(57)【要約】【課題】装置構成の低コスト化と省エネルギー化を図り、複数の撮像条件の撮像を１度の副走査で行えると共に、複数の被観察物に対して同時に表面検査が行えるようにする。【解決手段】回転する感光体ドラム１２に対して光源１１から間欠的に光を照射し、その正反射光部である輝線１２ａからの反射光を第１の撮像素子１４が撮像して得られる情報を照射タイミング調整部１６に送り、光源１１の照射タイミングを調整する。その際、観察条件変更部１５は、感光体ドラム１２の回転振れや表面形状変換による反射方向の輝線１２ａの変動に対して、一定の検出感度を実現するために、定常的に副走査方向に光源１１や撮像素子を周期的に移動させる。【選択図】        図１
2006258663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する被観察物の表面に照明手段から光を照射し、その反射光を撮像手段に取り込んで被観察物表面の欠陥検査を行う表面欠陥検査装置であって、
前記照明手段から照射される光を間欠的に制御可能とする照射タイミング調整手段と、
前記照明手段からの光が前記被観察物表面で反射され、前記撮像手段に入力されるまでの光路の少なくとも一部を周期的に変動させることにより、前記撮像手段で観察される観察条件を変更する観察条件変更手段と、
を備え、
前記撮像手段は、前記被観察物からの反射光を一定の間隔をあけて撮像する２系統の撮像手段で構成され、
第１の撮像手段は、観測された反射光分布に基づいて前記照射タイミング調整手段の照射タイミングを調整し、
第２の撮像手段は、前記照射タイミング調整手段によって照射タイミングが調整された反射光を取り込むことで、特定の観察条件が保たれた前記被観察物表面全体の詳細な画像を連続して撮像し、前記被観察物の表面欠陥検査を行うことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記観察条件変更手段は、前記照明手段を一定の周期で移動させる照明移動手段であることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記観察条件変更手段は、前記照明手段と前記被観察物との間の光路中に設置され、光路を平行移動させるか角度を変えるかの少なくとも一方を行う光路変更手段と、該光路変更手段を一定の周期で駆動させる駆動手段とで構成された光偏向手段であることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記照射タイミング調整手段は、前記第１の撮像手段で観測された反射光分布の重心の位置変化が極小となるように前記照明手段の照射タイミングを調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記観察条件変更手段は、前記第２の撮像手段を一定の周期で移動させる撮像移動手段であることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
前記照射タイミング調整手段は、前記照明手段の点灯時間と消灯時間を制御することにより照射タイミングを調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
前記照射タイミング調整手段は、前記照明手段と前記撮像手段との間に設けられ、光路の開閉が制御可能な光路遮断手段を設け、光路の開閉タイミングを制御することで照射タイミングを調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項８】
前記第１の撮像手段は、２次元撮像素子を用い、
前記第２の撮像手段は、１次元撮像素子を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項９】
前記照射タイミング調整手段は、前記第１の撮像手段で観測される反射光分布が少なくとも２系統以上となるように異なるタイミングで制御を行い、
前記第２の撮像手段で撮像した画像からそれぞれのタイミング毎の画像を分離することで、複数条件からなる撮像画像を取得することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記被観察物を複数個設置し、
前記第２の撮像手段は、各被観察物からの反射光をそれぞれ個別に取り込めるように被観察物の数に対応して配置され、
前記照明手段からの光を前記複数の被観察物に対して振り分け照射可能な照明振り分け手段と、
前記各被観察物からの複数の反射光を収束させて前記第１の撮像手段に取り込めるようにする反射光収束手段と、
をさらに備え、前記第２の撮像手段の設置数よりも前記照明手段および前記第１の撮像手段の数をそれぞれ少なく設置し、該第１の撮像手段の反射光分布を測定して照明手段を複数の前記第２の撮像手段に対応した各照射タイミングに制御することを特徴とする請求項１〜４、および請求項６〜９のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する被観察物表面からの反射光を検出して、被観察物表面の微小な凹凸や突起等の表面形状、あるいは表面濃度の変化に伴う欠陥等の有無を検査する表面欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被観察物表面の形状変化や濃度変化等を検査して表面欠陥を検出するため、一様な照明手段から投射光を被観察物表面に照射し、その正反射光や拡散反射光からなる反射光分布から得られる画像に基づいて、当該観察物表面の傷や凹凸および汚れ等を検出もしくは検査することが一般的に行われている。
【０００３】
特に、ロール紙やシート等の平面状に広がる物体や円筒状の物体においては、撮像素子としてラインセンサを用いて、物体の相対的な移動や回転によって副走査を行い、表面画像を得るのは一般的である。
【０００４】
例えば、図１７は、従来の表面層欠陥検出装置の構成を説明する斜視図である。図１７に示す表面層欠陥検出装置は、被検査体（感光体ドラム）１００、蛍光灯１０１、スリット１０２、光照射装置Ｋ、ラインセンサＳ、ラインセンサ指示装置Ｕなどを備え、帯状光（スリット光）あるいはラインセンサＳの長手方向（多数の受光素子が列設された方向）をＸとし、ラインセンサＳの光軸方向（副走査方向）をＹとし、被検査体１００の表面とラインセンサＳとの相対的移動方向をＺとしている。
【０００５】
この図１７の表面層欠陥検出装置は、複写機内部の部品である感光体ドラムや帯電ローラのような円筒状の物体を被検査体１００とし、蛍光灯１０１からライン状の光を被検査体１００に照射すると共に、その被検査体１００を回転させながら被検査体１００より反射されるライン状の光をラインセンサＳで検出し、その検出画像を画像処理することで欠陥検出を行っている（特許文献１参照）。
【０００６】
このような検出手段を用いた場合、表面の凹凸を検出するためには、反射光分布が正反射光により近い位置で画像を取得することが望ましい。これは正反射光に近いほど出力変化の勾配が大きくなることで、表面の凹凸による光量の変化が大きくなるためで、より微小に緩やかに変化する凹凸に対しても敏感に反応することができる（特許文献２参照）。この正反射光部分は輝線（Emission Line）とも呼ばれる。
【０００７】
また、図１８は、輝線追従制御を用いた表面欠陥検出装置の構成説明図である。図１８に示す表面欠陥検出装置は、ライン光源１１０、感光体ドラム１１１、輝線１１１ａ、ハーフミラー１１２、エリアセンサ１１３、ラインセンサ１１４、移動ステージ１１５、追従制御システム１１６、および検査システム１１７などを備えている。この装置を用いて輝線１１１ａの追従制御を実現するため、ハーフミラー１１２により分割した反射光をエリアセンサ１１３で撮像して輝線１１１ａの位置を計測し、追従制御システム１１６がその変動に応じて移動ステージ１１５を移動させ、検査用のラインセンサ１１４を輝線垂直方向（図１８中のＹ方向）に位置制御を行っていた（非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平５―１０７１９７号公報，図１
【特許文献２】特開平９−３２５１２０号公報
【非特許文献１】日本機会学会主催 ロボティクス・メカトロニクス講演会'03(ROBOMEC2003) 講演論文集「輝線追従制御を用いた高感度外観検査技術」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の表面欠陥検出装置にあっては、上記特許文献１あるいは２の場合、被検査物の形状の歪みや、回転のムラや振動によって反射光の受光位置とラインセンサの相対位置が変動することで、センサに入力する光量の変化として検出され、この変化を表面凹凸として誤って検出してしまうことから、ラインセンサを適当な位置まで離してより感度を下げざるを得ないという問題があった。
【００１０】
また、近年のレーザプリンタなどが高画質・高密度化するのに伴って、微小化する欠陥（例えば、φ０．５ｍｍで高さ５μｍ程度に緩やかに変化する凹凸欠陥）については、これまでの従来方式では安定して検出できなくなってきているという問題があった。
【００１１】
さらに、複写機等のリサイクルに伴う感光体や定着ローラ等の部品を再利用する場合には、回収した部品の機能や形状等を適正に評価する必要があるが、リサイクル部品には製造時に発生しない微妙な磨耗やこすれ傷等が存在するため、これまで以上に高精度に部品の表面形状を測定する必要があった。
【００１２】
そこで、非特許文献１では、直接反射光に近い高感度な位置で検査用のラインセンサ１１４を追従制御させることにより、従来の表面欠陥検出装置で問題となっていた検査物の形状の歪み、回転ムラ、あるいは振動による反射光の受光位置とラインセンサの相対位置が変動することによるセンサ入力光量の変化が抑えられて、従来ノイズに埋もれていた微小な画像変化を検出することが可能になった。
【００１３】
しかしながら、非特許文献１のような輝線追従制御を行うと、高精度に追従するための移動機構やそれに伴うサーボ機構への性能要求が高くなり、高精度な追従を行うためにシステムが複雑化して、高コストになるという問題があった。
【００１４】
また、このようなサーボ機構は、急峻な非定常の変化に迅速に追従する必要があるため、高出力タイプを使用する必要があり、電力消費が大きくなってしまうという問題があった。
【００１５】
さらに、異なる感度で画像を取り込んで、欠陥の表面形状による撮像画像の差を検出するような場合、複数回撮像しなくてはならないという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置構成を簡易化することで低コスト化を実現し、消費電力を削減することで省エネルギー化することができる表面欠陥検査装置を提供することを第１の目的とする。
【００１７】
また、複数の撮像条件での撮像を短期間に１度の副走査で行うことができる表面欠陥検査装置を提供することを第２の目的とする。
【００１８】
さらに、複数の被観察物に対して同時並行的に低コストで表面欠陥検査を行うことができる表面欠陥検査装置を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、回転する被観察物の表面に照明手段から光を照射し、その反射光を撮像手段に取り込んで被観察物表面の欠陥検査を行う表面欠陥検査装置であって、前記照明手段から照射される光を間欠的に制御可能とする照射タイミング調整手段と、前記照明手段からの光が前記被観察物表面で反射され、前記撮像手段に入力されるまでの光路の少なくとも一部を周期的に変動させることにより、前記撮像手段で観察される観察条件を変更する観察条件変更手段と、を備え、前記撮像手段は、前記被観察物からの反射光を一定の間隔をあけて撮像する２系統の撮像手段で構成され、第１の撮像手段は、観測された反射光分布に基づいて前記照射タイミング調整手段の照射タイミングを調整し、第２の撮像手段は、前記照射タイミング調整手段によって照射タイミングが調整された反射光を取り込むことで、特定の観察条件が保たれた前記被観察物表面全体の詳細な画像を連続して撮像し、前記被観察物の表面欠陥検査を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の表面欠陥検査装置において、前記観察条件変更手段は、前記照明手段を一定の周期で移動させる照明移動手段であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の表面欠陥検査装置において、前記観察条件変更手段は、前記照明手段と前記被観察物との間の光路中に設置され、光路を平行移動させるか角度を変えるかの少なくとも一方を行う光路変更手段と、該光路変更手段を一定の周期で駆動させる駆動手段とで構成された光偏向手段であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置において、前記照射タイミング調整手段は、前記第１の撮像手段で観測された反射光分布の重心の位置変化が極小となるように前記照明手段の照射タイミングを調整することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５にかかる発明は、請求項１に記載の表面欠陥検査装置において、前記観察条件変更手段は、前記第２の撮像手段を一定の周期で移動させる撮像移動手段であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６にかかる発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置において、前記照射タイミング調整手段は、前記照明手段の点灯時間と消灯時間を制御することにより照射タイミングを調整することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７にかかる発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置において、前記照射タイミング調整手段は、前記照明手段と前記撮像手段との間に設けられ、光路の開閉が制御可能な光路遮断手段を設け、光路の開閉タイミングを制御することで照射タイミングを調整することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項８にかかる発明は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置において、前記第１の撮像手段は、２次元撮像素子を用い、前記第２の撮像手段は、１次元撮像素子を用いたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項９にかかる発明は、請求項１〜８のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置において、前記照射タイミング調整手段は、前記第１の撮像手段で観測される反射光分布が少なくとも２系統以上となるように異なるタイミングで制御を行い、前記第２の撮像手段で撮像した画像からそれぞれのタイミング毎の画像を分離することで、複数条件からなる撮像画像を取得することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１０にかかる発明は、請求項１〜４、および請求項６〜９のいずれか一つに記載の表面欠陥検査装置において、前記被観察物を複数個設置し、前記第２の撮像手段は、各被観察物からの反射光をそれぞれ個別に取り込めるように被観察物の数に対応して配置され、前記照明手段からの光を前記複数の被観察物に対して振り分け照射可能な照明振り分け手段と、前記各被観察物からの複数の反射光を収束させて前記第１の撮像手段に取り込めるようにする反射光収束手段と、をさらに備え、前記第２の撮像手段の設置数よりも前記照明手段および前記第１の撮像手段の数をそれぞれ少なく設置し、該第１の撮像手段の反射光分布を測定して照明手段を複数の前記第２の撮像手段に対応した各照射タイミングに制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１にかかる表面欠陥検査装置は、照明手段から回転する被観察物の表面に光を照射し、その反射光を撮像手段に取り込んで被観察物表面の欠陥検査を行う際に、照射タイミング調整手段により照明手段から照射される光を間欠的に制御可能とし、観察条件変更手段により照明手段からの光が被観察物表面で反射され、撮像手段に入力されるまでの光路の少なくとも一部を周期的に変動させることで、撮像手段で観察される観察条件を変更する。撮像手段は、被観察物からの反射光を一定の間隔をあけて撮像する第１および第２の撮像手段で構成され、第１の撮像手段は、観測された反射光分布に基づいて照射タイミング調整手段の照射タイミングを調整し、第２の撮像手段は、照射タイミング調整手段によって照射タイミングが調整された反射光を取り込み、特定の観察条件が保たれた被観察物表面全体の詳細な画像を連続して撮像し、被観察物表面の欠陥検査を行う。このため、観察条件を一定にするための高速高精度な位置決め機構が不要となり、装置構成が簡略化され、低コスト化できると共に、消費電力が削減され、省エネルギー化できるという効果を奏する。
【００３０】
請求項２にかかる表面欠陥検査装置は、観察条件変更手段として、照明手段を一定の周期で移動させる照明移動手段を用いたため、装置構成が簡略化され、低コスト化できるという効果を奏する。
【００３１】
請求項３にかかる表面欠陥検査装置は、観察条件変更手段として、照明手段と被観察物との間の光路中に光路を平行移動させるか角度を変えるかの少なくとも一方を行う光路変更手段と、その光路変更手段を一定の周期で駆動させる駆動手段とで構成された光偏向手段を用いたため、装置構成が簡略化され、低コスト化できるという効果を奏する。
【００３２】
請求項４にかかる表面欠陥検査装置は、照射タイミング調整手段として、第１の撮像手段で観測された反射光分布の重心の位置変化が極小となるように照明手段の照射タイミングを調整するようにしたため、一定の観察条件が容易に得られるという効果を奏する。
【００３３】
請求項５にかかる表面欠陥検査装置は、観察条件変更手段として、第２の撮像手段を一定の周期で移動させる撮像移動手段を用いたため、装置構成が簡略化され、低コスト化できるという効果を奏する。
【００３４】
請求項６にかかる表面欠陥検査装置は、照射タイミング調整手段として、照明手段の点灯時間と消灯時間を制御することにより照射タイミングを調整するようにしたため、装置構成が簡略化され、低コスト化できると共に、消費電力が削減され、省エネルギー化できるという効果を奏する。
【００３５】
請求項７にかかる表面欠陥検査装置は、照射タイミング調整手段として、照明手段と撮像手段との間に光路の開閉が制御可能な光路遮断手段を設け、光路の開閉タイミングを制御することにより照射タイミングを調整するようにしたため、装置構成が簡略化され、低コスト化できるという効果を奏する。
【００３６】
請求項８にかかる表面欠陥検査装置は、第１の撮像手段を２次元撮像素子とし、第２の撮像手段を１次元撮像素子としたため、それぞれの撮像手段の目的に適合した撮像素子を使用することで装置構成が簡略化され、低コスト化できるという効果を奏する。
【００３７】
請求項９にかかる表面欠陥検査装置は、照射タイミング調整手段として、第１の撮像手段で観測される反射光分布が少なくとも２系統以上となるように異なるタイミングで制御し、第２の撮像手段で撮像した画像からそれぞれのタイミング毎の画像を分離することで、複数条件からなる撮像画像を一緒に取得できるため、複数の撮像条件での撮像を短期間かつ１度の副走査にて行えるという効果を奏する。
【００３８】
請求項１０にかかる表面欠陥検査装置は、被観察物を複数個設置し、第２の撮像手段は、各被観察物からの反射光をそれぞれ個別に取り込めるように被観察物の数に対応して配置され、さらに照明手段からの光を複数の被観察物に対して振り分け照射可能とする照明振り分け手段と、各被観察物からの複数の反射光を収束させて第１の撮像手段に取り込めるようにする反射光収束手段とを備え、照明手段および第１の撮像手段の数を第２の撮像手段よりも少なく設置し、第１の撮像手段の反射光分布を測定して、照明手段を複数の第２の撮像手段に対応した各照射タイミングに制御するようにしたため、複数の観察物に対しておのおの適切な観察条件での撮像画像を保つことが可能となり、装置コストが低価格化できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明にかかる表面欠陥検査装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００４０】
以下の実施の形態では、表面欠陥検査装置の欠陥検査対象である被観察物として、複写機やレーザービームプリンタの感光体ドラムを例にあげて説明する。もちろん、この被観察物は、感光体ドラムに限定するものではなく、複写機やレーザプリンタに利用されている定着ローラや帯電ローラの他、瓶や缶等の円筒形状をした物体、もしくは、シート状の圧延ロールやテープ、あるいは、被観察物と撮像素子との相対的な移動によって副走査を行い、表面状態を画像として入力する装置一般に対しても適用が可能である。
【００４１】
また、欠陥検査に本表面欠陥検査装置で撮像した画像を使用する場合、表面の形状異常によって生ずる輝度変化に加えて、表面の反射率変化によって生ずる濃淡変化の両方を明暗として取得できるため、画像処理を行うことで被観察物表面の欠陥検出を行うことができる。
【００４２】
従来のラインセンサを用いて被検査物の表面画像を得、画像処理を行うことにより欠陥検査を行う検査装置では、一般的に検査用のラインセンサが固定されている。しかしながら、上記特許文献３の「輝線追従制御を用いた高感度外観検査技術」で述べられているように、被検査物からの反射光の方向は、ワーク副走査時の回転振れ等の位置変動に応じて、また、ワーク形状によっても変動するため、凹凸に対する検出感度の高い位置にラインセンサを設置したとしても、上記変動による輝度変化に伴うノイズ成分が大きくなるため欠陥を検出することができなかった。
【００４３】
そこで、この反射光の変化を観測するため、本発明では反射光分布を測定する２次元センサを検査用のラインセンサとは別に設け、反射光分布の位置変動を画像計測し、その結果に応じて、ラインセンサ視野と輝線位置の相対的位置関係を一定に保つように追従制御することにより、表面の微小な凹凸も画像として取得できるようになった。この方法は、微小な凹凸が検出できると共に、基本的に表面の濃淡も画像上に濃淡として取得できるという特徴を持ちつつ、１回の撮像で様々な種類の欠陥の検査を行えるという利点を持っている。このような検査技術を輝線追従制御技術と呼ぶことにする。以下に述べる各実施の形態では、具体的な構成例を図面を用いて説明することにする。
【００４４】
なお、光学的な相対位置関係を一定にするために測定する反射光分布としては、一般的には輝線（もっとも明るくなる正反射光部を指す）が使われるが、これに限定する趣旨ではなく、反射光分布の濃度傾きを測定したり、あるいは一定濃度点の分布を測定するといった輝線以外の様々な分布を測定するのであっても良い。
【００４５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。図１に示す表面欠陥検査装置１０は、被観察物である感光体ドラム１２に対して照明手段としての光源１１から光を照射し、その反射光を撮像手段である撮像素子（１３、１４）に取り込むことにより感光体ドラム１２の表面の欠陥検査を行うものである。
【００４６】
図１では、感光体ドラム１２の回転振れや表面形状変換による反射方向の輝線１２ａの変動に対して、一定の検出感度を実現するため、定常的に副走査方向に光源１１（照明手段）もしくは撮像素子１３，１４を周期的に移動させる観察条件変更部（観察条件変更手段）１５を備えている。
【００４７】
そして、光源１１から照射される光は、観察条件変更部１５の周期移動中の特定時間にごく短期間のみ光を照射するようにし、その照射タイミングを照射タイミング調整部（照射タイミング調整手段）１６により周期移動の位相に対して制御することで検出感度を一定にし、被観察物表面における一様感度の画像が取得できるようにしたものである。
【００４８】
なお、図１に示す撮像素子（撮像手段）１３，１４は、２系統の撮像素子により構成されている。まず、照射タイミングを検出するために少なくとも周期変動方向の分布が検出可能な第１の撮像手段としての第１の撮像素子１４を用い、これによって得られた情報を使って、照射タイミング調整部１６により光源１１の照射タイミングを変更するものである。また、主走査方向の分布を測定することができる第２の撮像手段としての第２の撮像素子１３を用いることにより、感光体ドラム１２の表面画像を撮像する。
【００４９】
上記のように構成された、表面欠陥検査装置１０を用いて感光体ドラム１２の表面の欠陥検査を行う場合の動作を簡単に説明する。図１に示すように、図中の矢印方向に回転する感光体ドラム１２に対して、光源１１から間欠的に光を照射し、その正反射光部である輝線１２ａからの反射光を第１の撮像素子１４が撮像して得られる情報を照射タイミング調整部１６に送り、光源１１の照射タイミングを調整するようにする。その際、図１の観察条件変更部１５は、感光体ドラム１２の回転振れや表面形状変換による反射方向の輝線１２ａの変動に対して、一定の検出感度を実現するために、定常的に副走査方向に光源１１や撮像素子を周期的に移動させる。
【００５０】
このように、第１の実施の形態によれば、簡単な機構を用いるだけで観察条件を一定にできるので、被観察物の欠陥検査が適正に行えるようになり、装置コストが低減できると共に、消費電力が削減され、省エネルギー化することが可能となる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。図２に示すように、第２の実施の形態の特徴は、第１の実施の形態における観察条件変更部１５を光源１１に取り付け、光源１１そのものを一定の周期で移動可能とした照明移動手段としての移動ステージ１５ａを備えた点にあり、光源１１をステージ上で直線に往復運動させて移動させるものである。これに対し、従来では輝線と撮像素子との相対位置を一定とするため、撮像素子もしくは光源等をその都度追従制御していた。しかし、本発明では、観察条件変更部１５によって光源あるいは光路を定常的に振動させて光を走査させた状態で、光源の照射タイミングを制御することによって、光の照射する位置を変更することによって、輝線と撮像素子との相対位置関係を一定にする点を特徴としている。その他の構成については、上記第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００５２】
図３は、照射タイミングを制御した場合に第２の撮像素子に取り込まれる画像の変化を示す図であり、図４は、照射タイミングを一定とし被観察物が回転した時に回転振れ等が生じた場合の第２の撮像素子に取り込まれる画像の変化を示す図であり、図５は、回転振れの有無と、照射条件の制御の有無とを組み合わせた場合の第２の撮像素子に取り込まれる画像の変化を示す図である。なお、上記図３は、点灯したままの光源を単振動したときに、撮像素子側でどのような光の変化が得られるかを模した図であり、後述の図１４、図１６も同様である。また、図５は、回転を停止した被観察物に光を照射した場合と、光源を固定し、被観察物の回転振れによって得られる変化とが同様な変化となるので、位相を制御することによって、回転ぶれ等を起こしている被観察物があたかも回転振れを起こしていないかのように観察することができるということを図で示している。
【００５３】
図３に示すように、照射タイミングをＡ点、Ｂ点、Ｃ点で変化するように制御すると、第２の撮像素子に取り込まれる画像の輝線１２ａの位置が移動することがわかる。またこれとは逆に、図４のように、光源１１の照射タイミングを一定にしても回転振れ等により周期Ｔが異なってきた場合も、第２の撮像素子に取り込まれる画像の輝線１２ａの位置が移動することがわかる。つまり、図５に示すように、回転振れ等による取り込み画像の輝線１２ａ位置の移動を照射タイミングを制御して逆の位相を作り出すようにすれば、回転振れや表面形状変換によって輝線１２ａが移動するのをキャンセルすることができるため、どのような回転振れや表面形状変換によって反射光の変動が生じる場合でも、一定の観察条件を作り出すことができる。
【００５４】
図５の１番上の段には、回転振れも無く、かつ照射条件も一定であるので、輝線１２ａ位置は一定である。そこで、図５の上から２段目には、照射条件が一定でも回転振れがあると輝線１２ａ位置が移動している。このため、回転振れによる輝線１２ａ位置の移動とは逆方向に輝線１２ａ位置が移動するように、照射条件の制御を行ったのが図５の上から３段目である。このように、回転振れがあっても逆位相となるように照射条件を制御することで、図５の上から４段目に示すように、互いにキャンセルされ、輝線１２ａの位置を一定に保つことができる。
【００５５】
これと同様に、回転振れや表面形状変換による反射光の変動が生じた場合に、照射タイミングを制御するのではなく、図２に示す光源１１を移動ステージ１５ａによって移動させてもキャンセルすることが可能である。
【００５６】
さらには、上記した照射タイミング調整部１６による照射タイミング調整と、移動ステージ１５ａによる光源１１の移動制御を組み合わせて、回転振れや表面形状変換による反射光の変動をキャンセルするように制御することも可能である。
【００５７】
なお、図２では、図示していないが、移動ステージ１５ａの駆動制御を行う制御部があり、この制御部には上記照射タイミング調整部１６と同様に、第１の撮像素子１４の反射光分布の情報が入力され、それに基づいて駆動制御を行うようにしても良い。また、移動ステージ１５ａの制御部を照射タイミング調整部１６が兼用するように構成しても良い。
【００５８】
このように、第２の実施の形態によれば、光源１１の照射タイミングを制御する他、照明そのものを移動させる移動ステージ１５ａを使って一定周期で光源１１を移動させることにより、被観察物である感光体ドラム１２に回転振れや表面形状変換による反射光の変動があっても、これをキャンセルすることにより観察条件を常に一定に保つことができる。
【００５９】
特に、照射タイミング調整部１６や移動ステージ１５ａといった簡単な構成を追加するだけで観察条件を一定にできるので、被観察物の欠陥検査が適正に行えるようになり、従来から用いられているようなラインセンサを高速かつ高精度に追従制御するための機構と比較すると、構成が簡略化され、装置コストが低減できると共に、消費電力が削減され、省エネルギー化することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
図６は、観察条件変更部として光源を回転移動させる回転移動部１５ｂを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図であり、図７は、観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に回転するポリゴンミラー１５ｃを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図であり、図８は、観察条件変更部として光源と被観察物の光路中にガルバノミラー等の往復回転運動可能な反射鏡１５ｄを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図であり、図９は、観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に回転可能な光を透過するガラス等の平行平板ガラス１５ｅを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図であり、図１０は、観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に往復運動可能な台形プリズム１５ｆを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図であり、図１１は、観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に光路と直交方向に移動可能な照射光の一部分のみを透過させるスリット１５ｇを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。なお、観察条件変更部は、これらの例に限定されるものではなく、円筒の円周上に複数のスリットを並べ、光源１１の周りを回転させることで光路を移動できるようにしたり、光源１１の照射方向を変更するものとして、ＡＯＭ（Acoustic Optical Module：音響光学装置）等を利用した構成などを採用することができる。
【００６１】
すなわち、本発明の観察条件変更部は、周期的に光路の角度や平行移動といった光路位置の偏向を行うものであれば全て採用することができる。なお、本第３の実施の形態の場合も、観察条件変更部以外の構成については、上記第１および第２の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６２】
上記図６、図７、図８の表面欠陥検査装置の観察条件変更部は、光源１１から照射される光路の角度を変える手段で構成されており、図９、図１０、図１１の表面欠陥検査装置の観察条件変更部は、光源１１から照射される光路を平行平板ガラス、台形プリズム、スリットなどを使って偏向する手段により構成されている。
【００６３】
なお、図６〜１１には図示していないが、光路の角度や偏向を行う回転移動部１５ｂ、ポリゴンミラー１５ｃ、反射鏡１５ｄ、平行平板ガラス１５ｅ、台形プリズム１５ｆ、およびスリット１５ｇなどを周期的に駆動制御を行う制御部があり、この制御部には上記照射タイミング調整部１６と同様に、第１の撮像素子１４の反射光分布の情報が入力され、それに基づいて駆動制御を行うようにしても良い。また、移動ステージ１５ａの制御部を照射タイミング調整部１６が兼用するように構成しても良い。
【００６４】
このように、第３の実施の形態によれば、観察条件変更部として光源１１と感光体ローラ１２との間の光路中に、上記形態のいずれか一つの観察条件変更部を設けることにより、光路の角度や光路位置の偏向を周期的に行うことができるため、被観察物である感光体ドラム１２の回転振れや表面形状変換によって反射光に変動が生じても、これをキャンセルする方向に光路を周期的に移動させることで、観察条件を常に一定に保つことができる。
【００６５】
特に、照射タイミング調整部１６や回転移動部１５ｂ、ポリゴンミラー１５ｃ、反射鏡１５ｄ、平行平板ガラス１５ｅ、台形プリズム１５ｆ、およびスリット１５ｇなどといった簡単な構成を追加するだけで観察条件を一定にできるので、被観察物の欠陥検査が適正に行えるようになり、従来から用いられているようなラインセンサを高速かつ高精度に追従制御するための機構と比較すると、構成が簡略化され、装置コストが低減できると共に、消費電力が削減され、省エネルギー化することが可能となる。
【００６６】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、照射タイミング調整部１６によって調整される光源１１の照射タイミングを、照射タイミング検出用の第１の撮像素子１４より得られる画像の重心の位置の変化が極小となるように調整する点に特徴がある。
【００６７】
図１２は、照射タイミング調整部により第１の撮像素子によって得られる画像の重心の位置変化が極小となるように調整することを説明する図である。図１２に示すように、左右の２つの画面は、被観察物の回転振れや表面形状変換などによって輝線１２ａの位置がずれ、重心位置が変化していることを表している。また、図１２の左右方向は、間欠的に光を照射する光源のタイミング制御によって、輝線１２ａの位置（重心位置）の変化する方向でもある。このため、回転振れや表面形状変換などによって画像の重心位置変化がある場合は、照射タイミング調整部１６により重心位置変化をキャンセルする方向でタイミング制御を行うことにより、画像の重心の位置変化が極小となるように調整することができる。すなわち、第２の撮像素子から見る見かけ上の重心位置の変化も少なくできることから、一定の観察条件を得ることができる。
【００６８】
図１２に示す画像は、説明をわかり易くするため、２次元のエリアセンサを使って取り込んだ画像を示したが、必ずしも第１の撮像素子１４を２次元センサで構成する必要はなく、照射方向に対して輝線１２ａが平行とならないものであれば、１次元のラインセンサを用いることが可能である。
【００６９】
このように、第４の実施の形態によれば、タイミング調整部１６によるタイミング制御方法として、上記したように回転振れや表面形状変換などによって発生する輝線１２ａ位置の移動をキャンセルするようにタイミング調整しても良いが、単に輝線１２ａの位置（重心位置）の変化を見ながら、その変化が極小となるようにタイミング制御を行うことで、一定の観察条件を容易に得ることができる。
【００７０】
（第５の実施の形態）
図１３は、第５の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を説明する図である。図１３に示すように、第５の実施の形態に係る表面欠陥検査装置は、第２の撮像手段である第２の撮像素子１３を一定周期で移動させる撮像移動部１５ｈを備えている点に特徴がある。この撮像移動部１５ｈは、レンズ系のみを移動させるものと、撮像素子系のみを移動させるものと、レンズと撮像素子とを合わせた系を移動させるものの３種類が考えられる。第５の実施の形態の図１３では、レンズと撮像素子とを合わせた系を移動させる撮像移動部１５ｈを示している。
【００７１】
このように、観察条件変更部１５としては、上述したように光源や光路を移動させるだけでなく、第２の撮像素子１３を周期的に移動可能な撮像移動部１５ｈを採用することができる。なお、本第５の実施の形態の場合も、観察条件変更部として第２の撮像素子１３を周期的に移動させる撮像移動部１５ｈを設けた以外の構成については、上記第１〜第４の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７２】
図１３のように構成された、表面欠陥検査装置を用いて感光体ドラム１２の表面の欠陥検査を行う場合の動作について簡単に説明する。図中の矢印方向に回転する感光体ドラム１２に対して、光源１１から間欠的に光が照射されると、輝線１２ａからの正反射光を第１の撮像素子１４が撮像して得られた反射光分布の情報を照射タイミング調整部１６に送り、光源１１の照射タイミングを調整する。その際、図１３の撮像移動部１５ｈは、感光体ドラム１２の回転振れや表面形状変換による反射方向の輝線１２ａの変動に対して、一定の検出感度を実現するため、定常的に副走査方向に第２の撮像素子１３を周期的に移動させるようにする。
【００７３】
このように、第５の実施の形態によれば、簡単な機構を用いるだけで観察条件を一定にできるので、被観察物の欠陥検査が適正に行えるようになり、装置コストが低減できると共に、消費電力が削減され、省エネルギー化することが可能となる。
【００７４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態は、光源１１からの光を間欠的に照射し、その光の照射タイミングを制御可能とする光源、あるいは光路を制御する機構を採用する点に特徴がある。
【００７５】
例えば、光源の点灯時間と消灯時間を制御することによって照射タイミングを調整するものとして、極短時間の照射が可能であって、その点灯時間と消灯時間とを制御することが可能なストロボ光やレーザ光といった光源１１を用いた表面欠陥検査装置を考えることができる。
【００７６】
また、上記のような光源１１を採用しなくても、連続的に照射される光をシャッターやマイクロミラーといった光路を開閉する遮断機構を制御することにより、照射タイミングが制御可能な表面欠陥検査装置を考えることができる。
【００７７】
このように、第６の実施の形態によれば、光源１１から間欠的に照射される光の照射タイミングを制御可能な光源や光路を開閉する遮断機構を採用し、それらを制御するようにする構成としたため、装置構成が簡略化され、低コスト化することができる。特に、光源の点灯時間と消灯時間を制御可能とする光源を採用した場合は、消灯時間の消費電力を削減できるため、より省エネルギー化できるという利点がある。
【００７８】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態では、２系統の撮像手段のうち、照射タイミング検出用の第１の撮像素子１４に２次元センサ（撮像素子）を採用し、表面欠陥検査の観察用の第２の撮像素子１３に１次元センサ（撮像素子）を採用する点に特徴がある。
【００７９】
上述したように、第１の撮像素子１４は、必ずしも２次元センサ（撮像素子）でなくても、検出する輝線１２ａと平行にならなければ１次元センサを採用することができる。しかし、２次元センサを第１の撮像素子１４に採用することにより、反射光分布が瞬間に測定可能となるため、第１の撮像素子１４には２次元センサがより望ましい。
【００８０】
他方、第２の撮像素子１３は、被観察物の表面欠陥を検査する観察用として高解像度かつ高感度が実現しやすい１次元センサを採用することがより望ましい。
【００８１】
このように、第７の実施の形態によれば、第１の撮像素子１４に２次元センサを採用し、第２の撮像素子１３に１次元センサを採用するようにしたため、それぞれの撮像目的に適合した撮像素子を用いることで、迅速に反射光分布測定を行い、高解像度かつ高感度に表面欠陥の検査が行えることから、装置能力が最大限に発揮できると共に、無駄なコストをかけないので、実質的な低コスト化が図れる。
【００８２】
なお、第１の撮像素子１４を用いて照射タイミング検出を行う場合、すべての走査ごとに照射タイミング検出を行うことが性能上は望ましいと云える。しかし、撮像感度やタイミング計算処理等を考慮すると、実際の装置では複数回分の照射タイミング検出を蓄積してから処理するようにしても良い。
【００８３】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態では、光源、光路、もしくは撮像素子を周期的に変化させる間に、異なる条件で同時に複数観察できるように、１走査中に複数の点灯制御を行う点に特徴がある。
【００８４】
図１４は、第８の実施の形態において複数の点灯制御を行った場合のタイミングとその反射光分布画像を示す図である。図１４に示すように、１走査中にＤ点とＥ点で２度点灯制御を行うことにより、ひとつの光学系でありながら複数の撮像条件で観測を行うことが可能となる。
【００８５】
また、上記第７実施の形態で説明したように、複数回分の照射タイミング検出を蓄積した場合は、図１４に示した照射タイミング検出用画像に複数の分布が冗長した状態で撮像されることになる。照射タイミングはこの複数の分布を分離して、それぞれについて処理する必要があり、これによって２系統を独立してタイミング制御を行うことができる。
【００８６】
このようなタイミング制御を行うことによって、観察用の第２の撮像素子１３においては、図１４に示すように、撮像条件１→撮像条件２→撮像条件１→・・・と、条件が交互に入力された画像を観察することができる。この画像を、それぞれ条件毎に分離することによって、各条件における画像を一回の走査で得ることができる。
【００８７】
このように、第８の実施の形態によれば、１走査中に複数の点灯制御を行うことによって、複数の撮像条件で観測して、その中から形状変化と濃度変化とを分離することなどが可能となる。これは、特に高感度な条件で撮像した場合、形状変化は大きな濃度変化として現れるが、被観察物表面の色や濃度が異なる場合は、撮像条件を変えても画像はあまり変化しないという現象を利用したものである。
【００８８】
また、このとき光源１１を移動できるようにした図６の表面欠陥検出装置においては、複数の照射条件であり、かつほぼ同一箇所を撮像することができるため、従来複数条件で撮像した画像の中から対応点を検出するような手間が不要になるという利点もある。
【００８９】
なお、図１４では、１走査中に２回の点灯制御を行っているが、これに限定する趣旨ではなく、１走査中に３回以上の点灯制御を行ったり、あるいは、走査ごとに点灯条件の変更（例えば、点灯回数や点灯タイミングの変更）を行うようにすることも可能である。
【００９０】
（第９の実施の形態）
第９の実施の形態では、１つの表面欠陥検査装置を使って複数の被観察物を同時に観察できるようにした点に特徴がある。
【００９１】
図１５は、第９の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を説明する図であり、図１６は、図１５の表面欠陥検査装置を用いて光源の点灯制御を行った場合の照射タイミングを示す図である。図１５に示すように、第９の実施の形態に係る表面欠陥検査装置は、２つの被観察物（ここでは、感光体ドラム）１２、１８に対してそれぞれの反射光を別々に取り込んで観測するための第２の撮像素子１３、１７が被観察物の数だけ配置されている。
【００９２】
これに対して、光源１１、第１の撮像素子１４、および照射タイミング調整部１６に関しては上記実施の形態と同様に１つずつ設けられている。しかし、図１５の表面欠陥検査装置の特徴は、複数の被観察物１２、１８に光源１１の数が足りないため、光源を振り分ける照明振り分け手段としてのポリゴンミラー１５ｃが光源の振り分け位置に配置され、それぞれの被観察物１２、１８からの反射光分布を１つの第１の撮像素子１４に取り込むための反射鏡１９とプリズムミラー２０がさらに配置されている。
【００９３】
なお、図１５では照明振り分け手段としてポリゴンミラー１５ｃを採用したが、この構成に限らず、図６のような光源を回転させる回転移動部１５ｂ、あるいは、図８のような往復回転可能な反射鏡１５ｄによって振り分けるようにしても良い。
【００９４】
図１５のような表面欠陥検査装置を用いて、図１６に示すような照射タイミング制御を行うことにより、１つの表面欠陥検査装置を使って１度の検査工程の中で２つの異なる被観察物１２、１８の表面を観察することができる。例えば、図１６は、光源１１からの光をポリゴンミラー１５ｃにより振り分ける際に、単振動により照射位置が変化し、その中で照射タイミングをＦ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１とＦ２、Ｇ２、Ｈ２、Ｉ２の２種類のタイミングで制御することにより、前者が被観察物１８への照射タイミングとなり、後者が被観察物１２への照射タイミングとなる。そして、この図１６で示すような照射タイミング制御を行った場合に得られる反射光分布画像は、図１４に示した画像例と同じようになる。
【００９５】
このように、第９の実施の形態によれば、複数の被観察物をそれぞれ特定の撮像条件を保ったまま観察できる上、他の実施の形態に僅かな構成を追加するだけで実施することが可能であることから、追加コストが少なくて済むという大きな利点がある。
【００９６】
これを従来例で行う場合は、各撮像素子ごとにそれぞれの追従機構（高精度かつ高速追従性を持った）を追加する必要があるため、別々の表面欠陥検査装置で欠陥検査を行う場合とコスト的に変わらないことになる。
【００９７】
なお、図１６の照射タイミング制御は、照射位置変化が上に行く方向でのみ点灯制御を行っているが、往復で点灯制御を行うことも可能である。
【００９８】
また、図１５におけるポリゴンミラー１５ｃなどは、図中に明示していないが、走査の初期位置を検出するような初期位置検出センサを設置し、毎回あるいは一定回数おきにタイミングをリセットすることで高精度に照射タイミングを調整することが可能となるため、これによってさらに精度の良い検査を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明にかかる表面欠陥検査装置は、主に製品出荷前の部品等の被観察物を光学的に表面形状や表面欠陥等を検査する際に用いられるもので、表面精度の求められる電子写真技術で使用される感光体ドラムや定着ローラなどから缶ジュースなどの容器に至るあらゆる物品の表面検査を行う表面欠陥検査装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】第１の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図３】照射タイミングを制御した場合に第２の撮像素子に取り込まれる画像の変化を示す図である。
【図４】照射タイミングを一定とし被観察物が回転した時に回転振れ等が生じた場合の第２の撮像素子に取り込まれる画像の変化を示す図である。
【図５】回転振れの有無と照射条件の制御の有無とを組み合わせた場合の第２の撮像素子に取り込まれる画像の変化を示す図である。
【図６】観察条件変更部として光源を回転移動させる回転移動部を設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図７】観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に回転するポリゴンミラーを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図８】観察条件変更部として光源と被観察物の光路中にガルバノミラー等の往復回転運動可能な反射鏡を設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図９】観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に回転可能な光を透過するガラス等の平行平板ガラスを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図１０】観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に往復運動可能な台形プリズムを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図１１】観察条件変更部として光源と被観察物の光路中に光路と直交方向に移動可能な照射光の一部分のみを透過させるスリットを設けた表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図１２】照射タイミング調整部により第１の撮像素子によって得られる画像の重心の位置変化が極小となるように調整することを説明する図である。
【図１３】第５の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を説明する図である。
【図１４】第８の実施の形態において複数の点灯制御を行った場合のタイミングとその反射光分布画像を示す図である。
【図１５】第９の実施の形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成を説明する図である。
【図１６】図１５の表面欠陥検査装置を用いて光源の点灯制御を行った場合の照射タイミングを示す図である。
【図１７】従来の表面層欠陥検出装置の構成を説明する斜視図である。
【図１８】輝線追従制御を用いた表面欠陥検出装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  表面欠陥検査装置
１１  光源
１２  感光体ドラム
１２ａ  輝線
１２ｂ  輝線
１２ｃ  輝線
１２ｄ  輝線
１２ｅ  輝線
１３  第２の撮像素子
１４  第１の撮像素子
１５  観察条件変更部
１５ａ  移動ステージ
１５ｂ  回転移動部
１５ｃ  ポリゴンミラー
１５ｄ  反射鏡
１５ｅ  平行平板ガラス
１５ｆ  台形プリズム
１５ｇ  スリット
１５ｈ  撮像移動部
１６  照射タイミング調整部
１７  第２の撮像素子
１８  被観察物（感光体ドラム）
１８ａ  輝線
１９  反射鏡
２０  プリズムミラー
【図１】
2006258663.tif 000003
【図２】
2006258663.tif 000004
【図３】
2006258663.tif 000005
【図４】
2006258663.tif 000006
【図５】
2006258663.tif 000007
【図６】
2006258663.tif 000008
【図７】
2006258663.tif 000009
【図８】
2006258663.tif 000010
【図９】
2006258663.tif 000011
【図１０】
2006258663.tif 000012
【図１１】
2006258663.tif 000013
【図１２】
2006258663.tif 000014
【図１３】
2006258663.tif 000015
【図１４】
2006258663.tif 000016
【図１５】
2006258663.tif 000017
【図１６】
2006258663.tif 000018
【図１７】
2006258663.tif 000019
【図１８】
2006258663.tif 000020