(57)【要約】  【課題】フィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を光学的に検出するに際し、被検査対象物から得られた撮像画像が含む輝度ムラによる誤検出の発生を低減でき、また被検査対象物に見込まれる欠陥の凹凸状態による撮像画像に現れる光学的影響が大きくなるよな表面凹凸の検査方法および検査装置を提供すること。  【解決手段】表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出するに際し、上記各要素の位置関係等を所定の関係式を満たすように構成する。【選択図】  図３（ａ）
2005337857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出方法であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφとするときに、
前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式１を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式２を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
【数１】
2005337857.tif 000035
【数２】
2005337857.tif 000036
ここで、Ψminは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式３で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、ΨmaxはΨ0のとりうる最大値である。
【数３】
2005337857.tif 000037
【請求項２】
前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式４を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンとして幅paの明部および幅pbの暗部を有するものを用い、その代表幅pcが次の式５を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とする請求項１に記載の表面凹凸の検査方法。
【数４】
2005337857.tif 000038
【数５】
2005337857.tif 000039
ここで、|i|minは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式６で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは|i|0のとりうる最大値である。また、代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方である。
【数６】
2005337857.tif 000040
【請求項３】
表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出方法であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφ、想定される筋状凹凸の前記被検査表面Sに対する傾きをα、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0と前記被検査表面Sとの交線CL1に対する、前記想定される筋状凹凸の長手方向の傾きをβ、とするときに、
前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式７を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式８を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
【数７】
2005337857.tif 000041
【数８】
2005337857.tif 000042
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式９で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
【数９】
2005337857.tif 000043
【請求項４】
前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式１０を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンとして幅paの明部および幅pbの暗部を有するものを用い、その代表幅pcが次の式１１を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とする請求項３に記載の表面凹凸の検査方法。
【数１０】
2005337857.tif 000044
【数１１】
2005337857.tif 000045
ここで、|i|minは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式１２で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
【数１２】
2005337857.tif 000046
【請求項５】
前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、撮像手段として被検査表面Sからの反射光に基づいて二次元の画像を撮像するものを用い、得られた画像の撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の検査方法。
【請求項６】
前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、得られた二次元画像に対し、ストライプ長手方向に微分処理を施すことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の検査方法。
【請求項７】
前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、撮像手段として被検査表面Sからの反射光に基づいて一次元の画像を撮像するものを用い、所定時間毎に得られた前記一次元画像を配列することによって得られた二次元画像の撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の検査方法。
【請求項８】
得られた画像のストライプパターンの明暗周期乱れより凹凸部分信号を検出することを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
【請求項９】
得られた画像のストライプパターンと所定のマスタ画像との比較演算を実施することで凹凸部分信号を検出することを特徴とする請求項５または７に記載の検査方法。
【請求項１０】
被検査表面Sに投影された明暗パターンを撮像して得られる画像のパターン形状歪みから被検査表面S上の凹凸を検出する検査方法であって、前記明暗パターンを発光面内の各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段で前記被検査表面Sに投影することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
【請求項１１】
被検査表面Sに投影された明暗パターンを撮像して得られる画像のパターン形状歪みから被検査表面Sの凹凸を検出する検査方法であって、被検査対象物がロール状で回転運動を行い、時間が経つに連れて被検査表面Sとロールの回転中心軸との距離が変化し、および／またはロールの回転中心軸が移動するものであり、被検査表面Sとロールの回転中心軸の距離変化および／またはロールの回転中心軸の移動にともなう撮像画像のボケを補正することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
【請求項１２】
撮像手段の露光時間を、露光中の被検査表面Sの回転移動が0.25〜2.5mmとなるように設定することを特徴とする請求項１１に記載の検査方法。
【請求項１３】
表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slと、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像する撮像手段とを備えた、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出装置であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφとするときに、
前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式１３を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式１４を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とする表面凹凸の検査装置。
【数１３】
2005337857.tif 000047
【数１４】
2005337857.tif 000048
ここで、Ψminは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式１５で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、ΨmaxはΨ0のとりうる最大値である。
【数１５】
2005337857.tif 000049
【請求項１４】
前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式１６を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンは幅paの明部および幅pbの暗部を有するものであり、その代表幅pcが次の式１７を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とする請求項１３に記載の表面凹凸の検査装置。
【数１６】
2005337857.tif 000050
【数１７】
2005337857.tif 000051
ここで、|i|minは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式１８で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
【数１８】
2005337857.tif 000052
【請求項１５】
表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slと、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像する撮像手段とを備えた、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出装置であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφ、想定される筋状凹凸の前記被検査表面Sに対する傾きをα、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0と前記被検査表面Sとの交線CL1に対する、前記想定される筋状凹凸の長手方向の傾きをβ、とするときに、
前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式１９を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式２０を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とする表面凹凸の検査装置。
【数１９】
2005337857.tif 000053
【数２０】
2005337857.tif 000054
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式２１で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
【数２１】
2005337857.tif 000055
【請求項１６】
前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式２２を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンは幅paの明部および幅pbの暗部を有するものであり、その代表幅pcが次の式２３を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とする請求項１５に記載の表面凹凸の検査装置。
【数２２】
2005337857.tif 000056
【数２３】
2005337857.tif 000057
ここで、|i|minは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式２４で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
【数２４】
2005337857.tif 000058
【請求項１７】
前記周期的明暗パターンはストライプ型パターンであり、撮像手段が二次元に光電変換素子が配置されたエリアセンサカメラであり、その撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定することを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の検査装置。
【請求項１８】
前記周期的明暗パターンはストライプ型パターンであり、撮像手段が一次元に光電変換素子が配置されたラインセンサカメラであり、その撮像分解能が、得られた前記ストライプ型パターンの二次元画像上の見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定されていることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の検査装置。
【請求項１９】
照明手段と明暗パターン光作成手段が、発光面内の各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段で構成されていることを特徴とする表面凹凸の検査装置。
【請求項２０】
照明手段、明暗パターン光作成手段、撮像手段、画像処理手段を備えた検査装置であって、被検査対象物がロール状で、ロール中心軸を回転中心とした回転運動を行うものであり、時間が経つに連れて被検査表面Sとロールの回転中心軸との距離が変化し、および／またはロールの回転中心軸が回転開始前の位置から移動するものであり、被検査表面Sとロールの回転中心軸の距離変化および／またはロールの回転中心軸の移動にともなう撮像画像のボケを補償する機構を備えたことを特徴とする表面凹凸の検査装置。
【請求項２１】
撮像手段の露光時間を1/60〜1/3000secに設定することを特徴とする請求項２０に記載の検査装置。
【請求項２２】
請求項１〜１２のいずれかの検査方法、または請求項１３〜２１のいずれかの検査装置を用いて、透明プラスチックフィルム、または金属薄膜を蒸着したプラスチックフィルムを検査する工程を含むことを特徴とするプラスチックフィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査方法および表面検査装置に関するものである。特に、プラスチックフィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を検査するのに好適な検査方法および検査装置に関するものである。本発明の好ましい形態は、プラスチックフィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被検査対象物上に存在する凹凸欠陥を検査しようとする場合、被検査対象物に光を照射し、その反射光の状態を参照することで凹凸の状態を推測する方法がよく用いられている。具体的には、特許文献１に示されるような、光切断法を応用して凹凸の状態を推測するものや、特許文献２に示されるような、明暗のパターン光が投影された被検査表面を撮像し、得られた画像における明暗エッジ部分の明暗変化の度合いから凹凸の状態を推測するもの、特許文献３に示されるような、明暗のパターン光が投影された被検査表面を撮像し、得られた画像における明暗パターンの歪み状態から凹凸の状態を推測するものが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示される方法の場合、基本的には被検査対象表面での散乱反射光を撮像するために光沢面での高精度な検査は困難となる。また特許文献２に示される方法の場合、検査光を発する光照射手段である光源自体の照射輝度ムラや例えばプラスチックフィルムロールのような透明体の積層部分で発生する光干渉による撮像輝度ムラによって検査精度が低下することがある。また特許文献３に示される方法の場合、被検査対象表面に見込まれる凹凸欠点の長手方向からのみによる明暗パターン光の構成では、得られた撮像画像におけるパターンの歪みを充分に大きくすることができず、欠陥の見逃しが発生する恐れがある。
【０００４】
また更に、特許文献１、特許文献２、特許文献３の全てに共通して、被検査対象物は平面、且つ検査時には光照射手段と撮像手段に対して常に一定の位置関係となるように配置されることが前提となっている。つまり例えば、被検査対象物がその製造工程中で巻き取られ、だんだんと巻き太っていくプラスチックフィルムロールなどの場合には、光照射手段と撮像手段に対する被検査対象表面の位置関係が経時的に変化するため、製品製造中常時での高精度な検査は望めない。
【特許文献１】特開平１１−０２３４８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８１９５号公報
【特許文献３】特開２００２−２０２１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上を鑑みて、本発明の目的は、フィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を光学的に検出するに際し、被検査対象物から得られた撮像画像が含む輝度ムラによる誤検出の発生を低減でき、また被検査対象物に見込まれる欠陥の凹凸状態による撮像画像に現れる光学的影響が大きくなるような表面凹凸の検査方法および検査装置を提供することにある。また更には、光照射手段と撮像手段に対する被検査対象表面の位置関係が経時的に変化する被検査対象物の凹凸欠陥を高精度に検査するための表面凹凸の検査方法および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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の表面凹凸の検査方法および検査装置は下記の構成を有する。
【０００７】
すなわち本発明の検査方法は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出方法であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφとするときに、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式１を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式２を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とするものである。
【０００８】
【数１】
2005337857.tif 000003
【０００９】
【数２】
2005337857.tif 000004
【００１０】
ここで、Ψminは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式３で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、ΨmaxはΨ0のとりうる最大値である。
【００１１】
【数３】
2005337857.tif 000005
【００１２】
また本発明の検査方法は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式４を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンとして幅paの明部および幅pbの暗部を有するものを用い、その代表幅pcが次の式５を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することも好ましい。
【００１３】
【数４】
2005337857.tif 000006
【００１４】
【数５】
2005337857.tif 000007
【００１５】
ここで、|i|minは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式６で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは|i|0のとりうる最大値である。前記幅paおよびpbのうち、大きい方である。
【００１６】
【数６】
2005337857.tif 000008
【００１７】
また本発明の検査方法は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出方法であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφ、想定される筋状凹凸の前記被検査表面Sに対する傾きをα、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0と前記被検査表面Sとの交線CL1に対する、前記想定される筋状凹凸の長手方向の傾きをβ、とするときに、前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式７を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式８を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とするものである。
【００１８】
【数７】
2005337857.tif 000009
【００１９】
【数８】
2005337857.tif 000010
【００２０】
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式９で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
【００２１】
【数９】
2005337857.tif 000011
【００２２】
また本発明の検査方法は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式１０を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンとして幅paの明部および幅pbの暗部を有するものを用い、その代表幅pcが次の式１１を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することも好ましい。
【００２３】
【数１０】
2005337857.tif 000012
【００２４】
【数１１】
2005337857.tif 000013
【００２５】
ここで、|i|minは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式１２で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。前記幅paおよびpbのうち、大きい方である。
【００２６】
【数１２】
2005337857.tif 000014
【００２７】
また本発明の検査方法は、前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、撮像手段として被検査表面Sからの反射光に基づいて二次元の画像を撮像するものを用い、得られた画像の撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定することも好ましい。
【００２８】
また本発明の検査方法は、前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、得られた二次元画像に対し、ストライプ長手方向に微分処理を施すことも好ましい。
【００２９】
また本発明の検査方法は、前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、撮像手段として被検査表面Sからの反射光に基づいて一次元の画像を撮像するものを用い、所定時間毎に得られた前記一次元画像を配列することによって得られた二次元画像の撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定されていることも好ましい。
【００３０】
また本発明の検査方法は、得られた画像のストライプパターンの明暗周期乱れより凹凸部分信号を検出することも好ましい。
【００３１】
また本発明の検査方法は、得られた画像のストライプパターンと所定のマスタ画像との比較演算を実施することで凹凸部分信号を検出することも好ましい。
【００３２】
また本発明の検査方法は、被検査表面Sに投影された明暗パターンを撮像して得られる画像のパターン形状歪みから被検査表面S上の凹凸を検出する検査方法であって、前記明暗パターンを発光面内の各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段で前記被検査表面Sに投影することを特徴とするものである。
【００３３】
また本発明の検査方法は、被検査表面Sに投影された明暗パターンを撮像して得られる画像のパターン形状歪みから被検査表面Sの凹凸を検出する検査方法であって、被検査対象物がロール状で回転運動を行い、時間が経つに連れて被検査表面Sとロールの回転中心軸との距離が変化し、および／またはロールの回転中心軸が移動するものであり、被検査表面Sとロールの回転中心軸の距離変化および／またはロールの回転中心軸の移動にともなう撮像画像のボケを補正することを特徴とするものである。
【００３４】
また本発明の検査方法は、撮像手段の露光時間を、露光中の被検査表面Sの回転移動が0.25〜2.5mmとなるように設定することも好ましい。
【００３５】
また本発明の検査装置は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slと、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像する撮像手段とを備えた、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出装置であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφとするときに、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式１３を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式１４を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とするものである。
【００３６】
【数１３】
2005337857.tif 000015
【００３７】
【数１４】
2005337857.tif 000016
【００３８】
ここで、Ψminは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式１５で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、ΨmaxはΨ0のとりうる最大値である。
【００３９】
【数１５】
2005337857.tif 000017
【００４０】
また本発明の検査装置は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式１６を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンは幅paの明部および幅pbの暗部を有するものであり、その代表幅pcが次の式１７を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることも好ましい。
【００４１】
【数１６】
2005337857.tif 000018
【００４２】
【数１７】
2005337857.tif 000019
【００４３】
ここで、|i|minは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式１８で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
【００４４】
【数１８】
2005337857.tif 000020
【００４５】
また本発明の検査装置は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slと、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像する撮像手段とを備えた、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出装置であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφ、想定される筋状凹凸の前記被検査表面Sに対する傾きをα、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0と前記被検査表面Sとの交線CL1に対する、前記想定される筋状凹凸の長手方向の傾きをβ、とするときに、前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式１９を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式２０を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とするものである。
【００４６】
【数１９】
2005337857.tif 000021
【００４７】
【数２０】
2005337857.tif 000022
【００４８】
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式２１で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
【００４９】
【数２１】
2005337857.tif 000023
【００５０】
また本発明の検査装置は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式２２を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンは幅paの明部および幅pbの暗部を有するものであり、その代表幅pcが次の式２３を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることも好ましい。
【００５１】
【数２２】
2005337857.tif 000024
【００５２】
【数２３】
2005337857.tif 000025
【００５３】
ここで、|i|minは、前記傾きパラメータαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きパラメータβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式２４で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
【００５４】
【数２４】
2005337857.tif 000026
【００５５】
また本発明の検査装置は、前記周期的明暗パターンはストライプ型パターンであり、撮像手段が二次元に光電変換素子が配置されたエリアセンサカメラであり、その撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定することも好ましい。
【００５６】
また本発明の検査装置は、前記周期的明暗パターンはストライプ型パターンであり、撮像手段が一次元に光電変換素子が配置されたラインセンサカメラであり、その撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定されていることも好ましい。
【００５７】
また本発明の検査装置は、照明手段と明暗パターン光作成手段が、発光面内の各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段で構成されていることを特徴とするものである。
【００５８】
また本発明の検査装置は、照明手段、明暗パターン光作成手段、撮像手段、画像処理手段を備えた検査装置であって、被検査対象物がロール状で、ロール中心軸を回転中心とした回転運動を行うものであり、時間が経つに連れて被検査表面Sとロールの回転中心軸との距離が変化し、および／またはロールの回転中心軸が回転開始前の位置から移動するものであり、被検査表面Sとロールの回転中心軸の距離変化および／またはロールの回転中心軸の移動にともなう撮像画像のボケを補償する機構を備えたことを特徴とするものである。
【００５９】
また本発明の検査装置は、撮像手段の露光時間が1/60〜1/3000secに設定することも好ましい。
【００６０】
また本発明の製造方法は、上記したいずれかの検査方法、またはいずれかの検査装置を用いて、透明プラスチックフィルム、または金属薄膜を蒸着したプラスチックフィルムを検査する工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によれば、以下に説明する通り、フィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を光学的に検出するに際し、被検査対象物から得られた撮像画像が含む輝度ムラによる誤検出を低減でき、また被検査対象物に見込まれる欠陥の凹凸状態による撮像画像に現れる光学的影響が大きくなるような表面凹凸の検査方法および検査装置を得ることができる。また更には、光照射手段と撮像手段に対する被検査対象表面の位置関係が経時的に変化する被検査対象物の凹凸欠陥を高精度に検査するための表面凹凸の検査方法および検査装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、本発明の最良の実施形態の例を、平面的に一方向に移動中の透明プラスチックに発生する折れシワを検出する場合と、ロール状に巻き取られる透明プラスチックフィルムロール表面に発生する巻きシワを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。
【００６３】
図１は本発明の基本的な構成を示す概略図である。また図２（ａ）（ｂ）は撮像された明暗パターンの画像であり、このうち、（ａ）は被検査対象表面Sに凹凸欠陥31が存在しない場合、（ｂ）は被検査対象表面Sに凹凸欠陥31が存在する場合の画像である。
【００６４】
明暗パターン光照射手段10と撮像手段20は、被検査対象表面30の法線Zに対する角度がφとなる正反射の関係に配置されている。ここで明暗パターン光照射手段10は二次元的な広がりを有する照明手段11の発光部に光透過部12aと遮光部12bが規則的にストライプ型に配された明暗パターン光作成手段12を設けることにより実現されている。
【００６５】
ここでストライプ型とは、明暗パターンにおける明部と暗部の境界が直線かつ平行で、明部と暗部が順々に繰り返し配置され、明部の幅（以下明ピッチpaと記す場合もある）、暗部の幅（以下暗ピッチpbと記す場合もある）がそれぞれが各繰り返し単位ごとに実質的に同じであり、一つのpaと一つのpbを足しあわせたものがストライプピッチp（以下単にピッチpと記す場合もある）であるものと定義し、ストライプの明暗変化の方向を方向Hv、これに直交する明暗境界線の方向を方向Hhとする。なお説明の都合上、この実施形態においては、明暗パターン光照射手段10の表面を基準表面Slとする。また撮像手段20は汎用のCCDカメラなどに代表される光電変換手段21と集光作用を有するレンズなどの集光手段22により構成されており、そのピントは被検査対象表面30ではなく、基準表面Slに合わされている。よって被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在しない場合には、撮像手段20は歪みのない明暗パターンを撮像することとなり、画像は図２（ａ）のようになる。これに対し被検査対象表面30上の一部に凹凸欠陥31が存在する場合には、凹凸欠陥31が存在する領域では存在しない領域と比較して反射の状態が異なるために、撮像手段20は一部が歪んだ明暗パターンを撮像することとなるため、画像は図２（ｂ）のように歪み部32を有するものとなる。つまり撮像された画像における明暗パターンの歪みを検出することで被検査対象表面30上の凹凸欠陥31を検出することが可能となる。
【００６６】
また、本発明者らの知見によると、照明手段11、撮像手段20、被検査対象表面30の位置関係、明暗パターン光作成手段10に設けられた明暗パターンの形状などの光学系の構成状態と凹凸欠陥31の幾何学的な状態、得られた画像に現れる明暗パターンの歪み32の程度との間には密接な関係がある。このことは、得られた画像に現れる明暗パターンの歪み32の程度から凹凸欠陥31の程度を推測して透明プラスチックフィルムの製品としての良否の判定が行えるということと共に、被検査対象表面30上に見込まれる凹凸欠陥31の幾何学的な特徴をもとに、凹凸欠陥31による撮像画像に現れる光学的影響が最も大きくなるように、言い換えると検出目標となる凹凸欠陥31の状態に対して最も高感度となるように光学系を構成できるということである。
【００６７】
光学系の構成状態と凹凸欠陥31の幾何学的な状態、得られた画像に現れる明暗パターンの歪み32の関係について図３を用いて説明する。図３（ａ）（ｂ）は本発明による光学系部分の幾何学的な状態を示す解析図であり、（ａ）は光学系全体を示す図、（ｂ）は明暗パターン光照射手段10の発光面を正面から観た図である。ここで被検査表面30に対して正反射の関係に配置された明暗パターン光照射手段10と撮像手段20の設置角度をφ、被検査対象表面30上に見込まれる凹凸欠陥31が被検査表面30と成す斜面角度をα、被検査対象表面30の鉛直軸Z（被検査表面30の法線）を中心軸とした凹凸欠陥の回転方向の角度をβ、とする。またストライプ型に構成された明暗パターン光作成手段12面を含む無限大の平面と被検査対象表物30上の被検査対象表面Sとの交線CL3が方向Hhに対して成す角度をθ、明暗パターンの繰り返しのピッチをpとする。また、幾何学的な説明を理解しやすくするため、図３より幾何学的な要素のみを抜き出し、かつ必要な要素を加えて図１１に示す。図１１に示すとおり、鉛直軸Zおよび撮像手段20の視線方向Iを含む平面を平面S0と定義し、前記角度βは平面S0と被検査表面Sとの交線CL1を基準（0°）として反時計回りの方向を正と定める。また平面S0と基準表面Slとの交線CL2を定義する。
【００６８】
図3(a)に戻る。まず被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在しない場合を考える。すると撮像手段20に入射するあるひとつの反射光Lrは被検査対象表面30上の反射点Pr1に入射した入射光Li1が反射点Pr1で反射したものである。この入射光Li1は被検査対象表面30において反射光Lrと正反射の関係にあり、基準表面Sl上の発光点Pi1から発せられた光である。よってこの発光点Pi1は装置の配置構成上、被検査対象表面30の反射点Pr1からみて撮像手段20とは反射点Pr1における鉛直軸Zから設置角度φだけ離れた正反射の位置にある。
【００６９】
同様に撮像手段20には反射光Lrと実質的な向きがおおむね同じで２次元（平面）的な位置の異なる様々な反射光が入射することとなるが、これら全てにおいても上記と同様の反射、発光の関係が成り立つ。すなわち被検査対象表面30があたかも鏡面のように作用し、撮像手段20によっては図２（ａ）のような歪みのない明暗パターン画像が得られる。
【００７０】
これに対し、被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在する場合を考える。すると撮像手段20に入射するあるひとつの反射光Lrは凹凸欠陥31の斜面31a上の反射点Pr2に入射した入射光Li2が反射点Pr2で反射したものである。この入射光Li2は被検査対象表面30においてではなく、斜面31aにおいて反射光Lrと正反射の関係にあり、基準表面Sl上の発光点Pi2から発せられた光である。よってこの発光点Pi2は装置の配置構成上、被検査対象表面.30の反射点Pr1からみて撮像手段20とは反射点Pr1における鉛直軸Zから設置角度φだけ離れた正反射の位置にはない。
【００７１】
同様に撮像手段20には反射光Lrと実質的な向きがおおむね同じで２次元（平面）的な位置の異なる様々な反射光が入射することとなるが、反射点が凹凸欠陥31の斜面上となる反射光については上記と同様の反射、発光の関係が、反射点が凹凸欠陥31の存在しない被検査対象表面30上となる反射光については凹凸欠陥31が存在しない場合の反射、発光の関係が成り立つ。すなわち被検査対象表面30と凹凸欠陥31があたかも凹凸を有する鏡面のように作用し、撮像手段20によっては図２（ｂ）のような歪み32を有する明暗パターン画像が得られる。
【００７２】
ここで図３（ｂ）を参照し、撮像手段20が捉えるある反射光Lrについて考えると、被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在する場合としない場合では、撮像手段20は異なる基準表面Sl上の発光点Pi1、Pi2を撮像することとなる。この現象を幾何学的に、発光点Pi1から発光点Pi2への移動ベクトルiが生じると言うことができる。
【００７３】
想定される凹凸欠陥31について移動ベクトルiを考え、この移動ベクトルiと基準表面の明暗パターンとの関係がシステム全体の感度を決定付けるひとつの要因となる。以下、これについて検討するために、基準面Sl上にあって、法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqを考える。
【００７４】
被検査対象表面S上に凹凸欠陥31がなければカメラが捉えるであろう基準表面Sl上の発光点Pi1が、凹凸欠陥31が存在するためにカメラが捉える基準表面Sl上の発光点Pi2に移動すると考えるなら、凹凸欠陥31の存在を検出しやすくするためにカメラが撮像する明暗ストライプ画像に対して凹凸欠陥31の及ぼす光学的な影響、つまり明暗ストライプの歪みを大きくするためには、移動ベクトルiが基準ベクトルqに対して成す角度ψに対して、垂直にストライプの明暗境界が配置されるように基準表面SIが構成されていることが好ましい。つまりは明暗変化方向Hvが角度ψと同じになるように明暗ストライプが構成されていることが好ましい。また発光点Pi1と発光点Pi2間の距離に相当する移動ベクトルiの大きさ|i|に対して、明暗のピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方（代表幅pcという）が同じかそれ以下（発光点Pi1から発光点Pi2への移動軌跡が必ず少なくともひとつの明暗境界部を含む）、更には画像の分解能で明暗が区別可能な限りできるだけ細かい方が好ましい。
【００７５】
ここで、上記で定義している明暗パターン光照射手段10と撮像手段20の設置角度φ、凹凸欠陥31が被検査表面Sと成す斜面角度α、被検査対象表面Sの鉛直軸Zを中心軸とした凹凸欠陥の回転方向角度β、被検査対象表面Sと照明面Slとの距離l、の状態によって移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|は変化するので、想定される光学系条件（φ、l）の範囲に対して、被検査表面に発生すると見込まれる凹凸欠陥31の形状条件（α、β）の範囲が定まれば、ψ、|i|の範囲も決定することができ、本発明においては以下の式２５、２６が成り立つ。
【００７６】
【数２５】
2005337857.tif 000027
【００７７】
【数２６】
2005337857.tif 000028
【００７８】
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式２７で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
【００７９】
また同様に、|i|minは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式２８で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。
【００８０】
【数２７】
2005337857.tif 000029
【００８１】
【数２８】
2005337857.tif 000030
【００８２】
以上について、仮に明暗パターン光照射手段10と撮像手段20の設置角度φを5°、被検査表面Sと照明面Slとの距離lを2000mmと定め、凹凸欠陥31が被検査表面30と成す斜面角度αが典型的なケースである0.4〜4°、被検査対象表面30の鉛直軸Zを中心軸とした凹凸欠陥の回転方向角度βが同じく典型的なケースである-25〜25°の範囲をとる場合、移動ベクトルiの向きψは図９のような、大きさ|i|は図１０のような範囲をとることとなる。すなわち式２５のとり得る範囲は0.035° < ψ < 25.4°、式２６のとり得る値の範囲は27.82mm < |i| < 280.2mmとなる。ただしここで得られた値の範囲は、仮定したある条件におけるひとつの例であり、本発明の式２５、式２６のとり得る値の範囲はこれに限定されるものではない。なお、上記のような関係に基づいて、想定される凹凸欠陥31の被検査表面30と成す斜面角度αや被検査対象表面30の鉛直軸Zを中心軸とした凹凸欠陥の回転方向角度βを入力すれば、適切な明暗パターン光照射手段10の設置角度や基準面SI上の明暗パターンの配置を出力する手段を設ければ、最適な検査を容易に実施できる。
【００８３】
また前記した幾何学的な法則に従って、移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|が決定されれば、凹凸欠陥31の存在を検出しやすくするためにカメラが撮像する明暗ストライプ画像に対して凹凸欠陥31の及ぼす光学的な影響、つまり明暗ストライプの歪みを大きくするための基準面Sl上の明暗ストライプの好ましい配置が決定される。なお、移動ベクトルiの向きψと、被検査対象表面S上の交線CL3に対する明暗ストライプの傾き角度θ（前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに対して垂直な明暗境界線方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と被検査対象表面との交線CLのなす角θ）は垂直に配置されているものとする。すなわち、以下の式２９の関係式が成り立つ。
【００８４】
【数２９】
2005337857.tif 000031
【００８５】
また移動ベクトルiの大きさ|i|に対し、明暗のピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方(代表幅pc)が同じ大きさかそれ以下（発光点Pi1から発光点Pi2への移動軌跡が必ず少なくともひとつの明暗境界部を含む）であることが好ましく、つまり式３０で表される値に設定されていることが好ましい。
【００８６】
【数３０】
2005337857.tif 000032
【００８７】
ここで式３０のpcとは、明暗のピッチpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち、大きい方（つまりpa<pbであればpc=pb）、paとpbが実質的に同じであればどちらでもよい。
【００８８】
また明暗のピッチpについて、更には撮像手段によって得られた二次元画像の分解能で明暗が区別可能な限りできるだけ細かい方が好ましく、つまり式３１で表される値を満たし、かつ式３２で表される値を満たすように設定されていることが好ましい。ここで式３１、式３２のbはカメラの水平方向分解能である。
【００８９】
【数３１】
2005337857.tif 000033
【００９０】
【数３２】
2005337857.tif 000034
【００９１】
以上のように、検出対象となる被検査対象表面Sに発生すると見込まれる凹凸欠陥31の形状条件（α、β）を定めることにより、式２５、式２６より移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|が決定され、更にこの向きψと大きさ|i|より式２９、式３０、式３１を満足するような明暗ストライプを構成、明暗パターン光作成手段12に反映させることにより、想定される凹凸欠陥31がカメラの撮像画像に及ぼす影響を最も大きくでき、すなわち凹凸欠陥31の検査において最も高感度となる。
【００９２】
また、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βが小さければ小さいほど移動ベクトルiの向きψ（＝基準表面Sl上の基準ベクトルqと移動ベクトルiのなす角度）、大きさ|i|ともに小さく、斜面角度α、回転方向角度βが大きくなるに従って移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|も大きくなる傾向がある。よって被検査対象表面S上に見込まれる検出すべき凹凸欠陥のうち、斜面角度α、回転方向角度βが比較的小さくて移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が小さい凹凸欠陥に対して最も高感度になるように明暗ストライプを構成しておくことが好ましい。
【００９３】
このように、実際に測定したい対象の凹凸欠陥の形状条件（α、β）の各値を傾きパラメータという。この傾きパラメータα、βは、想定される傾きの値の範囲をそのまま傾きパラメータとして上記各関係式に基づいて光学系を構成するのが好ましい。逆に、想定できる値がなかったとしても、光学系の構成から傾きパラメータを逆算すればその値に近い凹凸欠陥の検出が高精度で行えるということができる。
【００９４】
更に詳細には図９および図１０に示すように、斜面角度αの大きさは移動ベクトルiの大きさ|i|に比較的強く影響し、回転方向角度βの大きさは移動ベクトルiの向きψに比較的強く影響することが幾何学的に証明される。また明暗ストライプの構成の重要な要素であるストライプ傾き角度θ及びストライプピッチpについて、ある凹凸欠陥31（α、β）を検出するに、ピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方の幅(代表幅pc)が移動ベクトルiの大きさ|i|と同じ大きさ以下であれば、明ピッチpa、暗ピッチpbのそれぞれがカメラ分解能bの５倍以上となる条件を満足した上でなるべく小さく設定する程に検査感度が高まるのに対し、最も検査感度の高くなる傾き角度θは移動ベクトルiの向きψによって一意に定められる値である。つまり、優先的には検出すべき凹凸欠陥31のうち回転方向角度βが最も小さいものに対して最も検出感度が高くなるようにストライプ角度θを設置し、ピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方の幅(代表幅pc)が移動ベクトルiの大きさ|i|と同じ大きさ以下で、明ピッチpa、暗ピッチpbのそれぞれがカメラ分解能bの５倍以上となる条件を満足する最も小さい値に設定することが好ましい。このように明暗ストライプを構成することにより、検出すべき最も斜面角度α、回転方向角度βが小さい凹凸欠陥31よりも、斜面角度α、回転方向角度βの大きい凹凸欠陥31'が発生した場合には、明暗ストライプの最適条件は満たされなくなるものの、移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が大きくなるため、これを検出するに充分な感度が得られ、実際の運用において問題はない。
【００９５】
次に撮像手段20によって得られたストライプ画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する信号処理手法について、図４（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。ここで図４の（ａ）は被検査表面S上に凹凸欠陥31が存在したためにストライプが歪んで得られた画像、（ｂ）は被検査表面S上に凹凸欠陥31が存在していないためにストライプが歪まずに得られた画像、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）はそれぞれ（ａ）、（ｂ）に対して所定の演算１をそれぞれに異なった条件で施した画像、（ｆ）、（ｇ）はそれぞれ（ｃ）、（ｅ）に更に所定の演算２を施した画像である。
【００９６】
まず図４（ａ）に対して演算１を施す。演算１は一般的には微分処理と呼ばれる手法であり、注目画素とその近隣の比較画素の輝度差を算出し、輝度差の絶対値を新たな輝度に変換して注目画素の位置にプロットする処理であり、（ａ）をマクロ的に捉えた観点においては明暗変化の激しい部分、例えば特にストライプのエッジ部分などを新たな高輝度部分に変換するという機能を持つ処理である。演算１としてこの処理を用いるにあたり、本発明においてはストライプの長手方向と同じ方向に注目画素と比較画素を配列することを特徴としている。すなわち、本発明の好ましい形態で得られる画像（ａ）に対し、一般的に行われるように例えば画像の水平方向に注目画素と比較画素を配列して演算１を行うと、（ｄ）のようにストライプの非歪み部、歪み部に関わらず、明暗のエッジ部が強調された画像が得られることとなり、（ｄ）より歪み部のみを特定することは困難となる。これに対し本発明の好ましい形態によれば、ストライプの長手方向と同じ方向（斜め）に注目画素と比較画素を配置して演算１を実施することにより、（ｃ）に示すような、非歪み部では注目画素と比較画素の輝度差が小さいために輝度が低く変換され、歪み部では注目画素と比較画素の輝度差が大きいために輝度が高く変換された画像が得られることとなり、演算後の画像における非歪み部と歪み部の特徴付けが行える。また、被検査表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合に得られる画像（ｂ）のようにストライプ画像に歪み部が存在しない場合、ストライプの長手方向と同じ方向（斜め）に注目画素と比較画素を配置して演算１を実施することにより、（ｅ）の様な一様に低輝度な処理画像が得られることとなる。
【００９７】
次に（ａ）、（ｂ）に本発明の演算１を施すことによって得られる画像（ｃ）、（ｅ）に対して演算２を施す。演算２は一般的には膨張と呼ばれる処理であり、注目する輝度の画素を指定し、注目画素の周囲画素を注目画素と同じ輝度、もしくは指定した輝度に変換する処理であり、近隣には存在するが接触していない注目画素、もしくは注目画素が複数集まった注目領域同士を連結してより大きな領域に変換するという機能を持つ処理である。まず被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合に本発明の好ましい形態の演算１によって得られる画像（ｃ）に対して演算２を施すと、高輝度部分が連結されてひとつの領域に変換された領域を有する画像（ｆ）が得られる。また、被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合に本発明の演算１によって得られる画像（ｂ）に対して演算２を施すと、連結すべき高輝度領域がないために一様に低輝度に変換された画像（ｇ）が得られる。最終的には（ｆ）、（ｇ）などの処理画像に対し、注目領域、例えば高輝度領域の有無を判定することで凹凸欠陥31の有無を判定することができる。
【００９８】
また上記で説明したとおり、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化するので、凹凸の程度によって（ａ）の歪みの程度も変化することとなる。すなわち斜面角度α、回転方向角度βのより大きく激しい（小さく微細な）凹凸欠陥においては、ストライプの歪みもより大きく（小さく）なり、演算１によって高輝度に変換される画素の数はより多く（少なく）なった画像（ｃ）が得られることとなる。すると当然のことながら、（ｃ）に対して演算２を施すことにより、凹凸欠陥31の程度がより激しい場合には、連結変換された高輝度注目領域の大きい画像（ｆ）が、微細な場合には、連結変換された高輝度注目領域が小さい、もしくは連結しきれずに複数の小領域に変換された画像（ｆ）が得られ、その面積、数などの特徴量を解析することで凹凸欠陥31の程度を相対的に評価できる。
【００９９】
なお上記で説明した信号処理の手法は、原理を簡単に理解するための最も基礎的な部分を抜き出したものであり、実際には本手法に加えて、一般的に信号処理の精度を向上させるために用いられる、ノイズ除去（例えば平均化処理やメディアン処理、スムージング処理など）の手法や二値化の手法を適切な段階で行うことも好ましい。
【０１００】
上記においては、撮像手段20の光電変換手段21としてCCDエリアセンサカメラに代表される２次元の視野を有したデバイスを使用することを前提に説明を進めてきた。しかし本発明の検査方法および検査装置の別の好ましい形態によれば、光電変換手段21としてCCDラインセンサカメラに代表される１次元の視野を有したデバイスを使用することも可能となる。一般的にCCDラインセンサカメラは画像水平方向の画素数がCCDエリアカメラに比べて多く、幅方向に広い被検査対象物の検査を行う場合には、撮像手段20の台数を減らせる、且つ／または撮像の分解能を微細化して検査精度を向上させることができるというメリットを有する。
【０１０１】
図３（ａ）において光電変換手段21を２次元の視野を有するデバイスから１次元の視野を有するデバイスに変更した場合、撮像手段20によって得られる画像について図２（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。ここで図２（ｃ）は被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合に１次元の視野を有する光電変換手段21によって得られる画像、（ｄ）は凹凸欠陥31が存在する場合に得られる画像である。まず被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合には、撮像手段20によって現象的には図２（ａ）の１次元視野33を経時的に配列して得られる２次元画像（ｃ）が得られることとなる。画像（ｃ）では画像の垂直方向に伸びる明部と暗部が水平方向に所定のピッチで周期的に配列している。一方、同様に被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合、撮像手段20によって現象的には図２（ｂ）の１次元視野34を経時的に配列して得られる２次元画像（ｄ）が得られることとなる。画像（ｄ）においても画像の垂直方向に伸びる明部と暗部が撮像されるが、その水平方向のピッチは凹凸欠陥31による入射光Liの軸変化（軸ズレ）の影響で所定の周期を乱している。なおここで凹凸欠陥31の有無によって撮像手段20によって得られる画像に変化が現れる理由については、既に説明した２次元の視野を有したデバイスを使用した場合と同様である。しかし２次元の視野を有するデバイスと１次元の視野を有するデバイスでは２次元画像を構成する原理に違いがあるため、得られる画像には（ａ）と（ｃ）、（ｂ）と（ｄ）のように違いが現れる。
【０１０２】
次に１次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像（ｃ）、（ｄ）より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する第１の信号処理手法について、図２（ｃ）、（ｃ'）、（ｄ）、（ｄ'）を用いて説明する。ここで図２（ｃ'）は画像（ｃ）の、（ｄ'）は画像（ｄ）の輝度情報を垂直方向に積算して得られる輝度波形43、44を示している。
【０１０３】
まず被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合、画像（ｃ）から得られた輝度波形43は明部領域がピッチPb、暗部領域がピッチPdとなり、かつ両者が画像の水平方向に、ピッチが変化することなく周期的かつ交互に、規則正しく配置されている。これに対し、被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合、画像（ｄ）から得られた輝度波形44は凹凸欠陥31の影響を受けない部分では、凹凸欠陥31が存在しない場合と同様に周期的なPb、Pdの繰り返し状態が得られるが、凹凸欠陥31の影響で入射光Liの軸ズレが発生している領域では、図２（ｄ'）に示す通り、例えば明部／暗部領域の幅Pm1〜Pm7のように、Pb、Pdとも異なる幅で水平方向に配列される。すなわち明部幅Pb、暗部幅Pdの水平方向配列周期を解析すれば、言い換えるとPb、Pdとも異なる明部／暗部幅Pmxの有無を検出すれば、被検査表面S上の凹凸欠陥31の有無を判定可能となる。
【０１０４】
また上記で説明したとおり、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化するので、凹凸の程度によって輝度波形44の周期変動の程度も変化することとなる。すなわち斜面角度α、回転方向角度βのより大きく激しい（小さく微細な）凹凸欠陥においては、輝度波形44における周期変動の発生している領域（Pm1〜Pm7の距離）が大きく（小さく）なり、かつPb、Pdと異なる周期Pmxの個数が増える（減る）こととなる。これら情報を解析することにより凹凸欠陥31の程度を相対的に評価できる。
【０１０５】
なお上記においては画像（ｃ）、（ｄ）の輝度情報を垂直方向に積算して輝度波形43、44を得たが、輝度情報を垂直方向に平均すること、もしくは（ｃ）、（ｄ）における水平方向のある１ラインの輝度情報から輝度波形43、44を得ても同様の処理が実行可能であり、同様の効果が得られる。これら輝度波形を得る方法については、実際の非検査対象物に併せて最もノイズを逓減させて高精度な信号処理が望める手法を選択しても良い。
【０１０６】
また更に１次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する第２の信号処理手法について、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。ここで図５（ａ）は水平方向に明部と暗部が規則正しく周期的な幅で配列された画像（マスタ画像）、図５（ｂ）は被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合に１次元の視野を有する光電変換手段21によって得られる画像（検査画像）であり、図５（ｃ）は図５（ａ）、（ｂ）に対して演算３を施して得られた画像である。
【０１０７】
演算３は一般的には差分処理と呼ばれる手法であり、マスタ画像と検査画像の輝度差をそれぞれ同じ座標の画素同士で算出し、例えば輝度差の絶対値を新たな輝度に変換して処理画像としてプロットする処理であり、マスタ画像と検査画像における輝度の異なる部分が強調される処理である。図５（ａ）に示すマスタ画像と（ｂ）に示す検査画像に対して演算３を実行すると、検査画像において凹凸欠陥31による入射光Liの軸ズレの影響を受けていない領域51においてはマスタ画像との輝度差がないために、（ｃ）の領域53に示すように一様な低輝度部分として変換される。一方、凹凸欠陥31による入射光Liの軸ズレの影響を受けている領域52においてはマスタ画像との輝度差を生じる部分が存在し、（ｃ）の領域54に示すように一部が高輝度部分として変換される。また被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合には、検査画像としてはマスタ画像と類似した（ａ）のような画像が得られるはずである。この場合にマスタ画像と検査画像に対して演算３を施せば、画像全体が一様に低輝度な図示しない画像が得られるはずである。すなわち、演算３によって得られた画像（ｃ）における明部の有無を検出すれば、被検査表面S上の凹凸欠陥31の有無を判定可能となる。
【０１０８】
また上記で説明した通り、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化するので、凹凸の程度によって検査画像に現れる明部／暗部の周期乱れの程度も変化することとなる。すなわち斜面角度α、回転方向角度βのより大きく激しい（小さく微細な）凹凸欠陥においては、検査画像（ｂ）における周期乱れの発生している領域52が大きく（小さく）なり、かつ領域52内の明部／暗部の総数が増える（減る）こととなる。これら情報を解析することにより凹凸欠陥31の程度を相対的に評価できる。
【０１０９】
ここで、マスタ画像はあらかじめ専用のものを作成しておいても良いし、対象となる検査画像を取得する時間とは別の時間に取得した第２の検査画像を用いても良い。ただし第２の検査画像をマスタ画像として用いる場合には、同一の凹凸欠陥31による検査画像とマスタ画像たる第２の検査画像を演算３の処理対象とすると欠陥が検出できない。これは例えば撮像時間T1〜T5で５枚の検査画像I1〜I5を取得した場合、凹凸欠陥31が時間T2〜T4に出現していたとすると、I2、I3、I4間での演算３の実施では凹凸欠陥31による輝度変化が検出されないことから明らかである。このため、マスタ画像としては凹凸欠陥31が存在していない状況での第２の検査画像を採用する必要がある。このための最も簡単な方法として、例えば連続的に数回の検査画像取得を行う場合に、検査の対象となる検査画像取得より所定の時間だけ以前に取得した検査画像をマスタ画像として採用し、かつマスタ画像を随時更新していけば良い。上記の例で、検査画像Ixに対するマスタ画像を検査画像Ix-1としておけば、マスタ画像I1と検査画像I2に対して、またマスタ画像I4と検査画像I5に対して演算３が実行された際に凹凸欠陥31の存在を検出可能となり、欠陥の見逃しは起こりにくくなる。
【０１１０】
なお上記で説明した信号処理の手法は、原理を簡単に理解するための最も基礎的な部分を抜き出したものであり、実際には本手法に加えて、一般的に信号処理の精度を向上させるために用いられる、ノイズ除去（例えば平均化処理やメディアン処理、スムージング処理など）の手法や二値化の手法を適切な段階で行うことも好ましい。
【０１１１】
更に上記した、１次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する第２の信号処理手法は、２次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する手法として使用することも可能である。
【０１１２】
また上記した、撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する全ての信号処理手法においては、処理を施す前の画像において明部と暗部の切り分けがはっきりできることが前提となっている。よって図２（ａ）に示す見かけの明部幅35、暗部幅36、図２（ｃ）に示す見かけの明部幅37、暗部幅38に光電変換手段21の画素が５画素以上含まれるよう明暗パターン光作成手段12の光透過部12aと遮光部12bの幅が設定されていることが好ましい。ただしあまりに多くの画素が見かけの明部幅35、37、暗部幅36、38に含まれることは凹凸欠陥31による入射光Liの軸ズレがもたらす撮像点の移動（移動ベクトルiの発生）に起因する撮像画像へ与える輝度の変化が減少することとなるため、明暗パターン光作成手段12の光透過部12aと遮光部12bのそれぞれのピッチpa,およびpbは上記した式３１、および式３２の両方を満たすように設定されていることが好ましい。またカメラの位置を反射点Prに近付け、撮像する領域を狭くすることによっても見かけの明部幅35、37、暗部幅36、38に含まれる画素を増やすことは可能であるが、撮像領域を狭めることはカメラの台数増加などのデメリットを招く原因ともなるため、明暗パターン光作成手段12の光透過部12aと遮光部12bのピッチは見かけの明部幅35、37、暗部幅36、38に含まれる画素が30画素以内になるように設定されていることも好ましい。更に上記の条件が満足されていれば明部の幅paと暗部の幅pbが等間隔である必要はない。
【０１１３】
また上記では、明暗パターン光照射手段10は二次元的な広がりを有する照明手段11の発光部に光透過部12aと遮光部12bが規則的に配された明暗パターン光作成手段12を設けることにより実現されていると説明しているが、検出の対象となる凹凸欠陥31の仕様が変更された場合、新たに光透過部12aと遮光部12bの構成を変更した新規明暗パターン光作成手段12'を作成し、現行照明手段11に設置されている明暗パターン光作成手段12と取り換える工事を実施する必要がある。また明暗パターン光作成手段12がアクリルやフィルムなどの透明材料に遮光性の塗料などを塗布して構成されているのが典型的であるが、この場合には照明手段11と明暗パターン光作成手段12の間に熱が蓄積されやすくなって照明手段11の発光効率が低下したり、寿命の短命化を招くことも考えられる。また遮光部12bのみに遮光物質を配し、光透過部12aには物質を配さない構成にすると明暗パターン光作成手段12自体の強度が不足することがある。
【０１１４】
ここで本質的には明暗パターン光照射手段10は所定の角度θ、ピッチpの明暗ストライプパターンを被検査対象表面Sに照射できれば良いことを考えると、基準面Slの各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段10で構成されていることも好ましい。例えばプラズマディスプレイパネルに代表されるような大型かつフラットな発光面を持つディスプレイの発光状態を電気的に制御し、明暗ストライプパターン光を作成することが考えられる。この形態によれば、検出の対象となる凹凸欠陥31の仕様が変更された場合、電気的な制御系から基準面Slの発光パターンを変更すれば良く、明暗パターン光作成手段12を取り換える工事を実施する煩わしさが排除される。また照明手段11としての発光効率低下や寿命短命化の問題も考慮する必要がなく、かつ明暗パターン光作成手段12という付属部品が必要なくなるため、その強度も考慮する必要がない。
【０１１５】
以上の説明においては、図１や図３に示すような平面的に一方向に移動中の透明プラスチックに発生する折れシワを検出する場合について述べてきた。しかし例えば透明プラスチックフィルムのようなシート状の製品を製造するプロセスにおいては、多くの場合に製品をロール状に巻き取る工程が存在し、ロール状被検査対象物上の被検査対象表面に巻きシワが発生することがあるため、これを検出する必要性が生じる。
【０１１６】
本件について図６を用いて説明する。図６は本発明の第２の基本的な構成を示す概略図である。ロール状被検査対象物62上の被検査対象表面Srに発生した凹凸欠陥61の検出を考える場合、基本的には上記した平面的に一方向に移動中の平らな被検査対象表面S上に発生する凹凸欠陥31を検出する原理が応用可能である。反射面の形状が平面から曲面に変わっているが、あるひとつの反射光Lrに関する反射点Pr、入射光Li、発光点Piについて基本的な光学原理に違いはなく、上記と同様の光学機器配置構成思想、信号処理によって検出目標となる凹凸欠陥61を検出することができる。
【０１１７】
しかしここで、回転方向r1で回転運動を行いながら巻き取り中のロール状被検査対象物62上の被検査対象表面Sr上に発生する凹凸欠陥61を検出する場合において、平面的に一方向に移動中の平らな被検査対象表面S上に発生する凹凸欠陥31を検出する場合と比べて決定的に異なる点は、製品製造中における明暗パターン光照明手段10、撮像手段20と被検査対象表面S、Srの光学的な位置関係の変化である。すなわち、後者では明暗パターン光照明手段10、撮像手段20と被検査対象表面Sの光学的な位置関係が製品製造中に不変であるのに対し、前者ではシート状の被検査対象物60がロール状に巻き取られることによってロール状被検査対象物62を形成しながら、被検査表面Srとロールの回転中心軸cとの距離が変化（巻き太り）し、且つ／またはロールの回転中心軸cが、位置が固定されているロールを成形するためのコンタクトロール65にロール状被検査対象物62が押されて移動することによって巻き取りコア63自体の巻き取り開始時の位置に対する距離が変化（アーム64移動）することにより、距離変化（以降、ロール距離変化と記す）DRが発生し、経時的に常に変化していくこととなる。つまり距離変化DRの発生にともない、巻き取り開始直後から明暗パターン光照明手段10から被検査対象表面Srまでの距離（以降、照明距離と記す）DL、撮像手段20から被検査対象表面Srまでの距離（以降、撮像機器距離と記す）DCが製品製造中に絶えず変化する。
【０１１８】
上記した照明距離DL、撮像機器距離DCが変化することによる検査精度に関する不具合点は以下の２点となる。すなわち一つには、光路長（DL＋DC）が変化することによって集光手段22による撮像のピントが乱れ、得られる象がぼけるという第１の点が挙げられる。更にもう一つには、明暗パターン光照明手段10、撮像手段20と被検査対象表面Sの光学的な位置関係が変化することによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化し、撮像手段20によって得られるストライプ画像に現れるストライプの歪み量が変化するという第２の点が挙げられる。
【０１１９】
まず第１の点について、ロール距離変化DRにともなって発生する光路長（DL＋DC）の変化にともなってピントが乱れるのであるから、これをリアルタイムに補正するようにするのが好ましい。
【０１２０】
具体的な手法としては、例えば第１の補正方法として、自動的にピントを補正する機能、例えばオートフォーカス機能を備えた集光手段22を使用すれば良い。また第２の補正方法として、製品製造中に生じるロール距離変化DRに対応して移動手段23を用いて撮像手段20を光軸方向m2に移動させれば良い。ここでロール距離変化DRは別に設けた図示しない変位測定手段によってリアルタイムに計測しても良いし、あらかじめ製造の条件から経時的な変化が算出できるのであれば、その情報を利用しても良い。更に第３の補正方法として、巻き取り開始時の照明距離DLmax、撮像機器距離DCmax、巻き取り完了時のロール距離変化DRmaxを定義した場合に焦点の設計値がDLmax＋DCmax−DRmaxであり、かつ被写界深度が±DRmaxであるような結像手段22を使用すれば良い。このような設計の結像手段22を使用すれば、製造中にロール距離変化DRが発生したとしても撮像された画像がぼけることはない。上記2つの手法を組み合わせれば、ピントか光路長の変化を段階的に実施することも可能である。
【０１２１】
次に第２の点について、被検査対象表面Sr上のある凹凸欠陥61を検出しようとした場合、最も検出感度が低い（凹凸欠陥61による撮像画像のストライプの歪みが小さくなる）条件は、ロールの巻き取り完了直前（ロール距離変化≒DRmax）であることが幾何学的に言えるのが普通である。すなわち、この検出感度の低下は照明距離DLが短くなることによって移動ベクトルiの大きさ|i|が小さくなることに起因する。また被検査対象表面Srの撮像手段20、明暗パターン光照明手段10に対する距離が変化することによって、被検査対象表面Srの法線Zに対する撮像手段20、明暗パターン光照明手段10の臨む角度φも変化し、これにともない移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|も変化するが、検出感度の変化という観点では、照明距離DLが短くなることによる移動ベクトルiの大きさ|i|が小さくなることがほぼ支配的であることが幾何学的な知見として得られている。つまり、最も凹凸欠陥61の検出感度が低い、ロールの巻き取り完了直前（ロール距離変化DR≒DRmax）の条件に合わせて上記した明暗ストライプパターンの角度θ、ピッチp（つまり明部幅pa、暗部幅pb）を最適化しておけば良い。このような条件に設定しておけば、製品ロール製造中（ロール距離変化DR＜DRmax）にはロールの巻き取り完了直前（ロール距離変化DR≒DRmax）よりも検査感度が高くなり、凹凸欠陥61の見逃しは発生しない。
【０１２２】
またロール状被検査対象物62は回転方向r1で回転運動を行っており、これにともなって被検査対象表面Srおよび凹凸欠陥61も移動することとなる。よって撮像手段20の露光時間はなるべく短い方がシャープで、明暗ストライプパターンの明部／暗部の領域が区別しやすい画像が得られることとなる。ただし露光時間を短縮しすぎると画像取得のために充分な露光量が得られない。よって撮像手段20の露光時間は、露光中に被検査表面Srの回転移動距離が0.25〜2.5mmとなるように設定されていることが好ましい。
【０１２３】
更に一般的には、表面が平面の被検査対象物30および表面が曲面の被検査対象物62は撮像手段20の視野における水平方向、つまり被検査対象物30、62の移動方向と直交する方向（以降、幅方向と記す）にある幅を有しており、充分な検査感度を得るために（ストライプの明暗を区別可能なように）撮像手段20の分解能を上げると、ひとつの撮像手段20によって被検査対象物30、62の全幅に渡る画像を取得することは困難である。よって複数の撮像手段20を被検査対象物30、62の幅方向に並べて設置することが考えられるが、被検査対象物30、62の幅が広い場合には大幅なコストの増加を招く。よって１台、もしくは少数台の撮像手段20を図示しない撮像手段移動手段によって被検査対象物30、62の幅方向に移動可能とし、被検査対象物30、62の全幅に渡って検査を行うよう、構成されていることも好ましい。
【０１２４】
以上、本発明の表面凹凸の検査方法を、平面的に一方向に移動中の透明プラスチックに発生する折れシワを検出する場合と、ロール状に巻き取られる透明プラスチックフィルムロール表面に発生する巻きシワを検出する場合を例にとって、説明してきたが、これらの方法は一般的な光学機器、画像処理機器、インターフェース、情報処理装置などを用いて現実に構成可能であり、表面凹凸の検査装置として実現されるものである。
【実施例１】
【０１２５】
以上のような本発明の実施形態の表面凹凸検査方法および検査装置を、図７（ａ）、（ｂ）に示す平面的に一方向に速度m3＝200m/minで移動中の幅1000mmの透明プラスチックフィルム70の被検査表面S1に発生すると見込まれる折れシワ71を検出するために実施した。図７（ａ）は搬送中の透明プラスチックフィルム70を被検査表面S1の法線方向（直情方向）から臨む概略図、図７（ｂ）はアングルa1からb1部分の断面を臨む概略図である。ここで折れシワ71の斜面角度αは3°、回転方向角度βは8°、シワ長さL1は10mである。この折れシワ71を代表例とする上記透明プラスチックフィルム70において想定されるシワの斜面角度αは2.2°〜3.8°、回転方向角度βは、-10°〜10°である。なおこの折れシワ71は透明プラスチックフィルムの搬送時に発生する法線方向のバタツキをニップロールなどが咬み込んだ場合などに発生することがあり、製品としては不良品となる。
【０１２６】
本発明の検査方法を実現するための検査装置を構成する機器は、明暗パターン照射手段10を照明手段11としての1200×400mmの発光面積を有する舞台演出用照明と、明暗パターン光作成手段12としての透明アクリル板に遮光部12bを印刷で形成したストライプパターンマスクを用いて構成し、撮像手段20を結像手段22としての焦点距離が35mmの汎用単焦点レンズと、光電変換手段21としての画素数が640×480pixの汎用CCDエリアセンサカメラを用いて構成した。また本装置を取り付けるべき現場設備の機械的な取り合いから、明暗パターン光照射手段10と撮像手段20が被検査対象表面S1の法線Zに対して成す角φを50°、被検査対象表面S1から明暗パターン光照射手段10までの距離を1000mm、被検査対象表面S1から撮像手段20までの距離を600mmとした。よって本光学系によるカメラの視野領域は280×210mm、分解能は438μm/pixとなり、透明プラスチックフィルム70の幅に対しては１０分割で全幅の検査が可能となる。この場合における、Ψmin およびΨmaxの値は、0.1°〜18.2°の範囲である。
【０１２７】
ここで上記した式２７、式２８より移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|を求めたところ、ψ＝10.1°、|i|＝68.3mmとなった。そこで更に上記した式２９、式３０、式３１、式３２を参照し、明暗ストライプの傾き角度θをθ＝79.9°、明暗ストライプのピッチpをp＝13mm（pa＝7mm、pb＝6mm）とした。また撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法としては上記した演算１および演算２とからなる微分処理方法を採用した。
【０１２８】
以上のように構成した表面凹凸の検査装置を透明プラスチックフィルムの製造現場へ設置し、製造を開始した。製造開始当初は順調に表面が平坦な透明プラスチックフィルムが製造されており、図２（ａ）に示すように検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに乱れは生じず、検査装置は折れシワ71を検出することはなかった。しかし途中で延伸機の張力異常が発生したために搬送のバタツキが生じ、これをニップロールが咬み込んで斜面角度α＝4°、回転方向角度β＝10°の折れシワが発生したことにより、図２（ｂ）に示すように検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに乱れが生じ、該画像に対して上記した演算１、演算２からなる信号処理を施すことによって折れシワ71を検出することができた。また更にシワ取り装置に不具合が生じたために上記よりも更に大きな搬送のバタツキが生じ、これをニップロールが咬み込んで斜面角度α＝3.6°、回転方向角度β＝10°の折れシワが発生したことにより、検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに更に大きな乱れが生じ、該画像に対して上記した演算１、演算２からなる信号処理を施すことによって折れシワ71'を検出することができた。また処理後の画像を解析、具体的には高輝度に変換された領域の画素数や領域自体の数、密集度などを解析することにより、折れシワ71'は以前に検出した折れシワ71よりも程度の激しいものであることが相対的に確認できた。
【０１２９】
また別の透明プラスチックフィルムを検査した。すなわち、検出対象となる折れシワの最小限界が斜面角度α＝2°、回転方向角度β＝0°に変更された折れシワ71''に変更した。この折れシワ71''を代表例とする上記透明プラスチックフィルム70において想定されるシワの斜面角度αは1.6°〜2.4°、回転方向角度βは、-4°〜4°である。この場合における、Ψmin およびΨmaxの値は、0.1°〜8.1°の範囲である。
【０１３０】
これを受け、上記した式２７、式２８より移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|を求めたところ、ψ＝1.5°、|i|＝45mmとなった。そこで更に上記した式２９、式３０、式３１、式３２を参照し、明暗ストライプの傾き角度θをθ＝83.5°、明暗ストライプのピッチpをp＝10mm（pa＝5mm、pb＝5mm）としたストライプパターンマスクを作成し、検査装置に取り付けた。
【０１３１】
上記と同様、製品製造中に延伸機の張力異常やシワ取り装置の不具合が生じたために斜面角度α＝2°、回転方向角度β＝0°の折れシワ71''が発生したが、これを見逃すことなく検出することができた。
【実施例２】
【０１３２】
また更に、１組の撮像手段20によってなるべく幅方向に広い検査領域を実現するため、または／且つ撮像の分解能を微細化して検査精度を向上させるため、実施例１の検査装置構成において、撮像手段20を結像手段22としての焦点距離が50mmの汎用単焦点レンズと、光電変換手段21としての画素数が2000pixの汎用CCDラインセンサカメラを用いた構成とし、この変更にともなって被検査対象表面S1から撮像手段20までの距離を1200mmとした。よって本光学系によるカメラの視野幅は623mm、分解能は312μm/pixとなり、透明プラスチックフィルム70の幅に対しては３分割で全幅の検査が可能となる。また検出対象とする表面凹凸は、上記した折れシワ71'' （斜面角度α＝2°、回転方向角度β＝0°）とした。この折れシワ71''を代表例とする上記透明プラスチックフィルム70において想定されるシワの斜面角度αは1.6°〜2.4°、回転方向角度βは、-4°〜4°である。この場合における、Ψmin およびΨmaxの値は、0.1°〜8.1°の範囲である。
【０１３３】
また撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法としては画像水平方向に繰り返す明暗ピッチの配列周期を解析する方法を採用した。
【０１３４】
以上のように構成を変更した表面凹凸の検査装置を透明プラスチックフィルムの製造現場へ設置し、製造を開始した。実施例１と同様に、製造開始当初は順調に表面が平坦な透明プラスチックフィルムが製造されており、図２（ｃ）に示すように検査装置のカメラが捉える画像の水平方向明暗ピッチの繰り返し周期（…Pb、Pd、Pb…）に乱れは生じず、すなわち図２（ｃ'）に示す輝度波形の矩形周期にも乱れは生じなかったため検査装置は折れシワを検出することはなかった。しかし途中で斜面角度α＝2°、回転方向角度β＝0°の折れシワが発生したことにより、図２（ｄ）に示すように検査装置のカメラが捉える画像の水平方向明暗ピッチの繰り返し周期（…Pb、Pd、Pb…）内に乱れPmxが生じた領域が現れ、これにともなって図２（ｄ'）に示す輝度波形の矩形周期にも乱れが生じため、検査装置は折れシワ71''を検出することができた。
【０１３５】
また同様の構成において、撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法として、上記した演算２からなる差分処理方法を採用し、マスタ画像としては検査画像を取得する１回前に取得した検査画像を使用することとした。上記と同様に透明プラスチックフィルムの製造を開始したところ、ある時間T1〜T5のうち、T2〜T4の間に折れシワ71''が発生したが、検査装置は時間T1に取得したマスタ画像I1（乱れ無し）と時間T2に取得した検査画像I2（乱れ有り）および、時間T4に取得したマスタ画像I4（乱れ有り）と時間T5に取得した検査画像I5（乱れ無し）に演算３を施すことで、マスタ画像と検査画像の有輝度差領域を検出し、折れシワ71''を検出することができた。またマスタ画像としてはあらかじめ作成し、演算装置のメモリに記憶させておいたパターンを使用しても良く、この場合は時間T1〜T5で取得した検査画像I1〜I5とマスタ画像I0に対してそれぞれ演算３を施すこととなり、検査画像I2、I3、I4において折れシワ71''を検出することができる。
【実施例３】
【０１３６】
また更に、実施例１の構成において明暗パターン光照射手段10を50インチサイズのプラズマディスプレイパネルに変更し、専用の演算装置でディスプレイの発光状態（具体的には明暗ストライプパターンの角度θとピッチp）を電気的に制御できるよう構成した。この変更により、検出の対象となる表面凹凸の目標仕様が変更された際に、電気的な制御系から基準面Slの発光パターンを変更すれば良くなり、明暗パターン光作成手段12の取り換え工事を実施する煩わしさが生じず、且つ迅速に次の透明プラスチックフィルム製造を開始することができた。
【実施例４】
【０１３７】
また更に、本発明の表面凹凸検査方法および検査装置を、図８（ａ）、（ｂ）に示す中心軸CSを回転中心軸として回転方向に速度m4＝150m/minで巻き取り中の幅1000mmの透明プラスチックフィルムロール80の被検査表面S2に発生すると見込まれる巻きシワ81を検出するために実施した。なお透明プラスチックフィルムロール80は固定コンタクトロール65で本体を支えながらアームが稼働し、厚み80mmまで透明プラスチックフィルム70を巻き取り、ロール距離変化DRは150mmとなる。図８（ａ）は透明プラスチックフィルム70を巻き取り中の透明プラスチックフィルムロール80を床面に対して水平方向から臨む概略図、図８（ｂ）はアングルa2からb2部分の断面を臨む概略図である。ここで巻きシワ81の斜面角度αは2°、回転方向角度βは5°、シワ長さL2は100mmである。この折れシワ81を代表例とする上記透明プラスチックフィルムロール80において想定されるシワの斜面角度αは1.6°〜2.4°、回転方向角度βは、-8°〜8°である。なお巻きシワ81はコンタクトロール65の調整不備や巻き取りコア63の歪み、透明プラスチックフィルム70の厚みムラなどが原因となって発生することがあり、製品としては不良品となる。
【０１３８】
本発明の検査方法を実現するための検査装置を構成する機器について、明暗パターン照射手段10を照明手段11としての1200×400mmの発光面積を有する舞台演出用照明と、明暗パターン光作成手段12としての透明アクリル板に遮光部12bを印刷で形成したストライプパターンマスクを用いて構成し、撮像手段20を結像手段22としてオートフォーカス機能付きレンズを内蔵しており、画素数が640×480pixの汎用CCDエリアセンサカメラを用いて構成した。また本装置を取り付けるべき現場設備の機械的な取り合いから、明暗パターン光照射手段10と撮像手段20が被検査対象表面S1の法線Zに対して成す角φを10°、巻き取り開始直後の時点での被検査対象表面S1から明暗パターン光照射手段10までの距離を2000mm、被検査対象表面S1から撮像手段20までの距離を1200mmとした。本光学系によるカメラの視野領域は280×210mm、分解能は438μm/pixとなり、透明プラスチックフィルムロール80の幅に対しては１０分割で全幅の検査が可能となる。この場合において、上記したように最も検査感度が低くなるＤＬ＝1850mmでは、Ψmin およびΨmaxの値は、0.3°〜8.5°の範囲である。
【０１３９】
ここで上記した式２７、式２８より、ロール移動距離ＤＲ=150mmを考慮して巻き取り完了直前の移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|を求めたところ、ψ＝4.7°、|i|＝127.4mmとなった。そこで更に上記した式２９、式３０、式３１、式３２を参照し、明暗ストライプの傾き角度θをθ＝85.3°、明暗ストライプのピッチpをp＝30mm（pa＝15mm、pb＝15mm）とした。また撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法としては上記した演算１および演算２とからなる微分処理方法を採用した。
【０１４０】
更に、明暗ストライプパターンのエッジ部がシャープで、明部／暗部の領域が区別しやすい鮮明な画像を得るため、カメラの露光時間を露光中に被検査表面Srの回転移動距離が1.0mmとなるよう、0.4msecに設定した。
【０１４１】
また更に、撮像手段20を図示しない移動手段でロールの中心軸CS方向（水平方向）に対して移動できる機能を付加し、ロールの幅方向に対して１０等分割されたそれぞれの領域に対して順次検査を行う動作を行えるようにした。具体的には、…→カメラ移動→カメラ停止→画像取得→カメラ移動→…、という動作を後に述べる原点から反原点側へと繰り返し、最後のポジションの撮像が完了した時点で原点位置に復帰して、以後はまた同様の動作を繰り返すこととした。なお信号処理、および検査結果の出力はカメラ移動中に行うこととする。
【０１４２】
また、一つのポジションにおいて次ポジションへの移動開始時間以内で有れば複数枚の画像を取得し、検査を行うことも好ましい。この場合、一般的には信号処理に要する時間は移動手段の移動に要する時間に比べて充分に早く、処理量の増加が検査の負担となることは実質的にあり得ない。
【０１４３】
以上のように構成した表面凹凸の検査装置を透明プラスチックフィルムの製造現場へ設置し、製造を開始した。製造開始直後は順調に表面が平坦な透明プラスチックフィルムが製造されており、図２（ａ）に示すように検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに乱れは生じず、検査装置は折れシワ81を検出することはなかった。しかし巻き取り開始より透明プラスチックフィルムロール80の積層厚みが5mmになった時点で巻き取りコア63がもともと有していた歪みによって斜面角度α＝2°、回転方向角度β＝5°、L2＝100mmの巻きシワ81が、全幅1000mmの透明プラスチックフィルムロール80上において図８（ａ）に示す右側のエッジ（この位置を原点と定める）から750mmの部分に発生した。このシワの発生時点では、カメラは移動手段により透明プラスチックフィルムロール80の全幅を100mmずつに１０分割して得られるポジションのうち、最も原点に近いポジションに存在していた。しかし、シワ発生直後から上記した所定のサイクルを繰り返しながら継続して検査を行い、実施例１と同様の画像撮像、信号処理方法により巻きシワ81を検出することができた。
【０１４４】
また別の機会に本実施例を試みたところ、巻き取り開始より透明プラスチックフィルムロール80の積層厚みが75mmになった時点でコンタクトロール65の回転不良のために斜面角度α＝2.2°、回転方向角度β＝2°、L2＝100mmの巻きシワ81'が、全幅1000mmの透明プラスチックフィルムロール80上において原点から340mmの部分に発生した。このシワの発生時点では、カメラは移動手段により透明プラスチックフィルムロール80の全幅を100mmずつに１０分割して得られるポジションのうち、原点から反原点側に向かって６番目のポジションに存在していた。しかし、シワ発生直後から上記した所定のサイクルを繰り返しながら継続して検査を行い、実施例１と同様の画像撮像、信号処理方法により巻きシワ81'を検出することができた。
【０１４５】
また本実施例内の２つの場合ではカメラに内蔵されているオートフォーカス機能により画像がぼけることなく、鮮明に撮像可能であり、透明プラスチックフィルムロール80の積層膜厚が増加することによる検査光路長の変化があっても正常に検査できることが確認された。また画像のぼけ補正については、被検査対象表面Srの移動にともなって汎用精密ステージなどの移動手段23を用いてカメラをm2の方向へ移動させることも好ましく、また結像手段22として、もともと被写界深度が検査光路長の変化よりも充分に長く設計されている単焦点レンズを用いることも好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、表面が平面の透明プラスチックフィルム上の折れシワ検査方法および装置、表面が曲面の透明プラスチックフィルムロール上の巻きシワ検査方法および装置に限らず、鉄鋼板表面のキズ検査方法および装置や高光反射率材料で表面をコーティングされたフィルム状物質の巻き取りロール上の巻きシワ検査方法および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】
【０１４７】
【図１】本発明の第１の基本的な構成を示す概略図である。
【図２（ａ）】ストライプパターン画像と周期信号を示す概略図である。
【図２（ｂ）】ストライプパターン画像と周期信号を示す概略図である。
【図２（ｃ）】ストライプパターン画像と周期信号を示す概略図である。
【図２（ｄ）】ストライプパターン画像と周期信号を示す概略図である。
【図３（ａ）】本発明の基本的な原理を示す概略図である。
【図３（ｂ）】本発明の基本的な原理を示す概略図である。
【図４】２次元撮像手段による取得画像の信号処理方法を示す概略図である。
【図５】１次元撮像手段による取得画像の信号処理方法を示す概略図である。
【図６】本発明の第２の基本的な構成を示す概略図である。
【図７（ａ）】透明プラスチックフィルムと折れシワを示す概略図である。
【図７（ｂ）】透明プラスチックフィルムと折れシワを示す概略図である。
【図８（ａ）】プラスチックフィルムロールと巻きシワを示す概略図である。
【図８（ｂ）】ラスチックフィルムロールと巻きシワを示す概略図である。
【図９】シワの斜面角度と回転方向角度による移動ベクトルの向きを示す概略図である。
【図１０】シワの斜面角度と回転方向角度による移動ベクトルの大きさを示す概略図である。
【図１１】本発明の幾何学的な要素を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１０    明暗パターン光照明手段
１１    照明手段
１２    明暗パターン光作成手段
１２ａ  光透過部
１２ｂ  遮光部
２０    撮像手段
２１    光電変換手段
２２    結像手段
２３    移動手段
３０    表面が平面の被検査対象物
３１    表面が平面の被検査対象物上の凹凸欠陥
３１ａ  凹凸欠陥の斜面
３２    歪み部
３３    歪みのないストライプ画像における１次元視野
３４    歪みのあるストライプ画像における１次元視野
３５    ２次元撮像手段によるストライプ画像における明部幅
３６    ２次元撮像手段によるストライプ画像における暗部幅
３７    １次元撮像手段によるストライプ画像における明部幅
３８    １次元撮像手段によるストライプ画像における暗部幅
４３    凹凸欠陥がない場合のストライプ画像から得られる輝度波形
４４    凹凸欠陥がある場合のストライプ画像から得られる輝度波形
５１    検査画像における凹凸欠陥による影響を受けていない領域
５２    検査画像における凹凸欠陥による影響を受けている領域
５３    マスタ画像と検査画像の輝度差を生じた領域
６０    シート状の被検査対象物
６１    表面が曲面の被検査対象表面上の凹凸欠陥
６２    ロール状（表面が曲面）の被検査対象物
６３    コア
６４    アーム
６５    コンタクトロール
７０    透明プラスチックフィルム
７１    折れシワ
８０    透明プラスチックフィルムロール
８１    巻きシワ
ａ１    折れシワを臨むアングル
ａ２    巻きシワを臨むアングル
ｂ１    折れシワの断面線
ｂ２    巻きシワの断面線
ＣＳ    中心軸
ＣＬ１  視線方向と法線を含む平面と被検査対象表面との交線
ＣＬ２  視線方向と法線を含む平面と基準表面との交線
ＣＬ３  基準表面を含む無限大の平面と被検査対象表面との交線
ＤＣ    撮像機器距離
ＤＬ    照明距離
ＤＲ    ロール距離変化
Ｈｖ    ストライプパターンの明暗変化方向
Ｈｈ    ストライプパターンの明暗境界線方向
i       移動ベクトル
Ｉ      撮像手段の視線方向
Ｌ１    折れシワの全長
Ｌ２    巻きシワの全長
Ｌｉ    入射光
Ｌｉ１  被検査対象表面上の反射点に入射する入射光
Ｌｉ２  凹凸欠陥の斜面上の反射点に入射する入射光
Ｌｒ    反射光
ｍ１    移動手段の移動方向
ｍ２    アームの可動方向
ｍ３    透明プラスチックフィルムの搬送方向
ｍ４    透明プラスチックフィルムロールの回転方向
ｐ      明暗ストライプのピッチ（Ｐａ＋Ｐｂ）
Ｐａ    明部の幅（＝明ピッチ）
Ｐｂ    暗部の幅（＝暗ピッチ）
Ｐｂ    画像上の明暗配置周期乱れのない領域の明部領域のピッチ
Ｐｄ    画像上の明暗配置周期乱れのない領域の暗部領域のピッチ
Ｐｉ１  被検査対象表面上の反射点に入射する入射光を発する発光点
Ｐｉ２  凹凸欠陥の斜面上の反射点に入射する入射光を発する発光点
Ｐｍｘ  画像上の明暗配置周期乱れのある領域内の明部／暗部のピッチ
Ｐｒ    反射点
Ｐｒ１  被検査対象表面上の反射点
Ｐｒ２  凹凸欠陥の斜面上の反射点
ｑ      基準ベクトル
ｒ１    ロールの回転（巻き取り）方向
ｒ２    コンタクトロールの回転方向
Ｓ      表面が平面の被検査対象物の被検査対象表面
Ｓ０    撮像手段の視線方向と被検査対象表面の法線を含む平面
Ｓ１    透明プラスチックフィルムの被検査対象表面
Ｓ２    透明プラスチックフィルムロールの被検査対象表面
Ｓｌ    基準面
Ｓｒ    表面が曲面の被検査対象物の被検査対象表面
Ｚ      被検査対象表面の法線
α      凹凸欠陥の斜面角度
β      凹凸欠陥の回転方向角度
φ      明暗パターン光照射手段と撮像手段が被検査対象表面の法線に対して成す角
ψ      移動ベクトルの向き（基準ベクトルと移動ベクトルの成す角度）
θ      明暗ストライプの傾き角度
【図１】
2005337857.tif 000059
【図２（ａ）】
2005337857.tif 000060
【図２（ｂ）】
2005337857.tif 000061
【図２（ｃ）】
2005337857.tif 000062
【図２（ｄ）】
2005337857.tif 000063
【図３（ａ）】
2005337857.tif 000064
【図３（ｂ）】
2005337857.tif 000065
【図４】
2005337857.tif 000066
【図５】
2005337857.tif 000067
【図６】
2005337857.tif 000068
【図７（ａ）】
2005337857.tif 000069
【図７（ｂ）】
2005337857.tif 000070
【図８（ａ）】
2005337857.tif 000071
【図８（ｂ）】
2005337857.tif 000072
【図９】
2005337857.tif 000073
【図１０】
2005337857.tif 000074
【図１１】
2005337857.tif 000075