(57)【要約】  【課題】細かな欠点の輪郭や、欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出する欠点検査装置および欠点検査方法を提供する。  【解決手段】被検査物に光を投射する投光手段と、該被検査物を介した透過光または反射光を受光する受光手段と、該受光手段が受光した透過光または反射光に基づいて前記被検査物の欠点を検査するデータ処理手段とを有する検査装置であって、  前記受光手段は、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする欠点検査装置。【選択図】  図１
2010019670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に光を投射する投光手段と、該被検査物を介した透過光または反射光を受光する受光手段と、該受光手段が受光した透過光または反射光に基づいて前記被検査物の欠点を検査するデータ処理手段とを有する検査装置であって、
前記受光手段は、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする欠点検査装置。
【請求項２】
被検査物に光を投射する投光ステップと、該被検査物を介した透過光または反射光を受光する受光ステップと、該受光ステップで受光した透過光または反射光に基づいて、前記被検査物の欠点を検査するデータ処理ステップとを有する検査方法であって、
前記受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする欠点検査方法。
【請求項３】
フィルムに光を投射する投光ステップと、該フィルムを介した透過光または反射光を受光する受光ステップと、該受光ステップで受光した透過光または反射光に基づいて、前記フィルムの欠点を検査するデータ処理ステップとを有する検査方法であって、
前記受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする欠点検査方法により検査されたフィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の欠点を検出する欠点検査装置および欠点検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被検査物の欠点を検査する場合、被検査物に光を投射し、その透過光または反射光を受光し、その受光した光の状態を参照することで、被検査物の欠点を検出する方法がよく用いられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
こうした受光に用いる手段は、ＣＣＤカメラであることが多い。この場合、ＣＣＤカメラの光電変換素子の前に複数の光学レンズを設置し、その光学レンズにより、受光した光を集光して結像する。そして結像面には光電変換素子が１列または平面状に配置されており、それぞれの素子が受光した光量に基づいた電気信号を出力する。この際、複数の光学レンズを、例えば、１枚の両凸レンズで近似しても実用上問題はない。以下、この近似を行って説明する。
【０００４】
光学レンズによる結像は、細かな物体も高いコントラストで行われること、即ち、高い空間周波数まで、高コントラストで結像することが望ましい。
【０００５】
この結像性能は、光学レンズの収差と、光学レンズの前に設置されるレンズの受光領域を規定する開口絞りに依存する。これを、図８を用いて説明する。図８は、受光手段における集光の様子を示す概略図である。
【０００６】
光学レンズの収差とは、光学レンズ１４の凸面が球面形状になるよう単純に磨かれたガラスであることに起因するもので、光学レンズ１４において中心軸１５から離れた箇所を通過する光（光軸１２ａ）は、中心軸近傍を通過する光（光軸１２ｂ）とは異なる位置に集光してしまう。上記は球面収差と呼ばれ、他にコマ収差、非点収差、像面湾曲があるが、基本的には図８に示した通り、光が通過する光学レンズ１４の位置に依存した集光の様子の差に起因する。即ち、この収差影響を低減するためには、光学レンズにおいて、中心軸１５から離れた箇所を通過する光の影響を小さくすることが挙げられる。一般的には、開口絞り１３を絞ることである。
【０００７】
しかし、開口絞り１３を絞ると、今度は開口絞りで生じる回折光の影響が大きくなり、結像性能が低下する。即ち、一般的には、収差と開口絞りのトレード・オフが存在する。
【０００８】
上記のように、物体の１点から照射された光は、どれほど集光しても無限小の１点には集まらず、ある有限の大きさの点までしか集光できない。
【０００９】
したがって、従来の欠点検査装置では、細かな欠点の輪郭や、欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストがボケてしまう。
【００１０】
欠点の輪郭やコントラストがボケてしまうと、それを欠点と認識することが困難になる。また、その検出欠点が異物なのか、キズなのか、スジなのか、ピンホールなのかなどの分類精度が低下してしまう場合も生じる。
【特許文献１】特開２００６−３８４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上に鑑みて、本発明の目的は、細かな欠点の輪郭や、欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出する欠点検査装置および欠点検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は下記の構成を有する。
【００１３】
すなわち、本発明の欠点検査装置は、被検査物に光を投射する投光手段と、該被検査物を介した透過光または反射光を受光する受光手段と、該受光手段が受光した透過光または反射光に基づいて前記被検査物の欠点を検査するデータ処理手段とを有する検査装置であって、前記受光手段は、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の欠点検査方法は、被検査物に光を投射する投光ステップと、該被検査物を介した透過光または反射光を受光する受光ステップと、該受光ステップで受光した透過光または反射光に基づいて、前記被検査物の欠点を検査するデータ処理ステップとを有する検査方法であって、前記受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とするものである。
【００１５】
またさらに本発明のフィルムは、フィルムに光を投射する投光ステップと、該フィルムを介した透過光または反射光を受光する受光ステップと、該受光ステップで受光した透過光または反射光に基づいて、前記フィルムの欠点を検査するデータ処理ステップとを有する検査方法であって、前記受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする欠点検査方法により検査されたフィルムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下に説明するとおり、細かな欠点の輪郭や、欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出する欠点検査装置および欠点検査方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明における最良の実施形態を、製膜中の単層透明高分子フィルムに生じる欠点を、透過光を受光することで検出する場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態の装置構成を、図１に示す。図１は、本実施形態の概略構成図である。
【００１９】
１は被検査物を示しており、ここでは単層透明高分子フィルムである。被検査物１としては特に限定されず、フィルムや紙などのシート状物、ガラスや金属などの板状物などが挙げられる。被検査物がフィルムの場合は、多層構造を有するフィルムであっても良いし、表面および／または裏面に塗材をコーティングされたフィルムであっても良い。また、ガラスなどの透明体であっても良い。また、本発明の欠点検査装置の受光手段が、受光した反射光に基づいて被検査物の欠点を検査するデータ処理手段を有する構成の場合、被検査物は有色フィルムであっても良いし、表面が鏡面であるものであっても良いし、紙や金属であっても良い。また被検査物１は、その長手方向および／または短手方向（幅方向）に延伸されていても良い。
【００２０】
２は投光手段で、被検査物１に光を投射している。投光手段２は、蛍光灯であっても良いし、ハロゲン光源であっても良いし、メタルハライド光源であっても良いし、ＬＥＤ光源であっても良い。また、特定の波長特性を有しているものであっても良い。好ましくは、１方向に長く投光部位を有しており、また投光部位から投射される光量が略均一なことである。図１では白色の高周波蛍光灯を用い、被検査物１の幅方向と蛍光灯長手方向が略一致するように配置している。
【００２１】
３は受光手段であり、図１では、被検査物１を介した投光手段２からの透過光を受光するように配置されている。好ましくは、被検査物１の、透過光を介した箇所でのシワやバタツキが少ないことである。受光手段３はラインセンサカメラであっても良く、エリアセンサカメラであっても良く、その他、複数の光電変換素子による構成物のものであっても良い。また、モノクロカメラでもカラーカメラでも良い。好ましくは、受光手段３の有する光電変換素子が、感度が良く、ノイズに強く、素子間の差異が小さいことである。図１ではラインセンサカメラを用い、その光電変換素子の並び方向が、投光手段２の長手方向と略一致している。また、このラインセンサカメラには、一般的なカメラ用レンズが設置されている。このカメラ用レンズは、光学レンズと開口絞りで構成される。なお、図１では被検査物１を介した投光手段２からの透過光を受光するように受光手段が配置されているが、本発明はこの態様に限定されず、被検査物を介した透過光または反射光を受光する受光ステップを有しさえすればよい。つまり受光手段は、被検査物１を介した投光手段２からの反射光を受光するように配置されても構わない。
【００２２】
また好ましくは、受光手段３は、被検査物１の欠点種類によって受光する光量分布に変化が生じるように、被検査物１および／または投光手段２との相対的な位置関係が保たれていることである。位置関係として、例えば、被検査物１に欠点が存在しない場合に、投光手段２からの被検査物１を介した透過光を受光するが、欠点が存在した場合には受光する光量が減少または増大する直接透過方式や、被検査物１に欠点が存在しない場合には、投光手段２からの被検査物１を介した透過光を直接受光しないが、欠点が存在した場合には屈折および／または散乱した透過光を受光する光軸ずらし方式などがある。
【００２３】
また受光手段３は、被検査物の欠点種類によって、光量分布および／または何かしらの光学的差異を得るために、遮光板や偏光板、波長選択フィルタなどの光学的補助手段を用いても良いし、光の位相など、光量以外の情報を用いても良い。
【００２４】
本発明の受光手段及び受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることが重要である。ここで、本発明における「受光中心光軸からの距離」を、図４および図５を用いて説明する。図４は受光手段における集光の様子を示す概略図で、図５は図４における方向Ａからの正面図である。
【００２５】
６は光学レンズであり、７は光電変換素子である。光学レンズ６の中心軸が受光中心光軸８aとなり、光電変換素子の中心（複数の光電変換素子を持つ場合は、それら素子が並ぶ平面の中心）を通る。今、光軸１０ａなる光を受光したとする。この受光中心光軸８ａを法線とする平面９を考え、そこへ法線に沿って光軸を投影する。このときの、受光中心光軸８ａ、光軸１０ａそれぞれの投影位置を８ｂ、１０ｂとしたとき、平面９上における８ｂと１０ｂとの距離Ｌが「受光中心光軸からの距離」となる。
【００２６】
３ａは、受光手段３の光透過率を変化させる光学フィルタ手段であり、受光中心光軸３ｂからの距離が大きくなるにつれて光透過率が小さくなっている。上述のように本発明の受光手段は、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって光透過率が小さくなることが重要であり、このために受光手段には、受光中心光軸３ｂからの距離が大きくなるにつれて光透過率が小さくなる光学フィルタを設けることが好ましい。この光学フィルタの光透過率の変化は図２のように段階的なものでも良いし、図３のように連続的なものでも良い。図２および図３は、受光中心光軸３ｂの方向からの、光学フィルタ手段３ａの正面図である。また、同心円状に変化しても良いし、多角形状に変化しても良い。こうした光学フィルタ手段３ａの製作は、蒸着によっても良いし、格子状の金網などを、角度を変えながら重ね、光透過率にしたがって重ねる枚数を変化させても良い。
【００２７】
４はデータ処理手段であり、受光手段３と接続されている。そしてデータ処理手段４は、受光ステップで受光した透過光または反射光に基づいて、被検査物の欠点を検査するデータ処理ステップに寄与する。受光手段３が受光した光の情報は光電変換されて、データ処理手段４で受信される。データ処理手段４では、受信した情報に基づいて、被検査物１の欠点有無の判定や、欠点分類を行う。
【００２８】
５は外部出力手段であり、データ処理手段４と接続されている。データ処理手段４での結果を受信し、その情報を外部に出力する。外部出力手段５は、ディスプレイ、プリンタ、警報装置などに代表されるものである。
【００２９】
本発明によって、細かな欠点の輪郭や、欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出することを、図１、図６を用いて説明する。図６は、光学フィルタ手段３ａを持つ場合と、持たない場合とのＯＴＦ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示したものである。
【００３０】
結像性能は、光学レンズの収差と開口絞りによって決まる。特に、開口絞りによって決まる結像性能は、ＯＴＦと呼ばれる関数で表現される。この関数は、空間周波数ごとの伝達率を示すものである。このＯＴＦにおいて、欠点検出に必要な空間周波数に至るまで伝達率を低下させないことが、本目的に沿う性能を実現することになる。
【００３１】
従来の方法、即ち図１における光学フィルタ手段３ａを持たない場合、空間周波数が大きくなると、伝達率はほぼ直線的に減少していく（１１ａ）。これに対し、光透過率を中心よりも周辺で小さくする光学フィルタ手段３ａを持つ場合（受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなる受光手段である場合）、回折による光の拡がりを抑制でき、低域でのＯＴＦは良くなる（１１ｂ）。大半の欠点検出においては、低域でのＯＴＦを従来よりも良くすることで、十分な改善効果を取得でき、本発明の目的を実現できる。
【００３２】
光学フィルタの光透過率を周辺よりも中心で小さくすることにより、受光手段において、光透過率を周辺よりも中心で小さくすることも考えられるが、低域〜中域でのＯＴＦは従来方法よりも悪くなるため、本目的には添わない場合が多い。
【００３３】
このように、特定の光学フィルタ手段を設けることで受光手段における光透過率を変化させることにより、ＯＴＦを設計できる。具体的には、回折限界まで開口絞りを絞り、その状態で、光学フィルタ手段によりＯＴＦを変化させる。これにより、本発明の目的である、細かな欠点の輪郭や欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出する欠点検査装置を提供することができる。
【００３４】
上述した検査装置を用いることで、被検査物１に光を投射する投光ステップを実現し、その透過光を受光手段３で受光する受光ステップを実現し、この受光した透過光に基づいて被検査物１の欠点を検査するデータ処理ステップを実現できる。上述したように、受光ステップにおいて、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率を小さくすることで、本発明の目的である、細かな欠点の輪郭や欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出する欠点検査方法を提供することができる。
【００３５】
なお、ここまでは図１をもとにして説明してきたが、本発明では受光手段において、被検査物を介した反射光を受光することも可能である。そのため本発明の欠点検査装置は、被検査物に光を投射する投光手段と、該被検査物を介した反射光を受光する受光手段と、該受光手段が受光した反射光に基づいて前記被検査物の欠点を検査するデータ処理手段とを有する検査装置であって、前記受光手段は、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする装置も含み、また本発明の欠点検査方法は、被検査物に光を投射する投光ステップと、該被検査物を介した反射光を受光する受光ステップと、該受光ステップで受光した反射光に基づいて、前記被検査物の欠点を検査するデータ処理ステップとを有する検査方法であって、前記受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする方法も含むものである。
【００３６】
また本発明のフィルムは、ここまで説明してきた欠点検査方法により検査されたフィルムであり、具体的には、フィルムに光を投射する投光ステップと、該フィルムを介した透過光または反射光を受光する受光ステップと、該受光ステップで受光した透過光または反射光に基づいて、前記フィルムの欠点を検査するデータ処理ステップとを有する検査方法であって、前記受光ステップは、受光中心光軸からの距離が大きくなるにしたがって、光透過率が小さくなることを特徴とする欠点検査方法により検査されたフィルムである。
【実施例】
【００３７】
溶融されたポリマを口金の間隙から吐出し、大型のドラムによってシート状にした後、シート長手方向（流れ方向）への延伸、幅方向への延伸を行うことで、ポリエステル樹脂による単層のプラスチックフィルムを製造した。この製造工程において発生した、表面凹凸欠点、フィルム内部異物欠点、フィルム表面異物欠点をそれぞれ１０サンプルずつ取得し、これを図１に示した検査装置を用いてオフラインで検査／欠点分類を行った。この欠点分類精度によって、欠点の輪郭や欠点箇所の中に存在する高い空間周波数のコントラストを高精度に検出できたか否かを評価する。
【００３８】
サンプルを、１０ｍ／分で搬送した。この際、投光手段２として白色の高周波蛍光灯を使用し、その長手方向を、被検査物１（サンプル）の幅方向に略一致させた。受光手段３としてラインセンサカメラを用い、光電変換素子の並び方向を蛍光灯の長手方向に略一致させた。このラインセンサカメラは７５００画素、４０ＭＨｚであり、サンプルの幅方向および搬送方向の分解能が４０μｍとなるように設定した。
【００３９】
受光手段３の光学レンズは、Ｆナンバーを５．６と設定した。また、光学フィルタ手段３ａとして、図２に示したように、同心円状に、段階的に光透過率を、以下の各実施例のように変化させた。
【００４０】
上記の条件で、光学フィルタ手段３ａを設置した場合と設置しなかった場合とで、それぞれサンプルを検査し、その画像に基づいて、欠点分類を実施した。この際、欠点分類の精度を向上させるため、抽出後における複数の欠点特徴量をパラメータとし、総当り的に、最も精度が良くなる条件を探索した。その結果を図７に示す。図７は、従来方法と本発明における欠点分類結果を示した表である。
【００４１】
実施例１
光学フィルタ手段３ａを、以下のように設計した。光学レンズ中心からレンズ径の１／２の領域を光透過率１００％に、光学レンズ中心からレンズ径の１／２〜３／４の領域を光透過率８０％に、光学レンズ中心からレンズ径の３／４〜９／１０の領域を光透過率６０％に、残りの領域を光透過率４０％とした。
【００４２】
実施例２
光学フィルタ手段３ａを、以下のように設計した。光学レンズ中心からレンズ径の１／２の領域を光透過率１００％に、光学レンズ中心からレンズ径の１／２〜３／４の領域を光透過率６０％に、光学レンズ中心からレンズ径の３／４〜９／１０の領域を光透過率４０％に、残りの領域を光透過率２０％とした。
【００４３】
図７に示したように、欠点分類精度が向上している。これは、欠点の輪郭やコントラストをより正確に取得できたからと考えられる。
【００４４】
図７における「正解」とは、欠点分類を最適化した結果、正しく欠点を分類できたことを示す。例えば、「表面凹凸欠点・正解」は従来方法では６だが、これは１０個ある表面凹凸欠点のうち、６個を表面凹凸と認識できたということである。
【００４５】
また、図７における「誤判定」とは、欠点分類を最適化した結果、欠点を誤って分類したことを示す。例えば、「表面凹凸・誤判定」は従来方法では２だが、これは表面凹凸以外の欠点（フィルム内部異物欠点、フィルム表面異物欠点）であるにも関わらず、表面凹凸と判定した欠点が２個あったことを示す。
【００４６】
なお、欠点分類を最適化するとは、３種類の欠点における誤判定の合計数が最も少なくすることである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、欠点検査装置に限らず、カメラを用いて高い空間周波数の情報を取得する装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態における装置構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における光学フィルタ手段の略図である。
【図３】本発明の一実施形態における光学フィルタ手段の略図である。
【図４】本発明の一実施形態における受光手段の受光の様子を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態における受光手段の「受光中心光軸からの距離」を説明する正面図である。
【図６】本発明の一実施形態における光学フィルタ手段の有無それぞれにおけるＯＴＦの略図である。
【図７】本発明の一実施形態における欠点分類結果を示す表である。
【図８】受光手段における集光の様子を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      被検査物
２      投光手段
３      受光手段
３ａ    光学フィルタ手段
３ｂ    受光中心光軸
４      データ処理手段
５      外部出力手段
６      光学レンズ
７      光電変換素子
８ａ    受光中心光軸
８ｂ    受光中心光軸
９      平面
１０ａ  光軸
１０ｂ  光軸
１１ａ  光学フィルタ手段なしのときのＯＴＦ
１１ｂ  光学フィルタ手段ありのときのＯＴＦ
１２ａ  光軸
１２ｂ  光軸
１３    開口絞り
１４    光学レンズ
１５    中心軸
Ａ      方向
Ｌ      受光中心光軸からの距離
【図１】
2010019670.tif 000003
【図２】
2010019670.tif 000004
【図３】
2010019670.tif 000005
【図４】
2010019670.tif 000006
【図５】
2010019670.tif 000007
【図６】
2010019670.tif 000008
【図７】
2010019670.tif 000009
【図８】
2010019670.tif 000010