JP2019148453A - フィルム検査装置およびフィルム検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムの欠陥の有無を、精度よく検査できるフィルム検査装置およびフィルム検査方法を提供する。【解決手段】フィルム１００を検査するフィルム検査装置１であって、照射部２からフィルム１００に光を照射し、フィルム１００を透過する透過光を、偏光情報取得部３で受光する。フィルム検査装置１は、受光した透過光を、波長帯域毎に分光し、波長帯域毎の光から、偏光情報を算出する。フィルム検査装置１は、算出した偏光情報に基づいて、フィルム１００を検査する。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルムを検査するフィルム検査装置およびフィルム検査方法に関する。

近年、透明な樹脂フィルムを検査する方法として、偏光を用いた方法が提案されている。例えば、特許文献１には、偏光を用いて、フィルムが等方性（位相差が０）であるか、または、微小位相差を維持しているかを評価・検査する装置が開示されている。特許文献１では、偏光子を通過する光の強度を受光して、偏光解析を行なっている。そして、入射光の偏光状態の変化から、フィルムが有する位相差を求めている。

特開２００７−２６３５９３号公報

特許文献１では、フィルムが、その用途に応じた特性（位相差）を有するか否かの検査を行うことはできる。しかしながら、フィルムに、物性ムラ、延伸ムラ等の欠陥があるか否かを精度よく検査することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、フィルムの欠陥の有無を、精度よく検査できるフィルム検査装置およびフィルム検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、フィルムを検査するフィルム検査装置であって、フィルムに光を照射する照射部と、前記フィルムを透過する透過光、または、前記フィルムで反射する反射光を波長帯域毎に分光する分光部と、前記分光部により分光された、波長帯域毎の光から、偏光情報を算出する偏光情報算出部と、前記偏光情報算出部が算出する偏光情報に基づいて、前記フィルムを検査する検査部と、を備える。

本願の第２発明は、第１発明のフィルム検査装置であって、偏光情報取得部をさらに備え、前記偏光情報取得部は、光学軸の方向が互いに異なる波長板セルがアレイ状に配列された波長板アレイと、前記波長板アレイを通過する光のうち、所定の偏光方向を有する光を通過させる検光子と、前記検光子を通過する光を分光する前記分光部であるカラーフィルタと、前記カラーフィルタを通過する光の強度を検出する撮像素子と、前記偏光情報算出部と、を有する。

本願の第３発明は、第２発明のフィルム検査装置であって、前記偏光情報取得部は、前記波長板アレイの前記波長板セルに対応する、予め決められたパラメータを記憶する記憶部と、前記撮像素子が検出する光の強度と、前記記憶部が記憶するパラメータとから、偏光情報を算出する偏光情報算出部と、を有する。

本願の第４発明は、フィルムを検査するフィルム検査方法であって、ａ）フィルムに光を照射する工程と、ｂ）前記フィルムを透過する透過光、または、前記フィルムで反射する反射光を、波長帯域毎に分光する工程と、ｃ）前記工程ｂ）で取得される、波長帯域毎の光から、偏光情報を算出する工程と、ｄ）前記工程ｃ）で波長帯域毎に算出される偏光情報に基づいて、フィルムを検査する工程と、を備える。

本発明によれば、波長帯域毎に取得した偏光情報を用いることで、精度のよいフィルムの検査結果を得ることができる。

フィルム検査装置を簡易的に示す図である。 フィルム検査装置が有する構成要素および構成要素間の接続を示すブロック図である。 偏光情報取得部が、カラーフィルタと波長板アレイとを備えた偏光カメラである場合を説明するための図である フィルム検査処理を示すフローチャートである。 生成された偏光画像の一例を示す図である。

＜１．フィルム検査装置の構成について＞
図１は、フィルム検査装置１を簡易的に示す図である。図２は、フィルム検査装置１が有する構成要素および構成要素間の接続を示すブロック図である。

フィルム検査装置１は、フィルム１００の欠陥を検査する装置である。フィルム１００は、例えば、光学異方性を有する透明な位相差フィルムである。また、フィルム１００の欠陥は、例えば、フィルム１００の製造工程において発生するムラ、ボーイング現象、または内部応力などである。

フィルム１００は、製造された後、不図示のロールによって張力がかけられながら、搬送される。フィルム１００の搬送経路途中には、検査領域１００Ａが設けられている。フィルム検査装置１は、検査領域１００Ａに位置するフィルム１００の領域に対して、欠陥の有無を検査する。

フィルム検査装置１は、照射部２と、偏光情報取得部３と、制御装置４と、を備えている。

照射部２は、検査領域１００Ａの下方に配置されている。照射部２は、検査領域１００Ａの下方から、上方に向けて光を照射する。以下、照射部２が照射する光を、照射光と称する。また、以下では、照射光は白色光とするが、照射光の種類は、特に限定されない。

偏光情報取得部３は、検査領域１００Ａの上方であって、照射部２との間に検査領域１００Ａが介在する位置に設けられている。詳しくは、照射部２からの照射光は、フィルム１００を透過する。偏光情報取得部３は、フィルム１００を透過した光（以下、透過光と称す）を受光する位置に設けられている。偏光情報取得部３は、受光した透過光から、偏光情報を取得する。

偏光情報取得部３は、受光した透過光から、偏光情報を取得する機能を備えた、カラー撮像が可能な、偏光カメラである。図３は、偏光情報取得部３が、カラーフィルタ３１と波長板アレイ３２と検光子３３とを備えた偏光カメラである場合を説明するための図である。

偏光情報取得部３は、カラー偏光イメージセンサ３０を有している。図３は、カラー偏光イメージセンサ３０の一部を示している。カラー偏光イメージセンサ３０は、カラーフィルタ３１と、波長板アレイ３２と、検光子３３と、撮像素子３４と、を有している。なお、撮像素子３４は複数の撮像画素３４０がアレイ状に配列されて構成されている。

図３では、撮像素子３４の前方に、波長板アレイ３２、検光子３３、カラーフィルタ３１が、前方から順に配置されている。偏光情報取得部３が受光する透過光は、波長板アレイ３２、検光子３３、カラーフィルタ３１を通過し、撮像素子３４に入射する。なお、カラーフィルタ３１は波長板アレイ３２の前方に配置されてもよい。

波長板アレイ３２は、アレイ状に配列された複数の波長板セル３２０を有している。そして、複数の波長板セル３２０それぞれは、撮像素子３４の各撮像画素３４０と対を成している。例えば図３では、波長板セル３２１が撮像画素３４１の前方に配置され、同様に、波長板セル３２２が撮像画素３４２の前方に、波長板セル３２３が撮像画素３４３の前方に、波長板セル３２４が撮像画素３４４の前方に、それぞれ配置されている。ここで、波長板セル３２０は、通過する光に位相差を与え、位相差に応じた偏光を生じさせる。また、隣接して配置される波長板セル３２１〜３２４は、それぞれ異なった偏光が生じるように、異なる方位の光学軸を有する波長板セル３２０となっている。

検光子３３は、波長板アレイ３２を通過した光が有する特定方向の偏光成分の光のみを通過させる偏光子である。

カラーフィルタ３１は、偏光情報取得部３が受光する透過光を、波長帯域毎に分光する、本発明の「分光部」の一例である。具体的には、分光特性を有する３色のマイクロカラーフィルタがアレイ状に配列されている。３色のマイクロカラーフィルタは、Ｒフィルタ３１１と、Ｂフィルタ３１２と、Ｇフィルタ３１３およびＧフィルタ３１４と、を有している。図３に示すマイクロカラーフィルタの配列は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各フィルタが、１：２：１の比率で含まれた、ベイヤー配列である。

本実施形態では、隣接する４個（２×２）の撮像画素３４０と、一つのマイクロカラーフィルタとが、対を成している。図３の場合、撮像画素３４１〜３４４は、互いに隣接している。そして、Ｒフィルタ３１１は、隣接する４個の撮像画素３４１〜３４４の前方に配置されている。前記のように、撮像画素３４１〜３４４の前方には、波長板セル３２１〜３２４が配置されている。したがって、Ｒフィルタ３１１の前方には、波長板セル３２１〜３２４が配置されている。つまり、同一色の画素内に、異なる角度の光学軸を有する波長板セル３２０が、隣接配置されている。

Ｒフィルタ３１１は、約５８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光を通過させる。Ｂフィルタ３１２は、約３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長帯域の光を通過させる。Ｇフィルタ３１３、３１４は、約４５０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長帯域の光を通過させる。カラーフィルタ３１は、Ｒフィルタ３１１、Ｂフィルタ３１２およびＧフィルタ３１３、３１４により、受光する通過光を、３つの波長帯域に分光することができる。

撮像素子３４の各撮像画素３４０は、対応する波長板セル３２０、検光子３３、およびカラーフィルタ３１を通過した光が入射される。各撮像画素３４０は、入射された光強度を検出する。撮像素子３４の各撮像画素３４０によって検出された光強度は、後述の制御装置４へ出力される。

図２に戻る。偏光情報取得部３は、ＣＰＵ３０Ａと、記憶部３０Ｂとを有する。ＣＰＵ３０Ａは、偏光情報算出部３０Ａ１を有する。記憶部３０Ｂには、波長板アレイ３２の全ての波長板セル３２０に対応する、予め決められたパラメータが記憶されている。偏光情報算出部３０Ａ１は、撮像素子３４の隣接する４個（２×２）の撮像画素３４０それぞれが検出した光の強度の関係から、記憶部３０Ｂに記憶されたパラメータを用いて入射された光の偏光情報を算出する。記憶部３０Ｂに記憶されるパラメータは、複数の波長毎に準備されている。このため、カラーフィルタ３１で分光された光の、波長帯域それぞれの偏光情報が算出できる。

制御装置４は、例えば、パーソナルコンピュータである。制御装置４は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、記憶部４４および入出力部４５を有する。入出力部４５は、照射部２および偏光情報取得部３と、データ通信可能に接続されている。また、入出力部４５には、不図示のモニタ、スピーカ、または、キーボードなどの入力手段などが接続されてもよい。

記憶部４４は、例えば、ハードディスクドライブである。記憶部４４には、後述の、フィルム検査処理を実行するための、コンピュータプログラムおよびデータが、記憶されている。記憶部４４に記憶されるデータには、後述するフィルム検査処理に用いられる、教師データが含まれる。ＣＰＵ４１は、記憶部４４に記憶されたコンピュータプログラムおよびデータを、読み出して実行する。そして、ＣＰＵ４１は、入出力部４５に接続される各部とデータ通信しつつ、各種処理を実行する。ＣＰＵ４１は、コンピュータプログラムを実行することで実現される検査部４１Ａを有する。

以下に、検査部４１Ａが実行するフィルム検査処理について説明する。

＜２．フィルム検査処理について＞
図４は、フィルム検査処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、偏光情報取得部３と、制御装置４のＣＰＵ４１とが実行する処理である。

ＣＰＵ４１は、照射部２を駆動して、照射を開始する(ステップＳ１)。照射部２の照射光は、フィルム１００を透過し、偏光情報取得部３で受光される。ＣＰＵ３０Ａは、その透過光を受光した偏光情報取得部３で検出された光の強度を取得する（ステップＳ２）。詳しくは、偏光情報取得部３の偏光情報算出部３０Ａ１は、受光した光の強度に応じた電流と、記憶部３０Ｂに記憶されたパラメータとで、偏光情報を算出する（ステップＳ３）。

ステップＳ３では、偏光情報算出部３０Ａ１は、撮像素子３４の撮像画素３４０それぞれが検出した光の強度と、記憶部３０Ｂに記憶された各波長板セル３２０に対応したパラメータとから、偏光情報を算出する。

パラメータの設定方法および偏光情報の算出方法については、例えば、特願２０１７−１０５１０９号、または、特願２０１７−１０５１０８号に記載された方法を用いることができる。一般に、波長板アレイの偏光特性には、波長依存があり、特定の波長の光のみを測定しており、正確な偏光情報が得られない。本実施形態では、特願２０１７−１０５１０９号などの方法を用いることで、波長依存性を解消した。このため、偏光情報算出部３０Ａ１は、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれについての偏光情報を算出できる。

そして、ＣＰＵ４１は偏光情報取得部３から各撮像画素３４０の偏光情報を取得し、検査部４１Ａは、この取得した各撮像画素３４０の偏光情報と、記憶部４４に記憶された教師データとを比較し、フィルム１００の欠陥の有無を判定する（ステップＳ４）。より詳細には、検査部４１Ａは、各撮像画素３４０に対して、その偏光情報と教師データの偏光情報の差分を算出し、差分値が閾値を超える場合には、欠陥があると判定する。

なお、偏光情報取得部３のＣＰＵ３０Ａは、偏光画像生成部（図示しない）を設けてもよい。この場合、偏光画像生成部は取得した各撮像画素３４０の偏光情報から偏光画像を生成する。このように偏光画像を生成すると、人が目で見て直感的に状態を把握することが可能となる。図５は、偏光画像生成部により生成された偏光画像の一例を示す図である。図５に示す偏光画像は、欠陥があるフィルム１００の偏光画像である。フィルム１００に欠陥がある場合、偏光情報取得部３が検出する光の強度に、ばらつきがあるため、生成される偏光画像には濃淡が現れる。

なお、フィルム１００の欠陥の有無の判定方法は、教師データとの比較に限定されない。例えば、算出した各撮像画素３４０間の偏光情報の位相差のばらつき、筋・欠点(傷、穴等)による不連続な偏光状態の変化などに対して、変化量と、予めの設定された値とを比較して、欠陥の有無を判定してもよい。

欠陥がある場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、フィルム１００の製造装置へ、検査結果をフィードバックする（ステップＳ５）。位相差フィルムであるフィルム１００は、製造されたフィルムにテンションをかけ、または、温度を変更することで、位相差を有するようになる。ＣＰＵ４１は、ステップＳ４での結果を、フィルム１００の製造装置へフィードバックすることで、製造装置での製造条件を学習させることができる。

ステップＳ５でのフィードバックが終了した場合、または、欠陥がないと判定された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ６）。終了する場合とは、例えば、フィルム検査装置１による検査処理を終了する場合である。処理を終了しない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、ステップＳ２の処理に戻る。処理を終了する場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、図４の処理を終了する。

このように、本実施形態では、複数の波長帯域（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の偏光情報を取得している。これにより、一つの波長の偏光情報を用いて、フィルム１００の欠陥を検査する場合との対比において、より精度のよい検査結果を得ることができる。

また、本実施形態では、異なる位相を生じさせる波長板アレイと特定方向の偏光成分のみを通過させる検光子の組み合わせを通過した光の光強度の関係に基づき、偏光情報を生成し、なおかつ複数波長で位相差測定している。このため、従来の方法では半波長以下の位相差しか計測できなかったのに対して、半波長以上の位相差の計測が可能になる。すなわち、従来に比べて精度良く偏光情報を取得でき、位相差の計測範囲の拡張が可能となる。

これにより、フィルム製造時に生じる物性ムラ、延伸ムラ等の欠陥による位相差ムラや光学軸の方位ムラを精度よく検出できる。このようにフィルムの欠陥などを精度よく検出できるため、結果をフィードバックすることにより欠陥を生じないように製造するための製造条件の調整に役立てることができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、カラーフィルタ３１は、３色のマイクロカラーフィルタを有した構成としているが、赤外光照明での撮影を行う場合には、例えば、マイクロカラーフィルタに代えて、約７８０ｎｍの波長帯域の光を通過させる、赤外光用のＩＲフィルタを設けてもよい。または、マイクロカラーフィルタと、ＩＲフィルタとを混在させてもよい。この場合、光源には、白色光用の光源と、赤外光用の光源とが用意される。

また、上記の実施形態では、白色光を照射して、フィルム１００を透明としているが、これに限定されない。照射部２からの照射光が、フィルム１００を透過すればよく、照射光の種類は特に限定されず、また、フィルム１００は透明でなくてもよい。

さらに、上記の実施形態では、フィルム１００を透過した透過光を偏光情報取得部３が受光し、偏光情報を算出しているが、フィルム１００で反射した光を受光し、偏光情報を算出してもよい。この場合、照射部２は、偏光情報取得部３と同様に、フィルム１００の上方に配置され、偏光情報取得部３はフィルム１００で反射した反射光を受光できる位置に配置される。また、偏光情報取得部３は、透過光と、反射光との両方を受光し、偏光情報を算出してもよい。この場合、フィルム検査装置１は、２つの照射部２を備え、一方は、図１に示すように、検査領域１００Ａの下方に配置され、他方は、フィルム１００の上方に配置される。

また、照射部２から照射する光は任意の偏光状態を有していてもよい。例えば、照射光に直線偏光を用いてもよい。この場合、取得される偏光情報から、フィルム１００の欠陥の内容（例えば、フィルム内の欠損など）を把握できることがある。

また、上記実施形態では、偏光情報取得部３において、偏光情報を算出しているが、制御装置で行ってもよい。

その他、フィルム検査装置の細部の構成については、本願の各図と相違していてもよい。また、上記の実施形態および変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ ：フィルム検査装置
２ ：照射部
３ ：偏光情報取得部
４ ：制御装置
３０ ：カラー偏光イメージセンサ
３０Ａ ：ＣＰＵ
３０Ａ１ ：偏光情報算出部
３１ ：カラーフィルタ
３２ ：波長板アレイ
３３ ：検光子
３４ ：撮像素子
４１ ：ＣＰＵ
４１Ａ ：検査部
４２ ：ＲＯＭ
４３ ：ＲＡＭ
４４ ：記憶部
４５ ：入出力部
１００ ：フィルム
１００Ａ ：検査領域
３１１ ：Ｒフィルタ
３１２ ：Ｂフィルタ
３１３ ：Ｇフィルタ
３１４ ：Ｇフィルタ
３２０、３２１、３２２、３２３、３２４：波長板セル
３４０、３４１、３４２、３４３、３４４：撮像画素

Claims (4)

1. フィルムを検査するフィルム検査装置であって、
   フィルムに光を照射する照射部と、
   前記フィルムを透過する透過光、または、前記フィルムで反射する反射光を波長帯域毎に分光する分光部と、
   前記分光部により分光された、波長帯域毎の光から、偏光情報を算出する偏光情報算出部と、
   前記偏光情報算出部が算出する偏光情報に基づいて、前記フィルムを検査する検査部と、
   を備える、フィルム検査装置。
2. 請求項１に記載のフィルム検査装置であって、
   偏光情報取得部をさらに備え、
   前記偏光情報取得部は、
   光学軸の方向が互いに異なる波長板セルがアレイ状に配列された波長板アレイと、
   前記波長板アレイを通過する光のうち、所定の偏光方向を有する光を通過させる検光子と、
   前記検光子を通過する光を分光する前記分光部であるカラーフィルタと、
   前記カラーフィルタを通過する光の強度を検出する撮像素子と、
   前記偏光情報算出部と、
   を有する、
   フィルム検査装置。
3. 請求項２に記載のフィルム検査装置であって、
   前記偏光情報取得部は、
   前記波長板アレイの前記波長板セルに対応する、予め決められたパラメータを記憶する記憶部と、
   前記撮像素子が検出する光の強度と、前記記憶部が記憶するパラメータとから、偏光情報を算出する偏光情報算出部と、
   を有する、
   フィルム検査装置。
4. フィルムを検査するフィルム検査方法であって、
   ａ）フィルムに光を照射する工程と、
   ｂ）前記フィルムを透過する透過光、または、前記フィルムで反射する反射光を、波長帯域毎に分光する工程と、
   ｃ）前記工程ｂ）で取得される、波長帯域毎の光から、偏光情報を算出する工程と、
   ｄ）前記工程ｃ）で波長帯域毎に算出される偏光情報に基づいて、フィルムを検査する工程と、
   を備える、フィルム検査方法。