JP2004028785A

JP2004028785A - 平行光発生装置及びウェブ欠陥検出装置

Info

Publication number: JP2004028785A
Application number: JP2002185239A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakamura; 中村　貴廣
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】スジ状の欠陥の検出感度や精度の低下を抑える。
【解決手段】ランプボックス２３とライトガイド２７と角度調整機構２８と凹面鏡２４とから、平行光発生部１１を構成する。平行光発生部１１からの平行光をウェブ１５に向けて照射する。ウェブ１５を透過した平行光をラインセンサカメラ１３により撮像する。この撮像信号に基づきウェブ１５のスジ状の欠陥を判定する。凹面鏡２４は、糸巻型の歪曲収差を有し、ウェブ１５の幅方向に長いスリット状に光を投影する。ライトガイド２７から凹面鏡２４への光の向きを角度調整機構２８により調整する。凹面鏡２４の歪曲収差が大きい部分を使用してランプボックス２３からの光をウェブ１５に照射し、スリット状の投影部分におけるウェブ幅方向の光量分布をほぼ一定にする。光量分布変動に起因する検出感度の低下や検出精度の低下が抑制される。
【選択図】　　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行光発生装置及びこれを用いたウェブ欠陥検出装置に関し、特に透明または半透明のウェブ（帯状物体）に発生するスジなどの連続性欠陥を光学的に検出する際に用いて好適な平行光発生装置及びウェブ欠陥検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平２−３０７９７５号公報に開示されているように、連続的に搬送される透明に近いウェブに発生する視認困難なスジ状欠陥に対して、平行光を照射し、ウェブを透過した光をスクリーンなどに投影することによって、スクリーン上で濃淡画像を形成し、この像をラインセンサカメラなどによって受光処理することにより、スジ状欠陥か否かを判定する検査方法及び装置がある。このようなスジ状欠陥検査装置によれば、目視による判定が困難なスジ状欠陥であっても連続的にしかも自動的に欠陥を検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の欠陥検査装置では、前記平行光によってウェブ上に投影される幅方向に長いスリット状の投影エリア内におけるウェブ幅方向での光量分布が均一ではなく、中央部が光量が高く、端に向かうにしたがい次第に光量が低くなる山形状の分布となっており、中央部に比べて両側部分で欠陥検出精度が低下するという問題があった。また、ハロゲンランプなどを交換すると、その取付位置やフィラメントの位置などの変動によって、同じように投影エリアにおける光量分布が変動してしまい、検出感度がランプ交換前と大きく異なってしまうことがあり、その調整に手間と時間がかかっていた。このため、ランプ交換などを行っても、調整などが不要で検出感度が異ならないようにした欠陥検出装置の出現が望まれていた。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、被照射物にスリット状に投影する平行光のスリット長手方向における光量分布を簡単な構成でほぼ均一にすることができ、しかもランプなどの光源の交換などを行っても、人手による調整が不要になるようにした平行光発生装置及びウェブ欠陥検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、平行光発生光学系を有し、被照射物に向けて平行光を照射する平行光発生装置において、光源と、この光源からの光を前記平行光発生光学系へ導光する導光手段と、この導光手段から前記平行光発生光学系への光の向きを変更する調整手段とを有することを特徴とする。なお、前記導光手段は前記光源と前記平行光発生光学系との間に配置されるライトガイドであり、前記調整手段は前記ライトガイドの出射口を保持して変位する変位手段を有し、前記平行光発生光学系は、歪曲収差を有する凹面鏡またはレンズであって、前記被照射物の幅方向に長いスリット状に光を投影するものを用い、前記変位手段により平行光発生光学系への射出角度または射出位置を変えて、前記歪曲収差が大きい部分を使用して前記スリット状の投影部分における被照射物幅方向の光量分布をほぼ一定にすることが好ましい。また、このように構成した平行光発生装置をウェブ欠陥検出装置に用いることが好ましい。ウェブ欠陥検出装置では、前記平行光発生装置からの平行光をウェブに向けて照射し、前記ウェブを透過した平行光を撮像手段により撮像し、この撮像手段からのビデオ信号に基づき前記ウェブの欠陥を検出することが好ましい。
【０００６】
【作用】
光源と、この光源からの光を平行光発生光学系へ導光する導光手段と、この導光手段から前記平行光発生光学系への光の向きを変更する出射角度調整手段とから、平行光発生装置を構成することにより、光源を平行光発生光学系に近接した位置で配置する必要がなく、交換が容易な位置に設定することができる。しかも、光源としてランプを用いる際に、ランプを直接に平行光発生光学系に取り付ける場合に発生するランプ取付位置やフィラメント位置の変動の発生が抑えられ、常に一定した位置から平行光発生光学系へ光を導くことができる。したがって、ランプ交換に際して発光点の位置調整などが不要になる。
【０００７】
また、導光手段から平行光発生光学系への光の向きを変更する調整手段を備えることにより、光の向きの変更によって、被照射物としての例えばウェブ上に投影するエリアにおけるウェブ幅方向の光量分布をほぼ一定にする位置に簡単に出射角度や出射位置を調整することができる。したがって、光量分布変動に起因する検出感度の低下や検出精度の低下が抑制される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のウェブ欠陥検出装置を示す概略図である。このウェブ欠陥検出装置１０は、平行光発生部１１と、スクリーン１２と、撮像手段としてのＣＣＤラインセンサカメラ１３と、信号処理部１４とから構成されており、連続走行する被検査体としてのウェブ１５に対して平行光発生部１１から平行光を照射し、ウェブ１５を透過した光をスクリーン１２に投影し、この投影光をラインセンサカメラ１３で撮像し、この撮像データに基づき信号処理部１４で欠陥出力を発生する。
【０００９】
平行光発生部１１は、ハロゲンランプ２０、リフレクタ２１、及びレンズ２２を内蔵したランプボックス２３と、凹面鏡２４をハウジング２５内に有する平行光発生器２６と、導光手段としてのライトガイド２７と、ライトガイド２７の光出端部２７ａを保持してその投影角度を変更する角度調整機構２８とを備えている。ライトガイド２７は、一端（光出端部）２７ａが角度調整機構２８に他端２７ｂがランプボックス２３に取り付けられている。角度調整機構２８はハウジング２５に取り付けられている。
【００１０】
図２に示すように、角度調整機構２８は、光出端部２７ａとこの光出端部２７ａの保持プレート３１と角度調整用支軸３２と角度調整固定ねじ３３とベース３４とから構成されている。光出端部２７ａは保持プレート３１に固定されている。この保持プレート３１は角度調整用支軸３２を介してベース３４に固定ねじ３３で固定される。この固定の際に、角度調整用支軸３２を中心にして保持プレート３１の取り付け角度が変更される。なお、角度調整機構２８は上記機構に限られず、光出端部２７ａを鉛直方向で僅かに角度変位させる機構であればよい。また、角度変位に変えて、ほぼ鉛直方向で光出端部２７ａをシフトさせてもよく、この場合にも、後に説明するように、平行光のウェブ幅方向における光量分布をほぼ一定にすることができる。
【００１１】
図３は、平行光発生器２６の概略を示す平面図である。ライトガイド２７の光出端部２７ａから射出されたハロゲンランプ２０（図１参照）からの光は拡散して凹面鏡２４に入射し、ここで反射することにより平行光とされる。そして、図４に示すように、平行光がウェブ１５の幅方向で水平方向に長くスリット状の投影エリア２９としてウェブ１５に投影される。
【００１２】
図５はスジなどの欠陥を検出する原理を示している。同図（Ａ）に示すように、ウェブ１５が透明な支持体１５ａと透明な塗布層１５ｂとからなるとき、塗布層１５ｂにスジなどの欠陥部３９ａ，３９ｂがあるときには、その欠陥部３９ａ，３９ｂの盛り上がりによる界面での屈折で、欠陥部３９ａ，３９ｂに対応したスクリーン１２上では光量が増える。同図（Ｂ）はこのときのスクリーン１２上におけるウェブ幅方向での輝度を示しており、欠陥３９ａ，３９ｂに対応する位置で輝度変化が生じていることが判る。塗布層１５ｂに不純物の混入がある場合には、スクリーン１２上で欠陥部に対応する個所の光量が低下する。また、ピンホールによる欠陥部が存在する場合には、その個所では塗布層１５ｂによる吸収が全くないから、スクリーン１２上での明るさは、正常な部分に対して明るくなる。スクリーン１２上における輝度変化を検出することにより、これらの欠陥の有無や位置を知ることができる。
【００１３】
図１に示すように、スクリーン１２に投影されたウェブ透過光は、ラインセンサカメラ１３により撮像される。この撮像データは信号処理部１４に送られる。信号処理部１４は、微分回路３５、二値化回路３６を備えている。微分回路３５は、ラインセンサ１３からの信号を微分化してエッジを強調する。二値化回路３６は、微分回路３５からの信号を予め定められた設定値と比較して、設定値を超えた場合に欠陥信号を出力する。
【００１４】
ラインセンサカメラ１３は、スキャン方向に受光素子が一列に並べられており、ウェブ検査範囲の像をカメラレンズにより受光素子上に結像させる。そして、各受光素子でスキャンレーン毎に一定時間積分しビデオ信号を得る。このビデオ信号において例えば暗欠陥があればビデオ信号の対応部分が低くなる。検査範囲とビデオ信号の各受光素子の位置は対応しているので、ウェブ幅方向での欠陥の位置が特定される。
【００１５】
ところで、従来のハロゲンランプ内蔵タイプの平行光発生部の場合には、スクリーン１２の材質、スクリーン１２への入射角、ラインセンサカメラ１３の受光角の設定によって、図６に示すようにラインセンサカメラ１３で受光した時のビデオ信号が山形となる。このため、本発明では、図７に示すように、あえて光軸をずらせて凹面鏡２４で生じる糸巻型の歪曲収差が大きい部分（例えばＢ−Ｂ線位置）を使用し、（Ｂ）に示すように、ウェブ幅方向における中央部の光量を減じて、全体がフラットに近くなるようにして、ほぼ光量を均一にしている。なお、（Ａ）はＡ−Ａ線におけるビデオ信号の一例であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ線におけるビデオ信号の一例であり、（Ｃ）はＣ−Ｃ線におけるビデオ信号の一例である。
【００１６】
すなわち、図７に示すように、中央部のＡ−Ａ線から例えば上方のＢ−Ｂ線の位置となるように光源からの光を凹面鏡２４によって反射させることで、中央部分の光量を減じて全体としてフラットに近くなるようにし、光量を均一にする。実際には、斜めから凹面鏡２４へ光源の光が入射しているので、コマ収差などの影響もかなり大きいが、ここでは模式的に示している。
【００１７】
このように、平行光の投影エリアにおけるウェブ幅方向の光量分布をほぼ均一にすることにより、図６（Ａ）に示すように、ラインセンサカメラ１３で受光したときのビデオ信号がフラットになり、ラインセンサカメラ１３の視野位置が変わっても、検出感度をほぼ一定にすることができる。したがって、検出精度が低下することもなく、欠陥を確実に検出することができる。
【００１８】
前記光量分布を均一にするための角度調整の際には、パソコンオシロなどの波形観測が可能な機器を接続して、ラインセンサカメラ１３からのビデオ信号の波形を観測しながら、角度調整機構２８を操作して光出射角度を変更する。そして、ビデオ信号の出力が山形からフラットになる位置を探し、この位置で角度調整機構２８の操作を止めて、光出端部の位置を固定する。なお、固定ねじ３３を人手により調整して角度調整を行う他に、ビデオ信号の波形に基づき各受光素子の信号レベルがほぼ同じになるように、自動的に角度調整機構を制御するように構成してもよい。
【００１９】
従来の光源内蔵方式では、光源としてハロゲンランプを使用したときに、フィラメントの位置がものによってはかなりずれている場合もあり、このようなランプと交換してしまうと、調整することが困難になる。さらには、光源内蔵方式では、ランプ交換に手間を要する他に、交換の際に、位置調整済みの平行光発生部の位置がずれることもあり、この場合には再度位置を調整する必要がある。
【００２０】
本発明では、ランプ２０をランプボックス２３に収納して平行光発生器２６の外側に別個に配置し、さらにランプボックス２３と平行光発生器２６との間にライトガイド２７を設け、ランプ２０の光を平行光発生器２６に導いているので、ランプボックス２３の取り付け位置を任意に設定することができ、これによりランプ２０の交換が容易な位置とすることにより、簡単にランプ交換が行える。しかも、ライトガイド２７の光出端部２７ａはランプ交換では位置が変動することもなく、再度の位置調整などが不要になる。
【００２１】
図８は、幅広のウェブ４０に対して同様の検査を行うときの構成を示している。この場合には、複数の平行光発生器４１〜４４を、ウェブ４０の幅方向で互いに部分的に重畳するように配置し、非検査領域が生じないように投影エリア４１ａ〜４４ａを設定しておく。ウェブ４０の背後には、上記同様にスクリーン４５が配置され、各々の投影像は、平行光発生器４１〜４４の個々に対応して配置された４台のラインセンサカメラ（図示せず）で撮像される。これによれば、ウェブ４０の幅方向全域で平行光の照射が可能になり、ウェブ幅方向全体にわたって欠陥を精度よく検出することができる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、拡散反射性のスクリーン１２，４５から反射式にＣＣＤラインセンサカメラ１３で撮像したが、拡散透過型のスクリーンを利用してスクリーンの背後から撮像してもよい。また、ＣＣＤラインセンサカメラの代わりに、他のビデオカメラなどにより撮像してもよい。
【００２３】
平行光発生部１１は凹面鏡２４として放物面鏡を用いることができる他に、反射型に代えてレンズを利用したコリメート光学系を用いてもよい。
【００２４】
また、スクリーン１２からの反射光を撮像する場合に、図１、図３では、ウェブ１５を再度透過させて撮像しているが、図９に示すように、ウェブ１５を透過させずにその反射光を撮像してもよい。
【００２５】
なお、上記実施形態では、ウェブ欠陥検出装置に本発明の平行光発生装置を用いた例について説明したが、平行光発生装置はウェブ欠陥検出装置のみならず、平行光を必要とする各種装置に用いることが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、光源と、この光源からの光を平行光発生光学系へ導光する導光手段と、この導光手段から平行光発生光学系への光の向きを変更する出射角度調整手段とから平行光発生装置を構成したから、導光手段を介して光源と平行光発生光学系とを分離することができ、光源部を光源の交換容易な位置に設定することが可能になる。また、射出角度調整手段により、平行光発生光学系への光の向きを変更することにより、被照射物である例えばウェブにおける平行光の投影領域において、ウェブ幅方向の光量をほぼ一定にすることができる。したがって、平行光発生装置をウェブ欠陥検出装置などに用いる場合には、光量分布変動に起因するムラ欠陥の検出感度の低下や検出精度の低下が抑制される。
【００２７】
特に、歪曲収差を有する凹面鏡またはレンズであって、前記ウェブの幅方向に長いスリット状に光を投影するものを用いて平行光発生光学系を構成し、変位手段により平行光発生光学系への射出角度を変えて、前記歪曲収差が大きい部分を使用して前記スリット状の投影部分におけるウェブ幅方向の光量分布をほぼ一定にすることにより、簡単な構成で光量分布がほぼ一定な平行光が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェブ欠陥検出装置を示す概略図である。
【図２】角度調整機構の概略を示す正面図である。
【図３】平行光発生部の概略を示す平面図である。
【図４】ウェブ欠陥検出装置を示す斜視図である。
【図５】スジなどの欠陥を検出する原理を示す概略図である。
【図６】ビデオ信号を示すグラフであり、（Ａ）が本発明のものを、（Ｂ）が従来のものを示している。
【図７】凹面鏡による糸巻型の歪曲収差の一例と、検査光として利用する部位の光量分布の一例をその他の部位と比較して示すグラフである。
【図８】幅広のウェブを検査する他の実施形態における平行光発生部の配置例を示す斜視図である。
【図９】ウェブを透過してスクリーンで反射した光を直接に撮像する他の実施形態における平行光発生部、スクリーン、撮像部の配置例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０　ウェブ欠陥検出装置
１１　平行光発生部
１２，４５　スクリーン
１３　ラインセンサカメラ
１４　信号処理部
１５　ウェブ
２０　ハロゲンランプ
２４　凹面鏡
２６　平行光発生器
２７　ライトガイド
２７ａ　光出端部
２８　角度調整機構
２９　投影エリア
３１　保持プレート
３２　支軸
３３　固定ねじ
３９ａ，３９ｂ　欠陥部

Claims

平行光発生光学系を有し、被照射物に向けて平行光を照射する平行光発生装置において、
光源と、この光源からの光を前記平行光発生光学系へ導光する導光手段と、この導光手段から前記平行光発生光学系への光の向きを変更する調整手段とを有することを特徴とする平行光発生装置。
前記導光手段は前記光源と前記平行光発生光学系との間に配置されるライトガイドであり、前記調整手段は前記ライトガイドの出射口を保持して変位する変位手段を有し、前記平行光発生光学系は、歪曲収差を有する凹面鏡またはレンズであって、前記被照射物に対してスリット状に光を投影するものを用い、前記変位手段により平行光発生光学系への射出角度または射出位置を変えて、前記歪曲収差が大きい部分を使用して前記スリット状の投影部分におけるスリット長手方向の光量分布をほぼ一定にすることを特徴とする請求項１記載の平行光発生装置。
平行光発生光学系を有する平行光発生手段からの平行光をウェブに向けて照射し、前記ウェブを透過した平行光を撮像手段により撮像し、この撮像手段からのビデオ信号に基づき前記ウェブの欠陥を検出するウェブ欠陥検出装置において、
前記平行光発生手段を、光源と、この光源からの光を前記平行光発生光学系へ導光する導光手段と、この導光手段から前記平行光発生光学系への光の向きを変更する調整手段とから構成したことを特徴とするウェブ欠陥検出装置。
前記導光手段は前記光源と前記平行光発生光学系との間に配置されるライトガイドであり、前記調整手段は前記ライトガイドの出射口を保持して変位する変位手段を有し、前記平行光発生光学系は、歪曲収差を有する凹面鏡またはレンズであって、前記ウェブの幅方向に長いスリット状に光を投影するものを用い、前記変位手段により平行光発生光学系への射出角度または射出位置を変えて、前記歪曲収差が大きい部分を使用して前記スリット状の投影部分におけるウェブ幅方向の光量分布をほぼ一定にすることを特徴とする請求項３記載のウェブ欠陥検出装置。