(57)【要約】  方法は、表面の選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成することと、前記サンプル領域を透過し、又はそこから反射した光をレンズアレイを使って集光して、焦点スポットのサンプルアレイを形成することと、前記焦点スポットのサンプルアレイを結像レンズを通してセンサ上に結像することと、前記焦点スポットのサンプルアレイの画像を焦点スポットの基準アレイと比較して、前記サンプル領域内の不均一性のレベルを判定することと、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成することと、
前記サンプル領域を透過した、又はそこから反射した光をレンズアレイを使って集光して、焦点スポットのサンプルアレイを形成することと、
前記焦点スポットのサンプルアレイを結像レンズを通してセンサ上に結像することと、
前記焦点スポットのサンプルアレイの画像を焦点スポットの基準アレイと比較して、前記サンプル領域内の不均一性のレベルを判定することと、を含む方法。
【請求項２】
光源が、レーザを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
単一光源の出力ビームが、少なくとも１つのビーム拡大レンズにより拡大され、前記２次元問い合わせビームが形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記２次元問い合わせビームが、複数の光源により形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記センサが、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記結像レンズが、（１）単一エレメントレンズ、又は（２）複数のエレメントレンズの組み合わせを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記比較工程が、前記センサの内部のプロセッサにより実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記比較工程が、前記センサから遠隔のプロセッサにより実行される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記サンプルが、移動するウェブ状の材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記比較工程が、前記サンプルアレイにおける前記焦点スポットの次の特徴：Ｘ−Ｙ平面の変位、サイズ、及び強度の少なくとも１つと、前記基準アレイの前記焦点スポットの前記特徴とを比較する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記比較工程が、前記基準アレイの前記焦点スポットの位置に対する、前記サンプルアレイにおける前記焦点スポットのＸ−Ｙ平面の変位を比較する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
集光した前記光は、前記サンプル領域を透過したものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
表面の選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成する少なくとも１つの光源と、
前記表面の前記サンプル領域を透過するか、又はそこから反射した光を捕捉して、焦点スポットのサンプルアレイを形成する小型レンズアレイと、
前記小型レンズアレイにより形成された前記焦点スポットのサンプルアレイをセンサ上に結像する結像レンズと、
焦点スポットの基準アレイに対する、前記焦点スポットのサンプルアレイの特徴における（１）前記サンプルアレイにおける焦点スポットのＸ−Ｙ平面における変位、（２）前記サンプルアレイにおける焦点スポットのサイズ、及び（３）前記サンプルアレイにおける焦点スポットの強度、のうち少なくとも１つの変量を判定するプロセッサであって、前記変量が、前記サンプル領域の不均一性のレベルを表す、プロセッサと、を備える装置。
【請求項１４】
前記プロセッサが、前記焦点スポットの前記基準アレイに対する、前記サンプルアレイにおける前記焦点スポットの変位を判定する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源と前記表面との間にビーム拡大レンズを更に備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
複数の光源が、前記問い合わせビームを形成する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記光源がレーザである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記撮像レンズが、（１）単一エレメントレンズ、又は（２）複数のエレメントレンズの組み合わせを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記センサが、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラを備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記センサの内部にある、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
前記プロセッサが、前記センサから遠隔にある、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
前記小型レンズアレイが、前記サンプル領域を透過した光を捕捉する、請求項１３に記載の装置。
【請求項２３】
材料の表面の選択されたサンプル領域内の歪みを監視するシステムであって、
前記表面の前記選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成する光源と、
前記表面の前記サンプル領域を透過したか、又はそこから反射した光を捕捉し、焦点スポットのサンプルアレイを形成する小型レンズアレイと、
前記焦点スポットのサンプルアレイをセンサ上に結像する結像レンズと、
焦点スポットの基準アレイに対する、前記サンプルアレイの前記焦点スポットのＸ−Ｙ平面の変位、サイズ、強度のうち少なくとも１つを測定して、前記サンプル領域の不均一性のレベルを判定するプロセッサと、を備えるシステム。
【請求項２４】
前記プロセッサが、前記基準アレイに対する、前記サンプルアレイの各焦点スポットのＸ−Ｙ方向における変位を測定する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記小型レンズアレイが、前記サンプル領域の前記表面を透過した光を捕捉する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記材料の前記表面が、非定常状態である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記光源がレーザであり、前記システムが、前記レーザと前記表面との間にビーム拡大レンズを更に備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２８】
前記結像レンズが、（１）単一エレメントレンズ、又は（２）複数のエレメントレンズの組み合わせを備える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プロセッサが、前記センサから遠隔にある、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３０】
非定常状態の可撓性材料のウェブの表面に近接して光源を配置することであって、前記光源が前記表面の選択されたサンプル領域に２次元問い合わせビームを形成する、ことと、
前記サンプル領域を透過した光を小型レンズアレイに集光することであって、前記小型レンズアレイが、焦点スポットの対応するサンプルアレイを形成する、ことと、
結像レンズを通して前記焦点スポットのサンプルアレイをカメラのセンサ上に結像することと、
前記センサ上の画像を処理して、焦点スポットの基準アレイに対する、前記サンプルアレイにおける各焦点スポットのＸ−Ｙ方向の変位を測定し、前記焦点スポットの測定した変位に基づいて、前記サンプル領域の不均一性を算出することと、を備える方法。
【請求項３１】
前記結像レンズが、（１）単一エレメントレンズ、又は（２）複数のエレメントレンズの組み合わせを備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記焦点スポットのサンプルアレイの前記画像が、前記カメラの内部のプロセッサにより処理される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記焦点スポットのサンプルアレイの前記画像が、前記カメラから遠隔にあるプロセッサにより処理される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
ウェブ材料を製造する際に、前記ウェブ材料をリアルタイムで検査し、前記ウェブ材料の表面の選択されたサンプル領域の歪みレベルを算出する方法であって、
非定常状態の可撓性材料のウェブの表面に近接して光源を配置することであって、前記光源が少なくとも１つのレーザ及びビーム拡大レンズを備え、前記光源が前記表面の選択されたサンプル領域に２次元問い合わせビームを形成する、ことと、
前記サンプル領域を透過したか、又はそこから反射した光を小型レンズアレイに集光することであって、前記小型レンズアレイが、焦点スポットの対応するサンプルアレイを形成する、ことと、
結像レンズを通して前記焦点スポットのサンプルアレイをカメラのセンサ上に結像することと、
前記センサ上の画像を処理して、焦点スポットの基準アレイに対する、前記サンプルアレイの各焦点スポットのＸ−Ｙ方向における変位を測定し、前記測定した変位に基づいて、前記サンプル領域の不均一性のレベルを算出することと、を含む方法。
【請求項３５】
前記結像レンズが、（１）単一のエレメントレンズ、（２）複数のエレメントレンズの組み合わせを備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記画像が、前記ＣＣＤカメラから遠隔にあるプロセッサにより処理される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
ユーザにユーザインターフェースを提示して、算出した不均一性のレベルを出力することを更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記出力に応答して、製造した前記ウェブ材料用のプロセス制御パラメータを更新することを更に備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
ウェブ材料をリアルタイムで検査するためのオンライン型コンピュータ化検査システムであって、
前記表面の前記選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成する光源と、
前記表面の前記サンプル領域を透過した光を捕捉して焦点スポットのサンプルアレイを形成する小型レンズアレイと、
前記焦点スポットのサンプルアレイをセンサ上に結像する結像レンズと、
焦点スポットの基準アレイに対する、焦点スポットの前記サンプルアレイの特徴における測定した変量に基づいて、前記サンプル領域の不均一性のレベルを判定するソフトウェアを実行するコンピュータと、を備えるシステム。
【請求項４０】
ウェブ検査モデルを記憶するメモリを更に備え、前記コンピュータが、前記サンプル領域の不均一性を前記モデルと比較して前記ウェブ材料の不均一性欠陥の重大度を算出するソフトウェアを実行する、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記欠陥の重大度をユーザに出力するユーザインターフェースを更に備える、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
コンピュータプロセッサに、
ウェブ材料の製造中にウェブ材料の表面上の１つ以上のサンプル領域の焦点スポットの測定したサンプルアレイの画像を、オンライン型コンピュータ化検査システムを用いて、受信させ、
前記焦点スポットのサンプルアレイの前記画像を焦点スポットの基準アレイと比較させ、
前記サンプルアレイの前記焦点スポットと前記基準アレイの前記焦点スポットとの間の選択された特徴における変量に基づいて、前記ウェブ材料の不均一性の欠陥の度大度を計算させるソフトウェア命令を備える、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６１／５７８，１７４号の利益を主張するものであり、その開示は、全面的に参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、移動するウェブ状の材料の検査のためのコンピュータ化システムなどの材料検査システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
理想的な条件下では、生産ラインは、完全に均一でありかつ変動性のない製品を製造できるはずである。しかし、現実世界での製造においては、プロセス変数及び材料の配合の誤りにより不均一性が生じる場合がある。例えば、ウェブ状のポリマ材料のシートがコンピュータ又は携帯装置のディスプレイに使用される場合、製造中に発生する歪み又はうねりの欠陥のためにその製品の顧客に対して視覚的悪影響を強く及ぼす場合がある。
【０００４】
製品が製造プロセスを経る際、製品の品質をモニタするために撮像に基づいた検査システムが使用されている。本検査システムでは、例えばＣＣＤカメラのようなセンサを使用して、製品材料の選択された一部のデジタル画像を撮像する。本検査システムのプロセッサは、材料のサンプルの撮像デジタル画像を素早く評価するためにアルゴリズムを用いて、該サンプル又は該サンプルの選択領域が欠陥がなく顧客に販売可能かどうかを判別する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本検査システムは、製造された材料の単一領域に各欠陥が局在化される「点」欠陥を特定することができる。しかし、ウェブ状の材料は、大きな不均一性の領域を含み、そのような欠陥の例として、まだら、びびり、しま、筋、歪みなどが発生する場合がある。これらの分散し非局在化された欠陥は、局在化された点欠陥よりも、コンピュータ化検査システムにとって検出及び測定が更に困難である場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様において、本開示は、表面の選択されたサンプル領域に２次元問い合わせビームを形成することを含む方法に関する。レンズアレイを使ってサンプル領域を透過した、又はそこから反射した光は、焦点スポットのサンプルアレイを形成する。焦点スポットのサンプルアレイは、結像レンズを通して、センサ上に結像される。該結像レンズは、単一要素レンズ又は複数の要素レンズの組み合わせでもよいが、以下では、簡便に、「結像レンズ」と称す。焦点スポットのサンプルアレイの画像は、焦点スポットの基準アレイと比較され、サンプル領域での不均一性のレベルが判定される。
【０００７】
他の態様では、本開示は、表面の選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成する少なくとも１つの光源と、表面のサンプル領域を透過した、又はそこから反射した光を捕捉して、焦点スポットのサンプルアレイを形成する小型レンズアレイと、小型レンズアレイにより形成された焦点スポットのサンプルアレイをセンサ上に結像する結像レンズと、焦点スポットの基準アレイに対する、（１）サンプルアレイにおける焦点スポットのＸ−Ｙ平面における変位、（２）サンプルアレイにおける焦点スポットのサイズ、及び（３）サンプルアレイにおける焦点スポットの強度、のうち少なくとも１つの変量を判定するプロセッサであって、その変量が、サンプル領域における不均一性のレベルを表す、プロセッサと、を備える装置を対象とする。
【０００８】
他の態様では、本開示は、材料の表面上の選択されたサンプル領域内の歪みを観察するためのシステムに関する。本システムは、前記表面の前記選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせビームを形成する光源と、表面のサンプル領域を透過した、又はそこから反射しれた光を捕捉して、焦点スポットのサンプルアレイを形成するする小型レンズアレイと、焦点スポットのサンプルアレイをセンサ上に結像する結像レンズと、焦点スポットにおける基準アレイに対する、サンプルアレイにおける焦点スポットのＸ−Ｙ平面における変位、サンプルアレイにおける焦点スポットのサイズ、サンプルアレイにおける焦点スポットの強度のうち少なくとも１つを測定し、サンプル領域の不均一性度を判定するプロセッサと、を備える。
【０００９】
その他の態様では、本開示は、非定常状態の可撓性材料のウェブの表面に近接する光源を配置することを含み、光源が表面の選択されたサンプル領域上に、２次元問い合わせビームを形成する方法を対象とする。サンプル領域を透過した光は、小型レンズアレイに集光され、小型レンズアレイは、焦点スポットの対応するサンプルアレイを形成する。焦点スポットのサンプルアレイは、結像レンズを通して、カメラのセンサ上に結像される。センサ上の画像を処理して、焦点スポットの基準アレイに対する、サンプルアレイの各焦点スポットのＸ−Ｙ方向における変位を測定し、焦点スポットの測定した変位に基づいて、サンプル領域の不均一性を算出する。
【００１０】
その他の態様では、本開示は、ウェブ材料を製造する際に、ウェブ材料をリアルタイムで検査し、ウェブ材料の表面の選択されたサンプル領域の歪みレベルを算出する方法を対象とする。前記方法は、非定常状態の可撓性材料のウェブの表面に近接する光源を配置させることを含み、光源は表面の選択されたサンプル領域に２次元問い合わせビームを形成すること。サンプル領域を透過した光は、小型レンズアレイによって集光され、小型レンズアレイは、焦点スポットの対応するサンプルアレイを形成する。焦点スポットのサンプルアレイは結像レンズを通してカメラのセンサ上に結像されて、センサ上の画像が処理されて、焦点スポットの基準アレイに対する、サンプルアレイの各焦点スポットのＸ−Ｙ方向における変位を測定する。サンプル領域の不均一性度は、その後、測定された変位に基づいて、算出される。
【００１１】
その他の態様では、本開示は、ウェブ材料をリアルタイムで検査するためのオンライン型コンピュータ化検査システムを対象とする。前記システムは、表面の選択されたサンプル領域上に２次元問い合わせ画像を形成する光源と、表面のサンプル領域を透過した光を捕捉して焦点スポットのサンプルアレイを形成する小型レンズアレイと、焦点スポットのサンプルアレイをセンサ上に結像する結像レンズと、焦点スポットの基準アレイに対する、サンプルアレイの各焦点スポットの、測定した変量に基づいて、サンプル領域の不均一性のレベルを判定するソフトウェアを実行するコンピュータと、を備える。
【００１２】
その他の態様では、本開示は、コンピュータプロセッサに、ウェブ材料の製造中にウェブ材料の表面の１つ以上のサンプル領域の焦点スポットの測定したサンプルアレイの画像を、オンライン型のコンピュータ化検査システムを用いて、受信させ、焦点スポットのサンプルアレイの画像を焦点スポットの基準アレイと比較させ、サンプルアレイにおける焦点スポットと基準アレイの焦点スポットとの間の変量に基づいて、ウェブ材料の不均一性の欠陥の重大度を計算させるソフトウェア命令を備える、非一時的なコンピュータ可読媒体を対象とする。
【００１３】
本発明の１以上の実施形態の詳細を添付の図面及び以下の説明文に記載する。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】材料の表面の点欠陥を測定するために使用される方法及び装置を示す概要図である。
【図１Ｂ】材料の表面の点欠陥を測定するために使用される方法及び装置を示す概要図である。
【図２】表面のサンプル領域の不均一性を測定するセンサの実施形態を示す概要図である。
【図３】材料のサンプル領域の不均一性のレベルを測定する方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図４】代表的なウェブ製造工場での検査システムの例示的実施形態の基本ブロック図である。
【図５】実施例に使用される焦点スポットの基準アレイの画像である。
【図６】実施例に使用される焦点スポットのサンプルアレイの画像である。
【図７】図６の画像データの表面等高線図である。
【００１５】
図面中の同様の符号は、同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
製造された材料の欠陥を測定するために使用することができる１つの方法を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａを参照すると、例えば、レーザのような光源１０は、問い合わせ光ビーム１２を参考サンプル材料１６の基準表面１４上に投影する。基準表面１４は、実質的に平面であり、歪み、しま、筋のような不均一性の欠陥はない。サンプル材料１６を透過した光ビーム１８は、フーリエ変換レンズ２０を通り、センサ２２上に結像される。ビーム１８は、センサ２２上に基準焦点スポット２４を形成するが、これは光源１０、レンズ２０、基準表面１４の角度的整合状態の特徴である。例えば、Ｘ−Ｙ面のスポットの位置など基準焦点スポット２４の選択された特徴は、コンピュータのメモリに記憶される（図１Ａでは非表示）。
【００１７】
図１Ｂを参照すると、光源３０は、サンプル材料３６の表面３４上に問い合わせ光ビーム３２を投影する。表面３４は、例えば、歪み、しま、筋などの不均一性の欠陥を少なくとも１つは有する。サンプル材料３６を透過した光ビーム３８は、フーリエ変換レンズ４０を通り、センサ４２上に投影される。ビーム３８は、センサ４２上に焦点スポット４４を形成するが、これは、サンプル材料３６の表面３４の特徴である。
【００１８】
センサ４２上の焦点スポット４４の選択された特徴とメモリに記憶された基準スポット２４の特徴とを比較することにより、表面３４の不均一性の欠陥が焦点スポット４４において測定可能となるだろう。例えば、表面３４のある不均一性の欠陥により光ビーム３８の角度偏差θが生じ、焦点スポット２４と４４との中心間に対応する線形偏差ｘが生じる。
【００１９】
図１Ａ及び図１Ｂに示す方法と装置によって、サンプル材料の表面の特徴の１点測定のみが可能である。材料表面の広大なサンプル領域に跨る不均一性の欠陥を測定するために、レーザビームをサンプル領域の選択領域にわたってスキャンさせることができるが、時間がかかり材料が製造されている間のサンプル領域の表面特徴を素早くリアルタイムで評価することは難しい。
【００２０】
図２を参照すると、表面不均一性を測定するためのシステム及び装置１００は、問い合わせ光ビーム１０４を放射する少なくとも１つの光源１０２を有する。好適な光源１０２は、分析対象の表面の種類により大きく変わるが、レーザのような明確な波面を有する光源が特に好ましく、好適なレーザの例として、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ダイオードレーザなどを挙げることができる。
【００２１】
問い合わせ光ビーム１０４は、サンプル材料１１２の表面１１０上の選択されたサンプル領域１０８全体に行きわたるようにビームを更に広角化する光学レンズシステム１０６を通過する。複数の問い合わせ光ビーム１０４を光源１０２として使用する場合、レンズシステム１０６は、サンプル領域１０８全体に行きわたるようにビームを十分広角化する必要は必ずしもない。
【００２２】
例えば、本明細書に記載の分析方法及び装置は、サンプル材料１１２のウェブ状ロールの表面を検査することに特に適しているが、これに限定されない。一般に、ウェブロールは、１方向（クロスウェブ方向）における固定寸法と、その直交方向（ダウンウェブ方向）における既定又は不確定の長さとを有する任意のシート状の材料になリ得る製造ウェブ材料を含んでもよい。該システム１００を使用して効果的に分析されるウェブ材料の例として、表面１１０が光源１０２から放射する光に対してそれほど分散しない透過型又は反射型のサンプル材料１１２が挙げられるが、これらに限定されない。その例として、金属、紙、織布、不織布、ガラス、ポリマーフィルム、フレキシブル回路、又はその組み合わせを挙げることができる。金属には、鋼又はアルミニウムなどの材料を挙げることができる。織布材は、一般的に、様々な織物を含む。不織布には、紙、濾材又は絶縁材料などの材料が挙げられる。フィルムは、例えば、積層体及びコーティングされたフィルムを含む無色（clear）かつ不透明なポリマーフィルムを含む。
【００２３】
表面１１０は、例えば、サンプル材料１１２の広い領域にわたるまだら、びびり、しま、筋、歪み（図２には非表示）などの不均一性を含む。光源１０２とレンズシステム１０６とを選択すれば、特定の表面分析用途に適切なサイズを有するサンプル領域１０８を得ることができる。
【００２４】
２次元光ビーム１１４は、サンプル材料１１２の表面１１０を透過及び／又は反射し、その後、レンズ１２０のアレイに入射する。直線形状又は２次元であるレンズアレイ１２０は、適当な数の、透過又は反射した光ビーム１１４の少なくとも一部を捕捉するためのレンズ要素１２２（本明細書では、「小型レンズ」と称す）を含む。レンズアレイ１２０は、適当なサイズ及び形状であってもよいが、レンズアレイ１２０のサイズ及び形状は、レンズアレイ１２０の小型レンズ１２２の全てが透過光ビーム１１４によって満たされるように選択されることが好ましい。複数の透過光ビーム１１４を光源１０２として使用する場合、レンズシステム１０６（もしあれば）からの角度発散とサンプル材料１１２に起因する角度偏差の量との組み合わせが、複数の透過光ビームに、単一の小型レンズに入射させない、又は小型レンズ間の領域に入射させないように、レンズアレイ１２０の小型レンズを配置することが好ましい。複数のレンズアレイ１２０は、任意で、透過光ビーム１１４のサイズに合うように、互いに隣接して配置されてもよい。
【００２５】
各小型レンズ１２２は、焦点スポット１５０を生成するために選択された湾曲面を有し、レンズアレイ１２０により生成された焦点スポット１５２の２次元アレイは、表面１１０のサンプル領域１０８の形体の典型例である。図２に示す実施形態では、焦点スポット１５２のアレイが結像レンズシステム１３０により、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラ１３４を含む適当なセンサシステム１３２上に結像される。
【００２６】
センサシステム１３２は、カメラ１３４の内部に、外部に、又は遠隔にあるプロセッサ１３６を含む。プロセッサ１３６は、メモリに記憶された焦点スポット１５４の基準アレイを含む。焦点スポット１５４の基準アレイは、不均一性の欠陥を実質的に備えない参考サンプル材料１１２の装置１００を使用した事前分析の結果から、又は理想的なサンプル材料の挙動の論理的モデルに基づいて算出さてもよい。
【００２７】
サンプル領域１０８のどの部分であっても不均一性の欠陥があると、サンプル材料１１２のその部分を透過した光に変化をもたらし、該光は、小型レンズアレイ１２０の下層小型レンズ１２２によって集光される。例えば、サンプル領域１０８の不均一性の欠陥により、問い合わせ光ビームの角度変位、角度発散、透過性の変化が生じる。これらの変化は結果的に、焦点スポットの基準アレイに対して、（１）Ｘ−Ｙ平面における焦点スポットの位置、（２）焦点スポットのサイズ、又は（３）焦点スポットの強度の少なくとも１つの変化を生じさせる。
【００２８】
図２に示す実施形態では、問い合わせビーム１１４の偏向角がサンプル領域１０８の下にある小型レンズ１２２の少なくともいくつかにより検出され、これにより、プロセッサ１３６のメモリに記憶された焦点スポット１５４の基準アレイと比較したときに、アレイ１５２の焦点スポット１５０間にＸ、Ｙ方向の少なくとも１つの方向に、対応する変位が生ずる。プロセッサ１３６は、任意の好適なアルゴリズムを使用して２次元アレイ１５２の各焦点スポット１５０のＸ−Ｙ平面の位置と、基準焦点スポットアレイの対応する基準焦点スポット１５４の位置とを比較する。レンズアレイ１２０の各小型レンズ１２２により生成される焦点スポット１５０と焦点スポット１５４との重心領域の線形変位は、サンプル領域１０８の対応する重なり領域における不均一性の欠陥の重大度に比例する。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂに示す点測定装置と比較して、図２の装置は、複数の点を同時に測定して、大きなサンプル領域１０８にわたる不均一性の迅速な２次元マッピングを可能にさせる。焦点スポット１５０のアレイの２次元マップは、２方向（例えば、ウェブ材料では、クロス及びダウンウェブ方向）におけるサンプル不均一性の真実の表現である。更に、焦点スポット１５０の２次元アレイの焦点スポット１５４の基準アレイからの変位は、プロセッサ１３６のアルゴリズムを使用すれば、比較的、処理しやすく、理解も簡単である。
【００３０】
装置１００の感度は、主に、以下の２つの要因：１）レンズアレイ１２０の小型レンズ１２２の焦点距離（小型レンズ１２２の焦点距離が長ければ、感度も高くなる）、及び２）センサシステム１３２の解像度と焦点スポット１５０と焦点スポット１５４との間の重心移動を追跡するために使用されるプロセッサ１３６における撮像処理用アルゴリズムにより決定される。例えば、スポットの重心がカメラ１３４のセンサに対して、１画素以上の範囲にわたって広がれば、プロセッサ１３６は、該スポット中にある画素の強度の重心を計算する。システムの角度範囲は、その後、アレイ内の隣接する小型レンズに対応する画素領域に着弾する前に画素がどれだけ残るかにより決定される。
【００３１】
装置１００では、円柱レンズのアレイ又はレンチキュラレンズを使ってレンズアレイの代用としてもよく、ラインスキャンカメラを使って、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラの代用としてもよい。しかし、この代替の実施形態は、１方向（例えば、ウェブを横切る方向）の不均一性測定の場合だけ許される。
【００３２】
図３は、材料のサンプル領域の不均一性のレベルを判定するための、図２の装置を動作させる方法３００を示すフローチャートである。工程３０２では、少なくとも１つの光源の出力ビームにより、２次元問い合わせビームが表面の選択されたサンプル領域に形成される。工程３０４、工程３０６では、サンプル領域を透過し又は同領域から反射された光が、レンズアレイにより集光され、焦点スポットの対応するサンプルアレイを形成する。工程３０８では、焦点スポットのサンプルアレイをＣＣＤカメラのようなセンサ上に結像させる。工程３１０では、センサ上のサンプルアレイの画像を処理して、基準焦点スポットアレイに対する、選択された焦点スポットの特徴の選択された変量を判別する。焦点スポットの特徴における測定可能な変量の例は、スポット箇所、スポットサイズ、スポット強度の差異が挙げられるが、これらに限定されない。工程３１２では、該変量を使ってサンプル領域の不均一性を評価及び／又は特徴付ける。
【００３３】
いくつかの実施形態では、図２の装置を１つ以上の検査システムにおいて使用して製造中のウェブ材料を検査する。製品に組み込むための個々のシートに転換する準備が整った完成品ウェブロールを生産するために、加工途中のウェブロールは、１つのウェブ製造工場、又は複数の製造工場内の複数の加工ライン上での処理を経る。各処理では、ウェブロールが、ウェブがそこから製造プロセスに送り出されるソースロールとして使用される。各処理の後、ウェブは、一般的に、ウェブロールに再度収集され、別の製造ラインに移動されるか、別の製造工場に出荷される。そしてロールからばらされ、処理を経て、再度、ロールに収集される。この処理を完成品ウェブロールが最終的に製造されるまで繰り返される。多くの用途のために、各ウェブロールのウェブ材料は、１つ以上のウェブ製造工場での１つ以上の製造ラインで、数多くのコーティングを施されてもよい。コーティングは、一般的には、最初の製造プロセスの場合は、ベースとなるウェブ材料の、又は後続の製造プロセスの場合は、事前に施されたコーティングの露出表面に対して施される。コーティングの例として、接着剤、ハードコート、低接着性裏面コーティング、金属化コーティング、減光コーティング、導電性若しくは非導電性コーティング、又はこれらの組合せが挙げられる。
【００３４】
図４に示す検査システム４００の例示的な実施形態では、ウェブ４２６のサンプル領域が２つのサポートローラ４２３、４２５の間に位置する。検査システム４００は、サンプル領域４２６からロール及び位置情報を収集するための基準指標読取部４０２を制御する基準指標コントロール４０１を含む。更に、基準指標コントロール４０１は、ウェブ４２６の選択されたサンプル領域及び／又はサポートローラ４２３、４２５と噛合する１つ以上の高精度なエンコーダから位置信号を受信してもよい。位置信号に基づいて、基準指標コントロール４０１が、検出された各基準指標用の位置情報を判別する。基準指標コントロール４０１は、ロール及び位置情報をウェブ４２４の表面の形体の寸法に関する検出データと関連付けるため、分析用コンピュータ４２９に伝える。
【００３５】
システム４００は、レーザ光源４５０とビーム拡大レンズシステム４５２とを各々が有する、１つ以上の光学撮像システム４１２Ａ〜４１２Ｎを更に備える。光学システム４１２が、ウェブを処理する際に連続的に移動するウェブ状の材料４２６の表面４２４に近接して位置し、連続的に移動するウェブ４２６の一連のサンプル領域をスキャンし、デジタル画像データを得る。
【００３６】
光学システム４１２は、光ビームをビーム拡大レンズシステム４５２に投影することにより、ウェブ表面４２４のサンプル領域４２６上に問い合わせビーム４１３を発生させる。ウェブ４２６のサンプル領域を透過した光４１５は、レンズアレイ４５４により集光される。レンズアレイ４５４は、結像レンズシステム４５６により集光されセンサシステム４５８上に結像される、焦点スポットのサンプルアレイを発生する。
【００３７】
画像データ取得用コンピュータ４２７は、センサシステム４５８から画像データを収集し、同画像データを分析用コンピュータ４２９に転送する。分析用コンピュータ４２９は、画像取得用コンピュータ４２７から画像データのストリームを処理し、１つ以上のアルゴリズムを使ってデジタル画像を分析し、焦点スポットのサンプルアレイとメモリに記憶された焦点スポットの基準アレイと比較する。コンピュータは、サンプルアレイの各焦点スポットと基準アレイの対応する焦点スポットとの変量を評価し、ウェブ材料４２６のサンプル領域の不均一性のレベルを算出する。分析用コンピュータ４２９は、適切なユーザインターフェースに結果を表示してもよく、及び／又はデータベース４３１に結果を記憶してもよい。
【００３８】
図４に示す検査システム４００は、ウェブ表面４２４の不均一性の欠陥の存在を検出するためのアルゴリズムを適用するために、ウェブ製造工場内で使用してもよい。検査システム４００は、ウェブを製造する際に、リアルタイムでの各欠陥の重大度を示す出力データを提供することもできる。例えば、コンピュータ化検査システムは、不均一性の有無及びその重大度に関して、ウェブ製造工場内で、プロセスエンジニアのようなユーザに対してリアルタイムでのフィードバックを提供してもよく、その結果、ユーザは、製造を大幅に遅延させたり使用できない材料を大量に生産したりすることなく、問題に対処するための処理条件を調整することにより、材料の特定のバッチ又は一連のバッチに急に出現する不均一性に対して、素早く対応できるようになる。コンピュータ化検査システム４００は、アルゴリズムを適用して、不均一性についての格付けラベル（例えば、「良い」又は「悪い」）を最終的に割り当てることによって、又は連続スケール又は更に正確に標本化されたスケールで、特定のサンプルの不均一性の重大度の測定を生成することによって重大度レベルを計算することができる。
【００３９】
分析用コンピュータ４２９は、不均一性の等級付け、ウェブ４２６用のロール識別情報を含む、ウェブ４２６のサンプル領域用のその他の情報、及び、可能であれば、測定された形体ごとの位置情報を、データベース４３１内に、記憶してもよい。例えば、分析用コンピュータ４２９は、基準指標コントロール４０１により生成された位置データを使って、加工ラインの座標系内の不均一性の各測定領域の空間的位置又は画像領域を判定してもよい。つまり、基準指標コントロール４０１からの位置データに基づいて、分析用コンピュータ４２９は、現在の加工ラインにより使用される座標系内の不均一性の領域ごとの、ｘ、ｙ、もし可能であればｚ位置又は範囲を判定する。例えば、座標系は、寸法ｘがウェブ４２６を横切る距離を示し、寸法ｙがウェブの長さに沿う距離を示し、寸法ｚがウェブの高さを示すように定義されるが、これらは、コーティング回数、材料、又はウェブに事前に適用された他の層に基づいていてもよい。更に、ｘ、ｙ、ｚ座標系の原点は、加工ライン内のある物理的な位置で定義されてもよく、一般的には、ウェブ４２６の初期送り出し配置に関連付けられる。
【００４０】
データベース４３１は、データストレージファイル又は１つ以上のデータベースサーバで実行される１つ以上のデータベース管理システム（ＤＢＭＳ）を含む、多数の異なるいずれかの形態により実施される。データベース管理システムは、例えば、リレーショナル（ＲＤＢＭＳ）、階層型（ＨＤＢＭＳ）、多次元（ＭＤＢＭＳ）、オブジェクト（ＯＤＢＭＳ若しくはＯＯＤＢＭＳ）又はオブジェクト・リレーショナル（ＯＲＤＢＭＳ）データベース管理システムであってもよい。１つの例として、データベース４３１は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｒｅｄｍｏｎｄ，ＷＡからＳＱＬ  Ｓｅｒｖｅｒの商品名で販売されているリレーショナルデータベースとして実施される。
【００４１】
加工が終了すれば、分析用コンピュータ４２９は、データベース４３１に収集されたデータを、ネットワーク４３９を介して、変換制御システム４４０に対して送信してもよい。例えば、分析用コンピュータ４２９は、ロール情報と、形体寸法及び／又は異常情報と、形体ごとの各サブ画像とを、後続するオフラインの詳細分析のために、変換制御システム４４０に伝達してもよい。例えば、形体寸法情報は、データベース４３１と変換制御システム４４０との間のデータベースの同期を介して伝達してもよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、変換制御システム４４０は、分析用コンピュータ４２９に代わって、各異常が欠陥を起こすであろう生産物を判定してもよい。一旦完成品ウェブロール用のデータがデータベース４３１に収集されれば、該データは、シート変換現場に伝達されられてもよく、及び／又はウェブロール上の異常にマークを付けるために使用されてもよいが、その際は、取り外し可能又は洗浄可能なマークを使ってウェブの表面に直接マークを付ける、又はウェブ上の異常にマークを付ける前又はその最中にウェブに付与できるカバーシート上に直接マークを付ける。
【００４３】
分析用コンピュータ４２９の構成要素は、少なくとも部分的に、１つ以上のハードウエアマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はその他の同等な集積又はディスクリート論理回路及びそのような構成要素の組み合わせを含む、分析用コンピュータ４２９の１つ以上のプロセッサにより実行されるソフトウェア命令として実施されてもよい。このソフトウェア命令は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、カセット、磁気媒体、光媒体、又は他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体など、非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されてよい。
【００４４】
製造工場内に配置される例という目的で表示されているに過ぎないが、分析用コンピュータ４２９は、例えば、工場全体のセントラルロケーション又はシート変換現場など製造工場の外に配置されてもよい。例えば、分析用コンピュータ４２９は、変換制御システム４４０内で運用されてよい。別の例では、上述の構成要素は、単一の計算プラットフォームで実行し、同一のソフトウェアシステムに統合されてよい。
【００４５】
本開示の主題は、以下の非制限的な実施例を参照して、説明される。
【実施例】
【００４６】
図２の装置を用意し、レーザ１０２により放射されたビーム１０４をレンズシステム１０６により拡張し、約２．２５平方インチ（１４．５ｃｍ２）の面積をカバーした。約４平方インチ（２５．８ｃｍ２）の面積を有する小型レンズアレイ１２０がサンプル材料１１２のサンプル領域１０８を通って透過した光を捕捉して、焦点スポット１５２のサンプルアレイが結像レンズシステム１３０を介してＣＣＤカメラ１３４に対して結像した。
【００４７】
図５は、焦点スポット１５４の基準アレイの画像を示し、図６は、材料の不均一なサンプルが拡張したレーザビームと小型レンズアレイ１２０との間に配置されたとき形成される焦点スポット１５０の移動後のサンプルアレイを示す。図６に記載された数値は、焦点スポット１５４の基準アレイの画像に対する、焦点スポット１５０のサンプルアレイの画像のＸとＹの変位である。
【００４８】
図７は、図６に示すデータから算出したウェブの歪み振幅の表面等高線図である。ウェブ傾斜方向などの他の情報も入手できる。
【００４９】
本発明の様々な実施形態について説明してきた。これらの実施例及び他の実施形態は以下の特許請求の範囲に含まれるものである。
【図１Ａ】
2015503110.tif 000003
【図１Ｂ】
2015503110.tif 000004
【図２】
2015503110.tif 000005
【図３】
2015503110.tif 000006
【図４】
2015503110.tif 000007
【図５】
2015503110.tif 000008
【図６】
2015503110.tif 000009
【図７】
2015503110.tif 000010
【国際調査報告】
2015503110.tif 000011
2015503110.tif 000012