(57)【要約】【課題】回転機構のない汎用の光学部品を用いたシンプルかつ安価な構成で、複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を高速に検査することができる物品検査装置及び物品検査方法を提供する。【解決手段】被検査物Ｗに円偏光の光束を照射する照射光学系１２と、被検査物Ｗを透過した光束に１／４波長分の位相差を付与する１／４波長板１４と、１／４波長板１４を通過した光束の所定の偏光成分を通過させる検光子１５と、検光子１５を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力する第１イメージセンサ１６と、第１イメージセンサ１６から出力される強度信号から、被検査物Ｗの複屈折位相差の分布を算出する複屈折位相差分布算出部４３と、複屈折位相差分布算出部４３により算出された複屈折位相差の分布と所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、被検査物Ｗの良否を判定する判定部４４と、を備える。【選択図】図１
2020190514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物を検査領域に搬送する搬送部（３０）と、
直線偏光の光束を出力する光照射部（１０）と、
前記直線偏光の光束に１／４波長分の位相差を付与して円偏光の光束に変換する第１の１／４波長板（１１）と、
前記検査領域に搬送された前記被検査物に前記円偏光の光束を照射する照射光学系（１２）と、
前記被検査物を透過した光束に１／４波長分の位相差を付与する第２の１／４波長板（１４）と、
前記第２の１／４波長板を通過した光束の所定の偏光成分を通過させる検光子（１５）と、
前記検光子を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力する複数の受光素子を含む第１イメージセンサ（１６）と、
前記検査領域に搬送された前記被検査物と前記第２の１／４波長板との間に配置され、前記被検査物を透過した光束を前記第２の１／４波長板及び前記検光子を介して前記第１イメージセンサに結像させる結像光学系（１３）と、
前記第１イメージセンサの各前記受光素子から出力される強度信号から、前記被検査物の複屈折位相差の分布を算出する複屈折位相差分布算出部（４３）と、
前記複屈折位相差分布算出部により算出された複屈折位相差の分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、前記被検査物の良否を判定する判定部（４４）と、を備えることを特徴とする物品検査装置。
【請求項２】
前記結像光学系と前記第２の１／４波長板との間に配置され、前記結像光学系からの光束を分岐する光分岐器（１８）と、
入力された光束の光量に応じた強度信号を出力する複数の受光素子を含む第２イメージセンサ（１９）と、
前記第２イメージセンサの各前記受光素子から出力される強度信号から、前記被検査物の外観の画像を生成する画像生成部（４５）と、を更に備え、
前記結像光学系は、前記光分岐器で分岐された一方の光束を前記第２の１／４波長板及び前記検光子を介して前記第１イメージセンサに結像させるとともに、前記光分岐器で分岐されたもう一方の光束を前記第２イメージセンサに結像させ、
前記判定部は、前記画像生成部により生成された画像と、あらかじめ生成された前記被検査物の良品サンプルの画像との比較に基づいて、前記被検査物の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の物品検査装置。
【請求項３】
前記光照射部は、直線偏光の光束を出力するレーザダイオード（１０ａ）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の物品検査装置。
【請求項４】
被検査物を検査領域に搬送するステップ（Ｓ１）と、
直線偏光の光束を出力するステップ（Ｓ２）と、
前記直線偏光の光束に第１の１／４波長板（１１）により１／４波長分の位相差を付与して円偏光の光束に変換するステップ（Ｓ３）と、
前記検査領域に搬送された前記被検査物に前記円偏光の光束を照射するステップ（Ｓ４）と、
前記被検査物を透過した光束に第２の１／４波長板（１４）により１／４波長分の位相差を付与するステップ（Ｓ５）と、
前記第２の１／４波長板を通過した光束の所定の偏光成分を検光子（１５）により通過させるステップ（Ｓ６）と、
前記検査領域に搬送された前記被検査物と前記第２の１／４波長板との間に配置された結像光学系（１３）により、前記被検査物を透過した光束を前記第２の１／４波長板及び前記検光子を介して第１イメージセンサ（１６）に結像させるステップ（Ｓ７）と、
複数の受光素子を含む前記第１イメージセンサから、前記検光子を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力するステップ（Ｓ８）と、
前記第１イメージセンサの各前記受光素子から出力される強度信号から、前記被検査物の複屈折位相差の分布を算出する複屈折位相差分布算出ステップ（Ｓ９）と、
前記複屈折位相差分布算出ステップにより算出された複屈折位相差の分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、前記被検査物の良否を判定するステップ（Ｓ１０）と、を含むことを特徴とする物品検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品検査装置及び物品検査方法に関し、特に、透明なフィルムやフィルムパッケージ等の複屈折性を有する被検査物を検査する物品検査装置及び物品検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複屈折性を有する測定対象物の複屈折位相差の分布の測定を目的として種々の技術が検討されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１には、測定対象物を透過又は反射した光束の偏光状態を、３種類以上の検光子角度で測定し、各検光子出力から測定対象物の複屈折位相差を計算する装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、光軸が異なる複数の偏光子をアレイ状に形成し、それらを透過する光の強度を受光素子アレイで一括して計測し、偏光子の光軸方位角と受光強度の情報から偏光解析を行ない、入射光の偏光状態からの変化から位相差及び主軸方位を求める装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、あらかじめ定められた偏光状態の光束を測定対象物に照射する光束照射手段と、測定対象物を透過した光束を撮像手段に結像させる結像光学系と、結像光学系の途中に配置されて複数の回折光のうちの少なくとも一つの回折光を撮像手段に入射させる偏光回折格子と、撮像手段により生成された像の明暗に関する明暗信号に基づいて、測定対象物を透過した光束における位相差に関する情報を出力する出力手段と、を備えた装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−７１４５８号公報
【特許文献２】特許第５１１８３１１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１６／０３１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された装置は、検光子を回転させる必要はないが、３種類以上の検光子角度で測定した各検光子出力から測定対象物の複屈折位相差を計算で求めるため、その計算に時間を要するという課題がある。また、特許文献２に開示された装置は、偏光子を回転させる必要はないが、異なる複数の偏光子で測定した受光強度の情報から偏光解析を行うため、その計算に時間を要するという課題がある。また、特許文献３に開示された装置は、偏光子の回転機構が不要であり、計算に時間を要するものではないが、高価で特殊な偏光回折格子を必要とするという課題がある。すなわち、特許文献１〜３に開示されたような従来の複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を測定する装置は、測定に時間を要し、しかも安価に実現できるものではなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、回転機構のない汎用の光学部品を用いたシンプルかつ安価な構成で、複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を高速に検査することができる物品検査装置及び物品検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る物品検査装置は、被検査物を検査領域に搬送する搬送部と、直線偏光の光束を出力する光照射部と、前記直線偏光の光束に１／４波長分の位相差を付与して円偏光の光束に変換する第１の１／４波長板と、前記検査領域に搬送された前記被検査物に前記円偏光の光束を照射する照射光学系と、前記被検査物を透過した光束に１／４波長分の位相差を付与する第２の１／４波長板と、前記第２の１／４波長板を通過した光束の所定の偏光成分を通過させる検光子と、前記検光子を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力する複数の受光素子を含む第１イメージセンサと、前記検査領域に搬送された前記被検査物と前記第２の１／４波長板との間に配置され、前記被検査物を透過した光束を前記第２の１／４波長板及び前記検光子を介して前記第１イメージセンサに結像させる結像光学系と、前記第１イメージセンサの各前記受光素子から出力される強度信号から、前記被検査物の複屈折位相差の分布を算出する複屈折位相差分布算出部と、前記複屈折位相差分布算出部により算出された複屈折位相差の分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、前記被検査物の良否を判定する判定部と、を備える構成である。
【００１０】
この構成により、本発明に係る物品検査装置は、被検査物と検光子との間に第２の１／４波長板を設けた構成であるため、回転機構のない汎用の光学部品を用いたシンプルかつ安価な構成で、複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を高速に検査することができる。また、本発明に係る物品検査装置は、複屈折位相差分布算出部により算出された複屈折位相差の分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較により、被検査物の良否を判定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る物品検査装置は、前記結像光学系と前記第２の１／４波長板との間に配置され、前記結像光学系からの光束を分岐する光分岐器と、入力された光束の光量に応じた強度信号を出力する複数の受光素子を含む第２イメージセンサと、前記第２イメージセンサの各前記受光素子から出力される強度信号から、前記被検査物の外観の画像を生成する画像生成部と、を更に備え、前記結像光学系は、前記光分岐器で分岐された一方の光束を前記第２の１／４波長板及び前記検光子を介して前記第１イメージセンサに結像させるとともに、前記光分岐器で分岐されたもう一方の光束を前記第２イメージセンサに結像させ、前記判定部は、前記画像生成部により生成された画像と、あらかじめ生成された前記被検査物の良品サンプルの画像との比較に基づいて、前記被検査物の良否を判定する構成であってもよい。
【００１２】
この構成により、本発明に係る物品検査装置は、第２の１／４波長板及び検光子を介さずに結像光学系からの光束を受光する第２イメージセンサを備えているため、第１イメージセンサからの強度信号に基づく被検査物の複屈折性の検査に加えて、第２イメージセンサからの強度信号に基づく被検査物の外観の検査を行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係る物品検査装置においては、前記光照射部は、直線偏光の光束を出力するレーザダイオードを有するものであってもよい。
【００１４】
この構成により、本発明に係る物品検査装置は、直線偏光の光束を生成するための偏光子を用いることなく、直線偏光の光束を第１の１／４波長板に出力することができる。
【００１５】
また、本発明に係る物品検査方法は、被検査物を検査領域に搬送するステップと、直線偏光の光束を出力するステップと、前記直線偏光の光束に第１の１／４波長板により１／４波長分の位相差を付与して円偏光の光束に変換するステップと、前記検査領域に搬送された前記被検査物に前記円偏光の光束を照射するステップと、前記被検査物を透過した光束に第２の１／４波長板により１／４波長分の位相差を付与するステップと、前記第２の１／４波長板を通過した光束の所定の偏光成分を検光子により通過させるステップと、前記検査領域に搬送された前記被検査物と前記第２の１／４波長板との間に配置された結像光学系により、前記被検査物を透過した光束を前記第２の１／４波長板及び前記検光子を介して第１イメージセンサに結像させるステップと、複数の受光素子を含む前記第１イメージセンサから、前記検光子を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力するステップと、前記第１イメージセンサの各前記受光素子から出力される強度信号から、前記被検査物の複屈折位相差の分布を算出する複屈折位相差分布算出ステップと、前記複屈折位相差分布算出ステップにより算出された複屈折位相差の分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、前記被検査物の良否を判定するステップと、を含む構成である。
【００１６】
この構成により、本発明に係る物品検査方法は、被検査物と検光子との間に第２の１／４波長板を設けた構成であるため、回転機構のない汎用の光学部品を用いたシンプルかつ安価な構成で、複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を高速に検査することができる。また、本発明に係る物品検査方法は、複屈折位相差分布算出部により算出された複屈折位相差の分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較により、被検査物の良否を判定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、回転機構のない汎用の光学部品を用いたシンプルかつ安価な構成で、複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を高速に検査することができる物品検査装置及び物品検査方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置における光照射部の構成例を示す構成図である。
【図３】光波の偏光状態について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置における、第１の１／４波長板の遅軸及び速軸と、被検査物の遅軸及び速軸と、第２の１／４波長板の遅軸及び速軸と、検光子の透過軸の方向を示す図である。
【図５】被検査物に入射した円偏光の光束の偏光状態の変化を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置において伝搬される光束の偏光状態を説明するためのポアンカレ球を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置における第１イメージセンサから出力される強度信号が示す光強度を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置における処理部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置を用いる物品検査方法の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る物品検査装置の構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る物品検査装置における処理部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る物品検査装置及び物品検査方法の実施形態について図面を用いて説明する。本発明に係る物品検査装置及び物品検査方法は、透明なフィルムやフィルムパッケージ等の複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差の分布を検査するためのものである。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る物品検査装置１は、光照射部１０と、第１の１／４波長板１１と、照射光学系１２と、結像光学系１３と、第２の１／４波長板１４と、検光子１５と、第１イメージセンサ１６と、第１光強度検出部１７と、搬送部３０と、制御部４０と、表示部５０と、操作部６０と、を備える。第１の１／４波長板１１、照射光学系１２、結像光学系１３、第２の１／４波長板１４、及び検光子１５は、光照射部１０から第１イメージセンサ１６に向かう光路中にこの順に配置される。
【００２１】
光照射部１０は、直線偏光の光束を出力するものであり、光源１０ａと、光源１０ａからの光束をコリメートするコリメートレンズ１０ｂと、を有する。光源１０ａは、例えば直線偏光のレーザ光束を出力するレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）である。
【００２２】
あるいは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、光照射部１０の光源としてＬＤ１０ａの代わりにスーパールミネッセントダイオード（Super Luminescent Diode：ＳＬＤ）１０ｃ又は発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）１０ｄを用いてもよい。この場合、光照射部１０において、ＳＬＤ１０ｃ又はＬＥＤ１０ｄからの光束を直線偏光の光束に変換する偏光子１０ｅをコリメートレンズ１０ｂの後段に更に設けることになる。
【００２３】
第１の１／４波長板１１は、光照射部１０から出力された直線偏光の光束に１／４波長分の位相差を付与して円偏光の光束に変換するものである。第１の１／４波長板１１は、その遅軸が、光照射部１０から出力された直線偏光の光束の振動方向に対して４５°（又は−４５°）の角度を成すように配置される。
【００２４】
照射光学系１２は、検査領域Ｒに搬送された被検査物Ｗに、第１の１／４波長板１１から出力された円偏光の光束を照射するものである。照射光学系１２は、被検査物Ｗのサイズに合わせて円偏光の光束を拡大するために、例えば２つ以上のレンズを有している。
【００２５】
結像光学系１３は、検査領域Ｒに搬送された被検査物Ｗと第２の１／４波長板１４との間に配置され、被検査物Ｗを透過した光束を第２の１／４波長板１４及び検光子１５を介して第１イメージセンサ１６に結像させるようになっている。
【００２６】
第２の１／４波長板１４は、被検査物Ｗ及び結像光学系１３を透過した光束に１／４波長分の位相差を付与するようになっている。
【００２７】
検光子１５は、第２の１／４波長板１４を通過した光束の所定の偏光成分を通過させるものである。検光子１５は、その透過軸が、第２の１／４波長板１４の遅軸に対して４５°（又は−４５°）の角度を成すように配置される。なお、検光子１５及び偏光子１０ｅとしては、例えば、ウォラストンプリズム（Wollaston Prism）、ローションプリズム（Rochon Prism）、グランテーラープリズム（Glan-Taylor Prism）、グランレーザープリズム（Glan-Laser Prism）、グラントムソンプリズム（Glan-Thompson Prism）などの結晶偏光子を好適に用いることができる。
【００２８】
第１イメージセンサ１６は、検光子１５を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力する複数の受光素子を含む。つまり、この強度信号は、結像光学系１３によって結像された像の明暗に応じた信号である。
【００２９】
第１光強度検出部１７は、第１イメージセンサ１６の各受光素子から出力される強度信号から光強度を検出するようになっている。
【００３０】
搬送部３０は、例えば、被検査物Ｗを所定の搬送方向（ｘ方向）に沿って所定間隔おきに検査領域Ｒに搬送するベルトコンベアである。搬送部３０は、例えば無端状の搬送ベルト３１が搬送ローラ３２ａ，３２ｂに巻回されてなり、その搬送ベルト３１により形成される搬送路３０ａ内で、複数の被検査物Ｗを検査領域Ｒに順次搬送させるようになっている。また、搬送部３０は、搬送ベルト３１を回転させるためのモータ３４を、搬送ローラ３２ｂの軸線方向一端部に備えている。モータ３４は、制御部４０によって駆動制御されるようになっている。搬送ベルト３１は、例えば光透過性ベルトからなる。
【００３１】
以下、本実施形態に係る物品検査装置１において伝搬される光波の偏光状態について説明する。図３（ａ）に示すように、光波の進行方向をｚ軸とし、ｚ軸に垂直な平面上で互いに直交する軸をｘ軸、ｙ軸とすると、光波（単色光）の電気ベクトルが描く軌跡は下記の式（１）で表される。
【００３２】
【数１】
2020190514.tif 000003
ここで、光波の水平方向（ｘ方向）成分の初期位相をδｘ、光波の垂直方向（ｙ方向）成分の初期位相をδｙ、これらの位相差δをδｙ−δｘとすると、光波の電気ベクトルの軌跡は、位相差δに応じて図３（ｂ）に示すように変化する。
【００３３】
図４は、第１の１／４波長板１１の遅軸及び速軸の方向と、被検査物Ｗの遅軸及び速軸の方向と、第２の１／４波長板１４の遅軸及び速軸の方向と、検光子１５の透過軸の方向を示す図である。以下、各光学部品を通過した光束の偏光状態をジョーンズ・ベクトル及びジョーンズ行列を用いて記述する。
【００３４】
図４において、光照射部１０から出力される直線偏光の光束は、電場の振動方向がｘ軸に平行であるとする。よって、その偏光状態ＥＬ０は下記の式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
2020190514.tif 000004
【００３６】
図４に示すように、第１の１／４波長板１１及び第２の１／４波長板１４においては、遅軸ｓがｘ'軸に平行であり、速軸ｆがｙ'軸に平行であるとする。ここで、ｘ'軸は、ｘ軸に対して−４５°傾いている。第１の１／４波長板１１及び第２の１／４波長板１４のジョーンズ行列は、ｘ'ｙ'座標系において下記の式（３）で表される。
【００３７】
【数３】
2020190514.tif 000005
【００３８】
よって、振動方向がｘ軸に平行な光照射部１０からの直線偏光の光束が、遅軸ｓがｘ'軸に平行な第１の１／４波長板１１を通過すると、ｘ'ｙ'座標系において下記の式（４）で表される偏光状態が得られる。
【００３９】
【数４】
2020190514.tif 000006
式（４）は右回り円偏光を示している。
【００４０】
被検査物Ｗのジョーンズ行列は、被検査物Ｗを透過する光束に付与される位相差δ、すなわち被検査物Ｗが有する複屈折位相差δを用いて、被検査物Ｗのｓｆ座標系において下記の式（５）で表される。
【００４１】
【数５】
2020190514.tif 000007
【００４２】
よって、図４に示すように、被検査物Ｗの遅軸ｓがｘ'軸に対して角度θを成す場合には、被検査物Ｗを透過した光束の偏光状態は、被検査物Ｗのｓｆ座標系において下記の式（６）で表される。なお、遅軸ｓのｘ'軸に対する角度θは、被検査物Ｗ内で２次元的に分布している可能性がある。
【００４３】
【数６】
2020190514.tif 000008
【００４４】
次に、被検査物Ｗを透過した光束が、遅軸ｓがｘ'軸に平行な第２の１／４波長板１４を通過すると、ｘ'ｙ'座標系において下記の式（７）で表される偏光状態が得られる。
【００４５】
【数７】
2020190514.tif 000009
【００４６】
図４に示すように、検光子１５の透過軸はｘ軸に平行である。よって、検光子１５のジョーンズ行列は、ｘｙ座標系において下記の式（８）で表される。
【００４７】
【数８】
2020190514.tif 000010
【００４８】
よって、図４に示すように、検光子１５の透過軸がｘ軸に平行（すなわち、ｘ'軸に対して４５°の角度）を成す場合には、検光子１５を通過した光束の偏光状態は、ｘｙ座標系において下記の式（９）で表される。
【００４９】
【数９】
2020190514.tif 000011
【００５０】
したがって、光照射部１０から出力された直線偏光の光束の光強度をＩ０とすると、被検査物Ｗを透過して検光子１５で水平方向の直線偏光成分が抽出された光束の光強度は、下記の式（１０）で表される。この式（１０）で与えられる光強度Ｉは、第１光強度検出部１７により検出される光強度に相当する。
【００５１】
【数１０】
2020190514.tif 000012
【００５２】
式（１０）の結果から、図４に示した構成を用いれば、被検査物Ｗにおける遅軸ｓの方向の分布によらず、被検査物Ｗにおける複屈折位相差δの大きさの分布を光強度の分布として検出できることが分かる。なお、式（１０）は、複屈折位相差δが０のときに最小値０を取り、複屈折位相差δがπのときに最大値Ｉ０を取る。
【００５３】
なお、検光子１５の透過軸は、ｘ'軸に対して−４５°の角度（すなわち、ｙ軸に対して０°の角度）を成していてもよい。この場合には、検光子１５を通過した光束の偏光状態は、ｘｙ座標系において下記の式（１１）で表される。
【００５４】
【数１１】
2020190514.tif 000013
【００５５】
したがって、光照射部１０から出力された直線偏光の光束の光強度をＩ０とすると、被検査物Ｗを透過して検光子１５で垂直方向の直線偏光成分が抽出された光束の光強度は、下記の式（１２）で表される。この式（１２）で与えられる光強度Ｉは、第１光強度検出部１７により検出される光強度に相当する。
【００５６】
【数１２】
2020190514.tif 000014
【００５７】
式（１２）の結果から、検光子１５の透過軸をｙ軸に平行にした構成であっても、被検査物Ｗにおける遅軸ｓの方向の分布によらず、被検査物Ｗにおける複屈折位相差δの大きさの分布を光強度の分布として検出できることが分かる。なお、式（１２）は、複屈折位相差δが０のときに最大値Ｉ０を取り、複屈折位相差δがπのときに最小値０を取る。
【００５８】
なお、複屈折位相差δは、光照射部１０から出力される直線偏光の光束の波長λと、複屈折Δｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）と、被検査物Ｗの厚みｄを用いて、式（１３）のように表される。ここで、ｎｏは常光屈折率であり、ｎｅは異常光屈折率である。
【００５９】
【数１３】
2020190514.tif 000015
【００６０】
したがって、被検査物Ｗの厚みｄが一定の場合には、複屈折位相差δの分布は、被検査物Ｗにおける複屈折Δｎの分布を示す。一方、被検査物Ｗの複屈折Δｎが一定の場合には、複屈折位相差δの分布は、被検査物Ｗにおける厚みｄの分布を示す。
【００６１】
ここで、図４の構成から第２の１／４波長板１４を省略した構成について、各光学部品を通過した光束の偏光状態をジョーンズ・ベクトル及びジョーンズ行列を用いて記述する。すなわち、式（６）で与えられる偏光状態の光束が、透過軸がｘ軸に平行（すなわち、ｘ'軸に対して４５°の角度）を成す検光子１５に直接入射した場合の光束の偏光状態は、ｘｙ座標系において下記の式（１４）で表される。
【００６２】
【数１４】
2020190514.tif 000016
【００６３】
式（１４）から、θが１３５°又は３１５°の場合には、複屈折位相差δの情報が得られなくなることが分かる。また、式（６）で与えられる偏光状態の光束が、透過軸がｘ軸に垂直（すなわち、ｘ'軸に対して−４５°の角度）を成す検光子１５に直接入射した場合の光束の偏光状態は、ｘｙ座標系において下記の式（１５）で表される。
【００６４】
【数１５】
2020190514.tif 000017
【００６５】
式（１５）から、θが４５°又は２２５°の場合には、複屈折位相差δの情報が得られなくなることが分かる。したがって、被検査物Ｗにおける遅軸ｓの方向の分布によらずに、被検査物Ｗにおける複屈折位相差δの大きさの分布を得るためには、第２の１／４波長板１４を被検査物Ｗと検光子１５との間に設ける図１及び図４の構成が望ましい。
【００６６】
以下、本実施形態に係る物品検査装置１における各光学部品を通過した光束の偏光状態を、ポアンカレ球を用いて説明する。
【００６７】
複屈折性を有する被検査物Ｗに、第１の１／４波長板１１から円偏光の光束が入射すると、例えば図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、被検査物Ｗの遅軸（又は速軸）方位と複屈折位相差δの量に応じて偏光状態が変化する。これらの偏光状態は、図６に示すポアンカレ球上に表わされる。ポアンカレ球においては、楕円偏光の主軸方位が経度によって表され、楕円偏光の楕円率が緯度によって表される。なお、直線偏光はポアンカレ球の赤道上に配置される。
【００６８】
例えば、被検査物Ｗにおいて水平方向に対する遅軸方位が０°，−９０°，−１８０°となる領域では、図５（ａ），（ｃ），（ｅ）に示すように、複屈折位相差δの量に応じてポアンカレ球のＳ１軸周りの回転によって、被検査物Ｗに入射した右回り円偏光の偏光状態が変化する。また、被検査物Ｗにおいて水平方向に対する遅軸の角度が−４５°，−１３５°となる領域では、図５（ｂ），（ｄ）に示すように、複屈折位相差δの量に応じてポアンカレ球のＳ２軸周りの回転によって、被検査物Ｗに入射した右回り円偏光の偏光状態が変化する。
【００６９】
次に、被検査物Ｗを透過した光束の偏光状態が楕円偏光又は円偏光である場合には、第２の１／４波長板１４によるＳ２軸周りの偏光状態の変換によって、偏光状態の楕円率に加えて主軸方位が変化する。例えば、円偏光を第２の１／４波長板１４で水平直線偏光に変換するには、Ｓ２軸周りに、位相差１／４波長分、すなわち９０°回転させることになる。
【００７０】
このように、第２の１／４波長板１４による変換前の光束の偏光状態は、第２の１／４波長板１４による光束の偏光状態の変換後には、主軸方位が変化した状態となる。主軸方位が変化した光束が検光子１５を通過することにより、複屈折位相差δが光強度の変化に変換され、第１イメージセンサ１６の強度信号から複屈折位相差分布を観測することが可能になる。
【００７１】
図７は、第１イメージセンサ１６から出力される強度信号が示す光強度を説明するためのグラフである。実線は、被検査物Ｗから円偏光の光束が出力されたときに、第２の１／４波長板１４から出力される直線偏光の光束の偏光方向と、検光子１５の透過軸とが直交する構成（図４参照）における強度信号の光強度を示している。この構成では、式（１０）に示されているように、被検査物Ｗで複屈折位相差δを生じなかった領域の光強度が最も低く、被検査物Ｗでの複屈折位相差δが１８０°となる領域の光強度が最も高くなる。また、被検査物Ｗにおける光強度は、複屈折位相差δが増加するにつれて単調に増加する。
【００７２】
また、図７において破線は、被検査物Ｗから円偏光の光束が出力されたときに、第２の１／４波長板１４から出力される直線偏光の光束の偏光方向と、検光子１５の透過軸とが平行になる構成における強度信号の光強度を示している。この構成では、式（１２）に示されているように、被検査物Ｗで複屈折位相差δを生じなかった領域の光強度が最も高く、被検査物Ｗでの複屈折位相差δが１８０°となる領域の光強度が最も低くなる。また、被検査物Ｗにおける光強度は、複屈折位相差δが増加するにつれて単調に減少する。
【００７３】
制御部４０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、物品検査装置１を構成する上記各部の動作を制御する。また、制御部４０は、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムをＲＡＭに移して実行することにより、処理部４１をソフトウェア的に構成することが可能である。なお、処理部４１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのディジタル回路で構成することも可能である。あるいは、処理部４１は、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。
【００７４】
図８に示すように、処理部４１は、第１画像生成部４２と、複屈折位相差分布算出部４３と、判定部４４と、を含む。
【００７５】
第１画像生成部４２は、第１光強度検出部１７により受光素子ごとに検出された光強度に応じた画素値の画素からなる画像を生成するようになっている。図７の下段に示すように、第１画像生成部４２が生成する画像は、被検査物Ｗにおける複屈折位相差δの大きさの明暗イメージである。
【００７６】
複屈折位相差分布算出部４３は、式（１０）又は式（１２）に従って、第１光強度検出部１７により受光素子ごとに検出された光強度から、被検査物Ｗの複屈折位相差δの分布を算出するようになっている。
【００７７】
判定部４４は、複屈折位相差分布算出部４３により算出された複屈折位相差δの分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、被検査物Ｗの良否を判定するようになっている。ここで、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布とは、例えば、被検査物Ｗの良品サンプルから得られる複屈折位相差の分布である。
【００７８】
例えば、判定部４４は、複屈折位相差分布算出部４３により受光素子ごとに算出された複屈折位相差δと、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差との差の絶対値が所定値を超えた場合に、被検査物Ｗに異常があると判定する。あるいは、判定部４４は、第１画像生成部４２により生成された画像の各画素値と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布に相当する明暗イメージの各画素値との差の絶対値が所定値を超えた場合に、被検査物Ｗに異常があると判定する。
【００７９】
表示部５０は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御部４０から出力される制御信号に応じて、判定部４４による被検査物Ｗの良否の判定結果や、第１画像生成部４２により生成された画像などの各種表示内容を表示するようになっている。さらに、表示部５０は、各種条件を設定するためのボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行うようになっている。
【００８０】
操作部６０は、ユーザによる操作入力を受け付けるためのものであり、例えば表示部５０に設けられたタッチパネルで構成される。あるいは、操作部６０は、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されてもよい。また、操作部６０は、リモートコマンドなどによる遠隔制御を行う外部制御装置で構成されてもよい。操作部６０への操作入力は、制御部４０により検知されるようになっている。例えば、操作部６０により、搬送部３０による被検査物Ｗの搬送の開始や停止などをユーザが任意に指定することなどが可能である。
【００８１】
以下、本実施形態に係る物品検査装置１を用いる物品検査方法について、図９のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。
【００８２】
まず、搬送部３０は、被検査物Ｗを検査領域Ｒに搬送する（ステップＳ１）。
【００８３】
次に、光照射部１０は、直線偏光の光束を出力する（ステップＳ２）。
【００８４】
次に、第１の１／４波長板１１は、光照射部１０から出力された直線偏光の光束に１／４波長分の位相差を付与して円偏光の光束に変換する（ステップＳ３）。
【００８５】
次に、照射光学系１２は、検査領域Ｒに搬送された被検査物Ｗに、第１の１／４波長板１１から出力された円偏光の光束を照射する（ステップＳ４）。
【００８６】
次に、第２の１／４波長板１４は、被検査物Ｗを透過した光束に１／４波長分の位相差を付与する（ステップＳ５）。
【００８７】
次に、検光子１５は、第２の１／４波長板１４を通過した光束の所定の偏光成分を通過させる（ステップＳ６）。
【００８８】
次に、結像光学系１３は、被検査物Ｗを透過した光束を第２の１／４波長板１４及び検光子１５を介して第１イメージセンサ１６に結像させる（ステップＳ７）。
【００８９】
次に、第１イメージセンサ１６は、検光子１５を通過した光束の光量に応じた強度信号を出力する（ステップＳ８）。
【００９０】
次に、複屈折位相差分布算出部４３は、第１イメージセンサ１６の各受光素子から出力される強度信号から、被検査物Ｗの複屈折位相差δの分布を算出する（複屈折位相差分布算出ステップＳ９）。
【００９１】
次に、判定部４４は、複屈折位相差分布算出ステップＳ９により算出された複屈折位相差δの分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較に基づいて、被検査物Ｗの良否を判定する（ステップＳ１０）。
【００９２】
次に、制御部４０は、全ての被検査物Ｗが検査領域Ｒに搬送されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。全ての被検査物Ｗが検査領域Ｒに搬送された場合には、制御部４０は処理を終了する。一方、全ての被検査物Ｗが検査領域Ｒに搬送されていない場合には、制御部４０は再びステップＳ１以降の処理を実行する。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態に係る物品検査装置１は、光照射部１０から第１イメージセンサ１６に向かう光路において、被検査物Ｗと検光子１５との間に第２の１／４波長板１４を設けた構成であるため、回転機構のない汎用の光学部品を用いたシンプルかつ安価な構成で、複屈折性を有する被検査物の複屈折位相差δの分布を高速に検査することができる。また、本実施形態に係る物品検査装置１は、複屈折位相差分布算出部４３により算出された複屈折位相差δの分布と、あらかじめ定められた所望の複屈折位相差の分布との比較により、被検査物Ｗの良否を判定することができる。
【００９４】
また、本実施形態に係る物品検査装置１は、光照射部１０が直線偏光の光束を出力するＬＤ１０ａを有する場合には、直線偏光の光束を生成するための偏光子を用いることなく、直線偏光の光束を第１の１／４波長板１１に出力することができる。
【００９５】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る物品検査装置について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、第１の実施形態と同様の動作についても適宜説明を省略する。
【００９６】
図１０に示すように、本実施形態の物品検査装置２は、第１の実施形態の物品検査装置１の構成に加えて、光分岐器１８と、第２イメージセンサ１９と、第２光強度検出部２０と、を備える。
【００９７】
光分岐器１８は、光照射部１０から第１イメージセンサ１６に向かう光路において、結像光学系１３と第２の１／４波長板１４との間に配置され、結像光学系１３からの光束を分岐するようになっている。
【００９８】
結像光学系１３は、光分岐器１８で分岐された一方の光束を第２の１／４波長板１４及び検光子１５を介して第１イメージセンサ１６に結像させるとともに、光分岐器１８で分岐されたもう一方の光束を第２イメージセンサ１９に結像させるようになっている。
【００９９】
第２イメージセンサ１９は、結像光学系１３から光分岐器１８を介して入力された光束の光量に応じた強度信号を出力する複数の受光素子を含む。
【０１００】
第２光強度検出部２０は、第２イメージセンサ１９の各受光素子から出力される強度信号から光強度を検出するようになっている。
【０１０１】
また、図１１に示すように、本実施形態の物品検査装置２における処理部４１'は、第１の実施形態の物品検査装置１の処理部４１の構成に加えて、第２画像生成部４５を含む。
【０１０２】
第２画像生成部４５は、第２光強度検出部２０により受光素子ごとに検出された光強度に応じた画素値の画素からなる、被検査物Ｗの外観の画像を生成するようになっている。
【０１０３】
本実施形態において、判定部４４は、第２画像生成部４５により生成された画像と、あらかじめ生成された被検査物Ｗの良品サンプルの画像との比較に基づいて、被検査物Ｗの良否を判定するようになっている。例えば、第２画像生成部４５により生成された画像の各画素値と、被検査物Ｗの良品サンプルの画像の各画素値との差の絶対値が所定値を超えた場合に、被検査物Ｗに異常があると判定する。
【０１０４】
さらに、判定部４４は、第１の実施形態と同様に、複屈折位相差分布算出部４３により算出された複屈折位相差δの分布や、第１画像生成部４２により生成された画像に基づいて、被検査物Ｗの良否を判定するようになっている。
【０１０５】
本実施形態において、表示部５０は、判定部４４による被検査物Ｗの良否の判定結果や、第１画像生成部４２により生成された画像に加えて、第２画像生成部４５により生成された画像も表示するようになっている。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態に係る物品検査装置２は、第２の１／４波長板１４及び検光子１５を介さずに結像光学系１３からの光束を受光する第２イメージセンサ１９を備えているため、第１イメージセンサ１６からの強度信号に基づく被検査物Ｗの複屈折性の検査に加えて、第２イメージセンサ１９からの強度信号に基づく被検査物Ｗの外観の検査を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１，２  物品検査装置
１０  光照射部
１０ａ  ＬＤ
１０ｂ  コリメートレンズ
１０ｃ  ＳＬＤ
１０ｄ  ＬＥＤ
１０ｅ  偏光子
１１  第１の１／４波長板
１２  照射光学系
１３  結像光学系
１４  第２の１／４波長板
１５  検光子
１６  第１イメージセンサ
１７  第１光強度検出部
１８  光分岐器
１９  第２イメージセンサ
２０  第２光強度検出部
３０  搬送部
４１，４１’  処理部
４２  第１画像生成部
４３  複屈折位相差分布算出部
４４  判定部
４５  第２画像生成部
Ｗ  被検査物
【図１】
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【図２】
2020190514.tif 000019
【図３】
2020190514.tif 000020
【図４】
2020190514.tif 000021
【図５】
2020190514.tif 000022
【図６】
2020190514.tif 000023
【図７】
2020190514.tif 000024
【図８】
2020190514.tif 000025
【図９】
2020190514.tif 000026
【図１０】
2020190514.tif 000027
【図１１】
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