JP2008261642A - シート付着微粒子の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえば生産ライン中において、連続的に搬送されるシートに付着した（微）粒子を的確に検出できるにする。
【解決手段】連続して搬送されるシート１表面部分に対し、搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射する照射手段と、前記シート１表面に対向した位置に設けられ、少なくともシート幅全体を、シャッターを開放状態で撮像しアナログ画像を得る撮像手段１０と、前記撮像手段１０からの単位時間ごとアナログ画像を得て、各単位時間ごとの画像フレーム内における、所定の前記搬送方向と直交する解析ラインに中において、輝度レベルが閾値を超えるものを粒子からの散乱によるものであるとして判定する判定手段２１とを有し、前記シート１表面に付着した微粒子の検出を行うようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、シート付着微粒子の検出装置に関するものである。本発明のシートとしては、プラスチックなどのフィルムも含まれる。

フィルム表面に付着した粒子を検出して可視化することは生産ラインの改善などに役立ち、その要請には大なるものがある。
ウェハ表面の傷や付着粒子を測定する方法として、レーザービームを走査あるいはレンズによりシート化した光を表面に対し照射し、欠陥・異物からの反射光や散乱光を撮影し解析を行なう方法が提案されている（特許文献１）。
他方、フィルム表面に対し、搬送ローラー部に搬送方向に直交する方向でレーザービームを照射し、レーザー出射口に対向する形で受光体を設け、フィルム表面に粒子が付着している場合の受光体での受光量の減衰を測定することにより、粒子の存在を検出する方法も提案されている（特許文献２）。
しかし、特許文献１は静止体を対象とするものであるから、これを利用する場合には、２次元映像の撮影を行なう際に、フィルムを静止させたり、搬送速度を落とす必要がある。搬送速度を落とさずに撮影する場合には、フィルムの速度に追いつくようにカメラのシャッタースピードを速くする必要がある。シャッタースピードを上げた場合、取り込む光量が少なくなるため、粒子からの微弱な散乱光を撮影することができない。
他方、特許文献２のように、ビームを走査してシート上にして照射する場合、フィルムの移動速度に追いつかない場合があり、またビームが走査されるためカメラのシャッタースピードを上げることができない。しかも、ビームをローラー部に照射し、粒子によって遮られることで受光体部での受光量の減衰によって粒子を検出する方法では、付着粒子の位置を特定することができず、複数粒子が同時にビームを遮った場合には、その個数を正確に特定することはできない。また、この方法ではビーム光を遮り影となるような大きな粒子しか検出することができない。
特開２００５−２７４１７３号公報 特開平９−２２９８７号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、たとえば生産ライン中において、連続的に搬送されるシートに付着した（微）粒子を的確に検出できる装置を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
連続して搬送されるシート表面部分に対し、シートの一方の側縁外方側から他方の側縁外方に向けて、搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射する照射手段と、
前記シート表面に対向した位置に設けられ、少なくともシート幅全体を、シャッターを開放状態で撮像し画像を得る撮像手段と、
前記撮像手段からの単位時間ごと画像を得て、各単位時間ごとの画像フレーム内における、所定の前記搬送方向と直交する解析ラインに中において、二値化信号に基づく輝度レベルが閾値を超えるものを粒子からの散乱によるものであるとして判定する判定手段とを有し、前記シート表面に付着した微粒子の検出を行うようにしたことを特徴とするシート付着微粒子の検出装置。

（作用効果）
搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射するので、フィルムからの反射が撮像カメラに入りにくくなり、フィルム表面での反射と付着粒子からの散乱光との間に明確なコントラストを得ることができる。フィルムが搬送されており付着粒子が移動している状況で撮影を行なうため、カメラのシャッターを開放して撮影を行なうので、微弱な散乱光を捕らえやすくなり、捕捉漏れをなくすことができる。
他方、画像解析にあたり、１フレーム中の１の解析ラインのみの画像解析を行なうため、処理速度が速いものとなり、連続的に高速で搬送される搬送シートを対象にしても、的確な画像解析ができる。すなわち、搬送中のシートの搬送速度を落とすことなく、あるいは搬送を停止させることなく、表面に付着した粒子を検出することができる。
さらに、フィルムの幅方向に対して粒子の付着位置を特定することができる。しかも、フィルム搬送速度が既知の場合、単位長さ当たりあるいはフィルム幅を加味することで単位面積当たりの粒子付着個数を計数することができる。

〔請求項２記載の発明〕
連続して搬送されるシート表面部分に対し、シートの一方の側縁外方側から他方の側縁外方に向けて、搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射する照射手段と、
前記シート表面に対向した位置に設けられ、少なくともシート幅全体を、シャッターを開放状態で撮像しアナログ画像を得る撮像手段と、
前記撮像手段からの単位時間ごとアナログ画像を得て、各単位時間ごとの画像フレーム内における、所定の前記搬送方向と直交する解析ラインに中において、輝度レベルが閾値を超えるものを粒子からの散乱によるものであるとして判定する判定手段とを有し、前記シート表面に付着した微粒子の検出を行うようにしたことを特徴とするシート付着微粒子の検出装置。

（作用効果）
カメラの近年の高画素化に伴ってデジタル画像のまま、二値化信号を演算処理装置に取り込み、画像解析を行うにようにすることもできるが、たとえばアバランシェ撮像管を使用したアナログ微分信号を得るカメラからの信号を二値化処理しながら画像解析をすることにより、高感度の信号として画像解析をすることができる。

〔請求項３記載の発明〕
前記判定手段が、前記解析ラインの画素アドレスにおいて、隣り合った画素アドレスのいずれも前記閾値を超える場合に、同一の粒子として判定する請求項１または２記載のシート付着微粒子の検出装置。

（作用効果）
解析ラインの画素アドレスにおいて、隣り合った画素アドレスのいずれも閾値を超える場合に、同一の粒子として判定するので、粒子の大きさや個数の算出などに役立つ。

〔請求項４記載の発明〕
前記判定手段が、現在の画像フレームにおける前記解析ラインの前記閾値を超える画素アドレスが、一つ前の画像フレームにおける前記解析ラインの前記閾値を超える画素アドレスと一致する場合において、同一の粒子として判定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のシート付着微粒子の検出装置。

（作用効果）
現在の画像フレームにおける解析ラインの前記閾値を超える画素アドレスが、一つ前の画像フレームにおける解析ラインの閾値を超える画素アドレスと一致する場合において、同一の粒子として判定するので、粒子の大きさや個数の算出などに役立つ。

〔請求項５記載の発明〕
シートの幅方向に複数の撮像手段が設けられ、各撮像手段による同時に撮像した画像について画像処理される請求項１〜４のいずれか１項に記載のシート付着微粒子の検出装置。

（作用効果）
幅広のシートを対象にする場合、１つのカメラで広範囲を撮影しようとする場合、カメラを遠ざける必要があり、粒子からの微弱な散乱光が捉えにくくなる。これに対し、画像処理の速度が速いため、複数台のカメラを並べて設置し同時に撮影を行なうことで、幅の広いシートであっても粒子の検出が可能となる。

以上、本発明によれば、たとえば生産ライン中において、連続的に搬送されるシートに付着した（微）粒子を的確に検出できる。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
〔請求項１記載の発明〕
本発明は、たとえば生産ライン中において、連続して搬送されるシート、実施の形態ではプラスチックフィルム１表面に付着した微粒子をインラインでかつリアルタイムで検出する装置に関する。

本発明では、フィルム１の表面部分に対し、フィルム１の一方の側縁１Ａ外方側から他方の側縁１Ｂ外方に向けて、搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射する照射手段が設けられる。この照射手段を設置する位置としては、フィルム１の搬送によるバタツキがない位置、たとえばフィルム１の方向換えローラー２に対する接線位置が望ましいけれども、フィルム１の搬送によるバタツキがなければその位置が限定されるものではない。
本発明の照射手段としては、図１のようにレーザー光源３Ａのほか、図２のようにハロゲンランプ、キセノンランプまたはメタルハライドランプの集光性光源３Ｂなどを使用できる。

また、フィルム１表面に対向した位置にアナログ画像を得る撮像手段、好適にはアバランシェ撮像管を使用した撮像カメラ１０が設けられる。この撮像カメラ１０は、少なくともフィルム１幅全体を撮像できるよう位置に配置される。フィルム１の幅方向が広く、撮像カメラ１０を、フィルム表面からの離間距離を大きくした場合に粒子の検出感度が低下する場合には、フィルム１の幅方向に離間して複数の撮像カメラ１０、１０を設け、撮像カメラ１０、１０によって同時に撮像した画像について画像処理することができる。
また、本発明では、撮像カメラ１０は、シャッターを開放状態で撮像するものである。すなわち、フィルム１が搬送されており付着粒子が移動している状況で、カメラのシャッターを開放して撮影を行なうと、微弱な散乱光を捕らえやすくなり、捕捉漏れをなくすことができるのである。

撮像カメラ１０からのアナログ画像信号は、画像（解析）処理装置（演算処理装置）２０に、単位時間ごと所定のフレームレイト、たとえば１／３０秒の間隔で取り込まれる。
この各単位時間ごとの画像フレームに対して画像解析を行う。この画像解析に際しては、画像フレームに対してその所定の搬送方向と直交する位置に解析ラインＡＬを設定し、その解析ラインＡＬ内において輝度レベルの２値化処理する。この２値化処理における一例を図５に示した。図５において、横軸は、一つの解析ラインＡＬの画素アドレスであり、縦軸は輝度値である。予め輝度レベルの閾値を定めておき、輝度レベルが閾値を超えるものを粒子からの散乱によるものであるとして判定手段２１により判定する。各画素アドレスにおいては、粒子の存在に対応して図６に示すような輝度レベルの変化を示す。この図６の例では、アドレスＡ₁、Ａ₂、Ａ₃において粒子が存在すると判定する。

判定の結果は、各種の表示手段２２に表示させることができる。この表示の際に、ＣＲＴ表示装置に、たとえば図９のように粒子Ｐを表示させることなどにより、フィルム１の幅方向に対して粒子Ｐの付着位置を特定することができる。また、予め、フィルム搬送速度を取り込んで、搬送速度を既知としておけば、単位長さ当たりあるいはフィルム幅を加味することで単位面積当たりの粒子付着個数を計数することができる。
図６の説明で概要を説明したように、図７で示した一つの解析ラインＡＬにおいて、隣り合った画素アドレスのいずれも前記閾値を超える場合に、同一の粒子として判定することができる。

また、図８に示した一つの解析ラインＡＬにおいて、現在の画像フレームにおける解析ラインＡＬの前記閾値を超える画素アドレスが、一つ前の画像フレームにおける解析ラインの前記閾値を超える画素アドレスと一致する場合において、同一の粒子として判定することができる。
この図７及び図８の解析を行うことで、粒子の大きさを把握することができる。

（他の実施の形態）
上記例では、撮像手段によりアナログ信号を得て、これを画像解析の際に二値化処理しているが、デジタル画像のまま、二値化信号を演算処理装置に取り込み、画像解析を行うにようにすることもできる。

フィルム（シート）に対する照射手段の設置例を示す斜視図である。 他の照射手段の設置例を示す斜視図である。 撮像カメラの設置例を示す側面図である。 撮影範囲の説明用斜視図である。 解析ラインの画素アドレスと輝度値との関係のグラフである。 解析ラインＬと画素アドレスとの関係の説明図である。 一つの解析ラインにおける粒子の判定の説明図である。 当該解析ラインと前の解析ラインとの関係で粒子の存在を判定する説明図である。 粒子の表示例の説明図である。

符号の説明

１…フィルム（シート）、２…ローラー、３Ａ、３Ｂ…照射手段、１０…撮像カメラ、２０…画像処理装置、２１…判定手段、２２…表示装置、ＡＬ…解析ライン。

Claims (5)

1. 連続して搬送されるシート表面部分に対し、シートの一方の側縁外方側から他方の側縁外方に向けて、搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射する照射手段と、
   前記シート表面に対向した位置に設けられ、少なくともシート幅全体を、シャッターを開放状態で撮像し画像を得る撮像手段と、
   前記撮像手段からの単位時間ごと画像を得て、各単位時間ごとの画像フレーム内における、所定の前記搬送方向と直交する解析ラインに中において、二値化信号に基づく輝度レベルが閾値を超えるものを粒子からの散乱によるものであるとして判定する判定手段とを有し、前記シート表面に付着した微粒子の検出を行うようにしたことを特徴とするシート付着微粒子の検出装置。
2. 連続して搬送されるシート表面部分に対し、シートの一方の側縁外方側から他方の側縁外方に向けて、搬送方向と実質的に直交する形態で光線を照射する照射手段と、
   前記シート表面に対向した位置に設けられ、少なくともシート幅全体を、シャッターを開放状態で撮像しアナログ画像を得る撮像手段と、
   前記撮像手段からの単位時間ごとアナログ画像を得て、各単位時間ごとの画像フレーム内における、所定の前記搬送方向と直交する解析ラインに中において、輝度レベルが閾値を超えるものを粒子からの散乱によるものであるとして判定する判定手段とを有し、前記シート表面に付着した微粒子の検出を行うようにしたことを特徴とするシート付着微粒子の検出装置。
3. 前記判定手段が、前記解析ラインの画素アドレスにおいて、隣り合った画素アドレスのいずれも前記閾値を超える場合に、同一の粒子として判定する請求項１または２記載のシート付着微粒子の検出装置。
4. 前記判定手段が、現在の画像フレームにおける前記解析ラインの前記閾値を超える画素アドレスが、一つ前の画像フレームにおける前記解析ラインの前記閾値を超える画素アドレスと一致する場合において、同一の粒子として判定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のシート付着微粒子の検出装置。
5. シートの幅方向に複数の撮像手段が設けられ、各撮像手段による同時に撮像した画像について画像処理される請求項１〜４のいずれか１項に記載のシート付着微粒子の検出装置。

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