JP2015175815A - 透明シートの欠点検査方法および欠点検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明シートの表面に発生するキズや付着異物などの欠点が、透明シートの表か裏のどちらの面に発生しているものであるかを判定することができる欠点検査方法を提供する。【解決手段】相対的に長波長の成分の光で検出した欠点の輝度値と相対的に短波長の成分の光で検出した欠点の輝度値との比が、透明シートの表側面に欠点がある場合と裏面側にある場合とで異なる性質を利用し、欠点が透明シートの表か裏のどちらの面にあるのかを判別する。波長の異なる複数の波長帯域を含む光を光源１から透明シートに向かって照射し、透明シートの同一の欠点で反射した散乱光に含まれる相対的に長波長の成分と、相対的に短波長の成分をそれぞれ受光素子３０１，３０２で検出し、長波長の成分と短波長の成分との輝度値の比をあらかじめ定めた閾値と比較して、輝度値の比が閾値よりも大きいか小さいかで欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する。【選択図】図１

Description

本発明は透明シートの欠点検査方法および検査装置に関する。特に透明シートの表面に発生した欠点がシートの表か裏のどちらにあるのかを特定するのに好適な透明シートの欠点検査方法および検査装置に関する。

従来、表面が平滑な透明ガラスあるいはフィルムなどの透明シート状物に存在するキズや付着異物などの欠点発生面を特定する方法および装置が存在する。

例えば、特許文献１に記載の方法においては、偏光フィルムのような透明シートの表面に表面保護フィルムが貼付されていても、表面保護フィルムの欠陥に影響されずに透明シート内の欠陥である気泡や異物などを検出することができる外観検査方法として、透明シートの表面に紫外光線を照射して反射光を撮像し、一方、前記透明シートの表面に可視光線を照射して透過光を撮像し、得られた画像信号に画像処理を施して比較判定することによって被検査体としての透明シートのみの欠陥を検出する方法が開示されている。

特開平７−３１１１６０

しかしながら、特許文献１の方法には、検査対象であるフィルムを黄変劣化させるなど品質を低下させる可能性がある紫外線照射手段が必要とされており、非破壊での検査が実現できない。また、異なる波長帯域の光を照射する２つの光照射手段が必要である。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光源を１つのみ用いる構成により、透明シートの表面に発生するキズや付着異物などの欠点が、透明シートの表か裏のどちらの面に発生しているものであるかを判定することができる透明シートの検査方法ならびに検査装置を提供する。

上記課題を解決する本発明の透明シートの欠点検査方法は以下のとおりである。
波長の異なる複数の波長帯域を含む光を透明シートに向かって照射し、透明シートで反射した散乱光を受光することで透明シートの欠点を検出する透明シートの検査手法において、
同一の欠点で反射した散乱光に含まれる相対的に長波長の成分と、相対的に短波長の成分を検出し、
前記長波長の成分と前記短波長の成分との輝度値の比を、あらかじめ定めた閾値と比較し、
前記輝度値の比が前記閾値よりも大きいか小さいかで、前記欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する、透明シートの欠点検査方法。

また上記課題を解決する本発明の透明シートの欠点検出装置は以下のとおりである。
透明シートへ向けて波長の異なる複数の波長帯域を含む光を照射する光照射手段と、
透明シートに対して前記光照射手段と同じ面側にあり、平行に配置された２つの受光素子列と、一方の受光素子列に透明シートで反射した散乱光に含まれる相対対的に長波長の成分を入射し、他方の受光素子列に透明シートで反射した散乱光に含まれる相対的に短波長の成分を入射する光学素子とを含む受光手段と、
前記２つの受光素子列から得られるそれぞれの画像から欠点を検出し、検出したそれぞれの欠点の輝度値の比を算出する手段と、
前記輝度値の比とあらかじめ設定されている閾値とを比較し、輝度値の比が閾値よりも大きいかで前記欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する手段と、を含む透明シートの欠点検査装置。

また、本発明の別態様の透明シートの欠点検出装置は以下のとおりである。
透明シートへ向けて波長の異なる複数の波長帯域を含む光を照射する光照射手段と、
透明シートに対して前記光照射手段と同じ面側にあり、透明シートで反射した散乱光を受光する平行に配置された２つの受光素子列を含む受光手段と、
前記一方の受光素子列は、相対的に長波長の成分に高い感度を有する受光素子で構成されており、前記他方の受光素子列は、相対的に短波長の成分に高い感度を有する受光素子で構成されており、
前記２つの受光素子列から得られるそれぞれの画像から欠点を検出し、検出したそれぞれの欠点の輝度値の比を算出する手段と、
前記輝度値の比とあらかじめ設定されている閾値とを比較し、輝度値の比が閾値よりも大きいか小さいかで前記欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する手段と、を含む透明シートの欠点検査装置。

本発明によれば、相対的に長波長の成分の光で検出した欠点の輝度値と相対的に短波長の成分の光で検出した欠点の輝度値との比が、透明シートの表側面に欠点がある場合と裏面側にある場合とで異なる性質を利用し、光源を１つのみ用いるだけで、欠点が透明シートの表か裏のどちらの面にあるのかを判別することができる。

図１は、本発明の実施の形態を示す概念図である。 図２は、反射散乱光学系において、表面側に欠点がある場合の光の光路を示した概念図である。 図３は、反射散乱光学系において、裏面側に欠点がある場合の光の光路を示した概念図である。 図４は、図１に示した透明シートの界面における光の入出射角度と反射率との関係を示す特性図である。 図５は、透明シートの分光反射率を示す特性図である。 図６は、本発明の第２の実施形態を示す概念図である。 図７は、本発明の第３の実施形態を示す概念図である。 図８は、本発明の第４の実施形態を示す概念図である。 図９は、信号値比算出部の詳細を説明するフロー図である。

図１は本発明の実施の形態を示す概念図である。１は光源、２は検査対象である透明シート、３は光受光部、４は演算部をそれぞれ示している。以下、これら各部の構成をその作用とともに詳細に説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

[光源]
光源１は、複数の波長帯域を含む光を検査対象である透明シート２に対して照射する。光源１は本発明においては特には限定するものではないが、特定の波長にピークを有する光を合成した蛍光灯やメタルハライドランプによるものであっても、ブロードな波長ピークを有するハロゲンランプや白色ＬＥＤによる光であっても良いが、短波長成分である青色光から長波長成分である赤色光までを含む白色光であることが望ましい。また、本発明においては特に限定するものではないが、光源１は透明シート上での正反射光が光受光部３に直接入射しない位置に固定されるのが望ましい。本実施形態においては、視野方向に広がりを持つ短冊状の発光面を有する白色ＬＥＤ照明光源が、透明シートに対して垂直方向から３０度の傾きを持って配置されている。

[透明シート]
透明シート２は、透明な無機系材料によるガラスシートや、合成樹脂による有機系材料のシート、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の樹脂シートのほか、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、アクリル、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、透明ポリイミドなどの樹脂シートを用いることができるが、本実施の形態では、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分とする樹脂シート（以下、「ＰＥＴシート」という）を用いている。

なお、なお本発明においては特に限定するものではないが、透明シート２は一定方向に等速度で連続搬送された状態であることが望ましい。本実施の形態においては、透明シート２はロール・トゥ・ロールプロセスにて等速搬送されている。

なお本発明においては特に限定するものではないが、透明シート２上の欠点は、本実施の形態においては、キズ欠点を検出するものとして以下説明する。

ではまず、透明シート２の表面側にキズ欠点が存在する場合を、図２を用いて説明する。光源１からの照射光５を照射すると、照射光５の一部は透明シート２の表面側界面で反射し、反射光８０１となる。反射されなかった光の成分は、透明シートの内部に透過光７０１として侵入する。透明シート２の裏面界面で一部は裏面からの反射光８０２となり、残りは裏面からの透過光７０２として透過していく。このとき表面側にキズ欠点が存在した場合は、照射光５がキズ欠点によって強く散乱し、その散乱成分のうち後述する光受光部３の光軸方向に散乱する成分が受光される。

次に、透明シート２の裏面側にキズ欠点が存在する場合を、図３を用いて説明する。裏面のキズ欠点による散乱光６０１は、透明シート内部に透過した透過光７０１によるものであり、この散乱光６０１は、光照射手段の光軸方向に向かう際に、透明シート表面側界面で散乱反射光６０２と散乱透過光６０３とに分けられる。すなわち、全く同じ形状のキズ欠点であったとしても、透明シート２の表面側に存在する場合は、照射光５は損失無くキズ欠点部で散乱され散乱光６となるのに対して、裏面側のキズ欠点は表面側界面に照射光５が入射する際の反射による損失（第１の損失）と、表面側界面を散乱光６０１が出射する際の反射による損失（第２の損失）の、合計２回の損失が発生するため、後述の光照射手段３による散乱光６と散乱光６０３の受光強度は、必ず散乱光６の方が強い信号強度として計測される。なお、この反射による損失は、透明シートに対する光の入射角度に依存する。図４はこの透明シートの界面における光の入射角度と反射率との関係を波長５８９．３ｎｍの光、すなわちナトリウム原子の輝線スペクトル波長における特性について示した図である。光の入射角度が０度（すなわち、透明シートに対して垂直に入射する条件）に近いほど反射率が低く、光の入社角度が９０度（すなわち、透明シートに対して水平方向から入射する条件）に近づくほど反射率が高い。本実施の形態においては、光の入射角度を３０度としたが、この場合は、入射角度３０度の光の反射率で求められる第１の損失、入射角０度の光の反射率で求められる第２の反射率ともに５％程度と求められるので、表面側キズ欠点による散乱光６と裏面側キズ欠点による散乱光６０３との散乱強度の差は、下式１により１０％程度と算出される。
(式１) （１−第１の損失）×（１−第２の損失）＝０．９５×０．９５＝０．９０。

次に、この２つの損失がピークの異なる複数の波長帯域で発生した場合を考える。本発明の実施形態においては、長波長成分である波長６３０ｎｍをピークとする赤色光と、短波長成分である波長４７０ｎｍをピークとする青色光とについて説明する。図５は、透明シートに入射する光の波長と反射率の関係を示したもので、透明シートの表面側と裏面側の両面からの反射を合算した特性を示す。したがって、図５は、入射角３０度の光の反射率で求められる第１の損失と、入射角０度の光の反射率で求められる第２の損失との両方の損失を含む特性を示す。青色成分のピーク波長である波長４７０ｎｍでは反射率は１０％、赤色成分のピークである波長６３０ｎｍでは、反射率は９％と、短波長側の光ほど反射率が大きくなる。

[光受光部]
光受光部３は、レンズ３０４波長分別フィルタ３０３、および２つの受光素子列３０１、３０２により構成される。まず、透明シートの表側面にある欠点からの散乱光６または透明シートの裏側面にある欠点からの散乱光６０３（図示せず）はレンズ３０４を通じて集光され、波長分別フィルタ３０３によって、相対的に長波長側の成分と相対的に短波長側の成分とに分別される。そして、相対的に長波長側の成分は受光素子列３０１に、相対的に短波長側の成分は受光素子列３０２にて受光される。波長分別フィルタ３０３は、特に限定するものではないが、本発明の実施形態においてはビームスプリッタを用いている。なお、「相対的に長波長の成分」と「相対的に短波長側の成分」の「相対的」とは、受光素子列３０１と受光素子列３０２に入射する光成分の波長分布を比較したときに、受光素子列３０１に入射する光成分は受光素子列３０２に入射する光成分に比べて、長波長部分の成分を多く含み、逆に受光素子列３０２に入射する光成分は受光素子列３０１に入射する光成分に比べて、短波長部分の成分を多く含んでいることを意味する。以下、「相対的に長波長側の成分」を「赤色成分」と、「相対的に短波長側の成分」を「青色成分」と言い換える。

光受光部３は、特に限定するものではないが、一定方向に連続搬送される透明シートを連続的に撮像可能であるＣＣＤもしくはＣＭＯＳによるラインスキャンセンサにより構成されるラインスキャンカメラであることが好ましい。

なお、本発明の実施形態においては、２つの受光素子列３０１と３０２をビームスプリッタで２つの光路に分岐した同一光軸上で平行となるように配置するよう図示しているが、図６に示す本発明の第２の実施形態を表す概念図のように散乱光６または６０３（図示せず）に含まれる赤色光成分を受光する受光素子列３０１と、青色光成分を受光する受光素子列３０２とを同一光軸上ではなく透明シートの搬送方向に直行する向きに隣り合って平行に配置してもよい。この構成では、波長分別フィルタ３０３として赤色成分の光のみを透過可能なカラーフィルタと青色成分の光のみを透過可能なカラーフィルタを並べたものを用い、それぞれのカラーフィルターが受光素子列３０１および３０２の全面に配置される構成としてもよい。この場合、同じスキャンタイミングで撮像した受光素子列３０２からの青色画像と受光素子列３０１からの赤色画像同士では、キズ欠点位置が受光素子列３０１と３０２との距離と同じ分だけ受光位置がずれて画像化されるので、光受光部３では予めずれ量を補正する位置補正処理を行った後に、演算部４に画像を出力する構成としてもよい。あるいは、演算部４で受光素子列３０１および３０２からの画像に位置補正処理を行ってもよい。

また、本発明の実施形態においては、１つの光受光部内に波長分別フィルタ３０３、受光素子列３０１および受光素子列３０２を含むよう図示しているが、図７に示す本発明の第２の実施形態を表す概念図のように、波長分別フィルタ３０３により選択的に分光された光を、受光素子列３０１を含む光受光部３Ａと、受光素子列３０２を含む光受光部３Ｂにそれぞれ入射する構成としてもよい。また、図８に示す本発明の第３の実施形態を表す概念図のように、散乱光６または６０３（図示せず）を２つの光路に分配する光分配部３０５によって分配した光を、レンズ３０４、相対的に長波長の成分のみを透過する波長分別フィルタ３０３Ａおよび光素子列３０１により構成される光受光部３Ａと、レンズ３０４、相対的に短波長の成分のみを透過する波長分別フィルタ３０３Ｂおよび受光素子列３０２により構成される光受光部３Ｂにそれぞれ入射する構成としてもよい。

さらに、本発明は図６や図８に示す実施形態において、波長分別フィルタ３０３、３０３Ａ、３０３Ｂを無くして、受光素子列３０１を相対的に長波長の成分に高い感度を有する受光素子で構成し、受光素子列３０２を相対的に短波長の成分に高い感度を有する受光素子で構成してもよい。このような構成としても、波長分別フィルタを用いた構成と同じ機能が実現できる。ここで、「相対的に長波長の成分に高い感度を有する」と「相対的に短波長の成分に高い感度を有する」の「相対的」とは、受光素子列３０１と受光素子列３０２を構成する受光素子の波長感度特性を比較したときに、受光素子列３０１を構成する受光素子は受光素子列３０２を構成する受光素子よりも長波長成分に対する感度が高く、逆に受光素子列３０２を構成する受光素子は受光素子列３０１を構成する受光素子よりも短波長成分に対する感度が高いことを意味する。

[演算部]
演算部４は、欠点検出部４０１と、表裏判定部４０２とから構成される。特に限定するものではないが、本発明の実施形態においてはコンピュータ上で動作するソフトウェアによって実現している。まず、図９を用いて欠点検出部４０１での処理を説明する。光受光部３で受光した信号をもとに合成された赤色成分による赤色画像と青色成分による青色画像とについて、特に指定しないが、あらかじめ指定するいずれかの画像について不要な高周波成分や低周波成分を取り除くための前処理（Ｓ９０１）を実施したのちに２値化処理（Ｓ９０２）を行い、明部をキズ欠点部位（前景）、暗部を地合部位（背景）として認識することでキズ欠点部位を特定する。そして、キズ欠点部位の輝度信号値計測（Ｓ９０３）を行い、あらかじめ定める画像と、もう一方の画像上とで前記キズ欠点部位において輝度計測を行う。本発明における実施形態においては、前記輝度信号値の計測方法として、キズ欠点部位の輝度最大値を計測する手法を採用している。なお、本発明の実施形態においては、あらかじめ定める画像を青色画像とし、もう一方の画像を赤色画像とした。

続いて、表裏判定部４０２での処理を説明する。２つの画像から得られた輝度値は、光源１が発するそれぞれの波長領域の光の強度や、短波長成分の光ほど散乱強度が大きくなるレイリー散乱（散乱強度は波長の４乗に反比例する）や、光を受光する受光素子列３０１、３０２の有する分光感度特性によって絶対値としての大小は異なるので、あらかじめ用意した表側面にモデル欠点が存在する透明シートのキズ欠点サンプルを用い、このキズ欠点の青色画像と赤色画像のそれぞれの輝度値から、青色画像と赤色画像のそれぞれの標準キズ欠点輝度値を計測しておく。この２つの値と、実際のキズ欠点の青色画像と赤色画像のそれぞれの輝度値を用いて、下式２により信号比ＢＲ１を求める。
(式２) ＢＲ１＝（青色画像のキズ欠点輝度値÷赤色画像のキズ欠点輝度値）×（赤色画像の標準キズ欠点輝度値÷青色画像の標準キズ欠点輝度値）。

続いて表裏判定部では、信号比ＢＲ１をあらかじめ定める閾値と比較し、ＢＲ１の値が閾値を上回ればキズ欠点は表側面に、下回ればキズ欠点は裏側面に発生しているものと判断する。このメカニズムを詳細に説明する。まず、キズ欠点が表側面に発生している場合、赤色画像でのキズ欠点輝度値と、青色画像でのキズ欠点輝度値の比は、モデル欠点でのそれと同一の値を出力するため、信号比ＢＲ１は式２により１．００と求められる。これに対し裏側面に欠点がある場合は、上記の通り青色成分の反射率が１０％、赤色成分の反射率が９％であるので、標準キズ欠点が裏側面欠点として観測された場合の輝度値から、裏側面欠点の信号比ＢＲ２は下式３で求められる。
(式３) ＢＲ２＝（青色画像の裏側面キズ欠点輝度値÷赤色画像の裏側面キズ欠点輝度値）×（赤色画像の標準キズ欠点輝度値÷青色画像の標準キズ欠点輝度値）
＝｛（青色画像の標準キズ欠点輝度値×０．９）÷（赤色画像の標準キズ欠点輝度値×０．９１）｝×（赤色画像の標準キズ欠点輝度値÷青色画像の標準キズ欠点輝度値）
＝０．９９。

すなわち、裏側面に欠点がある場合は表側面に欠点がある場合よりも信号比ＢＲ１の値が１％低くなる。このことから、あらかじめ定める閾値は、１．００と０．９９の中間である０．９９５と設定すればよい。つまり、ＢＲ１の値が閾値０．９９５より大きければ欠点は表側面にあり、小さければ欠点は裏側面にあると判別する。

なお、この実施形態では標準キズ欠点輝度値を計測するに際し、表側面にモデル欠点が存在する透明シートのキズ欠点サンプルを用いたが、裏側面にモデル欠点が存在する透明シートのキズ欠点サンプルを用いてもよい。この場合は、ＢＲ１の値が閾値より大きければ欠点は裏側面にあり、小さければ欠点は表側面にあると判別する。また、上記説明では、青色成分の反射率が赤色成分の反射率よりも大きい透明シートで説明してきたが、透明シートによっては、青色成分の反射率が赤色成分の反射率よりも小さいものも存在する。このような透明シートを検査する場合は、閾値と比べたＢＲ１値の大小と、欠点が表裏のどちら側にあるかの判別との関係はこれまでの説明の逆となる。いずれにせよ、ＢＲ１値が閾値よりも大きいか小さいかで、透明シートの表か裏のどちら側に欠点があるのかを判別するという本発明の本質が変わるものではない。

本発明は、シート状、板状物体上に存在するキズ欠点の検査に限らず、微小凹凸、付着もしくは混入異物などの欠点検査にも応用することができるが、その応用範囲は、これらに限られるものではない。

１ 光源
２ 透明シート
３ 光受光部
３Ａ 相対的に長波長の成分を受光する光受光部
３Ｂ 相対的に短波長の成分を受光する光受光部
３０１ 相対的に長波長の成分を受光する受光素子列
３０２ 相対的に長波長の成分を受光する受光素子列
３０３ 波長分別フィルタ
３０３Ａ 赤色光成分を選択的に透過する波長分別フィルタ
３０３Ｂ 青色光成分を選択的に透過する波長分別フィルタ
３０４ レンズ
３０５ 光分配部
４ 演算部
４０１ 信号値比算出部
４０２ 表裏判定部
５ 入射光
６ 散乱光
６０１ キズ界面での散乱光
６０２ 散乱光の表面側透過光
６０３ 散乱光の表面側界面での反射光
７０１ 表面側界面の透過光
７０２ 裏面側界面の透過光
８０１ 表面側界面からの正反射光
８０２ 裏面側界面からの正反射光

Claims (7)

1. 波長の異なる複数の波長帯域を含む光を透明シートに向かって照射し、透明シートで反射した散乱光を受光することで透明シートの欠点を検出する透明シートの検査手法において、
   同一の欠点で反射した散乱光に含まれる相対的に長波長の成分と、相対的に短波長の成分を検出し、
   前記長波長の成分と前記短波長の成分との輝度値の比を、あらかじめ定めた閾値と比較し、
   前記輝度値の比が前記閾値よりも大きいか小さいかで、前記欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する、透明シートの欠点検査方法。
2. 前記波長の異なる複数の波長帯域を含む光が白色光である、請求項１の透明シートの欠点検査方法。
3. 透明シートの製造工程において請求項１または２の方法で透明シートの欠点を検査する、透明シート製造方法。
4. 透明シートへ向けて波長の異なる複数の波長帯域を含む光を照射する光照射手段と、
   透明シートに対して前記光照射手段と同じ面側にあり、平行に配置された２つの受光素子列と、一方の受光素子列に透明シートで反射した散乱光に含まれる相対対的に長波長の成分を入射し、他方の受光素子列に透明シートで反射した散乱光に含まれる相対的に短波長の成分を入射する光学素子とを含む受光手段と、
   前記２つの受光素子列から得られるそれぞれの画像から欠点を検出し、検出したそれぞれの欠点の輝度値の比を算出する手段と、
   前記輝度値の比とあらかじめ設定されている閾値とを比較し、輝度値の比が閾値よりも大きいかで前記欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する手段と、を含む透明シートの欠点検査装置。
5. 透明シートへ向けて波長の異なる複数の波長帯域を含む光を照射する光照射手段と、
   透明シートに対して前記光照射手段と同じ面側にあり、透明シートで反射した散乱光を受光する平行に配置された２つの受光素子列を含む受光手段と、
   前記一方の受光素子列は、相対的に長波長の成分に高い感度を有する受光素子で構成されており、前記他方の受光素子列は、相対的に短波長の成分に高い感度を有する受光素子で構成されており、
   前記２つの受光素子列から得られるそれぞれの画像から欠点を検出し、検出したそれぞれの欠点の輝度値の比を算出する手段と、
   前記輝度値の比とあらかじめ設定されている閾値とを比較し、輝度値の比が閾値よりも大きいか小さいかで前記欠点が透明シートの表か裏のどちらにあるのかを判別する手段と、を含む透明シートの欠点検査装置。
6. 前記光照射手段が照射する波長の異なる複数の波長帯域を含む光が白色光である、請求項４または５の透明シートの欠点検査装置。
7. 請求項４から６のいずれかの欠点検査装置を有する、透明シートの製造装置。

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