(57)【要約】【課題】フィルム上の突起、窪み、折れなどの平面異常による不良を高速に検査するにあたり、反射率や透過率から検査する方式の表面検査装置では平面異常だけを選択的に検出することは非常に困難であった。またレーザ光を使った凹凸測定による検出方法では検査範囲がレンズの大きさにより制限されていた。【解決手段】光源より出射された光を、前記平面に対してライン状に走査する光走査手段と、該走査光による該平面および平面異常部からの透過光または反射光を受光する拡散板と、拡散板に投影された光点を結像レンズを介して受光する反射光位置検知手段と、該検知手段からの検知信号により該平面異常部の角度を算出して平面異常の検査を行う角度検査測定部と、を有する光走査式平面検査装置とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（６）に光源（１）より光を照射し、その透過光または反射光を受光して該対象物（６）の表面を検査する平面検査装置であって、前記光源（１）より出射された光を、前記対象物（６）に対してライン状に走査する光走査手段（２，３）と、該走査光による該対象物（６）および表面異常部（５）からの透過光または反射光を投影する拡散板（１５）と、拡散板に投影された光点を結像レンズ（８）を介して受光する光位置検知器（９）と、そこからの検知信号により該表面異常部（５）の透過光角度または反射光角度を算出して表面異常の検査を行う角度検査測定部（７）と、を有することを特徴とする光走査式表面検査装置。
【請求項２】
対象物（６）に光源（１）より光を照射し、その透過光または反射光を受光して該対象物（６）の表面を検査する平面検査装置であって、前記光源（１）より出射された光を、前記対象物（６）に対してライン状に走査する光走査手段（２，３）と、該走査光による該対象物（６）および表面異常部（５）からの透過光または反射光を投影する拡散板（１５）と、前記光走査手段（２，３）の光源（１）側にビームスプリッタ（１２）を設け、拡散板（１５）を反射した光が前記光走査手段（２，３）を逆行してビームスプリッタ（１２）に達し、ビームスプリッタ（１２）により光路を分離されて結像レンズ（８）を介して光位置検知器（９）に入射する構造とし、そこからの検知信号により該表面異常部（５）の透過光角度または反射光角度を算出して表面異常の検査を行う角度検査測定部（７）と、を有することを特徴とする光走査式表面検査装置。
【請求項３】
上記光位置検知器としてＰＳＤまたは位置検出型光電子増倍管を用いることを特徴とする請求項１乃至２の光走査式表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明シートなどの透明な平面物体上に形成されたくぼみ、突起、折れなどの平面異常を検査する平面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明フィルムやガラス板など透明性の平面でできている製品が最近多くなっており、その品質保持の要求も高くなっている。これらはその製造工程において、支持体をローラーなどで搬送し連続走行させることが多い。
【０００３】
この際走行時に製品を支持するローラーなどに異物が付着するなどすると製品を変形させ製品の平面異常を発生する。これらの平面異常は人間の目には製品を傾けるなどして容易に発見され、外観不良とされる。また平面異常が工程内で発生すると工程中に支持体が破断したり、後工程での処理が不均一になる等の不具合が発生する。したがって、上述のような製品においては、支持体の表面に存在する平面異常を確実に検出し、外観不良を防止し、工程不良を防止することが極めて重要である。
【０００４】
このように連続走行するシート状物の表面に存在する一般的な欠陥を検出するためには、例えば特開２００３−１４９１６３号公報で公知の表面検査装置が用いられている。この表面検査装置は、正常部分と欠陥部分とで光の反射率や透過率あるいは拡散光量が異なることを利用しており、被検査体の表面にレーザによる走査光を照射してその反射光もしくは透過光を受光器により光電検出し、この検出出力に基づいて各種欠陥の有無を評価するものである。そして、この表面検査装置は、検出した反射光や透過光強度の変化のパターンから、異物の付着や凹凸の存在等の表面形状欠陥の他、表面色の濃度や光沢の異常など様々な欠陥の有無を検査することができる。
【０００５】
また、表面凹凸を検査する方法としてはレーザ光を使用して検査を行う方法も行われている。例えば特開２００６-０７８４５７号公報で公知の基板検査装置が用いられている。この検査装置は対象物に斜め方向よりレーザ光を照射し、その反射光を結像レンズを介してＰＳＤ（Position Sensitive Detector）センサにより検出して、三角測量の原理で高さの計測を行うものである。例えば、レーザ光の入射角度、反射角度を共に４５°とし、結像レンズの倍率をａとすると、対象物上の実際の高さｈ0 に対して、ＰＳＤセンサ上の見掛け高さｈ1 は、ｈ1 ＝２・sin45°・ａ・ｈ0 と表わされ、これによりｈ0 を求めるものである。
【０００６】
また、微小な表面凹凸を検査する方法としてはさらに上記を改良した、特願２００６-２２７１６５号あるいは特願２００７−１９３９２３号の平面外観検査装置が用いられている。この検査装置はたとえば図７に示すように対象物６に斜め方向よりポリゴンスキャナ２によって走査されたレーザ光を照射し、その反射光を結像レンズ８を介してＰＳＤ（Position Sensitive Detector）センサ９により検出して、反射角度の計測を行うものである。例えば、図８においてＰＳＤ上の光点位置変動量ｘと光学系の第１レンズ焦点距離ｆ１と第２レンズ焦点距離ｆ２と反射光傾き角θ２と再結像面からの距離ｄから平面上の反射角変動θ１を
θ１＝（ｆ２・ｘ）／（２・ｆ１・ｄ）
として傾斜角が検出されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４９１６３号公報
【特許文献２】特開２００６-０７８４５７号公報
【特許文献３】特願２００６-２２７１６５号公報
【特許文献４】特願２００７−１９３９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最近は平面異常の有無だけでなく、その深さを測定した上で製品の合否を判定する要求が多くなってきている。しかしながら表面上記の反射率や透過率から検査する方式の表面検査装置では、平面異常の有無や大きさは判定できても深さを検出することは非常に困難であった。
【０００９】
また上記のレーザ光を使った三角測量法については、薄い透明シートなどの場合、表側の反射光と裏側の反射光がずれて混入するために表面と裏面の反射光量の差があるとＰＳＤの出力位置が変わってしまう。そのためＰＳＤの出力位置が変わったときに高さが変化したのか反射光量が変化したのかわからないため高さ変化を算出できないという問題点があった。
【００１０】
また上記のレーザ光を使った反射角度を検出する方法については投光受光ともにテレセントリックレンズで行っているのでレンズでカバーできる範囲しか検出できず、視野が狭いという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明は金属シートなど反射性のものであってもあるいは透明な薄いシート状の対象物であっても平面異常を高速に広範囲に定量的に検査することができる平面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、対象平面に光源より光を照射し、その透過光または反射光を受光して該平面を検査する平面検査装置であって、前記光源より出射された光を、前記平面に対してライン状に走査する光走査手段と、該走査光による該平面および平面異常部からの透過光または反射光を投影する拡散板と、該拡散板の光点を結像レンズを介して受光するＰＳＤまたは位置検出型光電子増倍管などの光位置検出器と、そこからの検知信号により該平面異常部の角度を算出して平面異常の検査を行う角度検査測定部と、を有する光走査式平面検査装置とした。
【００１３】
また、対象物に光源より光を照射し、その透過光または反射光を受光して該対象物の表面を検査する平面検査装置であって、前記光源より出射された光を、前記対象物に対してライン状に走査する光走査手段と、該走査光による該対象物および表面異常部からの透過光または反射光を投影する拡散板と、前記光走査手段の光源側にビームスプリッタを設け、拡散板を反射した光が前機光走査手段を逆行してビームスプリッタに達し、ビームスプリッタにより光路を分離されて結像レンズを介してＰＳＤまたは位置検出型光電子増倍管などの光位置検出器に入射する構造とし、そこからの検知信号により該表面異常部の透過光角度または反射光角度を算出して表面異常の検査を行う角度検査測定部と、を有する光走査式表面検査装置とした。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように構成したことにより、平面検査にあたっては、光走査手段によりスポット光で平面全面の光走査を行い、平面異常部があるとそこで屈折あるいは反射異常が生じるので正常な平面の場合の透過光または反射光と比べ光の角度の差異が発生する。そのため拡散板に光が入射する際、拡散板上での光点の位置の差異が発生する。この差異を光位置検出器で検知し、角度データを算出することにより角度変化部分を抽出し平面検査を行うことができる。さらに光位置検出器により各位置の角度が定量的に検出できるのでこのデータを積分することにより平面異常部の形状を再現することができ、凹部深さを算出することが可能となる。さらに拡散板を用いることにより広い視野での平面検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１における光走査式平面検査装置の構成図である。
【図２】（ａ）実施例１における光走査式平面検査装置の平面異常による透過光角度変化を説明するための図である。 （ｂ）実施例１における光走査式平面検査装置によって検出された平面異常部の角度変化例である。（ｃ）実施例１において検出された平面異常部の形状算出例である。
【図３】実施例２における光走査式平面検査装置の構成図である。
【図４】実施例２における光走査式平面検査装置の受光光学系の構成および、ＰＳＤによる反射光角度検出原理を説明するための図である。
【図５】実施例３における光走査式平面検査装置の構成図である。
【図６】実施例３における光走査式平面検査装置の受光光学系の構成および、ＰＳＤによる反射光角度検出原理を説明するための図である。
【図７】従来例の構成図である。
【図８】従来例における受光光学系の構成および、ＰＳＤによる反射光角度検出原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の光走査式平面検査装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１に、本発明の第１の実施例の構成図を示す。対象平面６の上方には、光源として半導体レーザコリメーション光源１が配設され、半導体レーザコリメーション光源１から出射されたレーザ光がポリゴンスキャナ２に入射する。ポリゴンスキャナ２が回転することにより走査レンズ３には走査されたレーザ光が入射し、対象平面６上に、レーザ走査光が照射される。これらポリゴンスキャナ２、走査レンズ３により光走査手段を構成する。
【００１８】
一方、対象平面６上に照射されたレーザ走査光の透過位置に一定距離離れて透過型の拡散板１５が配置される。さらに拡散板１５から透過的に拡散された光は結像レンズ８を介して光検出器９に結像する。光検出器としては本実施例ではＰＳＤ（Position Sensitive Detector）９が配置される。ＰＳＤ９からの検知信号はＩ／Ｖ変換回路１０、Ａ／Ｄ回路１１を介して角度検査測定部７に送出される。
【００１９】
角度検査測定部７は、ＰＳＤ９の検知信号より後述する方法により反射光の傾き角を算出し平面異常を検知する。また、光走査と直交した方向に対象平面６が搬送手段４によって搬送されることにより平面異常を連続して検査することができる。
【００２０】
ここで図２（ａ）により傾き検出原理を説明する。平面６に凹凸がない場合、投射した光は投射角度のまま透過する。ここで平面６に凹凸をもつ平面異常５があると斜面が存在するので斜面の片面では透過光は屈折され傾いて透過する。斜面のもう片面では傾きの方向が逆なので屈折光は逆方向に傾いて透過する。図は表面に凹部がある状態を示しているが裏面に凹部があっても同方向にほぼ同じ角度傾く。この光が拡散板に投射される際には角度の変化が位置の変化となって現われる。この光点が結像レンズ８によりＰＳＤ上に結像されるのでＰＳＤ上でも位置の変化となって現われる。
【００２１】
上記で平面異常５の斜面角度をθ１とするとθ１の傾斜により屈折光はスネルの法則ｎｓｉｎθ＝ｎ´ｓｉｎθ´にしたがって傾く。例えば屈折率１．５で斜面角度θ１が1度の場合、透過光角度θ２は約０．５°傾く。これを逆算することによりθ１を求めることができる。このようにして各位置における斜面角度θ１が図（ｂ）のように求まる。これを積分すると凹部の形状として（ｃ）のように求まる。これから凹部深さを算出することができる。
【００２２】
平面異常部が上面にあるときと下面にあるときの差はθ１が10度のとき屈折角約5度に対し０．０７度程度であり１％程度の誤差となる。通常この誤差は無視できる。
【００２３】
次にＰＳＤ検知信号から傾きを算出する方法を説明する。平面６から拡散板１５までの距離をｄとし、拡散板上の光点の移動量をｘ、光線傾き角をθ２とするとｘ＝ｄ・ｔａｎθ２となる。結像レンズの結像倍率をβとするとＰＳＤ９上の位置移動量ｙはｙ＝βｘとなる。よってＰＳＤ上の光点移動量ｙが求まれば、これから光線傾き角θ２を求めることができる。ｄの値を大きくすれば検出感度があがる。要求される検出範囲と角度から適正なｄを設定する事ができる。
【実施例２】
【００２４】
次に本発明の第2の実施例を以下に示す。
図３は本発明の第2の実施例を説明したもので、第１の実施例を反射型に構成したものである。対象平面６の斜め上方には、光源として半導体レーザコリメーション光源１が配設され、半導体レーザコリメーション光源１から出射されたレーザ光がポリゴンスキャナ２に入射する。ポリゴンスキャナ２が回転することにより走査レンズ３には走査されたレーザ光が入射し、対象平面６上に、レーザ走査光が照射される。これらポリゴンスキャナ２、走査レンズ３により光走査手段を構成する。
【００２５】
一方、対象平面６上に照射されたレーザ走査光の反射位置に対向して拡散板１５が設けられ、その透過的光点は結像レンズ８によりＰＳＤ９上に結像される。ＰＳＤ９の電極Ａ，Ｂからの検知信号はＩ／Ｖ変換回路１０、Ａ／Ｄ回路１１を介して角度検査測定部７に送出される。
【００２６】
角度検査測定部７は、ＰＳＤ９の検知信号より後述する方法により反射光の傾き角θ２を算出し平面異常を検知する。また、光走査と直交した方向に対象平面６が搬送手段４によって搬送されることにより平面異常を連続して検査することができる。
【００２７】
ここで次に図４によりＰＳＤ検知信号から傾きを算出する方法を説明する。走査レンズ３により対称平面６上に集光された光は表面で反射し、拡散板１５に入射する。拡散板１５により透過的に拡散された光は結像レンズ８によりＰＳＤ９上に結像される。ここで結像レンズ８による結像倍率をβとする。
【００２８】
上記で平面異常５の斜面角度θ１の傾斜により反射光は角度θ２＝２×θ１だけ傾く。その結果、反射光が拡散板１５に入射する位置の変動量ｘは拡散板の反射点からの距離をｄとすると、ｘ＝ｄ・tanθ２となる。拡散板上の光点をＰＳＤ９上に結像した場合、ＰＳＤ９上の位置変動量ｙは、結像倍率がβであることからｙ＝βｘとなる。これらから逆算すればＰＳＤ上位置変動量ｙから平面異常５の斜面角度θ１を算出することができる。
【００２９】
実施例１で示した透過光線の角度は平面異常があるのが上面でも下面でもほぼ同じ値を示す。一方本実施例の反射光線の角度は、対象物が金属など光を透過しないものの場合は表面斜面の２倍の角度として検出される。透明体の場合は上面斜面では直接反射光と裏面反射光が打ち消し合い、小さな値を示すが、下面にある場合は上面での屈折の影響を受けて大きな値を示す。よって実施例１と２を組み合わせることにより透過光角度と反射光角度を比較する事で平面異常が上面にあるか下面にあるかを判定することができる。
【実施例３】
【００３０】
次に本発明の第３の実施例を以下に示す。
図５は本発明の第３の実施例を説明したもので、対象平面６の上方には、光源として半導体レーザコリメーション光源１が配設され、半導体レーザコリメーション光源１から出射されたレーザ光がポリゴンスキャナ２に入射する。ポリゴンスキャナ２が回転することにより走査レンズ３には走査されたレーザ光が入射し、対象平面６上に、レーザ走査光が照射される。これらポリゴンスキャナ２、走査レンズ３により光走査手段を構成する。
【００３１】
一方、対象平面６上に照射されたレーザ走査光の透過位置からｄ離れたところに非透過型拡散板１５を設ける。これにより拡散反射した光は対象物６を再度透過し、走査レンズ３に戻りポリゴンスキャナ２を介して１／４波長板１４に入射する。ここで反射光は波長板により偏光方向が９０°変化し、偏光ビームスプリッタ１２により反射され、結像レンズ８に入射する。その結像点にＰＳＤ９が設けられ、そこからの電極Ａ、Ｂからの出力を角度検査測定部７に入力し、透過光の傾きθ2が算出される。
【００３２】
ここで次に図６によりＰＳＤ検知信号から傾きを算出する方法を説明する。走査レンズ３により対称平面６上に集光された光は透過し、拡散板１５に入射する。拡散板１５により反射的に拡散された光は対象平面６を再度透過し走査レンズ及び結像レンズ８によりＰＳＤ９上に結像される。このとき集光された位置に平面異常５があると透過光は屈折され、拡散板に入射する際に位置の変化となって現われる。
【００３３】
このときのＰＳＤ上の光点位置変動量ｙは、拡散板１５からＰＳＤ９までの走査レンズ３と結像レンズ８の合成結像倍率をβ２とすると、透過光傾き角θ２と拡散板距離ｄにより以下のように求まる。
ｙ＝β２・ｄ・tanθ２
逆算すると以下の式により平面上の反射角変動θ２を計算することができる。
θ２＝tan-1（ｙ／（β２・ｄ））
【００３４】
なお本実施例は平面異常５の大きさが拡散板１５上の位置移動量に比べ十分小さいことが必要なのでそうなるようｄの値を適切に設定する必要がある。また、反射光をポリゴンミラーに戻す方式のため結像レンズ８の開口が暗く、信号光が微弱になるのでＰＳＤ９前にイメージインテンシファイヤを挿入したり、ＰＳＤに代えて位置検出型光電子増倍管を採用するなどの対策が必要な場合がある。なおこの光量対策は実施例１、２においても有効である。
【００３５】
なお本実施例と第２の実施例を組み合わせ、反射型で走査系を戻る方式の構成も可能である。
【００３６】
またいずれの実施例においてもポリゴンスキャナを共振型ミラースキャナに置き変えることができ、この置き換えにより、コンパクト化、高速化、面倒れ低減が可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 光源
２ ポリゴンスキャナ
３ 走査レンズ
４ 搬送手段
５ 平面異常部
６ 対象平面
７ 角度検査測定部
８ 結像レンズ
９  光位置検出器
１０  Ｉ／Ｖ変換回路
１１  Ａ／Ｄ変換回路
１２  ビームスプリッタ
１４  １／４波長板
１５  拡散板
Ａ，Ｂ  ＰＳＤ出力
ｄ  透過点または反射点からの拡散板距離
ｘ  拡散板上の変動量
ｙ  ＰＳＤ上の変動量
β  結像倍率
β２  走査レンズと結像レンズの合成結像倍率
θ１  平面異常部傾き角度
θ２  平面異常部出射光角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010271133.tif 000008
【図７】
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【図８】
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