JP2001050720A - 表面検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた欠陥検出性能を実現する表面検査方法
と装置を提供する。 【解決手段】 照射手段３によって照射された検査対象
１からの反射光９を受光手段８で受光して、その受光信
号から検査対象１の表面を検査する。検査対象１からの
反射光９を受光手段８で受光する際に、検査対象１の表
面における反射角変化に応じて反射光９の一部を遮光
し、その光量変化により検査対象１の表面状態を識別す
る。検査対象１を移動させながら、照射手段３から所定
方向のスリット光を照射し、受光手段８によってスリッ
ト状の反射光９を受光する。検査対象１の表面形状の変
動を測定し、その変動に従って検査対象１からの反射光
９を遮光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種装置に用いら
れる機能部品等の表面に存在する欠陥を検査する方法、
特に微細な凹凸欠陥を検査する方法および装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面欠陥検査は光学的な手法を用
いて、正反射光または拡散反射光を受光部でとらえるこ
とによって行われていた。たとえば図６は、従来の手法
を模式的に表した図であり、図において検査対象となる
検査対象６１の表面の欠陥を検査する際に、図示のよう
な帯状の光６２を投光する。そして、帯状の光６２によ
って検査対象表面をスリット状に照明する（スリット状
照明６３）。

【０００３】その検査対象表面からのスリット光の反射
光６４を受光センサ６５で受光し、その光の反射状況を
判断することで欠陥の検出を行っている。実際、投光お
よび受光は、レンズ等により検査対象に対して光学的な
結像関係にあるように構成される。検査対象は一般的に
平面方向に、スリット光（図６、矢印Ａ）と直交方向
（矢印Ｂ）に移動させながら検査対象表面内の欠陥を検
出する方法がとられる。受光センサ６５としては、１次
元ラインセンサがよく用いられる。

【０００４】図７は、このような方法の具体的な構成
を、スリット光と直交する検査対象平面の方向から見た
図である。この方法においてはスリット光を投影し、そ
の反射光を１次元センサ等で受光している。このときの
信号波形は図８のようになり、図中のセンサ受光位置
は、スリット光の長手方向（図６、矢印Ａ）に相当する
ように配置される。これによりセンサ上に検査対象面の
スリット光像が結像されるようにする。図８において、
たとえば８１は欠陥部分であり、反射率変化のあるゴミ
欠陥やまたは反射方向変化の大きいキズ欠陥のようなも
のでは信号処理によって容易に欠陥を判別することがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例で
は、たとえば図７の例で説明するとスリット光照明７３
からの光７６は、載置台７２上の検査対象７１に投光さ
れる。検査対象７１の表面からの拡散反射光７７を検出
器７４で受光する手法では、表面の急峻に変化する欠陥
に対しては有効であるが、なだらかな凹凸を検出するこ
とは難しい。

【０００６】また、正反射光７８を検出器７５で受光す
る手法においては、欠陥ではない表面の大きなうねり成
分によって正反射光７８をうまくとらえることができな
い。そのためうねり成分の影響を受けないように、受光
手段に用いられる光学系の開口数を大きくすることで、
そのような不都合を回避している。ところが、開口数を
大きくすると欠陥も背景と同様に埋もれてしまい、その
検出が難しくなる。

【０００７】図９において欠陥の検出の様子を説明する
と、図９（ａ）では検査対象面９１に凹欠陥９２ａがあ
るとき、スリット投光９３は反射により反射光９６とな
る。欠陥部分は図示のように、受光センサに対する結像
光学系９４から外れるため欠陥部分とそれ以外の反射光
９５とは受光センサ上でセンサ出力の差となって現れ、
これにより欠陥の検出が可能になる。

【０００８】一方、図９（ｂ）のように凹欠陥９２ｂが
浅い場合は、その欠陥による反射光９６は、欠陥以外の
反射光９５と同様に結像光学系９４によってセンサに結
像されることになる。したがって、この場合欠陥の識別
が不可能となる。また、図９のように反射光の方向や位
置が変化するために、表面の大きなうねり成分の影響の
問題に対して、単純に開口数を小さくすることができな
いという問題がある。また、検査対象に求められる凹凸
欠陥サイズは、使用する複写機等の高精細化に伴って検
査対象の大局的なうねり成分の角度変化０．５°程度に
対して凹凸欠陥の角度変化がその１／１０程度で、段差
が１μｍ程度という極めて微細レベルが問題になる。つ
まり、より微細な凹凸欠陥を検出しなければならない。

【０００９】本発明はかかる実情に鑑み、優れた欠陥検
出性能を実現する表面検査方法および装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の表面検査方法
は、照射手段によって照射された検査対象からの反射光
を受光手段で受光して、その受光信号から検査対象の表
面を検査する表面検査方法であって、検査対象からの反
射光を受光手段で受光する際に、反射光の一部を遮光
し、検査対象の表面における反射角変化に応じた光量変
化を検出することにより検査対象の表面状態を識別する
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の表面検査方法において、検
査対象を移動させながら、照射手段から所定方向のスリ
ット光を照射し、受光手段によってスリット状の反射光
を受光することを特徴とする。

【００１２】また、本発明の表面検査方法において、検
査対象の表面形状の変動を測定し、その変動に従って検
査対象からの反射光を遮光することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の表面検査装置は、照射手段
によって照射された検査対象からの反射光を受光手段で
受光して、その受光信号から検査対象の表面を検査する
表面検査装置であって、検査対象を平面方向に移動させ
る検査対象の移動手段と、検査対象にスリット光を照射
する照明手段と、照射手段によって照射された検査対象
からの反射光を受光する受光手段と、受光手段の受光信
号から欠陥を識別する検出手段と、受光手段の受光光路
の途中適所に配置され、反射光の一部を遮光する遮光手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１４】また、本発明の表面検査装置において、遮
光手段は、検査対象の表面における反射角変化に応じて
反射光の一部を遮光するように構成されていることを特
徴とする。

【００１５】また、本発明の表面検査装置において、検
査対象の表面形状の変動を測定する表面形状測定手段
を、さらに含んでいることを特徴とする。

【００１６】本発明によれば、複写機やレーザビームプ
リンタの機能部品であるゴムブレートなどの平面状の対
象物の表面の微細な凹凸などの欠陥を光学的手法によっ
て検査する際に、受光手段の開口部に開口の一定部分を
連光する遮光手段を設ける。照明手段による検査対象か
らのスリット状の正反射光を１次元センサで受光する際
に、検査対象の表面角度変化を光量変化として捉えるこ
とで検出能力が格段に向上する。

【００１７】また、検査対象の表面形状の平面の変動を
測定する表面形状測定手段を備え、この表面形状測定手
段からの検査対象の平面形状の変動に従って遮光手段を
移動させる。これにより検査対象の大きなうねり成分を
除去し、微細な凹凸欠陥のみを正確に検出することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明によ
る表面検査方法および装置の好適な実施の形態を説明す
る。図１は、本発明の特徴をもっともよく表す図であ
る。同図において、１は検査対象、２は検査対象１の移
動手段、３は照明手段である。この例では、検査対象１
は平面状とし、紙面と直交方向に拡がっている。移動手
段２は、検査対象１を矢印Ｃ方向に移動させることがで
きる。照明手段３の構成は、照明光源４、スリット用チ
ャート５、集光光学系６からなる。

【００１９】照明光源４からの照明光をスリット用チャ
ート５に投じて、そのスリット像を集光光学系６によっ
て検査対象１の表面に投光する。一方、検査対象１を照
明した光７は、反射によって反射光９となり受光手段８
で受光される。受光手段８は遮光手段１０、集光光学系
１１、受光センサ１２からなる。

【００２０】ここで、反射光９は集光光学系１１の手前
で遮光手段１０によって、その光の一部が遮光される。
通過した光は集光光学系１１によって集光され、受光セ
ンサ１２上に結像される。このとき遮光手段１０は反射
光９の光束を光軸中心の約半分でスリット長手方向と平
行に、図１の例では反射光９の光束を図中、上下に２分
したうちの上側を遮光するようにしておく。

【００２１】遮光手段１０は、方向１４に沿って移動す
ることができる遮光部移動手段を持つ。なお、遮光手段
は、光軸の上側でなく下側に配置されてもよい。ここで
は、上側に配置される例とする。また、１３は検査対象
１に対する表面形状測定手段であり、３角測量原理を利
用した光マイクロメータなどの測長器を用いて検査対象
１の平面と直交方向、図では上下方向の平面の位置を測
定する。

【００２２】つぎに、検査対象１に微細でなだらかな凹
凸欠陥がある場合、これをどのように検出するかを説明
する。図２は、検査対象１において検査対象１の移動手
段２の移動方向もしくは送り方向（図１、矢印Ｃ）に凹
みのある欠陥がある場合を示す。図中、２１，２２は欠
陥の斜面を表し、スリット光は紙面と直交する方向に長
く照明されている状態である。２３は欠陥部付近の出力
変化を示している。横軸は検査対象１の移動手段２の移
動方向を、また縦軸はスリット長手方向位置での１次元
センサの出力を表す。図３は、受光部のみを検査対象１
に対して垂直に反射したとして、検査対象１の角度変化
があったときの反射光の光束の様子を示したものであ
る。

【００２３】まず、図２において位置２４よりも左側と
位置２６よりも右側では図３（ａ）のような光束が受光
部に入る。すなわち、反射光光束のうち約半分が受光セ
ンサ１２に集光される。また、図２において位置２４お
よび位置２５の間の区間では検査対象１の凹みによって
傾斜部が存在する。この区間における反射光束は図３
（ｂ）のように、光束の主軸が傾くため遮光手段１０に
よって遮られる光束が減少する。これに対応して受光セ
ンサ１２に届く光束量は、図３（ａ）の場合に比べて増
加する。逆に図２において位置２５および位置２６の間
の区間では、図３（ｃ）のような状態になる。光束の主
軸はやはり傾くが、この場合は光束のうち遮光される分
が多いため、受光センサ１２に受光される光束は減少す
る。このように検査対象に凹凸があるとその傾斜に対応
した光量が受光センサ１２から出力される。

【００２４】遮光手段１０は上側である必要はなく、下
側であってもよい。下側であれば検査対象の欠陥による
斜面に対するセンサ出力強度が上記説明と逆になる。ま
た上記説明では検査対象の送り方向の斜面について説明
したが、これと直交する方向の斜面も遮光手段の形状位
置を変更することによって検出が可能である。

【００２５】つぎに、検査対象のうねり成分の除去につ
いて説明する。一般に対象となるブレードの機能から大
きな平面のうねり成分は問題にならない。つまり急激な
角度変化が性能に影響する。また、遮光手段１０を設
け、角度変化を光量変化としてとらえる本方式において
は、遮光手段１０が光学系に対して固定位置のままでは
検査対象１のうねり成分のために、微細な凹凸変化を捉
えるための光学条件が満たされない。これは、うねり成
分の角度変化の方が欠陥部の角度変化より大きいためで
ある。

【００２６】このことを図４で説明する。図４は遮蔽手
段がある位置で固定されたときの状態（図４、実線参
照）を示しており、横軸が反射光束の角度を、また縦軸
はセンサ出力レベルを示している。このとき角度変化に
対してセンサ感度が得られるのは、領域４２の範囲であ
り、それ以外の領域では角度検出は実質的にできない。
これは角度の変化を敏感に捉えるために照明のＦナンバ
ーを大きく、つまり光束を絞った状態が必要なためであ
る。そうすると測定可能範囲が狭められ、角度変化のダ
イナミックレンジを下げる要因となる。

【００２７】本発明方法では、図４において領域４２の
幅を変えずに、点線４３および点線４４で示したように
感度領域位置を変位させることによって対応させるとい
うものである。そこで、具体的には大局的なうねり成分
を除去する方法として、図１中の検査対象１の表面形状
測定手段１３と検査対象１の移動手段２によって検査対
象１の平面方向の変動を測定する。たとえば図５（ａ）
は、検査対象送り方向位置に対する検査対象１の表面形
状測定手段１３による測定結果を示している。ここでは
変化を強調して示す。

【００２８】この例では両端部で平面に鉛直方向位置が
変動していて、角度がついていることになる。また、図
中、凹凸欠陥部５１は、模式的にその変化を表した部分
であるが、実際にはこれよりも角度変動が小さいものも
対象となる。この測定結果からその移動方向に対する平
面位置の変化を演算する。その様子を示したものが、図
５（ｂ）である。図中の曲線は、図５（ａ）の測定結果
の変化分を示したものである。

【００２９】この変化曲線を演算する際に、図５（ａ）
の凹凸欠陥部５１のような高周波成分を除去するかたち
で演算する。また図５（ｂ）の５２は角度が０°のとき
の位置を示している。欠陥検出動作の際、図５（ｂ）の
曲線に相当する移動位置に従って遮光手段１０の位置を
移動させる。このことによって検査対象１に平面的な大
きなうねりがあっても、反射光９は遮光手段１０により
常にほぼ光束の中心で２分される（図４ではレベル４５
にあたる）。これにより高周波成分、つまり微細な凹凸
欠陥部のみを変化量として検出することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
写機やレーザビームプリンタの機能部品であるゴムブレ
ートなどの平面状の対象物の表面の微細な凹凸などの欠
陥を光学的手法によって検査する際に、検査対象からの
スリット状の正反射光を１次元センサで受光する際に、
検査対象の表面角度変化を光量変化として捉えることで
検出能力を向上させる。また、検査対象のうねり成分の
除去手段を設けることによって、検査対象の大きな変動
に対しても感度を落とすことなく、表面の微細な凹凸欠
陥を検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に使用する装置の構成例を示す図で
ある。

【図２】本発明の実施形態における欠陥部と検出出力の
関係を説明する図である。

【図３】本発明の実施形態における検査対象の傾斜とそ
の反射光束および受光部の関係をそれぞれ説明する図で
ある。

【図４】本発明の実施形態における検査対象の角度変化
と検出出力の関係を説明する図である。

【図５】本発明の実施形態における検査対象のうねり除
去方法を説明する図である。

【図６】従来例における検出手段の配置構成例を示す図
である。

【図７】従来例における検出装置の構成例を示す図であ
る。

【図８】従来例におけるセンサ出力を説明する図であ
る。

【図９】従来例における欠陥検出の原理を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ 検査対象 ２ 検査対象の移動手段 ３ 照明手段 ４ 照明光源 ５ スリット用チャート ６ 集光光学系 ８ 受光手段 ９ 反射光 １０ 遮光手段 １１ 集光光学系 １２ 受光センサ １３ 表面形状測定手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照射手段によって照射された検査対象か
   らの反射光を受光手段で受光して、その受光信号から検
   査対象の表面を検査する表面検査方法であって、 検査対象からの反射光を受光手段で受光する際に、反射
   光の一部を遮光し、検査対象の表面における反射角変化
   に応じた光量変化を検出することにより検査対象の表面
   状態を識別することを特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】 検査対象を移動させながら、照射手段か
   ら所定方向のスリット光を照射し、受光手段によってス
   リット状の反射光を受光することを特徴とする請求項１
   に記載の表面検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の表面検査方法
   において、 検査対象の表面形状の変動を測定し、その変動に従って
   検査対象からの反射光を遮光することを特徴とする表面
   検査方法。
4. 【請求項４】 照射手段によって照射された検査対象か
   らの反射光を受光手段で受光して、その受光信号から検
   査対象の表面を検査する表面検査装置であって、 検査対象を平面方向に移動させる検査対象の移動手段
   と、 検査対象にスリット光を照射する照明手段と、 照射手段によって照射された検査対象からの反射光を受
   光する受光手段と、 受光手段の受光信号から欠陥を識別する検出手段と、 受光手段の受光光路の途中適所に配置され、反射光の一
   部を遮光する遮光手段と、を備えたことを特徴とする表
   面検査装置。
5. 【請求項５】 遮光手段は、検査対象の表面における反
   射角変化に応じて反射光の一部を遮光するように構成さ
   れていることを特徴とする請求項４に記載の表面検査装
   置。
6. 【請求項６】 検査対象の表面形状の変動を測定する表
   面形状測定手段を、さらに含んでいることを特徴とする
   請求項４または５に記載の表面検査装置。