JP2003240729A

JP2003240729A - 表面検査方法及び装置

Info

Publication number: JP2003240729A
Application number: JP2002038134A
Authority: JP
Inventors: Koji Haruyama; 弘司春山; Shinsuke Tsuruoka; 真介鶴岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】装置の小型化とコストダウンを図ることがで
きるとともに、検出精度のバラツキを抑えることができ
る表面検査方法及び装置を提供すること。【構成】光学的に円筒体外表面を検査する表面検査方
法において、２種類の光学系を円筒体周方向の対向位置
にそれぞれ配する。ここで、前記２種類の光学系は、１
種類は表面反射率異常を検出し、もう１種は反射角異常
を検出する光学系である。又、前記円筒体外表面の検査
対象は、円筒体外表面に塗布された薄膜によって構成さ
れる塗工面全域である。光学的に円筒体外表面を検査す
る表面検査装置において、２種類の光学系を円筒体周方
向の対向位置にそれぞれ配する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面検査方法及び
装置に関し、円筒体の表面形状の緩やかな変化異常や表
面の反射率異常を検出することに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複写機等に用いられる数多く
の円筒体形状の部品、例えば感光体ドラム等は、その表
面上に傷や異物の付着、汚れ、色ムラ、膜厚ムラによる
凸凹等の欠陥が存在すると製品の転写性能が低下するた
めにその表面状態を厳密に検査する必要がある。こうし
た検査は、従来、人による目視検査が行われていたが、
大量の検査を人手で行うには多くの人員が必要で、又、
人によって検査結果のバラツキや疲労による検査能力の
低下等の問題があり、近年、人の目視検査に代わる欠陥
検査方法及び装置が提案されている。その代表的なもの
として特開平６−１３７８４４号が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図７は特開平６−１３
７８４４号の構成例である。

【０００４】図７において、照明光源２０００の光を光
ファイバー３０００にて照明されている被検査体１００
０の表面を正反射受光用１次元型ＣＣＤカメラ５０００
及び散乱反射光受光用１次元型ＣＣＤカメラ４０００で
スキャンして測定する。この例において、正反射光の投
受光系は被検査体の軸に垂直な方向から投光し、その入
射角に等しい出射角にて受光系を配置するために、どう
しても被検査体の直径に比較して可成り大きい配置が必
要となり、装置全体が大きいものとなってしまい、この
正反射投受光系の配置が装置全体の大きさを決定してし
まうという課題がある。

【０００５】又、通常、このような表面検査は、他工程
での異常を検知するための手段として用いられることか
ら、例えば塗布工程の直後に配置する等の運用が考えら
れるが、上述したように装置の構成が大きくなってしま
うため、前工程との距離を或る程度大きく取らなければ
ならず、被検査体の搬送部も大掛かりなもとのなってし
まい、搬送時間も掛かってしまうため、極力、隣接する
工程間の距離は小さくできる構成が望まれている。

【０００６】又、この構成にて検査する表面の読取り分
解能を上げようとすれば、複数台のカメラを設置する必
要があり、その分、装置が大型化しコストも上がってし
まう欠点がある。更に、複数台カメラ故のカメラ間の感
度の違いによる検出精度のバラツキといった問題も生じ
る。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、装置の小型化とコストダウン
を図ることができるとともに、検出精度のバラツキを抑
えることができる表面検査方法及び装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光学的に円筒体外表面を検査する表面検
査方法において、２種類の光学系を円筒体周方向の対向
位置にそれぞれ配することを特徴とする。

【０００９】又、本発明は、光学的に円筒体外表面を検
査する表面検査装置において、２種類の光学系を円筒体
周方向の対向位置にそれぞれ配することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の特徴を最も良く表す図面で
あり、図１において、１は表面検査を行う被検査体であ
る感光体ドラム、８は照明光源である半導体レーザ、７
は半導体レーザから出射される光を集光する集光レン
ズ、６は円筒レンズ、５ａ，５ｂは絞り、４は入射した
光を平行にする平凸レンズ、１２ａ，１２ｂは感光体ド
ラム１の軸方向から所定の角度で入射する平行光、１０
は感光体ドラム１上に照射されたライン状の平行光、１
１ａ，１１ｂは入射光１２ａ，１２ｂが感光体ドラム１
の表面にて正反射する正反射光、３は正反射光１１ａ，
１１ｂを受光する１次元の撮像素子から成る長尺セン
サ、２ａは長尺センサ３からの信号を処理し欠陥検出処
理を行う欠陥検出処理部である。

【００１２】又、１３は感光体ドラム１の長手方向全域
表面を照射する散乱光光源、１４は感光体ドラム１表面
からの散乱光を受光する１次元の撮像素子から成る受光
系、２ｂは１次元撮像素子から成る受光系１４からの信
号を処理し欠陥検出処理を行う欠陥検出処理部である。
又、９は感光体ドラム１を所定の速度で回転させること
ができる回転機構部である。

【００１３】上記構成において、半導体レーザ８から出
射された光は、集光レンズ７により集光され、更に円筒
レンズ６に入射する。円筒レンズ６は入射した光を或る
方向のみに広げる性質を持ち、円筒レンズ６から出射さ
れた光はライン状の光となる。円筒レンズ６から出射さ
れたライン状の光は平凸レンズ４に入射する。平凸レン
ズ４は入射されたライン状の光のラインの幅方向の広が
りはそのままで、ライン状の光の長手方向の広がり分を
平行にする働きをするものである。

【００１４】ここで、平凸レンズ４はライン状の光の長
手方向のみ平行にすれば良いために、入射するライン状
の光の線幅より僅かに大きい部分を残して両端が切断さ
れており、被検査体である感光体ドラム１の直径よりも
十分薄い構成が可能となっている。

【００１５】平凸レンズ４から出射され感光体ドラム１
に入射する入射光１２ａ，１２ｂは平行光となり、感光
体ドラム１上にライン状平行光１０として照射される。
ここで、ライン状平行光１０のラインの長手方向は、ド
ラムの軸方向と一致するように、半導体レーザ８、集光
レンズ７、円筒レンズ８、平凸レンズ４が配置されてい
る。

【００１６】又、ライン状平行光１０の入射光路１２
ａ，１２ｂは、感光体ドラム１に対して所定の角度をも
って照射されており、又、その照射範囲は、感光体ドラ
ム１全域を照射するような構成となっている。感光体ド
ラム１に照射されたライン状平行光１０は、入射光路１
２ａ，１２ｂの入射角と等しい角度にて正反射され、正
反射光１１ａ，１１ｂとして長尺センサ３の受光面に入
射する。長尺センサ３は、ライン状平行光をその受光部
分に一致させるように１次元の受光素子から構成され、
又、センサ長は、受光する平行光幅よりも十分長いもの
が必要で、例えば、画像入力装置等に使用されている１
次元の密着型イメージセンサを用いれば良い。

【００１７】本実施の形態においては、センサ長２１６
ｍｍ、解像度１２００ｄｐｉの密着型イメージセンサを
用いた。この場合、センサ上に構成されている受光素子
の総画素数は１０２００画素、１画素当たりの分解能は
２１μｍ／画素となり、十分高精細な検査が可能であ
る。又、特別にレンズ等の結像系を用いずにライン状平
行光をその受光部に直接入射させるので、受光部を非常
に簡略な形態で構成できる。このような構成にて作り出
された平行光束を被検査体の表面に照射すると、緩やか
な凸凹を持つ表面形状に起因した正反射光の反射角の変
化、即ち反射角異常が、長尺センサ３の受光面上で光強
度分布の変化として現れる。この光強度分布を長尺セン
サ３にて映像信号として電気信号に変換され、欠陥検出
処理部２ａにて表面形状の欠陥として検出される。ここ
で、感光体ドラム１は、回転機構９にて所定の回転数に
て一定速度にて回転されており、感光体ドラム１の全周
に亘る表面状態の検査が可能となる。

【００１８】又、散乱光光源１３にて照射された感光体
ドラム１の表面状態は、１次元の撮像素子から成る受光
系１４によって撮像される。この場合、感光体ドラム１
上に存在する色ムラや付着物等、感光体ドラム１自体の
色あいと異なった各種の欠陥の像を、１次元の撮像素子
から成る受光系１３によって、そのコントラスト変化、
即ち表面反射率異常が映像信号として電気信号に変換さ
れ、欠陥検出処理部２ｂにて欠陥として検出される。こ
こでも、感光体ドラム１は、回転機構９にて所定の回転
数にて一定速度にて回転されており、感光体ドラム１の
全周に亘る表面状態の検査が可能となる。ここで、上記
構成で説明した正反射投受光系と散乱光投受光系の２種
類の光学系は図１に示されているように、感光体ドラム
１の円筒周方向の対向位置に配置されている。

【００１９】次に、図２は本発明の特徴である円筒検査
体の軸方向からライン状の平行光を、被検査体の全域に
亘って一括照射する場合の、正反射投受光系における入
射角と平行光幅、照射範囲を説明する図であり、その具
体的な構成値の例を図３ａ、図３ｂにて説明する。

【００２０】図２において、１は被検査体である感光体
ドラム、４は平凸レンズ、３は長尺センサである。図１
において説明したライン状の光は、平凸レンズ４にて幅
ＢＷ１なる平行光となる。このときの平行光は入射角θ
１，θ２なる角度にて、感光体ドラム１の軸方向から照
射される。ここで入射する光が平行であるので、θ＝θ
１＝θ２である。入射したライン状の平行光は感光体ド
ラム１上にてθ３，θ４なる反射角度にて反射する。こ
のとき、入射と出射は正反射の関係にあるので、θ＝θ
３＝θ４＝θ１＝θ２となっている。

【００２１】感光体ドラム１上で正反射したライン状の
平行光は、幅ＢＷ２＝ＢＷ１なる平行光として長尺セン
サ３に到達する。ここで、照射されるライン状の平行光
の感光体ドラム１上での照射範囲はＷ２となる。Ｗ１は
被検査体の検査範囲、感光体ドラムであれば感光層が塗
布されている領域の全域を表す。照射範囲Ｗ２は検査範
囲Ｗ１の全域を一括して照射するような設定となってい
る。

【００２２】このような構成にてライン状の平行光を感
光体ドラム１の表面に照射することで、感光体ドラム１
の表面検査を一括して行うことが可能となり、従来例で
見られたような複数の投受光系にて表面を分割して検査
する必要がなくなり、装置の簡略化とコストの低減が実
現できる。

【００２３】図２の構成にて具体的に照射範囲Ｗ２、平
行光幅ＢＷ１、照射角θがどのような値となるかを図３
ａ、図３ｂに示す。図３ａは照射範囲Ｗ２を３６０ｍｍ
にした場合の照射角θ、平行光幅ＢＷ１の値である。こ
こで、照射角θは欠陥の表面形状によって決定される。
欠陥の表面形状は緩やかな凸凹を持つが、この変化が緩
やかであれば照射角θは浅く（小さく）する必要があ
り、変化が大きければ照射角θは深く（大きく）ても検
出ができる。

【００２４】本実施の形態においては、照射角１０度〜
２５度で良好な欠陥検出結果が得られた。但し、この照
射角θはこの値の範囲に限定されるものではない。図３
ｂは照射角θを２５度にした場合の照射範囲Ｗ２、平行
光幅ＢＷ１の値である。この場合、照射範囲Ｗ２を変化
させるには、平行光幅ＢＷ１を変えれば良いことが分か
る。被検査体である感光体ドラムは、様々な長さを持っ
た機種が存在し、その都度、その長さに対応した照射範
囲Ｗ２を設定する必要が生じるが、本発明の場合、照射
範囲Ｗ２の変更は、図１における絞り５ａ，５ｂを調整
するだけで容易に実現できる。仮に被検査体である感光
体ドラム１の図中下側を基準とした場合、ライン状平行
光１２ｂの照射位置の下端を絞り５ｂによって調整し固
定しておく。

【００２５】感光体ドラム１の長さが変わっても図中下
側を基準としているために、絞り５ｂにて決定された照
射位置は変わらない。そこで、感光体ドラム１の長さの
違いに対応するには、ライン状平行光１２ａの位置を変
えれば良く、絞り５ａの位置を変化させれば、照射され
る光１２ａが遮られて、現状よりも短いものにも容易に
対応することができる。この場合、平凸レンズ４や長尺
センサ３の位置を変化させる必要はなく、絞り５ａの調
整だけで済み、調整に多大な時間を要する投受光系の光
軸調整等が一切不要となるために、被検査体である感光
体ドラム１の長さの違いにも容易に対応可能となる。

【００２６】次に、本発明の特徴である、正反射投受光
系と散乱光投受光系が円筒周方向の対向位置に配置され
ている構成について図４を用いて説明する。

【００２７】図４において、１は被検査体である感光体
ドラム、１５は散乱光投受光系であり、散乱光光源１
３、１次元の撮像素子から成る受光系１４によって構成
されている。１６は正反射投受光系である。感光体ドラ
ム１は図中の矢印方向に、工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃと順
に送られてくるものである。図４では工程Ｂが本発明の
表面検査工程となっている。ここで、散乱光投受光系１
５と正反射投受光系１６は感光体ドラム１の円筒周方向
の対向位置に配置されている。このような配置が可能と
なるには、本発明の特徴である感光体ドラム１の軸方向
からライン状平行光を照射する構成が不可欠である。

【００２８】従来の正反射光の投受光系は感光体ドラム
の軸に垂直な方向から投光し、その入射角に等しい出射
角にて受光系を配置するために、どうしても感光体ドラ
ム１の直径に比較して可成り大きい配置が必要となり、
正反射投受光系の配置が装置全体の大きさを決定してし
まう。この場合、対向位置へ配置しても前後の工程と干
渉してしまい、干渉を防ぐには、工程間の間隔を可成り
大きく取らねばならず、結果として装置全体が大きくな
ってしまう。

【００２９】本発明においては、装置構成上、最も設置
場所を占有する正反射投受光系１６が感光体ドラム１の
軸方向からライン状平行光を照射する構成となってお
り、ライン状平行光を作成する平凸レンズ４は、ライン
状の光の長手方向のみを平行にすれば良く、入射するラ
イン状の光の線幅より僅かに大きい部分を残して両端が
切断されており、被検査体である感光体ドラム１の直径
よりも十分薄い構成が可能で、又、受光側の長尺センサ
３もライン状平行光を、その１次元の受光部分に一致さ
せて受光すれば良く、感光体ドラム１の直径より十分薄
い構成が可能であるため、このような構成から成る正反
射投受光系１６を散乱光投受光系１５の対向位置に配置
することが可能となる。

【００３０】又、このような配置が可能となることで、
前後の工程の間隔を狭めることができる。本発明におい
ては、従来最も設置場所を占有する正反射投受光系１６
が、感光体ドラム１の直径以下に構成できるために、感
光体ドラム１の直径近くに工程間隔を狭めることが可能
である。又、その設置場所を占有しないため、あらゆる
工程の間に表面検査装置を配置することも可能となる。

【００３１】次に、本発明の構成例と動作を図５ａ、図
５ｂ、図６ａ、図６ｂを用いて説明する。

【００３２】図５ａは本発明の１構成例のブロック図で
あり、その動作フローチャートを図６ａに示す。又、図
５ｂは別の構成例のブロック図であり、その動作フロー
チャートを図６ｂに示す。

【００３３】図５ａにおいて、１５は散乱光投受光系、
１６は正反射投受光系、２は欠陥検出処理部、３は他工
程も含めて装置全体を制御する制御部であり、図６ａに
てその動作を説明する。

【００３４】図６ａにおいて、Ｓ１にて前工程より被検
査体である感光体ドラム１が表面検査工程へ搬送され
る。搬送が完了した時点で、Ｓ２により、感光体ドラム
１を所定の回転数にて一定速度にて連続回転させる。次
に、Ｓ３により、正反射投受光系１６より得られる映像
信号が欠陥検出処理部２へ入力され、感光体ドラム１の
表面全周、全域に亘る画像として入力される。このと
き、設定された回転数と、長尺センサ３の１走査周期時
間により、読み込まれる画像の回転方向の分解能が決定
される。

【００３５】次に、Ｓ４にて、Ｓ３において入力された
正反射画像についての欠陥検出処理が行われる。ここで
は、緩やかな凸凹を持つ表面形状に起因した正反射光の
反射角の変化、即ち反射角異常がある場合、欠陥の候補
とし、その部位の面積、濃度、座標、個数が算出され
る。次にＳ５により、散乱光投受光系１５より得られる
映像信号が欠陥検出処理部２へ入力され、感光体ドラム
１の表面全周、全域に亘る画像として入力される。この
とき、設定された回転数と、１次元の撮像素子から成る
受光系１４の１走査周期時間により、読み込まれる画像
の回転方向の分解能が決定される。

【００３６】次に、Ｓ６にて、Ｓ５において入力された
散乱光画像についての欠陥検出処理が行われる。ここで
は感光体ドラム１上に存在する色ムラや付着物等のコン
トラスト変化、即ち表面反射率異常がある場合、欠陥の
候補とし、その部位の面積、濃度、座標、個数が算出さ
れる。この時点で正反射投受光系及び散乱光投受光系か
らの欠陥の候補点の面積、濃度、座標、個数が得られて
おり、その演算結果を元に、Ｓ７にてその候補点が良品
であるか不良品であるかの判断を行う。こうして得られ
た良品、不良品の判断結果は、Ｓ８にて制御部に伝えら
れる。ここで、１本の被検査体についての検査が終了し
たので、Ｓ９にて被検査体の回転を停止し、Ｓ１０にて
被検査体を次工程へ搬送すると同時に、Ｓ１にて前工程
より次に検査すべき被検査体を搬送してくることで、一
連の表面検査工程のサイクルが終了する。

【００３７】次に、図５ｂにて別の構成例を説明する。

【００３８】図５ｂにおいて、１５は散乱光投受光系、
１６は正反射投受光系、２ｂは散乱光投受光系からの信
号を処理する欠陥検出処理部、２ａは正反射投受光系１
６からの信号を処理する欠陥検出部、３は他工程も含め
て装置全体を制御する制御部であり、図６ｂにてその動
作を説明する。

【００３９】図６ｂにおいて、Ｓ２０にて前工程より被
検査体である感光体ドラム１が表面検査工程へ搬送され
る。搬送が完了した時点で、Ｓ２１により、感光体ドラ
ム１を所定の回転数にて一定速度にて連続回転させる。
次に、Ｓ２２、Ｓ２４にて正反射投受光系１６より得ら
れる映像信号が欠陥検出処理部２ａへ、散乱光投受光系
１５より得られる映像信が欠陥検出処理部２ｂへ同時に
入力され、Ｓ２３、Ｓ２５にて正反射画像、散乱光画像
に対する欠陥検出処理がそれぞれ同時に行われ、それぞ
れの欠陥候補点の面積、濃度、座標、個数が算出され
る。その演算結果を元に、Ｓ２６にてその候補点が良品
であるか不良品であるかの判断を行う。こうして得られ
た良品、不良品の判断結果は、Ｓ２７にて制御部に伝え
られる。

【００４０】ここで、１本の被検査体についての検査が
終了したので、Ｓ２８にて被検査体の回転を停止し、Ｓ
２９にて被検査体を次工程へ搬送すると同時に、Ｓ２０
にて前工程より次に検査すべき被検査体を搬送してくる
ことで、一連の表面検査工程のサイクルが終了する。こ
の動作例では、正反射画像と散乱画像を同時に入力、処
理するので、検査時間を短縮することができる。

【００４１】以上、本発明の一実施の形態について述べ
たが、説明において被検査体を感光体ドラムとして説明
したが、被検査体の表面からの正反射光、散乱光が得ら
れる円筒体であれば、感光体ドラムに限定されるもので
はなく、それ以外の円筒体の表面検査においても本発明
の実施が可能であることは、本発明の原理上、明らかで
あることは言うまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正反射投受光系が被検査体の直径以下の幅で構成するこ
とが可能なために、従来、装置構成上、最も設置場所を
占有する正反射投受光系の配置を、散乱光投受光系の配
置位置に対して円筒体周方向の対向位置に置くことが可
能となり、従来課題であった装置の大型化という問題を
解決することができ、装置を小型化することによって装
置全体のコストを下げることが可能となった。又、本発
明によれば、装置が小型化できるために、隣接する他工
程との距離を小さくすることが可能で、被検査体の搬送
距離も短くでき、搬送時間の短縮、搬送装置のコストダ
ウンにも寄与する。又、被検査体に対して正反射投受光
系と散乱光投受光系が対向位置に配置されるため、被検
査体自体が、互いの投受光系の遮光部の働きとなり、互
いの光が干渉することなく、同一の被検査体について同
時に検査することが可能となるため、検査時間の短縮効
果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面検査方法を構成する装置図であ
る。

【図２】軸方向からライン状平行光を照射することを説
明する図である。

【図３】照射角、照射範囲、平行光幅の具体的な値を示
す図である。

【図４】正反射投受光系と散乱光投受光系の配置を示す
図である。

【図５】装置構成例を示す図である。

【図６】動作を示すフローチャートである。

【図７】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１被検査体２ａ欠陥検出処理部２ｂ欠陥検出処理部３長尺センサ４平凸レンズ５ａ，５ｂ絞り６円筒レンズ７集光レンズ８半導体レーザ９回転機構１０照射されたライン状平行光１１ａ，１１ｂ平行光１２ａ，１２ｂ平行光１３散乱光光源１４１次元撮像素子から成る受光系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA35 AA49 BB06 BB08 BB16 CC00 DD00 DD02 FF42 GG06 GG12 GG16 HH02 HH03 HH05 HH12 HH14 HH17 JJ02 JJ05 JJ08 JJ09 JJ25 LL04 LL08 LL30 QQ03 QQ21 QQ24 QQ28 QQ51 RR05 RR06 2G051 AA90 AB01 AB07 BA01 BA10 CA03 CB01 CB05 DA08 EB01 2H134 QA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に円筒体外表面を検査する方法に
おいて、２種類の光学系を円筒体周方向の対向位置にそれぞれ配
することを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】前記２種類の光学系は、１種類は表面反
射率異常を検出し、もう１種は反射角異常を検出する光
学系であることを特徴とする請求項１記載の表面検査方
法。
【請求項３】前記円筒体外表面の検査対象は、円筒体
外表面に塗布された薄膜によって構成される塗工面全域
であることを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。
【請求項４】光学的に円筒体外表面を検査する装置に
おいて、２種類の光学系を円筒体周方向の対向位置にそれぞれ配
することを特徴とする表面検査装置。
【請求項５】前記２種類の光学系は、１種類は表面反
射率異常を検出し、もう１種は反射角異常を検出する光
学系であることを特徴とする請求項４記載の表面検査装
置。
【請求項６】前記円筒体外表面の検査対象は、円筒体
外表面に塗布された薄膜によって構成される塗工面全域
であることを特徴とする請求項４記載の表面検査装置。