JP4815796B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明性を有する検査体からムラやキズ等の欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。

フィルムやプラスチック板等の透明性を有する帯状物を生産する過程において、生産品の表面に、異物の混入、スジ状のキズ、ムラ等の欠陥が発生することがある。従来、このような欠陥は、オフラインで目視による抜き取り検査や、光学式の検出装置等により検出してきた。

上記光学式検出装置のうち、検査体上のピンホールやゴミ等による欠陥を検出対象としたもの例としては、検査体上に影を作り、この影内における乱反射の像を暗視野感度領域でラインセンサカメラにより撮像し、得られた画像信号を積算差分法で信号強調することによって、微小な凹凸欠陥を検出することができる装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、擦りキズによる欠陥の検出を対象としたものとしては、検査体に照射した検査光を偏光フィルタを介してラインセンサカメラにより受光して、画像信号を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の技術では、検出された画像信号に対し、隣接相関処理を施して隣接する信号間の相関性を求めることにより、擦りキズのようにある方向に連続性のある欠陥信号のみを強調し、欠陥信号の検出精度を向上させることができる。

また、連続的な変化の中に現れる局所的な変化（欠陥部分）を抽出するために、エリアセンサやラインセンサ等の撮像管により検出された信号に対し、平坦化処理を施して連続的な変化を取り除き、局所的な変化のみを抽出する処理を行う方法についても開示されている（例えば、特許文献３参照）。

さらに、検査体に光を照射し、その反射光又は透過光をセンサで受光する方式において、検査体の表面又は内面の材質や厚み等の変化によって光が拡散し、その拡散によって生じる光の明暗パターンが最大となる位置にセンサを配置することにより、検査体の内面又は表面における変化を信号として検出することができるセンサ方式についても開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平７−２０９１９９号公報 特開２００２−２９２８２０号公報 特開平１１−６６３１１号公報 特開２００２−２８６４２８号公報

しかしながら、異物や擦りキズ等による比較的検出しやすい欠陥ではなく、例えば３０〜４０Ｈｚ等、非常に低周波で信号強度として微弱な信号として検出される微弱ムラ状欠陥を検出対象とする場合、その信号の検出は困難であり、検査体が感光性のフィルムの場合、発生する微弱なムラ状欠陥は、現像して初めて視認できるレベルのものである。上記特許文献１〜３に記載の信号検出方式では、検査体の表面にピントを合わせて撮像し、その画像信号を検出しているが、検出対象が上記の微弱なムラ状欠陥である場合、ピントの合わせ方によっては、微弱ムラ状欠陥を信号として捕らえることができない。そのため、画像信号に対して信号を強調する処理を施しても欠陥信号として検出することができない。

また、ラインセンサやエリアセンサ等、複数の光電変換素子が配置されたセンサは、個々の素子が有する輝度特性や、レンズ、照明系等の影響により、全ての光電変換素子を同じ感度とすることが難しく、シェーディングが発生する。通常は、このようなセンサにより得られた検出信号に対し、シェーディングを相殺するような処理を施してシェーディング補正を行うが、検出対象とするムラ状欠陥は、欠陥に相当する部分の周波数成分と外乱の周波数成分とが近しいため、シェーディング補正により欠陥に相当する信号も除去しかねない。よって、このような微弱なムラ状欠陥を検出対象とする場合には、シェーディング補正を施すことは好ましくない。

一方、上記特許文献４に記載の信号検出方式によれば、検査体における厚み等の変化部分において光の屈折により生じるその強弱パターンが最大となる位置にセンサが配置されているため、その強度分布から微弱な欠陥も信号として検出することはできる。しかしながら、通常、検出信号には高周波数のノイズも含まれているため、本技術だけではこのような検出信号から欠陥信号を他の正常部分の信号と区別して抽出することができない。

そこで、特許文献４に記載の信号検出方式により検出された検出信号に対し、特許文献１に記載の積算差分法による信号強調処理や、特許文献２に記載の隣接相関処理を施すことにより検出信号から欠陥信号を抽出することも考えられるが、検出信号に含まれる高周波な地合ノイズの影響により、抽出精度が低くなることが予想される。

さらに、特許文献３に記載の平坦化処理を適用することも考えられるが、検出対象とする微弱ムラ状欠陥は、連続的な変化の中で現れるものではなく、不連続な変化の中で局所的な変化として現れるものである。上記平坦化処理は、連続的な変化の中で現れる局所的な変化を抽出することを目的としており、不連続な変化におけ欠陥信号を抽出することは困難である。

本発明の課題は、微弱ムラ状欠陥の検出精度が高い欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、欠陥検査装置において、
半透明の検査体に対して光を照射する投光部と、前記検査体からの透過光を受光する受光部と、を有し、当該受光部により受光された光の光量に応じた信号を生成する信号検出手段と、
前記信号検出手段により生成された検出信号に対し、信号強調処理を施す信号処理手段と、
を備え、
前記受光部は、集光レンズと、前記集光レンズで集光した光の強弱パターンの光像の大きさを調整する倍率アップレンズと、前記倍率アップレンズで調整された光像を受光するＣＣＤと、を備え、前記倍率アップレンズの倍率調整により光の強弱パターンとＣＣＤの受光面のサイズを略一致するように構成され、
前記信号処理手段は、
前記信号検出手段により生成された検出信号に対して移動平均によるローパスフィルタを適用してノイズ除去処理を施すノイズ除去手段と、
前記ノイズ除去処理後の信号に対し、前記検査体の搬送方向に直交する主走査方向に配列した信号において注目信号を走査させ、当該注目信号から第１の所定範囲内に位置する隣接信号の信号値を積算した積算値と前記第１の所定範囲分だけ前記主走査方向にシフトした範囲内に位置する信号の信号値を積算し、得られた各積算値の差分を求めてこれを注目信号の信号値として出力することにより信号の強調を行う積算差分処理を施す積算差分処理手段と、
前記ノイズ除去処理後の信号又は前記積算差分処理後の信号に対し、前記検査体の搬送方向である副走査方向に互いに隣接する主走査ラインの、前記主走査方向における位置が互いに対応する位置関係にある第２の所定範囲毎の信号の相関係数を、当該第２の所定範囲内の信号値の共分散を算出し当該算出された共分散を前記隣接する主走査ライン同士の前記第２の所定範囲内の信号値の標準偏差の積で除算することにより求め、求められた相関係数を信号強調処理後の信号として出力することにより欠陥部分の信号の強調を行う相互相関処理を施す相互相関処理手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、
予め各種欠陥に応じて設定されている閾値に基づいて、前記信号処理手段により強調された処理信号における欠陥信号の有無を判定する欠陥判定手段と、
前記欠陥判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の欠陥検査装置において、
前記信号処理手段は、検出対象とする欠陥に応じた信号単位で信号強調処理を施すことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の欠陥検査装置において、
前記信号処理手段は、検出対象とする欠陥の種類が複数ある場合、各種類の欠陥に応じた信号単位で、その各種類の欠陥に応じた信号強調処理を並列に実行することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の欠陥検査装置において、
前記信号処理手段は、前記ノイズ除去処理として、移動平均によるローパスフィルタを適用し、その移動平均点数を検出対象の欠陥に応じた点数とすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検査体における変化により生じる光の強弱が最大となる位置でその光の強度分布を検出し、信号化することができる。検査体に厚み等の変化が存在する場合、検査体に対して光を照射すると、その変化部分において光が拡散し、正常部分と変化部分とで異なる強度分布を示すこととなる。この拡散による光の強弱が最大となるところの強度分布を信号化するので、とらえにくい微弱ムラ状欠陥による変化も信号として検出することができる。さらに、検出された信号に対して信号強調処理を施すので、他の正常部分の信号に対して微弱な欠陥信号を強調することができ、欠陥信号の検出精度を向上させることができる。具体的に、積算差分処理により検査時の主走査方向に存在する欠陥信号を強調することができるとともに、相互相関処理により検査時の副走査方向に連続して存在する欠陥信号を強調することができる。また、これらの処理を組み合わせることにより、重ねて強調することができ、より効果的に信号の強調を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、検査員は、出力された判定結果により検査体における欠陥信号の有無を容易に把握することができる。

請求項３に記載の発明によれば、欠陥部分の信号は局所的な変化が生じているため、欠陥に応じた信号単位で信号強調処理を行うことにより、局所的な変化が生じている欠陥部分の信号と正常部分の信号との間により信号差を生じさせることができ、欠陥部分の信号をより強調することができる。

請求項４に記載の発明によれば、欠陥の種類毎の信号単位とすることにより、検出目的とする種類の欠陥を選択的に強調することが可能となる。また、複数種類の欠陥に応じた信号強調処理を並列に実行することにより、処理効率を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、移動平均によるローパスフィルタでは、移動平均点数、つまりある一定の信号処理単位毎に信号値の平均化を行っていくので、欠陥に応じた移動平均点数でノイズ除去処理を施すことにより、局所的な変化が生じている欠陥部分の信号と、正常部分の信号とに格差を生じさせることができ、欠陥部分の信号をより強調することができる。

まず、構成を説明する。
図１に、本実施形態における欠陥検査装置１を示す。
欠陥検査装置１は、長尺状の検査体ＦをＢ方向に一定速度で搬送しながら検査体Ｆにおける欠陥の有無を検査するものである。本実施形態では、検査体Ｆとして熱現像用フィルムを適用した例を説明する。検査体Ｆは半透明であり、図２に示すように、支持体Ｆ１上に塗布等の方法により感熱性及び感光性材料からなる乳剤層Ｆ２が形成されている。なお、検査体Ｆは、少なくとも透明性を有する層が形成されていれば、プラスチック、ガラス等の他の素材からなるものを適用することが可能である。

なお、本実施形態では、特に検査体の主走査方向に存在する微弱ムラ欠陥と、副走査方向に連続して存在する微弱ムラ状スジ欠陥を検出対象とする。微弱ムラ状欠陥とは、信号として検出した際に、非常に低周波で信号強度が微弱であり、正常部分と比較して緩やかな信号変化を有するものをいう。

図１を参照して、欠陥検査装置１の各部について説明する。
欠陥検査装置１は、内部に投光部及び受光部（これらについては後述する）を有する信号検出部４、ガイド２を備え、この信号検出部４は、図示しない搬送手段によりガイド２に沿って一定速度で搬送されて往復運動可能に設けられている。また、検査体Ｆを挟んでガイド２と対向する位置にミラー３が設けられている。

信号検出部４は、図１に示すＡ方向に移動するときには、投光部から検査体Ｆに対して検査光を出射し、検査体Ｆからの反射光又は検査体Ｆの透過光を受光部にて受光し、その光量に応じた信号を生成する信号検出手段である。その間、検査体ＦはＢ方向に搬送されるので、Ａ方向及びＢ方向の全面にわたって検査体Ｆが走査されることとなる。以下、Ａ方向への走査を主走査、Ｂ方向への走査を副走査という。

図３に、信号検出部４に内蔵された投光部５及び受光部６を示す。
図３に示すように、投光部５は、光源５１、光源５１から出射した光を集光する集光レンズ５２、集光レンズ５２の焦点近傍にピンホールが設けられた絞り５３を備えて構成されている。なお、本実施形態では、光源５１としては、単調な光であるハロゲン光源、ストロボ光源等を適用することが好ましい。このような干渉性が少ない単調光を適用することにより、検査体Ｆの膜厚等による干渉ノイズを低減させることができる。また、単調光により屈折角を一定にでき、膜厚が変化している部分とそうでない部分との光量差が大きくなり、欠陥部分と正常部分の信号差が生じて後の欠陥信号の検出が容易になる。また、集光レンズ５２の焦点付近にピンホールを設けることにより、光量の低下が少なく、光の傾きを揃えることができる。

一方、受光部６は、集光レンズである撮影レンズ６１及び倍率アップレンズ６２、シリンドリカルレンズ６３、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）６４を備えて構成されている。倍率アップレンズ６２の倍率は、集光レンズ６１から入射した光を集光し、その集光された光の強弱パターンと、ＣＣＤ６４の受光面のサイズとが略一致するように集光するよう調整されている。つまり、倍率アップレンズ６２を調整して倍率を変更してＣＣＤ６４に入射する光像の大きさを調整することにより、ＣＣＤ６４の受光面において入射する光の強弱が最大となるように設定することができる。さらに、シリンドリカルレンズ６３は、検査体Ｆの搬送方向（図１で示すＢ方向）に集光作用を有している。このような集光作用により、膜厚が搬送方向にスジ状に変化している場合、地合ノイズを相対的に低下させることができる。

投光部５から出射された光は、検査体Ｆを透過し、ミラー３で反射された後、受光部６に入射する。受光部６に入射した光は、撮影レンズ６１により集光されると、倍率アップレンズ６２によりＣＣＤ６４の受光面に応じて光像の大きさが調整される。そして、シリンドリカルレンズ６３を介して検査体Ｆの搬送方向Ｂにのみ集光された後、ＣＣＤ６４に入射する。

ここで、検査体Ｆの乳剤層Ｆ２に厚みの変化がある場合、例えば図４（ａ）に示すように、乳剤層Ｆ２において局所的に厚い部分が有る場合、厚い部分で光が屈折し、ＣＣＤ６４の受光面上での光の強度分布は、図４（ｂ）に示すような形状となる。図４（ｂ）において、Ｓは乳剤層Ｆ２の厚みが有る部分のピーク光量レベルを示し、Ｌは地合部分の光量レベルを示している。このように、厚みの変化により検査光が拡散し、それによって生じる強度分布を検出することで検査体Ｆの厚さの変化を検出することができる。なお、この検出方法によれば、厚みだけでなく、濃度、色合い、材質等、検査体Ｆの素材の偏在によっても検査光の屈折は生じるため、このような素材の偏在による変化も検出することが可能である。

なお、本実施形態では、半透明の検査体Ｆの例を説明するが、少なくとも透明性を有する層（乳剤層Ｆ２等）が形成されていれば、支持体Ｆ１は非透明でもよい。この場合、投光部５から出射した光は、検査体Ｆで反射するので、ミラー３は不要となる。

このようにして、ＣＣＤ６４に光が入射すると、ＣＣＤ６４では光電変換が行われ、その光量に応じた信号（アナログ）が生成される。なお、ＣＣＤ６４としては、光電変換素子である２分割センサ、１次元ＣＣＤ、２次元ＣＣＤ等、何れを適用してもよい。また、投光部５、受光部６を対にして主走査方向に走査させることにより、シェーディングによる影響を回避することができる。

ＣＣＤ６４により生成されたアナログ信号は、信号処理を行う各部に出力される。
図５に、信号処理を行う各部を示す。
図５に示すように、生成された信号は、まずＡ／Ｄ変換部７によりデジタル化された後、信号処理手段である信号処理部８により各種信号処理が施され、信号処理された処理信号は、欠陥判定部９に出力される。欠陥判定部９では、入力された処理信号に基づいて欠陥の有無が判定され、その判定結果が判定結果出力部１０により出力される。

Ａ／Ｄ変換部７は、ＣＣＤ６４から入力されたアナログ信号をサンプリングし、デジタル信号Ｔａを生成する。生成されたデジタル信号（原信号Ｔａという）は、信号処理部８に出力される。

信号処理部８は、入力された原信号Ｔａに対し、ノイズ除去処理を行った後、信号強調処理を施す。
Ａ／Ｄ変換された直後の原信号Ｔａは、図６（ａ）に示すように、低周波〜高周波の信号が混在しており、原信号のままでは目的とする欠陥信号の検出は難しい。そこで、まず原信号に対してノイズ除去処理を施す。

ノイズ除去処理では、移動平均によるローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ；Low Pass Filterという）を適用して地合部分に含まれる高周波なノイズ成分を除去する。ここで、原信号ｘ（ｉ）｛ｉ＝１、２、…｝とすると、ＬＰＦ後の出力信号ｙ（ｉ）は、下記式（１）により求められる。

上記式（１）では、注目信号の信号値及びその前後Ｌ個づつの信号値の総和を移動平均点数Mで割って平均している。すなわち、ＬＰＦにより、移動平均点数Mを一つの処理単位としてこの処理単位毎に原信号Ｔａを平均化する。

ここで、移動平均点数、つまり平均化を行う一単位となる信号数は、検出対象とする欠陥に応じた信号数とする。例えば、約３０〜５０信号数の微弱ムラ状欠陥を検出対象とする場合は、移動平均点数も約３０〜５０の範囲内で設定し、約５〜２０信号数の微弱ムラ状欠陥を検出対象とする場合は、移動平均点数も約５〜２０信号数の範囲内で設定する。

上記のノイズ除去処理により、図６（ａ）に示す原信号Ｔａから図６（ｂ）に示すような処理信号Ｔｂが得られる。
図６（ｂ）に示すように、ノイズ除去処理により高周波ノイズ成分を取り除くことができ、低周波の欠陥信号を検出しやすい信号Ｔｂが得られたが、もともと原信号Ｔａの波形は不連続なうねりを有しており、その不連続な変化の中で局所的に微弱変化を有する欠陥信号を検出することは困難である。そこで、さらに信号Ｔｂの波形を鮮明にするため、ノイズ除去後の信号Ｔｂに対し、信号強調処理を施す。

信号強調処理では、積算差分法及び相関係数を用いて信号Ｔｂを強調する。
まず、積算差分法による信号強調処理（以下、積算差分処理という。）について説明する。
積算差分処理は、主走査方向Ａに配列した信号において注目信号を走査させ、当該注目信号から所定範囲内に位置する隣接信号（この所定範囲内の隣接信号数を積算点数という。）の信号値を積算した積算値と、その所定範囲分だけ主走査方向Ａにシフトした範囲内に位置する信号の信号値を積算し、得られた各積算値の差分を求めて、これを注目信号の信号値として出力することにより、信号の強調を行うものである。

図７を参照して、具体的に説明する。
図７は、主走査方向Ａにおける１主走査ライン分の信号の配列を示す図である。主走査ライン上の各信号をｘｉ（ｉ＝１、２…）とする。
例えば、積算点数を注目信号を挟んで隣接する３信号分、つまり７信号とし、信号ｘｉのうち、信号ｘ４が注目信号として設定されたとすると、まず注目信号ｘ４を含む信号ｘ１〜ｘ７の７信号で信号値の積算を行い、積算値Ｘ１を得る。次いで、積算値Ｘ１を算出した範囲から主走査方向Ａへシフトした７信号、つまり信号ｘ８〜ｘ１４の信号値の積算を行い、積算値Ｘ２を得る。そして、その積算値Ｘ１、Ｘ２の差分Ｚ４を求めて、注目信号ｘ４の信号強調処理後の信号値として出力する。この処理を、強調対象の信号Ｔｂに対して注目信号を走査させて繰り返し行い、その出力値Ｚｉからなる強調処理信号Ｔｃを得る。例えば図６（ｃ）に示すような信号波形の強調処理信号Ｔｃを得ることができる。

なお、積算点数は、ノイズ除去処理時の移動平均点数と同一点数とする。すなわち、検出対象とする欠陥に応じた信号数とする。欠陥部分は局所的な変化を生じているため、積算点数を欠陥に応じた信号数とすることにより、欠陥部分の信号の積算値は、欠陥ではない、正常部分の信号の積算値に比して格差を有することとなり、欠陥部分の信号をより強調することが可能となる。

次に、相関係数を用いた信号強調処理（以下、相互相関処理という）について説明する。
相互相関処理は、副走査方向で対応する位置関係にある信号同士を所定範囲毎に比較し（この比較を行う所定範囲内の信号数を比較点数という。）、その相関係数を求めることにより、信号の強調を行うものである。

図８を参照して、具体的に説明する。
図８は、主走査方向Ａ及び副走査方向Ｂに位置する２主走査ライン分の信号の配列を示す図である。図８において、前後する各主走査ラインのうち、先に走査された主走査ラインの信号をｘｊ（ｊ＝１、２…）、後の主走査ラインの信号をｙｊ（ｊ＝１、２…）とする。

ここで、比較点数を３信号とすると、まず先の主走査ラインにおけるｘ１〜ｘ３の３信号と、後の主走査ラインにおいてこのｘ１〜ｘ３と対応する位置関係にあるｙ１〜ｙ３とを比較し、それらの信号値に基づいて、下記式（２）、（３）により相関係数ρｘｙを求める。

そして、この相関係数ρｘｙを相互相関処理後の強調処理信号として出力する。この処理を各信号について繰り返し行い、その出力値ρｘｙからなる強調処理信号Ｔｄを得る。
例えば、前の主走査ラインにおける信号が図９（ａ）に示すような信号波形を有しており、後の主走査ラインにおける信号が図９（ｂ）に示すような信号波形を有している場合、図９（ｃ）に示すような強調処理信号Ｔｄを得ることができる。図９（ｃ）に示すように、欠陥部分の信号（図中、矢印で示す部分）が他の正常部分と比べて強調されていることが分かる。

なお、比較点数は、ノイズ除去処理時の移動平均点数と同一点数とする。すなわち、検出対象とする欠陥に応じた信号数とする。副走査方向に延びるスジ状欠陥の場合、副走査方向における欠陥部分の信号はその信号形状が類似しているため、欠陥部分の相関係数は高くなる。これに対し、正常部分の信号は緩やかな不連続の波形を有しているため、隣接している場合でも、異なる信号形状となり、その相関係数は低くなる。よって、比較点数を検出対象の欠陥に応じた点数とすることにより、欠陥部分の相関係数を高く、つまりより信号を強調することができ、欠陥信号の検出精度を高めることができる。

本実施形態では、複数種類の微弱ムラ状欠陥を検出対象として、これら欠陥に応じた移動平均点数、積算点数及び比較点数をそれぞれ設定し、各欠陥の信号強調処理を並列して行う。また、ノイズ除去処理後の信号Ｔｂに対して、積算差分処理、相互相関処理を個別に施し、積算差分処理による処理信号Ｔｃ、相互相関処理による処理信号Ｔｄをそれぞれ得る。

なお、本実施形態では、積算差分処理、相互相関処理を個別に施す構成としたが、信号Ｔｂに対して積算差分処理を行って得られた信号Ｔｃに対して相互相関処理を施した処理信号Ｔｄ′を得て欠陥判定部９に出力する等、各信号強調処理を組み合わせて直列で処理を行うこととしてもよい。この場合、積算差分処理により強調された信号Ｔｃを用いて相互相関処理を行うので、より効果的に欠陥信号を強調することができる。

このようにして、積算差分処理又は相互相関処理により強調された信号Ｔｃ、Ｔｄは、欠陥判定部９に出力される。
欠陥判定部９は、検出対象とする欠陥信号に応じて、欠陥信号であるか否かを判定する閾値を有する欠陥判定手段であり、この閾値に基づいて信号処理部８から入力された処理信号Ｔｃ、Ｔｄについて、欠陥信号が含まれているか否かを判定する。

例えば、信号処理部８から入力された信号Ｔｃが図６（ｃ）に示すような波形であった場合、検出対象とする欠陥信号の閾値がＬであり、この閾値Ｌを下回る場合は欠陥信号として判定するという条件の下では、図６（ｃ）に示す信号領域ｆを欠陥信号として判定する。
そして、欠陥信号が含まれている旨を示す制御信号とともに、欠陥信号として判定された信号領域の位置情報等を判定結果出力部１０に出力する。

判定結果出力部１０は、欠陥判定部９から入力される制御信号に基づき、表示装置、プリンタ等の出力手段に、欠陥信号の有無を判定結果として出力する判定結果出力手段である。このとき、欠陥信号として判定された信号領域の位置情報もともに出力することとしてもよいし、必要であれば欠陥信号部分の信号波形を出力することとしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、検査体Ｆに対して照射した検査光の透過光又は反射光を受光するに際して、光の強弱が最大となる位置にＣＣＤ６４を配置した。検査体Ｆにおける変化部分に検査光が入射すると、変化部分において光が拡散するので、上記のような構成とすることにより、検査体Ｆにおける変化により生じる検査光の強度分布を、その光の強弱が最大となるようにＣＣＤ６４により検出し、信号化することができる。従来のように、検査体Ｆの表面にピントを合わせて撮像することにより、信号を検出する方法では、ピントの位置によっては微弱な欠陥を信号として検出することは不可能であるが、信号検出部４を上記のように構成することにより、微弱ムラ欠陥も信号として検出することが可能となる。また、検査体Ｆの厚み等、表面的な変化に限らず、検査体Ｆの濃度、色、材質等の内面的な変化も検出することができる。

また、ラインセンサやエリアセンサ等、複数の検出素子により信号を得る場合には、各検出素子の感度や検出時の環境光等の条件の違いにより、シェーディングが生じてしまう。シェーディング補正は、欠陥による微弱な変化もシェーディングとともに相殺してしまう可能性があり、微弱な欠陥を検出対象とする場合には不適切である。しかしながら、本発明では、受光部６を、投光部５から検査体に投光した検査光を受光部６の１素子に集光するような構成とし、投光部５と受光部６を対にして主走査方向に走査させるため、上記のようなシェーディングは発生しない。よって、欠陥信号の検出精度をより向上させることができる。

また、検出された原信号に対し、ノイズ除去処理を施した後、積算差分処理、相互相関処理を施して信号強調を行うので、他の正常部分の信号に対して欠陥部分を強調することができ、欠陥信号の検出精度を向上させることができる。

特に、ノイズ除去処理では、移動平均によるＬＰＦを適用し、その移動平均点数を検出対象とする欠陥に応じた点数とするので、低周波な欠陥信号の検出を阻害する高周波ノイズを除去することができるとともに、欠陥部分と他の正常部分との信号差を広げて欠陥信号を強調する効果も得られる。

また、積算差分処理及び相互相関処理では、処理単位となる積算点数及び比較点数を前記ＬＰＦにおける移動平均点数と一致させる、つまり検出対象とする欠陥に応じた点数とするので、検出したい欠陥の種類に応じて、欠陥部分の信号領域を他の正常部分の信号領域より強調することができる。

また、本実施形態では、複数種類の微弱ムラ状欠陥を検出目的として、それらの欠陥に応じた積算点数、比較点数及び移動平均点数をそれぞれ適用して信号強調処理及びノイズ除去処理を行うので、各種類の欠陥を選択的に強調することができる。さらに、各欠陥の処理を並列で行うので、処理効率が良い。

なお、本実施形態における欠陥検査装置１は、本発明を適用した好適な一例であり、これに限らない。
例えば、上記実施形態では、ガイド２に投光部５と受光部６と有する信号検出部４を１つ設けた例を説明したが、このような信号検出部４を複数設けて、主走査方向における走査範囲を各信号検出部４で分担し、検査に係る時間の短縮化を図ることとしてもよい。

また、検査体Ｆの膜厚に応じて、倍率アップレンズ６２の倍率を変化させる、或いはＣＣＤ６４の位置を変化させることとしてもよい。これにより、より検出精度を向上させることができる。

さらに、上記実施形態では、投光部５と受光部６とを筐体内に設けた例を示したが、図１０に示すように、筐体の代わりに検査体Ｆを挟むように略コの字形状のフレームを設け、このフレーム上に検査体Ｆを挟んで対向するように投光部５、受光部６を配置して、フレームを主走査方向に搬送し、往復移動させることとしてもよい。このような構成とすることにより、投光部５及び受光部６は、一体となって移動するので、移動による投光部５及び受光部６の相対的な振動がなくなり、振動に起因する検出精度の低下を防ぐことができる。

本実施形態における欠陥検査装置を示す図である。 検査体を示す図である。 信号検出部の投光部及び受光部の構成を示す図である。 （ａ）は検査体における変化により光が屈折してＣＣＤに入光する様子を示す図であり、（ｂ）はその際の光の強度分布を示す図である。 検出信号を処理する各部を示す図である。 （ａ）は未処理の検出信号（原信号）の波形、（ｂ）はノイズ除去処理後の信号の波形、（ｃ）は信号強調処理後の信号の波形を示す図である。 積算差分処理を説明する図である。 相互相関処理を説明する図である。 （ａ）は前の主走査ラインの検出信号（原信号）の波形、（ｂ）は後の主走査ラインの検出信号（原信号）の波形、（ｃ）は相互相関処理による信号強調処理後の信号の波形を示す図である。 信号検出部の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 欠陥検査装置
４ 信号検出部
５ 投光部
６ 受光部
６４ ＣＣＤ
８ 信号処理部
９ 欠陥判定部
１０ 判定結果出力部
Ｆ 検査体

Claims (5)

1. 半透明の検査体に対して光を照射する投光部と、前記検査体からの透過光を受光する受光部と、を有し、当該受光部により受光された光の光量に応じた信号を生成する信号検出手段と、
   前記信号検出手段により生成された検出信号に対し、信号強調処理を施す信号処理手段と、
   を備え、
   前記受光部は、集光レンズと、前記集光レンズで集光した光の強弱パターンの光像の大きさを調整する倍率アップレンズと、前記倍率アップレンズで調整された光像を受光するＣＣＤと、を備え、前記倍率アップレンズの倍率調整により光の強弱パターンとＣＣＤの受光面のサイズを略一致するように構成され、
   前記信号処理手段は、
   前記信号検出手段により生成された検出信号に対して移動平均によるローパスフィルタを適用してノイズ除去処理を施すノイズ除去手段と、
   前記ノイズ除去処理後の信号に対し、前記検査体の搬送方向に直交する主走査方向に配列した信号において注目信号を走査させ、当該注目信号から第１の所定範囲内に位置する隣接信号の信号値を積算した積算値と前記第１の所定範囲分だけ前記主走査方向にシフトした範囲内に位置する信号の信号値を積算し、得られた各積算値の差分を求めてこれを注目信号の信号値として出力することにより信号の強調を行う積算差分処理を施す積算差分処理手段と、
   前記ノイズ除去処理後の信号又は前記積算差分処理後の信号に対し、前記検査体の搬送方向である副走査方向に互いに隣接する主走査ラインの、前記主走査方向における位置が互いに対応する位置関係にある第２の所定範囲毎の信号の相関係数を、当該第２の所定範囲内の信号値の共分散を算出し当該算出された共分散を前記隣接する主走査ライン同士の前記第２の所定範囲内の信号値の標準偏差の積で除算することにより求め、求められた相関係数を信号強調処理後の信号として出力することにより欠陥部分の信号の強調を行う相互相関処理を施す相互相関処理手段と、
   を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 予め各種欠陥に応じて設定されている閾値に基づいて、前記信号処理手段により強調された処理信号における欠陥信号の有無を判定する欠陥判定手段と、
   前記欠陥判定手段による判定結果を出力する判定結果出力手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記信号処理手段は、検出対象とする欠陥に応じた信号単位で信号強調処理を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記信号処理手段は、検出対象とする欠陥の種類が複数ある場合、各種類の欠陥に応じた信号単位で、その各種類の欠陥に応じた信号強調処理を並列に実行することを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査装置。
5. 前記信号処理手段は、前記ノイズ除去処理として、移動平均によるローパスフィルタを適用し、その移動平均点数を検出対象の欠陥に応じた点数とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の欠陥検査装置。

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