(57)【要約】  検査システム（１）は、中心軸（１１）に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッド（１０）と、検査ヘッドを中心軸の周りに回転する回転ユニット（２０）と、検査ヘッド（１０）内を通じて、中心軸（１１）に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査物（２）の表面（４）からの反射光を受光する光学システム（３０）と、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子（５０）であって、検査用のレーザー光を被検査物に向けて出射するとともに反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、光学素子は、中心軸に対して、法線が角度θで傾くことが可能な反射面を含み、角度θが以下の条件を満たす。  ４６度≦θ≦５５度
2019083009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、前記中心軸の周りに回転される検査ヘッドと、
前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、
前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、
前記光学素子は、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で前記検査用のレーザー光を前記被検査面に向けて出射可能な反射面を含み、前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
４６度≦θ≦５５度
【請求項２】
請求項１において、
前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
４８度≦θ≦５３．５度
【請求項３】
請求項２において、
前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
５０度≦θ≦５２度
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記角度θを可変するユニットを有する、検査システム。
【請求項５】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドと、
前記検査ヘッドを前記中心軸の周りに回転する回転ユニットと、
前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、
前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記中心軸に対して、前記検査用のレーザー光を、角度φで前記被検査面に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、前記角度φが以下の条件を満たす、検査システム。
９２度≦φ≦１１０度
【請求項６】
請求項５において、
前記角度φを可変するユニットを有する、検査システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記検査ヘッドの先端近傍から先端に達するように設けられた開口を有する、検査システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、さらに、
前記検査ヘッドを前記中心軸の周りに回転する回転ユニットを有する検査システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記被検査物は、前記検査ヘッドが挿入される中空部分または凹みを含み、
前記検査ヘッドと前記被検査物とを前記中心軸に沿って相対的に移動する移動ユニットをさらに有する、検査システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、
前記光学素子は、前記中心軸に対し平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射する、検査システム。
【請求項１１】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、前記中心軸の周りに回転される検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法であって、
前記検査システムは、前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査面からの反射光を受光する光学システムと、前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とをさらに有し、
前記検査することは、
前記光学素子の反射面を、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で前記検査用のレーザー光を前記被検査面に向けて出射することを含み、前記角度θが以下の条件を満たす、方法。
４６度≦θ≦５５度
【請求項１２】
請求項１１において、
前記出射することは、前記角度θを変えることを含む、方法。
【請求項１３】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、前記中心軸の周りに回転される検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法であって、
前記検査システムは、前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された前記被検査面からの反射光を受光する光学システムと、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、
前記検査することは、
前記光学素子により、前記中心軸に対して、前記検査用のレーザー光を、角度φで前記被検査面に向けて出射することを含み、前記角度φが以下の条件を満たす、方法。
９２度≦φ≦１１０度
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれかにおいて、
前記出射することは、前記中心軸に対し平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射することを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１１ないし１３のいずれかにおいて、
前記出射することは、前記被検査物の前記中心軸に沿って延びた中空部分または凹みの前記中心軸に平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査ヘッドから被検査物に検査用のレーザー光を照射して表面を検査する検査システムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本国特開平１１−２８１５８３号公報には、被検査物が円筒状をなす場合、その内周面も容易に検査でき、被検査物の表面が平面である場合には、一回の移動で検査できる領域を広くとることができる表面検査装置が開示されている。この表面検査装置は、電動モータの電機子軸を中空筒形とし、その内部に投光ファイバー及び受光ファイバーを結束保持するファイバー保持筒を遊挿すると共に、電機子軸の先端部に回転円筒を一体に取付ける。この回転円筒の内部に、検査光と反射光をファイバー保持筒の軸心に対して、例えば直角に光路を変更する光路変更手段と、検査光を被検査物へ集光し、かつ、反射光を受光ファイバーへ集光する集光手段とを設置する。電動モータを作動して電機子軸と共に回転円筒を回転させると、その内部に設置された光路変更手段が回転し、検査光を照射して検査する領域を移動させることができる。
【発明の開示】
【０００３】
回転円筒から軸に直交する方向に検査光を照射して表面を検査する検査装置により、被検査物の円筒状の内部の表面を検査することが可能である。しかしながら、回転円筒の先端に検査光の光路の角度を変更する手段、例えば、反射鏡を設置する必要がある。したがって、反射鏡の設置スペースが必要となるため、有底の円筒状の内部の表面を検査する場合は、円筒内面の底面に近い部分、さらには、円筒内面と底面との境界まで検査することは不可能であった。
【０００４】
本発明の一態様は、中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、中心軸の周りに回転される検査ヘッドと、検査ヘッド内を通じて、中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面（表面）からの反射光を受光する光学システムと、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子とを有する検査システムである。光学素子は、検査用のレーザー光を被検査物に向けて出射するとともに反射光を中心軸方向に導く光学素子であり、中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で検査用のレーザー光を出射可能な反射面を含み、角度θが以下の条件（１）を満たす。
４６度  ≦  θ  ≦  ５５度  ・・・（１）
【０００５】
この検査システムは、中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドと、検査ヘッドを中心軸の周りに回転する回転ユニットと、検査ヘッド内を通じて、中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子とを有し、光学素子が、中心軸に対して、検査用のレーザー光を、角度φで被検査面に向けて出射するとともに反射光を中心軸方向に導いてもよい。角度φは以下の条件（２）を満たす。
９２度  ≦  φ  ≦  １１０度  ・・・（２）
【０００６】
本願の発明者は、この検査システムにおいて、光学素子により検査用のレーザー光を非直角方向に出射して、被検査物の表面に対して非直角に照射しても、被検査物の表面からの反射光を、強度は低下するが、表面の状態を解析するためには十分な強度で捉えることができることを見出した。したがって、検査システムは、光学素子により、中心軸に対し平行な被検査面に向けて検査用のレーザー光を、非直角に出射して、非検査面の状態を検出できる。条件（１）の範囲では、角度θが４５度、すなわち、角度φが９０度の場合と比較し、反射光の強度は１／１０程度まで低下する可能性があるが、表面の状態の解析に最小限必要な情報を含む反射光を得ることができる。
【０００７】
条件（１）の上限は、反射光の強度を確保できることから、５３．５度であってもよく、５２度であってもよい。同様に、条件（２）の上限は、１０７度であってもよく、１０４度であってもよい。条件（１）の下限は、検査可能な側面の境界を底面に近づけられることから、４８度であってもよく、５０度であってもよい。同様に、条件（２）の下限は、９６度であってもよく、１００度であってもよい。
【０００８】
この検査システムは、角度θ、すなわち角度φを可変するユニットを備えていてもよい。検査ヘッドの先端近傍から先端に達するように設けられた開口を有していてもよい。さらに、この検査システムは、検査ヘッドを中心軸の周りに回転する回転ユニットを有していてもよい。検査システムは、検査ヘッドが挿入される中空部分または凹みを含む被検査物と検査ヘッドとを中心軸に沿って相対的に移動する移動ユニットをさらに有していてもよい。
【０００９】
本発明の他の態様の１つは、中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、中心軸の周りに回転される検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法である。検査システムは、検査ヘッド内を通じて、中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査面からの反射光を受光する光学システムと、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、検査用のレーザー光を被検査物に向けて出射するとともに反射光を中心軸方向に導く光学素子とをさらに有する。さらに、検査することは、光学素子の反射面を、中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で検査用のレーザー光を被検査面に向けて出射することを含み、角度θは上記の条件（１）を満たす。出射することは、角度θを変えることを含んでもよい。
【００１０】
本発明のさらに異なる他の態様の１つは、検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法であって、検査することが、光学素子により、中心軸に対して、検査用のレーザー光を、角度φで被検査面に向けて出射することを含む、方法である。角度φは上記の条件（２）を満たす。
【００１１】
これらの検査方法において、出射することは、中心軸に対し平行な被検査面に向けて検査用のレーザー光を出射することを含んでもよい。また、出射することは、被検査物の中心軸に沿って延びた中空部分または凹みの中心軸に平行な被検査面（内面、表面）に向けて検査用のレーザー光を出射することを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】検査装置の概要を示す斜視図。
【図２】検査装置の概略構成を示す断面図（II−II断面図）。
【図３】検査ヘッドの概要を示す斜視図。
【図４】検査ヘッドの概略構成を示す断面図（IV−IV断面図）。
【図５】図４に示す検査ヘッドの先端の構成をさらに拡大して示す断面図。
【図６】検査ヘッドの先端の開口の形状の幾つかの例を示す図。
【図７】反射光の平均濃度比の測定結果を示す図。
【図８】検査装置を用いた検査方法の一例を示すフローチャート。
【発明の実施の形態】
【００１３】
図１に、検査装置（検査システム）１の外観を示し、図２に、検査装置１の概略の構成を、断面を用いて示している。この検査装置（表面検査装置）１は、被検査物２に設けられた孔、凹みなどの中空部分３の内面（表面、被検査面）４の形状または状態を検査するために適している。中空部分３の一例は、円筒状の側面４ａと、底面４ｂとを備えた有底の中空部分３である。
【００１４】
検査装置１は、中心軸１１に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッド（検査プローブ）１０と、検査ヘッド１０を中心軸１１の周りに回転させる回転ユニット２０と、検査ヘッド１０内を通じて、中心軸１１に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸１１に沿って戻された被検査物２の表面（被検査面）４からの反射光を受光する光学システム３０と、検査ヘッド１０の先端またはその近傍に配置された光学素子５０と、検査ヘッド１０および被検査物２の少なくとも一方を中心軸１１に沿って相対的に移動する移動ユニット２５と、回転ユニット２０、光学システム３０および移動ユニット２５を内蔵するハウジング５とを含む。
【００１５】
この検査装置１は、検査ヘッド（検査プローブ）１０と被検査物２とを相対的に移動する移動ユニット２５としてハウジング５に収納された検査ヘッド１０の移動ユニット２５を含む。移動ユニット２５は、検査ヘッド１０、回転ユニット２０および光学システム３０を搭載したキャリッジ２８と、キャリッジ２８を前後（図２の左右）に動かすボールねじ２６および移動用のモータ２７の組み合わせとを含む。検査ヘッド１０は、基端となる固定部１９と、固定部１９に対して回転するように装着された回転部１８とを含み、固定部１９がホルダー２９を介してキャリッジ２８に搭載されている。移動ユニット２５の構成は一例であり、スライダー、移動テーブルなどであってもよい。移動ユニット２５により、検査ヘッド１０はハウジング５から前方に突き出た位置Ｐ１と、検査ヘッド１０がハウジング５の内部に退避する位置Ｐ２とに移動する。検査ヘッド１０の代わりに、あるいは検査ヘッド１０とともに被検査物２を、ロボット等を用いて動かしてもよい。
【００１６】
光学システム３０は、検査用のレーザー光を生成する半導体レーザー（レーザーダイオード、ＬＤ）３１と、反射光を受光する受光素子（例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）３２と、半導体レーザー３１の駆動回路、受光素子３２で受信した信号を処理する回路などを含む制御ユニット３３とを含む。光学システム３０で受信した信号は制御ユニット３３を介して不図示のコンピュータ（パーソナルコンピュータ）に送られて、さらにデータ処理され、被検査物２の表面４の解析に用いられる。光学システム３０は、さらに、検査プローブ１０の内部に挿入された光ファイバー３５と、光ファイバー３５に対して入出力する光束を制御する調光レンズ３６とを含む。これらについてはさらに以下で説明する。
【００１７】
回転ユニット２０の一例は、キャリッジ２８に搭載されたモータ２１である。モータ２１により駆動されるプーリ２２が、検査ヘッド１０の回転部１８と駆動ベルト２３で接続されており、モータ２１が駆動ベルト２３を介して検査ヘッド１０の回転部１８を中心軸１１の周りに（中心軸１１を回転の中心として）高速で回転する。
【００１８】
図３に検査ヘッド（検査プローブ）１０を抜き出して示している。図４にプローブ１０の概略構成を、断面を用いて示している。検査ヘッド１０は、全体として回転軸１１に沿って延びた中空の円筒体であり、基端の固定部１９と、固定部１９に対してベアリング１７を介して回転するように同軸上に取り付けられ、先端方向（前方）１６に向かって延びた回転部１８とを含む。回転部１８は、駆動ベルト２３を介して回転力が伝達される、比較的太い駆動部１５と、駆動部１５から細く先端（前方）１６に向かって延びた挿入部（ニードル）１４とを含む。挿入部１４の先端１４ａには、半径方向に向いた開口（切り欠き）１３が設けられており、開口１３を介して検査用のレーザー光（プローブ光）が検査ヘッド１０から出射され、被検査物２の表面４からの反射光が検査ヘッド１０に戻されるようになっている。
【００１９】
図５に、被検査物２の検査対象である中空部分３の内面４を検査ヘッド１０から照射される光により検査する様子を示している。検査ヘッド１０の開口１３から検査用のレーザー光（プローブ光）６１が内面（検査対象面）４に向けて照射され、検査対象面４からの反射光６２が開口１３から検査ヘッド１０の内部に戻される。
【００２０】
検査ヘッド１０の内部には、中心軸１１に沿ってプローブ光６１と反射光６２とを導く光ファイバー３５が挿入されている。光学システム３０を構成する光ファイバー３５は複数のファイバーのバンドルであり、ＬＤ３１から射出されるプローブ光６１を被検査物２に向かって導く投光ファイバー３５ａと、被検査物２からの反射光６２を受光素子３２へ導く受光ファイバー３５ｂとを含む。さらに、光学システム３０は、検査ヘッド１０の内部に、光ファイバー３５を束ねた状態で保持する保持筒３４と、その保持筒３４の先端に設けられた調光レンズ３６とを含む。
【００２１】
検査ヘッド１０の先端の挿入部１４は、同軸状に保持筒３４および調光レンズ３６を覆うように延び、調光レンズ３６の前方１６の挿入部１４の先端（先端近傍）１４ａにプローブ光６１の出射方向を制御する光学素子５０が配置されている。光学素子５０の一例は平面鏡であり、プリズムなどの他の光の出射方向および入射方向を制御できる反射面を有する光学素子であってもよい。本例の検査装置１においては、鏡面（反射面）５１の角度θ、具体的には、反射面５１に直交する法線５５が中心軸１１となす角度（夾角、鋭角側の角度）θを４６度以上に設定可能としている。これにより、中心軸１１に沿って延びた光ファイバー３５から中心軸１１を光軸として出射されるプローブ光６１を、中心軸（光軸）１１に対して前方１６、すなわち、中心軸１１に対して直交する方向よりも大きな角度φで前方１６に向けて出射するようにしている。反射面５１の角度θは固定されていてもよく、マイクロモーター、ピエゾ素子などの小型で角度制御が可能な適当なアクチュエータ５９を用いて４５度あるいは４５度未満から４５度以上まで可変であってもよい。
【００２２】
反射面５１の角度θが４６度以上に傾いた光学素子５０は、前方１６に向けて出射されたプローブ光６１により照射された前方の検査対象面４の反射光６２を中心軸１１の方向に反射し、光ファイバー３５に導く機能を含む。調光レンズ３６は、光ファイバー３５の先端３５ｃから出力されたプローブ光６１を、反射面５１を介して検査対象面４に集光するために適した焦点距離を有する対物レンズである。調光レンズ３６は、反射面５１を介して検査ヘッド１０に導入された反射光６２を光ファイバー３５の先端３５ｃに集光する機能も含む。検査ヘッド１０の中心軸１１に沿ってプローブ光６１を出射し、反射光６２を検出する光学システム３０は、光ファイバー３５を使用したものに限定されず、ダイクロイックプリズムなどを備えた、光ピックアップなどとして公知の他の光学系であってもよい。検査対象の中空部分３の径が数ｃｍ以下あるいは数ｍｍ以下のような場合は、光ファイバー３５を用いた光学システム３０が好適である。
【００２３】
図６に、検査ヘッド１０の前方１６の挿入部１４の先端１４ａに設けられた開口（切り欠き）１３の幾つかの例を示している。図６（ａ）に示す検査ヘッド１０の、挿入部１４の先端（先端近傍）１４ａに設けられた開口１３は、挿入部１４の先端（最先端）のエッジ１４ｅの方向が開いたコ字型である。図６（ｂ）に断面で示すように、開口１３は、反射面５１が中心軸（光軸）１１と交差する点（中央）５１ｃを少なくとも含み、前方１６に向けてエッジ１４ｅに達する開口となっている。このため、反射面５１により前方１６に反射されるプローブ光６１および前方１６からの反射光６２が、挿入部１４の壁面（ハウジング、シース）と干渉せずに検査ヘッド１０の内部に対して入出力される。
【００２４】
図６（ｃ）に示す検査ヘッド１０の、挿入部１４の先端１４ａに設けられた開口１３は、挿入部１４のエッジ１４ｅの方向が開いたＵ字型であり、図６（ｄ）に示すように、反射面５１と中心軸１１との交点５１ｃを含めて挿入部１４のエッジ１４ｅに達する開口となっている。開口１３の形状はこれらに限定されず、挿入部１４の先端から前方１６に突き出るようにミラーなどの光学素子５０が装着された構成であってもよい。検査ヘッド１０においては、プローブ光６１を円周状に、円筒状の検査対象面４に連続して照射するために、光学素子５０を高速で中心軸１１を中心として、中心軸１１の周りに、安定した状態で回転する必要がある。したがって、光学素子５０を円筒状の挿入部１４の先端１４ａに挿入した状態で固定し、先端１４ａの一部を開口（切り欠き）１３としてプローブ光６１および反射光６２をハンドリングする構成は検査ヘッド１０として好適な構成の１つである。
【００２５】
検査装置１に用いられている検査ヘッド１０においては、先端または先端近傍１４ａに光学素子５０を配置してプローブ光６１の出射方向を中心軸１１の方向から半径方向に変換する必要がある。したがって、図５に示すような、底面４ｂを有する中空部分３を検査対象とする場合は、検査ヘッド１０と被検査対象物２との干渉を避けるためのクリアランスに加えて、光学素子５０の設置のために必要なスペースがデッドスペースＤＳとなる。このため、従来の検査ヘッド１０のように、反射面５１を中心軸１１に対して４５度に配置し、プローブ光６１を中心軸１１に対して９０度方向に出射するタイプでは、検査対象の周面４ａのうち、底面４ｂに近いデッドスペースＤＳの部分の面は検査できないという問題がある。
【００２６】
これに対し、検査ヘッド１０においては、図５に拡大して示すように、反射面５１の角度θを４６度以上に設定（配置）し、プローブ光６１の中心軸１１に対する照射角φを９２度以上とし、前方１６に向けて照射することにより、周面４ａのうち、検査ができないデッドスペースＤＳを縮小し、または、なくすようにしている。
【００２７】
本願の発明者は、プローブ光６１を中心軸１１に対して直交する方向ではなく、前方１６に照射しても、中心軸１１に対し平行な検査対象面（被検査面）４ａ、例えば、中心軸１１を中心とする円筒状の内面４ａからの反射光６２が得られることを見出した。さらに、反射光６２の強度が十分であれば、検査対象面４ａの凹凸を含めた状態を検査できることを見出した。さらに、反射光６２の平均濃度値が、最も強度が高いプローブ光６１が中心軸１１に対して直交するように出射されたときの約１／１０未満になると、画像処理のためのデータ量が不足し、表面検査に必要な情報が得られにくいことを見出した。
【００２８】
図７に、反射面５１の角度θを変化させたときの反射光６２の平均濃度値の比（平均濃度比）の変化を示している。この測定においては、検査ヘッド１０に装着されている反射面５１の角度θを直に変える代わりに、検査対象（測定対象）である面４の角度（傾斜角度）βを変えて、取得できる反射光６２の平均濃度値を測定し、傾斜角度βが０の値を１００として％で示している。測定に使用したレーザー出力は３００μＷ、スポット径は約５０μｍである。
【００２９】
反射面５１の角度θ、プローブ光６１の照射角度φおよび傾斜角度βとの関係は以下の式（３）および（４）で表される。
φ＝２×θ        ・・・（３）
β＝２×θ−９０  ・・・（４）
【００３０】
さらに、反射面５１の中心軸１１との交点５１ｃとプローブ光６１により照射可能な点の中心軸方向の距離Ｌｃと、中心軸１１からの半径方向との距離Ｌｒとは以下の式（６）で表される。
Ｌｃ／Ｌｒ＝ｔａｎ（２×θ−９０）・・・（５）
【００３１】
図７の測定結果より、傾斜角βが２０度を超えると平均濃度比は約９％を下回ることが分かる。したがって、反射面５１の角度θは５５度以下（照射角度φは１１０度以下）であることが望ましい。特に、傾斜角βが２０度を超えると平均濃度比の減衰率が大きくなる。さらに、デッドスペースＤＳを削減するという観点から角度θは４６度以上であることが望ましい。したがって、反射面５１の角度θは、式（１）で示したように、４６度以上、５５度以下であることが望ましい。また、プローブ光６１の照射角度φは、式（２）で示したように、９２度以上、１１０度以下であることが望ましい。この条件で、Ｌｃ／Ｌｒは０．３６であり、検査対象の中空部３の内径が３０ｍｍ、検査ヘッド１０の径が１４ｍｍ程度、デッドスペースＤＳが５ｍｍであれば、検査対象の中空部３の周面４ａを底面４ｂの境界４ｃに至るまで検査することができる。
【００３２】
図７の測定結果に示すように、反射面５１の角度θが５３．５度以下であれば、照射角度φは１０７度以下となり、平均濃度比は３３％を超え、反射光６２の強度として最大強度の１／３以上を確保できる。このため、検査範囲が広く、かつ、反射光６２の強度も高い、表面検査にさらに適した検査ヘッド１０および検査ヘッド１０を提供できる。このときのＬｃ／Ｌｒは０．３１であり、上記条件であれば、十分に周面４ａを底面４ｂの境界に至るまで検査できる。
【００３３】
さらに、反射面５１の角度θが５２度以下であれば、照射角度φは１０４度以下となり、平均濃度比は５０％を超え、反射光６２の強度として最大強度の１／２以上を確保できる。このため、検査範囲が広く、反射光６２の強度がさらに高い、表面検査にさらに適した検査ヘッド１０および検査ヘッド１０を提供できる。このときのＬｃ／Ｌｒは０．２５であり、上記条件であれば、十分に周面４ａを底面４ｂの境界４ｃに至るまで検査できる。
【００３４】
さらに、反射面５１の角度θが５０度以下であれば、照射角度φは１００度以下となり、平均濃度比は６５％を超える。このため、強度のさらに高い反射光６２を得ることができ、表面検査にさらに適した検査ヘッド１０および検査ヘッド１０を提供できる。このときのＬｃ／Ｌｒは０．１８であり、上記条件であれば、十分に周面４ａを底面４ｂの境界４ｃに至るまで検査できる。
【００３５】
反射面５１の角度θの下限は、非９０度（非直角）でプローブ光６１を照射できればよく、角度θは４５度を超えていればよく、照射角度φも９０度を超えていればよい。しかしながら、デッドスペースＤＳを削減することを考えると、角度θは４６度（照射角度φは９２度）以上であることが望ましく、角度θは４８度（照射角度φは９６度）以上であることが望ましい。さらに、上記のような中空部３の周面４ａの全域を検査することを考慮すると、角度θは４９度（照射角度φは９８度）以上であることが好ましく、角度θは５０度（照射角度φは１００度）以上であることがさらに好ましい。
【００３６】
また、この検査装置１および検査ヘッド１０、およびそれらを用いた検査方法においては、検査対象の面４に対しプローブ光６１を非直角に照射することにより、検査対象面が中心軸に平行に底面まで続いていても、検査可能な範囲を拡大することができる。検査対象の面４とプローブ光６１との成す角（傾斜角）βは、上述したように、２０度以下であることが好ましく、１７度以下であることがさらに好ましく、１４度以下であることがいっそう好ましい。また、検査範囲を拡張することを考えると、傾斜角βは、２度以上であることが好ましく、６度以上であることがさらに好ましく、１０度以上であることも有効である。
【００３７】
図８に、検査装置１を用いて検査対象物（被検査物）の表面（被検査面）を検査する方法の一例を示している。被検査面（検査対象面）４の一例は、有底で中空の円筒状の面、例えば、シリンダーの内面（側面）である。ステップ１１１において、反射面５１の角度θを４５度にセットし、プローブ光６１の照射角φを９０度に設定する。反射面５１の角度θは４５度でなくてもよいが、通常の検査では平均濃度比の高い角度θを採用することが好ましい。ステップ１１２において、検査ヘッド１０を検査対象の中空部に挿入して、中空部３の側面（内面、被検査面）４ａの検査を開始する。ステップ１１３において、検査ヘッド１０が最深部、すなわち、中空部３の底面４ｂに対して所定のクリアランスが確保できる位置に到達すると、ステップ１１４において、アクチュエータ５９を用いて反射面５１の角度θを４６度以上に、連続的にまたは断続的に変更し、プローブ光６１の照射角φを９２度以上に変更して、中空部３の側面４ａの検査を継続する。ステップ１１５において、側面４ａと底面４ｂとの境界４ｃを検出すると検査を終了する。
【００３８】
検査装置１を用いた検査方法は、反射面５１の角度θを可変にする代わりに、ステップ１１１において、最深部において境界４ｃが検出できる角度に反射面５１の角度θを予め設定し、プローブ光６１の照射角を９２度以上に予めセットしてから、検査ヘッド１０を徐々に中空部３に挿入しながら側面４ａの検査を行い、境界４ｃを検出したら検査を終了するという方法であってもよい。このような方法により、底面４ｂとの境界４ｃまで中心軸１１に平行な側面４ａが続くような中空部３であっても、側面４ａを境界４ｃに至るまでプローブ光６１を照射して、側面４ａの状態を検査することができる。
【００３９】
以上に説明したように、本発明に係る検査装置（検査システム）１は、検査ヘッド（検査プローブ）１０の先端１４ａより、検査用の光（プローブ光）６１を非９０度方向に前方１６へ向けて照射することができる。このため、検査ヘッド１０のデッドスペースをなくす、あるいは小さくすることが可能である。したがって、検査システム１により、底面４ｂを備えた中空の空間３の周面４ａを検査することにより、底面４ｂまで、あるいは底面４ｂにさらに近い部分まで周面４ａを検査し、その表面の状態を評価することができる。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月27日(2019.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、前記中心軸の周りに回転される検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の検査面の状態を検査することを有する方法であって、
前記検査システムは、前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査面からの反射光を受光する光学システムと、前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とをさらに有し、
前記検査することは、
前記光学素子の反射面を、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で前記検査用のレーザー光を前記中心軸に対し平行な前記被検査面に向けて、前記被検査面に対して非直角に出射し、前記被検査面に対して直角に出射したときの第１の反射光に対して平均濃度値が低下した第２の反射光を受光することを含み、前記角度θが以下の条件を満たし、前記第１の反射光の平均濃度値に対する前記第２の反射光の平均濃度値の比が少なくとも１０％である、方法。
４６度≦θ≦５５度
【請求項１２】
請求項１１において、
前記出射することは、前記角度θを変えることを含む、方法。
【請求項１３】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、前記中心軸の周りに回転される検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法であって、
前記検査システムは、前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された前記被検査面からの反射光を受光する光学システムと、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、
前記検査することは、
前記光学素子により、前記中心軸に平行な前記被検査面に対して、前記検査用のレーザー光を、前記被検査面に対する傾斜角度βで前記被検査面に向けて出射し、前記被検査面に対して直角に出射したときの第１の反射光に対して平均濃度値が低下した第２の反射光を受光することを含み、前記傾斜角度βが以下の条件を満たし、前記第１の反射光の平均濃度値に対する前記第２の反射光の平均濃度値の比が少なくとも１０％である、方法。
２度≦β≦２０度
【請求項１４】
請求項１３において、
前記出射することは、前記傾斜角度βを変えることを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれかにおいて、
前記出射することは、前記被検査物の前記中心軸に沿って延びた中空部分または凹みの前記中心軸に平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射することを含む、方法。
【請求項１６】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、前記中心軸の周りに回転される検査ヘッドと、
前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、
前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、
前記光学素子は、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で前記検査用のレーザー光を前記被検査面に向けて出射可能な反射面を含み、
さらに、前記光学素子の反射面を、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で、前記検査用のレーザー光を前記中心軸に対し平行な前記被検査面に向けて、前記角度θが以下の条件を満たし、前記被検査面に対し非直角に出射させ、前記被検査面に対して直角に出射したときの第１の反射光に対して平均濃度値が低下した第２の反射光を受光させ、前記第１の反射光の平均濃度値に対する前記第２の反射光の平均濃度値の比が少なくとも１０％とする制御ユニットを、有する検査システム。
４６度≦θ≦５５度
【請求項１７】
請求項１６において、
前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
４８度≦θ≦５３．５度
【請求項１８】
請求項１７において、
前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
５０度≦θ≦５２度
【請求項１９】
請求項１６ないし１８のいずれかにおいて、
前記角度θを可変するユニットを有する、検査システム。
【請求項２０】
中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドと、
前記検査ヘッドを前記中心軸の周りに回転する回転ユニットと、
前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、
前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記中心軸に対して、前記検査用のレーザー光を、前記被検査面に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子と、
前記光学素子により、前記中心軸に平行な前記被検査面に対して、前記検査用のレーザー光を、前記被検査面に対する傾斜角度βで前記被検査面に向けて出射させ、前記被検査面に対して直角に出射したときの第１の反射光に対して平均濃度値が低下した第２の反射光を受光させ、前記第１の反射光の平均濃度値に対する前記第２の反射光の平均濃度値の比が少なくとも１０％とする制御ユニットとを有し、前記傾斜角度βが以下の条件を満たす、検査システム。
２度≦β≦２０度
【請求項２１】
請求項２０において、
前記傾斜角度βを可変するユニットを有する、検査システム。
【請求項２２】
請求項１６ないし２１のいずれかにおいて、
前記検査ヘッドの先端近傍から先端に達するように設けられた開口を有する、検査システム。
【請求項２３】
請求項１６ないし２２のいずれかにおいて、さらに、
前記検査ヘッドを前記中心軸の周りに回転する回転ユニットを有する検査システム。
【請求項２４】
請求項１６ないし２３のいずれかにおいて、
前記被検査物は、前記検査ヘッドが挿入される中空部分または凹みを含み、
前記検査ヘッドと前記被検査物とを前記中心軸に沿って相対的に移動する移動ユニットをさらに有する、検査システム。
【国際調査報告】
2019083009.tif 000011
2019083009.tif 000012
2019083009.tif 000013
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