JP5381613B2 - 光走査装置および光走査方法 - Google Patents

Description

本発明は光走査装置に関し、より詳細には被検査物の表面に光ビームの焦点を追従させながら光走査を行う光走査装置と光走査方法に関するものである。

自動車や製造機械などを構成する部品は、細長く形状が不規則な長尺物が多く、その検査は目視による外観検査が一般的である。目視による検査は、検査の見落としや検査結果のばらつきが生じ、この種の検査の自動化に対する要求は高い。

外観検査に対する技術は、検査対象物と検査内容により広範囲に及ぶが、非透明の被検査物の表面の全周に光ビームを走査して被検査物の欠けや汚れを検査する外観検査を行う技術が知られている。光ビームの走査には、光ビームを照射する光源を固定して被検査物を回転させる方法と、被検査物を固定して光ビームを回転させる方法とが考えられる。光ビームを回転させる方法においては、さらに光ビームの光源を回転させる方法と、光源は固定し、光源から放射された光ビームを光学的に反射させながら回転させる方法がある。

光学的に光ビームを回転させる方法として、光ビームの光軸上に配置され光軸と交差する方向に反射する回転ミラーを用いる方法が知られている。その方法では、回転ミラーに照射された光ビームを反射し、反射した光ビームを放物面状の第１の反射部と同形状の第２の反射部とで反射し、光軸上に配置され被検査物に照射する走査装置が知られている（例えば、特許文献１）。

上記の光走査装置は光ビームを被検査物の全周を単に照射するものであるが、光ビームを走査させて外観検査を行う場合は、光ビームの焦点を被検査物の表面に合わせ、表面の凹凸に追従させることを必要とする。被検査物表面に焦点を合わせるフォーカシングの方法としてＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光ピックアップに用いられている技術が知られている。例えば、一方向にのみ集光するシリンドリカルレンズを用い、被検査物の表面から反射した光ビームをシリンドリカルレンズで集光させ、その集光した光ビームの結像の形状変化を検知してフォーカスサーボをかける非点収差法や、シリンドリカルレンズの代わりにプリズムを用いて被検査物の表面から反射された光ビームがプリズムの頂点に焦点を結ぶようにして２分割し、２分割されたそれぞれの光ビームの状態を検知してフォーカスサーボをかけるフーコ法（例えば、非特許文献１）などである。この他に臨界角法やナイフエッジ法等が知られている（例えば、非特許文献２）。

特開平０６−１１０００３号公報

http://www.dynamicaudio.jp/audio/5555/7f/oto/oto44-1.html http://www.ritsumei.ac.jp/se/re/ukitalab/kougi/ hikarikeisoku/hkeisoku7.pdf

被検査物が長さ１ｍ、幅が数ｃｍ〜十数ｃｍあるような長尺物の外観検査の場合には、被検査物を高速で回転させるには回転の機構が大掛かりになると共に所定の回転数に到達するまでに時間を要しこの方法を採用することは得策でない。従って、光ビームを回転する方法が採られるが、中でも光ビームの光源を固定し、光ビームを光学的に回転する方法が採られる。この方法であれば、被検査物の表面を高速に光走査を行うことができる。

しかし、フォーカシングに関しては、上記した方法はいずれも対物レンズを被検査物の表面に近接する位置（例えば表面から１ｍｍ程度離れた位置）に配置してフォーカシングするもので、被検査物の表面が数ｍｍ〜数十ｍｍのオーダーで凹凸変化する場合には、それらに追従してフォーカシングする必要があり上記の方法は問題である。そこで、光位置センサ（以降、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）ともいう）と結像レンズを用いて、被検査物の表面にフォーカシングする方法が考えられる。

図１０はその１例を示すもので、結像レンズ３０とＰＳＤ素子４０とを組合せた位置検知系を被検査物１０の斜め上方に配置し、被検査物１０に照射される光ビーム２０の光点２１を結像レンズ３０でＰＳＤ素子４０の受光面（センサ面）に結像させた光点２２の状態を示している。矢印で示される光ビーム走査方向５０は光ビーム２０が被検査物１０に対して全周走査する方向を示し、光点移動方向５１は光点２１が被検査物１０の表面を動く方向、光点移動方向５２は光点２１の動きに伴って受光面を動く方向を示している。この状態において、ＰＳＤ素子４０は結像した光点２２の受光面の位置に光電流を発生し、ＰＳＤ素子４０の両側電極から出力される電流値に基づいて焦点位置情報を求めることができる。この焦点位置情報を被検査物の表面に対する光ビーム２０の焦点制御に用いることでフォーカシングできる。被検査物１０の全周の焦点位置を検出するためには、この位置検知系を光ビーム２０の全周走査に合わせて被検査物１０の全周を回転移動させればよい。しかし、被検査物１０の全表面を妥当な時間で走査するには、例えば光ビーム２０の走査を回転ミラー等を用いて行うとすると数百〜数千回転／分となり、位置検知系をこの回転速度で回転移動させるには大掛かりな機構となり問題である。

位置検知系を被検査物１０の全周に連続的に固定配置し、回転移動させない方法も考えられる。図１１は、この例を示したもので、結像レンズ３１〜３３とＰＳＤ素子４１〜４３は固定して配置される結像レンズとＰＳＤ素子の一部を示したものである。図１１に示す方法では、ＰＳＤ素子間の隙間により検知のできない領域ができてしまい、連続的に焦点位置情報が検出できないという問題がある。

本発明は、図１１に示される問題に鑑みて考案されたもので、ＰＳＤ素子間に隙間ができても連続的に焦点位置情報が得られ、その焦点位置情報を用いて被検査物の表面に焦点を結ばせながら高速に光走査することを可能とする光走査装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために本発明の光走査装置は、光ビーム出射部、回転ミラー、第１のリングミラー、第２のリングミラー、シリンドリカルレンズおよび光位置センサとから構成される。

光ビーム出射部は光ビームを出射し、回転ミラーは出射された光ビームを光ビームの光軸に対して垂直の方向に反射するミラーを光軸を中心として回転するものである。第１のリングミラーは回転ミラーによって反射された光ビームを光軸と並行な方向へ反射し、第２のリングミラーは第１のリングミラーによって反射された光ビームを光軸と垂直な方向に反射し、光軸上に配置された被検査物に照射する。シリンドリカルレンズは被検査物の表面で反射した光ビームを通過させリング状をなすものであり、光位置センサはシリンドリカルレンズを通過した光ビームを受光し、リング状の基板に配置され複数個からなるものである。

リング状のシリンドリカルレンズを用いて光ビームを光位置センサ間（ＰＳＤ素子間）に跨がって光点を結ばせるようにしたので、光位置センサから連続して位置信号を得ることができ、高精度に光ビームの焦点を被検査物の表面に追従させながら光走査を可能とする光走査装置の提供ができる。

本発明の光走査装置の構成例である。 光走査装置の光学系の構成要素の配置例（斜視図）である。 光走査装置の光路例である。 ＰＳＤの構造例である。 リング型ＰＳＤの構成とレーザ光の照射である。 光量・位置検出回路の構成例である。 ＰＳＤ素子の信号補正例である。 リング型レンズとリング型ＰＳＤの構造例である。 光走査装置の動作フロー例である。 ＰＳＤ素子による光点位置検知方法（１）である。 ＰＳＤ素子による光点位置検知方法（２）である。

本発明の実施例を図１〜図６を用いて説明する。この実施例では光ビームにレーザ光を用いている。

図１は、本発明の光走査装置の構成例を示すもので、光走査装置１００は光学系と制御系に分けることができる。

最初に、光学系の構成から説明する。図１に示すように、光学系は右からレーザ光源２００、集光レンズ２１０、回転ミラー２２０、リング状ミラーＡ２３０、リング状ミラーＢ２４０、リング型レンズ２５０、２５１およびリング型ＰＳＤ２６０、２６１で構成され、これらは同じ光軸２０１上に配置されている。また、被検査物１０も図１に示すようにリング状ミラーＢ２４０の開口穴を通って光軸上に置かれる。

レーザ光源２００は、内部にコリメートレンズを備え、コリメートされたレーザ光を出射する。レーザ光は例えばＨｅ−Ｎｅレーザである。

集光レンズ２１０は入射されたレーザ光を集光し、光軸２０１上の所定の位置で焦点を結ばせる。集光レンズ２１０は図示しないリニアモータにより光軸上を直線移動を可能とし、後述する被検査物の表面における焦点合わせをこのリニアモータの直線移動により行う（集光レンズによる焦点位置をリニアモータで移動させることで、被検査物の表面におけるレーザ光の焦点合わせを行う）。

回転ミラー２２０は、ここでは光軸に対して４５°の角度で傾斜する反射面を備え、回転ミラー用モータ２２１により光軸２０１を中心に回転する。回転ミラー２２０に入射したレーザ光を、この反射面で光軸２０１と交差する方向に反射させる。反射面を１回転させることでレーザ光を被検査物の表面を周方向に１回転の走査を行うことになる。

リング状ミラーＡ２３０は放物面鏡であり、回転ミラー２２０で反射したレーザ光を光軸と並行の方向に反射させる。ここでの放物面の焦点は、回転ミラー２２０の反射面における光軸２０１との交点と一致させている。

リング状ミラーＢ２４０は、リング状ミラーＡ２３０と同形状の放物面鏡であり、図１に示すようにリング状ミラーＡ２３０と対向して置かれる。リング状ミラーＡ２３０で反射したレーザ光は、リング状ミラーＢ２４０に入射し、放物面で反射して光軸方向に反射し、そこに置かれた被検査物１０に照射することになる。

リング型レンズ２５０、２５１はリング状のシリンドリカルレンズで、入射したレーザ光を径方向に集光する（円弧方向には集光しない）。リング型レンズ２５０、２５１は被検査物１０の表面で反射されたレーザ光を集光し、次に述べるリング型ＰＳＤ２６０、２６１の受光面にライン状に結像させる。

リング型ＰＳＤ２６０、２６１は、リング状の基板に複数の平型のＰＳＤ素子を貼り付け配置したものである。ＰＳＤの詳細は後述するが、ＰＳＤは光起電力効果により受光面に結像したレーザ光の位置と光量に応じた電流を出力する。リング型レンズ２５０、２５１とリング型ＰＳＤ２６０、２６１とはそれぞれ組み合わされて用いられるが、図１ではこの組合わせをリング状ミラーＢ２４０を挟んで対称に配置している。２組用いることで、感度や精度を高めているが１組であってもよい。

リニアステージ２７０は、リング状ミラーＢ２４０とリング型レンズ２５０、２５１、およびリング型ＰＳＤ２６０、２６１を搭載し、リニアモータにより光軸上に直線移動を可能とする。リニアステージ２７０の移動により、被検査物１０の軸方向（図１の左右の方向）にレーザ光の走査を行う。

図２に、上記で説明した光軸２０１上に配置した光学系の構成要素と被検査物１０を斜視図で示した。回転ミラー２２０は図示しないリニアモータにより光軸２０１上を直線的に移動可能であり、リング状ミラーＢ２４０とリング型レンズ２５０、２５１、およびリング型ＰＳＤ２６０、２６１はリニアステージ２７０上に搭載され（ニアステージ２７０は図示せず）、同様に光軸２０１上を直線的に移動可能である。２つの矢印は軸２０１上を移動可能な方向を示している。

次に、制御系について説明する。図１に戻って、図１の下方に示したブロックが制御系の構成で、走査制御部３００、集光レンズ駆動回路３１０、回転ミラー駆動回路３２０、光量・位置検出回路３３０およびリニアステージ駆動回路３４０からなる。図１に示す矢印は制御信号のやり取りを示すものである。

走査制御部３００は、光走査装置１００全体を制御するもので、ここではパーソナルコンピュータを用いている。

集光レンズ駆動回路３１０は、集光レンズ２１０を直線移動させるリニアモータに対する駆動回路である。走査制御部３００の指令に基づいて、レーザ光を被検査物１０の表面に焦点を合わせるためにリニアモータにより集光レンズ２１０を移動させる。

回転ミラー駆動回路３２０は、回転ミラー２２０を回転させる回転ミラー用モータ２２１に対する駆動回路である。また、回転ミラー駆動回路３２０は回転ミラー位置信号を走査制御部３００に送ることも行う。走査制御部３００はこの回転ミラー位置信号に基づいて、後述するリニアステージ駆動回路３４０に対して制御信号を送出する。

光量・位置検出回路３３０は、リング型ＰＳＤ２６０、２６１と接続して位置信号と光量信号とを生成し、走査制御部３００に送る。走査制御部３００は位置信号に基づいて集光レンズ駆動回路３１０に対しレーザ光を被検査物１０の表面に焦点を合わせるための制御信号を送出する。また、走査制御部３００は光量信号を図示しない画像処理部に送り、そこでは外観検査を行う。光量・位置検出回路３３０の詳細は後述する。

リニアステージ駆動回路３４０は、走査制御部３００からの指令に基づいてリニアステージ２７０を光軸２０１上を直線移動するよう駆動する。走査制御部３００は、回転ミラー駆動回路３２０から回転ミラー位置信号を受け、１回転する毎にリニアステージ２７０を１ピッチ移動させるよう指令する。

次に、図３を用いてレーザ光源２００から出射されたレーザ光の進行に従って光路を説明する。

まず、レーザ光源２００から出射されたレーザ光は光軸２０１上を進んで集光レンズ２１０に入射する。入射したレーザ光は集光レンズ２１０で集光され、回転ミラー２２０の手前の図３の「ｂ」の位置の光軸２０１上で焦点を結ぶ。そして、焦点を結んだ後にレーザ光は更に進行して回転ミラー２２０の４５°に傾斜する反射面に入射する。レーザ光は、この反射面で光軸２０１と交差する方向に反射する。

回転ミラー２２０で反射したレーザ光は、リング状ミラーＡ２３０に入射し、放物面の反射鏡で光軸と並行の方向に反射される。リング状ミラーＡ２３０からの反射光は、図３の距離「ｃ」を経てリング状ミラーＢ２４０に到達する。レーザ光は回転ミラー２２０の回転によりこの距離「ｃ」の間では円筒状に反射されることになる。リング状ミラーＢ２４０に入射したレーザ光は光軸２０１上にあるリング状ミラーＢ２４０の放物面の焦点に向かって反射するが、被検査物１０は図３に示すように光軸上のリング状ミラーＢ２４０のリング内に置かれており、焦点に向かったレーザ光は被検査物１０に当たる。

被検査物１０に当たったレーザ光は被検査物１０の表面で反射され、その反射したレーザ光はリング型レンズ２５０、２５１に入射する。入射したレーザ光はリング型レンズ２５０、２５１により集光され、隣接するリング型ＰＳＤ２６０、２６１の受光面にレーザ光をライン状に結像させる。このように、レーザ光源２００から出射されたレーザ光は被検査物１０の表面を介してリング型ＰＳＤ２６０、２６１の受光面に到達することになる。

リング型ＰＳＤ２６０、２６１の受光面に結像したレーザ光は、その受光面の位置と光量とに基づいた電流を出力し、前述した光量・位置検出回路３３０がＰＳＤの出力端子からその電流を取得して位置信号を生成し、走査制御部３００を介して位置信号に応じて集光レンズ駆動回路のリニアモータを移動させ、レーザ光を被検査物１０の表面（図３の光軸からの距離「ａ」）に焦点を結ばせるようサーボ制御を行うことになる。

次にレーザ光の検知を行うＰＳＤについて説明する。図４はＰＳＤの基本構造を示すもので、シリコン基板の表面にｐ層、裏面にｎ層、中間にｉ層の３層を形成し、ｐ層が受光面（センサ面）である。受光面にレーザ光４００が照射されるとｐ層に正の電荷が、ｎ層に負の電荷が生じ、ｐ層に形成した電極Ｘ１とＸ２とからレーザ光の光量の重心位置ｘに応じて、電流Ｉｘ１とＩｘ２が取り出される。

リング型ＰＳＤ２６０は、図５に示すようにリング状の基板に複数個のＰＳＤ素子２６０−１〜ｎを貼着させている。各ＰＳＤ素子間は多少の隙間が生ずるが、リング型レンズ２５０の特性上円周方向に結像しないので、被検査物１０に当って反射したレーザ光は常に１個以上のＰＳＤ素子に照射され、入射位置の検出には支障はない。

次にＰＳＤ素子からの出力を取得して位置信号と光量信号とを求める光量・位置検出回路３３０について、図６を用いて説明する。

図６の説明の前に、図４で示されるＰＳＤ素子からの出力はそれぞれＣＯＭ端子を基準としてＸ１２とＸ２の端子から電流信号Ｉｘ１とＩｘ２として出力され、この電流信号を基に位置信号と光量信号とは次の演算式で求めることができる。

位置信号の基本演算式：（Ｉｘ１−Ｉｘ２）／（Ｉｘ１＋Ｉｘ２）
光量信号の基本演算式：（Ｉｘ１＋Ｉｘ２）
なお、位置信号の基本演算式は、図４において２ｘ／Ｌを示している（ここで、Ｌは電極Ｘ１、Ｘ２間の距離であり、ｘはレーザ光の受光面の中心位置からの位置である）。

図６に戻って、光量・位置検出回路３３０はリング状ミラーＢ２４０を挟んで配置したリング型ＰＳＤ２６０と、リング型ＰＳＤ２６１のそれぞれを構成する複数のＰＳＤ素子から得た出力を基に位置信号と光量信号とを求める回路である。リング型ＰＳＤ２６０からは変換回路Ｌ５１０−１〜ｎ、加算・演算回路Ｌ５２０および加算・可変ゲインアンプＬ５３０を基に位置信号Ｌと光量信号Ｌとを求め、リング型ＰＳＤ２６１からは変換回路Ｒ５１１１−〜ｎ、加算・演算回路Ｒ５２１および加算・可変ゲインアンプＲ５３１を基に位置信号Ｒと光量信号Ｒとを求める。そして位置信号Ｌと光量信号Ｌ、および位置信号Ｒと光量信号Ｒとから最終演算回路５００で位置信号と光量信号を求めることを行う。変換回路Ｌ５１０−〜ｎ、加算・演算回路Ｌ５２０および加算・可変ゲインアンプＬ５３０は、それぞれ変換回路Ｒ５１１−〜ｎ、加算・演算回路Ｒ５２１および加算・可変ゲインアンプＲ５３１と同一の回路であるので、変換回路Ｌ５１０−１〜ｎ、加算・演算回路Ｌ５２０、加算・可変ゲインアンプＬ５３０のそれぞれについて説明する。

変換回路Ｌ５１０−１〜ｎはＰＳＤ素子２６０−１〜ｎに対応して設けられ、ＰＳＤ素子から出力された電流信号Ｉｘ１とＩｘ２とを入力し、電圧信号に変換しＰＳＤ素子間のバラツキを補正して出力する。このとき、２つの電圧信号を合算した電圧信号も光量信号として出力する。具体的には、変換回路Ｌ５１０−１においてＰＳＤ素子２６０−１の電流信号Ｉｘ１とＩｘ２とをまず電圧信号に変換する。この変換後の電圧信号に対して、各ＰＳＤ素子間の感度誤差を無くすために図７に示す補正処理を行う。図７の補正曲線はそれぞれのＰＳＤ素子を予め計測して補正データとして保持している。実線が補正前の値の曲線で、点線が補正した値を示している。電流信号を電圧信号に変換し補正処理を行った後、電圧信号Ｌ１＿ｘ１、Ｌ１＿ｘ２および光量信号Ｌ１を出力する。電圧信号Ｌ１＿ｘ１は電流信号Ｉｘ１を電流−電圧変換後に補正処理した値である。電圧信号Ｌ１＿ｘ２も同様である。Ｌ１は、電流信号Ｉｘ１とＩｘ２を電流−電圧変換後に補正処理したものを加算した値である。変換回路５１０−２〜ｎも同様の処理を行い、電圧信号Ｌ２＿ｘ１〜Ｌｎ＿ｘ１と電圧信号Ｌ２＿ｘ２〜Ｌ１＿ｘ２、および光量信号Ｌ２〜Ｌｎを求める。

加算・演算回路Ｌ５２０は、各変換回路Ｌ５１０−１〜ｎから出力された電圧信号Ｌ１＿ｘ１〜Ｌｎ＿ｘ１と電圧信号Ｌ１＿ｘ２〜Ｌ１＿ｘ２とをそれぞれ加算し、下記のようにＬｓ＿ｘ１とＬｓ＿ｘ２を求め、その値から位置信号Ｌを求める。

Ｌｓ＿ｘ１＝Ｌ１＿ｘ１＋Ｌ２＿ｘ１＋・・・・Ｌｎ＿ｘ１
Ｌｓ＿ｘ２＝Ｌ１＿ｘ２＋Ｌ２＿ｘ２＋・・・・Ｌｎ＿ｘ２
位置信号Ｌ＝（Ｌｓ＿ｘ１−Ｌｓ＿ｘ２）／（Ｌｓ＿ｘ１＋Ｌｓ＿ｘ２）
加算・可変ゲインアンプＬ５３０は、各変換回路Ｌ５１０−１〜ｎから出力された光量信号Ｌ１〜Ｌｎを加算処理し、全体の光量信号Ｌとして出力する。

光量信号Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌ２＋・・・・・Ｌｎ）×Ｇｖ
ここでＧｖは、アンプのゲインを調整するための補正係数である。ＰＳＤに入射するレーザ光は、リング型レンズ２５０であるシリンドリカルレンズにより被検査物１０の表面から反射されるレーザ光を複数のＰＳＤ素子２６０−１〜ｎに跨いで取捨されるため、ＰＳＤ素子間の隙間の影響は軽減されるものの多少の変動がある。そこで、回転ミラー２２０の位置情報を回転ミラー駆動回路３２０より得てＰＳＤ素子間の隙間位置を検出し、信号の低下分をあらかじめ設定されたアンプのゲイン（Ｇｖ）を自動的に調整することで補正を行うものである。

変換回路Ｒ５１１−１〜ｎ、加算・演算回路Ｒ５２１および加算・可変ゲインアンプＲ５３１も同様の処理を行い、位置信号Ｒと光量信号Ｒとを求める。

最終演算回路５００は、上記で求めた位置信号Ｌ、Ｒと光量信号Ｌ、Ｒとから位置信号は平均化処理を行い光量信号は加算処理を行って最終的な数値を求め、位置信号と光量信号とを出力する。

位置信号：（位置信号Ｌ＋位置信号Ｒ）／２
光量信号：光量信号Ｌ＋光量信号Ｒ
最終演算回路５００で求めた位置信号と光量信号は走査制御部３００に送られ、走査制御部３００は位置信号に基づいて集光レンズ駆動回路３１０に指令して集光レンズ２１０を光軸上で移動させて集光レンズの焦点位置を移動し、被検査物１０の表面におけるレーザ光の焦点を合わせる。また、光量信号は図示しない画像処理部に送られ、外観検査のための画像処理が行われる。

上記では、リング型レンズ２５０、２５１とリング型ＰＳＤ２６０、２６１の形状を平面のリング状としたが、これらを円錐面を有したリング状の形状としてもよい。図８（ａ）はこれまで説明した平面構造の例で、図８（ｂ）は円錐面の構造（ここでは、円錐構造という）である。平面構造では、リング型レンズおよびリング型ＰＳＤとも製作が容易であるが、被検査物１０からのレーザ光の反射光の集光効率が良くない。一方、円錐構造のリング型レンズ６００、６０１とリング型ＰＳＤ６１０、６１１は、円錐形状に製作するためコストアップになるが反射光の集光効率が良く、特にリング型レンズ６００、６０１では小型化が図れる。

次に、本発明の光走査装置１００の動作フローを図９を用いて説明する。このフローにおいて、リニアステージ上には図１に示すリング状ミラーＢ２４０とリング型レンズ２５０、２５１およびリング型ＰＳＤ２６０、２６１が載置されているものとする。

まず、リニアステージレーザを初期位置に設定し、レーザ光源からレーザ光を出射する。また回転ミラーを所定の回転数で回転する（Ｓ１−Ｓ３）。

回転ミラーにおいて、入射したレーザ光を光軸と交差する方向に反射する（Ｓ４）。

光軸と交差する方向に反射されたレーザ光を、放物面を有するリング状ミラーで受け、光軸と並行となる方向に反射する。さらに、光軸と並行に進行したレーザ光を同形状のリング状ミラーで受け、光軸方向に反射する（Ｓ５）。

光軸方向に反射したレーザ光は光軸上に置かれた被検査物の表面で反射され、その反射光をリング型レンズで集光してリング型ＰＳＤの受光面に結像させる。リング型ＰＳＤは受光面において結像したレーザ光の位置を検知する（Ｓ６、Ｓ７）。

リング型ＰＳＤの検知結果に基づいてＳ１の集光レンズを光軸上で直線移動させ、集光レンズの焦点位置を移動させることでレーザ光の被検査物の表面において焦点を結ばせる（Ｓ８）。

回転ミラーが１回転したかどうかを調べ、そうでなければリニアステージが終了位置にあれかどうかを調べる。終了位置にあれば走査終了とし、そうでなければＳ４に戻りレーザ光を被検査物の表面に焦点を合わせるＳ４〜Ｓ８の動作を行う（Ｓ９、Ｓ１０）。

Ｓ９において、回転ミラーが１回転したときリニアステージを１ピッチ送り、被検査物の表面位置を移動させ、その位置でＳ４〜Ｓ８の動作を行う（Ｓ１１）。

上記のフローにより、レーザ光は被検査物の表面に焦点を合わせながら周方向と軸方向に走査される。

本発明の光走査装置にＰＳＤを用いるようにしたので、ＰＳＤからフォーカシングするための位置信号と外観検査のための光量信号を光走査しながら得ることができるため外観検査に好適である。また、位置信号を用いた３次元形状測定器にも適用できる。

本発明の実施例において、回転ミラーの反射面の角度を４５°としたが、４５°以外の角度であってもよい。その場合は、リング状ミラーＡ２３０が回転ミラーで反射するレーザ光を受けられる位置とする必要がある。また、リング状ミラーＢ２４０はリング状ミラーＡ２３０と異なる焦点距離にすればよい。

１０ 被検査物
２０ 光ビーム
２１、２２ 光点
３０〜３３ 結像レンズ
４０〜４３ ＰＳＤ素子
５０ 光ビーム走査方向
５１、５２ 光点移動方向
１００ 光走査装置
２００ レーザ光源
２０１ 光軸
２１０ 集光レンズ
２２０ 回転ミラー
２２１ 回転ミラー用モータ
２３０ リング状ミラーＡ
２４０ リング状ミラーＢ
２５０、２５１ リング型レンズ
２６０、２６１ リング型ＰＳＤ
２６０−１〜ｎ、２６１−１〜ｎ ＰＳＤ素子
２７０ リニアステージ
３００ 走査制御部
３１０ 集光レンズ駆動回路
３２０ 回転ミラー駆動回路
３３０ 光量・位置検出回路
３４０ リニアステージ駆動回路
４００ 光ビーム
５００ 最終演算回路
５１０ 変換回路Ｌ
５１１ 変換回路Ｒ
５２０ 加算・演算回路Ｌ
５２１ 加算・演算回路Ｒ
５３０ 加算・可変ゲインアンプＬ
５３１ 加算・可変ゲインアンプＲ
６００、６０１ リング型レンズ
６１０、６１１ リング型ＰＳＤ

Claims (5)

1. 光ビームを出射する光ビーム出射部と、
   前記光ビームを前記光ビームの光軸に対して垂直の方向に反射するミラーを前記光軸を
   中心として回転する回転ミラーと、
   前記回転ミラーによって反射された前記光ビームを前記光軸と並行な方向へ反射する第
   １のリングミラーと、
   前記第１のリングミラーによって反射された前記光ビームを前記光軸と垂直の方向に反
   射し、前記光軸上に配置された被検査物に照射する第２のリングミラーと、
   前記被検査物の表面で反射した光ビームを通過させるリング状のシリンドリカルレンズ
   と、
   前記シリンドリカルレンズを通過した光ビームを受光し、リング状の基板に配置された
   複数の光位置センサと
   を備えることを特徴とする光走査装置。
2. 前記光位置センサの出力から光量信号を生成し、前記光量信号を外観検査用の信号とし
   て出力する外観検査信号出力部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記光位置センサおよび前記シリンドリカルレンズは、前記第２のリングミラーを挟ん
   で両側に配置される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記第１のリングミラーと前記第２のリングミラーは、リング状の放物面をなす形状で
   ある
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 光源から出射された光ビームを集光すると共に、前記光ビームの光軸上を移動可能な集
   光レンズを介して光ビームを出射する光ビーム出射手順と、
   前記光軸上に対して所定の角度の反射面を有した回転ミラーで前記出射された光ビーム
   を前記光軸と交差する方向に反射する第１の光ビーム走査手順と、
   前記反射した光ビームを第１のリングミラーで前記光軸と同方向に反射し、更に第２の
   リングミラーで前記光軸方向に対して垂直の方向に反射して前記光軸上に配置された被検
   査物に照射する光ビーム照射手順と、
   前記被検査物の表面で反射した光ビームをリング状のシリンドリカルレンズで受け、リ
   ング状の基板に配置された複数の光位置センサの受光面に集光する光ビーム検知手順と、
   前記光位置センサの出力から前記受光面上の位置信号を生成し、前記位置信号に基づい
   て前記集光レンズを移動して前記光ビームの焦点を前記被検査物の表面に結ばせる焦点制
   御手順と、
   前記第１の光ビーム走査手順における前記回転ミラーの１回転に同期して、前記第２の
   リングミラーと前記シリンドリカルレンズと前記光位置センサとを所定のピッチで前記光
   軸上を移動させる第２の光ビーム走査手順と
   を備えることを特徴とする光走査方法。

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