JP5649705B1

JP5649705B1 - 透明フィルムの歪み測定システム

Info

Publication number: JP5649705B1
Application number: JP2013196456A
Authority: JP
Inventors: 田中　研治; 研治田中
Original assignee: 田中　研治; 研治田中
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: JP2015064204A; WO2015045434A1

Abstract

【課題】透明フィルムの歪みを高速に測定可能で安価なシステムを提供する。【解決手段】複数の光源１-1〜１-nと、当該複数の光源１-1〜１-nに対して交互に配置された複数種類の偏光フィルタ２-1〜２-nと、偏光フィルタ２-1〜２-nおよび透明フィルム２００を透過した光を撮像するイメージセンサ３と、イメージセンサ３により撮像された透過光像に基づいて透明フィルム２００の歪みを解析する解析装置４と、複数の光源１-1〜１-nを、異なる種類の偏光フィルタが配置されたものを順次切り替えて点滅させる発光制御部５とを備え、点灯させる光源１-1〜１-nを順次切り替えることにより、偏光板を回転させる場合に比べて高速に偏光の角度を切り替えることができるようにするとともに、歪み部分によって生じる透過光の位相差および光軸方位を汎用の１つのイメージセンサ３で高速に測定することができるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、透明フィルムの歪み測定システムに関し、特に、透明フィルムの歪みによって生じる透過光の位相差および光軸方位を測定するシステムに用いて好適なものである。

一般に、プラスティック等を材料とする透明フィルムには、場所的な不均一性によって歪み（ムラ）を生じることがある。特に、裁断する前の大面積を有する透明フィルムには、部分的な歪みが生じやすい。そのため、透明フィルムの製造過程において、歪みが生じていないかどうかの検査が行われる。この検査は、透明フィルムに光を照射し、その透過光を解析することによって行うことが可能である。

すなわち、透明フィルムに歪みが生じると、その歪み部分に屈折率ムラができる。そのため、歪み部分に光を通してみると、正常部分に対して光が遅れたり進んだりして出てくる。よって、通常部分を透過した通常光と、歪み部分を透過した異常光とをイメージセンサで受光し、その時間差（位相差）を測定することで、歪みの有無を検査することが可能である。また、透明フィルムに通す光として複数角度の偏光を用いることで、位相差を生じさせる偏光の光軸方位、つまり歪みの方向を検出することが可能である。

従来の歪み測定システムでは、検査器の前に設置してある偏光板を回転させ、イメージセンサで数回受光したデータを合わせて計算することによって位相差を測定していた（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のシステムでは、積層フィルムのフィルム面の一方の側に配置された光源により光を照射し、フィルム面の他方の側に配置された撮像部により、積層フィルムの透過光像を撮影し、撮像部により撮影された透過光像に基づいて、積層フィルムに存在する欠陥の検出を行う。また、積層フィルムと撮像部との間の光路上に検査用偏光フィルタを設け、この検査用偏光フィルタを回転させて欠陥の検出を行っている。

しかしながら、この種のシステムでは、偏光板（検査用偏光フィルタ）を回転させる必要があるため、歪みの測定を高速に行うことができない。そのため、偏光板が回転している間に測定対象の透明フィルムが動いている場合は測定ができない。これにより、前工程から搬送されてきた測定対象の透明フィルムを一々停止させて測定を行う必要があり、検査時間が長くなってしまうという問題があった。

これに対し、主軸方向が異なる偏光板を３種類備え、それぞれの偏光板を透過した３種類の偏光を３台のイメージセンサで受光するようにしたシステムも提供されている。この種のシステムによれば、測定対象の透明フィルムが動いている場合も歪みの測定を行うことが可能となる。しかしながら、装置の大型化およびコスト増を招くという問題があった。

これらの問題に対して、図６に示すように、微細な領域に色々な角度を持つ回転偏光板アレイを組み込んだイメージセンサ（以下、偏光イメージセンサという）１０２を用いることにより、偏光板の回転動作が要らず、透明フィルム２００の歪み部分によって生じる透過光の位相差を１台の偏光イメージセンサ１０２で高速に測定することを可能にしたシステムが提供されている。

図６に示す歪み測定システムは、透明フィルム２００の一方の側から照明する光源１０１と、透明フィルム２００の他方の側から光源１０１からの透過光を撮像する偏光イメージセンサ１０２と、偏光イメージセンサ１０２から得られる撮像画像に基づいて歪みの解析を行う解析装置１０３とを備えて構成されている。

しかしながら、図６に示す歪み測定システムでは、画素上の微細な領域に色々な角度を持つ回転偏光板アレイを組み込んだ極めて特殊な偏光イメージセンサ１０２を用いる必要があり、これがシステムのコスト増を招いているという問題があった。

特開２００７−２１２４４２号公報

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、透明フィルムの歪みを高速に測定することが可能で安価なシステムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、透明フィルムの一方の側から照明する光源として指向性の発光ダイオードを複数設け、当該複数の光源に対して、それぞれ主軸方向が異なる複数種類の偏光フィルタを交互に配置する。複数の光源は、同種類の偏光フィルタが配置されたものどうしを１グループとして、グループ毎に光源を順次切り替えて点滅させる。そして、このとき偏光フィルタおよび透明フィルムを透過した光をイメージセンサで撮像し、それによって得られた透過光像に基づいて、透明フィルムの歪みを解析するようにしている。具体的には、イメージセンサにより撮像された透過光像の中で極大となる輝度情報を用いて、透明フィルムの歪みによって生じる透過光の位相差および光軸方位を解析する。

上記のように構成した本発明によれば、点灯させる光源を順次切り替えることにより、透明フィルタを透過させる偏光の角度を変えることができるので、偏光板を回転させる場合に比べて高速に偏光の角度を切り替えることができ、透明フィルムの歪み部分によって生じる透過光の位相差および光軸方位を１つのイメージセンサで高速に測定することができる。また、イメージセンサとしては汎用のセンサを用いることができるので、高価な偏光イメージセンサを用いる必要がなく、システムのコスト増を抑えることができる。

本実施形態による透明フィルムの歪み測定システムの構成例を示す図である。本実施形態による複数種類の偏光フィルタの一例を示す図である。本実施形態による１つのセルの断面構造例を示す図である。本実施形態の発光制御部による制御状態を示す図である。本実施形態による透明フィルムの歪み測定システムの他の構成例を示す図である。従来の歪み測定システムの構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による透明フィルムの歪み測定システムの構成例を示す図である。図１において、歪みの測定対象である透明フィルム２００は、図面の手前から奥の方向またはその逆の方向に一定速度で搬送されているものとする。

図１に示すように、本実施形態による透明フィルムの歪み測定システムは、複数の光源１_-1〜１_-nと、複数の偏光フィルタ２_-1〜２_-nと、イメージセンサ３と、解析装置４と、発光制御部５とを備えて構成されている。なお、解析装置４および発光制御部５は、実際にはＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。

複数の光源１_-1〜１_-nは、歪みの測定対象である透明フィルム２００の一方の側から透明フィルム２００を照明する。本実施形態において、複数の光源１_-1〜１_-nは、指向性を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。なお、ここではＬＥＤを例に挙げているが、指向性を有する光源であれば、ＬＥＤ以外を用いてもよい。

偏光フィルタ２_-1〜２_-nは、主軸方向（偏光の角度）の異なるものが複数種類用いられ、複数の光源１_-1〜１_-nに対して交互に配置される。図２は、複数種類の偏光フィルタ２_-1〜２_-nの一例を示す図である。図２の例では、４種類の偏光フィルタ２_-1〜２_-nが複数の光源１_-1〜１_-nに対して交互に配置された状態を示している。本実施形態では、同種類の偏光フィルタどうしをまとめて１つのグループとする。偏光フィルタ２_-1〜２_-nは４種類あるので、グループは４つ存在する（Ｇｒ１〜Ｇｒ４）。

また、本実施形態では、図３に示すように、１つの光源１_-i（ｉ＝１〜ｎ）と１つの偏光フィルタ２_-iとで１つのセル１０を構成し、複数のセル１０を直線状に配列している。図３は、１つのセル１０の断面構造例を示す図である。なお、ここでは複数のセル１０を直線状に１次元配列しているが、マトリクス状に２次元配列するようにしてもよい。

イメージセンサ３は、透明フィルム２００の他方の側に配置され、光源１_-1〜１_-nから出力され偏光フィルタ２_-1〜２_-nおよび透明フィルム２００を透過した光を撮像する。本実施形態において、イメージセンサ３は汎用のラインセンサで構成する。

イメージセンサ３としてラインセンサを用いるのは、複数のセル１０を直線状に１次元配列したことに対応するものである。複数のセル１０をマトリクス状に２次元配列した場合には、イメージセンサ３をエリアセンサにより構成する。あるいは、複数のラインセンサをラインの方向に対して垂直な方向に並べて配置することによってイメージセンサ３を構成するようにしてもよい。

解析装置４は、イメージセンサ３により撮像された透過光像に基づいて、透明フィルム２００の歪みによって生じる透過光の位相差および光軸方位を解析することにより、透明フィルム２００の歪みを測定する。上述したように、本実施形態では光源１_-1〜１_-nとして指向性のＬＥＤを用いているので、イメージセンサ３により撮像される透過光像は、輝度値が極大となる箇所が点灯中のＬＥＤの数だけ存在することになる。そこで、解析装置４は、イメージセンサ３により撮像された透過光像の中で極大となる輝度情報を用いて、位相差および光軸方位を解析する。

この解析装置４による歪みの解析は、例えば以下のようにして行うことが可能である。すなわち、解析装置４は、光源１_-1〜１_-nを順次点灯させたときに、透明フィルム２００の通常部分を透過した通常光と、歪みがある場合にはその歪み部分を透過した異常光との位相差を測定することにより、歪みの有無を検出する。また、位相差を検出した異常光の結像位置から歪みの位置を検出し、位相差を検出したときの偏光の光軸方位から歪みの方向を検出することが可能である。

発光制御部５は、複数の光源１_-1〜１_-nを、異なる種類の偏光フィルタ２_-1〜２_-nが配置されたものを順次切り替えて点滅させるように制御する。具体的には、発光制御部５は、複数の光源１_-1〜１_-nを、同種類の偏光フィルタが配置されたものどうしを１グループとして、グループ毎に光源１_-1〜１_-nを順次切り替えて点滅させる。

図４は、発光制御部５による制御状態を示す図である。すなわち、発光制御部５は、まず図４（ａ）に示すように、第１の種類の偏光フィルタ２_-j（ｊ＝１＋４ｋ、ｋ＝０，１，２，３・・・）が配置された光源１_-jどうしを第１グループＧｒ１として、これらを一斉に点灯させる。このとき透明フィルム２００を透過してくる光をイメージセンサ３で撮像する。発光制御部５は、イメージセンサ３による撮像後、第１グループＧｒ１の光源１_-jを直ちに消灯する。

次に、発光制御部５は、図４（ｂ）に示すように、第２の種類の偏光フィルタ２_-(j+1)が配置された光源１_-(j+1)どうしを第２グループＧｒ２として、これらを一斉に点灯させる。このとき透明フィルム２００を透過してくる光をイメージセンサ３で撮像する。発光制御部５は、イメージセンサ３による撮像後、第２グループＧｒ２の光源１_-(j+1)を直ちに消灯する。

次に、発光制御部５は、図４（ｃ）に示すように、第３の種類の偏光フィルタ２_-(j+2)が配置された光源１_-(j+2)どうしを第３グループＧｒ３として、これらを一斉に点灯させる。このとき透明フィルム２００を透過してくる光をイメージセンサ３で撮像する。発光制御部５は、イメージセンサ３による撮像後、第３グループＧｒ３の光源１_-(j+2)を直ちに消灯する。

次に、発光制御部５は、図４（ｄ）に示すように、第４の種類の偏光フィルタ２_-(j+3)が配置された光源１_-(j+3)どうしを第４グループＧｒ４として、これらを一斉に点灯させる。このとき透明フィルム２００を透過してくる光をイメージセンサ３で撮像する。発光制御部５は、イメージセンサ３による撮像後、第４グループＧｒ４の光源１_-(j+3)を直ちに消灯する。

第１の種類の偏光フィルタ２_-jが配置された複数の光源１_-jを点灯させたときにイメージセンサ３により撮像される透過光像は、第１の種類の偏光フィルタ２_-jに対向する位置にある画素にて輝度値が極大となる。この場合に解析装置４は、この第１の種類の偏光フィルタ２_-jを透過した光によって値が極大となる画素位置の輝度情報を用いて、透明フィルム２００の歪みによって生じる位相差および光軸方位を解析する。

同様に、第２の種類の偏光フィルタ２_-(j+1)が配置された複数の光源１_-(j+1)を点灯させたときにイメージセンサ３により撮像される透過光像は、第２の種類の偏光フィルタ２_-(j+1)に対向する位置にある画素にて輝度値が極大となる。この場合に解析装置４は、この第２の種類の偏光フィルタ２_-(j+1)を透過した光によって値が極大となる画素位置の輝度情報を用いて、透明フィルム２００の歪みによって生じる位相差および光軸方位を解析する。

また、第３の種類の偏光フィルタ２_-(j+2)が配置された複数の光源１_-(j+2)を点灯させたときにイメージセンサ３により撮像される透過光像は、第３の種類の偏光フィルタ２_-(j+2)に対向する位置にある画素にて輝度値が極大となる。この場合に解析装置４は、この第３の種類の偏光フィルタ２_-(j+2)を透過した光によって値が極大となる画素位置の輝度情報を用いて、透明フィルム２００の歪みによって生じる位相差および光軸方位を解析する。

さらに、第４の種類の偏光フィルタ２_-(j+3)が配置された複数の光源１_-(j+3)を点灯させたときにイメージセンサ３により撮像される透過光像は、第４の種類の偏光フィルタ２_-(j+3)に対向する位置にある画素にて輝度値が極大となる。この場合に解析装置４は、この第４の種類の偏光フィルタ２_-(j+3)を透過した光によって値が極大となる画素位置の輝度情報を用いて、透明フィルム２００の歪みによって生じる位相差および光軸方位を解析する。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、透明フィルム２００の一方の側から照明する光源１_-1〜１_-nを複数設け、当該複数の光源１_-1〜１_-nに対して、それぞれ主軸方向が異なる複数種類の偏光フィルタ２_-1〜２_-nを交互に配置する。そして、複数の光源１_-1〜１_-nを、異なる種類の偏光フィルタが配置されたものを順次切り替えるようにして点滅させる。このとき偏光フィルタ２_-1〜２_-nおよび透明フィルム２００を透過した光をイメージセンサ３で撮像し、それによって得られた透過光像に基づいて透過光の位相差および光軸方位を解析し、透明フィルム２００の歪みを測定するようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、点灯させる光源１_-1〜１_-nを順次切り替えることにより、透明フィルタ２００を透過させる偏光の角度を変えることができるので、偏光板を回転させる場合に比べて高速に偏光の角度を切り替えることができ、透明フィルム２００の歪み部分によって生じる透過光の位相差および光軸方位を１つのイメージセンサ３で高速に測定することができる。また、イメージセンサ３としては汎用のセンサを用いることができるので、高価な偏光イメージセンサを用いる必要なく、システムのコスト増を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、解析装置４において、イメージセンサ３により撮像された透過光像の中で極大となる輝度情報を検出して位相差および光軸方位を解析する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、どの光源１_-1〜１_-nを点灯させたときにどの画素位置において輝度値が極大となるかをあらかじめ特定しておき、その特定した画素において得られる輝度情報を用いて位相差および光軸方位を解析するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、複数の光源１_-1〜１_-nとして指向性のＬＥＤを用いる例について説明したが、図５に示すように、無指向性の光源を用いてもよい。この場合、偏光フィルタ２_-1〜２_-nは異なる種類のものが１つずつあればよく、光源１_-1〜１_-nの数も偏光フィルタ２_-1〜２_-nの種類と同数あればよい。また、解析装置４は、極大となる輝度情報だけを用いて解析をするのではなく、全ての画素位置の輝度情報を用いて位相差および光軸方位を解析する。

このように構成した場合は、使用する光源１_-1〜１_-nおよび偏光フィルタ２_-1〜２_-nの数を少なくすることができるというメリットを有する。また、どの光源１_-1〜１_-nを発光させたときにも（つまり、どの偏光フィルタ２_-1〜２_-nを光が通過したときにも）、イメージセンサ３の全域で透明フィルム２００の歪みを測定することができるというメリットも有する。

また、上記実施形態では、透明フィルム２００の通常部分を透過した通常光と歪み部分を透過した異常光との位相差を測定する際に、１つのグループに属する光源が点灯されているときの通常光と異常光との位相差を測定するということには必ずしも限定していないが、そのような限定の中で通常光と異常光との位相差を測定するようにしてもよい。このようにすれば、同種類の偏光フィルタを透過した光どうしの比較によって位相差を測定することができるので、位相差の測定精度を上げることができる。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１_-1〜１_-n 光源
２_-1〜２_-n 偏光フィルタ
３イメージセンサ
４解析装置
５発光制御部

Claims

透明フィルムの一方の側から照明する複数の光源と、
上記複数の光源に対して交互に配置され、主軸方向が異なる複数種類の偏光フィルタと、
上記透明フィルムの他方の側に配置され、上記光源から出力され上記偏光フィルタおよび上記透明フィルムを透過した光を撮像するイメージセンサと、
上記イメージセンサにより撮像された透過光像に基づいて、上記透明フィルムの歪みによって生じる透過光の位相差および光軸方位を解析する解析装置と、
上記複数の光源を、異なる種類の偏光フィルタが配置されたものを順次切り替えて点滅させるように制御する発光制御部とを備え、
上記光源は指向性の発光ダイオードであり、
上記発光制御部は、上記複数の光源を、同種類の偏光フィルタが配置されたものどうしを１グループとして、グループ毎に光源を順次切り替えて点滅させ、
上記解析装置は、上記イメージセンサにより撮像された透過光像の中で極大となる輝度情報を用いて、上記位相差および光軸方位を解析することを特徴とする透明フィルムの歪み測定システム。
上記解析装置は、１つのグループに属する光源が点灯されているときに上記透明フィルムの通常部分を透過した通常光と歪み部分を透過した異常光との位相差を測定することを特徴とする請求項１に記載の透明フィルムの歪み測定システム。