JP2023142309A - 光学部材の検査方法、検査装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置用の光学部材の一方の表面に設けられた凹部の異常を判定可能な光学部材の検査方法等を提供する。【解決手段】一方の表面１０ａに凹部１１を有する照明装置用の光学部材１０を検査する方法であって、光学部材１０の他方の表面１０ｂ側に配置され、凹部の傾斜部１１ａと同じ方向に傾斜し、他方の表面の法線方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜した光軸１Ａを有する照明部１から、傾斜部に対して光を照射し、一方の表面側に配置され、一方の表面の法線方向に沿った視軸２Ａを有する撮像部２によって、傾斜部に対して照射され、光学部材を透過した光を撮像することで、撮像画像を生成するステップと、撮像画像を画像処理することで、撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出し、画素領域の面積の大小に基づき、凹部の異常を判定するステップと、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置用の光学部材の検査方法、検査装置及び製造方法に関する。特に、本発明は、照明装置用の光学部材の一方の表面に設けられた凹部の異常を判定可能な、光学部材の検査方法、検査装置及び製造方法に関する。

従来、照明装置用の光学部材（例えば、導光板に入射した光を導光板の外部に取出すために用いられる光学部材）として、樹脂製やガラス製のシート状基材の一方の表面に凹部を設けた光学部材が知られている。

例えば、特許文献１には、透明基材（導光板）１２の一方の表面に凹部１４ａが設けられた光学部材（片面照明兼用窓１０）が開示されている（例えば、特許文献１の図１等）。
また、特許文献２には、一般照明、ウィンドウ／ファサードの照明、反射型／透過型ディスプレイの照明、街頭の看板、交通標識等の照明装置に用いられる光学部材として、導光板（例えば、特許文献２の図１９の窓２００）に入射した光を導光板の外部に取り出すために用いられる、一方の表面に凹部（例えば、特許文献２の図２１Ａのパターン２１４）が形成されたフィルム（例えば、特許文献２の図２１Ａの第２フィルム２１２）が開示されている。

上記のような光学部材は、エンボス加工によって基材の表面に凹部を形成したり、凸部を有するモールドで樹脂製の基材の表面に凹部を形成して硬化させる等の種々の方法によって形成される。凹部は、光源からの入射光を全反射させるための傾斜部を有している。傾斜部は、光学部材の表面に対して所定の傾斜角度で傾斜している。
ここで、光学部材の凹部に異物が混入したり、加工精度不足で凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値から大きく外れると、光学部材の光学特性に悪影響を及ぼす。このため、異物の混入や、傾斜角度のずれ等の凹部の異常を判定可能な検査技術が求められている。なお、異物としては、光学部材を製造する設備の金属片、雰囲気中に浮遊する塵や埃、モールドの転写不良によって凹部に残存するモールドの一部などを例示できる。

国際公開第２０１９／１０２９５９号 国際公開第２０１９／１８２０９１号

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、照明装置用の光学部材の一方の表面に設けられた凹部の異常を判定可能な、光学部材の検査方法、検査装置及び製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、一方の表面に凹部を有する、照明装置用の光学部材を検査する方法であって、前記凹部は、前記光学部材の厚み方向に沿った断面において、前記光学部材の表面に対して所定の傾斜角度で傾斜した傾斜部を有し、前記光学部材の他方の表面側に配置され、前記傾斜部と同じ方向に傾斜し、前記他方の表面の法線方向に対して所定の傾斜角度で傾斜した光軸を有する照明部から、前記凹部の前記傾斜部に対して光を照射し、前記一方の表面側に配置され、前記一方の表面の法線方向に沿った視軸を有する撮像部によって、前記傾斜部に対して照射され、前記光学部材を透過した光を撮像することで、撮像画像を生成する撮像画像生成ステップと、前記撮像画像を画像処理することで、前記撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出し、前記画素領域の面積の大小に基づき、前記凹部の異常を判定する異常判定ステップと、を有する、光学部材の検査方法を提供する。

本発明によれば、撮像画像生成ステップにおいて、光学部材の凹部の傾斜部と同じ方向に傾斜し、光学部材の他方の表面側（凹部が設けられた一方の表面側と反対の表面側）に配置され、他方の表面の法線方向に対して所定の傾斜角度で傾斜した光軸を有する照明部から、凹部の傾斜部に対して光が照射され、一方の表面側に配置され、一方の表面の法線方向に沿った視軸を有する撮像部によって、傾斜部に対して照射され、光学部材を透過した光が撮像され、撮像画像が生成される。
ここで、凹部に異物が混入している場合、凹部の傾斜部に対して照射された光は、異物によって遮光されるため、撮像画像における凹部に相当する画素領域の画素値（輝度値）は小さく（暗く）なると考えられる。このため、異常判定ステップにおいて、撮像画像を画像処理することで、撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出すれば、凹部に異物が混入している場合には、混入していない場合に比べて、抽出される画素領域の面積が小さくなると考えられる。このため、画素領域の面積の大小に基づき凹部の異常を判定（具体的には、画素領域の面積が所定値以下となれば、凹部に異物が混入している可能性があると判定）することが可能である。
また、凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値から外れている場合、凹部の傾斜部に対して照射された光は、前記設計値に対して想定される方向とは異なる方向に屈折して進行することになる。このため、例えば、凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値通りである場合に、この傾斜部に対して照射された光が光学部材の一方の表面の法線方向に進行するように（すなわち、撮像部の視軸に沿って進行するように）、照明部の光軸の傾斜角度が設定されていれば、凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値から外れている場合、この傾斜部に対して照射された光は、撮像部の視軸から外れた方向に進行するため、撮像画像における凹部に相当する画素領域の画素値（輝度値）は小さく（暗く）なると考えられる。このため、異常判定ステップにおいて、撮像画像を画像処理することで、撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出すれば、凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値から外れている場合には、設計値通りである場合に比べて、抽出される画素領域の面積が小さくなると考えられる。したがって、画素領域の面積の大小に基づき凹部の異常を判定（具体的には、画素領域の面積が所定値以下となれば、凹部の傾斜部の傾斜角度に設計値からのずれが生じている可能性があると判定）することが可能である。
以上のように、本発明によれば、照明装置用の光学部材の一方の表面に設けられた凹部に異物が混入している状態、及び、凹部の傾斜部の傾斜角度に設計値からのずれが生じている状態のうち、少なくとも何れか一方の異常が発生していることを判定可能である。

好ましくは、前記照明部は、平行光を出射する。
上記の好ましい方法によれば、凹部の傾斜部に対して一定の方向から光が照射されるため、凹部の異常（特に、凹部の傾斜部の傾斜角度のずれ）を精度良く判定可能である。
なお、平行光を出射する照明部は、光源と、光源から出射された光を平行光に変換するコリメートレンズや放物面ミラー等からなる光学系とを組み合わせることで構成可能である。

好ましくは、前記撮像部は、その焦点が、前記一方の表面から前記光学部材の厚み方向に離隔した位置に設定される。
本発明においては、撮像部の焦点を光学部材の一方の表面に設定することも可能である。
しかしながら、本発明者の知見によれば、上記の好ましい方法によって、凹部が正常である場合（凹部に異物が混入しておらず、凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値に近い場合）に抽出される画素領域の面積と、凹部が異常である場合に抽出される画素領域の面積との差が強調されることになる。このため、上記の好ましい方法によれば、凹部の異常を精度良く判定可能である。

好ましくは、前記照明部の前記光軸の傾斜角度は、前記凹部が正常な場合に生成される前記撮像画像の前記画素領域の面積が所定のしきい値以上となるように（より好ましくは、最大値となるように）、前記凹部の前記傾斜部の傾斜角度に応じて設定される。
上記の好ましい方法によれば、照明部から出射し、正常な凹部の傾斜部に対して照射された光が、光学部材の一方の表面の法線方向に近い方向に進行する（すなわち、撮像部の視軸に近い方向に進行するように）ことが期待できる。このため、凹部の傾斜部の傾斜角度が設計値から外れている場合、この凹部の傾斜部に対して照射された光は、撮像部の視軸から外れた方向に進行し、抽出される画素領域の面積が小さくなり易いと考えられる。このため、上記の好ましい方法によれば、凹部の異常（特に、凹部の傾斜部の傾斜角度のずれ）を精度良く判定可能である。

好ましくは、前記異常判定ステップにおいて、前記撮像画像における所定の第１しきい値以上の画素値を有する第１画素領域を抽出すると共に、前記撮像画像における前記第１しきい値より大きな所定の第２しきい値以上の画素値を有する第２画素領域を抽出し、前記第１画素領域の重心座標と前記第２画素領域の重心座標との差に基づき、前記傾斜部の前記傾斜角度の基準角度からのずれ方向を判定する。
上記の好ましい方法において、「重心座標」とは、凹部の傾斜部の傾斜方向（照明部の光軸の傾斜方向）についての重心座標を意味する。
本発明者の知見によれば、凹部の傾斜部の傾斜角度が基準角度（設計値）よりも大きな角度になっている場合には、上記の好ましい方法によって抽出される第１画素領域の重心座標と第２画素領域の重心座標との差は正の値となり、凹部の傾斜部の傾斜角度が基準角度（設計値）よりも小さな角度になっている場合には、第１画素領域の重心座標と第２画素領域の重心座標との差は負の値となる。このため、上記の好ましい方法によれば、第１画素領域の重心座標と第２画素領域の重心座標との差に基づき、傾斜部の傾斜角度の基準角度からのずれ方向（基準角度よりも大きな角度となる方向にずれているか、或いは、基準角度よりも小さな角度となる方向にずれているか）を判定することができる。

また、前記課題を解決するため、本発明は、一方の表面に凹部を有する、照明装置用の光学部材を検査する装置であって、前記凹部は、前記光学部材の厚み方向に沿った断面において、前記光学部材の表面に対して所定の傾斜角度で傾斜した傾斜部を有し、前記光学部材の他方の表面側に配置され、前記傾斜部と同じ方向に傾斜し、前記他方の表面の法線方向に対して所定の傾斜角度で傾斜した光軸を有する照明部と、前記一方の表面側に配置され、前記一方の表面の法線方向に沿った視軸を有する撮像部と、前記照明部が前記凹部の前記傾斜部に対して光を照射し、前記撮像部が前記光学部材を透過した光を撮像することで生成される撮像画像を画像処理することで、前記撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出し、前記画素領域の面積の大小に基づき、前記凹部の異常を判定する画像処理部と、を備える、光学部材の検査装置としても提供される。

さらに、前記課題を解決するため、本発明は、前記光学部材を製造する製造工程と、前記製造工程で製造した前記光学部材を前記検査方法で検査する検査工程と、を有する、光学部材の製造方法としても提供される。

本発明によれば、照明装置用の光学部材の一方の表面に設けられた凹部の異常を判定可能である。

本発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成を模式的に示す図である。 本発明の検査対象である光学部材を用いた照明装置の概略構成例を模式的に示す図である。 光学部材の凹部の形状を説明する図である。 光学部材の凹部の異常を模式的に示す断面図である。 一部の凹部に異物が混入している場合に生成される撮像画像（撮像画像の一部）の例を示す図である。 撮像部の焦点を光学部材の表面から離隔した位置に設定する（すなわち、デフォーカスする）ことの効果を示す図である。 照明部の光軸の傾斜角度と、凹部が正常な場合に生成される撮像画像における明部の面積との関係の一例を示す図である。 凹部の傾斜部の傾斜角度と、生成される撮像画像（撮像画像の一部）の平均画素値との関係の一例を示す図である。 画像処理部が実行する傾斜角度のずれ方向の判定手順を説明する図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る光学部材の検査方法及び検査装置について、ロールツーロール方式で長手方向に搬送される長尺の光学部材を検査する場合を例に挙げて説明する。なお、各図は、参考的に表したものであり、各図に表された構成要素の寸法、縮尺及び形状は、実際のものとは異なっている場合があることに留意されたい。

図１は、本実施形態に係る検査装置の概略構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は、検査装置の全体構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す破線Ａに沿った断面図である。図１（ｂ）では、図１（ａ）に示す画像処理部３の図示を省略している。図１では、光学部材１０の長手方向（搬送方向）をＸ方向とし、光学部材１０の幅方向（長手方向に直交する水平方向）をＹ方向とし、光学部材１０の厚み方向（上下方向）をＺ方向としている。
図１に示すように、本実施形態に係る検査装置１００は、一方の表面（図１に示す例では上側の表面）１０ａに複数の凹部１１を有する、照明装置用の光学部材１０を検査する装置である。本実施形態では、長尺の光学部材１０が、搬送ロールＲによってロールツーロール方式で長手方向（Ｘ方向）に搬送されながら検査される。図１では、図示の便宜上、比較的大きな寸法の凹部１１が少数設けられた光学部材１０として図示しているが、実際には、光学部材１０には、１００ｍｍ四方当たり約３０万個の多数の凹部１１が設けられている。
検査装置１００は、光学部材１０の他方の表面（図１に示す例では下側の表面）１０ｂ側に配置された照明部１と、一方の表面１０ａ側に配置された撮像部２と、照明部１が凹部１１に対して光を照射し、撮像部２が光学部材１０を透過した光を撮像することで生成される撮像画像を画像処理する画像処理部３と、を備える。
以下、光学部材１０及び検査装置１００の具体的な構成について、順に説明する。

＜光学部材１０＞
光学部材１０は、照明装置に用いられる部材であり、照明装置が出射する光（例えば、波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光）の波長に対して透明性の高い材料から形成される。光学部材１０は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ガラス（例えば、石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス）等から形成される。
一方の表面１０ａに凹部１１を有する光学部材１０は、例えば、特表２０１３－５２４２８８号公報に記載の方法等の公知の方法によって製造可能である。具体的には、例えば、基材フィルム（例えば、ＰＭＭＡフィルム）の表面をラッカー（例えば、三洋化成工業社製ファインキュアー「ＲＭ－６４」）でコーティングし、このラッカーを含む基材フィルムの表面上に凹部１１に応じた光学パターンをエンボス加工した後、ラッカーを硬化させることによって製造可能である。
上記のようにして、一方の表面１０ａに凹部１１を有する長尺の光学部材１０が製造され（本実施形態では、更に検査装置１００によって検査された後）、用途に応じた寸法に切断され、照明装置に用いられる。

図２は、検査装置１００の検査対象である光学部材１０を用いた照明装置の概略構成例を模式的に示す図である。図２（ａ）は光学部材１０の厚み方向（Ｚ方向）に沿った断面図であり、図２（ｂ）は光学部材１０の厚み方向から見た平面図である。なお、図示の便宜上、図２（ａ）と図２（ｂ）とでは、凹部１１のＸ方向の大きさや個数が異なるように図示しているが、実際には同じである。
図２に示す照明装置２００は、互いに反対方向に光を出射する２つの出射面を有するシート状の照明装置である。照明装置２００は、第１の光Ｌ１を出射する第１出射面（図２（ａ）の下側の面）と第２の光Ｌ２を出射する第２出射面（図２（ａ）の上側の面）とを有する。第１の光Ｌ１は図２（ａ）の下側に出射され、第２の光Ｌ２は図２（ａ）の上側に出射される。

照明装置２００は、導光部材２０１と、光源２０２と、を有する。導光部材２０１は、光源２０２から出射された光を受ける受光部と、第１出射面側の第１主面及び第２出射面側の第２主面を有する導光層２０と、複数の凹部１１を有する本実施形態の光学部材１０と、を有する。導光部材２０１は、導光層２０の第２主面に接着剤層４０によって光学部材１０が接着されており、接着剤層５０によって基材層３０と光学部材１０とが接着されている。導光層２０及び基材層３０は、透明な基板又はフィルムであってよい。
導光部材２０１の受光部は、例えば、導光層２０の光源２０２側の側面である。
複数の凹部１１のそれぞれは、導光層２０内を伝搬する光の一部を全反射させて第１出射面側に向ける第１傾斜部１１ａと、第１傾斜部１１ａと反対側の第２傾斜部１１ｂと、を有する断面三角形状である。第２出射面から出射される第２の光Ｌ２は、第１傾斜部１１ａから凹部１１内に侵入し、凹部１１を通過した光である。第２の光Ｌ２は、凹部１１と接着剤層５０との界面又は第２傾斜部１１ｂを透過する。第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２は、界面を通過する際に、界面を構成する物質の屈折率に応じて屈折され得る。

導光部材２０１は、光学部材１０を有することで、第１出射面から第１の配光分布を有する第１の光Ｌ１を出射し、第２出射面から第２の配光分布を有する第２の光Ｌ２を出射するように構成されている。
第１の配光分布及び第２の配光分布は、例えば、凹部１１の断面形状、平面形状、大きさ、配置密度、分布を調整することによって制御することができる。図３（ａ）を参照して後述するように、例えば、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａは１０°以上７０°以下である。また、第２傾斜部１１ｂの傾斜角度θｂは５０°以上１００°以下である。凹部１１の断面形状は、ここで例示したように、三角形であるが、これに限られず、台形等であってもよい。

導光部材２０１は、例えば、可視光透過率が６０％以上であり、ヘイズ値が３０％未満である。可視光透過率は７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。ヘイズ値は１０％未満であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。導光部材２０１が高い可視光透過率と低いヘイズ値を有するように構成すれば、導光部材２０１を介して物（表示）を見ることができる。可視光透過率及びヘイズ値は、例えば、ヘイズメータ（村上色彩技術研究所製：商品名ＨＭ－１５０）を用いて測定することができる。

複数の凹部１１は、導光層２０を主面の法線方向から見たときに、導光層２０の面積に占める複数の凹部１１の面積の割合（占有面積率）は、１％以上８０％以下が好ましく、上限値は、５０％以下がより好ましく、４５％以下がさらに好ましく、高い透過率及び／又は低いヘイズ値を得るためには、３０％以下が好ましく、１０％以下が更に好ましく、５％以下が特に好ましい。例えば、凹部１１の占有面積率が５０％のとき、ヘイズ値３０％を得ることができる。なお、凹部１１の占有面積率は、均一であっても良いし、光源２０２からの距離が大きくなっても輝度が低下しないように、距離が大きくなるにつれて、占有面積率が大きくなるようにしてもよい。ロールツーロール方式で光学部材１０を量産するには、凹部１１の占有面積率は均一であることが好ましい。

図２（ｂ）に示すように、複数の凹部１１は、例えば、導光部材２０１の導光方向（Ｘ方向、光学部材１０の長手方向に相当）及び導光方向に直交する水平方向（Ｙ方向、光学部材１０の幅方向に相当）に離散的に配置されている。凹部１１の大きさ（長さＬ、幅Ｗ：後述の図３（ａ）、図３（ｂ）参照）については、例えば、長さＬは１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、幅Ｗは１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、光の取り出し効率の観点から、高さＨ（後述の図３（ａ）参照）は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

図２（ｂ）に示す例では、複数の凹部１１が、導光部材２０１の導光方向（Ｘ方向）及び導光方向に直交する方向（Ｙ方向）に離散的に配置されている例を示したが、これに限られず、複数の凹部１１は、導光部材２０１の導光方向（Ｘ方向）及び導光方向と交差する方向に離散的に配置されてもよい。凹部１１の離散的な配置は、導光層２０の形状や求められる配光分布等に応じて適宜設定される。
複数の凹部１１の離散的な配置は、少なくとも１つの方向において周期性（規則性）を有してもよいし、規則性を有しなくてもよい。ただし、量産性の観点からは、複数の凹部１１が一様に配置されることが好ましい。例えば、図２（ｂ）に示した例では、実質的に同一の形状で同一の方向に平面視凸状の曲面を有する複数の凹部１１が、導光部材２０１の導光方向（Ｘ方向）及び導光方向に直交する方向（Ｙ方向）に離散的に、周期的に全領域に配置されている。このとき、Ｘ方向の配置ピッチＰｘは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、Ｙ方向の配置ピッチＰｙは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。図２（ｂ）に示した例では、光学部材１０は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに２分の１ピッチずれて配置された凹部１１を更に有している。

図２（ｂ）に示したように、導光層２０の第１主面に対する法線方向から見たとき、第１傾斜部１１ａは光源２０２側に凸状の曲面を形成している。光源２０２は、例えばＬＥＤ装置であり、複数のＬＥＤ装置がＹ方向に配列されている。複数のＬＥＤ装置のそれぞれからＸ方向に出射される光はＹ方向に対して広がりを有するので、第１傾斜部１１ａが光源２０２側に凸状の曲面を形成している方が、第１傾斜部１１ａが光に対して均一に作用する。なお、光源２０２と導光部材２０１の受光部との間に結合光学系を設け、平行度の高い光（Ｙ方向に対する広がりが小さい光）を入射させるようにした場合には、第１傾斜部１１ａはＹ方向に平行であってもよい。また、離散的な凹部１１に代えて、例えば、Ｙ方向に延びる溝（例えば三角柱）のような凹部１１であってもよい。

次に、図３を参照して、凹部１１の形状について、より具体的に説明する。
図３は、凹部１１の形状を説明する図である。図３（ａ）は、凹部１１の模式的な断面図である。具体的には、図３（ａ）は、光学部材１０の厚み方向に沿った凹部１１の断面のうち、幅Ｗの方向（Ｘ方向）の寸法が最も大きくなる凹部１１の中心を通る断面の断面図である。図３（ｂ）は、凹部１１の模式的な平面図であり、図３（ｃ）は、凹部１１の変形例を示す模式的な平面図である。図３（ｄ）は、凹部１１の第１傾斜部１１ａの曲面の平面視形状の例を示す図である。
図３（ａ）に示すように、凹部１１の断面は、例えば、三角形状である。光源２０２側の第１傾斜部θａの傾斜角度（光学部材１０の表面１０ａに対する傾斜角度）θａは、例えば、１０°以上７０°以下である。傾斜角度θａが１０°よりも小さいと配光の制御性が低下し、光取り出し効率も低下することがある。一方、傾斜角度θａが７０°を超えると、例えば光学部材１０の加工が困難になることがある。また、第２傾斜部１１ｂの傾斜角度θｂ（光学部材１０の表面１０ａに対する傾斜角度）は、例えば、５０°以上１００°以下である。傾斜角度θｂが５０°より小さいと、意図しない方向に迷光が発生することがある。一方、傾斜角度θｂが１００°を超えると、例えば光学部材１０の加工が困難になることがある。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、凹部１１の長さＬは１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、凹部１１の幅Ｗは１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。長さＬは、例えば、幅Ｗの２倍以上である。凹部１１の高さＨ（図３（ａ）参照）は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。なお、図３（ｂ）に示す平面視形状を有する凹部１１を有する光学部材１０を製造する際の加工精度によって、図３（ｃ）に示すような平面視形状を有する凹部１１が形成されることがある。そのような場合であっても、長さＬ及び幅Ｗによって、凹部１１の平面視形状を特徴づけることができる。

第１傾斜部１１ａの光源２０２側に凸状の曲面の平面視形状は、例えば、図３（ｄ）で表される。図３（ｄ）に示す例は、凹部１１の長さＬが６０μｍで、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが３０°、４０°、４９°の場合の第１傾斜部１１ａの平面視形状の例である。図３（ｄ）に示す例では、傾斜角度θａが３０°、４０°、４９°のときの凹部１１の幅Ｗは、それぞれ、約１３．９μｍ、約９．５μｍ、約７．０μｍになっている。図３（ｄ）に示す曲面は、例えば、４次曲線で近似できる。

＜検査装置１００＞
本実施形態に係る検査装置１００は、以上に説明した構成を有する光学部材１０を検査する装置である。
図４は、凹部１１の異常を模式的に示す断面図である。図４（ａ）は正常な凹部１１の断面図であり、図４（ｂ）は凹部１１に異物Ｍが混入している異常が発生している状態を示す断面図であり、図４（ｃ）は凹部１１の傾斜部の傾斜角度が設計値から外れている異常が発生している状態を示す断面図である。図４（ｃ）では、破線で示す傾斜部の設計形状が実線で示すようにずれている状態を示している。
本実施形態に係る検査装置１００は、凹部１１の傾斜部の傾斜角度の異常については、特に、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａの異常を検査する装置である。
前述のように、検査装置１００は、照明部１と、撮像部２と、画像処理部３と、を備えている。以下、各部について、具体的に説明する。

［照明部１］
図１（ｂ）に示すように、照明部１は、光学部材１０の凹部１１の第１傾斜部１１ａと同じ方向に傾斜し、光学部材１０の他方の表面１０ｂの法線方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜した光軸１Ａを有する。図１（ｂ）に示す例では、第１傾斜部１１ａはＸ方向に傾斜（Ｙ方向周りに傾斜）しているため、照明部１の光軸１ＡもＸ方向に傾斜（Ｙ方向周りに傾斜）している。照明部１の光軸１Ａが第１傾斜部１１ａと同じ方向に傾斜していることで、照明部１から出射した光は、第１傾斜部１１ａに対して照射されることになる。
本実施形態の照明部１は、光学部材１０の少なくとも幅方向全体（凹部１１が設けられてる箇所の幅方向全体）を照明可能な構成を有し、好ましい態様として、平行光を出射するように構成されている。
また、後述のように、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θは、凹部１１が正常な場合に生成される撮像画像の画素領域（所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域であり、本明細書では「明部」と称する）の面積が所定のしきい値以上となるように（より好ましくは、最大値となるように）、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａに応じて（傾斜角度θａの設計値に応じて）設定されている。例えば、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θは、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａ（傾斜角度θａの設計値）よりも小さく設定される。傾斜角度θａの設計値が４９°である場合、傾斜角度θは約２７°に設定される。照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θは、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａ（傾斜角度θａの設計値）に対して、１０°～３５°小さいことが好ましく、１５°～３０°小さいことがより好ましく、１７°～２７°小さいことが更に好ましい。

本実施形態の照明部１としては、例えば、ＬＥＤ光源とコリメートレンズとの組み合わせを用いることができる。具体的には、例えば、ＣＣＳ社製スポット照明「ＨＬＶ３－２２ＢＬ－４Ｓ」を光源とし、これに、ＣＣＳ社製光源絞りアダプター「ＳＢ－ＨＬ－０５」を介して、ＣＣＳ社製レンズ「ＨＬ２－５０－Ｐ」を取り付けたものを、光学部材１０の幅方向全体を照明できるように、Ｙ方向に複数台並べたものを照明部１として用いることができる。

［撮像部２］
撮像部２は、光学部材１０の一方の表面１０ａの法線方向（Ｚ方向）に沿った視軸２Ａを有する。
本実施形態では、前述のように、ロールツーロール方式で長手方向（Ｘ方向）に搬送される光学部材１０を検査するため、撮像部２として、光学部材１０の幅方向（Ｙ方向）に沿って複数の撮像素子が直線状に配列され、光学部材１０の幅方向に延びる直線状の視野を有するラインセンサが用いられる。また、本実施形態の撮像部２は、視軸２Ａ方向の光のみを撮像して異常の判定精度を高めるために、テレセントリックレンズを具備する。撮像部２のＹ方向の分解能は、例えば数μｍ／画素に設定される。撮像部２によって、照明部１によって光学部材１０に照射され、光学部材１０を透過した光が撮像され、光学部材１０が長手方向に搬送されることで、２次元（ＸＹ平面）の撮像画像が生成される。
なお、本実施形態では、撮像部２としてラインセンサを用いているが、これに限るものではなく、撮像部２として、高速シャッター付きの２次元エリアカメラを用い、所定のタイミング毎に撮像することで、撮像画像を生成することも可能である。また、図１では、単一の撮像部２を設ける例を図示しているが、分解能を高めるために、複数の撮像部２を光学部材１０の幅方向（Ｙ方向）に並設する構成を採用し、各撮像部２で得られた撮像画像を合成して光学部材１０の幅方向全体の撮像画像を生成することも可能である。

本実施形態の撮像部２は、好ましい態様として、図１（ｂ）に示すように、その焦点Ｆが、光学部材１０の一方の表面１０ａから光学部材１０の厚み方向（Ｚ方向）に離隔距離ＦＬだけ離隔した位置に設定される。図１（ｂ）に示す例では、撮像部２の焦点Ｆは、光学部材１０の表面１０ａから撮像部２に近づく方向に離隔しているが、撮像部２から離れる方向に離隔した位置に設定することも可能である。撮像部２の焦点Ｆを光学部材１０の表面１０ａから離隔した位置に設定することで、後述のように、凹部１１が正常である場合に抽出される画素領域（明部）の面積と、凹部が異常である場合に抽出される画素領域（明部）の面積との差が強調され、凹部１１の異常を精度良く判定可能である。
なお、好ましい態様しては、焦点Ｆが光学部材１０の表面１０ａから離隔した位置に設定されるが、必ずしもこれに限るものではなく、焦点Ｆを光学部材１０の表面１０ａに設定する（すなわち、離隔距離ＦＬ＝０にする）ことも可能である。

［画像処理部３］
画像処理部３は、撮像部２に電気的に接続されており、照明部１が凹部１１の第１傾斜部１１ａに対して光を照射し、撮像部２が光学部材１０を透過した光を撮像することで生成される撮像画像を画像処理する。画像処理部３は、例えば、汎用のコンピュータに、後述の画像処理や判定処理を実行するためのプログラムがインストールされた構成を有する。
画像処理部３は、撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域（明部）を抽出し、この明部の面積の大小に基づき、凹部の異常を判定する。

図５は、一部の凹部１１に異物が混入している場合に生成される撮像画像（撮像画像の一部）の例を示す図である。図５（ａ）は、撮像部２の焦点Ｆの離隔距離ＦＬ＝０ｍｍのときに生成される撮像画像の例であり、図５（ｂ）は、撮像部２の焦点Ｆの離隔距離ＦＬ＝０．５ｍｍのときに生成される撮像画像の例である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す撮像画像は、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θが約２７°に設定されている場合に得られたものである。また、図５（ｃ）は、従来の通常の透過検査を行ったときに生成される撮像画像の例である。具体的には、図５（ｃ）は、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θを０°に設定し、撮像部２の焦点Ｆの離隔距離ＦＬを０ｍｍに設定したときに生成される撮像画像に相当する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、凹部１１の第１傾斜部１１ａに対して照射された光は、凹部１１に異物が混入している場合、異物によって遮光されるため、撮像画像において異物が混入している凹部１１に相当する画素領域（図５において「異常部」で示す画素領域）の画素値（輝度値）は小さく（暗く）なると考えられる。このため、画像処理部３において、撮像画像を画像処理することで、撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する明部を抽出すれば、凹部１１に異物が混入している場合には、混入していない場合（図５において「正常部」で示す画素領域）に比べて、抽出される明部の面積が小さくなると考えられる。このため、画像処理部３は、明部の面積の大小に基づき凹部１１の異常を判定（具体的には、明部の面積が所定値以下となれば、凹部１１に異物が混入している可能性があると判定）することが可能である。なお、明部を抽出する際には、所定のしきい値を基準にした２値化処理の他、必要に応じて、小面積除去処理や、膨張収縮処理など、撮像画像を用いた検査において公知の各種画像処理を適用すればよい。
なお、図５（ｃ）に示すように、従来の通常の透過検査では、異物が混入している凹部１１に相当する画素領域（異常部）と、異物が混入していない凹部１１に相当する画素領域（正常部）との間に、画素値の顕著な差が生じない（双方共に画素値が小さく暗い）場合がある。これは、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θが０°であるため、正常な凹部１１であっても、照明部１から出射した光が第１傾斜部１１ａで全反射し、撮像部２で検出されない場合のあることが原因であると考えられる。

図６は、撮像部２の焦点Ｆを光学部材１０の表面１０ａから離隔した位置に設定する（すなわち、デフォーカスする）ことの効果を示す図である。図６（ａ）は、デフォーカスしなかった（離隔距離ＦＬ＝０ｍｍに設定した）場合に生成される撮像画像において抽出される正常部及び異常部（異物混入）の明部の面積を示す。図６（ｂ）は、デフォーカスした（離隔距離ＦＬ＝０．５ｍｍに設定した）場合に生成される撮像画像において抽出される正常部及び異常部の明部の面積を示す。なお、図６に示す結果は、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θが約２７°に設定されている場合に得られたものである。また、図６に示す結果は、撮像画像を８ビット（画素値：０（最も暗い）～２５５（最も明るい））で量子化し、しきい値２５０以上の画素値を有する画素領域を明部として抽出した結果である。後述の図７についても同様である。図６の縦軸は、それぞれ１０箇所の正常部及び異常部について面積を算出し、その平均値をそれぞれプロットしたものである。
図６（ａ）に示す結果と、図６（ｂ）に示す結果とを比較すれば分かるように、撮像部２をデフォーカスすることにより、凹部１１が正常である場合に抽出される明部の面積（図６において「〇」でプロットしたデータ）と、凹部１１が異常である場合に抽出される明部の面積（図６において「●」でプロットしたデータ）との差が強調される。このため、撮像部２をデフォーカスすることで、明部の面積の大小に基づき、凹部１１の異常を精度良く判定可能であるといえる。

図７は、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θと、凹部１１が正常な場合（第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが設計値通り（θａ＝４９°）である場合）に生成される撮像画像における明部の面積との関係の一例を示す図である。
図７に示すように、明部の面積は、傾斜角度θが２７°付近で最大値となっている。このため、前述のように、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが４９°である場合、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θは約２７°に設定されるのが好ましい。

図８は、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａと、生成される撮像画像（撮像画像の一部）の平均画素値との関係の一例を示す図である。図８に示す関係は、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａの設計値がθａ＝４９°であり、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θが約２７°に設定されている場合に得られたものである。図８の縦軸は、図８中に記載の撮像画像の一部の全画素領域についての平均画素値をプロットしたものである。
第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが、設計値（θａ＝４９°）から外れるほど、設計値に対して想定される方向（Ｚ方向、撮像部２の視軸２Ａの方向）とは異なる方向に屈折して進行することになる。このため、図８に示すように、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが設計値から外れるほど、撮像画像における凹部に相当する画素領域の画素値は小さくなると考えられる。このため、画像処理部３が撮像画像を画像処理することで、撮像画像における明部を抽出すれば、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが設計値から外れるほど、設計値通りである場合に比べて、抽出される明部の面積が小さくなると考えられる。したがって、画像処理部３は、画素領域の面積の大小に基づき凹部１１の異常を判定（具体的には、明部の面積が所定値以下となれば、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａに設計値からのずれが生じている可能性があると判定）することが可能である。図８に示す例では、上記の設定値を適宜設定することで、例えば、「●」でプロットしたデータを異常と判定し、「〇」でプロットしたデータを正常と判定することができる。

以上に説明したように、画像処理部３は、撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域（明部）を抽出し、この明部の面積の大小に基づき、凹部１１の異常（異物の混入や傾斜角度θａのずれ）を判定することが可能である。
ただし、画像処理部３が実行する判定はこれに限るものではなく、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａの基準角度（設計値）からのずれ方向を判定するように構成することも可能である。

図９は、画像処理部３が実行する傾斜角度θａのずれ方向の判定手順を説明する図である。
図９に示すように、画像処理部３は、撮像画像における所定の第１しきい値以上の画素値を有する第１画素領域を抽出すると共に、撮像画像における第１しきい値より大きな所定の第２しきい値以上の画素値を有する第２画素領域を抽出する。第１しきい値は、撮像画像を８ビットで量子化する場合、例えば、６０～１２８の範囲内の値に設定される。なお、図９では、便宜上、抽出される第１画素領域の輪郭のみを図示している。また、第２しきい値は、撮像画像を８ビットで量子化する場合、例えば、２５０に設定される。前述の異常判定に用いる明部は、第２画素領域に相当する。

そして、画像処理部３は、第１画素領域の重心座標と第２画素領域の重心座標とを算出する。この重心座標は、凹部１１の第１傾斜部１１ａの傾斜方向（照明部１の光軸１Ａの傾斜方向）についての重心座標を意味するため、本実施形態では、Ｘ方向の重心座標である。より具体的には、画像処理部３は、撮像画像から抽出された、第１画素領域全体の重心座標の平均値Ｇｘ１及び第２画素領域全体の重心座標の平均値Ｇｘ２を算出する。そして、画像処理部３は、Ｇｘ１とＧｘ２との差（Ｇｘ１－Ｇｘ２）に基づき（Ｇｘ１とＧｘ２との差の正負に基づき）、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａの基準角度（設計値）からのずれ方向を判定する。
図９に示す例では、傾斜角度θａ＝４５．２°、傾斜角度θａ＝４４．７°のとき、Ｇｘ１とＧｘ２との差は負の値となっている。図９に示す例では、傾斜角度θａの基準角度（設計値）はθａ＝４９ °であるため、Ｇｘ１とＧｘ２との差が負の値のときには、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが基準角度（設計値）よりも小さな角度になっていると正しく判定できることが分かる。なお、結果の図示を省略するが、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが基準角度（設計値）よりも大きな角度になっている場合には、Ｇｘ１とＧｘ２との差が正の値になることが確認できている。このため、Ｇｘ１とＧｘ２との差が正の値のときには、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａが基準角度（設計値）よりも大きな角度になっていると正しく判定できるといえる。

なお、本実施形態では、ロールツーロール方式で長手方向に搬送される長尺の光学部材１０を検査する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、所定の長さに切断した光学部材１０を静止させた状態で、撮像部２として２次元エリアカメラを用いて検査することも可能である。

また、本実施形態では、光学部材１０に設けられた凹部１１の長さＬの方向（図３（ｂ）参照）が、光学部材１０の長手方向に直交する方向（Ｙ方向）に合致する（図２（ｂ）参照）場合を例に挙げて説明したが、凹部１１の長さＬの方向が光学部材１０の長手方向（Ｘ方向）に合致する場合もある。この場合には、凹部１１の第１傾斜部１１ａがＹ方向に傾斜（Ｘ方向周りに傾斜）することになるため、照明部１の光軸１ＡもＹ方向に傾斜（Ｘ方向周りに傾斜）するように配置すればよい。

さらに、本実施形態では、凹部１１の傾斜部の傾斜角度の異常については、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａの異常を検査する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではない。第２傾斜部１１ｂの傾斜角度θｂの異常を検査する場合には、第２傾斜部１１ｂに対して光が照射されるように、照明部１の光軸１Ａの傾斜角度θを設定すればよい。また、第１傾斜部１１ａの傾斜角度θａ及び第２傾斜部１１ｂの傾斜角度θｂの双方の異常を検査する場合には、例えば、第１傾斜部１１ａに対して光が照射されるように光軸の傾斜角度が設定された照明部と、第２傾斜部１１ｂに対して光が照射されるように光軸の傾斜角度が設定された照明部とを別個に設け、各照明部から一定の周期毎に交互に切り替えて光を出射し、各照明部から出射された光を共通する撮像部２で撮像する態様を採用可能である。或いは、照明部毎に用いる撮像部を別個に設ける態様を採用することも考えられる。

１・・・照明部
１Ａ・・・光軸
２・・・撮像部
２Ａ・・・視軸
３・・・画像処理部
１０・・・光学部材
１０ａ・・・一方の表面
１０ｂ・・・他方の表面
１１・・・凹部
１１ａ・・・第１傾斜部（傾斜部）
１００・・・検査装置
θ・・・傾斜角度
θａ・・・傾斜角度

Claims (7)

1. 一方の表面に凹部を有する、照明装置用の光学部材を検査する方法であって、
   前記凹部は、前記光学部材の厚み方向に沿った断面において、前記光学部材の表面に対して所定の傾斜角度で傾斜した傾斜部を有し、
   前記光学部材の他方の表面側に配置され、前記傾斜部と同じ方向に傾斜し、前記他方の表面の法線方向に対して所定の傾斜角度で傾斜した光軸を有する照明部から、前記凹部の前記傾斜部に対して光を照射し、前記一方の表面側に配置され、前記一方の表面の法線方向に沿った視軸を有する撮像部によって、前記傾斜部に対して照射され、前記光学部材を透過した光を撮像することで、撮像画像を生成する撮像画像生成ステップと、
   前記撮像画像を画像処理することで、前記撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出し、前記画素領域の面積の大小に基づき、前記凹部の異常を判定する異常判定ステップと、を有する、
   光学部材の検査方法。
2. 前記照明部は、平行光を出射する、
   請求項１に記載の光学部材の検査方法。
3. 前記撮像部は、その焦点が、前記一方の表面から前記光学部材の厚み方向に離隔した位置に設定される、
   請求項１又は２に記載の光学部材の検査方法。
4. 前記照明部の前記光軸の傾斜角度は、前記凹部が正常な場合に生成される前記撮像画像の前記画素領域の面積が所定のしきい値以上となるように、前記凹部の前記傾斜部の傾斜角度に応じて設定される、
   請求項１から３の何れかに記載の光学部材の検査方法。
5. 前記異常判定ステップにおいて、前記撮像画像における所定の第１しきい値以上の画素値を有する第１画素領域を抽出すると共に、前記撮像画像における前記第１しきい値より大きな所定の第２しきい値以上の画素値を有する第２画素領域を抽出し、前記第１画素領域の重心座標と前記第２画素領域の重心座標との差に基づき、前記傾斜部の前記傾斜角度の基準角度からのずれ方向を判定する、
   請求項１から４の何れかに記載の光学部材の検査方法。
6. 一方の表面に凹部を有する、照明装置用の光学部材を検査する装置であって、
   前記凹部は、前記光学部材の厚み方向に沿った断面において、前記光学部材の表面に対して所定の傾斜角度で傾斜した傾斜部を有し、
   前記光学部材の他方の表面側に配置され、前記傾斜部と同じ方向に傾斜し、前記他方の表面の法線方向に対して所定の傾斜角度で傾斜した光軸を有する照明部と、
   前記一方の表面側に配置され、前記一方の表面の法線方向に沿った視軸を有する撮像部と、
   前記照明部が前記凹部の前記傾斜部に対して光を照射し、前記撮像部が前記光学部材を透過した光を撮像することで生成される撮像画像を画像処理することで、前記撮像画像における所定のしきい値以上の画素値を有する画素領域を抽出し、前記画素領域の面積の大小に基づき、前記凹部の異常を判定する画像処理部と、を備える、
   光学部材の検査装置。
7. 前記光学部材を製造する製造工程と、
   前記製造工程で製造した前記光学部材を請求項１から５の何れかに記載の検査方法で検査する検査工程と、を有する、
   光学部材の製造方法。

Images