実施例】前記実施形態の表面検査装置を用いて、ウェ
ルド外観、テカリ傷をそれぞれ評価した。この検査にお
いては、０−０°光路の測定条件を、次のようにして初
期設定した。０−０°光路における測定条件（光源の種
類、スリットの径、対物レンズの倍率等）において、白
色標準板に光を照射し、そのときの反射光の明度が１０
０になるように、可変可能な測定条件を設定する。例え
ば、測定条件のうち、スリットや対物レンズの倍率を固
定した場合は、白色標準板からの反射光を変換して得ら
れる電流に抵抗を適宜増減させることで、白色標準板の
明度が１００になるように調整する。対物レンズの倍率
にこだわらない場合は、その倍率を変え、必要なら白色
基準板と対物レンズとの距離を変えることで、白色基準
板の明度を１００にする。なお、４５−０°光路におけ
る測定では、その測定条件でおいて前記と同様な方法で
初期設定することもできるが、０−０°光路における初
期設定のまま、４５−０°光路で測定を行う。特に、明
度変化率でデータ処理する場合は、値が同じになるため
設定は不要となる。

【００４８】〔ウエルド外観の評価〕ウエルド外観につ
いては、平行流部で形成されるものを、平面サンプルで
評価した。ＰＰ／タルク系材料は、図６に示すように、
合流部先端ではブラックラインが発生し、その両側近傍
では光沢変化（明るく見える）が起こることが知られて
いる。ここでは、光照射手段から光をサンプルに対して
垂直に照射した測定条件（０−０°光路）において、ブ
ラックラインとスリットとが略平行になるように設定し
たのち、スリットの方向に対して直交する方向へ走査し
ながら測定を行った。なお、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：１．５×１５ｍｍの長方形、走査速度：９．４ｃｍ／ｍｉｎ（ＸＹレコーダのチャート速度：６ｃｍ／ｍｉｎ）

【００４９】評価結果を、図７（Ａ）に示す。この評価
結果から見ると、交流部において明度は低下し、その両
側において明度が高くなっていることが判る。つまり、
ブラックラインが検出されていることが判る。ちなみ
に、前記実施形態の表面検査装置において、スリットを
直径１ｍｍの円形状とした以外は、前記実施例と同条件
で同じサンプルを測定した結果を、図７（Ｂ）に示す。
この結果から見ると、円形状スリットでは、ブラックラ
インとその両側近傍の明るく見える部分とが一緒に検出
されてしまう結果、ブラックラインが検出できないこと
が判る。

【００５０】〔テカリ傷の評価〕ここでは、シボ面にお
けるテカリ傷を測定した。測定にあたっては、光照射手
段から光をサンプルに対して垂直に照射した測定条件
（０−０°光路）において、図８に示すように、テカリ
傷とスリットとが略平行になるように設定したのち、ス
リットの方向に対して直交する方向へ走査しながら測定
を行った。なお、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：１．５×１５１ｍｍの長方形、走査速度：９．４ｃｍ／ｍｉｎ（ＸＹレコーダのチャート速度：６ｃｍ／ｍｉｎ）

【００５１】評価結果を、図９（Ａ）に示す。この評価
結果から見ると、シボ面上のテカリ傷であっても、テカ
リ傷を高精度に検出できることが判る。ちなみに、前記
実施形態の表面検査装置において、スリットを直径１ｍ
ｍの円形状、１５ｍｍの円形状とした以外は、前記実施
例と同条件で同じサンプルを測定した結果を、図９
（Ｂ）および図９（Ｃ）に示す。図９（Ｂ）では、スリ
ットが直径１ｍｍの円形状でるため、感度が高く、テカ
リ傷以外のノイズも拾ってしまうことが判る。また、図
９（Ｃ）では、スリットが直径１５ｍｍの円形状である
ため、感度が悪く、本来拾いたい筋すら拾わないことが
判る。このことから、スリットを長方形とすれば、円形
状スリットの径を小さくすることのメリットと、径を大
きくするメリットとの双方を満足させることができ、シ
ボ面であってもテカリ傷を高精度に検出できる。

【００５２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
受光部と光検出手段との間に長方形のスリットを設けた
ので、受光部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。とくに、スリッ
トの形状が長方形に形成されているから、そのスリット
によって制限された光検出範囲を、筋等の外観不良部位
に合わすことができるから、円形スリットでは検出精度
が悪い外観不良、例えば、細い筋状の外観不良でも高精
度に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面検査装置の一実施形態を示す構成
図。

【図２】前記実施形態の光照射手段の構成要素を示す斜
視図。

【図３】前記実施形態のｙセンサを説明するための図。

【図４】前記実施形態の絞り調整板およびスリットを示
す図。

【図５】前記実施形態の相対移動手段を示す斜視図。

【図６】ブラックラインを有する平面サンプルを示す
図。

【図７】前記実施形態の表面検査装置を用いて、ウェル
ド外観を測定したときのウェルド外観評価結果を示す
図。

【図８】前記実施形態の表面検査装置を用いて、シボ面
のテカリ傷を測定する際のスリットおよび走査方向を示
す図

【図９】前記実施形態の表面検査装置を用いて、テカリ
傷を測定したときのテカリ傷評価結果を示す図。

【符号の説明】

１被測定物１０対物レンズ（受光部）２０光照射手段２１光源２６明暗視野切換機構（照明切換手段）３０光検出手段３１ｙセンサ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄスリット５０相対移動手段（駆動手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA49 CC00 CC11 FF44 GG02 GG12 HH12 HH13 HH16 HH17 HH18 JJ01 JJ09 JJ15 LL04 LL10 LL22 LL28 LL30 MM03 PP12 UU07 2G051 AA89 AA90 AB07 AB20 AC21 BB03 BB05 BB09 BB11 CA01 CB01 CC07 CC15 CC17 DA07 EA11 EA14 EA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の表面に光を照射する光照射手
段と、前記被測定物の表面に対向配置され前記被測定物
からの反射光を受光する受光部と、この受光部に入射さ
れる前記被測定物からの反射光のうち、その受光部の光
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、前記受光部および光検出手段の間の
光路中に設けられたスリットとを備えた表面検査装置に
おいて、前記スリットは、長方形に形成されていることを特徴と
する表面検査装置。
【請求項２】請求項１に記載の表面検査装置におい
て、前記長方形の大きさは、長手方向寸法が１０〜８０ｍ
ｍ、幅方向寸法が０．０１〜５ｍｍであることを特徴と
する表面検査装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の表面検
査装置において、前記被測定物と前記光照射手段、受光部、スリットおよ
び光検出手段とを、前記受光部の光軸に対して直交する
方向へ相対移動させる駆動手段を備えることを特徴とす
る表面検査装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の表面検査装置において、前記受光部および光検出手段の間の光路中には、緑の波
長域に大きな感度を持つｙセンサが設けられていること
を特徴とする表面検査装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の表面検査装置において、前記光照射手段は、光源と、照明切換手段とを備え、前記照明切換手段は、前記光源からの光を前記受光部の
光軸と平行にしかつ前記受光部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
前記受光部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。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の表面検査装置を用いて、被測定物の表面外観を検査
する表面検査方法。