JP2001141659A

JP2001141659A - 画像撮像装置及び欠陥検出装置

Info

Publication number: JP2001141659A
Application number: JP32047299A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Tomota; 光弘友田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP3810599B2

Abstract

(57)【要約】【課題】積層型電子写真感光体に対応した被検査面に存
在する不可視画像を含む濃度ムラ欠陥等を高感度で、か
つ光ダメージを与えないで撮像して検出する。【解決手段】感光体１の表面に不可視光光源３から視感
度より外れた波長領域の光を照射し、感光体１からの拡
散反射近傍光を撮像手段４で受光して、感光体１の内部
欠陥の画像と表面欠陥の画像を高感度で撮像する。

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、例えば積層型電
子写真感光体や表面に透明層を設けたり色素を表面に塗
布した各種製品の内部の欠陥と表面の欠陥を読み取る画
像撮像装置及び各種欠陥を検出する欠陥検出装置、特に
視感度を中心とした目視検査では輝度変化を検知しにく
い不可視領域に存在する欠陥の検出に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばアルミ基体のベースに内部層と透
明表面層が積層された積層型電子写真感光体の製造ライ
ンにおける塗膜欠陥の検査は、一般に製造ライン中に設
けた検査ステーションで検査員による目視官能検査によ
り行なわれていた。この目視官能検査においては、年々
開発される異なる分光感度特性を持つ製品の外観欠陥を
検査員が見出さなければならないが、近年、デジタル化
に対応して開発された積層型電子写真感光体の吸光度の
ピーク波長領域が半導体レーザ発振波長である７８０ｎ
ｍ近傍にシフトしてきており、検査員のほぼ５５０ｎｍ
の視感度ピークを中心とする可視領域の反射光では目視
検査がしにくい製品も増えてきている。

【０００３】このような難点を改善するために、被検査
面の塗膜欠陥を撮像素子を用いたフライングイメージ方
式で自動的に検出するようにした表面欠陥検査装置が、
例えば特開平８−５５７７号公報や特開平６−１９４３
１８号公報，特開平６−２０７９０９号公報等に開示さ
れている。フライングイメージ方式は、被検査物の表面
を撮像カメラ等の画像入力装置で読み取って画像データ
を取得し、フィルタリングや２値化等の画像処理をして
被検査物の表面の情報から欠陥を検出する方法である。

【０００４】特開平８−５５７７号公報に示された表面
欠陥検査装置は、光沢面を有する表面層と拡散層という
２種の光学的特異性を持つ層を積層し、拡散層には格子
線を設け、表面層には疑似欠陥である特記を設けた標板
を構成し、拡散層と表面層の欠陥受光状態に基づいてカ
メラの受光位置を補正して、感光体表面の欠陥を高いコ
ントラストで撮像するようにしている。特開平６−１９
４３１８号公報に示された表面欠陥検査装置は、取得し
た画像データを複数個のデジタルフィルタに異なる縮小
率で入力して、各種サイズの表面欠陥を良好に検出する
ようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら可視領域
の照明光を用いた照明方法や偏光特性を利用したこれら
の表面欠陥装置では、可視領域に高吸光度である波長帯
域を有するアナログ用積層型電子写真感光体の場合は高
いコントラストで濃度ムラ欠陥を認識できるが、高吸光
度の波長帯域が不可視領域、特に内部層の高吸光度の波
長帯域が半導体レーザ光源の発振波長である近赤外線の
不可視領域にあるデジタル対応の積層型電子写真感光体
の場合は、内部層に存在する色ムラ欠陥等を高いＳ／Ｎ
比で認識する事が困難であった。

【０００６】また、このような低コントラストの感光体
欠陥を視認するために、より光量の強い可視光を照射す
る方法が取られてきたが、光量の強い可視光を積層型電
子写真感光体に照射すると、特に電荷移動層が前露光疲
労を受け、電荷移動層のドナーが光ダメージを受けると
いう問題もあった。

【０００７】この発明はかかる短所を改善し、半導体レ
ーザ光源用の積層型電子写真感光体に対応した被検査面
に存在する不可視画像を含む濃度ムラ欠陥等を高感度
で、かつ光ダメージを与えないで撮像して検出する画像
撮像装置及び欠陥検出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】この発明に係る画像撮像
装置は、不可視光光源と撮像手段と表示装置とを有し、
不可視光光源は視感度から外れた波長領域の光を被検査
物の表面に照射し、撮像手段は被検査物からの拡散反射
近傍光を受光して光電変換し、視感度から外れた不可視
欠陥画像信号を出力し、表示装置は撮像手段から出力し
た欠陥画像信号により欠陥画像を表示することを特徴と
する。

【０００９】この発明に係る他の画像撮像装置は、不可
視光光源と撮像手段と表示装置とを有し、不可視光光源
は視感度から外れた波長領域の光をデジタル対応の積層
型電子写真感光体の表面に照射し、撮像手段は積層型電
子写真感光体からの拡散反射近傍光を受光して光電変換
し、視感度から外れた不可視欠陥画像信号を出力し、表
示装置は撮像手段から出力した欠陥画像信号により欠陥
画像を表示することを特徴とする。

【００１０】積層型電子写真感光体を撮像するときに、
不可視光照明手段は不可視光として近赤外線を照射する
と良い。

【００１１】また、不可視光照明手段から出射する光の
ピーク波長領域と、撮像手段の分光感度ピーク波長領域
を積層型電子写真感光体の内部層における高吸光度であ
る波長帯域と一致させることが望ましい。

【００１２】さらに、撮像手段に１次元積算段数型ＣＣ
Ｄセンサを用いると良い。

【００１３】この発明に係る欠陥検出装置は、上記いず
れかの画像撮像装置と、画像撮像装置で撮像した画像の
情報から欠陥の種類を判定する画像処理部とを有するこ
とを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の画像撮像装置は、アル
ミ基体のベースに内部層と透明表面層が積層されている
積層型電子写真感光体の欠陥を撮像して表示するもので
あり、不可視光光源と撮像手段と表示装置とを有する。
不可視光光源は視感度から外れた波長領域の不可視光、
例えば近赤外線を感光体の表面に照射する。撮像手段は
感光体から反射する拡散反射近傍光を受光して光電変換
し視感度から外れた不可視欠陥画像信号を出力するもの
であり、１次元積算段数型ＣＣＤカメラを有する。表示
装置５は撮像手段４から出力した欠陥画像信号により欠
陥画像を表示する。

【００１５】この画像撮像装置で感光体の欠陥を撮像し
て表示するときは、感光体を例えばステッピングモータ
等を有する回転手段で軸心を中心にして回転しながら不
可視光光源から感光体の表面に近赤外線の不可視光を照
射する。感光体の透明表面層に入射した不可視光は透明
表面層の表面で反射と屈折をする。透明表面層の表面で
反射する光は、透明表面層の表面に欠陥がない場合には
正反射光として反射し、透明表面層の表面に欠陥がある
場合には散乱反射光として反射する。また、透明表面層
で屈折した光は内部層で拡散反射し、透明表面層を透過
し拡散反射光として出射する。このように不可視光光源
から感光体の表面に不可視光として近赤外線を照射する
ことにより、感光体のデジタル化に対応した吸光度のピ
ーク波長領域の半導体レーザ発振波長である近赤外線領
域シフトに対応でき、内部層で拡散反射した拡散反射光
は、吸光度が高い色ムラ欠陥部分では欠陥部分が暗くな
り、正常部とのコントラストが高くなる。この内部層で
拡散反射した拡散反射近傍光を撮像手段で受光する。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の構成図である。
図に示すように、被検査体、例えば積層型電子写真感光
体（以下、感光体という）１の欠陥を撮像して表示する
画像撮像装置２は不可視光光源３と撮像手段４と表示装
置５とを有する。感光体１は、図２の断面図に示すよう
に、アルミ基体のベース６に内部層７と透明表面層８が
積層されている。不可視光光源３は視感度から外れた波
長領域の不可視光、例えば近赤外線を感光体１の表面に
照射する。ここで視感度とは波長を変えて同一明るさに
見えるそれぞれの光の放射エネルギの逆数と定義されて
おり、そのピーク波長領域はおおよそ５５０ｎｍであ
る。撮像手段４は感光体１から反射する拡散反射近傍光
を受光して光電変換し視感度から外れた不可視欠陥画像
信号を出力するものであり、撮像手段４は感光体１から
の拡散反射近傍光を受光する暗視野すなわち正常部が明
るく欠陥部が暗くなる領域の光量変化を検出する反射光
軸側に１次元積算段数型ＣＣＤカメラを有する。撮像手
段４は感光体１からの拡散反射近傍光を受光するため、
不可視光光源３と撮像手段４の光軸が感光体１の表面に
対してなす角度αはほぼ３０度〜６０度になっている。
表示装置５は撮像手段４から出力した欠陥画像信号によ
り欠陥画像を表示する。

【００１７】上記のように構成した画像撮像装置２で感
光体１の欠陥を撮像して表示するときは、感光体１を例
えばステッピングモータ等を有する回転手段で軸心を中
心にして回転しながら不可視光光源３から感光体１の表
面に近赤外線の不可視光を照射する。このとき、塵埃等
による誤検出や過検出を防ぐため、回転する感光体１の
円周位置にイオナイザやエアーブロー，超音波等の除塵
機構を配置して塵埃等を除去する。感光体１の透明表面
層８に入射した不可視光９は、図２に示すように、透明
表面層８の表面で反射と屈折をする。透明表面層８の表
面で反射する光は、透明表面層８の表面に欠陥がない場
合には正反射光１０として反射し、透明表面層８の表面
に欠陥がある場合には散乱反射光１１として反射する。
また、透明表面層８で屈折した光は内部層７で拡散反射
し、透明表面層８を透過し拡散反射光１２として出射す
る。

【００１８】ここで不可視光光源３から感光体１の表面
に不可視光９として近赤外線を照射することにより、感
光体１のデジタル化に対応した吸光度のピーク波長領域
の半導体レーザ発振波長である近赤外線領域シフトに対
応できる。すなわち、感光体１において、正常面より色
の濃くなる濃度ムラは内部層７に多く付着する有色材料
に原因する場合が多い。この感光体１に光を照射したと
き内部層７で拡散反射した拡散反射光は、吸光度が高い
色ムラ欠陥部分では欠陥部分が暗くなり、正常部とのコ
ントラストが高くなる。最も濃度ムラ欠陥の画像コント
ラストの高くなる条件は、内部層７の高吸光度である波
長帯域と不可視光光源３から照射する光のピーク波長帯
域が一致していることである。デジタル対応の感光体１
の内部層７における吸光度のピーク波長領域は、図３の
分光吸収特性に示すように、半導体レーザ発振波長であ
る７８０ｎｍ近傍にある。この感光体１に従来から使用
されている螢光燈やハロゲンライト等からの視感度ピー
クがほぼ５５０ｎｍの可視領域の光を照射しても濃度ム
ラ欠陥の画像コントラストは低下し、濃度ムラ欠陥を検
出できなくなる。そこで不可視光光源３から感光体１の
表面に半導体レーザ発振波長である７８０ｎｍ近傍にピ
ーク波長領域を有する近赤外線を不可視光９として照射
し、濃度ムラ欠陥の画像コントラストを高くする。ま
た、不可視光９に紫外線成分が有った場合は、その過大
な光エネルギのために感光体１に化学変化や燐光，蛍光
発生といった光ダメージを与えてしまうが、近赤外線を
用いることにより紫外線をカットすることができ、電荷
移動層に含まれる電子供与体（ドナー）の光ダメージを
抑えることができる。この不可視光光源３で近赤外線を
出射する方法としては、分光を用いる方法やフィルタを
用いる方法又は波長選択された発光光源を用いる方法の
何れの方法でも良い。

【００１９】撮像手段４は感光体１の内部層７で拡散反
射した拡散反射光成分のうち入射点における法線近傍の
拡散反射近傍光を受光し、受光した光に含まれる情報か
ら不可視欠陥画像信号を出力する。この撮像手段４の１
次元積算段数型ＣＣＤカメラのＣＣＤとしては、図４の
ＣＣＤの比感度特性に示すように、分光感度ピーク波長
領域が特に近赤外線領域（７８０ｎｍ以上）にピークが
あるものを選択して用い、分光感度ピーク波長領域を感
光体１の内部層７の高吸光度である波長帯域と一致させ
て、濃度ムラ欠陥の画像コントラストが低下しないよう
にしておく。このようにして感光体１の内部層７の情報
のＳ／Ｎを向上し、塗工ムラ等の電荷発生層における欠
陥を認識することができる。また、撮像手段４に１次元
積算段数型ＣＣＤセンサを用いることにより、従来型の
１次元ＣＣＤセンサと比べて積算段数分の露光時間を多
く素子に与えることができ、低コントラストの感光体１
でも照射光量を大きくすることなく、必要最低限の照射
エネルギで光ダメージを押さえながら濃度ムラ欠陥等を
高感度で撮像できる。すなわち、従来型の１次元ＣＣＤ
センサのように、ある一点を撮像するＣＣＤ素子が１画
素のみで物体が通過する一瞬の電荷チャージで有るのに
対して、１次元積算段数型ＣＣＤセンサは同じ点に対す
る電荷チャ−ジを感光体１の回転に同期して積算段数分
引き渡しながら累積加算していく。また、撮像手段４と
して１次元積算段数型ＣＣＤセンサを用いることによ
り、電子走査により感光体１のドラム基体の長手方向で
ある主走査方向を高速走査することができ、ドラム基体
の全長方向に複数台の１次元積算段数型ＣＣＤセンサ、
例えば低光量下での高速スキャンが可能な市販の２０４
８画素の１次元積算段数型ＣＣＤセンサを２台を設置す
ることにより、空間分解能を向上させることもできる。

【００２０】また、撮像手段４は感光体１の内部層７で
拡散反射した拡散反射光成分のうち入射点における法線
近傍の拡散反射近傍光を受光するために、不可視光光源
３と撮像手段４の光軸が感光体１の表面に対してなす角
度αをほぼ３０度〜６０度にして不可視光光源３と撮像
手段４を配置しておく。すなわち、感光体１の内部層７
の高吸光度波長領域に依存しない表面散乱光１１や正反
射成分１０を高い感度で撮る必要のない受光法（暗視野
法）で内部層７の拡散反射光１２を多く受光するために
は、幾何学的には不可視光光源３からある入射角で光を
入射した感光体１の入射位置に対する法線方向に設けた
撮像手段４で受光すれば良い。しかしながら感光体１の
欠陥を検査する場合には、内部層７の欠陥だけでなく透
明表面層８の凸凹形状を含む欠陥による散乱反射光１１
も検出する必要がある。この感光体１の内部層７の濃度
ムラと透明表面層８の凸凹欠陥を同時に検出するために
様々な調査を行った結果、特に不可視光光源３と撮像手
段４の光軸が感光体１の表面に対してなす角度αをほぼ
３０度〜６０度にして撮像手段４１を感光体１の法線に
対して僅かに傾けて拡散反射近傍光を受光することによ
り、感光体１の内部層７の高吸光度波長領域に依存する
濃淡ムラ等の不可視欠陥をより高いコントラストで撮像
できるとともに透明表面層８の凸凹欠陥を同時に検出す
ることができる。

【００２１】なお、撮像手段４を感光体１の入射位置に
対する法線方向に設けて感光体１の内部層７の高吸光度
波長領域に依存する濃淡ムラ等の不可視欠陥を撮像する
とともに、感光体１の入射位置からの正反射光の光路に
透明表面層８の凸凹欠陥を撮像する撮像手段を設けても
良い。

【００２２】次ぎに上記のように構成した画像撮像装置
２で撮像した画像により感光体１の欠陥と欠陥の種類を
検出する欠陥検出装置について説明する。欠陥検出装置
２０は、図５のブロック図に示すように、画像撮像装置
２と画像処理部２１を有する。画像処理部２１は、画像
撮像装置２の撮像手段４がアナログカメラの場合であれ
ばＡ／Ｄ変換部２２と特異領域抽出部２３と特徴量算出
部２４及び欠陥判定部２５を有する。撮像手段４として
アナログカメラを用いた際にＡ／Ｄ変換部２２は画像撮
像装置２の撮像手段４で撮像した画像をＡ／Ｄ変換して
多値画像を形成する。特異領域抽出部２３は形成された
多値画像の特異領域を抽出する。特徴量算出部２４は抽
出された特異領域の特徴量を算出する。欠陥判定部２５
は算出された特徴量から欠陥の種類を判定する。ここで
撮像手段４がデジタルカメラの場合は、デジタル８ビッ
ト等で出力が直接なされるため、Ａ／Ｄ変換部２２は不
要である。

【００２３】上記のように構成した欠陥検出装置２０で
画像撮像装置２の不可視光照明装置３から感光体１に近
赤外線を照射し、感光体１からの拡散反射近傍光を撮像
手段４で受光し、受光した光に含まれる情報から不可視
欠陥画像信号を表示装置５に出力して画像を表示すると
ともに画像処理部２１に出力する。画像処理部２１は送
られた画像信号を撮像手段４としてアナログカメラを用
いた場合はＡ／Ｄ変換して、例えば輝度情報をＺ軸と
し、位置情報をＸ軸とＹ軸にした多値画像を形成し、表
示装置５に表示するとともに特異領域抽出部２３に送
る。特異領域抽出部２３は送られた多値画像の特異領域
である欠陥の候補領域を抽出して、特異領域の情報を特
徴量算出部２４に送る。特徴量算出部２４は送られた特
異領域の情報から例えばフラクタル解析により特徴量を
算出し、フラクタル次元で画像の濃度曲面の起伏等を表
わす。欠陥検出部２５は算出された特異領域の特徴量か
ら欠陥の種類を判定し、欠陥の種類とその位置を表示装
置５に表示する。

【００２４】このようにして感光体１の内部層７の高吸
光度波長領域に依存する濃淡ムラ等の不可視欠陥や透明
表面層８の凸凹欠陥を精度良く検出することができる。
したがって複写機やプリンタ用に使用する感光体１の品
質を高く維持することができ、良質な画像を形成するこ
とができる。

【００２５】上記実施例はデジタル対応の感光体１の内
部層７の濃淡ムラ等の不可視欠陥や透明表面層８の凸凹
欠陥を検出する場合について説明したが、表面に透明層
を設けたり色素を表面に塗布した各種製品の内部の疵や
塗りムラ等の欠陥も同様にして検出することができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、被検査
物の表面に視感度から外れた波長領域の光を照射し、被
検査物からの拡散反射近傍光を受光して画像を撮像する
ようにしたから、被検査物の内部欠陥の画像と表面欠陥
の画像を高感度で撮像することができる。

【００２７】また、デジタル対応の積層型電子写真感光
体の表面に視感度から外れた波長領域の光を照射し、感
光体からの拡散反射近傍光を受光して画像を撮像するよ
うにしたから、検査員の視認し難いデジタル対応の積層
型電子写真感光体の内部有色層の濃度ムラ欠陥を高感度
で撮像することができる。

【００２８】さらに、不可視光として近赤外線を照射す
ることにより、感光体のデジタル化に対応した吸光度の
ピーク波長領域の半導体レーザ発振波長である近赤外線
領域シフトに対応でき、感光体の内部有色層の濃度ムラ
欠陥の画像コントラストを高くすることができるととも
に紫外線による感光体の電荷移動層に含まれる電子供与
体（ドナー）の光ダメージを抑えることができる。

【００２９】また、感光体に照射する不可視光のピーク
波長領域と、感光体からの拡散反射近傍光を受光する撮
像手段の分光感度ピーク波長領域を感光体の内部層にお
ける高吸光度である波長帯域と一致させることにより、
濃度ムラ欠陥の画像コントラストをより高め、感光体の
内部層の情報のＳ／Ｎを向上し、塗工ムラ等の電荷発生
層における欠陥画像を高感度で撮像することができる。

【００３０】また、撮像手段に１次元積算段数型ＣＣＤ
センサを用いることにより、従来型の１次元ＣＣＤセン
サと比べて積算段数分の露光時間を多く素子に与えるこ
とができ、低コントラストの感光体でも照射光量を大き
くすることなく、必要最低限の照射エネルギで光ダメー
ジを押さえながら濃度ムラ欠陥等を高感度で撮像でき
る。

【００３１】さらに、画像撮像装置で撮像した画像を画
像処理して欠陥の種類を判定することにより、デジタル
対応の積層型電子写真感光体や表面に透明層を設けたり
色素を表面に塗布した各種製品の内部の疵や塗りムラ等
の欠陥を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の画像撮像装置の構成図であ
る。

【図２】感光体の構成と入射光と反射光及び拡散反射光
を示す断面図である。

【図３】感光体の内部層の分光吸収特性図である。

【図４】撮像手段の比感度特性図である。

【図５】この発明の実施例の欠陥検出装置の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１；感光体、２；画像撮像装置、３；不可視光光源、
４；撮像手段、５；表示装置、６；ベース、７；内部
層、８；透明表面層、２０；欠陥検出装置、２１；画像
処理部、２２；Ａ／Ｄ変換部、２３；特異領域抽出部、
２４；特徴量算出部、２５；欠陥判定部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不可視光光源と撮像手段と表示装置とを
有し、不可視光光源は視感度から外れた波長領域の光を被検査
物の表面に照射し、撮像手段は被検査物からの拡散反射
近傍光を受光して光電変換し、視感度から外れた不可視
欠陥画像信号を出力し、表示装置は撮像手段から出力し
た欠陥画像信号により欠陥画像を表示することを特徴と
する画像撮像装置。
【請求項２】不可視光光源と撮像手段と表示装置とを
有し、不可視光光源は視感度から外れた波長領域の光をデジタ
ル対応の積層型電子写真感光体の表面に照射し、撮像手
段は積層型電子写真感光体からの拡散反射近傍光を受光
して光電変換し、視感度から外れた不可視欠陥画像信号
を出力し、表示装置は撮像手段から出力した欠陥画像信
号により欠陥画像を表示することを特徴とする画像撮像
装置。
【請求項３】上記不可視光照明手段は不可視光として
近赤外線を照射する請求項２記載の画像撮像装置。
【請求項４】上記不可視光照明手段から出射する光の
ピーク波長領域と、撮像手段の分光感度ピーク波長領域
を積層型電子写真感光体の内部層における高吸光度であ
る波長帯域と一致させる請求項２又は３記載の画像撮像
装置。
【請求項５】上記撮像手段に１次元積算段数型ＣＣＤ
センサを用いた請求項１乃至４のいずれかに記載の画像
撮像装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の画像
撮像装置と、画像撮像装置で撮像した画像の情報から欠
陥の種類を判定する画像処理部とを有することを特徴と
する欠陥検出装置。