JP2008175565A - 光透過性部材の欠陥検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光板を用いた欠陥の検出を精度良く行う。
【解決手段】走行するフイルム１６と投光器２２との間に第１偏光板２５を設置する。そのフイルム１６と受光器２４との間に、第１偏光板２５の偏光方向と直交するようにして第２偏光板２６を設置する。第１及び第２偏光板２５，２６はヨウ素系偏光板から構成される。投光器２２と第１偏光板２５との間にバンドパスフィルタ２７を設置する。バンドパスフィルタ２７は、投光器２２からの光のうち波長域が４２０ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の光を除去する。これにより、欠陥があるフイルム１６が位置するとき以外には、第１及び第２偏光板２５，２６から特定の偏光面の光以外の光が出ることが無くなり、欠陥に対する検出の精度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光板を用いて欠陥を検出する光透過性部材の欠陥検出装置及び方法に関する。

光学異方性のある液晶層を透明なフイルム上に形成することにより、液晶表示装置の視野角を改善することができる光学補償フイルム（以下「位相差フイルム」とする）が知られている。この位相差フイルムは、長尺な透明フイルムに配向膜を形成する工程、及びその上に液晶を塗布し乾燥して液晶層を形成する工程を経て製造される（例えば特許文献１参照）。このような製造工程は、厳格な管理下に置かれるが、製造工程での各種要因による異物の混入・付着に起因する分子配向ムラ、支持体となる透明フイルムの厚みムラ、液晶層の塗工ムラ等の欠陥を完全になくすことは困難である。

これまで、このような欠陥を検出するために、検査対象となるフイルムに対して投光器から光を照射し、そのフイルムからの光を受光器により受光し、その受光器が受光した光の信号を解析することによって、その欠陥の位置、大きさ、強さをオンラインで把握していた。さらに、特許文献２に示す透明欠陥の検出方法では、投光器の前面に第１の偏光板を、受光器の前面に第２の偏光板を、それぞれの偏光板の偏光方向が直交するように配置することで、フイルム上に欠陥があった場合にのみ、受光器に光が入るようにしている。一方、特許文献３に示すピンホール欠陥の検出方法では、検査対象のフイルムの投光器側と受光器側にそれぞれ偏光板を設置し、各偏光板の偏光方向が平行になるようにしている。そのため、投光器側の偏光板からの光がフイルムの正常部分を通過したときには、そのフイルムにより光が散乱するため、受光器側の偏光板から出る光の強度が弱くなる。フイルム上にピンホール欠陥があるときには、投光器側の偏光板からの光はそのままピンホール欠陥を通過するため、受光器側の偏光板から出る光の強度が変化することはない。これにより、ピンホール欠陥に対する検出の精度を向上させている。
特開平９−７３０８１号公報 特開平６−１４８０９５号公報 特開平６−１８４４５号公報

しかしながら、従来の偏光板を用いた欠陥検出方法では微小な欠陥の判別が困難であり、微小欠陥の判別精度の向上が望まれていた。例えば、極めて微小な欠陥を検出するために微弱な信号を検出する必要があり、受光器に入るノイズ成分を低く抑え、フイルムに欠陥がある場合とない場合とでは、受光器に届く光量の差を大きくする必要がある。

本発明は、偏光板を用いて欠陥の検出を精度良く行うことができる光透過性部材の欠陥検出装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明者は、投光器、受光器のレベルから再度検討を重ねることにより、以下の知見を得ることができ、本発明をなすに至った。まず、ヨウ素を用いた偏光フィルタでは、４００ｎｍの波長域に小さな透過率のピークがあり、この透過率のピーク部分が欠陥検出の精度に影響していることがわかった。また、ヨウ素を用いた偏光フィルタでは、７００ｎｍの波長域を超える部分では殆ど偏光しないこともわかった。一方、受光器として用いるＣＣＤなどの固体撮像素子では、４００ｎｍ以下や７００ｎｍ以上の波長域部分にも感度を有する。このため、４００ｎｍ以下や７００ｎｍ以上の波長域の光がノイズ成分として欠陥判定のための受光信号に残り、これが欠陥検出の精度に影響していることがわかった。

本発明は、光透過性部材に対して光を照射する投光器と、前記投光器で照明された前記光透過性部材から出た光を受光する受光器と、前記投光器と前記光透過性部材との間に設けられる第１の偏光板と、前記光透過性部材と前記受光器との間に設けられる第２の偏光板と、前記受光器の受光信号に基づき前記光透過性部材の欠陥を判定する欠陥判定部とを有する光透過性部材の欠陥検出装置において、前記投光器と前記受光器との間に設けられ、前記第１及び第２の偏光板をクロスニコルに配置したときに前記受光器からの光を測定して得られる分光透過率が高い波長域の光を除去する除去光学系を備えることを特徴とする。

前記除去光学系は、波長域が４００ｎｍ以下の光を除去することが好ましい。前記除去光学系は、波長域が７００ｎｍ以上の光を除去することが好ましい。前記第１及び第２の偏光板はヨウ素を用いて構成され、前記受光器は固体撮像装置から構成され、前記除去光学系は４２０ｎｍ以下の光及び７００ｎｍ以上の光を除去することが好ましい。前記除去光学系は、誘電体多層膜フイルタまたはモノクロメータであることが好ましい。前記除去光学系は、前記投光器と前記第１の偏光板との間に設けられていることが好ましい。

前記投光器は、メタルハライドランプと前記除去光学系とを内蔵することが好ましい。前記光透過性部材は位相差フイルムであることが好ましい。

本発明の光透過性部材の欠陥検出方法は、前記投光器と前記受光器との間に除去光学系を配置し、前記除去光学系は、前記第１及び第２の偏光板をクロスニコルに配置したときに前記受光器からの光を測定して得られる分光透過率が高い波長域の光を除去することを特徴とする。

本発明によれば、偏光板を用いて欠陥を検出する際に、ノイズの影響を抑えて欠陥を精度良く行うことが可能となる。

図１は、位相差フイルム製造ライン１０を示す概略図である。この位相差フイルム製造ライン１０は、配向膜形成装置１１、液晶層形成装置１２、欠陥検出装置１３、及び巻取装置１４を備えている。透明樹脂フイルム１５及び位相差フイルム１６は、巻取装置１４の巻取りにより図１中Ｘ方向に走行している。

配向膜形成装置１１は、フイルムロール１８から送り出された長尺の透明樹脂フイルム１５の表面に、配向膜形成用樹脂が含まれる塗布液を塗布して加熱乾燥する。これにより、透明樹脂フイルム１５の表面には配向膜形成用樹脂層が形成される。そして、配向膜形成装置１１は、透明樹脂フイルム１５の配向膜形成用樹脂層に対してラビング処理を施して配向膜を形成する。

液晶層形成装置１２は、透明樹脂フイルム１５の配向膜上に液晶化合物を含む塗布液を塗布して溶剤を蒸発させた後に加熱し、液晶層を形成する。そして、形成された液晶層に対して紫外線を照射して、液晶層を架橋する。このようにして液晶層が形成された透明樹脂フイルム１５、すなわち透明な位相差フイルム１６（以下「フイルム」とする）が製造される。

欠陥検出装置１３はフイルム１６上に発生した欠陥を検出する。欠陥としては、例えば、傷、厚みムラ、塗工ムラ、分子配向ムラ等が挙げられる。なお、検査対象とするフイルムは位相差フイルムに限る必要はなく、透明体や半透明体などの光を透過する部材であればよい。例えば、反射防止フイルム等が挙げられる。

欠陥検出装置１３は、ガイドローラ２０，２１、投光器２２、光量調整部２３、受光器２４、第１及び第２偏光板２５，２６、除去光学系２７、判定部２８を備えている。ガイドローラ２０，２１はフイルム１６の搬送路に所定の間隔で配置されている。ガイドローラ２０，２１は回動自在であり、フイルム１６の搬送に従動して回転する。また、ガイドローラ２０，２１の掛け渡しによって、フイルム１６は平面状に保持される。ガイドローラ２１にはエンコーダ３０が接続されており、このエンコーダ３０はフイルム１６が一定長搬送されるごとにエンコーダパルス信号を発生する。このエンコーダパルス信号は判定部２８に送信され、欠陥位置をＸ方向で特定する際に用いられる。

投光器２２はメタルハライドランプから構成されており、フイルム１６の搬送路の下方に設置されている。また、投光器２２には光量調整部２３が接続されており、この光量調整部２３は、投光器２２の近傍に設置されたセンサ（図示省略）の光量検出信号に基づき、光量が一定となるように投光器２２を制御している。これにより、光量が均一な光をフイルム１６に対して照射することができるため、常に同じ感度で欠陥を検出することが可能となる。なお、投光器はメタルハライドランプに限らず、輝度が高いものであればよい。例えば、高周波蛍光灯、ハロゲンランプ、水銀ランプ、レーザなどが挙げられる。

受光器２４はＣＣＤカメラから構成されており、フイルム１６の搬送路の上方に設置されている。この受光器２４はフイルム１６の幅方向に多数の受光素子をライン状に並べて構成されている。このような受光器２４を用いることで、フイルム１６の全幅にわたって欠陥を検出することができるとともに、欠陥に対する分解能も高くすることができる。また、受光器２４の駆動周波数は、フイルム１６の走行速度が最高速度の場合でも、分解能を十分確保できるように設定されている。受光器２４は、フイルム１６が一定長搬送されるごとに１ラインずつ撮像して、その撮像信号を判定部２８に送信する。なお、受光器は１台に限らず、２台以上であってもよい。

第１及び第２偏光板２５，２６はヨウ素系偏光板から構成されており、第１偏光板２５は投光器２２とフイルム１６との間に、第２偏光板２６はフイルム１６と受光器２４との間に設置されている。また、第１及び第２偏光板２５，２６は、互いの偏光方向が直交するように、クロスニコルに設置されている。そのため、欠陥がないフイルム１６が位置するときには、第１偏光板２５により特定の偏光面に偏光した光はもう一方の第２偏光板２６において遮られるため、その光は受光器２４にほとんど入らない。即ち、受光器２４は暗視野状態となる。一方、欠陥があるフイルム１６が位置するときには、第１偏光板２５により特定の偏光面に偏光した光は欠陥により散乱・拡散し、その偏光面が変化する。このように偏光面が変化すると、もう一方の第２偏光板２６から光が出るようになる。即ち、受光器２４は受光状態となる。なお、性能と価格の面からヨウ素系偏光板を用いているが、これに限らず、染料系偏光板、金属膜偏光子、方解石などからなる偏光板を用いてもよい。

除去光学系２７は誘電体多層膜を使用したバンドパスフィルターから構成されており、投光器２２と第１偏光板２５との間に設置されている。この除去光学系２７は、投光器２２からの光のうち、波長域が４２０ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の光を除去する。これにより、第１及び第２偏光板２５，２６には波長域が４２０ｎｍを超えて７００未満の光が入射することになり、第１及び第２偏光板２５，２６からは特定の偏光面の光以外の光が出ることはない。したがって、欠陥の検出精度を良くすることができる。

ヨウ素を用いた第１及び第２偏光板２５，２６をクロスニコルに配置した場合であっても、波長域によっては第１及び第２偏光板２５，２６を透過する場合がある。図２に示すように、波長域による直交透過率は、４００ｎｍ付近及び７００ｎｍを超えた付近で上がっており、このように第１及び第２偏光板２５，２６を透過する波長域の光をＣＣＤカメラからなる受光器で検出すると、ＣＣＤは４００ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の波長域の光にも感度を有するため、これら波長域の光がノイズとして受光信号に含まれてしまう。これを解消するために、本発明では、バンドパスフイルタを用いた除去光学系２７により４２０ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の波長域（ハッチング領域）Ａ１，Ａ２をカットし、４２０ｎｍを超えて７００ｎｍ未満の波長域の光をフイルム１６に照射する。したがって、４２０ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の波長域の光がノイズとして受光信号に含まれてしまうことがなくなり、欠陥の検出精度を上げることができる。

除去光学系として、誘電体多層膜を使用したバンドパスフイルタを用いたが、他のモノクロメータ、波長カットフィルタ、色ガラスフィルタ、回折格子などを用いてもよい。また、除去光学系２７による除去波長域は４２０ｎｍ以下、７００ｎｍ以上に限られることなく、欠陥検出に使用する偏光板の種類に応じて適宜決定してよい。例えば、使用する偏光板をクロスニコルに配置した状態で投光器の分光透過率を測定し、この分光透過率が高い領域を除去すればよい。したがって４００ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上で分光透過率が高い場合には、これら領域の光を除去光学系２７で除去し、４００ｎｍを超えて７００ｎｍ未満の波長域となる検査光とする。

また、除去光学系２７の設置位置は、投光器２２と第１偏光板２５との間以外に、以下のような６つの位置が考えられる。第１の位置は受光器２４の直前、第２の位置は受光器２４と第２偏光板２６との間、第３の位置は第２偏光板２６とフイルム１６との間、第４の位置はフイルム１６と第１偏光板２５との間、第５の位置は投光器２２の内部、第６の位置は投光器２２との一体型である。

一般的に偏光板の耐久性は投光器の光や熱に対して弱いため、第１〜第４の位置は好ましくない。また、受光器２４のフォーカスはフイルム１６に合わせられているため、除去光学系２７はフイルム１６からできるだけ離れているほうがよい。したがって、第３及び第４の位置は好ましくない。また、第６の位置の場合には、投光器２２を交換する毎に欠陥の検出精度が変わってしまうため好ましくない。一方、除去光学系２７を投光器２２内に配置すると、その除去光学系２７は小さいもので済むため、安価となる。よって、第５の位置は好ましい。

判定部２８は、受光器２４からの撮像信号に対して微分処理などの強調処理を施す。そして、判定部２８は、その強調処理が施された撮像信号に基づいて、欠陥の有無の判定を行う。また、判定部２８は、１ライン分の撮像信号のうち欠陥箇所に対応する信号と、エンコーダ３０からのエンコーダパルス信号とに基づいて、フイルム１６上における欠陥の位置をＸＹ平面座標上で特定する。

次に、欠陥検出装置１３の作用について説明する。配向膜形成装置１１及び液晶層形成装置１２によって製造されたフイルム１６は、欠陥検出装置１３に送り込まれる。欠陥検査装置１３では、一定速度で走行中のフイルム１６に対して、投光器２２からの光が除去光学系２７及び第１偏光板２５を介して照明される。その際、除去光学系２７により、投光器２２からの光のうち波長域が４２０ｎｍ以下及び７００ｎｍ以上の光が除去される。そして、その光が第１偏光板２５に入り、第１偏光板２５は特定の偏光面にその光を偏光させる。ここで、欠陥がないフイルム１６が位置しているときには、偏光した光は第２偏光板２６により遮られる。一方、欠陥があるフイルム１６が位置しているときには、その偏光した光は欠陥により偏光面が変化し、第２偏光板２６から光が出るようになる。受光器２４は、この第２偏光板２６から出た光を受光する。

受光器２４は、フイルム１６が一定長送られるごとに１ライン分の撮像を行う。この撮像毎に、受光器２４は撮像信号を判定部２８に送る。そして、判定部２８により欠陥の有無が検出されるとともに、その欠陥の箇所が特定される。この欠陥についての情報は、ディスプレイ（図示省略）に表示される。

本発明の光透過性部材の欠陥検出装置を導入した位相差フイルム製造ラインを示す概略図である。 偏光板の直交透過率を示すグラフである。

符号の説明

１３ 欠陥検出装置
１６ フイルム
２２ 投光器
２４ 受光器
２５ 第１偏光板
２６ 第２偏光板
２７ 除去光学系
２８ 判定部

Claims (9)

1. 光透過性部材に対して光を照射する投光器と、前記投光器で照明された前記光透過性部材から出た光を受光する受光器と、前記投光器と前記光透過性部材との間に設けられる第１の偏光板と、前記光透過性部材と前記受光器との間に設けられる第２の偏光板と、前記受光器の受光信号に基づき前記光透過性部材の欠陥を判定する欠陥判定部とを有する光透過性部材の欠陥検出装置において、
   前記投光器と前記受光器との間に設けられ、前記第１及び第２の偏光板をクロスニコルに配置したときに前記受光器からの光を測定して得られる分光透過率が高い波長域の光を除去する除去光学系を備えることを特徴とする光透過性部材の欠陥検出装置。
2. 前記除去光学系は、波長域が４００ｎｍ以下の光を除去することを特徴とする請求項１記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
3. 前記除去光学系は、波長域が７００ｎｍ以上の光を除去することを特徴とする請求項１または２記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
4. 前記第１及び第２の偏光板はヨウ素を用いて構成され、前記受光器は固体撮像装置から構成され、前記除去光学系は４２０ｎｍ以下の光及び７００ｎｍ以上の光を除去することを特徴とする請求項１記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
5. 前記除去光学系は、誘電体多層膜フイルタまたはモノクロメータであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
6. 前記除去光学系は、前記投光器と前記第１の偏光板との間に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
7. 前記投光器は、メタルハライドランプと前記除去光学系とを内蔵することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
8. 前記光透過性部材は位相差フイルムであることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の光透過性部材の欠陥検出装置。
9. 光透過性部材に対して光を照射する投光器と、前記投光器で照明された前記光透過性部材から出た光を受光する受光器と、前記投光器と前記光透過性部材との間に配置される第１の偏光板と、前記光透過性部材と前記受光器との間に配置される第１の偏光板と、前記光透過性部材と前記受光器との間に配置される第２の偏光板と、前記受光器の受光信号に基づき前記光透過性部材の欠陥を判定する欠陥判定部とを用いる光透過性部材の欠陥検出方法において、
   前記投光器と前記受光器との間に除去光学系を配置し、
   前記除去光学系は、前記第１及び第２の偏光板をクロスニコルに配置したときに前記受光器からの光を測定して得られる分光透過率が高い波長域の光を除去することを特徴とする光透過性部材の欠陥検出方法。

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