JP6982899B2 - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムなどの検査対象に存在する透明欠陥の凹凸を検出するための欠陥検査装置および欠陥検査方法に関し、更に詳しくは、いわゆる１／Ｎエッジ透過光学系で、欠陥の高さ方向の変化を定量的に測定するための欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。

従来、指向性の高い光を照射する光学系を用いて透明フィルムに含まれる透明性の欠陥を検出するための欠陥検査装置が知られている（特許文献１参照）。この種の欠陥検査装置は、ラインセンサとライン状照明装置を備える。検査対象は、ラインセンサとライン状照明装置との間を、ラインセンサとライン状照明装置とのそれぞれの長辺方向に対して直交する方向に搬送装置によって搬送される。また、検査対象とライン状照明装置との間にスリット板が設けられている。スリット板には、ラインセンサ及びライン状照明装置の長辺方向に対して平行となるようにスリットが設けられている。ライン状照明装置の照明光は、スリット板のスリット幅に応じた範囲に規制された上で通過し、検査対象を透過した後、ラインセンサによって受光される。

ここで、ライン状照明装置の照明光は、スリット板のスリット部と遮光部との境界部分を読取位置として設定される。より具体的には、スリットの幅方向（短手方向）における中央部分を読み取り位置として受光したときの出力値を「１」とした場合、１／Ｎエッジ透過光学系では、出力値がＮ分の１となる位置（幅方向の位置）をラインセンサの読取位置として設定される。通常、エッジ量Ｎは、２、４、８等の値に設定される。

ライン状照明装置の照明光は、スリット板によりスリット光に加工されて検査対象に照射される。検査対象は、スリット板のスリット部の長辺方向と直交する方向に走行する。
検査対象を透過した光はラインセンサで受光される。ラインセンサの出力値は画像処理され、この画像処理により検査対象に存在する透明欠陥の画像が生成される。透明欠陥の検出感度は、エッジ量、分解能等により、設定することができる。

１／Ｎエッジ透過光学系について、後述する図３（Ｃ）を使用して説明する。図３（Ｃ）において、横軸は、スリット板のスリット部の長辺方向と直交する方向（検査対象の搬送方向）におけるラインセンサの位置を表し、縦軸は、ラインセンサの出力値を表している。また、位置ＰＡは、スリット板の遮光部とスリット部との境界付近（スリット部の縁付近）の位置を表し、ＰＢは、スリット部の幅方向（スリットの長辺方向とは直交する方向）における中央付近の位置を表している。

図３（Ｃ）から理解されるように、ラインセンサの出力値は、ラインセンサがスリット部の中央付近の位置ＰＢに合わせて配置されたときに最大となり、ラインセンサの位置がスリット部の縁に向かって移動するに従って減少する傾向を示す。

ここで、ラインセンサがスリット部の中央付近の位置ＰＢに合わせて配置されたときの出力値を「１」とした場合、１／Ｎエッジ透過光学系では、出力値がＮ分の１となる位置にラインセンサが配置される。図３（Ｃ）の例では、Ｎが２に設定された場合が示されており、ラインセンサは、その出力値が１／２である位置ＰＡとなるように、スリット板とライン状照明装置とに対する相対位置に配置されている。

検査対象に透明欠陥が存在する場合、ラインセンサが上記の位置ＰＡに合わせて配置されたときの出力値の変化量は、ラインセンサが上記の位置ＰＢに合わせて配置されたときの出力値の変化量よりも大きくなる。このため、１／Ｎエッジ透過光学系を用いれば、透明欠陥の検出感度を向上させることができる。このような１／Ｎエッジ透過光学系において、Ｎの値はエッジ量と称される。エッジ量Ｎは、ラインセンサがスリット部の中央付近の位置ＰＢに合わせて配置されたときの出力値を、ラインセンサがスリット部と遮光部との境界付近の位置ＰＡに合わせて配置されたときの出力値で除算した値によって表される。

一方、特許文献２は、検査対象に対して、反射方式での三角測量を行うことで欠陥検査を行う欠陥検査装置が示されている（特許文献２参照）。

特許第６４５９０２６号公報 特開２００４−２１９１１９号公報

しかしながら、上記特許文献１の欠陥検査装置において、１／Ｎエッジ透過光学系を用いる場合、欠陥を検出することができるが、その欠陥の形状を定量的に把握できることがより望ましい。
上記特許文献２の欠陥検査装置においては、凹凸欠陥の高さあるいは深さの絶対値評価を行うことが記載されているが、反射方式での三角測量であるため、透過方式における検査装置に適用することができない。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、１／Ｎエッジ透過光学系におけるラインセンサ出力から欠陥の形状を定量的に把握できる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、下記の検討を行った。
（i）欠陥の傾きと、屈折によるスリット位置での読取位置ズレの関係を求める。
（ii）1/Nエッジ透過光学系の照明を90度回転したときのラインセンサ出力と読み取り位置との関係を用いて、読取位置ズレとラインセンサ出力の関係を求める。
上記の関係は、下記により変化する。
ａ）光学系：エッジ量
ｂ）ラインセンサ：素子サイズ、分解能、レンズの焦点距離、絞り
ｃ）照明：照明距離
（iii）上記（i)（ii)からラインセンサ出力と、欠陥の傾きの関係を求める。
（iv）欠陥画像の流れ方向の欠陥の傾きを加算して、凹凸の高さ/深さ(μm)を求める。

すなわち、本発明の一態様は、検査対象の一面を照明するライン状照明装置と、前記検査対象と前記ライン状照明装置との間に配置され、前記ライン状照明装置の照明光をスリット状に加工するスリット板と、前記検査対象を挟んで前記ライン状照明装置と対向するように配置され、前記スリット板を通過して前記検査対象を透過した光を受光するラインセンサと、を有し、前記スリット板に形成されたスリット部の前記検査対象を搬送する方向に対して直交する方向である幅方向における中央領域を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第１出力値と、前記スリット部の中央領域の外方を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第２出力値との比が目標の比となるように設定された欠陥検査装置において、予め、欠陥部の傾き（Ｇ）と、前記検査対象の表面から垂直方向に対する、前記検査対象を透過して出射される光の角度とから読取位置ズレの値を求め、当該読取位置ズレの値とラインセンサの出力値（Ｅ）との関係を求め、前記検査対象の正常部が測定された場合のラインセンサの出力値をＦとし、前記検査対象の幅方向における１ラインを測定したときの各画素について、前記ラインセンサの出力値（Ｅ／Ｆ×１００）と前記検査対象における欠陥部の傾き（Ｇ）との関係（Ｇ＝ａＥ／Ｆ×１００＋ｂ，ａは予め求められる傾き，ｂは予め求められる切片）を表す傾きデータが求められた結果を記憶する傾きデータ記憶部と、前記傾きデータを参照することで、前記ラインセンサの出力値（Ｅ）に対応する欠陥の傾き（Ｇ）を得る傾き取得部と、前記傾き取得部によって得られた欠陥の傾きの前記搬送する方向における履歴に基づいて前記検査対象の検査対象部位の高さＨ _ｎ （ｎは前記検査対象の搬送方向における、ある１ラインを示す）を（Ｈ _ｎ ＝Ｈ _ｎ−１ ＋Ｇ _ｎ ）に基づいて求める計算部と、を有する。

また、本発明の一態様は、検査対象の一面を照明するライン状照明装置と、前記検査対象と前記ライン状照明装置との間に配置され、前記ライン状照明装置の照明光をスリット状に加工するスリット板と、前記検査対象を挟んで前記ライン状照明装置と対向するように配置され、前記スリット板を通過して前記検査対象を透過した光を受光するラインセンサと、を有し、前記スリット板に形成されたスリット部の前記検査対象を搬送する方向に対して直交する方向である幅方向における中央領域を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第１出力値と、前記スリット部の中央領域の外方を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第２出力値との比が目標の比となるように設定された欠陥検査装置における欠陥検査方法であって、データ記憶部が、予め、欠陥部の傾き（Ｇ）と、前記検査対象の表面から垂直方向に対する、前記検査対象を透過して出射される光の角度とから読取位置ズレの値を求め、当該読取位置ズレの値とラインセンサの出力値（Ｅ）との関係を求め、前記検査対象の正常部が測定された場合のラインセンサの出力値をＦとし、前記検査対象の幅方向における１ラインを測定したときの各画素について、前記ラインセンサの出力値（Ｅ／Ｆ×１００）と前記検査対象における欠陥部の傾き（Ｇ）との関係（Ｇ＝ａＥ／Ｆ×１００＋ｂ，ａは予め求められる傾き，ｂは予め求められる切片）を表す傾きデータが求められた結果を記憶し、傾き取得部が、前記ラインセンサの出力値と前記検査対象における欠陥部の傾きとの関係を表す傾きデータを記憶する傾きデータ記憶部を参照し、前記ラインセンサの出力値（Ｅ）に対応する欠陥の傾き（Ｇ）を取得し、計算部が、前記傾き取得部によって得られた欠陥の傾きの前記搬送する方向における履歴に基づいて前記検査対象の検査対象部位の高さＨ _ｎ （ｎは前記検査対象の搬送方向における、ある１ラインを示す）を（Ｈ _ｎ ＝Ｈ _ｎ−１ ＋Ｇ _ｎ ）に基づいて求める欠陥検査方法である。

本発明によれば、走行するフィルムなどに含まれる透明欠陥の凹凸の形状を定量的に把握することができる。

本発明の実施形態による欠陥検査装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態による欠陥検査装置の構成要素の配置例を示す図であり、検査対象の搬送方向と直交する方向から見たときの図である。 本発明の実施形態による欠陥検査装置の構成要素の配置例を示す斜視図である。 ラインセンサがスリット板のスリット部の中央付近に合わせて配置された場合のラインセンサの出力波形を示す図である。 ラインセンサがスリット板のスリット部と遮光部との境界付近に合わせて配置された場合のラインセンサの出力波形を示す図である。 スリット板のスリット部の長辺方向と直交する方向における各位置でのラインセンサの出力値の波形を示す図である。 透明欠陥の凹凸と屈折光の方向を説明するための図である。 欠陥の傾きとラインセンサの読取位置ズレの関係を説明するための図である。 欠陥の傾きとラインセンサの読取位置ズレの関係の一例を示す図である。 ラインセンサの読取位置ズレとラインセンサ出力の関係の一例を示す図である。 ラインセンサ出力と欠陥の傾きの関係の一例を示す図である。 欠陥画像と、ラインセンサ出力と欠陥の高さの変化の一例を示す図である。 欠陥画像と、ラインセンサ出力と欠陥の高さの変化の一例を示す図である。 欠陥画像と、ラインセンサ出力と欠陥の高さの変化の一例を示す図である。

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。
図１は、本発明の実施形態による欠陥検査装置の構成例を示すブロック図である。欠陥検査装置は、検査対象１を照明するライン状照明装置３、走行中の検査対象１の画像を読み取るラインセンサ２、ラインセンサ２の画像を入力して欠陥検出を行う画像処理装置６、画像処理装置６を制御する画像処理PC１１、画像処理PC１１の情報を入力して検査結果を表示する操作PC１２、操作PC12の出力を行う出力装置１３からなる。ロータリエンコーダ１４は、ラインセンサ２の画像を入力するタイミングを調整する。

検査対象１は、フィルムや樹脂板など、シート状（またはフィルム状）の透光性を有する素材である。検査対象１は、図示しない搬送機構により一方向に一定速度で搬送される。ライン状照明装置３は、検査対象１の一面を照明するためのものであり、例えば、ＬＥＤ照明、石英ロッド照明装置、蛍光灯、光ファイバ照明装置など、ライン状の発光領域を有する照明装置である。本実施形態では、ライン状照明装置３として、ＬＥＤ照明装置を用いた。

ラインセンサ２は、検査対象１を透過した光を受光して撮像データを出力する。ラインセンサ２は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の８Ｋ素子ラインセンサである。ラインセンサ２は、焦点距離ｆが90mmのレンズを使用している。ラインセンサ２は、１画素あたり予め設定された分解能で検査対象１の画像を読み取ることができる。ただし、この例に限定されず、ラインセンサ２として、例えば、各種の素子数のものを用いることができ、検査対象１と検出欠陥の種類に応じて適正な素子数のものを選択すればよい。

ロータリエンコーダ１４は、検査対象１の搬送量に応じたパルスを出力する。ロータリエンコーダ１４は、分解能パルスを出力し、検査対象１の搬送速度が変化しても、流れ分解能を一定にしている。

画像処理装置６は、ロータリエンコーダ１４から出力されるパルスに応じて、ラインセンサ２から出力される撮像データを読み取り、所定のライン単位でリアルタイムに欠陥検出処理を実施する。画像処理装置６として、例えばメック（登録商標）社製の画像処理装置（型名：ＬＳＣ６００）を用いることができる。

画像処理装置６は、前処理部７、２値化部８、ランレングス符号化部９、連結性処理部１０を備える。前処理部７は、ラインセンサ２から得られる撮像データの補正、強調などを行う。前処理部７は、例えば、検査対象１の搬送速度の変動を補正する速度補正等を実施する。

２値化部８は、前処理部７から出力された画像データを、予め指定された閾値で２値化する。２値化部８は、例えば、明暗に応じて画像を２値化する。ランレングス符号化部９は、２値化データをライン単位で圧縮する。連結性処理部１０は、圧縮された２値化データの連結性処理を行い、これにより、欠陥の位置、サイズ等の特徴量を抽出する。

画像処理ＰＣ１１は、リアルタイムＯＳ（Operating System）で制御され、ライン状照明装置３、ラインセンサ２などを高速で制御する。また、画像処理ＰＣ１１は、画像処理装置６から入力された画像データから、欠陥の座標、欠陥のサイズ、欠陥の分類名などを含む欠陥詳細データを生成して操作ＰＣ１２に出力する。

操作ＰＣ１２は、検査条件の設定、検査中の画面表示、過去の検査結果の確認等を行うためのものであり、例えばＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＯＳを搭載したコンピュータである。操作ＰＣ１２は、検査中の画面表示として、画像処理ＰＣ１１から出力された欠陥詳細データ、リストやマップ、画像などを出力装置１３に表示させる。
出力装置１３は、操作ＰＣ１２の処理結果を表示する表示部として機能するものである。また、出力装置１３は、欠陥を検出した場合、シーケンサ（図示せず）により警報、パトライト（登録商標）表示などにより報知する。但し、この例に限定されず、出力装置１３による情報の表示形態は任意である。

図２は、本発明の実施形態による欠陥検査装置の光学配置例を示す図であり、図２Ａは検査対象１の搬送方向と直交する水平方向から見たときの図である。図２Ｂは、図２Ａに示す光学配置例を示す斜視図である。図２では、検査対象１、ラインセンサ２、ライン状照明装置３、スリット板４、移動機構５の配置関係が示され、他の構成要素についての図示は省略されている。同図に示すように、スリット板４が、ラインセンサ２とライン状照明装置３との間に配置される。検査対象１は、ラインセンサ２とスリット板４との間に配置される。検査対象１は、ラインセンサ２とライン状照明装置３とのそれぞれの長辺方向に対して直交する方向に搬送装置によって搬送される。
スリット板４は、ライン状照明装置３の照明光をスリット状に加工する。スリット板４には、ラインセンサ２及びライン状照明装置３の長辺方向に対して平行となるようにスリット部４aが設けられている。スリット部４ａの短手方向の幅は、例えば３〜１０ｍｍである。スリット板４は、検査対象１から例えば１００〜４００ｍｍの距離をあけて配置されている。また、片側のみのスリット板を使用してもよい。
ライン状照明装置３の照明光３aは、スリット板４のスリット幅に応じた範囲に規制された上でスリット部４ａを通過し、検査対象１を透過した後、ラインセンサ２によって受光される。

ラインセンサ２は、検査対象１を挟んでライン状照明装置３と対向するように配置され、スリット板４のスリット部４ａを通過して検査対象１を透過した光を受光する。これにより、ラインセンサ２は、検査対象１の上方から検査対象１を撮像して撮像データを出力する。１／Ｎエッジ透過光学系を用いた欠陥検出では、ラインセンサ２の位置を、スリット板４の遮光部４ｂとスリット部４ａとの境界位置に精度よく調整することが必要となる。このため、ライン状照明装置３の位置をスリット部４ａの短手方向に移動させるための移動機構５が備えられている。この移動機構５によって、ライン状照明装置３の位置を微調整することで、ライン状照明装置３から出射されたライン状の光が、遮光部４ｂとスリット部４ａとの境界部分に位置するように調整される。また、ラインセンサ２にも、ライン状照明装置３の位置に合わせて、マイクロメータでラインセンサ２のあおりと回転角度を微調整するための機構が取り付けられている。

移動機構５は、ライン状照明装置３の流れ方向位置を調整するためのものである。移動機構５は、マイクロメータを備え、マイクロメータにより検査対象１の搬送方向におけるライン状照明装置３の位置を微調整することが可能なように構成されている。

図３は、ラインセンサ２の出力波形の一例を示す波形図である。ここで、図３Ａは、ラインセンサ２がスリット板４のスリット部４ａの短手方向における中央付近に合わせて配置された場合のラインセンサの出力波形を示す図である。図３Ａにおいて、横軸は、スリット板の長手方向における位置を示し、縦軸は、横軸の各位置に対応するラインセンサ２の出力値を示している。以下では、説明の便宜上、ラインセンサ２がスリット板４のスリット部の中央付近に合わせて配置された状態でラインセンサ２に受光される光が検査対象１を透過する形態を「正透過」と称す。

図３Ｂは、ラインセンサ２がスリット板４のスリット部４ａと遮光部４ｂとの境界付近に合わせて配置された場合のラインセンサ２の出力値の波形を示す図である。図３Ｂにおいて、横軸は、スリット板の長手方向における位置を示し、縦軸は、横軸の各位置に対応するラインセンサ２の出力値を示している。以下では、説明の便宜上、ライン状照明装置３から出射された光を、ラインセンサ２がスリット板４のスリット部４ａと遮光部４ｂとの境界付近に合わせて配置された状態で受光するように配置されており、ラインセンサ２に受光される光が検査対象１を透過する形態を「１／Ｎエッジ透過」と称す。またエッジ量Ｎが２のときのエッジ透過を１／２エッジ透過と称す。

すなわち、スリット板４に形成されたスリット部４ａの検査対象１を搬送する方向に対して直交する方向である幅方向における中央領域を通過する光に合わせてラインセンサ２の位置を設定したときの当該ラインセンサ２の出力値である第１出力値と、スリット部４ａの中央領域の外方を通過する光に合わせてラインセンサ２の位置を設定したときの当該ラインセンサ２の出力値である第２出力値との比（エッジ量）が目標の比となるように設定されればよい。ここでは、第１出力値と第２出力値の比をエッジ量として表され、エッジ量Ｎが２の場合（目標値が１／Ｎであり、Ｎが２の場合）には、第１出力値が１のとき、第２出力値が１／２となるように設定される。
ここで、図３Ａと図３Ｂとにおいて、ライン状照明装置３から出射された光の強度が同じであっても、ラインセンサ２の出力値は、正透過の場合（図３Ａ）よりも１／２エッジ透過の場合（図３Ｂ）の方が小さい。

図３Ｃは、スリット板４におけるスリット部４ａの長手方向と直交する方向（検査対象１の搬送方向）における各位置でのラインセンサ２の出力値の波形を示す図である。図３Ｃにおいて、横軸は、スリット部４ａの長手方向と直交する方向における位置を示し、縦軸は、ラインセンサ２の位置をスリット部４ａの長手方向と直交する方向における各位置に合わせた場合にラインセンサ２から得られる出力値を示している。上述の図３Ａの波形は、図３Ｃにおける位置ＰＢでのラインセンサ２の出力値を表し、上述の図３Ｂの波形は、図３Ｃにおける位置ＰＡでのラインセンサ２の出力値を表している。
ここでは、図３Ｃの位置ＰＡにおける出力値は、位置ＰＢにおける出力値の１／２となる位置であり、１／２エッジ透過に対応している。
この図３Ｃに示すグラフは、図２Ｂに示す光学系の配置において、ライン状照明装置の長手方向とラインセンサ２の長手方向が直交するように、ライン状照明装置３の向きをラインセンサ２に対して相対的に９０°回転させた位置において、ラインセンサの出力値を、ラインセンサ２の幅方向に並べることで、図３Ｃのグラフを得ることができる。例えば、横軸をラインセンサ２の幅方向とし、縦軸をラインセンサの出力とする。これにより、スリット部の幅方向における位置とラインセンサ２の出力値との関係を得ることができる。

図４は、透明欠陥の凹凸形状と屈折光が進む方向を説明するための図である。
図４のケースＡからケースＥは、検査対象１が搬送されている際に、検査対象１の欠陥部の凹凸によって光が屈折することにより、透明欠陥の凹凸形状に応じてラインセンサの出力値が変化することを図示している。矢印の位置が、ラインセンサの読取位置である。また、検査対象１は、紙面に向かって左から右方向に搬送される場合には、ケースＡ、ケースＢ，ケースＣ、ケースＤ、ケースＥの順で検査状態が遷移する。

ケースＡは、正常部（ここでは欠陥部の右側に位置する正常部）に光が入射する場合である。この場合、光は、検査対象１に対してほぼ垂直に入射し、ほぼ屈折せず垂直のまま出射するため、光は屈折せず透過する。そのため、ライン状照明装置３から出射された光は、検査対象１を透過したとしても、そのまま直進してラインセンサ２に到達する。そのため、カメラ読取位置は変化しない。

ケースＢは、欠陥部に光が入射する場合である。凹欠陥の内周側のうち、外縁部に光が入射した場合、光は、凹欠陥の傾斜面（図に向かって右側の傾斜面）に入射するため、この場合、欠陥部の外縁側よりも外側（図に向かって右側）に屈折する。このため、ラインセンサ出力値は低くなる。
一方、凸欠陥における外縁側（凸欠陥の中央部ではなく図に向かって右側）に光が入射した場合、光は、凸欠陥の傾斜面に入射するため、凸欠陥の中央側（図に向かって左側）に屈折する。そのため、ラインセンサ出力値は高くなる。
このように、凹欠陥及び凸欠陥のいずれの場合であっても、光が傾斜面に入射すると、光が屈折するため、カメラ読取位置は光の出射位置から鉛直方向ではなく、いずれかの方向に変化する。

ケースＣは、欠陥部に光が入射する場合である。凹欠陥の中央部に光が入射した場合、光は、凹欠陥のうち、ほぼ傾斜していない部位に入射するため、この場合、検査対象１に対してほぼ垂直に入射し、ほぼ屈折せず垂直のまま出射するため、光は屈折しない。一方、凸欠陥の中央部に光が入射した場合、光は、凸欠陥のうちほぼ傾斜していない部位に入射するため、ほぼ屈折せず垂直のまま出射するため、光は屈折しない。

ケースＤは、欠陥部に光が入射する場合である。凹欠陥の内周側のうち、外縁部に光が入射した場合、光は、凹欠陥の傾斜面（図に向かって左側の傾斜面）に入射するため、この場合、欠陥部の外縁側よりも外側（図に向かって左側）に屈折する。このため、ラインセンサ出力値は高くなる。
一方、凸欠陥における外縁部（凸欠陥の中央部ではなく図に向かって左側）に光が入射した場合、光は、凸欠陥の傾斜面に入射するため、凸欠陥の中央側（図に向かって右側）に屈折する。そのため、ラインセンサ出力値は低くなる。
このように、上述したケースＢと同様に、凹欠陥及び凸欠陥のいずれの場合であっても、光が傾斜面に入射すると、光が屈折するため、カメラ読取位置は光の出射位置から鉛直方向ではなく、いずれかの方向に変化する。

ケースＥは、正常部（ここでは欠陥部の左側に位置する正常部）に光が入射する場合である。この場合、光は、検査対象１に対してほぼ垂直に入射し、ほぼ屈折せず垂直のまま出射するため、光は屈折せず透過する。そのため、ライン状照明装置３から出射された光は、検査対象１を透過したとしても、そのまま直進してラインセンサ２に到達する。そのため、カメラ読取位置は変化しない。

ここで、検査対象１が搬送されてラインセンサ２とライン状照明装置３とを間をケースＡ、ケースＢ、ケースＣ、ケースＤ、ケースＥの順に移動する場合を考える。
ラインセンサの読取位置が、図３Ｃにおける位置ＰＡとなるように設定されている場合におけるラインセンサ２の出力値は、凹欠陥の場合には「暗」から「明」に変化し、凸欠陥の場合には「明」から「暗」の順序で変化する。そのため、ラインセンサ２の出力値の変化の履歴に基づくことで、欠陥の形状が凹欠陥であるか凸欠陥であるかを区別することができる。また、ラインセンサ２の出力値の変化から欠陥の傾き（検査対象１の表面の傾き）がわかるので、スキャン数毎に傾きの値を搬送方向に順に合計することで、凹欠陥の場合にはその深さ、凸欠陥の場合にはその高さがわかる。

ここで、上述の説明は、ラインセンサ２が下流側のスリット板４の左側を読取位置（図３Ｃの位置ＰＡ）とした場合について説明したが、ラインセンサ２が上流側のスリット板４の右側を読取位置（図３Ｃの位置ＰＣ）とした場合は、明暗の順序は逆となり、ラインセンサ２の出力値は、凹欠陥の場合には「明」から「暗」に変化し、凸欠陥の場合には「暗」から「明」の順序で変化する。

図５は、欠陥の傾きとラインセンサ２の読取位置ズレの関係を説明するための図である。１／Ｎエッジ透過光学系の各部の配置関係は、図２と同様の配置である。このような光学系の配置において、凹欠陥や凸欠陥など検査対象１の表面に傾斜を有する欠陥があると、上述の図４のケースＢやケースＤのように、光の屈折によるラインセンサ２の読取位置のズレが発生する。
検査対象１が無い場合、ラインセンサ２から出射された光は、スリット板４のスリット部４ａの境界位置を近傍を通過し、ライン状照明装置３に到達する。このときの読取位置は位置Ｄである。

傾斜を有する欠陥があると、出射された光は、位置Ａ、位置Ｂのそれぞれの位置で屈折し、ラインセンサ２の読取位置は位置Ｃとなる。すなわち、カメラ２ａから見て撮影可能な位置は、検査対象１において光が屈折しない場合には位置Ｄを撮像することができるが、検査対象１において凹欠陥または凸欠陥があり光が屈折すると、屈折したことにより位置Ｄではなく、そのときの屈折状態に応じて読み取り位置が変わり、この図の場合では、位置Ｃを読むことになる。

カメラ２ａと位置Ｄとの間において検査対象１の表面（カメラ２ａに向く面）と交差する位置を位置Ａとし、位置Ａにおいて検査対象１の表面にける鉛直方向に対する、カメラ２ａと位置Ｄとを結ぶ直線の傾き（欠陥の傾き）を傾きαとすると、入射後の角度を角度βとして表すことができる。ここで、スネルの法則では、
n₁sinα=n₂sinβ
であるので、角度βは、次式（１）で求めることができる。
β= sin^-1(n₁sinα/n₂) …（１）
ここで、
空気の屈折率：n₁
検査対象の屈折率：n₂(PET（polyethylene terephthalate）の場合：1.6)
欠陥による傾き：α
検査対象に入射後の屈折角度：β

さらに、検査対象１の内部を通過した光が検査対象１の外部に出射される位置を位置Ｂとし、位置Ｂにおいて検査対象１の表面における鉛直方向に対する、位置Ｂから光が出射する方向の角度である出射後の角度γとして表すことができる。
出射後の角度γは、次式（２）で求めることができる。
γ= sin^-1(n_２sin(α-β)/n₁) …（２）

また、欠陥部（欠陥部においてスリット板４に対向する面）からスリット板４までの距離L₂としたとき、読取位置ズレSは、次式（３）で求めることができる。ここで読み取り位置ズレSは、検査対象１のうち正常部を撮像した際に撮像される位置Ｄと、欠陥部を介して撮像した際に光が屈折することで位置Ｂを通る光が撮像される場合の読み取り位置である位置Ｃとの距離を表す。
S=L₂tanγ …（３）

上述の式に基づいて、読み取り位置ズレＳを算出した場合の例を説明する。
例えば、下記の条件の場合、読取位置ズレSは1.8mmとして求めることができた。
欠陥の傾斜：長さ100μmで高さ1μm
n₁：1
n₂：1.6
α：0.573度
β：sin^-1(n₁sinα/n₂)⇒0.358度
γ：0.344度
L₂：300mm
s：L₂tanγ=300×tan(0.344)=1.8
このように、欠陥の傾斜について、長さ100μｍに対する高さを１μｍ毎に一定範囲（例えば、-5μｍから＋5μｍまで）における読み取り位置ズレＳをそれぞれ求め、その結果をグラフに示すと、図６のように示すことが出来る。

図６は、欠陥の傾きとラインセンサの読取位置ズレの関係の一例を説明する図である。
図６は、図５の説明に基づいて、グラフとして表した図である。
横軸は欠陥の傾き(長さ100μm当たりにおける、検査対象１のカメラ２ａに対向する面における高さの差(μm))であり、縦軸は、読取位置ズレＳである。
図５において、欠陥の傾きが負の場合、読み取り位置ズレＳは、位置Ｄに対して図に向かって左側に位置することを示し、欠陥の傾きが正の場合、読み取り位置ズレＳは、位置Ｄに対して図に向かって右側に位置することを示す。また、傾きの絶対値が大きいほど、読み取り位置ズレＳは、位置Ｄからの距離が大きくなる。

図７は、ラインセンサ２の読取位置ズレＳとラインセンサ出力の関係の一例を示す図である。
この図７は、図３Ｃの波形を元にグラフで表した図である。横軸は読取位置ズレＳ（ｍｍ）、縦軸はラインセンサ出力(%)である。より具体的に、図７は、図３Ｃにおける１／２エッジ透過において、出力が1/2となる位置（位置ＰＡ）で、検査対象１の正常部を透過した際に受光したときのラインセンサ出力を100%とした場合に、ラインセンサの出力が２００％（位置ＰＢ）近傍の読み取り位置（図３Ｃの横軸方向における位置）からラインセンサの出力が０％近傍の読み取り位置（図３Ｃの横軸方向における位置）までの範囲において、ラインセンサの出力（％）と読み取り位置（読み取り位置ズレとして用いる）との関係を求めることで、図７の結果を得た。

図７は、ラインセンサ２の読取位置ズレＳとラインセンサ出力の関係の一例を示す図である。この図７では、下記の条件（ａ）から（ｇ）において測定した測定結果を表す。
（ａ）ラインセンサ：8192素子(１素子のサイズ7μm)
（ｂ）レンズ：f90mmレンズ(絞り：F5.6)
（ｃ）ラインセンサ距離：820mm（カメラ２ａから検査対象１のカメラ２ａに対向する面までの距離）
（ｄ）エッジ量：Ｎ＝２（１／Ｎエッジ透過光学系におけるＮの値）
（ｅ）分解能：50μm/素子
（ｆ）ライン状照明装置:LED照明
（ｇ）照明距離：300mm（ライン状照明装置３から検査対象１のライン状照明装置３に対向する面までの距離）

読取位置ズレＳとラインセンサ出力の関係は、下記の条件により変化する。
（ｈ）光学系：エッジ量
（ｉ）ラインセンサ：素子サイズ、分解能、レンズの焦点距離、絞り
（ｊ）照明：照明距離

図８は、ラインセンサ出力と欠陥の傾きの関係の一例を示す図である。
図８は、図６に示す欠陥の傾きとラインセンサの読み取り位置ズレの関係と、図７に示すラインセンサの読み取り位置ズレとラインセンサ出力の関係を元に、ラインセンサ出力と欠陥の傾きの関係を求めたものである。例えば、図６と図７とを参照することで、読み取り位置ズレＳが同じ値である、欠陥の傾きと、ラインセンサの出力値との対応関係から、図８のグラフを得ることができる。
図８において、横軸はラインセンサ出力(%)、縦軸は欠陥の傾き(長さ100μm当たりにおける、検査対象１のカメラ２ａに対向する面における高さの差(μm))である。
このような、ラインセンサの出力値と検査対象における欠陥部の傾きとの関係を示す傾きデータを例えば、画像処理ＰＣ１１内に設けられた記憶部に予め記憶しておく。また、画像処理ＰＣ１１は、この記憶部を参照することで、傾きデータに基づいて、ラインセンサの出力値に対応する欠陥の傾きを読み出す取得部が設けられる。その上で、画像処理ＰＣ１１は、傾き取得部によって得られた欠陥の傾きの、搬送方向における履歴に基づいて、検査対象物の検査対象部位の高さを求める計算部を有する。計算部は、検査対象１の搬送方向における１つ前の検査対象位置の高さに対し、検査対象位置において求められた欠陥の傾きを加えることで、当該検査対象位置における高さを求める（詳細は後述する）。
これにより、画像処理ＰＣ１１は、検査を行った画素における欠陥の傾きを求めることが可能となる。そして、このような欠陥の傾きを、検査対象１の搬送方向にそれぞれの画素毎に求めることで、搬送方向における欠陥の傾き（高さ）の変化を把握することができるため、欠陥の凹凸形状を把握することが可能となる。

なお、この実施形態において、記憶部、取得部、計算部は、画像処理ＰＣ１１に設けられる場合について説明するが、操作ＰＣ１２に設けるようにしてもよい。また、記憶部は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成されてもよい。この記憶部は、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。
また、取得部、計算部は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の処理装置若しくは専用の電子回路で構成されてよい。

図９は、透明の凹凸欠陥画像（ａ）と、ラインセンサ出力と欠陥の高さの変化との関係（ｂ）と、の一例を示す図である。図９Ａ〜図９Ｃにおいてそれぞれの図（ａ）では、横軸（Ｘ）軸が検査対象１の幅方向、縦軸（Ｙ軸）が検査対象１の搬送方向を表している。また、図９Ａ〜図９Ｃにおいてそれぞれの図（ｂ）では、横軸は、検査対象１の搬送方向（流れ方向）の位置(mm)、縦軸は、高さ（μm）と、ラインセンサ出力(%)とを表すグラフである。このグラフは、図９のそれぞれの図（ａ）に示す画像領域のうちＸ方向における中心位置において、Ｙ軸方向に沿った各画素における検査結果を、図（ｂ）における横軸に並べている。

ここでは、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃにおいて、それぞれ異なる３つの欠陥画像について、欠陥画像と、欠陥部の中心の流れ方向のラインセンサ出力(%)及び高さ（μm）をグラフ化した図と、を示している。
ここでは、図８に示したラインセンサ出力と欠陥の傾きの関係より、１スキャン当りの傾きは、次の式（４）で求めた。ここで１スキャンとは、検査対象１の搬送方向におけるある位置において、幅方向の１ラインを測定対象として測定することをいう。１スキャン当たりの傾きは、検査対象１の搬送方向におけるある測定位置における傾きをいう。
G=-0.016579×E/F×100+1.6579 …（４）
Ｅ：ラインセンサ出力
F：ラインセンサ出力（正常部）
E/F×100：ラインセンサ出力(%)
G：１スキャン当りの傾き
なお、式（４）において「-0.0167」に示す傾き及び「1.6579」に示す切片の値は、式（３）、図７において説明した各条件において測定を行った結果に基づいて、ラインセンサ出力値と欠陥の傾きとの関係を一次曲線で近似することで求まる値であり、これら条件（検査対象、各種距離、エッジ量等）が変われば、これらの値も変わり得る。例えば、欠陥部（欠陥部においてスリット板４に対向する面）からスリット板４までの距離L₂が300ｍｍである場合を例示したが、距離L₂が300ｍｍよりも長い距離に設定された場合には、読み取り位置ズレＳの値は大きくなり、距離L₂が300mmよりも短い距離に設定された場合には、読み取り位置ズレＳの値は小さくなる。そのため、上述した式（４）における傾きや切片の値も変わり得る。
これらの値は、図６に示すような読み取り位置ズレと欠陥の傾きの関係、および図７に示すようなラインセンサ出力値と読み取り位置ズレとの関係、に基づいて、欠陥の傾きとラインセンサ出力値と関係を一次曲線で近似した式を求めることで決めることができる。

欠陥部の高さは、次式（５）で求めた。
H_n=H_n-1+G_n …（５）
H_n：nスキャン目の欠陥部の高さ
H_n-1：n-1スキャン目の欠陥部の高さ
G_n：nスキャン目の欠陥部の傾き

図９Ａの図（ａ）において、符号９００に示す図は、欠陥画像の幅方向におけるある１ライン（符号９００ａ）における測定結果を表す図である。この符号９００に示す図において、横軸は検査対象１の幅方向における位置を表し、縦軸は、ラインセンサの出力値を表す。

図９Ａの図（ａ）において、符号９０１に示す図は、欠陥画像の搬送方向におけるある１ライン（符号９００ｂ）における測定結果を表す図である。この符号９０１に示す図において、横軸はラインセンサの出力値を表し、縦軸は、検査対象１の搬送方向の位置を表す。検査対象１の搬送開始位置側から搬送終了位置側に向かって、ラインセンサ出力値が負の方向にピークがあり、その後、正の方向にピークが生じている結果が示されている。これは、搬送方向に沿うように、欠陥の形状が凹状となった後に凸状となったことを示している。

図９Ａの図（ｂ）は、欠陥画像における符号９００ｂに示す１ラインにおける、搬送方向における位置とラインセンサ出力値（％）との関係、及び搬送方向における位置と高さ（μm）との関係を示す図である。
図９Ａの図（ｂ）において、搬送方向における位置とラインセンサ出力値（％）との関係については、図９Ａの図（ａ）における符号９０１の図における波形と同様の結果が示されている。また、搬送方向における高さは、低い方へのピークが表れており、形状が凹状である欠陥があることが検出された。

図９Ｂの図（ａ）において、符号９１０に示す図は、欠陥画像の幅方向におけるある１ライン（符号９１０ａ）における測定結果を表す図である。この符号９１０に示す図において、横軸は検査対象１の幅方向における位置を表し、縦軸は、ラインセンサの出力値を表す。

図９Ｂの図（ａ）において、符号９１１に示す図は、欠陥画像の搬送方向におけるある１ライン（符号９１０ｂ）における測定結果を表す図である。この符号９１１に示す図において、横軸はラインセンサの出力値を表し、縦軸は、検査対象１の搬送方向の位置を表す。検査対象１の搬送開始位置側から搬送終了位置側に向かって、ラインセンサ出力値が負の方向にピークがあり、その後、正の方向にピークが生じ、さらにその後、負の方向にピークがある。これは、搬送方向に沿うように、欠陥の形状が凹状となった後に凸状となり、その後凹となるような欠陥が存在することを示している。

図９Ｂの図（ｂ）は、欠陥画像における符号９１０ｂに示す１ラインにおける、搬送方向における位置とラインセンサ出力値（％）との関係、及び搬送方向における位置と高さ（μm）との関係を示す図である。
図９Ｂの図（ｂ）において、搬送方向における位置とラインセンサ出力値（％）との関係については、図９Ｂの図（ａ）における符号９１１の図における波形と同様の結果が示されている。また、搬送方向における高さは、低い方へのピークが表れた後、高い方へのピークが表れ、その後、低い方へのピークが表れている。この１ラインを含む幅方向のいくつかのラインの測定結果を参照すると、凸状と凹状が２つ連続して並んだ形状の欠陥があることが検出された。

図９Ｃの図（ａ）において、符号９２０に示す図は、欠陥画像の幅方向におけるある１ライン（符号９２０ａ）における測定結果を表す図である。この符号９２０に示す図において、横軸は検査対象１の幅方向における位置を表し、縦軸は、ラインセンサの出力値を表す。

図９Ｃの図（ａ）において、符号９２１に示す図は、欠陥画像の搬送方向におけるある１ライン（符号９２０ｂ）における測定結果を表す図である。この符号９２１に示す図において、横軸はラインセンサの出力値を表し、縦軸は、検査対象１の搬送方向の位置を表す。検査対象１の搬送開始位置側から搬送終了位置側に向かって、ラインセンサ出力値が負の方向にやや低下し、その後、正の方向にやや増加している。これは、搬送方向に沿うように、欠陥の形状が凹状と凸状の欠陥があることを示しているが、高さ方向の変化は、図９Ａや図９Ｂに比べて小さい。

図９Ｃの図（ｂ）は、欠陥画像における符号９２０ｂに示す１ラインにおける、搬送方向における位置とラインセンサ出力値（％）との関係、及び搬送方向における位置と高さ（μm）との関係を示す図である。
図９Ｃの図（ｂ）において、搬送方向における位置とラインセンサ出力値（％）との関係については、図９Ｃの図（ａ）における符号９２１の図における波形と同様の結果が示されている。また、搬送方向における高さは、低い方へのピークがあるが、図９Ａの測定結果に比べると凹状の結果の高さ（深さ）は浅い。

上述の図９Ａから図９Ｃにおいて、画像処理ＰＣ１１は、検査対象位置における欠陥部の高さ（あるいは正常部の高さ）を、検査対象の搬送方向及び検査対象の幅方向について求められた値から欠陥部の形状を求めることができる。求められた形状を図示した場合には、例えば、図９Ａの図（ａ）、図９Ｂの図（ａ）、図９Ｃの図（ａ）のように示すことができる。これらの図において、黒色に近いほど高さが低い（深い）ことを表し、白色に近いほど高さが高いことを表す。

なお、上述した実施形態において、１／Ｎエッジ透過光学系において、Ｎが２である場合について説明したが、測定対象の欠陥部の高さ方向のサイズに応じて、Ｎが他の値（例えばＮ＝４、Ｎ＝８等）であってもよい。

上述した実施形態における画像処理ＰＣ１１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…検査対象
２…ラインセンサ
３…ライン状照明装置
４…スリット板
５…移動機構
６…画像処理装置
７…前処理部
８…２値化部
９…ランレングス符号化部
１０…連結性処理部
１１…画像処理PC
１２…操作PC
１３…出力装置
１４…ロータリエンコーダ

Claims (2)

1. 検査対象の一面を照明するライン状照明装置と、
   前記検査対象と前記ライン状照明装置との間に配置され、前記ライン状照明装置の照明光をスリット状に加工するスリット板と、
   前記検査対象を挟んで前記ライン状照明装置と対向するように配置され、前記スリット板を通過して前記検査対象を透過した光を受光するラインセンサと、を有し、
   前記スリット板に形成されたスリット部の前記検査対象を搬送する方向に対して直交する方向である幅方向における中央領域を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第１出力値と、前記スリット部の中央領域の外方を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第２出力値との比が目標の比となるように設定された欠陥検査装置において、
   予め、欠陥部の傾き（Ｇ）と、前記検査対象の表面から垂直方向に対する、前記検査対象を透過して出射される光の角度とから読取位置ズレの値を求め、当該読取位置ズレの値とラインセンサの出力値（Ｅ）との関係を求め、前記検査対象の正常部が測定された場合のラインセンサの出力値をＦとし、前記検査対象の幅方向における１ラインを測定したときの各画素について、前記ラインセンサの出力値（Ｅ／Ｆ×１００）と前記検査対象における欠陥部の傾き（Ｇ）との関係（Ｇ＝ａＥ／Ｆ×１００＋ｂ，ａは予め求められる傾き，ｂは予め求められる切片）を表す傾きデータが求められた結果を記憶する傾きデータ記憶部と、
   前記傾きデータを参照することで、前記ラインセンサの出力値（Ｅ）に対応する欠陥の傾き（Ｇ）を得る傾き取得部と、
   前記傾き取得部によって得られた欠陥の傾きの前記搬送する方向における履歴に基づいて前記検査対象の検査対象部位の高さＨ _ｎ （ｎは前記検査対象の搬送方向における、ある１ラインを示す）を（Ｈ _ｎ ＝Ｈ _ｎ−１ ＋Ｇ _ｎ ）に基づいて求める計算部と、
   を有する欠陥検査装置。
2. 検査対象の一面を照明するライン状照明装置と、
   前記検査対象と前記ライン状照明装置との間に配置され、前記ライン状照明装置の照明光をスリット状に加工するスリット板と、
   前記検査対象を挟んで前記ライン状照明装置と対向するように配置され、前記スリット板を通過して前記検査対象を透過した光を受光するラインセンサと、を有し、
   前記スリット板に形成されたスリット部の前記検査対象を搬送する方向に対して直交する方向である幅方向における中央領域を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第１出力値と、前記スリット部の中央領域の外方を通過する光に合わせて前記ラインセンサの位置を設定したときの前記ラインセンサの出力値である第２出力値との比が目標の比となるように設定された欠陥検査装置における欠陥検査方法であって、
   データ記憶部が、予め、欠陥部の傾き（Ｇ）と、前記検査対象の表面から垂直方向に対する、前記検査対象を透過して出射される光の角度とから読取位置ズレの値を求め、当該読取位置ズレの値とラインセンサの出力値（Ｅ）との関係を求め、前記検査対象の正常部が測定された場合のラインセンサの出力値をＦとし、前記検査対象の幅方向における１ラインを測定したときの各画素について、前記ラインセンサの出力値（Ｅ／Ｆ×１００）と前記検査対象における欠陥部の傾き（Ｇ）との関係（Ｇ＝ａＥ／Ｆ×１００＋ｂ，ａは予め求められる傾き，ｂは予め求められる切片）を表す傾きデータが求められた結果を記憶し、
   傾き取得部が、前記ラインセンサの出力値と前記検査対象における欠陥部の傾きとの関係を表す傾きデータを記憶する傾きデータ記憶部を参照し、前記ラインセンサの出力値（Ｅ）に対応する欠陥の傾き（Ｇ）を取得し、
   計算部が、前記傾き取得部によって得られた欠陥の傾きの前記搬送する方向における履歴に基づいて前記検査対象の検査対象部位の高さＨ _ｎ （ｎは前記検査対象の搬送方向における、ある１ラインを示す）を（Ｈ _ｎ ＝Ｈ _ｎ−１ ＋Ｇ _ｎ ）に基づいて求める
   欠陥検査方法。

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