(57)【要約】 【課題】物体の表面性状を精度良く検査することのできる物体の表面検査装置  を提供する。【解決手段】本実施形態による物体の表面検査装置は、撮像面を有する撮像素子と、光源と、ミラーおよびレンズを有する光学素子群であって、前記光源から前記物体の前記表面に入射した入射光による前記物体からの正反射光を除く反射光を前記ミラーのミラー面によって反射し、前記ミラー面によって反射された光を前記レンズによって前記撮像素子の撮像面に結像させる、光学素子群と、を備え、前記光源、前記ミラー、前記レンズ、および前記撮像素子は、前記物体から反射される前記入射光の正反射光が前記ミラーおよび前記レンズを介して前記撮像素子の撮像面に入射しないように配置される。【選択図】図１
2019124540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面を有する撮像素子と、
光源と、
ミラーおよびレンズを有する光学素子群であって、前記光源から前記物体の前記表面に入射した入射光による前記物体からの正反射光を除く反射光を前記ミラーのミラー面によって反射し、前記ミラー面によって反射された光を前記レンズによって前記撮像素子の撮像面に結像させる、光学素子群と、
を備え、
前記光源、前記ミラー、前記レンズ、および前記撮像素子は、前記物体から反射される前記入射光の正反射光が前記ミラーおよび前記レンズを介して前記撮像素子の撮像面に入射しないように配置される、物体の表面検査装置。
【請求項２】
前記光源、前記ミラー、前記レンズ、および前記撮像素子は、前記光源に最も近い側の前記物体の端部に入射した入射光の正反射光が前記ミラーおよび前記レンズを介して前記撮像素子の撮像面に入射しないように、配置される請求項１記載の物体の表面検査装置。
【請求項３】
前記レンズの光軸が前記物体の中心軸に対して交差しかつ前記レンズの光軸および前記撮像素子の前記撮像面の中心軸が一致するように前記レンズおよび前記撮像素子が配置され、
前記物体の前記中心軸および前記レンズの光軸に対してそれぞれ前記ミラー面が傾くように前記ミラーが配置され、
前記光源は、前記物体に最も近い側の、前記ミラー面の端部に配置される請求項１または２記載の物体の表面検査装置。
【請求項４】
撮像面を有する撮像素子と、
検査する物体の表面に対向するように配置された光源と、
前記光源から出射された光を反射する第１ミラー面および前記第１ミラー面と反対側に配置された第２ミラー面を有する第１ミラーと、
前記第１ミラー面によって反射された光を反射して前記物体の前記表面に入射させる第２ミラーと、
レンズと、
を備え、
前記物体の前記表面に入射した入射光による前記物体からの、正反射光を除く反射光が前記第１ミラーの前記第２ミラー面によって反射され、この反射された光を、前記レンズによって前記撮像素子の前記撮像面に結像し、
前記光源、前記第１ミラー、前記第２ミラー、前記レンズ、および前記撮像素子は、前記物体から反射される前記入射光の正反射光が前記ミラーおよび前記レンズを介して前記撮像素子の撮像面に入射しないように配置される、物体の表面検査装置。
【請求項５】
前記光源の光軸が前記物体の中心軸に平行となるように前記光源が配置され、
前記レンズの光軸が前記光源の光軸に交差しかつ前記レンズの光軸と前記撮像素子の前記撮像面の中心軸とが一致するように前記レンズおよび前記撮像素子が配置され、
前記光源の光軸に対して前記第１ミラー面が傾き、前記物体の中心軸および前記レンズの光軸に対して第２ミラー面が傾くように前記第１ミラーが配置され、
前記光源の光軸および前記レンズの光軸に対して前記第２ミラーのミラー面が傾くように前記第２ミラーが配置される請求項４記載の物体の表面検査装置。
【請求項６】
前記光源の光軸が前記第１ミラーの前記第１ミラー面に交わる点と前記光源との間の距離をＬとし、前記第１ミラーの前記第１ミラー面の長さを２ｌとし、前記光源の開口数をＮＡとしたとき、
【数１】
2019124540.tif 000004
の関係を満たす請求項４または５記載の物体の表面検査装置。
【請求項７】
前記第１ミラーは、ハーフミラーである請求項４乃至６のいずれかに記載の物体の表面検査装置。
【請求項８】
前記物体は搬送路に沿って移動する請求項４乃至７のいずれかに記載の物体の表面検査装置。
【請求項９】
検査する物体の表面に対向するように配置され、撮像面を有する撮像素子と、
光源と、
前記光源から出射された光を第１ミラー面で反射し、前記物体の表面に入射させる第１ミラーと、
レンズと、
前記物体に前記表面に入射した入射光による前記物体からの反射光を第２ミラー面で反射する第２ミラーと、
レンズと、
を備え、
前記第２ミラーによって反射された反射光を前記レンズによって前記撮像素子の前記撮像面に結像させ、
前記第１ミラー、前記第２ミラー、前記レンズ、および前記撮像素子は、前記物体から反射される前記入射光の正反射光が前記第２ミラーおよび前記レンズを介して前記撮像素子の撮像面に入射しないように配置される、物体の表面検査装置。
【請求項１０】
前記光源の光軸が前記物体の中心軸に交差するように前記光源が配置され、
前記レンズの光軸と前記撮像素子の撮像面の中心軸とが一致するように、前記レンズおよび前記撮像素子が配置され、
前記光源の光軸および前記レンズの光軸に対して前記第１ミラー面が傾くように前記第１ミラーが配置され、
前記物体から反射され、前記入射光の正反射光を除く反射光が前記第２ミラー面で反射するように、前記第２ミラーが配置される、請求項９記載の物体の表面検査装置。
【請求項１１】
撮像面を有する撮像素子と、
光源と、
中央に透過部を有し、前記光源から出射される光の一部が前記透過部を通して透過する第１部分透過素子と、
中央に非透過部を有する第２部分透過素子と、
前記第１部分透過素子に対して前記光源と反対側に配置された第１レンズと、
それぞれの光軸が同一軸であるように配置された第２乃至第４レンズであって、前記第２レンズは前記第３レンズと前記第４レンズとの間に配置され、前記第１レンズの光軸が前記第２レンズおよび前記第４レンズの光軸と交差する、第２乃至第４レンズと、
前記第２レンズと前記第４レンズとの間に配置されたハーフミラーと、
を備え、
前記第１レンズは前記前記第１部分透過素子から前記第１レンズの焦点距離の位置に配置され、
前記ハーフミラーは、前記第２レンズと前記第４レンズとの間に配置され、かつ前記第１レンズからの光を反射して前記第２レンズに伝播し、
前記第２レンズは、前記ハーフミラーから伝播された光を前記第３レンズに伝播し、
前記第３レンズは、前記第２レンズから伝播された光を物体の表面に入射し、かつ前記物体の前記表面から反射された反射光を前記第２レンズに伝播し、
前記第２レンズは、前記反射光を前記ハーフミラーに伝播し、
前記ハーフミラーは、前記第２レンズから伝播された前記反射光を透過して前記第４レンズに伝播し、
前記第４レンズは、前記ハーフミラーを透過した前記反射光を前記第２部分透過素子を介して前記撮像素子の前記撮像面に結像させ、
前記反射光の正反射光が前記非透過部によって遮光される、物体の表面検査装置。
【請求項１２】
前記第２レンズと前記第３レンズとの間の距離が前記第２レンズの焦点距離と前記第３レンズの焦点距離との和であり、
前記第２レンズと前記第４レンズとの間の距離が前記第２レンズの焦点距離と前記第４レンズの焦点距離との和であり、
前記第４レンズと前記第２部分透過素子との間の距離が前記第４レンズの焦点距離に配置される、請求項１１記載の物体の表面検査装置。
【請求項１３】
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、前記第１部分透過素子の前記透過部の半径をｒ１、前記第２部分透過素子の前記非透過部の半径をｒ４とすると、
ｒ１：ｒ４＝ｆ１：ｆ４
の関係を満たす請求項１１または１２記載の物体の表面検査装置。
【請求項１４】
前記撮像素子の撮像画像に基づいて前記物体の表面情報を得る画像処理装置を更に備えた請求項１乃至１３のいずれかに記載の物体の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、物体の表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面を非接触で検査する表面検査装置として、磁気的または光学的な特性を用いて行うものが知られている。光学的な特性を用いた表面検査は、物体の反射特性または透過特性を利用するのが一般的である。光学的な特性を用いて物体の表面を検査する場合には、物体の表面性状の情報を含む散乱光を抽出することが重要である。
【０００３】
しかし、光学的な特性を用いた従来の表面検査装置においては、物体からの反射光または透過光に散乱光が混在し、散乱光を抽出することが難しく、物体の表面性状を精度良く検査することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許明細書第６０８４６７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施形態は、物体の表面性状を精度良く検査することのできる物体の表面検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態による物体の表面検査装置は、撮像面を有する撮像素子と、光源と、ミラーおよびレンズを有する光学素子群であって、前記光源から前記物体の前記表面に入射した入射光による前記物体からの正反射光を除く反射光を前記ミラーのミラー面によって反射し、前記ミラー面によって反射された光を前記レンズによって前記撮像素子の撮像面に結像させる、光学素子群と、を備え、前記光源、前記ミラー、前記レンズ、および前記撮像素子は、前記物体から反射される前記入射光の正反射光が前記ミラーおよび前記レンズを介して前記撮像素子の撮像面に入射しないように配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態による物体の表面検査装置を示す図。
【図２】第２実施形態による物体の表面検査装置を示す図。
【図３】第２実施形態の表面検査装置の好適な配置の一例を示す図。
【図４】第３実施形態による物体の表面検査装置を示す図
【図５】第４実施形態による物体の表面検査装置を示す図。
【図６】第５実施形態による物体の表面検査装置を示す図。
【図７】第６実施形態による物体の表面検査装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態による物体の表面検査装置（以下、表面検査装置とも云う）を図１に示す。第１実施形態の表面検査装置は、物体１００の表面を検査する装置であって、光源１０と、ミラー３０と、レンズ６０と、撮像素子７０と、画像処理装置８０と、を備えている。光源１０は、ミラー３０の反射面上の端部に配置される。
【００１０】
ミラー３０は、ミラー面が物体１００の中心軸に対して傾いた方向に配置される。光源１０は、ミラー３０のミラー面上の端部であって物体１００から最も近い側の端部に配置される。
【００１１】
レンズ６０の光軸と撮像素子７０の撮像面（図示せず）の中心軸が一致するように配置される。ここで、撮像素子７０の撮像面は、光を電気信号に変換する光電変換素子がアレイ状に配列された構成を有し、撮像面の中心軸は、撮像面の中心を通り、撮像面に直交する直線を意味する。
【００１２】
また、レンズ６０の光軸と物体１００の中心軸が交差する。ここで、物体１００の中心軸とは、光が物体１００に入射する第１面における中心と、この第１面と反対側の第２面における中心とを結ぶ直線を意味する。レンズ６０の光軸は物体１００の中心軸と直交するように配置されることが好ましい。また、ミラー３０は、このミラー３０のミラー面が物体１００の中心軸およびレンズ３０の光軸に対してそれぞれ４５度を成すように配置されることが好ましい。
【００１３】
光源１０から出射された光は物体１００に入射する入射光２２となる。この入射光２２が物体１００に入射すると、入射光２２の一部が反射の法則により正反射光２４になり、一部が物体１００の表面状態に応じた散乱光２６となる。正反射光２４は、入射光２２の入射角θに等しい反射角を有する反射光である。散乱光２６はミラー３０のミラー面に入射し、上記ミラー面で反射される。この反射された光２７は、レンズ６０によって撮像素子７０の撮像面（図示せず）に結像される。撮像素子７０によって撮像された画像が画像処理装置８０によって処理され、物体１００の表面の状態性状の検査、および物体１００の特定が可能となる。物体の表面性状を得ることができる。なお、物体１００の表面の検査中は、物体１００は、移動しないように固定されていてもよいし、物体１００の中心軸に直交する方向に移動してもよい。
【００１４】
この第１実施形態においては、光源１０から物体１００に入射する入射光２２の正反射光２４がミラー３０およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように、光源１０と、ミラー３０と、レンズ６０と、撮像素子７０とが配置される。すなわち、物体１００の光源１０に最も近い端部１００ａに入射した入射光２２の正反射光２４がミラー３０およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように、光源１０と、ミラー３０と、レンズ６０と、撮像素子７０とが配置されればよい。
【００１５】
本実施形態においては、光源１０として、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）などを用いることが好ましい。しかし、光源１０として、ＬＥＤ、ファイバ光源、電球、蛍光体など発する光の波長によらず、使用可能である。また、撮像素子７０として、ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)センサやＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などが用いられ、光源１０の波長範囲を検出可能なものであればよい。
【００１６】
なお、本実施形態においては、光源１０はミラー３０のミラー面上の端部に配置されている。しかし、正反射光２４がミラー３０およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように可能ならば、光源１０はミラー３０のミラー面上の端部に配置されてなくてもよい。すなわち、光源１０は、ミラー３０のミラー面に接していなくてもよい。
【００１７】
また、本実施形態においては、ミラー３０は、片面がミラー面を有し、このミラー面の反射特性が光源１０の波長範囲の光を反射できるものであれば、ミラー面は、平面でも凹面でもよい。図1では、ミラー面は平面としている。
【００１８】
以上説明したように、第１実施形態によれば、物体１００からの散乱光２６がミラー３０およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射するが、正反射光２４がミラー３０およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように構成されているので、物体１００の表面性状を精度良く検査することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
第２実施形態による物体の表面検査装置（以下、表面検査装置とも云う）を図２に示す。この第２実施形態の表面検査装置は、光源１０と、第１ミラー３２と、第２ミラー３４と、レンズ６０と、撮像素子７０と、画像処理装置８０と、を備えている。
【００２０】
この第２実施形態においては、光源１０は物体１００に対向して配置される。すなわち、光源１０から出射される光の光軸（以下、光源の光軸とも云う）は、物体１００の中心軸に対して平行に配置される。
【００２１】
レンズ６０の光軸と、撮像素子７０の撮像面（図示せず）の中心軸が一致するように配置される。また、レンズ６０の光軸および撮像素子７０の撮像面の中心軸は、物体１００の中心軸に対して交差するように配置され、好ましくは、直交するように配置される。
【００２２】
第１ミラー３２は、光源１０と物体１００との間に配置されるとともに、撮像装置７０と第２ミラーとの間に配置される。レンズ６０は、撮像装置７０と第１ミラー３２との間に配置される。また、第１ミラー３２は、光源１０から出射される光の光軸と物体１００の中心軸とに対して所定の角度、例えば４５度傾いた状態に配置される。そして、第１ミラー３２は、光源１０に向き合う第１ミラー面と、物体１００に向き合う第２ミラー面と、を有する。光源１０に向きあう第１ミラー面は、平面または凹面でもよい。第１ミラー面が凹面の場合、例えば、凹面が放物面の場合は、この放物面の焦点位置に光源１０を配置することが好ましい。この場合、放物面によって反射された光は、平行光となり、第２ミラー３４に入射する。
【００２３】
第２ミラー３４は、第１ミラー３２の第１ミラー面で反射した光を反射し、物体１００に照射する。第２ミラー３４は、光源１０から出射される光の光軸と物体１００の中心軸とに対して所定の角度傾いた状態に配置される。
【００２４】
光源１０から出射された光２１は、第１ミラー３２の第１ミラー面によって反射され、第２ミラー３４のミラー面に入射し、このミラー面によって反射され物体１００に入射する入射光２２となる。この入射光２２が物体１００に入射すると、入射光２２の一部が反射の法則により正反射光２４になり、一部が物体１００の表面状態に応じた散乱光２６となる。正反射光２４は、入射光２２の入射角θに等しい反射角を有する反射光である。散乱光２６は第１ミラー３０の第２ミラー面に入射し、この第２ミラー面で反射される。この反射された光２７は、レンズ６０によって撮像素子７０の撮像面（図示せず）に結像される。撮像素子７０によって撮像された画像が画像処理装置８０によって処理され、物体の表面性状を得ることができる。
【００２５】
本実施形態においては、光源からの光が直接撮像素子に入るのを防ぐように、光源１０の光軸が前記第１ミラー３２に交わる点と光源１０との間の距離Ｌと、第１ミラー３２の第１ミラー面の長さ２ｌに関して、図３からわかるように、下記の関係を満たすことが好ましい。
【数１】
2019124540.tif 000003
【００２６】
ここで、ＮＡは、光源１０の開口数を示し、ＮＡ＝ｓｉｎθＬであり、θＬは、光源１０から第１ミラー３２の第１ミラー面に入射する光線の光軸に対する最大角度を示す。
【００２７】
但し、上記式の関係を満たさなくても、撮像素子７０により検出する散乱光２６の強度が正反射光２４に比べて強い場合もある。その場合、画像処理装置８０により適切な処理を施すことにより、表面検査としての機能を果たすことができる。
【００２８】
また、光源１０としては、ＬＥＤ、ファイバ光源、電球、蛍光体など発する光の波長によらず、使用可能である。
【００２９】
撮像素子７０として、例えば、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤなどが用いられ、光源１０の波長範囲を検出可能なものであればよい。
【００３０】
第２実施形態においては、光源１０から物体１００に入射する入射光２２の正反射光２４が第１ミラー３２の第２ミラー面、およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように、光源１０と、第１ミラー３２と、第２ミラー３４と、レンズ６０と、撮像素子７０とが配置される。すなわち、物体１００の第２ミラー３４に最も近い端部１００ａに入射した入射光２２の正反射光２４が第１ミラー３２の第２ミラー面、およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように、光源１０と、第１ミラー３２と、第２ミラー３４と、レンズ６０および撮像素子７０とが配置されればよい。
【００３１】
以上説明したように、第２実施形態によれば、物体１００からの散乱光２６が第１ミラー３２の第２ミラー面およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射するが、正反射光２４が第１ミラー３２の第２ミラー面、およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように構成されているので、物体１００の表面性状を精度良く検査することができる。
【００３２】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態による物体の表面検査装置（以下、表面検査装置とも云う）を図４に示す。この第３実施形態の表面検査装置は、第２実施形態の表面検査装置において、光源１０と、レンズ６０および撮像素子７０との配置を入れ替えた構成を有している。このため、第２ミラー３４の配置も第２実施形態と異なっている。すなわち、レンズ６０の光軸および撮像素子７０の撮像面の中心軸が一致するように配置され、物体１００の中心軸と、レンズ６０の光軸および撮像素子７０の撮像面の中心軸が平行に配置される。また、光源１０の光軸、すなわち光源１０から出射される光の中心軸は、レンズ６０の光軸および撮像素子７０の撮像面の中心軸と交差するように配置され、好ましくは直交するように配置される。
【００３３】
第１ミラー３２が物体１００と撮像素子７０との間に配置され、レンズ６０が第１ミラー３２と撮像素子７０との間に配置される。また、第１ミラー３２は、レンズ６０の光軸および撮像素子７０の撮像面の中心軸に対して傾くとともに、光源１０の光軸に対しても傾くように配置される。この第１ミラー３２は、光源１０から出射された光を反射して物体１００に入射させる。
【００３４】
光源１０から出射された光が第１ミラー３２によって反射されて物体１００に入射する入射光となり、この入射光の散乱光２６が第２ミラー３４によって反射されて、レンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射するように、第２ミラー３４が配置される。すなわち、第２ミラー３４は、第１ミラー３２とレンズ６０との間であって、レンズ６０の光軸に対して光源１０側（図では、上側）に配置される。
【００３５】
次に、第３実施形態の表面検査装置の動作について説明する。
【００３６】
光源１０から出射された光は、第１ミラー３２で反射され、物体１００に入射する。この物体１００からの反射光のうち、正反射光２４の多くが、第１ミラー３２により反射されて撮像素子に入らない位置に撮像素子７０が配置される。具体的には、撮像素子７０を物体１００と対向させ、第１ミラー３２の裏面側に配置する。物体１００からの反射光のうち、散乱光２６は第２ミラー３４によって反射され、レンズ６０によって撮像素子７０の撮像面（図示せず）に結像される。撮像素子７０によって撮像された画像が画像処理装置８０によって処理され、物体１００の表面の状態性状の検査、および物体１００の特定が可能となる。物体の表面性状を得ることができる。
【００３７】
なお、物体１００として、光を反射する材料、例えば、紙、金属、布などが用いられる。
【００３８】
以上説明したように、第３実施形態によれば、物体１００からの散乱光２６が第２ミラー３２によって反射されレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射するが、正反射光２４の多くが第１ミラー３２によって反射されるように構成されているので、物体１００の表面性状を精度良く検査することができる。
【００３９】
（第４実施形態）
第４実施形態による物体の表面検査装置（以下、表面検査装置とも云う）を図５に示す。第４実施形態の表面検査装置は、物体１００の表面を検査する装置であって、光源１０と、部分透過素子４１と、レンズ４２と、ハーフミラー４３と、レンズ４４と、レンズ４５と、レンズ４６と、部分透過素子４８と、撮像素子７０と、画像処理装置８０と、を備えている。
【００４０】
部分透過素子４１は中央に半径ｒ１の開口を有し、光源１０の出射面側に、光源１０から距離ｄ１の位置に配置される。光源１０から出射される光の光軸と、部分透過素子４１の上記開口を通る中心軸とが一致するように配置される。レンズ４２は、部分透過素子４１からレンズ４２の焦点距離ｆ１となる位置に配置される。
【００４１】
レンズ４４、レンズ４５、およびレンズ４６は光軸が一致し、かつレンズ４４がレンズ４５とレンズ４６との間に配置される。レンズ４４、レンズ４５、およびレンズ４６の光軸は、光源１０の光軸と交差する。レンズ４４、レンズ４５、およびレンズ４６の光軸は、光源１０の光軸と直交することが好ましい。また、レンズ４４、レンズ４５、およびレンズ４６の光軸は、物体１００の中心軸および撮像素子７０の撮像面（図示せず）の中心軸に一致するように配置されることが好ましい。ハーフミラー４３は、レンズ４４とレンズ４６との間に配置され、かつハーフミラー４３のミラー面が光源１０の光軸と、レンズ４４、レンズ４５、およびレンズ４６の光軸と交差するように配置される。なお、ハーフミラー４３のミラー面は、光源１０の光軸と、レンズ４４、レンズ４５、およびレンズ４６の光軸とそれぞれ４５度の角度をなすように配置されることが好ましい。
【００４２】
レンズ４４の焦点距離をｆ２、レンズ４５の焦点距離をｆ３、レンズ４６の焦点距離をｆ４とする。レンズ４４，レンズ４５、およびレンズ４６は、レンズ４４とレンズ４５との距離がｆ２＋ｆ３となるように配置され、レンズ４４とレンズ４６との距離がｆ２＋ｆ４となるように配置される。
【００４３】
撮像素子７０はレンズ４６に対してレンズ４４と反対側に配置され、部分透過素子４８は、レンズ４６と撮像素子７０との間でかつレンズ４６の焦点距離ｆ４の位置に配置される。また、部分透過素子４８は、半径ｒ４の円板形状の遮光部を中央に備えた構造を有する。そして部分透過素子４８は、撮像素子７０の撮像面との距離がｄ４となるように配置される。
【００４４】
光源１０から出射された光は、部分透過素子４１の開口により絞られた後、レンズ４２により平行光となる。すなわち、部分透過素子４１は、レンズ４２の焦点距離に配置される。上記平行光は、ハーフミラー４３により、レンズ４４へと導かれる。レンズ４４およびレンズ４５を介して、物体１００に光が入射する。その際、物体１００には全面において、等角で光が入射するテレセントリック光学系となっている。物体１００からの正反射光２４は、レンズ４５、レンズ４４、およびハーフミラー４３を通り、レンズ４６により集光される。部分透過素子４８は、図５に示すように中心に遮光部を有しているので、部分透過素子４８の外側の光は透過する。
【００４５】
一方、物体１００からの散乱光２６は、物体１００の表面状態により、正反射光２４とは異なる特定の方向に散乱されることがある。これにより、散乱光２６は、部分透過素子４８も透過して、撮像素子７０の撮像面に結像される。ここで得られた撮像画像を画像処理装置８０において処理することにより、物体１００の表面を検査することが可能となる。
【００４６】
本実施形態において、部分透過素子４１は中心部が半径ｒ１の透過部を有している。また、部分透過素子４８の中心部（非透過部）を半径ｒ４の円板とすると、以下の関係を満たすことが望ましい。物体１００の表面から見て、図５においてレンズ４５により、レンズ４５の焦点距離ｆ３の位置に、上記中心部は半径がｒ０の大きさに結像される。光源１０側において、物体１００の拡大率はｆ１／ｆ２となり、部分透過素子４１の開口の半径ｒ１はｒ０×ｆ１／ｆ２となる。撮像素子７０の側において、物体１００の拡大率はｆ４／ｆ２となり、部分透過素子４８の遮光部の半径ｒ４は、ｒ０×ｆ４／ｆ２となる。以上より、部分透過素子４１、４８の形状と焦点距離の関係は、次式を満たす。
ｒ１：ｒ４  ＝  ｆ１：ｆ４
【００４７】
光源１０としては、ＬＥＤ、ファイバ光源、電球、蛍光体など発する光の波長によらず、使用可能である。また、撮像素子７０として、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤなどが用いられ、光源１０の波長範囲を検出可能なものであればよい。ハーフミラーは、平板でもキューブでも可能である。
【００４８】
以上説明したように、第４実施形態においては、物体１００からの正反射光２４が部分透過素子４８の遮光部を照射し、散乱光２６の一部が部分透過素子４８の遮光部以外の部分を照射するので、散乱光を正反射光と分離することが可能となり、物体１００の表面性状を精度良く検査することができる。
【００４９】
散乱光は波長依存性が大きいものもあり、適切な波長領域を選択することにより、散乱光を効果的に抽出することができる。
【００５０】
（第５実施形態）
第５実施形態による物体の表面検査装置（以下、表面検査装置とも云う）を図６に示す。この第５実施形態の表面検査装置は、図２に示す第２実施形態の表面検査装置において、第１ミラー３２をハーフミラー３２Ａに置き換えた構成を有している。
【００５１】
この第５実施形態においては、光源１０から出射された光２１の一部はハーフミラー３２Ａによって反射されて第２ミラー３４に入射する。また、光源１０から出射された光２１の一部はハーフミラー３２Ａを透過し、物体１００に入射する。この光は、物体１００によって反射されて正反射光２５や散乱光２６となる。この散乱光２６は、ハーフミラー３２Ａのミラー面およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射する。また、第２ミラー３４に入射した光は第２ミラー３４によって反射され、物体１００に入射する入射光２２となる。この入射光２２による作用は、第２実施形態で説明した場合と同様となる。
【００５２】
以上説明したように、第５実施形態は、第２実施形態と同様に、物体１００からの散乱光２６がハーフミラー３２Ａのミラー面およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射するが、正反射光２４がハーフミラー３２Ａのミラー面、およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように構成されているので、物体１００の表面性状を精度良く検査することができる。
【００５３】
なお、第５実施形態において、ハーフミラー３２Ａを光源１０の光軸に垂直に配置しても同様の効果を得ることができる。この場合、第２ミラー３４は不要となる。
【００５４】
（第６実施形態）
第６実施形態による物体の表面検査装置（以下、表面検査装置とも云う）を図７に示す。この第６実施形態の表面検査装置は、図２に示す第２実施形態の表面検査装置において、物体１００が搬送路１５０に沿って搬送される構成を有している。すなわち、物体１００は、搬送路１５０に沿って移動する構成となっている。
【００５５】
この第６実施形態は、第２実施形態と同様に、物体１００からの散乱光２６が第１ミラー３２の第２ミラー面およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射するが、正反射光２４が第１ミラー３２の第２ミラー面、およびレンズ６０を介して撮像素子７０の撮像面に入射しないように構成されているので、物体１００の表面性状を精度良く検査することができる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１０・・・光源、２１・・・光源から照射される光、２２・・・入射光、２４・・・正反射光、２６・・・散乱光、２７・・・反射光、３０・・・ミラー、３２・・・第１ミラー（両面ミラー）、３２Ａ・・・ハーフミラー、３４・・・第２ミラー、４１・・・第１部分透過素子、４２・・・レンズ、４３・・・ハーフミラー、４４・・・レンズ、４５・・・レンズ、４６・・・レンズ、４８・・・第２部分透過素子、６０・・・レンズ、７０・・・撮像素子、８０・・・画像処理装置、１００・・・物体、１５０・・・搬送路  
【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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