(57)【要約】【課題】検査対象材料が透光性を有するもの、または、結晶化ガラスのように内部に結晶を有するものであっても、内部の欠陥や異物、あるいは光散乱粒子（結晶）の有無にかかわらず、表面の欠陥や異物のみを検査できる表面欠陥検出方法および表面欠陥検査装置を提供する。【解決手段】検査対象材料の被検査面に接するように、前記検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体層を配置し、前記媒体層側から、該媒体層と被検査面の境界面で全反射を生じる入射角で検査光を入射し、前記検査光の前記被検査面における反射光を検出することにより、前記被検査面の表面欠陥や異物を検査する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象材料の被検査面に接するように、前記検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体層を配置し、
前記媒体層側から、該媒体層内で全反射を生じる入射角で検査光を入射し、
前記検査光の前記被検査面における反射光を検出することにより、前記被検査面の表面欠陥を検査する表面欠陥検出方法。
【請求項２】
前記媒体層は、前記検査光を透過する液状体である請求項１記載の表面欠陥検出方法。
【請求項３】
前記媒体層は、前記検査光の波長において、前記検査対象材料の屈折率より０．０１以上大きな屈折率を有する請求項１または２記載の表面欠陥検出方法。
【請求項４】
前記媒体層は、１−ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、ツェーデル油、流動パラフィン、よりなる群より選択される１種以上である請求項１から３いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【請求項５】
前記検出する反射光は、前記被検査面での入射光の全反射光であり、前記方法は該全反射光の光路上に受光手段を配置する請求項１から４いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【請求項６】
前記検出する反射光は、前記被検査面の表面欠陥による散乱光であり、前記方法は前記全反射光の光路上以外に受光手段を配置する請求項１から４いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【請求項７】
前記検査対象材料は、結晶化ガラスである請求項１から６いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【請求項８】
検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体と、前記検査対象材料と前記媒体とを収容する収容槽と、検査光を照射する照射器と、受光手段と、を有し、
前記照射器は、検査光が被検査対象材料表面と媒体層の境界面において全反射するように角度を調節可能に配置されている表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板等の透光性物質の表面に生じた傷や打痕等の表面欠陥や異物を検出する方法に関し、特に透光性物質表面での全反射を利用することによって、透光性物質の表面欠陥、異物を検出できるようにした表面欠陥検査方法および表面欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体表面の検査方法としては、検査対象材料表面に斜方よりレーザー光を当て、検査対象材料の表面で正反射する反射光を検出する、または、欠陥や異物からの散乱光を検出する等で表面の異物や傷等を検出する方法が知られている。
【０００３】
正反射する反射光による検出方法は、入射する検査光が検査対象材料で正反射する反射光の光路上に受光器を設置し、検査対象材料の表面に欠陥や異物が存在しない正常な場合の反射光を検出する。欠陥や異物等がある場合、検査光が欠陥や異物等により散乱して、受光器で検出する反射光が弱くなることにより、欠陥や異物を検出するものである。また、散乱光を検出する方法は、入射する検査光が検査対象材料で正反射する反射光の光路上以外に受光器を設置し、検査対象材料の表面に欠陥や異物が存在しない正常な場合、検査光は検査対象材料で反射するので、受光器には光が入ってこないが、欠陥や異物等がある場合、検査光が欠陥や異物等により散乱して、この散乱光が受光器に光が入って来ることにより、欠陥や異物等を検出するものである。
【０００４】
ところが、このような伝搬光を用いる検査手法においては、内部に異物や欠陥、あるいは結晶等の散乱粒子がない透光性の材料、または金属等の不透明材料の場合には、入射された検査光に対する欠陥や異物からの散乱光の検出や反射光の低減程度を検出することで、表面の欠陥や異物を検出することができるが、内部に欠陥や異物が存在する透光性の材料、または結晶化ガラスのように内部に結晶（散乱粒子）を有する半透明な材料の場合には、内部の欠陥や異物、あるいは結晶等の散乱粒子による散乱光も検出してしまい、検査対象材料内部に存在する異物や欠陥、あるいは結晶等の散乱粒子からの散乱光と、被検査対象材料の表面の異物や欠陥等からの散乱光とを区別することができず、十分な信頼性のある検査結果が得られなかった。特に、内部に結晶を有する結晶化ガラスにおいては、内部の結晶による散乱光が影響するため、表面欠陥や異物を検出することは不可能であった。
【０００５】
そこで、検査対象材料が透視可能な表面を有していても、該表面の異物や欠陥等のみの検査ができる表面検査方法や表面検査装置が提供されている（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平７−１１０３０３号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１は、検査対象材料の検査対象表面へ、斜めに光を照射し、該光の反射光の強度を計測する際に、上記反射光の強度を計測する受光部の見込む視野を制限することで、検査対象材料の内部からの異物や欠陥あるいは散乱粒子（結晶）による散乱光を遮断し、表面の欠陥や異物による散乱光を検出する表面検査方法である。しかしながら、異物や欠陥あるいは散乱粒子（結晶）が表面近くの検査対象内部に存在している場合、表面欠陥と誤検出することが予想され、また検査対象材料の内部からの散乱光を検出しないよう、受光の視野を制限する必要があるといった煩わしさが有った。また、特許文献２は、ディスク基板の表面側に近接光学素子を配置し、所定の角度で検査光を入射させ、ディスク基板の表面欠陥で散乱された光と基板の内部で散乱された光の双方が入射し、散乱光の光量を検出する第１光検出器と、表面の微小構造で散乱されたエバネッセント光成分を検出する第２光検出器を設け、第１光検出器の検出値を第２光検出器の検出値で補正することで、より高精度に表面欠陥を識別するものであるので、近接光学素子を検査対象材料の表面に近接して配置する必要があり、また２つの検出器で受光量を検出する必要があるため、作業が煩雑であるという不都合があった。
【０００７】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、検査対象材料が透光性を有するもの、または、結晶化ガラスのように内部に結晶を有するものであっても、内部の欠陥や異物、あるいは光散乱粒子（結晶）の有無にかかわらず、表面の欠陥や異物のみを検査できる表面欠陥検出方法および表面欠陥検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、検査対象材料の被検査面に接するように、前記検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体層を配置し、前記媒体層側から、該媒体層内の検査対象材料の被検査面で全反射を生じる入射角で検査光を入射し、前記検査光の前記被検査面における反射光を検出することにより、検査対象材料が透過性を有する材料であっても、入射光が材料内部に透過しないため、内部の欠陥や異物、あるいは散乱粒子の有無にかかわらず表面の欠陥や異物を検査できることを見出し本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００９】
本発明における反射光とは、全反射光と散乱光とを含むとする。ここで、全反射光とは、入射された検査光が、他の媒質、あるいは何らかの不連続的変化のある境界面にあたって方向をかえる際に、屈折を伴うことなく全体が反射された光のことをいう。また、散乱光とは、一方向に進んできた検査光が欠陥や異物等の障害物によって、それを中心に様々な方向に広がって行く光のことをいう。
【００１０】
（１）  検査対象材料の被検査面に接するように、前記検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体層を配置し、前記媒体層側から、該媒体層内で全反射を生じる入射角で検査光を入射し、前記検査光の前記被検査面における反射光を検出することにより、前記被検査面の表面欠陥を検査する表面欠陥検出方法。
【００１１】
この様態によれば、検査対象材料の被検査面に接するように、前記検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体層が配置されているので、媒体層側から、被検査面で全反射を生じ始める入射角（以後、臨界角という）以上の角度で入射された検査光は、検査対象材料の内部には透過せず、媒体層と検査対象材料との境界面、すなわち被検査面で全反射することになる。このため、検査対象材料の内部には検査光が透過せず、内部に欠陥や異物あるいは結晶等の光散乱粒子があっても、これらに起因する散乱光は発生しない。従って、以下のように表面の欠陥や異物のみを検出することができる。
【００１２】
まず、表面欠陥が無い場合、入射光がどのように伝播するか説明する。媒体層側から臨界角以上の角度で入射された検査光は、検査対象材料の表面に欠陥や異物が無い正常な場合、被検査面で全反射し、入射された検査光と同じ光量の反射光となり、媒体層と空気層の境界面へ直進する。一方この反射光は、媒体層から空気層間の臨界角以上でその境界面に入射するため、該境界面で再度全反射する。媒体層と空気層間で再度全反射が生じる理由は、本発明では、屈折率の大小関係が、媒体層＞検査対象＞空気層の関係にあるために、媒体層と空気層間の臨界角が、媒体層と検査対象間の臨界角より小さいためである。
【００１３】
そのために、媒体層側から入射された検査光は、検査対象面と空気層境界面間で全反射を繰り返し、光が媒体層から漏れ出すことがなく伝播していくことになる。
【００１４】
一方、被検査表面に欠陥や異物がある場合は、入射された検査光の一部は欠陥等に散乱され散乱光となり様々な方向へ広がっていき、散乱光の一部は、散乱角度により上方の空気層まで透過し、残りは空気層と媒体層間、媒体層と被検査対象間の全反射により、媒体層内を伝播し続けることになる。またこの場合、入射した検査光で散乱光にならなかった光が、全反射光となり伝播するため、検査表面に欠陥等が存在する場合、全反射光の光路上の光量は、欠陥等が無い場合と比較し低減されることになる。
【００１５】
そこで、受光手段により全反射光の光路上の光量、あるいは全反射光の光路以外で媒体層内を伝播する散乱光、あるいは媒体層から上方にある空気層に透過した散乱光の光量を検出することで、表面欠陥や異物の有無を検出することができる。
【００１６】
一方、本発明では、検査対象材料の内部に欠陥や異物、あるいは結晶等の光散乱粒子があっても、検査対象内部には検査光が透過しないので、それによる検査光の散乱は発生しないため、内部の欠陥や異物あるいは結晶等の光散乱粒子に影響されることがない。これによって、検査対象材料の表面欠陥や異物のみを検査することが可能となる。
【００１７】
（２）  前記媒体層は、前記検査光を透過する液状体である（１）記載の表面欠陥検出方法。
【００１８】
この様態によれば、媒体層は検査光を透過するので、検査光や全反射光あるいは散乱光等の反射光が媒体層中を伝播することができる。また、媒体層が液状体であるので、媒体層と検査対象材料の表面とが隙間なく密着して接することができる。このため、媒体層側から入射された検査光は、屈折率の高い媒体層から屈折率の小さい検査対象材料に進む際に、境界面で全反射されることになる。
【００１９】
また、後述するが、空気層から検査光を直接入射させた場合、媒体層を透過して検査対象材料の検査面に、臨界角以上の入射角で検査光を入射させるのは、物理的に不可能であることがわかっている。従って媒体層から検査面に検査光を入射させるには、媒体層中に光ファイバーやプリズム等を浸漬させる等の方法で、検査光を導光することが好ましい。
【００２０】
一方、検査対象材料の検査面全体をスキャンしながら検査したい場合は、検査対象材料に対して検査光の照射位置を移動させる必要がある。このような場合、媒体層が液状体なら、浸漬させた導光素子に関係なく、無理なく検査位置を変更し、検査面全体をスキャンしながら検査することが可能となる。
【００２１】
このように検査光を透過する液状体の媒体層を構成する媒体としては、その屈折率が検査対象材料の屈折率よりも大きい特性を有するものであれば特に限定されず、１−ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、ツェーデル油、流動パラフィン等が挙げられる。特に、１−ブロモナフタレン、沃化メチレン、ツェーデル油はこの中でも比較的屈折率が大きいので好ましい。
【００２２】
（３）  前記媒体層は、前記検査光の波長において、前記検査対象材料の屈折率より０．０１以上大きな屈折率を有する（１）または（２）記載の表面欠陥検出方法。
【００２３】
臨界角が大きいと検査光の照射角度の許容範囲が狭くなってしまうため、本発明の表面欠陥検出方法を実施するための装置構成が制限されてしまうこととなる。このため、臨界角はできるだけ小さいことが好ましいが、検査対象材料の屈折率より０．０１以上大きければ、十分小さな臨界角を得ることが可能となる。例えば、屈折率ｎ２＝１．４６の石英ガラスに対し、屈折率ｎ１＝１．４７の流動パラフィンを媒体として用いた場合の臨界角θｃは、ｓｉｎθｃ＝ｎ２／ｎ１より、θｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）＝ｓｉｎ−１（０．９９３１９７）＝８３．３度程度になる。
【００２４】
更に、媒体層の屈折率が検査対象材料の屈折率より大きいので、検査光を被検査面で全反射を生じる臨界角以上の角度で入射することで、検査光は検査対象材料の内部に透過せず、被検査面で全反射することになる。このため、検査対象材料内部に欠陥や異物あるいは結晶等の光散乱粒子があっても、これらに起因する散乱光が発生せず、上記のように表面の欠陥や異物のみを検出することができる。
【００２５】
（４）  前記媒体層は、１−ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、ツェーデル油、流動パラフィン、よりなる群より選択される１種以上である（１）から（３）いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【００２６】
この様態によれば、媒体層の媒体は、１ｍｍの厚さの時、波長が４５０ｎｍ以上の光に対し透過率が８０％以上という比較的大きな屈折率を有する液状体であるので、可視光線を含め幅広い波長の光を検査光として用いることができる。また、屈折率が比較的大きく、特に、１−ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、ツェーデル油は屈折率が１．６以上であり、屈折率が比較的大きいので、光学ガラス、結晶化ガラス等の表面欠陥検出方法として特に最適に用いることができる。
【００２７】
（５）  前記検出する反射光は、前記被検査面での入射光の全反射光であり、前記方法は該全反射光の光路上に受光手段を配置する（１）から（４）いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【００２８】
この様態によれば、入射光の被検査面からの全反射光を検出できるよう、全反射光の光路上に受光手段を配置しているので、検査対象材料の表面欠陥や異物の有無を検査することができる。すなわち欠陥や異物がない正常の場合は、入射された検査光は検査対象材料の表面で全反射し、検査光と同程度の強さの全反射光となって伝播され、全反射光の光路上に配置された受光手段で検出される。一方、欠陥や異物がある場合は、入射した検査光の一部は欠陥や異物で散乱され、その分全反射光の光量が低減されることとなる。従って全反射光の光路上に置かれた受光手段が検出した光量の変化を利用し、検査対象材料の表面の欠陥や異物の有無を検出することが可能となる。
【００２９】
（６）  前記検出する反射光は、前記被検査面の表面欠陥による散乱光であり、前記方法は前記全反射光の光路上以外に受光手段を配置する（１）から（４）いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【００３０】
この様態によれば、全反射光の光路上以外に配置された受光手段で、散乱光を検出することで、検査対象材料の表面欠陥や異物の有無を検査することができる。すなわち、欠陥や異物がない正常の場合は、入射された検査光は検査対象材料の表面で全反射して、検査光と同程度の強さの全反射光となって伝播されるが、欠陥や異物がある場合は、入射した検査光の一部は散乱して散乱光となり、全反射光の光路上以外にも散乱される。従って、受光手段が全反射光の光路上以外に配置されていると、表面に欠陥や異物がない場合には散乱光がないため光は検出されないが、表面に欠陥や異物がある場合には散乱光が検出されることになる。これによって、検査対象材料の表面の欠陥や異物の有無を検査することができる。
【００３１】
（７）  前記検査対象材料は、結晶化ガラスである（１）から（６）いずれか記載の表面欠陥検出方法。
【００３２】
本発明の表面欠陥検出方法は、検査対象材料が透光性を有する材料であっても、内部の欠陥や異物、散乱粒子等に関係なく、上記のように検査対象材料の表面の欠陥や異物のみを検出できるので、ガラス基板、プラスチック基板等の透明材料の表面欠陥検出方法として好適であると共に、内部に結晶を有する結晶化ガラス等の半透明な透光性材料の表面欠陥を検出する方法として特に好適である。
【００３３】
（８）  検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体と、前記検査対象材料と前記媒体とを収容する収容槽と、検査光を照射する照射器と、受光手段と、を有し、前記照射器は、検査光が被検査対象材料表面と媒体層の境界面において全反射するように角度を調節可能に配置されている表面欠陥検査装置。
【００３４】
この様態によれば、透光性を有する検査対象材料の表面の欠陥や異物を内部の欠陥や異物あるいは結晶等の光散乱粒子の有無に関係なく検出することができる。例えば、ガラス等のアモルファス材料等の透明材料において、内部に存在する泡、溶け残り等に影響を受けずに、表面の欠陥や異物を選択的に検出することができる。また、結晶化ガラス等の内部に結晶を有する半透明材料であっても、同様に内部の結晶等に影響を受けずに、表面の欠陥や異物を選択的に検出することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の表面欠陥検出方法によれば、透光性を有する検査対象材料の表面の欠陥や異物を内部の欠陥や異物あるいは結晶等の光散乱粒子の有無に関係なく検出することができる。このため、内部に結晶等の散乱粒子を有する結晶化ガラス等の半透明材料の表面の欠陥を検査することができる。また、ガラス他のアモルファス材料等の透明材料において、内部に存在する泡、溶け残り等に影響を受けずに、表面の欠陥や異物を選択的に検出することができるので、表面欠陥検査の歩留まりを上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の表面欠陥検出方法は、検査対象材料の被検査面に接するようにして、検査対象材料の屈折率より大きな屈折率を有する媒体層を配置し、該媒体層側から、被検査面に全反射を生じる入射角で検査光を入射し、検査光の被検査面における反射光を検出することにより、前記被検査面の表面の欠陥や異物を検査するものである。
【００３７】
検査対象材料は、ガラス（アモルファス）等の完全な透明体、金属等の不透明体、結晶化ガラスのように内部に結晶を有する透光性の半透明体等であってよい。特に、本発明の表面欠陥検出方法は、後述するように、検査対象材料の内部に存在する欠陥、異物、結晶等に影響されずに表面の欠陥や異物を検査することができるので、光学ガラス等の透光性を有する材料である完全な透明体や結晶化ガラス等の半透明体の材料の表面の欠陥や異物の検査として特に好適である。
【００３８】
本発明の表面欠陥検出方法において、媒体層として用いる媒体としては、検査光の波長において、検査対象材料の屈折率より少なくとも０．０１以上大きな屈折率を有するものが臨界角を小さくできるため好ましく、０．０３以上大きな屈折率を有するものがより好ましく、０．０５以上大きな屈折率を有するものが最も好ましい。また、媒体は検査対象材料の被検査面と密着して接するように配置できるものであるのが好ましく、液体、ペースト状、ゲル状等の液状体であってよい。
【００３９】
ここで、検査対象材料の被検査面に接するように、該検査対象材料より大きな屈折率を有する媒体からなる媒体層を配置するには、例えば、液状体の場合は、この液状体の媒体中に検査対象材料を浸漬する、または、液状体が検査対象材料から離散しないようにして検査対象材料の表面に媒体を充填して配置する等の方法が挙げられる。尚、検査対象材料に隙間なく密着して配置することの容易性、簡便性から、液体であるのが好ましい。
【００４０】
媒体としては、検査対象材料等の構成部材に悪影響を及ぼさない液状体であれば使用可能であり、揮発性が低いかまたは不揮発性であることが好ましい。具体的には、検査対象材料の屈折率にもよるが、１−ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、ツェーデル油、流動パラフィン等が挙げられる。特に、１−ブロモナフタレン、沃化メチレンは、例えば株式会社オハラ製の結晶化ガラス「クリアセラムＺ」（商品名）、ショット社製の結晶化ガラス「ゼロデュア」（商品名）より屈折率が大きいので、結晶化ガラスの表面の欠陥や異物を検出するのに好ましい。
【００４１】
このように、媒体層の屈折率を検査対象材料の屈折率より大きくすることで、被検査面で全反射を生じる臨界角以上の角度で入射した検査光は、検査対象材料の内部には透過せず、被検査面で全反射することになる。このため、検査対象材料の内部に検査光が透過しないので、内部に欠陥や異物あるいは結晶等の光散乱粒子があっても、これらに起因する散乱光が発生せず、上記のように表面の欠陥や異物を検出することができる。
【００４２】
検査光としては、所定のビーム径のレーザー光等の線状の光束を有する線状光線や検査対象材料の幅に相当する幅を有する線状光線が好ましい。レーザー光等の線状の光束を有する線状光線は、照射手段より照射される光の媒体層の入射角の制御が容易であり、また、照射手段より照射される光の受光面の面積を小さく設計することができ、更に反射光を検出する受光手段における受光面の面積を小さく設計することができ、測定ノイズを抑制することができ、測定誤差を小さくすることができる点で有利である。一方、検査対象材料の幅に相当する幅を有する線状光源は、被検査面の全域をスキャンして検査する場合、検査速度の点で有利である。
【００４３】
このような光線を照射する照射器としては、光を照射する機能を有する限り特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ハロゲンランプ（例えばキセノンランプ）等の光源、レーザー光照射器等が挙げられる。
【００４４】
また、検査対象材料の幅に相当する幅を有する線状光線を照射する照射器としては、例えば、複数本の細長い光ファイバーを帯状に束ね、各ファイバーの先端の光の照射する部分の断面形状を線状とした帯状光源とし、光ファイバーの他端付近に設けたハロゲン光や水銀光等の光源からの光を光ファイバーを経由して検査対象材料へ導くようにしたものであってよいし、細長い１本のスリットを通して光源からの光を検査対象材料に照射するようにしてもよいし、適切なレーザー光を検査対象材料の幅に横に広げた照射器でもよい。
【００４５】
また、様々な屈折率を有する複数種の検査対象や媒体層を利用し、検査を行うことを考慮して、照射器には被検査面に入射する検査光の入射角度を調節する、角度調節機構を設けることが望ましい。
【００４６】
受光手段としては、市販の受光器を用いて構成することができ、媒体層中で、反射光を取り込む光ファイバーやプリズム、楕円ミラーやレンズ等の受光部材を備えていてもよい。
【００４７】
受光手段には、受光器で検出した反射光から検出信号を出力する信号処理ユニットや、該受光手段で検出された検出信号を処理するコンピューター等からなる画像処理装置等が接続されてよい。尚、信号処理ユニットによる検出信号（パルス）の個数は異物の個数等に相当し、振幅は異物の大きさ（粒径）や形状等に対応する。信号処理ユニットの検出信号はマイコンによって処理され、必要に応じてプリンタやディスプレイにより異物の個数や大きさ等が印字ないし表示される。
【００４８】
この画像処理装置は、受光手段等からの出力信号と、予め画像処理装置の記憶部に保存されていた出力信号とによる実際の欠陥の大きさ（面積、長さ、幅、深さ）・種類（形状、クラック、異物、スクラッチ）の対応関係を示すデータを解析・比較することで、欠陥を判別する機能を持たせることができる。
【００４９】
尚、反射光を受光する受光器または受光部材等の受光手段は、全反射光の光路上に設置して全反射光を受光する他に、該光路上以外の位置に設置して、検査対象材料の表面欠陥や異物による散乱光を受光するようにしてもよい。全反射光の光路上以外の受光手段の位置としては、媒体層中では、散乱光が伝播する光路で、検査光と全反射光の光路上を避けた位置、あるいは媒体層外の空気中では、散乱光が空気中に透過しうる位置、すなわち、検査光が検査対象表面に当たった上方の空気中、のいずれであってもよい。
【００５０】
受光器または受光部材等の受光手段を全反射光の光路上に設置することで、検査対象材料の表面に欠陥や異物がある場合は、これらの欠陥や異物により、入射された検査光の一部が散乱されるために全反射光の光路上を進む反射光の量が弱くなる。従って、この光量の低減を検出することで、表面欠陥や異物の存在やその大きさ等を検出することができる。一方、全反射光の光路上以外に設置する場合は、表面の欠陥や異物により散乱された散乱光を検出するので、表面欠陥や異物の存在やその大きさ等を検査することができる。
【００５１】
以下、本発明の表面欠陥検出方法の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００５２】
図１は本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の一実施形態を示す模式図、図２は本発明における光の経路を模式的に表した説明図であり、（ａ）は表面に欠陥や異物がない場合、（ｂ）は表面に欠陥や異物がある場合である。
【００５３】
まず、本発明の原理について、図２に基づいて説明する。
【００５４】
図２において、Ｇは透明平板材料としての検査対象材料であり、２は該検査対象材料Ｇの被検査面Ｓ上に所定厚さで検査対象材料Ｇの被検査面Ｓに空気層を介在させることなく密着して配置された媒体層であり、該媒体層２は検査対象材料Ｇの屈折率より大きな屈折率を有する液体（例えば１−ブロモナフタレン）、ペースト状、ゲル状の媒体が採用される。
【００５５】
図２（ａ）に示すように、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓ上の位置Ａ１に、図示されていないレーザー光源等を備える照射器からレーザー等の検査光Ｌが媒体層２から検査対象材料Ｇにおける全反射入射角度（以下、第１臨界角と称する）Ｐ１より大きな入射角度θ１で入射したとする。尚、Ｌ１は位置Ａ１からの全反射光である。
【００５６】
前記第１臨界角Ｐ１は、屈折率の大きな媒体層２から、それと比較し屈折率の小さな被検査対象材料Ｇに対し、検査光Ｌを入射させた場合、その境界面で全反射の始まる際の検査光Ｌと法線Ｏ１のなす角度で示される。
【００５７】
この第１臨界角Ｐ１より大きな入射角度θ１で入射させた検査光Ｌは、全反射して全反射光Ｌ１となって、媒体層２中に伝播される。その結果、検査対象材料Ｇ中へ透過する光は存在しない。次に、該全反射光Ｌ１は、媒体層２から空気層における臨界角（以下、第２臨界角Ｐ２と称する）より大きな角度で媒体層２と空気層との境界面に入射することになるので、該境界面においても全反射が生じ、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓに向けて伝播される。そして、この被検査面Ｓに向けて伝播された全反射光Ｌ１は、第１臨界角Ｐ１より大きな角度で媒体層２と検査対象材料Ｇとの境界面に入射することになるので、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓで全反射することになる。このように、第１臨界角Ｐ１より大きな角度で被検査面Ｓに入射した検査光Ｌは、媒体層２内で全反射を繰り返しながら伝播していくことになる（図２（ａ）参照）。
【００５８】
いま、位置Ａ１に欠陥や異物Ｄが存在した場合（以下、便宜上、欠陥や異物についてもその位置と同符号を用いる）、図２（ｂ）に示すように、検査光Ｌの一部は、欠陥や異物Ｄにより四方に散乱され、散乱光Ｌ２または第２全反射光Ｌ３となる。そのため、全反射光Ｌ１の光量が低減されることになる。このため、図示されていないが、受光器を全反射光Ｌ１の光路上に配置した場合、全反射光Ｌ１の光量の変化を検出することで、欠陥や異物Ｄの検出が可能となる。
【００５９】
また、該散乱光Ｌ２のうち、散乱角度θ２が第２臨界角Ｐ２（Ｌ３光に相当）より大きな角度で媒体層２と空気層との境界面に向かう散乱光Ｌ２は、媒体層２と空気層との境界面で全反射して検査対象材料Ｇに向けて伝播するが、散乱角度θ２が第２臨界角Ｐ２より小さな角度で媒体層２と空気層との境界面に向かう散乱光Ｌ２は、媒体層２と空気層との境界面で全反射することなく、空気層へと屈折し透過される。そこで、空気層へ透過した散乱光Ｌ２を検出できる適宜な位置例えば、図２（ｂ）における法線Ｏ２−Ｏ１−法線Ｏ２間の空気中に受光器を配置することで、欠陥や異物Ｄによる散乱光を受光し、欠陥や異物Ｄの検出が可能となる。ここで、第２臨界角Ｐ２とは、媒体層２と空気層との境界面で媒体層２から入射した光が全反射する角度であって、空気の屈折率はほぼ１に等しく、検査対象材料Ｇの屈折率に比べ通常はるかに小さいので、第２臨界角Ｐ２は第１臨界角Ｐ１より一般的に小さな角度となる。また、散乱角度θ２とは、図２（ｂ）に示すように、欠陥や異物Ｄにより四方に拡散する光の法線Ｏ１となす角度をいう。
【００６０】
一方、検査光Ｌは検査対象材料Ｇの被検査面Ｓで全反射するために、検査対象材料Ｇ中に屈折し透過する光がないので、検査対象材料Ｇ中に欠陥や異物があっても検出されないことになる。
【００６１】
次に、本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の一実施形態について、図１に基づいて説明する。
【００６２】
図１において、表面欠陥検査装置１は、検査対象材料Ｇの屈折率より大きな屈折率を有する媒体２ａを収容した収容槽３と、検査光Ｌを照射する照射手段４と、前記検査対象材料Ｇの被検査面Ｓで反射した散乱光Ｌ２を検出する受光手段５とを備える。そして、照射手段４は照射器４ａと光源４ｂとを備え、受光手段５は受光部材と検出用光学系からなる受光器とを備え、信号処理ユニット６が接続されている。照射手段４と受光手段５とは照射位置移動手段により水平に前後左右方向に移動できるように構成されている。前記照射位置移動手段の具体的な図示は省略しているが、照射器４ａと受光手段５とを照射位置移動手段のフレームに保持して水平に左右方向に搬送する機構を採用することができる。これにより、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓ上を一定速度でスキャンすることが可能であり、被検査面Ｓの全域につき欠陥や異物を検査できる。また、場合によっては照射器４ａと受光手段５を固定しておき、検査対象材料Ｇを水平に前後左右方向に移動させてもよい。
【００６３】
前記収容槽３に収容される媒体２ａは、上記のように検査対象材料Ｇの屈折率より少なくとも０．０１以上の大きな屈折率を有する液体、ペースト状、ゲル状のものが採用できる。また、検査対象材料Ｇは収容槽３に収容される媒体層２中に設置され、検査対象材料Ｇの表面と空気層を介在させることなく密着されている。尚、本実施形態では検査対象材料Ｇを媒体層２中に浸漬して設置しているが、これに限定されず、例えば、検査対象材料Ｇの四周側面を取り巻く囲い壁を形成し、該囲い壁内に媒体２ａを充填するようにして媒体層２を形成してもよい。
【００６４】
照射器４ａは、例えばレーザー光源等の光源４ｂに接続され、検査光Ｌがレーザー光線または線状の光線として照射される。尚、検査光Ｌは検査対象材料Ｇの幅に相当する寸法幅の線状の光線とすることで、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓの全域をスキャンして検査する作業が大幅に低減されるので好ましい。また、レーザー光源としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等のガスレーザー、半導体レーザーおよびＹＡＧレーザー等の複合素子レーザー等、その種類を問わない。
【００６５】
また、図示していないが、照射器４ａは、使用する媒体層と検査対象間の臨界角に応じ、検査対象材料Ｇに対する入射角度を変化させる角度調整手段を備え、検査光Ｌの入射角度を変化できるようにするのが好ましい。また、本発明では、媒体層２の屈折率＞検査対象Ｇの屈折率＞空気の屈折率、の関係があるため、空気中から直接、検査光Ｌを入射させ、媒体層２と検査対象材料Ｇの被検査面Ｓに、臨界角以上の入射角で入射させることは物理的に不可能である。そこで検査光Ｌの媒体層２への導光は、プリズム、光ファイバー、ミラー等を適時用いて行うことができる。尚、この検査光Ｌの導光は、媒体層２に用いる媒体２ａや検査対象材料Ｇの種類に応じて適宜選定されるが、検査光Ｌを媒体層２中に直接に導光する場合には、プリズムや光ファイバーを用いるのが好ましい。
【００６６】
受光手段５は、検査光が入射される位置Ａ１上方の媒体層２中に設置された光ファイバー等からなる。尚、媒体層２が液体状の場合、媒体層中に受光手段５を設置することは、液表面にゆらぎが生じても、受光器の受光する散乱光Ｌ２にゆらぎが生じず、安定な受光・検出が可能となる。受光手段５には、信号処理ユニット６が接続され、更には、図示されていないが、受光手段で検出された出力信号を処理するコンピューター等からなる画像処理装置に接続されてなる。これによって、受光手段５が散乱光Ｌ２を受光し、信号処理ユニット６で受光手段５で受光した散乱光Ｌ２を検出して検出信号が出力される。この検出信号（パルス）の個数は異物の個数に対応し、振幅は異物の大きさ（粒径）や形状等に対応し、この検出信号はマイコンによって処理され、必要に応じてプリンタやディスプレイにより異物の個数や大きさ等が印字ないし表示される。
【００６７】
受光手段５は、媒体層２中で検査光Ｌの全反射光Ｌ１の光路上以外の位置に設置されている。また、図示していないが、媒体層中で検査光が入射される位置Ａ１の近傍の前方位置に設置してもよい。
【００６８】
尚、上記の照射器４ａや光源４ｂ等の照射手段４、および受光手段５や信号処理ユニット６等の種類他はあくまで例示的なものであり、本発明はこれら以外の照射手段や受光手段等を用いる場合も含むものである。
【００６９】
本実施例では、上記の原理に基づき、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓ上で検査光Ｌが照射される位置Ａ１の上方または前方であって、この位置Ａ１に欠陥や異物Ｄが存在した場合にその散乱光を検出可能な位置であり、かつ、被検査面Ｓ上の媒体層２中で検査光Ｌの全反射光Ｌ１の光路上以外の位置に受光手段５を配置するようにしたものである。
【００７０】
このような位置に受光手段５を配置することにより、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓにある欠陥や異物Ｄによる散乱光Ｌ２が検出されるので、被検査面Ｓの欠陥や異物を検査することができる。
【００７１】
次に、本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の第２の実施形態を図３に示す。図３に示す表面欠陥検査装置１は、図１に示す実施形態の表面欠陥検査装置１において、受光手段５が散乱光Ｌ２の第２臨界角Ｐ２より小さな角度内（図３における法線Ｏ２−法線Ｏ２間の位置）で、媒体層２の外上方に設置されたものである。尚、照射手段４や受光手段５等の装置、および媒体層２等は第１の実施形態と同一であり、第１の実施形態の表面欠陥検出装置と共通する構成等については、図１と同じ番号を付して説明を省略する。
【００７２】
本発明の第２の実施形態は、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓにある欠陥や異物Ｄによる散乱光を検査光Ｌが検査対象材料Ｇの被検査面Ｓ上に入射する位置Ａ１の上方域で、媒体層２から空気層に透過した散乱光Ｌ２を以下のようにして検出するものである。
【００７３】
検査対象材料Ｇの被検査面Ｓに欠陥や異物Ｄがある場合、検査光Ｌは該欠陥や異物Ｄにより散乱されて散乱光Ｌ２となる。上記のように、該散乱光Ｌ２の中で第２全反射光Ｌ３となる第２臨界角Ｐ２より小さな角度で媒体層２と空気層との境界面に向かう散乱光Ｌ２（図２（ｂ）における法線Ｏ２−Ｏ２間の位置する散乱光Ｌ２）は、媒体層２と空気層との境界面から空気層へと透過される。そのため、受光器５ａを散乱光Ｌ２の第２臨界角Ｐ２より小さな角度内（図３における法線Ｏ２−法線Ｏ２間の位置）で、媒体層２の上方に設置することで、媒体層２から空気層に透過された散乱光Ｌ２を検出することができる。すなわち、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓに欠陥や異物Ｄが存在しない場合は、散乱光Ｌ２が発生しないので、受光手段５は光を受光しないが、欠陥や異物Ｄが存在する場合には、欠陥や異物Ｄにより散乱される散乱光Ｌ２を受光手段５が受光し、信号処理ユニット６により、異物の個数や大きさ（粒径）等に対応する検出信号（パルス）として出力され、これをマイコンによって処理し、必要に応じてプリンタやディスプレイにより異物の個数や大きさ等が印字ないし表示される。これによって、表面欠陥や異物の有無等を検査することができる。
【００７４】
次に、本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の第３の実施形態を図４に示す。図４に示す表面欠陥検査装置１は、図１に示す実施形態の表面欠陥検査装置１において、受光手段５が媒体層２中で、検査光Ｌの全反射光Ｌ１の光路上に設置されたものである。尚、照射手段４や受光手段５等の装置、および媒体層２等は第１の実施形態と同一であり、第１の実施形態の表面欠陥検出装置と共通する構成等については、図１と同じ番号を付して説明を省略する。
【００７５】
本発明の第３の実施形態は、受光手段５を媒体層２中の検査光Ｌの全反射光Ｌ１の光路上に設置し、検査対象材料Ｇの被検査面Ｓにある欠陥や異物Ｄによる散乱で低減された全反射光Ｌ１の光量を検出し、以下のように被検査面Ｓの欠陥や異物Ｄを検出するものである。
【００７６】
検査対象材料Ｇの被検査面Ｓに欠陥や異物Ｄがある場合、検査光Ｌの一部は該欠陥や異物Ｄにより散乱されて散乱光Ｌ２や第２全反射光Ｌ３となる。そのため、全反射光Ｌ１の光量は欠陥や異物Ｄがない場合の全反射光Ｌ１の光量に比べ低減されることになる。そこで、全反射光Ｌ１の光路上に配置した受光手段５で全反射光Ｌ１を受光し、信号処理ユニット６により異物の個数や大きさ（粒径）等に対応する検出信号（パルス）として出力され、これをマイコンによって処理し、必要に応じてプリンタやディスプレイにより異物の個数や大きさ等が印字ないし表示される。これによって、表面欠陥や異物の有無等を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明における光の経路を模式的に表した説明図であり、（ａ）は表面に欠陥や異物がない場合、（ｂ）は表面に欠陥や異物がある場合である。
【図３】本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の第２の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の表面欠陥検出方法に係る表面欠陥検査装置の第３の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１    表面欠陥検査装置
２    媒体層
２ａ  媒体
３    収容槽
４    照射手段
４ａ  照射器
４ｂ  光源
５    受光手段
６    信号処理ユニット
Ｄ    欠陥（異物）
Ｇ    検査対象材料
Ｌ    検査光
Ｌ１  全反射光（反射光）
Ｌ２  散乱光（反射光）
Ｌ３  第２全反射光
【図１】
2008076113.tif 000003
【図２】
2008076113.tif 000004
【図３】
2008076113.tif 000005
【図４】
2008076113.tif 000006