(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が円筒面である物体を検査する表面検査装置であって、
前記円筒面のうち第１の領域を、該第１の領域の接線方向としての前記円筒面の母線方向に対して９０°より小さい第１の角度をなす方向から照明する第１の照明手段と、
前記円筒面のうち前記第１の領域とは該円筒面の周方向において異なる領域である第２の領域を、該第２の領域の接線方向に対して０°以上１０°以下であり、且つ、前記第１の角度より小さい第２の角度をなす方向から照明する第２の照明手段と、
前記第１及び第２の照明手段によりそれぞれ照明された前記第１及び第２の領域を、該第１の領域の法線方向であって前記第２の領域の法線方向に対して傾いた方向から同時に撮像する撮像手段とを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記第２の領域の接線方向は、前記円筒面の母線方向又は前記円筒面の母線方向に対して交差する方向であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面を検査する表面検査装置に関し、特に、表面が曲面である物体の検査に適した表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような表面検査装置には、物体に照明光を照射し、該物体の表面での反射光により得られる画像に基づいて、該表面に存在するゴミ等の異物やケバ等の欠陥を検査するものがある。このような表面検査装置において、照明光を物体の表面（曲面）の接線方向に近い方向から照射して散乱反射させ、該表面をその法線方向から撮像すると、異物や欠陥を検出し易いことが知られている。
【０００３】
このような表面検査装置は、例えば、複写機やレーザープリンタで使用される感光体ドラム、定着ローラといった円筒形状の物体の表面を検査する際によく用いられる。また、同様の装置を人間の角膜検査に適用した例が、特許文献１にて開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１９４６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の表面検査装置では、物体の表面に正常な表面状態としての不均一性（凹凸等）がある場合に、該表面状態と異物や欠陥とを見分けることが困難であった。言い換えれば、表面検査においては、正常な表面状態と異物や欠陥とを分離することが重要である。
【０００５】
本発明は、物体の正常な表面状態による影響を少なくして、表面に存在する異物や欠陥を精度良く検出することができるようにした表面検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての表面検査装置は、表面が円筒面である物体を検査する。該表面検査装置は、該円筒面のうち第１の領域を、該第１の領域の接線方向としての該円筒面の母線方向に対して９０°より小さい第１の角度をなす方向から照明する第１の照明手段と、該円筒面のうち第１の領域とは該円筒面の周方向において異なる領域である第２の領域を、該第２の領域の接線方向に対して０°以上１０°以下であり、且つ、前記第１の角度より小さい第２の角度をなす方向から照明する第２の照明手段と、第１及び第２の照明手段によりそれぞれ照明された第１及び第２の領域を、該第１の領域の法線方向であって第２の領域の法線方向に対して傾いた方向から同時に撮像する撮像手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、物体の表面（円筒面）に存在する異物や欠陥を、正常な表面状態から受ける影響を少なくして精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１(Ａ)及び図１(Ｂ)には、本発明の実施例１である表面検査装置を示している。
【００１０】
これらの図において、６は円筒面としての表面を有する物体（被検査物）であり、具体的には、複写機やレーザープリンタで使用される感光体ドラムや定着ローラである。該物体６は、不図示の回転機構によって、中心軸回りで回転駆動される。
【００１１】
４はデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置（撮像手段：以下、カメラという）である。図１(Ａ)は、該装置を物体６の中心軸とカメラ４の撮像光軸５とを含む平面に対して垂直な方向から見た図であり、図１(Ｂ)は、該装置を物体６の軸方向から見た図である。
【００１２】
９はキセノンランプ等により構成される第１の光源、１０は該第１の光源９からの光束を平行光束（若干の発散及び収束光束を含んでいてもよい）に変換する第１のレンズである。第１の光源９と第１のレンズ１０により、第１の照明系（第１の照明手段）が構成される。
【００１３】
第１の照明系は、第１のレンズ１０によって指向性が付与された照明光（以下、第１の照明光という）により、物体６の円筒面のうち図１(Ｂ)及び図２に示す第１の領域１１を、該第１の領域１１の接線方向Ｔ１に対して第１の角度θ１をなす方向から照明する。言い換えれば、第１の照明系の光軸ＡＸＬ１が、接線方向Ｔ１に対して第１の角度θ１をなす。図２には、物体６をカメラ４側から見て示している。
【００１４】
第１の領域１１は、カメラ４（撮像レンズ）に対向する領域である。すなわち、図１(Ａ)及び図１(Ｂ)に示すように、カメラ４は第１の領域１１の法線方向に配置されている。
【００１５】
第１の照明光は、実際には物体６の円筒面のうち第１の領域１１よりも周方向にて広い範囲（円筒面のほぼ半分）に照射されるが、第１の照明光のうち散乱反射光が所定の強度でカメラ４に向かう第１の領域１１が、第１の照明系に対する有効被検査領域となる。
【００１６】
また、第１の領域１１の接線方向Ｔ１は、物体６の円筒面の母線方向（物体の軸方向に平行な方向）に相当する。
【００１７】
７はキセノンランプ等により構成される第２の光源、８は該第２の光源７からの光束を平行光束（若干の発散及び収束光束を含んでいてもよい）に変換する第２のレンズである。第２の光源７と第２のレンズ８により、第２の照明系（第２の照明手段）が構成される。
【００１８】
第２の照明系は、第２のレンズ８によって指向性が付与された照明光（以下、第２の照明光という）により、物体６の円筒面のうち図１(Ｂ)及び図２に示す第２の領域１２を、該第２の領域１２の接線方向Ｔ２に対して第２の角度θ２をなす方向から照明する。言い換えれば、第２の照明系の光軸ＡＸＬ２が、接線方向Ｔ２に対して第２の角度θ２をなす。第２の領域１２の接線方向Ｔ２は、物体６の円筒面の母線方向に相当する。
【００１９】
ここで、第２の角度θ２は、０°以上かつ第１の角度θ１よりも小さい角度であり、できるだけ０°に近い方が好ましい。
【００２０】
第２の領域１２は、物体６の円筒面において第１の領域１１に周方向にて隣接する領域である。該第２の領域１２の法線方向ｎは、第１の領域１１の法線方向に対して傾いている。
【００２１】
カメラ４は、第１及び第２の領域１１，１２からの散乱反射光を受けることで、該第１及び第２の領域１１，１２を撮像し、検査画像を生成する。前述したように、カメラ４は、第１の領域１１の法線方向に配置されている。また、図１(Ｂ)に示すように、カメラ４は、第２の領域１２の法線方向ｎに対して傾いた方向に配置されている。言い換えれば、カメラ４の撮像光軸５が、第１の領域１１の法線方向に一致し、かつ第２の領域１２の法線方向に対して傾いている。
【００２２】
１つの物体６に対して、該物体６を所定角度ずつ回転させながら複数回の撮像を行うことにより、物体６の円筒面の全面を写した複数の検査画像を生成することができる。
【００２３】
検査画像は、不図示のコンピュータに取り込まれたりモニタに表示されたりする。そして、コンピュータによる検査画像に対する画像解析処理や検査者による検査画像の目視によって、第１及び第２の領域１１，１２に存在する異物や欠陥を検出することができる。なお、図において、３は第２の領域１１に存在する異物や欠陥を示している。
【００２４】
カメラ４の撮像タイミングに同期して第１の光源９と第２の光源７を同時に発光させることにより、第１の領域１１と第２の領域１２を１つの画像内に取り込むことができる。このように、第１の領域１１と第２の領域１２を同時に撮像することで、１つの物体６に対する撮像回数を減らしたり、撮像により得られた画像をコンピュータやモニタに転送するまでの時間を短縮したりすることができる。ただし、第１の領域１１と第２の領域１２に対して異なるタイミングで別々の撮像を行ってもよい。このことは、後述する実施例でも同じである。
【００２５】
ここで、カメラ４には、第１の方向から第１の領域１１に照射されて該第１の領域１１にて散乱反射した第１の照明光のうち、概ね第１の照明系の光軸ＡＸＬ１とカメラ４の撮像光軸５とを含む平面に沿った方向に散乱反射した光が取り込まれる。この光は、第１の領域１１の概ね全体にわたって大きな光量を有する。このため、第１の領域１１に含まれる異物や欠陥が、その大きさや形状によっては該第１の領域１１の正常な表面状態（凹凸等）に紛れてしまい、検出されない可能性がある。
【００２６】
このため、本実施例では、第２の照明光を、第１の照明光の照射方向（第１の方向）に比べて物体６の円筒面の接線方向に対してなす角度が小さい照射方向（第２の方向）から第２の領域１２に照射する。さらに、第２の領域１２で散乱反射した光のうち第２の領域１２の法線方向ｎから大きく傾いた方向に向かう側方散乱光を主してカメラ４により取り込む。
【００２７】
これにより、第２の領域１２のうち正常な表面状態を有する部分で散乱反射してカメラ４に取り込まれる光の光量に比べて、異物や欠陥によって散乱反射してカメラ４に取り込まれる光の光量が大きくなる。したがって、第１の領域１１では正常な表面状態に紛れてしまうような大きさや形状を有する異物や欠陥でも、第２の領域１２において容易に検出することができる。
【００２８】
散乱光による異物や欠陥の検出原理について、図３及び図４を用いて説明する。まず図３において、１は曲面のうち微小な領域（微小面）を示す。この微小面１は、ある傾きを持った平面により近似される。微小面１の法線方向をｎとし、該微小面１に入射する照明光線を２とする。カメラ４の撮像光軸５は、法線方向ｎと照明光線２を含む面（ここでは入射面という）内に設定され、法線方向に対して角度θをなし、照明光線２に対して角度φをなす。
【００２９】
このとき、カメラ４に入射する微小面１での反射光線の方向が、入射面内において照明光線２の方向と９０°以上の角度をなすように設定する。これにより、入射面内において法線方向ｎから大きく傾いた方向に向かう後方散乱光による撮像を行うことができる。なお、法線方向ｎに散乱反射した光はカメラ４には入射しない。このようにして、カメラ４により、法線方向ｎへの反射光を用いず、後方散乱光を用いた撮像を行うことで、光の散乱性が大きい異物や欠陥に対して敏感な（つまりは、異物や欠陥からの反射光量が大きな）検出画像を生成することができる。
【００３０】
なお、本実施例では、撮像光軸５が第２の領域１２の法線方向ｎと一致していないために、第２の領域１２の全体にカメラ４のピントを合わせることは難しい。しかし、第２の領域１２の画像のぼけは、カメラ４のＦ値を調節したりフォーカス位置を適切に設定したりすることで、異物や欠陥の解像に必要な範囲に抑えることができる。本実施例では、異物や欠陥の微細な構造を求めるわけではなく、その存在や大きさを評価することを目的としているので、多少デフォーカスした状態でも支障はない。
【００３１】
そして、後方散乱光による撮像を行うことで異物や欠陥に対して敏感な画像を取得できることは、側方散乱光による撮像を行う場合でも同様である。
【００３２】
図４において、撮像光軸５は、入射面に対して角度ηだけ傾いた面内に設定されている。この場合は、入射面外において法線方向ｎから大きく傾いた方向に向かう側方散乱光による撮像を行うことができる。なお、法線方向ｎに散乱反射した光はカメラ４には入射しない。このようにして、カメラ４により、法線方向ｎへの反射光を用いず、側方散乱光を用いた撮像を行うことで、光の散乱性が大きい異物や欠陥に対して敏感な検出画像を生成することができる。
【００３３】
実験によれば、図５に示すように、第２の照明光の照射方向（ＡＸＬ２）を、
０°≦θ２≦１０°
の範囲に設定することで、正常な表面状態の影響を大きく受けることなく、第１の領域１１では正常な表面状態に紛れてしまう異物や欠陥を特に良好に検出できた。
【実施例２】
【００３４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）には、本発明の実施例２である表面検査装置を示している。なお、これらの図において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付す。図６（Ａ）は、該装置を物体６の中心軸とカメラ４の撮像光軸５とを含む平面に対して垂直な方向から見た図であり、図６（Ｂ）は、該装置を物体６の軸方向から見た図である。
【００３５】
本実施例でも、第１の照明系は、第１のレンズ１０によって指向性が付与された第１の照明光により、物体６の円筒面のうち図６（Ｂ）及び図７に示す第１の領域１１を、該第１の領域１１の接線方向Ｔ１に対して第１の角度θ１をなす方向から照明する。本実施例でも、第１の領域１１の接線方向Ｔ１は、物体６の円筒面の母線方向に相当する。また、第１の領域１１は、実施例１と同様に、カメラ４に対向する領域（その法線方向にカメラ４が配置された領域）である。
【００３６】
一方、第２の照明系も、第２のレンズ８によって指向性が付与された第２の照明光により、物体６の円筒面のうち図６（Ｂ）及び図７に示す第２の領域１２を、該第２の領域１２の接線方向Ｔ２に対して第２の角度θ２をなす方向から照明する。ただし、第２の領域１２の接線方向Ｔ２は、実施例１とは異なり、物体６の円筒面の母線方向に対して交差する方向である。交差する方向とは、母線方向に対して直交する方向でもよいし、該直交方向から傾いていてもよい。図７には、物体６をカメラ４側から見て示している。
【００３７】
なお、第２の角度θ２は、０°以上かつ第１の角度θ１よりも小さい角度であり、できるだけ０°に近い方（０°≦θ２≦１０°）が好ましい。
【００３８】
また、第２の領域１２は、物体６の円筒面において第１の領域１１の一部に対して周方向にて隣接する領域である。該第２の領域１２の法線方向ｎは、第１の領域１１の法線方向に対して傾いている。
【００３９】
カメラ４は、第１及び第２の領域１１，１２からの散乱反射光を受けることで、該第１及び第２の領域１１，１２を撮像し、検査画像を生成する。１つの物体６に対して、該物体６を所定角度ずつ回転させながら複数回の撮像を行い、１回転ごとに第２の照明系を円筒面の母線方向に所定量移動させる。こうして、物体６の円筒面の全面を写した複数の検査画像を生成することができる。
【００４０】
本実施例でも、第２の照明光を、第１の照明光の照射方向（第１の方向）に比べて物体６の円筒面の接線方向に対してなす角度が小さい照射方向（第２の方向）から第２の領域１２に照射する。そして、図３において説明したように、第２の領域１２で散乱反射した光のうち第２の領域１２の法線方向ｎから大きく傾いた方向に向かう後方散乱光を主としてカメラ４により取り込む。このため、第１の領域１１では正常な表面状態に紛れてしまうような異物や欠陥でも、第２の領域１２において容易に検出することができる。
【００４１】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【００４２】
実施例１及び実施例２では、物体６の円筒面の母線方向及びこれに交差する方向を接線方向とした場合について説明したが、接線方向は円筒面に対する接平面上であれば、任意の方向でよい。
【００４３】
また、実施例１の第２の照明系と実施例２の第２の照明系を組み合わせて、第２の領域に対して互いに異なる方向から第２の照明光を照射してもよい。これにより、第２の領域に存在する異物や欠陥の異方性に対しても安定した評価が可能となる。
【００４４】
例えば、まず実施例１の第２の照明系を用いて異物や欠陥の検出を行い、該検出によっては異物や欠陥の存在が確定できない場合に、実施例２の第２の照明系を用いて再検出を行う。もちろん、実施例１の第２の照明系と実施例２の第２の照明系による照明を同時に行って検出画像を取得してもよい。
【００４５】
さらに、実施例１，２では、表面が円筒面である物体を検査する場合について説明したが、本発明は、表面が、球面等の円筒面以外の曲面である物体を検査する装置に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１である表面検査装置の平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。
【図２】実施例１の表面検査装置により照明された物体を示す図。
【図３】本発明の実施例の表面検査装置の原理を示す図。
【図４】実施例１の表面検査装置の原理を示す図。
【図５】実施例１の表面検査装置における第２の照明光の照射角度範囲を示す図。
【図６】本発明の実施例２である表面検査装置の平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。
【図７】実施例２の表面検査装置により照明された物体を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１  曲面上の微小面
３  異物や欠陥
４  カメラ
５  撮像光軸
６  物体
７，９  光源
８，１０  レンズ
１１  第１の領域
１２  第２の領域
Ｔ１，Ｔ２  接線方向
【図４】
0005610672.tif 000002
【図１】
0005610672.tif 000003
【図２】
0005610672.tif 000004
【図３】
0005610672.tif 000005
【図５】
0005610672.tif 000006
【図６】
0005610672.tif 000007
【図７】
0005610672.tif 000008