(57)【要約】【課題】本発明の目的は、フィルムの正常な箇所と欠陥とで光の透過率に差が出ないフィルム表面の微少な欠陥を検出するフィルム検査装置を提供することにある。【解決手段】本発明の欠陥検査装置１０は、フィルム１２の凸欠陥２０ａを検出する第１系統１４と、凹欠陥２０ｂを検出する第２系統１６とを含む。また、第１系統１４および第２系統１６で検出した値は、コンピュータ１８で演算処理され、欠陥の判定がおこなわれる。検査されるフィルム１２は光を透過する位相差フィルムなどの高機能フィルムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムの正常部分に対して光が集光または散乱する欠陥を検査するために、
前記フィルムの一方側に配置された第１光源と、
前記フィルムと第１光源との間に配置され、フィルムに対向する面が光吸収面であり、フィルムの幅方向に設けられた第１スリットから第１光源の光を通過させる第１照明カバーと、
前記フィルムの他方側に配置され、フィルムに対して垂直方向に受光軸を有し、第１光源の光の投光軸に対して受光軸が斜め方向を向いた第１センサと、
前記フィルムの一方側に配置された第２光源と、
前記フィルムと第２光源との間に配置され、フィルムに対向する面が光吸収面であり、フィルムの幅方向に設けられた第２スリットから第２光源の光を通過させる第２照明カバーと、
前記フィルムの他方側に配置され、フィルムに対して垂直方向に受光軸を有し、第２光源の光の投光軸に対して受光軸が斜め方向を向き、第１センサとは受光感度が異なる第２センサと、
を含むフィルムの欠陥検査装置。
【請求項２】
前記第１センサの受光感度よりも第２センサの受光感度の方が高く
前記第１センサがフィルムに生じた凸欠陥によって集光した光を受光し、第２センサがフィルムに生じた凹欠陥によって散乱した光を受光する請求項１の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１センサおよび第２センサがフィルムの幅方向に受光素子を並べたラインセンサであり、第１センサおよび第２センサがそれぞれ受光した光の光量の値をフィルムの幅方向に沿って微分する手段と、
前記微分によって得られた値が、予め記憶しておいた閾値よりも高い場合に欠陥と判定する手段と、
を含む請求項１または２の欠陥検査装置。
【請求項４】
フィルムの正常部分に対して光が集光する欠陥を検査するために、
前記フィルムの一方側に配置された光源と、
前記フィルムと光源との間に配置され、フィルムに対向する面が光吸収面であり、フィルムの幅方向に設けられたスリットから光源の光を通過させる照明カバーと、
前記フィルムの他方側に配置され、フィルムに対して垂直方向に受光軸を有し、光源の光の投光軸に対して受光軸が斜め方向を向いたセンサと、
を含み、
前記センサがフィルムに生じた凸欠陥によって集光した光を受光するフィルムの欠陥検査装置。
【請求項５】
フィルムの正常部分に対して光が散乱する欠陥を検査するために、
前記フィルムの一方側に配置された光源と、
前記フィルムと光源との間に配置され、フィルムに対向する面が光吸収面であり、フィルムの幅方向に設けられたスリットから光源の光を通過させる照明カバーと、
前記フィルムの他方側に配置され、フィルムに対して垂直方向に受光軸を有し、光源の光の投光軸に対して受光軸が斜め方向を向いたセンサと、
を含み、
前記センサがフィルムに生じた凹欠陥によって散乱した光を受光するフィルムの欠陥検査装置。
【請求項６】
前記センサがフィルムの幅方向に受光素子を並べたラインセンサであり、センサが受光した光の光量の値をフィルムの幅方向に沿って微分する手段と、
前記微分によって得られた値が、予め記憶しておいた閾値よりも高い場合に欠陥と判定する手段と、
を含む請求項４または５の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行するフィルムの表面欠陥を検査する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の画質などの向上のため、位相差フィルムなどの高機能フィルムはますます良質なものが求められている。そのため、正常部分と光の透過率に差がない微小なフィルムの凹凸なども画質を劣化させるものとして問題になっている。
【０００３】
上記の凹凸としてフィッシュアイやクレーズ（微細なひび割れ）が代表的なものである。フィッシュアイは微少な魚の目状の凸欠陥である。フィルム製造時に局所的に材料の重合度が高くなってしまったり、混練時のゲル化の遅れや異物の混入などで発生する。クレーズは微少な凹欠陥である。クレーズは、フィルム製造時にフィルムへの伸張応力が与えられ、その応力が一定の閾値を超えると発生する。なお物質のひび割れとしてクラックとクレーズがあるが、物質がその欠陥部分で巨視的に明らかに分離している場合をクラックと呼び、それに達せずまだ明確には分離していない状態をクレーズと呼ぶ。
【０００４】
フィッシュアイは光の集光性を持ち、クレーズは光の拡散性を持つ。それぞれ光の屈折特性のまったく異なる欠陥モードであり、一方の欠陥を検査しても他方の欠陥が検査できず、単純に両方の欠陥を検査することはできない。そこで、下記の特許文献に異なる欠陥モードが混在するフィルムの検査装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１の装置は、フィルム面に光を照射する第１の光照射手段と、この第１の光照射手段とは異なる方向から指向性のある光を照射する第２の光照射手段を有する。フィルムを透過した第１光照射手段の光およびフィルムで散乱し透過した第２の光照射手段の光を共通の1系列の撮像装置にて受光して検査する。
【０００６】
しかし、特許文献１の装置は、欠陥モードにより撮像装置に到達する屈折光量が大きく異なるので、微小な凹凸欠陥を検出することは困難である。
【０００７】
特許文献２の装置は、フィルムの一面側に対向配置された撮像装置と、フィルムの他面側に対向配置されて撮像装置の視野を照明する光照射手段とからなる光学検査部をフィルムの移動方向に位置をずらして２系統設ける。光照射手段は、撮像装置の光軸上に配置された遮光体と、光軸上から外れて遮光体の側方に配置された光照射手段とを有する。２系統の光学検査部のうちの一方の光学検査部の光照射手段による視野での屈折光の屈折角よりも、他方の光学検査部の光照射手段による視野での屈折光の屈折角を小さくする。両検査部の撮像装置の撮像により得た検査信号から明情報と暗情報とを弁別するとともに、その明情報同志を比較する信号処理部を備えている。
【０００８】
しかし、特許文献２の装置は、透明体の明欠陥と透明体に付着した暗欠陥埃とを弁別することを対象にしており、光の透過率に差がない微小な凹凸欠陥を検出することは困難である。
【０００９】
【特許文献１】特許３２９０５３５号公報
【特許文献２】特許３６７７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、フィルムの正常な箇所と欠陥とで光の透過率に差が出ないフィルム表面の微少な欠陥を検出するフィルム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】
【００１１】
本発明のフィルムの欠陥検査装置は、フィルムの正常部分に対して光の透過率が変化しない欠陥を検査するために、前記フィルムの下方に配置された第１光源と、前記フィルムと第１光源との間に配置され、フィルムに対向する面が光吸収面であり、フィルムの幅方向に設けられた第１スリットから第１光源の光を通過させる第１照明カバーと、前記フィルムの上方に配置され、フィルムに対して垂直方向に受光軸を有し、第１光源の光の投光軸に対して受光軸が斜め方向を向いた第１センサと、前記フィルムの下方に配置された第２光源と、前記フィルムと第２光源との間に配置され、フィルムに対向する面が光吸収面であり、フィルムの幅方向に設けられた第２スリットから第２光源の光を通過させる第２照明カバーと、前記フィルムの上方に配置され、フィルムに対して垂直方向に受光軸を有し、第２光源の光の投光軸に対して受光軸が斜め方向を向き、第１センサとは受光感度が異なる第２センサとを含む。
【００１２】
第１光源の光は、第１照明カバーの第１スリットを通過してフィルムを透過する。第１センサの受光軸に対して投光軸が斜め方向となっており、第１センサは光吸収面を背景にフィルムを撮影する。第２光源や第２センサについても同様であり、受光軸に対して投光軸が斜め方向となっており、第２センサは光吸収面を背景にフィルムを撮影する。欠陥の凹凸によって各センサが受光する光量が変化し、欠陥を検出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、凸欠陥と凹欠陥を検査するために、２つの光源やセンサなどを備えている。センサの受光感度を異ならせるようにしており、凸欠陥と凹欠陥のそれぞれに対応できるようになっている。背景を光吸収面にしたフィルムをセンサで検知するため、凸欠陥や凹欠陥による光の集光や散乱によって、それらの欠陥を敏感に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るフィルムの欠陥検査装置について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に示す本発明の欠陥検査装置１０は、フィルム１２の凸欠陥を検出する第１系統１４と、凹欠陥を検出する第２系統１６とを含む。また、第１系統１４および第２系統１６で検出した値は、コンピュータ１８で演算処理され、欠陥の判定がおこなわれる。
【００１６】
検査されるフィルム１２は光を透過する位相差フィルムなどの高機能フィルムである。フィルム１２の厚みは約５０〜２００μｍ、幅は約５００〜２０００ｍｍであり、ロールに巻き取られるために移送される途中で検査される。図１であれば、矢印のｘ方向に移送される途中に検査される。また、検出する欠陥は、正常部と比較して光の透過率に差のない凸欠陥と凹欠陥を検査する。検出される最も小さな凸欠陥は、大きさ約０．０１ｍｍ２、高さ約１μｍのフィッシュアイなどである。凹欠陥は、大きさ約０．０１ｍｍ２、深さ約２μｍのクレーズなどである。なお、これらは一例であり、後述する本願の設計事項を変更することによって、検出できる欠陥の大きさを適宜変更することができる。凸欠陥は光を集光させる欠陥を示し、フィッシュアイに限定されることはない。凹欠陥も光を散乱（拡散）させる欠陥を示し、クレーズに限定されることはない。
【００１７】
第１系統１４は、フィルム１２の下方に配置された第１光源２２ａと、フィルム１２と第１光源２２ａとの間に配置され、フィルム１２の幅方向に設けられた第１スリット２４ａから第１光源２２ａの光Ｌ１を通過させる第１照明カバー２６ａと、フィルム１２の上方に配置された第１センサ２８ａとを含む。
【００１８】
また、第２系統１６は第１系統１４と同様であり、フィルム１２の下方に配置された第２光源２２ｂと、フィルム１２と第２光源２２ｂとの間に配置され、フィルム１２の幅方向に設けられた第２スリット２４ｂから第２光源２２ｂの光Ｌ２を通過させる第２照明カバー２６ｂと、フィルム１２の上方に配置された第２センサ２８ｂとを含む。
【００１９】
第１光源２２ａおよび第２光源２２ｂは、ライン状の高周波点灯管を使用する。両系統１４，１６はそれぞれ同じ１つの光源を使用する。光源２２ａ、２２ｂの発光色は白色またはそれに近い色であるが、センサ２８ａ、２８ｂの特性に合わせて発光色を決定しても良い。点灯周波数は、２０ｋＨｚや５０ｋＨｚであり、商用の蛍光管よりも点灯周波数が高い。第１センサ２８ａおよび第２センサ２８ｂが光Ｌ１，Ｌ２を受光するときのちらつきを防止する。
【００２０】
第１照明カバー２６ａと第２照明カバー２６ｂは、フィルム１２と対向配置される板状体である。スリット２４ａ、２４ｂを通過する以外の光は、照明カバー２６ａ、２６ｂによってセンサ２８ａ、２８ｂが受光できない。フィルム１２との対向面は黒色つや消し処理がおこなわれており、光の吸収面２７ａ，２７ｂとなっている。図２（ａ）や図４（ａ）に示すように、スリット２４ａ、２４ｂを通過してフィルム１２を透過する光Ｌ１，Ｌ２の中心軸３０ａ、３０ｂは、フィルム１２に対して傾斜するようにする。なお、この中心軸３０ａ、３０ｂを光の投光軸とする。
【００２１】
第１センサ２８ａと第２センサ２８ｂはフィルム１２の幅方向に受光素子の並べられたラインセンサを使用する。複数のセンサ２８ａ、２８ｂをフィルム１２の幅方向に並べても良い。センサ２８ａ、２８ｂの受光軸３２ａ、３２ｂはフィルム１２に垂直になるようになっている。受光軸３２ａ、３２ｂに対して光の投光軸３０ａ、３０ｂが斜方である。したがって、受光軸３２ａ、３２ｂの延長上に光源２２ａ、２２ｂとスリット２４ａ、２４ｂはなく、光源２２ａ、２２ｂやスリット２４ａ、２４ｂはフィルム１２の移送方向にずれている。センサ２８ａ、２８ｂの焦点はフィルム１２の表面である。
【００２２】
フィルム１２の背景を暗色背景とし、センサ２８ａ、２８ｂが受光する。外部からの光の影響を受けにくく、センサ２８ａ、２８ｂが受光する際のノイズを抑えることができる。
【００２３】
本願は、第１系統１４で凸欠陥を検出し、第２系統１６で凹欠陥を検出する。検出の方法について説明する。
【００２４】
凸欠陥２０ａの検出について、図２と図３を使用して説明する。（１）フィルム１２の正常部分が第１系統１４を通過するときに、第１センサ２８ａは光源２２ａから一定光量の光Ｌ１を受光する（図２（ａ）、図３（ａ））。このとき、投光軸３０ａと受光軸３２ａとが第１センサ２８ａで交叉する。なお、図３（ａ）で示される受光量変化は、図２（ａ）の位置でのフィルム１２の幅方向の受光量である。（２）フィルム１２が移送されて凸欠陥２０ａの中央部分を光Ｌ１が透過すると、光が集光される（図２（ｂ））。これは、凸欠陥が魚の目状であり、レンズを同じ働きをするからである。凸欠陥の集光効果によって第１センサが受光する光量が増して、明部３６が検出される（図３（ｂ））。このように、上記（２）の状態を検出できれば、凸欠陥２０ａがあることがわかる。なお、図３（ｂ）で示される受光量変化は、図２（ｂ）の位置でのフィルム１２の幅方向の受光量である。
【００２５】
なお、凸欠陥２０ａの端に光Ｌ１が通過すると、第１センサ２８ａから離れる方向に透過光が屈折を起こす（図２（ｃ））。この場合、図３（ｃ）のように、光の屈折により第１センサ２８ａに到達する光量が減少して、暗部３４が検出される。埃によっても光Ｌ１が遮蔽されて光量が減少するので、光量の減少を欠陥判定に利用しない。なお、図３（ｃ）で示される受光量変化は、図２（ｃ）の位置でのフィルム１２の幅方向の受光量である。
【００２６】
第１系統１４に凹欠陥２０ｂが通過すると、光が散乱されて受光光量が減少する。しかし、光の散乱による光量の変化は、凸欠陥２０ａの中心部分で生じる集光効果よりも小さく、後述するコンピュータでの判定では閾値に達しない。閾値を下げれば凹欠陥２０ｂも検出できるが、ノイズなども含まれるようになる。したがって、第１系統１４では凹欠陥２０ｂの判定をしないのが好ましい。
【００２７】
凹欠陥２０ｂの検出について、図４と図５を使用して説明する。（１）フィルム１２の正常部分が第２系統１６を通過するときに、第２センサ２８ｂは光源２２ｂの光Ｌ２を受光せず、光量はかなり小さい（図４（ａ）、図５（ａ））。このとき、投光軸３０ｂと受光軸３２ｂとが第２センサ２８ｂで交叉しない。なお、図５（ａ）で示される受光量変化は、図４（ａ）の位置でのフィルム１２の幅方向の受光量である。（２）フィルム１２の表面に形成された凹欠陥２０ｂが第２系統１６を通過するとする。このとき、凹欠陥２０ｂに光Ｌ２が通過すると、光散乱効果によって第２センサ２８ｂで光源２２ｂの光Ｌ２の一部を受光でき、明部３８を検出できる（図４（ｂ）、図５（ｂ））。このように、明部を検出できれば、凹欠陥２０ｂがあることがわかる。なお、図５（ｂ）で示される受光量変化は、図４（ｂ）の位置でのフィルム１２の幅方向の受光量である。
【００２８】
第２系統１６に凸欠陥２０ａが通過すると、凸欠陥２０ａの端で光が屈折されて受光量が増加する場合がある。しかし、凹欠陥２０ｂの中央部分で光を散乱させた場合に比べて屈折角度が小さく、第２センサ２８ｂに到達する受光量の増加が小さく、後述するコンピュータでの判定では閾値に達しない。閾値を下げれば凸欠陥２０ａも検出できるが、ノイズなども含まれるようになる。したがって、第２系統１６では凹欠陥２０ａの判定をしないのが好ましい。
【００２９】
以上のように、凸欠陥２０ａの集光効果と凹欠陥２０ｂの光拡散効果を利用して検出をおこなう。そのために、フィルム１２から第１照明カバー２６ａまでの距離ｈ１よりもフィルム１２から第２照明カバー２６ｂまでの距離ｈ２の方が長い（図６（ａ）、（ｂ））。また、第１センサ２８ａの受光軸３２ａから第１スリット２４ａまでの距離ｄ１よりも第２センサ２８ｂの受光軸３２ｂから第２スリット２４ｂまでの距離ｄ２の方が長い。これらの一例として、ｈ１は２０ｍｍ、ｈ２は９５ｍｍ、ｄ１は０．０５ｍｍ、ｄ２は５ｍｍである。なお、スリット２４ａ、２４ｂの幅ｄ３は２．５ｍｍ、スリット２４ａ、２４ｂと光源２２ａ、２２ｂの中心軸との水平方向（フィルム移送方向）の距離ｄ４は６ｍｍ、照明カバー２６ａ、２６ｂと光源２２ａ、２２ｂとの距離ｈ３は３７ｍｍ、照明カバー２６ａ、２６ｂの厚みｈ４は５ｍｍであり、両系統１４，１６で同じである。また、センサ２８ａ、２８ｂとフィルム１２との距離も同じである。なお、図２や図４で示した光の受光がおこなえるのであれば、上記の数値は適宜変更可能である。
【００３０】
第１センサ２８ａは光源２２ａからの一定量の光を常に受光し、凸欠陥２０ａによってさらに光量が増す。第２センサ２８ｂは凹欠陥２０ｂがあるときだけ光源２２ｂからの一部の光を受光することができる。したがって、第１センサ２８ａの受光感度よりも第２センサ２８ｂの受光感度の方を高くする必要がある。受光感度の一例として、第１センサ２８ａの受光感度が約９０Ｖ／ｌｘ・ｓｅｃであり、第２センサ２８ｂの受光感度が約２４００Ｖ／ｌｘ・ｓｅｃである。なお、凸欠陥２０ａの集光効果と凹欠陥２０ｂの光拡散効果を利用して検出できる適応範囲としては、第１センサ２８ａの受光感度が約５０〜１０００Ｖ／ｌｘ・ｓｅｃであり、第２センサ２８ｂの受光感度が約１０００〜４０００Ｖ／ｌｘ・ｓｅｃである。
【００３１】
光源２２ａ、２２ｂの光Ｌ１，Ｌ２が凸欠陥２０ａや凹欠陥２０ｂを通過した際に、暗色背景に対して明点としてセンサ２８ａ、２８ｂで受光される。光の集光性を持つ凸欠陥２０ａと光の拡散性を持つ凹欠陥２０ｂとでは、センサ２８ａ、２８ｂに到達する光量が大きく異なる。最適な受光感度のセンサ２８ａ、２８ｂをそれぞれの欠陥２０ａ、２０ｂに対して配置することで、光の透過率に差のないフィルム１２の微少な凹凸を検出できる。
【００３２】
また、表面の埃などの付着部は、光Ｌ１，Ｌ２を遮蔽する。埃がセンサ２８ａ、２８ｂの受光軸３２ａ、３２ｂの上を通過するときは暗色背景に対して暗点として受光される。また、光Ｌ１，Ｌ２が埃に照射されると、光Ｌ１，Ｌ２を遮蔽することとなるが、上記の明点のみを欠陥の判定に利用すれば、光の透過率に差がないフィルム表面の微少な凹凸と埃とを分別できる。
【００３３】
センサ２８ａ、２８ｂが検出した光量の値はディジタルデータに変換し、コンピュータ１８で欠陥を判定する。そのために、光量の値をディジタルデータに変換する手段と、第１センサ２８ａおよび第２センサ２８ｂがそれぞれ受光した光の光量の値をフィルム１２の幅方向に沿って微分する手段と、微分によって得られた値が、予め記憶しておいた閾値よりも高い場合に欠陥と判定する手段とを含む。また、微分した際に明点と暗点では特性（微分した際の曲線の形状）の違いが現れるので、その違いを判別する手段を設けて明点をチェックできるようにする。これらの手段は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその両方によって実現される。光量の絶対的な値ではなく、微分による相対的な値を使用して欠陥を判定している。フィルム１２が変更されたりしても、本発明を容易に適用できる。
【００３４】
また、欠陥２０ａ、２０ｂが検出されたら、警告灯に信号を送り、警告灯を点灯させるようにしても良い。コンピュータ１８は、フィルム１２の移送速度やセンサ２８ａ、２８ｂの受光周期などから欠陥２０ａ、２０の位置を特定し、モニタ４０にその位置を表示するようにしても良い。
【００３５】
以上、本発明について実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されることはない。例えば、上の説明では、光Ｌ１、Ｌ２が集光する場合と散乱する場合の両方を検出するようにしたが、いずれか一方のみであっても良い。コーティングフィルムであれば、コーティングが欠ける凹欠陥２０ｂが発生しやすく、この凹欠陥２０ｂの検出が必要になり、第２系統１６のみの装置となる。凸欠陥２０ａばかりできるフィルムであれば、第１系統１４のみの装置となる。また、両系統１４，１６を備えていても、片方のみを使用するようにしても良い。
【００３６】
図２や図４にフィルムの表面に凹凸ができている様子を示したが、図７のようにフィルム１２の内部で材料４２の溶融できずに固まったりして、集光や散乱などを起こす場合にも本発明は適用できる。
【００３７】
図面やその説明で、上下左右を入れ替えても良く、同じ効果を奏する。その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の検査装置の構成を示す図である。
【図２】凸欠陥の検出する原理を示す図であり、（ａ）は正常部を光が透過し、（ｂ）は凸欠陥の中央で光が集光される図であり、（ｃ）は凸欠陥の端で光が散乱される図である。
【図３】図２に対応して第１センサの受光量を示す図であり、（ａ）は図２（ａ）での受光量であり、（ｂ）は図２（ｂ）での受光量であり、（ｃ）は図２（ｃ）での受光量である。
【図４】凹欠陥を検出する原理を示す図であり、（ａ）は正常部を光が透過し、（ｂ）は凹欠陥で光が散乱される図である。
【図５】図４に対応して第１センサの受光量を示す図であり、（ａ）は図４（ａ）での受光量であり、（ｂ）は図４（ｂ）での受光量である。
【図６】本発明の検査装置の第１系統と第２系統の構成の違いを示す図である。
【図７】フィルム内部の欠陥を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０：フィルム検査装置
１２：フィルム
１４：第１系統
１６：第２系統
１８：コンピュータ
２０ａ：凸欠陥
２０ｂ：凹欠陥
２２ａ，２２ｂ：光源
２４ａ，２４ｂ：スリット
２６ａ，２６ｂ：照明カバー
２７ａ，２７ｂ：光吸収面
２８ａ，２８ｂ：センサ
３０ａ，３０ｂ：投光軸
３２ａ，３２ｂ：受光軸
３４：凸欠陥２０ａの端に光Ｌ１が通過するときに光の屈折によってできる暗部
３６：凸欠陥２０ａの集光効果によってできる明部
３８：凹欠陥２０ｂに光Ｌ２が通過するときに光散乱効果によってできる明部
４０：モニタ
４２：フィルム１２の内部で溶融できずに固まった材料
Ｌ１，Ｌ２：フィルム１２を透過する光
【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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