JPH0356845A - レーザ検査装置及びレーザ検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はレーザ光線をシート状物体の表面に照射し、物
体表面の欠陥を検査するレーザ検査装置及びレーザ検査
方法に関する。

［従来の技術コ 合成樹脂フィルム等のシート状物体の表面の欠陥を検査
する装置としてレーザ光線を用いるレーザ検査装置があ
る。かかるレーザ検査装置では光ファイバを束ねたセン
サヘッドを用いており、第１図はかかるレーザ検査装置
のセンサヘッド付近を示している。レーザ光源１から出
射されたレーザ光線をレンズ系２にて所望のビーム径に
し、回転多面鏡３と、固定反射鏡４で反射して被検査物
体であるシート状物体７に照射している。ここでシート
状物体７はその長手方向、すなわち図中矢印Ｙ方向に移
動しており、レーザ光線は回転多面鏡３の回転によりＹ
方向と直角の図中矢印Ｘ方向に走査されてシート状物体
７に照射される。シート状物体７に照射されたレーザ光
の反射光（又は透過光）はセンサヘッド５にて受光され
、光ファイバを介して光電変換器６に与えられ光信号か
ら電気信号に変換される。

かかるシート状物体用のレーザ検査装置のセンサヘッド
では多数の光ファイバの一方の端部が第８図に示すよう
に配列されている。すなわち被検査物の表面が平坦で正
常な部分からは反射光が表面に対してほぼ垂直に反射し
、凹凸等の欠陥のある部分からは反射光が散乱するため
、正常反射光を受ける中央位置には光ファイバの端部を
配置せず、この中央位置からＹ方向にずれた両側の領域
にのみ光ファイバの端部を配列してある。また光ファイ
バを一括集束しているために欠陥の状態を判別すること
ができない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のレーザ検査装置では、レーザ光線の走査方向
であるＸ方向に対して垂直方向であるＹ方向の拡散或分
は受光できるものの、走査方向の拡散戊分は受光するこ
とができない。しかし実際にはＸ方向の拡散成分が大き
な意味を持つことも多く、走査方向の拡散成分が受光で
きないとレーザビームスポット径を小さくシ、出力サン
プリング間隔を短くしなければならない。ただし走査方
向に平行な成分は、レーザビームの走査位置が動くとと
もに拡散或分に当る位置が変化するためにその成分の抽
出は大変困難である。

更に従来の装置では、欠陥等の大小等については受光信
号より処理判別がされていたが、近年その欠陥の種類や
状態を判別したい旨の要求が強まっている。このような
要求には欠陥部の拡散状態を調査すればよいが従来の装
置では光ファイバの一端は一括集束されており欠陥箇所
での拡散状態を判定することは不可能である。

従って本発明はレーザビームの透過光又は反射光を分割
受光することと、走査方向への拡散成分をも受光して拡
散状況を判断することにより被検査物体の欠陥を検出す
ることのできるレーザ検査装置及びレーザ検査方法を提
供することを目的とする。

更に本発明の実施例の一つによれば欠陥部の種類や状態
を判断することも可能なレーザ検査装置及びレーザ検査
方法を提供することができる。

［課題を解決するための手段コ 本発明は上記目的を達或するためになされたものであり
、光電変換素子を複数であるｎ個設け、センサヘッドに
おいて一方の端部が２次元配列された多数の光ファイバ
の他端をｎ組に分け、各組毎にそれぞれの光電変換素子
に結合させると共に、センサヘッドの少なくとも中央部
においては光ファイバの端部が組番号に従ってＸ方向に
配列されるようにしたものである。

すなわち本発明によればＹ方向に移動する被検査物体に
対しレーザ光線をＸ方向に走査しつつ照射する手段と、
前記レーザ光線の前記被検査物体からの透過光又は反射
光を受けるセンサヘッドと、前記センサヘソドで受光し
た前記透過光又は反射光を伝送する多数の光ファイバと
、前記光ファイバによって伝送された光信号を電気信号
に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段からの前
記電気信号に応答して前記透過光又は反射光の拡散状況
を判断する演算回路とからなるレーザ検査装置において
、 前記光電変換手段がｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電
変換素子を有し、前記多数の光ファイバが一端において
ｎ組に分けられて組毎に束ねられ前記ｎ個の光電変換素
子にそれぞれ結合され、かつ他端が前記センサヘッド内
でＸ，Ｙ方向に２次元配列されており、前記センサヘッ
ドの少なくともＹ方向中央部の走査領域においては、前
記光ファイバの他方の端部が組番号に従ってＸ方向に配
列されていることを特徴とするレーザ検査装置が提供さ
れる。

又、本発明によればＹ方向に移動する被検査物体に対し
レーザ光線をＸ方向に走査しつつ照射する手段と、前記
レーザ光線の前記被検査物体からの透過光又は反射光を
受けるセンサヘソドと、前記センサヘッドで受光した前
記透過光又は反射光を伝送する多数の光ファイバと、前
記光ファイバによって伝送された光信号を電気信号に変
換する充電変換手段と、前記光電変換手段からの前記電
気信号に応答して前記透過光又は反射光の拡散状況を判
断する演算回路とからなるレーザ検査装置を用いたレー
ザ検査方法において、Ｘ方向拡散光とＹ方向拡散光を用
いて被検査物体の状態を検査することを特徴とするレー
ザ検査方法が提供される。

［作用］ 本発明のレーザ検査装置では上記構或となっているので
被検査物からのＹ方向拡散光のみならずＸ方向拡散光を
も効率的に受光し欠陥の有無の判断を的確に行うことが
できる。

又ｎ組に分割された光ファイバからの光信号を各々独立
してｎ個の電気信号に変換して演算処理することにより
、欠陥の種類や状態を知ることが可能となる。

更に、本発明のレーザ検査方法ではＸ方向拡散光とＹ方
向拡散光を用いて判断しているので、被検査物の状態を
的確に判断することができる。

［実施例コ 以下図面と共に本発明のレーザ検査装置の実施例につい
て説明する。本発明のレーザ検査装置のセンサヘッド部
付近の外観は第１図に示したものと同一である。すなわ
ちＹ方向に移動する被検査物体７に対しレーザ光源１か
ら出射されたレーザビームをレンズ系２、回転反射鏡３
、固定反射鏡４からなるＸ方向に走査しつつ照射する手
段によってレーザビームを照射する構成となっている。

被検査物体７からの反射光はセンサヘッド５Ａにて受光
されるが、ここにおける多数の光ファイバの配列に特徴
がある。又、光電変換器６は複数の光電変換素子を有し
ている。

第２図はセンサヘッド５Ａにおける先ファイバの配列状
況を示す図である。多数の光ファイバＦがＸ−Ｙ方向に
２次元配列されており、これらの光ファイバＦはｌ４組
に分割され、センサヘッドとは反対側の端部にて各組毎
に束ねられて、１４個の光電変換素子Ｔ１〜Ｔ１４に結
合されている。センサヘッドにおける２次元配列を示す
図中各光ファイバＦの端部に示された番号Ｆ１、Ｆ２、
・・・は組の番号を示し、同様に光電変換素子Ｔ１〜Ｔ
１４における番号も、この組の番号を示している。なお
各光ファイバＦの直径は０．５ｍｍであり、レーザビー
ムのスポット径は０．　２ｍｌ被検査物体７とセンサヘ
ッド５Ａの距離を３０ｍｍ程度に選んでいる。

図からわかるように第１組に属する光ファイバのうち５
本がセンサヘッドの略中央付近においてＹ方向に配列さ
れており、そこからＸ方向正方向（図中右方向）にずれ
た位置にて第２組に属する光ファイバのうち５本が同様
にＹ方向に配列されており、以下同様に第３組〜第１０
組までが順次Ｘ方向正方向にずれて配列されている。一
方、中央の第１組のＹ方向に並んだ６本の光ファイノく
からＸ方向負方向（左方向）にずれた位置には第１０組
目の光ファイバ、更にその左側には第９組目の光ファイ
バという順で配列されている。ここで最後の組番号であ
る１４をｎ、上記配列における第１０組の組番号である
１０をｍとすればセンサヘ・ノドのＹ方向の中央部の走
査領域Ｓにおいては、第１組から第ｍ組までの光ファイ
バＦの端部が組番号に従ってＸ方向に配列されているの
である。この走査領域ＳのＹ方向の両方の外側の部分ｔ
ＪＬ，Ｕ２では第ｌ１組、すなわち第（ｍ＋　１　”）
組から第１４組、すなわち第ｎ組までの光ファイバの端
部が組番号に従ってＹ方向正方向及び負方向に配列され
ている。

第４図は光電変換器Ｔ１〜Ｔｌ４からの電気信号に応答
する回路構成を示すブロック図である。各光電変換器Ｔ
１〜Ｔｌ４からの信号はそれぞれアンブＡ１〜Ａ１４と
Ａ／Ｄ変換器０１〜Ｃ１４を介して演算処理回路Ｐに与
えられている。演算処理回路ＰはＸ方向の１回の走査毎
にリセットされ、新たな走査の開始を第２図のセンサヘ
ッド５Ａの模式図中左端に配され、かつ走査領域Ｓ内の
基準位置検出用光ファイバＦＲでの受光信号によって検
知し、一回の走査期間中の正常な反射ビームスボ，，ト
の位置を知ることができる。

今、正常な反射ビームスポット中心がセンサヘッド５Ａ
の略中央に位置し斜線で示した光ファイバＦ１の端部（
組番号１）にあるものとする。従ってこの斜線で示した
光ファイバ端部から所定距離以上放れた位置にある光フ
ァイバ端部に与えられる光量は、拡散の度合に応じて増
大していると考えられるから、かかる光量の総和を検出
し、所定値と比較すれば拡散の度合を知ることができ、
欠陥の有無を判断することができる。この手法として、
第４組〜第８組の光ファイバの受光量の総和、すなわち
Ｘ方向拡散光量及び第１１組〜第１４組の先ファイバの
受光量の総和、すなわちＹ方向の拡散光量をそれぞれ求
めて所定値と比較する。次に正常反射ビームスポｙト位
置が図中Ｘ方向正方向（右側）へ移動すると、今度は第
５組〜第９組及び第１１組〜第１４組の光ファイバの受
光量の総和をそれぞれ求めて同様に所定値と比較する。

以下順次下の表のように正常反射ビームスポット位置か
ら所定距離だけ離れた位置の光ファイバ端部での受光量
の総和が求められ、所定値と比較される。

ぐ以　　下　　余　　白） 上記の方法ではＸ方向拡散光量とＹ方向拡散光量をそれ
ぞれ所定値と比較し．ているが、この方法を実現する演
算処理回路Ｐの例を第５図に示す。

第２図に示す複数の光電変換素子Ｔ１〜Ｔ１４の出力は
セレクタ１０に入力される。セレクタ１０は同期回路２
２の出力によって先の表に示した組合せの出力を行うも
のである。ここで同期回路２２は第２図中の基準位置検
出用光ファイバＦＲからの光信号を光電変換する充電変
換素子ＴＲに応答するもので、正常ビームスポット位置
を示す信号を作るものである。すなわち第６図に示すよ
うにＸ方向走査速度に同期したクロックを発生するクロ
ック発生回路２４からのクロック信号を１０進カウンタ
２６にてカウントし、カウント値のデジタル出力を送出
する。このカウンタ２６は光電変換素子ＴＲからの信号
をアンプＡＲで増幅し、コンバレータＣＩ’｛で二値化
され、前のラインの終了信号でリセットされ、該二値化
信号の立ち上りでセノトされるＤフリソブフロップ３０
により、１０進カウンタ２６がクリア制御される構或と
なっている。第５図のセレクタ１０は１０進カウンタ２
６からのビーム位置信号に基づいて次の表の組合せの２
種類の出力を行うのである。この一方はＸ方向拡散光を
示すものであり、他方はＹ方向拡散光を示すものであり
、それぞれ加算回路１２、１４に与えられ、加算結果が
比較回路２０ａ、２０ｂにそれぞれ与えられる。比較回
路２０ａ、２０ｂの他の入力には閾値メモリ１９からの
閾値ＲｅｆｌＳＲｅｆ２が与えられており、比較結果が
出力される。この２つの比較結果は例えばブザー等のア
ラーム信号を発生させるために用いることができる。又
、比較結果を図示しないメモリに格納しておき図示しな
いＣＰＵにて近傍のデータをも参照しながら欠陥の種類
や大きさを判断することもできる。

第７図は第４図の演算処理回路Ｐの他の例を示すフロッ
ク図である。第７図ではＸ方向及びＹ方向拡散光に加え
て正常先の総和をも求めている。

すなわち、先の表で正常ビームスポット位置がＦ１のと
きはＦ４〜Ｆ８とＦｉｌ〜Ｆ１４以外、すなわちＦ１、
Ｆ２、Ｆ３、Ｆ９、Ｆ１ｏの光７，イバの出力光の総和
をも求めている。これは、第２図で正常ビームスポット
が中央の斜線部分にあたるとき、そこを中心とする中央
の正方形の範囲の反射光の総和を求め、Ｘ方向、Ｙ方向
の拡散光に対する基準として用いるためである。加算回
路１６はこのために用いられる、従ってセレクタ１０ａ
は同期回路２２の出力に従って３種類の出カを送出する
構戊となっている。Ｘ方向、Ｙ方向の総和信号すなわち
加算回路ｌ２、１４の出力信号は除算回路１８ａ１１．
８ｂにて加算回路１６からの正常光信号によって除算さ
れた後、第５図同様の比較がなされる。比較回路２０ａ
、２０ｂの出力信号は第５図の場合と同様に用いること
ができる。

センサヘフドＳＡにおけるファイバ並びの規則性に影響
を与える因子としては、レー・ザビームのスポットサイ
ズ、検査しようとする欠陥の大きさと形状、ファイバ径
、及び検査対象とセンサヘッドの距離があげられる。従
って、規則性を一義的に決めることはできない。ここで
は実施例をもとに説明する。正常透過光または正常反射
光と拡散光の比によって拡散状態を評価するとすれば正
常透過光または正常反射光と拡散光の切り分け及び最大
の拡散範囲が必要となる。その切り分け位置が第２図の
ファイバのＹ方向の横並びを分ける線となる。正常透過
光または正常反射光と拡散光の切り分けにはレーザビー
ムのスボソトサイズが主な目安となる。もしレーザ光が
完全乎行光で、検査対象に対して直角に光をあて、検査
対象が平滑である場合、レーザ光のスボノトは広がらな
い。

故にこのような理想状態では、正常透過光または正常反
射光と拡散光の切り分けはスポットサイズそのものによ
る。しかし実際にはレーザ光は完全平行光でなく、検査
対象の振動等も考えられ正常透過光または正常反射光の
領域はかなり広くとる必要がある。次に拡散光の範囲を
決める要因としてはフィルムの欠陥状態が主となる。た
とえば上記のような理想状態で透明フィルムにレーザ光
を当てる場合の条件が下記のようであるとする。

光源　　　レーザビームスポットサイズ　０．　２ｍｍ
完全平行光 検査対象　フィルム厚０．　１ｍｍ フィルム　欠陥　　　幅０．　１ｍｍ　　深さ０．０１
ｍｍのＶ溝フィルム面と ファイバヘノドの距離　　１　０ｍｍ 理論的には正常透過光または正常反射光の領域はレーザ
ビームスポットサイズであり、拡散光に係わる領域はそ
のまわりの約２ｍｍである。しかし実際には正常透過光
または正常反射光の領域としてその２倍以上とる必要が
ある。拡散光として受光しなければならない領域もそれ
にともなって広がる。特に距離が離れるといっそう顕著
となる。

本実施例ではレーザビームスポットサイズは０．２ｍｍ
であるが、フィルム面とセンサヘッドの間の距離が３０
ｍｍ程度であるので，２．５ｍｍを正常透過光または正
常反射光の領域としており、拡散に係わる領域としては
そのまわりの２ｍｍを考えている。この２ｍｍは全ての
欠陥の拡散光を受光するには狭いが、ファイバ領域を無
限に広くすることはできず、拡散光の多い部分に限って
いる。

第２図のＸ方向のファイバの並びにおける繰り返しもこ
の正常透過光または正常反射光と拡散光の切り分け及び
拡散光に係わる範囲に関係があり、正常透過光または正
常反射光の領域＋拡散光に係わる領域十αで繰り返すこ
ととなる。本実施例では５．０ｍｍｓつまりファイバ径
が０．５ｍｍであるので１ｏ本の繰り返しとなる。ここ
でαはできる限り大きくとることが必要であるが、大き
くとればとるほどセンサヘソドも処理回路も複雑になる
。

上記実施例ではＹ方向の１０本の光ファイバを１つのサ
イクルとしていたので第６図のカウンタ２６は１０進カ
ウンタを用いているが、この数、すなわち前述のｍは１
０に限られず、任意に増減することができ、それに応じ
たカウンタを用いればよい。

第３図はｍ＝５、ｎ＝６としたセンサヘッド５Ｂの例を
示している。

なお、第２図及び第３図の例では光ファイバがＸ方向、
Ｙ方向に整列されているが、１段毎にファイハ径の１，
／２ずっＸ方向にずらして積層する、いわゆる俵積みと
してもよい。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
のレーザ検査装置及びレーザ検査方法によれば被検査物
体の移動方向（Ｙ方向）のみならず、レーサヒームの走
査方向（Ｘ方向）へのビームの拡散状況を知ることがで
き、被検査物のより正確な把握を行うことができる。又
、センサヘッド内で分割した領域間での受光量の比を求
めるようにすれば、レーザ光の拡散状態を詳しく把握で
き、比検査物の欠陥の有無のみならず、欠陥の大きさや
種類までも判断することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明及び従来のレーザ検査装置のセンサヘッ
ド付近を示す斜視図、第２図は本発明のレーザ検査装置
の１実施例のヘッド内の光ファイバの配列を示す図、第
３図は本発明の他の実施例のセンサヘッド内の光ファイ
バの配列を示す図、第４図は本発明のレーザ検査装置の
信号処理系を示すブロック図、第５図は第４図中の演算
処理回路の一例を示すブロック図、第６図は第５図中の
同期回路の一例を示すブロック図、第７図は同演算処理
回路の他の例を示すブロック図、第８図は従来のレーザ
検査装置におけるセンサヘッドの光ファイバの配置を示
す図である。 １・・・レーザ光源、　　２・・・レンズ系、　３・・
・回転多面鏡、　４・・・固定反射鏡、　５Ａ、５Ｂ・
・・センサヘッド、　６・・・光電変換器、　７・・・
被検査物体、１０，　１０　ａ−・・セレクタ、１２，
　１４．　１５−．加算回路、Ｉｌｌａ，１８ｂ・・・
除算回路、１９・・・閾値メモリ、２０ａ，２０ｂ・・
・比較回路、　２２・・・同期回路、　２４・・・クロ
ック発生回路、　２６・・・１０進カウンタ、　２８・
・・ＯＲ回路、３０・・・デコーダ、　Ａ１〜Ａ　１４
，　Ａ　Ｒ・・・アンプ、　ｃ１〜Ｃ　１４，　Ｃ　Ｒ
　　・・・Ａ／Ｄコンバータ、　　Ｆ，Ｆ　１〜Ｆ　１
４，　Ｆ　Ｒ・・・光ファイバ、　Ｐ・・・演算処理回
路、Ｓ・・・走査領域、　Ｔ１〜Ｔ　１４，　Ｔ　Ｒ・
・・光電変換素子、Ｕｌ，Ｕ２・・・走査領域のＹ方向
の外側の部分。 発明者　木村宏晃　戸田正利

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｙ方向に移動する被検査物体に対しレーザ光線を
   Ｘ方向に走査しつつ照射する手段と、前記レーザ光線の
   前記被検査物体からの透過光又は反射光を受けるセンサ
   ヘッドと、前記センサヘッドで受光した前記透過光又は
   反射光を伝送する多数の光ファイバと、前記光ファイバ
   によって伝送された光信号を電気信号に変換する光電変
   換手段と、前記光電変換手段からの前記電気信号に応答
   して前記透過光又は反射光の拡散状況を判断する演算回
   路とからなるレーザ検査装置において、前記光電変換手
   段がｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子を有し
   、前記多数の光ファイバが一端においてｎ組に分けられ
   て組毎に束ねられ前記ｎ個の光電変換素子にそれぞれ結
   合され、かつ他端が前記センサヘッド内でＸ、Ｙ方向に
   ２次元配列されており、前記センサヘッドの少なくとも
   Ｙ方向中央部の走査領域においては、前記光ファイバの
   他方の端部が組番号に従ってＸ方向に配列されているこ
   とを特徴とするレーザ検査装置。
2. （２）前記ｎ組の内の第１組に属する光ファイバの一部
   の端部が前記センサヘッドの２次元両域内の略中央にお
   いてＹ方向に配列されており、第２組に属する光ファイ
   バの一部の端部が前記第１組のＹ方向に配列された光フ
   ァイバの端部のＸ方向正方向にずれた位置にＹ方向に配
   列されており、第３組から第ｍ組（ｍ≦ｎ）に属する光
   ファイバの一部の端部が同様に順次Ｘ方向正方向にずれ
   た位置にＹ方向に配列され、第ｍ組に属する光ファイバ
   の他の一部の端部が前記第１組のＹ方向に配列された光
   ファイバの端部のＸ方向負方向にずれた位置にＹ方向に
   配列されており、第（ｍ−１）組から第２組に属する光
   ファイバの他の一部の端部が順次Ｘ方向負方向にずれた
   位置にＹ方向に配置され、第（ｍ＋１）組から第ｎ組に
   属する光ファイバの端部が第１組から第ｍ組までの光フ
   ァイバの端部が配列されている領域のＹ方向正方向及び
   負方向の外側領域に組番号に従ってＸ方向に配列されて
   いる請求項１記載のレーザ検査装置。
3. （３）Ｙ方向に移動する被検査物体に対しレーザ光線を
   Ｘ方向に走査しつつ照射する手段と、前記レーザ光線の
   前記被検査物体からの透過光又は反射光を受けるセンサ
   ヘッドと、前記センサヘッドで受光した前記透過光又は
   反射光を伝送する多数の光ファイバと、前記光ファイバ
   によって伝送された光信号を電気信号に変換する光電変
   換手段と、前記光電変換手段からの前記電気信号に応答
   して前記透過光又は反射光の拡散状況を判断する演算回
   路とからなるレーザ検査装置を用いたレーザ検査方法に
   おいて、Ｘ方向拡散光とＹ方向拡散光を用いて被検査物
   体の状態を検査することを特徴とするレーザ検査方法。