(57)【要約】【課題】可視光程度の粗度を有する被検査体の表面に生じた凹凸欠陥等を適切に発見することができ、鋼板の製造ライン上において好適に適用すること。【解決手段】被検査体表面の凹凸を検査する表面検査方法において、レーザ光源１１０から赤外レーザ光を出射し、投射光学系１２０により、赤外レーザ光を平行光又は発散光に変換し、被検査体表面１０の粗度σに応じて鏡面反射が得られる入射角度θ１で平行光又は発散光を被検査体表面１０に投射し、集束光学系１３０により、被検査体表面１０における平行光又は発散光の反射光を集束光に変換し、反射光の光路上において集束光学系の焦点ｂより後方に配置された撮像手段により、反射光を撮像する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体表面の凹凸を検査する表面検査方法であって、
レーザ光源から赤外レーザ光を出射し、
投射光学系により、前記赤外レーザ光を平行光又は発散光に変換し、前記被検査体表面の粗度に応じて鏡面反射が得られる入射角度で前記平行光又は発散光を前記被検査体表面に投射し、
集束光学系により、前記被検査体表面における前記平行光又は発散光の反射光を集束光に変換し、
前記反射光の光路上において前記集束光学系の焦点より後方に配置された撮像手段により、前記反射光を撮像することを特徴とする、表面検査方法。
【請求項２】
前記投射光学系は、前記赤外レーザ光を前記平行光に変換し、前記平行光を前記被検査体表面に投射するレンズ及び第１凹面鏡を含み、
前記集束光学系は、前記被検査体表面における前記平行光の反射光を前記集束光に変換する第２凹面鏡を含み、
前記撮像手段は、前記反射光の光路上において前記第２凹面鏡の焦点より後方に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の表面検査方法。
【請求項３】
前記投射光学系は、前記赤外レーザ光を前記発散光に変換し、前記発散光を前記被検査体表面に投射するレンズを含み、
前記集束光学系は、前記被検査体表面における前記発散光の１次反射光を前記集束光に変換し、当該集束光を前記１次反射光と略同一光路をたどるように前記被検査体表面に再度投射する凹面鏡を含み、
前記撮像手段は、前記被検査体表面における前記集束光の２次反射光の光路上において前記凹面鏡の焦点より後方に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の表面検査方法。
【請求項４】
前記発散光の光路上の前記投射光学系と前記被検査体表面との間に配置されたハーフミラーによって、前記集束光の２次反射光を前記撮像手段の方向に反射することを特徴とする、請求項３に記載の表面検査方法。
【請求項５】
前記集束光学系の前記焦点位置に配置された遮光体によって、前記集束光の主光束の一部をカットすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の表面検査方法。
【請求項６】
被検査体表面の凹凸を検査する表面検査装置であって、
赤外レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記赤外レーザ光を平行光又は発散光に変換し、前記被検査体表面の粗度に応じて鏡面反射が得られる入射角度で前記平行光又は発散光を前記被検査体表面に投射する投射光学系と、
前記被検査体表面における前記平行光又は発散光の反射光を集束光に変換する集束光学系と、
前記反射光の光路上において前記集束光学系の焦点より後方に配置され、前記反射光を撮像する撮像手段とを含むことを特徴とする、表面検査装置。
【請求項７】
前記投射光学系は、前記赤外レーザ光を前記平行光に変換し、前記平行光を前記被検査体表面に投射するレンズ及び第１凹面鏡を含み、
前記集束光学系は、前記被検査体表面における前記平行光の反射光を前記集束光に変換する第２凹面鏡を含み、
前記撮像手段は、前記反射光の光路上において前記第２凹面鏡の焦点より後方に配置されたことを特徴とする、請求項６に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記投射光学系は、前記赤外レーザ光を前記発散光に変換し、前記発散光を前記被検査体表面に投射するレンズを含み、
前記集束光学系は、前記被検査体表面における前記発散光の１次反射光を前記集束光に変換し、当該集束光を前記１次反射光と略同一光路をたどるように前記被検査体表面に再度投射する凹面鏡を含み、
前記撮像手段は、前記被検査体表面における前記集束光の２次反射光の光路上において前記凹面鏡の焦点より後方に配置されたことを特徴とする、請求項６に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記発散光の光路上の前記投射光学系と前記被検査体表面との間に配置され、前記集束光の２次反射光を前記撮像手段の方向に反射するハーフミラーを含むことを特徴とする、請求項８に記載の表面検査装置。
【請求項１０】
前記集束光学系の前記焦点位置に配置され、前記集束光の主光束の一部をカットする遮光体を含むことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、薄鋼板等の帯状体の表面検査方法及び表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄鋼業での薄鋼板の製造において、製造される薄鋼板の製品品質の一項目として、薄鋼板の表面に疵ができるだけ少ないことが求められる。しかし、薄鋼板の製造プロセス、例えば、冷延帯鋼の製造プロセスにおいて、製造ラインに異物が付着していると、この異物に起因して薄鋼板にロール疵が形成されることがある。また、圧延ロールが微小振動をしていると、振動によって鋼板表面に微細な横縞（チャタマーク）が形成されることがある。
【０００３】
これらの帯鋼（鋼板）表面に形成される表面形状の不良を、以下では、総称して、凹凸欠陥と呼ぶ。このような凹凸欠陥が一旦発生すると、ロールを交換したり、製造プロセスを改善したりするまで、帯鋼表面に同様の凹凸欠陥が繰り返し発生する。このような鋼板表面における不良は、鋼板の製品品質を著しく低下させる要因となる。よって、このような凹凸欠陥が発生した場合には、欠陥の有無を早期に発見し、原因を究明して、後続の凹凸欠陥が起こらないように対策を講じることが重要である。
【０００４】
この凹凸欠陥の凹凸量は、１μｍ程度からその１０倍程度である。一方、塗装前の製造プロセスにおける帯鋼板の表面は、可視光と同程度の０．５μｍ〜１μｍ程度の粗度を有するため、可視光による目視検査では拡散反射成分が大きく、凹凸欠陥を発見するのは困難である。このような疵を見つけるため、帯鋼の通板ラインにおいては、帯鋼の検査部位において帯鋼の走行を一度停止又は低速通板とし、検査員が砥石がけを行った後に目視検査をしている。砥石がけを行うと、凹部に比べて凸部がより一層研磨されて鏡面に近づくのに対し、凹部が元の粗面のまま残るので、微少凹凸発生部が明瞭になり、目視で確認可能となる。しかし、この場合、製造ラインを通常速度で稼動したままの検出はできず、時間と労力を要するという問題がある。
【０００５】
帯鋼の表面がこのような粗面であることによる凹凸欠陥の検出における問題を解決するために、特許文献１には、魔鏡の原理を利用した表面検査方法が開示されている。特許文献１の技術によれば、遠くから可視光の集束光を投射し、鋼板表面で反射させ、この反射光をスクリーン上に投影して鋼板表面の凹凸欠陥を検出する。この際、粗面において光を鏡面反射させるために、可視光を鋼板表面に対して８７度という大きな入射角で投射していた。
【０００６】
そして、特許文献２には、赤外の拡散光を利用した表面検査方法が開示されている。即ち、ニクロム線等の赤外線発光源に電圧を印加し、帯状の赤外光を鋼板表面に約４５度付近の入射角で投射し、その反射光を赤外撮像装置によって撮像することで鋼板表面の凹凸欠陥を検出する。鋼板表面に凹凸欠陥がある場合、この帯状の投射光は散乱され、帯状の赤外光は歪んで撮像装置に写ることとなる。この際、撮像装置の焦点を、赤外線発光源と鋼板表面との両方に合わせていた。ここで、拡散光とは、一定の方向のみに集束せず、拡散あるいは散乱された光のことである。
【０００７】
更に、特許文献３には、赤外レーザを乱反射させた赤外の拡散光を利用した表面検査方法が開示されている。即ち、赤外レーザのパルス光を反射ボックス内で乱反射させて拡散光を作り、スリットを介して帯状の赤外光を鋼板表面に投射し、特許文献２と同じ原理によって凹凸欠陥を検出する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３９４４７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４３６２号公報
【特許文献３】特開２００５−１５６４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の技術では、可視光を８７度という大きな入射角で投射しなければならないため、製造ラインのバタつき、微細な振動があった場合や、鋼板の形状が平坦でなかった場合にも、反射光の方向は、大きく影響を受ける。よって、反射光がスクリーンから外れてしまい、反射光をスクリーン上に投影することは困難であるという問題があった。また、入射角を８７度という大きな角度にするため、可視光の光路が長く、設置スペースが長大になってしまうという問題があった。
【００１０】
そして、特許文献２の技術では、赤外線発光源と鋼板表面との両方に焦点を合わせなければならないため、赤外撮像装置（赤外カメラ）の絞りを絞る必要があった。そのため、赤外線発光源からの光量を増やすために、ニクロム線に高電圧を印加すると、温度上昇によりニクロム線の使用可能時間を長くするのが難しくなる。また、安価な非冷却赤外カメラにはシャッターがついていないので、高速で移動する鋼板の像がぼやけないように撮像するときには、ストロボ光源か外部シャッターが必要となる。しかし、機械式シャッターは耐久性に劣ると共に、シャッターをつけると、光量が不足することがあった。
【００１１】
更に、特許文献３の技術では、赤外レーザ光を反射ボックス内に入射させ、内部で乱反射させて反射ボックスに設けられたスリットから引き出すようにしているが、乱反射させるためには反射ボックス内の粗面にレーザ光を当てる必要がある。この粗面により、スペックルパターンが発生してしまい、鋼板が赤外レーザ光に対して鏡面であっても、得られるスリット像の品質が著しく悪化する場合があった。尚、このスペックルパターンは、レーザ光のように干渉性の良い光がその波長程度以上の凹凸を有する粗面により散乱したときに生じる斑点模様のことである。また、反射ボックスに入射したレーザ光がスリットから出てくるまでには、乱反射を繰り返すため損失が大きく、出射光量が不足して鮮明に凹凸欠陥を検出しにくいこともあった。
【００１２】
以上説明したように、従来の被検査体表面を検査する表面検査方法によれば、装置や装置の配置等の調整が難しいという問題もあるため、実際に、鋼板の製造ライン上においてオンラインで高精度に凹凸欠陥を検出することが難しいという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、可視光の波長程度の表面粗度を有する被検査体の表面に生じた、表面粗度の数倍程度の凹凸欠陥等を高感度に発見することが可能で、被検査体の製造ライン上においてラインを稼動状態のまま適用することが可能な表面検査方法及び表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被検査体表面の凹凸を検査する表面検査方法であって、レーザ光源から赤外レーザ光を出射し、投射光学系により、赤外レーザ光を平行光又は発散光に変換し、被検査体表面の粗度に応じて鏡面反射が得られる入射角度で平行光又は発散光を被検査体表面に投射し、集束光学系により、被検査体表面における平行光又は発散光の反射光を集束光に変換し、反射光の光路上において集束光学系の焦点より後方に配置された撮像手段により、反射光を撮像することを特徴とする、表面検査方法が提供される。
【００１５】
かかる構成によれば、レーザ光源から出射された赤外レーザ光は、投射光学系によって平行光又は発散光に変換され、被検査体表面の粗度に応じた入射角度で、被検査体表面に投射される。この入射角度で投射された平行光又は発散光は、被検査体表面で鏡面反射される。被検査体表面で鏡面反射した反射光は、集束光学系によって集束光に変換される。この集束光は、集束光学系の焦点より下流において発散光となり、撮像手段によって撮像される。
しかし、被検査体表面に凹凸欠陥がある場合、平行光又は発散光は、被検査体表面で反射される際に凹凸欠陥によって散乱される。よって、反射光は、散乱光を含み、この散乱光は、集束光学系の焦点には集束せずに撮像手段に投射される。
従って、この散乱光によって、撮像手段に撮像される画像には、光量のムラによる明暗が生じ、凹凸を好適に発見できる。
【００１６】
また、投射光学系は、赤外レーザ光を平行光に変換し、平行光を被検査体表面に投射するレンズ及び第１凹面鏡を含み、集束光学系は、被検査体表面における平行光の反射光を集束光に変換する第２凹面鏡を含み、撮像手段は、反射光の光路上において第２凹面鏡の焦点より後方に配置されてもよい。かかる構成によれば、投射光学系のレンズ及び第１凹面鏡によって赤外レーザ光を平行光に変換することができ、平行光を被検査体表面に投射することができる。集束光学系の第２凹面鏡によって、被検査体の表面で反射した平行光の反射光を集束光に変換することができる。そして、集束光は、第２凹面鏡の焦点より後方において発散光となり、第２凹面鏡の焦点より後方において、撮像手段に撮像されうる。
【００１７】
また、投射光学系は、赤外レーザ光を発散光に変換し、発散光を被検査体表面に投射するレンズを含み、集束光学系は、被検査体表面における発散光の１次反射光を集束光に変換し、当該集束光を１次反射光と略同一光路をたどるように被検査体表面に再度投射する凹面鏡を含み、撮像手段は、被検査体表面における集束光の２次反射光の光路上において凹面鏡の焦点より後方に配置されてもよい。かかる構成によれば、投射光学系のレンズによって、赤外レーザ光を、集束光に変換しレンズの焦点より後方において発散させることで、発散光に変換することができ、発散光を被検査体表面に投射することができる。集束光学系の凹面鏡によって、被検査体の表面で反射した発散光の１次反射光を集束光に変換し、この１次反射光と略同じ光路をたどるように前記被検査体表面に再度投射することができる。そして、被検査体表面で再度反射した集束光の２次反射光は、凹面鏡の焦点より後方において発散光となり、凹面鏡の焦点より後方において、撮像手段に撮像されうる。
【００１８】
また、発散光の光路上の投射光学系と被検査体表面との間に配置されたハーフミラーによって、集束光の２次反射光を撮像手段の方向に反射してもよい。かかる構成によれば、投射光学系から投射された発散光は、ハーフミラーを透過して、被検査体表面に投射され、集束光学系から発せられ、被検査体表面で２次反射した集束光の２次反射光は、ハーフミラーによって撮像手段の方向に屈折される。
【００１９】
また、集束光学系の焦点位置に配置された遮光体によって、集束光の主光束の一部をカットしてもよい。かかる構成によれば、遮光体によって、反射光又は２次反射光の集束光の主光束をカット（遮光）して、焦点からはずれた散乱光は、遮光体の側方を通過し、撮像手段によって撮像されうる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被検査体表面の凹凸を検査する表面検査装置であって、赤外レーザ光を出射するレーザ光源と、赤外レーザ光を平行光又は発散光に変換し、被検査体表面の粗度に応じて鏡面反射が得られる入射角度で平行光又は発散光を被検査体表面に投射する投射光学系と、被検査体表面における平行光又は発散光の反射光を集束光に変換する集束光学系と、反射光の光路上において集束光学系の焦点より後方に配置され、反射光を撮像する撮像手段とを含むことを特徴とする、表面検査装置が提供される。これによって上記製造ラインに好適に適用できる表面検査装置を提供できる。
【００２１】
また、投射光学系は、赤外レーザ光を平行光に変換し、平行光を被検査体表面に投射するレンズ及び第１凹面鏡を含み、集束光学系は、被検査体表面における平行光の反射光を集束光に変換する第２凹面鏡を含み、撮像手段は、反射光の光路上において第２凹面鏡の焦点より後方に配置されてもよい。
【００２２】
また、投射光学系は、赤外レーザ光を発散光に変換し、発散光を被検査体表面に投射するレンズを含み、集束光学系は、被検査体表面における発散光の１次反射光を集束光に変換し、当該集束光を１次反射光と略同一光路をたどるように被検査体表面に再度投射する凹面鏡を含み、撮像手段は、被検査体表面における集束光の２次反射光の光路上において凹面鏡の焦点より後方に配置されてもよい。
【００２３】
また、発散光の光路上の前記投射光学系と前記被検査体表面との間に配置され、集束光の２次反射光を撮像手段の方向に反射するハーフミラーを含んでもよい。
【００２４】
また、集束光学系の焦点位置に配置され、集束光の主光束の一部をカットする遮光体を含んでもよい。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、光源に可視光よりも波長の長い赤外レーザー光を用いて、被検査体表面にて鏡面反射を行わせるようにして、かつ、光路中にスペックルを生じさせる粗面やスクリーン等を有しないので、可視光の波長程度の表面粗度を有する被検査体の表面に生じた、表面粗度よりも大きな凹凸欠陥等を高感度に発見することが可能で、赤外レーザーをパルス発光させることで移動体のストロボ撮影と同様に、被検査体の製造ライン上においてラインを稼動状態のまま適用することが可能な、表面検査方法及び表面検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
以下の各実施形態に係る表面検査装置は、透明物体の屈折率分布を可視化するために通常用いられているシュリーレン法又はシャドウグラフ法を応用することで、金属等の被検査体の表面に形成された欠陥、特に粗面の中の微細な凹凸疵を検出することを可能にしている。
【００２８】
尚、説明するにあたり、以下では、各実施形態に係る表面検査装置の被検査体として、例えば、鋼板を挙げて説明する。また、以下では、光路上において「前方」とは、光源から撮像手段にいたる光路の上流側を意味し、光路上において「後方」とは、光源から撮像手段にいたる光路の下流側を意味する。
【００２９】
更に、以下では、被検査体の表面に投射されるまでの赤外レーザ光を、適宜、投射光といい、被検査体で反射された赤外レーザ光を、適宜、反射光という。また、赤外レーザ光の光束の発散・集束度合いに応じて、赤外レーザ光を、平行光、発散光、集束光という。
【００３０】
（第１の実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る表面検査装置１００を示す側面図である。また、図２は、本実施形態に係る表面検査装置１００を示す平面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る表面検査装置１００は、被検査体の一例である鋼板１０の表面に形成された凹凸欠陥を発見するための装置である。ここで、鋼板１０の表面は、例えば、冷間圧延による製造精度又は溶融亜鉛メッキ処理等によって約０．５〜１μｍ程度の粗度σを有し、この表面には、上記製造プロセスによる表面状態の不良の一種である微小な凹凸欠陥、例えば、約１〜１０μｍ程度以上の凹凸が発生しうるとして、以下では説明する。
【００３２】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る表面検査装置１００は、赤外レーザ光を出射する光源の一例であるＣＯ２レーザ光源１１０と、投射光学系１２０と、集束光学系１３０と、赤外カメラ１４０と、を含む。
【００３３】
表面検査装置１００において、ＣＯ２レーザ光源１１０は、約１０μｍ程度の波長λを有する赤外レーザ光を出射する。投射光学系１２０は、赤外レーザ光の光路上にＣＯ２レーザ光源１１０の直後の下流に配置される。集束光学系１３０は、赤外レーザ光が入射角度θ１で鋼板１０の表面に投射されて鏡面反射をした反射光の光路上において、鋼板１０の表面の下流に配置される。そして、赤外カメラ１４０は、後述するように反射光が集束光学系１３０を介することで集束される焦点ｂの後方（下流）に配置される。
【００３４】
ＣＯ２レーザ光源１１０は、レーザ光源の一例である。尚、レーザ光源としては、約５〜１０μｍ程度若しくはそれ以上の波長λの赤外レーザ光を出射する他の光源を用いてもよい。但し、本実施形態においてレーザ光源はＣＯ２レーザ光源１１０であり、約１０μｍ程度の波長λを有する赤外レーザ光を出射するとして以下では説明する。ここで、レーザ光源として、赤外レーザ光の波長λの違うレーザ光源を使用した場合、後述するように一定の関係式によって入射角度θ１、鋼板１０の粗度σ等との相互関係が決定されうる。
【００３５】
ＣＯ２レーザ光源１１０は、パルス発振の赤外レーザ光を出射することができる。よって、表面検査装置１００は、赤外カメラ１４０が外部シャッター等を備えなくとも、パルス発振にタイミングを合わせて撮像することにより、画像データとして撮像される凹凸欠陥の像を、被検査体が移動していてもぶれることなく鮮明に撮像することができる。また、ＣＯ２レーザ光源１１０は、約１０μｍ程度の波長λを有する赤外レーザ光を出射するので、鋼板の粗度σに対して波長λが相対的に大きく、広い入射角角度θ１に渡って鋼板表面を鏡面とみなすことができる。
【００３６】
投射光学系１２０は、鋼板１０の表面に投射する投射光を形成するための光学系であり、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光をビーム径の大きな平行光へと変換し、この平行光を投射光として鋼板１０の表面に一定の入射角度θ１で投射する。この入射角度θ１の詳細は後述する。本実施形態においては、θ１は、例えば、約４５度であるとして説明する。
【００３７】
また、この投射光学系１２０は図２に示すように、第１集光レンズ１２１と第１平面鏡１２２と第１凹面鏡１２３とを含む。第１集光レンズ１２１は、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光の光路上においてＣＯ２レーザ光源１１０の下流に、赤外レーザ光が垂直に中心を通るように配置される。第１平面鏡１２２は、第１集光レンズ１２１を介した赤外レーザ光の光路上において、第１集光レンズ１２１の下流に配置される。第１凹面鏡１２３は、第１平面鏡１２２で反射された赤外レーザ光の光路上において第１平面鏡の下流に配置される。
【００３８】
第１集光レンズ１２１は、赤外レーザ光を平行光に変換し、平行光を鋼板１０の表面に投射するために投射光学系１２０が備えるレンズの一部である。この第１集光レンズ１２１により、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光は、一旦焦点ａに集束した後、焦点ａより後方（下流）において発散光となる。
【００３９】
第１集光レンズ１２１は、本実施形態では、例えば、凸レンズで構成される。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、上記投射光学系１２０が備えるレンズは、赤外レーザ光を発散光とする役割を担うあらゆるレンズを使用することができる。例えば、レンズは、赤外レーザ光を焦点ａに集光せずに、直接発散光に変換する凹レンズであってもよい。
【００４０】
また、焦点ａ下流において、発散光となった赤外レーザ光は、擬似的に焦点ａを点光源とする発散光となる。投射光学系１２０は、この焦点ａからの発散光をより点光源からの発散光に近づけるために、焦点ａに配置されたピンホールを更に含んでもよい。また、以下では、焦点ａを略点光源という。
【００４１】
第１平面鏡１２２は、第１集光レンズ１２１の焦点ａの下流において赤外レーザ光の発散光を反射する。第１平面鏡１２２は、第１集光レンズ１２１と第１凹面鏡１２３との間の光路を屈折することにより、各構成要素をＺ型に配置することを可能にする。よって、表面検査装置１００は、配置面積積及び装置を配置するのに必要な直線距離を減少することができる。第１凹面鏡１２３は、第１平面鏡１２２で反射された発散光を平行光に変換して反射する。この平行光は、第１凹面鏡１２３によって反射され、投射光として鋼板１０の表面に入射角度θ１で投射される。
【００４２】
集束光学系１３０は、投射光学系１２０から投射され鋼板１０の表面で反射した平行光である反射光の光路上に配置され、この平行光である反射光を集束光へと変換する。
【００４３】
この集束光学系１３０は、第２凹面鏡１３１と第２平面鏡１３２とを含む。第２凹面鏡１３１は、平行光である反射光の光路上の鋼板１０の下流に配置される。第２平面鏡１３２は、第２凹面鏡１３１で反射された反射光の光路上の下流に配置される。
【００４４】
第２凹面鏡１３１は、鋼板１０の表面において反射した平行光である反射光の投射を受け、平行光を集束光に変換して反射する。そして、第２平面鏡１３２は、第２凹面鏡１３１で集束光に変換された鋼板１０の表面からの反射光を反射する。第２平面鏡１３２は、第２凹面鏡１３１と赤外カメラ１４０との間の光路を屈折することにより、各構成要素をＺ型に配置することを可能にする。よって、表面検査装置１００は、配置面積積及び装置を配置するのに必要な直線距離を減少することができる。
【００４５】
赤外カメラ１４０は、撮像手段の一例である。この赤外カメラ１４０は、集束光学系１３０において集束光に変換された反射光を、集束光学系１３０の焦点ｂより下流にて撮像するものである。撮像される反射光は、焦点ｂより下流では発散光となる。
【００４６】
このような赤外カメラ１４０は、検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子からなる非冷却型赤外カメラであってもよい。ＩｎＳｂ素子やＰｔＳｉ素子等を用いた冷却型赤外カメラを使用してもよいが、非冷却型赤外カメラは、より安価であり、耐久性に優れている。従って、表面検査装置１００を安価に提供することができる。しかし、オフラインで凹凸欠陥検出をするときには、これら電子的な撮像手段に限定されず、撮像手段は、赤外線用フィルムを用いたフィルムカメラ等であってもよい。
【００４７】
赤外カメラ１４０は、カメラレンズ１４１と、撮像素子１４２と、を備える。カメラレンズ１４１は、反射光の光路上、集束光学系１３０の焦点ｂよりも後方すなわち下流に配置され、撮像素子１４２は、カメラレンズ１４１の更に後方に配置される。
【００４８】
カメラレンズ１４１は、反射光の光路上の焦点ｂより下流に配置されるため、カメラレンズ１４１に到達する反射光は、発散光となる。カメラレンズ１４１は、この発散光が後方に配置された撮像素子１４２の面内に納まるように、発散光を集束又は発散させるレンズである。図２においてはカメラレンズ１４１の焦点距離fと、焦点ｂからカメラレンズ１４１までの距離とを等しく取っているため、カメラレンズ１４１より後方では、平行光が得られる。従って、カメラレンズ１４１の焦点距離に応じて撮像素子１４２上での投影像の大きさが決定される。
【００４９】
なお、カメラレンズ１４１と焦点ｂとの間の距離は、必ずしもカメラレンズ１４１の焦点距離ｆと等しくする必要は無く、レンズ口径に焦点ｂからの発散光が収まる範囲で自由に設定されてもよいが、カメラレンズ１４１の焦点距離によって撮影素子１４２上での投影像の大きさが決定される点は同様である。
【００５０】
撮像素子１４２は、赤外カメラ１４０の受光面であって、カメラレンズ１４１を通った鋼板１０表面からの反射光である赤外レーザ光を撮像する。撮像素子１４２は、上述のように、赤外カメラ１４０が非冷却型赤外カメラである場合、マイクロボロメータ素子となるが、本発明はこれに限られない。撮像素子１４２は、上述のように、例えば、冷却型赤外カメラのＩｎＳｂ素子やＰｔＳｉ素子等であってもよく、赤外用フィルム等であってもよい。
【００５１】
（第１の実施形態の変更例）
ここで、図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置１００の変更例の構成について説明する。
【００５２】
図３は、本実施形態に係る表面検査装置１００の変更例を示す平面図である。尚、本変更例では、上記図１、２に示した表面検査装置１００に比べて、焦点ｂに遮光体を有する点を除いた構成については、同様な構成を有する。よって、この同様な構成についての重複説明は、省略する。
【００５３】
本変更例に係る表面検査装置１００は、上記図１、２に示した表面検査装置１００の構成に加え、更に、ナイフエッジ１５０を含む。ナイフエッジ１５０は、遮光体の一例であり、集束光学系１３０と赤外カメラ１４０との間の光路上において集束光学系１３０の焦点ｂの位置に配置される。この際、ナイフエッジ１５０は、主光束の光軸と直交するように配置されてもよいが、ナイフエッジ１５０の配置は、これに限定されるものではない。
【００５４】
このナイフエッジ１５０は、集束光学系１３０によって集束された主光束のうち一部をカット（遮蔽）し、鋼板１０の表面で鏡面反射せずに被検査対象（鋼板１０の表面に形成された凹凸欠陥等）で散乱した光（以下、散乱光という。）を透過あるいは遮蔽し、この散乱した光の像を赤外カメラ１４０で強調して撮像させるためのものである。但し、ナイフエッジ１５０は、厚みの薄い平板状の形状を有して主光束の一部（例えば、約半分程度）をカットするものであってもよく、また微小円盤状の形状で主光束の中心部分のみをカットするものであってもよい。ここで、主光束とは、鋼板１０の表面からの反射光のうち、凹凸欠陥等によって散乱されずに鏡面反射（正反射）した光束である。また、主光束は焦点ｂの位置に集束され、焦点ｂは略点光源となり、ナイフエッジ１５０はこの主光束の略点光源における像（点像）の一部を遮る。
【００５５】
表面検査装置１００の変更例によれば、このナイフエッジ１５０を備えることによって、赤外カメラ１４０で撮像される画像データにおいて、主光束による像と散乱光による像との明暗を強調することができ、凹凸欠陥の検査を容易にすることができると共に、表面検査の精度を高めることができる。即ち、ナイフエッジ１５０によって、集束光の反射光の主光束の一部を遮光できる、一方、散乱光は焦点ｂからずれた光路を通過、又はナイフエッジ１５０によって遮られ、赤外カメラ１４０によって撮像されるため、反射光における散乱光のコントラストを高めることができ、凹凸欠陥を検出する精度を高めることができる。
【００５６】
（第１の実施形態に係る表面検査装置１００による表面検査方法）
次に、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置１００による表面検査方法について詳細に説明する。
【００５７】
表面検査装置１００の表面検査方法、すなわち、鋼板１０に形成された凹凸欠陥を検出する方法について説明する。以下では、ＣＯ２レーザ光源１１０から発せられた赤外レーザ光の流れを中心に説明する。
【００５８】
ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光は、投射光学系１２０に投射される。投射光学系１２０に投射された赤外レーザ光は、第１集光レンズ１２１によって焦点ａに向かって集束する集束光に変換される。この集束光は、焦点ａより後方では焦点ａを略点光源として出射された発散光のように発散し、第１平面鏡１２２に投射される。第１平面鏡１２２に投射された発散光は、第１平面鏡１２２で鏡面反射され、発散光のまま第１凹面鏡１２３に投射される。第１凹面鏡１２３に投射された発散光は、第１凹面鏡１２３で平行光に変換されて、反射される。第１凹面鏡１２３で平行光に変換され反射された平行光は、鋼板１０の表面に向けて投射される。
【００５９】
この平行光の投射光は、鋼板１０の表面に対して入射角度θ１で投射される。この入射角度θ１については、後述する。鋼板１０の表面に投射された平行光の投射光は、鋼板１０の表面である粗面で、鏡面反射をし、表面に形成された凹凸欠陥において屈折・散乱される。上述のように、この表面で鏡面反射された赤外レーザ光を、以下では反射光といい、この凹凸欠陥において屈折・散乱された赤外レーザ光を、以下では散乱光という。
【００６０】
この反射光は、鋼板１０の表面に対して反射角度θ２で反射される。ここで、鋼板１０の表面における反射は、鏡面反射（正反射）であるため、入射角度θ１と、反射角度θ２とは、等しくなる。一方、散乱光は、凹凸欠陥において屈折・散乱されるため、鋼板１０の表面に対する反射角度は、入射角度θ１と等しくならない。
【００６１】
即ち、投射光は、平行光であり、鏡面反射した反射光は、同じく平行光となり、反射光の略全ての光束の向きは、同一の方向にそろっている。一方、凹凸欠陥によって屈折・散乱された散乱光は、平行光の反射光とは、違う方向に向かって進行する。
【００６２】
この反射光は、第２凹面鏡１３１に投射される。第２凹面鏡１３１に投射された平行光の反射光は、第２凹面鏡１３１で集束光に変換され、第２平面鏡１３２に投射される。第２平面鏡１３２に投射された集束光の反射光は、第２平面鏡１３２で鏡面反射される。
【００６３】
第２平面鏡１３２で鏡面反射された集束光の反射光は、焦点ｂで集束し、焦点ｂより下流では、発散する。焦点ｂより後方で発散光となった反射光は、カメラレンズ１４１に投射される。カメラレンズ１４１に投射された反射光は、カメラレンズ１４１で集束又は発散され撮像素子１４２に投射され、撮像される。
【００６４】
鋼板１０の表面に凹凸欠陥が無く、撮像素子１４２によって撮像される反射光が表面で鏡面反射した主光束のみを含む場合、撮像素子１４２で撮像される画像は、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光を発散させ径を大きくした場合の強度分布（以下、赤外レーザ光の強度分布という。）と略同じ強度分布を有することとなる。
【００６５】
しかし、鋼板１０の表面に凹凸欠陥を有し、反射光が主光束だけでなく凹凸欠陥によって散乱された散乱光を含む場合、撮像素子１４２で撮像される画像は、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光の強度分布と違う強度分布を有することとなる。撮像される反射光には、この散乱光による光量のムラが生じ、撮像される画像には、明暗が生じる。
【００６６】
よって、この撮像画像を外部の表示装置等に表示して、その表示を検査員が閲覧することによって、鋼板１０の表面の凹凸欠陥の有無を検出してもよい。しかし、本発明による撮像画像からの凹凸欠陥の検査は、かかる例に限定されない
【００６７】
例えば、撮像画像を外部の画像処理手段によって画像処理し、この画像処理結果を外部の識別手段によって凹凸欠陥の有無を自動で判定し検査してもよい。
【００６８】
更に具体的には、凹凸欠陥の無い場合、撮像素子１４２から得られる画像の明暗はＣＯ２レーザ光源１１０のビーム形状相似のなだらかな分布になるのに対して、欠陥のある場合は異なった分布となる。よって、例えば、欠陥の無い場合の撮像画像を基準画像として、検査中の撮像画像から差し引くことにより、二値化等の手段により検出しても良く、又は、空間フィルタ等を用いて欠陥がある場合の画像の明暗が急激に変化する点を検出しても良い。
【００６９】
一方、本実施形態の変更例のように、焦点ｂにナイフエッジ１５０を備える場合、反射光の主光束が集束光学系１３０の焦点ｂを通るため、ナイフエッジ１５０によって主光束の一部が遮蔽される。よって、鋼板１０の表面に凹凸欠陥が無い場合、撮像素子１４２によって、赤外レーザ光の強度が略一様に減衰されつつ回折された画像を撮像することとなる。
【００７０】
しかし、散乱光は、凹凸欠陥で散乱されたため、この焦点ｂを通らない。よって、鋼板１０の表面に凹凸欠陥がある場合、散乱光の一部は、ナイフエッジ１５０によって遮蔽されるか、又は散乱光の一部はナイフエッジ１５０の近傍等を通過し、撮像素子１４２に到達し撮像されることとなる。
【００７１】
よって、ナイフエッジ１５０を備えることにより、撮像素子１４２に撮像される画像には、減衰された反射光の強度分布の中に散乱光の強度が存在した強度分布が撮像される。従って、凹凸欠陥の有無による光量のムラは、強調され、撮像画像の明暗がより鮮明となる。よって、より確実に凹凸欠陥の有無を検査することが可能となる。
【００７２】
尚、本実施形態において上記入射角度θ１は、例えば、約４５度であるとして説明したが、本発明は、これに限定されない。即ち、一般的に、光の波長をλ（μｍ）、被検査体（鋼板１０）の表面の荒さ（粗度）をσ（μｍ）とした場合、σｃｏｓ（θ１／λ）の値を小さくするほど鏡面性が増すことが知られている。本実施形態でも鋼板１０の表面において鏡面反射させるため、このσｃｏｓ（θ１／λ）を小さくするように、入射角度θ１は、設定されうる。従って、入射角度θ１は、鋼板１０の表面の粗度σ及び赤外レーザ光の波長λに応じて、適宜設定されうる。
【００７３】
（第１の実施形態及びその変更例のシミュレーション結果）
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置１００及びその変更例による、シミュレーション結果を説明する。図４は、図１及び図２に記載の表面検査装置１００によるシミュレーション結果を示すグラフである。また、図５は、図３に記載の表面検査装置１００の変更例によるシミュレーション結果を示すグラフである。
【００７４】
図４及び図５において、縦軸は、撮像素子１４２で撮像される受光強度を示し、横軸は、撮像素子１４２の中心を原点としたｘ座標を示す（図２、３参照。）。そして、各図において、実線は、鋼板１０の表面に凹凸欠陥がある場合のｘ軸に沿った受光強度分布を示し、破線は、鋼板１０の表面に凹凸欠陥が無い場合のｘ軸に沿った受光強度分布を示す。
【００７５】
本シミュレーションは、０．５μｍの粗度を有する鋼板１０の表面に、直径１０ｍｍで高さ１．３μｍのなだらかな傾斜を有したボタン状の突起が凸欠陥として形成されているとして行った。欠陥は、光束の中心に位置するとしている。また、入射角度θ１は、４５度とし、光源の赤外レーザ光は、波長λが１０．６μｍで、最大強度が１Ｗ／ｃｍ２でビーム直径が２．４ｍｍの略ガウス分布であるとした。そして、図５の変更例においては、ナイフエッジ１５０が、主光束の半分を遮光するとした。
【００７６】
図４に示すように、凹凸欠陥が無い場合の画像の強度分布は、略ガウス分布であるのに対し、凹凸欠陥がある場合の画像データの強度分布は、略ガウス分布に対してピーク位置近傍で乱れている。この乱れが、光の強度の差つまり光量のムラとなり、画像上の濃淡や明暗となる。よって、この光量のムラ及び画像の明暗によって、凹凸欠陥の有無を検査することができる。
【００７７】
図５に示すように、凹凸欠陥が無い場合の画像の強度分布は、図４の略ガウス分布が減衰され、回折によってピーク位置等がずれ非対称となった強度分布となる。一方、凹凸欠陥がある場合の画像の強度分布は、凹凸欠陥が無い場合の画像強度分布にたいして、ピーク位置近傍で大きく乱れた強度分布となる。よって、図４における光の強度の差に比べ、光の強度の差は強調されるため、より容易に凹凸欠陥の有無を検査することが可能となる。
【００７８】
（第１の実施形態及びその変更例のまとめ）
以上、図１〜図５を参照して詳しく説明したように、本発明の第１の実施形態及びその変更例によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００７９】
製造ライン上において好適に適用することができ、可視光程度の粗度σを有する鋼板１０の表面に形成された凹凸欠陥を検出することができ、鋼板１０の表面不良を早期に発見することができる。よって、表面不良の発生に対して早期に対策を取ることができ、表面不良による損失を低減することができ、鋼板１０の品質を向上させることができる。
【００８０】
また、ナイフエッジ１５０を備えることにより、主光束による像と散乱光による像との明暗を強調することができ、凹凸欠陥の検査を容易にすることができると共に、表面検査の精度を高めることができる。そして、約４５度という入射角度θ１で赤外レーザ光を投射するため、装置の配置が容易であり、被検査体（鋼板１０）の表面の微細な振動等の影響を受けずに、凹凸欠陥を検出することができる。
【００８１】
一方、レーザ光源を使用するため、パルス発振の赤外レーザ光を投射することができ、外部シャッター等を使用しなくても被検査体が移動する場合において、移動体のストロボ撮影と同様に、撮像素子１４２の撮像画像がぶれることなく凹凸欠陥を検出することができる。よって、製造ライン上においても使用することが可能である。また、光源から撮像素子までの光路中には粗面やスクリーン等の光量減衰要因が無いため、スペックルが生じず、かつ、検査に必要な光量を十分に供給でき、凹凸欠陥を検出することができる。
【００８２】
更に、第１平面鏡１２２及び第２平面鏡１３２により、表面検査装置１００の各構成要素をＺ型に配置することができるため、配置面積を小さく抑えることができる。赤外カメラ１４０にマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラを採用することにより、表面検査装置１００を安価に提供することができる。また、第１凹面鏡１２３及び第２凹面鏡１３１を使用し大口径のレンズ等を使用せずにすむので、表面検査装置１００を安価に提供することができる。
【００８３】
（第２の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置２００について説明する。尚、第２の実施形態に係る表面検査装置２００の構成のうち、上記第１の実施形態に係る表面検査装置１００の構成と、同一の機能を有するものについては、同じ符号を付すことで、重複説明を省略する。
【００８４】
図６は、第２の実施形態に係る表面検査装置２００を示す平面図である。図６に示すように、本実施形態に係る表面検査装置２００は、ＣＯ２レーザ光源１１０と、投射光学系２２０と、ハーフミラー２６０と、集束光学系２３０と、赤外カメラ１４０と、を含む。
【００８５】
投射光学系２２０は、赤外レーザ光の光路上にＣＯ２レーザ光源１１０の直後の下流に配置される。ハーフミラー２６０は、投射光学系２２０を通過した赤外レーザ光の光路上に、投射光学系２２０と鋼板１０の表面との間に配置される。集束光学系２３０は、赤外レーザ光が入射角度θ１で鋼板１０の表面に投射されて鏡面反射をした１次反射光の光路上における鋼板１０の表面の下流に配置される。赤外カメラ１４０は、集束光学系１３０、２３０によって反射集束され再度鋼板１０の表面に投射され鏡面反射した２次反射光がハーフミラー２６０によって反射された光路上において、集束光学系１３０、２３０の焦点ｂの後方（下流）に配置される。
【００８６】
投射光学系２２０は、鋼板１０の表面に投射する投射光を形成するための光学系であり、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光を発散光へと変換し、この発散光を投射光として鋼板１０の表面に一定の入射角度θ１で投射する。
【００８７】
また、この投射光学系２２０は、第２集光レンズ２２１を含む。第２集光レンズ２２１は、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光の光路上においてＣＯ２レーザ光源１１０の下流に、赤外レーザ光が垂直に中心を通るように配置される。第２集光レンズ２２１は、請求項３に記載のレンズの一例であって、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光を焦点ａに集光（集束）し、集束させることにより発散光とする。この発散光は、ハーフミラー２６０を透過し、投射光として鋼板１０の表面に入射角度θ１で投射される。尚、第２集光レンズ２２１は、例えば、凸レンズ等であってもよい。
【００８８】
更に、投射光学系２２０は、第２集光レンズ２２１の焦点ａからの発散光をより点光源からの発散光に近づけるために、焦点ａに配置されたピンホールを更に含んでもよい。
【００８９】
集束光学系２３０は、集束光を形成するための光学系であり、投射光学系２２０から投射され鋼板１０の表面で一回目の反射（１次反射）をした発散光である１次反射光の光路上に配置される。また、集束光学系１３０、２３０は、この発散光である１次反射光を集束光へと変換する。
【００９０】
また、この集束光学系２３０は、第３凹面鏡２３１を含む。第３凹面鏡２３１は、発散光である１次反射光の光路上の鋼板１０の下流に配置される。第３凹面鏡２３１は、請求項３に記載の凹面鏡の一例であって、鋼板１０の表面において反射した発散光である１次反射光の投射を受け、発散光を集束光に変換して反射し、集束光を再度鋼板１０の表面に入射角度θ１で投射する。すなわち、第３凹面鏡２３１で変換反射された集束光は、第３凹面鏡２３１に投射された発散光の１次反射光と略同じ光路を逆方向にたどり、鋼板１０の表面に再度投射される。
【００９１】
ハーフミラー２６０は、投射光学系２２０（第２集光レンズ２２１）と鋼板１０の表面との間の光路上に配置される。投射光学系２２０からの発散光は、このハーフミラー２６０を透過する。また、集束光学系２３０（第３凹面鏡２３１）から発せられ、鋼板１０の表面で二回目の反射（２次反射）をした集束光である２次反射光は、このハーフミラー２６０によって赤外カメラ１４０の方向に反射される。
【００９２】
赤外カメラ１４０は、集束光学系２３０において集束光に変換され、鋼板１０の表面で２次反射し、ハーフミラー２６０で反射された２次反射光を、集束光学系２３０の焦点ｂより下流にて撮像するものであり、撮像される反射光は、焦点ｂより下流では発散光となる。
【００９３】
（第２の実施形態の変更例）
ここで、図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置２００の変更例の構成について説明する。
【００９４】
図７は、本実施形態に係る表面検査装置２００の変更例を示す平面図である。尚、本変更例では、上記図６に示した表面検査装置１００に比べて、焦点ｂに遮光体を有する点を除いた構成については、同様の構成を有する。よって、この同様な構成についての重複説明は、省略する。
【００９５】
本変更例に係る表面検査装置２００は、上記第２の実施形態の構成を含み、更に、ナイフエッジ１５０を含む。ナイフエッジ１５０は、集束光学系２３０と赤外カメラ１４０との間の光路上において焦点ｂに配置される。
【００９６】
このナイフエッジ１５０は、上記第１の実施形態に係る表面検査装置１００の変更例が含むナイフエッジ１５０と同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
【００９７】
（第２の実施形態に係る表面検査装置２００による表面検査方法）
次に、図６及び図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置２００による表面検査方法について詳細に説明する。
【００９８】
表面検査装置２００の表面検査方法、すなわち、鋼板１０に形成された凹凸欠陥を検出する方法について説明する。以下では、ＣＯ２レーザ光源１１０から発せられた赤外レーザ光の流れを中心に説明する。
【００９９】
ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光は、投射光学系２２０に投射される。投射光学系２２０に投射された赤外レーザ光は、第２集光レンズ２２１によって焦点ａに向かって集束する集束光に変換される。この集束光は、焦点ａより後方では焦点ａを略点光源として出射された発散光のように発散し、ハーフミラー２６０に投射される。ハーフミラー２６０に投射された発散光は、ハーフミラー２６０を透過し、投射光として鋼板１０の表面に向けて投射される。
【０１００】
この発散光の投射光は、鋼板１０の表面に対して入射角度θ１で投射される。鋼板１０の表面に投射された発散光の投射光は、鋼板１０の表面である粗面で、一回目の鏡面反射（１次反射）をし、表面に形成された凹凸欠陥において屈折・散乱される。この鋼板１０の表面で一回目の反射をした赤外レーザ光を以下では１次反射光といい、この凹凸欠陥において屈折・散乱された赤外レーザ光を以下では散乱光という。
【０１０１】
この１次反射光は、鋼板１０の表面に対して反射角度θ２で反射される。ここで、鋼板１０の表面における反射は、鏡面反射（正反射）であるため、入射角度θ１と、反射角度θ２とは、等しくなる。一方、散乱光は、凹凸欠陥において屈折・散乱されるため、鋼板１０の表面に対する反射角度は、入射角度θ１と等しくならない。即ち、投射光は、発散光であり、鏡面反射した１次反射光は、同じく発散光となる。
【０１０２】
この反射光は、集束光学系２３０の第３凹面鏡２３１に投射される。第３凹面鏡２３１に投射された発散光の１次反射光は、第３凹面鏡２３１で集束光に変換され、再度、鋼板１０の表面に投射される。この際の入射角度は、上記入射角度θ１と等しく、集束光は、第３凹面鏡２３１に投射された１次反射光と略同じ光路を逆方向にたどり鋼板１０の表面に再度投射される。また、この投射される集束光は、１次反射の際に発散光が投射された鋼板１０の表面の部位と略同一の部位に投射される。
【０１０３】
鋼板１０の表面に投射された集束光は、鋼板１０の表面である粗面で、二回目の鏡面反射（２次反射）をし、表面に形成された凹凸欠陥において屈折・散乱される。この表面で二回目の反射をした赤外レーザ光を以下では２次反射光という。
【０１０４】
集束光である２次反射光は、ハーフミラー２６０に投射され、ハーフミラー２６０によって屈折される。そしてこの２次反射光は、焦点ｂで集束し、焦点ｂより下流では、発散する。焦点ｂより後方で発散光となった２次反射光は、カメラレンズ１４１に投射される。カメラレンズ１４１に投射された２次反射光は、カメラレンズ１４１で集束又は発散され撮像素子１４２に投射され、撮像される。
【０１０５】
鋼板１０の表面に凹凸欠陥が無く、撮像素子１４２によって撮像される反射光が表面で鏡面反射した主光束のみを含む場合、撮像素子１４２で撮像される画像は、ＣＯ２レーザ光源１１０から出射された赤外レーザ光を発散させ径を大きくし、減衰させた場合の強度分布（以下、赤外レーザ光の強度分布という。）と略同じ強度分布を有することとなる。
【０１０６】
しかし、鋼板１０の表面に凹凸欠陥を有し、反射光が主光束だけでなく凹凸欠陥によって散乱された散乱光を含む場合、撮像素子１４２で撮像される画像は、ＣＯ２レーザ光源から出射された赤外レーザ光の強度分布と違う強度分布を有することとなる。
【０１０７】
よって、本実施形態に係る表面検査方法によれば、この赤外レーザ光の強度分布に対する撮像素子１４２で撮像される画像（光量）の強度分布の差を検出することにより、凹凸欠陥の有無を検出することが可能となる。この凹凸欠陥の有無の検出は上記第１の実施形態において詳細に説明したため、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
尚、本実施形態の変更例において、ナイフエッジ１５０を備えない場合に対してナイフエッジ１５０を備えた場合の表面検査方法は、上記第１の実施形態において、ナイフエッジ１５０を備えない場合に対してナイフエッジ１５０を備えた場合の表面検査方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１０９】
（第２の実施形態及びその変更例のまとめ）
以上、図６及び図７を参照して詳しく説明したように、本発明の第２の実施形態及びその変更例によれば、上記第１の実施形態及びその変更例による効果と同様の効果を奏するとともに、凹面鏡としては第３凹面鏡２３１の一枚で構成することができるため、装置を安価に提供することができる。また、第３凹面鏡２３１以降の光路の一部を１次反射光と略同じ光路とすることにより、装置の配置面積を小さくすることができる。
【０１１０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１１】
例えば、上記第１の実施形態に係る表面検査装置１００は、第１平面鏡１２２と第２平面鏡１３２を備えたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、表面検査装置１００は、第１平面鏡１２２と第２平面鏡１３２とのどちらか一方又は双方を供えなくてもよい。
【０１１２】
表面検査装置１００が第１平面鏡１２２を備えない場合、第１集光レンズ１２１を介した赤外レーザ光（発散光）は、直接第１凹面鏡１２３に到達してもよい。また、表面検査装置１００が第２平面鏡１３２を備えない場合、第２凹面鏡１３１を介した赤外レーザ光（集束光の反射光）は、直接赤外カメラ１４０に到達してもよい。
【０１１３】
また、上記第１の実施形態に係る投射光学系１２０は、赤外レーザ光の発散光を平行光に変換する第１凹面鏡１２３を備えたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、投射光学系１２０は、平行光の赤外レーザ光を鋼板１０の表面に対し入射角度θ１で投射できるものであれば、適宜設計変更可能である。
【０１１４】
例えば、投射光学系１２０は、第１凹面鏡１２３の代替として、第１集光レンズ１２１の後方に配置された第１凸レンズを備えてもよい。この構成によれば、ＣＯ２レーザ光源１１０からの赤外レーザ光は、第１集光レンズ１２１によって焦点ａに集光され、焦点ａより下流で発散光に変換される。この発散光は、第１凸レンズによって平行光に変換され、入射角度θ１で鋼板１０の表面に投射される。
【０１１５】
そして、上記第１の実施形態に係る集束光学系１３０は、鋼板１０の表面で反射した平行光を集束光に変換する第２凹面鏡１３１を備えたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、集束光学系１３０は、鋼板１０の表面で反射した平行光を集束光に変換し、集束光を焦点ｂの後方において赤外カメラ１４０に到達させうるものであれば、適宜設計変更可能である。
【０１１６】
例えば、投射光学系１２０は、第２凹面鏡１３１の代替として、鋼板１０の表面の後方に配置された第２凸レンズを備えてもよい。この構成によれば、鋼板１０の表面で反射した平行光の反射光は、第２凸レンズによって集束光に変換され、この集束光は、第２凸レンズの焦点ｂの下流に配置された赤外カメラ１４０によって撮像される。
【０１１７】
また、上記第２の実施形態に係る表面検査装置２００は、ハーフミラー２６０を備えたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、表面検査装置２００は、ハーフミラー２６０を備えず、鋼板１０の表面での２次反射光は、直接赤外カメラ１４０によって撮像されてもよい。
【０１１８】
具体的には、投射光学系２２０からの発散光は、ハーフミラー２６０を介すことなく、鋼板１０の表面に投射される。そして、集束光学系２３０からの集束光は、発散光の１次反射光と同一の光路から少しずれた光路をたどるように、発散光が１次反射した鋼板１０の表面の部位から少しずれた部位に、入射角度θ１で投射され、２次反射する。この２次反射光は、ハーフミラー２６０を介することなく直接赤外カメラ１４０に到達し、撮像される。
【０１１９】
かかる構成によれば、ハーフミラー２６０によって光量を損なうことなく、投射光学系２２０からの赤外レーザ光を鋼板１０の表面に投射することができ、２次反射光を赤外カメラ１４０によって撮像することができる。
【０１２０】
また、上記第１及び第２の実施形態において、ナイフエッジ１５０を用いない場合、カメラレンズ１４１は撮像素子１４２への光束の投影サイズを調節する目的のみのために用いられるため、必ずしも必要ではなく、赤外カメラ１４０は、カメラレンズ１４１を備えなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置を示す側面図である。
【図２】同実施形態に係る表面検査装置を示す平面図である。
【図３】同実施形態に係る表面検査装置の変更例を示す平面図である。
【図４】同実施形態に係る表面検査装置１００によるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】同実施形態に係る表面検査装置１００の変更例によるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置を示す平面図である。
【図７】同実施形態に係る表面検査装置の変更例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０              鋼板
１００、２００    表面検査装置
１１０            ＣＯ２レーザ光源
１２０、２２０    投射光学系
１２１            第１集光レンズ
１２２            第１平面鏡
１２３            第１凹面鏡
１３０、２３０    集束光学系
１３１            第２凹面鏡
１３２            第２平面鏡
１４０            赤外カメラ
１４１            カメラレンズ
１４２            撮像素子
１５０            ナイフエッジ
２２１            第２集光レンズ
２３１            第３凹面鏡
２６０            ハーフミラー
ａ                投射光学系の焦点
ｂ                集束光学系の焦点
θ１              入射角度
θ２              反射角度
【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】
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【図７】
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