JP3774395B2 - 凹凸パターン検知装置、凹凸パターン検知処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーブラウン管のシャドウパターンの欠陥検査装置、ＩＣのマスタパターンの検査装置、凹凸テクスチャの品質管理装置等のように被検知面上に設けられた凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置及び凹凸パターン検知処理装置に関し、特に微小なパターンを検知できるものに関する。また、被検査面上の微小な凹凸パターンの有無を検出することにより、凹凸パターンの良否を判定する凹凸パターン検査装置に関する。さらに、シート状の検査対象物に対し精度の高い検査を行うことが可能な検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板状体や紙等の被検体の表面（被検知面）にある微小な段差を検知するために段差検知装置が用いられている。例えば、特開平１１−１５３４１１には、照明光に空間変調をかけることで郵便宛名ラベル等のエッジに破線状の特徴的な模様を発生させる手法が開示されている。図２３はこのような段差検知装置の検知原理を示す説明図である。すなわち、結像レンズ１０によるラインイメージセンサ１１の撮像領域２０をスリット１２，１３を用いて短い領域２１，２２に区切り、これらの領域２１，２２のうち奇数番目の領域を右側から、偶数番目の領域を左側からそれぞれ照明装置１４，１５を用いて照明ビームＥａ，Ｅｂにより照明する。被検体３０はラインイメージセンサ１１の撮像領域２０下を図中矢印の方向に搬送される。これにより、郵便物の宛名ラベルのエッジ等、段差の部分においてのみ図２４に示すように破線状の特徴的な模様（図中斜線部分）が発生し、これを画像処理部４０にて抽出することにより、段差の存在を検出できる。
【０００３】
紙等のシートＣの被検査面Ｃ１上に形成された微小な凹凸パターンＰの有無を検出するために従来から様々な方法が採られている。図２５の（ａ）〜（ｃ）はその一例を示す図である。すなわち、左右斜方より向き合うように配置された一対の照明部５１ａ，５１ｂにより検査領域Ｄに光を照射する。各照明部５１ａ，５１ｂと検査領域Ｄとの間には、くし型に形成された一対のスリット５２ａ，５２ｂが配置されている。一対のスリット５２ａ，５２ｂは、図２５の（ｂ）に示すように左右それぞれで、光を通す部分と遮蔽する部分が異なる形状であることから、検査領域Ｄ上で、図２５の（ｃ）に示すように、照射方向が異なる複数の小領域に分割される。この検査領域ＤをＣＣＤカメラ等の撮像部５３にて撮像し、検査領域Ｄからの反射光を電気信号に変換する。検査領域Ｄ内に凹凸パターンＰがあると、光の照射方向に応じて、凹凸パターンＰの前後に輝線又は影が生じ、これらを検出することによって凹凸パターンＰの有無を検出する。
【０００４】
また、特開平１１-１７９２８８に開示されているように、波長特性の異なる複数種の照明光を、それぞれ異なる方向から対象物に照射し、その反射光を波長毎に分岐する色分離手段、例えばダイクロイックミラーで分離して、複数の撮像手段によって各々画像を取得する。これにより、各波長毎に照射方向に応じて、凹凸の前後に輝線、影が生じ、それらを検出することによって、凹凸の有無を検出していた。
【０００５】
一方、このようなシートＣを撮像して何らかの物理量を検出する検出装置において、シートＣを搬送する場合には、通常、検査装置の読取面において、平坦となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の段差検知方法であると次のような問題があった。すなわち、宛名ラベルのように高さ１００μｍ程度の大きな段差であれば解像度の低いイメージセンサでも検知することが可能であるが、これよりもさらに小さい段差が細かく密集しているような凹凸パターンの有無を検知する場合には、解像度の高いイメージセンサが必要となる。また、解像度の高いイメージセンサを用いると、検査・処理に時間がかかり、効率的な検知を行うことができない。
【０００７】
一方、上述した凹凸パターン検査方法では、次のような問題があった。すなわち、照明光を小領域に分割する場合に、例えばくし型のスリットのような光を領域分割する手段が必要である。また、図２６の（ａ）に示すように、縦方向すなわち光の照射方向に交差する方向に凹凸パターンＰが形成されている場合には、その画像は図２６の（ｂ）に示すようなものとなり、照射方向の異なる小領域毎にそれぞれ影Ｓが生じる。この影Ｓに基づいて、凹凸パターンＰを検出することができる。しかしながら、図２６の（ｃ）に示すように、横方向すなわち光の照射方向と同一の方向に凹凸パターンＰが形成されている場合には、その画像は図２６の（ｄ）に示すようなものとなり、影が生じない。このように照明光を小領域に分割する方式では、凹凸パターンＰの形状によっては検出ができないという問題があった。
【０００８】
また、色分離をする方法の場合には、照明の種類に応じた複数の撮像手段が必要となり、装置の構造が大きく、かつ、複雑となる。また、照明の照射方向の組み合わせによっては、凹凸パターンが照射方向との関係により検出ができない場合がある。
【０００９】
図２７の（ａ）はシートＣと照明部５４との位置関係を示す説明図である。シートＣに対し斜方入射する照明部５４を用いた場合には、測定精度を高めるために、その入射角度に一定の角度θが必要となる。しかしながら、角度θを大きくすると、シートＣと照明部５４とが構造的に干渉することになり、照明部５４の配置が困難となる。
【００１０】
図２７の（ｂ）は搬送ベルトから構成された搬送系５５に搬送されているシートＣをその搬送方向から見た模式図、図２７の（ｃ）は斜め方向から見た説明図である。図２７の（ｂ）に示すように、シートＣは搬送中に撓み易く、また、図２７の（ｃ）に示すように、搬送途中でばたつき、図中破線のようにシートＣの厚さ方向の基準位置から離れることがある。これらの現象は特に高速搬送を行う際に顕著となる。検査の精度は、シートＣと撮像部との距離の変動に影響を受けることから、このような搬送系は好ましくない。
【００１１】
特に大入射角の斜方照明の場合には、厚さ方向の変化によりシートＣの照射方向、照度といった特性に大きく影響することから、シートＣを安定に検査位置の基準位置に位置決めすることが重要となる。
【００１２】
そこで本発明は、低い解像度を有するイメージセンサであっても細かく密集した凹凸パターンを検知することができる凹凸パターン検知装置及び凹凸パターン検知処理装置を提供することを目的としている。また、検査対象物の凹凸パターンの方向に関わらず検査が可能な凹凸パターン検査装置を提供することを目的としている。さらに、シート状の検査対象物の安定した搬送を行うとともに、照明の入射角を充分にとることで精度の高い検査ができる検査装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の凹凸パターン検知装置及び凹凸パターン検知処理装置は次のように構成されている。
【００１４】
（１）被検知面上の所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域を前記所定のピッチとは異なるピッチを有するマスクと重ね合せて撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
（２）前記（１）に記載された凹凸パターン検知装置であって、前記凹凸パターンは一定のピッチを有し、前記マスクのパターンは一定のピッチを有するとともに、そのピッチが前記凹凸パターンのピッチの０．７５倍以上１．２５倍以下に設定されていることを特徴とする。
【００１６】
（３）被検知面上の所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域を前記所定のピッチとは異なる画素ピッチを有する複数の画素により撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
（４）前記（３）に記載された凹凸パターン検知装置であって、前記凹凸パターンは所定方向について一定のピッチを有し、前記画素ピッチは前記所定方向について前記凹凸パターンのピッチの０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることを特徴とする。
【００１８】
（５）被検体の被検知面に設けられた所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、所定の搬送方向に搬送される前記被検体の前記被検知面に対して、前記搬送方向と交差するライン状の撮像領域の画像を前記所定のピッチとは異なる解像度で順次入力する撮像手段と、前記撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
（６）前記（５）に記載された凹凸パターン検知装置であって、前記凹凸パターンは所定方向について一定のピッチを有し、前記解像度は前記所定方向について前記凹凸パターンのピッチの０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることを特徴とする。
【００２０】
（７）被検体の被検知面に設けられた所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知することが可能な凹凸パターン検知処理装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、所定の搬送方向に搬送される前記被検体の被検知面に対して、前記搬送方向と交差するライン状の撮像領域の画像をモアレを発生させる解像度で順次入力する撮像手段と、前記撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段と、この画像処理手段による前記凹凸パターンの有無情報に基づいて前記被検体を処理する被検体処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置１００の全体の概略構成を示す図である。凹凸パターン検知装置１００は、被検知面Ｗ上において１００〜３００μｍピッチの縦縞からなる凹凸パターンＱの有無を検知するものである。なお、被検知面Ｗに設けられる凹凸パターンＱは、凸部分Ｘは濃色、凹部分Ｙは淡色である。なお、凸部分Ｘを黒色、凹部分Ｙを白色、あるいは、凸部分Ｘを不透明、凹部分を透明とするようにしてもよい。さらに、凸部分Ｘと凹部分Ｙとの関係を逆にしてもよい。
【００３３】
凹凸パターン検知装置１００は、被検知面Ｗに対して左右両方向から照明ビーム（照明光）Ｅ１，Ｅ２を所定の入射角（例えば４５°）で照射する照明部２００と、被検知面Ｗの画像に所定のマスクパターン（参照パターン）を重ねるためのマスク部３００と、マスク部３００を通過した被検知面Ｗからの画像を撮像する撮像部４００と、この撮像部４００で撮像された画像を処理し、所定のピッチＱｐを有する凹凸パターンＱの有無を判断する画像処理部５００とを備えている。
【００３４】
照明部２００は、多数の平行で等間隔な照明ビームＥ１，Ｅ２をそれぞれ発する一対の照明装置２１０，２２０を備えている。照明装置２１０は、被検知面Ｗに対して左側から斜め照明する光源２１１と、凹凸パターンＱの縦縞パターンと直交する方向に形成された横縞パターンの透過孔を有するスリット２１２と、投影結像系２１３とを備え、スリット２１２のパターンを被検知面Ｗ上に投影する。また、照明装置２２０は、右側から斜め照明する光源２２１と、横縞状のスリット２２２と、投影結像系２２３とを備え、横縞状のスリット２２２のパターンを被検知面Ｗ上に投影する。
【００３５】
このとき、スリット２１２とスリット２２２との相対的な位置関係を適切に設定することで、被検知面Ｗ上は図２に示されるように横縞状の小領域Ｗａ，Ｗｂに分割される。ここで、各々の小領域Ｗａ，Ｗｂは交互に、照明装置２１０からの照明ビームＥ１のみが照射される領域Ｗａと、照明装置２２０からの照明ビームＥ２のみが照射される領域Ｗｂとなる。
【００３６】
マスク部３００は、被検知面Ｗを結像させる結像レンズ３１０と、結像レンズ３１０による結像面上に置かれた縦縞状の透過部３２１及び不透過部３２２からなるパターンを有するマスク３２０とを備えている。マスク３２０のピッチφは、図４に示すように、検知対象の凹凸パターンＱのピッチＱｐと後述するように僅かにずれており、モアレが発生しやすい値に設定してある。
【００３７】
撮像部４００は、マスク３２０上に現われた画像をＣＣＤエリアイメージセンサ４２０上に結像する結像レンズ４１０と、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０とを備えている。画像処理部５００は、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０により得られた画像を処理し、被検知面Ｗ上の凹凸パターンＱの有無を判断する。
【００３８】
このように構成された凹凸パターン検知装置１００では、次のようにして被検知面Ｗ上における凹凸パターンＱの有無を検知する。最初に、照明部２００により、被検知面Ｗの領域Ｗａ上に照明ビームＥ１、領域Ｗｂ上に照明ビームＥ２を照射する。
【００３９】
図３に示すように、領域Ｗａにおける凹凸パターンＰの凸部Ｘのうち、照明ビームＥ１の入射側に近いエッジＸｂは、入射した照明ビームＥ１が散乱され、真上から見たときに白く見える。一方、照明ビームＥ１の入射側と反対側のエッジＸａは、凹凸パターンＱの盛り上がりによる影が生じ、黒く見える。従って、凹凸パターンＱの凸部Ｘに斜めから照明した場合には、黒色に見える部分が本来の凸部Ｘが存在している位置よりもやや照明光の入射側と反対側に移動して見えることになる。したがって、被検知面Ｗ上に検知対象の凹凸パターンＱがあった場合、そのパターンの左方向から照明される領域の部分の白黒縞模様は右に僅かにシフトした凹凸パターンＱａとなる。
【００４０】
一方、領域Ｗｂでは、同様のことから右方向から照明される領域の部分の白黒縞模様は左に僅かにシフトした凹凸パターンＱｂとなる。なお、凹凸パターンＱが存在しない場合や、平面的に黒白の縞模様のみが存在する場合はこの現象は生じない。
【００４１】
次に、被検知面Ｗは結像レンズ３１０を介してマスク３２０上に結像される。一定方向にシフトした凹凸パターンＱａ，Ｑｂの像に図４に示すようにマスク３２０を掛ける。これにより、透過部３２１を透過した部分の画像は白い部分と黒い部分とが併存又はいずれか一方を表す画像となる。これらの画像を不透過部３２２の部分を取り除いてつなぎ合せると、図５の（ａ），（ｂ）に示すように明るさが周期的に変化する画像が得られる。なお、図５の（ａ）は領域Ｗａ、図５の（ｂ）は領域Ｗｂを示しており、図５中τは透過部３２１の幅を示している。この画像は、マスク３２０と凹凸パターンＱａ，Ｑｂの像との干渉により、モアレが発生したモアレ画像α，βである。すなわち、パターンの幅に長短が生じた画像が得られ、一定の長さでパターンの幅の変化を観察すると、濃色の多い部分と淡色の多い部分とで濃度変化が生じ、所定の周期が生じている。
【００４２】
領域Ｗａ上と領域Ｗｂ上でのモアレ画像の濃度変化の位相を、図６に示す。上述の右または左へのパターンのわずかな位置シフトにより、モアレ画像の濃度変化の位相は大きく異なったものとなる。
【００４３】
モアレ画像α，βは結像レンズ４１０を介してＣＣＤイメージセンサ４２０に入力される。ここで、モアレ画像αとモアレ画像βに基づいてモアレの位相差を検出する。モアレ画像αとモアレ画像βとの位相差が所定の値を超えている場合には、凹凸パターンＱが存在し、所定の値以下であると凹凸パターンＱが存在していない。
【００４４】
ここで、ＣＣＤイメージセンサ４２０で必要となる解像度は、モアレ画像α，βの位相差を検出できる程度であるため、例えばモアレ画像α，βの周期の４分の１程度となる。すなわち、マスク３２０の周期や凹凸パターンＱの周期より十分に大きいものとなる。
【００４５】
次に、マスク３２０の周期の設定方法について説明する。凹凸パターンＱの周期を２Ｐ、マスクの周期２ｋＰの場合を想定する。モアレ現象の特性よりｋが１に近い値であると、モアレ現象が発生しやすい。マスク周期２ｋＰの前半部分のみ撮像部４００に取り込む、あるいは前半部と後半部を別々のカメラに取り込んで差をとると、図６に示すようにモアレ画像α，βの濃度変化を表すなだらかなグラフが得られる。
【００４６】
このグラフの周期Ｈはおよそ２ｋＰ／｜１−ｋ｜となる。この２ｋＰ／｜１−ｋ｜の周期の中にマスク３２０のパターンは１／｜１−ｋ｜周期分入る。モアレ画像α，βの濃度変化の位相を９０°以上の分解能で読み取るには、凹凸パターンＱの１周期内にマスク３２０のパターンが４周期以上含まれることが望ましいことから、１／｜１−ｋ｜≧４を満たす必要がある。これより、０．７５≦ｋ≦１．２５となっているべきことがわかる。これより、マスク３２０のパターンの周期は凹凸パターンＱの０．７５倍以上１．２５倍以下であることが望ましい。
【００４７】
なお、被検知面Ｗ上に凹凸パターンＱではなく、例えば黒と白の縦縞ラインが平面上に単に描かれている場合には、領域Ｗａ，Ｗｂで照明ビームＥ１，Ｅ２によるシフトが発生しないため、領域Ｗａ，Ｗｂのモアレ画像α，βで濃度変化に位相差が発生しない。
【００４８】
したがって、画像処理部５００では、２種類のモアレ画像α，βの周期の位相差が所定の値を超えていれば凹凸パターンＱが有ると判断し、位相差が所定の値以下であれば、凹凸パターンＱが無いと判断する。
【００４９】
ここで、凹凸パターンＱのシフト量、位相差の相互関係について具体例を挙げて説明する。凹凸の高さが４０μｍ、１つのパターンの幅を１５０μｍとした場合、左右のシフト量は４０μｍ程度となる。このときの、モアレ濃度変化の位相差は、パターンの幅の数倍から数十倍となる。したがって、ＣＣＤイメージセンサ４２０に要求される解像度は数百μｍ〜１ｍｍとなる。
【００５０】
上述したように、本第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置１００によれば、凹凸パターンＱを右ないし左から斜め照明したときに、凸部ＸのエッジＸａ，Ｘｂに生じる影や輝線によって、パターン自体が僅かに左右にシフトしたように見えることを利用し、モアレ現象によるモアレ画像を生成し、その濃度変化の位相差を検知することで凹凸パターンＱの有無を判断することができる。このとき、位相差がシフト量よりも十分に大きくなることから、凹凸パターンＱやシフト量の変化を直接検出することができない低い解像度のＣＣＤイメージセンサ４２０であっても凹凸パターンＱの有無を判断することが可能となる。
【００５１】
なお、凹凸の段差部を詳細に観察して、照明光の散乱や影を捉えることも可能ではあるが、このためには非常に高い解像度で画像を取得し、これに対して画像処理を掛ける必要がある。高い解像度での画像取得は、それだけ強力な光源が不可欠である。モアレ現象を用いた判定方法は、低い解像度で画像取得した場合でも高い精度で位置ずれを判定し、これにより凹凸パターンの有無の確実な判定を可能にする。
【００５２】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る被検知面Ｗ上において凹凸パターンＱの有無を検知する凹凸パターン検知装置６００の全体の構成が示されている。なお、図７において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略した。
【００５３】
凹凸パターン検知装置６００は、被検知面Ｗに対して左右両方向から照明ビームＥ１，Ｅ２を所定の入射角で照射する照明部２００と、被検知面Ｗからの像を分割し、所定のマスクパターンを掛けるマスク部３３０と、マスク部３３０を通過した被検知面Ｗからの画像を撮像する一対の撮像部４００と、画像処理部５００とを備えている。
【００５４】
マスク部３３０は、被検知面Ｗを結像させる結像レンズ３１０と、結像レンズ３１０による結像面上に置かれ縦縞状の透過部３４１及び不透過部３４２からなるパターンを有するマスク３４０と、マスク３４０を透過した光が入力するハーフミラー３３１を備えている。ハーフミラー３３１を透過した光は結像レンズ４１０によりＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。また、ハーフミラー３３１により反射された光は結像レンズ４１０によりＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。
【００５５】
本第２の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置６００によれば、２つのＣＣＤエリアイメージセンサ４２０，４２０に導き、２つの取得画像の差をとっているので、１つのＣＣＤエリアイメージセンサ４２０を用いる上述した凹凸パターン検知装置１００に比べてモアレ画像の濃淡変化の位相差をより正確に測定できる。
【００５６】
図８は凹凸パターン検知装置６００の変形例を示す図である。なお、図８において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略した。
【００５７】
本変形例によれば、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０上に被検知面Ｗを結像させる結像レンズ３６０と、この光路中に配置されたハーフミラー３３１を備えており、ハーフミラー３３１を透過した光はＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。また、ハーフミラー３３１により反射された光はＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。ここで、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の入力面には、マスク３４０，３５０が配置されている。
【００５８】
マスク３４０，３５０のピッチは、検知対象の凹凸パターンＱのピッチと後述するように僅かにずれており、モアレが発生しやすい値に設定してある。また、マスク３４０を透過する像は、マスク３５０を透過しないように設定され、また、マスク３５０を透過する像は、マスク３４０を透過しないように設定されている。
【００５９】
本変形例においても上述した凹凸パターン検知装置６００と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る被検知面Ｗ上において凹凸パターンＱの有無を検知する凹凸パターン検知装置７００の全体の構成が示されている。なお、図９において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略した。
【００６１】
凹凸パターン検知装置７００は、照明部２００と、撮像部４００と、画像処理部５００とを備えている。
【００６２】
撮像部４００は、この結像面３２０上に現われた画像をＣＣＤエリアイメージセンサ４２０上に結像する結像レンズ４１０と、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０とから成る。ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の横方向の画素ピッチは、凹凸パターンＱのピッチの半分から僅かにずれた大きさとなっており、凹凸パターンＱによりモアレ現象を発生しやすい状態に設定されている。
【００６３】
画像処理部５００は、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０により得られた画像に基づいて、被検知面Ｗ面上の所定のパターンの有無を判定する。
【００６４】
このように構成された凹凸パターン検知装置７００では、次のようにして凹凸パターンＱの検知を行う。すなわち、上述した凹凸パターン検知装置１００と同様にして、領域Ｗａ，Ｗｂにおいて凹凸パターンＱが存在すると、凸部Ｘがシフトし、領域Ｗａ，ＷｂにおいてそれぞれパターンＱａ，Ｑｂが生じる。
【００６５】
これに対して、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の画素ピッチが適切に設定されていると、上述した第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置１００におけるマスク３２０を透過した像のみがＣＣＤエリアイメージセンサ４２０で検知するのと同様の状態となり、モアレ現象によるモアレ画像α，βが得られる。したがって、このモアレ画像α，βの濃度変化の位相差を検知すれば、被検知面Ｗ上の検知対象の凹凸パターンＱの有無を判定できる。
【００６６】
なお、モアレ画像α，βの濃度変化の位相差は、横方向に連なる１ライン中において、隣接する奇数番画素の値から偶数番画素の値を引き算する等すれば、容易に知ることが可能である。ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の画素ピッチは、凹凸パターンの周期の０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることが望ましい。
【００６７】
この理由について説明する。すなわち、周期２Ｐをもつ凹凸パターンＱを、画素ピッチｋＰをもつセンサで読み取ったとき、ｋが１に近い値であると、読み取った画像にモアレ現象が発生しやすくなる。画素を１画素おきに飛ばして読む、あるいは奇数番画素の値から右隣の偶数番画素の値を引くと、なだらかな濃度変化のグラフが得られる。
【００６８】
これはモアレの変化を表すグラフであるが、この周期はおよそ２ｋＰ｜１−ｋｌとなる。画素を１画素おきに飛ばして読むと、画素ピッチは２ｋＰに広がり、この２ｋＰ／｜１−ｋ｜の周期の中に画素は１／｜１−ｋ｜個入る。モアレ画像の濃度変化の位相を９０°以上の分解能で読み取るには１周期に４点以上の画素が望ましく、１／｜１−ｋ｜≧４を満たす必要がある。
【００６９】
これより、０．７５≦ｋ≦１．２５となっているべきことがわかる。これより、センサの画素ピッチｋＰは凹凸パターン周期２Ｐの０.３７５倍以上０．６２５倍以下であることが要求される。
【００７０】
上述したように本第３の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置７００によれば、第１の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
図１０には、本発明の第４の実施の形態に係る凹凸パターン検知処理装置８００の構成が示されている。なお、図１０において、上述した図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
凹凸パターン検知処理装置８００は、搬送装置８１０と、照明部８２０と、撮像部８３０と、画像処理部８４０と、凹凸パターンＱの有無に応じて被検体Ｆの次工程の処理を行う処理部８５０から構成されている。
【００７３】
搬送装置８１０は、被検体Ｆを矢印Ｌ方向に搬送するものであり、被検体Ｆの被検知面Ｗを後述するＣＣＤラインイメージセンサ８３１の読取りエリアＨに通過させるように設定されている。
【００７４】
照明部８２０は、被検知面Ｗに対して左または右方向から照明光を大入射角で照射するものであり、ハロゲンランプ及びライン型ライトガイド８２１と８２２から成る光源と、被検知面Ｗの直近に置いた櫛形のスリット８２３と８２４とから構成される。
【００７５】
撮像部８３０は、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１と、このＣＣＤラインイメージセンサ８３１に像を結像する結像レンズ８３２とを備えている。
【００７６】
被検知面Ｗは、搬送装置８１０により。被検知面Ｗ面上のＣＣＤラインイメージセンサの読取りエリアＨは、櫛形のスリットに対応する形で左側ライトガイド８２１からの照明ビームＥ３により左斜め上方から照明される領域Ｈａと、右側ライトガイド８２２の出射口からの照明ビームＥ４により右斜め上方から照明される領域Ｈｂとに分割される。
【００７７】
ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の領域Ｈａ，Ｈｂ上における副走査方向解像度は、凹凸パターンＱのピッチの半分から僅かにずれた大きさとなっており、凹凸パターンＱによりモアレ現象を発生しやすい状態に設定されている。
【００７８】
画像処理部８４０は、撮像部８３０によって得られたモアレ画像α，βに基づいて被検知面Ｗ上の凹凸パターンＱの有無を判定する。
【００７９】
このように構成された凹凸パターン検知装置８００では、次のようにして凹凸パターンＱの検知を行う。すなわち、上述した凹凸パターン検知装置１００と同様にして、領域Ｗａ，Ｗｂにおいて凹凸パターンＱが存在すると、凸部Ｘがシフトし、領域Ｗａ，ＷｂにおいてそれぞれパターンＱａ，Ｑｂが生じる。
【００８０】
これに対して、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の副走査方向の解像度が適切に設定されていると、上述した第３の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置７００と同様に、モアレ現象によるモアレ画像α，βが得られる。したがって、このモアレ画像α，βの濃度変化の位相差を検知すれば、被検知面Ｗ上の検知対象の凹凸パターンＱの有無を判定できる。
【００８１】
なお、モアレ画像α，βの濃度変化の位相差は、横方向に連なる１ライン中において、隣接する奇数番画素の値から偶数番画素の値を引き算する等した結果を比較すれば、容易に知ることが可能である。ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の副走査方向の解像度は、凹凸パターンの周期の０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることが望ましい。これについては、凹凸パターン検知装置７００の画素ピッチを設定した理由と同じである。
【００８２】
上述したように本第４の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置８００によれば、第３の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置７００と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
なお、本第４の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置８００の変形例としては、特定点における濃淡変化検知装置を追加し、その出力信号を参照してＣＣＤラインイメージセンサ８３１の読み取り周期を決める制御信号（シフトパルス）を調整して搬送方向における読み取り周期を調整することも可能である。
【００８４】
例えば、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の読取りエリアＨの近傍の１点にレーザ光線を当て、この反射光を光検出器で受ける。この出力から、検知対象の凹凸パターンに近いと思われる周期の信号成分をバンドパスフィルタにより取り出し、その信号成分の周期とＣＣＤラインイメージセンサ８３１のシフトパルスの周期とが僅かに異なるようにＣＣＤラインイメージセンサ８３１のシフトパルスを調整する。これにより、被検体の個体差によりモアレ現象の発生条件に多少の揺らぎが生じても、安定的にモアレ現象を発生させて凹凸パターンＱを検知できる。また、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１のシフトパルスを調整するのではなく、被検体の搬送速度を調整するようにしてもよい。
【００８５】
なお、本発明は上記第１〜第４の各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、マスクのパターンは必ずしも縦縞模様である必要は無く、同心円状・放射状直線群・斜め交差の直線群２群等であってもよい。このようにすることにより、単に縦縞の凹凸パターンのみでなく、様々な凹凸パターンの有無を検知できる。
【００８６】
また、照明方向は、左右２方向から斜め照明するものの他、ややスキュー角をつけた方向、例えば左上と右下の２方向から斜め照明するものでもよい。このようにすることにより、縦縞の凹凸パターンのみでなく、横縞の凹凸パターンについても影が発生し、凹凸パターン判別に用いることができる。また、向かい合った２方向ではなく、向き合わない２方向、例えば左上と右上の２方向から斜め照明するものでもよい。向かい合った２方向の場合には、凹凸の縞パターンの向きが、照明の向き合った角度と平行になった場合には影が発生せず、凹凸があることが全くわからないが、向き合わない２方向から照明すれば、どのような向きの凹凸パターンが入っても必ず影が発生する。
【００８７】
さらに、照明方向は予め決められた静的な２方向ばかりでなく、時間的に変化する２方向であっても良い。例えば、向かい合った２方向から照明するときの、照明の向き合った角度が時間的に回転するものや、ある時間間隔で切り替わるもの等でも良い。このようにすることにより、どのような向きの凹凸の縞パターンが入っても必ず影が発生し、ある特定の向きの凹凸の縞パターンに対して感度が低いといったことが起こりにくくなる。
【００８８】
さらにまた、照明方向は２方向に限らず、３方向以上であっても良い。このようにすることにより、どのような向きの凹凸の縞パターンが入っても必ず影が発生し、ある特定の向きの凹凸の縞パターンに対して感度が低いといったことが起こりにくくなる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００８９】
（第５の実施の形態）
図１１は本発明の第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０の全体の概略構成を示すブロック図、図１２の（ａ），（ｂ）は凹凸パターン検出装置９１０の測定方法の概要を示す説明図、図１３の（ａ）は凹凸パターン検査装置９１０に組み込まれたＣＣＤラインセンサ９３１を示す下面図、図１４は凹凸パターン検査装置９１０に組み込まれシートＣを搬送する搬送機構９５０の要部を示す説明図である。なお、これらの図中ＭはシートＣの搬送方向、Ｍ′は逆搬送方向、Ｎは被検査面Ｃ１上で搬送方向Ｍに直交する直交方向を示している。さらに、図中Ｄは被検査面Ｃ１上の検査領域を示している。また、シートＣは例えば紙のように柔軟な性質を有するものである。
【００９０】
凹凸パターン検査装置９１０は、検査対象物であるシートＣの被検査面Ｃ１上において１００〜３００μｍピッチの縦縞からなる凹凸パターンＰの有無を検査するものである。なお、被検査面Ｃ１に設けられる凹凸パターンＰは、凸部分Ｔが縦横に直交するパターンで、地部分Ｕは淡色系、例えば白色で、凸部分Ｔが濃色系、例えば黒色の色、形状を持つものである。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、地部分Ｕに濃色系の模様が入ったり、凸部分Ｔが淡色系であっても、凹凸の検出は可能である。
【００９１】
凹凸パターン検査装置９１０は、被検査面Ｃ１に対して逆搬送方向Ｍ′及び直交方向Ｎから照明光Ｒ１，Ｂ１を所定の入射角（例えば６０〜６５°）で照射する照明部９２０と、被検査面Ｃ１からの画像を撮像する撮像部９３０と、この撮像部９３０で撮像された画像を処理し、凹凸パターンＰの有無を判断する画像処理部９４０と、シートＣを所定の搬送方向に搬送する搬送機構９５０と、これら各部を連携動作させる制御部９６０とを備えている。
【００９２】
図１２の（ａ）に示すように、照明部９２０は、一対の照明装置９２１，９２２を備えている。照明装置９２１は、被検査面Ｃ１に対して逆搬送方向Ｍ′側から斜め照明する白色の光源９２１ａと、赤色のフィルタ９２１ｂとを備えている。また、照明装置９２２は、直交方向Ｎ側から斜め照明する白色の光源９２２ａと、青色のフィルタ９２２ｂとを備えている。すなわち、被検査面Ｃ１上では図１２の（ｂ）に示すように赤色光Ｒ１，青色光Ｂ１が照射されることになる。なお、光源９２１ａ，９２２ａを白色ではなく、それぞれ赤色及び青色の光源とすることで、フィルタ９２１ｂ，９２２ｂを省略してもよい。
【００９３】
撮像部９３０は、図１３の（ａ）に示すように、その走査方向が直交方向Ｎに設定されたＣＣＤラインセンサ（撮像素子）９３１を備えている。なお、シートＣを搬送機構９５０により搬送方向Ｍに搬送し、かつ、ＣＣＤラインセンサ９３１により繰り返し直交方向Ｎにおける走査を行うことにより、二次元の画像を得ることができる。また、ＣＣＤラインセンサ９３１は、赤色に反応する画素９３１ａ及び青色に反応する画素９３１ｂの２種類が交互に並べられて形成されている。
【００９４】
画像処理部９４０は、ＣＣＤラインセンサ９３１により得られた二次元の画像を処理し、被検査面Ｃ１上の凹凸パターンＰの有無及び形状を判断し、予め記憶された凹凸パターンＰの形状と比較し、その良否を判別する機能を有している。
【００９５】
搬送機構９５０は、図１４の（ａ）に示すように、シートＣを供給する供給部（不図示）とシートＣを排出する排出部（不図示）との間に配置されたドラム９５１を備えている。シートＣはドラム９５１に円弧状に巻き付くように供給されることで、シートＣが屈曲されて搬送される。また、シートＣが屈曲する位置が検査領域Ｄとなるように設定されている。これにより、照明部９２０と被検査面Ｃ１とが一定の角度θを有した場合であっても照明部９２０とシートＣとが干渉することはない。
【００９６】
このように構成された凹凸パターン検査装置９１０による検査方法について説明する。すなわち、搬送機構９５０により、シートＣが検査領域Ｄまで搬送される。検査領域Ｄに到達したシートＣは、ドラム９５１により上に凸に屈曲される。照明装置９２１及び照明装置９２２によりシートＣの被検査面Ｃ１にそれぞれ赤色光Ｒ１、青色光Ｂ１がそれぞれ入射角θで照射される。
【００９７】
図１５〜図１７は、凹凸パターン検査装置９１０の検査原理を示す説明図である。すなわち、照明装置２１からは赤色光Ｒ１、照明装置９２２からは青色光Ｂ１が照射されることにより、シートＣの検査領域Ｄ上では、凸部Ｔの照射方向の反対側に影が生ずる。すなわち、赤色光Ｒ１に対しては、直交方向Ｎに沿って形成された部位に対応した影Ｓ１が、青色光Ｂ１に対しては、搬送方向Ｍに沿って形成された部位に対応した影Ｓ２がそれぞれ地部分Ｕに生じる。このとき影Ｓ１，Ｓ２の長さは、照射する赤色光Ｒ１、青色光Ｂ１の入射角θと、凸部Ｔの高さＨｔによって決定される。
【００９８】
一方、撮像部９３０においては検査領域Ｄを上方から撮像することにより、２種類の画像が得られる。第１の画像は、図１６の（ａ）に示すように、赤色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１が暗く、その他の部分が明るい画像である。第２の画像は、図１６の（ｂ）に示すように、青色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ２が暗く、その他の部分が明るい画像が得られる。これらの２種類の画像は画像処理部９４０に送られる。
【００９９】
画像処理部９４０では、これら第１及び第２の画像に基づいて画像処理を行い、差分の画像を得る。差分の画像は、図１６の（ｃ）に示すように、凹凸パターンＰの凸部Ｔの濃色部分は相殺され、凹凸パターンＰの影Ｓ１，Ｓ２のみの画像が得られることになる。したがって、影Ｓ１，Ｓ２の有無と長さを求めることにより、凸部Ｔの有無と高さＨｔを求めることが可能となる。
【０１００】
このように凹凸パターン検査装置９１０では、図１７の（ａ）に示すように、凹凸パターンＰが直交方向Ｎに延びている場合には、逆搬送方向Ｍ′からの赤色光による検査領域Ｄの反射画像において図１７の（ｂ）に示すように影Ｓが生じ、直交方向Ｎからの青色光による検査領域Ｄの反射画像においては図１７の（ｃ）に示すように影が生じない。このため、図１７の（ｄ）に示すように、これら反射画像の差分を取った画像においては影Ｓのみを抽出することができることとなり、凹凸パターンＰの検出が可能となる。
【０１０１】
一方、図１８の（ａ）に示すように、凹凸パターンＰが搬送方向Ｍに延びている場合には、逆搬送方向Ｍ′からの赤色光による検査領域Ｄの反射画像においては図１８の（ｂ）に示すように影Ｓが生じず、直交方向Ｎからの青色光による検査領域Ｄの反射画像においては図１８の（ｃ）に示すように影Ｓ′が生じる。このため、図１８の（ｄ）に示すように、これら反射画像の差分を取った画像においては影Ｓ′のみを抽出することができることとなり、凹凸パターンＰの検出が可能となる。
【０１０２】
すなわち、凹凸パターン検出装置９１０によれば、凹凸パターンＰの凸部Ｔの延びる方向がどちらであっても凹凸パターンＰの有無及び高さの検出が可能となる。
【０１０３】
上述したように本第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０によれば、簡単な構成で凹凸パターンＰの形状に関わらずその検出が可能である。また、シートＣを検査領域Ｄの位置で屈曲させているので、照明装置９２１，９２２からの照明光の検査領域Ｄへの入射角を十分に大きくとることができるとともに、シートＣを安定して搬送できるので、より精度の高い検出が可能となる。
【０１０４】
図１３の（ｂ）は、上述した第５の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置１０に組み込まれた撮像部９３０の第１の変形例を示す図である。すなわち、画素が一列に設けられているＣＣＤラインセンサ９３１の代わりに、画素が二列に設けられたＣＣＤラインセンサ９３２を用いても良い。ＣＣＤラインセンサ９３２は、赤色に対応する画素が所定のピッチｐで配置された画素列９３２ａと、青色に対応する画素が所定のピッチｐで配置された画素列９３２ｂが形成されている。この場合、各画素のピッチｐを小さくすることができるので、ＣＣＤラインセンサ９３１を用いた場合に比べ、より高精度の検査を行うことが可能である。
【０１０５】
なお、ＣＣＤラインセンサ９３２においては、同一の検査領域Ｄを撮像するためには、画素列９３２ａ，９３２ｂ間の間隔ｄを補正する必要がある。そこで、シートＣの搬送速度をＶとした場合、時間δだけ画像の取り込みを遅らせることで、同一の検査領域Ｄを撮像することが可能となる。
【０１０６】
この他、ＣＣＤラインセンサではなく、例えばＣＣＤエリアイメージセンサを用いるようにしてもよい。この場合、検査領域Ｄを一度に撮像することにより、画像を取得することが可能である。
【０１０７】
図１４の（ｂ）は、上述した第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置１０に組み込まれた搬送機構９５０の変形例に係る搬送機構９５２を示す図である。搬送機構９５２は、ベルト搬送路９５２ａとローラ９５２ｂとによってシートＣを屈曲させるようにしてもよい。
【０１０８】
（第６の実施の形態）
図１９及び図２０は、図１１に示した本発明の第６の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０Ａの検査原理を示す説明図である。本凹凸パターン検査装置９１０Ａでは撮像部９３０の代わりに撮像部９８０を用いている。すなわち、撮像部９３０では、色を識別できるＣＣＤラインセンサ及びＣＣＤエリアイメージセンサを用いているが、撮像部９８０では、カラーフィルタ９８１，９８２及びモノクロセンサを用いている。
【０１０９】
図１９の（ａ）に示すようなカラーフィルタ９８１は、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の小フィルタ９８１ａ，９８１ｂが直交方向Ｎに沿って交互に配置されている。このようなカラーフィルタ９８１を用いた場合には、赤色光Ｒ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８１ａを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ３を形成する。一方、青色光Ｂ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８１ｂを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ４を形成する。すなわち、凸部Ｔがいずれの画面でもモノクロセンサにより検出できるのに対し、影については小フィルタ９８１ａ，９８１ｂ毎に照射光の方向によって、検出されたり、検出されなかったりすることになる。
【０１１０】
これら２つの画像の差分をとることにより、図１９の（ｂ）に示すような画像が形成される。これにより、凹凸パターンＰを検出することができる。なお、小フィルタ９８１ａ，９８１ｂの大きさはモノクロセンサの画素と１対１で対応する必要は無く、複数の画素が１つの小フィルタに対応するようにしてもよい。
【０１１１】
図２０の（ａ）に示すようなカラーフィルタ９８２は、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の小フィルタ９８２ａ，９８２ｂが直交方向Ｎ及び搬送方向Ｍに沿って桝目状に、かつ、交互に配置されている。このようなカラーフィルタ９８２を用いた場合には、赤色光Ｒ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８２ａを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ５を形成する。一方、青色光Ｂ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８１ｂを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ６を形成する。すなわち、凸部Ｔがいずれの画面でもモノクロセンサにより検出できるのに対し、影については小フィルタ９８２ａ，９８２ｂ毎に照射光の方向によって、検出されたり、検出されなかったりすることになる。
【０１１２】
これら２つの画像の差分をとることにより、図２０の（ｂ）に示すような画像が形成される。これにより、凹凸パターンＰを検出することができる。
【０１１３】
（第７の実施の形態）
図２１の（ａ）は本発明の第７の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０Ａの要部構成を示す図である。図２１において上述した図１１，１２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１４】
凹凸パターン検査装置９１０Ａは、上述した凹凸パターン検査装置９１０の照明部９２０の代わりに照明部９２０Ａ、撮像部９３０の代わりに撮像部９３０Ａ、画像処理部９４０の代わりに画像処理部９４０Ａを備えている。
【０１１５】
照明部９２０Ａは、照明装置９２１，９２２に加え、照明装置９２３が設けられている。照明装置９２３は、被検査面Ｃ１に対して搬送方向Ｍ側から斜め照明する白色の光源９２３ａと、緑色のフィルタ９２３ｂとを備えている。
【０１１６】
撮像部９３０Ａは、ＣＣＤラインセンサは、赤色に反応する画素、青色に反応する画素、緑色に反応する画素の３種類が直交方向Ｎに沿って交互に並べられている。
【０１１７】
画像処理部９４０Ａでは、図２１の（ｂ）に示すような論理回路にて色分離された画像信号が全ての画像の差分が得られるように処理される。
【０１１８】
このように構成された凹凸パターン検査装置９１０Ａによる検査方法について説明する。ここでは図２２の（ａ）に示すような搬送方向Ｍ及び直交方向Ｎの両方向に対し４５°ずつずれた方向に延びる凸部Ｔが形成されている。すなわち、搬送機構により、シートＣが検査領域Ｄまで搬送される。検査領域Ｄでは、照明装置９２１〜９２３によりシートＣの被検査面Ｃ１にそれぞれ赤色光Ｒ１、青色光Ｂ１、緑色光Ｇ１が照射される。
【０１１９】
一方、撮像部９３０Ａにおいては３種類の画像が得られる。１つ目の画像は、図２２の（ｂ）に示すように、赤色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１０が得られる。２つ目の画像は、図２２の（ｃ）に示すように、青色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１１が得られる。３つ目の画像は、図２２の（ｄ）に示すように、緑色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１２が得られる。これらの３種類の画像の差分の画像を画像処理部９４０Ａにて画像処理することにより、図２２の（ｅ）に示す画像、すなわち凸部Ｔは相殺され、影Ｓ１３のみの画像が得られることになる。したがって、その有無と長さを求めることにより、凸部Ｔの有無と高さを求めることが可能となる。
【０１２０】
上述したように、第７の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０Ａによれば、第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０の２つの照明装置９２１，９２２を用いた場合に検出できない斜め方向の凹凸パターンに対しても、効果的に影を抽出することができ、凹凸パターンＰの検出が可能となる。
【０１２１】
なお、本発明は上記第５〜第７の各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態の凹凸パターン検出装置ではシートにより屈曲させていたが、平面の状態であっても検出は可能である。また、シートを屈曲させて搬送する方法は凹凸パターン検出装置以外の検出・測定方法に適用しても良い。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明によれば、低い解像度を有するイメージセンサであっても細かく密集した凹凸パターンを検知することが可能となる。また、検査対象物の凹凸パターンの方向に関わらず検査が可能であり、また、シート状の検査対象物の安定した搬送を行うとともに、照明の入射角を充分にとることで精度の高い検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置の概要を示す説明図。
【図２】同凹凸パターン検知装置による照射領域を示す説明図。
【図３】同凹凸パターン検知装置による検知原理を示す説明図。
【図４】同凹凸パターン検知装置による検知原理を示す説明図。
【図５】同凹凸パターン検知装置による検知原理を示す説明図。
【図６】同凹凸パターン検知装置によるモアレ画像の濃度変化の位相を示す説明図。
【図７】同凹凸パターン検知装置の変形例を示す説明図。
【図８】同凹凸パターン検知装置の別の変形例を示す説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置の概要を示す説明図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る凹凸パターン検知処理装置の概要を示す説明図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置全体の概略構成を示すブロック図。
【図１２】同凹凸パターン検査装置の測定方法の概要を示す説明図。
【図１３】同凹凸パターン検査装置に組み込まれたＣＣＤラインセンサを示す説明図。
【図１４】同凹凸パターン検査装置に組み込まれた搬送機構の要部を示す説明図。
【図１５】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１６】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１７】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１８】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の検出原理を示す説明図。
【図２０】同凹凸パターン検出装置の検出原理を示す説明図。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置を示す図であって、（ａ）は概略構成を示すブロック図、（ｂ）は検査原理を示す説明図。
【図２２】同凹凸パターン検出装置の検出原理を示す説明図。
【図２３】従来の段差検知装置の概要を示す説明図。
【図２４】同段差検知装置による検知原理を示す説明図。
【図２５】従来の凹凸パターン検査装置の一例を示す図。
【図２６】同凹凸パターン検査装置の問題点を示す説明図。
【図２７】同凹凸パターン検査装置の別の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１００…凹凸パターン検知装置
２００…照明部
３００…マスク部
４００…撮像部
５００…画像処理部
９１０，９１０Ａ…凹凸パターン検査装置
９２０，９２０Ａ…照明部
９２１，９２２…照明装置
９３０，９３０Ａ，９８０…撮像部
９３１，９３２…ＣＣＤラインセンサ
９４０，９４０Ａ…画像処理部
９５０…搬送機構
９６０…制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーブラウン管のシャドウパターンの欠陥検査装置、ＩＣのマスタパターンの検査装置、凹凸テクスチャの品質管理装置等のように被検知面上に設けられた凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置及び凹凸パターン検知処理装置に関し、特に微小なパターンを検知できるものに関する。また、被検査面上の微小な凹凸パターンの有無を検出することにより、凹凸パターンの良否を判定する凹凸パターン検査装置に関する。さらに、シート状の検査対象物に対し精度の高い検査を行うことが可能な検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板状体や紙等の被検体の表面（被検知面）にある微小な段差を検知するために段差検知装置が用いられている。例えば、特開平１１−１５３４１１には、照明光に空間変調をかけることで郵便宛名ラベル等のエッジに破線状の特徴的な模様を発生させる手法が開示されている。図２３はこのような段差検知装置の検知原理を示す説明図である。すなわち、結像レンズ１０によるラインイメージセンサ１１の撮像領域２０をスリット１２，１３を用いて短い領域２１，２２に区切り、これらの領域２１，２２のうち奇数番目の領域を右側から、偶数番目の領域を左側からそれぞれ照明装置１４，１５を用いて照明ビームＥａ，Ｅｂにより照明する。被検体３０はラインイメージセンサ１１の撮像領域２０下を図中矢印の方向に搬送される。これにより、郵便物の宛名ラベルのエッジ等、段差の部分においてのみ図２４に示すように破線状の特徴的な模様（図中斜線部分）が発生し、これを画像処理部４０にて抽出することにより、段差の存在を検出できる。
【０００３】
紙等のシートＣの被検査面Ｃ１上に形成された微小な凹凸パターンＰの有無を検出するために従来から様々な方法が採られている。図２５の（ａ）〜（ｃ）はその一例を示す図である。すなわち、左右斜方より向き合うように配置された一対の照明部５１ａ，５１ｂにより検査領域Ｄに光を照射する。各照明部５１ａ，５１ｂと検査領域Ｄとの間には、くし型に形成された一対のスリット５２ａ，５２ｂが配置されている。一対のスリット５２ａ，５２ｂは、図２５の（ｂ）に示すように左右それぞれで、光を通す部分と遮蔽する部分が異なる形状であることから、検査領域Ｄ上で、図２５の（ｃ）に示すように、照射方向が異なる複数の小領域に分割される。この検査領域ＤをＣＣＤカメラ等の撮像部５３にて撮像し、検査領域Ｄからの反射光を電気信号に変換する。検査領域Ｄ内に凹凸パターンＰがあると、光の照射方向に応じて、凹凸パターンＰの前後に輝線又は影が生じ、これらを検出することによって凹凸パターンＰの有無を検出する。
【０００４】
また、特開平１１-１７９２８８に開示されているように、波長特性の異なる複数種の照明光を、それぞれ異なる方向から対象物に照射し、その反射光を波長毎に分岐する色分離手段、例えばダイクロイックミラーで分離して、複数の撮像手段によって各々画像を取得する。これにより、各波長毎に照射方向に応じて、凹凸の前後に輝線、影が生じ、それらを検出することによって、凹凸の有無を検出していた。
【０００５】
一方、このようなシートＣを撮像して何らかの物理量を検出する検出装置において、シートＣを搬送する場合には、通常、検査装置の読取面において、平坦となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の段差検知方法であると次のような問題があった。すなわち、宛名ラベルのように高さ１００μｍ程度の大きな段差であれば解像度の低いイメージセンサでも検知することが可能であるが、これよりもさらに小さい段差が細かく密集しているような凹凸パターンの有無を検知する場合には、解像度の高いイメージセンサが必要となる。また、解像度の高いイメージセンサを用いると、検査・処理に時間がかかり、効率的な検知を行うことができない。
【０００７】
一方、上述した凹凸パターン検査方法では、次のような問題があった。すなわち、照明光を小領域に分割する場合に、例えばくし型のスリットのような光を領域分割する手段が必要である。また、図２６の（ａ）に示すように、縦方向すなわち光の照射方向に交差する方向に凹凸パターンＰが形成されている場合には、その画像は図２６の（ｂ）に示すようなものとなり、照射方向の異なる小領域毎にそれぞれ影Ｓが生じる。この影Ｓに基づいて、凹凸パターンＰを検出することができる。しかしながら、図２６の（ｃ）に示すように、横方向すなわち光の照射方向と同一の方向に凹凸パターンＰが形成されている場合には、その画像は図２６の（ｄ）に示すようなものとなり、影が生じない。このように照明光を小領域に分割する方式では、凹凸パターンＰの形状によっては検出ができないという問題があった。
【０００８】
また、色分離をする方法の場合には、照明の種類に応じた複数の撮像手段が必要となり、装置の構造が大きく、かつ、複雑となる。また、照明の照射方向の組み合わせによっては、凹凸パターンが照射方向との関係により検出ができない場合がある。
【０００９】
図２７の（ａ）はシートＣと照明部５４との位置関係を示す説明図である。シートＣに対し斜方入射する照明部５４を用いた場合には、測定精度を高めるために、その入射角度に一定の角度θが必要となる。しかしながら、角度θを大きくすると、シートＣと照明部５４とが構造的に干渉することになり、照明部５４の配置が困難となる。
【００１０】
図２７の（ｂ）は搬送ベルトから構成された搬送系５５に搬送されているシートＣをその搬送方向から見た模式図、図２７の（ｃ）は斜め方向から見た説明図である。図２７の（ｂ）に示すように、シートＣは搬送中に撓み易く、また、図２７の（ｃ）に示すように、搬送途中でばたつき、図中破線のようにシートＣの厚さ方向の基準位置から離れることがある。これらの現象は特に高速搬送を行う際に顕著となる。検査の精度は、シートＣと撮像部との距離の変動に影響を受けることから、このような搬送系は好ましくない。
【００１１】
特に大入射角の斜方照明の場合には、厚さ方向の変化によりシートＣの照射方向、照度といった特性に大きく影響することから、シートＣを安定に検査位置の基準位置に位置決めすることが重要となる。
【００１２】
そこで本発明は、低い解像度を有するイメージセンサであっても細かく密集した凹凸パターンを検知することができる凹凸パターン検知装置及び凹凸パターン検知処理装置を提供することを目的としている。また、検査対象物の凹凸パターンの方向に関わらず検査が可能な凹凸パターン検査装置を提供することを目的としている。さらに、シート状の検査対象物の安定した搬送を行うとともに、照明の入射角を充分にとることで精度の高い検査ができる検査装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の凹凸パターン検知装置及び凹凸パターン検知処理装置は次のように構成されている。
【００１４】
（１）被検知面上の所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域を前記所定のピッチとは異なるピッチを有するマスクと重ね合せて撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
（２）前記（１）に記載された凹凸パターン検知装置であって、前記凹凸パターンは一定のピッチを有し、前記マスクのパターンは一定のピッチを有するとともに、そのピッチが前記凹凸パターンのピッチの０．７５倍以上１．２５倍以下に設定されていることを特徴とする。
【００１６】
（３）被検知面上の所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域を前記所定のピッチとは異なる画素ピッチを有する複数の画素により撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
（４）前記（３）に記載された凹凸パターン検知装置であって、前記凹凸パターンは所定方向について一定のピッチを有し、前記画素ピッチは前記所定方向について前記凹凸パターンのピッチの０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることを特徴とする。
【００１８】
（５）被検体の被検知面に設けられた所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、所定の搬送方向に搬送される前記被検体の前記被検知面に対して、前記搬送方向と交差するライン状の撮像領域の画像を前記所定のピッチとは異なる解像度で順次入力する撮像手段と、前記撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
（６）前記（５）に記載された凹凸パターン検知装置であって、前記凹凸パターンは所定方向について一定のピッチを有し、前記解像度は前記所定方向について前記凹凸パターンのピッチの０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることを特徴とする。
【００２０】
（７）被検体の被検知面に設けられた所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知することが可能な凹凸パターン検知処理装置において、第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、所定の搬送方向に搬送される前記被検体の被検知面に対して、前記搬送方向と交差するライン状の撮像領域の画像をモアレを発生させる解像度で順次入力する撮像手段と、前記撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段と、この画像処理手段による前記凹凸パターンの有無情報に基づいて前記被検体を処理する被検体処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置１００の全体の概略構成を示す図である。凹凸パターン検知装置１００は、被検知面Ｗ上において１００〜３００μｍピッチの縦縞からなる凹凸パターンＱの有無を検知するものである。なお、被検知面Ｗに設けられる凹凸パターンＱは、凸部分Ｘは濃色、凹部分Ｙは淡色である。なお、凸部分Ｘを黒色、凹部分Ｙを白色、あるいは、凸部分Ｘを不透明、凹部分を透明とするようにしてもよい。さらに、凸部分Ｘと凹部分Ｙとの関係を逆にしてもよい。
【００３３】
凹凸パターン検知装置１００は、被検知面Ｗに対して左右両方向から照明ビーム（照明光）Ｅ１，Ｅ２を所定の入射角（例えば４５°）で照射する照明部２００と、被検知面Ｗの画像に所定のマスクパターン（参照パターン）を重ねるためのマスク部３００と、マスク部３００を通過した被検知面Ｗからの画像を撮像する撮像部４００と、この撮像部４００で撮像された画像を処理し、所定のピッチＱｐを有する凹凸パターンＱの有無を判断する画像処理部５００とを備えている。
【００３４】
照明部２００は、多数の平行で等間隔な照明ビームＥ１，Ｅ２をそれぞれ発する一対の照明装置２１０，２２０を備えている。照明装置２１０は、被検知面Ｗに対して左側から斜め照明する光源２１１と、凹凸パターンＱの縦縞パターンと直交する方向に形成された横縞パターンの透過孔を有するスリット２１２と、投影結像系２１３とを備え、スリット２１２のパターンを被検知面Ｗ上に投影する。また、照明装置２２０は、右側から斜め照明する光源２２１と、横縞状のスリット２２２と、投影結像系２２３とを備え、横縞状のスリット２２２のパターンを被検知面Ｗ上に投影する。
【００３５】
このとき、スリット２１２とスリット２２２との相対的な位置関係を適切に設定することで、被検知面Ｗ上は図２に示されるように横縞状の小領域Ｗａ，Ｗｂに分割される。ここで、各々の小領域Ｗａ，Ｗｂは交互に、照明装置２１０からの照明ビームＥ１のみが照射される領域Ｗａと、照明装置２２０からの照明ビームＥ２のみが照射される領域Ｗｂとなる。
【００３６】
マスク部３００は、被検知面Ｗを結像させる結像レンズ３１０と、結像レンズ３１０による結像面上に置かれた縦縞状の透過部３２１及び不透過部３２２からなるパターンを有するマスク３２０とを備えている。マスク３２０のピッチφは、図４に示すように、検知対象の凹凸パターンＱのピッチＱｐと後述するように僅かにずれており、モアレが発生しやすい値に設定してある。
【００３７】
撮像部４００は、マスク３２０上に現われた画像をＣＣＤエリアイメージセンサ４２０上に結像する結像レンズ４１０と、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０とを備えている。画像処理部５００は、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０により得られた画像を処理し、被検知面Ｗ上の凹凸パターンＱの有無を判断する。
【００３８】
このように構成された凹凸パターン検知装置１００では、次のようにして被検知面Ｗ上における凹凸パターンＱの有無を検知する。最初に、照明部２００により、被検知面Ｗの領域Ｗａ上に照明ビームＥ１、領域Ｗｂ上に照明ビームＥ２を照射する。
【００３９】
図３に示すように、領域Ｗａにおける凹凸パターンＰの凸部Ｘのうち、照明ビームＥ１の入射側に近いエッジＸｂは、入射した照明ビームＥ１が散乱され、真上から見たときに白く見える。一方、照明ビームＥ１の入射側と反対側のエッジＸａは、凹凸パターンＱの盛り上がりによる影が生じ、黒く見える。従って、凹凸パターンＱの凸部Ｘに斜めから照明した場合には、黒色に見える部分が本来の凸部Ｘが存在している位置よりもやや照明光の入射側と反対側に移動して見えることになる。したがって、被検知面Ｗ上に検知対象の凹凸パターンＱがあった場合、そのパターンの左方向から照明される領域の部分の白黒縞模様は右に僅かにシフトした凹凸パターンＱａとなる。
【００４０】
一方、領域Ｗｂでは、同様のことから右方向から照明される領域の部分の白黒縞模様は左に僅かにシフトした凹凸パターンＱｂとなる。なお、凹凸パターンＱが存在しない場合や、平面的に黒白の縞模様のみが存在する場合はこの現象は生じない。
【００４１】
次に、被検知面Ｗは結像レンズ３１０を介してマスク３２０上に結像される。一定方向にシフトした凹凸パターンＱａ，Ｑｂの像に図４に示すようにマスク３２０を掛ける。これにより、透過部３２１を透過した部分の画像は白い部分と黒い部分とが併存又はいずれか一方を表す画像となる。これらの画像を不透過部３２２の部分を取り除いてつなぎ合せると、図５の（ａ），（ｂ）に示すように明るさが周期的に変化する画像が得られる。なお、図５の（ａ）は領域Ｗａ、図５の（ｂ）は領域Ｗｂを示しており、図５中τは透過部３２１の幅を示している。この画像は、マスク３２０と凹凸パターンＱａ，Ｑｂの像との干渉により、モアレが発生したモアレ画像α，βである。すなわち、パターンの幅に長短が生じた画像が得られ、一定の長さでパターンの幅の変化を観察すると、濃色の多い部分と淡色の多い部分とで濃度変化が生じ、所定の周期が生じている。
【００４２】
領域Ｗａ上と領域Ｗｂ上でのモアレ画像の濃度変化の位相を、図６に示す。上述の右または左へのパターンのわずかな位置シフトにより、モアレ画像の濃度変化の位相は大きく異なったものとなる。
【００４３】
モアレ画像α，βは結像レンズ４１０を介してＣＣＤイメージセンサ４２０に入力される。ここで、モアレ画像αとモアレ画像βに基づいてモアレの位相差を検出する。モアレ画像αとモアレ画像βとの位相差が所定の値を超えている場合には、凹凸パターンＱが存在し、所定の値以下であると凹凸パターンＱが存在していない。
【００４４】
ここで、ＣＣＤイメージセンサ４２０で必要となる解像度は、モアレ画像α，βの位相差を検出できる程度であるため、例えばモアレ画像α，βの周期の４分の１程度となる。すなわち、マスク３２０の周期や凹凸パターンＱの周期より十分に大きいものとなる。
【００４５】
次に、マスク３２０の周期の設定方法について説明する。凹凸パターンＱの周期を２Ｐ、マスクの周期２ｋＰの場合を想定する。モアレ現象の特性よりｋが１に近い値であると、モアレ現象が発生しやすい。マスク周期２ｋＰの前半部分のみ撮像部４００に取り込む、あるいは前半部と後半部を別々のカメラに取り込んで差をとると、図６に示すようにモアレ画像α，βの濃度変化を表すなだらかなグラフが得られる。
【００４６】
このグラフの周期Ｈはおよそ２ｋＰ／｜１−ｋ｜となる。この２ｋＰ／｜１−ｋ｜の周期の中にマスク３２０のパターンは１／｜１−ｋ｜周期分入る。モアレ画像α，βの濃度変化の位相を９０°以上の分解能で読み取るには、凹凸パターンＱの１周期内にマスク３２０のパターンが４周期以上含まれることが望ましいことから、１／｜１−ｋ｜≧４を満たす必要がある。これより、０．７５≦ｋ≦１．２５となっているべきことがわかる。これより、マスク３２０のパターンの周期は凹凸パターンＱの０．７５倍以上１．２５倍以下であることが望ましい。
【００４７】
なお、被検知面Ｗ上に凹凸パターンＱではなく、例えば黒と白の縦縞ラインが平面上に単に描かれている場合には、領域Ｗａ，Ｗｂで照明ビームＥ１，Ｅ２によるシフトが発生しないため、領域Ｗａ，Ｗｂのモアレ画像α，βで濃度変化に位相差が発生しない。
【００４８】
したがって、画像処理部５００では、２種類のモアレ画像α，βの周期の位相差が所定の値を超えていれば凹凸パターンＱが有ると判断し、位相差が所定の値以下であれば、凹凸パターンＱが無いと判断する。
【００４９】
ここで、凹凸パターンＱのシフト量、位相差の相互関係について具体例を挙げて説明する。凹凸の高さが４０μｍ、１つのパターンの幅を１５０μｍとした場合、左右のシフト量は４０μｍ程度となる。このときの、モアレ濃度変化の位相差は、パターンの幅の数倍から数十倍となる。したがって、ＣＣＤイメージセンサ４２０に要求される解像度は数百μｍ〜１ｍｍとなる。
【００５０】
上述したように、本第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置１００によれば、凹凸パターンＱを右ないし左から斜め照明したときに、凸部ＸのエッジＸａ，Ｘｂに生じる影や輝線によって、パターン自体が僅かに左右にシフトしたように見えることを利用し、モアレ現象によるモアレ画像を生成し、その濃度変化の位相差を検知することで凹凸パターンＱの有無を判断することができる。このとき、位相差がシフト量よりも十分に大きくなることから、凹凸パターンＱやシフト量の変化を直接検出することができない低い解像度のＣＣＤイメージセンサ４２０であっても凹凸パターンＱの有無を判断することが可能となる。
【００５１】
なお、凹凸の段差部を詳細に観察して、照明光の散乱や影を捉えることも可能ではあるが、このためには非常に高い解像度で画像を取得し、これに対して画像処理を掛ける必要がある。高い解像度での画像取得は、それだけ強力な光源が不可欠である。モアレ現象を用いた判定方法は、低い解像度で画像取得した場合でも高い精度で位置ずれを判定し、これにより凹凸パターンの有無の確実な判定を可能にする。
【００５２】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る被検知面Ｗ上において凹凸パターンＱの有無を検知する凹凸パターン検知装置６００の全体の構成が示されている。なお、図７において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略した。
【００５３】
凹凸パターン検知装置６００は、被検知面Ｗに対して左右両方向から照明ビームＥ１，Ｅ２を所定の入射角で照射する照明部２００と、被検知面Ｗからの像を分割し、所定のマスクパターンを掛けるマスク部３３０と、マスク部３３０を通過した被検知面Ｗからの画像を撮像する一対の撮像部４００と、画像処理部５００とを備えている。
【００５４】
マスク部３３０は、被検知面Ｗを結像させる結像レンズ３１０と、結像レンズ３１０による結像面上に置かれ縦縞状の透過部３４１及び不透過部３４２からなるパターンを有するマスク３４０と、マスク３４０を透過した光が入力するハーフミラー３３１を備えている。ハーフミラー３３１を透過した光は結像レンズ４１０によりＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。また、ハーフミラー３３１により反射された光は結像レンズ４１０によりＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。
【００５５】
本第２の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置６００によれば、２つのＣＣＤエリアイメージセンサ４２０，４２０に導き、２つの取得画像の差をとっているので、１つのＣＣＤエリアイメージセンサ４２０を用いる上述した凹凸パターン検知装置１００に比べてモアレ画像の濃淡変化の位相差をより正確に測定できる。
【００５６】
図８は凹凸パターン検知装置６００の変形例を示す図である。なお、図８において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略した。
【００５７】
本変形例によれば、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０上に被検知面Ｗを結像させる結像レンズ３６０と、この光路中に配置されたハーフミラー３３１を備えており、ハーフミラー３３１を透過した光はＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。また、ハーフミラー３３１により反射された光はＣＣＤエリアイメージセンサ４２０に入力される。ここで、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の入力面には、マスク３４０，３５０が配置されている。
【００５８】
マスク３４０，３５０のピッチは、検知対象の凹凸パターンＱのピッチと後述するように僅かにずれており、モアレが発生しやすい値に設定してある。また、マスク３４０を透過する像は、マスク３５０を透過しないように設定され、また、マスク３５０を透過する像は、マスク３４０を透過しないように設定されている。
【００５９】
本変形例においても上述した凹凸パターン検知装置６００と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る被検知面Ｗ上において凹凸パターンＱの有無を検知する凹凸パターン検知装置７００の全体の構成が示されている。なお、図９において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略した。
【００６１】
凹凸パターン検知装置７００は、照明部２００と、撮像部４００と、画像処理部５００とを備えている。
【００６２】
撮像部４００は、この結像面３２０上に現われた画像をＣＣＤエリアイメージセンサ４２０上に結像する結像レンズ４１０と、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０とから成る。ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の横方向の画素ピッチは、凹凸パターンＱのピッチの半分から僅かにずれた大きさとなっており、凹凸パターンＱによりモアレ現象を発生しやすい状態に設定されている。
【００６３】
画像処理部５００は、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０により得られた画像に基づいて、被検知面Ｗ面上の所定のパターンの有無を判定する。
【００６４】
このように構成された凹凸パターン検知装置７００では、次のようにして凹凸パターンＱの検知を行う。すなわち、上述した凹凸パターン検知装置１００と同様にして、領域Ｗａ，Ｗｂにおいて凹凸パターンＱが存在すると、凸部Ｘがシフトし、領域Ｗａ，ＷｂにおいてそれぞれパターンＱａ，Ｑｂが生じる。
【００６５】
これに対して、ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の画素ピッチが適切に設定されていると、上述した第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置１００におけるマスク３２０を透過した像のみがＣＣＤエリアイメージセンサ４２０で検知するのと同様の状態となり、モアレ現象によるモアレ画像α，βが得られる。したがって、このモアレ画像α，βの濃度変化の位相差を検知すれば、被検知面Ｗ上の検知対象の凹凸パターンＱの有無を判定できる。
【００６６】
なお、モアレ画像α，βの濃度変化の位相差は、横方向に連なる１ライン中において、隣接する奇数番画素の値から偶数番画素の値を引き算する等すれば、容易に知ることが可能である。ＣＣＤエリアイメージセンサ４２０の画素ピッチは、凹凸パターンの周期の０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることが望ましい。
【００６７】
この理由について説明する。すなわち、周期２Ｐをもつ凹凸パターンＱを、画素ピッチｋＰをもつセンサで読み取ったとき、ｋが１に近い値であると、読み取った画像にモアレ現象が発生しやすくなる。画素を１画素おきに飛ばして読む、あるいは奇数番画素の値から右隣の偶数番画素の値を引くと、なだらかな濃度変化のグラフが得られる。
【００６８】
これはモアレの変化を表すグラフであるが、この周期はおよそ２ｋＰ｜１−ｋｌとなる。画素を１画素おきに飛ばして読むと、画素ピッチは２ｋＰに広がり、この２ｋＰ／｜１−ｋ｜の周期の中に画素は１／｜１−ｋ｜個入る。モアレ画像の濃度変化の位相を９０°以上の分解能で読み取るには１周期に４点以上の画素が望ましく、１／｜１−ｋ｜≧４を満たす必要がある。
【００６９】
これより、０．７５≦ｋ≦１．２５となっているべきことがわかる。これより、センサの画素ピッチｋＰは凹凸パターン周期２Ｐの０.３７５倍以上０．６２５倍以下であることが要求される。
【００７０】
上述したように本第３の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置７００によれば、第１の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
図１０には、本発明の第４の実施の形態に係る凹凸パターン検知処理装置８００の構成が示されている。なお、図１０において、上述した図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
凹凸パターン検知処理装置８００は、搬送装置８１０と、照明部８２０と、撮像部８３０と、画像処理部８４０と、凹凸パターンＱの有無に応じて被検体Ｆの次工程の処理を行う処理部８５０から構成されている。
【００７３】
搬送装置８１０は、被検体Ｆを矢印Ｌ方向に搬送するものであり、被検体Ｆの被検知面Ｗを後述するＣＣＤラインイメージセンサ８３１の読取りエリアＨに通過させるように設定されている。
【００７４】
照明部８２０は、被検知面Ｗに対して左または右方向から照明光を大入射角で照射するものであり、ハロゲンランプ及びライン型ライトガイド８２１と８２２から成る光源と、被検知面Ｗの直近に置いた櫛形のスリット８２３と８２４とから構成される。
【００７５】
撮像部８３０は、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１と、このＣＣＤラインイメージセンサ８３１に像を結像する結像レンズ８３２とを備えている。
【００７６】
被検知面Ｗは、搬送装置８１０により。被検知面Ｗ面上のＣＣＤラインイメージセンサの読取りエリアＨは、櫛形のスリットに対応する形で左側ライトガイド８２１からの照明ビームＥ３により左斜め上方から照明される領域Ｈａと、右側ライトガイド８２２の出射口からの照明ビームＥ４により右斜め上方から照明される領域Ｈｂとに分割される。
【００７７】
ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の領域Ｈａ，Ｈｂ上における副走査方向解像度は、凹凸パターンＱのピッチの半分から僅かにずれた大きさとなっており、凹凸パターンＱによりモアレ現象を発生しやすい状態に設定されている。
【００７８】
画像処理部８４０は、撮像部８３０によって得られたモアレ画像α，βに基づいて被検知面Ｗ上の凹凸パターンＱの有無を判定する。
【００７９】
このように構成された凹凸パターン検知装置８００では、次のようにして凹凸パターンＱの検知を行う。すなわち、上述した凹凸パターン検知装置１００と同様にして、領域Ｗａ，Ｗｂにおいて凹凸パターンＱが存在すると、凸部Ｘがシフトし、領域Ｗａ，ＷｂにおいてそれぞれパターンＱａ，Ｑｂが生じる。
【００８０】
これに対して、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の副走査方向の解像度が適切に設定されていると、上述した第３の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置７００と同様に、モアレ現象によるモアレ画像α，βが得られる。したがって、このモアレ画像α，βの濃度変化の位相差を検知すれば、被検知面Ｗ上の検知対象の凹凸パターンＱの有無を判定できる。
【００８１】
なお、モアレ画像α，βの濃度変化の位相差は、横方向に連なる１ライン中において、隣接する奇数番画素の値から偶数番画素の値を引き算する等した結果を比較すれば、容易に知ることが可能である。ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の副走査方向の解像度は、凹凸パターンの周期の０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることが望ましい。これについては、凹凸パターン検知装置７００の画素ピッチを設定した理由と同じである。
【００８２】
上述したように本第４の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置８００によれば、第３の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置７００と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
なお、本第４の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置８００の変形例としては、特定点における濃淡変化検知装置を追加し、その出力信号を参照してＣＣＤラインイメージセンサ８３１の読み取り周期を決める制御信号（シフトパルス）を調整して搬送方向における読み取り周期を調整することも可能である。
【００８４】
例えば、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１の読取りエリアＨの近傍の１点にレーザ光線を当て、この反射光を光検出器で受ける。この出力から、検知対象の凹凸パターンに近いと思われる周期の信号成分をバンドパスフィルタにより取り出し、その信号成分の周期とＣＣＤラインイメージセンサ８３１のシフトパルスの周期とが僅かに異なるようにＣＣＤラインイメージセンサ８３１のシフトパルスを調整する。これにより、被検体の個体差によりモアレ現象の発生条件に多少の揺らぎが生じても、安定的にモアレ現象を発生させて凹凸パターンＱを検知できる。また、ＣＣＤラインイメージセンサ８３１のシフトパルスを調整するのではなく、被検体の搬送速度を調整するようにしてもよい。
【００８５】
なお、本発明は上記第１〜第４の各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、マスクのパターンは必ずしも縦縞模様である必要は無く、同心円状・放射状直線群・斜め交差の直線群２群等であってもよい。このようにすることにより、単に縦縞の凹凸パターンのみでなく、様々な凹凸パターンの有無を検知できる。
【００８６】
また、照明方向は、左右２方向から斜め照明するものの他、ややスキュー角をつけた方向、例えば左上と右下の２方向から斜め照明するものでもよい。このようにすることにより、縦縞の凹凸パターンのみでなく、横縞の凹凸パターンについても影が発生し、凹凸パターン判別に用いることができる。また、向かい合った２方向ではなく、向き合わない２方向、例えば左上と右上の２方向から斜め照明するものでもよい。向かい合った２方向の場合には、凹凸の縞パターンの向きが、照明の向き合った角度と平行になった場合には影が発生せず、凹凸があることが全くわからないが、向き合わない２方向から照明すれば、どのような向きの凹凸パターンが入っても必ず影が発生する。
【００８７】
さらに、照明方向は予め決められた静的な２方向ばかりでなく、時間的に変化する２方向であっても良い。例えば、向かい合った２方向から照明するときの、照明の向き合った角度が時間的に回転するものや、ある時間間隔で切り替わるもの等でも良い。このようにすることにより、どのような向きの凹凸の縞パターンが入っても必ず影が発生し、ある特定の向きの凹凸の縞パターンに対して感度が低いといったことが起こりにくくなる。
【００８８】
さらにまた、照明方向は２方向に限らず、３方向以上であっても良い。このようにすることにより、どのような向きの凹凸の縞パターンが入っても必ず影が発生し、ある特定の向きの凹凸の縞パターンに対して感度が低いといったことが起こりにくくなる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００８９】
（第５の実施の形態）
図１１は本発明の第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０の全体の概略構成を示すブロック図、図１２の（ａ），（ｂ）は凹凸パターン検出装置９１０の測定方法の概要を示す説明図、図１３の（ａ）は凹凸パターン検査装置９１０に組み込まれたＣＣＤラインセンサ９３１を示す下面図、図１４は凹凸パターン検査装置９１０に組み込まれシートＣを搬送する搬送機構９５０の要部を示す説明図である。なお、これらの図中ＭはシートＣの搬送方向、Ｍ′は逆搬送方向、Ｎは被検査面Ｃ１上で搬送方向Ｍに直交する直交方向を示している。さらに、図中Ｄは被検査面Ｃ１上の検査領域を示している。また、シートＣは例えば紙のように柔軟な性質を有するものである。
【００９０】
凹凸パターン検査装置９１０は、検査対象物であるシートＣの被検査面Ｃ１上において１００〜３００μｍピッチの縦縞からなる凹凸パターンＰの有無を検査するものである。なお、被検査面Ｃ１に設けられる凹凸パターンＰは、凸部分Ｔが縦横に直交するパターンで、地部分Ｕは淡色系、例えば白色で、凸部分Ｔが濃色系、例えば黒色の色、形状を持つものである。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、地部分Ｕに濃色系の模様が入ったり、凸部分Ｔが淡色系であっても、凹凸の検出は可能である。
【００９１】
凹凸パターン検査装置９１０は、被検査面Ｃ１に対して逆搬送方向Ｍ′及び直交方向Ｎから照明光Ｒ１，Ｂ１を所定の入射角（例えば６０〜６５°）で照射する照明部９２０と、被検査面Ｃ１からの画像を撮像する撮像部９３０と、この撮像部９３０で撮像された画像を処理し、凹凸パターンＰの有無を判断する画像処理部９４０と、シートＣを所定の搬送方向に搬送する搬送機構９５０と、これら各部を連携動作させる制御部９６０とを備えている。
【００９２】
図１２の（ａ）に示すように、照明部９２０は、一対の照明装置９２１，９２２を備えている。照明装置９２１は、被検査面Ｃ１に対して逆搬送方向Ｍ′側から斜め照明する白色の光源９２１ａと、赤色のフィルタ９２１ｂとを備えている。また、照明装置９２２は、直交方向Ｎ側から斜め照明する白色の光源９２２ａと、青色のフィルタ９２２ｂとを備えている。すなわち、被検査面Ｃ１上では図１２の（ｂ）に示すように赤色光Ｒ１，青色光Ｂ１が照射されることになる。なお、光源９２１ａ，９２２ａを白色ではなく、それぞれ赤色及び青色の光源とすることで、フィルタ９２１ｂ，９２２ｂを省略してもよい。
【００９３】
撮像部９３０は、図１３の（ａ）に示すように、その走査方向が直交方向Ｎに設定されたＣＣＤラインセンサ（撮像素子）９３１を備えている。なお、シートＣを搬送機構９５０により搬送方向Ｍに搬送し、かつ、ＣＣＤラインセンサ９３１により繰り返し直交方向Ｎにおける走査を行うことにより、二次元の画像を得ることができる。また、ＣＣＤラインセンサ９３１は、赤色に反応する画素９３１ａ及び青色に反応する画素９３１ｂの２種類が交互に並べられて形成されている。
【００９４】
画像処理部９４０は、ＣＣＤラインセンサ９３１により得られた二次元の画像を処理し、被検査面Ｃ１上の凹凸パターンＰの有無及び形状を判断し、予め記憶された凹凸パターンＰの形状と比較し、その良否を判別する機能を有している。
【００９５】
搬送機構９５０は、図１４の（ａ）に示すように、シートＣを供給する供給部（不図示）とシートＣを排出する排出部（不図示）との間に配置されたドラム９５１を備えている。シートＣはドラム９５１に円弧状に巻き付くように供給されることで、シートＣが屈曲されて搬送される。また、シートＣが屈曲する位置が検査領域Ｄとなるように設定されている。これにより、照明部９２０と被検査面Ｃ１とが一定の角度θを有した場合であっても照明部９２０とシートＣとが干渉することはない。
【００９６】
このように構成された凹凸パターン検査装置９１０による検査方法について説明する。すなわち、搬送機構９５０により、シートＣが検査領域Ｄまで搬送される。検査領域Ｄに到達したシートＣは、ドラム９５１により上に凸に屈曲される。照明装置９２１及び照明装置９２２によりシートＣの被検査面Ｃ１にそれぞれ赤色光Ｒ１、青色光Ｂ１がそれぞれ入射角θで照射される。
【００９７】
図１５〜図１７は、凹凸パターン検査装置９１０の検査原理を示す説明図である。すなわち、照明装置２１からは赤色光Ｒ１、照明装置９２２からは青色光Ｂ１が照射されることにより、シートＣの検査領域Ｄ上では、凸部Ｔの照射方向の反対側に影が生ずる。すなわち、赤色光Ｒ１に対しては、直交方向Ｎに沿って形成された部位に対応した影Ｓ１が、青色光Ｂ１に対しては、搬送方向Ｍに沿って形成された部位に対応した影Ｓ２がそれぞれ地部分Ｕに生じる。このとき影Ｓ１，Ｓ２の長さは、照射する赤色光Ｒ１、青色光Ｂ１の入射角θと、凸部Ｔの高さＨｔによって決定される。
【００９８】
一方、撮像部９３０においては検査領域Ｄを上方から撮像することにより、２種類の画像が得られる。第１の画像は、図１６の（ａ）に示すように、赤色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１が暗く、その他の部分が明るい画像である。第２の画像は、図１６の（ｂ）に示すように、青色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ２が暗く、その他の部分が明るい画像が得られる。これらの２種類の画像は画像処理部９４０に送られる。
【００９９】
画像処理部９４０では、これら第１及び第２の画像に基づいて画像処理を行い、差分の画像を得る。差分の画像は、図１６の（ｃ）に示すように、凹凸パターンＰの凸部Ｔの濃色部分は相殺され、凹凸パターンＰの影Ｓ１，Ｓ２のみの画像が得られることになる。したがって、影Ｓ１，Ｓ２の有無と長さを求めることにより、凸部Ｔの有無と高さＨｔを求めることが可能となる。
【０１００】
このように凹凸パターン検査装置９１０では、図１７の（ａ）に示すように、凹凸パターンＰが直交方向Ｎに延びている場合には、逆搬送方向Ｍ′からの赤色光による検査領域Ｄの反射画像において図１７の（ｂ）に示すように影Ｓが生じ、直交方向Ｎからの青色光による検査領域Ｄの反射画像においては図１７の（ｃ）に示すように影が生じない。このため、図１７の（ｄ）に示すように、これら反射画像の差分を取った画像においては影Ｓのみを抽出することができることとなり、凹凸パターンＰの検出が可能となる。
【０１０１】
一方、図１８の（ａ）に示すように、凹凸パターンＰが搬送方向Ｍに延びている場合には、逆搬送方向Ｍ′からの赤色光による検査領域Ｄの反射画像においては図１８の（ｂ）に示すように影Ｓが生じず、直交方向Ｎからの青色光による検査領域Ｄの反射画像においては図１８の（ｃ）に示すように影Ｓ′が生じる。このため、図１８の（ｄ）に示すように、これら反射画像の差分を取った画像においては影Ｓ′のみを抽出することができることとなり、凹凸パターンＰの検出が可能となる。
【０１０２】
すなわち、凹凸パターン検出装置９１０によれば、凹凸パターンＰの凸部Ｔの延びる方向がどちらであっても凹凸パターンＰの有無及び高さの検出が可能となる。
【０１０３】
上述したように本第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０によれば、簡単な構成で凹凸パターンＰの形状に関わらずその検出が可能である。また、シートＣを検査領域Ｄの位置で屈曲させているので、照明装置９２１，９２２からの照明光の検査領域Ｄへの入射角を十分に大きくとることができるとともに、シートＣを安定して搬送できるので、より精度の高い検出が可能となる。
【０１０４】
図１３の（ｂ）は、上述した第５の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置１０に組み込まれた撮像部９３０の第１の変形例を示す図である。すなわち、画素が一列に設けられているＣＣＤラインセンサ９３１の代わりに、画素が二列に設けられたＣＣＤラインセンサ９３２を用いても良い。ＣＣＤラインセンサ９３２は、赤色に対応する画素が所定のピッチｐで配置された画素列９３２ａと、青色に対応する画素が所定のピッチｐで配置された画素列９３２ｂが形成されている。この場合、各画素のピッチｐを小さくすることができるので、ＣＣＤラインセンサ９３１を用いた場合に比べ、より高精度の検査を行うことが可能である。
【０１０５】
なお、ＣＣＤラインセンサ９３２においては、同一の検査領域Ｄを撮像するためには、画素列９３２ａ，９３２ｂ間の間隔ｄを補正する必要がある。そこで、シートＣの搬送速度をＶとした場合、時間δだけ画像の取り込みを遅らせることで、同一の検査領域Ｄを撮像することが可能となる。
【０１０６】
この他、ＣＣＤラインセンサではなく、例えばＣＣＤエリアイメージセンサを用いるようにしてもよい。この場合、検査領域Ｄを一度に撮像することにより、画像を取得することが可能である。
【０１０７】
図１４の（ｂ）は、上述した第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置１０に組み込まれた搬送機構９５０の変形例に係る搬送機構９５２を示す図である。搬送機構９５２は、ベルト搬送路９５２ａとローラ９５２ｂとによってシートＣを屈曲させるようにしてもよい。
【０１０８】
（第６の実施の形態）
図１９及び図２０は、図１１に示した本発明の第６の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０Ａの検査原理を示す説明図である。本凹凸パターン検査装置９１０Ａでは撮像部９３０の代わりに撮像部９８０を用いている。すなわち、撮像部９３０では、色を識別できるＣＣＤラインセンサ及びＣＣＤエリアイメージセンサを用いているが、撮像部９８０では、カラーフィルタ９８１，９８２及びモノクロセンサを用いている。
【０１０９】
図１９の（ａ）に示すようなカラーフィルタ９８１は、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の小フィルタ９８１ａ，９８１ｂが直交方向Ｎに沿って交互に配置されている。このようなカラーフィルタ９８１を用いた場合には、赤色光Ｒ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８１ａを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ３を形成する。一方、青色光Ｂ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８１ｂを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ４を形成する。すなわち、凸部Ｔがいずれの画面でもモノクロセンサにより検出できるのに対し、影については小フィルタ９８１ａ，９８１ｂ毎に照射光の方向によって、検出されたり、検出されなかったりすることになる。
【０１１０】
これら２つの画像の差分をとることにより、図１９の（ｂ）に示すような画像が形成される。これにより、凹凸パターンＰを検出することができる。なお、小フィルタ９８１ａ，９８１ｂの大きさはモノクロセンサの画素と１対１で対応する必要は無く、複数の画素が１つの小フィルタに対応するようにしてもよい。
【０１１１】
図２０の（ａ）に示すようなカラーフィルタ９８２は、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の小フィルタ９８２ａ，９８２ｂが直交方向Ｎ及び搬送方向Ｍに沿って桝目状に、かつ、交互に配置されている。このようなカラーフィルタ９８２を用いた場合には、赤色光Ｒ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８２ａを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ５を形成する。一方、青色光Ｂ１による検査領域Ｄの反射画像は小フィルタ９８１ｂを透過して、凸部Ｔ及び影Ｓ６を形成する。すなわち、凸部Ｔがいずれの画面でもモノクロセンサにより検出できるのに対し、影については小フィルタ９８２ａ，９８２ｂ毎に照射光の方向によって、検出されたり、検出されなかったりすることになる。
【０１１２】
これら２つの画像の差分をとることにより、図２０の（ｂ）に示すような画像が形成される。これにより、凹凸パターンＰを検出することができる。
【０１１３】
（第７の実施の形態）
図２１の（ａ）は本発明の第７の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０Ａの要部構成を示す図である。図２１において上述した図１１，１２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１４】
凹凸パターン検査装置９１０Ａは、上述した凹凸パターン検査装置９１０の照明部９２０の代わりに照明部９２０Ａ、撮像部９３０の代わりに撮像部９３０Ａ、画像処理部９４０の代わりに画像処理部９４０Ａを備えている。
【０１１５】
照明部９２０Ａは、照明装置９２１，９２２に加え、照明装置９２３が設けられている。照明装置９２３は、被検査面Ｃ１に対して搬送方向Ｍ側から斜め照明する白色の光源９２３ａと、緑色のフィルタ９２３ｂとを備えている。
【０１１６】
撮像部９３０Ａは、ＣＣＤラインセンサは、赤色に反応する画素、青色に反応する画素、緑色に反応する画素の３種類が直交方向Ｎに沿って交互に並べられている。
【０１１７】
画像処理部９４０Ａでは、図２１の（ｂ）に示すような論理回路にて色分離された画像信号が全ての画像の差分が得られるように処理される。
【０１１８】
このように構成された凹凸パターン検査装置９１０Ａによる検査方法について説明する。ここでは図２２の（ａ）に示すような搬送方向Ｍ及び直交方向Ｎの両方向に対し４５°ずつずれた方向に延びる凸部Ｔが形成されている。すなわち、搬送機構により、シートＣが検査領域Ｄまで搬送される。検査領域Ｄでは、照明装置９２１〜９２３によりシートＣの被検査面Ｃ１にそれぞれ赤色光Ｒ１、青色光Ｂ１、緑色光Ｇ１が照射される。
【０１１９】
一方、撮像部９３０Ａにおいては３種類の画像が得られる。１つ目の画像は、図２２の（ｂ）に示すように、赤色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１０が得られる。２つ目の画像は、図２２の（ｃ）に示すように、青色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１１が得られる。３つ目の画像は、図２２の（ｄ）に示すように、緑色に感度を持つ画素による画像、すなわち凹凸パターンＰの凸部Ｔ及びその影Ｓ１２が得られる。これらの３種類の画像の差分の画像を画像処理部９４０Ａにて画像処理することにより、図２２の（ｅ）に示す画像、すなわち凸部Ｔは相殺され、影Ｓ１３のみの画像が得られることになる。したがって、その有無と長さを求めることにより、凸部Ｔの有無と高さを求めることが可能となる。
【０１２０】
上述したように、第７の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０Ａによれば、第５の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置９１０の２つの照明装置９２１，９２２を用いた場合に検出できない斜め方向の凹凸パターンに対しても、効果的に影を抽出することができ、凹凸パターンＰの検出が可能となる。
【０１２１】
なお、本発明は上記第５〜第７の各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態の凹凸パターン検出装置ではシートにより屈曲させていたが、平面の状態であっても検出は可能である。また、シートを屈曲させて搬送する方法は凹凸パターン検出装置以外の検出・測定方法に適用しても良い。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明によれば、低い解像度を有するイメージセンサであっても細かく密集した凹凸パターンを検知することが可能となる。また、検査対象物の凹凸パターンの方向に関わらず検査が可能であり、また、シート状の検査対象物の安定した搬送を行うとともに、照明の入射角を充分にとることで精度の高い検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置の概要を示す説明図。
【図２】同凹凸パターン検知装置による照射領域を示す説明図。
【図３】同凹凸パターン検知装置による検知原理を示す説明図。
【図４】同凹凸パターン検知装置による検知原理を示す説明図。
【図５】同凹凸パターン検知装置による検知原理を示す説明図。
【図６】同凹凸パターン検知装置によるモアレ画像の濃度変化の位相を示す説明図。
【図７】同凹凸パターン検知装置の変形例を示す説明図。
【図８】同凹凸パターン検知装置の別の変形例を示す説明図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る凹凸パターン検知装置の概要を示す説明図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る凹凸パターン検知処理装置の概要を示す説明図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置全体の概略構成を示すブロック図。
【図１２】同凹凸パターン検査装置の測定方法の概要を示す説明図。
【図１３】同凹凸パターン検査装置に組み込まれたＣＣＤラインセンサを示す説明図。
【図１４】同凹凸パターン検査装置に組み込まれた搬送機構の要部を示す説明図。
【図１５】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１６】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１７】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１８】同凹凸パターン検査装置による検査原理を示す説明図。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の検出原理を示す説明図。
【図２０】同凹凸パターン検出装置の検出原理を示す説明図。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る凹凸パターン検査装置を示す図であって、（ａ）は概略構成を示すブロック図、（ｂ）は検査原理を示す説明図。
【図２２】同凹凸パターン検出装置の検出原理を示す説明図。
【図２３】従来の段差検知装置の概要を示す説明図。
【図２４】同段差検知装置による検知原理を示す説明図。
【図２５】従来の凹凸パターン検査装置の一例を示す図。
【図２６】同凹凸パターン検査装置の問題点を示す説明図。
【図２７】同凹凸パターン検査装置の別の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１００…凹凸パターン検知装置
２００…照明部
３００…マスク部
４００…撮像部
５００…画像処理部
９１０，９１０Ａ…凹凸パターン検査装置
９２０，９２０Ａ…照明部
９２１，９２２…照明装置
９３０，９３０Ａ，９８０…撮像部
９３１，９３２…ＣＣＤラインセンサ
９４０，９４０Ａ…画像処理部
９５０…搬送機構
９６０…制御部
Claims (7)
- 被検知面上の所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、
第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、
前記第１の照射領域および前記第２の照射領域を前記所定のピッチとは異なるピッチを有するマスクと重ね合せて撮像する撮像手段と、
この撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする凹凸パターン検知装置。 - 前記凹凸パターンは一定のピッチを有し、
前記マスクのパターンは一定のピッチを有するとともに、そのピッチが前記凹凸パターンのピッチの０．７５倍以上１．２５倍以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の凹凸パターン検知装置。 - 被検知面上の所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、
第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、
前記第１の照射領域および前記第２の照射領域を前記所定のピッチとは異なる画素ピッチを有する複数の画素により撮像する撮像手段と、
この撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする凹凸パターン検知装置。 - 前記凹凸パターンは所定方向について一定のピッチを有し、
前記画素ピッチは前記所定方向について前記凹凸パターンのピッチの０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることを特徴とする請求項３記載の凹凸パターン検知装置。 - 被検体の被検知面に設けられた所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知する凹凸パターン検知装置において、
第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、
所定の搬送方向に搬送される前記被検体の前記被検知面に対して、前記搬送方向と交差するライン状の撮像領域の画像を前記所定のピッチとは異なる解像度で順次入力する撮像手段と、
前記撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域と前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段とを備えていることを特徴とする凹凸パターン検知装置。 - 前記凹凸パターンは所定方向について一定のピッチを有し、
前記解像度は前記所定方向について前記凹凸パターンのピッチの０．３７５倍以上０．６２５倍以下であることを特徴とする請求項５記載の凹凸パターン検知装置。 - 被検体の被検知面に設けられた所定のピッチを有する凹凸パターンの有無を検知することが可能な凹凸パターン検知処理装置において、
第１の照射光を前記被検知面の第１の照射領域に照射し、前記第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に前記第１の照射光とは異なる方向から第２の照射光を照射する照明手段と、
所定の搬送方向に搬送される前記被検体の被検知面に対して、前記搬送方向と交差するライン状の撮像領域の画像をモアレを発生させる解像度で順次入力する撮像手段と、
前記撮像手段によって得られるモアレ画像の濃度変化を検出し、前記第１の照射領域および前記第２の照射領域とのモアレ画像の濃度変化の位相差を検知することで前記凹凸パターンの有無を判断する画像処理手段と、
この画像処理手段による前記凹凸パターンの有無情報に基づいて前記被検体を処理する被検体処理手段とを備えていることを特徴とする凹凸パターン検知処理装置。
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