(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１表面の凹凸を検査する表面検査方法を提供する。この表面検査方法は、投射光学系１２により、レーザ光源１１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１表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度θ１で被検査体表面に投射し、集束光学系１３により、発散光が被検査体１表面で反射した反射光を、集束光学系１３により集束光に変換し、集束光学系１３の焦点位置Ｆ２に配置された位相差付加手段１４により、集束光学系１３を経た反射光の少なくとも一部に位相差を付加し、被検査体１表面に焦点を合わせる撮像手段１８により、少なくとも一部に位相差が付加された反射光を撮像し、撮像手段１８の撮像面上の明暗パターンから凹凸を検出する。【選択図】図１
2009092426.tif 000002
【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、
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、
前記集束光学系の焦点位置に配置された位相差付加手段により、前記集束光学系を経た反射光の少なくとも一部に位相差を付加し、
前記被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像手段により、前記少なくとも一部に位相差が付加された前記反射光を撮像して、
前記撮像手段の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、表面検査方法。
【請求項２】
前記位相差付加手段が付加する前記位相差は、９０度又は−９０度であ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楕円鏡を含み、
前記位相差付加手段は、前記凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、前記反射光の光路上の前記凹面楕円鏡の焦点位置に配置された位相板を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
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、
前記集束光学系の焦点位置に配置された遮光手段により、前記集束光学系を経た反射光の少なくとも一部を遮光し、
前記被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像手段により、前記少なくとも一部が遮光された前記反射光を撮像して、
前記撮像手段の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、表面検査方法。
【請求項５】
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楕円鏡を含み、
前記遮光手段は、前記凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、前記反射光の光路上の前記凹面楕円鏡の焦点位置に配置された遮光板を含むことを特徴とする、請求項４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、
前記集束光学系の焦点位置に配置され、前記集束光学系を経た反射光の少なくとも一部に位相差を付加する位相差付加手段と、
前記被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像光学系を有し、前記位相差付加手段により前記少なくとも一部に位相差が付加された前記反射光を撮像する撮像手段と、
を有し、
前記撮像手段の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７】
前記位相差付加手段が付加する前記位相差は、９０度又は−９０度であ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楕円鏡を含み、
前記位相差付加手段は、前記凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、前記反射光の光路上の前記凹面楕円鏡の焦点位置に配置された位相板を含むことを特徴とする、請求項６又は７に記載の表面検査装置。
【請求項９】
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、
前記集束光学系の焦点位置に配置され、前記集束光学系を経た反射光の少なくとも一部を遮光する遮光手段と、
前記被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像光学系を有し、前記遮光手段により前記少なくとも一部が遮光された前記反射光を撮像する撮像手段と、
を有し、
前記撮像手段の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１０】
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楕円鏡を含み、
前記遮光手段は、前記凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、前記反射光の光路上の前記凹面楕円鏡の焦点位置に配置された遮光板を含むことを特徴とする、請求項４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圧延ロールによっ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、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、集束光学系の焦点位置に配置された位相差付加手段により、集束光学系を経た反射光の少なくとも一部に位相差を付加し、被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像手段により、少なくとも一部に位相差が付加された反射光を撮像して、撮像手段の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際に、位相差付加手段により位相差が付加される。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、凹凸により散乱された散乱光を含む。そして、この散乱光は、凹凸により散乱されているため、集束光学系の焦点位置には集束しない。よって、散乱光には、位相差付加手段による位相差が付加されない。従って、反射光と散乱光とには位相差が生じ、この位相差により反射光と散乱光は干渉する。よって、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。
【００１６】
また、位相差付加手段が付加する位相差は、９０度又は−９０度であってもよい。
この構成によれば、位相差付加手段により反射光と散乱光との間には９０度又は−９０度の位相差が生じ、この位相差は、凹凸により生じる反射光と散乱光との間の光路差による位相差を強調することができる。
【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楕円鏡を含み、位相差付加手段は、凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、反射光の光路上の凹面楕円鏡の焦点位置に配置された位相板を含んでもよい。
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、凹面楕円鏡により、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、位相差板により、凹面楕円鏡の焦点位置を通過する反射光に位相差を付加することができる。
【００１８】
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、集束光学系の焦点位置に配置された遮光手段により、集束光学系を経た反射光の少なくとも一部を遮光し、被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像手段により、少なくとも一部が遮光された反射光を撮像して、撮像手段の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、表面検査方法が提供される。
【００１９】
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際に、遮光手段により遮光される。
一方、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、凹凸により散乱された散乱光を含む。そして、この散乱光は、凹凸により散乱されているため、集束光学系の焦点位置には集束しない。よって、散乱光は、遮光手段の側方を通過して、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。
【００２０】
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楕円鏡を含み、遮光手段は、凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、反射光の光路上の凹面楕円鏡の焦点位置に配置された遮光板を含んでもよい。
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、凹面楕円鏡により、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、遮光板により、凹面楕円鏡の焦点位置を通過する反射光を遮光することができる。
【００２１】
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、集束光学系の焦点位置に配置され、集束光学系を経た反射光の少なくとも一部に位相差を付加する位相差付加手段と、被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像光学系を有し、位相差付加手段により少なくとも一部に位相差が付加された反射光を撮像する撮像手段と、を有し、撮像手段の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、位相差付加手段が付加する位相差は、９０度又は−９０度であってもよい。
【００２３】
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楕円鏡を含み、位相差付加手段は、凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、反射光の光路上の凹面楕円鏡の焦点位置に配置された位相板を含んでもよい。
【００２４】
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、集束光学系の焦点位置に配置され、集束光学系を経た反射光の少なくとも一部を遮光する遮光手段と、被検査体表面に焦点を合わせることが可能な撮像光学系を有し、遮光手段により少なくとも一部が遮光された反射光を撮像する撮像手段と、を有し、撮像手段の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。
【００２５】
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楕円鏡を含み、遮光手段は、凹面楕円鏡による集光径と略同一の受光面を有し、反射光の光路上の凹面楕円鏡の焦点位置に配置された遮光板を含んでもよい。
【発明の効果】
【００２６】
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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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、凹面楕円鏡１３、位相板１４、支持板１５及び赤外カメラ１６を有する。
【００３４】
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。
【００３５】
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１６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。
【００３６】
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楕円鏡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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
凹面楕円鏡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、凹面楕円鏡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、凹面楕円鏡１３は、反射光を入射した光路から偏向させて、赤外カメラ１６のレンズ（カメラレンズ）口径内に向けて投射する。
【００４１】
また、凹面楕円鏡１３は、焦点Ｆ１で略点光源となった赤外レーザ光を焦点Ｆ２に集束させる。つまり、凹面楕円鏡１３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。この際、凹面楕円鏡１３の焦点距離をｆとし、点Ｆ１’から光軸上の凹面楕円鏡１３の点Ｏまでの距離をＡとし、かつ、凹面楕円鏡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。
【００４２】
尚、この集束光学系は、凹面楕円鏡１３に限定されるものではなく、発散光である反射光を焦点Ｆ２に集束させることができる光学系ならば如何様にも構成することができる。ただし、この際、集束光学系は、収差が大きく生じないように構成されることが望ましい。
【００４３】
位相板１４は、位相差付加手段の一例であって、反射光が凹面楕円鏡１３により集束される焦点Ｆ２の位置に配置される。この位相板１４は、反射光の集光径と同程度の受光面を有するように形成される。そして、位相板１４は、入射した反射光を透過させるが、透過する反射光に位相差を付加する。つまり、位相板１４は、凹面楕円鏡１３を経た反射光の少なくとも一部、つまり透過する反射光に、位相差を付加する。
【００４４】
また、この位相板１４が付加する位相差は、９０度又は−９０度であることが好ましい。つまり、赤外レーザ光の波長をλとした場合、位相差を付加することにより、反射光の位相は、１／４λ又は−１／４λずらされることが好ましい。この角度の位相差を付加した場合、９０度又は−９０度以外の位相差を付加する場合に比べて、撮像画像中の凹凸欠陥による干渉の効果をより高めることができる。
【００４５】
また、位相板１４の直径は、例えば、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度又はそれ以上の大きさとすることが好ましい。但し、位相板１４の直径が大き過ぎると、以下で説明する検出すべき凹凸欠陥からの散乱光の一部も、この位相板１４を通過するため、赤外カメラ１６に撮像される凹凸欠陥の有無を表した明暗パターンのコントラストが減少する。よって、位相板１４の直径は、凹凸欠陥の検出を容易にするために、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度であることが更に好ましい。
【００４６】
支持板１５は、支持手段の一例であって、位相板１４を上記の位置に支持し、かつ、反射光を透過する。この際、支持板１５は、反射光を遮光したり、反射光に位相差を付加したりせず、単に反射光を透過する。但し、この支持板１５は、全てが透明である必要はなく、一部が不透明部材で構成されてもよい。
【００４７】
赤外カメラ１６は、位相板１４等が配置される焦点Ｆ２の後方（下流）に配置される。そして、赤外カメラ１６は、凹面楕円鏡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、この反射光は、位相板１４により位相差を付加された反射光と、位相板１４の側方を通過して位相差が付加されてない反射光（後述の散乱光を含む。）とを含む。また、この赤外カメラ１６は、カメラレンズ１７及び撮像素子１８を備える。
【００４８】
カメラレンズ１７は、被検査体表面（鋼板１の表面）に焦点を合わせることが可能な撮像光学系の一例であって、凹面楕円鏡１３の焦点Ｆ２よりも後方、つまり位相板１４及び支持板１５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１７は、赤外カメラ１６のピントを調整する。換言すれば、カメラレンズ１７は、その下流の撮像素子１８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１８は、撮像手段の一例であって、赤外カメラ１６の受光面であり、カメラレンズ１７の下流に配置されてカメラレンズ１７からの反射光を撮像する。
【００４９】
また、このカメラレンズ１７は、赤外カメラ１６のピントを鋼板１の表面に合わせる。つまり、カメラレンズ１７は鋼板１の表面からの反射光を焦点Ｆ３で結像させ、赤外カメラ１６の撮像素子１８は、この焦点Ｆ３に配置される。このように、赤外カメラ１６のピントを鋼板１の表面に調整することにより、撮像される画像に鋼板１の表面の状態を撮像することができ、より精度良く凹凸欠陥を検出することが可能となる。
【００５０】
このような赤外カメラ１６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１６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。
【００５１】
尚、赤外カメラ１６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１８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１６として冷却型赤外カメラを使用する場合には、撮像素子１８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１８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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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屈折・散乱される。従って、鋼板１の表面で反射した反射光には、鏡面反射された光と屈折・散乱された光とが含まれる。以下説明の便宜上、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」ともいい、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」ともいう。
【００５７】
この反射光は、鋼板１の表面に対して反射角度θ２で反射する。ここで、鋼板１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１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。
【００５８】
そして、反射光及び散乱光は、凹面楕円鏡１３に投射される。そして、反射光は、凹面楕円鏡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１６のカメラレンズ１７の口径内に入射する。
【００５９】
一方、散乱光も、凹面楕円鏡１３により発散光から集束光に変換されるが、凹凸欠陥により屈折・散乱さているため、集束する位置が焦点Ｆ２からずれる。しかし、凹凸欠陥が微小であるため、この散乱光も、焦点Ｆ２の近傍において発散光となり、赤外カメラ１６のカメラレンズ１７の口径内に入射する。
【００６０】
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。一方、凹凸欠陥によって屈折・散乱された散乱光は、発散光とは異なる方向に向かって進行する。
【００６１】
そして、反射光は焦点２に集束し、位相板１４により位相差が付加される。一方、散乱光は、焦点２に収束しないため位相板１４の側方を通過し、位相板１４による位相差は付加されない。その後、反射光と散乱光の少なくとも一部とは、支持板１５を透過するが、この際、支持板１５による位相差は、反射光及び散乱光の両者に付加される。よって、位相板１４及び支持板１５を透過した後において、反射光と散乱光との間には、位相板１４が付加する位相差が付加される。
【００６２】
そして、両者の間に位相差が付加された反射光及び散乱光は、カメラレンズ１７に入射して、このカメラレンズ１７により合焦位置を調整される。この際、カメラレンズ１７は、鋼板１の表面上の像が、焦点位置Ｆ３に結像するように、反射光及び散乱光を集光する。そして、このカメラレンズ１７により合焦位置が調整された反射光及び散乱光は、焦点位置Ｆ３に配置された撮像素子１８（又は撮像素子１８’）により撮像される。
【００６３】
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１８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。
【００６４】
つまり、仮に鋼板１の表面に凹凸欠陥が無く、撮像素子１８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（上記の反射光に対応。）のみを含む場合、撮像素子１８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。
【００６５】
しかし、鋼板１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１８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。
つまり、この表面検査装置１０によれば、凹面楕円鏡１３の焦点位置Ｆ２に配置された位相板１４により、反射光と凹凸欠陥からの散乱光との間に位相差が付加されるので、この反射光と凹凸欠陥からの散乱光との間で干渉が生じる。よって、この干渉による強度変化が撮像素子１８によって撮像される。その結果、撮像される画像には、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。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。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。
【００６６】
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・位相板１４・支持板１５・カメラレンズ１７・撮像素子１８について概略的に示した。そして、凹面楕円鏡１３等の他の構成は、説明を簡単にするために省略して図示していない。また、図２に示すように、鋼板１の表面には凸欠陥が形成されているとする。
【００６７】
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、疎度σに影響されずに鏡面反射する。この際、凹凸欠陥が存在しない鋼板１の表面で投射された光は、例えば光路Ｌ２，Ｌ３へと反射する（反射光）。一方、凸欠陥に投射された光は、散乱されて、例えば光路Ｌ２，Ｌ３とは異なる光路Ｌ４，Ｌ５へと反射する（散乱光）。
【００６８】
そして、反射光及び散乱光は、凹面楕円鏡１３に入射して、この凹面楕円鏡１３により集束光に変換される。つまり、光路Ｌ２と光路Ｌ３との間を光路とする反射光は、凹面楕円鏡１３により、焦点Ｆ３に集束する光路Ｌ６と光路Ｌ７との間の光路を通過する。一方、光路Ｌ４と光路Ｌ５との間を光路とする散乱光は、焦点Ｆ３に集束しない光路Ｌ８と光路Ｌ９との間の光路を通過する。尚、この散乱光の光路Ｌ４，Ｌ５は、焦点Ｆ３に集束しないことを強調するために、略平行に記載したが、凹面楕円鏡１３により焦点Ｆ３以外の点に集束されてもよいことは言うまでもない。
【００６９】
そして、光路Ｌ２と光路Ｌ３との間を光路とする反射光は、焦点Ｆ２において位相板１４により位相差が付加される。一方、光路Ｌ８と光路Ｌ９との間を光路とする散乱光は、位相板１４の側方を通過するため、位相が維持される（但し、一部は位相板１４を透過する）。従って、反射光と散乱光との間には位相差が付加される。この位相差を、図３に示す。図３において、実線は、反射光の波形を示し、波線は、散乱光の波形を示す。また、図３の（Ａ）は、位相差として３／４λにあたる−９０度を付加した場合の波形のずれを示し、（Ｂ）は、位相差として１／４λにあたる９０度を付加した場合の波形のずれを示す。
【００７０】
そして、焦点Ｆ３近傍を通過した反射光及び散乱光は、カメラレンズ１７へと入射する。カメラレンズ１７に入射した反射光は、赤外カメラ１６の合焦位置を調整されて、光路Ｌ６，Ｌ７から光路Ｌ１０，Ｌ１１へと屈折されて、光路撮像素子１８に入射する。一方、カメラレンズ１７に入射した散乱光は、鋼板１の表面の凹凸欠陥より反射され、かつ、赤外カメラ１６の合焦位置が、この表面に合うように調整されている。よって、散乱光は、カメラレンズ１７により、光路Ｌ８，Ｌ９から光路Ｌ１２，Ｌ１３へと屈折されて、焦点Ｆ３に集束する。よって、凹凸欠陥の像は、焦点Ｆ３に結像する。
【００７１】
そして、光路Ｌ１０と光路Ｌ１１との間を光路とする反射光と、光路Ｌ１２と光路Ｌ１３との間を光路とする散乱光とを、撮像素子１８により撮像する。この際、撮像される反射光と散乱光との間には、位相差が付加されている。また、散乱光は、凸欠陥の高さ等に応じて、その光路長が減少してるため、反射光の位相に対して更に進み位相が付加された状態となる。
【００７２】
これらの位相差が付加されていることにより、反射光と散乱光との間に干渉が生じ、この干渉の効果により、撮像素子１８に撮像される画像には濃淡が生じる。つまり、位相板１４が位相差３／４λを付加する場合、凸欠陥の位相進みにより図３の（Ａ）に示した位相差は減少して、両波形は強め合う。従って、撮像素子１８に撮像される凸欠陥の像は、強度が増加して明るくなる。また、位相板１４が位相差１／４λを付加する場合、凸欠陥の位相進みにより図３の（Ｂ）に示した位相差は増加して、両波形は弱め合う。従って、撮像素子１８に撮像される凸欠陥の像は、強度が減少して暗くなる。
【００７３】
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容易かつ精度よく検出することができる。
【００７４】
そして、例えば、撮像素子１８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１８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。
【００７５】
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４及び図５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４及び図５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。
【００７６】
（表面検査のシミュレーション結果）
図４及び図５は、鋼板１の表面の検査範囲内に、直径４ｍｍ、高さ１μｍ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。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、凹面楕円鏡１３の焦点距離をｆ＝６００ｍｍに設定し、カメラレンズ１７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の表面の疎度をσ＝０．５μｍに設定した。
【００７７】
尚、図４及び図５において、縦軸は、撮像素子１８で撮像される受光強度を示し、横軸は、撮像素子１８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４及び図５に示す。
【００７８】
図４には、位相板１４が３／４λの位相差を付加した場合のシュミレーション結果を示す。図４に示すように、反射光と散乱光とは干渉して、凸欠陥の進み位相により凸欠陥の像の明るさは強められる。従って、凸欠陥の像が、赤外レーザ光の略ガウス分布からの強度増加として撮像される。
【００７９】
一方、図５には、位相板１４が１／４λの位相差を付加した場合のシミュレーション結果を示す。図５に示すように、反射光と散乱光とは干渉して、凸欠陥の進み位相により凸欠陥の像の明るさは弱められる。従って、凸欠陥の像が、赤外レーザ光の略ガウス分布からの強度減少として撮像される。
【００８０】
この図４及び図５のシミュレーション結果からも判るように、位相板１４を備えて反射光と散乱光との間に位相差を付加することにより、表面検査装置１０は、散乱光を発する凹凸欠陥の高さ又は深さに応じた光路差による進み又は遅れ位相を、両光の干渉として強調することができる。従って、撮像素子１８が撮像する画像中に、明暗パターン、つまり強度の増減として凹凸欠陥を撮像することができるので、より精度良く凹凸欠陥を検出することができる。
【００８１】
（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。
【００８２】
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。
【００８３】
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１８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。
【００８４】
更に、赤外カメラ１６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、凹面楕円鏡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。
【００８５】
また、位相板１４を備えることにより、鋼板１の表面に形成された凹凸欠陥を光の干渉により撮像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１７により赤外カメラ１６のピントを鋼板１の表面に調整することで、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。
【００８６】
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６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。
【００８７】
＜第２実施形態＞
図６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が有する位相板１４に替えて、遮光板２４を有し、他の構成は、第１実施形態に係る表面検査装置１０が有する構成と同じである。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。
【００８８】
遮光板２４は、遮光手段の一例であって、反射光が凹面楕円鏡１３により集束される焦点Ｆ２の位置に配置される。この遮光板２４は、反射光の集光径と同程度の受光面を有するように形成される。そして、遮光板２４は、入射した反射光を遮光する。つまり、遮光板２４は、凹面楕円鏡１３を経た反射光の少なくとも一部を遮光する。
【００８９】
尚、この遮光板２４の直径は、例えば、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度又はそれ以上の大きさとすることが好ましい。但し、遮光板２４の直径が大き過ぎると、凹凸欠陥からの散乱光の一部も、この遮光板２４により遮光されるため、赤外カメラ１６に撮像される凹凸欠陥の有無を表した明暗パターンのコントラストが減少する。よって、遮光板２４の直径は、凹凸欠陥の検出を容易にするために、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度であることが更に好ましい。
【００９０】
この遮光板２４を有することにより、上記の第１実施形態における表面検査方法における焦点Ｆ２よりも下流には、鋼板１の表面で正反射した反射光は進行せず、凹凸欠陥で反射して屈折・散乱された散乱光（但し、上述のように散乱光も鋼板１からの反射光の一種である）のみが含まれる。従って、撮像素子１８には、この散乱光のみが撮像されることになる。
【００９１】
つまり、図７に示すように、図２中の焦点Ｆ２以降の光路Ｌ６と光路Ｌ７との間の光路と、光路Ｌ１０と光路Ｌ１１との間の光路とには、反射光は透過せずに、光路Ｌ８と光路Ｌ９との間の光路と、光路Ｌ１２と光路Ｌ１３との間の光路とには、散乱光が進行する。そして、この散乱光は、撮像素子１８により撮像される。
【００９２】
また、この散乱光には、鋼板１の表面の凹凸欠陥（例えば、図７に示す凹欠陥）の像が含まれるため、撮像素子１８には、この凹凸欠陥の像が撮像される。更にこの際、カメラレンズ１７により、凹凸欠陥の像は撮像素子１８の表面の焦点Ｆ３で結像するので、更に鮮明な凹凸欠陥の像を撮像することができる。
【００９３】
この撮像画像の例を図８に示す。図８に示すように、撮像素子１８に撮像される画像には、凹凸欠陥の像による強度のピークが撮像されるが、鋼板１の表面で鏡面反射した反射光は、回折等の効果により漏れた光以外は撮像されない。従って、表面検査装置２０によれば、凹凸欠陥を表さない光が撮像素子１８により撮像されずに済むため、結果として、凹凸欠陥の像の明暗コントラストを高めることができる。
【００９４】
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、凹凸欠陥の像のコントラストを高めることにより、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。
【００９５】
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。
【００９６】
例えば、上記第１実施形態では、位相板１４は、凹面楕円鏡１３により集光される焦点Ｆ２に配置され、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度又はそれ以上の大きさで形成されるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。この位相板１４は、例えば、焦点Ｆ２に光路と交差する面上に配置され、光路と平行な貫通孔を焦点Ｆ２に有する平板状に形成されてもよい。この場合、鋼板１の表面からの反射光は、位相板１４を通過せず、鋼板１の疵からの散乱光が、位相板１４を通過する。よって、位相板１４による位相差は、散乱光に付加される。その結果、反射光と散乱光との間には、位相板１４が付加する位相差が、上記第１実施形態の場合とは逆位相で付加される。
【００９７】
尚、この場合、位相板１４の焦点Ｆ２の位置に形成された貫通孔の直径は、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度又はそれ以下の大きさとすることが好ましい。尚、位相板の直径が小さ過ぎると、反射光の一部も、この位相板１４を通過するため、赤外カメラ１６に撮像される凹凸欠陥の有無を表した明暗パターンのコントラストが減少する。よって、位相板１４の直径は、凹凸欠陥の検出を容易にするために、鋼板１に疵が無いときの反射光の集光径と同程度であることが更に好ましい。また、この場合、表面検査装置１０は、位相板１４を支持する支持板１５を有しなくてもよい。
【００９８】
また、例えば、上記実施形態のように、カメラレンズ１７として集光レンズを使用して、赤外カメラ１６のピント調整を、撮像素子１８の位置を変更することにより行うことに限定されない。つまり例えば、カメラレンズ１７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１７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１６のピントを調整してもよい。
【００９９】
また、上記実施形態において、表面検査装置２０は、位相差付加手段として位相板１４を有すとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、位相差付加手段は、板状である必要はなく、円柱状や四角柱状など様座な形状であってもよく、反射光のうちの主光束（鋼板１の表面で鏡面反射した反射光）の少なくとも一部に所定の位相差を付加しうるあらゆる部材を使用することができる。
【０１００】
また、上記実施形態において、表面検査装置２０は、遮光手段として遮光板２４を有するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、遮光手段としてナイフエッジを使用してもよく、反射光のうちの主光束の少なくとも一部を遮光しうるあらゆる部材を使用してもよい。
【０１０１】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【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】同実施形態に係る位相板による位相差を説明するための説明図である。
【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】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。
【図７】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８】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。
【符号の説明】
【０１０３】
１            鋼板
１０，２０    表面検査装置
１１          レーザ光源
１２          集光レンズ
１３          凹面楕円鏡
１４          位相板
１５          支持板
１６          赤外カメラ
１７          カメラレンズ
１８          撮像素子
２４          遮光板
【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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【図８】
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【図１】
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