JP5740894B2 - 表面光沢物の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィルム製品やプラスチック製品など表面に光沢を持つ製品の表面形状の検査に用いる検査装置についてのものであり、特に、カメラなどの撮像手段を用いた光学的な検査装置において、拡散性の少ない光をカメラレンズ付近に集光させて計測することにより、少ない台数のカメラで広い範囲の検査を行えるようにする技術に関するものである。

各種の表示用ディスプレイのための光学部品や包装材料などで、シート状のフィルムやプラスチック板など、表面に光沢を持つ平面素材を用いた多くの製品が実用化されている。これらの製品を製造する際に、表面の特性や欠陥を検査するために検査装置が用いられている。これらの検査装置の多くは、検体（検査対象物）の表面を傷つけない、非接触で検査ができる光学的な検査装置となっている。

光学的な検査装置は、普通、検体に照明光をあて、その正反射方向にカメラや光センサを設置して反射光の強度測定を行うことにより、表面の状態を検査するものである。

スポットライトなどのような拡散性の少ない光を照明光源に用いた場合、光沢のある物質で平らな表面では、ほぼ正反射方向のみに強い光が反射される。一方、マット面など細かな凸凹のある面では正反射方向に最も強く光が反射されるものの、それ以外の方向にも拡散反射されて広い範囲に拡がる反射光となり、広く拡がるほど各方向の光は弱くなる。

ここで、検体の表面に傷や異物などの大きな凸凹があった場合には、正反射方向と異なる方向にも通常より強い反射光が射出されることになるので、正反射の方向は通常より暗い影になる。このため、検査対象の表面の状態によって、正反射方向に設置されたカメラや光センサに検出される光強度に違いが生じる。多くの検査装置は、このことを利用して、表面の状態を計測している。

これらの検査装置では、広い面積を検査することから、受光手段としてカメラを用いる場合も多い。しかし、光沢面の反射検査で用いられるスポットライトなどの光源装置は、平行光か発散光の形で光を発するので、カメラレンズには検体上の狭い範囲からの反射光しか入らず、一台のカメラではあまり広い範囲が検査できない。
このため、このような検査装置には多数のセンサやカメラが使用される場合が多い。しかし、多数のセンサやカメラを用いると、装置が複雑になり、装置価格が高くなるという課題があった。

特表昭６１−５０２００９号公報 特開２００２−２５０６９５号公報

タカノ（株）画像計測グループ、フィルム／シート検査装置 Hawkeys(Laser)、インターネット（http://www.takano-kensa.com/souchi/filmlaser.html）

上述のように、従来の検査装置では、広い面積の検査を行う場合に、多数のカメラや光センサが必要であるため、装置が複雑で高価になるという課題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、収束光を発する照明光源を用いて、１台のカメラが検査できる面積を広げることにより、少ない台数のカメラで、広い面積の検査を行えるようにすることを目的にしている。

このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
表面に光沢のある検査対象物を検査する検査装置であって、
前記検査対象物を保持または搬送する検査対象物保持搬送手段と、
前記検査対象物の表面状態を撮像可能な撮像手段と、
前記検査対象物に対して、前記撮像手段の側に配置され、かつ、前記検査対象物と前記撮像手段との間を遮らないように配置されるホログラムと、
前記ホログラムの前記撮像手段がわの面に平行光を照射する照明光源と、を有し、
前記照明光源として、所定波長域の狭い波長幅で発光する光源を用い、
前記所定波長域の狭い波長幅で発光する光源は、ＬＥＤ光源であり、
前記ホログラムは、前記照明光源から平行光を照射されたときに、前記検査対象物がわの面から所定の距離に収束するような収束光を回折光として発生させるものであり、
前記検査対象物の表面に前記回折光が照射され、正反射した正反射光が収束する位置に前記撮像手段およびその撮像光学系が配置されていることを特徴とする表面光沢物の検査装置、としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記撮像手段としてラインカメラを使用し、
前記ホログラムとして、前記ラインカメラの撮像画素の並び方向と同じ方向に長いものを用い、
前記照明光源が照射する平行光は、ホログラムの面に対して斜め方向から入射していることを特徴とする、請求項１に記載の表面光沢物の検査装置、である。

また、請求項３に記載の発明は、前記ホログラムとして表面レリーフ型ホログラムを用いていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の表面光沢物の検査装置、である。

また、請求項４に記載の発明は、前記ホログラムとして体積型ホログラムを用いていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の表面光沢物の検査装置である。

請求項１の発明によれば、ホログラムを用いることでコンパクトな照明光源で収束光を発することができるため、1台のカメラで検査できる面積が大きくなり、少ない台数のカメラで広い面積の検査を行うことが可能となる。

請求項２の発明によれば、ホログラムの波長分散の影響を小さくできるので、光の利用効率が上がり、検査装置の検出感度が良くなるという効果がある。

請求項３の発明によれば、特にロールフィルムなどの検査装置に用いたときに、コンパクトな装置で、広い範囲の検査ができるようになる。

請求項４の発明によれば、ホログラムはエンボス複製などで安価に作製できるので、検査装置の価格を安くできるという効果がある。

請求項５の発明によれば、ホログラムの回折効率を高くできるので、照明光の利用効率が良くなるという効果がある

本発明の検査装置の第一実施形態を示す概要図（正面図） 本発明の検査装置の第一実施形態を示す概要図（側面図） 本発明の検査装置で用いるホログラムの作成方法の一例を示す説明図 ホログラムを再生したときの回折光の一例を示す説明図 ホログラムを異なる波長で再生したときの回折光の一例を示す説明図 本発明の検査装置で用いる光源の波長特性の一例を示す概要図 本発明の検査装置で、光源としてＬＥＤを用いた場合の概要図（正面図） 本発明の検査装置で、光源としてＬＥＤを用いた場合の概要図（側面図）

以下、本発明の検査装置について図面を用いて、詳細に説明する。図１〜２は、本発明の検査装置の第一の実施形態を示す概要図で、図１は正面図で、図２は側面図である。

本発明の第一の実施形態の検査装置は、照明光源１、ホログラム２、カメラ３によって構成されている。シート状または平板状の検体６は、図示せぬ搬送機構によりや静止保持されたり搬送されたりするものとし、カメラ３は検体６の所定領域を撮像可能な位置に設置されるものとする。また、ホログラム２はカメラ３と検体６の間に配置され、少なくともカメラ３の撮像領域と同程度の大きさおよび形状であるものとする。

照明光源１は平行光に近い照明光４を照射可能なものとし、ホログラム２のカメラ３側の表面に対して斜めの方向から照明光４が照射される。照明光４はホログラム２で回折されて、ある点近くに集光するような回折光５として射出する。

この回折光５は、検査対象物である検体６に入射して、その表面で一部の光が反射され、正反射方向近辺に反射光７として射出する。回折５が収束光であるため、この反射光７も収束するような光となる。この光が収束するあたりにカメラ３のレンズ部分がくるようにカメラ３が設置される。このため、検体６の広い範囲から反射された反射光７がカメラ３に入射する。それで、１台のカメラ３によって検体６上の広い範囲の検査を行うことができる。

図２は、図１の矢印Ａの方向から同じ検査装置を見た場合の概要図であり、同じ部分には同じ符号をふっている。図２で、ホログラムからの回折光５は、検体６に対して、若干角度をつけて入射させている。これは、検体６からの反射光７がホログラム２に入射すると、ノイズ光などが生じて検査を行い難くなるため、それを防ぐためである。カメラ３も、検体６からの反射光７を、ホログラム２を介さずに受光可能な位置に設置する。

次に、本発明の第一の実施形態の検査装置に用いるホログラム２の作成方法について説明する。このようなホログラムは、例えば図３のような光学系にて作成することができる。

図示しないレーザー光源から生じたレーザー光８で照明された拡散板９からの拡散光が、マスク１０の小さな開口部１１を通過して拡がり、物体光１２として感光材料１３に届く。また、同じ図示しないレーザー光源から生じて別の光路を通ってきた平行レーザー光が斜め方向から参照光１４として、感光材料１３に届く。これら参照光１４と物体光１２の干渉によって、感光材料１３上にホログラムが記録されることになる。

このようにして作成したホログラム２を、参照光１４と同じ波長で、反対方向からの光１５で照明すると、ホログラム２から回折した光１６は、作成時のマスク開口部１１に相当する位置に集光するような光として射出する。（図４参照）
以上のようにして、本発明の第一の実施形態の検査装置に用いているような、平行光を入射したときに回折光として収束光を射出するようなホログラム２が得られる。
上述のような機能を有するホログラム２としては、表面レリーフ型ホログラムや体積型ホログラムを利用することが出来る。

ところで、一般にホログラムでは、例えば図５に概略的に示すように、撮影時と異なる波長の再生光１７で再生すると、回折される光１８の方向が変わる。波長の違いが大きいほど回折光の方向も大きく違ってくる。
このため、光源の波長が広い範囲であると、カメラに入らない無駄な光が増えることになる。また、光の拡散性が増すことで、表面の凸凹状態に対する検出特性も悪くなりやすい。
それで、図６に概略的に示すように、なるべく狭い波長範囲のみで発光するような光源を用いるほうが適している。このような狭い波長幅で発光する光源としては、例えば単色のＬＥＤ光源などがある。

ところで、フィルム製品の製造などの場合には、１〜３ｍ程度の広幅ロールで製造される場合が多い。このようなロール製造の検査は、幅方向に広いライン照明を使って、ラインカメラにより検査を行うのが適している。

普通、スポットライトなどのほぼ平行な光を発する照明光源の径は、数ｃｍ〜数十ｃｍ径程度であるため、１ｍ以上の幅方向に広い収束照明光を得るために、本発明の請求項３では、一方向に長いホログラムを用いて、斜め方向から光をあてることで対応している。
例えば、２０ｃｍ径の照明光源を用いた場合、８０度の角度から照明すると、長手方向では約１．１５ｍの範囲を照明できるので、それに合わせたホログラムを用意しておけば、広い範囲の収束光を得ることができる。
なお、この形であれば、広い幅の収束光が、場所をとらない照明装置で実現できるという利点もある。

図３に示したような光学系を用いてホログラム２を作成した。レーザー光としては半導体ＹＡＧレーザーの５３２ｎｍの波長の光を用いた。拡散板９にはスリガラスを用いて、直径１０ｃｍの丸い開口部１１を開けたマスク１０を用い、約１ｍの距離にフォトポリマー感光材料１３を設置した。この感光材料に、７５°の角度で平行レーザー光を照射して、感光材料上にホログラムを撮影した。なお、今回、作製したホログラムの大きさは、１５ｃｍ×４０ｃｍであった。

作成したホログラム２に対し、図７のように、緑の単色ＬＥＤ１９からの照明光４を凸レンズ２０でほぼ平行光となるようにして、作成時の参照光と逆方向から照射した。ホログラム２を検体であるフィルム２１から、約２０ｃｍの位置に設置して、ホログラム２から発する回折光がフィルム２１にあたるようにし、フィルム２１からの反射光が集光する位置にＣＭＯＳカメラ３を設置して検体の画像を取得した。

なお、今回、検体としては、塗工によって作製したＡＧフィルムを用いており、図８のようにロールフィルムの流れ方向に若干角度が付く形で、ホログラムからの回折光があるようにした。
このようにして、カメラで見たときのＡＧフィルムが適当な明るさ（出力最大値の半分くらい）になるようにカメラの感度を調整し、テストしたところ、幅方向で、約３０ｃｍの範囲の画像を取得することができた。

取得された画像では、塗工が悪く、フィルム表面がクリア面に近い状態となっている部分は、輝点として観察されたので、欠陥として識別することができた。
一方、異物がのっているなどで盛上ったり、傷がついたりした部分は、暗い影として観察されたので、欠陥として識別することができた。

フィルム製品やプラスチック製品など表面に光沢を持つ製品の表面形状の検査に用いる検査装置として、本発明のような装置を用いると、ホログラムを使って広い範囲からの収束光を発する照明光源が得られるので、１台のカメラが検査できる面積を広げることが可能となり、少ない台数のカメラで、広い面積の検査を行えるようになる。
このため、検査装置をシンプルで安価なものにすることができ、さらには製品の価格を安価にできる。

１・・・照明光源
２・・・ホログラム
３・・・カメラ
４・・・照明光
５・・・回折光
６・・・検体
７・・・反射光
８・・・レーザー光
９・・・拡散板
１０・・・マスク
１１・・・開口部
１２・・・物体光
１３・・・感光材料
１４・・・参照光
１５・・・再生光
１６・・・回折光
１７・・・撮像波長での回折光
１８・・・別波長での回折光
１９・・・ＬＥＤ
２０・・・凸レンズ
２１・・・フィルム（検体）

Claims (4)

1. 表面に光沢のある検査対象物を検査する検査装置であって、
   前記検査対象物を保持または搬送する検査対象物保持搬送手段と、
   前記検査対象物の表面状態を撮像可能な撮像手段と、
   前記検査対象物に対して、前記撮像手段の側に配置され、かつ、前記検査対象物と前記撮像手段との間を遮らないように配置されるホログラムと、
   前記ホログラムの前記撮像手段がわの面に平行光を照射する照明光源と、を有し、
   前記照明光源として、所定波長域の狭い波長幅で発光する光源を用い、
   前記所定波長域の狭い波長幅で発光する光源は、ＬＥＤ光源であり、
   前記ホログラムは、前記照明光源から平行光を照射されたときに、前記検査対象物がわの面から所定の距離に収束するような収束光を回折光として発生させるものであり、
   前記検査対象物の表面に前記回折光が照射され、正反射した正反射光が収束する位置に前記撮像手段およびその撮像光学系が配置されていることを特徴とする表面光沢物の検査装置。
2. 前記撮像手段としてラインカメラを使用し、
   前記ホログラムとして、前記ラインカメラの撮像画素の並び方向と同じ方向に長いものを用い、
   前記照明光源が照射する平行光は、ホログラムの面に対して斜め方向から入射していることを特徴とする、請求項１に記載の表面光沢物の検査装置。
3. 前記ホログラムとして表面レリーフ型ホログラムを用いていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の表面光沢物の検査装置。
4. 前記ホログラムとして体積型ホログラムを用いていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の表面光沢物の検査装置。