(57)【要約】【課題】配置の自由度に優れ、透光性被検査体の表面欠陥を精度よく検査できる装置を提供する。【解決手段】透光性ワーク30の裏面側に、透光部22と遮光部24が連続する明暗パターン形成用シェード20と照明光源10で構成したパターン照射手段2を配置し、ワーク30を挟み照射手段2と正対する撮影手段40で、照射手段2が照射する明暗パターンPをワーク30を通して撮影し、撮影画像における出射光量（輝度）の変化（輝点）に基づいて、画像信号処理部50がワーク0の表面欠陥Sを検出するが、光拡散手段23により、透光部22透過光が遮光部24側に拡散光として導かれ、ワーク30の暗部Pb内での出射光量が増える分、暗部Pb内の欠陥Sの輝点としての顕在化が促進され、検出精度が上がる。【選択図】図１
2020091132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光部と遮光部が交互に連続する明暗パターン形成用シェードおよび該シェードの背面側に設けた照明光源で構成され、前記透光部と遮光部に対応する明部と暗部が交互に連続する明暗パターンを照射するパターン照射手段と、
その背面側を前記パターン照射手段に向けて配置される被検査体である透光性樹脂部材と、
前記被検査体を挟み前記パターン照射手段と正対するように配置され、前記被検査体を通して前記明暗パターンを撮影する撮影手段と、
前記撮影手段が撮影した画像における出射光量（輝度）の変化に基づいて、前記被検査体表面の欠陥を検出する画像信号処理部である検出手段と、を備えた透光性樹脂部材の表面検査装置であって、
前記明暗パターン形成用シェードには、前記透光部を透過する光を前記遮光部側に拡散する光拡散手段が設けられたことを特徴とする透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記明暗パターン形成用シェードの透光部と遮光部は、それぞれ所定幅の帯状に形成されて、前記被検査体の表面には、帯状の明部と暗部が交互に連続するスリットパターンが形成されるとともに、前記光拡散手段によって拡散された拡散光は、前記被検査体表面の帯状暗部の幅方向中央部まで導かれることを特徴とする請求項２に記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記明暗パターン形成用シェードは、透光性樹脂フィルムの表面に所定幅の黒インク層が形成されて、前記黒インク層を形成した前記遮光部と前記黒インク層を形成しない前記透光部とが交互に連続するとともに、
前記光拡散手段は、前記被検査体に臨む側となる、前記シェードの前記黒インク層非形成側に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記光拡散手段は、前記透光部を構成する前記透光性樹脂フィルムの表面に形成した横断面矩形状の白インク層で構成されたことを特徴とする請求項３に記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記白インク層の横断面矩形状の表面が内側に窪む円弧状に形成されて、前記白インク層の表面から出射する光が拡散されるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
前記光拡散手段は、前記透光性樹脂フィルムの表面に形成した梨地で構成されたことを特徴とする請求項３に記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
前記明暗パターン形成用シェードは、前記照明光源に対し前記透光部と遮光部が連続する方向に移動できるように構成されるとともに、前記シェードを移動し前記明暗パターンの位相を一定間隔でずらしつつ、該シェードの移動に連係して前記撮影手段が前記明暗パターンを撮影し、
前記検出手段は、前記撮影手段が撮影した複数の画像を合成する位相シフト法により、画像における出射光量（輝度）の変化を計測することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【請求項８】
前記明暗パターン形成用シェードは、凹凸のような球状の欠陥の顕在化に有効な明暗パターンを形成する第１のシェードと、髪の毛のような細い欠陥の顕在化に有効な明暗パターンを形成する第２のシェードが前記シェード移動方向に一体化されるように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用前照灯用前面カバーなどの透光性樹脂部材の表面についた疵などの欠陥を検査する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、明部と暗部が交互に連続するスリットパターンを、メッキ品や塗装品などの被検査体の表面に照射し、被検査体に映るスリットパターンを撮影し、撮影された画像中の光の反射光量(輝度)の差に基づいて、検出手段（コンピュータを内蔵する信号処理部）が欠陥の有無を検出する、という被検査体の表面欠陥を検査する方法および装置が知られている。
【０００３】
即ち、光を照射したときの凹凸や傷などの欠陥での反射光量(輝度)が欠陥のない面での反射光量(輝度)と異なるので、この反射光量(輝度)の変化を検出することで、被検査体表面の欠陥を検出できる。
【０００４】
しかし、明部内と比べて、暗部内では照射光量が少ない分、撮影された画像中の欠陥での反射光量(輝度)と欠陥のない面での反射光量(輝度)との差が小さく、それだけ検出精度が低い。そこで、下記特許文献２が提案された。
【０００５】
特許文献２では、被検査体の表面に沿ってスリットパターンを所定方向に移動(例えば、スリットパターンの明部と暗部が交互に連続する方向に所定ピッチで移動)させつつ、被検査体に映るスリットパターンをスリットパターンの移動に同期して撮影し、撮影された複数の画像を合成した合成画像中の反射光量(輝度)の変化に基づいて、検出手段が欠陥の有無を検出する。
【０００６】
被検査体の表面に沿ってスリットパターンを、例えば、明部と暗部が連続する方向に移動させるため、欠陥が明部に対応する位置となる形態（欠陥に必ず光が照射される形態）を必ず撮影でき、検出精度が上がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−９５３０９号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１９７７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の装置では、被検査体の表面に対し斜めの方向からスリットパターンを照射形成し、パターン照射方向と直交する方向から被検査体の表面をカメラで撮像している。
【０００９】
即ち、この種の検査装置において、精度の高い検査を行うためには、被検査体の表面全体にゆがみの少ないスリットパターンを照射形成するとともに、スリットパターンの照射されている被検査体の表面全体を撮影することが望ましい。そのためには、スリットパターン照射手段（照明用光源とパターン形成用シェード）を被検査体の表面に正対するように配置し、パターン照射手段の背後にカメラを配置することが望ましいところ、カメラの前方に配置されるパターン照射手段が撮影の邪魔になる。
【００１０】
このため、従来の検査装置（先行特許文献１，２）では、パターン照射手段とカメラを、被検査体の表面に対し略45度傾斜するように配置しなければならず、装置を構成する設備（検査装置構成部材）の配置の自由度がない(第１の課題)。
【００１１】
また、被検査体に対し、斜め方向からスリットパターンを照射し、斜め方向からスリットパターンを撮影するため、被検査体の湾曲する領域では、被検査体の表面に映るスリットパターンがゆがみ、スリットパターンの明暗境界が不鮮明となって、欠陥での反射光量(輝度)の変化を判別しにくい(第２の課題)。
【００１２】
また、被検査体表面の湾曲度合いが大きいほど、カメラで撮影できない領域（検査できない領域）が発生する(第３の課題)。
【００１３】
そこで、発明者は、前照灯用の前面カバーのような透明樹脂製品の表面欠陥を検査する装置を新たに開発するに際し、被検査体の特異性（透光性，湾曲形状）を考慮して、以下のように検査装置を構成すれば、前記した第１、第２、第３の課題を解決できると考えた。
【００１４】
即ち、被検査体表面側に配置していたパターン照射手段を、被検査体（前面カバー）の背面側に配置するとともに、湾曲する被検査体（前面カバー）を挟んで、パターン照射手段とカメラを正対するように配置する。そして、透明な前面カバーを通してパターン照射手段の照射するスリットパターンをカメラで撮影するが、パターン照射手段から前面カバー間の全域に焦点(ピント)があうようにカメラの被写界深度が調整されており、カメラが撮影した画像には、鮮明な前面カバーの表面に鮮明なスリットパターンが重なって映し出される。
【００１５】
また、被検査体（前面カバー）の裏面に照射されたスリットパターンは、透明な被検査体（前面カバー）を透過して前方に配光されるが、被検査体（前面カバー）の裏面に光が照射されたときの、被検査体（前面カバー）表面の凹凸や傷などの欠陥での出射光量(輝度)と欠陥のない面での出射光量(輝度)とが異なるので、カメラにより撮影したスリットパターンおよび被検査体（前面カバー）表面の画像から、この出射光量(輝度)の変化を検出手段が検出することで、被検査体表面の欠陥を検出できる。
【００１６】
そして、発明者は、被検査体の特異性（透光性，湾曲する形状）を考慮した検査装置（以下、第１の試作機という）を試作し、その効果を検証したところ、前記した第１、第２、第３の課題については、いずれも解消されることが確認された。しかし、この第１の試作機には、先行特許文献１と同じような以下の課題(第４の課題)があることが、新たに判明した。
【００１７】
即ち、前記したように、パターン照射手段の照射光（明部と暗部が交互に連続するスリットパターンを形成する照射光）は、透明な被検査体（前面カバー）を透過して被検査体（前面カバー）の表面から出射するが、被検査体（前面カバー）の暗部に対応する領域では、明部に対応する領域よりも、照射光量が少なく、被検査体表面からの出射光量も少ない。このため、被検査体表面の暗部に対応する領域では、欠陥からの出射光量(輝度)と欠陥のない面からの出射光量(輝度)との差が相対的に小さく、欠陥が輝点として顕在化せず、欠陥の検出精度が低下する。
【００１８】
また、第１の試作機における欠陥の検出精度の低下については、次のように説明できる。
【００１９】
図９，１０は、それぞれ第１の試作機の主要構成およびカメラが撮影した画像を示し、被検査体（前面カバー）３０を通してパターン照射手段２の照射光（明部と暗部が交互に連続するスリットパターン）を撮影する際に、透明な被検査体（前面カバー）３０の表面に明部Ｐａと暗部Ｐｂが連続するスリットパターンＰが形成される形態を説明する図である。なお、パターン形成用シェード２０は、透光性樹脂フィルム２１に黒インク層２５を形成した10mm幅の遮光部２４と、黒インク層２５を形成しない10mm幅の透光部２２とが交互に連続する構造で、黒インク層２５形成側を被検査体３０に向けて配置されている。
【００２０】
そして、図９（ａ）に示すように、被検査体３０表面の、パターン形成用シェード２０の遮光部２４に対応する暗部Ｐｂ内の明暗境界Ｐｃに沿った領域には、シェード２０の透光部２２を透過した拡散光Ｌ１が導かれて、暗部Ｐｂ内の明暗境界Ｐｃ近傍に位置する欠陥Ｓ１からの出射光量(輝度)と欠陥Ｓ１のない面からの出射光量(輝度)とで差が生じ、図９（ｂ）に示すように、欠陥Ｓ１が輝点として画像中に顕在化するため、欠陥Ｓ１を検出できる。
【００２１】
一方、図１０（ａ）に示すように、暗部Ｐｂ内の明暗境界Ｐｃから離れた位置、例えば、明暗境界Ｐｃから3mm以上離れた、暗部Ｐｂ内の幅方向中央付近にある欠陥Ｓ２については、透光部２２からの拡散光Ｌ１が全く導かれず、欠陥Ｓ２からの出射光量(輝度)と欠陥Ｓ２のない面からの出射光量(輝度)との差が相対的に小さく、図１０（ｂ）に示すように、欠陥Ｓ２が輝点として画像中に顕在化しないため、欠陥Ｓ２を検出できない。
【００２２】
そこで、発明者は、以下のように考えた。
【００２３】
パターン照射手段２を構成するスリットパターン形成用シェード２０に、透光部２２からの出射光を遮光部２４側に拡散させる光拡散手段を設けて、被検査体（前面カバー）３０の表面に形成されるスリットパターンＰの暗部Ｐｂ内の明暗境界Ｐｃに沿った領域に、透光部２２からの出射光を拡散光として積極的に導くようにすれば、拡散光の導かれる領域が暗部Ｐｂ内の幅方向に拡大され、暗部Ｐｂ内に導かれる光量および暗部Ｐｂ内からの出射光量が増える。
【００２４】
この結果、スリットパターンの暗部Ｐｂ内では、欠陥からの出射光量(輝度)と欠陥のない面からの出射光量(輝度)との差が相対的に大きくなって、それまで出射光量(輝度)が小さいため、画像中に輝点として顕在化しなかった欠陥も、拡散光が導かれることで輝点として顕在化する、即ち、欠陥の検出精度が上がる。
【００２５】
そして、前記した第１の試作機を、スリットパターン形成用シェード２０が光拡散手段を備えるように改良し、その効果を検証したところ、前記した第４の課題に対しても有効であることが確認されたので、今回の出願にいたったものである。
【００２６】
本発明は、前記した従来技術の問題点および前記した発明者の知見に鑑みてなされたもので、その目的は、検査設備の配置の自由度に優れ、透光性樹脂部材の表面欠陥を精度よく検査する透光性部材の表面欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記目的を達成するために、本発明のある態様の透光性部材の表面欠陥検査装置は、
透光部と遮光部が交互に連続する明暗パターン形成用シェードおよび該シェードの背面側に設けた照明光源で構成され、前記透光部と遮光部に対応する明部と暗部が交互に連続する明暗パターンを照射するパターン照射手段と、
その背面側を前記パターン照射手段に向けて配置される被検査体である透光性樹脂部材と、
前記被検査体を挟み前記パターン照射手段と正対するように配置され、前記被検査体を通して前記明暗パターンを撮影する撮影手段と、
前記撮影手段が撮影した画像における出射光量（輝度）の変化に基づいて、前記被検査体表面の欠陥を検出する画像信号処理部である検出手段と、を備えた透光性樹脂部材の表面欠陥検査装置であって、
前記明暗パターン形成用シェードには、前記透光部を透過する光を前記遮光部側に拡散する光拡散手段が設けられたことを特徴とする。
(作用)パターン照射手段から被検査体（透光性樹脂部材）間までの全域に焦点(ピント)が合うように、撮影手段の被写界深度が調整されているので、撮影手段が撮影した画像には、パターン照射手段の照射光である、シェードの透光部と遮光部に対応する明部と暗部とが交互に連続する明暗パターンの鮮明な画像が被検査体である透光性樹脂部材表面の鮮明な画像に重なって表示される。
【００２８】
一方、被検査体である透光性樹脂部材裏面に照射された明暗パターンは、被検査体（透光性樹脂部材）を透過して前方に配光されるが、被検査体（透光性樹脂部材）の表面には、明部と暗部とが交互に連続する明暗パターンが形成される。
【００２９】
そして、被検査体（透光性樹脂部材）の表面(裏面)に形成される明暗パターンの明部は、照明光源からの照射光がシェードの透光部を透過することで形成され、一方、明暗パターンの暗部は、照明光源からの照射光がシェードの遮光部で遮光されることで形成される。
【００３０】
そして、被検査体（透光性樹脂部材）の裏面側への照射光は、被検査体を透過しその表面側から出射するところ、被検査体の裏面に光を照射したときの被検査体表面からの出射光量(輝度)は、欠陥からの出射光量(輝度)と欠陥のない表面からの出射光量(輝度)とで異なるので、撮影手段の撮影した画像における出射光量（輝度）の変化に基づいて、画像信号処理部である検出手段がこの出射光量(輝度)の変化（顕在化した輝点）を検出することで、被検査体表面の欠陥を検出できる（図９参照）。
【００３１】
しかし、図１０に示すように、被検査体の暗部Ｐｂに対応する領域では、特に、暗部Ｐｂ内の明暗境界Ｐｃから離間する位置ほど、明部Ｐａに対応する領域よりも照射光量が少なく、被検査体表面からの出射光量も少ない。このため、被検査体の暗部Ｐｂに対応する領域では、欠陥Ｓ２からの出射光量(輝度)と欠陥Ｓ２のない面からの出射光量(輝度)との差が相対的に小さく、撮影手段の撮影した画像における出射光量（輝度）の変化（輝点）として顕在化されないため、被検査体表面の欠陥Ｓ２の検出ができないおそれがある（図１０参照）。
【００３２】
然るに、本発明のある態様では、図１に示すように、明暗パターン形成用シェードに設けた光拡散手段２３（２３ａ）により、シェードの透光部２２を透過する光が遮光部２４側に拡散して、光拡散手段２３（２３ａ）を設けない場合と比べて、より多くの照射光（拡散光）Ｌａが被検査体の暗部Ｐｂに対応する領域の、主に明暗境界Ｐｃに沿った領域に導かれ、照射光（拡散光）の導かれる領域が暗部Ｐｂ内の幅方向に拡大される。このため、被検査体表面の暗部Ｐｂに対応する領域の、特に明暗境界Ｐｃに沿った領域からの出射光量が増え、暗部Ｐｂに対応する領域の欠陥Ｓからの出射光量(輝度)と欠陥Ｓのない表面から出射光量(輝度)との差が相対的に大きくなって、それまで出射光量(輝度)が小さいため、撮影手段の撮影した画像において輝点として顕在化しなかった欠陥Ｓも、輝点として顕在化する。即ち、欠陥の検出精度が上がる（第４の課題が解決される）。
【００３３】
また、本発明のこの態様では、パターン照射手段（照明光源および明暗パターン形成用シェード）と撮影手段が透光性樹脂部材を挟むように配置されるので、検査装置を構成する設備を配置する位置的制約が少ない（第１の課題が解決される）。
【００３４】
また、本発明のこの態様では、パターン照射手段と被検査体（透光性樹脂部材）と撮影手段が、それぞれ正対するように配置されているので、被検査体（透光性樹脂部材）の表面に形成される（現れる）明暗パターンのゆがみが減少し、明暗パターンの明暗境界が鮮明となり、それだけ欠陥での出射光量(輝度)の変化（輝点）が判別しやすい（第２の課題が解決される）。
【００３５】
また、被検査体が湾曲する形状であっても、被検査体の表面全体を撮影手段で撮影できるので、検査できない領域が少ない（第３の課題が解決される）。
【００３６】
また、別の態様では、前記明暗パターン形成用シェードの透光部と遮光部は、それぞれ所定幅の帯状に形成されて、前記被検査体の表面には、帯状の明部と暗部が交互に連続するスリットパターンが形成されるとともに、前記光拡散手段によって拡散された拡散光は、前記被検査体表面の帯状の暗部の幅方向中央部まで導かれるように構成してもよい。
【００３７】
(作用)明暗パターン形成用シェードの透光部を透過した拡散光が、被検査体（透光性樹脂部材）表面の帯状の暗部の幅方向中央部まで導かれることで、被検査体表面の暗部内の幅方向全域にシェードの透光部を透過した光(拡散光)が導かれる。
【００３８】
即ち、被検査体表面の暗部内の如何なる位置にある欠陥に対しても、シェードの透光部を透過した光(拡散光)が導かれるため、被検査体表面の暗部内全域における欠陥の検出が可能となる。
【００３９】
また、別の態様では、前記明暗パターン形成用シェードは、透光性樹脂フィルムの表面に所定幅の黒インク層が形成されて、前記黒インク層を形成した前記遮光部と前記黒インク層を形成しない前記透光部とが交互に連続するとともに、
前記光拡散手段は、前記被検査体に臨む側となる、前記シェードの前記黒インク層非形成側に設けるように構成されていてもよい。
【００４０】
(作用)透光性樹脂フィルムの光拡散手段を設ける側と反対側に黒インク層が設けられて、遮光部を構成する黒インク層が光拡散手段の光拡散作用を妨げることがない。
【００４１】
また、別の態様では、前記光拡散手段は、前記透光部を構成する前記透光性樹脂フィルムの表面に形成した横断面矩形状の白インク層で構成されていてもよい。
【００４２】
(作用)前記透光性樹脂フィルムに入射した光の一部が横断面矩形状の白インク層の幅方向両端部端面から出射し、この白インク層の幅方向両端部端面から出射する光が遮光部側に拡散する光を形成する。
【００４３】
また、光拡散手段を構成する白インク層は、透光部を構成する透光性樹脂フィルムの表面上に突出するように形成されて、それだけ遮光部側への拡散範囲が大きい。
【００４４】
また、別の態様では、前記白インク層の横断面矩形状の表面が内側に窪む円弧状に形成されて、前記白インク層の表面から出射する光が拡散されるように構成されていてもよい。
(作用)前記透光部を構成する白インク層の表面側から出射する光も遮光部側に拡散されるので、透光部を透過して被検査体（透光性樹脂部材）表面の暗部内に導かれる拡散光の光量が増える。
【００４５】
また、別の態様では、前記光拡散手段が、前記透光性樹脂フィルムの表面に形成した梨地で構成されていてもよい。
【００４６】
(作用)透光性樹脂フィルムを製造する際に、光拡散手段を構成する梨地を成形できるので、光拡散手段の形成が容易である。
【００４７】
また、別の態様では、前記明暗パターン形成用シェードは、前記照明光源に対し前記透光部と遮光部が連続する方向に移動できるように構成されるとともに、前記シェードを移動し前記明暗パターンの位相を一定間隔でづらしつつ、該シェードの移動に連係して前記撮影手段が前記明暗パターンを撮影するように構成され、
前記検出手段は、前記撮影手段が撮影した複数の画像を合成する位相シフト法により、画像における出射光量（輝度）の変化を計測するように構成されていてもよい。
【００４８】
(作用)明暗パターンの位相が一定間隔でずれている複数の画像を合成する位相シフト法により、画像における出射光量（輝度）の変化を計測するので、欠陥の検出精度が高いことは勿論、被検査体の表面のどの場所にある欠陥に対しても検出が可能となる。
【００４９】
また、別の態様では、前記明暗パターン形成用シェードは、凹凸のような球状の欠陥の顕在化に有効な明暗パターンを形成する第１のシェードと、髪の毛のような細い欠陥の顕在化に有効な明暗パターンを形成する第２のシェードが前記シェード移動方向に一体化されるように構成されていてもよい。
【００５０】
(作用)第１のシェードを用いた第１の検査では、凹凸のような球状の欠陥の検出ができ、第２のシェードを用いた第２の検査では、髪の毛のような細い欠陥の検出ができる。
【発明の効果】
【００５１】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、検査設備の配置の自由度に優れ、透光性樹脂部材の表面欠陥を精度よく検査する検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態である表面欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】同表面欠陥検査装置のカメラが撮影した明暗パターンの画像を示す平面図である。
【図３】カメラの撮影した明暗パターンの画像の輝度プロファイルを示す図である。
【図４】カメラの撮影した明暗パターンの画像の輝度プロファイルを示し、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、明暗パターンの位相がずれるようにシェードを移動した時のそれぞれの画像の輝度プロファイルを示し、（ｅ），（ｆ）は、それぞれ（ａ）〜（ｄ）の４枚の画像を合成した輝度プロファイルで、（ｅ）は被検査体の表面に欠陥がある場合、（ｆ）は被検査体の表面に欠陥がない場合を示す。
【図５】第２の実施形態である表面欠陥検査装置の要部拡大断面図である。
【図６】第３の実施形態である表面欠陥検査装置の要部の構成を示す図である。
【図７】同表面欠陥検査装置のカメラが撮影した明暗パターンの画像を示す平面図である。
【図８】第４の実施形態である表面欠陥検査装置の要部の構成を示す図である。
【図９】表面欠陥検査装置の第１の試作機において、カメラが撮影した明暗パターンの画像に欠陥が輝点として顕在化する形態を説明する図で、（ａ）は、透明な被検査体の表面に明部と暗部が連続する明暗パターンが形成される形態を示す図、（ｂ）は、カメラが撮影した明暗パターンの画像を示す平面図である。
【図１０】表面欠陥検査装置の第１の試作機において、カメラが撮影した明暗パターンの画像に欠陥が輝点として顕在化しない形態を説明する図で、（ａ）は、透明な被検査体の表面に明部と暗部が連続する明暗パターンが形成される形態を示す図、（ｂ）は、カメラが撮影した明暗パターンの画像を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００５４】
（第１の実施形態）
本発明を自動車用前照灯用の前面カバー(透光性樹脂部材）の表面欠陥を検出する装置に適用した第１の実施形態を、図１，２，３，４を参照して説明する。
【００５５】
図１に示すように、表面欠陥検査装置１は、水平に配置された面状照明光源１０と、面状照明光源１０の照射方向前方（上方）に水平に配置される明暗パターン形成用シェード２０と、シェード２０の上方に配置される被検査体である前面カバー３０（以下、ワークという）と、ワーク３０の上方に配置される撮影手段であるデジタルカメラ４０と、デジタルカメラ４０の撮影した画像に基づいて、ワーク３０表面の欠陥を検出する検出手段である画像信号処理部５０を備えて構成されている。
【００５６】
所定の大きさに形成された面状照明光源１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬ発光素子などの面状に光を発光する光源で構成され、図１では、発光面１０ａが上方に向いている。
【００５７】
明暗パターン形成用シェード２０には、図１左右方向に、所定幅の帯状の透光部２２と所定幅の帯状の遮光部２４とが交互に連続して形成され、面状照明光源１０に対し、図１左右方向に移動できるように構成されている。なお、透光部２２と遮光部２４は、いずれも同一幅(例えば、10mm幅)で、ワーク３０の縦方向（図２のｙ方向）の寸法より大きい所定長さに形成されている。
【００５８】
そして、明暗パターン形成用シェード２０とその背面側に設けた面状照明光源１０は、シェード２０の透光部２２と遮光部２４に対応する明部Ｐａと暗部Ｐｂが交互に連続する明暗パターン（スリットパターン）Ｐ（図２参照）を照射するパターン照射手段２を構成している。
【００５９】
パターン照射手段２の上方には、被検査体であるワーク３０が、その背面側をパターン照射手段２に向けて水平に配置されて、パターン照射手段２の照射光である明暗パターン（スリットパターン）Ｐがワーク３０を透過して上方に配光される。ワーク３０とシェード２０間の距離は、例えば100〜200mm、シェード２０は照明光源１０に対し移動（摺動）できるが、シェード２０と照明光源１０との距離は、実質的には0である。
【００６０】
詳しくは、ワーク３０の裏面にスリットパターンＰが照射されると、透明なワーク３０の表面側にこのスリットパターンＰが現れる。即ち、面状照明光源１０とシェード２０とによって、透光部２２に対応する帯状の明部Ｐａと遮光部２４に対応する帯状の暗部Ｐｂが連続するスリットパターンＰがワーク３０の表面に形成される。
【００６１】
ワーク３０の裏面側への照射光は、ワーク３０を透過してワーク３０の表面側から出射するところ、ワーク３０の裏面に光を照射したときのワーク３０の表面からの出射光量は、ワーク３０の表面に存在する凹凸や傷などの欠陥からの出射光量(輝度)と欠陥のない表面からの出射光量(輝度)とで異なるので、このワーク３０の表面からの出射光量(輝度)の変化を、デジタルカメラ４０が撮影した画像に基づいて、解析用コンピュータ(パソコン)５６を内蔵する画像信号処理部５０が後述する位相シフト法の画像処理を行うことで、ワーク３０表面の欠陥として検出できるように構成されている。
【００６２】
即ち、ワーク３０の上方には、ワーク３０を通してスリットパターンＰを撮影するデジタルカメラ４０が、ワーク３０およびパターン照射手段２に対し正対するように配置されている。
【００６３】
なお、カメラ４０は、図１に示すように、パターン照射手段２からワーク３０までの範囲に撮影画像のピント（焦点）Ｆが合うように被写界深度が調整されている。そして、ワーク３０を通してスリットパターンＰを撮影することで、カメラ４０の撮影した画像には、図２に示すように、鮮明なスリットパターンＰが鮮明なワーク３０の表面全体の画像に重なって表示される。
【００６４】
デジタルカメラ４０は、画像信号処理部５０に接続されており、画像信号処理部５０がカメラ４０の撮影した画像に基づいて、ワーク３０の表面の欠陥を検出するとともに、欠陥を視覚的に認識できるように加工したワーク３０表面の画像をモニタ６０に表示する。
【００６５】
画像信号処理部５０は、読み出し走査により発生したカメラ４０の画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ５２と、デジタル信号をカメラ４０の画素に対応するアドレスに画像データとして記憶するＲＡＭ５４と、ＲＡＭ５４から画像データを取り込んで処理を行う解析用コンピュータ(パソコン)５６と、画像信号または処理信号をＤ／Ａコンバータ５７でアナログ化して、切り替え回路５８を介して、選択的に表示するモニタ６０を備えている。
【００６６】
即ち、解析用コンピュータ(パソコン)５６は、ＲＡＭ５４に取り込まれた画像データをスリットと直交する方向（図２のＸ方向）に読み出し、逐次前後のアドレスの信号レベルと比較し、比較する信号レベル間の差が所定値以上である場合に、そのアドレスに対応する位置に欠陥があると、判断する。
【００６７】
また、スリットパターン形成用シェード２０は、図１，２に示すように、透光性樹脂フィルム２１の面状照明光源１０側となる表面に所定幅の黒インク層２５が印刷により積層形成されて、黒インク層２５を形成した帯状の遮光部２４と、黒インク層２５を形成しない帯状の透光部２２とが交互に連続するように形成されている。
【００６８】
そして、透光部２２を構成する透光性樹脂フィルム２１の、黒インク層２５非形成側の表面には、光拡散手段を構成する横断面矩形状の白インク層２３が積層形成されて、透光部２２を透過してワーク３０の裏面に向う光のうち、白インク層２３の幅方向両端面２３ａから出射する光が端面２３ａに対し傾斜する方向に導かれて、遮光部２４側に拡散する光Ｌａ(図１参照）を形成する。白インク層２３には、光拡散材が分散されており、白インク層２３も黒インク層２５と同様、印刷により透光性樹脂フィルム２１に形成されている。
【００６９】
また、光拡散手段を構成する白インク層２３は、透光性樹脂フィルム２１の表面上に突出するように形成されて、それだけ遮光部２４側への光の拡散範囲が大きい。
【００７０】
そして、画像信号処理部５０は、デジタルカメラ４０が撮影した画像に基づいて、ワーク３０の表面からの出射光量(輝度)の変化（輝点）を欠陥として検出できるところ、ワーク３０裏面の暗部Ｐｂ内では、明部Ｐａ内に比べて照射光量が少ない分、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内でも、明部Ｐａ内に比べて透過光量が少なく、特に、明暗境界Ｐｃから離間する位置となるほど、欠陥からの出射光量(輝度)と欠陥のない面からの出射光量(輝度)との差が相対的に小さくなり、欠陥が輝点として顕在化しないため、検出手段である画像信号処理部５０による検出ができないおそれがある（図１０参照）。
【００７１】
然るに、本実施形態では、シェード２０に設けた光拡散手段である白インク層２３（の端面２３ａ）により、シェード２０の透光部２２を透過する光が遮光部２４側に大きく拡散して、白インク層２３を設けない場合（図１０参照）と比べて、より多くの照射光（拡散光）Ｌａがワーク３０裏面の暗部Ｐｂ内、主に、暗部Ｐｂ内の明暗境界Ｐｃに沿った領域に導かれる（図１参照）。このため、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内の、特に明暗境界Ｐｃに沿った領域からの出射光量(輝度)が増え、暗部Ｐｂ内にあるＳからの出射光量(輝度)と欠陥Ｓのない表面から出射光量(輝度)との差が相対的に大きくなって、カメラ４０の撮影した画像における出射光量（輝度）の変化（輝点）として顕在化する。即ち、図１０に示すように、暗部Ｐｂ内で出射光量(輝度)が小さいため、カメラ４０の撮影した画像に輝点として顕在化しなかった欠陥Ｓ２であっても、拡散光によって輝点として顕在化するため、検出手段である画像信号処理部５０により欠陥Ｓ２を検出できる。
【００７２】
特に、この第１の実施形態では、ワーク３０と白インク層２３間の距離，および白インク層２３の厚さ等が調整されて、透光部２２を透過した拡散光Ｌａが帯状の暗部Ｐｂの幅方向中央部まで導かれるように設定されている。
【００７３】
このため、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内の幅方向全域に、シェード２０の透光部２２を透過した光(拡散光)が導かれる。即ち、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内の如何なる位置にある欠陥Ｓに対しても拡散光が導かれて、カメラ４０の撮影した画像の暗部Ｐｂに対応する領域内にある欠陥Ｓが輝点として顕在化するので、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内全域における欠陥Ｓの検出が可能である。
【００７４】
パターン照射手段２は、スリット幅10mmの明部Ｐａと暗部Ｐｂが交互に連続するスリットパターンＰを照射するが、カメラ４０が撮影した画像には、明部Ｐａと暗部Ｐｂが交互に連続する所定の周期のスリットパターンＰ（図２参照）が表示される。そして、スリットパターンＰの画像の輝度プロファイルは、図３に示すように、スリットパターンＰの明部Ｐａと暗部Ｐｂの間隔に対応する所定の周期のsin波パターンとなる。
【００７５】
そして、ワーク３０の暗部Ｐｂに対応する領域には、シェード２０の透光部２２を透過した光(拡散光)Ｌａが導かれる分、暗部Ｐｂに対応する領域にある欠陥Ｓからの出射光量（輝度）が増える。即ち、透光部２２を投透した光が暗部Ｐｂに対応する領域に拡散光として導かれない場合（図１０に示す試作機）における、欠陥からの出射光量（輝度）ｂ１は、透光部２２を透過した光が暗部Ｐｂに対応する領域に拡散光Ｌａとして導かれることにより、図３の符号ｂ２（＞ｂ１）に示すように増加し、画像において輝点として顕在化する。
【００７６】
以下、画像信号処理部５０の位相シフト法による画像処理を説明する。
【００７７】
位相シフト法では、ワーク３０に照射するスリットパターンＰ（sin波パターン）の位相を一定間隔（例えば、π／２）でずらして、カメラ４０でスリットパターンＰを複数回（４回以上）撮影し、撮影した画像を解析することで、ワーク３０の表面形状の計測を行う。
【００７８】
具体的には、カメラ４０，ワーク３０および面状照明光源１０に対し、スリットパターン形成用シェード２０を一定速度でスリットパターンＰ（sin波パターン）の少なくとも１周期分相当移動させていく。そして、シェード２０（スリットパターンＰ）の移動に伴う、スリットパターンＰ（sin波パターン）の位相の変化に対し、一定間隔（π／２）毎にスリットパターンＰ（sin波パターン）をカメラ４０で撮影する。
【００７９】
撮影した全４枚の各画像のある１点ｐ（ｘ，ｙ）の明るさ（輝度）は、sin波パターンの縦軸方向のオフセット量，振幅をそれぞれＡ，Ｂとすると、以下の４連立方程式、
Ｉ１（ｘ，ｙ）＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ）
Ｉ２（ｘ，ｙ）＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ＋π／２）
Ｉ３（ｘ，ｙ）＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ＋π）
Ｉ４（ｘ，ｙ）＝Ａ＋Ｂｃｏｓ（φ＋３π／２）で表される。
【００８０】
そして、全４枚の各画像を合成することで、即ち、位相演算により、Ｂについて上記４連立方程式を解くことで、点ｐ（ｘ，ｙ）における輝度Ｂが求められる。
【００８１】
即ち、Ｂ＝ｓｑｒｔ((Ｉ１−Ｉ３)2＋(Ｉ２−Ｉ４)2)）／２となる。
【００８２】
このように、画像信号処理部５０は、画像処理（位相シフト法）によって画像上の点ｐ（ｘ，ｙ）の振幅Ｂ（輝度）を求め（図４（ｅ）参照）、振幅Ｂ（輝度）の変化量が閾値以上である場合に、その位置ｐ（ｘ，ｙ）に欠陥があると判断する。
【００８３】
図４は、カメラ４０の撮影した明暗パターンＰの画像の輝度プロファイル（sin波パターン）を示し、（ａ）〜（ｄ）は、明暗パターンＰの位相がずれるようにシェード２０を移動した時のそれぞれの画像の輝度プロファイルを示す。図４（ｅ），（ｆ）は、（ａ）〜（ｄ）の４枚の画像を合成した輝度プロファイル、すなわち、位相演算により、Ｂについて上記４連立方程式を解くことで計測した点ｐ（ｘ，ｙ）の輝度Ｂをそれぞれ示し、（ｅ）は点ｐ（ｘ，ｙ）に欠陥がある場合、（ｆ）は点ｐ（ｘ，ｙ）に欠陥がない場合を示す。点ｐ（ｘ，ｙ）に欠陥があると、図４（ｅ）に示すように、欠陥に対応する輝度Ｂが拡散光相当増幅されて輝点として顕在化し、画像信号処理部５０により確実に検出できる。
【００８４】
また、本実施形態では、パターン照射手段２（照明光源１０およびパターン形成用シェード２０）とカメラ４０がワーク３０を挟むように配置されるので、表面欠陥検査装置１を構成する設備を配置する位置的制約が少ない。
【００８５】
また、本実施形態では、パターン照射手段２とワーク３０とカメラ４０が、それぞれ正対するように配置されているので、ワーク３０の表面に形成される（現れる）スリットパターンＰのゆがみが減少し、リットパターンＰの明暗境界Ｐｃが鮮明となり、それだけ欠陥での出射光量(輝度)の変化（輝点）が判別しやすい。
【００８６】
また、本実施形態では、ワーク３０が湾曲する形状であっても、ワーク３０の表面全体をカメラ４０で撮影できるので、検査できない領域が少ない。
【００８７】
なお、前記第１の実施形態では、照射するスリットパターンＰ（sin波パターン）の位相を一定間隔（π／２）でずらして、カメラ４０でスリットパターンＰを複数回（４回以上）撮影し、撮影した画像を解析することで、ワーク３０の表面形状の計測を行う位相シフト法が採用されているが、照射するスリットパターンＰ（sin波パターン）の位相を一定間隔（π／４）でずらして、カメラ４０でスリットパターンＰを複数回（８回以上）撮影し、撮影した画像を解析することで、ワーク３０の表面形状の計測を行う位相シフト法を採用してもよく、照射するスリットパターンＰ（sin波パターン）の位相をずらす間隔が狭いほど、カメラ４０による撮影回数が多くなるほど、ワーク３０の表面形状の高精度の計測を行うことができる。
【００８８】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態である表面欠陥検査装置１Ａの要部を示す。
【００８９】
表面欠陥検査装置１Ａのスリットパターン形成用シェード２０Ａでは、前記した第１の実施形態の場合と同様、光拡散手段を構成する矩形状断面の白インク層２３Ａが透光部２２に設けられているが、白インク層２３Ａは、その表面側２３ｂが内側に窪む円弧状に形成されて、透光部２２の白インク層２３Ａの表面側から出射する光も遮光部２４側に拡散されるように構成されている。
【００９０】
即ち、白インク層２３Ａの幅方向両端面２３ａから出射する拡散光Ｌａに加えて、白インク層２３Ａの円弧状の表面２３ｂから出射する拡散光Ｌｂも、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内に導かれる。
【００９１】
このため、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内の、主に明暗境界Ｐｃに沿った領域からの出射光量がいっそう増え、暗部Ｐｂ内にある欠陥からの出射光量(輝度)と欠陥のない表面からの出射光量(輝度)との差が相対的にいっそう大きくなって、それだけ検出手段である画像信号処理部５０による欠陥の検出精度がさらに上がる。
【００９２】
その他は、前記した第１の実施形態と同一であり、同一の符号を付すことで、重複する説明は省略する。
【００９３】
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態である表面欠陥検査装置１Ｂの要部の構成を示し、図７は、同表面欠陥検査装置１Ｂのカメラ４０が撮影した明暗パターンの画像を示す。
【００９４】
第３の実施形態の表面欠陥検査装置１Ｂでは、スリットパターン形成用シェード２０Ｂが、第１，第２の実施形態のシェード２０，２０Ａと同様、透光性樹脂フィルム２１の面状照明光源１０側となる表面に所定幅の黒インク層２５が形成されて、黒インク層２５を形成した帯状の遮光部２４と、黒インク層２５を形成しない帯状の透光部２２とが交互に連続するように形成されている。
【００９５】
そして、シェード２０Ｂを構成する透光性樹脂フィルム２１の黒インク層２５非形成側に、光拡散手段を構成する梨地２１ａが形成されており、透光部２２を透過してワーク３０の裏面に向う光Ｌａが透光部２２（透光性樹脂フィルム２１）の梨地２１ａ形成面から出射する際に、遮光部２４側に拡散されるように構成されている。
【００９６】
このため、ワーク３０表面の暗部Ｐｂ内の、特に明暗境界Ｐｃに沿った領域からの出射光量が増える分、暗部Ｐｂ内にある欠陥ｓからの出射光量(輝度)と欠陥ｓのない表面から出射光量(輝度)との差が相対的にいっそう大きくなって、それだけ検出手段である画像信号処理部５０による欠陥の検出精度がさらに上がる。
【００９７】
その他は、前記した第１の実施形態と同一であり、同一の符号を付すことで、重複する説明は省略する。
【００９８】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態である表面欠陥検査装置１Ｃの要部の構成を示す。
【００９９】
表面欠陥検査装置１Ｃのスリットパターン形成用シェード２０Ｃは、０．５mm幅の帯状の透光部２２と０．５mm幅の帯状の遮光部２４とが交互に連続するように形成された第１のスリットパターン形成用シェード２０Ｃ１と、３mm幅の帯状の透光部２２と１０〜２０mm幅の帯状の遮光部２４とが交互に連続するように形成された第２のスリットパターン形成用シェード２０Ｃ２とが、透光部２２と遮光部２４が連続する方向（スリットと直交する方向）に一体化されている。なお、シェード２０Ｃ２の遮光部２４の幅は、１０mm〜２０mmの範囲内の所定値に設定されている。
【０１００】
第１のシェード２０Ｃ１および第２のシェード２０Ｃ２は、いずれも第３の実施形態の構成が採用されている。即ち、透光性樹脂フィルム２１に黒インク層２５が形成されて遮光部２４が構成され、透光性樹脂フィルム２１の黒インク層非形成側に光拡散手段である梨地２１ａが形成されて、透光部２２から出射する光が遮光部２４側に拡散するように構成されている。
【０１０１】
そして、スリットパターン形成用シェード２０Ｃは、長手方向(図８左右方向）に移動できるように構成されて、第１のシェード２０Ｃ１がワーク３０および面状照明光源１０に正対する第１の位置(図８参照)と、第２のシェード２０Ｃ２がワーク３０および面状照明光源１０に正対する第２の位置とを択一的にとることができる。
【０１０２】
ワーク３０表面の欠陥を検出する際、凹凸のような球状の欠陥については、カメラ４０の撮影した画像の暗部Ｐｂがある程度明るい方が検出し易いので、ワーク３０表面に形成されるスリットパターンの明部Ｐａおよび暗部Ｐｂの幅がそれぞれ小さい第１のシェード２０Ｃ１を用いる。一方、髪の毛のような細い欠陥については、カメラ４０の撮影する画像の暗部Ｐｂがある程度暗い方が検出し易いので、ワーク３０表面に形成されるスリットパターンＰの明部Ｐａの幅に比べて暗部Ｐｂの幅が大きい第２のシェード２０Ｃ２を用いる。
【０１０３】
まず、第１の検査工程では、第１のシェード２０Ｃ１がカメラ４０，ワーク３０および面状照明光源１０に対し正対する図８に示す形態において、面状照明光源１０に対し、スリットパターン形成用シェード２０Ｃを一定速度で、第１のシェード２０Ｃ１が形成するスリットパターンＰ１（sin波パターン）の少なくとも１周期分相当移動させつつ、シェード２０Ｃ（スリットパターンＰ１）の移動に伴う、スリットパターンＰ１（sin波パターン）の位相の変化に対し、一定間隔（π／２）毎にスリットパターンＰ１（sin波パターン）をカメラ４０で撮影する。
【０１０４】
そして、撮影した各画像を合成することで、即ち、公知の画像処理（位相シフト法）を行うことで、画像上の全ての点ｐ（ｘ，ｙ）の振幅Ｂ（輝度）を求め、振幅Ｂ（輝度）の変化量が閾値以上である場合に、その位置ｐ（ｘ，ｙ）に欠陥があると判定する。
【０１０５】
次に、第１の検査工程後の第２の検査工程では、面状照明光源１０に対しシェード２０Ｃが前進し、第２のシェード２０Ｃ２がカメラ４０，ワーク３０および面状照明光源１０に対し正対する形態において、面状照明光源１０に対し、スリットパターン形成用シェード２０Ｃを一定速度で、第２のシェード２０Ｃ２が形成するスリットパターンＰ２（sin波パターン）の少なくとも１周期分相当移動させつつ、シェード２０Ｃ（スリットパターンＰ２）の移動に伴う、スリットパターンＰ２（sin波パターン）の位相の変化に対し、一定間隔（π／２）毎にスリットパターンＰ２（sin波パターン）をカメラ４０で撮影する。
【０１０６】
そして、撮影した各画像を合成することで、即ち、公知の画像処理（位相シフト法）を行うことで、画像上の全ての点ｐ（ｘ，ｙ）の振幅Ｂ（輝度）を求め、振幅Ｂ（輝度）の変化量が閾値以上である場合に、その位置ｐ（ｘ，ｙ）に欠陥があると判定する。
【０１０７】
そして、第１のシェード２０Ｃ１のスリットパターンＰ１を用いた第１の検査工程と、第２のシェード２０Ｃ２のスリットパターンＰ２を用いた第２の欠陥の検査工程とを行い、いずれの検査工程においても「欠陥なし」と判定された場合にのみ、「欠陥なし」と判定され、第１，第２の検査工程の少なくともいずれか一方の検査工程で「欠陥あり」と判定された場合には、「欠陥あり」と判定される。
【０１０８】
このように、この第４の実施形態では、凹凸のような球状の欠陥に対しても、髪の毛のような細い欠陥に対しても確実に検出することができる。
【０１０９】
その他は、前記した第１の実施形態と同一であり、同一の符号を付すことで、重複する説明は省略する。
【０１１０】
なお、前記した実施形態では、被検査体が無色透明(クリアー)な前照灯用の前面カバー３０である場合について説明したが、被検査体としては、無色透明(クリアー)に限らず、透光性樹脂部材であればよく、ターンシグナルランプ用のアンバー色の前面カバーやストップランプ用の赤色の前面カバーなどの、標識灯用の前面カバーであってもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  検査装置
２  パターン照射手段
１０  面状照明光源
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ（２０Ｃ１，２０Ｃ２）  スリットパターン形成用シェード
Ｐ  明部と暗部が交互に連続するスリットパターン
Ｐａ  スリットパターンの明部
Ｐｂ  スリットパターンの暗部
Ｐｃ  スリットパターンの明暗境界
２１  透光性樹脂フィルム
２１ａ  光拡散手段である梨地
２２  透光部
２３，２３Ａ  光拡散手段である白インク層
２３ａ  光拡散手段である白インク層の端面
２３ｂ  光拡散手段である白インク層の円弧状表面
２４  遮光部
２５  遮光部を形成する黒インク層
３０  ワーク（被検査体である前面カバー）
Ｓ    ワーク表面についている欠陥
４０  被検査体を通してスリットパターンを撮影する撮影手段であるカメラ
５０  ワークの表面欠陥を検出する検出手段である画像信号処理部
５６  ワークの表面欠陥の有無を判定する解析用コンピュータ(パソコン)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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