(57)【要約】【課題】本発明は、任意の品種のホログラム欠陥検出に、汎用的に利用することができ、かつ欠陥を精度良く安定して検出することが可能なホログラム欠陥検出の照明方法、検査方法および欠陥検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】ホログラム欠陥の検査において、あらゆる方向からの回折光を抽出する構造からなり、ホログラム横幅方向の振れによるフレーム毎の画像微小変化を抑制するための横幅方向への均一照明方法と基準画像を用いずに欠陥検査する方法およびホログラム欠陥検査装置である。【選択図】図２
2006105844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム表面上回折格子情報の画像化において、ホログラム表面に対する法線方向を除く、表面側全方向から検査光を照射する検査用照明方法であって、
カメラ受光素子の並び方向とホログラム表面に対する法線方向の成す面を対称に、扇形もしくは円筒形、平行であって、ホログラム表面に対する法線方向とカメラ受光素子の並び方向の成す面に対し垂直な任意の面において同形状の光源を用いることを特徴とする照明方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査用照明方法であって、
前記照明手段の内側に拡散板を貼り合わせることで、前記光源面内の照明ムラを均一化することを特徴とする照明方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の照明方法を用いて画像を取得する際にテレセントリックレンズを用いてホログラム表面に対する法線方向を除く、表面側全方向から検査光を照射した光がホログラム検査表面でホログラム表面に対する法線方向に回折した回折光のみを抽出することを特徴とするホログラムの撮像方法。
【請求項４】
請求項３記載のホログラムの撮像方法により撮像した画像において、
取り込み画像内のホログラム同士を比較、処理することで基準画像を用いずに欠陥検査することを特徴とするホログラムの欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明方法、ホログラムの撮像方法およびホログラムの欠陥検査方法における手段を備えたことを特徴とするホログラム欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子自体の不良または欠陥を検出する欠陥検出装置および欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムは、用途の１つとして、ＩＣカードを始め、各種カードのデザインや海賊版防止のためのセキュリティラベル等幅広い分野で使用され、世界的に高い評価を受けている。
【０００３】
特徴として、ホログラムによって再現されるリアルな立体感を他の印刷手法で再現することは困難であるため、他の手法で作製された類似品との差別化・判別を目視で容易に行なうことが可能である。偽変造防止効果として、ホログラムの製造には、専用の材料と、レーザーを使用する撮影装置または精密加工、量産用複製装置が必要なために、製造可能なメーカーが限られ、ホログラムの画像を量産レベルで高品質を維持するためには高い技術を要する。
【０００４】
各種ホログラムの中で、特に、レインボーホログラムは、ホログラムの光学的な干渉縞を凹凸で記録することにより薄いフィルムにエンボス加工する方法で大量複製が可能であり、被写体（原稿）としては立体物や版下、ＣＧデータなどを用いる。
【０００５】
ホログラムの量産化にはエンボス加工によるレインボーホログラムが一般的であるが、これは非常に高い技術が必要であり、したがって製造工程においても十分に注意を払う必要がある。例えば、スタンパにゴミ等の異物が付着し、異物が付いたままの状態でホログラムをエンボスすると異物付着部における回折格子の凹凸が潰れ、または異なる回折格子を形成することとなる。セキュリティの信頼性を問われるホログラム故に、エンボス直後での欠陥検査は重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、ホログラムは、回折光を見ることになるので、視点の位置により像の見え方が異なる。このため、直接反射光や、単一もしくは複数箇所の光源を用いた照明条件下では、一度に全画像を見ることはできない。また、光の照射条件のわずかな違いによっても見える画像が変化する。
【０００７】
また、検査時に画像が安定しないため検査結果も信頼性が保てない。したがって、実際にはホログラムの品種に応じて角度が固定された光照射系と撮像系からなる検査装置を用いて検査する方法が一番現実的であり、かつ容易とされている。
【０００８】
しかしながら、検査対象とするホログラムの品種を変更するたびに光照射系と撮像系とを調整してから検査すること自体容易な作業ではなく、手間と時間を要する。また、ホログラムのとる回折角度によっては、検査装置の構造上回折光を取れず、部分的な検査しかできない場合もある。
【０００９】
このような事情のため、任意の品種のホログラムを自動的に検査することは到底現実的ではなく、ホログラムの品質は一部あるいは大部分を目視チェックに頼らざるを得ない。
【００１０】
このため、万が一表面に正しい回折格子が形成されず、欠陥のあるホログラムが製造さ
れても、その欠陥を検出することは困難であり、欠陥のあるホログラムが連続して多数製造され続ける可能性があるという問題がある。
【００１１】
任意の品種に対応するために、ホログラムを撮像する際あらゆる角度からの反射光を捉えるための照明方法にドーム型照明や円筒型照明を用いることがある。しかし、ＣＣＤ受光素子の端と中央、両端では光ベクトルが異なる。したがって、たとえばエンボス後のホログラムフィルムをドラム上で検査する場合、普通は微小ながらフィルム横幅方向に対して常に移動するため常に画像が異なって撮像されてしまう。
【００１２】
図１において、１がＣＣＤ受光素子、２が円筒形蛍光管照明、３がホログラム表面、４の矩形が時刻ｋにおけるホログラム検査領域とする。時刻ｋのときＡから光がＤの回折格子により回折しＣのＣＣＤ受光素子に入る光があるとする。時刻ｋ＋１のとき、点Ｄがフィルム幅方向に移動した場合、Ｄ'とＤはもともと同じ点であり同じ形状をしているので、Ｃ'に入るべき光は、Ａ'からＤ'への光ベクトルであって、実際はＡ'がなく、Ａ''のような方向は同じだが距離が異なる場合が多い。光強度は距離の二乗に反比例して小さくなるため方向が同じでも距離が異なると画像に影響を及ぼす。また、ＢからＤ、ＤからＣに入射した光と同じ光がｋ＋１の場合Ｄ'に移動しているため、Ｂ'に光源を持たなければならないが、実際にはＢ'に光源がない、同じ方向の光成分がない場合もある。
【００１３】
したがって円筒形や半球のような、ホログラム表面に対する法線方向とカメラ受光素子の並び方向の成す面について対称でない、またはその面に対し垂直な任意の面で同形状でない照明であると、必然的に被写体がフィルム幅方向に移動する場合、時刻によって同じ位置を撮像しても画像が異なってきてしまう。また、Ｂ'から照射される光がＤ'で回折しＣ'で受光したとすると、Ｃで受光すべき光はＢに光源がなければならないがその方向の光がない場合もある。このことはＣＣＤ受光素子の両端だけでなく、端と中央でも同様の原理から言えることである。
【００１４】
このことは製造ライン上、たとえばホログラムフィルムが時刻ｋ＋１において時刻ｋに対してＣＣＤ受光素子並び方向にずれたとき、前述原理から撮像した画像が異なるため、例えばｋとｋ＋１の画像を比較検査した場合、どちらにも欠陥がないとしても両画像は異なるため欠陥を誤検知してしまう可能性がある。
【００１５】
ホログラムの欠陥検査において、設計データをそのまま基準画像として扱うことが難しい。これは設計データに基づいて原版が作られるが、原版は温度によっても形状が微小ながら変わり、またエンボスされることによって生成されたホログラムも原版と全く同じになることはない。したがって、生成されたホログラムの中から基準画像を選ぶか作る必要がある。
【００１６】
実際には品種が変わるたびに基準画像を選んだり作ることは手間が掛かってしまう。基準画像を選んだ場合、基準とする画像の選び方によっては基準画像自体に欠陥がある可能性もあり、正常な画像が欠陥を含むこととなってしまい欠陥が多発してしまう恐れがある。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、任意の品種のホログラム欠陥検出に、汎用的に利用することができ、かつ欠陥を精度良く安定して検出することが可能なホログラム欠陥検出の照明方法、検査方法および欠陥検出装置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】
【００１８】
上記の目的を達成するために、
請求項１に係る発明は、ホログラム表面上回折格子情報の画像化において、ホログラム表面に対する法線方向を除く、表面側全方向から検査光を照射する検査用照明方法であって、
カメラ受光素子の並び方向とホログラム表面に対する法線方向の成す面を対称に、扇形もしくは円筒形、平行であって、ホログラム表面に対する法線方向とカメラ受光素子の並び方向の成す面に対し垂直な任意の面において同形状の光源を用いることを特徴とする照明方法である。
【００１９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の検査用照明方法であって、
前記照明手段の内側に拡散板を貼り合わせることで、前記光源面内の照明ムラを均一化することを特徴とする照明方法である。
【００２０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の照明方法を用いて画像を取得する際にテレセントリックレンズを用いてホログラム表面に対する法線方向を除く、表面側全方向から検査光を照射した光がホログラム検査表面でホログラム表面に対する法線方向に回折した回折光のみを抽出することを特徴とするホログラムの撮像方法である。
【００２１】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のホログラムの撮像方法により撮像した画像において、
取り込み画像内のホログラム同士を比較、処理することで基準画像を用いずに欠陥検査することを特徴とするホログラムの欠陥検査方法である。
【００２２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明方法、ホログラムの撮像方法およびホログラムの欠陥検査方法における手段を備えたことを特徴とするホログラム欠陥検査装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、以上説明したように、本発明のホログラム欠陥検出方法を適用することにより、ホログラム表面に対し表面側全方向から検査光を照射し、さらに、この検査光がホログラム表面で回折してなる回折光のうち、ホログラムの表面に対する法線方向に進む回折光のみによる画像データを得ることができる。
【００２４】
請求項１記載の照明方法においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラムの表面に欠陥がある場合、検査光は法線方向には回折しないので、法線方向から見た画像データの中には、ゴミ等が版に付着することによりエンボスできなかった箇所は黒く見えるなど、欠陥のある部分が通常とは異なる見え方となる。
【００２５】
したがって、エンボス不良、ピンホール、傷による欠陥を含むホログラムは、通常と異なる画像が得られるため、一連の画像処理によりホログラムの表面に欠陥があるものと判断することにより、ホログラムの表面の欠陥を精度良く検出することが可能となる。
【００２６】
さらに、図２のようなホログラムフィルムがＷ軸方向に移動することによって、同じホログラムの同じ位置をしたとき時刻ｋとｋ＋１の間で実際には欠陥がないのに輝度が大きく異なるため画像が変わるといったことがない。図．３は照明系を拡大化したものであり、Ｗ軸とＮ軸の成す面に対して面対称であり、かつその面に対し垂直な任意の面において同形状となる光源を用いているため、Ｗ軸上においては任意の点で同じ条件となる。ＣＣＤ受光素子の任意の点ＣとＣ'に入る光は、ＤとＤ'における回折格子が同一であれば、光源元はＷ軸に平行なＥとＥ'の位置となる。ＥとＥ'は、ＤＥとＤ'Ｅ'の距離は同一であるため、照明ムラがなければ全く同一光量が得られることになる。したがって、時刻ｋの画像がｋ＋１のときにＤからＤ'に移動してしまったとしても画像は全くかわらない。よっ
て画像を取り込んだ後に一連の画像処理をした際、擬似欠陥等の発生もなくなるといえる。
【００２７】
請求項２記載の照明方法により、光源に光量が多少のバラツキを持っていたとしても拡散板を被写体との間に挟むため被写体へは均一でムラのない照明が当たるため光量のバラツキが無くなり、安定した画像を撮像することができる。
【００２８】
請求項３記載のホログラムの撮像方法により、そのままの撮像だと、ホログラム表面法線方向を除くホログラム表面側全方向から検査光を検査面に照射すると、ホログラム表面法線方向以外に回折する光も入ってくるため、テレセントリックレンズを用いることにより、ホログラム表面法線方向成分のみを抽出することができ、より検査に適した画像を撮像することが可能となる。
【００２９】
請求項４記載のホログラムの欠陥検査方法により、基準画像を必要としない検査方式のため、基準画像を選出または作成する必要がない。したがって、不良を含んだ基準画像を選んでしまう恐れ、品種によって基準画像の選出、作り直しといった手間も省けるという効果を奏する。
【００３０】
請求項５記載のホログラムの欠陥検査装置により、安定したホログラム欠陥検査を行うことができ、品質保証するための装置として運用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図２は、ホログラムの欠陥を検出するための照明方法であり、ホログラムの表面に対する法線方向を除く実質的な表面側全方向から検査光を照射する検査光用光源である。５はＣＣＤラインカメラで６がテレセントリックレンズ、８が細長の蛍光灯を扇形に積み上げたもので７の反射板で固定する。７の反射板により光量の損失を抑える。蛍光灯の光をムラのない均一な照明にするために蛍光灯の前面部に形状に合わせた９の拡散板を通して光を照射させる。ここで７，８，９はホログラム検査幅に対し十分長いものとする。１０は回転ドラムで、つや消しの黒色をしており照明からの光の反射を抑え、またθ方向に回転することで１１のフィルムはＦ軸方向へ流れていく。Ｗ軸はフィルム幅方向の軸である。Ｎはホログラム検査表面に対しての法線軸であり、ＣＣＤラインカメラを、Ｎ軸にカメラ撮像軸を、ＣＣＤ受光素子がＷに対し平行になるように設置、固定する。ＣＣＤラインカメラでホログラム表面の画像を１２の幅を露光時間Ｔの間取り込み検査する。ここでρ、φはそれぞれＮに対してのローリング角、ピッチ角である。面ＨはＷ軸に対称に設置する両照明の幅である。
【００３２】
仮にＮからＯに向かって光を照射させたとすると、回折格子によって光は回折し、たとえばＰ点に回折光が進む。したがって逆にＰ点から光をＯに入射させると光はＯで回折しＮ軸上の方向に進む。つまり、任意の回折格子に対し、Ｎ軸方向を除く表面全方向から点Ｏに向かって光を照射させると、必ずＮ軸方向への回折光を捉えることができる。したがって、あらゆる方向からホログラムを検査するためには、図２に示す照明方法を用い、Ｎ軸方向を除く表面全方向からの回折光を抽出することで画像化が実現できる。
【００３３】
ただし、捉える回折光の範囲は、Ｎ軸回転方向であるローリング方向では
０＜ρ＜π，π＜ρ＜２π              ・・・（１）
であり、ピッチ角φは、
０＜φ＜π／２，２／π＜φ＜π        ・・・（２）
の範囲となり（１）かつ（２）の範囲の回折光を捉えることができる。したがってＷ軸とＮ軸の成す面の方向からの光は捉えられないが、Ｈを小さくすることで十分効果のある安定した画像が得られる。
【００３４】
また、光源の内側に光源の形と同形の拡散板を貼ることにより、ムラのない安定した照明を供給でき、カメラ焦点軸上の任意の点で比較したとき同じ照明光を得ることが可能となる。したがって、Ｗ軸上の任意の点においても検査画像は変わらないので、Ｗ軸方向の列ごとに画像の輝度が異なることやホログラム画像内での輝度ムラがなくなる。ここで拡散板を間に挟むため光量が小さくなるが、反射板を蛍光灯の後部に置くことで改善できる。
【００３５】
このような、Ｗ軸とＮ軸の成す面に対し面対称となり、かつその面に対し垂直な任意の面で同形状である円筒の４分割した照明を用いて検査領域に光を当てると、回折格子によりＮ軸上に回折する光が見つけられる。Ｎ軸上に回折した光を抽出するためにテレセントリックレンズを通しＮ軸と平行な光のみがＣＣＤラインカメラの受光素子に入射される。
【００３６】
前述したように、受光素子間で同じ特性が得られるため、被写体であるホログラムフィルムが横ブレ等を起こしても撮像したホログラム撮像間による違いは生じない。このことから、ｎ＋１回目の撮像する際、ｎ回目の撮像画像に対しフィルムが幅方向に横ズレしても、任意の番号ｍのホログラムは完全に同じ画像を撮像することができる。
【００３７】
得られた画像データを、画像処理ボードを介しまたは直接計算処理部に取り込み、画像処理を行う。さらに、計算処理部に取り込んだ画像データから欠陥検出を行う際、以下のような処理することで、基準画像を用いることなく欠陥検出することが可能となる。
【００３８】
ここで、前提として、クリーンルームのようなある程度欠陥が発生しにくい環境下において生産されるとする。したがって、以下に記すホログラム上の同一位置に同一サイズの欠陥が発生する確率は十分に低いと考えられる。一度に取り込むホログラムの数、すなわち１フレーム中のホログラム列をｍall、その取り込み画像内のホログラム列を順に１，２，３、・・・、ｍ、・・・、ｍallとすると、３≦ｍall≦ｍmax、効率を考えると、ｍallはｍmaxの約数に設定することを推奨する。ここでｍmaxは版に刻まれているホログラムの数である。
【００３９】
図４は、ｍall＝４のときの例である。画像１において、Ｍ（ｍ）：１≦ｍ≦ｍallがフィルム流れ方向に並んでおりであり、
ｍ′＝ｍｍｏｄｍall＋１
となる配列を置換したＭ（ｍ′）：１≦ｍ′≦ｍallなる画像２を作成する。
ここでＡｍｏｄＢはＡをＢで割ったあまりとする。
【００４０】
このように、画像１内のホログラムを１列ずつずらしメモリ上に新たに画像２を作成し、画像１と画像２のホログラム領域同士を比較する。両画像の差分画像を画像３とし、これをＳ（ｍ）とすると、Ｓ（ｍ）は以下の式により求められる。画像１が検査画像、画像２がマスク画像であるため、
差分画像Ｓ（ｍ）＝ＦＩＸ（検査画像（ｍ）−マスク画像（ｍ））
となる。
ここで、Ａ≧ＢのときＦＩＸ（Ａ−Ｂ）＝Ａ−Ｂ、Ａ＜ＢのときＦＩＸ（Ａ−Ｂ）＝０である。
【００４１】
マスク画像はたとえば以下のように作る。
【００４２】
マスク画像（１）＝検査画像（ｍall）
ｍ≧２のとき、
マスク画像（ｍ）＝検査画像（ｍ−１）
とすれば良い。
【００４３】
ここで、Ｓ＝０であれば、画像１と画像２の間に違いが見られなかったということであり、画像３は真黒になるため欠陥が無いと判断できる。しかし、Ｓ（ｍ）≠０であれば、画像３のように差分画像にエンボス不良や傷、ピンホール抜けといった欠陥形状が現れることになる。ｌ列目に欠陥があったとすると、Ｓ（ｌ）とＳ（ｌ＋１）  の画像の同じ箇所に欠陥が抽出される。ただし、ｌ＝ｍallの場合はＳ（ｍall）とＳ（１）に同じ模様が現れる。すなわち、差分画像Ｓ（ｌ）とＳ（ｌ＋１）に同じ模様が現れたとき、ｌ列目のホログラムに欠陥があるといえる。またＳ（ｍall）とＳ（１）に同じ模様が現れたとき、Ｓ（ｍall）列目のホログラムに欠陥があることになる。
【００４４】
図４の例では、差分画像である画像３内の２と３列目すなわちＳ（２）Ｓ（３）に同じ模様が現れるので、２列目のホログラムＭ（２）に欠陥があることになる。この画像を、２値化、ラベリング、欠陥サイズ判定処理等を行うことで欠陥検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】円筒形照明の場合の欠点を説明するための説明図である。
【図２】ホログラム表面から垂直な法線方向を除く表面側全域から検査光を照射し、ＮとＦの成す面と平行な任意の面において同形状の照明を説明するための説明図である。
【図３】ＮとＦの成す面と平行な任意の面において同形状の照明円筒形照明を用いた場合の欠点改善を説明するための説明図である。
【図４】基準画像を用いずに検査する方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・カメラ受光素子
２・・・照明
３・・・ホログラムフィルム
４・・・検査領域
５・・・ＣＣＤラインカメラ
６・・・テレセントリックレンズ
７・・・反射板
８・・・蛍光灯
９・・・拡散板
１０・・・検査用回転ドラム
１１・・・ホログラムフィルム
１２・・・レジマーク
１３・・・ホログラム部
１４・・・欠陥
【図１】
2006105844.tif 000003
【図２】
2006105844.tif 000004
【図３】
2006105844.tif 000005
【図４】
2006105844.tif 000006