(57)【要約】【課題】従来難しかった人間の目で漸く感知できるような微妙な、乾燥条件により発生する塗膜ムラの検査が可能な画像測定方法および画像測定装置を提供する。【解決手段】表面に周期的な電極パターン３を形成させた透明基板４と、前記電極パターンに電圧を印加するための電源１３と、前記透明基板上の塗布された塗膜５に光照射するための光源１と、光源からの光を略平行光とするコリメートレンズ２を具備し光照射により、塗膜から生じる回折光の画像を検出する画像検出器１２と、を備えた塗膜検査装置であって、前記塗膜を、表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板４上に塗布し、前記電極パターン３に電圧を印加させ、前記塗膜５に光照射したときに発生する回折光のうち、第一サイドローブの、光強度が零になる回折角度に近い０次回折光を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板上に塗膜を形成し、前記電極パターンに電圧を印加すると共に、略平行光を照射し、発生する回折光のうち、第一サイドローブの、光強度が零になる回折角度に近い０次回折光を検出することを特徴とする塗膜ムラ測定方法。
【請求項２】
前記回折光のサイドローブにおいて回折光強度がピーク強度より低下した回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする請求項１記載の塗膜ムラ測定方法。
【請求項３】
前記光照射を、多波長の略平行光でおこなうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗膜ムラ測定方法。
【請求項４】
表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板と、
前記電極パターンに電圧を印加するための電源と、
前記透明基板上の塗布された塗膜に光照射するための光源と、光源からの光を略平行光とするコリメートレンズを具備し
光照射により、塗膜から生じる回折光の画像を検出する画像検出器と、
を備えた塗膜検査装置であって、
前記塗膜を、表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板上に塗布し、前記電極パターンに電圧を印加させ、前記塗膜に光照射したときに発生する回折光のうち、第一サイドローブの、光強度が零になる回折角度に近い０次回折光を検出することを特徴とする塗膜ムラ測定装置。
【請求項５】
前記回折光のサイドローブにおいて回折光強度がピーク強度より低下した回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする請求項４記載の塗膜ムラ測定装置。
【請求項６】
前記光照射を、多波長の略平行光でおこなうことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の塗膜ムラ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の乾燥過程において塗膜に発生する塗膜ムラを測定する方法および塗膜ムラ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルムやガスバリアフィルム、液晶関連のカラーフィルタなど、インクや高分子樹脂溶液などの塗料で塗膜を形成する工程では、外観上のムラが原因で製品が欠陥となる場合がある。光学フィルムやカラーフィルタでは光学特性の欠陥となり、ガスバリアフィルムではバリア性能の不良などが生じる。
【０００３】
このようなムラの発生を抑えるには、各塗料と各塗布乾燥条件において、どの段階でムラが生じるかを測定し、最適な塗料と塗布乾燥条件を把握して適用することでムラを発生させないことが有効である。しかし、塗膜は通常約1μｍ〜数百μｍと薄く、着色があったり透明である場合や、照明条件と塗膜を目視で見る角度またはカメラなどで撮像する角度がムラによって異なることなど、光学的に観察するには困難な場合が多い。
【０００４】
塗膜のムラを画像検査する方法として、塗膜のムラを照明方法などを変えて強調して画像計測する方法が多く用いられているが、ムラを光学的に強調して画像化する従来の方法では、ムラはわずかな照明方法や角度を変えて撮像するが、わずかな反射光や透過光の変化に起因するムラを高感度に画像化することが難しかった（特許文献１）。
【０００５】
また、塗膜が液体の状態で塗布されて乾燥する過程においては、塗料と乾燥条件を変えてムラが発生しない条件を求めたい場合、ムラを強調して測定することが難しい。また、ムラがどの乾燥段階で生じるかを確認したい場合も、塗膜の性状は変化していき、光学条件も異なっていくので、ムラを画像測定することは難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１４２１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、従来難しかった、人間の目でようやく感知できるような、乾燥条件により発生する微少な塗膜ムラの検査が可能な画像測定方法および画像測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板上に塗膜を形成し、前記電極パターンに電圧を印加すると共に、略平行光を照射し、発生する回折光のうち、第一サイドローブの、光強度が零になる回折角度に近い０次回折光を検出することを特徴とする塗膜ムラ測定方法である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記回折光のサイドローブにおいて回折光強度がピーク強度より低下した回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする請求項１記載の塗膜ムラ測定方法である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記光照射を、多波長の略平行光でおこなうことを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の塗膜ムラ測定方法である。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板と、
前記電極パターンに電圧を印加するための電源と、
前記透明基板上の塗布された塗膜に光照射するための光源と、光源からの光を略平行光とするコリメートレンズを具備し
光照射により、塗膜から生じる回折光の画像を検出する画像検出器と、
を備えた塗膜検査装置であって、
前記塗膜を、表面に周期的な電極パターンを形成させた透明基板上に塗布し、前記電極パターンに電圧を印加させ、前記塗膜に光照射したときに発生する回折光のうち、第一サイドローブの、光強度が零になる回折角度に近い０次回折光を検出することを特徴とする塗膜ムラ測定装置である。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記回折光のサイドローブにおいて回折光強度がピーク強度より低下した回折角度で回折光を画像検出することを特徴とする請求項４記載の塗膜ムラ測定装置である。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、記光照射を、多波長の略平行光でおこなうことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の塗膜ムラ測定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の装置によれば、乾燥中の塗膜のムラを、基板に電場を印加することで周期的な電極パターンに沿って変形させ、ムラを回折光の変化として強調できるので、人間の目でようやく感知できるような、乾燥条件により発生する微少な塗膜ムラを高感度に検出することができる。また、塗膜の厚さの違いによるムラだけでなく、場所によって異なる塗膜の乾燥状態の違いについても、工程内において測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の塗膜ムラ測定装置の構成を示した断面概念図である。
【図２】本発明の実施形態１を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態２を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態３を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態４を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施形態に用いる電極のパターンの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の塗膜ムラ測定装置の構成を示しており、表面に周期的な電極パターン３を形成させた透明基板４、電極パターン３に電圧を印加するための電源１３、透明基板４上に塗布された塗膜５に光照射するための光源１、光源からの光を略平行光とするコリメートレンズ２、塗膜５から生じる回折光の画像を検出する画像検出器１２からなっており、透明基板４としては、可視光を透過する石英ガラス基材などが用いられる。
【００１７】
表面に周期的な電極パターン３を形成させた透明基板４上の塗膜４を形成した後、電極パターンに電圧を印加し、コリメートレンズ２により略平行光となった光を照射する。光源１としては、ハロゲン光、メタルハライド光、ＬＥＤ光、キセノン光などが用いられる。
【００１８】
電極パターン３の周期構造６は、光を透過する開口部であり、透明基板４において周期
構造６以外の部分では光は透過しない構造とする。周期構造６をもつ透明基板４では、１次元方向で考えた場合、周期構造の幅７と、周期構造の間隔８の関係によって回折光が生じる。図６に、本発明の実施形態に用いるすだれ状電極のパターンを示す。
【００１９】
光源１から塗膜５の照射位置までの距離９と、光源１から塗膜５への垂線と照射位置までの距離１０において、距離１０を距離９で割ったもの、すなわち光源１から照射位置との方向余弦ｐをとる。回折角度１１は、９０度から方向余弦ｐの逆余弦を差分したものとなる。
【００２０】
＜実施形態１＞
図２は、本発明の実施形態１を説明する説明図であり、方向余弦ｐで光源装置１から特定の波長の光を照射した場合、画像検出器１２では、周期構造６と塗膜５を透過した光で生じる回折光が検出される。方向余弦ｐと画像検出器１２で検出される回折光の光強度の関係を示している。
【００２１】
周期構造の幅７をｓ、周期構造の間隔８をｄとおき、照射エリアの周期構造の数をＮとする。画像検出器１２で検出される回折光の強度は、図２（ａ）に示すように波長λをｄで割った周期ごとに鋭い強度が表れるｓｉｎ（Ｎｘ）／ｓｉｎ（ｘ）の２乗の特性の項１６と、図２（ｂ）に示すように波長λをｓで割った周期ごとに強度が零となるｓｉｎｃ（ｘ）の２乗の特性の項１７の積で表される。
【００２２】
すなわち、画像検出器１２で検出される光強度１８は、図２（ｃ）に示すように方向余弦ｐに対し、ある波長λにおいて、λ／ｄの周期で鋭い光強度が表れ、λ／ｓの周期で零になるｓｉｎｃ関数の２乗で増減する。
【００２３】
ここで、周期構造の間隔８が比較的大きいと、光強度１８において、方向余弦ｐに対しλ／ｄの間隔で発生する各次数の回折が近づいてしまう。そのため、画像検出器１２で、各次数の回折光のみを検出することが難しくなってしまう。各次数の回折光において、寸法の変化が光強度の変化に最も影響を及ぼす方向余弦ｐにおける角度は限られているため、寸法の変化によってあまり光強度の変化が生じない成分も検出されてしまい、感度が低下してしまう。
【００２４】
ここで、光強度１８は項１７で示されるように、方向余弦ｐに対しｓｉｎｃ（ｘ）の２乗を包絡線として項１６の成分が増減する。周期構造の幅ｓは、必ず周期構造の間隔ｄより小さいため、方向余弦ｐに対しｓｉｎｃ（ｘ）の２乗の特性で増減する周期は、方向余弦ｐに対する光強度１８のピーク間隔であるλ／ｄより大きくなる。
【００２５】
電源１３から交互に電圧印加と接地をした対向する電極パターン３に電圧を印加すると、電極パターン間に電気力線１５が生じる。塗膜５を電気力線１５が通ると、塗膜５と空気の誘電率が異なるためマクスウェル応力が働き、電場によって塗膜５が変形する。
【００２６】
周期構造の幅７がsのときに透過する光の強度が、塗膜５が変形することで変化し、幅７が等価的にｓ’としたときの光の強度となった場合、図２（ｄ）に示すようにｓの場合の方向余弦ｐに対する光強度１９が、ｓ’では光強度２０の特性となる。画像検出器１２を用いて画角２１の範囲の光強度を検出したとする。このときｓｉｎｃ（ｘ）の２乗の特性において光強度が零となる方向余弦ｐが変化する。そのため、回折角度が０より大きく包絡線が初めて０になる回折角度に近い回折光を画像検出器１２で検出し、画像処理装置１４で画像における光強度変化が生じている部分を求めることで、塗膜５の変形を光強度の変化として検出することができる。
【００２７】
塗膜５の変形の大きさは、膜の厚さや乾燥状態の違いによって異なり、また、回折光はわずかな形状の変化が光の強度の変化として顕著に表れるため、膜の厚さや乾燥状態の違いがムラの画像として検出できる。電圧印加のときと非印加のときの画像の差異がなければ、塗膜は乾燥しているものとして乾燥状態を確認できる。このように乾燥中の塗膜のムラを、電圧を印加することで検出できる。
【００２８】
周期的回路パターンのムラも見えるが、寸法精度が高い回路パターンを用い、さらに電圧ＯＮ−ＯＦＦのときの差から生じるムラを検出することで、塗膜のムラが検出できる。
【００２９】
＜実施形態２＞
請求項２記載の本発明の実施形態２を図１、図３を用いて説明する。周期構造の幅７がｓのときの，方向余弦ｐに対する光強度２２は、電源１３の電圧の印加によって塗膜５が変形して周期構造の幅７が等価的にｓ’となった場合、光強度２３の特性となる。ここで、回折光のサイドローブにおいて回折光強度が低下する画角２４、または画角２５で，画像検出器１２で光強度を検出する。これにより、周期構造の幅７がｓの場合と、塗膜が変形して周期構造の幅７が等価的にｓ’となった部分では、両者の光強度の差が生じるため、周期構造の欠陥を光強度分布として検出できる。
【００３０】
＜実施形態３＞
用いた光源を多波長の光にした以外は実施形態１と同じ条件で行った場合を、図１、図４を用いて説明する。光源１から多波長の光を、コリメートレンズ２で略平行光として、基板４へ照射する。周期構造６の幅７がｓのとき、波長λの場合には方向余弦ｐに対して光強度２６となり、波長λ’の場合には方向余弦ｐに対して光強度２７となる。ここで電源１３の電圧の印加によって塗膜３が変形し周期構造６の幅７が等価的にｓ’になった場合、波長λ、波長λ’の光強度はそれぞれ、光強度２８、光強度２９となる。
【００３１】
多波長の光において、全波長で第一サイドローブの光強度が零になる回折角度に近い回折角である画角３０で回折光を画像検出器１２を用いて検出し、画像処理装置１４で光の強度が変化する部分を求めることで、電源１３の電圧の印加によって、塗膜５が変形し周期構造の幅７が等価的にｓ’になった場合の塗膜５の膜厚や乾燥状態の違いのムラを光強度変化として検出することができる。
【００３２】
光源が多波長であることで、全波長で第一サイドローブの光強度が零になる回折角度に近い回折角の画角で、回折光を画像検出器１２を用いて検出するときに、光強度が零になる回折角度では周期構造の寸法変化に対する感度が悪く、また零になる回折角度から隔たりすぎた角度でも寸法変化によって変化しない光強度の割合が増えてしまい、感度が悪くなる。
【００３３】
また、単波長の略平行光ではそのための画角の設定が難しい。そこで、多波長にすると、いずれかの波長で感度が高まることで、画角の設定を容易に、感度よく寸法変化を検出することができた。
【００３４】
以上、基板４では周期構造６を光源１の照明光が透過する例で示した。基板４において周期構造６では光を反射し、周期構造６以外の部分では光を反射しない場合、光源１を画像検出器１４と同方向から基板４を照射することで、同様の効果が実現できる。
【００３５】
＜実施形態４＞
用いた光源を、多波長の光にした以外は、実施形態２同じ条件でいった場合を、図１、図５を用いて説明する。光源１から多波長の光を、コリメートレンズ２で略平行光として、基板４へ照射する。周期構造６の幅７がｓのとき，波長λの場合、方向余弦ｐに対して光
強度３１、波長λ’の場合、方向余弦ｐに対して光強度３２となる。ここで電源１３の電圧の印加によって塗膜３が変形し周期構造６の幅７がｓ’になった場合、波長λ、波長λ’での光強度はそれぞれ、光強度３３、光強度３４の特性となる。
【００３６】
ここで、多波長の各波長の回折光のサイドローブにおいて、回折光強度が低下する画角３５、または画角３６で，画像検出器８で光強度を検出する。これにより、電源１３の電圧の印加によって、塗膜５が変形し周期構造６の幅７が等価的にｓ’になった場合の塗膜５の膜厚や乾燥状態の違いのムラを光強度変化として検出することができる。
【００３７】
以上のことから、本発明の塗膜ムラ測定方法及び測定装置によって、例えばインクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の乾燥過程において、基板に形成した周期的な電極パターンに電圧を加えて電場を生じさせ、電場によって変形する塗膜の回折光から塗膜の乾燥過程のムラを画像検出することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・光源
２・・・コリメートレンズ
３・・・電極パターン
４・・・透明基板
５・・・塗膜
６・・・周期構造
７・・・周期構造の幅
８・・・周期構造の間隔
９・・・距離
１０・・・距離
１１・・・回折角度
１２・・・画像検出器
１３・・・電源
１４・・・画像処理装置
１５・・・電気力線
１６・・・項
１７・・・項
１８・・・光強度
１９・・・光強度
２０・・・光強度
２１・・・画角
２２・・・光強度
２３・・・光強度
２４・・・画角
２５・・・画角
２６・・・光強度
２７・・・光強度
２８・・・光強度
２９・・・光強度
３０・・・画角
３１・・・光強度
３２・・・光強度
３３・・・光強度
３４・・・光強度
３５・・・画角
３６・・・画角
【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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