JPS58106444A - フイルムの表面欠陥検査器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビニルシートやテープなど自己保存性が小σい
フィルム状材料について、 （イ）　ゴミなどの付着 （ロ）配合材の“かたまり“や気泡などの異物混入 ｅ＼）傷、クラック、クレージングの発生に））不規則
な変色やシミ付き （１→　“でび″や微生物（カビ）の発生なとによる表
面欠陥の検査に使用する表面欠陥検査器に関する。

以下に、フィルム状材料のうち、最も欠陥検査が困難と
てれている、厚さ１０μ程度の透明フィルムにおける太
きて１μ程度の表面欠陥を検査対象として詳細な説明を
行う。

一般に透明フィルム表面を光学顕微鏡で観察する場合、
焦点が合いにくぐ、５０ミクロン以下の厚さでは表面と
裏面との分離観察がでない。このため層間欠陥、即ち表
面から裏面までの層間に存在する欠陥全観察する状態に
陥いっている。

このため表面部の光学的観測は困難であり５表面欠陥検
査には電子顕微鏡が用いられ、鮮明に表面欠陥が観察さ
ｎでいる。しかし走査型電子顕微鏡を俵用しても微小欠
陥を同時に探索できる視野は極めてせまく、広い例えば
１０ＣＩｒＬ角のシート表面の微小表面欠陥の探索には
膨大な手間を要するＯこの観察視野の拡大は、フィルム
の層間欠陥を光学顕微鏡で観察する場合でも、倍率の大
きい対物レンズを要するため狭くなり、欠陥検査、すな
わちシート状フィルムの受入検査や工程検査への使用を
困難とさせている。このため （イ）　ビデオカメラとモニタテレヒなどの撮影手段を
用いて倍率を上げ、その分たけ対物レンズの倍率を下げ
、同時に観察できる視野を拡大する。

（１”ｌ　　光学顕微鏡に上記（イ）の手段を構し、試
料台などを移動させて、試料をスキャンさせる。

ｅ・）光源と受光器（顕微鏡、光電システム、写真機な
ど）を同時にスキャンきせる。または光源たけをミラー
などでスキャン烙せる〇 などの方法で、観察効率を上げ、必要な欠陥検査を可能
としている。しかし、１μ程度の微小欠陥を明視するた
めには、試料、光源、受光器のいずれをスキャンする場
合でも焦点距離の変化なとに対し、自動焦点や振動防止
などの特殊な設備を必、円□ 要とし、犬がかりな欠陥検査装置となり、し力・もなお
検査精度が変動する場合が多い。

車重な対象をレンズで拡大して、その詳細な形のメカニ
ズムを検討すると、その特徴を知ることができる。

第１図は視覚の基本を示したものである。

（イ）眼玉Ｅｉ構成する網膜部の視細胞は、錐状体視細
胞Ａ；感度が低いが中心に密桿状体視細胞Ｃ；感度は高
いが分散 の２種で構成テ几ている。

（ロ）視卸１胞ＡとＣの配置ｆｆ：電気回路的にモザイ
クとして示したもので、眼上Ｅの中心点ｏ−０′になる
に従って、錐状（ム型）が密に配列しているが周辺には
無い。桿状（口型）は全視野にわたり等間隔で分散さｎ
、視神経で並列に接続式ｆ１．クリえは水平走査により
各受光電Ｈａ　、　Ｈａが検出さｎる。

（ハ）人間の視覚における視細胞の働きは、先ず。

桿状体Ｃで対象ＴのＭ無と位置を識別し、眼上Ｅが動い
て対象Ｔ′ｆｒ：中心で杷え、錐状体Ａで形状や寸法を
識別する過程で行わ几る。図（＼）は視力検査用の視標
と眼上Ｅとの関係を示しており６、 ランドルト環の割れ目を見分けるためには、■　視野の
明るさが６００１Ｘｎ上 ■　対象が視野の中心部から１５°以内にある■　対象
の大きさが、視角０．７分以上■　対象と周辺との輝度
比が９０％以上■　対象の静止時間が１０秒以上 などの条件が義務づけられている。この条件で視覚１分
の識別能力を視力１．０と評価する。

（判　そこで、視力が低い人が眼鏡を使うと同様に光学
顕微鏡では５寸法ｔ（視角０，７分以下）の微小対象Ｔ
の形状を識別するために対物レンズＯＭで拡大して眼上
Ｅに投影する方法を用いている。

光学顕微鏡の目的が形状を識別するものであるため、錐
状体Ａを用いる必要があり、結果として （ａ−１視野を明るくする（視野をせまくする）（ｂｌ
　　対象と背景との輝度比を高くする（Ｃ）対象を拡大
する。端部を鮮明にするなど種々の光学的手段が用いら
几ている。その−例として暗視野型光学顕微鏡の光学系
を図（，１１に示す。これは投光角θＬを変えて視野に
背景の反射光Ｒｂが入射しないようにして対象と欠陥の
輝度比を向上し、形状識別を行っている。

（−１９存在識別では形状や寸法が判別できないが、人
の眼の存在識別の限界値は、上記（ハ）において■　対
象と周辺との輝度比が５％以上 ■　対象の露光時間が０．２秒以上 が潤足さｎると■〜■がなくても識別できる。

以」二のように、人間の視覚は、使用される視細胞の能
力により、下記に大別され、 （Ａｌ　　形状識別（Ａｃｕｉｔｙ　５ｅｎｓｉｔｉｖ
ｉｔｙ）（Ｃ１存在識別（Ｃｏｎｔｒａｓｔ　５ｅｎｓ
ｉｔｉヤ１ｔｙ）人間の眼を受光器として使用する場合
は、対象の形状や寸法の観察は（ムｊとなり、錐状視細
胞が機能できる条件（上記（／Ｊ■〜■）が不足すると
“見え難い″状態に陥る。

透明フィルムの表面に分布する微小欠陥に対し。

形状識別では上記（ハ）■〜■の条件を同時に満足する
ことが困難である。したがって輝度比の差違を利用して
存在識別が用いら１．る場合もあるが、フィルムのよう
に透明で、薄く凸凹している試料では、フィルム材料と
異質で散乱反射など明確な反射特性の異る欠陥、例えば
ゴミの付着に限定さｎ、微小な凸凹による欠陥を鮮明に
見分けることは極めて困難な状態にある。

本発明は従来の微小表面欠陥の検査方法の問題点： （イ）表面部に焦点があいにくいこと （ロ）形状識別に必要な条件が不足すること（ｌ→　同
時観察が可能な視野がせまいことを解決して、以下を可
能とするものである。

■　厚さ１０ミクロンの透明フィルムの表面部に分散す
る大きさ１μ程度の微小欠陥の存在、数量、位置を、従
来の１００倍以上の視野で同時に観察できるようにする
。

■　同質材料の微小な凸凹に、よる欠陥を■と同様な条
件で観察できるようにする。

■　表面欠陥や層間欠陥を、効率的に探索できるように
する。

以下に本発明の説明を行う。

第２図に不発明の構成例を示す。図についての説明を行
う。

ＬＧＳ　：変角投光スタンド 例えばレー」）”のように高輝度で平行なスポット径ｄ
の光りを、投光角θ０．投光投光り、から投光する。光
源はレーザでなくてもよい。

ＲＧＳ：変角反射試料ホルダ 例えばフィルム試料Ｆを半径ｒθのドラム状ホルダＤ１
に、馬区動ドラムＤ２とガイドドラムＤ３により試料Ｆ
の表面が所定の曲率面となるよう支持する。

ＬＧＳ：変角光度受光システム 曲率面の半径軸より距離ｔｂたけ離れた点Ｐを光軸中心
部とし、ＬＧＳからの対象照明光ＬＴによる試料表面の
反射光ＲＴを対物レンズＯＭを通じて受光器Ｃで受光す
る。この場合ＬＧＳからの光Ｌ（ｉ７ハーフミラＭ１に
よりＬＴと比較標準照明光Ｌｓに分割し、標準Ｍｓから
の反射光Ｒ８と、試料反射光ＲＴをハーフミラＭ２によ
り重ね、ＲＴ＋Ｒｇ’に同時または時間や場所を光学的
に変えて受光する。

この構成により、試料表面の反射光度は、第３図（イ）
に示すように、以下の作用をうける。

■　投光ビーム径ｄが曲率半径ｒθと試料Ｆの厚さｔに
応じて、反射光ビーム径Ｖに拡大さｎる。

■　受光器Ｃからみた反射ビーム径Ｖ内の各点の反射光
度は、角度θｐたけ変化した光度に変換さ汎、試料Ｆを
動かすと、同じ点ｐの変角光度の変化が受光される。

■　試料表向に欠陥がないと、試料表面に対して入射角
と同じ角度に反射するため、反射光Ｒｂ１Ｒｂ２＋　Ｒ
ｂ３は観察視野θＶにはほとんど入射しない。

第３図（ロ）は受光部の受光状態を示したもので、さら
に、下記の作用かもたら１ｎる〇 ■　微小欠陥Ｔからの反射光Ｒｉに対し、背景の反射光
Ｒｂが極めて小さくなるため輝度比が増１〕され、さら
に変角による反射光度の相違が識別できる輝度比に増巾
さｎる。この結果、視野０ の拡がりによる光量の低下に伴う識別機能の不足が補わ
れ、広い視野で微小対象が識別さｎる。

■　受光器の一画素、または一つの視細胞に比べ検査対
象が小さい場合、すなわち第３図（ロ）で、対象の反射
光Ｒ２のビーム径ｔが、受光器Ｃの受光面の寸法Ｃ１よ
り小さい場合、　対象背景の反射光Ｒｂに比し、受光感
度αに対してとなると識別さｎる。（１）式で受光器が
人間の眼の場合は形状識別は困難で、α〉０．０５であ
ｎば存在の有無が識別ざｎる。

■　さらに欠陥の反射ビーム径ｔが、画素（または視細
胞）間の隔壁距離Ｃ２や間隔Ｃ５より小さくても、試料
を定速度Ｓで移動させｎは、となり、（１１、（２）式
が同時に成立すると、人間眼では３２０．２秒の速度Ｓ
で、■と同様の識別が可能となる。

１１゜ ■　固体撮像板やラインセンサ、および対物レンズなど
を使用すると以下が可能となる。

（イ）画素寸法Ｃ２が欠陥寸法ｔより小さく、（１）。

（２）式が成立つようにすると形状識別が可能。

（ロ）ｌＫ陥寸法ｔが画素を構成する寸法０１，０２゜
Ｃ３よｐ小さい場合は、　＋１）　、　（２）式が成立
つ投光方法と感度があｎば、存在識別が可能。

（／ｊ　反射特性が一定の欠陥の存在識別では受光器の
光電流から欠陥寸法が推定できる。

次に具体的に本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の実施例を示す。

（イ）微小欠陥が、ゴミなどの付着物の場合は、その対
象Ｔと地Ｂとの反射特性が異るため、投光角θ□と受光
角θＥを受光器ＯＭに極力反射光Ｒｂが入射しないよう
に照明すｎば、識別できる。この方法は現行の暗視野顕
微鏡や、レーザ応用検査機なとて実用さｎているが、１
らに当１１イ１Ｕ 発明のようにするとＲｉとＪ）との輝度比が高くなり、
光電流から広い視野での微小欠陥が検出できる。

となる場合は、この凸凹寸法ｔｈと表面形状に応じて投
光角θＬ　と受光角θＥ　とを調整すれば、変角反射特
性の差異により欠陥が識別さｒ、る〇この場合、第３図
のように試料を保持するとθＬとθ２の調整が不要とな
る。

ヒ＼）表面が凸凹している試料において（ロ）と同様の
欠陥を検出する場合、投光ビーム径ｄを小さくして投射
角θ１を拡げ、さらに地の凸凹ｔｌ、と対象の凸凹ｔｂ
　とを分離して（１＋　、　＋２１式が成立つように照
明すると、欠陥が検出てれる。この方法はスポットビー
ム径を小さくできるレーザ応用検査機で使用されている
が、投光角θＬや受光角θＥを変化σぜ変角反射率を検
出しないと同質の微小欠陥は検出できない。従って第４
図に）のように試料を支持する必要がある。

に）スポットビーム径ｄを、試料厚ｆと同じとす□ るが、ｄｉ微小欠陥寸法ｔとして投光器ＬＧＳの取付高
ざｈＬ　を試料厚ｆたけ上下させると、表面欠陥と、内
層の裏面欠陥とが分離検出δれる。

（ホ））比較標準試料（第２図）Ｍｓに、例えばスケー
ル用の反射像を設け、標準反射光Ｒ８と欠陥反射光ＲＴ
　と同時に重ねて観察すると、試料Ｆの表面欠陥の寸法
や位置が正確に識別でれる。

第５図は従来の暗視野式光学顕微鏡による観察結果〔図
（イ）〕に対して、同じ部分を同じ倍率の光学系を使用
し、本発明による検査器で静止状態で観察した結果〔図
（ロ）〕との相違の一例を示している。

両者ともテレビカメラを通じて映像管により、１２ミク
ロンの透明フィルムの表面を観察したもので、両者を比
較すると、以下の効果が確認てれた。

■　図（ロ）に示すように本発明による検査器を用いた
場合には、明暗のコントラストが著しく、従来の上記顕
微鏡で検出できない欠陥７も検出嘔ｎる〇 ■　不発明による検査器では、表面欠陥のみ検出され、
図（イ）のように検出さｎた欠陥２，６が。

図（ロ）に示すように検出されていない。

■　従来の上記顕微鏡によるものでは、図（イ）に示４ すように欠陥１と３が同程度の寸法の欠陥としてしか検
出できなかったのが、本発明による検査器を用いた場合
には、図（ロ）に示すように明確な輝度比として出さ扛
ている。これは平面的寸法よシ凸凹寸法の差異が顕著に
検出されているためである。

■　本発明による検査器を用いる場合において。

図（ロ）の輝度比を従来の図（インと同程度まで許容す
ると、同時に観察できる視野を拡大でき、検出さｎた光
′電流の値から、欠陥寸法や凸凹状態が評価できる〇 ■　本発明による検査器を用いた場合、受光器の検出可
能な露出時間に相当する定速度で試料を移動させると５
より広い試料表面の微小欠陥が観察できる〇 以上のように本発明によると、フィルム表面の微小欠陥
を明瞭にかつ広視野下で識別でき、さらに表面欠陥やＩ
−間欠陥全効率的に探索することができる。

【図面の簡単な説明】

１６ 第１図（イ）〜（力は視覚のメカニズムと光学顕微鏡の
原理を示す図、第２図は本発明によるフィルムの表面欠
陥検査器の構成例を示す図、第３図（イ）。 （ロ）は本発明による欠陥検出器における欠陥検出方法
の原理を説明するための図、第４図（イ）〜に）は同欠
陥検■器における種々の欠陥に応じた検出原理を説明す
るための図、第６図（イ）、（ロ）は本発明の詳細な説
明するための図で、このうち同図（イ）は従来の暗視野
方式光学顕微鏡による観察結果を示し、同図（ロ）は本
発明による欠陥検査器による観察結果を示す。 Ｌ・・・・・・投光光、θ１・・・・・・投光角、ｄ・
・・・・・投光ビーム径、Ｒ・・・・・・反射光、θ□
・・・・・・反射角、Ｖ・・・・・・反射ビーム径、Ｃ
・・・・・・受光器、θ。・・・・・・受光角、０１〜
Ｃ５・・・・・・受光面の寸法、Ｆ・・・・・・フィル
ム試料、ｆ・・・・・・試料厚み、Ｔ・・・・・・欠陥
、ｔ・・・・・・欠陥の寸法、Ｒｔ・・・・・・欠陥部
の反射光、Ｒｂ・・・・・・欠陥の１１□ 背景の反射光、ＯＭ・・・・・・対物レンズ、Ｍ・・・
・・ベラ−、Ｄ・・・・・・ドラム型試料ホルダ、Ｓ・
・・・・・試料スキ゛イン速度、ｒθ・・・・・・試料
表面の曲率半径。 特開昭５８−１０６４４４　（５）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フィルム状試料の表面を任意の曲率半径を保つ曲率面と
   する試料台と、その曲率面中心軸の水平方向から平行光
   を投光する光源と、光軸に対し垂直方向から試料表面を
   観察する観測器と、試料と」二記光源と上記観測器との
   相対的角度と観測位置を変換移動させるスキャナとより
   なり、試料の表面欠陥と周辺との変角反射又は透過特性
   の差異を利用して欠陥を識別することを特徴とするフィ
   ルムの表面欠陥検査器。