JP2016085034A - 透明板状体表面検査用撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】ラインセンサカメラの光線経路中心が存在する平面が透明板状体と垂直であり、かつその平面を透明板状体の搬送方向と平行にも垂直にもしない場合に、表側の面の反射光の経路と裏側の面の反射光の経路が板厚に依存して分離する現象を利用しつつ、透明板状体の裏側に水層を設けるための機構の数の増加を抑えることができる透明板状体表面検査用撮像システムを提供する。【解決手段】光源１は、ガラス板７１に歪みが生じていないという条件のもとで、ラインセンサカメラ２から視野５に向かう光線経路がガラス板７１で反射した延長方向上に配置される。光源１のストライプパターンの照射面の向きは、その照射面をガラス板７１の進行方向に沿って射影した結果が線分になるように定められる。また、その照射面でストライプパターンの暗部となる線は、ガラス板７１の搬送方向と平行である。【選択図】図１

Description

本発明は、透明板状体の表面形状の検査のため、光源撮像時に透明板状体表面の反射で生じる光線経路変化で形成された像を取得する透明板状体表面検査用撮像システムに関する。

ガラス板の表面の微小な歪みを検査する方法の一例として、ラインセンサカメラ（line sensor camera）を用いて、ガラス板の表面を反射した光線経路をたどって光源のストライプパターン（stripe pattern）を撮像し、撮像によって得られる画像データに基づいてガラス板表面の歪みの有無や、歪みの程度を検査する方法が知られている。このとき、ストライプパターンとして、暗部となる線が一定間隔で配置されるパターンがよく用いられる。なお、検査対象のガラス板は、一定方向に搬送されている状態でストライプパターンを照射されている。撮像の結果得られた画像には、ストライプパターンの暗部に対応する筋が現れる。なお、ラインセンサカメラの各画素は、大きさが同じで等間隔に並んでいるものとする。

図９は、光源とラインセンサカメラとの間の一般的な光の経路を示す説明図である。ガラス板７１を支持する支持部７２が存在する側を裏側と称し、その反対側を表側と称する。図９に示す実線は、ガラス板７１の表側の面で反射した光の経路を示す。また、図９に示す破線は、ガラス板７１の裏側の面で反射した光の経路を示す。なお、図９に示す距離Ｐは、ガラス板７１の板厚に依存する。

図９に示す距離Ｐの分離現象を生かす光源とラインセンサカメラの配置態様として、図１０に示す態様が考えられる。図１０に示す矢印は、ガラス板７１の搬送方向を示している。このとき、ガラス板７１の搬送方向と垂直な平面内に、ラインセンサカメラ８２から延びる光線経路の起点と、ラインセンサカメラ８２の視野８５と、光源８１の矩形の照射面の長手方向に沿ったその照射面の中心線とが含まれる。

よって、図１０に示す配置態様は、ラインセンサカメラ８２の光線経路中心が存在する平面が、ガラス板と垂直であり、かつガラス板の搬送方向と垂直である場合に該当する。

ここで、カメラの光軸とは、カメラのレンズの中心を通り、そのレンズ面に垂直な垂線のことを意味する。そして、光線経路中心とは、ラインセンサカメラの光軸と一致する光線経路と、その光線経路に対応する、ガラス板（歪みが生じていないものとする。）での反射点以降、光源までの光線経路とを合わせた光線経路を意味する。

図１０は、ガラス板７１の搬送方向と垂直な平面内で、光源８１がガラス板７１にストライプパターンを照射し、ラインセンサカメラ８２がガラス板７１を経由して光源８１を撮影する態様を示している。このとき、ガラス板の表側の面および裏側の面においてそれぞれ光が反射するので、ストライプパターンの１本の暗部に対応する筋は、画像内に２本現れる。

図１１は、撮像によって得られた画像の例を示す模式図である。図１１において、表側の面での反射により生じた筋を実線で示し、裏側の面での反射により生じた筋を模式的に破線で示している。この２種類の筋同士の距離を分離距離Ｄと記す。この２種類の筋に該当する箇所では、輝度値が極小となる。表側の面での反射で生じた筋と裏側の面での反射で生じた筋の分離距離Ｄは、ガラス板の板厚に依存した大きさとなる。

なお、例えば、表側の面での反射により生じた筋同士の間隔が一定であれば、ガラス板に歪みは生じていないと判断することができる。また、その間隔にばらつきがあれば、その間隔に基づいて、ガラス板の歪みの程度を評価することができる。

また、ガラス板に歪みが生じている場合、分離距離Ｄも小さくなったり、大きくなったりする。ここで、分離距離Ｄが小さくなると、輝度値が極小となる画素が近接し、画像内において、２本の筋であるのか１本の筋であるのかが不明瞭な箇所が生じる。図１２は、分離距離Ｄが接近して２本の筋であるのか１本の筋であるのかが不明瞭な箇所が生じた画像の例を示す模式図である。このような不明瞭な箇所が生じると、ガラス板の歪みの測定精度が低下する。特に、ガラス板の板厚が薄くなると、分離距離Ｄ（図１１参照）自体の間隔が小さくなるため、画像内において、２本の筋であるのか１本の筋であるのかが不明瞭な箇所が生じやすくなる。従って、板厚が薄いほど、歪みの測定精度が低下しやすくなる。

このような測定精度の低下を防止するために、ガラス板の裏側に水の層（以下、水層と記す。）を配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、ガラス板の裏側に水層を配置した場合における光源とラインセンサカメラとの間の光の経路を示す説明図である。水層７３は、ガラス板７１と支持部７２との間に設けられる。水層７３の屈折率はガラス板７１の屈折率とほぼ同じであることにより、ガラス板７１の裏側の面で反射する光はほとんど存在しなくなる。この結果、画像には、ガラス板７１の表側の面での反射により生じた筋が現れ、裏側の面での反射により生じた筋はほぼ現れなくなる。そのため、表側の面での反射により生じた筋の位置をより明確に認識することができ、筋の間隔に基づいて、ガラス板の歪みを精度よく測定することができる。

以下、図１０に示す配置態様における画像撮影について説明する。なお、説明を簡単にするために、ラインセンサカメラ８２の視野８５に該当する箇所では、ガラス板７１の裏側に水層（図１０において図示略）が配置されているものとする。従って、裏側での反射はほぼないものとして説明する。この点は、後述の図１５に示す態様でも同様である。

ガラス板７１が搬送されている状態で、ラインセンサカメラ８２は、視野８５を経由して光源８１を継続的に撮影する。従って、ガラス板７１を面として検査することができる。

ラインセンサカメラ８２の各画素からレンズを通して視野８５に向かう光線経路は、ガラス板７１の歪みの発生状況によって変化せず固定である。ただし、視野８５から光源８１までの光線経路は、ガラス板７１の歪みの発生状況によって変化する。

光源８１の照射面８１ａは、ラインセンサカメラ８２の視野８５方向に向けられ、ストライプパターンを照射する。本例において、照射面８１ａは細長い矩形であり、照射面８１ａが存在する面とガラス板７１が存在する面は交わり、照射面８１ａの短辺がガラス板７１の搬送方向と平行になるように配置される。そして、照射面８１ａにおいて、個々の暗部８１ｂは、照射面８１ａの短辺と平行になるように等間隔に設けられている。なお、照射面において、暗部以外の箇所を明部と記す。

図１４は、図１０に示すラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５を経由して光源８１へとどく光線経路および光源８１の照射面８１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図である。なお、厳密には、図１４は、ガラス板の搬送方向の軸に沿って下流側から上流側に射影した結果を示している。本明細書では、射影結果を表す他の図面に関しても、ガラス板の搬送方向の軸に沿って下流側から上流側に射影した結果を示す。

前述のように、ラインセンサカメラ８２の各画素からレンズを通して視野８５に向かう光線経路は、ガラス板７１の歪みの発生状況によって変化せず固定である。ある画素に対応する光線経路のうち、視野８５から光源８１までの光線経路が、照射面８１ａの撮像状態に反映される。すなわち、ある画素に対応する視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１ａにおいて暗部であれば、その画素の出力は黒色を示す。また、視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１ａにおいて明部であれば、その画素の出力は白色を示す。従って、ガラス板７１に歪みがなければ、視野８５から光源８１までの光線経路が変化しないので画像に現れる筋は等間隔になる。一方、ガラス板７１に歪みがある場合には、ある画素に対応する視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１ａの暗部から明部に変動したり、あるいは、明部から暗部に変動したりすることで、画像に現れる筋が不等間隔になる。

光源８１の照射面８１ａをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果は、図１４に示すように線分となる。この結果、各画素に対応する視野８５から光源８１までの光線経路は、線分である照射面８１ａと一点で交わり、それぞれ一意に定まる。

また、光源とラインセンサカメラの別の配置態様として、図１５に示す態様が考えられる。図１５に示す矢印は、ガラス板７１の搬送方向を示している。図１５は、ラインセンサカメラ８２の光線経路中心が、ガラス板７１の搬送方向と平行であってかつガラス板と垂直な平面内に存在する場合に該当する。

ガラス板７１が搬送されている状態で、ラインセンサカメラ８２は、視野８５を経由して光源８１を継続的に撮影する。また、ラインセンサカメラ８２の各画素からレンズを通して視野８５に向かう光線経路はガラス板７１の歪みの発生状況によって変化せず固定である。これらの点は、図１０に示す態様と同様である。

また、図１５に示す態様では、光源８１の照射面８１ａはガラス板７１と平行になるように配置されており、その短辺がガラス板７１の搬送方向と平行であるように設けられている。すなわち、照射面８１ａはガラス板７１に正対してストライプパターンを照射する。本例においても、照射面８１ａは、細長い矩形である。そして、個々の暗部８１ｂは、照射面８１ａの短辺と平行になるように設けられている。

図１６は、図１５に示すラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５を経由して光源８１に向かう光線経路および光源８１の照射面８１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図である。既に説明したように、ラインセンサカメラ８２の各画素からレンズを通して視野８５に向かう光線経路は、ガラス板７１の歪みの発生状況によって変化せず固定である。そして、ある画素に対応する光線経路のうち、視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１ａの撮像状態に反映される。すなわち、ある画素に対応する視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１において暗部であれば、その画素の出力は黒色を示す。また、視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１ａにおいて明部であれば、その画素の出力は白色を示す。従って、ガラス板７１に歪みがなければ、視野８５から光源８１までの光線経路が変化しないので画像に現れる筋は等間隔になる。一方、ガラス板７１に歪みがある場合には、ある画素に対応する視野８５から光源８１までの光線経路が照射面８１ａの暗部から明部に変動したり、あるいは、明部から暗部に変動したりすることで、画像に現れる筋が不等間隔になる。

図１５に示す態様においても、光源８１の照射面８１ａをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果は、図１６に示すように線分となる。従って、各画素に対応する視野８５から光源８１までの光線経路は、線分である照射面８１ａと一点で交わり、それぞれ一意に定まる。

図１５に例示した光源とラインセンサカメラの配置態様は、例えば、特許文献２に記載されている。

なお、仮に図１５に示す態様において、照射面８１ａをガラス板７１に平行にするのではなく、照射面８１ａがガラス板７１の搬送方向側に傾けられていると仮定する。すなわち、光源８１の照射面８１ａがガラス板７１の搬送方向の下流側に向くように、照射面８１ａがガラス板７１と正対している状態から光源８１を回転させた状態を仮定する。すると、ラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５を経由し光源８１に向かう光線経路および照射面８１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果は、図１７に示すようになる。この場合、照射面８１ａの射影結果は面となる。すると、ある画素に対応する光線経路が照射面８１ａにおいて暗部に存在したとき、暗部の線上のどこを撮像しているのかが一意に定まらない場合が生じる。例えば、図１７に示す光線経路９１のうち、視野８５から光源８１の暗部８１ｂの線までの光線経路が複数選べることになる。従って、光線経路９１のうち、ガラス板７１上の反射点以降、暗部８１ｂまでの光線経路は撮影画像から一意に定めることができない。従って、図１５に示す配置態様では、光源８１の照射面８１ａをガラス板７１と平行にする必要がある。なお、図１７では、暗部８１ｂを１つしか図示していないが、照射面８１ａに暗部８１ｂは複数存在する。

図１５に示す配置態様では、ガラス板の表側の面の反射光と裏側の面の反射光とが分離する方向と、光源上のストライプパターンの暗部の向きとが同じである。従って、図１５に示す配置態様は、図９に示す距離Ｐの分離現象が生かされない配置態様である。図１８は、水層を設けない場合に、図１５に示す配置態様において、ラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５に向かう光線経路および光源８１の照射面８１ａを射影した結果を示す模式図である。水層を設けない場合には、図１８に破線で示すように、ガラス板７１の裏側の面での反射も生じる。そして、ラインセンサカメラの視野の中央部では、ガラス板７１の表側の面で反射した光線経路と、裏側の面で反射した光線経路とがほぼ重なるので、分離距離Ｄに依存せず表側の面での反射で生じた筋と裏側の面での反射で生じた筋とが重なる。その結果、測定精度が低下する。水層を設ける場合であっても、裏側の面での反射により生じる筋を完全に消せない場合には、同様の問題が生じ、測定精度が低下する。

特開２０１２−２１７８１号公報（段落００３３，００３４） 特開２００９−１２８０９８号公報（図１）

幅広のガラス板を検査対象とする場合、検査精度を保ったまま一台のラインセンサカメラのみでガラス板の幅全体を撮像できない。よって、幅広のガラス板を検査対象とする場合には、光源およびラインセンサカメラの組み合わせを複数配置すればよい。ただし、図１０に示すように、ラインセンサカメラの光線経路中心が存在する平面がガラス板と垂直であり、かつガラス板の搬送方向とも垂直である場合、光源およびラインセンサカメラの組同士で干渉が生じないようにするために、光源およびラインセンサカメラの組毎に、ラインセンサカメラの視野を搬送方向に沿ってずらす必要がある。ラインセンサカメラの視野を搬送方向に沿ってずらした場合の例を図１９に示す。図１９は、ガラス板７１を上方から見た状態を示している。また、図１９に示す矢印は、ガラス板７１の搬送方向を示している。そして、光源およびラインセンサカメラの各組において、ラインセンサカメラの図示を省略し、光源８１およびラインセンサカメラの視野８５を示している。図１９に示す例では、光源８１およびラインセンサカメラ（図示略）の組を６組設け、６箇所の視野８５を対象に撮像を行うことで、ガラス板７１の横幅全体を検査するための画像が得られる。

しかし、光源８１およびラインセンサカメラの組毎に、ラインセンサカメラの視野８５を搬送方向に沿ってずらすと、ガラス板の裏側に水層を設けるための機構を複数配置する必要が生じる。例えば、図１９に示す例では、水層を設けるための機構（図示略）を、図１９に示すＡ，Ｂ，Ｃの３箇所に配置する必要がある。その結果、検査装置の製造コストが増加してしまう。

一方で図１５に示すように、ラインセンサカメラの光線経路中心が存在する平面がガラス板と垂直であり、かつガラス板の搬送方向と平行である場合には、光源８１およびラインセンサカメラ８２の組同士で干渉が生じない配置を図２０に例示するように実現することができる。しかし、この場合にも、裏側の面での反射により生じる筋を完全に消せないときには測定精度が低下しやすくなる。なお、図２０は上面図であり、図２０に示す矢印は、ガラス板７１の搬送方向を示している。

以上に述べた問題は、ガラス板の検査だけでなく、ガラス板以外の透明板状体の検査でも生じる。

そこで、本発明は、ラインセンサカメラの光線経路中心が存在する平面が透明板状体と垂直であり、かつその平面を透明板状体の搬送方向と平行にも垂直にもしない場合に、表側の面の反射光の経路と裏側の面の反射光の経路が板厚に依存して分離する現象を利用しつつ、透明板状体の裏側に水層を設けるための機構の数の増加を抑えることができる透明板状体表面検査用撮像システムを提供することを目的とする。

本発明による透明板状体表面検査用撮像システムは、搬送される透明板状体を斜め方向から撮影するラインセンサカメラであって、視野が透明板状体の搬送方向と直交するように配置されるラインセンサカメラと、透明板状体に歪みが生じていないという条件のもとで、ラインセンサカメラから当該ラインセンサカメラの視野に向かう光線経路が透明板状体で反射した延長方向上に配置され、ストライプパターンを照射する光源とを備え、光源のストライプパターンの照射面の向きは、当該照射面を透明板状体の進行方向に沿って射影した結果が線分になるように定められ、照射面でストライプパターンの暗部となる線は、透明板状体の搬送方向と平行であることを特徴とする。

透明板状体に歪みが生じていないという条件のもとで、ラインセンサカメラの光軸に一致する光線経路と、当該光線経路に対応する、透明板状体上の反射点以降、光源までの光線経路とを含む平面を想定した場合に、当該平面が透明板状体の搬送方向と平行でも垂直でもないという条件を満たしていることが好ましい。

また、本発明による透明板状体表面検査用撮像システムは、搬送される透明板状体を撮影するラインセンサカメラであって、視野が透明板状体の搬送方向と直交するように配置されるラインセンサカメラと、矩形の照射面を有し、当該照射面からストライプパターンを照射する光源とを備え、ラインセンサカメラから延びる光線経路の起点と、ラインセンサの視野と、照射面の長手方向に沿った照射面の中心軸とを含む平面が搬送方向に直交している状態を想定し、その想定した状態から、視野を中心軸としてラインセンサカメラおよび光源を互いに逆向きに回転させた状態になるように、ラインセンサカメラおよび光源は配置され、光源のストライプパターンの照射面の向きは、当該照射面を透明板状体の進行方向に沿って射影した結果が線分になるように定められ、照射面でストライプパターンの暗部となる線は、透明板状体の搬送方向と平行であることを特徴とする。

ラインセンサカメラと光源との組を複数備え、ラインセンサカメラと光源との各組は、各ラインセンサカメラの視野が直線上に並ぶように配置される構成であってもよい。

透明板状体の裏面反射を消す裏面反射消去手段を有する構成であってもよい。

本発明によれば、ラインセンサカメラの光線経路中心が存在する平面が透明板状体と垂直であり、かつその平面を透明板状体の搬送方向と平行にも垂直にもしない場合に、表側の面の反射光の経路と裏側の面の反射光の経路が板厚に依存して分離する現象を利用しつつ、透明板状体の裏側に水層を設けるための機構の数の増加を抑えることができる。

本発明の透明板状体表面検査用撮像システムの例を示す斜視図。 ラインセンサカメラ２のレンズから視野５を経由して光源１に向かう光線経路および光源１の照射面を模式的に示す斜視図。 図２に示すカメラ２から視野５を経由して光源１に向かう光線経路および光源１の照射面１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図。 光源１の照射面１ａをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果が面になるように光源１の姿勢を定めた場合の射影結果を示す模式図。 ストライプパターンの暗部となる線をガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図。 本発明におけるストライプパターンの例を示す説明図。 暗部が照射面１ａの短辺に平行であると仮定した場合の射影結果を示す模式図。 光源１およびラインセンサカメラ２の組を複数配置した状況を示す説明図。 光源とラインセンサカメラとの間の一般的な光の経路を示す説明図。 光源とラインセンサカメラの配置態様の一例を示す斜視図。 撮像によって得られた画像の例を示す模式図。 ２本の筋であるのか１本の筋であるのか不明瞭な箇所が生じた画像の例を示す模式図。 ガラス板の裏側に水層を配置した場合における光源とラインセンサカメラとの間の光の経路を示す説明図。 図１０に示すラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５を経由して光源８１へとどく光線経路および光源８１の照射面８１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図。 光源とラインセンサカメラの配置態様の他の例を示す斜視図。 図１５に示すラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５を経由して光源８１に向かう光線経路および光源８１の照射面８１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図。 照射面８１ａがガラス板７１の搬送方向側に傾けられていると仮定した場合の射影結果を示す模式図。 水層を設けない場合に、図１５に示す配置態様において、ラインセンサカメラ８２のレンズから視野８５に向かう光線経路および光源８１の照射面８１ａを射影した結果を示す模式図。 ラインセンサカメラの視野を搬送方向に沿ってずらして、図１０に示す光源およびラインセンサカメラを配置した場合の配置例を示す説明図。 図１５に示す光源およびラインセンサカメラの組同士で干渉が生じない配置例を示す上面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の説明では、検査対象の透明板状体がガラス板である場合を例にして説明するが、本発明は、ガラス板以外の透明板状体の検査にも適用可能である。

図１は、本発明の透明板状体表面検査用撮像システムの例を示す斜視図である。本発明の透明板状体表面検査用撮像システムは、光源１とラインセンサカメラ２とを備える。光源１は、歪みの検査対象となるガラス板７１にストライプパターンを照射し、ラインセンサカメラ２は、ガラス板７１の表面を反射した光線経路をたどった延長上にある光源１におけるストライプパターンの像を撮像することによって画像を生成する。

ガラス板７１は、ガラス板の支持部（図１において図示略）によって支持されつつ、搬送される。図１に示す矢印は、ガラス板７１の搬送方向を示している。また、ラインセンサカメラ２の視野５に該当する箇所の裏側の面には、水層（図１において図示略）が設けられる。なお、以降の各図面においても、ガラス板の支持部や水層の図示を省略する。

ラインセンサカメラ２は、図１０に示したラインセンサカメラ８２と同様であり、視野５を経由して光源１を継続的に撮影する。従って、ガラス板７１を面として検査することができる。

ただし、図１０に示した配置態様では、ラインセンサカメラ８２の光線経路中心が存在する平面は、ガラス板７１と垂直であり、かつガラス板７１の搬送方向とも垂直になるように設けられており、ラインセンサカメラ８２はガラス板７１を経由して光源８１を撮影する。これに対し、本発明の透明板状体表面検査用撮像システムでは、ラインセンサカメラ２（図１参照）の光線経路中心が存在する平面が、ガラス板７１と垂直であり、かつガラス板７１の搬送方向と垂直でも平行でもない状態で、ラインセンサカメラ２がガラス板７１を経由して光源１を撮影するようにラインセンサカメラ２が配置される。なお、ラインセンサカメラ２の光線経路中心（ラインセンサカメラ２の光軸と一致する光線経路と、その光線経路に対応する、ガラス板上の反射点以降の光線経路とを合わせた光線経路）が存在する平面を規定する場合におけるガラス板は、歪みが生じていないという条件（換言すれば、平坦であるという条件）を満たしているものとする。ただし、ラインセンサカメラ２は、搬送機構との干渉を考慮してガラス板７１の上方に配置される。また、ラインセンサカメラ２は、ラインセンサカメラ２の視野５がガラス板７１の搬送方向と直交するように配置される。また、図１では、ラインセンサカメラ２が視野５よりも搬送方向の下流側に配置されている場合を例示しているが、ラインセンサカメラ２が視野５よりも上流側に配置されていてもよい。

ラインセンサカメラ２の姿勢をより具体的に説明する。後述するように、光源１は、細長い矩形の照射面を有し、その照射面からストライプパターンを照射する。図１０に示す場合と同様に、ラインセンサカメラ２の光線経路中心が存在する平面がガラス板７１と垂直であり、かつガラス板の搬送方向とも垂直であるように、ラインセンサカメラ２を配置した状態を仮定する。この状態で、視野５はガラス板７１の搬送方向と直交している。また、この仮定した状態では、ラインセンサカメラ２から延びる光線経路の起点と、ラインセンサカメラ２の視野５と、光源１の照射面の長手方向に沿ったその照射面の中心軸とを含む平面は、ガラス板７１の搬送方向に直交している。この状態から、視野５を中心軸として、ラインセンサカメラ２を回転させた位置にラインセンサカメラ２を配置する。このときのラインセンサカメラ２の姿勢が、図１に示すラインセンサカメラ２の姿勢に該当する。なお、上記の仮定した状態から視野５を中心軸としてラインセンサカメラ２を回転させる際の回転量は、搬送機構との干渉を考慮してガラス板７１の表側の面よりも上方にラインセンサカメラ２が位置するという条件を満たせば、特に限定されない。

このようにラインセンサカメラ２の姿勢を定めることで、ラインセンサカメラ２の光線経路中心が存在する平面は、ガラス板７１に対して垂直となり、かつ、ガラス板７１の搬送方向と平行でも垂直でもない状態になる。

また、図１に示すラインセンサカメラ２の姿勢における視野５は、上記の仮定した状態における視野５と同じである。

このように、視野５を固定してラインセンサカメラ２の姿勢を定めることができる。また、ラインセンサカメラ２の各画素からレンズを通して視野５に向かう光線経路はガラス板７１の歪みの発生状況によって変化せず固定である。ただし、視野５から光源１までの光線経路は、ガラス板７１の歪みの発生状況によって変化する。

光源１は、細長い矩形の照射面を有し、その照射面からストライプパターンを照射する。図１に示す例では、光源１において、ガラス板７１側を向いている面が照射面である。光源１の照射面には、暗部が一定間隔で平行に設けられている。本発明における光源１の照射面のストライプパターンについては、後述する。

光源１は、ガラス板７１に歪みが生じていないという条件（換言すれば、ガラス板７１が平坦であるという条件）のもとで、ラインセンサカメラ２のレンズから視野５に向かう光線経路がガラス板７１の表側の面で反射した場合の光線経路上に該当する位置に配置される。

光源１の位置をより具体的に説明する。図１０に示す場合と同様に、ラインセンサカメラ２の光線経路中心が存在する平面がガラス板７１と垂直であり、かつガラス板の搬送方向とも垂直であるように、ラインセンサカメラ２を配置した状態を仮定する。このときの視野５は、図１に示す視野５と同じである。前述のように、この仮定した状態では、ラインセンサカメラ２から延びる光線経路の起点と、ラインセンサカメラ２の視野５と、光源１の照射面の長手方向に沿ったその照射面の中心軸とを含む平面は、ガラス板７１の搬送方向に直交している。この状態から、視野５を中心軸として、光源１を回転させる。そして、図１に示すラインセンサカメラ２の各画素からレンズを通して視野５に向かう光線経路がガラス板７１の表側の面で反射した場合の光線経路上に光源１を配置する。既に説明したように、ラインセンサカメラ２も、上記の仮定した状態から視野５を中心軸として回転させた位置に配置する。すなわち、ラインセンサカメラ２および光源１は、双方とも、上記の仮定した状態から、視野５を中心軸として回転させた位置に配置する。ただし、上記の仮定した状態から視野５を中心軸として回転させる方向は、ラインセンサカメラ２および光源１とで逆向きである。そして、上記の仮定した状態からのラインセンサカメラ２の回転量と、光源１の回転量とは等しいことが好ましい。

そして、このような光源１の配置位置において、光源１の照射面をガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果が線分になるように、光源１の照射面の向きを定める。この結果、光源１の姿勢が確定する。図１では、この光源１の姿勢を表している。

光源１の照射面の向きについて、図２および図３を参照して説明する。図２は、ラインセンサカメラ２のレンズから視野５を経由して光源１に向かう光線経路および光源１の照射面１ａを模式的に示す斜視図である。図２では、光源１に関して、照射面１ａのみを図示し、光源１の外観の図示を省略している。また、ラインセンサカメラ２に関しても、ラインセンサカメラ２の外観の図示を省略している。図２に示す矢印は、図１と同様に、ガラス板７１の搬送方向を示している。

図３は、図２に示すカメラ２から視野５を経由して光源１に向かう光線経路および光源１の照射面１ａを、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図である。図２に示す照射面１ａは、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影すると、図３に示すように線分となる。図１に示す光源１の姿勢は、この条件を満たす。

なお、本実施形態では、射影結果として、ガラス板の搬送方向の軸に沿って下流側から上流側に射影した結果を図示して説明するが、ガラス板の搬送方向の軸に沿って上流側から下流側に射影した結果を用いてもよい。いずれの場合であっても、本発明の構成を説明できる。

既に説明したように、ラインセンサカメラ２の各画素からレンズを通して視野５に向かう光線経路はガラス板７１の歪みの発生状況によって変化せず固定である。ある画素に対する光線経路のうち、視野５から光源１までの光線経路が照射面１ａの撮像状態に反映される。すなわち、ある画素に対応する視野５から光源１までの光線経路が照射面１ａにおいて暗部であれば、その画素の出力は黒色を示す。また、その光線経路が照射面１ａにおいて明部であれば、その画素の出力は白色を示す。従って、ガラス板７１に歪みがなければ、視野５から光源１までの光線経路が変化しないので画像に現れる筋は等間隔になる。一方、ガラス板７１に歪みがある場合には、ある画素に対応する視野５から光源１までの光線経路が照射面１ａの暗部から明部に変動したり、あるいは、明部から暗部に変動したりすることで、画像に現れる筋が不等間隔になる。

仮に、光源１の照射面１ａをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果が面になるように光源１の姿勢が定められているとする。図４は、この場合の射影結果を示す模式図である。図４では、１つの暗部１ｂのみを図示しているが、暗部１ｂは複数設けられている。また、図４では、照射面１ａの射影結果となる面内には、明部と暗部の双方が存在する。従って、図１７に示した場合と同様に、ある画素に対応する光線経路が照射面１ａにおいて暗部１ｂに存在したとき、暗部１ｂの線上のどこを撮像しているのかが一意に定まらない場合が生じる。例えば、図４に示す光線経路７のうち、視野５から光源１の暗部１ｂまでの光線経路が複数選べることになる。従って、光線経路７のうち、ガラス板７１上の反射点以降、暗部までの光線経路は撮像画像から一意に定めることができない。

従って、図１に示す光源１は、光源１の照射面１ａをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果が線分になるという条件を満たしている必要がある。この条件を満たすことにより、ラインセンサカメラ２の各画素の状態を一意に定めることができる。

次に、光源１の照射面１ａ（図２参照）に設けられるストライプパターンについて説明する。照射面１ａでは、前述のように定められた光源１の姿勢において、暗部となる線がガラス板７１の搬送方向と平行になるように設けられる。そして、暗部となる線は、等間隔に複数設けられる。暗部となる各線同士は平行である。ストライプパターンにおいて、暗部以外の箇所は明部である。

図５は、ストライプパターンの暗部となる線をガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果を示す模式図である。図５に示すように、暗部となる線がガラス板７１の搬送方向と平行になるように照射面１ａに暗部を設けた場合、暗部１ｂとなる線は、ガラス板の搬送方向に垂直な面に射影すると点になる。照射面１ａの暗部１ｂをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果、暗部１ｂは点として等間隔に並ぶ。

このように定めたストライプパターンを正面から観察した状態を図６に示す。図６に示すように、本実施形態では、ストライプパターン内の暗部１ｂは、照射面１ａの短辺に対して斜めになる。

仮に、照射面１ａにおいて、図１０に示す場合と同様に、暗部が照射面１ａの短辺に平行であるとする。すると、ガラス板７１に歪みが生じていないという条件のもとで、ラインセンサカメラ２から視野５に向かう光線経路がガラス板７１の表側の面で反射した延長方向上に該当する位置に光源１を配置し、かつ、光源１の照射面１ａをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果が線分になるという条件を満たした場合、ストライプパターンの暗部となる線をガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果は、図７に示すようになる。すなわち、暗部１ｂをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果は、図７に示すように線分となり、幅を持つ。その結果、例えば、ガラス板７１の表面に歪みが生じていたとしても、幅を持った暗部のどこを画素が撮像しているかを一意に決定できないので、画像に現れる筋は等間隔になる場合等が生じ、歪みの検査精度が低下してしまう。

そのため、本発明では、照射面１ａの短辺に平行に暗部を設けるのではなく、図６に例示するように暗部１ｂを設ける。厳密には、光源１の姿勢において、暗部となる線がガラス板７１の搬送方向と平行になるという条件を満足するように、暗部１ｂを設ける。

照射面１ａの暗部１ｂをガラス板の搬送方向に垂直な面に射影した結果、前述の図５に示すように、暗部１ｂは点として等間隔に並ぶ。従って、ガラス板７１に歪みがなければ、画像に現れる筋は等間隔になる。また、歪みが生じていれば、画像に現れる筋にばらつきが生じ、筋同士の間の間隔に基づいて、ガラス板の歪みを評価することができる。そして、射影結果において、暗部１ｂは点として現れるので、画像において、１本の筋の幅が広がりすぎることはなく、高い精度でガラス板の歪みを評価できる。

また、本発明では、ラインセンサカメラ２の光線経路中心が存在する平面がガラス板７１と垂直であり、かつガラス板７１の搬送方向と平行ではないので、図９に示す距離Ｐの分離現象（表側の面の反射光の経路と裏側の面の反射光の経路が板厚に依存して分離する現象）を利用することができる。換言すれば、裏側の面での反射により生じる筋を水層によって完全に消せない場合であっても、ガラス板７１の表側の面で反射した光線経路と、裏側の面で反射した光線経路とが重なる状態（図１８参照）になることはなく、測定精度の低下を防止することができる。

さらに、本発明の透明板状体表面検査用撮像システムでは、ラインセンサカメラ２の光線経路中心が存在する平面がガラス板７１と垂直であり、かつガラス板７１の搬送方向と垂直ではない。そのため、真上から見た場合、光源１およびラインセンサカメラ２を、それぞれ、他のラインセンサカメラおよび他の光源の延長線に重ならず、ラインセンサカメラの視野への干渉がないようにして、光源１およびラインセンサカメラ２の組を複数配置することができる。従って、光源１およびラインセンサカメラ２の組を複数設けて、各組のラインセンサカメラ２の視野５が直線状になるように各組を配置したとしても、各組で干渉は生じない。

図８は、上記のように光源１およびラインセンサカメラ２の組を複数配置した状況を示す説明図である。図８は、各光源および各ラインセンサカメラを真上から見た状況を図示している。図８では、光源１およびラインセンサカメラ２の組み合わせを４組図示している。また、各組のラインセンサカメラ２の視野５は、直線状に並んでいる。その結果、図８に示す幅広のガラス板７１の歪みを高精度に検査することができる。そして、各組のラインセンサカメラ２の視野５は直線状に並び、ずれていないので、ガラス板７１の裏側の面に水層（図示略）を設けるための機構を、視野５に該当する個所に１つ設ければよい。従って、本発明では、ラインセンサカメラの光線経路中心が存在する平面がガラス板と垂直であり、かつ、その平面をガラス板の搬送方向と平行にしない場合であっても、ガラス板の裏側に水層を設けるための機構の数の増加を抑えることができる。

なお、水層によってガラス板７１の裏側の面における反射（裏面反射）を消すことができるので、ガラス板の裏側に水層を設けるための機構は、裏面反射消去手段と称してもよい。

なお、上記の実施形態において用いるカメラが、ラインセンサカメラではなく、エリアセンサカメラ（area sensor camera）であれば、ストライプパターンの暗部となる線は、ガラス搬送方向と平行でなくてもよい。

エリアセンサカメラを複数のラインセンサカメラの代替として使用することも可能である。この場合には、ストライプパターンの暗部となる線は、ガラス搬送方向と平行である必要がある。

本発明は、ガラス板等の透明板状体の表面形状の検査のための画像生成に好適に適用される。

１ 光源
１ａ 照射面
１ｂ 暗部
２ ラインセンサカメラ
５ 視野
７１ ガラス板

Claims (5)

1. 搬送される透明板状体を斜め方向から撮影するラインセンサカメラであって、視野が前記透明板状体の搬送方向と直交するように配置されるラインセンサカメラと、
   前記透明板状体に歪みが生じていないという条件のもとで、前記ラインセンサカメラから当該ラインセンサカメラの視野に向かう光線経路が前記透明板状体で反射した延長方向上に配置され、ストライプパターンを照射する光源とを備え、
   前記光源のストライプパターンの照射面の向きは、当該照射面を透明板状体の進行方向に沿って射影した結果が線分になるように定められ、
   前記照射面でストライプパターンの暗部となる線は、前記透明板状体の搬送方向と平行である
   ことを特徴とする透明板状体表面検査用撮像システム。
2. 透明板状体に歪みが生じていないという条件のもとで、ラインセンサカメラの光軸に一致する光線経路と、当該光線経路に対応する、前記透明板状体上の反射点以降、光源までの光線経路とを含む平面を想定した場合に、当該平面が透明板状体の搬送方向と平行でも垂直でもないという条件を満たす
   請求項１に記載の透明板状体表面検査用撮像システム。
3. 搬送される透明板状体を撮影するラインセンサカメラであって、視野が前記透明板状体の搬送方向と直交するように配置されるラインセンサカメラと、
   矩形の照射面を有し、当該照射面からストライプパターンを照射する光源とを備え、
   前記ラインセンサカメラから延びる光線経路の起点と、前記ラインセンサの視野と、前記照射面の長手方向に沿った前記照射面の中心軸とを含む平面が前記搬送方向に直交している状態を想定し、その想定した状態から、前記視野を中心軸として前記ラインセンサカメラおよび前記光源を互いに逆向きに回転させた状態になるように、前記ラインセンサカメラおよび前記光源は配置され、
   前記光源のストライプパターンの照射面の向きは、当該照射面を透明板状体の進行方向に沿って射影した結果が線分になるように定められ、
   前記照射面でストライプパターンの暗部となる線は、前記透明板状体の搬送方向と平行である
   ことを特徴とする透明板状体表面検査用撮像システム。
4. 前記ラインセンサカメラと前記光源との組を複数備え、前記ラインセンサカメラと前記光源との各組は、各ラインセンサカメラの視野が直線上に並ぶように配置される
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の透明板状体表面検査用撮像システム。
5. 透明板状体の裏面反射を消す裏面反射消去手段を有する請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の透明板状体表面検査用撮像システム。

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