JP3810599B2

JP3810599B2 - 欠陥検出装置

Info

Publication number: JP3810599B2
Application number: JP32047299A
Authority: JP
Inventors: 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: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP2001141659A

Description

【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７８０ｎｍ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６−１９４３１８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６−１９４３１８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】
この発明に係る欠陥検出装置は、不可視光光源と撮像手段と表示装置とからなる画像撮像装置及び画像処理手段とを有する欠陥検査装置であって、前記撮像手段は、光軸が積層型電子写真感光体の法線に対して僅かに傾けて配置され、前記不可視光光源は光軸が積層型電子写真感光体の表面において撮像手段の光軸と３０度〜６０度の角度で交差するように配置され、前記不可視光光源は近赤外線を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の内部層で拡散反射した拡散反射成分のうち入射点における法線近傍の拡散反射近傍光と積層型電子写真感光体の透明表面層の表面からの散乱反射光を受光して光電変換して積層型電子写真感光体の内部層の不可視欠陥と透明表面層の凸凹欠陥を示す欠陥画像信号を前記画像処理手段に出力し、前記画像処理手段は、前記撮像手段から出力される欠陥画像信号の情報から欠陥の候補領域である特異領域を抽出し、特異領域の情報をフラクタル解析して画像の濃度変化から感光体内部層の濃淡ムラの不可視欠陥と透明表面層の凸凹欠陥を判定し、前記表示装置は前記画像処理手段で判定した欠陥画像を表示することを特徴とする。
【０００９】
前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ことが望ましい。
【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２０４８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

不可視光光源と撮像手段と表示装置とからなる画像撮像装置及び画像処理手段とを有する欠陥検査装置であって、
前記撮像手段は、光軸が積層型電子写真感光体の法線に対して僅かに傾けて配置され、前記不可視光光源は光軸が積層型電子写真感光体の表面において撮像手段の光軸と３０度〜６０度の角度で交差するように配置され、
前記不可視光光源は近赤外線を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の内部層で拡散反射した拡散反射成分のうち入射点における法線近傍の拡散反射近傍光と積層型電子写真感光体の透明表面層の表面からの散乱反射光を受光して光電変換して積層型電子写真感光体の内部層の不可視欠陥と透明表面層の凸凹欠陥を示す欠陥画像信号を前記画像処理手段に出力し、
前記画像処理手段は、前記撮像手段から出力される欠陥画像信号の情報から欠陥の候補領域である特異領域を抽出し、特異領域の情報をフラクタル解析して画像の濃度変化から感光体内部層の濃淡ムラの不可視欠陥と透明表面層の凸凹欠陥を判定し、
前記表示装置は前記画像処理手段で判定した欠陥画像を表示することを特徴とする欠陥検出装置。
前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１記載の欠陥検出装置。