JP2003083902A - 被検物の検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な走査機構や高価なカメラなどを必要と
せずに、換言すれば、簡単な構造でしかも低コストで欠
陥部分の精度良い検査を行うことができ、また検査幅が
比較的狭い被検物に対する検査にも都合のよい被検物の
検査方法および装置を提供する。 【解決手段】 被検物６に向けて検査光を出射する光源
１と、この光源１からの検査光αをライン状のビームに
成形する第１ビーム成形手段１１と、このライン状のビ
ームに成形された検査光に対して、被検物の長さ方向の
大きさを狭める第２ビーム収束手段と、ビームの投光幅
Ｗを狭める第３ビーム収束手段３と、被検物６の正常部
分を透過する検査光が入射・受光する遮蔽領域に遮光部
材４１を設けた受光部４と、この受光部４からの出力信
号を入力して被検物６の欠陥部分Ｄを検出する信号処理
部５とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、連続的に移送さ
れる透明または半透明なフィルムや反射性を有するシー
トなどの被検物に形成された擦り傷などの欠陥部分を光
学的に検出することができる被検物の検査方法および装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ラインによって移送されてくる
（インライン中の）透明または半透明なフィルムなどの
被検物に対して、その表面に擦り傷などの欠陥があるか
否かを検査する検査装置が各種知られている。

【０００３】この種の検査装置として、例えば、特開平
４−１７８５４５号公報や特開平２-８３４３８号公報
などに記載のように、外部から被検物に検査光を投光す
るとともに、その被検物を透過した検査光をスクリーン
上に投影し、そのスクリーン上の投影像をビデオカメラ
などの受光器に入射・受光するように構成したものが知
られている。例えば、特開平４−１７８５４５号公報に
は、光源と共に凹面鏡を用いた平行光発生器と、ＣＣＤ
ラインセンサを用いたカメラとを組合わせたものが開示
されており、特開平２-８３４３８号公報には、ピンホ
ール光源と、ＴＶカメラや高解像度カメラなどの２次元
カメラとを組合わせたものが開示されている。

【０００４】また、この種の検査装置として、例えば特
開平６−２０７９１０号公報及び特開昭５１−１２６１
９１号公報に記載のように、レーザスポットを走査して
受光器に受光させる構成のものも知られている。特に、
特開平６−２０７９１０号公報にはレーザビームスポッ
トよりも受光器の有効窓幅を小さくしたものが開示され
ており、特開昭５１−１２６１９１号公報には被検物の
同一箇所を２回（複数回）通過させることで、欠陥信号
を強調・増幅させるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たこれらの検査装置は、レーザ走査により広範囲の領域
に亙って検査するために複雑な走査機構を光源側に備え
ていたり、受光器としてＣＣＤカメラなどを用いている
ので高価となってしまう、といった欠点を有している。
また、これらの検査装置の中には、検出精度を高めるた
めに、走査機構に特殊な機構を付与したりカメラ側に特
別な工夫を施したものも見られるが、その分コストが増
大する、といった欠点を有している。さらに、これらの
検査装置では、被検物が特に幅の狭い形状を有するもの
であっても、特に検査装置を構成する部品点数を削減で
きるわけではないから、検査幅に対してどうしても割高
になってしまう、といった欠点を有している。

【０００６】このような事情については、透明または半
透明な被検物の欠陥部分を検出するための検査装置に限
らず、例えば入射（反射）面での欠陥部分を検出するた
めの検査装置についても同様であり、同様の不都合を生
じている。

【０００７】そこで、この発明は、上記した事情に鑑
み、複雑な走査機構や高価なカメラなどを必要とせず
に、換言すれば、簡単な構造でしかも低コストで欠陥部
分の精度良い検査を行うことができ、また検査幅が比較
的狭い被検物に対する検査にも都合のよい被検物の検査
方法および装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の被検物の検査方法は、被検物に向けて出
射する光源からの検査光を被検物の幅方向と直交する長
さ方向が細いライン状のビームに成形し、このライン状
に成形されたビームを検査光として被検物に投光し、前
記被検物に入射する前記検査光のうち、前記被検物の正
常部分を透過若しくは正反射する検査光のみを遮光部材
で遮光された受光部の遮光領域に入射・受光させるとと
もに、前記被検物に入射する前記検査光のうち、前記被
検物の欠陥部分で屈折若しくは散乱する検査光のみを前
記受光部の遮光部材が設けられていない受光領域に入射
・受光させ、前記受光部の受光領域に受光する前記検査
光の光量又は光強度に応じた出力信号から被検物の欠陥
部分を検出することを特徴としている。

【０００９】また、この発明の透明体の検査方法では、
前記被検物にライン状のビームを投光するのに先立ち、
前記被検物の照射幅方向でのビームの投光領域が狭まる
ように、このビームを波形成形することができる。

【００１０】また、上記目的を達成するために、被検物
に向けて検査光を出射する光源と、この光源からの検査
光を、被検物に投光する際に被検物の幅方向と直交する
長さ方向が細いライン状のビームに成形する第１ビーム
成形手段と、前記被検物に入射する検査光のうち、前記
被検物の正常部分を透過若しくは正反射する検査光が入
射・受光する遮光部材で遮光された遮光領域と、前記被
検物の欠陥部分で屈折または散乱した検査光が入射・受
光しこの入射・受光する検査光の光量若しくは光強度に
応じた信号を出力する遮光領域を除いて設けた受光領域
とを有する受光部と、この受光部からの出力信号を入力
して前記被検物の欠陥部分を検出する信号処理部とを備
えたことを特徴としている。

【００１１】また、上記構成において、前記被検物の幅
方向と直交する長さ方向が細いライン状のビームに成形
された前記検査光を、前記被検物の長さ方向でのビーム
の投光領域が狭まるように収束させる第２ビーム成形手
段と、前記被検物の長さ方向と直交する幅方向でのビー
ムの投光領域が狭まるように前記検査光を収束させる第
３ビーム成形手段とを備えてもよい。

【００１２】また、上記構成において、光源と前記第１
ビーム成形手段とを、レーザダイオードとレンズとを一
体に組合わせたレーザダイオードモジュールで構成して
もよい。このような構成によれば、部品の修理、交換、
点検などを容易に行うことができる。

【００１３】また、上記構成において、前記波形成形手
段は、ライン状のビームが投光される被検物の照射幅方
向での投光領域が狭まるように、このビームを収束する
ように構成することができる。また、前記受光部は、半
導体光検出器で構成してもよい。

【００１４】また、上記構成において、前記第１ビーム
成形手段、前記第２ビーム成形手段及び前記第３ビーム
成形手段に、それぞれシリンドリカルレンズを用いると
ともに、前記第３ビーム成形手段側のシリンドリカルレ
ンズ両端部に遮光部材を設けるのが好ましい。このよう
に構成することで、前記ビームの出射幅を規制するのと
同時にレンズ内反射によるゴースト光の生成を抑えるこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１
はこの発明に係る被検物の検査装置を示すものであり、
この被検物の検査装置は、光源１と、第１ビーム成形手
段である第１レンズ１１、第２ビーム成形手段である第
２レンズ２及び第３ビーム成形手段である第３レンズ３
と、受光部４と、信号処理部５とを備えており、この実
施形態では、連続的に移送される透明又は半透明なフィ
ルムなどの被検物６に対して欠陥部分を光学的に検出す
るように構成されている。

【００１６】光源１は、被検物６の欠陥部分を検出する
ための検査光を出射するものであり、この実施形態では
半導体レーザ（ＬＤ）を用いており、例えば波長６８０
ｎｍ程度の可視光を拡散ビーム状に出射する。この光源
１は、光軸が被検物６の検査（Ｘ−Ｚ）面に垂直なＹ方
向に平行となるような状態で配置されており、この実施
形態では、寿命、コストなどの点から半導体レーザを用
いたが、これ以外に、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどを用
いても良い。

【００１７】また、この光源１から出射される検査光の
投光幅（Ｗ）を狭めたレーザビームとして波形成形する
ため、光源１、第１レンズ１１の２点の光学素子を一体
にまとめた、例えばネオアーク社製のＬＤＭ−６８２０
Ｈなどを用いれば、安価で長寿命のものが実現できる。

【００１８】第２レンズ２は、第１レンズ１１から拡散
状態で出射するビーム状の検査光αを、被検物６の幅
（Ｘ）方向と直交する長さ（Ｚ）方向が細いライン状の
ビームに波形成形して被検物６の検査領域Ｓに向けて投
光させるものであり、走査範囲をライン状に大幅に狭め
ることで（例えば、走査幅の比較的広いスリット光など
よりも）検査精度を高めることができるように構成され
ている。この実施形態の第２レンズ２には、検査光のう
ち被検物６の長さ（Ｚ）方向に拡散しようとする光成分
（縦成分）をほぼライン状に成形・収束するため、略半
円柱状に形成されたシリンドリカルレンズを用いてお
り、円周面の母線がＸ軸と平行になるような状態で配置
されている

【００１９】第３レンズ３には、シリンドリカルレンズ
を用いており、円周面の母線（Ｚ）方向が第２レンズ２
の円周面を形成する母線（Ｘ）方向とは直交するように
配置されている。特に、この第３レンズ３では、検査光
αのうち被検物６の幅（Ｘ）方向に拡散しようとする光
成分（横成分）の検査光を適宜の投光角度（θ）に収束
させることにより、被検物６の検査領域である被検査部
Ｓへの投光幅（Ｗ）を所望の幅に狭め（この実施形態で
は１００ｍｍ）、例えば欠陥部分が発生し易い特定の狭
い幅での被検査部Ｓに対しても、効率的に欠陥部分の検
査を行うことができるようになっている。

【００２０】特に、この第３レンズ３には、図１に示す
ように、曲面で構成され検査光αが入射する入射面３Ａ
の左右（Ｘ）両端部側に、図２（Ａ）に示すように、曲
面３Ａに沿って所要の長さ（Ｌ）の遮光部材３１が取り
付けられている。この遮光部材３１は、検査光α１が出
射面３Ｂから出射する際の出射幅（図１参照）を規制す
ると共に、出射面３Ｂから出射して被検物６の正常部分
を透過した検査光α１が受光部４の後述する遮光領域
（遮光部材４１に相当する）以外に入射するのを防止す
るものであり、例えば入射する検査光α１を吸収させる
黒色のテープや誘電体多層膜を成膜した構成の反射防止
膜などで構成してもよい。

【００２１】即ち、この遮光部材３１は、図２（Ｂ）に
示すように、この第２レンズ３内部の左右両端部側で少
なくとも２回以上の多重散乱を起こした検査光α２が出
射面３Ｂから外部へ所定の出射角β１で別の出射角β２
方向に出射するのを防止する。これにより、検査光α
が、例えば被検物６の正常部分に入射したにも拘わら
ず、条件によっては、検査光α２として別方向に出射
し、受光部４の後述する検出面４１（遮光領域）以外の
受光領域に入射して欠陥部分Ｄとして誤検出を起こす、
といったトラブルが発生するのを防止できるようになっ
ている。

【００２２】受光部４は、光源１から出射し第１レンズ
１１、第２レンズ２及び第３レンズ３を透過してライン
ビーム状（又はスリットビーム状）にビーム成形され被
検物６の被検査部Ｓ（図１参照）を透過した検査光が入
射・受光するようになっており、図３（Ａ）に示すよう
に、被検物６の正常部分を透過する検査光が入射・受光
する遮光領域４Ａと、被検物６の皺などの欠陥部分Ｄ
（図１参照）で屈折または散乱した検査光が入射・受光
する受光領域４Ｂとを備えている。このため、この実施
形態の受光部４には、中央部の遮光領域４Ａに、その検
査光αの縦（Ｚ）方向の大きさよりも若干広い、或いは
多少の揺らぎの大きさをカバーできる程度の大きさ
（Ｈ）を有する遮光部材４１を設けている。

【００２３】そして、この受光部４では、ここに受光す
る入射光量（又は入射強度）の変化に応じた電圧レベル
（または電流値）の信号を出力することにより、被検物
６の欠陥部分Ｄを検出するように構成されている。この
実施形態の受光部４には、半導体光検出器、例えば適宜
の光電変化素子などが用いられているが、欠陥部分Ｄで
屈折したり散乱したりする検査光を受光させるため、受
光面のできるだけ大きいものが必要である。その点から
は受光部４として光電子倍増管でもよいが、この光電子
倍増管は高価で寿命も短いので、大面積のフォトダイオ
ード、例えば浜松ホトニクス社製のＰＩＮフォトダイオ
ード（Ｓ３５８４−０８）などが好ましい。

【００２４】従って、被検物６に例えば皺などの欠陥部
分Ｄが存在する場合には、その欠陥部分Ｄが被検査部Ｓ
に達した瞬間に、検査光であるライン状（又はスリット
状）のビームは屈折したり散乱して光路が変化し、図３
（Ｂ）に示すように、遮光部材４１が設けられた遮光域
からはみ出して受光領域４Ｂに受光するわけである。な
お、この遮光部材４１としては、検査光α１を吸収する
黒色テープや適宜の吸収膜などを用いることができる。

【００２５】信号処理部５は、受光部４から出力される
信号に基づき被検物６の欠陥部分を検出するものであ
り、この実施形態では、２値化回路５１と、出力回路５
２とを備えている。２値化回路５１は、受光部４からの
出力（受光）信号レベルが予め設定された電圧値（閾
値）以上になると欠陥部分があると判断するものであ
り、入力が受光部４の出力に接続されている。即ち、こ
れは、欠陥部分Ｄが存在すると、受光部４の遮光部材４
１からはみ出した受光領域４Ｂに検査光α１が入射・受
光するので、欠陥部分Ｄのない正常部分を透過した場合
に比べて受光部４の出力電圧レベルが上昇し、閾値を越
えるために欠陥部分Ｄがあると判断されるわけである。

【００２６】出力回路５２は、２値化回路５１によって
処理されて得られた情報を信号処理部５の外部に取り出
すためのものであり、必要に応じて、例えば被検物６の
全長に亙り欠陥部分Ｄの検査結果をプリンタで印字した
り、デスプレイに欠陥部分Ｄを連続的に表示できるよう
になっており、入力が２値化回路５１の出力に接続され
ている。

【００２７】次に、この実施形態の作用について説明す
る。光源１から出射する検査光は、第１レンズ１１によ
りＸ方向に広がるビームとなり、次に第２レンズ２で被
検物６の幅（Ｘ）方向に略平行で長さ（Ｚ）方向を細く
絞ったライン状に波形成形される。さらに、第３レンズ
３では、被検物の幅（Ｘ）方向の拡がりが狭まる（この
実施形態では、被検物６の幅の半分）ように成形され、
先をすぼめたライン状ビームとなって被検物６及び受光
部４へ投光される。

【００２８】一方、被検物６は、第３レンズ３と受光部
４との間の検査光α１の光路上を横切るような状態で
（検査光α１の波面に対して垂直方向に）連続的に移送
されており、この被検物６の検査（Ｘ−Ｚ）面へ検査光
α１が常時投光されていく。このため、この実施形態で
は、走査機構を持たない構造でありながら、被検査部Ｓ
に相当する被検物６のごく細い領域を検査光で連続的に
走査できる。つまり、欠陥部分Ｄの精度高い検出を連続
して行うことができるわけである。

【００２９】このように、検査光α１が投光される被検
査部Ｓで被検物６が正常部分である場合には、遮光部材
４１からはみ出すことなく受光部４の遮光領域４Ａへ入
射する。その結果、この遮光領域４Ａへ入射・受光する
検査光α１は、受光量が少ないので、この受光部４から
の出力信号、つまり電圧レベルも低い。従って、信号処
理部５の２値化回路５１では、受光部４から閾値以下の
電圧を入力することとなり、欠陥部分Ｄがないと判定さ
れて出力信号が出力回路５２へ出力される。これによ
り、例えば出力回路５２にプリンタを接続させてある場
合には、この部分では欠陥部分がないものとして検査デ
ータが印刷される。

【００３０】一方、被検物６が欠陥部分Ｄを有している
場合には、被検査部Ｓにその欠陥部分Ｄが達すると、そ
の欠陥部分Ｄでは検査光α１が屈折若しくは散乱し、検
査光の進行する光路が変化する。このため、検査光α１
は、受光部４での受光位置が遮光部材４１の設けられた
遮光領域４Ａからずれ、受光部４の受光領域４Ｂに入射
・受光する。このため、受光部２での受光量は正常部分
での場合に比べて増大し、その分受光部４からの出力信
号、つまり電圧レベルなども高くなるわけである。従っ
て、２値化回路５１では、閾値を上回る電圧を受光部４
から入力することとなり、欠陥部分Ｄがあると判定され
て出力信号が出力回路５２へ出力される。これにより、
この部分には欠陥部分Ｄがあるとして検査データが印刷
される。

【００３１】なお、この実施形態では、第３レンズ３に
よってライン状のビームの広がりを抑えるように収束さ
せているが、そのビーム投光幅（Ｗ）に比べて被検物６
の幅が狭い場合には、被検物６の全幅に亙って検査する
ように構成してもよい。逆に、そのビーム投光幅（Ｗ）
に比べて被検物６の幅が広い場合には、専ら欠陥部分が
頻発する領域のみに検査光を投光させてもよいし、同一
構成の検査装置を並列配置させることで、被検物６の全
幅での検査も可能である。

【００３２】従って、この実施形態によれば、被検物６
を製造ラインなどで連続的に移送させるように構成して
おり、被検物６への照射の際に専用の走査機構を特に必
要としないので、単純な構成で、しかも低コストで製造
することができるようになる。また、この実施形態によ
れば、受光部に撮像用のカメラのような複雑で高価な部
品を必要とせず、単なるフォトダイオードや受光センサ
などで構成が可能であるから、さらにコストの削減を図
ることができる。更に、この実施形態では、第２レンズ
３に遮光部材３１を設けており、この第２レンズ３内部
での散乱によるゴースト光の生成を抑えることができる
ので、検出感度を向上させることができる。なお、この
発明の被検物としては、連続移送される長尺シート物を
用いているが、これ以外に例えば枚葉シート物（カット
シート）などでもよい。

【００３３】また、この実施形態の検査装置は、透明ま
たは反透明な被検物の欠陥部分を検出するように構成し
ているが、例えば表面部分に皺や擦り傷などの欠陥部分
を有する反射率の高いシート状などの被検物に対してそ
の欠陥部分を検出する検査装置としても適用可能であ
る。即ち、この場合には、光源及び第１ビーム成形手段
（必要に応じて、第２ビーム成形手段〜第３ビーム成形
手段）を、被検物の表面に対して検査光が一定の入射角
（例えばδ）で入射するように傾斜して配置する。一
方、光源からの検査光が被検物の正常部分で反射する場
合に、その反射点で正反射して戻る位置に受光領域が配
置されるように、受光部を、被検物の反射面側の空間
（先の実施形態とは異なり、光源側と同一空間）内で同
一角度（δ）に傾斜して配置すればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明で
は、被検物の長さ方向についての走査幅をライン（線）
状に細く狭めている一方、受光部も正常部分を透過した
そのライン状のビームが入射する領域をそのビームの幅
に合わせて遮光させており、被検物に対して欠陥の検出
を細かく行うことができるようになる。従って、複雑な
走査機構や高価なカメラなどを必要とせずに、換言すれ
ば、簡単な構造で、しかも低コストで欠陥部分の精度良
い検出を行うことができるので便宜である。

【００３５】また、この発明によれば、特に、検査光は
第３ビーム収束手段で被検物へ投光・照射するビームの
投光幅を狭めることができるように構成しており、検査
幅が比較的狭い被検物に対しては、これに合わせて狭め
た投光幅でビームを投光させることができるから、特に
検査幅が比較的狭い被検物に対して、合理的に欠陥部分
の検査を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の被検物の検査装置の構成を示す斜視
図である。

【図２】（Ａ）はこの発明の被検物の検査装置における
第３レンズの要部を示す拡大光路図であり、（Ｂ）は遮
光部材を設けない場合の欠点を示す光路図である。

【図３】この発明の被検物の検査装置の受光部を示すも
のであり、（Ａ）は被検物の正常面を照射したときの受
光状態を示す説明図、（Ｂ）は欠陥部分に照射したとき
の受光状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 光源 １１ 第１レンズ（シリンドリカルレンズ；第１ビー
ム成形手段） ２ 第２レンズ（シリンドリカルレンズ；第２ビー
ム成形手段） ３ 第３レンズ（シリンドリカルレンズ；第３ビー
ム成形手段） ３１ 遮光部材 ４ 受光部 ４Ａ 遮光領域 ４Ｂ 受光領域 ４１ 遮光部材 ５ 信号処理部 ５１ ２値化回路 ５２ 出力回路 α 検査光 θ 投光角度 Ｄ 欠陥部分 Ｓ 被検査部 Ｗ 投光幅 Ｘ 被検物の幅方向 Ｚ 被検物の長さ方向（移送方向）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物に向けて出射する光源からの検査
   光を被検物の幅方向と直交する長さ方向が細いライン状
   のビームに成形し、 このライン状に成形されたビームを検査光として被検物
   に投光し、 前記被検物に入射する前記検査光のうち、前記被検物の
   正常部分を透過若しくは正反射する検査光のみを遮光部
   材で遮光された受光部の遮光領域に入射・受光させると
   ともに、 前記被検物に入射する前記検査光のうち、前記被検物の
   欠陥部分で屈折若しくは散乱する検査光のみを前記受光
   部の遮光部材が設けられていない受光領域に入射・受光
   させ、 前記受光部の受光領域に受光する前記検査光の光量又は
   光強度に応じた出力信号から被検物の欠陥部分を検出す
   ることを特徴とする被検物の検査方法。
2. 【請求項２】 前記被検物にライン状のビームを投光す
   るのに先立ち、前記被検物の長さ方向と直交する幅方向
   でのビームの投光領域が狭まるようにこのビームを収束
   ・調整することを特徴とする請求項１に記載の被検物の
   検査方法。
3. 【請求項３】 被検物に向けて検査光を出射する光源
   と、 この光源からの検査光を、被検物に投光する際に被検物
   の幅方向と直交する長さ方向が細いライン状のビームに
   成形する第１ビーム成形手段と、 前記被検物に入射する検査光のうち、前記被検物の正常
   部分を透過若しくは正反射する検査光が入射・受光する
   遮光部材で遮光された遮光領域と、前記被検物の欠陥部
   分で屈折または散乱した検査光が入射・受光しこの入射
   ・受光する検査光の光量若しくは光強度に応じた信号を
   出力する遮光領域を除いて設けた受光領域とを有する受
   光部と、 この受光部からの出力信号を入力して前記被検物の欠陥
   部分を検出する信号処理部とを備えたことを特徴とする
   被検物の検査装置。
4. 【請求項４】 前記被検物の幅方向と直交する長さ方向
   が細いライン状のビームに成形された前記検査光を、前
   記被検物の長さ方向でのビームの投光領域が狭まるよう
   に収束させる第２ビーム成形手段と、 前記被検物の長さ方向と直交する幅方向でのビームの投
   光領域が狭まるように前記検査光を収束させる第３ビー
   ム成形手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載
   の被検物の検査装置。
5. 【請求項５】 前記光源と少なくとも前記第１ビーム成
   形手段とを、レーザダイオードとレンズとを一体に組合
   わせたレーザダイオードモジュールで構成したことを特
   徴とする請求項３に記載の被検物の検査装置。
6. 【請求項６】 前記受光部は、半導体光検出器で構成し
   たことを特徴とする請求項３に記載の被検物の検査装
   置。
7. 【請求項７】 前記第１ビーム成形手段、前記第２ビー
   ム成形手段及び前記第３ビーム成形手段に、それぞれシ
   リンドリカルレンズを用いるとともに、 前記第３ビーム成形手段のシリンドリカルレンズ両端部
   に遮光部材を設けたことを特徴とする請求項３または４
   に記載の被検物の検査装置。