JP4377872B2 - Surface inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、表面検査装置に関し、回折型光学的変化素子(回折型OVD :Optical Variable Device)の表面を検査する表面検査装置に関する。 The present invention relates to a surface inspection apparatus, and more particularly to a surface inspection apparatus that inspects the surface of a diffractive optical change element (diffractive OVD: Optical Variable Device).
回折型OVDは、エンボスホログラムに代表されるように、表面に光の回折現象を引き起こす加工がされた素子である。そのため光の回折・干渉現象に起因する鮮やかな発色を持つ模様を有していることを特徴としている。また、回折型OVDは、金属薄膜に形成されることも多く、金属光沢を有しているものも多い。 The diffractive OVD is an element whose surface is processed to cause a light diffraction phenomenon, as represented by an embossed hologram. Therefore, it is characterized by having a pattern with vivid color caused by light diffraction and interference phenomenon. In addition, the diffractive OVD is often formed on a metal thin film and often has a metallic luster.
このように、回折型OVDは、通常の印刷とは異なる光学的な特徴を有している。そのため、商品券といった印刷物やクレジットカードといったカード類の偽造防止技術(セキュリティスレッド)として用いられることも多い。セキュリティスレッドの品質は、印刷物やカード類の信頼性に大きく関わっている。そのため、セキュリティスレッドを形成する回折型OVDの品質を検査する検査手段が重要となっている。 Thus, the diffractive OVD has optical characteristics that are different from those of normal printing. Therefore, it is often used as a forgery prevention technique (security thread) for printed matter such as gift certificates and cards such as credit cards. The quality of security threads is greatly related to the reliability of printed materials and cards. Therefore, an inspection means for inspecting the quality of the diffractive OVD forming the security thread is important.
セキュリティスレッドが貼付または印刷された印刷物やカード類は、機械的に搬送され、数量を数える計数処理や品質検査をする処理が同時に行われる。計数処理では、高速に印刷物やカード類を搬送し計数が行われる。その搬送速度は、秒速数メートル以上であることもある。そのような高速計数と同時に品質検査を行うには、高速な検査装置が必要となる。 Printed matter and cards with a security thread attached or printed are mechanically transported, and a counting process and a quality inspection process are performed simultaneously. In the counting process, printed matter and cards are conveyed at high speed and counting is performed. The conveyance speed may be several meters per second or more. In order to perform quality inspection simultaneously with such high-speed counting, a high-speed inspection device is required.
また、品質検査において精度の高い検査を行うためには、印刷物やカード類を正確な検査位置に静止させた状態でこれらを検査するのが望ましい。しかしながら、検査工程に至るまでには搬送を伴うため、正確な検査位置からの位置ずれを完全に回避することは困難である。さらに、検査工程を一段と高速化しようとする場合は、搬送しながら検査を行わなければならず、検査位置に対する被検査物(印刷物やカード類)の高さ方向のばたつき、搬送方向に対する角度ずれであるスキューといった変動も生じる。このような変動は、検査の精度を劣化させてしまうため、このような状態における印刷物やカード類の検査においては、変動に強く安定した検査が求められる。 In order to perform high-precision inspection in quality inspection, it is desirable to inspect the printed matter and cards in a state where they are stationary at an accurate inspection position. However, since conveyance is involved before reaching the inspection process, it is difficult to completely avoid a displacement from an accurate inspection position. Furthermore, in order to further increase the speed of the inspection process, the inspection must be performed while being transported, and the inspection object (printed matter and cards) flickers in the height direction with respect to the inspection position, and the angular deviation with respect to the transport direction. Variations such as a certain skew also occur. Such fluctuations deteriorate the accuracy of the inspection. Therefore, in the inspection of printed matter and cards in such a state, a stable inspection that is resistant to fluctuations is required.
このように、回折型OVDの検査には、高速性と安定性を両立させる必要があった。この安定性という目的に対して、例えば特許文献1においては、回折型OVDの一種であるホログラム面の全周を囲うように光源を配置して検査光を照射するような手段をとっている。このように照明されたホログラムにおいては、その全面から回折光を得るようになされており、この回折光を撮像することにより得られるホログラム像と、予め保存されている欠陥のないホログラム像とがパターンマッチングにより比較される。
Thus, the inspection of the diffractive OVD needs to achieve both high speed and stability. For the purpose of this stability, for example, in
このようにホログラム全面から得られる回折光の撮像結果に基づいて欠陥の有無を検査することにより、ホログラム全面にわたって微小な欠陥を検査するようになされている。
しかしながら、撮像したホログラム像と予め保存されているホログラム像とのパターンマッチングを行う場合、ホログラム像の特徴抽出といった複雑な処理を行う必要があった。 However, when performing pattern matching between a captured hologram image and a previously stored hologram image, it is necessary to perform a complicated process such as feature extraction of the hologram image.
また、搬送装置による位置ずれやスキューといった変動を許容して安定した検査を行うためには、正規化相関法、位相限定相関法、幾何マッチングといった複雑な相関演算を伴う処理も必要となる。 In addition, in order to allow a stable inspection while tolerating fluctuations such as misalignment and skew caused by the transport device, processing involving complicated correlation operations such as a normalized correlation method, a phase-only correlation method, and geometric matching is also required.
このような複雑な処理は、高速な検査の妨げとなるものであり、したがって従来の検査装置では、回折型OVDを高速かつ安定に検査することが困難であった。 Such a complicated process hinders high-speed inspection, and therefore, it has been difficult to inspect the diffractive OVD with high speed and stability with a conventional inspection apparatus.
このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、高速に搬送された状態における回折型OVDの位置ずれ、ばたつき、スキューといった変動に対して安定かつ高速に検査を行うことができる表面検査装置を提供することである。 An object of the present invention made to solve such a technical problem is to perform a stable and high-speed inspection with respect to fluctuations such as positional deviation, fluttering, and skew of the diffractive OVD in a state of being conveyed at high speed. It is to provide a surface inspection apparatus that can be used.
本発明の実施の形態に係る特徴は、複数の波長成分を含む光を回折型光学的変化素子に照射する光源と、前記回折型光学的変化素子で回折された第1の波長の回折光および第2の波長の回折光を検知する光検知手段と、前記光検知手段の検出結果に基づいて、前記第1の波長の回折光および前記第2の波長の回折光の色の違いに関する評価値を計算する計算手段とを備えることである。 A feature according to an embodiment of the present invention is that a light source that irradiates a diffractive optical change element with light including a plurality of wavelength components, a diffracted light having a first wavelength diffracted by the diffractive optical change element, and An evaluation value relating to a color difference between the diffracted light of the first wavelength and the diffracted light of the second wavelength, based on the detection result of the diffracted light of the second wavelength and the detection result of the light detecting means; And calculating means for calculating.
本発明によれば、安定かつ高速に表面検査を行うことができる表面検査装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface inspection apparatus which can perform a surface inspection stably and at high speed can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、説明の便宜上、本発明の実施の形態においては上を前記回折型光学的変化素子の鉛直方向(前記回折型光学的変化素子の表面側)と仮定する。具体的には上とは後述するZ方向を指す。すなわち、本発明の実施の形態の説明にて記載された方向は、前記回折型光学的変化素子に対して前記回折型光学的変化素子の鉛直方向に対する相対的な方向を指し、重力方向に対する方向を指すものに限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience of explanation, in the embodiment of the present invention, it is assumed that the top is the vertical direction of the diffractive optical change element (the surface side of the diffractive optical change element). Specifically, “up” refers to the Z direction described later. That is, the direction described in the description of the embodiment of the present invention refers to the relative direction with respect to the vertical direction of the diffractive optical change element with respect to the diffractive optical change element, and the direction with respect to the direction of gravity. It is not limited to what indicates.
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る回折型光学的変化素子(回折型OVD)の表面検査装置100の構成を示したものである。この表面検査装置100は、紙葉類101に貼付または印刷されたような回折型OVD102の検査に用いられるものであり、照明手段201、集光手段202、光検知手段203、判別処理手段204が設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a
照明手段201は、斜め上方向から回折型OVD102に光を照射するように、回折型OVD102の側面に沿って配置される。照明手段201は、回折型OVD102より十分長い発光部分をもつ直線光源とする。具体的には直線状の蛍光管をもつ光源や、直線状のハロゲン電球をもつ光源を用いればよい。また光ファイバ等の光伝送手段により光源からの光を導光体内に入射し、光を射出する手段を線状またはアレイ状に設けた導光体により線状光源を実現するような伝送ライトを用いてもよい。光源の分光特性としては、複数の波長を含むものを用いればよいが、より好ましくは近赤外領域の波長から近紫外領域の波長までブロードな分光分布特性をもつ白色光源を用いるのがよい。
The
このように回折型OVD102に対して斜め上方から光を照射することにより、後述する光検知手段203に対して正反射光を入射させずに、回折光を入射させることができる。
By irradiating light to the
集光手段202は回折型OVD102から所定の距離だけ離れており、回折型OVD102の中心と集光手段202の光軸が概略交わるように配置される。集光手段202は、回折型OVDによって回折された光を集光するように配置される。具体的な集光手段としては、例えば、所定の焦点距離をもつ単一の凸レンズでもよく、また複数枚のレンズからなるカメラ用レンズでもよい。
The
光検知手段203は、集光手段202を挟んで回折型OVD102と反対側に配置される。このとき集光手段202によって集光される回折光の焦点位置あるいはその近傍に配置するのが好ましい。この実施の形態においては、複数の光検知手段203が設けられる。各光検知手段203は、それぞれ複数のカラーセンサーによって構成される。本発明はカラーセンサーの数量によって限定されるものではないが、この実施の形態では各光検知手段203ごとに3つのカラーセンサーを用いた場合について説明をする。カラーセンサーとしては、例えばフォトダイオードに赤色のフィルタを組み合わせたもの、フォトダイオードに緑色のフィルタを組み合わせたもの、フォトダイオードに青色のフィルタを組み合わせたもの等を用いることができる。この実施の形態において、複数の光検知手段203は、被検物(回折型OVD102)で回折された第1の波長の回折光を検知する第1の光検知手段と、被検物で回折された第2の波長の回折光を検知する第2の光検知手段を構成する。
The light detection means 203 is arranged on the opposite side to the
図2に示すように、1つの光検知手段203には、光の3原色である赤(R)、緑(G)、青(B)を検知するようになされたカラーセンサー301a、301b、301cが設けられており、それぞれのカラーセンサー301a〜301cによって検出された光強度は、 複数の波長ごとの電気信号(分光強度信号)に変換され判別処理手段204に送られる。ここで、光検知手段203は必ずしも赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの成分に対応する必要はなく、少なくとも2種類の波長に対応可能なカラーセンサーを用いることができる。各カラーセンサーでは、光の3原色である赤(R)、緑(G)、青(B)の波長を持つ光の強度を検出し、それぞれの波長の分光強度信号IR、IG、IBとして判別処理手段204に含まれる色差量計算部302に送られる。ここではカラーセンサーの検出する波長を光の3原色RGBであるとして説明をしているが、本発明はこの波長の選択の方法によって限定されるものではなく、想定される回折型OVDの種類や検査装置の構成によって適宜最適な色を選択すればよい。
As shown in FIG. 2, a single
判別処理手段204は図2に示したように、色差量計算部302、表面状態判定部303、判定結果出力部304からなる。色差量計算部302ではカラーセンサー301a〜301cから送られる分光強度信号から色差量信号(評価値)を計算し、その色差量信号を表面状態判定部303に送る。
As shown in FIG. 2, the
ここで色差量計算部302での計算例を数式を用いて説明する。まずカラーセンサー301a、301b、301cからの分光強度信号の組をそれぞれ(I1R,I1G,I1B)、(I2R,I2G,I2B)、(I3R,I3G,I3B)として、各カラーセンサーの分光強度信号ごとにR信号とB信号の色差指標値Qiを次式によって求める。
ここでImaxとIminは、カラーセンサーによって出力される分光強度信号の最大値と最小値であり、カラーセンサーの性能によって決められるものである。 Here, I max and I min are the maximum value and the minimum value of the spectral intensity signal output by the color sensor, and are determined by the performance of the color sensor.
次に色差指標値Qiの各カラーセンサーごとの平均値Pを次式によって求める。
この平均値Pから各カラーセンサーの色差指標値Qiがどれだけ離れているかを次式によって求め、その値を色差量信号Dとする。
ここで求めた色差量信号Dは、色差指標値Qiのばらつき度合いを示す標準偏差と解釈することもできる。この色差量信号Dが色差量計算部302から表面状態判定部303に送られ、判定処理が行われる。なお、ここで示した計算例では、RとBの成分を用いて計算する手段について述べたが、RとG、GとB、あるいはそれらを組み合わせた計算でもよい。
The color difference amount signal D obtained here can also be interpreted as a standard deviation indicating the degree of variation of the color difference index value Q i . The color difference amount signal D is sent from the color difference
上述した説明では複数のカラーセンサーを用いて光検知手段を構成した場合について説明しているため式(3)のように色差量信号Dを定義しているが、単一のカラーセンサーを用いて光検知手段を構成した場合は色差指標値Qiをそのまま色差量信号Dとして表面状態判定部303に送ればよい。
In the above description, since the case where the light detection means is configured using a plurality of color sensors is described, the color difference amount signal D is defined as in Expression (3), but a single color sensor is used. When the light detection means is configured, the color difference index value Q i may be sent as it is to the surface
表面状態判定部303では、図3に示すフローチャートのように判定処理が行われる。この判定処理において、まず表面状態判定部303に色差量信号Dが取り込まれる(S401)。次に表面状態判定部303において、色差量信号Dをもとに回折型OVDの表面状態の判定が行われる。すなわち、表面状態判定部303は、メモリ等の記憶手段(図示せず)にあらかじめ記憶されているある閾値と色差量信号Dとを比較し、色差量信号Dが閾値を超えるか超えないかという判別を行う(S402)。色差量信号Dが閾値を超える場合、表面状態判定部303は、回折型OVDが正常であると判断し、正常信号を判定結果出力部304に出力する(S403)。これに対して、色差量信号Dが閾値を超えない場合、表面状態判定部303は、回折型OVDの表面が異常であると判断し、異常信号を判定結果出力部304に出力する(S404)。
In the surface
これらの信号は最終的に判定結果出力部304から、例えば、本実施の形態の表面検査装置100と組み合わされる表示装置(図示せず)に送られ、可視表示等によって判定結果を表示することが可能となる。あるいは図4に示すように、表面検査装置100を含む検査処理装置120の搬送区分装置121に送られ、表面に損傷や劣化のある回折型OVDが貼付された紙葉類を振り分けるなどの処理が可能となる。例えば、搬送区分装置121としては、正常信号又は異常信号に基づいて区分け用のアーム(図示せず)を動作させ、ベルトコンベア等で搬出される紙葉類を区分け用のアームによって選別するように構成されたものがある。また検査処理装置120では、表面検査装置100の判定結果出力部304から出力された正常又は異常を示す信号に基づいて、正常な紙葉類及び異常な紙葉類の数を計数する計数装置122によって、それぞれの数を計数することもできる。
These signals are finally sent from the determination
以下では、本実施の形態の効果についてより詳しく図面を用いて説明をする。図5に示すように、回折型OVD102に斜め方向から照明光を照射すると、特定の入射光線に対する0次回折光である正反射光線は、素子表面に対して入射角と同じ射出角で反対方向に射出する。しかし、回折光光線は、回折型OVD102を構成する回折格子の向きやピッチによって、素子表面に入射する光線の角度に応じた特定の平面上あるいは曲面上に沿って射出する。例えば図6に示すように、表面がZ方向に垂直な向きで、格子の配列方向がY方向に平行な回折格子に、YZ平面上の入射光線が斜めに回折格子に入射する場合、その回折光光線は図6中の破線で示されたYZ平面の近傍に限られる。また、図7に示すように格子の配列方向がY方向と垂直な場合、その回折光光線は破線で示された特定の円錐面近傍に限られる。
Below, the effect of this Embodiment is demonstrated in detail using drawing. As shown in FIG. 5, when the
そこで本実施の形態においては、照明手段201として直線光源を用いることにより、光源の長手方向に関しては、多くの角度の光線が回折型OVD102に入射する。そのため図8のように概して広く放射状に回折光の光線が射出することになる。
Therefore, in the present embodiment, by using a linear light source as the
この回折光の広がりを計算により求め、その回折光の方向余弦をプロットした例を図9に示す。この計算の条件を説明すると、ここでは光軸方向にZ軸をとった座標系に対する角度としての方向余弦(L,M,N)のL成分を横軸に、M成分を縦軸にプロットしている。回折格子の格子方向は図5に示したところのY方向に向いている。また回折型OVD102に用いられる回折格子のピッチは数百ナノメートルから数マイクロメートルというのが一般的だが、ここでは1マイクロメートルとして計算例を示している。入射させる光線については、回折格子表面に対する入射光線の角度θを45°に固定し、この状態で入射光線のX方向に対する角度φを0°から−180°まで変化させている。図9の0°から−180°の数字は、この入射光線の角度φに対応した回折光のプロットであることを示している。この変化は光源が長尺になることにより、回折格子に入射する光線が多くの方向から入射するようになることに相当する。また入射光線の波長は400nm(青)から700nm(赤)まで100nmごとに変化させプロットしている。波長とプロット点との対応は、図9中の波長対応という凡例に示している。この図9をみるとある特定の方向からから来た光線に対する回折光の方向余弦は、1次回折光から3次回折光の各波長が直線状に分布し、回折光の射出方向が限定されていることがわかる。しかし回折格子の格子方向に対する入射光の角度を増やしていくことにより、回折光に広がりを持たせることが可能なことも分かる。
An example in which the spread of the diffracted light is obtained by calculation and the direction cosine of the diffracted light is plotted is shown in FIG. Explaining the conditions of this calculation, here, the L component of the direction cosine (L, M, N) as an angle with respect to the coordinate system taking the Z axis in the optical axis direction is plotted on the horizontal axis and the M component is plotted on the vertical axis. ing. The grating direction of the diffraction grating is in the Y direction as shown in FIG. The pitch of the diffraction grating used in the
このように回折型OVD102から広く放射状に回折光が射出されるため、図8の破線で示したように回折型OVD102の表面に角度ずれがあっても、確実に集光手段202に回折光を入射させることができ、光検知手段203により回折光を検知することができる。すなわち本実施の形態の表面検査装置100は、回折型OVD102の角度ずれといった変動に対して強く、安定した検査装置であるといえる。
As described above, since the diffracted light is emitted widely and radially from the
また回折型OVD102は、格子ピッチや格子方向が異なる複数の回折格子により構成されることも多い。このような回折型OVDに対しても、直線光源のようなあらゆる方向から光線が入射する光源(照明手段201)を用いることで、特定の格子ピッチや格子方向をもつ回折格子以外は見ることが困難であるという汎用性の低さを解消することができる。つまり多様な回折格子が組み合わされた回折型OVDに対しても、安定して検査を行うことができる。
The
回折型OVD102を構成する回折格子パターンが正常であれば、特定の方向から来た光線は図8のように波長分散を受け回折される。例えば、図10に示すように、回折型OVD102の回折格子パターンが正常である場合(図10において部分的に拡大して示す)、波長λ1、λ2、λ3という3波長を含むスペクトルをもつ照明光が回折型OVD102に入射した場合、その回折光は波長λ1、λ2、λ3のそれぞれの光で異なった方向に回折される。これに対して、回折型OVD102に視覚にて認識できる程度の欠損、磨耗や擦傷のある場合、波長分散を受けた回折光が減少してしまう。例えば図11に示すように、回折型OVD102に欠損、磨耗や擦傷(欠損等)がある場合(図11において部分的に拡大して示す)、回折型OVD102の欠損等のある部分では回折格子の規則正しい構造が破壊されている、または回折格子が失われている等、回折格子の機能に欠陥が生じているためである。この場合、光を反射するのは、例えば不規則な構造に変化してしまった回折型OVD102の素材や、回折型OVD102が添付等された紙葉類101の表面である。したがって回折型OVD102に波長λ1、λ2、λ3という3波長のスペクトルをもつ照明光が回折型OVD102に入射しても、多くの方向に波長λ1、λ2、λ3という3波長を含むスペクトルをもつ拡散反射光が多く発せられることになる。
If the diffraction grating pattern constituting the
一方、光源(照明手段201)の長手方向と直交する断面に注目すると、図12に示すように、ある幅のある回折型OVD102に対して微小な光源として機能する。この断面では、微小な光源が斜め上から光を照射する位置関係になる。そのため回折型OVD102の表面上で、光源に近い位置では小さな入射角で光線が入射し、光源に遠い位置では大きな入射角で光線が入射する。そのことにより正常な回折型OVD102では、正反射方向の光線と回折されて集光手段202に入射する光線のなす角度が、位置によって変わることになる。回折光は分散を受けているので、その角度が違えば波長も変わる。つまり集光手段202に入射する光の波長が回折型OVD102の表面上の位置によって異なるということである。
On the other hand, when attention is paid to a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the light source (illuminating means 201), as shown in FIG. 12, the
したがって回折型OVD102が正常であれば、周囲の物体による拡散反射光等のノイズとなるような光を除くと、図12に示すように、光検知手段203に含まれる各カラーセンサーに入射する回折光の波長も異なってくる。つまりカラーセンサーに入射する回折光は単色に近い色となることにより、カラーセンサーで単色に近い色を検出することになり、また各カラーセンサーで検出される色が異なっているという特徴がある。またこれとは逆に上述したように回折型OVD102に欠損、磨耗や擦傷といった異常がある場合は、カラーセンサーに入射する光は拡散反射光である。そのため各カラーセンサーは複数波長が含まれる白色に近い光を検出するという特徴がある。これは正常な回折型OVDの特徴と欠損等をもつ異常な回折型OVDの特徴とを光学的な情報に置き換えていることになる。具体的には、上述の式(2)によって算出される平均値Pは、拡散光が検出された場合の色差指標値と見ることができ、また上述の式(3)において、色差量信号Dは、色差指標値Qiの標準偏差と見ることができる。
Therefore, if the
この標準偏差は、上述の式(2)で表される平均値Pに対する色差指標値Qiの差が小さくなるほど小さくなるものである。すなわち、検出光が白色に近い複数波長が含まれる光(拡散反射光)になるほど色差量信号Dが小さくなる。ここで、図11について上述したように、回折型OVD102に欠陥、磨耗、擦傷等があると、カラーセンサーに入射される光は拡散反射光に近くなる。これらにより、表面状態判定部303(図2)において、色差量信号Dが閾値を超えたか否かに基づき、回折型OVD102に欠陥があるか否かを判断することができる(図3)。
This standard deviation becomes smaller as the difference of the color difference index value Q i with respect to the average value P expressed by the above equation (2) becomes smaller. That is, the color difference amount signal D decreases as the detection light becomes light (diffuse reflected light) including a plurality of wavelengths close to white. Here, as described above with reference to FIG. 11, if the
判別処理手段204においてはその光学的な情報を的確に捉えるために、カラーセンサーからくる分光強度信号から色差量を計算するという方法(式(1)〜式(3))で、正常な回折型OVDと欠損等をもつ異常な回折型OVDを判別する処理をおこなう。すなわち、判別処理手段204では回折型OVD表面の部位によって光検知手段まで到達する光の波長が異なっているという特徴をとらえ、正常な回折型OVDと損傷・劣化した回折型OVDを判別する処理をおこなう。この処理は上述したように数個の数式と閾値との比較という組合せで成り立たせることが可能であり、単純で高速な判別処理が可能である。つまり本実施の形態により提供される回折型OVDの表面検査装置100は、回折型OVD102に含まれる回折格子の特徴を的確に捉えることが可能で、かつ高速な検査が可能な表面検査装置であると言える。かくして表面検査装置100は、高速な搬送装置と組み合わせても、その搬送過程で生じる紙葉類101のバタツキやスキューといった変動に対して安定した検査を行うことができる。
In the discrimination processing means 204, in order to accurately capture the optical information, a normal diffraction type is calculated by a method of calculating the color difference amount from the spectral intensity signal coming from the color sensor (Equation (1) to Equation (3)). A process for discriminating between an OVD and an abnormal diffractive OVD having a defect or the like is performed. In other words, the discrimination processing means 204 captures the feature that the wavelength of light reaching the light detection means differs depending on the part of the surface of the diffractive OVD, and performs a process of discriminating between normal diffractive OVD and damaged / degraded diffractive OVD. Do it. As described above, this processing can be realized by a combination of several mathematical formulas and a threshold value, and simple and high-speed discrimination processing is possible. That is, the diffractive OVD
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態について図面を用いて説明を行う。なお、第1の実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same part as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図13は本発明の第2の実施の形態に係る回折型OVDの表面検査装置200の構成を示したものである。この表面検査装置200は、紙葉類101に貼付または印刷されたような回折型OVD102の検査に用いられるものである。また紙葉類101は搬送ベルト103によって搬送されながら、表面検査装置200により検査される。
FIG. 13 shows the configuration of a diffractive OVD
この表面検査装置200は、主に照明手段201、集光手段202、光検知手段203、判別処理手段204から構成される。
The
照明手段201は、斜め上方向から回折型OVD102に光を照射するように、回折型OVD102の側面に沿って配置する。照明手段201は、回折型OVD102より十分長く、細長い発光部分をもつ略円弧状光源とする。光源の分光特性としては、複数の波長を含むものを用いればよいが、より好ましくは近赤外領域の波長から近紫外領域の波長までブロードな分光分布特性をもつ白色光源を用いるのがよい。
The illumination means 201 is disposed along the side surface of the
このように回折型OVD102に対して斜め上方から光を照射することにより、後述する光検知手段203に対して正反射光を入射させずに、回折光を入射させることができる。この場合、略円弧状光源を回折型OVD102の周囲の180°に亘って配置される構成とすることにより、正反射光が光検知手段203に入射することを有効に防止することができる。なお、略円弧状光源の構成は、回折型OVD102の周囲の180°に亘って配置される構成に限らず、180°以上又は以下であってもよく、要は回折型OVD102に対して斜め上方から光が入射するような構成であればよい。
By irradiating light to the
集光手段202は回折型OVD102から所定の距離だけ離れており、回折型OVD102の中心と集光手段202の光軸が概略交わるように配置する。このとき集光手段202は、カメラレンズを用いるのが好ましく、その焦点距離やFナンバーは表面検査装置全体の大きさや、光源の明るさ、回折型OVD102の大きさなどによって最適なものを選択すればよい。
The condensing means 202 is separated from the
光検知手段203は図14に示すように、例えばCCD(charge-coupled device)で構成されたカラー・ラインイメージセンサー305a〜305cからなる。それぞれのカラー・ラインイメージセンサーは、305aが赤(R)、305bが緑(G)、305cが青(B)の成分の画像を取得するようにする。ここでは紙葉類101が搬送ベルト103によって搬送されている。したがってカラー・ラインイメージセンサが回折型OVD102の表面を回折光を介してスキャンし、その画像データを取得する。このように撮像を行うために光検知手段203はカメラレンズである集光手段202の結像位置に配置するのがこのましい。
As shown in FIG. 14, the light detection means 203 includes color /
カラー・ラインイメージセンサーは上述したような光の3原色である赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの成分に対して撮像を行う3本のラインセンサーを持つものが一般的である。しかし、ラインセンサーは必ずしも赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの成分に対応する3本を必要とするものではなく、少なくとも2種類の波長に対応可能な本数のラインセンサーが設けられていれば良い。すなわち、色成分やラインセンサーの本数によって本発明が限定されるわけではなく、検査対象の回折型OVDの特性や必要となる処理速度に応じて最適な値を選択すればよい。 The color / line image sensor generally has three line sensors for imaging each component of red (R), green (G), and blue (B), which are the three primary colors of light as described above. Is. However, the line sensors do not necessarily require three lines corresponding to the respective components of red (R), green (G), and blue (B), but the number of line sensors that can correspond to at least two types of wavelengths. Should just be provided. That is, the present invention is not limited by the number of color components and the number of line sensors, and an optimal value may be selected according to the characteristics of the diffractive OVD to be inspected and the required processing speed.
判別処理手段204においては、まず画像取り込み部306でカラー・ラインイメージセンサ305a〜305cからくる信号からRGB成分で分解された3つの回折型OVD画像データを生成する。
In the
次に色差量計算部302において、回折型OVDの画像データから色差量Dが計算される。その計算方法を数式を用いて説明する。まず画像データの各画素における画素濃度値をI(m,n)とする。ここでmは画像データ上におけるラインイメージセンサーの主走査方向の座標を表し、nは副走査方向の座標を表す。そしてカラー・ラインイメージセンサ305a〜305cによって取得されるRGB各成分の画像データの画素濃度値をIR(m,n)、IG(m,n)、IB(m,n)とする。
Next, the color difference
ここで画像データの各画素ごとの色差指標値Q(m,n)を次式によって求める。
ここでCは画素濃度値の最大値と最小値の中間の値である。例えばラインイメージセンサーにより画素濃度値0〜255の256階調の画像データを取得した場合、Cは128となる。次に色差指標値Q(m,n)の各カラー・ラインイメージセンサーごとの平均値Pを次式によって求める。
この平均値Pから各カラーセンサーの色差指標地Q(m,n)がどれだけ離れているか求め、それを積算したものをその値を色差量信号Dとする。この色差量信号Dは次式で表される。
ここで求めた色差量信号Dは色差指標値Q(m,n)のばらつき度合いを示す標準偏差と解釈することもできる。この色差量信号Dが色差量計算部302にから表面状態判定部303に送られ、判定処理が行われる。なお、ここで示した計算例では、RとBの成分を用いて計算する手段について述べたが、RとG、GとB、あるいはそれらを組み合わせた計算方法を用いてもよい。
The color difference amount signal D obtained here can also be interpreted as a standard deviation indicating the degree of variation of the color difference index value Q (m, n). The color difference amount signal D is sent from the color difference
表面状態判定部303では第1の実施の形態と同様に図3に示したフローチャートに従う判定が行われ、正常信号または異常信号が出力される。これらの信号は最終的に判定結果出力部から、例えば、本実施の形態の表面検査装置200と組み合わされる表示装置(図示せず)に送られ、可視表示等によって判定結果を表示することが可能となる。あるいは図4について上述したように、表面検査装置200を含む検査処理装置120の搬送区分装置121に送られ、表面が損傷や劣化のある回折型OVDが貼付された紙葉類が振り分けるなどの処理が可能となる。また検査処理装置120では、表面検査装置200の判定結果出力部304から出力された正常又は異常を示す信号に基づいて、正常な紙葉類及び異常な紙葉類の数を計数する計数装置122によって、それぞれの数を計数することもできる。
Similar to the first embodiment, the surface
このように、第2の実施の形態に係る表面検査装置200においては、回折型OVD102に欠陥、磨耗、擦傷等があると、カラー・ラインイメージセンサーに入射される光は拡散反射光が多くを占めるようになり、表面状態判定部303(図2)において、色差量信号Dが閾値を超えたか否かに基づき、回折型OVD102に欠陥があるか否かを判断することができる(図3)。
Thus, in the
このように、第2の実施の形態に係る表面検査装置200では、数個の数式(式(4)〜式(6))と閾値との比較という組合せで成り立たせることが可能であり、単純で高速な判別処理が可能である。すなわち、判別処理手段204では回折型OVD表面の部位によって光検知手段まで到達する光の波長が異なっているという特徴をとらえ、正常な回折型OVDと損傷・劣化した回折型OVDを判別する処理をおこなうことができる。つまり本実施の形態により提供される回折型OVDの表面検査装置200は、回折型OVD102に含まれる回折格子の特徴を的確に捉えることが可能で、かつ高速な検査が可能な表面検査装置であると言える。かくして表面検査装置200は、高速な搬送装置と組み合わせても、その搬送過程で生じる紙葉類101のバタツキやスキューといった変動に対して安定した検査を行うことができる。
As described above, the
(他の実施の形態)
なお、本発明の第1の実施の形態では、光検知手段としてカラーセンサーを用いる例について説明を行ったが、光検知手段としてカラー・エリアイメージセンサを用いてもかまわない。この場合、第2の実施の形態と同じ判定処理手段を用いればよい。カラー・エリアイメージセンサを用いることで、より細かい空間分解能で分光強度信号を得ることができる。そのためより精度の高い表面検査が可能となる。
(Other embodiments)
In the first embodiment of the present invention, an example in which a color sensor is used as the light detection unit has been described. However, a color area image sensor may be used as the light detection unit. In this case, the same determination processing means as in the second embodiment may be used. By using a color area image sensor, a spectral intensity signal can be obtained with a finer spatial resolution. Therefore, surface inspection with higher accuracy is possible.
また、本発明の第1の実施の形態では直線光源、第2の実施の形態では略円弧状光源を用いる例について説明を行った。しかし本発明では実施の形態に関わらず直線光源と略円弧状光源のどちらを用いてもかまわない。直線光源は構成が単純であり調整が容易であるという特徴を持ち、略円弧状光源は効率的に光を照射することができるため、省エネルギー化が図れるという特徴を持つ。これらの特徴を鑑みて、本発明の表面検査装置を組み込むシステムの性能や制約によって適宜選択すればよい。 In the first embodiment of the present invention, an example in which a linear light source is used, and in the second embodiment, a substantially arc-shaped light source is described. However, in the present invention, either a linear light source or a substantially arc light source may be used regardless of the embodiment. A linear light source has a feature that the configuration is simple and easy to adjust, and a substantially arc-shaped light source has a feature that energy can be saved because light can be efficiently emitted. In view of these characteristics, an appropriate selection may be made according to the performance and restrictions of the system incorporating the surface inspection apparatus of the present invention.
また、本発明の実施の形態の説明においては、照明手段201として直線や円弧といった光源を用いる例について説明を行った。しかし本発明はそれらの形状によって限定されるものではなく、図15に示すように微小光源501が直線アレイ状に配列した光源や、図16に示すように微小光源501が略円弧状に配列した光源を用いてもかまわない。あるいは図17に示すように直線光源502が折れ線状に連なった光源を用いてもかまわない。あるいは図18に示すように、直線光源502が互いに性対する2つのミラー503によって挟み込み、見かけ上長尺の照明手段となるようにした光源を用いてもかまわない。あるいは図19に示すようにミラー503が直線光源502に対して斜めになるように配置され、見かけ上折れ線状に連なった照明手段になる光源を用いてもかまわない。あるいは図18及び図19の直線光源502を、1つの微小光源501または複数の微小光源からなる微小光源アレイに置き換えてもかまわない。さらにはこれらの直線光源と微小光源を組み合わせてもよく、例えば図20に示すように微小光源501と直線光源502を組み合わせた光源を用いてもよい。本発明の表面検査装置では、検査対象の回折型OVDの仕様や検査装置に優先的に求められる特性に応じて、これらの光源を適宜選択すれよい。最適な光源を適宜選択することにより効率が良くかつより安定した回折型OVDの分光強度信号や画像データが取得できるようになり、精度の高い検査が可能となる。
In the description of the embodiment of the present invention, an example in which a light source such as a straight line or an arc is used as the
また、本発明の実施の形態の説明においては、判別処理手段の中で式(1)または式(4)で表される色差指標値Qの標準偏差値を求めることにより色差量信号Dを求める例について説明した。しかし本発明はその色差量信号Dの定義に限定されるものではなく、例えば色差指標値Qの変わりにHSV(Hue Saturation Value)表色系で用いられる彩度Sを用いてもよい。彩度Sは例えば以下のように定義される。
ここで、IR、IG、IBは第1の実施の形態のようにカラーセンサーを用いた場合には、各カラーセンサーより出力される信号を表し、第2の実施の形態のようにカラーイメージセンサを用いて撮像した場合には、画像データの各画素濃度値のRGB各成分を表すとする。また、式(7)において、max{IR,IG,IB}は、IR、IG、IBのうち最大の値をとるものを選択することを意味し、min{IR,IG,IB}は、IR、IG、IBのうち最小の値をとるものを選択することを意味する。式(7)は、このmax{IR、IG、IB}が0のときと、0でないときとで彩度Sが異なることを表している。 Here, when a color sensor is used as in the first embodiment, I R , I G , and I B represent signals output from the color sensors, as in the second embodiment. When an image is captured using a color image sensor, each component of RGB of each pixel density value of the image data is represented. In Expression (7), max {I R, I G , I B } means that the maximum value among I R , I G , and I B is selected, and min {I R , I G , I B } means that the smallest one of I R , I G , and I B is selected. Expression (7) indicates that the saturation S is different when max {I R , I G , I B } is 0 and when it is not 0.
この彩度Sを用いる場合も、彩度Sのカラーセンサーについて集計した標準偏差値あるいは画像データの画素について集計した標準偏差値を計算することで色差量信号Dを求めればよい。このように彩度から色差信号Dを計算する処理判別装置を用いることで、よりホログラム表面から射出しカラーセンサーに入射する回折光に対して広い表色域で判別するこが可能になる。そのためホログラムを構成する回折格子のピッチの変化やパターンの変化に対しても安定した検査ができるようになり、汎用性の高い表面検査装置とすることができる。 Even when this saturation S is used, the color difference amount signal D may be obtained by calculating the standard deviation value aggregated for the color sensor of saturation S or the standard deviation value aggregated for the pixels of the image data. In this way, by using the processing discriminating device that calculates the color difference signal D from the saturation, it becomes possible to discriminate the diffracted light emitted from the hologram surface and entering the color sensor in a wide color gamut. For this reason, stable inspection can be performed even with respect to changes in the pitch and pattern of the diffraction grating constituting the hologram, and a highly versatile surface inspection apparatus can be obtained.
さらに、本発明の実施の形態の説明においては、最終的な出力が異常信号と正常信号という2値出力である例について説明した。しかし本発明はその出力の形態によって限定されるものではなく、色差量計算部によって計算される色差量を最終的に出力にする装置でもかまわない。これにより本発明の表面検査装置を、例えば回折型OVDの劣化や損傷の度合いを定量的に測定する装置や、その測定を多数の回折型OVDに対して行いデータを収集する装置としても使用することができる。 Furthermore, in the description of the embodiment of the present invention, an example in which the final output is a binary output of an abnormal signal and a normal signal has been described. However, the present invention is not limited by the form of the output, and may be a device that finally outputs the color difference amount calculated by the color difference amount calculation unit. As a result, the surface inspection apparatus of the present invention can be used, for example, as an apparatus that quantitatively measures the degree of deterioration or damage of the diffractive OVD, or an apparatus that collects data by performing measurements on a number of diffractive OVDs. be able to.
100、200 表面検査装置
101 紙葉類
102 回折型OVD
103 搬送ベルト
120 検査処理装置
201 照明手段
202 集光手段
203 光検知手段
204 判別処理手段
301a、301b、301c カラーセンサー
302 色差量計算部
303 表面状態判定部
304 判定結果出力部
305 カラー・ラインイメージセンサー
501 微小光源
502 直線光源
503 ミラー
100, 200
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記回折型光学的変化素子で回折された第1の波長の回折光および第2の波長の回折光を検知する光検知手段と、
前記光検知手段の検出結果に基づいて、前記第1の波長の回折光および前記第2の波長の回折光の色の違いに関する評価値を計算する計算手段と
を備えることを特徴とする表面検査装置。 A light source that irradiates the diffractive optical change element with light including a plurality of wavelength components;
Light detecting means for detecting the diffracted light of the first wavelength and the diffracted light of the second wavelength diffracted by the diffractive optical change element;
A surface inspection comprising: a calculation unit that calculates an evaluation value related to a color difference between the diffracted light of the first wavelength and the diffracted light of the second wavelength based on a detection result of the light detection unit. apparatus.
また、前記評価値と所定の閾値とを比較し、該比較結果に基づいて前記回折型光学的変化素子の表面の状態を判別する判別手段を備えることを特徴とする請求項5に記載の表面検査装置。 The calculation means calculates the evaluation value based on each spectral intensity of the first and second wavelength components,
6. The surface according to claim 5, further comprising discrimination means for comparing the evaluation value with a predetermined threshold and discriminating a surface state of the diffractive optical change element based on the comparison result. Inspection device.
また、前記評価値と所定の閾値とを比較し、該比較結果に基づいて前記回折型光学的変化素子の表面の状態を判別する判別手段を備えることを特徴とする請求項5に記載の表面検査装置。 The calculation means calculates the evaluation value based on the saturation obtained from the spectral intensity for each of the first and second wavelength components,
6. The surface according to claim 5, further comprising discrimination means for comparing the evaluation value with a predetermined threshold and discriminating a surface state of the diffractive optical change element based on the comparison result. Inspection device.
また、前記評価値と所定の閾値とを比較し、該比較結果に基づいて前記被検物の表面の状態を判別する判別手段を備えることを特徴とする請求項5に記載の表面検査装置。 The calculation means calculates the evaluation value based on a pixel density of image data for each of the first and second wavelength components,
6. The surface inspection apparatus according to claim 5, further comprising a discriminating unit that compares the evaluation value with a predetermined threshold and discriminates the surface state of the test object based on the comparison result.
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