(57)【要約】【課題】湾曲した表面も測定できる、光学的表面特性の検査装置を提供する。【解決手段】光学的表面特性の検査装置であって、ビームを検査対象表面（５）に発射する第１照射装置（２）を備え、表面（５）から反射したビームを検出して少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの第１検出装置（６）を備え、この信号は、検出されたビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づけ、該検出装置（６）は多数の画像センサエレメント（１１）を備え、これらは所与の検出範囲（７）に配置されており、また、制御装置が備わっており、これらは反射したビームが検出範囲に当たる位置の変化により生じた信号の変化を少なくとも部分ごとに補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的表面特性の検査装置であって、ビームを検査対象表面（５）に発射する第１照射装置（２）を備え、表面（５）から反射したビームを検出して少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの第１検出装置（６，１６）を備え、この信号は、検出されたビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づけるものであり、該検出装置（６，１６）は、所与の検出範囲（７）に配置されている多数の画像センサエレメント（１１）を備え、また、制御装置が備わっており、これは反射したビームが検出範囲に当たった位置の変化により生じた信号の変化を少なくとも部分ごとに補正する、光学的表面特性の検査装置。
【請求項２】
検出範囲（７）が多数のサブ範囲（１３）に分かれており、これらが少なくとも部分ごとに信号の所定の信号部分を出力すること、また、
該制御装置により、信号出力のために検出範囲（７）の少なくとも所与のサブ範囲（１３）が一時的に異なる方法で考慮されること
を特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
所与のサブ範囲（１３）から出力された信号部分が少なくとも一時的にもう一つの所定のサブ範囲（１３ａ）に割り当てられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
検出範囲（７）の選択されたサブ範囲（１３）が、信号出力の際により強くウェイトづけされるよう制御手段がはたらくことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
ビームが最高強度で当たる検出範囲（７）のサブ範囲（１３）が、信号出力の際により強くウェイトづけされるよう制御手段がはたらくことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
照射装置（２）がサンプルおよび検出装置（６）に対してほぼ反射角度で配置されていること、および、反射したビームが検出範囲（７）に当たった位置の変化を補正する際に、基本的にこの照射装置（２）から発せられたビームが考慮されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
反射したビームが検出範囲に当たった位置の変化が、少なくとも一つの長さ測定装置により確定され、該長さ測定装置は少なくとも一つの選択された装置のエレメントと表面との距離を測定することを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
多数のその他の検出装置が備わっており、該装置が、表面から反射したビームを検出し、このビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づける信号を出力することを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一つのその他の検出装置が、所与の検出範囲（７）に配置された多数の画像センサエレメントを備えていることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
ビームが検出範囲（７）に当たる位置を変更できる調整手段（２１）が備わっていることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
調整手段（２１）により、検出範囲（７）を装置（１）に対して移動させられることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
調整手段により、装置を検査対象表面（５）に対して移動させられることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
画像として捉えられたビームの検出装置（７）上の位置に応じて、装置の位置を検査対象表面（５）に対して所与の方法で確定できるように、調整装置（２１）がプロセッサユニットにより制御されることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
反射したビームが検出範囲（７）の所定のサブ範囲（１３）に当たるように、調整手段（２１）により、検出範囲（７）が反射されたビームに対して移動させられることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
照射装置（２）と検出装置（６）との間を通るビーム経路内に一つの画像エレメントが備わっており、これが検出範囲（７）で画像として捉えられることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
該画像エレメント本体が点状であることを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
該画像エレメントが絞りであることを特徴とする、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
制御装置が備わっており、該装置は、ビームが検出範囲（７）に当たる位置を、画像エレメントが画像として捉えられた検出範囲（７）上の位置を考慮して変更するようにはたらくことを特徴とする、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
多数の照射装置（２，２２）が備わっていることを特徴とする、請求項１から請求項１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
各照射装置（２，２２）が表面に対して所与の角度で配置されており、その角度はそれぞれ異なることを特徴とする、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
該画像エレメントが、照射装置（２）と検査対象表面（５）との間を通るビーム経路内に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
該画像エレメントが、選ばれた照射装置に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
該画像エレメントが、光を所与の角度で照射し、光がほぼ反射角度で検出装置（６）により検出されるように照射装置（２，１６）に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
該画像エレメントが画像として捉えられた検出装置（６）の位置から、検査対象表面（５）に対する装置（１）のポジションを求めるためのプロセッサユニットが備わっていることを特徴とする、請求項１から請求項２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
記憶装置が備わっており、この中には、該画像エレメントが画像として捉えられた検出装置（６）の位置から、出力信号の修正を行うための関数関係が記憶されていることを特徴とする、請求項１から請求項２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
調整装置が少なくとも一つの角度で検査対象表面に対して調整を行うことを特徴とする、請求項１から請求項２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
光学的表面特性の検査方法であって、
ビームを第１照射装置（２）により所与の角度で検査対象表面に発射するステップと、
表面（５）から反射したビームを第１検出装置（６）により検出し、該検出装置（６）は多数の画像センサエレメント（１１）を備え、これらは所与の検出範囲（７）内に配置されているステップと、
ビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づける信号が出力され、反射したビームが検出範囲に当たる位置の変化により生じる信号の変化が少なくとも部分ごとに補正されるステップと、
を備える検査方法。
【請求項２８】
ビームの選択された部分が当たった検出範囲（７）のサブ範囲（１３）が求められ、この求められたサブ範囲（１３）が所与の方法で考慮されることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
所与のサブ範囲（１３）から出力された信号部分が少なくとも一時的に別の所定のサブ範囲（１３ａ）に場所ごとに割り当てられていることを特徴とする、請求項２７または請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
ビームの選択された部分が、最高のビーム強度を持つ部分であることを特徴とする、請求項２７から請求項２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
反射したビームが検出範囲に当たった位置の変化を補正する際に、求められたサブ範囲（１３ａ）がより強くウェイトづけされることを特徴とする、請求項２７から請求項３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一つの照射装置（２）と検出装置（６）との間を通るビーム経路内に配置された画像エレメントが、検出範囲（７）に画像として捉えられることを特徴とする、請求項２７から請求項３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
画像エレメントが検出範囲（７）に画像として捉えられた位置から、検出範囲（７）のサブ範囲（１３）が求められることを特徴とする、請求項２７から請求項３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
反射したビームに対する検出範囲（７）のポジションが変化することを特徴とする、請求項２７から請求項３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
検出装置（６）に画像として捉えられたビームの位置に応じて該ポジションが変化することを特徴とする、請求項２７から請求項３４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学的表面特性の検査装置及び検査方法に関するものである。該装置については以下に自動車のボディの検査に関連して説明する。しかし、本発明の装置を使ってたとえば家具などその他の表面も検査できることを指摘しておく。
【背景技術】
【０００２】
このような光学的表面特性検査装置は従来の技術より既知である。このような装置では原則的に、検査対象表面に光を照射する光源および表面から反射したまたは散乱した光を検出・評価するための検出装置を使用する。この評価によりたとえば色、光沢、オレンジピールといった表面の光学的特性が決定される。このような決定または特徴づけが必要なのは、自動車ボディまたはその塗装は、入射する光によって人間の目に与える印象が異なるため、さまざまな表面を比較するために客観的な特徴づけが必要であるためである。
【０００３】
従来の技術から既知の装置は、検査対象表面上にセットされる。従来の技術では、たとえば表面が湾曲している場合、同じ測定位置であっても測定結果は検査対象表面に入射する光の角度により異なるという問題が生じる。また、この湾曲により誤った結果が生じる可能性もある。
【０００４】
この効果は、ピグメントまたはいわゆるフレークを含む塗装を検査する際にも生じる。このようなピグメントまたはフレークは、金属小片であり、塗料層またはその表面内に統計的に分散している。このピグメントは光の入射方向によりそれぞれ異なる特性を示し、また、たとえば視角度がわずかに異なっても異なる色または明るさを示す。そのため、反射した光が存在する場合には反射角度からのずれに特に強く依存する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題はしたがって、湾曲した表面も測定できる、光学的表面特性の検査装置を提供することである。本発明のすべての実施形態に共通するコンセプトは、湾曲した表面を考慮する際に、反射したビームが検出表面に当たった位置を考慮することである。
【０００６】
上述の課題は、独立した特許請求項１と２７の内容により解決される。望ましい実施形態と発展形は下位請求項に記述されている。
【０００７】
光学的表面特性の検査を行う本発明の装置には、一つのビームを検査対象表面に照射する少なくとも第１の照射装置が備わっている。
【０００８】
さらに表面から反射したビームを検出し、少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの第１検出装置が備わっており、該信号は検出されたビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づけている。
【０００９】
該検出装置には多数の画像センサエレメントが備わっており、これらが所与の検出範囲に配置されている。さらに複数の制御装置が備わっており、これにより、反射したビームが検出範囲に当たった位置の変化により生じる信号の変化が、少なくとも部分ごとに補正される。
【００１０】
表面の湾曲により検出表面に当たる位置が変化することの確定または決定は、必ずしも第１検出装置で行われる必要はなく、その他の手段で行うこともできる。
【００１１】
このようなその他の手段は、たとえば、第１検出装置と同様に、多数の画像センサエレメントを備えた検出装置であり、この方法を使ってビームがこのもう一つの検出装置に当たったことを確認できる装置である。
【００１２】
さらにこのその他の手段は、選択した装置の複数ポイントと検査対象表面との距離を決定する距離測定装置でもよい。
【００１３】
照射装置とは、ビームを発射する装置である。望ましくはこのビームは光、特に望ましくは可視範囲の光である。しかし本発明の範囲においては、赤外線または紫外線も使用できる。
【００１４】
出力する信号とは、望ましくは、検出されたビームの強度など、ある一つのパラメータを特徴づける電気信号である。
【００１５】
画像センサエレメントとは、その上に入射したビームを検出し、所与の基準にしたがって評価するエレメントである。望ましくはフォトセル、発光ダイオードなどである。
【００１６】
所与の検出範囲とは、望ましくは個々の画像センサエレメントがたとえばアレーの形で配置された画像センサ面である。
【００１７】
検出範囲全体は特にCCDチップとして実施することができるが、これに限定されることはない。これにより、検出範囲に当たったビーム、または画像として捉えられたビームについて、その全体強度を捕捉するだけでなく、位置分解した表現が可能となる。
【００１８】
制御装置とは、一般的に、あるプロセスを制御する手段を指す。そのような制御装置は、特にあるプロシージャではたらくプロセッサであるが、これに限定されることはなく、また、ステッピングモーターなどの機械的な制御装置でもよい。
【００１９】
ビームが検出範囲上に当たる位置が変化するとは、ビームの特定の部分、たとえばビームのうち強度最大値を含む部分の位置が、検出範囲において変化すること、つまり、検出範囲においてたとえば横方向や縦方向にずれて当たることを指す。
【００２０】
この位置の変化、正確に言うと、この位置の変化により生じた出力信号の変化は、信号の評価または出力の際に少なくとも部分ごとに補正されるため、つまり、制御装置の機能のおかげで、ビームが検出範囲に当たる位置の変化により出力された信号は望ましくはほとんど変化しない。
【００２１】
しかしながら、本発明の解決法からはずれることなく、出力信号が、ビームが当たった検出範囲の位置に応じて変化するものの、同時に修正値を出力して位置の変化を補正することが可能である。同時に、このような修正値から湾曲そのものの性質を推測することができる。
【００２２】
望ましい実施形態においては、検出範囲には、少なくとも部分ごとに信号の所定の信号部分を出力する多数のサブ範囲が含まれており、制御装置は、信号出力のために、検出範囲の所与のサブ範囲を少なくとも一時的に異なる方法で考慮する。
【００２３】
検出範囲のサブ範囲とは、たとえば検出範囲の部分平面など、検出範囲の中の一部分を指し、該部分平面には画像センサエレメント総数のうちの所与の部分が備わっている。しかし個々の画像センサエレメントをサブ範囲として捉えることもできる。
【００２４】
この場合、検出範囲もサブ範囲も、たとえば正方形、長方形、円形、楕円形など任意の幾何学形態をとることができる。
【００２５】
異なる方法で考慮するとは、望ましくは、当たったビームを評価する際に、検出範囲全体のうちの特定のサブ範囲を、特別にまたは特にウェイトづけして評価することを指す。
【００２６】
検査対象表面がほぼ平坦である場合、当たって戻った光、特に反射したまたは散乱した光は検出装置または検出範囲のある所与の範囲で捕捉される。これはたとえば検出範囲の中央のサブ範囲である。しかし検査対象表面が湾曲しており、そのために状況によっては測定装置が表面に対して傾いている場合、当たって戻った光、特に反射したまたは散乱した光は検出装置または検出範囲の別のサブ範囲、たとえば中央の範囲からずれた範囲で捕捉される。この場合、本発明の装置は、通常用いられる検出範囲の中央のサブ範囲を評価するのではなく、この中央サブ範囲に対してずれたサブ範囲を評価する。
【００２７】
もう一つの望ましい実施形態においては、第１の所与のサブ範囲から出力された信号部分が、少なくとも一時的に異なるもう一つの所定のサブ範囲に割り当てられている。このとき、所与のサブ範囲から出力された信号部分が、このサブ範囲で捕捉されたビームの部分と相関関係にあることを考慮する必要がある。検査対象表面の湾曲によりビーム部分が照射面の別のサブ範囲で捕捉された場合、この別のサブ範囲から出力されたこの信号部分は、第１の所与のサブ範囲に割り当てられる。このとき、個々の画像センサエレメントから出力された信号部分を他の画像センサエレメントに割り当てることも可能である。このようにして、検出範囲全体で捕捉されたビームが評価されるが、検出範囲にビームが当たった位置が検査対象表面の湾曲により変化していることが考慮される。
【００２８】
もう一つの望ましい実施形態においては、制御装置は、信号出力の際、または位置の変化を考慮する際に、最高の強度を持つビームが当たった検出範囲のサブ範囲を特にウェイトづけして評価するかまたはこのサブ範囲のみを評価するように機能する。つまり、最高の強度のビームが当たった検出装置の画像センサエレメントが選ばれ、また、信号出力の際に特にウェイトづけして評価されるサブ範囲としては、この画像センサエレメントが含まれているサブ範囲が選ばれる。このようにして、湾曲により偏向されたビームまたはビームの部分のうち最高の強度をもつ部分が当たったサブ範囲を選ぶことができる。
【００２９】
もう一つの望ましい実施形態においては、複数の照射装置が、サンプルおよび検出装置に対して、ほぼ反射角度で配置されており、反射ビームが検出範囲に当たる位置の変化を補正する際に、基本的にこの照射装置から発射されたビームが考慮される。ここで反射角度とは、照射装置から発射され、サンプルにより反射した光が検出装置表面に到達するように、照射装置、表面、検出装置が配置されている角度を指す。さらに、該検出装置は望ましくは光沢値または画像捕捉の鮮明さを決定するために使われる。
【００３０】
この実施形態により、表面から検出装置の方向にもっとも高い強度で送られた光、つまり反射された光が、変化の補正のために検査されることになるが、これは、この光が他の方向に散乱した光より強度の点においてよりよく評価できるからである。正確に言うとこの実施形態は、そのように選択された照射装置から発射された光は検出装置により反射角度で検出されることを意味している。
【００３１】
もう一つの望ましい実施形態においては、反射したビームが検出範囲に当たる位置の変化により生じる信号の変化は、少なくとも一つの長さ測定装置により確定され、該長さ測定装置は、装置の少なくとも一つの選ばれたエレメントから表面までの距離を測定する。望ましくは装置の所定の位置において、特に望ましくは位置的に表面近くに配置された位置において、複数の長さセンサまたは距離センサが配置されており、該センサは、検査対象表面に対する装置の正確な位置を決定し、このようにして出力された信号の補正を行う。
【００３２】
望ましくは出力された信号の変化の補正は、表面に入射したビームと表面から反射したビームとにはさまれた角度の変化の測定により行われる。このときこの角度または角度変化は補正のために測定され、その上望ましくは検査対象表面に関するさらなる情報も提供する。さらにこの角度は干渉効果の補正にも利用できる。
【００３３】
もう一つの実施形態においては、もう一つの照射装置を、この装置から発射され、表面から散乱した光が検出装置により捕捉されるように配置する。
【００３４】
もう一つの望ましい実施形態においては、その他の多数の検出装置が備わっており、これらの装置は表面から反射したビームを検出し、このビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づける信号を出力する。特に望ましくはこれらその他の検出装置の少なくとも一つが多数の画像センサエレメントを備えており、これらが所与の検出範囲に配置されている。この実施形態においてはその他の検出装置のうちの一つが、ビームが当たる位置の変化を確定する。この位置の変化、または、この位置の変化により生じる信号の変化は、少なくとも第１検出装置、望ましくはその他の検出装置において考慮および／あるいは補正される。
【００３５】
望ましい実施形態においては、入射したビームについてもう一つの検出装置が反射角度で配置されており、ビームが当たる位置の変化を決定するため、ひいては、表面の湾曲により生じる変化を決定するために使われる。このように決定された変化は、第１検出装置から出力された信号の補正の際に考慮される。
【００３６】
望ましくはこの変化はその他の検出装置の信号を出力するときにも使用できる。望ましくは多数の画像センサエレメントを備える検出装置を、入射した光について反射角度の近くに配置するために、この角度の周囲の９０°、望ましくは４５°特に望ましくは２５°の範囲に配置する。この角度範囲の外側に配置されたその他の検出装置は、望ましくは画像センサエレメントを備えておらず、そこに当たったビームの全体強度のみを測定する。
【００３７】
もう一つの望ましい実施形態においては、ビームが検出範囲に当たる位置を変更できる調整手段が備わっている。
【００３８】
調整手段とは、ある対象物の位置をもう一つの対象物に対して変更する手段である。これはたとえば、モーター駆動の調整ネジなどである。
【００３９】
望ましくは該調整手段は、装置に対して検出範囲を動かすことができる。
【００４０】
その他の望ましい実施形態においては、該調整手段は、検査対象表面に対して装置全体を動かすことができる。
【００４１】
本発明のこの実施形態により、上述の実施形態と同様に、表面の湾曲により生じるビームのずれを補正するという本発明の課題が解決される。
【００４２】
しかし上記実施形態においては検出装置の評価範囲を電子的またはソフトウェア的に適応させるのに対し、この場合は、当たるビームに対して検出範囲の位置を変化させることにより検出装置を調整して、ビームが再び元のサブ範囲、たとえば中央のサブ範囲に当たるようにする。
【００４３】
上述のバリエーションとここで記述するバリエーションを組み合わせることも可能であるため、サブ範囲を電子的に適応させて電子的な修正を行い、また、当たるビームに対して検出範囲を動かして修正することも可能である。これは特に、表面の湾曲により反射したビームが強く偏向されて、検出範囲に完全には当たらない場合に有利であるが、これに限定されるわけではない。
【００４４】
もう一つの実施形態においては、あまりに強く湾曲した表面から得られた測定結果は認識されて破棄される。これが起こるのは、たとえば、装置を表面に対して動かして測定している間に強度最大ビームが検出範囲からはずれた場合である。
【００４５】
望ましい実施形態においては、調整装置がプロセッサユニットにより制御され、検出装置上で画像として捉えられたビームの位置に応じて、装置を検査対象表面に対して所与の方法で固定される。つまり、検出範囲に画像として捉えられたビームが所与の長さ範囲で偏向された場合、検出範囲はビームに対してこの長さ範囲または距離だけずらされる。
【００４６】
望ましくは調整手段により、反射したビームが所定の検出範囲のサブ範囲に当たるように検出範囲がビームに対して動かされる。このときのサブ範囲は、検出範囲のうち、表面が湾曲していなければビームが当たるはずであったサブ範囲であることが特に望ましい。
【００４７】
もう一つの望ましい実施形態においては、照射装置と検出装置との間を通るビーム経路内に画像エレメントが備わっており、これが検出範囲で画像として捉えられる。この画像エレメントを画像として捉えるためにレンズなどの光学的装置を用いることができる。
【００４８】
望ましくは画像エレメントは点状の形状である。もう一つの望ましい実施形態においては画像エレメントは絞りである。
【００４９】
画像エレメントが検出装置上で画像として捉えられるため、これが画像として捉えられた位置では、検出範囲上に影が生じて強度は最小値となる。多くの利用分野において強度最小値を使って調整を行う方が簡単である。そのため、必要な調整または再調整は、検出範囲に画像として捉えられた画像エレメントを用いて行うことができる。同様に画像エレメントが画像として捉えられた位置を用いて、強く湾曲した表面の部分から得られた測定結果を適切に考慮し、必要であれば破棄する。
【００５０】
その他の実施形態においては、制御装置が備わっており、これが、画像エレメントが画像として捉えられた検出範囲が変化した位置を考慮して、ビームが検出範囲に当たる位置を変更するようにはたらく。
【００５１】
画像エレメントが検出範囲で画像として捉えられた位置は、検出範囲で画像として捉えられたビーム全体に対して定義された、ほぼ一定のポジションをとる。このようにして、上述のとおり、画像エレメントが画像として捉えられた位置を基にした調整を行うことができる。このとき、画像エレメントを使ってサブ範囲の選択が電子的に行われ、また、当たったビームに対して検出範囲の再調整も行われる。
【００５２】
もう一つの望ましい実施形態においては、多数の照射装置が備わっている。この照射装置はそれぞれ所与の角度で表面に対して配置されており、特に望ましくはそれぞれの角度が互いに異なる。異なる照射装置があることにより、光がそれぞれ異なる角度で表面に入射し、次にこの表面から反射した光が検出装置により検出される。
【００５３】
また、光をさまざまな角度で検出する多数の検出装置を備えることもできる。このとき、照射装置は任意の光源であり、たとえば特にハロゲンランプ、波長範囲が異なる発光ダイオードなどであるがこれに限定されるわけではない。ビームの位置分解検出を行わないその他の検出装置が備わっていることもある。
【００５４】
もう一つの望ましい実施形態においては、画像エレメントが照射装置と検査対象表面との間を通るビーム経路に配置されている。こうすることにより、表面の湾曲により起こるビーム方向の変化により、画像エレメントが画像として捉えられた位置の変化およびビームが検出装置に当たった位置の変化にほぼ同じような影響を与えることができる。
【００５５】
もう一つの望ましい実施形態においては、画像エレメントが選択された照射装置に配置されており、特に望ましくは、この照射装置から発射した光が検出装置によりほぼ反射角度で検出されるような所与の角度で入射した光を照射する照射装置に配置されている。
【００５６】
上述のとおり、反射角度で入射して検出された光は、特にそれぞれのサブ範囲を調整または電子的に変更するために適しているが、それはそれぞれもっとも強い光をこの変化の決定のために利用できるからである。
【００５７】
もう一つの望ましい実施形態においては、プロセスユニットが備わっており、このユニットにより、画像エレメントが画像として捉えられた検出装置の位置から、検査対象表面に対する装置のポジションが求められる。正確に言うと、画像エレメントが画像として捉えられた位置により、表面のそれぞれの局所的湾曲または表面に対する装置の傾きが決定される。このようにして、装置が検査対象表面に対して動かされると、検査対象表面の表面輪郭または湾曲の流れを決定することができる。
【００５８】
もう一つの望ましい実施形態においては、プロセッサユニットが備わっており、このユニットが、画像エレメントが画像として捉えられた検出装置上の位置を考慮して、出力信号の補正を行う。つまり、検出装置のどの位置または検出範囲のどの位置において画像エレメントが画像として捉えられたのかが決定される。この位置は、開始位置（平坦な表面での測定の場合）と比較され、そこからのずれを考慮して検出装置の出力信号を調整または補正し、望ましくは、湾曲により生じたビームのずれが決定される。
【００５９】
望ましくはこの他に記憶装置も備わっており、ここには関数関係が記憶されているため、画像エレメントが画像として捉えられた検出装置上の位置からの出力信号の修正が行える。
【００６０】
上述の方法は画像エレメントを導入せずに行うこともでき、その場合はたとえば強度最大値が生じた位置において調整が行われる。
【００６１】
もう一つの望ましい実施形態においては、調整を行うもう一つの照射装置を導入することができ、この装置は、たとえばレーザーなど、基本的に収束ビームを発射し、その光は検出範囲の方向に反射する。表面が湾曲していると、検出範囲で画像として捉えられたレーザーのポイントが同様にずれ、このずれを基にして出力された信号について上述の修正を行うことができる。
【００６２】
もう一つの望ましい実施形態においては、調整装置により検査対象表面に対する角度を変化させる。つまり装置全体を検査対象表面に対して動かすことができ、このようにして光が検査対象表面に入射してそこから反射した角度を修正できる。
【００６３】
本発明はさらに光学的表面特性を検査する方法に関するものであり、第１方法ステップでは第１照射装置によるビームが所与の角度で検査対象表面に送られる。もう一つの方法ステップでは、表面から反射したビームが第１検出装置により検出され、該検出装置は、所与の検出範囲内に配置された多数の画像センサエレメントを備えている。
【００６４】
もう一つの方法ステップでは信号が出力され、この信号はビームの少なくとも一つのパラメータを特徴づけるものであり、反射したビームが検出範囲に当たる位置の変化が補正される。
【００６５】
望ましくはもう一つの方法ステップにおいて、ビームの選択された部分が当たる検出範囲のサブ範囲が求められ、求められたこのサブ範囲が所与の方法で考慮される。
【００６６】
望ましくは所与のサブ範囲から出力された信号部分が少なくとも一時的にもう一つの所定のサブ範囲に割り当てられる。
【００６７】
望ましくはビームの選択部分は、最高のビーム強度を持つ部分である。求められたサブ範囲は、望ましくは、反射したビームが検出範囲に当たる位置の変化を補正する際に、より大きなウェイトで考慮される。
【００６８】
本発明の方法により、検査対象表面が不均一であることから生じるずれを修正するという本発明の課題も解決される。
【００６９】
このずれのために、表面から反射したビームが、検出範囲上で、表面が平坦な場合とは異なる位置に当たる。このずれをもとに適切な検出範囲のサブ範囲が求められるが、望ましくは最高強度を持つビーム部分が当たる位置が選ばれる。
【００７０】
もう一つの本発明の方法では、少なくとも一つの照射装置と検出装置との間を通るビーム経路内に配置された画像エレメントが検出範囲に画像として捉えられる。この場合、望ましくはサブ範囲は、画像捕捉により得られた強度最小値に基づいて求められる。
【００７１】
望ましくは表面の湾曲により生じる、ビームが当たる検出範囲の位置の変化の補正は、画像エレメントが画像として捉えられた位置の決定により行われる。
【００７２】
望ましくは、反射したビームに対する検出範囲のポジションが変更される。
【００７３】
この本発明の方法も、湾曲した表面により生じるずれの修正を行うものである。このとき電子的修正ではなく、検出装置またはそれぞれの検出範囲の再調整により修正が行われる。
【００７４】
上述の本発明の方法は、互いに組み合わせることができるため、サブ範囲の決定による電子的修正および検出範囲の再調整による機械的な修正が行われる。
【００７５】
望ましくは検出範囲のポジション変更は、検出範囲に画像として捉えられたビームの位置に応じて行われる。本発明のその他の長所と実施形態は、付属の図から見て取れる。
【００７６】
図１は本発明の課題を示す図である。
図２は本発明による表面特性の検査装置である。
図３ａは、本発明の方法を図式化したものである。
図３ｂは、本発明の方法を図式化したものである。
図３ｃは、本発明の方法を図式化したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
図１は本発明の課題を示す図である。照射装置２からビームが検査対象表面５に照射される。この表面から戻ったビーム、図１の場合は反射したビーム（図示されず）は検出装置の検出範囲７に当たり、そこで範囲Aに入る。検査対象表面５に湾曲がない場合、つまり平坦な場合、角度αが中央垂直線Mに関して同じ角度α’であるように光が反射する。しかし、図１の第２部分図に示すように表面が湾曲している場合、表面から光が反射する角度は、表面５の湾曲に応じて、中央垂直線Mに関してαからずれた値βを示す。それにより、反射したビームが検出範囲７に当たる位置（ポイントＡ’）も、表面が平坦な場合に当たる位置（ポイントA）とは異なる。このずれを考慮または補正しないと、誤った測定結果が得られることになる。つまり、ここには図示されていない反射角度で配置された他の検出装置から得られた測定結果も誤ったものとなる。
【００７８】
符号２aは、光を表面５に発射するもう一つの照射装置を示す。このとき表面５から散乱した光は検出範囲７に入る。この場合、表面が不均一であるために、状況によっては検査対象表面の色の印象が変化し、検出範囲７のさまざまな場所において、つまり、さまざまな画像センサエレメントまたはサブ範囲において、表面が平坦な場合とは異なる色の印象を与える。そのため本発明では、評価する範囲をずらすか、または、所与のサブ範囲から得られた情報または出力された情報を、ビームのずれを考慮したうえで別のサブ範囲に割り当てることを提案している。
【００７９】
このようにして得られる色の印象は、検査した表面の場所が平坦であった場合、または装置が傾いていなかった場合に得られる色の印象である。この説明があてはまるのは、複数の照射装置が使用される場合である。しかし、後述のように一つの照射装置と複数の検出装置を備える実施形態でも同様のことが言える。
【００８０】
図２は、本発明の表面特性検査装置を示している。ここには照射装置２があり、ビームを矢印Pにそって、中央垂直線１１に関して角度αで検査対象表面５に照射する。該照射装置には照射源４があり、これは特に、ハロゲンランプ、水銀蒸気ランプ、電球、発光ダイオードなどを含む照射源のグループから選ばれた照射源であるが、これに限定されることはない。照射源としては特に、異なる発光範囲を持つ多数の発光ダイオードも挙げられるが、これに限定されることはない。
【００８１】
符号６は、もう一つの、この図では反射角度で配置された検出装置を指し、符号７は検出範囲を指す。この検出範囲には多数の画像センサエレメントが配置されている（図２には図示されず）。
【００８２】
検出装置６の他に第１検出装置１６も備わっている。この検出装置に当たる光も評価される。このときもう一つの検出装置１６も検出装置６（図示されず）と同様に画像センサエレメントを備え、これらは検出範囲７に配置されて、ここに当たったビームの位置分解表現を行う。先に述べたように、この光またはこのビームの特性は、光が表面５に当たる角度に敏感に影響される。
【００８３】
図２に示された実施形態においては、検出装置６を使って、ビームが当たる位置の変化を確定する。この変化は、検出装置のサブ範囲を適応させることにより、検出装置１６の信号出力の際に考慮されるが、これについては先述されており、また、この後にもさらに説明する。この場合、望ましくは少なくとも照射装置２２からもビームが照射される。
【００８４】
符号３４はもう一つの検出装置を示す。この検出装置は反射角度β２から大きく離れた角度で配置されているため、多数の画像センサエレメントは備えておらず、そのため、そこに入射したビーム強度を位置分解を行わずに測定する。符号βは照射装置２２から表面５に入射した光の入射角を示し、符号β１は照射装置２２から照射された光が反射される反射角度を示す。
【００８５】
ここで注意すべきは、出力された信号の図示された補正は特に反射角度の付近において重要であることであるが、それは、表面の湾曲により生じる変化が必然的にそこで特に強く影響するからである。そのため、たとえばいわゆるフレークに光を照射した場合、この角度範囲において、状況によっては色の印象の変化が特に強く現れる。そのため、検出装置としては色分解が行える装置を用いることが望ましい。
【００８６】
符号１７は、個々の照射装置と検出装置が配置された光学ブロックを指す。ある実施形態においては調整装置２１を使って、矢印Pで示される、当たったビームに対する検出範囲のポジション７を変更することができる。
【００８７】
この装置はさらにプロセッサユニット（図示されず）を備えており、これは、検出範囲７の制御を行うが、特にサブ範囲を選択したり、または入射ビームに対して検出範囲をずらしたりする。
【００８８】
もう一つの実施形態においては複数の調整装置（図示されず）が備わっており、これらは、表面５に対する装置１全体の位置を変更し、それにより表面の湾曲により生じたずれを修正する。この場合、装置は、装置の中央垂直線Mが、表面５の検査部分にほぼ垂直になるように装置が個別に調整される。
【００８９】
図３ａは、ずれを修正するための本発明による第１の方法である。図３ａの左の部分図は検出範囲７であり、正方形のアレー内に配置された多数の画素１１を備えている。しかし検出範囲７の形状としては、長方形の範囲、円形の範囲など一般的な形を選択することも可能である。表面が平坦な場合、表面から戻ったビームまたは反射したビームは、黒い正方形で示されたサブ範囲１３に当たる。望ましい実施形態においては、この範囲は検出範囲７の中心範囲である。
【００９０】
ビームポイント１８は理想的な円で表現されている。望ましくはこのビームポイント１８は検出装置または検出範囲に関して反射角度で配置された照射装置から発射されたものである。図３ａではビームが当たっているビームポイントの中心において強度が最大である。図３ａの中央の部分図は、表面の湾曲のためにビーム１８がサブ範囲１３ではなく、そこから斜め上にずれて当たった状態を示している。実際にはビームポイントは均一ではなく、図のような円形は呈していない。このポイントは、適切な絞り装置を使ってほぼ長方形または規定の形状にするのが望ましい。
【００９１】
もう一つの照射装置または検出装置に関しては、この照射装置から発射された光がさまざまな色部分に散乱するか、またはもう一つの検出装置で捕捉された光が異なる色部分で捕捉されるという状態になる。図３ａの右の図では、ビームポイント１８が再びほぼこのサブ範囲内に入るように範囲１３がずらされている。ビームポイント１８に関係する画像センサエレメントは、ずらされたサブ範囲１３ａ内にある画像センサエレメントのみとなる。このようにずらすことにより、表面の湾曲により生じた、検出範囲に当たるビームの位置のずれを捉えることができる。
【００９２】
ビームポイントをずらすことにより、たとえば中央の部分図で示された画像センサエレメント１１aは、右の部分図で示された画像センサエレメント１１ａ’の場合と同じ情報を捉えることになる。異なるサブ範囲１３ａと１３ａ’を選ぶことにより、湾曲によりビームポイント１３がずれていても、図３ａの右の部分図の場合と同じ情報を得ることができ、それにより、湾曲により生じた変化を補正することができる。
【００９３】
検出範囲上で確定されたビーム位置のずれは、他の検出装置の検出範囲にも伝達できるため、つまり、他の検出装置においても適切なサブ範囲を適応させることができる。このようにして他の検出装置の信号の変化も補正することができる。このことは、検出装置、望ましくは反射角度で配置された検出装置が、ビームの当たるポイントの幾何学的変化を確定し、この変化が少なくともいくつかのその他の検出装置において適用されることを意味している。その理由は、上述のとおり、この位置の変化が特に他の検出装置においても、たとえば色の変化として現れるからであり、したがって、特に他の検出装置においても修正するのが望ましいからである。
【００９４】
図３ｂには本発明のもう一つの方法が示されており、これにより、湾曲した表面で生じるビームポイント１８のずれを補正できる。左の部分図はほぼ平坦な表面を測定する通常の場合を示している。中央の部分図では、３ａの中央部分図の場合と同様、元のポジションからずれたポジションにビームポイント１８が移動している。右の部分図では検出範囲７全体が矢印Ｐ１とＰ２の方向にずらされているため、ビームポイント１８が再びサブ範囲１３内におさまる。この場合、検出範囲全体が移動するため、画像センサエレメント１１全体および中央と右の部分図について同じ情報が得られる。
【００９５】
図３ｃは本発明の方法のもう一つの実施形態を示している。ここでは、符号１５は検出範囲７に画像として捉えられた画像エレメントを示している。先に述べたように、多くの実施形態において、較正または調整は、最大強度を使って行うより、強度最小値を使って行うほうが簡単である。同様に、画像エレメントが、図２に示した照射装置２と検出装置５との間を通るビーム経路内に配置された場合、画像ポイント１５とビームポイント１８との間には正確に決められた関係があるため、この最小値に基づいて調整または補正を行うことができる。また、画像ポイント１５と、サンプルにより散乱した、通常の照射装置１６（図２）のビーム部分との間の空間関係も確定しており、ほとんど変化しない。図３ｃに示された方法では、原則的に図３ａで示された方法を用いている。しかしながら、図３ｂに示された方法を、画像エレメントまたは画像ポイント１５を使って実施することも可能である。
【００９６】
図３ｂに示した検出範囲のずらしは、検出範囲自体を移動させることで行えるが、しかし検出装置全体をずらすこと、または図２に示された装置全体のポジションを表面５に対して変更することも可能である。
【００９７】
図３ｂと３ｃに示された実施形態において、上記のとおり、検出装置で確定された位置の変化は、他の検出装置に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の課題を示す図である。
【図２】本発明による表面特性の検査装置である。
【図３ａ】本発明の方法を図式化したものである。
【図３ｂ】本発明の方法を図式化したものである。
【図３ｃ】本発明の方法を図式化したものである。
【符号の説明】
【００９９】
２  照射装置
４  照射源
５  検査対象表面
６、１６、３４  検出装置
７  検出範囲
１１  中央垂直線
１３ａ、１３ａ’  サブ範囲
１５  画像ポイント
１７  光学ブロック
１８  ビームポイント
２１  調整装置
【図１】
2006208361.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2006208361.tif 000006
【図３ｃ】
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