表面缺陷的检测方法及其装置的制作方法

专利名称：表面缺陷的检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面缺陷的光学检测方法及其装置。
背景技术：
作为用光学方法检测薄钢板表面上的缺陷等钢板表面缺陷的装置，多半采用以激光为光源并利用光的散射或衍射图样变化的光学缺陷检测器。这种检测方式是利用由缺陷所引起的激光散射或衍射图样的变化来检测缺陷，在钢板表面上形成明显的凹凸缺陷时，这是一种有效的检测方法。
可是，如果缺陷不是表面凹凸，而是物理参数不均匀、光洁度微小的分布不匀、局部存在薄氧化膜等，以及镀膜厚度不均等，在这些情况下采用上述观测方法就难以进行检测。例如在正常部分带有100左右氧化膜的钢板表面上，有氧化膜的厚度局部达到400左右的异常部分。以下把这种异常部分称为花纹形缺陷。这种区域在下一道工序中就会造成涂漆不良等，因此要求作为缺陷检测并除去，但由于与正常部分的氧化膜厚度的差别被钢板表面的光洁度所掩盖，所以利用光的散射或衍射方法完全不可能检测。
检测对散射和衍射不具有灵敏度的缺陷时，有利用偏振光的表面检查方法。例如在特公平5-23620号公报中提出了用于查找半导体片上的异物的方法。这种方法是求取偏振光参数的ψ即求P偏振光和S偏振光的振幅比(tanψ)而检测缺陷的方法。(所谓P偏振光是指反射光的电矢量中平行于光的入射面方向的分量，所谓S偏振光是指垂直于入射面方向的分量。)可是偏振光分量比恒定、而且正常和异常部分有变化的表面缺陷，对于上述目的来说，这种方法就不能适用。
同时测定偏振光的P、S分量比和相位差的方法有椭圆偏光法。在特公平4-78122号公报及特开平1-211937号公报中提出了利用椭圆偏光法对材料表面的特性值进行测试的方法。可是，如上所述，这些方法用于检测材料表面缺陷时过于灵敏，可以认为不可能用于检测钢板上的缺陷。这样，以往用光学方法检测钢板上的花纹形缺陷是不可能的，也不存在这种装置。
本发明的目的是扩大能够检测及辨别的缺陷种类的数量、检测用现有方法不能检测的花纹形表面缺陷。
发明概述为了达到上述目的，第一，本发明提供一种由以下工序构成的表面缺陷检测方法(a)用偏振光照射有表面缺陷的试样，预先求出表面反射光的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)特性的工序；(b)用偏振光照射应检查的试样的被检查表面，求出表面反射光的椭圆偏振光参数ψ、Δ的工序；(c)将在工序(b)中获得的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)特性和工序(a)中的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)特性进行比较的工序；(d)根据工序(c)中获得的结果，判定表面缺陷等级的工序。
第二，本发明提供一种由以下工序构成的表面缺陷检测方法(a)用偏振光照射应检查试样的被检查表面，求出表面反射光椭圆偏振光参数(ψ、Δ)的工序；
(b)将光照射在与在工序(a)中用偏振光照射的同一部位，求出表面反射光强度(I)的工序；(c)根据工序(a)中得到的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)和工序(b)中得到的反射光强度(I)，判定表面缺陷等级及种类的工序。
第三，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)预先存储表面缺陷的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)特性的装置；(b)用偏振光照射被检查表面、测定表面反射光的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)的装置；(c)比较所测定的表面反射光的椭圆偏振参数(ψ、Δ)和存储装置中的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)特性、并输出该比较结果的装置。
第四，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)用偏振光照射被检查表面，测定表面反射光的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)的装置；(b)用光照射与用偏振光照射过的同一被检查表面上的部位，测定表面反射光强度(I)的装置；(c)按预先确定的范围划分并输出该被检查表面的反射光所属的ψ、Δ、I三维坐标位置的装置。
第五，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)将平行光束的偏振光入射到被检查表面上的光投射装置；(b)分别设置在被检查表面反射光的不同光路上、使来自被检查表面的反射光入射、并变换为图像信号的光接收装置；(c)该光接收装置由分别具有不同方位角的三个检偏振器和接收各检偏振器的透过光的三个线性阵列传感器构成；(d)用于处理来自该三个线性阵列传感器的图像信号的信号处理装置、该信号处理装置对振幅反射率比tanψ表示、相位差Δ的COSΔ和被检查表面的反射光强度I0进行计算，生成tanψ图像、COSΔ图像和I0图像，并根据所生成的tanψ图像、COSΔ图像和I0图像的各象素浓度，评价表面特性。
第六，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)将偏振光入射到被检查表面的整个宽度方向上的光投射装置；(b)设置在被检查表面反射光的镜面反射光光路上的镜面反射光检测装置；(c)设置在被检查表面反射光的散射光光路上的散射光检测装置；(d)镜面反射光检测装置和散射光检测装置中至少一种装置具有将入射光分离成三条光束的光学系统和分别设置在被分离的三条光束的光路上且分别具有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的摄像装置；(e)对来自镜面反射光检测装置和散射光检测装置的图像信号进行比较、且对来自接收检偏振器透过光的该三个摄象装置的图像信号进行处理、并对被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ、表示相位差Δ的COSΔ进行计算的信号处理装置，根据镜面反射光和散射光的比较结果及振幅反射率比runψ和COSΔ，评价被检查表面的表面特性。
第七，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)将偏振光入射到被检查表面的整个宽度方向上的光投射装置；
(b)设置在被检查表面反射光中的散射光光路上的散射光接收光接收装置；(c)该光接收装置具有将入射光分离成三条光束的光学系统、分别设置在被分离的三条光束的光路上且分别具有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的摄象装置；(d)对来自接收各检偏振器透过光的三个摄象装置的图像信号进行处理、且对被检查表面反射光的椭圆偏振参数即振幅反射率比tanψ、表示相位差Δ的COSΔ进行计算的信号处理装置，根据计算的振幅反射率比tanψ和COSΔ，评价被检查表面的表面特性。
第8，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)将偏振光入射到被检查表面上的光投射装置；(b)使来自被检查表面的反射光入射、并输出不同的三种偏振光图像信号的三镜片式线性陈列摄象机；(c)三镜片式线性阵列摄象机由将入射的光束分离成三条光束的光束分离器、分别设置在被分离的三条光束的光路上且其方位角按O、π/4、一π/4配置的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器构成；(d)处理从三镜片式线性阵列摄象机输出的偏振图像信号的信号处理装置，对被检查表面反射光的椭圆偏振参数即振幅反射率比tanψ、表示相位差Δ的COSΔ及被检查表面的反射光强度I0进行计算，根据计算的振幅反射率比tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，判定被检查表面有无表面缺陷。
第九，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置；(a)将沿被检查表面宽度方向分布的偏振光束入射到被检查表面上的光投射装置；(b)使来自被检查表面的反射光入射，并变换成图像信号的光接收装置；该光接收装置具有设置在被检查表面反射光光路上且分别具有不同方位角的三个检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器；(c)使来自各线性阵列传感器的输出图像信号标准化、平坦化、并根据平坦化后的图像信号，对椭圆偏振参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ及反射光强度I0的相对值进行计算的信号处理装置，根据计算的振幅反射率比tanψ和相位差COSΔ及反射光强度I0的相对值，判定被检查表面有无表面异常。
第十，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置(a)将偏振光入射到被检查表面上的光投射装置；(b)由具有不同特定角度的至少接收三个方向偏振光的多个接收光的光学系统构成、用来检测被检查表面所反射的反射光、并变换成图像信号的光接收装置；(c)按预先规定的基准值将从各接收光的光学系统输出的光强分布标准化，并将标准化后的若干光强分布的变化极性和变化量同预定的图形进行比较，判定缺陷种类的信号处理装置。
第十一，本发明提供一种由以下装置构成的表面缺陷检测装置；(a)将偏振光光束入射到被检查表面整个宽度方向上的光投射装置；(b)使来自被检查表面的反射光入射，并变换成图像信号的检测装置；该检测装置备有将被检查表面的反射光分离成三条光束的光束分离器、设置在被分离的三条光束的光路上且分别具有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器；(c)来自该检测装置的信号进行处理的信号处理装置，该信号处理装置由缺陷待查区域抽出装置、参数运算装置和判定装置构成，缺陷待查区域抽出装置对从三组线性阵列传感器输入的偏振光图像的浓度电平和预定的基准浓度电平进行比较，将测定的偏振光图像浓度电平在基准浓度电平范围以外的区域作为缺陷待查区域抽出，参数运算装置根据抽出的缺陷待查区域内的测定光强度，算出椭圆偏振光参数和表面反射光强度，判定装置将算出的椭圆偏振光参数和表面反射光强度同预定的表面缺陷特性进行比较，判定表面缺陷的等级和种类。
附图简述

图1是表示钢板上带有氧化膜时的椭圆偏振参数的图。
图2是A型缺陷的反射特性曲线图。
图3是B型缺陷的反射特性曲线图。
图4是C型缺陷的反射特性曲线图。
图5是本发明的缺陷检测装置的一实施例图。
图6是椭圆偏振光参数的光学系统的一个例图。
图7是本发明的光学系统的一实施例图。
图8是本发明的信号处理系统的一实施例图。
图9是本发明的变换处理的一实施例图。
图10是本发明的缺陷检测装置的一实施例图。
图11是本发明实施例的光学系统结构图。
图12是表示与图11有关的实施例的信号处理部分的框图。
图13是表示与图11有关的实施例的动作原理说明图。
图14是表示与图11有关的实施例动作的图像分布特性图。
图15是另一实施例的光学系统侧视图。
图16是另一实施例的光学系统俯视图。
图17是与图16有关的实施例的光学系统侧视图。
图18是另一实施例的光学系统侧视图。
图19是另一实施例的光学系统侧视图。
图20是本发明实施例的光学系统配置图。
图21表示与图20有关的实施例配置的说明图。
图22是与图20有关的实施例信号处理部分的结构框图。
图23是另一实施例的光学系统配置图。
图24是另一实施例的光学系统配置图。
图25是另一实施例的光学系统配置图。
图26是另一实施例的光学系统配置图。
图27是另一实施例的光学系统配置图。
图28是本发明实施例的光学系统配置图。
图29是表示与图28有关的光学系统的动作的配置说明图。
图30是与图28有关的实施例的三镜片式偏振光线性阵列摄象机的结构图。
图31是与图28有关的实施例的信号处理部分的框图。
图32是本发明实施例的光学系统结构图。
图33是与图32有关的实施例信号处理部分框图。
图34是表示与图32有关的实施例光学系统的动作说明图。
图35是表示与图32有关的实施例标准化处理的图像浓度特性曲线图。
图36是表示与图32有关的实施例经标准化处理过的图像的帧面图。
图37是表示与图32有关的实施例的tanψ、COSΔ及I0图像的帧面图。
图38是另一实施例的光学系统俯视图。
图39是图38中实施例的光学系统侧视图。
图40是另一实施例的光学系统侧视图。
图41是本发明的实施例的光学系统结构图。
图42是表示与图41有关的实施例的光学系统动作的说明图。
图43是与图41有关的实施例的三镜片式偏振光线性阵列摄象机结构图。
图44是与图41有关的实施例的信号处理部分框图。
图45是表示缺陷信号的光强分布图。
图46是表示缺陷种类、缺陷图形和幅值图形的基准图形。
图47是光量电平和缺陷等级的关系图。
图48是表示各种缺陷的种类和等级的具体例的说明图。
图49是本发明实施例的光学系统配置图。
图50是表示与图49有关的实施例的配置说明图。
图51是与图49有关的实施例信号处理部分框图。
图52是表示与图49有关的实施例的动作的图像说明图。
图53是表示双值化电平的浓度特性图。
图54是本发明的实施例的光学系统配置图。
图55是表示与图54有关的实施例的光学系统动作的说明图。
图56是与图54有关的实施例信号处理部分框图。
图57是表示与图54有关的实施例的动作框图。
图58是表示边缘检测动作的信号强度分布图。
图59是表示辉度不均的补偿动作的说明图。
图60是表示双值化电平的浓度特性图。
图61是冷轧钢板上的缺陷种类的极性特性图。
图62是电镀钢板上的缺陷种类的极性特性图。
实施发明的具体方式第1实施例椭圆偏振光参数(ψ、Δ)通过偏振光的S分量的反射率RS对P分量的反射率RP的比P，由(1)式定义。
ρ-RS/RP＝tanψ·exp(jΔ)…(1)式中tanψ表示反射光的P、S分量的振幅比，exp(jΔ)表示P、S分量的相位差。当入射光为0度(只对P分量而言)的线偏振光时，反射光的P、S分量构成的椭圆的主轴与入射面构成的角度相当于ψ、P、S分量的相位差相当于Δ。这里，可用任意的正交双轴偏振光角度分割反射光，测定各偏振光强度，并根据椭圆的主轴方向和离心率，计算ψ和Δ。另外，入射光的偏振状态可任意设定，这时，修正入射光的偏振状态，求出ψ、Δ。
反射光的强度I通过入射光的强度I0和表面反射率R，由(2)式求出。
I＝I0·R采用这种光学测定值时，上述课题可通过下述的表面缺陷检测方法解决，该方法的特征是用偏振光照射被检查表面，求出表面反射光的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)，对来自预先求得的表面缺陷的反射光振幅比ψ和相位差Δ的特性进行比较，定出等级。
另外，表面缺陷检测方法的特征还在于将偏振光照射被检查表面并求出椭圆偏振光参数(ψ、Δ)，将同一偏振光或者另外的光照射被检查表面的同一部位并求出表面反射强度(I)，根据该椭圆偏振参数和该反射强度二者的状态判定表面缺陷等级和种类。
本发明的装置是表面缺陷检测装置，其特征是备有预先存储表面缺陷的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)特性的装置、将偏振光照射在被检查表面上测定表面反射光的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)的装置，以及输出所测定的表面反射光和存储的特性的比较结果的装置。
另外，表面缺陷检测装置的特征为还备有将偏振光照射在被检查表面上并求取该表面反射光的椭圆偏振参数(ψ、Δ)的装置、将同一偏振光或者不同的光照射在被检查表面的同一部位并测定反射光强度(I)的装置、以及按预定的划分范围，输出来自被检查表面的反射光所属的ψ、Δ、I三维坐标位置的装置。
表面缺陷检测装置的特征在于当被测定表面宽时，采用多个二维摄象元件作为该反射光的光接收装置，使用相当于同一反射点的象素光度值计算ψ、Δ及I。另外，该偏振光的光源是单色光源，利用光纤使该光源照射被检查表面上的规定范围，用多台偏振光椭圆计分担接收来自被检查表面的反射光。
由于偏振光具有对物质的表面状态敏感的特性，因此能测定利用散射光、衍射光所不能检测的表面特性。在有花纹形缺陷的表面上，与光的反射相关的特性变化时，椭圆偏振光参数灵敏地发生变化。可是在以往，不知道采用什么样的方法能使椭圆偏振光参数的变化与缺陷相对应。本发明者们对椭圆偏振光参数和表面缺陷的关系进行了研究，结果发现在花纹形缺陷的情况下，与作为缺陷检测出的氧化膜厚度的范围相对应，ψ和Δ具有函数特性而随之变化，利用该特性能判定缺陷部分和正常部分。
对于膜上有异物的花纹形缺陷，由于伴随有表面凹凸，所以光学反射率也与椭圆偏振光参数同时变化。这时使椭圆偏振光参数的变化和反射率强度的变化相组合，就能判定缺陷和正常部分。另外，由于缺陷的种类不同，为了再现该组合，通过使反射光的强度变化和椭圆偏振变化相组合，能判定缺陷的大小和种类。
偏振光椭圆计通常是利用多个光接收元件求取表面上各点的装置。可是，本发明者们设计出了利用二维摄像元件的装置。当测定大范围被检查表面的椭圆偏振光参数或反射光强度时，将对象物体的表面分成若干光学系统，在二维摄象元件中成像。在椭圆偏振光参数或光强的测定中，利用与被测定表面的同一部位对应的元件测定的强度计算由多个摄象元件测定的光强。通过修正光学系统，如果求出同一反射点的反射光强度，则用单一的光测量装置进行扫查，能简化光学系统。
另外，光源有激光光源等输出功率较大的光源。用一台激光光源和数台偏振光椭圆计，测定大范围的椭圆偏振参数时，可利用光纤使来自公共光源的光分散照射，使宽度大的材料的各部分上的照射强度变得均匀，容易补偿反射光强度。
图1中示出了本发明的第一个实施例。
图1表示冷轧钢板上附着5nm～100nm的氧化膜时偏振光参数的变化形态。图1是一般偏振光解析用的“Δ-ψ图”，横轴为表示P、S偏振光振幅比的角度ψ，纵轴为P、S偏振光的相位差Δ，曲线上的标记数字表示用另外的装置测定的氧化膜厚度。测定条件是用波长为633nm的He-Ne激光器，测定用入射角度为70度、在复数折射率为2.0+i4.0的钢板上存在折射率为3.0的氧化膜。
在图1中，在氧化膜厚度为20～50nm左右，可认为是ψ的变化，但在0～20nm及50～100nm，主要是Δ的变化，ψ几乎不改变。因此，如氧化膜厚度的控制范围为0～20nm或50～100nm时，即使想要以膜厚不均匀为缺陷进行扫查，也只是观测到ψ而不可能检出。因此，本发明同时求取ψ、Δ，利用其关系式评价大范围的氧化膜厚度。例如，ψ在35度附近、而且Δ在从100度至250度的范围时，用与膜厚从50nm到10nm和从0nm到20nm对应的两条线进行换算。膜厚的正常范围根据钢的种类、厚度等规定其控制范围，将膜的厚度超出控制范围的部分作为缺陷进行检测。
本发明的第二个实施例示于图2至图4。
图2表示检测花纹形缺陷内A型缺陷的例子。缺陷呈谱线状延伸，使该谱线到达图中横向的中央，并将宽为20nm范围的椭圆偏振光参数和反射光强度对应于宽度方向位置进行显示。如果将缺陷部分的相位差(Δ)和强度(I)与正常部分(横向中央部分以外的部分)相比较，则难以判定缺陷的存在。可是，振幅比(ψ)明显地能判定出有缺陷部分(中央部分)和无缺陷部分(中央部分以外)。该缺陷是表面上过薄的氧化保护膜，这是用现有的光学检查装置检测不到的缺陷。
图3表示检测花纹形缺陷内B型缺陷的例子。用ψ不能判定缺陷的存在，但对相位差(Δ)和强度(I)敏感。B型缺陷多在钢板表面光洁度有微小变化时出现。其原因是由轧辊表面局部粗糙引起的。
图4表示检测花纹形缺陷内C型缺陷的例子。在这种缺陷的情况下，对ψ、Δ和I全部参数都敏感。C型缺陷是由于在花纹形缺陷上有附着物，致使钢板表面的表观光洁度发生很大变化的缺陷。连目视也能看到的附着物，用现有的检查装置也能检测出来。
如图2至图4所示，随缺陷种类的不同，有的伴随反射光强度变化，有的无这种变化。另外随着缺陷的种类的不同，椭圆偏振光参数值的变化形态也不同。
其次说明判定缺陷种类的装置之一例。由于光强度、ψ、Δ各值有时局部变化，所以很难求得绝对值。因此，可测定各参数的移动平均值，并检测平均值的变化。使移动平均的常数与产生的缺陷尺寸一致。检测出一定尺寸以上的变化时，对于椭圆偏振光参数评价角度的绝对值，对于反射光强度评价平均值的变化量。ψ、Δ的绝对值和反射强度的变化量构成三维空间。根据经验法则对该三维空间进行区间划分，使各区间与缺陷的种类和等级对应。将若干区间内有共同性的缺陷分成组，也可用等级表示区间。
椭圆偏振光参数测定装置随光学系统的不同有各种变化。本发明者们原先设计出了这样的光学系统，即通过求出反射光的4个偏振光分量，不仅能知道椭圆偏振光参数(ψ、Δ)，而且能知道相位角Δ的绝对值，而且还能补偿入射光强度的变化(参见特开平5-113371号公报)。利用其中设计的任意一种光学系统构成表面缺陷检测装置的本发明第三个实施例示于图5。
图5中的表面缺陷检测装置由以下各部分构成偏振光椭圆计主体1、根据其输出计算椭圆偏振光参数的椭圆偏振光参数运算装置3、使用有缺陷的试样2时存储其椭圆偏振光参数的椭圆偏振光参数存储装置4、使用特性未知的试样2时将其椭圆偏振光参数和存储装置4中存储的缺陷特性值进行比较的椭圆偏振光参数比较装置5、以及根据比较结果输出有无缺陷及缺陷的等级等的缺陷信号输出装置6。
偏振光椭圆计主体1例如由图6所示的光学系统构成。在图6中，10是激光光源，11是起偏镜、12表示入射光。入射光12通过起偏镜11变成线偏振光后在试样2的表面上反射。反射光13通过光束分离器14、15、16及1/4波阻片17，分离成不同的4束偏振光18a、18b、18c、18d，并由各自的光接收器19a、19b、19c、19d检测其光强I1、I2、I3、I4。
椭圆偏振光参数运算装置3根据这些光强，利用(3)式及(4)式计算椭圆偏振光参数。
tanΔ＝〔σR(I1-I2)〕/〔σT(I3-I4)〕 (3)tanψ＝〔(σR2-σT2)/2〕·〔{σR(I1-I2)}2〕+〔{σT(I3-I4)}2〕1/2÷〔σR2(I1+I2)-σT2(I3+I4)〕 (4)
式中式中σR、σT分别是无偏振光光束分离器14的P偏振光和S偏振光的振幅反射率比、以及振幅透射率比，是该光学部件固有的值。
使用预先设有缺陷的试样2时，在椭圆偏振光参数存储装置4中存储其椭圆偏振光参数特性。例如存储图1所示的氧化膜的特性。
椭圆偏振光参数比较装置5获得具有未知特性的试样2的椭圆偏振光参数后，与预先测定并存储的特性进行比较。其中可应用ψ、Δ的2维区间划分处理等。由此输出膜厚信号。
缺陷信号输出装置6预先设定膜厚是否合格的判定基准，当膜厚在规定范围以内时判定为正常，而当超出规定范围时判定为异常，并输出报警信号。
本发明的第四个实施例示于图7。图7表示将本发明应用于钢板输送线上的装置内的光学系统部分。本实施例的光学系统有求取椭圆偏振光参数的系统，以及求取反射光强度的系统。在本实施例中，由于将入射光的强度均匀地分布在试样的各部分，不随时间而变化，所以可在两个系统中求出反射光的三个偏振光分量，并通过这些运算求出反射光的强度(I)及椭圆偏振光参数(ψ、Δ)。
首先在椭圆偏振光参数系统中，从高辉度光源20发出的光通过起偏振片23而成为偏振光后，照射在试样2的表面上。来自表面的反射光由沃兰特(ウオ-ラント)棱镜26分离成45°和-45°的两个正交偏振光分量，并由使用二维CCD元件的摄象机B测定每个象素上的偏振光强度。摄象机B采用在一台CCD摄象机的不同部分分别成像的方式。这也可以通过变更光学系统，分成两台摄象机分别进行分离摄影。摄象机B的光强输出给该图中未示出的椭圆偏振光参数运算装置，通过计算这两个光强，就能求出试样表面各点的椭圆偏振光参数。
其次说明测定反射光强度的系统。从高辉度光源20发出的光通过漫射片21使强度均匀分布后，照射在试样2的表面上。来自表面的反射光在非偏振棱镜25的表面上反射，经过偏振角设定为0度的起偏镜24后，进入摄象机A27。在摄象机A中，使用二维CCD元件，同时求出测定表面上各点的光强。在图7所示光学系统的情况下，反射光强度(I)可由I＝I2+I3-2I1求得。式中I1是根据摄象机A中的偏振光图像求得的光强，I2、I3分别是根据摄象机B中的45度及-45度偏振光图像求得的光强。
图7中的光学系统的特征是，用偏振光均匀地照射大的范围，并能根据偏振角为0度、45度、-45度的图像，同时求出试样表面上许多点的椭圆偏振光参数和反射光强度。椭圆偏振光参数输出通过与存储的图形进行比较，换算成膜厚及缺陷种类。
图8是同时使用反射光强度和椭圆偏振光参数检测缺陷的装置中的信号处理系统图。该装置相当于对图7中光学系统的输出进行信号处理的部分。
从摄象机A、摄象机B输出的信号暂时存储在帧存储器A31及B31中。帧存储器B存储着两个偏振角的图像，所以与存储光强的帧存储器A加起来，对试样表面上的同一点能给出共计3个光强信息。这时，由于随视野角度的不同，Δ、ψ、I在帧存储器中产生位置偏移，因此位置比例尺修正装置32对帧存储器中捕获的3个偏振光分量的图像进行处理，使其与根据光学系统的菲涅耳系数求得的位置按比例尺重合。然后，Δ、ψ、I计算装置33对上述重合后的每个象素进行Δ、ψ、I计算。等效复数抑射率计算装置35根据入射光的偏振状态由从反射光计算出的Δ、ψ、I计算试样各点的等效复数折射率。这些运算结果经过适当的变换处理后，作为表面状态显示在显示装置36上。也可以简单地与Δ、ψ、I图像的过去数据进行比较。
图9是对图2至图4所示的缺陷进行变换处理的例子。图9a是反射光强度I从正常值上升后适用的判定图。Δ、ψ位于图中的斜线部分时，与D型缺陷的等级1、2、3对应。图9b适用于反射光强度为正常值的情况。对应于Δ、ψ值，A及B的类型和等级像斜线部分那样分配。同样，图9c、图9d适用于反射光强度从正常值下降后的情况。这时不用Δ、ψ值，只按光强的区别分配缺陷的类型和等级。
图10表示将多波道偏振光椭圆计并列配置的本发明的第五个实施例。该装置的用途是在宽度为2000mm的宽幅钢板40以最大线速度600m/分移动过程中检测缺陷。光源是波长为800nm的激光器41，用光纤42将该光线引导到被测定表面附近。入射光通过起偏振片43后变成45度的线偏振光。到达钢板表面的入射角为65度。也可以用抛物面反射镜代替光纤，使激光成为狭缝状平行光，照射到钢板上。光检测照象机44、45、46使用1024个象素的一维CCD构成，其横向分辨率为0.25mm，1个波道可观察钢板上的250mm的宽度。
摄象机头1～8分别装有图像处理装置，用线速度的平均速度进行偏振光强度的计算。为了提高处理速度，Δ、ψ、I运算装置33分成8组并行处理。线速度慢时，或者分辨率低时，可增加并行处理组数而减少装置台数。这些信号在图像处理装置34中进行椭圆偏振光参数运算后，用变换显示装置36进行缺陷判定。
该实施例中的变换处理是当在图像内出现缺陷时，根据Δ、ψ、I中那个参数发生变化的组合，进行缺陷种类的判定。缺陷的大小则根据例如图4中的Δ从正常部分的Δ值113°左右到缺陷部分的Δ值98°的变化情况决定。在图4中，Δ的值在2～3°以内变化，属于无害缺陷，但超过此值时，作为出厂的质量是不能允许的，因此作为异常部分而报警。
在被检查对象的钢板上涂油时，因作为偏振光椭圆计所具有的基本功能，也可以测定油膜厚度的不均匀状态。
上述实施例示出了求取任何光强的光源和求取椭圆偏振光参数的光源采用同一个光源的情况。这些光源不一定必须是同一个光源，也可以将求反射光用的普通光源和求取椭圆偏振光参数用的偏振光光源分别独立设置。
通过与存储的椭圆偏振光参数值进行比较，以往不能检测的钢板表面上的花纹形缺陷的检测成为可能。由于将椭圆偏振光参数和反射光强度相结合，因此可判定缺陷的种类。由于采用了二维摄象元件，因此构成紧凑的光学系统。另外，在应用于宽幅材料的情况下，用光纤引导光源的光，使光均匀照射，可用简单的修正方法进行准确的测定。第2实施例本发明的表面缺陷检测装置由光投射部分、光接收部分和信号处理部分构成。光投射部分将平行的偏振光束入射到被检查表面上。光接收部分分别设置在被检查表面反射光的不同光路上，使来自被检查表面的反射光入射，并变换成图像信号。该光接收部分由分别具有不同方位角的三个检偏振器和接收各检偏振器透过光的三个线性阵列传感器构成。信号处理部分处理来自该三个线性阵列传感器的图像信号，计算振幅反射率比tanψ、表示相位差Δ的COSΔ和被检查表面的反射光强度I0，生成tanψ图像、COSΔ图像和I0图像，并根据所生成的tanψ图像、COSΔ图像和I0图像的各象素浓度，评价表面特性。
例如，光投射部分从沿被检查表面宽度方向形成长度的平行光光源通过起偏镜将偏振光入射到被检查表面上，并接收来自被检查表面的反射光，检测被检查表面上是否有缺陷等异常部分。
例如，光接收部分由3个线路传感摄象机和设置在各线路传感摄象机受光面前方的检偏振器构成，3个检偏振器分别以不同的方位角配置，即透射轴与被检查表面构成的角度例如分别为“0”、“π/4”、“-π/4”，3个线路传感摄象机使通过各检偏振器的偏振光入射而输出表示偏振光强度分布的图像。
例如，信号处理部分对从3个线路传感摄象机分别输出的表示光强分布的图像各象素上的偏振光参数，即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ和表面反射光强度I0进行计算，生成偏振光参数的图像，即tanψ图像、COSΔ图像及I0图像，根据所生成的tanψ图像和COSΔ图像的异常部分上的明暗是否一致，判定异常部分的类别，并根据I0图像的辉度变化情况判定异常的大小。
图11、图12表示本发明的一个实施例的结构，图11是光学系统结构图，图12是信号处理部分的框图。如图11所示，光学系统101具有光投射部分102和光接收部分103。光投射部分102具有平行光光源104和设置在平行光光源104前方的起偏镜105。平行光光源104由沿被检查体例如钢板106宽度方向形成长度的平面状光源构成，将平行光束照射在钢板106的表面上一定长度的范围内。起偏镜105例如由1/4波阻片构成，其配置如图13所示，使透射轴P与钢板106的入射面构成的角α1为π/4。光接收部分103具有3个线路传感摄象机107a、107b、107c，以及设置在各线路传感摄象机107a、107b、107c的受光面前方的检偏振器108a、08b、108c。线路传感摄象机107a、107b、107c沿钢板1106的移动方向错开位置配置，检测来自钢板106表面的反射光，并将其变换成偏振光图像信号。检偏振器108a、108b、108c例如由1/4波阻片构成，其配置如图13所示，使检偏振器108的透射轴与钢板106的入射面构成的角α2分别为检偏振器108a的α2＝0，检偏振器108b的α2＝π/4，检偏振器108c的α2＝-π/4。
信号处理部分109具有偏振光图像用的帧存储器110a、110b、10c、运算用的CPU111、椭圆偏振光参数图像用的帧存储器112a、112b、112c、以及处理用的CPU113。从线路传感摄象机107a、107b、107c输出的偏振光图像信号分别在帧存储器110a、110b、110c中按二维形式展开。运算用CPU111考虑到线路传感摄象机107a、107b、107c设置位置的偏移，从帧存储器110a、110b、110c中读出钢板106的同一位置的偏振光图像信号，并对各象素上的偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ和钢板106的表面反射光强度I0进行计算，生成偏振光参数的图像即tanψ图像、COSΔ图像及I0图像。由运算用CPU111计算的tanψ图像和COSΔ图像及I0图像在帧存储器112a、112b、112c中展开。处理用CPU113根据在帧存储器112a、112b、112c中展开的tanψ图像和COSΔ图像的明暗，判定缺陷的种类，并根据I0图像的辉度变化情况判定缺陷的大小。
在说明如上构成的表面检查装置的动作之前，首先说明根据由3个线路传感摄象机107a、107b、107c检测的光强计算振幅反射率比tanψ、COSΔ和钢板106的表面反射光强度I0的原理。
如图13所示，如设起偏镜105的透射轴P和检偏振器108的透射轴A与钢板106的入射面构成的角分别为α1、α2，则以任意入射角i入射到钢板106上，反射后的P偏振光分量和S偏振光分量通过检偏振器108合成后的光强I(α1、α2)用下式表示，并设P分量和S分量的振幅反射率分别为γP、γS。I(α1·α2)＝|Eocosα1·rpcosα2+Eosinα1·rssinα2|2＝IoRp〔cos2α1·cos2α2+ρ2sin2α1·sin2α2+(1/2)·sin 2α1·sin2α2·cosΔ〕式中Io＝|Eo|2，rp＝Rp·exp(ip)，rs＝Rs·exp(is)ρ＝rs/rp＝tanψ，Δ＝s-p这里，当α1＝π/4时，通过α2＝0的检偏振器108a的光强I1变成I1＝I0RP/2，通过α2＝π/4的检偏振器108b的光强I2变成I2＝IoRp·(1+ρ2+2ρCOSΔ)/4，通过α2＝-π/4的检偏振器108c的光强I3变成I3＝I0RP(1+ρ2-2ρCOSΔ)/4。根据这些光强I1、I2、I3可由下列各式分别获得tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0。tanΨ=I1I2+I3-I1]]>cosΔ=I2-I32I1tanΨ]]>I0＝I2+I3-I1参照图14中的信号特性图，说明使用该tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0检测钢板106上的缺陷的表面检查装置的动作。从光学系统101射出后在以一定速度移动的钢板106上相距一定间隔L的各个位置反射的偏振光，分别通过检偏振器108a、108b、108c入射到线路传感摄象机107a、107b、107c。即相隔对应于钢板106的速度和间隔L的微小时间差，检测钢板106表面上同一位置的像。用该线传感摄象机107a、107b、107c检测来自钢板106方面的反射光强度时，由于在线传感摄象机107a的前面设有α2＝0的检偏振器108a，所以线路传感摄象机107a检测上述的光强I1，由于在线路传感摄象机107b的前面设有α2＝π/4的检偏振器108b，所以线路传感摄象机107b检测上述光强I2，由于在线路传感摄象机107c前面设有α2＝-π/4的检偏振器108c，所以线路传感摄象机107c检测上述的光强I3。表示用线路传感摄象机107a、107b、107c检测的光强I1、I2、I3分布的图像分别在帧存储器110a、110b、110c中展开。这样，用线路传感摄象机107a、107b、107c检测光强I1、I2、I3时，通过α2＝0的检偏振器108a入射到线路传感摄象机107a的光强I1大约为入射到线路传感摄象机107b、107c的光强I2、I3的2倍。因此，使线传感摄象机107a的灵敏度为线路传感摄象机107b、107c灵敏度的1/2，就能在帧存储器110a、110b、110c中生成以大致相同的浓度为基准的图像。
运算用CPU111考虑到线路传感摄象机107a、107b、107c设置位置的偏移，读出在帧存储器110a、110b、110c中生成的由光强I1、I2、I3决定的偏振光图像信号，并依次计算各象素上的表示振幅反射率比tanψ和相位差Δ的COSΔ以及钢板表面反射光强度I0，在帧存储器112a中生成tanψ图像，在帧存储器112b中生成COSΔ图像，在帧存储器112c中生成I0图像。生成这些图像时，将各象素的tanψ＝0～2左右和COSΔ＝-1～1按0～255的灰度等级进行变换。例如，在COSΔ图像中，当正常部分的COSΔ＝0时，如异常部分的COSΔ＝-1，则在COSΔ图像中形成异常部分浓度比正常部分浓度大的图像。这里，当计算表示振幅反射率比tanψ和相位差Δ的COSΔ以及钢106的表面反射光强度I0时，在使线路传感摄象机107a的灵敏度为线路传感摄象机107b、107c灵敏度的1/2后，如设用线路传感摄象机107a检测的光强为I1，则tanψ和COSΔ及I0按如下各式计算。tanψ=I1I2+I3-2I1]]>I0＝I2+I3-2I1cosΔ=I2-I32I1I2+I3-2I1I1]]>处理用CPU113对在帧存储器112a、112b、112c中生成的tanψ图像、COSΔ图像及I0图像各象素的浓度进行色调校正，然后以正常部分的浓度为基准进行标准化处理，并进行浓度电平特性的变换处理。根据该tanψ图像、COSΔ图像及I0图像的浓度电平特性的变化，判定异常部分的种类及其大小。
例如，使偏振光从光投射部分102以60度的入射角入射到以300m/分的速度移动的钢板106上，使检查线间隔为L＝100mm，用线路传感摄象机107a、107b、107c检测光强I1、I2、I3而在帧存储器110a、110b、110c中展开的图像示于图14(a)。另外，根据由帧存储器110a、110b、110c生成的光强I1、I2、I3决定的偏振光图像，由运算用CPU111计算生成的tanψ图像、COSΔ图像及I0图像示于图14(b)。这里，在图14(a)、(b)所示的图像中，图面中央部分所示的光强度变化部分121表示表面有凹凸缺陷，右边的光强变化部分122表示油污等花纹形缺陷。如图14(b)所示，在COSΔ图像中异常部分的浓度比正常部分变得非常大。以正常部分的浓度为基准，将tanψ图像、COSΔ图像及I0图像的各象素的浓度标准化后的浓度电平特性示于图14(c)。如图14(c)所示，凹凸缺陷121的tanψ图像的浓度电平变成正的，COSΔ图像的浓度电平变成负的，但油污等花纹形缺陷122的部分，其tanψ图像的浓度电平和COSΔ图像的浓度电平都为负。因此，能根据tanψ图像的明暗和COSΔ图像的明暗，判定缺陷的种类。另外，能根据I0图像的浓度电平的变化程度，判定缺陷的大小。
上述实施例说明了用一个平面状光源构成光投射部分102的光源104的情况，但如图15中的侧视图所示，也可以采用与3个线路传感摄象机107a、107b、107c对应、相隔一定距离配置的3个线状光源104a、104b、104c，而用对应的线路传感摄象机107a、107b、107c接收从各线状光源104a、104b、104c发出后在钢板106表面上反射的偏振光。
另外，上述各实施例说明了将光接收部分103的线路传感摄象机107a、107b、107c的位置相对于钢板106移动方向错开配置的情况，但如图16中的俯视图和图17中的侧视图所示，也可将线路传感摄象机107a、107b、107c设置在与钢板106移动方向正交的同一条直线上，且位于同一高度，用线路传感摄象机107a、107b、107c同时检测来自钢板106上同一位置的反射光。而且在有足够的空间的情况下，通过在线路传感摄象机107a、107b、107c上采用长焦距镜头，可避开画面上的景深问题。另外，根据情况，也可使设置在中心位置的线路传感摄象机107a两侧的线路传感摄象机107b、107c以一定的角度朝向内侧。
上述实施例说明了将线路传感摄象机107a、107b、107c设置在与钢板1106的移动方向正交的同一直线上且位于同一高度，但如图18所示，也可改变线路传感摄象机107a、107b、107c的设置高度，同时检测来自钢板106的同一位置的反射光。
另外，上述各实施例说明了从光投射部分102发出的偏振光直接入射到钢板106的表面上、且用线路传感摄象机107a、107b、107c直接接收其反射光的情况，但如图19所示，也可使从平行光光源104相对于钢板106的表面垂直发出的光，用反射镜114反射后，通过起偏镜105，以规定的入射角入射到钢板106的表面上，再使其反射光通过检偏振器108a、108b、108c后，用反射镜115反射，并用相对于钢板106的表面正交设置的线路传感摄象机107a、107b、107c接收。通过这样构成光投射部分102和光接收部分103，能减小光学系统101的设置空间，并能改善联机设置的自由度。另外，在上述实施例中，将起偏镜105设置在反射镜114的后侧，而将检偏振器108a、108b、108c设置在反射镜115的前侧，使偏振光不受反射镜114、115的影响，但也可将起偏镜105设在反射镜114的前侧、而将检偏振器108a、108b、108c设在反射镜115的后侧，并补偿反射镜114、115的影响。
另外，上述各实施例说明了用线路传感摄象机107a、107b、107c分别检测与钢板106移动方向正交线上的图像的情况，但也可使用二维CCD摄象机检测钢板106的每隔一定长度的图像。
如上所述，本发明是使平行的偏振光束入射到被检查表面上，检测通过分别设置在被检查表面反射光的不同光路上且有不同方位角的3个检偏振器的偏振光的光强分布，计算表示检出光强分布的图像上的各象素上的偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ和表面反射光强度I0，生成偏振光参数的图像即tanψ图像，COSΔ图像及I0图像，并根据所生成的tanψ图像和COSΔ中异常部分的明暗是否一致，判定异常部分的种类，根据I0图像的辉度变化情况，判定异常的程度，因此能以简单的结构高精度地检测被检查表面上的缺陷或油污等。
由于无须进行偏振光角度等调整即能快速地检测出被检查表面的缺陷等，所以能够连续地在线检查连续制造并输送的薄板状制品的表面。实施例3本发明的表面检查装置的特征在于有光投射部分、镜面反射光检测部分、漫反射光检测部分及信号处理部分，光投射部分将偏振光入射到被检查表面整个宽度方向上，镜面反射光检测部分设置在被检查表面反射光的镜面反射光光路上，漫反射光检测部分设置在被检查表面反射光的漫反射光光路上，镜面反射光检测部分和漫反射光光路上，镜面反射光检测部分和漫反射光检测部分两者中至少任意一个具有将入射的光分离成3条光束的光学系统、以及分别设置在被分离的3条光束光路上且分别有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的摄象装置，信号处理部分将来自镜面反射光检测部分和漫反射光检测部分的图像信号进行比较，同时对来自接收检偏振器透过光的3个摄象装置的图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ，并根据镜面反射光和漫反射光的比较结果及两个椭圆偏振光参数tanψ和COSΔ，评价被检查表面的表面特性。
第2个发明的表面检查装置的特征在于与第1个发明相同，有光投射光分、镜面反射光检测部分、以及漫反射光检测部分，在信号处理部分中对来自镜面反射光检测部分和漫反射光检测部分的图像信号进行比较，同时对来自接收检偏振器透过光的3个摄象装置的图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ及被检查表面的反射光强度I0，并根据镜面反射光和漫反射光的比较结果及两个椭圆偏振光参数tanψ和COSΔ、以及表面反射光强度I0，评价被检查表面的表面特性。
第3个发明的表面检查装置的特征在于具有光投射部分、光接收部分及信号处理部分，光投射部分将偏振光入射到被检查表面整个宽度方向上，光接收部分设置在被检查表面反射光的漫反射光光路上，且具有将入射的光分离成3条光束的光学系统、以及分别设置在被分离的3条光束的光路上且分别具有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的摄象装置，信号处理部分对来自接收检偏振器透过光的3个摄象装置的图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ，并根据计算的2个椭圆偏振光参数tanψ和COSΔ，评价被检查表面的表面特性。
第4个发明的表面检查装置的特征在于与第3个发明相同，具有光投射部和光接收部分，在信号处理装置中对来自接收检偏振器透过光的3个摄象装置的图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ及被检查表面的反射光强度I0，并根据计算的2个椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0，评价被检查表面的表面特性。
在本发明中，将光投射部分相对于被检查表面配置，以便使偏振光以一定的入射角入射到被检查表面整个宽度方向上，并将接收被检查表面反射光中的镜面反射光的镜面反射光检测部分和接收被检查表面反射光中的漫反射光的漫反射光检测部分配置在规定位置，并将上述两种光检测部分的输出端连接于信号处理部分。该镜面反射光检测部分和漫反射光检测部分两者中至少任意一个、例如镜面反射光检测部分由将入射的光分离成3条光束的光束分离器和3个摄象装置和检偏振器构成。摄象装置由例如CCD等线性阵列摄象机构成，光束分离器和各摄影装置之间分别以不同方位角配置，即，使透射轴与被检查表面的入射面构成的角分别为例如0、π/4、-π/4。3个摄象装置使通过各检偏振器的偏振光入射，输出表示偏振光强度分布的图像信号。
信号处理部分将从镜面反射光检测部分和漫反射光检测部分输入的镜面反射光和漫反射光的图像信号进行比较，检测被检查表面上的纵向裂纹等缺陷，同时对来自接收检偏振器透过光的3个摄象装置的图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ，根据2个椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ的变化，检测被检查表面特性的变化，即检测被检查表面是否有物理参数不均匀、光洁度的微小分布不匀，局部存在薄氧化膜或镀膜厚度不均匀等所谓的花纹形缺陷。
信号处理部分计算上述2个椭圆偏振光参数tanψ和COSΔ、以及被检查表面的反射光强度I0，根据2个椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，检测被检查表面特性的变化，并更仔细地检测有无花纹形缺陷。
作为反射光的检测部分，设置有检测被检查表面反射光中的漫反射光的光接收部分，与上述情况相同，由信号处理部分根据被检查表面反射光的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ或根据椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，检测被检查表面特性的变化，高精度地检测有无凹凸状缺陷。
图20是本发明一实施例的光学系统配置图。如图所示，光学系统201具有光投射部分202、镜面反射光检测部分203及漫反射光检测部分204。光投射部分202将偏振光例如以i＝60度的入射角入射到被检查体例如钢板205的整个宽度方向上，光投射部分202具有光源206和设置在光源206前面的起偏镜207。光源206呈棒状结构，并将光照射在被检查表面205的整个宽度方向上。起偏镜207由例如1/4波阻片构成，如图21中的配置说明图所示，其配置是使透射轴P与钢板205的入射面所成的角α1为π/4。镜面反射光检测部分203接收从钢板205以反射角i反射的镜面反射光，它备有例如由半反射镜构成的光束分离器208a、208b、208c、例如由CCD构成的线性阵列摄象机209a、209b、209c、以及设置在线性阵列摄象机209a、209b、209c受光面前方的检偏振器210a、210b、210c。检偏振器210a、210b、210c由例如1/4波阻片构成，如图21所示，检偏振器210的透射轴与钢板205的入射面构成的角α2是这样配置的，即检偏振器210a的α2＝0，检偏振器210b的α2＝π/4，检偏振器210c的α2＝-π/4。漫反射光检测部分接收从钢板205以例如0度的反射角反射的漫反射光，它备有漫反射光用线性阵列摄象机209d、以及设置在漫反射光用线性阵列摄象机209d前方的检偏振器210d。检偏振器210d也由例如1/4波阻片构成，其配置是使透射轴与钢板205的入射面构成的角α2为π/2。
如图22中的框图所示，镜面反射光检测部分203的线性阵列摄象机209a、209b、209c和漫反射光检测部分204的漫反射光用线性阵列摄象机209d都连接于信号处理部分211。信号处理部分211备有镜面反射光用的帧存储器212a、212b、212c、漫反射光用的帧存储器212d、运算装置213、tanψ存储装置214a、COSΔ存储装置214b、I0存储装置214c、参数存储装置215、参数比较装置216、散射光比较装置217、以及输出装置218。从线性阵列摄象机209a、209b、209c输出的图像信号在帧存储器212a、212b、212c中分别按各象素展开。从漫反射光用线性阵列摄象机209d输出的图像信号在帧存储器212d中按每个象素展开。运算装置213从帧存储器212a、212b、212c逐次读出钢板205的同一位置的图像信号，计算各象素处的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ、以及钢板205镜面反射光的表面反射强度I0，并分别存入tanψ存储装置214a、COSΔ存储装置214b和I0存储装置214c中。在参数存储装置215中存储着预先求得的钢板205的表面特性，即物理参数不均匀、光洁度的微小分布不匀、局部存在的薄氧化膜等或镀膜厚度不均匀等所谓的花纹形缺陷所对应的tanψ、COSΔ及镜面反射光的表面反射强度I0等的各种特性。参数比较装置216对每个象素将tanψ存储装置214a、COSΔ存储装置214b和I0存储装置214c中存储的tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0与参数存储装置215中预先存储的特性进行比较，并判定钢板205的表面上有无花纹形缺陷及其种类和大小。散射光比较装置217根据漫反射光的表面反射强度I0和帧存储器212d中存储的散射光强度I4，判定钢板205表面上有无纵向裂纹等缺陷及其大小。
在说明如上构成的表面检查装置的动作之前，首先说明根据用3个线性阵列摄象机209a、209b、209c检测的光强，计算振幅反射率比tanψ、COSΔ和钢板205镜面反射光的表面反射强度I0的原理。
如图21所示，如设起偏镜207的透射轴P和检偏振器210的透射轴A与钢板205的入射面构成的角分别为α1、α2，则以任意入射角i入射到钢板205后反射的P偏振光分量和S偏振光分量通过检偏振器210合成后的光强I(α1、α2)由下式表示，且设P分量和S分量的振幅反射率分别为γP、γS。I(α1·α2)＝|Eocosα1·rpcosα2+Eosinα1·rasinα2|2＝IoRp〔cos2α1·cos2α2+ρ2sin2α1·sin2α2
+(1/2)·sin2α1·sin2α2·cosΔ〕式中Io＝|Eo|2，rp＝Rp·exp(ip)，rs＝Rs·exp(is)ρ＝rs/rp＝tanψ，Δ＝s-p这里，当α1＝π/4时，通过α2＝0的检偏振器210a的光强I1变为I1＝I0RP/2，通过α2＝π/4的检偏振器210b的光强I2变为I2＝I0RP(1+ρ2++2ρCOSΔ)/4，通过α2＝-π/4的检偏振器210c的光强I3变为I3＝I0RP(1+ρ2-2ρCOSΔ)/4。根据这些光强I1、I2、I3用下列各式可求得tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0。tanΨ=I1I2+I3-I1]]>I0＝I2+I3-I1cosΔ=I2-I32I1tanΨ]]>其次说明利用上述原理的表面检查装置的动作。从光投射部分202发出并在以一定速度移动的钢板205的表面上进行镜面反射的偏振光分别通过检偏振器210a、210b、210c后入射到线性阵列摄象机209a、209b、209c。用线性阵列摄象机209a、209b、209c检测镜面反射光的光强时，由于α2＝0的检偏振器210a设置在线性阵列摄象机209a的前面，所以线性阵列摄象机209a检测光强I1，由于α2＝π/4的检偏振器210b设置在线性阵列摄象机209b的前面，所以线性阵列摄象机209b检测光强I2，由于α2＝-π/4的检偏振器210c设置在线性阵列摄象机209c的前面，所以线性阵列摄象机检测光强I3。由线性阵列摄象机209a、209b、209c检测的表示光强I1、I2、I3分布的图像分别在帧存储器212a、212b、212c中展开。同时，由漫反射光用线路传感器209d检测的钢板205表面的散射光强度I4在帧存储器212d中展开。
运算装置213按每个象素读出在帧存储器212a～212c中展开的光强I1、I2、I3，依次计算振幅反射率比tanψ、COSΔ和镜面反射光的表面反射强度I0，并分别存入tanψ存储装置214a、COSΔ存储装置214b和I0存储装置214c中。参数比较装置216按每个象素将存储在tanψ存储装置214a、COSΔ存储装置214b和I0存储装置214c中的tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0同预先存储在参数存储装置215中的特性进行比较，判定钢板205表面上有无花纹形缺陷及其种类和大小。另一方面，散射光比较装置217按每个象素，将帧存储器212d中存储的散射光强度I4与I0存储装器214c中存储的表面反射光强度I0进行比较，判定钢板205表面上有无纵向裂纹等凹凸缺陷及其大小。该参数比较装置216和散射光比较装置217的判定结果从输出装置218依次输出给记录装置和显示装置(图中未示出)，以便知道钢板205的表面是否异常。
这样由于在检测钢板205的表面有无花纹形缺陷及其种类和大小的同时能检测有无凹凸缺陷及其大小，因此能迅速且高精度地检测钢板205的表面有无异常。例如与不考虑tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0的以往的情况相比较，轻微的花纹形缺陷的检测精度可从70％左右提高到95％左右，同时轻微的凹凸缺陷也能从原来的80％左右提高到99％这种非常高的程度。
上述实施例说明了镜面反射光检测部分203中设置3个线性阵列摄象机209a、209b、209c的情况，但如图23所示，即使使用内部装有光束分离器208、3个检偏振器210a、210b、210c和3个线性阵列传感器219a、219b、219c的3镜片式线性阵列摄象机220，与上述实施例一样，也能检测钢板205表面的花纹形缺陷及各种缺陷。这样通过使镜面反射光检测部分203一体化，能提高设置空间的自由度。
在上述实施例中说明了将检偏振器210d设置在漫反射光检测部分204的情况，但即使除去检偏振器210d，与上述实施例一样，仍能高精度地检测钢板205上的凹凸缺陷及花纹形缺陷。
上述各实施例说明了将一个漫反射光用线性阵列摄象机209d设置在漫反射光检测部分204中的情况，但如图24所示，也可将方位角为π/2的检偏振器210d和漫反射光用线性阵列摄象机209d、以及方位角为0度的检偏振器210e和漫反射光用线性阵列摄象机209e同时设置在漫反射光检测部204中，用光束分离器221将漫反射光分离成2束后，再用漫反射光用线性阵列摄象机209d和漫反射光用线性阵列摄象机209e进行检测。这样通过用漫反射光检测部分204检测通过方位角为π/2的检偏振器210d的光强和通过方位角为0度的检偏振器210e的光强，与上述实施例的情况相比较，能在某种程度上提高钢板205表面上凹凸缺陷的检测精度。
如图25所示，也可在镜面反射光检测部分203和漫反射光检测部分204两部分中配置内部装有光束分离器208和3个检偏振器210a、210b、210c及3个线性阵列传感器219a、219b、219c的3镜片式线性阵列摄象机220。这时，能获得镜面反射光和漫反射光的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0，并能高精度地检测所有种类的缺陷。
当在某种程度上限定用途而主要检测钢板205表面上的凹凸缺陷时，如图26所示，可将3镜片式线性阵列摄象机220配置在漫反射光检测部204中，将方位角为π/2的检偏振器210d和一台线性阵列摄象机209配置在镜面反射光检测部分203中，或者如图27所示，也可只在漫反射光检测部分204中配置3镜片式线性阵列摄象机220。利用这种结构，虽然凹凸小的花纹形碎纹的检测精度有某种程度的降低，但由于能获得漫反射光的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，因此能提高凹凸缺陷的检测精度。另外，图26中的镜面反射光检测部分203所设置方位角为π/2的检偏振器210d最好是使用于钢板205为涂油材料的场合，不是涂油材料时也可省去。
在上述各实施例中说明了作为光源206采用棒状结构的情况，但也可用透镜或抛物面反射镜将来自激光光源的光呈直线状射出。
上述各实施例说明了根据反射光的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，检测钢板205表面有无花纹形缺陷和凹凸缺陷的情况，但随花纹形缺陷的种类的不同，也可根据反射光的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ，检测钢板205的表面特性。
如上所述，本发明是相对于被检查表面以一定的入射角将偏振光入射到被检查表面整个宽度方向上，接收来自被检查表面的镜面反射光和漫反射光，对镜面反射光和漫反射光的图像信号进行比较，检测被检查表面上的凹凸缺陷，同时根据镜面反射光和漫反射光两者中至少一个的图像信号，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即表示振幅反射率比tanψ和相位差Δ的COSΔ，根据2个椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ的变化，检测被检查表面上有无花纹形缺陷，因此能迅速检测被检查表面有无异常，并能在线连续地检测钢板等这类薄板状产品的表面状态。
通过计算上述2个椭圆偏振光参数tanψ和COSΔ，以及被检查表面的反射光强度I0，并根据2个椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，检测被检查表面的特性变化，能以较高的精度检测有无各种花纹形缺陷。
另外，通过根据漫反射光获得椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ，或者获得椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0而检测被检查表面的特性的变化，能高精度地检测被检查表面上有凹凸的缺陷。实施例4本发明的表面缺陷检查装置的特征在于备有光投射部分、3镜片式偏振光线性阵列摄象机、以及信号处理部分，光投射部分将偏振光入射到被检查表面上，3镜片式偏振光线性阵列摄象机备有将入射的光束分离成3条光束的光束分离器、分别设置在被分离的3条光束的光路上且以方位角0、π/4、-π/4配置的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器，该3镜片式偏振光线性阵列摄象机使来自被检查表面的反射光入射而输出不同的3种偏振光图像信号，信号处理部分对从3镜片式偏振光线性阵列摄象机输出的偏振光图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ及反射光强度I0，并根据计算的振幅反射率比tanψ和相位COSΔ及反射光强度I0，判定被检查表面有无表面缺陷。
在本发明中，由光投射部分、光接收部分即3镜片式偏振光线性阵列摄象机和信号处理部分构成表面缺陷检查装置。光投射部分将光源配置成能将光束以一定的入射角入射到被检查表面例如高速移动的钢板表面整个宽度方向上，在光源和被检查表面的入射位置之间没有起偏镜。3镜片式偏振光线性阵列摄象机使来自被检查表面的反射光入射而输出不同的3种偏振光图像信号，它具有光束分离器和3个检偏振器以及由例如CCD等构成的3个线性阵列传感器。光束分离器设有在其入射面上蒸镀了多层电介质膜的2个具有半透射性的反射面，使来自被检查表面的反射光入射的第1反射面，其透射率和反射率之比为3∶1，使透过第1反射面的光入射的第2反射面，其透射率和反射率之比为1∶1。利用该光束分离器将入射光分离成3条光束，分离后的光束分别入射到检偏振器。3个检偏振器分别以不同的方位角配置，即透射轴与被检查表面的入射面构成的角分别为0、π/4、-π/4，偏振面不同的偏振光分别入射到线性阵列传感器中。3个线性阵列传感器使通过各检偏振器的偏振光入射，将表示偏振光强度分布的图像信号输出给信号处理部分。这样，由于使来自被检查表面的反射光入射到一台3镜片式偏振光线性阵列摄象机中，在该3镜片式偏振光线性阵列摄象机内分离成偏振面不同的3条偏振光后，分别入射到3个线性阵列传感器中，所以能在同一定时使来自被检查表面上同一位置的反射光入射到3个线性阵列传感器中。
信号处理部分对从3镜片式偏振光线性阵列摄象机输出的偏振光图像信号进行处理，计算被检查表面反射光的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ及反射光强度I0，并将计算出的振幅反射率比tanψ、相位COSΔ及反射光强度I0同预定的表面缺陷特性进行比较，判定异常的程度。
图28是本发明的一实施例的光学系统配置图。如图所示，光学系统301备有光投射部分302和3镜片式偏振光线性阵列摄象机303。光投射部分302使偏振光以一定的入射角入射到被检查体例如钢板304的表面上，它备有光源305和设置在光源305前面的偏振片306。光源305由沿钢板304宽度方向伸长的棒状发光装置构成，以一定的间隔将光照射在钢板304整个宽度方向上。偏振片306由例如1/4波阻片构成，如图29的配置说明图所示，透射轴P与钢板304的入射面构成的角α1为π/4。3镜片式偏振光线性阵列摄象机303如图30的结构图所示，备有光束分离器307、3个检偏振器308a、308b、308c、以及3个线性阵列传感器309a、309b、309c。光束分离器307由3个棱镜构成，设有其入射面上蒸镀了多层电介质膜的2个具有兰透射性的反射面，使来自钢板304的反射光入射的第1反射面307a，其透射率和反射率之比为3∶1，使透过第1反射面307a的光入射的第2反射面307b，其透射率和反射率之比为1∶1，将来自钢板304的反射光分离成光量相同的3条光束。另外，从光束分离器307的入射面到分离了的3条光束出射面的光路长度相同。检偏振器308a设置在第2反射面310b的透射光光路上，如图29所示，其配置是使方位角也就是透射轴与钢板304的入射面构成的角α2为0度，检偏振器308b设置在第2反射面307b的反射光光路上，其方位角α2配置为π/4，检偏振器308c设置在第1反射面307a的反射光的光路上，其方位角α2配置为-π/4。线性阵列传感器309a、309b、309c由例如CCD传感器构成，分别配置在检偏振器308a、308b、308c的后侧。另外，在光束分离器和检偏振器308a、308b、308c之间设有狭缝310a、310b、310c，用来阻断光束分离器307内的多次反射光或不需要的散射光，在光束分离器307的前侧设有镜头组311。线性阵列传感器309a、309b、309c调节增益，以使光强相同的光入射后输出相同的信号。
这样，由于检偏振器308a～308c和线性阵列传感器309a～309c一体化地设置在将入射光分离成的3条光束的光路上，所以将线性阵列传感器309a～309c等设置在钢板304的输送线附近检测来自钢板304的反射光时，不需要进行线性阵列传感器309a～309c等的位置调整，同时能在同一定时检测来自钢板304同一位置的反射光。另外，由于3组线性阵列传感器309a～309c集中组装在3镜片式偏振光线性阵列摄象机303内，达到了小型化，所以能将3镜片式偏振光线性阵列摄象机303简单地配置在钢板304反射光的光路上，同时能任意选择配置位置，可提高光学系统301的配置自由度。
如图31中的框图所示，3镜片式偏振光线性阵列摄象机303的线性阵列传感器309a～309c连接在信号处理部分312上。信号处理部分312备有帧存储器313a、313b、313c、运算装置314、tanψ存储装置315a、COSΔ存储装置315b、I0存储装置315c、参数存储装置316、参数比较装置317、以及输出装置318。从线性阵列传感器309a、309b、309c输出的图像信号按每个象素分别在帧存储器313a、313b、313c中展开。运算装置314依次从帧存储器313a、313b、313c中读出钢板304的同一位置的图像信号，计算各象素的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ、以及钢板304的反射光的表面反射强度I0，并分别存入tanψ存储装置315a、、COSΔ存储装置315b、以及I0存储装置315c中。在参数存储装置316中存储着预先求得的钢板304的表面特性，即物理参数的不均匀、光洁度的微小分布不匀、局部存在的薄氧化膜或镀膜厚度不均匀等所谓的花纹形缺陷或凹凸状缺陷所对应的tanψ、COSΔ及镜面反射光的表面反射强度I0等的各种特性。参数比较装置317按每一象素将tanψ存储装置315a、COSΔ存储装置315b、I0存储装置315c中分别存储的tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0同参数存储装置316中预先存储的各种特性值进行比较，判定钢板304表面上有无花纹形缺陷或凹凸状缺陷及其种类和大小。
在说明如上构成的表面检查装置的动件之前，首先说明根据由3个线性阵列传感器309a、309b、309c检测的光强计算振幅反射率比tanψ、COSΔ及钢板304的镜面反射光的表面反射强度I0的原理。
如图29所示，来自钢板304的反射光入射到检偏振器308时，如设偏振片306的透射轴P和检偏振器308的透射轴A与钢板304的入射面构成的角分别为α1、α2，则以任意入射角i入射到钢板304后反射的P偏振光分量和S偏振光分量通过检偏振器308合成后的光强I(α1、α2)用下式表示、且设P分量和S分量的振幅反射率分别为γP、γS。I(α1·α2)＝|Eocosα1·rpcosα2+Eosinα1·rssinα2|2
＝IoRp〔cos2α1·cos2α2+ρ2sin2α1·sin2α2+(1/2)·sin2α1·sin2α2·cosΔ〕式中Io＝|Eo|2，rp＝Rp·exp(ip)，rs＝Rs·exp(is)ρ＝rs/rp＝tanψ，Δ＝s-p这里，当α1＝π/4时，通过α2＝0的检偏振器308a的光强I1变为I1＝I0RP/2，通过α2＝π/4的检偏振器308b的光强I2变为I2＝I0RP(1+ρ2+2ρCOSΔ)/4，通过α2＝-π/4的检偏振器308c的光强I3变为I3＝I0RP(1+ρ2-2ρCOSΔ)/4。根据这些光强I1、I2、I3，通过下列各式能求得tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0tanΨ=I1I2+I3-I1]]>I0＝I2+I3-I1cosΔ=I1-I22I1tanΨ]]>另外，如图30所示，来自钢板304的反射光通过光束分离器307后，分别通过各检偏振器308a～308c，用线性阵列传感器309a、309b、309c检测时，每个象素的上述椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0的值这样计算，即第K个象素的线性阵列传感器309a～309c的输出设为I1K、I2K、I3K，并设入射到线性阵列传感器309b、309c中的光由光束分离器307分离的S偏振光分量和P偏振光分量的透射率之比为τ2，τ3，A＝(τ2+τ3)，B＝(1+τ32)，则第K个象素的椭圆偏振光参数tanψk、COSΔK及表示K象素全部光量的表面反射光强度IOK分别由下列各式求得。tanΨk=τ2·τ3·A·I1kτ3·B·I2k+τ2·C·I3k-A·I1k]]>cosΔ=τ32·B·I2k-τ22·C·I3k+(τ22-τ32)·I1k2·τ2·τ3·A·I1k]]>×τ2·τ3·A·I1kτ3·B·I2k+τ2·C·I3k-A·I1k]]>I0k=τ3·B·I2k+τ2·C·I3k-A·I1kτ2·τ3·A]]>其次说明应用上述原理的表面缺陷检查装置的动作。从光投射部分302出射后在以一定速度移动的钢板304的表面上反射的偏振光由3镜片式偏振光线性阵列摄象机303接收。入射到3镜片式偏振光线性阵列摄象机303的钢板304的反射光被光束分离器307分离后，通过检偏振器308a、308b、308c，入射到线性阵列传感器309a、309b、309c中。用该线性阵列传感器309a、309b、309c检测反射光的强度时，线性阵列传感器309a因前面设有α2＝0的检偏振器308a而检测光强I1，线性阵列传感器309b因前面设有α2＝π/4的检偏振器308b而检测光强I2，线性阵列传感器309c因前面设有α2＝-π/4的检偏振器308c而检测光强I3。表示用线性阵列传感器309a、309b、309c检测的光强I1、I2、I3的图像信号，按每个象素分别在帧存储器313a、313b、313c中展开。
运算装置314按每个象素读出在帧存储器313a～313c中展开的光强I1、I2、I3，并按每个象素依次计算振幅反射率比tanψK和COSΔK、以及表面反射光强度IOK，分别存入tanψ存储器315a、COSΔ存储器315b及I0存储器315c中。参数比较装置317按每个象素将tanψ存储装置315a、COSΔ存储装置315b和I0存储装置315c中存储的tanψK、COSΔK及表面反射光强度I0K同参数存储装置316中预先存储的特性进行比较，判定钢板304表面有无花纹形缺陷或凹凸状缺陷及其种类和大小。该参数比较装置317的判定结果从输出装置318依次输出给图中未示出的存储装置或显示装置，能知道钢板304表面上是否有异常。
如上所述，由于本发明采用了将3组接收入射的被检查表面的反射光并输出3种不同图像信号的线性阵列传感器合成一体的3镜片式偏振光线性阵列摄像机而获得3种不同的图像信号，因此能简单地将3镜片式偏振光线性阵列摄象机配置在被检查表面的反射光的光路上，同时能任选选择配置位置，可提高利用偏振光的表面缺陷检查装置光学系统的配置自由度。
另外，将3组线性阵列传感器一体化，使得能在同一定时检测来自被检查表面同一位置的反射光，因此能将处理图像信号的信号处理部分的结构简化，同时能高精度地检测被检查表面的表面缺陷。
实施例5本发明的表面检查装置的特征在于有光投射部分、光接收部分和信号处理部分，光投射部分将沿宽度方向分布的偏振光光束入射到被检查表面上，光接收部分备有设置在被检查表面的反射光光路上且分别具有不同方位角的3个检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器，它使来自被检查表面的反射光入射并变换成图像信号，信号处理部分使来自各线性阵列传感器的输出图像信号标准化、平坦化，根据平坦化后的图像信号计算椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ，以及反射光强度I0的相对值，并根据计算的振幅反射率比tanψ和相位差COSΔ及反射光强度I0的相对值，判定被检查表面有无异常。
在本发明中，光投射部分配置成将偏振光相对于被检查表面以一定的入射角入射到被检查表面的整个宽度方向上，并将接收被检查表面反射光的光接收部分配置在规定位置。光接收部分设有将入射光分离成3条光束的光束分离器，使被分离的3条光束分别入射且输出图像信号的具有例如CCD传感器的3组线性阵列摄象机、以及设置在光束分离器和各线性阵列摄象机之间使来自被检查表面的反射光成为不同偏振面的偏振光的检偏振器。3个检偏振器这样配置，即各自有不同的方位角，也就是透射轴与被检查表面的入射面构成的角分别为例如0、π/4、-π/4。
信号处理部分使来自各线性阵列传感器的输出图像信号标准化、平坦化，以便使正常部分变成全部辉度等级的中间辉度，并变换成表示相对于正常部分的相对变化的图像信号。根据该表示相对于正常部分的相对变化的图像信号，计算椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ及反射光强度I0，算出振幅反射率比tanψ和相位差COSΔ及反射光强度I0的相对值，形成tanψ、COSΔ及I0相对值图像。根据该相对值图像检测tanψ、COSΔ及I0的相对变化，从而检测钢板等的被检查表面有无表面异常。
图32、图33表示本发明的一实施例的结构，图32是光学系统结构图，图33是信号处理部分框图。如图32所示，光学系统401备有光投射部分402和光接收部分403。光投射部分402备有光源404和设在光源404前面的起偏镜405。光源404由沿被检查体例如钢板406的宽度方向形成其长度的平面状光源构成，将平行光束照射在钢板406表面的一定长度范围内。起偏镜405由例如1/4波阻片构成，如图34所示，配置成透射轴P与钢板406的入射面构成的角α2为π/4。光接收部分403备有3个线性阵列摄象机407a、407b、407c、以及设置在各线性阵列摄象机407a、407b、407c的受光面前面的检偏振器408a、408b、408c。线性阵列摄象机407a、407b、407c具有例如CCD元件组，并沿钢板406的移动方向错开配置、检测来自钢板406的反射光而变换成偏振光图像信号。检偏振器408a、408b、408c由例如1/4波阻片构成，如图34所示，检偏振器408的透射轴与钢板406的入射面构成的角α2配置成检偏振器408a的α2＝0，检偏振器408b的α2＝π/4，检偏振器408c的α2＝-π/4。
信号处理部分409备有信号变换部分410a、410b、410c、帧存贮器411a、411b、411c、运算装置412、tanψ存储装置413a、COSΔ存储装置413b、I0存储装置413c、参数比较装置414、以及输出装置415。信号变换部分410a、410b、410c分别以从线性阵列摄象机407a、407b、407c输出的偏振光图像信号中正常部分的信号为基准电平，使从线性阵列摄象机407a、407b、407c输出的偏振光图像信号标准化、平整化，以使正常部分的信号成为全部辉度等级的中间辉度，并将上述图像信号变换成表示相对于正常部分相对变化的图像信号。从信号变换部分410a、410b、410c输出的图像信号分别在帧存贮器411a、411b、411c中按每个象素展开。运算装置412从帧存储器411a、411b、411c中依次读出钢板406的同一位置的图像信号，计算各象素处的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COSΔ、以及钢板406的反射光的表面反射强度I0，分别存入tanψ存储装置413a、COSΔ存储装置413b及I0存储装置中。参数比较装置414根据tanψ存储装置413a、COSΔ存储装置413b和I0存储装置413c中存储的tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0的电平变化情况，判定钢板406表面上有无花纹形缺陷或凹凸状缺陷及其种类。
在说明如上构成的表面检查装置的动作之前，首先说明根据用3个线性阵列摄象机407a、407b、407c检测的光强，计算振幅反射率比tanψ、COSΔ和钢板404的表面反射光强度I0的原理。
如图34所示，当来自钢板406的反射光入射到检偏振器408上时，如设起偏镜405的透射轴P和检偏振器408的透射轴A与钢板406的入射面构成的角分别为α1、α2，则以任意的入射角i入射到钢板406上后反射的P偏振光分量和S偏振光分量通过检偏振器408合成后的光强I(α1，α2)由下式表示，且设ρ分量和S分量的振幅反射率分别为γρ、γS。I(α1·α2)＝|Eocosα1·rpcosα2+Eosinα1·rssinα2|·2＝IoRp〔cos2α1·cos2α2+ρ2sin2α1·sin2α2+(1/2)·sin2α1·sin2α2·cosΔ〕式中Io＝|Eo|2，rp＝Rp·exp(ip)，rs＝Rs·exp(is)ρ·＝rs/rp＝tanψ，Δ＝s-p这里，当α1＝π/4时，通过α2＝0的检偏振器408a的光强I1变为I1＝I0RP/2，通过α2＝π/4的检测振器408b的光强I2变为I2＝I0RP(1+ρ2+2ρCOSΔ)/4，通过α2＝-π/4的检偏振器408c的光强I3变为I3＝I0RP(1+ρ2-2ρCOSΔ)/4。根据这些光强I1、I2、I3，由下列各式分别得到tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0。tanΨ=I1I2+I3-I1]]>cosΔ=I2-I32I1tanΨ]]>I0＝I2+I3-I1其次说明应用上述原理的表面检查装置的动作。从光投射部分402出射后在以一定速度移动的钢板406表面上反射的偏振光通过检偏振器408a、408b、408c入射到线性阵列摄象机407a、407b、407c中。用该线性阵列摄象机407a、407b、407c检测反射光强度时，线性阵列摄象机407a由于前面设有α2＝0的检偏振器408a而检测光强I1，线性阵列摄象机407b由于前面设有α2＝π/4的检偏振器408b而检测光强I2，线性阵列摄象机407c由于前面设有α2＝-π/4的检偏振器408c而检测光强I3。另外，为了使线性阵列摄象机407a、407b、407c输出的偏振光图像信号的电平相同，则使线性阵到摄象机407a的增益为线性阵列摄象机407b、407c增益的1/2，上式中的光强I1变成用线性阵列摄象机407a检测的光强的2倍。
用线性阵列摄象机407a、407b、407c检测的表示光强I1、I2、I3的偏振光图像信号分别传送给信号变换部分410a、410b、410c。信号变换部分410a、410b、410c以正常部分的图像作为信号的基准电平，使传送到的表示光强I2、I2、I3的偏振光图像信号标准化、平坦化，以便使正常部分的图像信号成为全部辉度等级的中间辉度，并变换成表示相对于正常部分相对变化的图像部分。即，如图35(a)所示，使由线性阵列摄象机407a、407b、407c检测的表示光强I1、I2、I3的偏振光图像信号标准化、平坦化的方法如下，即如图35(b)所示，将正常部分的图像作为信号的基准电平，使正常部分的图像信号变为255辉度等级的中间辉度即128辉度等级，用规定的沿宽度方向移动的平均幅度求平均辉度，使光强I1、I2、I3标准化，平坦化。将表示对应于该平坦化后的正常部分相对变化的图像信号分别存入帧存储器411a、411b、411c中。如此标准前后的光强I1、I2、I3的图像示于图36(a)、(b)。如图36(a)所示，用线性阵列摄象机407a、407b、407检测的表示光强I1、I2、I3的偏振光图像对应于光强I1、I2、I3的辉度，形成浓淡不同的图像，但如图36(b)所示，显示标准化后相对变化的图像，以显示相同浓度的正常部分为基准，其异常部分显示出或亮或暗的浓度变化。这样，通过以正常部分为基准将使用线性阵列摄象机407a、407b、407c检测的光强I1、I2、I3标准化，能够使每台线性阵列摄象机407a、407b、407c无偏差地获得与光强I1、I2、I3对应的图像。
运算装置412按每个象素读出在帧存储器411a～411c中展开的表示光强I1、I2、I3相对变化的图像，按每个象素计算振幅反射率比tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，并作为tanψ、COSΔ和I0的图像数据存入tanψ存储装置413a、COSΔ存储装置413b及I0存储装置413c中。通过该计算装置413b及I0存储装置413c中。通过该计算获得的tanψ、COSΔ和I0的图像如图37(a)、(b)、(c)所示，成为以正常部分为基准的相对值图象，例如，以Δ＝90度的正常部分为基准生成的COSΔ，异常部分或亮或暗，将该tanψ、COSΔ和I0的相对值图象显示在图中未示出的显示装置上。
参数比较装置418根据tanψ存储装置413a、COSΔ存储装置413b和I0存储装置413c中存储的tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0的电平变化情况，判定钢板406表面有无花纹形缺陷或凹凸状缺陷及其种类，从输出装置415输出给记录装置或显示装置。即，如图36(c)中的tanψ、COSΔ和I0的图像所示，钢板406的异常部分随异常即缺陷等种类的不同，其以正常部分为基准的极性不同，例如，由钢板406内部的夹杂物引起的缺陷421在tanψ画面和COSΔ图像上为正极性，在I0图像呈负极性。另外，在有油污的情况下。在tanψ图像、COSΔ图像和I0图像分别为正、负、正极性或全都为正极性，可根据tanψ、COSΔ和I0的电平判定异常部分的种类。
这样，通过使正常部分的图像信号为255辉度等级的中间辉度即128辉度等级而进行标准化，生成相对的图像，能够使椭圆偏振光参数tanψ或COSΔ的异常部分的变化明显。即一般的图像处理的辉度等级为255，但例如用线性阵列摄象机407c检测的光强I3正常部分的反差系数小时，如图36(a)中的I3图像所示，图像总体变得非常暗。如用该图像数据计算椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ或COSΔ的绝对值，有时椭圆偏振光参数tanψ或COSΔ的异常部分的变化不明显，不适合检测缺陷，但能够消除这种不适合情况。
上述各实施例说明了将光接收部403中的线性阵列摄象机407a、407b、407c相对于钢板406的移动方向使位置错开配置的情况，但如图38中的俯视图和图39中的侧视图所示，也可将线性阵列摄象机407a、407b、407c设置在与钢板406的移动方向正交的同一直线上，且使其高度相同，同时检测来自钢板406的同一位置的反射光。
另外，上述各实施例说明了从光投射部分发出的偏振光直接入射到钢板406的表面上，用线性阵列摄象机407a、407b、407c直接接收其反射光的情况，但如图40所示，也可以使从光源404发出的光通过起偏镜405，以规定的入射角入射到钢板406的表面上，并用反射镜416反射来自钢板406的反射光，再用相对于钢板406的表面垂直设置的线性阵列摄象机407a、407b、407c接收。通过这样构成光投射部分402和光接收部分403，能减小光学系统401的设置空间，并能改善联机设置的自由度。这时，由于问题不在于使tanψ、COSΔ和I0产生绝对变化而是相对变化，因此由铝等反射镜416对偏振光产生的影响不存在问题，能够提高光学系统401的结构或设置的自由度。
如上所述，本发明是将偏振光入射到被检查表面上，通过具有不同方位角的检偏振器接收其反射光，测定不同的偏振光光强分布，使所测定的光强分布标准化、平坦化，以使正常部分达到全部辉度等级的中间辉度，并变换成表示相对于正常部分相对变化的图像信号，因此能使光接收部分的各摄象机不出现偏差等问题，生成与光强对应的图像。
另外，由于根据所生成的相对的图像，计算椭圆偏振光参数tanψ或COSΔ及反射光强度I0，因此能使椭圆偏振光参数tanψ或COSΔ及反射光强度I0的异常部分的变化明显，能高精度地在线检测薄板状产品的表面有无异常部分及其种类。
再者，由于不测定椭圆偏振光参数的绝对值、而是测定相对值，因此能大幅度地缓和对光学系统或信号处理部分的严格性的要求，能降低装置的总体成本，同时还能容易地进行设置或调整。实施例6本发明的表面检查装置的特征在于有光投射部分、光接收部分和信号处理部分，光投射部分将偏振光入射到被检查表面上，光接收部分备有多个接收光的光学系统，用来接收至少来自3个方向的具有不同特定角度的偏振光，检测由被检查表面反射的反射光并变换成图像信号，信号处理部分用基准值使从各接收光的光学系统输出的光强分布标准化，并将标准化后的若干光强分布的变化极性和变化量同预定的图形进行比较，判定缺陷的种类。
另外，上述信号处理部分用基准值使从各接收光的光学系统输出的光强分布标准化，将标准化后的若干光强分布的变化极性和变化量同预定的图形进行比较，判定缺陷的种类，并最好是根据从各接收光的光学系统输出的光强分布，计算目视相当光量的变化，将计算的光量变化同预定的图案比较，判定缺陷的等级。
偏振光对反射表面的物理特性、特别是对薄膜敏感。另外，随反射表面物理特性的不同，强度最大的偏振光方向也变化。金属表面上有缺陷的部分具有与正常部分不同的表面特性，有由于其表面物理特性与用材不同而造成的缺陷，或者例如由于凹凸不平而与正常部分的表面几何形状不同，因而造成的缺陷。前者可利用偏振光检测，后者由于造成反射率不同，可通过反射光量的变化进行检测。
因此，在本发明中，将光投射部分配置成，使偏振光相对于被检查表面以一定的入射角入射到被检查表面的整个宽度方向上，并将接收被检查表面反射光的光接收部分配置在规定的位置。光接收部分没有将入射的光分离成例如3条光束的光束分离器、使被分离的3条光束分别入射后输出图像信号的例如具有CCD传感器的3组线性阵列摄象机、以及设置在光束分离器和各线性阵列摄象机之间用来使来自被检查表面的反射光沿不同的偏振面偏振的检偏振器。3个检偏振器配置成使其方位角各不相同，即透射轴与被检查表面的入射面构成的角分别为例如0、π/4、-π/4。
信号处理部分对来自各线性阵列摄象机的输出图像信号进行色调校正，并进行标准化、平坦化处理，使正常部分达到全部灰度等级的中间浓度，并变换成表示相对于正常部分相对变化的光强信号。将表示相对于正常部分相对变化的3种光强信号分布的变化极性和变化量分别与预定的图形进行比较，检测偏振光的变化。根据该3种光强信号相对于正常部分的变化极性和变化量的大小，制定其表面物理特性与用材不同的缺陷的种类。
另外，信号处理部分在进行上述处理的同时，根据从各接收光的光学系统输出的光强分布，计算与目视相当光量的变化即非偏振光时的表面反射强度，并将计算的光量变化同预定的图形进行比较，根据光量变化的极性和变化量的大小，判定例如像凹凸状的缺陷那样的其表面几何形状与正常部分不同的缺陷等级。
图41是本发明一实施例的光学系统配置图。如图所示，光学系统501备有光投射部分502和3镜片式偏振光线性阵列摄象机503。光投射部分502将偏振光以一定的入射角入射到钢板504的表面上，它备有光源505和设在光源505前面的偏振片506。光源505由沿钢板504的宽度方向延伸的棒状发光装置构成，以一定的间隔将光照射在钢板504整个宽度方向上。偏振片506由例如1/4波阻片构成，如图42中的配置说明图所示，其透射轴P与钢板504的入射面构成的角α2配置成π/4。3镜片式偏振光线性阵列摄象机503如图43中的结构图所示，备有光束分离器507、3个检偏振器508a、508b、508c和3个线性阵列传感器509a、509b、509c。光束分离器507由3个棱镜构成，设有两个在入射面上蒸镀了多层电介质膜的具有半透射性的反射面，使来自钢板504的反射光入射的第1反射面507a，其透射率和反射率之比约为2∶1，使透过第1反射面507a的光入射的第2反射面507b，其透射率和反射率之比为1∶1，将来自钢板504的反射光分离成光量相同的3条光束。另外，从光束分离器507的入射面到分离了的3条光束的出射面之间的光路长度相同。检偏振器508a设置在第2反射面507b的透射光光路上，如图42所示，其方位角即透射轴与钢板504的入射面构成的角α2配置为0度，检偏振器508b设置在第2反射面507b的反射光光路上，其方位角α2配置为π/4，检偏振器508c设置在第1反射面507a的反射光光路上，其方位角α2配置为-π/4。线性阵列传感器509a、509b、509c由例如CCD传感器构成，分别配置在检偏振器508a、508b、508c的后侧。在光束分离器507和检偏振器508a、508b、508c之间设有狭缝510a、510b、510c，用来阻断光束分离器507内的多次反射光或不需要的散射光，在光束分离器507的前侧设有镜头组511。线性阵列传感器509a、509b、509c可调整增益，使光强相同的光入射时能输出相同的信号。
由于检偏振器508a～508c和线性阵列传感器509a～509c这样一体化地设置在将入射的光分离后的3条光束的光路上，所以将线性阵列传感器509a～509c等设置在钢板504的输送线附近检测来自钢板504的反射光时，不需要调整线性阵列传感器509a～509等的位置，同时能在同一定时检测来自钢板504的同一位置的反射光。另外，由于3组线性阵列传感器509a～509c集中组装在3镜片式偏振光线性阵列摄象机503内而小型化，所以能将3镜片式偏振光线性阵列摄象机503简易地配置在钢板504的反射光光路上，同时能任意地选择配置位置，因而可提高光学系统501的配置自由度。
3镜片式偏振光线性阵列摄象机503的线性阵列传感器509a～509，如图44中的框图所示，连接在信号处理部分512上。信号处理部分512备有信号预处理部分513a、513b、513c、I1存储器514a、I2存储器514b、I3存储器514c、缺陷参数运算部分515、图形存储部分516、光量存储部分517、基准图形存储部分518、缺陷种类判定部分519、等级图形存储部分520、缺陷等级判定部分521及输出部分522。信号预处理部分513a～513c对从线性阵列传感器509a～509c输出的偏振光强信号I1、I2、I3沿宽度方向等的录敏度不一致等进行色调校正等之后，将正常部分的信号作为基准电平，进行标准化处理，以使正常部分的信号到达255灰度等级的中间浓度即128灰度等级，并将标准化后的光强信号I1、I2、I3分别存入I1存储器514a、I2存储器514b、I3存储器514c中。缺陷参数运算部分515对I1存储器514a～I3存储器514c中存储的光强度信号I1、I2、I3的分布中所显示的缺陷部分的峰值，以正常部分的值即128灰度等级为基准，算出显示或正或负的极性图形，以及算出显示以128灰度等级为基准的变化量的幅值图形，同时根据缺陷部分的光强计算无偏振光的相当于目视的光量。图形存储部分516将算出的极性图形和幅值图形存储起来，而光量存储部分517则存储算出的最大目视相当光量Imax。基准图案存储部分518中预先存储着各种极性图形和幅值图形及与其对应的缺陷的种类。缺陷种类判定部分519对图形存储部分516中存储的极性图形和幅值图形同基准图形存储部分518中存储的各种极性图形和幅值图形进行比较，判定缺陷种类。等级图形存储部分520中预先存储着与各种缺陷的光量对应的表示缺陷等极的等级基准图形。缺陷等级判定部分521将光量存储部分517中存储的最大目视相当充量Imax和由缺陷判定部分519判定的缺陷种类同等极图形存储部分520中存储的等级基准图形进行比较，判定缺陷的等级。输出部分522将从缺陷等级判定部分521输出的缺陷种类和缺陷的等级输出给图中未示出的显示装置或记录装置。
其次说明用如上构成的表面检查装置检查钢板504的表面时的动作。
从光投射部分发出后在以一定速度移动的钢板504表面上反射的偏振光被3镜片式线性阵列摄象机503接收。入射到3镜片式线性阵列摄象机503中的钢板504的反射光被光束分离器507分离，通过检偏振器508a、508b、508c后入射到线性阵列传感器509a～509c。当用该线性阵列传感器509a～509c检测反射光的强度时，由于方位角不同的检偏振器508a～508c设置在该线性阵列传感器509a～509c的前面，所以线性阵列传感器509a～509c分别检测不同的偏振光的强度I1、I2、I3，并传送给信号处理部分512。
信号处理部分512的信号预处理部分513a～513c对从线性阵列传感器509a～509c输出的偏振光强度信号I1、I2、I2进行沿宽度方向等的灵敏度不一致等的色调校正等，所以如图45中的缺陷信号分布图所示，进行了标准化处理，正常部分的信号变成128灰度等级，标准化后的光强信号I1、I2、I3分别存入I1存储器514a～I3存储器514c。在图45中，(a)表示光强信号I1的分布，(b)表示光强信号I2的分布，(c)表示光强信号I3的分布。缺陷参数运算部分515对存储在I1存储器514a～存储器514c中的光强信号I1、I2、I3的分布中显示的缺陷部分的峰值，计算出表示与各自的正常部分的值即128灰度等级相比为正还是为负的极性图形，并计算出表示以128灰度等级为基准的变化量的幅值图形。在图45所示的例子中，标准化后的光强信号I1、I2、I3的缺陷部分的峰值与128灰度等级相比均为正，所以计算出的极性图形为(+、+、+)，以128灰度等级为基准的光强信号I1、I2、I3的缺陷部分峰值的变化量为(+38、+10、+32)。如以最大值为基准对该变化进行标准化处理，则变为(1.0，0.26，0.84)。将以该变化量的最大值为基准的标准植例如(1.0，0.26，0.84)作为幅值图形算出。然后将算出的极性图形和幅值图形存入图形存储部分516中。缺陷参数运算部分515根据光强信号I1、I2、I3的分布，用Imax＝MAX[I2(X)+I3(X)-I1(X)]对没有偏振光的最大目视相当光量Imax进行运算后，存入光量存储部分517中。例如，在图45所示的例中，光强信号I1、I2、I3的缺陷部分峰值的变化量为(+38，+10，+32)，所以最大目视相当光量Imax为“4”。
对应于缺陷的大小，与若干种类型缺陷对应的极性图形和幅值图形通过实验确定，如图46所示，将其作为基准图形存入基准图形存储部分518中。在图46中，X型～W型缺陷按例如从有害程度低到有害程度高的顺序表示缺陷种类，示出了与X型～W型各种缺陷对应的极性图形和幅值图形的基准值。对应于各X型～W型各种缺陷，预先研究了表示光量电平和缺陷等级的相关关系，如图47中的相关图所示，并存入等级图形存储部分520中。
缺陷种类判定部分519对存储在图像存储部分516中的极性图形和幅值图形(在图45所示例子的情况下，分别为极性图形(+、+、+)和值图形(1.0，0.26，0.84))同图46所示的存储在基准图形存储部分518中的基准图形进行比较，判定缺陷种类。例如在图45所示例子的情况下，判定为X型缺陷。图48中示出了利用极性图形和幅值图形按这种方法判定若干不同的A型～H型缺陷的例子。判定该缺陷种类时，例如即使极性图形相同的(-，-，-)缺陷B和缺陷C，根据幅值图形也能分成有害程度低的Y型缺陷和有害程度高的Z型缺陷，并能准确地判定缺陷种类。另外，根据缺陷的状态，如缺陷G所示，极性图形中的3个符号中有一个符号不同或即使为“0”，通过同时利用幅值图案，就能准确的判定缺陷的种类。由于采用极性图形和幅值图形判定缺陷种类，所以能简化判定缺陷种类所进行的处理，可在短时间内高精度地判定缺陷种类。
另一方面，缺陷等级判定部分521将存储在光量存储部分517中的最大目视相当光量Imax和由缺陷种类判定部分519判定的缺陷种类同存储在等级级图形存储部分520中的与X型～W型各种缺陷对应表示光量电平和缺陷等级的相关图进行比较，判定缺陷的等级。如图47所示，在X型缺陷的情况下，最大目视相当光量Imax为“4”时，判定缺陷的等极为B，在Y型缺陷的情况下，最大目视相当光量Imax为“37”时，判定缺陷等极为C。这样由于根据最大目视相当光量Imax和缺陷种类判定缺陷的等级，所以不仅能高精度地判定钢板504表面上产生的非凹凸的花纹状缺陷，而且能高精度地判定凹凸状缺陷的大小。缺陷等级判定部分521将由缺陷种类判定部519判定的缺陷种类和判定的缺陷等级传送给输出部分。输出部分522将从缺陷等级判定部分521输出的缺陷种类和缺陷等级输出给显示装置或记录装置。
如上所述，本发明是将偏振光以一定的入射角入射到被检查表面上，检测其反射光的多个不同的偏振光强度分布，使检测的光强分布标准化，计算出缺陷部分的不同偏振光强度信号相对于正常部分的变化极性和变化量，对算出的变化极性和变化量分别同预定的图形进行比较，判定缺陷种类，所以处理简单、且能迅速判定缺陷种类。
另外，根据从各接收光的光学系统输出的光强分布，计算目视相当光量的变化即无偏振光时的表面反射光强度，根据算出的光量变化，判定缺陷的等级，因此能简单地处理且高精度地判定非凹凸的花纹状缺陷及凹凸状缺陷的大小。
再者，由于处理简单且迅速地判定缺陷的种类和等级，因此能简化装置本身的结构，同时能高精度地在线检测高速移动的薄板状制品的表面上的异常部分。
实施例7本发明的表面检查的特征在于备有光投射部分、检测部分和信号处理部分，充投射部分将偏振光束入射到被检查表面的整个宽度方向上，检测部分备有将来自被检查表面的反射光分离成3条光束的光束分离器、分别设置在被分离的3条光束的光路上且分别有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器，该部分使来自被检查表面的反射光入射，并变换成图像信号，信号处理部分备有缺陷待查区域抽出部分、参数运算部分和判定部分，缺陷待查区域抽出部分将从3组线性阵列传感器输入的偏振光图像的浓度电平和预定的基准浓度电平进行比较，将测定的偏振光图像的浓度电平超出基准浓度电平范围以外的区域作为缺陷待查区域抽出，参数运算部分根据抽出的缺陷待查区域内的测定光强，计算出椭圆偏振光参数和表面反射光强度，判定部分将算出的椭圆偏振光参数和表面反射光强度特性同预定的表面缺陷的特性进行比较，判定表面缺陷的等级和种类。
在本发明中，由光投射部分、光接收部分和信号处理部分构成表面检查装置。光投射部分将光源配置成使光束以一定的入射角入射到被检查表面的整个宽度方向上，并将起偏镜设置在光源和被检查表面的入射面之间。光接收部分由3组线性阵列传感器和设置在各线性阵列传感器的受光面前面的检偏振器构成，3组检偏振器配置成使其方位角各不相同，即透射轴与被检查表面的入射面构成的角分别为例如“0”、“π/4”、“-π/4”，3组线性阵列传感器使通过各检偏振器的偏振光入射，并将表示偏振光强度分布的图像输出给信号处理部分。
信号处理部分设有缺陷待查区域抽出部分、参数运算部分和判定部分。表示被检查表面正常状态的基准浓度电平预先存储在缺陷待查区域抽出部分中。而且对从3组线性阵列传感器输入的偏振光图像的浓度电平和基准浓度电平进行比较，将测定的偏振光图像的浓度电平超出基准浓度电平范围的区域作为缺陷待查区域抽出。根据该抽出的缺陷待查区域内的测定光强，由参数运算部分计算出椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0，从而能限定运算处理的图像区域、缩短运算处理时间。另外，由于在参数运算部分进行运算之前已确定出缺陷待查区域，所以能防止缺陷部分的信号电平下降，提高缺陷的检测精度。判定部分将算出的椭圆偏振光参数和表面反射光强度的特性同预定的表面特性进行比较，判定异常的程度。
图49是本发明一实施例的光学系统配置图。如图所示，光学系统601备有光投射部分602和反射光检测部分603。光投射部分602将偏振光以一定的入射角到被检查体例如钢板604的整个宽度方向上，它备有光源605、设在光源605前面的光纤束606、设在光纤束606前端的透镜组607、以及设在透镜组607前面的偏振片608。光投射部分602也可使用沿钢板604的宽度方向延长的棒状光源作为光源605而省去光纤束606和透镜组607。偏振片608由例如1/4波阻片构成，如图50中的配置说明图所示，其透射轴P与钢板604的入射面构成的角α2为π/4。反射光检测部分603接收从钢板604以反射角i反射的镜面反射光，沿钢板604以反射角i反射的镜面反射光，沿钢板604的宽度方向排列设置装有光束分离器609a、609b、由例如CCD构成的线性阵列摄象机610a、610b、610c、以及设在线性阵列摄象机610a、610b、610c受光面前面的检偏振器611a、611b、611c的摄影装置612。检偏振器611a、611b、611c由例如1/4波阻片构成，如图50所示，检偏振器的透射轴与钢板604的入射面构成的角α2这样配置，即检偏振器611a的α2＝0，检偏振器611b的α2＝π/4，检偏振器611c的α2＝-π/4。
反射光检测部分603的线性阵列摄象机610a、610b、610c，如图51中的框图所示，连接在信号处理部分613上。信号处理部分613备有多值帧存储器614a、614b、614c、双值化处理部分615、双值存储器616a、616b、616c、“或”处理部分617、双值存储器618、缺陷待查区域抽出部分619、参数运算部分620、tanψ存储部分621a、COSΔ存储部分621b、I0存储部分621c以及判定部分620。在多值帧存储器614a、614b、614c表示分别从线性阵列摄象机610a、610b、610c输出的反射光强度I1、I2、I3的图像信号按每个象素展开，形成偏振光图像。双值化处理部分615使存储在多值帧存储器614a、614b、614c中的偏振光图像双值化，并存入双值存储器616a、616b、616c中。“或”处理部分617对存储在双值存储器616a、616b、616c中的双值图像的各象素进行“或”处理，并存入双值存储器6118中。缺陷待查区域抽出部分619根据存储在双值存储器618中的双值图像的各图像浓度，确定缺陷待查区域的位置。参数运算部分620根据表示规定为缺陷待查区域位置的光强I1、I2、I3的图像信号，计算各象素的椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差Δ的COS、以及钢板604的反射光的表面反射强度I0，并存入tanψ存储部分621a、COSΔ存储部分612b和I0存储部分621c中。判定部分6222中存储着预先求得的钢板604的表面特性，即物理参数不均匀、光洁度的微小分布不匀、局部存在薄氧化膜等或镀膜厚度不均匀等所谓的花纹状缺陷或凹凸状缺陷对应的tanψ、COSΔ及表面反射强度I0各种特性，并将tanψ存储部分621a、COSΔ存储部分621b和I0存储部分621c中存储的tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0同预先存储的特性按每个象素进行比较，判定并输出钢板604表面有无花纹状缺陷或凹凸状缺陷及其种类和大小。
在说明如上构成的表面检查装置的动作之前，首先说明根据用3个线性阵列摄象机610a、610b、610c检测的光强，计算振幅反射率比tanψ、CODΔ和钢板604的表面反射光强度I0的原理。
如图50所示，设偏振片608的透射轴P和检偏振器611的透射轴A与钢板604的入射面构成的角分别为α1、α2，则以任意入射角i入射到钢板604上反射后的P偏振光分量和S偏振光分量通过检偏振器611合成后的光强I(α1，α2)用下式表示，并设P分量和S分量的振幅反射率分别为γP、γS。I(α1·α2)＝|Eocosα1·rpcosα2+Eosinα1·rssinα2|2＝IoRp〔cos2α1·cos2α2+ρ2sin2α1·sin2α2+(1/2)·sin2α1·sin2α2·cosΔ〕式中Io＝|Eo|2，rp＝Rp·exp(ip)，rs＝Rs·exp(is)ρ＝rs/rp＝tanψ，Δ＝s-p这里当α1＝π/4时，通过α2＝0的检偏振器611a的光强I1变为I1＝I0RP/2，通过α2＝π/4的检偏振器611b的光强I2变为I2＝I0RP(1+ρ2+2ρCOSΔ)/4，通过α2＝-π/4的检偏振器611c的光强I3变为I3＝I0RP(1+ρ2-2ρCOSΔ)/4。根据这些光强I1、I2、I3由下列各式分别求得tanψ、COSΔ及表面光反射强度I0。tanΨ=I1I2+I3-I1]]>cosΔ=I2-I32I1tanΨ]]>I0＝I2+I3-I1其次说明应用上述原理的表面检查装置的动作。从光投射部分出射后在以一定速度移动的钢板604表面上反射的偏振光被光束分离器609a、609b分离并通过检偏振器611a、611b、611c后入射到线性阵列摄象机和610a、610b、610c中。用该线性阵列摄象机610a、610b、610c检测反射光强度时，由于α2＝0的检偏振器611a设在线性阵列摄象机610a的前面，所以线性阵列摄象机610a检测光强I1，由于α2＝π/4的检偏振器610b设在线性阵列摄象机610b的前面，所以线性阵列摄象和610b检测光强I2，由于α2＝-π/4的检偏振器设在线性阵列摄象机610c的前面，所以线性阵列摄象机610c检测光强I3。用线性阵列摄象机610a、610b、610c检测的表示光强I1，I0、I3的图像信号分别在多值帧存储器612a、612b、612c中展开，如图52中的图像说明图(a)所示，形成I1偏振光图像624a、I2偏振光图像624b和I3偏振光图像624a。这里，线性阵列摄象机610a、610b、610c调整光学位置和角度使视野相同，因而在同一定时检测的光强I1、I2、I3是钢板604的同一位置反射的光强。当用线性阵列摄象机610a、610b、610c不能在同一定时检测同一位置的反射光时，将延迟电路等设在线性阵列摄象机610a、610b、610c的输出端，使检测位置和时间一致即可。
多值帧存储器612a、612b、612c由例如横向1024个象素X纵向200条线构成，在同一定时对1024个象素中的一条线上的数据进行采样，并将该采样依次存储直到200条线为止，形成I1偏振充图像624a、I2偏振光图像624b、和I3偏振光图像624c。双值化处理部分625利用按钢板604的表面光洁度或表面涂油状态预先设定的双值化电平，如图52(b)所示，对I1偏振光图像624a、I2偏振光图像624b和I3偏振光图像624c进行双值化处理，将双值化图像625a、625b、625c分别存入双值化存储器618a、618b、618c中。进行该双值化处理时的双值化电平是根据钢板604的表面光洁度或表面涂油状态决定的，但也可以根据测定的数据的峰值或偏差自动求得，并设定为噪声电平。另外，由于随缺陷种类的不同，对于正常部分，有时是高电平，有时是低电平，因此如图53所示，对正常电平设定正、负两种双值化电平626a、626b，进行双值化处理，如图52所示，例如使缺陷部分627a、627b为白，使正常部分628为黑。
该双值化图像625a、625b、625c为I1、I2、I3的3个图像，如图52(b)所示，由于缺陷627a、627b可在3个图像中统一作为异常值进行检测而不受限制，因此如图52所示，用“或”处理部617按每个象素对I1、I2、I3的双值图像进行“或”处理，并将“或”处理图像629存入双值存储器618。缺陷待查区域抽出部分619求出显示存储在双值存储器618中的“或”处理图像629中缺陷部分627a、627b的白色部分的位置，如图52(d)所示，将白色部分的外接长方形区域作为缺陷待查区域630a、630b中的2个点例如右上角的P1、P3点和左下角的P2、P4点的坐标，确定缺陷待查区域630a、630b，传送给参数运算部分620。参数运算部分620从多值帧存储器612a、612b、612c读出与传送来的缺陷待查区域630a、630b中的各象素对应的光强I1、I2、I3，按每个象素计算椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ、相位COSΔ和钢板604表面的反射光强度I0，并将计算结果依次存入tanψ存储部分621a、COSΔ存储部分621b及I0存储部分621c中。由于只对缺陷待查区域630a、630b中的各象素计算椭圆偏振光参数等，所以与对图像的全部区域进行计算时相比较，能大幅度缩短计算时间。
判定部分622将tanψ存储部分621a、COSΔ存储部分621b及I0存储部分621c中存储的tonψ、COSΔ和表面反射强度I0同对每个象素预先求得的钢板604的表面特性进行比较，通过组合，看哪个参数发生了变化，判定缺陷的种类和待级，输出给图中未示出的显示装置或记录装置。另外，油膜不均匀在偏振光图像中作为浓度等级高的缺陷抽出，但通过tanψ、COSΔ和表面反射光强坟墓I0组合，如不与表面缺陷相当时，不作为缺陷判定。
通过从判定部分622输出缺陷的种类和等级，同时确定并输出由缺陷待查区域抽出部分619抽出的缺陷待查区域630a，630b的坐标，还能检测缺陷的大小，并能更准确地检测出缺陷的状态。
这样当检测钢板604的表面缺陷时，通常，钢板604的表面缺陷大小为宽5mm、长200mm以下，发生频度为纵向数十米内约出现一次。因此，如上所述，当多值帧存储器614a～614c的尺寸的构成为例如横向1024个象素×纵向200条线时，如设1个象素的分辨率为横向0.5mm×纵向5mm，则多值帧存储器614a～614c的尺寸相当于钢板604的宽度为500mm，长度为1.0m，因此1个图像中的表面缺陷的象素数为横向10个象素×纵向40个象素左右，计算椭圆偏振光参数等的计算时间与计算图像的全部象素时相比较，为1/500以下。因此即使不使用特殊的运算装置，运算时间有数十毫秒就够了，例如即使钢板604每分钟移动数百米时，形成200条线的图像的时间为100毫秒，因此能可靠地在线检测移动的钢板604上的缺陷。
如上所述，本发明对从3组线性阵列传感器输入的被检查表面的偏振光图像的浓度电平和基准浓度电平进行比较，将测定的偏振光图像的浓度电平超出基准浓度电平范围以外的区域作为缺陷待查区域抽出，根据抽出的缺陷待查区域内的测定光强，算出判定被检查表面缺陷用的椭圆偏振光参数和表面反射光强度，由于限定运算处理的象素区域，所以与计算偏振光图像的全部象素时相比较，能大幅度地缩短运算处理时间。因此，能用光束高精度地在线检测移动的钢板等薄板状材料表面缺陷。
另外，由于装置的总体处理能力不大也能胜任，因此能使装置整体简化，降低装置成本。
实施例8本发明的表面检查装置的特征在于备有光投射部分，光接收部分和信号处理部分，光投射部分将偏振光束入射到被检测表面的整个宽度方向上，光接收部分备有将来自被检查表面的反射光分离成3条光束的光束分离器，分别设在被分离的3条光束的光路上且分别具有不同方位角的检偏振器、以及接收各检偏振器透过光的线性阵列传感器，该部分使来自被检查表面的反射光入射，并变换成图像信号，信号处理部分备有参数运算部分、缺陷待查区域提出部分、特征量运算部分及缺陷判定部分；参数运算部分根据从线性阵列传感器输入的偏振光图像的光强算出椭圆偏振光参数和表面反射强度，缺陷待查区域抽出部分将椭圆偏振光参数和表面反射光强度的图像浓度电平超出相当于基体表面电平的基准浓度电平范围以外的区域作为缺陷待查区域抽出，特征量运算部分算出表示抽出的缺陷待查区域内的椭圆偏振光参数和表面反射光强坟墓的最大值和平均值相对于正常部分的大小的极性，并计算由所算出的椭圆偏振光参数和表面反射光强度的极性组合决定的缺陷特征量，缺陷判定部分根据计算出的缺陷特征量判定表面缺陷的种类。
上述特征量运算部分对缺陷待查区域内的椭圆偏振光参数和表面反射光强度的极性组合所决定的缺陷特征量进行运算，同时对缺陷待查区域内不同的偏振光图像的光强组合所决定的缺陷特征量进行运算，缺陷判定部分根据由运算出的椭圆偏振光参数和表面反射光强度的极性组合决定的缺陷特征量和由光强决定的缺陷特征量，判定表面缺陷的种类和等级。
在本发明中，由光投射部分和光接收部分构成表面检查装置。光投射部分将光源配置成将光束以一定的入射角入射到被检查表面的整个宽度方向上，在光源和被检查表面的入射面之间设有起偏镜，将偏振光一定的偏振角入射到被检查表面上。光接收部分由3组线性阵列传感器和设在各线性阵列传感器的受光面前面的检偏振器构成，3组检偏振器分别有不同的方位角，即透射轴与被检查表面的入射面构成的角例如分别配置成“0”、“π/4”、“-π/4”，3组线性阵列传感器使通过各检偏振器的偏振光入射，并将表示偏振光强度分布的图像输出到信号处理部分。
信号处理部分中设有参数运算部分、缺陷待查区域抽出部分、特征量运算部分和缺陷判定部分。参数运算部分根据从3组线性阵列传感器输入的偏振光图像的光强，算出椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0、形成tanψ图像、COSΔ图像及I0图像。在缺陷待查区域抽出部分中预先存储着表示被检查面的正常状态的基准浓度电平，或者根据测定数据的峰值或偏差等自动地求出。而且将3组tanψ图像、COSΔ的图像及I0图像的浓度电平同基准浓度电平进行比较，将tanψ图像、COSΔ图像及I0图像的浓度电平超出基准浓度电平范围以外的区域作为缺陷待查区域抽出。由特征量运算部分取出该抽出的缺陷待查区域内各象素的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0而算出表示最大值或平均值相对于正常部分的大小的极性和变化量，并计算由算出的椭圆偏振光参数和表面反射光强度的极性组合决定的缺陷特征量。缺陷判定部分根据由算出的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0的极性组合决定的缺陷特征量，判定表面缺陷的种类。
这样由于检测随被检查表面的特征灵敏变化的椭圆偏振光参数tanψ和COSΔ以判定缺陷的有无，所以还能检测用散射光或衍射所不能检测的表面物理特性的变化。另外，由于确定了缺陷待查区域再根据椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0的极性组合和变化量，判定缺陷的种类，所以能简单地判断缺陷的种类，同时提高缺陷的检测精度。
另外，判定缺陷的种类时，由于根据缺陷待查区域内的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和有面反射光强度I0的极性变化的组合的极性变化的组合和缺陷部分的测定光强，判定极性能变化的缺陷，所以能更仔细地判定缺陷的种类和等级。
图54是本发明一实施例的光学系统配置图。如图所示，光学系统701备有光投射部分702和光接收部分703。光投射部分702将偏振光以一定的入射角入射到被检查体例如钢板704的整个宽度方向上，它备有光源705、设在光源705前面的光纤束706、设在光纤束706前端的透镜组707、以及设在透镜707前面的起偏镜708。光投射部分702也可采用沿钢板704的宽度方向伸长的棒状光源作为光源，而将光纤束706和透镜组707省去。起偏镜708由偏振片或偏振滤光片构成，如图55所示，其透射轴P与钢板704的入射面构成的角α2配置为π/4。光接收部分703接收从钢板704以反射角θ反射的镜面反射光，沿钢板704宽度方向排列设置装有光束分离器709a、709b、例如由CCD构成的线性阵列摄象机710a、710b、710c、以及设在线性阵列摄象机710a、710b、710c受光面前面的检偏振器711a、711b、711c的摄影装置712。检偏振器711a、711b、711c由例如偏振片或偏振滤光片构成，如图55所示，检偏振器711的透射轴与钢板704的入射面构成的角α2这样配置，即检偏振器711a的α2＝0，检偏器711b的α2＝π/4，检偏振器711c的α2＝-π/4。线性阵列摄象机710a～710c以一定的周期作为一个线路信号输出表示钢板704反射光强度I1、I2、I3的图像信号。
光接收部分703的线性阵列摄象机710a、710b、710c连接在信号处理部分713上，如图56中的框图所示。信号处理部分713备有预处理部分714a、714b、714c、帧存储器715a、715b、715c、参数运算部分716、存储器717、边缘检测部分718、辉度不均偿部分719、双值化处理部分720、存储器721、“或”处理部分722、双值存储器723、缺陷待查区域抽出部分724、特征量运算部分725及缺陷判定部分726。
预处理部分714a～714c对从线性阵列摄象机710a～710c输出的表示反射光强度I1、I2、I3的图像信号进行相加平均运算，同时检测钢板704的线移动量，并将相加平均后的信号传送给每一条线路的帧存储器715a～715c。帧存储器715a～715c由例如横向1024个象素X纵向200条线构成。在同一定时只对1025个象素的一条线的数据采样，依次存储直到200条线，形成二维偏振光图像。参数运算部分716根据存储在帧存储器715a～715中的表示偏振光图像各象素的光强I1、I2、I3的图像信号，计算椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ和表示相位差的COSΔ、以及钢板706的表面反射光强度I0，作为tanψ图像数据、Δ图像数据及I0图像数据存入存储器717中。边缘检测部分718检测tanψ图像、Δ图像和I0图像中的钢板704的边缘部分。辉度不均补偿部分719对由光源705的强度不均或钢板反射率不均产生的宽度方向光强度不均、以及与其相伴的灵敏度不均进行补偿。双值化处理部分720对tanψ图像、Δ图像及I0图像进行双值比处理，并分别存入存储器721中。“或”处理部分722对存储在存储器721中的tanψ、Δ、I0的双值图像的各象素进行“或”处理后存入双值存储器723中。缺陷待查区域抽出部分724根据存储在双值存储器723中的双值图像的各象素浓度，确定缺陷待查区域的位置。特征量运算部分725取出缺陷待查区域中的tanψ、Δ、I0，计算最大值或平均值，使特征量明显。缺陷判定部分726根据表示缺陷待查区域中的tanψ、Δ、I0的最大值或平均值与正常部分相比较为正区域负区域的极性和变化量，判定异常的程度。
在说明如上构成的表面检查装置的动作之前，首先说明根据由3个线性阵列摄象机710a、710b、710c检测的光强，计算振幅反射率比tanψ、COSΔ和钢板704的表面反射光强度I0的原理。
如图55所示，如设起偏镜708的透射轴P和检偏振器711的透射轴A与钢板704的入射面构成的角分别为α1、α2，则以任意入射角θ入射到钢板704后反射的P偏振光分量和S偏振光分量通过检偏振器711合成后的光强I(α1、α2)用下式表示，且设P分量和S分量的振幅反射率分别为γP、γS。I(α1·α2)＝|Eocosα1·rpcosα2+Eosinα1·rssinα2|2＝2Io〔ρ2cos2α1·cos2α2+sin2α1·sin2α2+(1/2)ρsin2α1·sin2α2·cosΔ〕式中Io＝|Eo|2·Rs/2，rp=Rp·exp(iφp),]]>rs=Rs·exp(iφs),]]>ρ=RP,/RS=tanΨ,]]>Δ＝P-S这里，当α1＝π/4时，通过α2＝0的检偏振器711a的光强I1变为I1＝I0ρ2，通过α2＝π/4的检偏振器711b的光强I2变为I2＝I0(1+ρ2+2ρCOSΔ)/2，通过α2＝-π/4的检偏振器的光强I3变为I3＝I0(1+ρ2-2ρCOSΔ)/2。根据这些光强I1、I2、I3，由下列各式求得tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0。tanΨ=I1I2+I3-I1]]>cosΔ=I2-I32I1tanΨ]]>Io＝I2+I3-I1但是，光强I1、I2、I3随摄象机的放大器增益等的选择方法不同，也有时为常数倍。
其次说明应用上述原理的表面检查装置的动作。从光投射部分出射后在以一定速度移动的钢板704表面上反射的偏振光被光束分离器709a、709b分离，通过检偏振器711a、711b、711c后入射到线性阵列摄象机710a、710b、710c。用该线性阵列摄象机710a、710b、710c检测反射光强度时，由于在线性阵列摄象机710a的前面设有α2＝0的检偏振器711a，所以线性阵列摄象机710a检测光强I2。由于在线性阵列摄象机710b的前面设有α2＝π/4的检偏振器711b，所以线性阵列摄象机710b检测光强I2。由于在线性阵列摄象机710c前面设有α2＝-π/4的检偏振器711c，所以线性阵列摄象机710c检测光强I3。用线性阵列摄象机710a、710b、710c检测的表示光强I1、I2、I3的图像信号分别由预处理部分714a～714c进行预处理后，在帧存储器715a～715c中展开，如图57中的图像说明图之(a)所示，分别形成I1偏振光图像726a、I2偏振光图像726b、I3偏振光图像726c。这里，线性阵列摄象机710a、710b、710c通过其光学位置及角度的调整，达到相同视野，因而在同一定时检测的光强I1、I2、I3是钢板704的同一位置反射的光的光强。另外，如用线性阵列摄象机710a、710b、710c不能在同一定时检测同一位置的反射光时，可在线性阵列摄象机710a、710b、710c的输出端设置延迟电路等，使检测位置和定时时间一致。
参数运算部分716根据存储在帧存储器715a～715c中的表示偏振光图像731a～731c各象素的光强I1、I2、I3的图像信号，计算椭圆偏振光参数即振幅反射率比tanψ、表示相位差Δ的COSΔ和钢板704的表面反射光强度I0，作为tan图像数据、COSΔ图像数据和I0图像数据存入存储器717中。如图58所示，由于在存储器717中展开的tanψ图像、COSΔ图像及I0图像中的钢板704的区域内，信号电平高，在不是钢板704的背景区域内，信号电平低，因此边缘检测部分718将信号电平急剧变化的点确定为钢板704的边缘部分，并限定为信号处理区域。如图59(a)所示，该信号处理区域中的tanψ、COSΔ及I0的1条线的信号强度沿宽度方向有很大的不均。因此辉度不均被偿部分719以基准点为中心，将1条线的信号沿宽度方向左右移动数十点取平均，如图59(b)所示，作成移动平均后的信号tanψm、COSΔm，Iom。而且如图59(c)所示，根据移动平均前的信号tanψ、COSΔ、I0和移动平均后的信号tanψ、COSΔm、Iom及表示基体表面即正常部分的基准电平C，由下式算出每个象素的补偿信号tanψc、COSΔc、Ioc。下式中A为常数。tanΨc=tanΨ-tanΨmtanΨ-C]]>cosΔc=cosΔ-cosΔmcosΔ-C]]>Ioc=Io-IomIo-C]]>如图59(c)所示，在该辉度不均补偿后的信号中，相对于钢板704的基体表面即正常部分看上去亮的缺陷733a的信号电平比正常部分734的基准电平C高，相对于正常部分看上去暗的缺陷733b的信号电平比基准电平C低。由双值化处理部分725对该补偿后的图像进行双值化处理，将tanψ、COSΔ及I0的双值化图像分别存入存储器721中。进行该双值化处理时的双值化电平由所对应的钢板704的表面光洁度或表面涂油状态决定，但也可以根据测定的数据的峰值或偏差等自动求得，设定为噪声电平。另外，由于缺陷随着种类的不同，相对于正常部分的电平有时是高电平、有时是低电平，因此如图60所示，可相对于正常电平，设定正、负两种双值化电平735a、735b，进行双值化处理，而设定正常部分当信号电平在正的双值化处理，而设定正常部分当信号电平在正的双值化电平735a和负的双值化电平735b以外时为白色，在双值化电平735a、735b的范围以内时为黑色。
该双值比图像有tanψc、COSΔc、Ioc3种图像，例如，如图57(b)所示，缺陷733a、733b对于3种图像通用，可作为异常值检测而不受限制。因此“或”处理部分722对存储在存储器721中的tanψc、COSΔc和Ioc的双值图像按每个像进行“或”处理，并将“或”处理图像存入双值存储器723中。缺陷待查区域抽出部分724求出表示存储在双值存储器723中的“或”处理图像736缺陷部分733a、733b的白色部分的位置，如图57(d)所示，将白色部分外接的长方形区域作为缺陷待查区域737a、737b抽出，根据缺陷待查区域737a、737b中的两个点例如右上角的P1、P3点和左下角的P2、P4点的坐标，确定缺陷待查区域737a、737b，并传送给特征量运算部分725。特征量运算部分725取出缺陷待查区域737a、737b中各象素的tanψc、COSΔc和Ioc，求最大值或平均值，并求出表示缺陷待查区域737a、737b中的tanψ、COSΔ和Ioc的最大值或平均值与正常部分的基准电平相比是在正区域还是负区域的极性，用例如Epp＝9Δp+34p+Ip计算极性图形等缺陷特征量Epp。这里，ψp表示tanψp的极性，Δp表示COSΔc的极性，IP表示Ioc的极性，可用数值表示，例如极性为正时，用“2”表示，与正常部分相同时用“1”表示，极性为负时用“0”表示。
缺陷判定部分726使用传送来的缺陷待查区域737a、737b的缺陷特征量Epp，判定缺陷的种类。例如对冷轧钢板上的不同缺陷种类S、T、U、V、W所对应的tanψc、COSΔc、Ioc的极性变化研究的结果和缺陷特征量E示于图61，对有镀层的钢板上的不同的缺陷种类S、X、Y、V、W所对应的tanψc、COSΔc、Ioc的极性变化研究的结果和缺陷特征量E示于图62。因此缺陷判定部分726根据这些缺陷种类的缺陷特征量E和由特征量运算部分725算出的缺陷特征量Epp，判定缺陷的种类。即，如图61、图62所示，当通过tanψc、COSΔc、Ioc的极性的1个或2个组合不能判定缺陷种类时，通过tanψc、COSΔc、Ioc的3个极性组合，就能较明显地区分缺陷的种类。因此，例如在冷轧钢板的情况下，缺陷特征量Epp为“0”时，判定缺陷为T型；缺陷特征是Epp为“1”时，判定缺陷为V型；缺陷特征量Epp为“12”时，判定缺陷为W型；缺陷特征量Epp为“18”时，判定缺陷为S型；缺陷特征量Epp为“24”时，判定缺陷为U型。
这种缺陷种类即使是同一种缺陷例如S型，检查员在进行目视判定时，还要再用缺陷的长度和宽度等详细分类。因此，特征量运算部分725在计算缺陷待查区域737a、737b中各象素的tanψc、COSΔc、Ioc的极性图形的缺陷特征量EPP的同时，求出缺陷待查区域737a、737b中的光强I1、I2、I3相对于正常部分的极性变化，根据该极性变化，与上述一样，求出表示光强的极性图形的缺陷特征量Ipp，再用缺陷部分的光强的缺陷特征量Ipp详细区分用tanψc、COSΔc、Ioc的缺陷特征量Epp判定的缺陷种类。这样，不仅能知道缺陷的种类，而且还能知道它的等级，因此能更可靠地判定缺陷。通过这样判定缺陷种类和等级，与检查员用目视判定时一样，能高精度地判定缺陷。
上述实施例说明了根据偏振光图像直接计算tanψ、COSΔ和Io的情况，但也可以通过检测缺陷待查区域，只计算缺陷待查区域内的tanψ、COSΔ和Io，或者根据缺陷待查区域内的代表性数值例如最大值或平均值，计算tanψ、COSΔ和Io。
另外，上述实施例说明了使用一维线性阵列传感器710a～710c，检测来自钢板704的反射光的情况，但也可以利用二维摄象机检测来自钢板704的反射光。
如上所述，本发明是从不同的3种偏振光图像抽出缺陷待查区域，算出表示缺陷待查区域中各象素的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ及表面反射光强度I0的最大值或平均值相对于正常部分的大小的极性，根据表示算出的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ和表面反射光强度I0的极性变化组合的缺陷特征量，判定缺陷的种类，因此能检测用散射光或衍射所不能检测的表面物理特性的变化，能提高缺陷的检测精度。
另外，判定缺陷的种类时，除了进行缺陷待查区域内的椭圆偏振光参数tanψ、COSΔ的表面反射光强度I0的极性变化的组合外，还进行缺陷部分的3种测定光强的极性变化的组合，通过判定由这些组合决定的缺陷，能更仔细地判定缺陷的种类和等级。
权利要求
1.一种表面检测装置，包括使偏振光入射到被检查表面上的光投射装置；备有接收具有不同特定角度的至少3个方向偏振光的若干接收光的光学系统，检测被检查表面反射的反射光后变换成图像信号的光接收装置；以及从变换后的图像信号算出预定的缺陷特征量，算出的缺陷特征量同预定的图形进行比较，判定缺陷种类的信号处理装置。
2.根据权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于上述信号处理装置以光强分布的变化极性和变化量作为缺陷特征量，判定缺陷种类。
3.根据权利要求1的表面检测装置，其特征在于上述信号处理装置计算与目视相当光量作为缺陷特征量，判定缺陷的等级。
4.根据权利要求1的表面检测装置，其特征在于上述信号处理装置在把从各接收光的光学系统输出的光强分布按预定的基准值进行标准化处理后，计算缺陷特征量。
5.一种表面检查方法，包括下列步骤接收从被检查表面反射的反射光的至少3个方向的不同角度的偏振光，根据受光信号计算预定的缺陷特征量；以及将算出的缺陷特征量与预定的图形进行比较，判定缺陷的种类、或缺陷的种类和等级。
全文摘要
本发明的表面缺陷检查方法是使偏振光照射在被检查表面上，求其反射光的椭圆偏振光参数(ψ、Δ)；使光照射在与偏振光照射的同一部位，求其反射光强(I)；根据上述参数(ψ、Δ)和光强(I)，判定缺陷等级和种类。本发明的表面缺陷检测装置包括使偏振光照射被检查表面，测定上述参数(ψ、Δ)的装置；使光照射与偏振光照射的同一部位，测定上述光强(I)的装置；将上述反射光的ψ、Δ、I的三维坐标位置划分成预定的范围并输出的装置。
文档编号G01J4/00GK1434289SQ02124788
公开日2003年8月6日 申请日期1995年10月27日 优先权日1995年10月27日
发明者风间彰, 大重贵彦, 河村努, 的场有治 申请人:日本钢管株式会社