JPH0579994A - 透明体欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検査すべき透明体に曲率があっても、また異
物の付着などがあっても、正確に透明体表面および内部
の欠陥を検出できる透明体欠陥検査装置を提供する。 【構成】 入射光を集束光とせず、細い平行ビームを光
源ＬＳから発生させ、光偏向器１３、１４により透明体
１０を２次元走査する。透明体１０の端面に配置した光
ファイバー１１により、透明体の欠陥から発生する散乱
光のうち、透明体の内部に散乱した光だけを端面方向か
ら受光する。光ファイバー１１の他端から、受光素子に
より検出光出力強度ないし分布を評価することにより透
明体内外の欠陥を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透明体欠陥検査装置、特
に透明体内外の欠陥を検出する透明体欠陥検査装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学的な非破壊検査により、
透明体の欠陥、例えば凹凸の無い平らな透明ガラス板の
特に表面に存在するキズを検査する装置が提案されてい
る。

【０００３】図１は、従来の検査方式で用いられる基本
光学系を示している。図において、光源ＬＳの入射光は
レンズ１を介して透明体Ｔ表面に集光されるとともに、
その散乱光を集光できるように、所定の光軸角度をもっ
てレンズ２、受光素子ＰＣが配置されている。

【０００４】透明体Ｔの表面の集光点上にキズ３がある
と、集光点から強い散乱光が放射され、受光素子ＰＣに
入射される。

【０００５】透明体Ｔは、モータなどにより移動可能な
走査ステージＳ上に配置され、順次その表面が１ないし
２次元的に走査される。この走査により、散乱光強度の
空間的分布を得ることができる。この時、異常に散乱光
強度が強い所を欠陥の位置と判定できる。

【０００６】この方法は、測定対象の透明体Ｔの表面形
状が図示のように平らで凹凸が無い場合には、かなり効
率の良い測定方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来方法
は、二つの問題点がある。

【０００８】一つは、透明体上にキズ３だけでなく、異
物４（図１）が付着している場合に、図２右側の波形に
示すように散乱光が発生することである。よって、透明
体の外部に発生した散乱光からキズだけの存在を知るこ
とは出来ないという問題点がある。

【０００９】もう一つは、図３に示すように、透明体が
凹凸を持っていた場合である。入射光学系と受光光学系
を固定したまま、透明体をスライドさせると、入射光の
集光点が透明体からずれ、透明体からの散乱光が受光素
子に集めることができなくなる。

【００１０】また、透明体が厚い場合でも、表面の欠陥
と内部の欠陥では、その欠陥からの散乱光が異なる位置
に集光するという同じ理由により、受光素子と透明体の
相対位置を同じにしたままでは、同一条件で散乱光を受
光することができないという問題がある。

【００１１】したがって、上述のような従来方式では、
透明体が厚いものであったり、凹凸があったりすると、
欠陥からの散乱光を常に同一条件で集光できないため、
欠陥検査ができないという間題があった。

【００１２】本発明の課題は、以上の問題を解決し、平
らな表面形状をもつ透明体だけでなく、透明体に凹凸が
あっても、透明体の表面や内部に存在する欠陥の散乱光
を定量的にしかも受光素子を表面形状にかかわり無く定
位置で受光でき、例えばレンズのような曲率のある透明
体のキズに関する良否判定を効率的に行うことができ、
また、透明体に異物が付着している場合でも、透明体の
キズだけを選択的に検出できる透明体欠陥検査装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、透明体内外の欠陥を検出する
透明体欠陥検査装置において、細く平行なビーム光を偏
向軸の異なる２つの光偏向器を使って透明体の検査領域
を２次元走査する手段と、透明体内部に発生する拡散光
を、透明体の端面において、透明体の中心から周辺に向
かう各方向について偏り無く受光する受光手段からなる
構成を採用した。

【００１４】

【作用】以上の構成によれば、前記受光手段により、透
明体の内部のキズなどにより散乱された光だけを端面方
向から受光し、その光量の分布ないし強度を評価するこ
とにより、透明体内外の欠陥を検出することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を
詳細に説明する。

【００１６】図４に本発明による透明体欠陥検査装置の
概略構成を示す。図において、符号１０は検査すべき透
明体であり、この透明体１０に細い平行なビーム光（レ
ーザービームなど）１２を入射する。従来のように、走
査光に集束光を用いず、細い平行なビーム光を用いるの
は、透明体の表面だけでなく内部に存在する欠陥も同様
な光強度で照射するためである。

【００１７】この入射ビーム光１２は、鏡、プリズム、
その他からなる光偏向器１３、１４を介して水平方向と
垂直方向にそれぞれ進行方向が変えられる。

【００１８】例えば、光偏向器１３によってｘ方向に１
ライン分変化する毎に、光偏向器１４でｙ方向の偏向角
を変化させることにより、入射ビーム光が透明体の全面
を走査することができる。

【００１９】このような照射系を採用すると、図５に示
すように、入射ビーム光が透明体１０の表面または内部
のキズや泡のような欠陥に重なると、この欠陥部でビー
ム光が拡散する。

【００２０】欠陥で拡散した光は、透明体の外部に拡散
されるが、一部は内部に拡散され端面１０ａ（図４）か
ら出射する。

【００２１】本発明は、この透明体内部を伝搬し端面１
０ａに到達する欠陥からの拡散光４を利用している。

【００２２】受光系は、端面を透過した拡散光４は円周
方向に偏りが無く、均一に受光素子に集光することが理
想的である。その理由を、図６以降を使って説明する。

【００２３】図６（ａ）は、透明体に存在する気泡６
に、入射ビーム光１２が重なった時の拡散光の分布Ｄの
様子を表している。気泡６に入射したビーム光は気泡６
で周辺方向に均一に拡散される。そのため、透明体の端
面から出射する拡散光の強度は、図６（ａ）に示すよう
に、円周方向に均一な分布を持つ。

【００２４】一方、透明体に存在する引っかきキズ３に
入射ビーム光が重なった場合には、図６（ｂ）に示すよ
うに、引っかきキズ３に入射したビーム光は、キズの長
手方向とほぼ垂直な方向に主に拡散される。

【００２５】したがって、キズがある場合、透明端面か
ら出射する拡散光の強度は、円周方向に均一に分布せ
ず、キズの長手にほぼ垂直な方面がもっとも明るくな
る。このように、欠陥の形状によって、透明体１０の端
面から検出される拡散光は、透明体の周辺にむかう各方
向について強度分布が異なるものとなる。

【００２６】すなわち、欠陥の形状に依らず、その存在
を検出し、しかも欠陥の大きさまたは太さを検知するた
めには、透明体の端面から出射する欠陥からの拡散光
は、透明体１０の中心から周辺に向かう各方向について
偏りが無いよう受光する必要があることがわかる。

【００２７】このため、図４の構成では、透明体１０の
周辺部に各々配置した光ファイバー１１により、透明体
１０の端面１０ａを透過した拡散光４を中心から周辺に
向かう各方向について偏り無く、できる限り均一に受光
するようになっている。すなわち、光ファイバー１１の
受光端面は、透明体１０の端面１０ａから出射した拡散
光を受光素子面に導くために、透明体１０の端面１０ａ
の周辺に均一に並べられている。

【００２８】本実施例においては、光ファイバー１１の
受光端部にはマイクロレンズが入っているため、透明体
の端面から出射した拡散光は、このマイクロレンズによ
って光ファイバーに集光される。

【００２９】全ての光ファイバーの他端は、図７に示す
ように受光素子ＰＣの受光面上に束ねられている。これ
により、透明体１０の端面１０ａから出射した光は、光
ファイバー１１で導かれて受光素子ＰＣの受光面に到達
する。

【００３０】透明体の端面に到達した光の強度は、欠陥
の大きさに依存する。入射ビーム光の径は、検出対象で
ある欠陥より大きく選択しておく。これにより、欠陥が
大きいほど、拡散反射光強度が強くなる。よって上記し
た方法で、透明体の端面から出射する光を受光素子で検
出すると、検出された光強度の最大値から欠陥の大きさ
を見積もる事ができる。

【００３１】上記の構成によれば、従来方式に比して次
のような利点がある。

【００３２】従来方式（図１）では、透明体の表面と受
光素子面が共役な位置関係になっているため、仮に欠陥
が内部に存在している場合には、図３に示すように受光
素子で検出されないことがあったが、本実施例によれ
ば、欠陥が表面にある場合に限らず、内部に存在する場
合でも、透明体の端面から出射する拡散光から欠陥を検
出できる。この拡散光は、欠陥の存在を与えるものであ
り、しかもその光強度から欠陥の大きさを知る事ができ
る。

【００３３】また、従来方式では、上記のように、透明
体の表面と受光素子面が共役な位置関係にある。そのた
め、透明体に凹凸がついている場合、受光素子の位置を
透明体の表面位置に合わせて移動させる必要がある。こ
れは、計測上非常に面倒な作業、あるいは自動化するに
しても非常に複雑な制御を行なう必要があったが、本実
施例によれば、透明体の表面位置に関係なく、透明体の
端面から出射する拡散光を、構造で受光すれば、光学系
の調節の必要なく、固定された位置で欠陥からの拡散光
を検出でき、測定作業、あるいは制御が著しく簡単にな
る。

【００３４】さらに、従来方式では、透明体の装面に異
物が付着している場合、図２に示すように異物からの拡
散光を受光してしまう。そのため拡散光を発生している
ものが異物なのか、それともキズなのかを、検出した光
強度から判別する事ができない。しかし本方式では、透
明体に付着した異物に入射ビーム光が重なっても、透明
体の端面に拡散光が発生しない。しかし、キズに入射ビ
ームが重なった場合には、透明体の端面に拡散光が発生
する。そのため本方式では、キズに関する情報だけを抽
出して、知る事ができる利点がある。

【００３５】図８は、本実施例により、透明体のキズ
と、異物を走査した結果を示しており、図示のように、
キズの内部拡散光は検出されているが、異物の内部拡散
光は検出されていないことがわかる。これは、キズに入
射光が重なったとき、透明体の内部に拡散光が現れる
が、透明体の表面上に存在する異物に入射光が重なって
も、透明体の内部に拡散光が現れないためである。

【００３６】なお、図８で表した検出出力の最大値は、
図１０に示すようにキズの大きさに依存している。一般
に、透明体のキズを検出した場合、図１１に示すように
ある大きさ以上のキズだけを不良品の対象として間題に
し、その値以下の時はそれを良品として判断することが
多い。したがって、検出される散乱光強度にしきい値を
設けることで、その値以上の散乱光を出すキズを不良品
として判断することができる。

【００３７】たとえば、しきい値以上の出力値を、透明
体に照射する位置に対応づけて一旦メモリーに格納す
る。測定面全体の出力値を格納した後、透明体の位置と
その位置にビーム光が入射したときの出力値を画像モニ
ターに出力する。このようにして、透明体のキズのうち
問題とする程度のキズだけを容易に検出できる。

【００３８】また、受光素子によって光電変換された出
力電気信号は、２つの光偏向器の入力信号と同期を取
り、画像ディスプレーに画像信号として出力することも
できる。

【００３９】さらに、本実施例によれば、透明体の端面
に沿って光ファイバー１１をそれぞれ独立に並ベられて
いる。そのため、透明体の端面が図９のように複雑な形
状をしていても、その形状に合わせて、自在に光ファイ
バー１１の位置を設定することができる。

【００４０】なお、図７、あるいは図９から明らかなよ
うに、検査すべき透明体の形状がなんらかの形状に限定
されるものではなく、どのような透明体についても検査
を行なえるのはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、透明体内外の欠陥を検出する透明体欠陥検査装置に
おいて、細く平行なビーム光を偏向軸の異なる２つの光
偏向器を使って透明体の検査領域を２次元走査する手段
と、透明体内部に発生する拡散光を、透明体の端面にお
いて、透明体の中心から周辺に向かう各方向について偏
り無く受光する受光手段からなる構成を採用しているの
で、前記受光手段により、透明体の内部のキズなどによ
り散乱された光だけを端面方向から受光し、その光量の
分布ないし強度を評価することにより、異物などの影響
を受けることなく、また、透明体の形状などにより光学
系が制約を受けることなく、正確に透明体内外の欠陥を
検出できる優れた透明体欠陥検査装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の透明体欠陥検査装置の構成を示した説明
図である。

【図２】従来の透明体欠陥検査装置の欠点を示した線図
である。

【図３】従来の透明体欠陥検査装置の欠点を示した説明
図である。

【図４】本発明による透明体欠陥検査装置の構成を示し
た説明図である。

【図５】本発明による透明体欠陥検査装置における拡散
光の伝播を示した説明図である。

【図６】本発明による透明体欠陥検査装置における気泡
およびキズによる拡散光の分布を示した説明図である。

【図７】本発明による透明体欠陥検査装置における受光
系の構造を示した説明図である。

【図８】本発明による透明体欠陥検査装置におけるキズ
および異物の走査結果を示した線図である。

【図９】本発明による透明体欠陥検査装置の利点を示し
た説明図である。

【図１０】本発明による透明体欠陥検査装置における欠
陥面積と、検出出力最大値の関係を示した線図である。

【図１１】本発明による透明体欠陥検査装置における欠
陥品検出を示した説明図である。

【符号の説明】

１ レンズ ２ レンズ １０ 透明体 １１ 光ファイバー １３ 光偏向器 １４ 光偏向器 ＰＣ 受光素子 ＬＳ 光源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明体内外の欠陥を検出する透明体欠陥
   検査装置において、 細く平行なビーム光を偏向軸の異なる２つの光偏向器を
   使って透明体の検査領域を２次元走査する手段と、 透明体内部に発生する拡散光を、透明体の端面におい
   て、透明体の中心から周辺に向かう各方向について偏り
   無く受光する受光手段からなることを特徴とする透明体
   欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記受光手段は、透明体の内部に散乱し
   た光を端面方向から受光すべく透明体端面に沿って配置
   された複数の光ファイバーと、 これら光ファイバーの他端において受光量を検出する受
   光素子からなることを特徴とする請求項１に記載の透明
   体欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 光ファイバーによって検出された透明体
   端面から出射する拡散光の光量が、透明体内外の欠陥の
   大きさと相関性があることを利用し、その光量があるし
   きい値を越えたとき、この透明体を不良品として判定す
   ることからなることを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載の透明体欠陥検査装置。