JP2009198253A - 光学フィルムの検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、高精度な欠陥検出を行うことができる検査装置を実現する。
【解決手段】パルス発生部１と、パルス発生部１で発生した制御信号に基づき超音波を発生し、光学フィルム１０で反射した超音波を受信して電気信号に変換して出力する探触子２と、探触子２から出力される電気信号のレベルおよび／または発生期間としきい値とを比較して、光学フィルム１０の欠陥を検出する信号処理部３と、信号処理部３における検出結果を表示する表示部４とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学フィルムにおける欠陥を解析することができる検査装置およびその方法に関する。

陰極管表示装置（ＣＲＴ：cathode ray tube）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ：liquid crystal display）等の画像表示装置には、一般に光学フィルムが用いられている。このような光学フィルムとしては、反射防止フィルム、防眩フィルム、表面保護フィルム、光学補償フィルムなどが知られており、これら光学フィルムの需要は年々高まっている。

光学フィルムは、画像表示装置に用いられることもあり、光透過領域に付着した異物や、光学フィルムの製造時に生じる点状欠陥をはじめ、色味、膜厚などの表面性状に関して、極めて厳しい品質が要求される。そのため、表面性状の検出および評価が重要視されている。

光学フィルムの欠陥検出方法としては様々な方法がある。特許文献１には、偏光フィルムのフィルム面と平行に偏光子をクロスニコルに配置し、偏光フィルムまたは偏光子の外側から投光し、偏光子または偏光フィルムからの透過光を受光し、その輝度信号から欠陥を検出する方法が開示されている。また、特許文献２には、反射防止フィルムの被検部位に検査光を照射し、その反射光の反射防止フィルムのフィルム面の法線方向に対して平行に進む平行光成分を複数の波長成分光に分光された各波長成分光をそれぞれ撮像し、その撮像データから得た被検部位の各波長成分光の光強度と波長との相関曲線と、予め知られている良品の各波長成分光の光強度と被検部位の各波長成分光の光強度との差に基づいて、被検部位のフィルム厚を求める方法が開示されている。
特開２００６−３３７６３０号公報 特開２００６−１１３０２２号公報

しかしながら特許文献１に開示された方法では、検査者が目視で欠陥を探す方法であるため、高精度に欠陥を検出することができない。また、特許文献１および特許文献２に開示された方法では、検査装置における光学系に対して高い精度が要求され、装置の精度管理を行うためのコストが増大し、また検査装置自体も非常に高価なものとなる。

本発明の目的は、簡単な構成で、高精度な欠陥検出を行うことができる光学フィルムの検査装置およびその方法を実現するものである。

本発明の第１の検査装置は、光学フィルムの欠陥または異物を検出可能な検査装置であって、信号発生部と、前記信号発生部で発生した制御信号に基づき超音波を発生し、前記光学フィルムで反射した超音波を受信して電気信号に変換して出力する超音波検出部と、前記超音波検出部から出力される電気信号のレベルおよび／または発生期間としきい値とを比較して、前記光学フィルムの欠陥または異物を検出する信号処理部と、前記信号処理部における検出結果を報知する報知部とを備えたものである。

本発明の第２の検査装置は、光学フィルムの欠陥または異物を検出可能な検査装置であって、信号発生部と、前記信号発生部で発生した制御信号に基づき超音波を発生し、前記光学フィルムで反射した超音波を受信して電気信号に変換して出力する超音波検出部と、前記超音波検出部から出力される電気信号と基準信号とを比較して、前記電気信号と前記基準信号との相関に基づき前記光学フィルムの欠陥または異物を検出する信号処理部と、前記信号処理部における検出結果を報知する報知部とを備えたものである。

本発明の第１の検査方法は、光学フィルムに超音波を照射し、前記光学フィルムにおいて反射した超音波を検出し、検出した前記超音波を電気信号に変換し、前記電気信号のレベルおよび／または発生期間をしきい値と比較して、前記光学フィルムの欠陥または異物を検出するものである。

本発明の第２の検査方法は、光学フィルムに超音波を照射し、前記光学フィルムにおいて反射した超音波を検出し、検出した前記超音波を電気信号に変換し、前記電気信号と基準信号とを比較して、前記電気信号と前記基準信号との相関に基づき前記光学フィルムの欠陥または異物を検出するものである。

本発明によれば、簡単な構成で、高精度な欠陥検出を行うことができる。

本発明の検査装置において、前記信号処理部は、前記光学フィルムの欠陥または異物の検出結果に基づき画像信号を生成し、前記報知部は、前記信号処理部から出力される画像信号に基づき画像を表示する表示部で構成することができる。

（実施の形態）
図１は、実施の形態における検査装置の構成を示す。図１に示すように、検査装置は、パルス発生部１、探触子２、信号処理部３、および表示部４を備えている。本実施の形態の検査装置は、光学フィルム１０の欠陥または異物を検出することができる装置である。なお、本実施の形態では、光学フィルム１０内の欠陥の検出を一例として挙げて説明する。

パルス発生部１は、所定周期及び所定振幅のパルス信号を出力するものである。具体的には、商用電源の電源電圧を超音波周波数の電力（パルス信号）に変換する電力増幅器と、電力増幅器から出力される電力を制御する制御部と、発振周波数を制御する発振部とを備えている。なお、パルス発生部１は、本発明の信号発生部の一例であり、少なくとも探触子２における超音波の発生を制御可能な制御信号を発生する手段であればよい。

探触子２は、パルス発生部１から出力されるパルス信号に基づき、超音波を発生するものである。具体的には、入力されるパルス信号に基づき機械的振動を行う振動素子を備えており、この振動素子によって入力されるパルス信号を機械的振動に変換する。振動素子は、特に共振を利用して振動を発生することができる。また、探触子２は、光学フィルム１０で反射した超音波に基づき振動素子が振動し、その機械的振動を電気信号に変換して出力することができる。なお、探触子２は、本発明の超音波検出部の一例である。

信号処理部３は、探触子２から出力される電気信号に基づき、画像信号を生成する。具体的には、信号波形図を表示するための画像信号を生成する。なお、画像信号は、波形図に限らず光学フィルム中の異物や傷などの欠陥の形状等を図形化して表示することができる信号でもよい。

表示部４は、信号処理部３から出力される画像信号に基づき、画像を表示するものである。本実施の形態では、信号処理部３において欠陥検出した結果を、画像として表示部４に表示する構成としたが、少なくとも信号処理部３において欠陥検出した結果を検査者に報知することができれば、画像表示による報知に限らない。すなわち、表示部４は本発明の報知部の一例である。報知部の例としては、欠陥検出時に発光ダイオードなどの発光手段を発光させたり、音声により報知する手段も考えられる。

以下、図１及び図２を参照して動作を説明する。

図２は、本実施の形態の欠陥検出の原理を説明するための図である。図２において、探触子２は、複数の振動素子２１から構成されている。複数の振動素子２１は、光学フィルム１０の搬送方向（矢印Ａに示す方向）に対して略直交する方向でかつ光学フィルム１０の表面に対して平行な方向に並列配置されている。各振動素子２１は、光学フィルム１０の表面から僅かな空隙を介して配置されている。なお、光学フィルム１０は、ベースフィルム１３上に低屈折率層１１及びハードコード層１２が積層されて構成されている。

光学フィルム１０の欠陥検出を行う場合、まず搬送手段（不図示）を駆動させて光学フィルム１０を矢印Ａに示す方向に搬送させる。それと同時に、パルス発生部１から所定のパルス信号を発生させる。パルス発生部１から出力されるパルス信号は、探触子２の各振動素子２１に入力される。振動素子２１は、入力されるパルス信号に基づき所定の振動周波数で機械的振動を行い、これにより超音波が発生する。振動素子２１において発生した超音波は、光学フィルム１０の表面から内部に向かって、光学フィルム１０の法線方向に進行する。

光学フィルム１０内で反射した超音波は、元の振動素子２１に伝わる。振動素子２１は、光学フィルム１０内で反射した超音波に基づき機械的に振動する。振動素子２１では、その機械的振動に基づき電気信号を生成して出力する。信号処理部３は、振動素子２１から出力される電気信号に基づき、画像信号を生成する。信号処理部３で生成された画像信号は、表示部４に出力され、表示部４において画像信号に基づく画像が表示される。本実施の形態では、表示部４に表示される画像は、信号波形の画像とした。

また、信号処理部３は、振動素子２１から出力される電気信号のレベルを検出し、そのレベルを所定のしきい値と比較する。信号レベルがしきい値を超えた時、光学フィルム１０内に欠陥が存在すると判断し、表示部４に対して検出結果を表示するよう制御する。表示部４では、信号処理部３からの制御により、信号波形の画像内に欠陥検出されたことを示す表示を行う。なお、欠陥検出表示は、画像内に表示してもよいし、検査装置に別途設けられた警告表示部に表示を行ってもよい。また、欠陥検出のための所定のしきい値は、欠陥を検出した時の信号レベルよりも低く、光学フィルム１０の表裏面及び各層の界面において反射した超音波に基づく信号レベルよりも高ければよい。また、信号処理部３は、振動素子２１から出力される信号のレベルに限らず、信号の発生期間に基づき欠陥検出を行ってもよい。

ここで、図３は、探触子２から出力される電気信号の波形図と、光学フィルム１０内の超音波の進行状況を模式的に示した図とを示す。図３に示す構成は、反射型の超音波検査装置の概要である。図３（ｂ）に示すように、振動素子２１から出射する超音波は、まず光学フィルム１０の低屈折率層１１に入射する。低屈折率層１１を透過した超音波は、低屈折率層１１とハードコート層１２との界面に達する。その界面で反射した超音波は、振動素子２１に戻り、図３（ａ）に示すように波形Ｐ１が発生する。また、前記界面及びハードコート層１２を透過した超音波は、ハードコート層１２とベースフィルム１３との界面に達する。その界面で反射した超音波は、振動素子２１に戻り、図３（ａ）に示すように波形Ｐ２が発生する。さらに、ハードコート層１２とベースフィルム１３との界面及びベースフィルム１３を透過した超音波は、ベースフィルム１３の端面で反射して振動素子２１に戻り、図３（ａ）に示すように波形Ｐ３が発生する。

また、図４は、探触子２が第１の振動素子２２と第２の振動素子２３とで構成された例（透過型の超音波検査装置）を示す。第１の振動素子２２は、光学フィルム１０の表面側（例えば低屈折率層１１側）に配され、第２の振動素子２３は、光学フィルム１０の裏面側（例えばベースフィルム１３側）に配されている。これにより、第１の振動素子２２で発生し、光学フィルム１０内を透過した超音波を、第２の振動素子２３で受信することができる。第２の振動素子２３で受信した超音波は、機械的振動から電気信号に変換されて、信号処理部３に出力される。なお、本構成において、図４（ａ）に示す波形図は、図３（ａ）に示す波形図とほぼ同等であるため詳しい説明は省略する。

また、図５は、光学フィルム１０内に異物が存在する場合の信号波形図及び光学フィルム１０の断面構造を示す。なお、図５（ｂ）において、光学フィルム１０は図３（ｂ）等と同様に低屈折率層１１などを備えているが、図示を簡略化している。図５（ｂ）に示すように、光学フィルム１０内に異物１４が存在すると、振動素子２１から出力される超音波は、異物１４で反射して、振動素子２１に戻る。超音波が異物１４で反射した際に発生する電気信号は、図５（ａ）における波形Ｐ１１のように、界面で発生する波形Ｐ１などに比べるとレベルＨが大きく、発生期間Ｔも長い。よって、界面で発生する波形と異物１４によって発生する波形とを判別するためには、信号のレベル及び／または発生期間にしきい値を設け、そのしきい値と比較することにより判別することができる。例えば、信号レベルに基づき欠陥検出を行う場合は、信号レベルとしきい値ＴＨとを比較し、信号レベルがしきい値ＴＨを越えた時に異物（欠陥）が存在すると判断する。

なお、信号のレベル及び／または発生期間に基づき異物を検出する方法では、光学フィルム１０の表面及び裏面を超音波が通過するときに発生する信号（Ｐ１２など）のレベルがしきい値ＴＨを越えるため、判別が困難になる。しかし、光学フィルム１０の厚さは予めわかっているので、振動素子２１に対する光学フィルム１０の表面及び裏面の位置も予めわかっており、よって光学フィルム１０の表面及び裏面で反射する超音波に基づく信号の発生タイミングも予め把握することができる。したがって、所定のしきい値ＴＨよりも高いレベルの信号（及び／またはしきい値よりも長い発生期間を有する信号）の発生タイミングを検出することにより、光学フィルム１０の表面及び裏面で反射した超音波に基づく信号であるか、異物１４で反射した超音波に基づく信号であるかを、判別することができる。

また、探触子２から得られる電気信号のレベルがしきい値を超えた時に、光学フィルム１０に欠陥があると判断する構成としてもよい。その場合、光学フィルム１０における欠陥において反射する超音波のレベルが、光学フィルム１０を構成する各層間の界面で反射した超音波に基づく電気信号のレベルよりも低い場合は、本実施の形態におけるしきい値よりも低いしきい値を設定し、そのしきい値よりも低い場合に欠陥検出を行う構成としてもよい。しきい値は、発生しうる欠陥をある程度予測し、各層間の界面で発生する信号に比べて大小を設定することができる。例えば、しきい値は、各層間の界面において反射した超音波に基づく信号（レベル及び／または発生期間）と、欠陥において反射した超音波に基づく信号（レベル及び／または発生期間）との間の値に設定する。

また、欠陥および、異物の検出方法は、光学フィルム１０で反射した超音波に基づく信号（測定信号）と基準信号とを比較して相関をとることで、異物の有無を検出する方法でもよい。測定信号と基準信号との相関が高ければ異物が存在しないと判断し、相関が低ければ異物が存在すると判断する。

なお、「基準信号」とは、異物や欠陥に基づく信号が含まれていない信号のことであり、光学フィルムの表面、裏面、および層界面に基づく信号のみが含まれている。基準信号は、予め欠陥が無いことを把握している光学フィルムに対して超音波を照射し、光学フィルムで反射した超音波を受信して、受信した超音波に基づく電気信号を基準信号として取得する構成でもよいし、別途基準信号を生成する構成でもよい。検査者が光学フィルムの層構造を予め把握している場合は、光学フィルムの表面、裏面、および層界面の相対位置や相対距離に基づき、基準信号を作成することができる。

例えば、図５（ｂ）に示すように、光学フィルム１０内に異物１４が存在すると、振動素子２１から出力される超音波は、異物１４で反射して、振動素子２１に戻る。超音波が異物１４で反射した際に発生する電気信号（測定信号）は、図５（ａ）における波形Ｐ１１のようになる。

また、信号波形Ｐ１２の発生タイミングから、信号波形Ｐ１１の発生タイミングまでの時間を計測することにより、光学フィルム１０の表面から異物１４までの深さを計測することができる。また、信号波形Ｐ１１の発生期間Ｔを計測することにより、異物１４の厚さを演算により求めることができる。

以上のように本実施の形態によれば、従来のような検査者の目視による検査方法に比べて、欠陥の検出精度を大幅に向上させることができる。また、検査の作業工数を大幅に削減することができる。

また、レーザーを照射して欠陥検出を行う構成に比べて、コストを削減することができる。また、レーザー等の光学測定では、検出することが困難であった被検体の厚み方向に隠れた欠陥、異物でも発見、解析することができる。

また、本実施の形態によれば、光学フィルム１０内の欠陥や異物の検出に限らず、光学フィルム１０を構成している各層の界面の状態を検出することができ、その検出結果を表示部４に画像で表示することで、界面の状態を容易に把握することができる。

また、金属探傷の超音波探触子に比べて、本実施の形態のような光学フィルム探傷の方が、コストが安くて済む。

また、金属探傷の場合、形状が統一されていないため超音波探触子としては、汎用性を求められる。一方、光学フィルムは、形状が一定であるので超音波探触子として光学フィルムを探傷する超音波探触子の形状を適正な探触子に設計することが可能である。

なお、本実施の形態では、探触子２は、複数（図２では８個）の振動素子２１で構成したが、光学フィルムの幅方向の寸法や、異物や欠陥の大きさに応じて、任意の個数とすることができる。

また、本実施の形態では、光学フィルム１０の検査を空気中で行う構成としたが、水中や黒色の液体中において検査する構成とすることにより、超音波の反射及び透過速度が上がるので、検査時間を短縮することができる。
また、界面信号を連続的に取得して蓄積することにより、界面変動を検出することも可能である。

また、原反での異物マッピングと界面マッピングを行うことにより、欠陥箇所を的確に判断できるので、光学フィルムの欠損を低減することも可能である。例えば、光学シートの異物や傷などの欠陥の位置を図（点）で示すことで、どの部分（例えばシートの端部、あるいは中央部）にどの程度の欠陥が存在するか、その分布を視覚的に表示でき、その結果欠陥の発生原因をいち早く突き止めて対策を施すことでき、光学フィルムの欠損を低減することが出来る。

本発明は、光学フィルムにおける異物または欠陥を検出する装置及び方法に有用である。

実施の形態における検査装置の構成を示すブロック図 振動素子と光学フィルムとの位置関係を示す模式図 （ａ）探触子から出力される電気信号の信号波形図、（ｂ）光学フィルム内を超音波が伝達する様子を表した断面図 （ａ）探触子から出力される電気信号の信号波形図、（ｂ）光学フィルム内を超音波が伝達する様子を表した断面図 （ａ）探触子から出力される電気信号の信号波形図、（ｂ）光学フィルム内の異物に超音波が伝達する様子を表した断面図

符号の説明

１ パルス発生部
２ 探触子
３ 信号処理部
４ 表示部

Claims (5)

1. 光学フィルムの欠陥または異物を検出可能な検査装置であって、
   信号発生部と、
   前記信号発生部で発生した制御信号に基づき超音波を発生し、前記光学フィルムで反射した超音波を受信して電気信号に変換して出力する超音波検出部と、
   前記超音波検出部から出力される電気信号のレベルおよび／または発生期間としきい値とを比較して、前記光学フィルムの欠陥または異物を検出する信号処理部と、
   前記信号処理部における検出結果を報知する報知部とを備えた、検査装置。
2. 光学フィルムの欠陥または異物を検出可能な検査装置であって、
   信号発生部と、
   前記信号発生部で発生した制御信号に基づき超音波を発生し、前記光学フィルムで反射した超音波を受信して電気信号に変換して出力する超音波検出部と、
   前記超音波検出部から出力される電気信号と基準信号とを比較して、前記電気信号と前記基準信号との相関に基づき前記光学フィルムの欠陥または異物を検出する信号処理部と、
   前記信号処理部における検出結果を報知する報知部とを備えた、検査装置。
3. 前記信号処理部は、前記光学フィルムの欠陥の検出結果に基づき画像信号を生成し、
   前記報知部は、前記信号処理部から出力される画像信号に基づき画像を表示する表示部で構成されている、請求項１または２記載の検査装置。
4. 光学フィルムに超音波を照射し、
   前記光学フィルムにおいて反射した超音波を検出し、
   検出した前記超音波を電気信号に変換し、
   前記電気信号のレベルおよび／または発生期間をしきい値と比較して、前記光学フィルムの欠陥または異物を検出する、検査方法。
5. 光学フィルムに超音波を照射し、
   前記光学フィルムにおいて反射した超音波を検出し、
   検出した前記超音波を電気信号に変換し、
   前記電気信号と基準信号とを比較して、前記電気信号と前記基準信号との相関に基づき前記光学フィルムの欠陥または異物を検出する、検査方法。

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