JP2010281772A

JP2010281772A - シート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法

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Publication number: JP2010281772A
Application number: JP2009137047A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Tanaka; 重明田中
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】シート状透明体の欠陥検査方法において、凹凸を主とした形状欠陥を確実に検出する光学的検査方法を提供する。
【解決手段】シート状透明体の欠陥検査方法であって、検査対象のシート状透明体を光学反射体上に配置する工程、光学反射体上に配置されたシート状透明体に光を照射する工程、光が照射されたシート状透明体からの反射光を受光して反射像を得る工程、該反射像より欠陥を検出する工程、を有する。前記光学反射体の可視域における平均反射率が６０％以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状透明体の欠陥検査方法に係わり、特に透明フィルムの形状欠陥を光学的に検査する方法に関する。

近年、透明フィルムを使用する各種製品が多く利用されている。具体的には、ＩＣカードや磁気カードなどの認証用カード類に表面保護や絵柄形成の目的で積層使用される透明樹脂フィルムや、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの平面型の電子表示装置のパネルに各種光学機能付与や表面保護の目的で積層使用される透明樹脂フィルムなどが例示できる。上記のような、特に欠陥の少ない表面を形成することが重要な透明フィルムにおいては、キズや歪みや膨れ、ピンホール、等の光学的に認識される凹凸を主とした形状欠陥を検出する技術が強く要請される。

シート状の物体の欠陥を光学的に検査する手段として、通常は、照明の手段と観察または撮像の手段を有し、照明の手段は、透過光による照明を基本とするもの（特許文献１参照）や反射光による照明を基本とするもの（特許文献２参照）がある。それぞれの照明手段は、被検査物体とその欠陥内容に応じて各種の工夫がなされているが、シート状の透明体に発生するキズや歪み等の形状欠陥の検出には、いずれの方法も不充分である。

シート状の透明体の欠陥を反射型照明により検査する場合には、一定の入射角度で一様に照射される平行光または拡散光が被検査物体の透明体を大部分が通過し、一部が正常な表面で正反射し、他の一部の光が透明体の表面または内部に存在する形状欠陥の凹凸面で散乱反射する。一定位置に設置された撮像手段により、上記散乱反射される光が検出されることにより、形状欠陥を具体的な像として捉えることができる。しかし、上記散乱反射される光の方向は、欠陥の内容により大きく変動するので、欠陥形状を安定して捉えることは困難である。

また、シート状の透明体を透過型照明により欠陥検査する場合は、例えば垂直入射で一様に照射される平行光または拡散光が被検査物体の透明体を大部分が通過し、一部が正常な表面で正反射し、他の一部の光が透明体の表面または内部に存在する形状欠陥の凹凸面で散乱反射する。被検査物体の透明体を間に挟んで照明手段とは反対側に設置される撮像手段により、上記正反射および散乱反射される光を除く透過光が検出されることにより、形状欠陥を具体的なネガ像として捉えることができる。前述の反射型照明の場合とは異なり、検出対象となる透過光は確実に撮像手段に捉えられるので、形状欠陥により散乱反射され撮像手段に検出されない光の強さを適切に制御できれば、望ましいコントラストのネガ像として形状欠陥の像を得ることができる。

特開平１０−３２１１３０号公報特開２００７−１５５４６８号公報

しかしながら、前記透過型照明によるシート状透明体の欠陥検査は、照明手段と撮像手段とを被検査物体の透明体を間にして反対側に配置する必要がある。被検査物体の透明体を搬送する手段も光の進路を遮らないようにするための制約が加わるので、特に大型の透
明体や連続した透明体を検査対象とする場合に、大きなスペースや大型の装置を必要とすることになる。また、単に検査のためのスペースや装置の大きさの問題だけではなく、大型の透明体や連続した透明体の安定した搬送が透過型の機構上の制約のために難しくなったり、形状欠陥周辺の透過光の回り込みによるコントラスト制御の難しさが発生することもあり、実用上の支障となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、シート状透明体の欠陥検査方法において、凹凸を主とした形状欠陥を確実に検出する光学的検査方法を提供することである。

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、シート状透明体の欠陥検査方法であって、検査対象のシート状透明体を光学反射体上に配置する工程、光学反射体上に配置されたシート状透明体に光を照射する工程、光が照射されたシート状透明体からの反射光を受光して反射像を得る工程、該反射像より欠陥を検出する工程、を有することを特徴とするシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法である。

また、請求項２に記載の発明は、シート状透明体の欠陥検査方法であって、光学反射体の表面に光を照射する工程、光が照射された光学反射体からの反射光を受光して第一の反射像を得る工程、検査対象のシート状透明体を該光学反射体上に配置する工程、光学反射体上に配置されたシート状透明体に光を照射する工程、光が照射されたシート状透明体の前記第一の反射像を得た光学反射体の位置上に配置された部分からの反射光を受光して第二の反射像を得る工程、前記第一の反射像と第二の反射像との差分画像より欠陥を検出する工程、を有することを特徴とするシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法である。

また、請求項３に記載の発明は、前記光学反射体の可視域における平均反射率が６０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法である。

また、請求項４に記載の発明は、前記シート状透明体が可撓性の樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法である。

また、請求項５に記載の発明は、前記シート状透明体と光学反射体とを重ねて配置する基材がシリンダー形状であって、該シリンダー基材の回転方向にシート状透明体を移動させて検査することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法である。

本発明のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法によれば、シート状透明体を通った光が、入射面と反対側に配置される光学反射体の表面反射により、裏面からの透過光と同様の光を入射面側に返すことができるので、形状欠陥を確実に検出する光学的検査方法を提供することができる。

また、本発明のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法によれば、反射型照明機構の簡便さと透過型照明機構の欠陥検出能力とを同時に利用できるので、特に大型の透明体や連続した長尺状の透明体の凹凸を主とした欠陥検査に適した方法を提供することができる。

本発明の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。従来の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。従来の実施形態の他の一例を説明するための断面模式図である。本発明の実施形態の他の一例を説明するための断面模式図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。

図１において、被検査物体としてのシート状透明体１を光学反射体２の表面に接触または近接させて設置する。図では、シート状透明体１も光学反射体２も共に水平設置されるが、これらは垂直面または斜面に沿った設置でも良く、可撓性フィルムの例では、後述するシリンダー基材上の場合のように湾曲面であっても良い。シート状透明体１は、可撓性の透明樹脂フィルムの例が代表的であるが、一般に、可視光域の光透過率が８０％以上の透明性を有する枚葉状または連続長尺状の薄板に適用できる。但し、透過率は必ずしも限定されるものではない。また、前記シート状透明体１の表面に絵柄等が印刷されることもある。光学反射体２としては、アルミ箔やアルミ板等の金属反射体が好ましい。可視光域の光反射率が均一に高く波長依存性の少ない、銀、アルミニウム、ロジウム等の素材が、着色性を与えずに強い反射光を得る上で適しているが、実用上はアルミニウムが最も入手し易い。また、光学反射体として不適当な光学特性を有する素材の表面に、上記の適性の良い素材を蒸着やめっきで膜形成して利用することも可能である。前記光学反射体の可視域における平均反射率は６０％以上であれば明瞭な反射像を得る上で好ましく、特に、銀、アルミニウム、ロジウム等の素材特性値が示すように、８０％以上であればさらに望ましい。

シート状透明体１の光学反射体２との近接面の反対側から、照明装置３により斜め方向からシート状透明体１に光を照射する。入射光５はシート状透明体１を斜めに通り、シート状透明体１の反対面側に設置された光学反射体２の表面で反射光６を返す。反射光６は再びシート状透明体１を斜めに通り、照明装置３と同じ側の、通常は入射角と等しい反射角で反射するので、反射光６の通過位置の一つに撮像装置４を設置して反射光６を捉えることができる。ここで、シート状透明体１の一部に欠陥８が凹凸を主とした形状欠陥として存在すると、欠陥８が形成する微小な不規則形状の表面を通る入射光５と反射光６のそれぞれ一部が、不規則な散乱反射光９を生じる。このため、反射光６は正常に反射した光から散乱反射した光を除く反射像を撮像装置４に入力することになり、入力された反射像から欠陥を検出することができる。

また、前記シート状透明体１の表面に絵柄等が印刷されている箇所（図示せず）に、上記と同様に照明装置３から斜め方向に光を照射すると、光は該絵柄等の表面で直接反射して、撮像装置４に反射像を入力する。従って、絵柄等の検査は、光学反射体２の存在とは無関係に、入力された反射像から欠陥を検出することができる。

前記照明装置３は一般の投光器を含む光源であって、光の強度、平行性、分光スペクトル、照射エリアの広さ等は被検査物体のシート状透明体１と撮像装置４との関連で適宜決めることができる。また、前記撮像装置４はＣＣＤ固体撮像素子を用いた一般計測用カメラが利用できる。シート状透明体１の形態が長尺形状で連続的にロール供給され、搬送機構と組み合わせて使用する場合等、二次元エリアセンサよりも一次元ラインセンサを用いることが適当な場合もある。カメラで捉える反射像として検出可能な欠陥のサイズは、拡大レンズ系も含めたカメラの分解能を選べば高めることもできる。例えば、認証用カード類に積層使用される透明樹脂フィルムの場合、キズ、歪み、膨れ、ピンホール等の認識サ
イズとして、最小で０．２ｍｍ□程度の検出能力があれば充分有用であるが、この限りではない。

次に、前記反射像より欠陥を検出する工程が必要であるが、通常の検査機等で行われている画像解析手段を用いることにより可能である。パターンの無いシート状透明体１に前記キズ、歪み、膨れ、ピンホール等があり、これらの凹凸を主とした形状欠陥を前記撮像装置４により反射像として捉えた場合は、簡単な特徴抽出回路で処理することにより、形状欠陥という判断に到達することができる。また、前記シート状透明体１の表面に絵柄等が印刷されている箇所（図示せず）を検査して、該絵柄等の表面で直接反射させた反射像を撮像装置４に入力した場合は、入力された反射像がパターンとしての欠陥を含むかどうかを、予め入力した正常なパターンの画像情報と比較することにより、判断し、欠陥を検出することができる。

本発明の有効性を従来例との比較で説明するために、図２を示す。図２は、従来の実施形態の一例を説明するための断面模式図である。光学反射体２を用いずにシート状透明体１を単独で、反射型照明により検査する例であって、図１と同様に照明装置３および撮像装置４を配置して検出しようとすると、入射光５は大部分がシート状透明体１を通り抜けてしまい、撮像装置４にて検出される反射像は、シート状透明体１の正常な表面で僅かに反射する正反射光（図示せず）に加えて、欠陥８が形成する微小な不規則形状の表面で不規則な散乱をする散乱反射光１０である。このようにして検出される反射像は、前記散乱反射光１０の方向が欠陥の内容により大きく変動し、かつ微弱であり、欠陥形状を安定して捉えることが難しい。但し、前記シート状透明体１の表面に絵柄等が印刷されている箇所（図示せず）に、上記と同様に照明装置３から斜め方向に光を照射すると、光は該絵柄等の表面で直接反射して、撮像装置４に反射像を入力する。従って、絵柄等の検査は、光学反射体２が存在しないこととは無関係に、入力された反射像から欠陥を検出することができる。

また、図３は、従来の実施形態の他の一例を説明するための断面模式図である。光学反射体２を用いずにシート状透明体１を単独で、透過型照明により検査する例であって、
図の下部に設置した照明装置３からシート状透明体１に入射光５を垂直方向に一様に照射すると、平行光または拡散光が被検査物体のシート状透明体１を大部分が透過光７として通過し、一部が正常な表面で正反射（図示せず）し、他の一部の光がシート状透明体１の表面または内部に存在する形状欠陥８の凹凸面で散乱反射光１１となる。被検査物体のシート状透明体１を間に挟んで照明装置３とは反対側に設置される撮像装置４により、上記正反射および散乱反射される光１１を除く透過光７が検出されることにより、形状欠陥を具体的なネガ像として捉えることができる。前述の反射型照明の場合とは異なり、検出対象となる透過光７は確実に撮像手段に捉えられるので、形状欠陥により散乱反射され撮像手段に検出されない光の強さを適切に制御できれば、望ましいコントラストのネガ像として形状欠陥の像を得ることができる。但し、垂直入射光５の殆どが出てくる透過光７に比較して、散乱反射光１１は微弱であるため、前記コントラストを高くしたネガ像を得ることは、容易ではない。

また、上記透過型照明による欠陥検査方法おいて、前記シート状透明体１の表面に絵柄等が印刷されている箇所（図示せず）に、上記と同様に照明装置３から垂直方向に光を照射すると、光は該絵柄等に遮られることにより、撮像装置４に透過像を入力する。従って、絵柄等の検査についても、入力された透過像から欠陥を検出することができる。

以上、本発明の実施形態を照明光が反射像を形成するメカニズムに従って説明したが、特に簡単な反射型照明により、機器構成上の制約の多い透過型照明と同等以上の欠陥検出能力が得られることは、大きな利点である。しかも上記透過型照明とは異なり、本発明で
は、前記シート状透明体１を斜め方向に２回横断して透過することになるので、欠陥検出がより有利になる。さらにシート状透明体１上に絵柄等が印刷された箇所については、従来の反射型照明によるパターン欠陥検査方法と同様に、単純な表面反射光により欠陥の検出が可能である。すなわち、本発明は、シート状透明体を通った照明光の光学反射体面での反射およびシート状透明体の再透過と、シート状透明体表面での照明光の単純な反射との二種類のメカニズムを同時に使用でき、被検査体の該当箇所の状態によって、いずれかの進路で光が通ることになるので、検査の適用範囲が広くなる。

一方、前記光学反射体２は、完全に均一な表面状態であることが望ましいが、実用上は僅かなムラ等が生じて、該ムラ等の影響がシート状透明体の欠陥検査の結果に作用することもある。上記のような悪影響を除外する手段として、光学反射体２単独の表面に光を照射して、その反射像を第一の反射像として入力し、光学反射体２上に配置したシート状透明体１に光を照射して、その反射像を第二の反射像として入力し、上記二つの反射像の差分画像より、シート状透明体由来の欠陥を検出することができる。

図４は、本発明の実施形態の他の一例を説明するための断面模式図であって、連続した長尺状の透明体の欠陥検査に適した方法を提供することができる。可撓性フィルム等の連続した長尺状のシート状透明体１において、シリンダー基材上のように湾曲面での欠陥検査を行うことができる。図４において、シート状透明体１は連続走行できる長尺状のウェブ形状であって、巻き出しロールとしてのシリンダー基材１３から巻き出し、検査ロールとしてのシリンダー基材１２の一部に巻き付かせて欠陥検査を行い、巻き取りロールとしてのシリンダー基材１４で巻き取る。図面では省略してあるが、シリンダーロール駆動機構や整列およびテンションコントロール等の機構を別途設ける。検査ロールとしてのシリンダー基材１２の表面には、予め光学反射体２を形成しておき、該光学反射体２を介してシート状透明体１を巻き付かせて、図１の説明と同様に、照明装置３からの入射光５をシート状透明体１で反射させて撮像装置４に反射光６を受光して反射像を得て、該反射像より欠陥を検出する。入射角３１と反射角４１とを原則一致させることも図１の説明と同様である。なお、上記の工程を連続して行うために、前記検査ロールとしてのシリンダー基材１２の回転方向（白のブロック矢印表示）に合わせて、シート状透明体１を移動させつつ新たな領域を次々に検査する。

上記の例において用いられるシート状透明体１や光学反射体２の光学的特性は、図１において説明した例と同様であるが、形態は必然的に異なる。本例では、シート状透明体１は、前述の通り、連続走行できる長尺状のウェブ形状であり、光学反射体２は、検査ロールとしてのシリンダー基材１２の表面に安定して保持できる状態に加工されたアルミニウム等の金属膜または金属板が使用される。

また、上記連続走行できる長尺状のウェブ形状のシート状透明体１の欠陥検査においても、前記光学反射体２は、完全に均一な表面状態であることが望ましいが、実用上は僅かなムラ等が生じて、該ムラ等の影響がシート状透明体の欠陥検査の結果に作用することもある。上記のような悪影響を除外する手段として、光学反射体２単独の表面に光を照射して、その反射像を第一の反射像として入力し、光学反射体２上に配置したシート状透明体１に光を照射して、その反射像を第二の反射像として入力し、上記二つの反射像の差分画像より、シート状透明体由来の欠陥を検出することができる。上記連続走行できる長尺状のウェブ形状のシート状透明体の欠陥検査では、光学反射体２単独の表面に光を照射して、その反射像を第一の反射像として入力することが操作の手順の上から困難となることもある。そのような場合には、図４のシリンダー基材１２のシート状透明体１が巻き付いていない光学反射体２が表面に現れている箇所に、照明装置３と撮像装置４とを別途独立に設置して、第一の反射像を各位置に対応させて入力しておくことが必要になる。

１・・・シート状透明体
２・・・光学反射体
３・・・照明装置
４・・・撮像装置
５・・・入射光
６・・・反射光
７・・・透過光
８・・・欠陥
９、１０、１１・・・散乱反射光
１２・・・シリンダー基材（検査ロール）
１３・・・シリンダー基材（巻き出しロール）
１４・・・シリンダー基材（巻き取りロール）
３１・・・入射角
４１・・・反射角

Claims

シート状透明体の欠陥検査方法であって、検査対象のシート状透明体を光学反射体上に配置する工程、光学反射体上に配置されたシート状透明体に光を照射する工程、光が照射されたシート状透明体からの反射光を受光して反射像を得る工程、該反射像より欠陥を検出する工程、を有することを特徴とするシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法。
シート状透明体の欠陥検査方法であって、光学反射体の表面に光を照射する工程、光が照射された光学反射体からの反射光を受光して第一の反射像を得る工程、検査対象のシート状透明体を該光学反射体上に配置する工程、光学反射体上に配置されたシート状透明体に光を照射する工程、光が照射されたシート状透明体の前記第一の反射像を得た光学反射体の位置上に配置された部分からの反射光を受光して第二の反射像を得る工程、前記第一の反射像と第二の反射像との差分画像より欠陥を検出する工程、を有することを特徴とするシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法。
前記光学反射体の可視域における平均反射率が６０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法。
前記シート状透明体が可撓性の樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法。
前記シート状透明体と光学反射体とを重ねて配置する基材がシリンダー形状であって、該シリンダー基材の回転方向にシート状透明体を移動させて検査することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシート状透明体の凹凸を主とした欠陥検査方法。