(57)【要約】      （修正有）【課題】シート状物に存在する欠点の有無を感度ムラ無く検査できる検査装置を提供する。【解決手段】検査装置は、連続的に搬送されるシート状物１に対して光を照射する光照射手段３と、シート状物を透過または反射する光を結像させる結像手段５と、結像手段からの光を強度に応じた電気信号に変換する光電手段６と、結像手段を、この結像手段を透過した光が光電手段上で結像する合焦位置または光電手段から外れたところで結像する非合焦位置に移動させる焦点変更手段７と、結像手段が非合焦位置にあるときに、光電手段により変換された電気信号から補正パラメータを計算して取得する補正パラメータ取得手段８と、結像手段が合焦位置にあるときに、光電手段により変換された電気信号を補正パラメータに基づいて補正する信号補正手段９と、信号補正手段により補正された電気信号からシート状物に存在する欠点を検出するデータ処理手段１０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に搬送されるシート状物に光を照射する光照射手段と、
前記シート状物を透過または反射する光が投影される被投影手段と、
前記被投影手段を透過または反射した光を結像させる結像手段と、
前記結像手段からの光を強度に応じた電気信号に変換する光電手段と、
前記結像手段を、この結像手段を透過した光が前記光電手段上で結像する合焦位置または前記光電手段から外れたところで結像する非合焦位置に移動させる焦点変更手段と、
前記結像手段が前記非合焦位置にあるときに、前記光電手段により変換された電気信号から補正パラメータを計算して取得する補正パラメータ取得手段と、
前記結像手段が前記合焦位置にあるときに、前記光電手段により変換された電気信号を前記補正パラメータに基づいて補正する信号補正手段と、
前記信号補正手段により補正された電気信号から前記シート状物に存在する欠点を検出するデータ処理手段と、
を備えた、シート状物の検査装置。
【請求項２】
前記光照射手段が点光源、または、長手方向が前記シート状物の搬送方向と同じ方向となるように配置された線光源である、請求項１のシート状物の検査装置。
【請求項３】
連続的に搬送されるシート状物に光を照射し、前記シート状物を透過した透過光または前記シート状物の表面で反射した反射光の投影像を撮像して得られた画像から、前記シート状物に存在する欠点を検出するシート状物の検査方法において、
前記投影像の焦点が合っていないときに撮像された画像を基にして補正パラメータを求め、
前記投影像の焦点が合っているときに撮像された画像を前記補正パラメータで補正し、この補正された画像から前記シート状物に存在する欠点を検出する、シート状物の検査方法。
【請求項４】
前記シート状物に照射される光が、前記シート状物から離れた位置にある一点より広がる光、または、前記シート状物の搬送方向と同じ方向に延びる線状の光である、請求項３のシート状物の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状物の表面の凹凸を精度良く検査するシート状物の検査装置、およびシート状物の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルムのような光透過性を有するシート状物は、各種産業用途に広く使用されている。その用途が多様化するにつれて、フィルムに要求される品質はますます厳しくなっている。例えば、フィルムを、液晶偏光板、位相差板等の液晶ディスプレイ構成部材、タッチパネル用部材、合わせガラス用部材等の各種光学用フィルムとして用いる場合には、シート状物に対して優れた透明性およびフィルム表面品位が要求される。
【０００３】
シート状物に存在する欠点の有無を検査することを目的として、連続的に搬送されるシート状物に対して光照射手段から光を照射し、シート状物からの透過光または反射光を被投影手段により透過または反射し、結像手段により光をカメラに内蔵する光電手段近傍に結像させ、光電手段により変換した電気信号からデータ処理手段によりシート状物の表面の凹凸、キズ、異物などを検出する方法が用いられている。
【０００４】
しかし、電気信号は検査視野内感度ムラを含んでいるため、検査視野内で均一な感度が得られない。検査視野内感度ムラは、時変性輝度ムラと時不変性輝度ムラとの積に外乱ムラが重畳することで生じる。各ムラについて説明する。時不変性感度ムラは、シート状物が幅広になると、一般的には検査視野角度が大きくなるため、検査領域端部ほど照明光の光エネルギーの減衰、結像手段で生じる収差が大きくなり発生するムラである。時変性感度ムラは、照射手段の劣化や不具合等を原因として光量が変化することで発生するムラである。外乱ムラは天井灯や計器ランプなどからの光が被投影手段に映りこむことで発生するムラである。
【０００５】
つまり、検査視野内で均一な感度を取得するためには、取得した電気信号（元信号）から時不変性輝度ムラ、時変性輝度ムラ、外乱ムラを除去する必要がある。従来、外乱ムラの除去は、電気信号の地合成分から外乱ムラを算出し、電気信号から差分する方法が広く用いられる。時変性輝度ムラ、時不変性輝度ムラの除去はそれぞれの輝度ムラを含む信号を補正パラメータとして取得し、電気信号から補正パラメータを除算する方法が広く用いられる。また、一般的に、時変性輝度ムラと外乱ムラの除去はカメラ外部にあるデータ処理手段で実施される。時不変性輝度ムラにおいてもデータ処理手段で実施されることが多いが、カメラに内蔵する信号補正手段にて除去が実施できる場合、データ処理手段の処理回路に余裕ができるため、多様な回路設計が可能となる。
【０００６】
次に、時不変性輝度ムラを除去するための補正パラメータについて説明する。シート状物を設置した状態で取得した電気信号そのものを補正パラメータとする場合、シート状物に発生している、欠点や欠点規格を満たさない微細な凹凸に起因する高周波信号の影響を受けて局所的に感度が不均一となってしまう。つまり、高周波信号を含まない補正パラメータの取得が必要となる。
【０００７】
補正パラメータの取得方法の一つに、シート状物を設置しない構成で取得した電気信号を補正パラメータとする方法がある。シート状物を設置しないため、シート状物表面の微細な凹凸などに起因する高周波信号が被投影手段に投影されず、シート状物の状態にかかわらず一定の補正パラメータを取得することができる。
【０００８】
別の補正パラメータの作成方法が特許文献１に開示されている。特許文献1に記載の方法は、シート状物を設置した状態で取得した電気信号をデータ処理手段にて移動平均処理やＦＦＴ演算などの演算処理により高周波成分を除去し、これを補正パラメータとする。データ処理手段を構成する回路の設計によって所望の電気信号が得られる。
【０００９】
一方、補正パラメータの取得を必要とせず検査できる方法が特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の方法は、光電手段に到達する光の強度が幅方向で一様となるよう、複数の光照射手段を用いて、各光照射手段の出力強度を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−２５１９８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−００７９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した方法では、次のような問題がある。シート状物を設置しないで取得した電気信号を補正パラメータとする方法の場合、補正パラメータを取得しようとするたびにシート状物を一旦取り除く必要があり、作業者の負担が大きくなる。また、補正パラメータ取得後に検査するためにシート状物を設置すると、幅方向でシート状物への照明光の入射角度が変化することに起因して、照射された光のシート状物における透過率もしくは反射率が小さくなり感度ムラが生じる。そのため、この感度ムラを除去する補正処理をデータ処理手段にて別途実装する必要が生じるが、外乱ムラとの分離が困難となり、幅方向で均一な感度の検査が実施できない。
【００１２】
特許文献１に記載の方法は、凹凸に由来する高周波信号が原因で時不変性輝度ムラの除去を信号補正手段で実施できない。つまり、時不変性輝度ムラ、時変性輝度ムラの両輝度ムラの除去をデータ処理手段で実施する必要があるため、２つの除算処理回路を実装可能なデータ処理手段を選定しなければならず、設備費が高価となることが危惧される。
【００１３】
特許文献２に記載の方法は、光照射手段が複数あることで被投影手段に投影される欠点の数がシート状物に発生している欠点数と光照射手段の設置数の積となり、同一欠点か否かを判別することが困難となる。また、複数の光照射手段が必要となるため、設備費が高価となる。
【００１４】
本発明の目的は、従来技術の上記課題を解決し、検査視野内で均一な感度が得られる信号補正手法を用いたシート状物の検査装置、及びシート状物の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】
【００１５】
上記課題を解決する本発明のシート状物の検査装置は、
連続的に搬送されるシート状物に光を照射する光照射手段と、
前記シート状物を透過または反射する光が投影される被投影手段と、
前記被投影手段を透過または反射した光を結像させる結像手段と、
前記結像手段からの光を強度に応じた電気信号に変換する光電手段と、
前記結像手段を、この結像手段を透過した光が前記光電手段上で結像する合焦位置または前記光電手段から外れたところで結像する非合焦位置に移動させる焦点変更手段と、
前記結像手段が前記非合焦位置にあるときに、前記光線手段により変換された電気信号から補正パラメータを計算して取得する補正パラメータ取得手段と、
前記結像手段が前記合焦位置にあるときに、前記光電手段により変換された電気信号を前記補正パラメータに基づいて補正する信号補正手段と、
前記信号補正手段により補正された電気信号から前記シート状物に存在する欠点を検出するデータ処理手段と、を備える。
【００１６】
また、本発明のシート状物の検査装置は、前記光照射手段が点光源、または、長手方向が前記シート状物の搬送方向と同じ方向となるように配置された線光源であることが好ましい。
【００１７】
上記課題を解決する本発明のシート状物の検査方法は、
連続的に搬送されるシート状物に光を照射し、前記シート状物を透過した透過光または前記シート状物の表面で反射した反射光の投影像を撮像して得られた画像から、前記シート状物に存在する欠点を検出するシート状物の検査方法において、
前記投影像の焦点が合っていないときに撮像された画像を基にして補正パラメータを求め、
前記投影像の焦点が合っているときに撮像された画像を前記補正パラメータで補正し、
この補正された画像から前記シート状物に存在する欠点を検出する。
【００１８】
本発明のシート状物の検査方法は、前記シート状物に照射される光が、前記シート状物から離れた位置にある一点より広がる光、または、前記シート状物の搬送方向と同じ方向に延びる線状の光であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シート状物に存在する欠点の有無を感度ムラ無く検査するシート状物の検査装置、およびシート状物の検査方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である光照射手段に点光源を用いた検査装置構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態である光照射手段に線光源を用いた検査装置構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の原理を示す図であって、合焦状態における図である。
【図４】図４は、本発明の原理を示す図であって、非合焦状態における図である。
【図５】図５は、本発明の検査開始から終了までのフロー図である。
【図６】図６は、非合焦状態にあるときの電気信号の一例である。
【図７】図７は、画像補正を実施しておらず、かつ合焦状態にあるときの電気信号の一例である。
【図８】図８は、画像補正を実施したときの電気信号の一例である。
【図９】図９は、図８の電気信号に対して２値化処理により強凹凸信号を検出するために設定した閾値の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[検査装置]
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１を参照する。図１は、本発明の一実施形態におけるシート状物の検査装置の構成を示す斜視図である。連続的に搬送されるシート状物１は、シート状物１の搬送方向（Ｙ方向）であるシート搬送方向に一定の速度で走行している。このシート状物１にはシート搬送方向に延びるスジ状の欠点２が発生している。このシート状物１の表面に向かって点光源の光照射手段３から光が照射され、シート状物１を透過した光を被投影手段４に投影する。被投影手段４で反射した光は結像手段５に入射し、結像手段５により光が結像される。焦点変更手段７によって結像手段５の位置は光軸方向に任意に調整できる。結像手段５を透過した光は光電手段６に入射し、光は電気信号に変換される。電気信号は、補正パラメータに基づいて信号補正手段９で補正される。補正パラメータの詳細は後述する。信号補正手段９によって補正された補正信号は、データ処理手段１０に画像データとして入力する。その画像データに対して、データ処理手段１０にて予め決められたプログラムにより画像処理を実行することでシート状物１に存在する欠点２を検出する。なお、以下の説明においては、検査装置が設置されている位置において、搬送されるシート状物１の表面（または後述する走行面）がＸＹ平面に対して平行となっているものとする。
【００２２】
図２を参照する。図２は、本発明の別の実施形態におけるシート状物の検査装置の構成を示す斜視図である。図２の検査装置は、光照射手段３’が線光源であること以外は、図１の検査装置と同じ構成である。なお、線光源である光照射手段３’は、長手方向がシート搬送方向と同じ方向となるように配置されている。
【００２３】
なお、図１および図２の構成の検査装置では、光電手段６は被投影手段４を反射した光を撮像しているが、検査装置を構成する各構成部材および構成機器の設置スペースが限られており、光照射手段３、シート状物２、被投影手段４、焦点変更手段７を同一直線状に設置したい場合など、検査装置を構成する各構成部材および構成機器の設置構成に応じて被投影手段４を透過した光を撮像する構成としてもよい。
【００２４】
以下、検査装置を構成する各構成部材および構成機器をその作用とともに詳細に説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
[シート状物]
シート状物１は、フィルムなどのシートもしくは板状の物体である。ただし、シート状物からの透過光を用いて検査する場合は、透明または半透明である必要がある。
【００２６】
[欠点]
欠点２は、シート状物に発生する凹凸状の形状のものである。欠点２としては、スジやキズなどのシート状物の表面に存在するもの、あるいは内部異物などのシート状物の内部に存在するものがある。
【００２７】
[光照射手段]
光照射手段３は、シート状物１に対して光を照射する光源である。本発明においては特に光源の手段を限定はしないが、点光源または一方向に延びる線光源であることが好ましい。
【００２８】
ここで、シート搬送方向に延びるスジ状の欠点２を検出するために、光照射手段３として線光源を用いた場合の好ましい設置条件およびその効果について説明する。図２に、光照射手段３に線光源を用いたシート状物の検査装置の斜視図を示す。線光源の構成としては、点光源である光ファイバを線状に配列したものが好適に用いられるが、これに限らず光源にスリットを設け照射面が線状となるようにしたものなどを用いてもよい。
【００２９】
光照射手段３に面光源を用いた場合や、線光源をその長手方向とがシート搬送方向をに平行とはならないように設置しないした場合、スジ状の欠点２の被投影手段４上の投影像は全体的にぼやけることになる。また、一般的に、点光源は距離の２乗に反比例して光エネルギーが減衰するが、線光源は距離に反比例して光のエネルギーが減衰する。さらに、線光源は、点光源を線状に配列したものであるか、点光源を線状に配列したものと同等であるため、個々の点光源の光エネルギーを積分したものが、線光源の光エネルギーとなる。したがって、線光源は点光源よりも光量を確保することができ、広幅のシート状物を検査する際に、光照射手段とシート状物の距離を大きくとることが必要となった場合でも、検出感度を低下させずに検査することができる。
【００３０】
[被投影手段]
被投影手段４は、そこに照射された光を投影像として視覚的に捕らえられるように表示する。被投影手段４としては、被投影手段を透過した投影像を撮像する場合、プロジェクタの映像を映し出すスクリーンが好適に用いられるが、厚手で無い布生地や半透明フィルムなどを用いてもよい。被投影手段を反射した投影像を撮像する場合、ロジェクタの映像を映し出すスクリーンが好適に用いられるが、紙や半透明フィルムや不透明フィルムなどを用いてもよい。
【００３１】
[結像手段]
結像手段５は、そこに入射した光を屈折または反射させて任意の位置に結像する。結像手段５としては、光学レンズが好適に用いられるが、ミラーなどを用いてもよい。
【００３２】
[光電手段]
光電手段６は、そこに入射した光を電気信号に変換する。受光手段６としては、受光素子が１次元に配置されたラインセンサカメラが好適に用いられるが、これに限らず受光素子が２次元に配置されたエリアセンサカメラや光電子増倍管などを用いてもよい。
【００３３】
[焦点変更手段]
焦点変更手段７は、結像手段５を光軸方向の任意の位置に移動する。焦点変更手段７としては、フォーカスリングが好適に用いられる。焦点変更手段７による結像手段５の移動は、自動であっても手動であっても、どちらでもよい。
【００３４】
図３、４を参照する。図３、図４は、焦点変更手段７により結像手段５の位置を変化させたことで集光位置を変化させた状態を示している。図３は、被投影手段４で透過または反射して結像手段５を通った光が、光電手段６の受光素子の位置で結像するように、結像手段５の位置を調整した状態を示す図である（以下、この状態を合焦状態とする）。図４は、被投影手段４で透過または反射して結像手段５を通った光が、光電手段６の受光素子の位置とは外れた位置で結像するように、結像手段５の位置を調整した状態を示す図である（以下、この状態を非合焦状態とする）。
【００３５】
[補正パラメータ取得手段]
補正パラメータ取得手段８は、非合焦状態において光電手段６で取得した電気信号を補正パラメータ（以下、補正パラメータ１１とする）として格納し、任意のタイミングで信号補正手段９に伝達する。補正パラメータ取得手段８としては、一般的な検査用カメラが備えているシェーディング補正回路の格納領域が好適に用いられるが、それ以外を用いてもよい。
【００３６】
[信号補正手段]
信号補正手段９は、合焦状態における電気信号（以下、元信号１２とする）の画素ごとのばらつきを補正パラメータ１１に基づいて補正し、補正後の信号（以下、補正後信号１３とする）として出力する。信号補正手段９としては、一般的な検査用カメラが備えているシェーディング補正回路の補正領域が好適に用いられるが、それ以外を用いてもよい。補正方法は元信号１２を補正パラメータ１１で除算することが好ましい。補正後信号１３は、補正パラメータを除算して得る場合、補正パラメータ１１をＤ（ｘ）、元信号１２をＦ（ｘ）、補正後信号１３をＨ（ｘ）として下記（１）式によって得られる。
・  Ｈ（ｘ）＝Ｆ（ｘ）／Ｄ（ｘ）×Ｃ  …（１）。
【００３７】
Ｃは、地合の電気信号強度を決定するための定数値である。欠点信号によるオーバーフロー及びアンダーフローを防ぐため、地合の電気信号強度は信号値の範囲の中央であることが好ましい。つまり、電気信号強度が整数値であり、かつ量子化ビットがｎ、つまり階調数が２ｎで表示されるとき、好ましいＣの値はＣ＝２ｎ−１によって得られる。もしくは、検査機が出力する電気信号の表示形式に浮動小数点を用いている場合、Ｃは不要である。
【００３８】
[データ処理手段]
データ処理手段１０は、補正後信号１３にデータ処理を行って、補正後信号１３に欠点が存在するかどうかを判定する。データ処理手段１０としては、画像処理ボードが好適に用いられる。データ処理方法は、除算処理や差分処理などによる時変性輝度ムラと外乱ムラの補正後、２値化処理により欠点か否かを判別することが好ましいが、それ以外を用いてもよい。
【００３９】
[検査方法]
次に、本発明の検査装置を用いた検査方法について、シート状物１に弱凹凸１４と強凹凸１５が発生している場合を例として、検査開始から検査終了までの工程の一例について図５から図９を用いて説明する。このとき、時変性輝度ムラと外乱ムラは発生していないものとする。
【００４０】
図５を参照する。図５は、検査開始から検査終了までの一連の処理を示すフロー図である。以下、フロー図に沿って各処理Ｓ００１〜Ｓ００９を詳細に説明する。
【００４１】
[Ｓ００１]
検査を開始すると先ず、検査対象品種の補正パラメータ１１を保持しているかどうかを確認する。補正パラメータ１１の取得は、初めて検査する品種の場合は検査前か検査開始直後に実施する必要があるが、以前に検査したことのある品種である場合（その品種用の補正パラメータ１１を保持している場合）は必ずしも必要としない。補正パラメータ１１を保持していなければ、次に処理Ｓ００２へ進み、補正パラメータ１１を保持していれば、処理Ｓ００２および処理Ｓ００３を飛ばして処理Ｓ００４へ進む。
【００４２】
[Ｓ００２]
補正パラメータ１１を取得する準備として、焦点変更手段７により結像手段５を非合焦状態となる位置に移動させる。移動後に処理Ｓ００３へ進む。
【００４３】
[Ｓ００３]
光照射手段１から照射され、シート状物１、被投影手段４、結像手段５を介して光電手段６に入射した光を、光電手段６で電気信号に変換し、補正パラメータ１１として格納する。非合焦状態にて取得した補正パラメータ１１の信号波形の一例を図７に示す。補正パラメータ１１を取得すれば処理Ｓ００４へ進む。
【００４４】
[Ｓ００４]
検査に備えて、焦点変更手段７により結像手段５を合焦状態となる位置に移動させる。移動後に処理Ｓ００５へ進む。
【００４５】
[Ｓ００５]
光照射手段１から照射され、シート状物１、被投影手段４、結像手段６を介して光電手段６に入射した光を、光電手段６で電気信号に変換し、元信号１２として格納する。合焦状態にて取得した元信号１２の信号波形の一例を図６に示す。元信号１２は、シート状物１の凹凸に起因する高周波信号と時不変性輝度ムラとを掛け合わせた信号波形となる。一方、処理Ｓ００３で取得した補正パラメータ１１の信号波形（図７を参照）は、非合焦状態によるピントボケによりシート状物１の凹凸に起因する高周波信号は除去され、時不変性輝度ムラだけが観測される。元信号１２を取得すれば処理Ｓ００６へ進む。
【００４６】
[Ｓ００６]
信号補正手段９により、元信号１２を補正パラメータ１１により補正し、補正後信号１３を得る。補正後信号１３の電気信号波形の一例を図８に示す。補正後信号１３は時不変性輝度ムラが除去され、シート状物１の凹凸に起因する高周波成分のみが観測される。補正後信号１３を取得すれば処理００７へ進む。
【００４７】
[Ｓ００７、Ｓ００８]
補正後信号１３はデータ処理手段１０により画像データに入力され（Ｓ００７）、あらかじめ設定されたプログラムにより欠点検出処理が実施される（Ｓ００８）。補正後信号１３の信号波形に対して、強凹凸１５を検出するために設定した閾値１６の一例を図９に示す。この例の場合、強凹凸１５のみを欠点として検出できる閾値１６が設定できている。欠点検査処理が終了すれば処理Ｓ００９へ進む。
【００４８】
[Ｓ００９]
検査に必要な画像を全て取得されたかどうかを判定する。必要な画像が全て取得されていなければ、処理Ｓ００５へ戻って検査を続ける。必要な画像が全て取得されていれば検査を終了する。
【符号の説明】
【００４９】
１：シート状物
２：欠点
３、３’：光照射手段
４：被投影手段
５：結像手段
６：光電手段
７：焦点変更手段
８：補正パラメータ取得手段
９：信号補正手段
１０：データ処理手段
１１：補正パラメータ
１２：元信号
１３：補正後信号
１４：弱凹凸
１５：強凹凸
１６：強凹凸１５を２値化にて検出するための閾値
【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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