(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体表面を撮像手段により撮像し、当該被検査体表面の凹凸を検査する表面検査方法であって、
投射光学系により、レーザ光源から出射される赤外レーザ光を発散光に変換すると共に、当該発散光を前記被検査体表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度で前記被検査体表面に投射し、
前記発散光が前記被検査体表面で反射した反射光を、集束光学系により集束光に変換し、
前記集束光学系を経た反射光を、前記集束光学系の焦点に集束させた後に、前記撮像手段の撮像面上に前記被検査体表面近傍の像が結像するように、前記被検査体表面からの反射光の合焦位置を調整可能な撮像レンズに入射させ、
前記撮像レンズを透過した反射光を、前記撮像手段により撮像して、
前記撮像面上の明暗パターンから前記被検査体表面の凹凸を検出するものであり、
前記撮像レンズは、前記撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ、前記反射光の光路上において前記撮像手段の撮像素子から離隔した位置に調整することを特徴とする、表面検査方法。
【請求項２】
前記集束光学系を経た反射光を、前記撮像レンズ及び前記撮像手段が順に配置された一の光路と、当該一の光路とは異なる他の光路とに分割し、
前記他の光路の反射光を、前記集束光学系の焦点に集束させた後に、前記他の光路上に配置された他の撮像レンズに入射させ、
前記他の光路上の撮像レンズを透過した反射光を、前記他の光路上の他の撮像手段により撮像することを特徴とする、請求項１に記載の表面検査方法。
【請求項３】
前記他の光路上の撮像レンズは、前記他の光路上の撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面上に調整するか、又は、前記一の光路上の撮像レンズによる離隔方向とは反対の方向に前記被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整することを特徴とする、請求項２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
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投射レンズを含み、
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反射光を前記集束光に変換すると共に、前記撮像手段へと偏向させる凹面鏡を含み、
前記撮像レンズは、前記反射光の光路上の前記凹面鏡の焦点と前記撮像手段との間に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面検査方法。
【請求項５】
被検査体表面を撮像手段により撮像し、当該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発散光に変換し、当該発散光を前記被検査体表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度で前記被検査体表面に投射する投射光学系と、
前記発散光が前記被検査体表面で反射した反射光を集束光に変換する集束光学系と、
前記集束光学系を経た反射光の光路上における前記集束光学系の焦点と前記撮像手段との間に配置され、当該撮像手段の撮像面上に前記被検査体表面近傍の像が結像するように、前記被検査体表面からの反射光の合焦位置を調整して前記反射光を前記撮像面へと透過する撮像レンズと、
を有し、
前記撮像レンズは、前記撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ、前記反射光の光路上において前記撮像手段の撮像素子から離隔した位置に調整し、
前記撮像面上の明暗パターンから前記被検査体表面の凹凸を検出することを特徴とする、表面検査装置。
【請求項６】
前記集束光学系を経た反射光を、前記撮像レンズ及び前記撮像手段が順に配置された一の光路と、当該一の光路とは異なる他の光路とに分割する分割手段と、
前記他の光路上に順に配置され、前記一の光路上の前記撮像レンズ及び前記撮像手段とは異なる他の撮像レンズ及び撮像手段と、
を更に有し、
前記他の光路上の撮像レンズは、前記集束光学系を経た反射光の光路上における前記集束光学系の焦点と前記他の光路上の撮像手段との間に配置され、当該他の光路上の撮像手段の合焦位置を調整して前記他の光路の反射光を前記他の光路上の撮像手段へと透過し、
前記他の光路上の撮像手段は、前記他の光路上の撮像レンズを透過した反射光を撮像することを特徴とする、請求項５に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記他の光路上の撮像レンズは、前記他の光路上の撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面上に調整するか、又は、前記一の光路上の撮像レンズによる離隔方向とは反対の方向に前記被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整することを特徴とする、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投射レンズを含み、
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反射光を前記集束光に変換すると共に、前記撮像手段へと偏向させる凹面鏡を含み、
前記撮像レンズは、前記反射光の光路上の前記凹面鏡の焦点と前記撮像手段との間に配置されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項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圧延ロールによって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、疵や凹凸欠陥ともいう。このような凹凸欠陥が一旦発生すると、圧延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偏向され、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、撮像装置の被写界深度内に、赤外線発光源と鋼板表面との両方を収めることが必要である。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撮像装置の被写界深度内に収め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】
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、被検査体表面を撮像手段により撮像し、当該被検査体表面の凹凸を検査する表面検査方法であって、投射光学系により、レーザ光源から出射される赤外レーザ光を発散光に変換すると共に、当該発散光を被検査体表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度で被検査体表面に投射し、発散光が被検査体表面で反射した反射光を、集束光学系により集束光に変換し、集束光学系を経た反射光を、集束光学系の焦点に集束させた後に、撮像手段の撮像面上に被検査体表面近傍の像が結像するように、被検査体表面からの反射光の合焦位置を調整する撮像レンズに入射させ、撮像レンズを透過した反射光を、撮像手段により撮像して、撮像面上の明暗パターンから被検査体表面の凹凸を検出するものであり、撮像レンズは、撮像手段の合焦位置を、被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ、反射光の光路上において撮像手段の撮像素子から離隔した位置に調整することを特徴とする、表面検査方法が提供される。
【００１５】
この構成によれば、レーザ光源から出射された赤外レーザ光は、投射光学系により、発散光に変換され、そして、発散光を被検査体表面の粗度に応じた入射角度で、被検査体表面に入射する。この際、この入射角度で入射されることにより、赤外レーザ光は、被検査体表面において鏡面反射することができる。そして、この鏡面反射により得られた反射光は、集束光学系に入射する。更にこの反射光は、集束光学系により集束光に変換される。その後、集束光に変換された反射光は、集束光学系の焦点を通過することにより、発散光となり、この焦点と撮像手段との間に配置された撮像レンズに入射する。そして、この反射光は、撮像レンズにより合焦位置が調整されて撮像手段により撮像される。
この際、被検査体表面に凹凸が形成されている場合、この被検査体表面からの反射光は、被検査体表面の平坦部からの反射光（以下背景光と称する。）とは位相の異なる、凹凸により反射された光（以下欠陥光と称する。）を含む。そして、この欠陥光を含む反射光を撮像レンズに入射させることにより、欠陥光と背景光とは干渉し、撮像手段に撮像される画像には、この干渉による強度の変化が表われる。
ここで、撮像レンズは、撮像手段の合焦位置を、被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ離隔した位置に調整する。これにより、撮像手段の合焦位置は被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整される。その結果、欠陥光と背景光との干渉による強度変化が強調される。
【００１７】
また、集束光学系を経た反射光を、撮像レンズ及び撮像手段が順に配置された一の光路と、当該一の光路とは異なる他の光路とに分割し、他の光路の反射光を、集束光学系の焦点に集束させた後に、他の光路上に配置された他の撮像レンズに入射させ、他の光路上の撮像レンズを透過した反射光を、他の光路上の他の撮像手段により撮像してもよい。
この構成によれば、集束光学系を経た反射光を、一の光路と他の光路とに分割することができる。そして、一の光路の反射光は、上記の撮像レンズを介して撮像手段により撮像される。一方、他の光路の反射光は、その他の光路上に配置された他の撮像レンズにより合焦位置が調整されて、他の撮像手段により撮像される。従って、一の光路の撮像手段と他の光路の撮像手段とにより反射光を撮像することができる。また、一の光路の撮像手段に撮像される画像には、上記のように凹凸による干渉が表せる。従って、両撮像手段による画像を比較することにより、凹凸をより精度よく検出することができる。
【００１８】
また、他の光路上の撮像レンズは、他の光路上の撮像手段の合焦位置を、被検査体表面上に調整するか、又は、一の光路上の撮像レンズによる離隔方向とは反対の方向に被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整してもよい。
この構成によれば、他の光路上の撮像手段には、一の光路上の撮像手段とは異なった背景光と欠陥光との干渉状態が、強度の変化として表われる。従って、両撮像手段による画像を比較することにより、凹凸を更に精度よく検出することができる。
【００１９】
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投射レンズを含み、集束光学系は、被検査体表面における発散光の反射光を集束光に変換すると共に、撮像手段へと偏向させる凹面鏡を含み、撮像レンズは、反射光の光路上の凹面鏡の焦点と撮像手段との間に配置されてもよい。
この構成によれば、投射レンズにより、赤外レーザ光を発散光に変換して、被検査体表面に投射することができ、凹面鏡により、被検査体表面からの反射光を、集束光に変換すると共に、撮像手段へと変更させることができる。そして、撮像レンズは、この凹面鏡の焦点と撮像手段との間に配置されるので、焦点を通過して発散光となった反射光に対して合焦位置を調整することができる。
【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、被検査体表面を撮像手段により撮像し、当該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、赤外レーザ光を発散光に変換し、当該発散光を被検査体表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度で被検査体表面に投射する投射光学系と、発散光が被検査体表面で反射した反射光を集束光に変換する集束光学系と、集束光学系を経た反射光の光路上における集束光学系の焦点と撮像手段との間に配置され、当該撮像手段の撮像面上に被検査体表面近傍の像が結像するように、被検査体表面からの反射光の合焦位置を調整して反射光を撮像面へと透過する撮像レンズと、を有し、撮像レンズは、撮像手段の合焦位置を、被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ、反射光の光路上において撮像手段の撮像素子から離隔した位置に調整し、撮像面上の明暗パターンから被検査体表面の凹凸を検出することを特徴とする、表面検査装置が提供される。
【００２２】
また、集束光学系を経た反射光を、撮像レンズ及び撮像手段が準に配置された一の光路と、当該一の光路とは異なる他の光路とに分割する分割手段と、他の光路上に順に配置され、一の光路上の撮像レンズ及び撮像手段とは異なる他の撮像レンズ及び撮像手段と、を更に有し、他の光路上の撮像レンズは、集束光学系を経た反射光の光路上における集束光学系の焦点と他の光路上の撮像手段との間に配置され、当該他の光路上の撮像手段の合焦位置を調整して他の光路の反射光を他の光路上の撮像手段へと透過し、他の光路上の撮像手段は、他の光路上の撮像レンズを透過した反射光を撮像してもよい。
【００２３】
また、他の光路上の撮像レンズは、他の光路上の撮像手段の合焦位置を、被検査体表面上に調整するか、又は、一の光路上の撮像レンズによる離隔方向とは反対の方向に被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整してもよい。
【００２４】
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投射レンズを含み、集束光学系は、被検査体表面における発散光の反射光を集束光に変換すると共に、撮像手段へと偏向させる凹面鏡を含み、撮像レンズは、反射光の光路上の凹面鏡の焦点と撮像手段との間に配置されてもよい。
【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、本発明の好適な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】
また、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。しかし、被検査対象は、この例に限定されるものではなく、例えば、アルミ板等の表面上の疵を検出する必要がある対象に適用しうる。
【００２８】
各実施形態に係る表面検査装置は、レーザ光源から出射された赤外レーザ光を被検査体に投射し、被検査体における反射光を撮像手段により撮像する。そこで、説明の便宜上、レーザ光源から撮像手段にいたる光路の上流側を、光路上における「前方」又は「上流」ともいい、レーザ光源から撮像手段にいたる光路の下流側を、光路上における「後方」又は「下流」ともいう。
【００２９】
そして、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」ともいい、被検査体で反射された赤外レーザ光を、適宜「反射光」ともいう。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」又は「集束光」ともいう。
【００３０】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置について説明する。そこでまず、図１を参照して、この表面検査装置の構成について説明する。
【００３１】
（表面検査装置１０の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置の光学系の構成を説明するための図である。この表面検査装置１０は、被検査体の一例である鋼板１の表面に形成された凹凸欠陥・スクラッチ等の微細な疵を発見するための装置である。ここで、鋼板１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に示すように、表面検査装置１０は、レーザ光源１１、集光レンズ１２、凹面鏡１３及び赤外カメラ１４を有する。
【００３３】
レーザ光源１１は、レーザ光源の一例であって、約１０μｍ程度の波長λを有する赤外レーザ光を出射する。本実施形態では、このレーザ光源１１として、約１０μｍ程度の波長λを有する赤外レーザ光を出射するＣＯ２レーザ光源を使用するとして説明する。しかし、本発明はかかる例に限定されず、このレーザ光源１１として、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。尚、レーザ光源として、赤外レーザ光の波長λが約１０μｍ以外のレーザ光源を使用する場合、後述するように一定の関係式によって入射角度θ１と鋼板１の粗度σとなどの相互関係が決定される。
【００３４】
また、このレーザ光源１１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１０の赤外カメラ１４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同期して撮像することにより、被検査体が移動していてもぶれることなく鮮明に凹凸欠陥の像を撮像することができる。また、レーザ光源１１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が相対的に長く、広い入射角θ１に渡って鋼板表面を鏡面とみなすことができる。
【００３５】
集光レンズ１２は、投射光学系及び投射レンズの一例であって、赤外レーザ光の光路上にレーザ光源１１の下流に配置される。この集光レンズ１２は、鋼板１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、レーザ光源１１から出射された赤外レーザ光を、焦点Ｆ１に一旦集光した後、発散させる。つまり赤外レーザ光は、集光レンズ１２により焦点Ｆ１に集光されるが、焦点Ｆの後方（下流）では発散して発散光となる。従って、集光レンズ１２は、レーザ光源１１から発せられた平行光を発散光に変換する。当該発散光の発散角Δθは、被検査体表面で鏡面反射した発散光が凹面鏡１３の口径内に収まるように決定される。尚、集光レンズの材質としては、例えば、ゲルマニウムＧｅ、ジンクセレンＺｎＳｅ等の公知の材料から、赤外レーザ光の波長λに基づいて適宜選択すればよい。
【００３６】
そして、この集光レンズ１２は、発散光に変換した赤外レーザ光を投射光として鋼板１の表面に一定の入射角度θ１で投射する。尚、この入射角度θ１は、投射光の光束のほぼ中心に位置する光軸についての角度であり、光速中の他の部分の入射角度は、θ１から増減することになる。しかし、ここでは説明の便宜上、光束のほぼ中心の光軸についての入射角度を例に説明する。更に、θ１は、例えば、約６０度であるとして説明するが、本発明はかかる例に限定されない。この入射角度θ１については後述する。
【００３７】
尚、本実施形態では、投射光学系及び投射レンズの一例として、凸レンズの集光レンズ１２で構成される場合を示した。しかし、本発明はこの例に限定されるものではなく、投射光学系として、赤外レーザ光を発散光とする役割を担うあらゆる単一のレンズ又は組み合わせレンズを使用することができる。例えば、このレンズは、赤外レーザ光を焦点Ｆ１に集光せずに、直接発散光に変換する凹レンズ等であってもよい。
【００３８】
また、この際、焦点Ｆ１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Ｆ１を点光源とする発散光となる。よって、投射光学系は、この焦点Ｆ１からの発散光を、点光源からの発散光に更に近づけるために、焦点Ｆ１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Ｆ１を略点光源ともいう。
【００３９】
凹面鏡１３は、集束光学系の一例であって、赤外レーザ光が入射角度θ１で鋼板１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１の表面の下流に配置される。そして、凹面鏡１３は、反射光を発散光から焦点Ｆ２に集束する集束光に変換する。この際、凹面鏡１３は、反射光を入射した光路から偏向させて、赤外カメラ１４のレンズ（カメラレンズ）口径内に向けて投射する。
【００４０】
また、凹面鏡１３としては、例えば、楕円鏡・放物面鏡・球面鏡などの凹面鏡を使用することができ、発散光を集束光に変換しうるいかなる凹面鏡を使用することもできる。凹面鏡１３として楕円鏡を使用する場合、この楕円鏡は、鋼板１を対象面とする焦点Ｆ１と共役の点Ｆ１’と、反射光を集光する焦点Ｆ２とを焦点とするように配置される。つまり、凹面鏡１３の焦点距離をｆとし、点Ｆ１’から光軸上の凹面鏡１３の点Ｏまでの距離をＡとし、かつ、凹面鏡１３の点Ｏから焦点Ｆ２までの距離をＢとすると、
１／ｆ＝１／Ａ＋１／Ｂ
の関係が成り立つ。
【００４１】
赤外カメラ１４は、凹面鏡１３により反射光が集束される位置である焦点Ｆ２の後方（下流）に配置される。そして、赤外カメラ１４は、凹面鏡１３により集束光に変換された反射光を、焦点Ｆ２より下流にて撮像する。従って、撮像される反射光は、焦点Ｆ２より下流において発散した発散光となる。また、この赤外カメラ１４は、カメラレンズ１５及び撮像素子１６を備える。
【００４２】
カメラレンズ１５は、撮像レンズの一例であって、凹面鏡１３の焦点Ｆ２よりも後方の反射光の光路上に配置される。このカメラレンズ１５は、赤外カメラ１４のピントを調整する。換言すれば、カメラレンズ１５は、その下流の撮像素子１６が撮像する際の鋼板１の表面からの反射光の合焦位置（焦点Ｆ３）を調整する。そして、撮像素子１６は、撮像手段の一例であって、赤外カメラ１４の受光面であり、カメラレンズ１５の下流に配置されてカメラレンズ１５からの反射光を撮像する。
【００４３】
尚、このカメラレンズ１５は、赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面から所定の距離だけずれた位置に合わせる。つまり、カメラレンズ１５は鋼板１の表面からの反射光を焦点Ｆ３で結像させるが、赤外カメラ１４の撮像素子１６は、この焦点Ｆ３ではなく、焦点Ｆ３から反射光の光路上において所定の距離だけ離隔した位置に配置される。この離隔の理由は、欠陥を強調して検出するためであるが、後述のシミュレーションにて理由を示す。
【００４４】
換言すれば、撮像素子１６は、例えば、焦点Ｆ３から所定の距離ａだけ下流方向に離隔した位置に配置されてもよく、焦点Ｆ３から所定の距離ａ’だけ上流方向に離隔した位置に配置されてもよい（図１中の撮像素子１６’）。尚、この距離ａ及び距離ａ’の長さは、主として検出すべき欠陥の大きさにより決まる値であり、実験的に本表面検査装置１０を使用して凹凸欠陥サンプルを用いて検出し易い値を算出し、この算出した値に設定することが望ましい。
【００４５】
そして、このように鋼板１の表面からの光がカメラレンズ１５により合焦される位置（焦点Ｆ３）から所定の距離離隔した位置に撮像素子１６を配置することにより、赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面からずらすことができる。
【００４６】
このような赤外カメラ１４としては、例えば、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を使用することが好ましい。尚、この赤外カメラ１４として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、非冷却型赤外カメラを使用することにより、表面検査装置１０を安価に提供することができる。
【００４７】
尚、赤外カメラ１４として非冷却型赤外カメラを使用する場合には、撮像素子１６としてはマイクロボロメータ素子等を使用することができ、赤外カメラ１４として冷却型赤外カメラを使用する場合には、撮像素子１６としてはＩｎＳｂ素子やＰｔＳｉ素子等を使用することができる。そして、製造ラインを停止して凹凸欠陥を検出する場合などにおいては、撮像素子１６としては、これら電子的な撮像素子に限定されず、赤外線用フィルムを使用することも可能である。
【００４８】
以上、本実施形態に係る表面検査装置１０の構成について説明した。
次に、図１及び図２を参照して、この表面検査装置１０による表面検査方法について説明する。図２は、本実施形態に係る表面検査装置による検査方法を説明するための説明図である。
【００４９】
（表面検査装置１０による表面検査方法）
本実施形態に係る表面検査装置１０による表面検査方法、つまり、鋼板１の表面に形成された凹凸欠陥を検出する方法について、レーザ光源１１から発せられる赤外レーザ光の流れに沿って説明すると以下のようになる。
【００５０】
つまり、レーザ光源１１から出射された赤外レーザ光は、集光レンズ１２に投射される。集光レンズ１２に投射された赤外レーザ光は、この集光レンズ１２により焦点Ｆ１に向かって集束する集束光に変換される。そして、この集束光は、焦点Ｆ１より後方では焦点Ｆ１を略点光源として出射された発散光のように発散し、鋼板１の表面の検査範囲Ｔに投射される。
【００５１】
ここで、集光レンズ１２により、投射光を鋼板１の表面に対して入射角度θ１で入射する。この入射角度θ１は、例えば、約６０度に設定される。尚、一般的に、光の波長をλ（μｍ）、被検査体（鋼板１）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。従って、本実施形態においても、このσｃｏｓ（θ１）／λを小さくするように、入射角度θ１を設定することができる。従って、この入射角度θ１は、上記の約６０度に限定されず、鋼板１の表面の粗度σ及び赤外レーザ光の波長λに応じて、適宜設定することができる。
【００５２】
そして、鋼板１の表面に投射された投射光は、鋼板１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周囲の平坦部と異なった位相変化を付与される。この表面の平坦部で鏡面反射された赤外レーザ光を、以下では「背景光」ともいい、この凹凸欠陥において位相差の付与された赤外レーザ光を、以下では「欠陥光」ともいう。また、欠陥光と背景光を含む鋼板表面で反射された光を、以下では「反射光」ともいう。
【００５３】
この背景光および欠陥光は、鋼板１の表面に対して反射角度θ２で反射する。欠陥光のθ２は、正反射方向θ２＝θ１よりもわずかにずれるが微小であるため、概略θ１として良い。
【００５４】
そして、反射光は、凹面鏡１３に投射される。そして、反射光は、凹面鏡１３により発散光から焦点Ｆ２に向けて集束する集束光に変換される。更に、反射光は、焦点Ｆ２よりも下流において発散光となり、赤外カメラ１４のカメラレンズ１５の口径内に入射する。
【００５５】
即ち、投射光は、発散光であり、鏡面反射した反射光は、同じく発散光となり、反射光の光束は、点Ｆ１’から発せられた発散光と同様な方向に向かって進行する。
【００５６】
そして、この焦点Ｆ２又はその近傍よりも下流において発散光となった反射光は、カメラレンズ１５により合焦位置を調整される。この際、カメラレンズ１５は、鋼板１の表面上の像が、焦点位置Ｆ３に結像するように、反射光を集光する。そして、このカメラレンズ１５により合焦位置が調整された反射光は、焦点位置Ｆ３からずれた位置に配置された撮像素子１６（又は撮像素子１６’）により撮像される。
【００５７】
以上、赤外レーザ光の流れについて説明した。
このような光路を通過して撮像素子１６に撮像される画像について説明すると以下のようになる。
【００５８】
つまり、仮に鋼板１の表面に凹凸欠陥が無く、撮像素子１６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（上記の背景光に対応。）のみを含む場合、撮像素子１６で撮像される画像は、レーザ光源１１から出射された赤外レーザ光の強度分布と略同じプロファイルの強度分布を有することとなる。
【００５９】
しかし、鋼板１の表面に凹凸欠陥を有し、反射光が背景光だけでなく凹凸欠陥によって位相変化を受けた欠陥光を含む場合、撮像素子１６で撮像される画像は、レーザ光源１１から出射された赤外レーザ光の強度分布とは異なるプロファイルの強度分布を有することとなる。従って、撮像される画像には、この欠陥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。従って、表面検査装置１０によれば、この明暗を検出することにより、鋼板１の表面の凹凸欠陥を検出することができる。
【００６０】
更に、この表面検査装置１０によれば、赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面から所定の距離だけずれた位置に設定することにより、背景光と凹凸欠陥からの欠陥光との間で干渉が生じ、この干渉による強度変化を測定することにより、凹凸欠陥の検出を容易にすることができる。この干渉の発生過程について、図２を参照して定性的に説明すれば以下のようになる。
【００６１】
尚、この説明をするにあたり、説明の便宜上、図２には、集光レンズ１２から投射される投射光Ｌ１・鋼板１・カメラレンズ１５・撮像素子１６について概略的に示した。そして、凹面鏡１３等の他の構成は、説明を簡単にするために省略している。また、図２に示すように、鋼板１の表面は粗度σを有し、かつ、凹欠陥Ｄが形成されているとし、鋼板１の表面上の点Ｂは、凹欠陥Ｄが形成されていない表面上の点を表し、点Ａは、凹欠陥Ｄが形成されている表面上の点を表す。
【００６２】
まず、集光レンズ１２より鋼板１に向けて投射される投射光Ｌ１は、入射角度θ１で入射することにより、粗度σに影響されずに鏡面反射する。この際、点Ｂに投射された光は、例えば光路Ｌ２，Ｌ３へと反射する（背景光）。一方、点Ａに投射された光は、例えば、凹欠陥Ｄにより光路Ｌ２，Ｌ３とは異なる光路Ｌ４，Ｌ５へと反射する（欠陥光）。
【００６３】
そして、凹面鏡１３等及び焦点Ｆ２等を経た両光は、カメラレンズ１５へと入射し、カメラレンズ１５により焦点Ｆ３又はその近傍に集光される。つまり、点Ａからの反射光は、カメラレンズ１５により光路Ｌ２，Ｌ３から光路Ｌ６，Ｌ７へと屈折され、焦点Ｆ３にて集束される。一方、点Ｂからの反射光は、カメラレンズ１５により光路Ｌ４，Ｌ５から光路Ｌ８，Ｌ９へと屈折され、焦点Ｆ３近傍に集束される。従って、点Ａの像は、焦点Ｆ３で結像し、点Ｂの像は、焦点Ｆ３近傍で結像する。
【００６４】
そして、光路Ｌ６と光路Ｌ７との間を光路とする背景光と、光路Ｌ８と光路Ｌ９との間を光路とする欠陥光とを、撮像素子１６（又は撮像素子１６’。以下同じ。）により撮像する。この際、撮像素子１６が焦点Ｆ３から所定の距離ａ（又はａ’。以下同じ。）だけ離隔した位置に配置されているため、光路Ｌ６と光路Ｌ７との間を光路とする背景光と、光路Ｌ８と光路Ｌ９との間を光路とする欠陥光とは、重なり合う。そして、撮像素子１６は、この重なった光、つまり焦点Ｆ３よりも後方における光路Ｌ７と光路Ｌ８との間を光路とする光（又は、焦点Ｆ３よりも前方における光路Ｌ６と光路Ｌ９との間を光路とする光。以下同じ。）を干渉領域Ｉにおいて撮像する。
【００６５】
この際、点Ｂからの背景光の光路長と点Ａからの欠陥光の光路長とが異なるため位相差が生じ、重なり合った背景光と欠陥光とは干渉する。従って、この干渉した光が、撮像素子１６の干渉領域Ｉにおいて撮像されて、強度変化として撮像画像に表われる。よって、表面検査装置１０によれば、この強度変化を検出することにより、鋼板１の表面の凹凸欠陥を更に容易かつ精度よく検出することができる。
【００６６】
尚、撮像素子１６は、カメラレンズ１５による鋼板１の表面の像の結像位置である焦点Ｆ３から、所定の距離ａだけ離隔した位置に配置されるが、以上の説明からも判るように、この所定の距離ａは、背景光と欠陥光とが重なり合うように設定することができる。また、この背景光と欠陥光との重なり度合は、鋼板１の凹凸欠陥の大きさやカメラレンズ１５の焦点距離などにより変化するため、この距離ａは、実験等により背景光と欠陥光との重なりが生じるように、設定されることが望ましい。
【００６７】
そして、例えば、撮像素子１６の撮像面における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して撮像画上の明暗パターンを判定することによって、鋼板１の表面の凹凸欠陥の有無を検出することができる。また、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することもできる。この場合、凹凸欠陥の無い場合、撮像素子１６から得られる画像の明暗は、レーザ光源１１のビーム形状に相似した分布になるのに対して、欠陥のある場合はこれと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。
【００６８】
以上、本実施形態に係る表面検査装置１０による表面検査方法について説明した。
次に、図３〜図６を参照して、この表面検査装置１０による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果について説明する。図３〜図６は、実施形態に係る表面検査装置による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００６９】
（表面検査のシミュレーション結果）
図３〜図６において、（Ａ）は、鋼板１の表面の検査範囲内に、凹凸欠陥ではない、赤外光を吸収するような１０ｍｍの吸収体（例えば、汚れ等）が付着した場合のシミュレーション結果を示す。そして、（Ｂ）は、鋼板１の表面の検査範囲内に、直径５ｍｍ、高さ１０μｍの凸欠陥が形成さている場合のシミュレーション結果を示す。
【００７０】
また、このシミュレーションにおいては、投射光の入射角度θ１を６０度に設定し、凹面鏡１３の焦点距離をｆ＝６００ｍｍに設定し、カメラレンズ１５の焦点距離をｆ＝５０ｍｍに設定した。また、レーザ光源１１が発する赤外レーザ光は、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、鋼板１の表面の粗度をσ＝０．５μｍに設定した。
【００７１】
尚、図３〜図６において、縦軸は、撮像素子１６で撮像される受光強度を示し、横軸は、撮像素子１６の中心を原点としたｚ座標を示す。そして、各図において、実線は、ｚ軸に沿った受光強度分布を示す。つまり、赤外レーザ光を略ガウス分布であるとしたので、検査範囲内に凹凸欠陥及び吸収体が存在しない場合、各図の実線も略ガウス分布となる。
以上の設定によりシミュレーションした結果を図３〜図６に示す。
【００７２】
（１．カメラレンズ１５がない場合）
図３には、表面検査装置１０がカメラレンズ１５を備えない場合のシミュレーション結果を示す。この配置は、いわゆる魔鏡の原理にレーザ光源を組み合わせたものに相当する。尚、この場合、撮像素子１６は、凹面鏡１３からの光を受光しうる位置に配置されている。
【００７３】
図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、両強度分布は、略ガウス分布とは異なった形態でｚ軸方向に波打つ。また、（Ａ）と（Ｂ）との強度分布の形状は、異なってはいるものの相似している。従って、カメラレンズ１５を備えない場合、撮像させる強度分布が略ガウス分布から変化しているものの、この強度の変化が、凹凸欠陥を示すのか、吸収体を示すのかを区別することは困難である。
【００７４】
しかし、本実施形態に係る表面検査装置１０は、カメラレンズ１５を備える。従って、このカメラレンズ１５により赤外カメラ１４のピント（つまり、合焦位置）を調整した場合のシミュレーション結果を、図４〜図６に示す。
【００７５】
（２．カメラレンズ１５によりピントを無限遠に調整した場合）
図４には、カメラレンズ１５により赤外カメラ１４のピントを無限遠に調整した場合のシミュレーション結果を示した。
【００７６】
図４の（Ａ）に示すように、吸収体の場合、ｚ軸の中心（ｚ≒０．００）において、撮像される強度は、約０となっており、その近傍（ｚ≒−０．３〜０．３）においても、撮像される強度は、大きく減少している。これの強度の減少は、吸収体が赤外光を吸収したことによる。
【００７７】
一方、（Ｂ）に示すように、凸欠陥の場合、ｚ軸の中心においても、撮像される強度は約０とならず、この中心からその近傍にかけて、強度が大きく波打つように変化する。この強度の波打ちは、上記の背景光と欠陥光との干渉の効果によるものである。
【００７８】
（３．カメラレンズ１５によるピントを鋼板１の表面に調整した場合）
図５には、カメラレンズ１５により赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面に調整した場合のシミュレーション結果を示した。
【００７９】
図５の（Ａ）に示すように、吸収体の場合、図４の（Ａ）と同様にｚ軸の中心（ｚ≒０．００）において、撮像される強度は約０となっており、その近傍（ｚ≒−０．３〜０．３）においても、撮像される強度は大きく減少して約０となっている。
【００８０】
一方、（Ｂ）に示すように、凸欠陥の場合、図４の（Ｂ）と同様にｚ軸の中心においても、撮像される強度は約０とならない。また、図４の（Ｂ）と比べて、ｚ軸の中心とその近傍における強度の波打ちは減少し、略ガウス分布に近づく。これは、背景光と欠陥光との干渉領域Ｉが減少したことによる。
【００８１】
（４．カメラレンズ１５によるピントを鋼板１の表面の近傍に調整した場合）
図６には、カメラレンズ１５により赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面の近傍に調整した場合のシミュレーション結果を示した。
【００８２】
図６の（Ａ）に示すように、吸収体の場合、図４の（Ａ）と同様に、ｚ軸の中心（ｚ≒０．００）において、撮像される強度は約０となっており、その近傍（ｚ≒−０．３〜０．３）においても、撮像される強度は大きく減少している。
【００８３】
一方、（Ｂ）に示すように、凸欠陥の場合、図４の（Ｂ）と同様にｚ軸の中心においても、撮像される強度は、約０とならない。また、図４の（Ｂ）や図５の（Ｂ）と比べて、強度の波打ちが大きくなり、ｚ軸の中心における強度が、略ガウス分布の延長線上に比べて非常に大きくなっている。これは、干渉領域Ｉが適切に設定されたため、背景光と欠陥光との干渉の効果が強調されたことによる。
【００８４】
（５．シミュレーション結果のまとめ）
以上、図４〜図６のシミュレーション結果からも判るように、本実施形態に係る表面検査装置１０は、カメラレンズ１５を備えることにより、鋼板１の表面の吸収体と凹凸欠陥とを区別することができる。つまり、例えば、撮像強度が減少して、所定の範囲において約０となる場合には、吸収体が付着していることを表し、撮像強度が増減して波打ち、吸収体が付着した際の強度分布の特徴と異なる場合には、凹凸欠陥が形成されていることを表す。従って、両強度分布を区別することにより、吸収体なのか凹凸欠陥なのかを判断して、凹凸欠陥のみを検出することが可能である。
【００８５】
さらに、赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面からずらしてこの表面の近傍に設定することにより、凹凸欠陥が形成されている場合の撮像強度における干渉の効果をより強調させることができる。従って、このようにピントを調整することにより、更に容易かつ正確に凹凸欠陥を検出することが可能である。
【００８６】
（表面検査装置１０による効果の例）
以上、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置１０について説明した。この表面検査装置１０によれば、例えば、以下のような効果を奏することができる。
【００８７】
すなわち、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１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１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１の品質を向上させることができる。
【００８８】
また、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るので、被検査体が移動する場合において、外部シャッター等を使用しなくても移動体のストロボ撮影と同様に、撮像素子１６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。
【００８９】
更に、赤外カメラ１４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１０を安価に提供することができる。また、凹面鏡１３を使用することにより、大口径のレンズ等を使用せずにすむので、表面検査装置１０を安価に提供することができる。
【００９０】
また、カメラレンズ１５を備えることにより、鋼板１に付着した吸収体と、検出したい凹凸欠陥とを区別することができるので、鋼板１の表面を精度よく検査することができる。更に、カメラレンズ１５により赤外カメラ１４のピントを鋼板１の表面近傍に調整することで、凹凸欠陥の撮像強度を強調することができるので、更に容易かつ正確に凹凸欠陥を検出することができる。よって、鋼板１の表面の検査精度を更に向上させることができる。
【００９１】
以上、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置１０について説明した。
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置について説明する。
【００９２】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置の構成を説明するための説明図である。尚、この本実施形態に係る表面検査装置２０は、第１実施形態に係る表面検査装置１０が有する構成を有し、更にビームスプリッタ２１及び赤外カメラ２４を備える。そこで、以下では、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【００９３】
（表面検査装置２０の構成）
ビームスプリッタ２１は、分割手段の一例であり、凹面鏡１３と赤外カメラ１４との間の反射光の光路上に配置される。尚、図７においては、ビームスプリッタ２１は、凹面鏡１３の焦点Ｆ２よりも後方に配置されているが、この位置に限定されるものではない。
【００９４】
そして、このビームスプリッタ２１は、凹面鏡１３からの反射光を、一の光路と他の光路とに分割する。つまり、ビームスプリッタ２１は、反射光の一部を一の光路へと透過して、反射光の他の一部を一の光路とは異なる他の光路へと反射する。従って、上記の赤外カメラ１４は、一の光路上に配置されることになる。
【００９５】
赤外カメラ２４は、ビームスプリッタ２１により反射された他の光路上において、凹面鏡１３により反射光が集束される位置である焦点Ｆ２の後方（下流）に配置される。そして、赤外カメラ２４は、赤外カメラ１４と同様に、凹面鏡１３により集束光に変換された反射光を、焦点Ｆ２より下流にて撮像する。従って、撮像される反射光は、焦点Ｆ２より下流において発散した発散光となる。また、この赤外カメラ２４は、カメラレンズ２５及び撮像素子２６を備える。
【００９６】
カメラレンズ２５は、他の光路上に配置された撮像レンズの一例であって、凹面鏡１３の焦点Ｆ２よりも後方の反射光の光路上に配置される。このカメラレンズ２５は、赤外カメラ２４のピントを調整する。換言すれば、カメラレンズ２５は、その下流の撮像素子２６が撮像する際の鋼板１の表面からの反射光の合焦位置（焦点Ｆ３’）を調整する。そして、撮像素子２６は、他の光路上に配置された撮像手段の一例であって、赤外カメラ２４の受光面であり、カメラレンズ２５の下流に配置されてカメラレンズ２５からの反射光を撮像する。
【００９７】
尚、このカメラレンズ２５は、赤外カメラ２４のピントを鋼板１の表面に合わせるか、又は、赤外カメラ１４がピントをずらす方向とは異なる方向に、鋼板１の表面から所定の距離だけずれた位置に合わせる。
【００９８】
つまり、カメラレンズ２５は鋼板１の表面からの反射光を焦点Ｆ３’で結像させる。そして、赤外カメラ２４の撮像素子２６は、この焦点Ｆ３’に配置されるか、この焦点Ｆ３から反射光の光路上において所定の距離だけ離隔した位置に配置される。このうち、カメラレンズ２５が焦点Ｆ３’から離隔した位置に配置される場合において、例えば、図１に示したように、一の光路上の撮像素子１６が焦点Ｆ３から反射光の光路上の後方に距離ａだけ離隔した位置に配置される際には、この他の光路上の撮像素子２６は、焦点Ｆ３’から反射光の光路上の前方に所定の距離だけ離隔した位置に配置される。一方、一の光路上の撮像素子１６’が焦点Ｆ３から反射光の光路上の前方に距離ａ’だけ離隔した位置に配置される際には、この他の光路上の撮像素子２６は、焦点Ｆ３’から反射光の光路上の後方に所定の距離だけ離隔した位置に配置される。
【００９９】
尚、この撮像素子２６の焦点Ｆ３’からの離隔距離も、距離ａ、ａ’同様に、装置の構成・配置位置の関係・使用赤外レーザ光の波長や強度等、様々な要因により決定されうる値であり、実験的に本表面検査装置１０を使用して凹凸欠陥を検出し易い値を検出し、この検出した値に設定することが望ましい。
【０１００】
この赤外カメラ２４における他の構成等に関しては、赤外カメラ１４と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１０１】
以上、本実施形態に係る表面検査装置２０の構成について説明した。
次に、図７を参照して、この表面検査装置２０による表面検査方法について説明する。
【０１０２】
（表面検査装置２０による表面検査方法）
この表面検査装置２０による表面検査方法は、基本的には第１実施形態に係る表面検査装置１０による表面検査方法と同様であるが、凹面鏡１３により集束された後に、反射光がビームスプリッタ２１により他の光路に分岐される点で、第１実施形態とは異なる。この他の光路上における光の流れに沿って、第１実施形態とは異なる点について説明すれば、以下のようになる。
【０１０３】
つまり、凹面鏡１３により集束光に変換された反射光の一部は、ビームスプリッタ２１により分割されて、他の光路上を進む。そして、この反射光は、赤外カメラ２４のカメラレンズ１５の口径内に入射する。
【０１０４】
そして、この反射光は、カメラレンズ２５により合焦位置を調整される。この際、カメラレンズ２５は、鋼板１の表面上の像が焦点位置Ｆ３’に結像するように、反射光を集光する。そして、このカメラレンズ２５により合焦位置が調整された反射光は、焦点位置Ｆ３’又はそこからずれた位置に配置された撮像素子２６により撮像される。
【０１０５】
従って、本実施形態に係る表面検査方法は、第１実施形態に係る表面検査方法に対して、反射光を分割してピントの調整位置が異なる２つの赤外カメラ１４，２４により撮像する点が異なる。
【０１０６】
このように、ピントの調整位置が異なる２枚の撮像画像を得ることにより、それぞれの画像に撮像される強度分布は異なるプロファイルを有することなる。つまり、上記のシミュレーション結果で示したように、赤外カメラのピント位置を調整した場合、吸収体による強度は約０のままであるのに対して、凹凸欠陥による強度は波打ち、ピント位置に応じて大きく変化する。従って、本表面検査方法においては、ピントの調整位置の異なる２枚の撮像画像を撮像し、両画像を比較することにより、単なる汚れ等の吸収体が付着した場合と、表面に凹凸欠陥が存在する場合とを、更に精度よく区別することが可能となる。
【０１０７】
つまり、例えば、一の光路上に配置された赤外カメラ１４のピント位置を鋼板１の表面近傍（例えば距離ａ）に調整し、他の光路上に配置された赤外カメラ２４のピント位置を鋼板１の表面上に調整する。すると、吸収体の場合には、図５の（Ａ）及び図６の（Ａ）のような撮像画像が得られ、両画像共に、吸収体による吸収の効果が表われる。一方、凹凸欠陥の場合には、図５の（Ｂ）及び図６の（Ｂ）のような撮像画像が得られ、一の画像においては、凹凸欠陥による干渉の効果が大きく表われ、他の画像においては、この干渉の効果が減少した略ガウス分布の強度プロファイルが表われる。
【０１０８】
（表面検査装置２０による効果の例）
従って、表面検査装置２０によれば、上記第１実施形態に係る表面検査装置１０が奏する効果に加えて、２つの赤外カメラ１４，２４により得られる画像を比較検討することにより、吸収体と凹凸欠陥とを更に容易に区別することが可能となる。
【０１０９】
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、本発明はかか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。
【０１１０】
例えば、上記実施形態では、カメラレンズ１５として集光レンズを使用して、赤外カメラ１４のピント調整は、撮像素子１６の位置を変更することにより行うとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、カメラレンズ１５として複数の様々なレンズの組み合わせを使用してもよく、カメラレンズ１５の位置を調整することにより、合焦位置Ｆ３を移動させて、赤外カメラ１４のピントを調整してもよい。
【０１１１】
また、上記実施形態に係る表面検査装置１０，２０は、更に光路上に配置された１又は２以上の平面鏡を備えてもよい。つまり、この平面鏡により、投射光又は反射光を反射して、光路を折り返すことにより、装置全体を配置するためのスペースを節約することができる。
【０１１２】
また、上記実施形態では、集束光学系として、凹面鏡１３を用いたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、この集束光学系として、集光レンズ、または集光レンズと平面鏡との組み合わせ等を使用するも可能である。大口径の凹面鏡１３を作成することは、同程度の口径のレンズを作成するよりも容易であるため、凹面鏡１３を使用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面検査装置の構成を説明するための説明図である。
【図２】同実施形態に係る表面検査装置による検査方法を説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る表面検査装置による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】同実施形態に係る表面検査装置による凹凸欠陥検出の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による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】同実施形態に係る表面検査装置による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る表面検査装置の構成を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１            鋼板
１０，２０    表面検査装置
１１          レーザ光源
１２          集光レンズ
１３          凹面鏡
１４，２４    赤外カメラ
１５，２５    カメラレンズ
１６，１６’，２６    撮像素子
２１          ビームスプリッタ
【図１】
0004903658.tif 000002
【図２】
0004903658.tif 000003
【図３】
0004903658.tif 000004
【図４】
0004903658.tif 000005
【図５】
0004903658.tif 000006
【図６】
0004903658.tif 000007
【図７】
0004903658.tif 000008