JP2005061839A

JP2005061839A - 表面欠陥検査方法及び装置

Info

Publication number: JP2005061839A
Application number: JP2003207124A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shikami; 正樹爾見
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】被検査対象物表面に生じる凹凸と付着物とを識別し、有害である凹凸のみを欠陥として高精度に検出可能な検査方法及び装置を提供する。
【解決手段】表面欠陥検査装置１００は、被検査対象物Ｍにスリット状の照明光を照射する照明装置１と、その反射光を撮像する２次元撮像装置２と、撮像画像におけるスリット部の形状に基づき欠陥を検出する画像処理装置３とを備える。画像処理装置３は、照明光の伸長方向に略直交する方向に移動する被検査対象物Ｍについて、予め決定した所定の移動距離毎に撮像画像を取得して第１画像メモリに記憶し、記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離をスリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該距離に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶し、当該記憶した画像について画像処理を施し欠陥を検出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学フィルムなど、平滑な表面を有する被検査対象物の表面欠陥を検査する方法及び装置に関し、特に、被検査対象物表面に生じる凹凸と付着物（ほこり等）とを識別し、有害である凹凸のみを欠陥として検出可能であることを特徴とする表面欠陥検査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
裁断された光学フィルムには、表面を保護するための保護フィルムが貼られているのが一般的であるため、凹凸は欠陥として検出する必要がある一方、ほこり等の表面付着物は欠陥として検出する必要がない。また、裁断された光学フィルムには、緩やかな反りやうねりが存在している場合が多いため、当該緩やかな形状変化の中から急激に形状変化する部分を欠陥として検出する必要がある。斯かる表面欠陥の検査は、人間の目視に依存しているのが実状であるものの、生産効率の向上化や、品質保証の客観性を担保するといった観点より、自動化が所望されている。
【０００３】
従来、上記光学フィルム等の平滑な表面に生じる凹凸を光学的に検査する方法として、単一の又は複数のスリット状照明光を被検査対象物に照射し、そのスリット像のゆがみの程度によって表面の凹凸を検査する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５参照）。
【０００４】
上記特許文献１に記載の方法は、単一のスリット状照明光の反射光を２次元撮像装置で撮像し、スリット像の幅方向中央位置を検出することにより、正常表面との傾斜角の差異を算出して、被検査対象物の表面に生じる凹凸等を検査する方法である。斯かる方法は、正常表面及び被検査対象物表面の各スリット像の幅方向中央位置の偏差に基づき、正常表面と被検査対象物表面の傾斜角の差異を算出するものであり、予め正常表面のスリット像を採取しておく手間が掛かる等の問題を有する。また、被検査対象物表面のスリット像について一端から他端までの幅方向中央位置の平均値を算出し、当該平均値を正常表面のスリット像として代替する方法も提案されているが、比較的大きな凸凹を有する被検査対象物表面のスリット像の場合には、前記平均値が正常表面のスリット像を代替するものとはなり得ず、ひいては検査精度が悪化するという問題もある。
【０００５】
上記特許文献２及び特許文献３に記載の方法は、複数のスリット状照明光（ストライプ状の明暗パターン）を用いているため、構成が複雑になると共に、スリットの本数に検査精度が左右されてしまうという問題がある。
【０００６】
上記特許文献４に記載の方法は、単一のスリット状照明光の反射光をラインセンサで撮像する構成であるため、そもそもスリット状照明光とラインセンサとの位置合わせが難しい上、インラインで検査する場合には、振動等の影響で位置合わせした最適な位置を維持するのが困難であり、ひいては検査精度が悪化するという問題がある。
【０００７】
上記特許文献５に記載の方法は、複数のスリット状照明光（ストライプ状の明暗パターン）を用いて撮像した画像における濃度値に関する所定の評価値に基づき、被検査対象物の微小凹凸とほこりとを識別して検査する方法であるが、複数のスリット状照明光を用いているため、構成が複雑になると共に、スリットの本数に検査精度が左右されてしまうという問題がある。また、被検査対象物表面が完全な鏡面でない場合には、正常表面においても濃度値の変化が生じるため、微小凹凸とほこりとの識別が困難になるという問題もある。
【０００８】
以上のように、従来の検査方法では、被検査対象物表面に生じる凹凸と付着物とを識別できずに両方を欠陥として検出してしまったり、微小な凹凸に対する検査精度が悪いといった問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−９４３３９号公報
【特許文献２】
特開平２−７３１３９号公報
【特許文献３】
特開平８−８６６３３号公報
【特許文献４】
特開平６−２３５６２４号公報
【特許文献５】
特開２０００−１８９３２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、被検査対象物表面に生じる凹凸と付着物（ほこり等）とを識別し、有害である凹凸のみを欠陥として高精度に検出可能である表面欠陥検査方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するべく、本発明は、請求項１に記載の如く、被検査対象物にスリット状の照明光を照射してその反射光を２次元的に撮像し、当該撮像画像におけるスリット部の形状に基づき被検査対象物表面の欠陥を検査する方法において、被検査対象物を前記スリット状の照明光の伸長方向に略直交する方向に移動させるステップと、予め決定した所定の移動距離毎に前記撮像画像を取得するステップと、前記取得した各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測するステップと、前記各撮像画像についての前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測した距離に応じた濃度値を各画素が有するように画像を形成するステップと、前記形成した画像について画像処理を施すことにより欠陥を検出するステップとを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法を提供するものである。
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、被検査対象物をスリット状の照明光の伸長方向に略直交する方向に移動させるステップと、予め決定した所定の移動距離毎に撮像画像を取得するステップとを含むため、被検査対象物表面の２次元的な検査が可能である。ここで、前記取得した各撮像画像におけるスリット部（スリット状照明光の反射光が結像した部分であり、スリット状照明光が照射されていない他の部分よりも明るい（濃度値が大きい））は、被検査対象物表面が正常である場合には略直線状に伸長する一方、照明光の照射部分に凹凸が生じている場合には変形し、ほこり等の光散乱性の付着物が付着している場合には反射光が遮蔽されてスリット部が一部欠ける状態となる。請求項１に係る発明は、前記取得した各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測するステップと、前記各撮像画像についての前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測した距離に応じた濃度値を各画素が有するように画像を形成するステップとを含むように構成されている。すなわち、スリット部の伸長方向に直交する方向から見てスリット部までの距離を当該スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離を濃度値に変換した画像を形成するように構成されている。前記スリット部までの距離は、照明光の照射部分が正常表面、凹凸及び付着物の何れであるかに応じて異なる（付着物によってスリット部が欠ける場合には距離は最大値となる）ため、形成される画像の濃度値もそれぞれ異なることになる。従って、前記形成した画像について画像処理（２値化など）を施すことにより、正常表面、凹凸及び付着物を識別し、凹凸のみを欠陥として高精度に検出することが可能である。なお、請求項１に係る発明によれば、前述のように、計測した距離を濃度値に変換した画像を形成し、当該画像について画像処理を施すことにより欠陥を検出するように構成されているため、濃度値の差異に基づき欠陥を検出するのみならず、欠陥として検出された部分の面積や形状などの特徴量をも考慮した検査を実施することが可能である。
【００１３】
また、前記課題を解決するべく、本発明は、請求項２に記載の如く、被検査対象物にスリット状の照明光を照射する照明装置と、当該照明装置から照射された照明光の被検査対象物表面での反射光を撮像する２次元撮像装置と、当該撮像装置で撮像した撮像画像におけるスリット部の形状に基づき被検査対象物表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備えた検査装置において、前記画像処理装置は、第１画像メモリと第２画像メモリとを備え、前記照明光の伸長方向に略直交する方向に移動する被検査対象物について、予め決定した所定の移動距離毎に前記撮像画像を取得して前記第１画像メモリに記憶し、前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶し、前記第２画像メモリに記憶した画像について画像処理を施すことにより欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検査装置を提供するものである。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、画像処理装置が、照明光の伸長方向に略直交する方向に移動する被検査対象物について、予め決定した所定の移動距離毎に撮像画像を取得して第１画像メモリに記憶するため、被検査対象物表面の２次元的な検査が可能である。ここで、前記取得した各撮像画像におけるスリット部は、被検査対象物表面が正常である場合には、略直線状に伸長する一方、照明光の照射部分に凹凸が生じている場合には変形し、ほこり等の光散乱性の付着物が付着している場合には反射光が遮蔽されてスリット部が一部欠ける状態となる。請求項２に係る発明は、前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶する構成とされている。前記スリット部までの距離は、照明光の照射部分が正常表面、凹凸及び付着物の何れであるかに応じて異なるため、第２画像メモリに記憶される画像の濃度値もそれぞれ異なることになる。従って、第２画像メモリに記憶された画像について画像処理（２値化など）を施すことにより、正常表面、凹凸及び付着物を識別し、凹凸のみを欠陥として高精度に検出することが可能である。なお、請求項２に係る発明において、画像処理装置が複数の第１画像メモリを備えるように構成し、移動距離毎に取得する各撮像画像をそれぞれ別個の第１画像メモリに記憶する構成を採用することも可能である。しかしながら、装置構成を簡易にするという観点からは、単一の第１画像メモリを備えるように構成し、当該第１画像メモリに記憶された一の撮像画像について前記距離を計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を第２画像メモリに記憶した後、次の撮像画像を前記第１画像メモリに上書きする構成を採用することが好ましい。また、第１画像メモリと第２画像メモリとは、必ずしも物理的に別個のメモリとする必要はなく、単一の画像メモリを領域分割し、一の領域に撮像画像の記憶媒体としての第１画像メモリの機能を奏させる一方、他の領域に距離に応じた濃度値の記憶媒体としての機能を奏させる構成を採用することも可能である。
【００１５】
好ましくは、請求項３に記載の如く、前記画像処理装置は、前記第１画像メモリの１画素よりも小さい分解能で前記距離を計測するように構成される。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、１画素よりも小さい分解能、すなわちサブピクセル単位で距離が計測されるため、欠陥検出精度をより一層向上させることが可能である。なお、サブピクセル単位で距離を計測する具体的手法については、例えば、特開２００１−３１７９１９号公報に記載されているような公知の技術を転用可能である。
【００１７】
前記距離に応じた濃度値を記憶させる第２画像メモリに必要とされる深さ（１画素当たりのビット数）は、第１画像メモリのサイズ（画素数）に応じて決定されるが、特に前記距離を高精度（例えばサブピクセル単位）に計測する場合には、第２画像メモリの深さ（１画素当たりのビット数）を大きくする必要が生じる。従って、好ましくは、請求項４に記載の如く、前記第２画像メモリの１画素当たりのビット数は１０ビット以上とされる。
【００１８】
好ましくは、請求項５に記載の如く、前記画像処理装置は、前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する一の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第１の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測すると共に、スリット部の伸長方向に直交する他の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第２の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、前記第１の距離及び前記第２の距離に基づいて所定の演算を施した後、当該演算した値に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶するように構成される。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、スリット部の伸長方向に直交する一の方向から見た第１の距離と、他の方向から見た第２の距離とに基づいて所定の演算（例えば、第１の距離と、当該第１の距離を計測したスリット部の伸長方向に沿った位置における第２の距離との加算）が施され、当該演算した値に応じた濃度値が第２画像メモリに順次記憶されることになる。ここで、第１の距離及び第２の距離は、照明光の照射部分が正常表面、凹凸及び付着物の何れであるかに応じて共に異なることになるため、これらの距離を加算等することにより、正常表面、凹凸及び付着物のそれぞれに対応する濃度値の差をより一層強調することができ、ひいては欠陥（凹凸）検出精度をより一層高めることができる。
【００２０】
或いは、請求項６に記載の如く、前記画像処理装置は、第３画像メモリを更に備え、前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する一の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第１の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を順次第２画像メモリに記憶すると共に、スリット部の伸長方向に直交する他の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第２の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を順次第３画像メモリに記憶し、前記第２画像メモリに記憶した画像と、前記第３画像メモリに記憶した画像との画像間で所定の演算を施した後、当該演算した値に応じた濃度値を順次第２画像メモリに記憶するように構成するのも好ましい。
【００２１】
請求項６に係る発明によれば、スリット部の伸長方向に直交する一の方向から見た第１の距離に応じた濃度値と、他の方向から見た第２の距離に応じた濃度値とが、それぞれ第２画像メモリ及び第３画像メモリに順次記憶され、これら第２画像メモリ及び第３画像メモリに記憶された画像間で所定の演算（例えば、第１の距離に応じた濃度値と、当該第１の距離を計測したスリット部の伸長方向に沿った位置における第２の距離に応じた濃度値との加算）が施される。ここで、第１の距離及び第２の距離は、照明光の照射部分が正常表面、凹凸及び付着物の何れであるかに応じて共に異なることになるため、これらの距離に応じた濃度値を加算等することにより、正常表面、凹凸及び付着物のそれぞれに対応する濃度値の差をより一層強調することができ、ひいては欠陥（凹凸）検出精度をより一層高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。また、図２は、図１に示す表面欠陥検査装置の機能ブロック図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る表面欠陥検査装置１００は、平滑な表面を有する被検査対象物（本実施形態では、裁断された光学フィルム）Ｍにスリット状の照明光を照射する照明装置１と、照明装置１から照射された照明光の被検査対象物Ｍ表面での反射光を撮像する２次元撮像装置２と、撮像装置２で撮像した撮像画像におけるスリット部の形状に基づき被検査対象物Ｍ表面の欠陥を検出する画像処理装置３とを備えている。
【００２３】
照明装置１は、拡散照明光を照射する棒状の光源１１と、光源１１から照射された光を一方向に伸長したスリット状に絞るべく、光源１１に対向配置された所定幅の開口部を有するスリット１２とを備えている。なお、光源１１及びスリット１２の開口部の長さは、被検査対象物Ｍの幅方向全体に光を照射できるように、被検査対象物Ｍの幅よりも長く設定されている。
【００２４】
２次元撮像装置２は、本実施形態ではＣＣＤカメラから構成されており、照明装置１から照射された光の被検査対象物Ｍ表面での反射光（主として正反射光）を受光できる幾何学的条件で配置されている。また、照明装置１の光量は、ＣＣＤカメラが飽和しない程度に調整される。撮像装置２の視野の広さは、後述する距離を計測する分解能や検出対象となる欠陥の大きさ等に応じて適宜決定されるが、少なくとも照明装置１による照射範囲を含む視野とされる。
【００２５】
ここで、本実施形態においては、照明装置１から出射される照明光の伸長方向に略直交する方向（図１に矢符で示す方向）に被検査対象物Ｍを移動させるべく、被検査対象物Ｍを載置し移動させるための移動装置（例えば一軸ステージ）４と、移動装置４を駆動制御するためのコントローラ５とが設置されている。被検査対象物Ｍは、移動装置４によって図１に矢符で示す方向に移動し、その移動距離を示す信号（例えば、移動装置４を構成するステッピングモータのパルスカウント値）がコントローラ５から画像処理装置３に入力される。
【００２６】
画像処理装置３は、汎用のパーソナルコンピュータ等に、所定の処理を行うハードウェアを搭載すると共に、所定の処理を行うソフトウェアをインストールすることによって構成されている。より具体的には、図２に示すように、画像処理装置３は、後述する第１画像メモリ（図示せず）及び第２画像メモリ（図示せず）を具備し、後述する所定の処理を行うための専用のハードウェア（ＤＳＰ等）から構成される演算処理部３１と、後述する所定の画像処理を実施するためのソフトウェア等から構成される画像処理部３２とを備えている（但し、必要に応じ、画像処理部３２もＤＳＰ等の専用のハードウェアで構成することも可能である）。演算処理部３１は、撮像装置２から出力される映像信号をコントローラ５からの出力信号に応じて取得し、第１画像メモリに記憶する処理を行う画像取得処理部３１１と、第１画像メモリに記憶された撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向（被検査対象物Ｍの移動方向）から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測する処理を行う距離計測処理部３１２と、当該計測した距離に応じた濃度値に変換する処理を行う変換処理部３１３と、変換処理部３１３によって変換された濃度値を第２画像メモリに順次記憶する処理を行う画像記憶処理部３１４とを具備している。画像処理部３２は、画像記憶処理部３１４によって第２画像メモリに記憶された画像に対して画像処理を施すことにより欠陥を検出する。
【００２７】
以下、斯かる構成を有する表面欠陥検査装置１００の動作について、図３を適宜参照しつつ、より具体的に説明する。
【００２８】
図３は、表面欠陥検査装置１００の動作フローを概略的に説明するフローチャートである。表面欠陥検査装置１００の動作に際しては、まず最初にコントローラ５によって移動装置４を駆動制御し、最初の画像取得位置（例えば、照明装置１からの光が被検査対象物Ｍの先端部に照射される位置）へ移動させる（図３のＳ１）。次に、演算処理部３１の画像取得処理部３１１は、コントローラ５からの出力信号に応じて、移動装置４が前記最初の画像取得位置に到達したか否かを判断し、到達していれば撮像装置２から出力される映像信号を取得し、第１画像メモリに記憶する（図３のＳ２）。なお、前記最初の画像取得位置は、画像取得処理部３１１に予め設定（例えば、移動装置４を構成するステッピングモータのパルスカウント値で設定）しておけばよい。以下、撮像装置２によって撮像される撮像画像について具体的に説明する。
【００２９】
図４は、被検査対象物Ｍ表面が正常な場合における撮像装置２による撮像画像の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は被検査対象物Ｍ表面に反りやうねりが存在せず完全な平面である場合の撮像画像を、（ｂ）は被検査対象物Ｍ表面に緩やかな反りやうねりが存在している場合の撮像画像を、それぞれ示す。なお、図４に矢符で示すＸ軸方向及びＹ軸方向は、被検査対象物Ｍの移動方向及びこれに直交する方向にそれぞれ相当する。図４（ａ）に示すように、被検査対象物Ｍ表面が完全な平面である場合には、撮像画像におけるスリット部Ｓ（図中ハッチを施した部分であり、スリット状照明光の反射光が結像した部分）は、直線状にＹ軸方向に伸長する一方、図４（ｂ）に示すように、被検査対象物Ｍ表面に穏やかな反りやうねりが存在する場合には、撮像画像におけるスリット部Ｓも若干変形することになる。しかしながら、図４（ｂ）に示す程度の変形は製品として問題とならず正常な表面であると識別する必要があるため、後述するように画像処理における２値化レベルを適宜調整すること等により、欠陥として検出されないように構成されている。
【００３０】
図５は、被検査対象物Ｍ表面に欠陥が生じている場合における撮像装置２による撮像画像の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）は被検査対象物Ｍ表面に傾斜の緩やかな凹凸が生じている場合の撮像画像を、（ｂ）は被検査対象物Ｍ表面に通常の凹凸が生じている場合の撮像画像を、（ｃ）は被検査対象物Ｍ表面に傾斜の急峻な凹凸が生じている場合の撮像画像を、（ｄ）は被検査対象物Ｍ表面にほこり等の光散乱性を有する付着物が付着している場合の撮像画像を、それぞれ説明するものである。なお、図５（ａ）〜（ｄ）のそれぞれには、上から順に、（１）欠陥の断面図、（２）欠陥がスリット状照明光の照射位置に到達した直後で、照明光の一方の幅方向エッジが欠陥に照射されている場合の撮像画像、（３）スリット状照明光が欠陥の真上に照射されている場合の撮像画像、（４）欠陥がスリット状照明光の照射位置から離間しようとしている状態で、照明光の他方の幅方向エッジが欠陥に照射されている場合の撮像画像、を図示している。図５（ａ）に示すように、傾斜の緩やかな凹凸の場合には、スリット状照明光が欠陥の真上に照射されている場合に僅かにスリット部Ｓ（図５中ハッチを施した部分）が歪む程度である。一方、図５（ｂ）に示すように、通常の凹凸の場合には、スリット状照明光の幅方向エッジが欠陥に照射されている場合にも歪みが大きくなる。さらに、図５（ｃ）に示すように、傾斜の急峻な凹凸の場合には、スリット部Ｓが主部Ｓ１から離間した明部Ｓ２を有するようになる。以上のように、被検査対象物Ｍ表面に凹凸が生じている場合には、スリット部Ｓは、歪んだり或いは離間した明部を有するような状態となる。これに対し、図５（ｄ）に示すように、付着物の場合には、スリット状照明光の反射光が遮蔽されるため、スリット部Ｓは、一部欠けた状態となる。
【００３１】
図４及び図５を参照して説明した撮像画像は、図３のフローチャートを参照して前述したように、映像信号として撮像装置２から演算処理部３１の画像取得処理部３１１に入力される（図３のＳ２）。画像取得処理部３１１は、入力された撮像画像の一部（本実施形態では、スリット部Ｓを含むＸ軸方向５０画素、Ｙ軸方向２００画素の領域）を切り出し、これを第１画像メモリに記憶する（図３のＳ２）。
【００３２】
次に、演算処理部３１の距離計測処理部３１２は、第１画像メモリに記憶された撮像画像について、Ｘ軸方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素（以下、適宜、明点という）までの距離をスリット部Ｓの伸長方向（Ｙ軸方向）に沿って順次計測する（図３のＳ３）。以下、斯かる距離計測処理について、図６を参照してより具体的に説明する。
【００３３】
図６は、第１画像メモリに記憶された撮像画像に対して距離計測処理部３１２が行う処理を説明する図である。なお、図６では、上から順に、付着物、傾斜の緩やかな凹凸（図中「凹凸小」で示す）、傾斜の急峻な凹凸（図中「凹凸大」で示す）が生じている場合の撮像画像（Ｘ軸方向に５０画素、Ｙ軸方向に２００画素）を例に挙げて説明している。図６に示すように、距離計測処理部３１２は、撮像画像のＸ軸方向端部（図６に示す例では左側端部）からスリット部Ｓまでの距離（スリット部Ｓの左側エッジまでの距離）を算出するべく、Ｘ軸方向端部から所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離ｌ_ｙ（画素単位）をＹ軸方向に沿って順次計測（距離ｌ_０〜ｌ_１９９）する。図６に示す例では、付着物が付着している領域については明点が存在しないため、当該領域に対応する距離ｌ_ｍ＋１は最大値である５０（画素）となる。一方、図６に示す例において凹凸が生じている領域は、明点までの距離ｌ_ｙが正常部よりも小さな値となる。なお、スリット部Ｓの濃度値は、照明装置１の照明光の光量の他、被検査対象物Ｍの反射特性や、撮像装置２の感度等に依存するパラメータである上、領域によってばらつきを生じるのが一般的であるため、前記所定値としては、スリット部Ｓの左側エッジまでの距離を精度良く計測できるように、予め実験的に好適な値を決定しておく必要がある。
【００３４】
なお、本実施形態では、撮像画像のＸ軸方向左側端部から明点までの距離を計測する場合について説明したが、これに限るものではなく、Ｘ軸方向右側端部から明点までの距離を計測するように構成してもよい。また、距離を計測する分解能は１画素単位に限られるものではなく、計測精度を高めるべく、１画素よりも小さい分解能、すなわちサブピクセル単位で距離を計測するように構成することも可能である。
【００３５】
次に、上記のようにして距離計測処理部３１２で計測された距離ｌ_ｙは、変換処理部３１３によって、前記計測した距離に応じた濃度値に変換（本実施形態では、ｆ（ｌ_ｙ）の濃度値に線形変換）された後、画像記憶処理部３１４によって、第２画像メモリに順次記憶される（図３のＳ４）。図７は、第２画像メモリに記憶されるデータ（濃度値）の状況を説明する図である。図７に示すように、第２画像メモリは、Ｙ軸方向に第１画像メモリと同じ画素数２００を有する画像メモリ（１画素当たりのビット数は１６ビット）とされており、当該第２画像メモリの原点（０，０）からＹ軸方向に沿って、前述のようにして計測した距離ｌ_０〜ｌ_１９９の線形変換値ｆ（ｌ_０）〜ｆ（ｌ_１９９）が順次記憶される。なお、線形変換ｆとしては、例えば、１／１０画素の分解能で距離ｌ_ｙを計測した場合に、当該計測した距離ｌ_ｙを１０倍するという単純な変換を採用すれば良いが、所定のオフセット値を加算する線形変換を採用することも無論可能である。また、非線形変換を採用することも可能である。なお、後述するように、第１画像メモリには次の撮像画像が新たに記憶され、当該新たな撮像画像について距離ｌ_ｙが計測され、さらに当該距離ｌ_ｙに応じた濃度値ｆ（ｌ_ｙ）に変換されることになる。斯かる新たな濃度値ｆ（ｌ_ｙ）は、図７に示す第２画像メモリのＸ軸方向に１画素分ずれた位置においてＹ軸方向に沿って順次記憶されることになる。
【００３６】
以上のようにして、第２画像メモリに濃度値ｆ（ｌ_ｙ）を記憶した後、画像記憶処理部３１４は、記憶した濃度値ｆ（ｌ_ｙ）が予め設定した最後の撮像画像についてのものであるか否かを判断する（図３のＳ５）。換言すれば、画像記憶処理部３１４は、濃度値ｆ（ｌ_ｙ）を記憶するべき回数（撮像画像の取得回数に相当）が予め設定されている一方、実際に記憶した回数を計数するように構成されており、両者が一致するか否かを判断する。
【００３７】
前記判断（図３のＳ５）の結果、記憶した濃度値ｆ（ｌ_ｙ）が最後の撮像画像についてのものでなければ、画像取得処理部３１１は、予め設定した所定の移動距離だけ移動装置４が移動するまで待機し（図３のＳ６）、移動装置４が所定の移動距離だけ移動したタイミング、すなわち次の画像取得位置に到達したタイミングをコントローラ５からの出力信号（移動距離を示す信号）に基づき認識し、当該タイミングで撮像装置２から出力される映像信号を取得して、第１画像メモリに上書きする（図３のＳ２）。第１画像メモリに上書きされた新たな撮像画像に関しては、前述と同様に、距離ｌ_ｙが計測され（図３のＳ３）、さらに当該距離ｌ_ｙに応じた濃度値ｆ（ｌ_ｙ）に変換された後、当該濃度値ｆ（ｌ_ｙ）が第２画像メモリに記憶されることになる（図３のＳ４）。以上の動作が、最後の撮像画像まで繰り返される。なお、撮像画像の取得ピッチに相当する前記所定の移動距離は、被検査対象物Ｓに実際に生じ得る欠陥のサイズや検出対象とすべき欠陥のサイズに応じて適宜決定される。
【００３８】
一方、前記判断（図３のＳ５）の結果、記憶した濃度値ｆ（ｌ_ｙ）が最後の撮像画像についてのものである場合、画像処理装置３の画像処理部３２は、第２画像メモリに記憶された画像を読み込み、これに画像処理を施す（図３のＳ７）ことにより、欠陥を検出する（図３のＳ８）。
【００３９】
図８は、第２画像メモリに記憶された画像のＹ軸方向に沿った濃度プロファイルの一例を示す図である。なお、図８は、被検査対象物Ｍの表面（欠陥部を除く表面）に反りやうねりが存在しない場合の濃度プロファイルの例を示すものである。被検査対象物Ｍの表面に反りやうねりが存在しない場合における画像処理部３２で施される画像処理としては、図８に示すように、単純にしきい値Ｌ１で２値化する手法を採用することが可能である。これにより、しきい値Ｌ１より小さな濃度値ｆ（ｌ_ｙ）を有する凹凸のみを欠陥として検出することが可能である。
なお、付着物の存在を積極的に検出したい（但し、欠陥としては検出しない）場合には、図８に示すように、しきい値Ｌ２より大きな濃度値ｆ（ｌ_ｙ）を有する領域を付着物として検出することも可能である。
【００４０】
被検査対象物Ｍの種類によっては、表面に反りやうねりが殆ど存在しないことが予め想定される場合も考えられ、この場合には、上記のように単純な２値化によって欠陥を検出することが可能である。しかしながら、本実施形態のように、被検査対象物Ｍが裁断された光学フィルムである場合には、穏やかな反りやうねりが存在している場合が多い。図９は、被検査対象物Ｍの表面（欠陥部を除く表面）に反りやうねりが存在する場合における第２画像メモリに記憶された画像のＹ軸方向に沿った濃度プロファイルの一例を示す図である。なお、図９は、説明の便宜上、極端な反りやうねりが表面に存在し、濃度プロファイルが一方向に大きく傾いている例を示すものである。図９に示すように、被検査対象物Ｍの表面に反りやうねりが存在する場合には、前述のような単純な２値化では、欠陥でない部分も欠陥として検出される可能性がある。従って、本実施形態に係る画像処理部３２で施される画像処理としては、例えば、第２画像メモリに記憶された画像にローパスフィルタ処理等を施すことにより、欠陥が存在しない状態を模擬した画像を作成した後、当該作成した画像の各画素から所定のオフセット値を減算したものをしきい値Ｌ１’として２値化する構成を採用している。これにより、図９に示すように、しきい値Ｌ１’より小さな濃度値ｆ（ｌ_ｙ）を有する凹凸のみを欠陥として検出することが可能である。なお、付着物の存在を積極的に検出したい（但し、欠陥としては検出しない）場合には、同様にして、前記作成した画像の各画素に所定のオフセット値を加算したものをしきい値Ｌ２’として２値化することにより、しきい値Ｌ２’より大きな濃度値ｆ（ｌ_ｙ）を有する領域を付着物として検出することが可能である。また、濃度値ｆ（ｌ_ｙ）のみならず、欠陥として検出された部分の面積や形状などの特徴量を画像処理によって算出し、当該特徴量をも考慮して、例えば凹凸の程度を判定する構成を採用することも可能である。
【００４１】
以上に説明したように、本実施形態に係る表面欠陥検査装置１００によれば、画像処理装置３が、照明光の伸長方向に略直交する方向に移動する被検査対象物Ｍについて、予め決定した所定の移動距離毎に撮像画像を取得して第１画像メモリに記憶するため、被検査対象物Ｍ表面の２次元的な検査が可能である。ここで、前記取得した各撮像画像におけるスリット部Ｓは、被検査対象物Ｍ表面が正常である場合には、略直線状に伸長する一方、照明光の照射部分に凹凸が生じている場合には変形し、ほこり等の光散乱性の付着物が付着している場合には反射光が遮蔽されてスリット部Ｓが一部欠ける状態となる。表面欠陥検査装置１００は、前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部Ｓの伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離をスリット部Ｓの伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶する構成とされている。スリット部Ｓまでの距離は、照明光の照射部分が正常表面、凹凸及び付着物の何れであるかに応じて異なるため、第２画像メモリに記憶される画像の濃度値もそれぞれ異なることになる。従って、第２画像メモリに記憶された画像について画像処理（２値化など）を施すことにより、正常表面、凹凸及び付着物を識別し、凹凸のみを欠陥として高精度に検出することが可能である。
【００４２】
なお、本実施形態では、撮像画像のＸ軸方向左側端部から明点までの距離、或いは、Ｘ軸方向右側端部から明点までの距離のいずれか一方を計測する場合について説明したが、本発明に係る表面欠陥検査装置は、これに限るものではなく、以下のような構成を採用することも可能である。即ち、第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、Ｘ軸方向左側端部から明点までの第１の距離を計測すると共に、Ｘ軸方向右側端部から明点までの第２の距離を計測し、前記第１の距離及び前記第２の距離に基づいて加算等の演算を施した後、当該演算した値に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶する構成を採用することも可能である。
【００４３】
或いは、画像処理装置３の演算処理部３１が、第３画像メモリを更に具備し、第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、前記計測した第１距離に応じた濃度値を順次第２画像メモリに記憶すると共に、前記計測した第２の距離に応じた濃度値を順次第３画像メモリに記憶し、前記第２画像メモリに記憶した画像と、前記第３画像メモリに記憶した画像との画像間で加算等の演算を施した後、当該演算した値に応じた濃度値を順次第２画像メモリに記憶する構成を採用することも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る表面欠陥検査方法及び装置によれば、正常表面、凹凸及び付着物を識別し、凹凸のみを欠陥として高精度に検出することが可能である。また、本発明に係る表面欠陥検査方法及び装置は、計測した距離（取得した各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離）を濃度値に変換した画像を形成し、当該画像について画像処理を施すことにより欠陥を検出するように構成されているため、濃度値の差異に基づき欠陥を検出するのみならず、欠陥として検出された部分の面積や形状などの特徴量をも考慮した検査を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す表面欠陥検査装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す表面欠陥検査装置の動作フローを概略的に説明するフローチャートである。
【図４】図４は、被検査対象物表面が正常な場合における撮像装置による撮像画像の一例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、被検査対象物表面に欠陥が生じている場合における撮像装置による撮像画像の一例を模式的に説明する図である。
【図６】図６は、第１画像メモリに記憶された撮像画像に対して距離計測処理部が行う処理を説明する図である。
【図７】図７は、第２画像メモリに記憶されるデータの状況を説明する図である。
【図８】図８は、第２画像メモリに記憶された画像のＹ軸方向に沿った濃度プロファイルの一例を示す図である。
【図９】図９は、被検査対象物の表面に反りやうねりが存在する場合における第２画像メモリに記憶された画像のＹ軸方向に沿った濃度プロファイルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・照明装置２・・・２次元撮像装置３・・・画像処理装置
１００・・・表面欠陥検査装置Ｍ・・・被検査対象物

Claims

被検査対象物にスリット状の照明光を照射してその反射光を２次元的に撮像し、当該撮像画像におけるスリット部の形状に基づき被検査対象物表面の欠陥を検査する方法において、
被検査対象物を前記スリット状の照明光の伸長方向に略直交する方向に移動させるステップと、
予め決定した所定の移動距離毎に前記撮像画像を取得するステップと、
前記取得した各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測するステップと、
前記各撮像画像についての前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測した距離に応じた濃度値を各画素が有するように画像を形成するステップと、
前記形成した画像について画像処理を施すことにより欠陥を検出するステップとを含むことを特徴とする表面欠陥検査方法。
被検査対象物にスリット状の照明光を照射する照明装置と、当該照明装置から照射された照明光の被検査対象物表面での反射光を撮像する２次元撮像装置と、当該撮像装置で撮像した撮像画像におけるスリット部の形状に基づき被検査対象物表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備えた検査装置において、
前記画像処理装置は、
第１画像メモリと第２画像メモリとを備え、
前記照明光の伸長方向に略直交する方向に移動する被検査対象物について、予め決定した所定の移動距離毎に前記撮像画像を取得して前記第１画像メモリに記憶し、
前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶し、
前記第２画像メモリに記憶した画像について画像処理を施すことにより欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検査装置。
前記画像処理装置は、前記第１画像メモリの１画素よりも小さい分解能で前記距離を計測することを特徴とする請求項２に記載の表面欠陥検査装置。
前記第２画像メモリの１画素当たりのビット数が１０ビット以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の表面欠陥検査装置。
前記画像処理装置は、前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する一の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第１の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測すると共に、スリット部の伸長方向に直交する他の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第２の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、前記第１の距離及び前記第２の距離に基づいて所定の演算を施した後、当該演算した値に応じた濃度値を第２画像メモリに順次記憶することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
前記画像処理装置は、
第３画像メモリを更に備え、
前記第１画像メモリに記憶された各撮像画像について、スリット部の伸長方向に直交する一の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第１の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を順次第２画像メモリに記憶すると共に、スリット部の伸長方向に直交する他の方向から見て予め決定した所定値以上の濃度値を有する最初の画素までの第２の距離を前記スリット部の伸長方向に沿って順次計測し、当該計測した距離に応じた濃度値を順次第３画像メモリに記憶し、
前記第２画像メモリに記憶した画像と、前記第３画像メモリに記憶した画像との画像間で所定の演算を施した後、当該演算した値に応じた濃度値を順次第２画像メモリに記憶することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。