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JP7804176B2 - Defect detection device and defect detection method - Google Patents
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JP7804176B2 - Defect detection device and defect detection method - Google Patents

Defect detection device and defect detection method

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JP7804176B2 JP2021206373A JP2021206373A JP7804176B2 JP 7804176 B2 JP7804176 B2 JP 7804176B2 JP 2021206373 A JP2021206373 A JP 2021206373A JP 2021206373 A JP2021206373 A JP 2021206373A JP 7804176 B2 JP7804176 B2 JP 7804176B2
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Description

本発明は、欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関する。 The present invention relates to a defect detection device and a defect detection method.

圧延加工に用いられる圧延ロールは、使用により摩耗するとともに、その表面にクラックや疵が発生する。かかるクラックや疵が被圧延体に転写されてしまうと、被圧延体の表面性状が低下し、製品化が困難となるため、クラックや疵の発生した部位を研削することが行われる。 The mill rolls used in rolling processes wear down with use, and cracks and scratches develop on their surfaces. If these cracks and scratches are transferred to the rolled material, the surface quality of the rolled material deteriorates, making it difficult to commercialize, so the areas where the cracks and scratches have occurred are ground away.

従来、このような研削工程において、クラックや疵の発生した部位を検出するために、超音波探傷や渦流探傷などによる非破壊検査が行われてきた(例えば、以下の特許文献1及び特許文献2を参照)。また、超音波探傷や渦流探傷では検出できない、非常に浅い欠陥や研削不良については、光学的な検査方法が提案されている(例えば、以下の特許文献3を参照。)。 Traditionally, non-destructive testing such as ultrasonic testing and eddy current testing has been used to detect areas where cracks or defects have occurred during this grinding process (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below). Furthermore, optical testing methods have been proposed for detecting very shallow defects and grinding defects that cannot be detected by ultrasonic testing or eddy current testing (see, for example, Patent Document 3 below).

特開平8-114581号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-114581 特開平9- 80030号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-80030 特開2006-208347号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-208347

上記の研削工程では、圧延ロールを冷却するとともに、表面の潤滑性を担保するために、油と水の混合物である研削液を圧延ロールの表面にかけながら研削が行われる。上記特許文献3のような光学的な検査を用いて、非常に浅い欠陥や研削不良等といった圧延ロールの表面粗度と同程度の凹凸の欠陥を検出しようとすると、圧延ロールの表面に残存する研削液が光学的な外乱となり、欠陥の検出精度が低下してしまうという問題があった。そのために、光学的な検査に先立って研削液を拭きあげる必要が生じ、検査に時間を要していた。 In the grinding process described above, the rolls are cooled and grinding is performed while a grinding fluid, a mixture of oil and water, is sprayed onto the surface of the roll to ensure surface lubrication. When attempting to detect very shallow defects, grinding defects, or other irregularities on the same level as the surface roughness of the roll using optical inspection as in Patent Document 3, the grinding fluid remaining on the surface of the roll causes optical disturbance, resulting in reduced defect detection accuracy. This necessitates wiping off the grinding fluid prior to optical inspection, which increases inspection time.

そのため、表面に液体が付着した状態の検査対象物を、液体が付着したままの状態で光学的な検査を精度よく実施できるようになれば、検査時間の短縮化を図ることが可能となる。 Therefore, if it becomes possible to perform accurate optical inspection of an object with liquid adhering to its surface while the liquid remains attached, it will be possible to shorten the inspection time.

そこで、本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、表面に液体が付着した対象物であっても、その表面に存在する欠陥を精度よく検出することが可能な、欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its object is to provide a defect detection device and defect detection method that can accurately detect defects present on the surface of an object, even if the object has liquid adhering to its surface.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、表面に液体が付着した対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出装置であって、前記対象物に向けて照明光を照射する照明部と、光を反射する反射光学素子と、前記照明光を、前記対象物に向かう計測光と、前記対象物には向かわない参照光とに分岐し、前記対象物で反射した前記計測光と前記反射光学素子で反射した前記参照光とからなる干渉光を所定の方向へと進める分岐光学素子と、前記分岐光学素子を経た前記干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出した前記干渉光に基づいて、前記液体の表面までの距離と前記対象物の表面までの見かけの距離とを算出する距離算出部と、を有する光干渉断層計と、前記対象物の表面までの見かけの距離から前記液体の表面までの距離を減じることで得られる長さに、前記液体の屈折率の逆数を乗じることで得られる長さを前記液体の厚みとし、前記液体の厚みを前記液体の表面までの距離に加算することで得られる距離を、前記対象物の表面までの真の距離とすることで、前記対象物の表面の形状を判定し、前記対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出部と、を有する、欠陥検出装置が提供される。 In order to solve the above problem, according to one aspect of the present invention, a defect detection device for detecting defects on the surface of an object having a liquid attached to its surface includes an illumination unit that irradiates illumination light toward the object, a reflective optical element that reflects light, a branching optical element that branches the illumination light into measurement light that is directed toward the object and reference light that is not directed toward the object, and that propagates interference light consisting of the measurement light reflected by the object and the reference light reflected by the reflective optical element in a predetermined direction, a light detection unit that detects the interference light that has passed through the branching optical element, and a detection unit that detects a forward direction based on the interference light detected by the light detection unit. A defect detection device is provided that includes an optical coherence tomography device having a distance calculation unit that calculates the distance to the surface of the liquid and the apparent distance to the surface of the object, and a defect detection unit that determines the shape of the surface of the object and detects defects on the surface of the object by multiplying the length obtained by subtracting the distance to the surface of the liquid from the apparent distance to the surface of the object by the reciprocal of the refractive index of the liquid, defining the length as the thickness of the liquid, and defining the distance obtained by adding the thickness of the liquid to the distance to the surface of the liquid as the true distance to the surface of the object.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、表面に液体が付着した対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、前記対象物に向けて照明光を照射する照明部と、光を反射する反射光学素子と、前記照明光を、前記対象物に向かう計測光と、前記対象物には向かわない参照光とに分岐し、前記対象物で反射した前記計測光と前記反射光学素子で反射した前記参照光とからなる干渉光を所定の方向へと進める分岐光学素子と、前記分岐光学素子を経た前記干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出した前記干渉光に基づいて、前記液体の表面までの距離と前記対象物の表面までの見かけの距離とを算出する距離算出部と、を有する光干渉断層計と、前記対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検査部と、を有する欠陥検出装置を用い、前記光干渉断層を用い、前記液体の表面までの距離と前記対象物の表面までの見かけの距離とを算出する距離算出ステップと、欠陥検出部を用いて、前記対象物の表面までの見かけの距離か前記液体の表面までの距離を減じることで得られる長さに、前記液体の屈折率の逆数を乗じることで得られる長さを前記液体の厚みとし、前記液体の厚みを前記液体の表面までの距離に加算することで得られる距離を、前記対象物の表面までの真の距離とすることで、前記対象物の表面の形状を判定し、前記対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出ステップと、を有する、欠陥検出方法が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, there is provided a defect detection method for detecting defects on a surface of an object having a liquid attached to its surface, the method comprising: an illumination unit that irradiates illumination light toward the object; a reflective optical element that reflects light; a branching optical element that branches the illumination light into measurement light that is directed toward the object and reference light that is not directed toward the object, and that advances interference light made up of the measurement light reflected by the object and the reference light reflected by the reflective optical element in a predetermined direction; a light detection unit that detects the interference light that has passed through the branching optical element; and a distance calculation unit that calculates a distance to the surface of the liquid and an apparent distance to the surface of the object based on the interference light detected by the light detection unit. and a defect inspection unit that detects defects on the surface of the object, the defect detection method comprising: a distance calculation step of using the optical coherence tomography to calculate the distance to the surface of the liquid and the apparent distance to the surface of the object; and a defect detection step of using the defect detection unit to determine the shape of the surface of the object and detect defects on the surface of the object by multiplying the length obtained by subtracting the apparent distance to the surface of the object from the distance to the surface of the liquid by the reciprocal of the refractive index of the liquid, and determining the length obtained by adding the thickness of the liquid to the distance to the surface of the liquid as the true distance to the surface of the object.

以上説明したように本発明によれば、表面に液体が付着した対象物であっても、その表面に存在する欠陥を精度よく検出することが可能となる。 As described above, the present invention makes it possible to accurately detect defects on the surface of an object, even if the object has liquid adhering to its surface.

本発明の実施形態に係る欠陥検出装置の全体的な構成を模式的に示した説明図である。1 is an explanatory diagram schematically illustrating the overall configuration of a defect detection device according to an embodiment of the present invention; 同実施形態に係る欠陥検出装置が有する光干渉断層計の全体的な構成を模式的に示した説明図である。2 is an explanatory diagram illustrating a schematic diagram of the overall configuration of an optical coherence tomography device included in the defect detection device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る光干渉断層計が有する光学ユニットの構成の一例を模式的に示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of the configuration of an optical unit included in the optical coherence tomography device according to the embodiment. 同実施形態に係る光干渉断層計の光学ユニットで検出される検出信号を説明するための説明図である。3 is an explanatory diagram for explaining a detection signal detected by an optical unit of the optical coherence tomography device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る光干渉断層計が有する演算処理ユニットの構成の一例を示したブロック図である。2 is a block diagram showing an example of the configuration of a calculation processing unit included in the optical coherence tomography device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る光干渉断層計で算出される2種類の距離について説明するための説明図である。10A and 10B are explanatory diagrams for explaining two types of distances calculated by the optical coherence tomography according to the embodiment. 同実施形態に係る光干渉断層計の演算処理ユニットにおける距離の算出方法を説明するための説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a distance calculation method in the arithmetic processing unit of the optical coherence tomography device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る光干渉断層計の演算処理ユニットにおける距離の算出方法を説明するための説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a distance calculation method in the arithmetic processing unit of the optical coherence tomography device according to the embodiment. FIG. 同実施形態に係る光干渉断層計が有する光学ユニットの構成の他の一例を模式的に示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram schematically illustrating another example of the configuration of the optical unit included in the optical coherence tomography device according to the embodiment. 同実施形態に係る光干渉断層計が有する光学ユニットの構成の他の一例を模式的に示した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram schematically illustrating another example of the configuration of the optical unit included in the optical coherence tomography device according to the embodiment. 同実施形態に係る光干渉断層計が有する演算処理ユニットの構成の他の一例を示したブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing another example of the configuration of the arithmetic processing unit included in the optical coherence tomography device according to the embodiment. 同実施形態に係る欠陥検出装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a processing unit included in the defect detection device according to the embodiment. 同実施形態に係る欠陥検出装置について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the defect detection device according to the embodiment. 同実施形態に係る欠陥検出装置における光干渉断層計が有する演算処理ユニットのハードウェア構成の一例を示したブロック図である。2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of an arithmetic processing unit included in the optical coherence tomography device in the defect detection device according to the embodiment. FIG.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification and drawings, components having substantially the same functional configuration will be designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.

(欠陥検出装置の全体的な構成について)
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る欠陥検出装置の全体的な構成について説明する。図1は、本実施形態に係る欠陥検出装置の全体的な構成を模式的に示した説明図である。
(Overall configuration of the defect detection device)
First, the overall configuration of a defect detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is an explanatory diagram that schematically shows the overall configuration of the defect detection apparatus according to this embodiment.

本実施形態に係る欠陥検出装置は、表面に液体が付着した対象物の表面の欠陥を検出する装置である。ここで、検出対象となる対象物については、特に限定されるものではなく、対象物の表面で、検査の際に用いられる照明光を反射させる物体であれば、各種の物体を対象物とすることができる。また、対象物の表面に付着している液体についても、特に限定されるものではなく、検査の際に用いられる照明光の波長にとって透明なものであればよい。このような、表面に液体が付着した対象物の一例として、研削液が表面に付着した圧延ロール等を挙げることができる。 The defect detection device according to this embodiment is a device that detects defects on the surface of an object that has a liquid adhering to its surface. The object to be detected is not particularly limited, and various objects can be used as the object as long as their surface reflects the illumination light used during inspection. Furthermore, the liquid adhering to the surface of the object is also not particularly limited, and it is sufficient if it is transparent to the wavelength of the illumination light used during inspection. One example of such an object with a liquid adhering to its surface is a rolling mill roll with grinding fluid adhering to its surface.

図1に示したように、本実施形態に係る欠陥検出装置1は、光干渉断層計(Optical Coherence Tomography:OCT)10と、演算処理装置20と、を有している。 As shown in FIG. 1, the defect detection device 1 according to this embodiment includes an optical coherence tomography (OCT) device 10 and a processing unit 20.

光干渉断層計10は、演算処理装置20による制御のもとで、着目する対象物に照明光を照射し、光の干渉性を利用して、対象物の表面に付着している液体の表面までの距離と、対象物の表面までの見かけの距離と、を計測する装置である。かかる光干渉断層計10の詳細な構成については、以下で改めて説明する。 The optical coherence tomography device 10 is a device that, under the control of the processor 20, irradiates an object of interest with illumination light and uses the coherence of light to measure the distance to the surface of a liquid adhering to the surface of the object and the apparent distance to the surface of the object. The detailed configuration of the optical coherence tomography device 10 will be described again below.

また、演算処理装置20は、光干渉断層計10による距離の計測処理を制御するとともに、光干渉断層計10により計測された上記2種類の距離を用いて、対象物の表面に存在する欠陥を検出する装置である。かかる演算処理装置20の詳細な構成についても、以下で改めて説明する。 The arithmetic processing device 20 also controls the distance measurement process performed by the optical coherence tomography device 10, and is a device that detects defects present on the surface of the object using the two types of distances measured by the optical coherence tomography device 10. The detailed configuration of the arithmetic processing device 20 will be described again below.

(光干渉断層計について)
<全体的な構成について>
次に、図2を参照しながら、本実施形態に係る欠陥検出装置1が有する光干渉断層計10の全体的な構成について説明する。図2は、本実施形態に係る欠陥検出装置が有する光干渉断層計の全体的な構成を模式的に示した説明図である。
(About optical coherence tomography)
<Overall structure>
Next, the overall configuration of the optical coherence tomography device 10 included in the defect detection device 1 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is an explanatory diagram that schematically shows the overall configuration of the optical coherence tomography device included in the defect detection device according to this embodiment.

図2に示したように、本実施形態に係る光干渉断層計10は、光学ユニット11と、演算処理ユニット13と、を有している。 As shown in FIG. 2, the optical coherence tomography device 10 according to this embodiment has an optical unit 11 and a calculation processing unit 13.

光学ユニット11は、演算処理ユニット13による制御のもとで、対象物に向かって照明光を照射する。また、光学ユニット11は、液体の表面、又は、対象物の表面で反射した照明光の反射光を2つの光路に分岐して互いに干渉させ、生じた干渉光を検出する。 Under the control of the arithmetic processing unit 13, the optical unit 11 irradiates illumination light toward the object. The optical unit 11 also splits the illumination light reflected from the surface of the liquid or the object into two optical paths, causing them to interfere with each other, and detects the resulting interference light.

また、演算処理ユニット13は、光学ユニット11の動作を制御するとともに、光学ユニット11が検出した干渉光の検出結果に基づいて、対象物の表面に付着している液体の表面までの距離と、対象物の表面までの見かけの距離と、を算出する。 In addition, the arithmetic processing unit 13 controls the operation of the optical unit 11 and calculates the distance to the surface of the liquid adhering to the surface of the object and the apparent distance to the surface of the object based on the detection results of the interference light detected by the optical unit 11.

<光学ユニット11の構成について>
図3は、本実施形態に係る光干渉断層計10が有する光学ユニット11の構成の一例を模式的に示した説明図である。
図3に示したように、光学ユニット11は、照明部101と、分岐光学素子の一例としてのビームスプリッタBSと、反射光学素子の一例としての可動ミラーM1と、光検出部103と、を有している。
<Configuration of Optical Unit 11>
FIG. 3 is an explanatory diagram that schematically illustrates an example of the configuration of the optical unit 11 included in the optical coherence tomography device 10 according to this embodiment.
As shown in FIG. 3, the optical unit 11 includes an illumination unit 101, a beam splitter BS as an example of a branching optical element, a movable mirror M1 as an example of a reflecting optical element, and a photodetection unit 103.

照明部101は、対象物に向けて照明光を照射する光源(図示せず。)を有しており、必要に応じて、光源から照射された照明光を所望の位置まで導光するための、例えば各種レンズやミラー等に代表される光学素子(図示せず。)を更に有していてもよい。 The illumination unit 101 has a light source (not shown) that irradiates illumination light toward an object, and may, if necessary, further have optical elements (not shown) such as various lenses and mirrors for guiding the illumination light emitted from the light source to a desired position.

ここで、照射される照明光の波長は、着目する対象物の表面に付着した液体に吸収されない波長であることが好ましい。また、本実施形態に係る照明部101は、照明光として、低コヒーレンス光を照射することが好ましい。ここで、低コヒーレンス光とは、発光のスペクトル半値幅が40~60nm程度である広帯域光である。このような低コヒーレンス光として、例えば中心波長が800nm又は1μm程度である広帯域光を挙げることができる。このような広帯域光を照射可能な広帯域光源としては、特に限定されるものではなく、例えば、スーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode:SLD)や、スーパーコンティニウム(Super Continuum)光源等の各種の広帯域光源を用いることが可能である。 The wavelength of the irradiated illumination light is preferably one that is not absorbed by the liquid adhering to the surface of the target object. Furthermore, the illumination unit 101 according to this embodiment preferably irradiates low-coherence light as illumination light. Low-coherence light is broadband light whose spectral half-width is approximately 40 to 60 nm. Examples of such low-coherence light include broadband light with a central wavelength of approximately 800 nm or 1 μm. Broadband light sources capable of irradiating such broadband light are not particularly limited, and various broadband light sources, such as superluminescent diodes (SLDs) and supercontinuum light sources, can be used.

照明部101から照射された照明光は、分岐光学素子の一例としてのビームスプリッタBSまで導光される。ビームスプリッタBSは、照明部101から照射された照明光を、対象物に向かう第1の光路を伝播する照明光である計測光と、対象物には向かわない第2の光路を伝播する照明光である参照光と、に分岐した上で透過させる。 The illumination light emitted from the illumination unit 101 is guided to a beam splitter BS, which is an example of a branching optical element. The beam splitter BS splits the illumination light emitted from the illumination unit 101 into measurement light, which is illumination light that propagates along a first optical path toward the object, and reference light, which is illumination light that propagates along a second optical path that is not toward the object, and then transmits the light.

ここで、本実施形態では、ビームスプリッタBSを透過して、表面に液体が付着した対象物まで到達し、再びビームスプリッタBSまで戻ってきた後に、後述する光検出部103に至る光路を、上記の第1の光路とする。また、ビームスプリッタBSを透過して、後述する可動ミラーM1に向かい、再びビームスプリッタBSまで戻ってきた後に、後述する光検出部103に至る光路を、上記の第2の光路とする。 In this embodiment, the optical path that passes through the beam splitter BS, reaches an object with a liquid on its surface, returns to the beam splitter BS, and then reaches the optical detection unit 103, which will be described later, is referred to as the first optical path. Furthermore, the optical path that passes through the beam splitter BS, heads toward the movable mirror M1, which will be described later, returns to the beam splitter BS, and then reaches the optical detection unit 103, which will be described later, is referred to as the second optical path.

計測光は、ビームスプリッタBSを透過した後、表面に液体が付着した対象物に照射される。この計測光は、液体の表面(換言すれば、周囲に存在する空気と液体との界面)、又は、対象物の表面(換言すれば、液体と対象物との界面)で反射して、反射光となる。光学ユニット11内に入射した反射光は、ビームスプリッタBSまで到達すると、ビームスプリッタBSの表面で反射して、後述する光検出部103へと到達する。 After passing through beam splitter BS, the measurement light is irradiated onto an object with a liquid attached to its surface. This measurement light is reflected from the surface of the liquid (in other words, the interface between the surrounding air and the liquid) or the surface of the object (in other words, the interface between the liquid and the object) to become reflected light. When the reflected light enters optical unit 11 and reaches beam splitter BS, it is reflected from the surface of beam splitter BS and reaches the light detection unit 103, which will be described later.

また、参照光は、表面に液体が付着した対象物へは到達せずに、後述する可動ミラーM1に向かい、再びビームスプリッタBSまで戻ってきた後に、後述する光検出部103へと到達する。 In addition, the reference light does not reach the object with liquid on its surface, but instead travels toward the movable mirror M1 (described below), returns to the beam splitter BS, and then reaches the light detection unit 103 (described below).

図3に示したように、反射光学素子の一例である可動ミラーM1は、第2の光路において、ビームスプリッタBSまでの距離(光学的距離)を変えることができるようになっている。可動ミラーM1は、光学ユニット11による干渉光の検出の際に、第2の光路の光軸方向に沿って前後に移動することで、ビームスプリッタBSまでの光学的距離を変化させる。そして、可動ミラーM1で反射して第2の光路を進行する参照光と、対象物又は液体で反射して第1の光路を進行する反射光とは、ビームスプリッタB2を経た後に互いに干渉して、干渉光が生成される。その結果、第1の光路と第2の光路の光路長の差が、照明光の波長の1/2波長の偶数倍となるときに、干渉光の振幅(強度と捉えることもできる。)が増幅されてピークとなる。特に、照明光が低コヒーレント光(即ち、種々の波長の光が含まれた光)である場合には、第1の光路の光路長と第2の光路の光路長とが一致する場合には、波長によらずに、常に振幅が増幅されることから、最大のピークを生じることになる。そのため、振幅の値に所定の閾値を設定することで、第1の光路の光路長と第2の光路の光路長とが一致する際の干渉光を、光検出器103によりピークとして検出することができる。 As shown in FIG. 3, the movable mirror M1, an example of a reflective optical element, is capable of changing the distance (optical distance) to the beam splitter BS in the second optical path. When the optical unit 11 detects interference light, the movable mirror M1 moves back and forth along the optical axis of the second optical path, thereby changing the optical distance to the beam splitter BS. The reference light reflected by the movable mirror M1 and traveling along the second optical path and the reflected light reflected by the object or liquid and traveling along the first optical path interfere with each other after passing through the beam splitter B2, generating interference light. As a result, when the difference in optical path length between the first optical path and the second optical path is an even multiple of half the wavelength of the illumination light, the amplitude (which can also be considered as intensity) of the interference light is amplified and reaches a peak. In particular, when the illumination light is low-coherent light (i.e., light containing light of various wavelengths), if the optical path length of the first optical path and the optical path length of the second optical path are the same, the amplitude is always amplified regardless of wavelength, resulting in the largest peak. Therefore, by setting a predetermined threshold value for the amplitude value, the interference light when the optical path length of the first optical path and the optical path length of the second optical path are the same can be detected as a peak by the photodetector 103.

第1の光路及び第2の光路の終端に位置する光検出部103は、上記のようにして生成した干渉光(より詳細には、干渉光の強度)を検出する。かかる光検出部103は、上記のような波長を有する光を検出可能なものであれば、公知の各種の検出素子を用いることが可能である。このような検出素子として、例えば、CCD、CMOS等のイメージセンサや、InSb、PbSe、PbS、InGaAs、HgCdTe(通称、MCT)、QWIP(量子井戸型赤外線検出器、Quantum Well Infrared Photodetectors)等の光検出器等を用いることが可能である。 The optical detector 103, located at the end of the first optical path and the second optical path, detects the interference light (more specifically, the intensity of the interference light) generated as described above. The optical detector 103 can use various known detection elements as long as they are capable of detecting light having the wavelengths described above. Examples of such detection elements include image sensors such as CCDs and CMOS, and photodetectors such as InSb, PbSe, PbS, InGaAs, HgCdTe (commonly known as MCT), and QWIPs (Quantum Well Infrared Photodetectors).

本実施形態で着目する対象物は、その表面に液体が付着しているものであり、計測光が反射しうる表面は、液体の表面と、対象物の表面の2つに限られる。そのため、これら表面で計測光が反射した反射光と参照光とが互いに干渉して干渉光となり、その振幅が増幅される。こうした振幅が増幅される状況としては、第2の光路の光路長が液体の表面で反射した反射光が辿る第1の光路の光路長と等しくなる場合と、第2の光路の光路長が対象物の表面で反射した反射光が辿る第1の光路の光路長と等しくなる場合とが考えられる。このような場合に着目することにより、光検出部103が干渉光を検出することで生成される検出信号には、図4に模式的に示したように、液体の表面で反射した場合に対応するピークPと、対象物の表面で反射した場合に対応するピークPの2つが存在するようになる。 The object of interest in this embodiment has a liquid attached to its surface, and the surfaces from which the measurement light can be reflected are limited to two: the surface of the liquid and the surface of the object. Therefore, the reflected light of the measurement light reflected by these surfaces and the reference light interfere with each other to form interference light, the amplitude of which is amplified. Situations in which this amplitude is amplified include when the optical path length of the second optical path is equal to the optical path length of the first optical path along which the reflected light reflected by the surface of the liquid follows, and when the optical path length of the second optical path is equal to the optical path length of the first optical path along which the reflected light reflected by the surface of the object follows. By focusing on these cases, the detection signal generated by the light detection unit 103 detecting the interference light will have two peaks: a peak P A corresponding to reflection from the surface of the liquid and a peak P B corresponding to reflection from the surface of the object, as schematically shown in FIG. 4 .

光検出部103は、このようにして検出した干渉光の検出信号を、演算処理ユニット13へと出力する。 The light detection unit 103 outputs the detection signal of the interference light detected in this manner to the arithmetic processing unit 13.

このように、図3に示したような光学系を有する光学ユニット11は、反射光と参照光との干渉を、可動ミラーM1を用いて実空間の時間領域で実現するため、いわゆる時間領域OCT(Time-Domain OCT:TD-OCT)を実現するための光学系を有していると捉えることができる。 In this way, the optical unit 11 having the optical system shown in Figure 3 can be considered to have an optical system for achieving so-called time-domain OCT (TD-OCT), because it uses the movable mirror M1 to achieve interference between the reflected light and the reference light in the time domain of real space.

なお、図3に示したように、光学ユニット11から射出した計測光は、表面に液体が付着した対象物に対して、略垂直に入射することが好ましい。これにより、液体の表面、又は、対象物の表面からの反射光をより確実に検出することが可能となる。また、上記のようにすることで、光学ユニット11の小型化が可能となり、光学ユニット11を配置する際の省スペース化にも寄与することができる。 As shown in Figure 3, it is preferable that the measurement light emitted from the optical unit 11 be incident approximately perpendicularly on the object having a liquid attached to its surface. This makes it possible to more reliably detect the light reflected from the surface of the liquid or the surface of the object. Furthermore, by doing so, it is possible to reduce the size of the optical unit 11, which also contributes to space savings when arranging the optical unit 11.

<演算処理ユニット13の構成について>
続いて、図5及び図6を参照しながら、本実施形態に係る光干渉断層計10が有する演算処理ユニット13の構成について、詳細に説明する。図5は、本実施形態に係る光干渉断層計が有する演算処理ユニットの構成の一例を示したブロック図であり、図6は、本実施形態に係る光干渉断層計で算出される2種類の距離について説明するための説明図である。
<Configuration of the arithmetic processing unit 13>
Next, the configuration of the arithmetic processing unit 13 included in the optical coherence tomography device 10 according to this embodiment will be described in detail with reference to Fig. 5 and Fig. 6. Fig. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the arithmetic processing unit included in the optical coherence tomography device according to this embodiment, and Fig. 6 is an explanatory diagram for explaining two types of distances calculated by the optical coherence tomography device according to this embodiment.

本実施形態に係る演算処理ユニット13は、上記のような光学ユニット11の動作を統括的に制御するとともに、光学ユニット11から出力された干渉光の検出信号に基づいて、所定の基準位置から液体の表面までの距離と、所定の基準位置から対象物の表面までの見かけの距離と、を算出する。 The calculation processing unit 13 according to this embodiment comprehensively controls the operation of the optical unit 11 as described above, and calculates the distance from a predetermined reference position to the surface of the liquid and the apparent distance from the predetermined reference position to the surface of the object based on the detection signal of the interference light output from the optical unit 11.

図5に示したように、かかる演算処理ユニット13は、光学ユニット制御部131と、演算処理部133と、結果出力部137と、記憶部139と、を有している。 As shown in FIG. 5, the arithmetic processing unit 13 includes an optical unit control unit 131, an arithmetic processing unit 133, a result output unit 137, and a memory unit 139.

光学ユニット制御部131は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力装置、出力装置、通信装置等により実現される。光学ユニット制御部131は、本実施形態に係る光学ユニット11の機能を統括的に制御する処理部である。 The optical unit control unit 131 is realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), an input device, an output device, a communication device, etc. The optical unit control unit 131 is a processing unit that comprehensively controls the functions of the optical unit 11 according to this embodiment.

より詳細には、光学ユニット制御部131は、対象物についての距離の計測を開始する場合に、光学ユニット11に対して照明部101からの照明光の照射を開始させるための制御信号を送出し、照明部101は、対象物の表面に向けて照明光を照射する。また、光学ユニット制御部131は、光検出部103に対して、干渉光に関する検出信号を出力させるためのトリガ信号を送出し、光検出部103は、干渉光に関する検出信号を、演算処理ユニット13に対して出力する。 More specifically, when starting to measure the distance to an object, the optical unit control unit 131 sends a control signal to the optical unit 11 to cause the illumination unit 101 to start emitting illumination light, and the illumination unit 101 then irradiates the illumination light toward the surface of the object. The optical unit control unit 131 also sends a trigger signal to the light detection unit 103 to cause it to output a detection signal related to the interference light, and the light detection unit 103 outputs the detection signal related to the interference light to the arithmetic processing unit 13.

演算処理部133は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。演算処理部133は、光学ユニット11から出力される、干渉光に関する検出信号を取得して、かかる検出信号に対して各種の演算処理を施す処理部である。この演算処理部133は、図5に示したように、距離算出部135を有している。 The arithmetic processing unit 133 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, a communication device, etc. The arithmetic processing unit 133 is a processing unit that acquires detection signals related to the interference light output from the optical unit 11 and performs various arithmetic processing on these detection signals. As shown in Figure 5, this arithmetic processing unit 133 has a distance calculation unit 135.

距離算出部135は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。距離算出部135は、取得した干渉光の検出信号に基づき、光学ユニット11における所定の基準位置(例えば、ビームスプリッタBS)から液体の表面までの距離と、所定の基準位置(例えば、ビームスプリッタBS)から対象物の表面までの見かけの距離と、の2種類を算出する。なお、所定の基準位置としては、距離を算出する際に都合のよい任意の位置を用いることができ、例えば、ビームスプリッタBSや、照明部101や、照明部101からビームスプリッタBSに至る光路上の任意の位置等を、用いることができる。以下では、ビームスプリッタBSを所定の基準位置とした場合を例として説明を行う。 The distance calculation unit 135 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, etc. Based on the detection signal of the acquired interference light, the distance calculation unit 135 calculates two types of distance: the distance from a predetermined reference position in the optical unit 11 (e.g., beam splitter BS) to the surface of the liquid, and the apparent distance from the predetermined reference position (e.g., beam splitter BS) to the surface of the object. Note that the predetermined reference position can be any position that is convenient for calculating the distance, such as the beam splitter BS, the illumination unit 101, or any position on the optical path from the illumination unit 101 to the beam splitter BS. The following explanation will be given using the beam splitter BS as the predetermined reference position.

図6は、本実施形態に係る光干渉断層計で算出される2種類の距離について説明するための説明図である。図6に示し、また、上記で言及しているように、本実施形態に係る距離算出部135は、光学ユニット11におけるビームスプリッタBSから液体の表面までの距離dと、ビームスプリッタBSから対象物の表面までの見かけの距離dと、を算出する。 6 is an explanatory diagram for explaining two types of distances calculated by the optical coherence tomography device according to this embodiment. As shown in FIG. 6 and mentioned above, the distance calculation unit 135 according to this embodiment calculates the distance d1 from the beam splitter BS in the optical unit 11 to the surface of the liquid, and the apparent distance d2 from the beam splitter BS to the surface of the object.

ここで、距離算出部135が算出する2種類の距離dとdとは、共に、光学的な測定によって得られる光学的な距離である。図6に示したように、ビームスプリッタBSから液体の表面までの間は、光は、屈折率nが1である空気中を伝播しているため、ビームスプリッタBSから液体の表面までの間は、(実空間上の長さである)経路長と、光学的な距離とが等しくなる。これにより、距離算出部135で算出される光学的な距離dは、ビームスプリッタBSから液体の表面までの距離(空間的な距離)として取り扱うことができる。 Here, the two distances d1 and d2 calculated by the distance calculation unit 135 are both optical distances obtained by optical measurement. As shown in Fig. 6, from the beam splitter BS to the surface of the liquid, light propagates through air, which has a refractive index nA of 1. Therefore, the path length (length in real space) from the beam splitter BS to the surface of the liquid is equal to the optical distance. As a result, the optical distance d1 calculated by the distance calculation unit 135 can be treated as the distance (spatial distance) from the beam splitter BS to the surface of the liquid.

一方、液体の表面から対象物の表面までの間は、光は、屈折率がn(>1)である液体中を伝播するため、液体の表面から対象物の表面までの間は、経路長と光学的な距離とが相違する(より詳細には、光学的な距離は、経路長のn倍となる)。そのため、距離算出部135により算出される距離dは、ビームスプリッタBSから対象物の表面までの空間的な距離とは異なる、(経路長さと異なる)液体層中の光学的な距離を含んだ対象物の表面までの見かけの距離となる。 On the other hand, between the surface of the liquid and the surface of the object, light propagates through a liquid with a refractive index of nL (>1), and therefore the path length and the optical distance between the surface of the liquid and the surface of the object differ (more specifically, the optical distance is nL times the path length). Therefore, the distance d2 calculated by the distance calculation unit 135 is the apparent distance to the surface of the object that includes the optical distance in the liquid layer (which is different from the path length), which is different from the spatial distance from the beam splitter BS to the surface of the object.

図7及び図8は、同実施形態に係る光干渉断層計の演算処理ユニットにおける距離の算出方法を説明するための説明図である。
図3に示したようなTD-OCTに対応する光学系を有する光学ユニット11において、ある計測位置に対する深さ方向走査(すなわち、液体や対象物の厚み方向の走査)の干渉波形は、光学系を設定した時点で定まっている。そのため、例えば図7(a)に示したような、単一の表面での干渉波形(液体が付着していない状態の表面での干渉波形:基準干渉波形)を予め計測しておき、記憶部139等に格納しておく。
7 and 8 are explanatory diagrams for explaining a distance calculation method in the arithmetic processing unit of the optical coherence tomography device according to the embodiment.
In the optical unit 11 having an optical system compatible with TD-OCT as shown in Fig. 3, the interference waveform of depth direction scanning (i.e., scanning in the thickness direction of a liquid or an object) for a certain measurement position is determined at the time the optical system is set. Therefore, for example, an interference waveform on a single surface (interference waveform on a surface with no liquid attached: reference interference waveform) as shown in Fig. 7(a) is measured in advance and stored in the storage unit 139 or the like.

その上で、距離算出部135は、例えば図7(b)に示したような、実際の計測において光検出部103から出力された検出干渉波形と、基準干渉波形との相互相関を算出して、図7(c)に示したような相互相関波形を得る。距離算出部135は、このようにして得られた相互相関波形から、図4に模式的に示したような、2つのピーク位置P、Pを検出する。 Then, the distance calculation unit 135 calculates the cross-correlation between the detected interference waveform output from the light detection unit 103 in actual measurement and the reference interference waveform, for example, as shown in Fig. 7(b), to obtain the cross-correlation waveform as shown in Fig. 7(c). From the cross-correlation waveform obtained in this way, the distance calculation unit 135 detects two peak positions PA and PB , as schematically shown in Fig. 4.

この際、距離算出部135は、図8に例示したように、正の極大値の近傍に存在する3~5点の重心位置を算出することで、各ピークのピーク位置とする。これにより、本実施形態に係る距離算出部135では、各ピーク位置をより正確に算出することが可能となる。その後、距離算出部135は、得られた2つのピーク位置を用いて、光学ユニット11におけるビームスプリッタBSから液体の表面までの距離dと、ビームスプリッタBSから対象物の表面までの見かけの距離dと、を算出する。ここで、算出したピーク位置から2種類の距離を求めるまでの具体的な演算方法については、特に限定されるものではなく、公知の各種の方法を用いることが可能である。 In this case, the distance calculation unit 135 determines the peak position of each peak by calculating the positions of the centers of gravity of three to five points that exist near the positive maximum value, as illustrated in FIG. 8 . This enables the distance calculation unit 135 according to this embodiment to calculate each peak position more accurately. Thereafter, the distance calculation unit 135 uses the two peak positions thus obtained to calculate the distance d 1 from the beam splitter BS in the optical unit 11 to the surface of the liquid, and the apparent distance d 2 from the beam splitter BS to the surface of the object. Here, the specific calculation method for determining the two distances from the calculated peak positions is not particularly limited, and various known methods can be used.

距離算出部135は、このようにして得られた2つの距離d、dを、結果出力部137へと出力する。 The distance calculation unit 135 outputs the two distances d 1 and d 2 thus obtained to the result output unit 137 .

なお、対象物の表面に液体が付着していない場合には、検出信号において、2つのピークではなく1つのピークが存在するようになる。このピークは、計測光が対象物の表面で反射した場合の反射光に対応するものである。この場合、屈折率nの液体が光路上に存在していないわけであるから、距離算出部135により算出される距離は、ビームスプリッタBSから対象物の表面までの真の距離となる。 If no liquid is attached to the surface of the object, the detection signal will have one peak instead of two. This peak corresponds to the reflected light when the measurement light is reflected by the surface of the object. In this case, since no liquid with a refractive index nL is present on the optical path, the distance calculated by the distance calculation unit 135 is the true distance from the beam splitter BS to the surface of the object.

また、光学ユニット11と対象物との間の相対的な位置関係を変化させながら、光学ユニット11により検出信号を検出し、得られた各検出信号から上記のような距離算出処理を行って、得られた結果を記憶部139に随時格納しておく。格納された結果を、格納された順序を保ちながら2次元に配置していくことで、対象物の表面全域にわたっての距離の分布状態をマップ化することができる。また、各距離を表す数値を輝度値に対応付けることで、距離の分布状態を示した2次元マップ画像を生成することも可能である。 Furthermore, while changing the relative positional relationship between the optical unit 11 and the object, the optical unit 11 detects detection signals, performs the distance calculation process described above from each obtained detection signal, and stores the obtained results in the memory unit 139 as needed. By arranging the stored results two-dimensionally while maintaining the storage order, it is possible to map the distribution of distances across the entire surface of the object. Furthermore, by associating the numerical values representing each distance with brightness values, it is also possible to generate a two-dimensional map image showing the distribution of distances.

結果出力部137は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部137は、演算処理部133(より詳細には、距離算出部135)から出力された、ビームスプリッタBSから液体の表面までの距離dと、ビームスプリッタBSから対象物の表面までの見かけの距離dとを、演算処理装置20に出力する。具体的には、結果出力部137は、上記のような2種類の距離d、dに関する算出結果を、当該結果が生成された日時等に関する時刻と対応づけて、演算処理装置20に出力する。また、結果出力部137は、上記のような2種類の距離d、dに関する算出結果を、各種の記録媒体に出力してもよい。 The result output unit 137 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, etc. The result output unit 137 outputs the distance d1 from the beam splitter BS to the surface of the liquid and the apparent distance d2 from the beam splitter BS to the surface of the object, which are output from the calculation processing unit 133 (more specifically, the distance calculation unit 135), to the calculation processing device 20. Specifically, the result output unit 137 outputs the calculation results for the above-mentioned two types of distances d1 and d2 to the calculation processing device 20 in association with the time, such as the date and time, at which the results were generated. Furthermore, the result output unit 137 may output the calculation results for the above-mentioned two types of distances d1 and d2 to various recording media.

記憶部139は、演算処理ユニット13が備える記憶装置の一例であり、例えば、ROM、RAM、ストレージ装置等により実現される。この記憶部139には、例えば、基準干渉波形に関するデータ等のような、演算処理ユニット13が演算処理を実施する際に利用される各種のデータが格納される。また、記憶部139には、本実施形態に係る演算処理ユニット13が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過が、適宜記録される。この記憶部139は、光学ユニット制御部131、演算処理部133、距離算出部135、結果出力部137、及び、後述する演算処理装置20等が、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。 The memory unit 139 is an example of a storage device provided in the arithmetic processing unit 13, and is realized by, for example, ROM, RAM, a storage device, etc. This memory unit 139 stores various data used when the arithmetic processing unit 13 performs arithmetic processing, such as data related to the reference interference waveform. The memory unit 139 also records various parameters and intermediate processing progress that need to be saved when the arithmetic processing unit 13 according to this embodiment performs some processing. This memory unit 139 allows the optical unit control unit 131, arithmetic processing unit 133, distance calculation unit 135, result output unit 137, and the arithmetic processing device 20 (described below) to freely read and write data.

以上、本実施形態に係る演算処理ユニット13の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。 The above describes an example of the functions of the arithmetic processing unit 13 according to this embodiment. Each of the above components may be configured using general-purpose parts and circuits, or may be configured using hardware specialized for the function of each component. Furthermore, the functions of each component may all be performed by a CPU or the like. Therefore, the configuration used can be changed as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理ユニットの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータや上位演算処理装置であるプロセスコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 It is possible to create a computer program for implementing each function of the arithmetic processing unit according to this embodiment as described above and install it on a personal computer or a process computer, which is a higher-level arithmetic processing device. It is also possible to provide a computer-readable recording medium on which such a computer program is stored. Examples of recording media include magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, and flash memory. The computer program may also be distributed, for example, via a network, without using a recording medium.

<光干渉断層計10の変形例について>
以上の説明では、図3に示したような光学系を有する光学ユニット11と、図7及び図8に示したような干渉波形を用いた距離算出処理を行う演算処理ユニット13と、を有する光干渉断層計10を例に挙げたが、以下のような光学ユニット11及び演算処理ユニット13を有する光干渉断層計を用いることも可能である。
<Modifications of the Optical Coherence Tomography Device 10>
In the above explanation, an optical coherence tomography device 10 having an optical unit 11 with an optical system as shown in FIG. 3 and an arithmetic processing unit 13 that performs distance calculation processing using interference waveforms as shown in FIGS. 7 and 8 has been given as an example, but it is also possible to use an optical coherence tomography device having an optical unit 11 and an arithmetic processing unit 13 such as the one shown below.

より詳細には、以下で図9A及び図9Bを参照しながら説明するような光学ユニット11を用い、得られた検出信号をフーリエ変換することで、図7及び図8に示したような干渉波形を用いた距離算出処理を、周波数領域で実施することも可能である。 More specifically, by using an optical unit 11 as described below with reference to Figures 9A and 9B and performing a Fourier transform on the obtained detection signal, it is possible to perform distance calculation processing in the frequency domain using interference waveforms such as those shown in Figures 7 and 8.

[光学ユニット11の変形例-1:スペクトル領域OCT]
図9Aは、本実施形態に係る光干渉断層計が有する光学ユニットの構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
図9Aに示したように、本変形例に係る光学ユニット11は、図3に示した光学ユニット11における可動ミラーM1に換えて、固定ミラーM2が設けられており、光検出部103に換えて、分光光学素子141及び光検出部143が設けられている。
[Modification 1 of Optical Unit 11: Spectral Domain OCT]
FIG. 9A is an explanatory diagram schematically illustrating another example of the configuration of the optical unit included in the optical coherence tomography device according to this embodiment.
As shown in Figure 9A, the optical unit 11 of this modified example has a fixed mirror M2 instead of the movable mirror M1 in the optical unit 11 shown in Figure 3, and has a spectroscopic optical element 141 and a light detection unit 143 instead of the light detection unit 103.

図9Aに示した光学系を有する光学ユニット11では、固定ミラーM2を設けて参照光の光路長を固定しておいた上で(換言すれば、参照光の光路長に対応する深さをある位置に固定しておいた上で)、照明部101から低コヒーレンス光を照射し、ビームスプリッタBSを経て光検出部143に検出される前の干渉光を分光光学素子141で分光した上で、分光された干渉光をそれぞれ光検出部143で検出する。このような光学系を有するOCTは、干渉光を分光して検出することから、スペクトル領域OCT(Spectral Domain OCT:SD-OCT)と呼ばれる。 In the optical unit 11 having the optical system shown in Figure 9A, a fixed mirror M2 is provided to fix the optical path length of the reference light (in other words, the depth corresponding to the optical path length of the reference light is fixed at a certain position), and low-coherence light is irradiated from the illumination unit 101. The interference light passes through the beam splitter BS and is then dispersed by the spectroscopic optical element 141 before being detected by the optical detection unit 143, and each dispersed interference light is then detected by the optical detection unit 143. An OCT having such an optical system is called a spectral domain OCT (SD-OCT) because it disperses and detects interference light.

ここで、分光光学素子141としては、特に限定されるものではなく、各種のプリズムや回折格子等といった、公知の分光光学素子を用いることが可能である。また、分光後の干渉光を検出するための光検出部143としては、各種のラインセンサカメラに代表される撮像装置を用いることが可能である。 The spectroscopic optical element 141 is not particularly limited, and any known spectroscopic optical element, such as a prism or diffraction grating, can be used. Furthermore, the light detection unit 143 for detecting the interference light after dispersion can be an imaging device, such as any of a variety of line sensor cameras.

このような光学ユニット11から得られる干渉光の検出信号は、図7(b)に示したような、横軸に光路長差、縦軸に干渉光の強度を採用したグラフ図ではなく、横軸に波長、縦軸に干渉光の強度を採用したグラフ図で表すことができる。 The detection signal of the interference light obtained from such an optical unit 11 can be represented by a graph with wavelength on the horizontal axis and intensity of the interference light on the vertical axis, rather than a graph with optical path length difference on the horizontal axis and intensity of the interference light on the vertical axis, as shown in Figure 7(b).

[光学ユニット11の変形例-2:周波数掃引OCT]
図9Aに示した光学系で得られる干渉光の検出信号と等価な意味を有する検出信号は、図9Bに示したような光学系を有する光学ユニット11でも取得することが可能である。図9Bは、本実施形態に係る光干渉断層計が有する光学ユニットの構成の他の一例を模式的に示した説明図である。
[Modification 2 of Optical Unit 11: Frequency Swept OCT]
A detection signal having a meaning equivalent to the detection signal of the interference light obtained by the optical system shown in Fig. 9A can also be obtained by an optical unit 11 having an optical system as shown in Fig. 9B. Fig. 9B is an explanatory diagram schematically showing another example of the configuration of the optical unit included in the optical coherence tomography device according to this embodiment.

図9Bに示したように、本変形例に係る光学ユニット11は、図3に示した光学ユニット11における可動ミラーM1に換えて、固定ミラーM2が設けられており、低コヒーレント光を照射する照明部101に換えて、時間とともに成分波長が変化するレーザ光を照射する照明部145が設けられている。 As shown in Figure 9B, the optical unit 11 of this modified example has a fixed mirror M2 instead of the movable mirror M1 in the optical unit 11 shown in Figure 3, and has an illumination unit 145 that irradiates laser light whose component wavelengths change over time instead of the illumination unit 101 that irradiates low-coherent light.

図9Aに示した光学系を有する光学ユニット11では、固定ミラーM2を設けて参照光の光路長を固定しておいた上で(換言すれば、参照光の光路長に対応する深さをある位置に固定しておいた上で)、照明部101から時間とともに成分波長が変化するレーザ光を、波長を切り替えながら順次照射し、各波長についてビームスプリッタBSを経た干渉光を、光検出部103で順次検出していく。そのため、光検出部103は、干渉光の強度の時間変化を検出することになる。このような光学系を有するOCTは、照明光の波長を掃引しながら干渉光の強度を検出することから、周波数掃引OCT(Swept Source OCT:SS-OCT)と呼ばれる。 In the optical unit 11 having the optical system shown in Figure 9A, a fixed mirror M2 is provided to fix the optical path length of the reference light (in other words, the depth corresponding to the optical path length of the reference light is fixed at a certain position), and laser light whose component wavelengths change over time is irradiated from the illumination unit 101 while switching wavelengths sequentially. The interference light that passes through the beam splitter BS for each wavelength is sequentially detected by the light detection unit 103. Therefore, the light detection unit 103 detects the change in the intensity of the interference light over time. An OCT having such an optical system is called swept source OCT (SS-OCT) because it detects the intensity of the interference light while sweeping the wavelength of the illumination light.

ここで、照明部145としては、特に限定されるものではなく、所望の波長帯域の光を照射可能な、各種の波長掃引レーザ光源を用いることが可能である。 Here, the illumination unit 145 is not particularly limited, and various wavelength-swept laser light sources capable of emitting light in the desired wavelength band can be used.

このような光学ユニット11から得られる干渉光の検出信号は、図7(b)に示したような、横軸に光路長差、縦軸に干渉光の強度を採用したグラフ図ではなく、横軸に時間、縦軸に干渉光の強度を採用したグラフ図で表すことができる。 The detection signal of the interference light obtained from such an optical unit 11 can be represented by a graph with time on the horizontal axis and the intensity of the interference light on the vertical axis, rather than a graph with the optical path length difference on the horizontal axis and the intensity of the interference light on the vertical axis, as shown in Figure 7(b).

なお、図9A及び図9Bに示した光学ユニット11を比較すると、図9Aに示した光学ユニット11の方が、より高速な検出処理を実現できることから、図9Aに示した光学ユニット11は、実際の圧延ロールにおける研削工程をより短縮化するために、より好ましい態様であるといえる。 Comparing the optical units 11 shown in Figures 9A and 9B, the optical unit 11 shown in Figure 9A can achieve faster detection processing, and therefore the optical unit 11 shown in Figure 9A can be said to be a more preferable embodiment for further shortening the grinding process in actual rolling rolls.

[演算処理ユニット13の変形例:フーリエ変換を用いた信号処理]
以下では、図10を参照しながら、図9A又は図9Bに示したような光学系を有する光学ユニット11から得られた干渉光の検出信号から、2種類の距離d、dを算出するための演算処理ユニット13の構成について、図5との相違点に注目しながら説明する。図10は、本実施形態に係る光干渉断層計が有する演算処理ユニットの構成の他の一例を示したブロック図である。
[Modification of the Arithmetic Processing Unit 13: Signal Processing Using Fourier Transform]
Below, with reference to Fig. 10, the configuration of the arithmetic processing unit 13 for calculating two types of distances d1 and d2 from detection signals of interference light obtained from an optical unit 11 having an optical system such as that shown in Fig. 9A or 9B will be described, focusing on differences from Fig. 5. Fig. 10 is a block diagram showing another example of the configuration of the arithmetic processing unit included in the optical coherence tomography device according to this embodiment.

図9A又は図9Bに示したような光学系を有する光学ユニット11から得られた干渉光の検出信号を処理する場合、得られた検出信号をフーリエ変換して、周波数成分領域で演算処理を行う必要がある。そのため、かかる処理を実現する演算処理部133は、図5に示した距離算出部135に換えて、図10に示したように、フーリエ変換部151及び距離算出部153を有する。 When processing the detection signal of interference light obtained from the optical unit 11 having the optical system shown in FIG. 9A or 9B, it is necessary to Fourier transform the obtained detection signal and perform arithmetic processing in the frequency component domain. Therefore, the arithmetic processing unit 133 that realizes this processing has a Fourier transform unit 151 and a distance calculation unit 153, as shown in FIG. 10, instead of the distance calculation unit 135 shown in FIG. 5.

フーリエ変換部151は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。フーリエ変換部151は、分光後の干渉光の強度(図9Aに示した光学系を有する光学ユニット11の場合)、又は、干渉光の強度(図9Bに示した光学系を有する光学ユニット11の場合)をフーリエ変換して、干渉光の周波数成分を算出する処理部である。 The Fourier transform unit 151 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, etc. The Fourier transform unit 151 is a processing unit that performs a Fourier transform on the intensity of the interference light after dispersion (in the case of an optical unit 11 having the optical system shown in FIG. 9A) or the intensity of the interference light (in the case of an optical unit 11 having the optical system shown in FIG. 9B) to calculate the frequency components of the interference light.

ここで、フーリエ変換部151で実施されるフーリエ変換処理の詳細については、特に限定されるものではなく、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation:FFT)に代表されるような、各種の離散フーリエ変換(discrete Fourier transform)のアルゴリズムを適宜用いることが可能である。 Here, the details of the Fourier transform processing performed by the Fourier transform unit 151 are not particularly limited, and various discrete Fourier transform algorithms, such as fast Fourier transform (FFT), can be used as appropriate.

フーリエ変換部151は、このようにして干渉光の強度の周波数成分を算出すると、得られた周波数成分を、距離算出部153へと出力する。 Once the Fourier transform unit 151 calculates the frequency components of the intensity of the interference light in this manner, it outputs the obtained frequency components to the distance calculation unit 153.

距離算出部153は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。距離算出部153は、フーリエ変換部151により算出された、干渉光の強度の周波数成分に基づいて、図6に例示したような、液体の表面までの距離dと、対象物の表面までの見かけの距離dと、を算出する。 The distance calculation unit 153 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc. Based on the frequency components of the intensity of the interference light calculated by the Fourier transform unit 151, the distance calculation unit 153 calculates a distance d1 to the surface of the liquid and an apparent distance d2 to the surface of the object, as illustrated in FIG .

ここで、距離算出部153が実施する距離算出処理は、フーリエ変換により得られた周波数成分を用いる以外は、図7及び図8を参照しながら説明した処理と同様の処理を実施することが可能である。ここで、フーリエ変換を用いた場合には、図7に示した検出信号のような、強度における正負の波打ちは存在しないため、各ピークについて、極大値近傍の3~5点の重心位置を算出することで、各ピークのピーク位置とすることができる。 Here, the distance calculation process performed by the distance calculation unit 153 can be similar to the process described with reference to Figures 7 and 8, except that it uses frequency components obtained by Fourier transform. When a Fourier transform is used, there is no positive or negative waviness in intensity like the detection signal shown in Figure 7, so the peak position of each peak can be determined by calculating the center of gravity positions of three to five points near the maximum value for each peak.

(演算処理装置20について)
続いて、図11を参照しながら、本実施形態に係る欠陥検出装置1が有する演算処理装置20の構成について、詳細に説明する。図11は、本実施形態に係る欠陥検出装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
(Regarding the processing unit 20)
Next, the configuration of the arithmetic processing device 20 included in the defect detection device 1 according to this embodiment will be described in detail with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of the arithmetic processing device included in the defect detection device according to this embodiment.

本実施形態に係る欠陥検出装置1が有する演算処理装置20は、以上説明したような光干渉断層計10の動作を統括的に制御するとともに、光干渉断層計10から得られた2種類の距離に基づき、以下で説明するような演算処理を行うことで、対象物の表面の欠陥を検出する装置である。 The calculation processing device 20 included in the defect detection device 1 according to this embodiment comprehensively controls the operation of the optical coherence tomography device 10 as described above, and detects defects on the surface of an object by performing calculation processing as described below based on the two types of distances obtained from the optical coherence tomography device 10.

図11に示したように、本実施形態に係る演算処理装置20は、制御部201と、演算処理部203と、結果出力部207と、表示制御部209と、記憶部211と、を主に有する。 As shown in FIG. 11, the calculation processing device 20 according to this embodiment mainly includes a control unit 201, a calculation processing unit 203, a result output unit 207, a display control unit 209, and a memory unit 211.

制御部201は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。制御部201は、本実施形態に係る光干渉断層計10による干渉光の検出処理及び距離算出処理を統括して制御する。 The control unit 201 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, a communication device, etc. The control unit 201 comprehensively controls the interference light detection process and distance calculation process performed by the optical coherence tomography device 10 according to this embodiment.

より詳細には、制御部201は、着目する対象物に関する欠陥検出処理を開始する場合に、光干渉断層計10に対して計測を開始させるための制御信号を送出する。また、制御部201は、光干渉断層計10と対象物との相対的な位置関係を変化させるための駆動機構等から定期的に送出されるPLG信号を取得する毎に、光干渉断層計10に対して、距離算出結果を出力させるためのトリガ信号を送出する。 More specifically, when starting defect detection processing for an object of interest, the control unit 201 sends a control signal to the optical coherence tomography device 10 to start measurement. Furthermore, each time the control unit 201 acquires a PLG signal that is periodically sent from a drive mechanism or the like for changing the relative positional relationship between the optical coherence tomography device 10 and the object, it sends a trigger signal to the optical coherence tomography device 10 to output a distance calculation result.

演算処理部203は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。演算処理部203は、光干渉断層計10から出力される、2種類の距離(液体の表面までの距離、及び、対象物の表面までの見かけの距離)を取得し、かかる2種類の距離に基づいて、各種の演算処理を施す処理部である。この演算処理部203は、図11に示したように、欠陥検出部205を有している。 The arithmetic processing unit 203 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, a communication device, etc. The arithmetic processing unit 203 is a processing unit that acquires two types of distances (the distance to the surface of the liquid and the apparent distance to the surface of the object) output from the optical coherence tomography device 10 and performs various arithmetic processing based on these two types of distances. As shown in FIG. 11, this arithmetic processing unit 203 has a defect detection unit 205.

欠陥検出部205は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。欠陥検出部205は、光干渉断層計10を用いて得られた2種類の距離を用いて、対象物の表面までの真の距離を算出する。その後、欠陥検出部205は、得られた真の距離を用いて、着目する対象物の表面の形状を判定して、対象物の表面の欠陥を検出する。 The defect detection unit 205 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, etc. The defect detection unit 205 calculates the true distance to the surface of the object using two types of distance obtained using the optical coherence tomography device 10. The defect detection unit 205 then uses the obtained true distance to determine the shape of the surface of the object of interest and detects defects on the surface of the object.

先だって言及したように、光干渉断層計10により得られる、対象物の表面までの見かけの距離(図6における距離d)のうち、液体中を伝播する間の光学的な距離は、空間的な距離のn倍となっている。そこで、欠陥検出部205は、対象物の表面までの見かけの距離(図6における距離d)から、液体の表面までの距離(図6における距離d)を減じることで得られる長さ(図6における差分d-d)に対し、液体の屈折率nの逆数を乗じることで、液体の厚み(光路差d-dに対応する、空間的な厚み)を算出する。 As mentioned above, the optical distance during propagation through the liquid of the apparent distance to the surface of the object (distance d 2 in FIG. 6 ) obtained by the optical coherence tomography device 10 is n L times the spatial distance. Therefore, the defect detection unit 205 calculates the thickness of the liquid (spatial thickness corresponding to the optical path difference d 2 - d 1 ) by multiplying the length obtained by subtracting the distance to the surface of the liquid (distance d 1 in FIG. 6 ) from the apparent distance to the surface of the object (distance d 2 in FIG . 6 ) by the reciprocal of the refractive index of the liquid, n L.

欠陥検出部205は、このようにして得られた液体の厚みに対し、液体の表面までの距離(図6における距離d)を加算することで、対象物の表面までの真の距離を算出する。 The defect detection unit 205 calculates the true distance to the surface of the object by adding the distance to the surface of the liquid (distance d 1 in FIG. 6) to the thickness of the liquid obtained in this manner.

ここで、光学ユニット11と対象物との間の相対的な位置関係を変化させながら、光干渉断層計10により2種類の距離を随時計測しておき、欠陥検出部205は、得られた対象物の表面までの真の距離の算出結果を、後述する記憶部211に随時格納しておく。欠陥検出部205は、格納された結果を、格納された順序を保ちながら2次元に配置していくことで、対象物の表面全域にわたっての真の距離の分布状態をマップ化することができる。また、真の距離を表す数値を輝度値に対応付けることで、真の距離の分布状態を示した2次元マップ画像を生成することも可能である。これにより、欠陥検出部205は、着目する対象物の表面の形状を特定することができる。 Here, the optical coherence tomography device 10 measures two types of distances at any time while changing the relative positional relationship between the optical unit 11 and the object, and the defect detection unit 205 stores the calculated results of the true distance to the object's surface in the memory unit 211 (described later) at any time. The defect detection unit 205 can map the distribution of true distances across the entire surface of the object by arranging the stored results two-dimensionally while maintaining the storage order. It is also possible to generate a two-dimensional map image showing the distribution of true distances by associating a numerical value representing the true distance with a brightness value. This allows the defect detection unit 205 to identify the shape of the surface of the object of interest.

その後、欠陥検出部205は、得られた対象物の表面の形状を判定して、対象物の表面の欠陥を検出する。例えば、欠陥検出部205は、ある判定位置について、かかる判定位置の周囲に存在する真の距離の算出結果から平均値を算出し、得られた平均値と、かかる判定位置に対応付けられている真の距離と、の差分を算出する。得られた差分と、所定の判定閾値との間で、大小比較を行うことで、欠陥検出部205は、着目している判定位置について、欠陥検出を行うことができる。 The defect detection unit 205 then determines the shape of the object's surface and detects defects on the object's surface. For example, for a certain determination position, the defect detection unit 205 calculates an average value from the calculation results of the true distances around the determination position, and calculates the difference between the obtained average value and the true distance associated with the determination position. By comparing the obtained difference with a predetermined determination threshold, the defect detection unit 205 can detect defects at the determination position of interest.

また、欠陥検出部205は、上記のような閾値に基づく大小比較だけでなく、各種のルックアップテーブルに代表される判定ロジックや、予め学習された機械学習モデルによる判定器を用いることで、算出した真の距離に基づき、欠陥検出処理を行うことも可能である。 In addition to comparing the magnitudes based on thresholds as described above, the defect detection unit 205 can also perform defect detection processing based on the calculated true distance by using decision logic represented by various lookup tables or a judger based on a pre-trained machine learning model.

欠陥検出部205は、以上のようにして表面の形状の欠陥検出処理を行うと、得られた検出結果を、結果出力部207に出力する。 After performing the surface shape defect detection process as described above, the defect detection unit 205 outputs the obtained detection results to the result output unit 207.

結果出力部207は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部207は、演算処理部205(より詳細には、欠陥検出部205)から出力された、対象物の表面の欠陥検出結果に関する情報を、欠陥検出装置1のユーザに出力する。具体的には、結果出力部207は、演算処理部205による対象物の表面の欠陥検出結果に関するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと対応づけて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して、紙媒体として出力したりする。また、結果出力部207は、対象物の表面の欠陥検出結果に関するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置に出力してもよいし、各種の記録媒体に出力してもよい。 The result output unit 207 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, output device, communication device, etc. The result output unit 207 outputs information related to the results of defect detection on the surface of the object output from the calculation processing unit 205 (more specifically, the defect detection unit 205) to the user of the defect detection device 1. Specifically, the result output unit 207 associates data related to the results of defect detection on the surface of the object by the calculation processing unit 205 with time data related to the date and time when the data was generated, and outputs the data to various servers or control devices, or outputs the data on paper media using an output device such as a printer. The result output unit 207 may also output the data related to the results of defect detection on the surface of the object to various external information processing devices such as computers, or to various recording media.

また、結果出力部207は、演算処理部205による対象物の表面の欠陥検出結果に関するデータを、欠陥検出装置1に設けられたディスプレイ等の出力装置や、外部に設けられた各種機器の有するディスプレイ等に出力する際には、後述する表示制御部209と連携して演算結果を出力する。 In addition, when outputting data related to the results of defect detection on the surface of the object by the calculation processing unit 205 to an output device such as a display provided in the defect detection device 1 or to displays of various external devices, the result output unit 207 works in cooperation with the display control unit 209, which will be described later, to output the calculation results.

表示制御部209は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部209は、結果出力部207から伝送された、対象物の表面の欠陥検出結果を、演算処理装置20が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置20の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、欠陥検出装置1のユーザは、対象物の表面の欠陥検出結果を、その場で把握することが可能となる。 The display control unit 209 is realized by, for example, a CPU, ROM, RAM, an output device, a communication device, etc. The display control unit 209 controls the display of the defect detection results for the surface of the object transmitted from the result output unit 207 on an output device such as a display provided in the arithmetic processing device 20 or an output device provided external to the arithmetic processing device 20. This allows the user of the defect detection device 1 to immediately understand the defect detection results for the surface of the object.

記憶部211は、演算処理装置20が備える記憶装置の一例であり、例えば、ROM、RAM、ストレージ装置等により実現される。この記憶部211には、本実施形態に係る演算処理装置20が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過(例えば、事前に格納されている各種のデータやデータベース、及び、プログラム等)が、適宜記録される。この記憶部211は、制御部201、演算処理部203、欠陥検出部205、結果出力部207、表示制御部209及び上位計算機等が、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。 The memory unit 211 is an example of a memory device provided in the arithmetic processing device 20, and is realized by, for example, ROM, RAM, a storage device, etc. This memory unit 211 appropriately records various parameters and intermediate processing progress (for example, various pre-stored data, databases, programs, etc.) that need to be saved when the arithmetic processing device 20 according to this embodiment performs some processing. This memory unit 211 allows the control unit 201, arithmetic processing unit 203, defect detection unit 205, result output unit 207, display control unit 209, and host computers, etc., to freely read and write data.

以上、本実施形態に係る演算処理装置20の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。 The above describes an example of the functions of the arithmetic processing device 20 according to this embodiment. Each of the above components may be configured using general-purpose parts and circuits, or may be configured using hardware specialized for the function of each component. Furthermore, the functions of each component may all be performed by a CPU or the like. Therefore, the configuration used can be changed as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータや上位演算処理装置であるプロセスコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 It is possible to create a computer program for implementing each function of the arithmetic processing device according to this embodiment as described above and install it on a personal computer or a process computer, which is a host arithmetic processing device. It is also possible to provide a computer-readable recording medium on which such a computer program is stored. Examples of recording media include magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, and flash memory. The computer program may also be distributed, for example, via a network, without using a recording medium.

また、本実施形態では、説明の便宜上、光干渉断層計10における演算処理ユニット13と、演算処理装置20と、を別体として記載しているが、本実施形態に係る演算処理装置20の一機能として、演算処理ユニット13で実現される機能が実現されていてもよい。また、本実施形態に係る演算処理装置20で実現される機能は、例えば各種のプロセスコンピュータに代表される上位演算処理装置の一機能として、実現されていてもよい。 Furthermore, in this embodiment, for convenience of explanation, the arithmetic processing unit 13 and the arithmetic processing device 20 in the optical coherence tomography device 10 are described as separate entities, but the functions realized by the arithmetic processing unit 13 may be realized as one function of the arithmetic processing device 20 according to this embodiment. Furthermore, the functions realized by the arithmetic processing device 20 according to this embodiment may be realized as one function of a higher-level arithmetic processing device, such as various process computers.

(欠陥検出装置1の適用例)
以上説明したような、本実施形態に係る欠陥検出装置1の適用例について、図12を参照しながら具体的に説明する。図12は、本実施形態に係る欠陥検出装置について説明するための説明図である。
(Application example of defect detection device 1)
An application example of the defect detection device 1 according to this embodiment as described above will be specifically described with reference to Fig. 12. Fig. 12 is an explanatory diagram for explaining the defect detection device according to this embodiment.

以上説明したような、本実施形態に係る欠陥検出装置1は、圧延加工に用いられる圧延ロールを補修する際に実施される圧延ロール表面の研削工程において、クラックや疵の発生した部位を検出するために用いることが可能である。 As described above, the defect detection device 1 according to this embodiment can be used to detect areas where cracks or defects have occurred during the grinding process of the rolling roll surface, which is carried out when repairing rolling rolls used in rolling processing.

この場合、図12に模式的に示したように、対象物である圧延ロールに対して、圧延ロールを、圧延ロールの円柱中心軸を回転軸として回転させる回転機構3と、圧延ロールを圧延ロールの円柱中心軸の方向に沿って相対的に移動させる移動機構5と、設置する。その上で、かかる回転機構3及び移動機構5の動作を、欠陥検出装置1が備える演算処理装置20により制御しながら、光干渉断層計10を用いて検査していく。 In this case, as shown schematically in Figure 12, a rotation mechanism 3 is installed in relation to the target roll, which rotates the roll around its cylindrical central axis as the rotation axis, and a movement mechanism 5 is installed in relation to the roll, which moves the roll relatively along the direction of the cylindrical central axis of the roll. The operation of the rotation mechanism 3 and movement mechanism 5 is then controlled by a processing device 20 included in the defect detection device 1, while inspection is carried out using an optical coherence tomography device 10.

具体的には、回転機構を用いて圧延ロールを回転させ、移動機構を用いて圧延ロールの円柱中心軸の方向に沿って相対的に移動させながら、圧延ロールの表面の欠陥を検出すればよい。 Specifically, defects on the surface of the rolling roll can be detected by rotating the rolling roll using a rotation mechanism and moving it relatively along the direction of the cylindrical central axis of the rolling roll using a movement mechanism.

これにより、圧延ロールの表面に存在する欠陥を、圧延ロールの全周全幅に亘って、精度よく検出することが可能となる。 This makes it possible to accurately detect defects on the surface of the rolling roll over the entire circumference and width of the rolling roll.

なお、図12に示したような回転機構3や移動機構5の詳細については、特に限定されるものではなく、各種のモータやアクチュエータ等を適宜組み合わせて用いればよい。 The details of the rotation mechanism 3 and movement mechanism 5 shown in Figure 12 are not particularly limited, and various motors, actuators, etc. can be used in appropriate combination.

(演算処理ユニット13及び演算処理装置20のハードウェア構成について)
次に、図13を参照しながら、本実施形態に係る演算処理ユニット13のハードウェア構成について、詳細に説明する。図13は、本発明の実施形態に係る演算処理ユニット13のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(Hardware configuration of the arithmetic processing unit 13 and the arithmetic processing device 20)
Next, the hardware configuration of the arithmetic processing unit 13 according to this embodiment will be described in detail with reference to Fig. 13. Fig. 13 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the arithmetic processing unit 13 according to this embodiment of the present invention.

演算処理ユニット13は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、演算処理ユニット13は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。 The arithmetic processing unit 13 mainly comprises a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The arithmetic processing unit 13 also comprises a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.

CPU901は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、又はリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、演算処理ユニット13内の動作全般又はその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。 The CPU 901 functions as a central processing and control device, controlling all or part of the operations within the arithmetic processing unit 13 in accordance with various programs recorded in the ROM 903, RAM 905, storage device 913, or removable recording medium 921. The ROM 903 stores programs and arithmetic parameters used by the CPU 901. The RAM 905 temporarily stores programs used by the CPU 901 and parameters that change as appropriate during program execution. These are interconnected by a bus 907, which is composed of an internal bus such as a CPU bus.

バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。 Bus 907 is connected to an external bus such as a PCI (Peripheral Component Interconnect/Interface) bus via a bridge.

入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、演算処理ユニット13の操作に対応したPDA等の外部接続機器923であってもよい。更に、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置909を操作することにより、演算処理ユニット13に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。 The input device 909 is an operating means operated by the user, such as a mouse, keyboard, touch panel, button, switch, or lever. The input device 909 may also be, for example, a remote control means (so-called remote control) that uses infrared or other radio waves, or an externally connected device 923 such as a PDA that supports operation of the arithmetic processing unit 13. The input device 909 is further composed of, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information entered by the user using the operating means and outputs it to the CPU 901. By operating this input device 909, the user can input various data and instruct processing operations to the arithmetic processing unit 13.

出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、演算処理ユニット13が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理ユニット13が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。 The output device 911 is composed of devices capable of visually or audibly notifying the user of acquired information. Such devices include display devices such as CRT displays, liquid crystal displays, plasma displays, EL displays, and lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printers, mobile phones, and facsimiles. The output device 911 outputs, for example, the results obtained from the various processes performed by the arithmetic processing unit 13. Specifically, the display device displays the results obtained from the various processes performed by the arithmetic processing unit 13 as text or images. On the other hand, the audio output device converts audio signals consisting of reproduced voice data, acoustic data, etc. into analog signals and outputs them.

ストレージ装置913は、演算処理ユニット13の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。 The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a memory section of the arithmetic processing unit 13. The storage device 913 is configured, for example, from a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. This storage device 913 stores programs and various data executed by the CPU 901, as well as various data acquired from external sources.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理ユニット13に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu-ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、又は、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)又は電子機器等であってもよい。 The drive 915 is a reader/writer for recording media, and is either built into the arithmetic processing unit 13 or externally attached. The drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921, such as an attached magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905. The drive 915 can also write information to a removable recording medium 921, such as an attached magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory. The removable recording medium 921 may be, for example, a CD media, a DVD media, or a Blu-ray (registered trademark) media. The removable recording medium 921 may also be a CompactFlash (registered trademark) (CF), flash memory, or an SD memory card (Secure Digital memory card), etc. The removable recording medium 921 may also be, for example, an integrated circuit (IC) card equipped with a contactless IC chip, or an electronic device.

接続ポート917は、機器を演算処理ユニット13に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS-232Cポート、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)ポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、演算処理ユニット13は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。 The connection port 917 is a port for directly connecting a device to the arithmetic processing unit 13. Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, an RS-232C port, and an HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface) port. By connecting an externally connected device 923 to this connection port 917, the arithmetic processing unit 13 can directly obtain various data from the externally connected device 923 or provide various data to the externally connected device 923.

通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線もしくは無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、又はWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、社内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。 The communication device 919 is, for example, a communication interface configured with a communication device for connecting to the communication network 925. The communication device 919 is, for example, a communication card for a wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). The communication device 919 may also be a router for optical communications, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communications. This communication device 919 can transmit and receive signals, for example, between the Internet and other communication devices in accordance with a predetermined protocol such as TCP/IP. The communication network 925 connected to the communication device 919 is configured with a network connected by wire or wirelessly, and may be, for example, the Internet, a home LAN, an in-house LAN, infrared communication, radio wave communication, or satellite communication.

以上、本発明の実施形態に係る演算処理ユニット13の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。 The above shows an example of a hardware configuration capable of realizing the functions of the arithmetic processing unit 13 according to an embodiment of the present invention. Each of the above components may be configured using general-purpose components, or may be configured using hardware specialized for the function of each component. Therefore, the hardware configuration used can be changed as appropriate depending on the technical level at the time of implementing this embodiment.

なお、本実施形態に係る演算処理装置20についても、演算処理ユニット13と同様のハードウェア構成を有しているため、以下では詳細な説明は省略する。 Note that the arithmetic processing device 20 according to this embodiment has a similar hardware configuration to the arithmetic processing unit 13, and therefore a detailed description thereof will be omitted below.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The above describes in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person with ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can conceive of various modifications or alterations within the scope of the technical ideas set forth in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

1 欠陥検出装置
3 回転機構
5 移動機構
10 光干渉断層計
11 光学ユニット
13 演算処理ユニット
20 演算処理装置
101、145 照明部
103、143 光検出部
131 光学ユニット制御部
133、203 演算処理部
135、153 距離算出部
137、207 結果出力部
139、211 記憶部
141 分光光学素子
151 フーリエ変換部
201 制御部
205 欠陥検出部
209 表示制御部
BS ビームスプリッタ
M1 可動ミラー
M2 固定ミラー
REFERENCE SIGNS LIST 1 defect detection device 3 rotation mechanism 5 movement mechanism 10 optical coherence tomography 11 optical unit 13 arithmetic processing unit 20 arithmetic processing device 101, 145 illumination unit 103, 143 light detection unit 131 optical unit control unit 133, 203 arithmetic processing unit 135, 153 distance calculation unit 137, 207 result output unit 139, 211 storage unit 141 spectroscopic optical element 151 Fourier transform unit 201 control unit 205 defect detection unit 209 display control unit BS beam splitter M1 movable mirror M2 fixed mirror

Claims (7)

表面に液体が付着した対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
前記対象物に向けて照明光を照射する照明部と、
光を反射する反射光学素子と、
前記照明光を、前記対象物に向かう計測光と、前記対象物には向かわない参照光とに分岐し、前記対象物で反射した前記計測光と前記反射光学素子で反射した前記参照光とからなる干渉光を所定の方向へと進める分岐光学素子と、
前記分岐光学素子を経た前記干渉光を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出した前記干渉光に基づいて、前記液体の表面までの距離と前記対象物の表面までの見かけの距離とを算出する距離算出部と、
を有する光干渉断層計と、
前記対象物の表面までの見かけの距離から前記液体の表面までの距離を減じることで得られる長さに、前記液体の屈折率の逆数を乗じることで得られる長さを前記液体の厚みとし、
前記液体の厚みを前記液体の表面までの距離に加算することで得られる距離を、前記対象物の表面までの真の距離とすることで、前記対象物の表面の形状を判定し、前記対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出部と、
を有する、欠陥検出装置。
A defect detection device for detecting defects on a surface of an object having a liquid attached to its surface, comprising:
an illumination unit that irradiates illumination light toward the object;
a reflective optical element that reflects light;
a branching optical element that branches the illumination light into measurement light directed toward the object and reference light not directed toward the object, and causes interference light consisting of the measurement light reflected by the object and the reference light reflected by the reflecting optical element to travel in a predetermined direction;
a light detection unit that detects the interference light that has passed through the branching optical element;
a distance calculation unit that calculates a distance to the surface of the liquid and an apparent distance to the surface of the object based on the interference light detected by the light detection unit;
an optical coherence tomography device having
a length obtained by subtracting the distance to the surface of the liquid from the apparent distance to the surface of the object, and multiplying the length by the reciprocal of the refractive index of the liquid, the length being defined as the thickness of the liquid;
a defect detection unit that determines the shape of the surface of the object by adding the thickness of the liquid to the distance to the surface of the liquid and setting the distance to the true distance to the surface of the object, and detects defects on the surface of the object;
A defect detection device comprising:
前記対象物は、圧延ロールであり、
前記圧延ロールを、前記圧延ロールの円柱中心軸を回転軸として回転させる回転機構と、
前記圧延ロールを、前記圧延ロールの円柱中心軸の方向に沿って相対的に移動させる移動機構と、
を有しており、
前記回転機構を用いて前記圧延ロールを回転させ、前記移動機構を用いて前記圧延ロールの円柱中心軸の方向に沿って相対的に移動させながら、前記圧延ロールの表面の欠陥を検出する、請求項1に記載の欠陥検出装置。
the object is a rolling roll,
a rotation mechanism that rotates the rolling roll around a cylindrical central axis of the rolling roll as a rotation axis;
a moving mechanism that moves the rolling roll relatively along the direction of the cylindrical central axis of the rolling roll;
It has
2. The defect detection device according to claim 1, wherein defects on the surface of the rolling roll are detected while rotating the rolling roll using the rotation mechanism and relatively moving the rolling roll along the direction of the cylindrical central axis of the rolling roll using the movement mechanism.
前記照明光は低コヒーレンス光であり、
前記反射光学素子は、前記分岐光学素子との間の距離を変えることができる可動ミラーであり、
前記距離算出部は、前記光検出部で検出した前記干渉光の強度のピーク位置と、前記分岐光学素子から前記可動ミラーまでの距離と、の関係に基づいて、前記対象物の表面までの見かけの距離と前記液体の表面までの距離とを算出する、請求項1又は2に記載の欠陥検出装置。
the illumination light is low-coherence light,
the reflecting optical element is a movable mirror capable of changing the distance between the reflecting optical element and the branching optical element,
The defect detection device described in claim 1 or 2, wherein the distance calculation unit calculates the apparent distance to the surface of the object and the distance to the surface of the liquid based on the relationship between the peak position of the intensity of the interference light detected by the light detection unit and the distance from the branching optical element to the movable mirror.
前記光干渉断層計は、
前記分岐光学素子を経て前記光検出部に検出される前の前記干渉光を分光する分光光学素子と、
前記分光光学素子で分光され前記光検出部で検出された前記干渉光の強度をフーリエ変換して、前記干渉光の周波数成分を算出するフーリエ変換部と、
を有し、
前記照明光は、低コヒーレンス光であり、
前記反射光学素子は、前記分岐光学素子との間の距離が固定された固定ミラーであり、
前記光検出部は、ラインセンサカメラであり、
前記距離算出部は、前記フーリエ変換部で算出された前記干渉光の周波数成分に基づいて、前記対象物の表面までの見かけの距離と前記液体の表面までの距離とを算出する、請求項1又は2に記載の欠陥検出装置。
The optical coherence tomography device includes:
a spectroscopic optical element that separates the interference light that has passed through the branching optical element and has not yet been detected by the light detecting unit;
a Fourier transform unit that performs a Fourier transform on the intensity of the interference light that has been dispersed by the spectroscopic optical element and detected by the light detection unit, and calculates frequency components of the interference light;
and
the illumination light is low-coherence light,
the reflecting optical element is a fixed mirror whose distance to the branching optical element is fixed,
the light detection unit is a line sensor camera,
3. The defect detection device according to claim 1, wherein the distance calculation unit calculates the apparent distance to the surface of the object and the distance to the surface of the liquid based on the frequency components of the interference light calculated by the Fourier transform unit.
前記光干渉断層計は、
前記光検出部で検出された前記干渉光の強度をフーリエ変換して、前記干渉光の周波数成分を算出するフーリエ変換部を有し、
前記照明部は、前記照明光として、時間とともに成分波長が変化するレーザ光を照射し、
前記反射光学素子は、前記分岐光学素子との間の距離が固定された固定ミラーであり、
前記光検出部は、前記分岐光学素子を経た前記干渉光の強度の時間変化を検出し、
前記距離算出部は、前記フーリエ変換部で算出された前記干渉光の周波数成分に基づいて、前記対象物の表面までの見かけの距離と前記液体の表面までの距離とを算出する、請求項1又は2に記載の欠陥検出装置。
The optical coherence tomography device includes:
a Fourier transform unit that performs a Fourier transform on the intensity of the interference light detected by the light detection unit to calculate frequency components of the interference light,
the illumination unit irradiates, as the illumination light, laser light whose component wavelengths change over time;
the reflecting optical element is a fixed mirror whose distance to the branching optical element is fixed,
the light detection unit detects a change over time in intensity of the interference light that has passed through the branching optical element;
3. The defect detection device according to claim 1, wherein the distance calculation unit calculates the apparent distance to the surface of the object and the distance to the surface of the liquid based on the frequency components of the interference light calculated by the Fourier transform unit.
表面に液体が付着した対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
前記対象物に向けて照明光を照射する照明部と、光を反射する反射光学素子と、前記照明光を、前記対象物に向かう計測光と、前記対象物には向かわない参照光とに分岐し、前記対象物で反射した前記計測光と前記反射光学素子で反射した前記参照光とからなる干渉光を所定の方向へと進める分岐光学素子と、前記分岐光学素子を経た前記干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出した前記干渉光に基づいて、前記液体の表面までの距離と前記対象物の表面までの見かけの距離とを算出する距離算出部と、を有する光干渉断層計と、
前記対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検査部と、
を有する欠陥検出装置を用い、
前記光干渉断層を用い、前記液体の表面までの距離と前記対象物の表面までの見かけの距離とを算出する距離算出ステップと、
欠陥検出部を用いて、前記対象物の表面までの見かけの距離から前記液体の表面までの距離を減じることで得られる長さに、前記液体の屈折率の逆数を乗じることで得られる長さを前記液体の厚みとし、前記液体の厚みを前記液体の表面までの距離に加算することで得られる距離を、前記対象物の表面までの真の距離とすることで、前記対象物の表面の形状を判定し、前記対象物の表面の欠陥を検出する欠陥検出ステップと、
を有する、欠陥検出方法。
A defect detection method for detecting defects on a surface of an object having a liquid attached to its surface, comprising:
an optical coherence tomography device having an illumination unit that irradiates illumination light toward the object, a reflective optical element that reflects light, a branching optical element that branches the illumination light into measurement light that is directed toward the object and reference light that is not directed toward the object, and that advances interference light consisting of the measurement light reflected by the object and the reference light reflected by the reflective optical element in a predetermined direction, a light detection unit that detects the interference light that has passed through the branching optical element, and a distance calculation unit that calculates a distance to a surface of the liquid and an apparent distance to a surface of the object based on the interference light detected by the light detection unit;
a defect inspection unit that detects defects on the surface of the object;
A defect detection device having
a distance calculation step of calculating a distance to a surface of the liquid and an apparent distance to a surface of the object using the optical coherence tomography ;
a defect detection step of determining the shape of the surface of the object and detecting defects on the surface of the object by using a defect detection unit to determine the thickness of the liquid by multiplying the length obtained by subtracting the distance to the surface of the liquid from the apparent distance to the surface of the object by the reciprocal of the refractive index of the liquid, and determining the distance obtained by adding the thickness of the liquid to the distance to the surface of the liquid as the true distance to the surface of the object; and
A defect detection method comprising:
前記対象物は、圧延ロールであり、
回転機構を用いて、前記圧延ロールを、前記圧延ロールの円柱中心軸を回転軸として回転させる回転ステップと、
移動機構を用いて、前記圧延ロールを、前記圧延ロールの円柱中心軸の方向に沿って相対的に移動させる移動ステップと、
を更に有しており、
前記回転機構を用いて前記圧延ロールを回転させ、前記移動機構を用いて前記圧延ロールの円柱中心軸の方向に沿って相対的に移動させながら、前記圧延ロールの表面の欠陥を検出する、請求項6に記載の欠陥検出方法。
the object is a rolling roll,
a rotating step of rotating the rolling roll around a cylindrical central axis of the rolling roll as a rotation axis using a rotation mechanism;
a moving step of relatively moving the rolling roll along the direction of the cylindrical central axis of the rolling roll using a moving mechanism;
and
7. The defect detection method according to claim 6, wherein defects on the surface of the rolling roll are detected while rotating the rolling roll using the rotation mechanism and relatively moving the rolling roll along the direction of the cylindrical central axis of the rolling roll using the movement mechanism.
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