JP2019109081A

JP2019109081A - 積層膜の欠陥検査方法及び欠陥検査装置

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Publication number: JP2019109081A
Application number: JP2017240749A
Authority: JP
Inventors: 祐貴小塚; Suketaka Kozuka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-07-04

Abstract

【課題】積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を区別して検出することができる積層膜の欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供する。【解決手段】積層膜の一方の面側に設けられた第１の光源から、前記積層膜に第１の検査光を照射する工程と、前記積層膜の一方の面側に設けられた撮影装置によって、前記第１の検査光によって生じる前記積層膜からの反射光を受光して撮影を行い、第１の撮影画像を得る工程と、前記積層膜の他方の面側に設けられた第２の光源から、前記積層膜に第２の検査光を照射する工程と、前記撮影装置によって、前記第２の検査光の前記積層膜を透過した透過光を受光して撮影を行い、第２の撮影画像を得る工程と、前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像を比較する画像解析を行い、前記積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を分類して検出する工程と、を有する積層膜の欠陥検査方法。【選択図】図１

Description

本発明は、積層膜の欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。

従来、タッチパネル用のフィルムや集塵フィルター等の膜の欠陥を非接触で検査する方法として、透過光や反射光を用いて得られた画像を画像処理することによって検査する方法が知られている。例えば特許文献１では、透明基材の一方の面に金属層のパターンを有するフィルムに対して、透過光や反射光を用いて、表面の金属層の欠陥を検出することが提案されている。

特開２０１５−１９４３４８号公報

しかしながら、特許文献１の検査方法では、被検査物の表面の欠陥有無は検出できるが、被検査物の表面と内部の欠陥を区別して検出することは困難であった。

よって、本発明の目的は、積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を区別して検出することができる積層膜の欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することにある。

本発明に係る積層膜の欠陥検査方法は、光を透過する複数の層を有する積層膜の欠陥検査方法であって、前記積層膜の一方の面側に設けられた第１の光源から、前記積層膜に第１の検査光を照射する工程と、前記積層膜の一方の面側に設けられた撮影装置によって、前記第１の検査光によって生じる前記積層膜からの反射光を受光して撮影を行い、第１の撮影画像を得る工程と、前記積層膜の他方の面側に設けられた第２の光源から、前記積層膜に第２の検査光を照射する工程と、前記撮影装置によって、前記第２の検査光の前記積層膜を透過した透過光を受光して撮影を行い、第２の撮影画像を得る工程と、前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像を比較する画像解析を行い、前記積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を分類して検出する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る積層膜の欠陥検査装置は、光を透過する複数の膜を有する積層膜の欠陥検査装置であって、前記積層膜の一方の面側に設けられ、前記積層膜に第１の検査光を照射する第１の光源と、前記積層膜の他方の面側に設けられ、前記積層膜に第２の検査光を照射する第２の光源と、前記第１の検査光によって生じる前記積層膜からの反射光、及び、前記第２の検査光の前記積層膜を透過した透過光をそれぞれ受光して、前記反射光を受光して撮影された第１の撮影画像、及び、前記透過光を受光して撮影された第２の撮影画像を得る撮影装置と、前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像を比較する画像解析を行い、前記積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を分類する演算処理ユニットと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を区別して検出することができる積層膜の欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することができる。

第１の実施形態の積層膜の検査装置の構造を示す模式図である。第１の実施形態の積層膜の検査方法を示すフローチャートである。積層膜の欠陥を示す模式図である。本実施形態で反射光用の照明として用いたリング型照明の模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明を実施するための形態を、図１と図４を参照して説明する。

（積層膜の欠陥検査装置の構成）
図１は本発明が適用された膜欠陥検査装置の一例を示す模式図である。検査対象となる光透過性の積層膜１０５の表面及び内部の欠陥有無を検査する。積層膜１０５は、可視光の透過性４０％以上のものを対象とする。積層膜１０５の上面に撮影装置であるカメラ１０１を設置し画像を結像するためのレンズ１０２をカメラ１０１に接続する。本実施形態ではカメラ１０１はモノクロＣＣＤを用い、レンズ１０２はＣＣＴＶレンズを用いている。レンズ１０２と積層膜１０５の間（積層膜の一方の面側）に第１の光源である反射光用の照明１０３を設置する。また、第２の光源である透過光用の照明１０４を、積層膜１０５を挟んでカメラ１０１の反対側（積層膜の他方の面側）に設置する。本実施形態では反射光用の照明は積層膜１０５の表面欠陥を顕著に捉えるためローアングル照明とすることが好ましい。反射光用の照明としては、例えば、図４に示すリング型照明を用いることができる。図４の（ａ）はリング型照明の斜視図、（ｂ）はリング型照明の断面図である。図４では積層膜１０５の表面と照射光のなす角度（以下、照射角とも称する）は６０°のものを使用し、積層膜１０５表面から３５ｍｍの位置に設置している。図４のＬＥＤ４０１より照射された光が導光板４０２を通り、照射角６０°で積層膜１０５に照射される。積層膜１０５の表面と反射光用の照明による照射光のなす角度は５０°〜８０°であることが積層膜１０５の表面の欠陥の検出に適している点で好ましい。角度を大きくした方がコントラストは強く出るが、輝度均一性や照明ワークディスタンスの関係から本実施形態では６０°の照明を採用している。また、積層膜１０５の表面の凹凸形状による欠陥をより際立たせるために、照射光としてはピーク波長：４５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を用いることが好ましい。その中でも、カメラでの撮像の他に目視による判定を行う場合は、可視光（ピーク波長４５０ｎｍ〜５００ｎｍ）の照明を採用することが好ましい。また、目視による判定を行わず、カメラでの撮像のみを用いて判定を行う場合は、可視光より短波長の紫外光（ピーク波長：３５０ｎｍ〜４００ｎｍ）のものを用いることが好ましい。紫外光を用いることで、積層膜の最表面である第１の層の材質（例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン））の光透過をより抑えられるため、表面の凹凸の欠陥をより鮮明に撮像可能である。透過光用の照明１０４は、照度分布を均一にするため照明表面に拡散板（不図示）を設置している。尚、反射光用の照明１０３・透過光用の照明１０４共に生産性の観点からＬＥＤ照明を採用することが好ましい。反射光用の照明１０３と透過光用の照明１０４は、照明コントローラ１０６に接続されており、照明の光量や照射タイミングを制御される。反射光の照明による第１の検査光を積層膜に照射し、積層膜に反射された光は、カメラ１０１によって受光され、第１の撮影画像が得られる。同様に、透過光の照明による第２の検査光を積層膜に照射し、積層膜を透過した光は、カメラ１０１によって受光され、第２の撮影画像が得られる。カメラ１０１にて撮像された第１及び第２の撮影画像の画像データは、演算処理ユニット１０７に転送され、第１の撮影画像と前記第２の撮影画像を比較する画像解析を行い、前記積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を分類する。また、カメラ１０１にて撮像され演算処理ユニット１０７に転送された画像データは、オペレータ確認用にモニタ１０８に表示される。

（積層膜）
本実施形態で用いる積層膜１０５としては、光を透過する複数の層を有していればよく、特に制限されるものではない。例えば、インクジェット記録装置において、被吐出媒体上に形成されたインク像に接触させることにより、インク像から液体成分の少なくとも一部を除去することができる複数の層を有する多孔質膜を挙げることができる。

積層膜である多孔質膜はインク像から液体成分の少なくとも一部を除去することができるため、紙などの記録媒体がインク像中の液体成分を過剰に吸収することによって生じるカールやコックリングを抑制することができる。

インクジェット記録装置としては、一つとして、被吐出媒体としての転写体上にインクを吐出してインク像を形成し、多孔質膜によるインク像からの液体成分吸収後のインク像を記録媒体へ転写するインクジェット記録装置が挙げられる。また、もう一つとして、被吐出媒体としての紙、布等の記録媒体上にインク像を形成し、その記録媒体上でインク像から多孔質膜によって液体成分の吸収を行うインクジェット記録装置とが挙げられる。なお、本発明において、前者のインクジェット記録装置を、以下便宜的に転写型インクジェット記録装置と称し、後者のインクジェット記録装置を、以下便宜的に直接描画型インクジェット記録装置と称する。

なお、液体成分の除去を異なる視点で説明すれば、転写体上に形成されたインク像を構成するインクを濃縮するとも表現することができる。インクを濃縮するとは、インクに含まれる液体成分が減少することによって、インクに含まれる色材や樹脂といった固形分の液体成分に対する含有割合が増加することを意味する。

多孔質膜の孔径は、多孔質膜へのインク色材付着を抑制するため小さいことが好ましい。具体的には、多孔質膜のインク像と接触する面における孔径が１０μｍ以下であることが好ましい。なお、本発明において孔径とは平均直径のことを示し、公知の手段、例えば水銀圧入法や、窒素吸着法、ＳＥＭ画像観察等で測定可能である。

また、均一に高い通気性を有するようにするため、多孔質膜の厚みを薄くすることが好ましい。通気性はＪＩＳＰ８１１７で規定されるガーレ値で示すことができ、ガーレ値は１０秒以下であることが好ましい。但し、多孔質膜を薄くすると、液体成分を吸収するために必要な容量を十分に確保できない場合があるため、多孔質膜を多層構成とすることが可能である。

次に、インクジェット記録装置に用いられる多孔質膜の各層の構成について説明する。ここではインク像に接触する側の第１の層、第１の層のインク像との接触面と反対の面に積層される層を第２の層として説明する。さらに３層以上の多層の構成についても順次、第１の層からの積層順で表記する。

［第１の層］
本発明において、第１の層の材料は特に限定されないが、色材付着抑制及びクリーニング性を高くする観点から、表面自由エネルギーの低いフッ素樹脂であることが好ましい。フッ素樹脂としては、具体的に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。これらの樹脂は、必要に応じて１種又は２種以上を用いることができる。また、第１の層の中に複数の層が積層された構成でもよい。

第１の層の厚さは５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。本発明において厚さは、直進式のマイクロメーターＯＭＶ＿２５（商品名、ミツトヨ製）で任意の１０点の厚さを測定し、その平均値を算出することで得られる値である。

［第２の層］
本発明において、第２の層は通気性を有する層であることが好ましい。例えば、第２の層は不織布でもよく、織布でもよい。第２の層の材料としては特に限定されないが、ポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）など）、ポリウレタン、ナイロン、ポリアミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）など）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）などの単一材料、またはこれらの複合材料などが好ましい。

［第３の層］
第３の層としては剛性の観点から不織布が好ましい。第３の層の材料としては第２の層と同様の材料が用いられる。

［多孔質膜の製造方法］
第１の層と第２の層とを積層して第１の多孔質膜を形成する場合、その製造方法は特には限定されず、両者を重ね合わせるだけでもよいし、接着剤ラミネートまたは熱ラミネートなどの方法を用いて互いに接着してもよい。これらの中でも、通気性の観点から、加熱されたローラで第１の層と第２の層とを挟み込んで加圧しながら加熱する熱ラミネートが好ましい。また、例えば、加熱により第１の層または第２の層の一部を溶融させて両者を接着してもよい。また、ホットメルトパウダーのような融着材を第１の層と第２の層との間に介在させて、加熱により両者を接着してもよい。第３の層以上を積層する場合は、一度に積層させてもよいし、順次積層させてもよい。積層順に関しては適宜選択される。

（積層膜の欠陥検査方法）
本発明の検査方法について図２及び図３を用いて説明する。

まず、２０１で透過光用の照明１０４を点灯する。その際の照度は、積層膜１０５がある状態で測定エリアにおける平均がカメラグレー階調（２５６階調）の１６０〜１８０階調程度になるよう調整をする。暗すぎる場合には各層の繊維が浮き出してしまい誤検を招く可能性がある。また明るすぎる場合には繊維と比較的同じような階調の欠陥を消してしまう可能性がある。次に、２０２にて積層膜１０５をカメラ１０１で撮像をする。この際、積層膜１０５のうねり等を考慮し、レンズ１０２の絞りを閉じる方向に調整し被写界深度を深くとる。次に、２０３にて、２０２で得られた画像（透過光を受光して撮影された第２の撮影画像）を、演算処理ユニット１０７を用いて画像処理を行い、透過画像の欠陥検査を行う。画像処理では、まず光量ムラや繊維等のノイズ除去の除去をする。その後、残った対象に大きさにてフィルタリングし、小さなものはノイズとして欠陥対抽出象外とする。本実施形態では、直径が０．１ｍｍ以上のものを欠陥対象とした。前述したノイズ除去処理を行った結果残った対象を欠陥として認識させ、形状・重心座標・階調情報をそれぞれラベリングし、演算処理ユニット１０７内のメモリに記憶させる。次に、２０４で透過光用の照明１０４を消灯する。

次に、２０５で反射光用の照明１０３を点灯する。その際の照度は、積層膜１０５がある状態で測定エリアにおける平均がカメラグレー階調（２５６階調）の１９０〜２１０階調程度になるよう調整をする。次に、２０６にてカメラ１０１で撮像をする。この際、積層膜１０５のうねり等を考慮し、レンズ１０２の絞りを閉じる方向に調整し被写界深度を深くとる。次に、２０７にて、２０６で得られた画像（反射光を受光して撮影された第１の撮影画像）を、演算処理ユニット１０７を用いて画像処理を行い、反射画像の欠陥検査を行う。画像処理では、まず光量ムラや繊維等のノイズ除去の除去をする。その後残った対象に大きさにてフィルタリングし、小さなものはノイズとして欠陥対抽出象外とする。本実施形態では、直径が０．１ｍｍ以上のものを欠陥対象とした。前述したノイズ除去処理を行った結果残った対象を欠陥として認識させ、形状・重心座標・階調情報をそれぞれラベリングし、演算処理ユニット１０７内のメモリに記憶させる。次に、２０８で反射光用の照明１０３を消灯する。

尚、本実施形態では、透過光用の照明を用いて画像を取得した後に、反射光用の照明を用いて画像を取得したが、逆の手順を行ってもよい。すなわち、反射光用の照明を用いた画像を取得した後に、透過光用の照明を用いて画像を取得してもよい。

次に、２０９で透過光用の照明１０４によって得られた第２の撮影画像から得られた欠陥の位置と反射光用の照明１０３によって得られた第１の撮影画像から得られた欠陥の位置を比較する。図３に示すように、本実施形態で用いた積層膜１０５は、第１の層３０４、第２の層３０５、３０６、及び第３の層３０７を有する。なお、第２の層は３０５及び３０６の２つの層によって構成されている。図３に示すように積層膜１０５に欠陥がある位置により照明方式の違いで検出の有無が変わってくる。図３の（ａ）は積層膜１０５の断面図を表している。欠陥３０１は単層の膜を積層して製造する際に挟み込んだ積層膜の内部の欠陥を示している。欠陥３０２は、積層膜の第１の層の表面に付着した欠陥を示している。欠陥３０３は積層膜の第１の層の表面の傷による欠陥を示している。本実施形態での欠陥は、空気中に浮遊する異物（糸屑・カビの胞子・フケ等）と、ピンホールのような積層膜を構成する層の一部の欠落と、積層膜の各層の表面上の製造時及び搬送中の傷の３点を対象とする。

これらの欠陥を透過光用の照明１０４で撮影した画像（第２の撮影画像）を表したのが、図３の（ｂ）である。透過光用の照明での撮像は第３の層の表面側（積層膜の裏面側）から光（第２の検査光）を照射し、第１の層の表面側（積層膜の表面側）からカメラ１０１で撮像する。内部欠陥３０１と表面欠陥３０２はグレー階調上では同様に撮像される。表面傷欠陥３０３は透過照明ではコントラストが低く、画像上に現れてこない。

また、図３の（ｃ）は、反射光用の照明１０３を用いて撮影した画像（第１の撮影画像）を表す。反射光用の照明での撮像は、第１の層の表面側（積層膜の表面側）から光（第１の検査光）を照射し、第１の層の表面側（積層膜の表面側）からカメラ１０１で撮像する。反射光用の照明１０３の照射角度が６０°と浅いため、内部欠陥３０１は第１の層の表面に現れない。表面欠陥３０２及び表面傷欠陥３０３はグレー階調上では、同様に撮像される。

次に、積層膜１０５の欠陥の分類方法について説明する。

上述のようにして得られた第１及び第２の撮影画像における欠陥を比較して、下記表１に基づいて、積層膜１０５の表面の欠陥と内部の欠陥を分類する。

第１の撮影画像（以下、反射照明画像とも称する）における欠陥と第２の撮影画像（以下、透過照明画像とも称する）における欠陥の重心座標を比較して、同一座標に欠陥があるかをサーチする。同一座標に欠陥があった場合には、区画５０１に該当し、表面欠陥に分類される。また、反射照明画像で欠陥が無く、透過照明画像で欠陥がある場合には、区画５０２に該当し、内部欠陥に分類される。また、反射照明画像で欠陥があり、透過照明画像で欠陥が無い場合には、区画５０３に該当し、表面の傷による欠陥に分類される。

次に、２１０で積層膜の良否判定を行う。表面欠陥３０２と分類された欠陥は、クリーニングにより排除することができる可能性があるため、クリーニングローラーやエアブロー等を行い欠陥が排除できたかを再検証する。表面の傷による欠陥は、品質上もっとも影響が高いため、厳しい判定規格で良否判定をする。内部欠陥に関しては、表面欠陥や表面傷欠陥よりも品質影響が少ないため、判定規格を緩く設定することが可能となる。２１０の判定終了後、測定器（カメラ１０１・レンズ１０２・反射光用の照明１０３・透過光用の照明１０４）若しくは積層膜１０５を移動させ、次の測定ポイントに移り、２０１からの測定フローを繰り返す。

以上述べてきたように、可視光を透過する材料を積層して形成された積層膜において、表面欠陥と内部欠陥を区別することが可能となる。そして、それぞれ品質影響に合わせた規格を設けることができるため、量産性が高く且つ安価な積層膜の欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することができる。

＜第２の実施形態＞
（積層膜の欠陥検査装置の構成）
第２の実施形態の欠陥検査装置の構成は第１の実施形態で説明した構成と同様である。

（積層膜）
第２の実施形態の積層膜の構成は第１の実施形態で説明した構成と同様である。

（積層膜の欠陥検査方法）
第２の実施形態の欠陥検査方法において、第１及び第２の撮影画像を得るまでの工程は、第１の実施形態で説明した工程と同様である。

以下に、積層膜１０５の欠陥の分類方法について説明する。

得られた第１及び第２の撮影画像における欠陥を比較して、前記表１に基づいて、積層膜１０５表面の欠陥と内部の欠陥を分類する。

第１の実施形態では、透過照明画像における欠陥と反射照明画像における欠陥の重心座標が一致した場合、区画５０１の表面欠陥に分類した。しかしながら、同一欠陥であっても透過照明画像と反射照明画像の形状は同じように捉えられない場合がある。これは、透過照明画像に各層の繊維等が映り込み、ノイズとして現れることが主な原因である。このため、同一の欠陥であるにもかかわらず、透過照明画像における欠陥の重心座標と反射照明画像における欠陥の重心座標がずれる場合がある。そこで、本実施形態では、演算時間を第１の実施形態より多くかかるが、反射照明画像における欠陥の大きさを基準とし、欠陥の大きさの１／５までを許容範囲として設定した。そして、透過照明画像における欠陥の重心座標が、前述した反射照明画像における欠陥の重心座標から許容範囲内の位置にあれば一致しているものとし、区画５０１の表面欠陥として分類した。このように、反射照明画像における欠陥の大きさを基準として、反射照明画像における欠陥の重心座標と透過照明画像における欠陥の重心座標とのズレの許容範囲を設定してもよい。また、反射照明画像で欠陥が無く透過照明画像で欠陥がある場合には、区画５０２に該当し、内部欠陥に分類される。また、反射照明画像で欠陥があり、透過照明画像で欠陥が無い場合には、区画５０３に該当し、表面の傷による欠陥に分類される。

２１０での積層膜の良否判定に関しては、第１の実施形態と同様の方法で行われた。２１０の判定終了後、測定器（カメラ１０１・レンズ１０２・反射光用の照明１０３・透過光用の照明１０４）若しくは積層膜１０５を移動させ次の測定ポイントに移り２０１からの測定フローを繰り返す。

１０１カメラ
１０２レンズ
１０３反射光用の照明
１０４透過光用の照明
１０５積層膜
１０６照明コントローラ
１０７演算処理ユニット
１０８モニタ

Claims

光を透過する複数の層を有する積層膜の欠陥検査方法であって、
前記積層膜の一方の面側に設けられた第１の光源から、前記積層膜に第１の検査光を照射する工程と、
前記積層膜の一方の面側に設けられた撮影装置によって、前記第１の検査光によって生じる前記積層膜からの反射光を受光して撮影を行い、第１の撮影画像を得る工程と、
前記積層膜の他方の面側に設けられた第２の光源から、前記積層膜に第２の検査光を照射する工程と、
前記撮影装置によって、前記第２の検査光の前記積層膜を透過した透過光を受光して撮影を行い、第２の撮影画像を得る工程と、
前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像を比較する画像解析を行い、前記積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を分類して検出する工程と、
を有することを特徴とする積層膜の欠陥検査方法。
前記画像解析は、前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像におけるそれぞれの欠陥の重心座標を比較することにより欠陥を分類する請求項１に記載の積層膜の欠陥検査方法。
前記第１の撮影画像における欠陥の大きさを基準として、前記第１の撮影画像における欠陥の重心座標と前記第２の撮影画像における欠陥の重心座標とのズレの許容範囲を算出する請求項２に記載の積層膜の欠陥検査方法。
光を透過する複数の膜を有する積層膜の欠陥検査装置であって、
前記積層膜の一方の面側に設けられ、前記積層膜に第１の検査光を照射する第１の光源と、
前記積層膜の他方の面側に設けられ、前記積層膜に第２の検査光を照射する第２の光源と、
前記第１の検査光によって生じる前記積層膜からの反射光、及び、前記第２の検査光の前記積層膜を透過した透過光をそれぞれ受光して、前記反射光を受光して撮影された第１の撮影画像、及び、前記透過光を受光して撮影された第２の撮影画像を得る撮影装置と、
前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像を比較する画像解析を行い、前記積層膜の表面の欠陥と内部の欠陥を分類する演算処理ユニットと、
を有することを特徴とする欠陥検査装置。