JP4010726B2 - 透明パネル検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明なガラス、プラスチックあるいはシート等の平坦な透明パネルの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面入力デバイス等の主要な構成要素の１つである透明パネルは、その製造段階において、キズ、汚れ、塵、糸屑あるいは気泡等の欠陥不良などが紛れ込むことがある。このような欠陥不良を見つけ出す欠陥検査は、顧客に対する信頼を維持するためには必要不可欠なものであるが、従来の検査では検査員の目視に頼っていた。すなわち、透明パネルを透かして見たり光源に対して傾斜させることにより、検査員は光の反射具合を目で確かめ、欠陥不良の有無及び欠陥不良の内容を把握していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような各欠陥不良は、その大きさ、色等が実に多様であり、特にキズに至っては深さ、幅、長さ、方向についても千差万別で、その発見には多大な労力及び時間を要する。特に、検査員の目視による検査では、見本となる検査基準を準備したとしても各検査員毎にその判断内容が異なり、長時間の作業中常に緊張感を持続させることも困難である。
【０００４】
従って本発明の目的は、種々の欠陥不良を容易に検出する、設置環境を選ばない構造容易な透明パネル検査装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明による透明パネル検査装置においては、被検査体である透明パネルに検査光を照射し、透明パネルの面に平行に設けられるリング状拡散照明具と、透明パネルに対してリング状拡散照明具とは反対側に設けられ、透明パネルを透過した検査光を反射させて透明パネルに照射する反射鏡と、リング状拡散照明具に対して透明パネルとは反対側に設けられ、透明パネル上で散乱した光及び、反射鏡で反射されたあと透明パネルに照射され散乱した光のうち、光軸にほぼ平行な光のみを透過させるレンズとを備える。
【０００６】
本発明によれば、リング状拡散照明具及び反射鏡を用いて拡散光を検査対象である透明パネルに対して一様に照射するので、欠陥不良の種類、形状、大きさに関係なく、安定して欠陥不良を検出することができる。また、テレセントリックレンズのようなレンズを用いて、透明パネル上で散乱した光及び、反射鏡で反射したあと透明パネルに照射されて散乱した光のうち光軸にほぼ平行な光のみを透過させ、ＣＣＤカメラのような撮像手段を用いて撮像するので、周囲の天井灯等ような外乱の影響を受けずに安定して検査をすることができ、検査装置本体の設置環境も限定されない。また、リング状拡散照明具として市販のリング状蛍光灯を適用するので、低コストで構造も容易である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、透明パネルの欠陥不良を例示する図である。
図１は、検査対象である透明パネル１の断面を表わしており、その構造はガラス基板２にフィルム３を張合わせたものであり、通常、その厚さは例えば３ｍｍ程度である。透明パネル１は、欠陥不良のない正常な場合その平面は平坦であり、欠陥検査前には表裏は洗浄されてクリーンな状態にあるが、製造時の張合わせ工程中に、ガラス基板２とフィルム３との間に何らかの原因で糸屑１１、塵１２、汚れ１３あるいは気泡１４が混入することがあり、更には取り扱いの不備等に起因するキズ１５も発生することがある。このような欠陥不良は、形状も多様で種々の曲率を有し、色も黒及び白の他に淡い色であったりする。また、場合によっては５０μｍ程度の大きさの欠陥不良を検出する必要もある。特にキズにいたっては深さ、幅、長さ、発生原因等、規則性が無い。
【０００８】
本発明による透明パネル検査装置によれば、このような多種多様な欠陥不良を、安定して検出できる。すなわち、本発明による透明パネル検査装置においては、検査対象物である透明パネルに対して一様な検査光を照射し、透明パネルにおける光の散乱の差異を抽出し、それを例えば白黒画像として撮像して、得られた画像の白黒のコントラストの強弱から欠陥不良の有無及び欠陥の種類を把握する。撮像された画像における白黒コントラストの強弱は、検査対象である透明パネルに照射する光の強度を高めることでより鮮明なものとなり、また、散乱された光の成分のうち所定の成分のみを抽出し撮像すればさらに鮮明なものとして得られる。
【０００９】
図２は、本発明の第１の実施例による透明パネル検査装置を示す図である。
図２（ａ）は透明パネル検査装置２１の平面図であり、図２（ｂ）が透明パネル検査装置２１の断面図である。
まず、本発明の第１の実施例による透明パネル検査装置２１の構成について説明する。透明パネル検査装置２１は、リング状拡散照明具２２と、反射鏡２３と、レンズ２４と、撮像手段２５とを備える。
【００１０】
リング状拡散照明具２２は、検査対象である透明パネル１の面に対して平行に設けられる。リング状拡散照明具２２は市販のリング状蛍光灯でよく、その寸法例として直径１１０ｍｍあるいは１２７ｍｍ等が挙げられる。
反射鏡２３は、透明パネル１に対してリング状拡散照明具２２とは反対側に設けられる（図２（ａ）では図示せず）。
【００１１】
レンズ２４は、リング状拡散照明具２２に対して透明パネル１とは反対側に、レンズ２４の中心とリング状拡散照明具２２の中心とが同心となるように設けられる。レンズ２４は、透明パネル１上で散乱した光及び、反射鏡２３で反射したあと透明パネル１に照射され散乱した光を集光するものであり、本実施例では、レンズの両側において画角が０°、すなわちレンズの両側における主光線が主軸に対して平行であるテレセントリックレンズが用いられる。
【００１２】
撮像手段２５は、リング状拡散照明具２２に対してレンズ２４の反対側に設けられるが、撮像手段２５の中心はリング状拡散照明具２２の中心と同心である。撮像手段２５の例としては、ＣＣＤカメラ、ＭＯＳカメラ等が挙げられる。
なお、本実施例による透明パネル検査装置２１の検査範囲は、撮像手段２５の撮像可能範囲に依存するが、検査対象である透明パネル１の大きさは多様であるので、透明パネル１全体を網羅して検査するために透明パネル検査装置２１を水平方向に移動可能にする移動手段を更に備えてもよい。
【００１３】
続いて、本実施例の動作原理について説明する。
図２に示されるリング状拡散照明具２２から発せられ拡散した検査光は透明パネル１に達すると様々な方向に散乱されるが、本実施例は特に、欠陥不良が存在する箇所においては散乱する光に偏りが生じるという事実に基づいており、これを撮像手段２５によって撮像し、得られた画像における白黒のコントラストの強弱から欠陥不良の有無及び欠陥不良の種類を把握する。
【００１４】
図３は、本発明の第１の実施例の動作原理を説明する図である。
図３（ａ）は、透明パネル１に欠陥不良として糸屑、塵、汚れ等の異物４１が混入した場合における光の散乱を示し、図３（ｂ）は、透明パネル１に欠陥不良としてキズ４２が生じた場合における光の散乱を示す。
図３（ａ）及び (ｂ）に示すように、リング状拡散照明具２２から一様に発せられる検査光３１が透明パネル１に照射されると、透明パネル１の欠陥不良のない表面上では検査光３１の一部が反射し（反射光３２）、一部が透過する（透過光３３）。透過光３３は、反射鏡２３で反射されて再び透明パネル１に照射され、透明パネル１を透過する（透過光３４）。
【００１５】
リング状拡散照明具２２からは検査光３１が方向及び光強度に関して一様に発せられているので、透明パネル１の欠陥不良のない正常な箇所では、透明パネル１における反射光３２及び透過光３４の方向、並びに反射光３２及び透過光３４の発生の割合はほぼ一様であり、散乱に偏りはほとんどない。
しかし、透明パネルに図３（ａ）のような異物４１や、図３（ｂ）のようなキズが存在する場合は、以下で説明するように、当該箇所における光の散乱に偏りが生じる。すなわち、図３（ａ）に示すように、検査光３１ａが異物４１が存在する箇所に照射されると、当該箇所ではフィルム３が平坦ではないので、検査光３１の反射する方向は乱れる（反射光３２ａ）。特に、異物４１が糸屑等のような場合は、当該箇所においては光の透過が妨げられ、反射光３２及び透過光３３の発生の割合も欠陥不良のない箇所とは異なるものになる。また、透過光３３が反射鏡２３で反射し異物４１の端部に照射された場合は、異物４１が存在することで屈折率が変化するがその屈折率で光が透過する（透過光３４ａ）。このように、異物４１が存在する箇所では、光の散乱に偏りが生じることになる。
【００１６】
また、図３（ｂ）に示すように、検査光３１ｂがキズ４２が存在する箇所に照射されると、当該箇所ではフィルム３が平坦ではないので、検査光３１ｂの反射する方向は乱れる（反射光３２ｂ）。また、透過光３３が反射鏡２３で反射後キズ４２が存在する箇所に照射された場合は、キズ４２に平坦な面とは異なる方向に光が透過する（透過光３４ｂ）。このように、キズ４２が存在する箇所においても、前述の異物４１が存在する場合同様、光の散乱に偏りが生じることになる。
【００１７】
以上説明したように、欠陥不良が存在する箇所では散乱する光に偏りが生じるる。透明パネル１の法線に平行な光を例にとってみると、透明パネル１上の欠陥不良のない箇所で反射又は透過した光と、欠陥不良が存在する箇所で反射又は透過した光とでは、散乱した光全体に含まれる透明パネル１の法線に平行な光の割合が異なる。すなわち、リング状拡散照明具２２からは一様に発せられる拡散光に対して、透明パネル１上の欠陥不良のない箇所では光は一様に反射又は透過するが、欠陥不良が存在する箇所では、透明パネル１の法線に平行な光成分が変化する結果となる。
【００１８】
従って、本実施例は、透明パネル１上で散乱した光及び、反射鏡２３で反射したあと透明パネル１に照射されて散乱した光のうち、透明パネル１の法線にほぼほぼ平行な光成分のみを抽出する。これをＣＣＤカメラ等のような撮像手段２５で白黒画像として撮像すれば、透明パネル１の法線にほぼほぼ平行な成分が多いところほど白色が強調される結果となる。
【００１９】
このような白黒のコントラストをより鮮明なものとして得るためのレンズ２４として、本実施例では、レンズの両側において画角が０°、すなわちレンズの両側における主光線が主軸に対して平行であるテレセントリックレンズを用いる。図４は本発明で用いるテレセントリックレンズの説明図である。図４（ａ）は通常のレンズを示し、図４（ｂ）はテレセントリックレンズを示す。
【００２０】
図４（ａ）に示されるように、通常のレンズにおいては、主光線５１は所定の画角θをもってレンズ２４に入射することで結像するが、テレセントリックレンズにおいては、図４（ｂ）に示されるように、レンズの両側における画角が０°、すなわちレンズの両側における主光線５１が主軸に対して平行である。すなわち、結像に寄与する主光線は、主軸に対して平行なものである。換言すれば、テレセントリックレンズは、入射する光線のうち、主軸に平行な光線のみを抽出して出射する機能を有しているといえる。
【００２１】
本実施例では、レンズ２４としてテレセントリックレンズが、図２に示すようにリング状拡散照明具２２に対して透明パネル１とは反対側に、レンズ２４の中心とリング状拡散照明具２２の中心とが同心となるように設けられ、透明パネル１上で散乱した光及び、反射鏡２３で反射したあと透明パネル１に照射されて散乱した光のうち、光軸にほぼ平行な光のみを透過させる。
【００２２】
レンズ２４を透過した光は、撮像手段２５によって撮像される。本実施例では撮像手段２５としてＣＣＤカメラを用いるが、ＭＯＳカメラ等を用いてもよい。図５は、本発明の第１の実施例による透明パネル検査装置での検査結果を示す図である。この図は、光学条件として光学倍率０．３４５、視野サイズ２５ｍｍ×２０ｍｍ、絞り２．５の下でＣＣＤカメラによって撮像した後、二値画像としてデジタル処理したものであり、図において矢印で指示される白い部分が欠陥不良である。図５（ａ）はキズ、図５ (ｂ）は糸屑、図５（ｃ）は気泡、図５（ｄ）は黒い塵をそれぞれ示しているが、これらの図から本発明による透明パネル検査装置で欠陥不良を検出することができることが確認できる。
【００２３】
このように本発明の第１の実施例による透明パネル検査装置で得られた透明パネルに関する検査結果は、各種デジタル処理を経てデータベース化し、更に有効活用することも容易である。
以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、リング状拡散照明具及び反射鏡を用いて拡散光を検査対象である透明パネルに対して一様に照射するので、欠陥不良の種類、形状、大きさに関係なく、安定して欠陥不良を検出することができる。また、テレセントリックレンズのようなレンズを用いて、透明パネル上で散乱した光及び透明パネルに照射されて散乱した光のうち光軸にほぼ平行な光のみを導き、ＣＣＤカメラのような撮像手段を用いて撮像するので、周囲の天井灯等ような外乱の影響を受けずに安定して検査をすることができ、検査装置本体の設置環境も限定されない。また、リング状拡散照明具として市販のリング状蛍光灯を適用するので、低コストで構造も容易である。
【００２４】
レンズを通して撮像されて得られる画像の白黒のコントラストをより鮮明し、欠陥不良の検出精度を向上させるためには、透明パネルに照射する拡散光の強度を高め、光の拡散も更に一様なものとすればよい。例えば、透明パネルに照射する拡散光を生成するために、いわゆる準ランベルト照明を用いれば、光強度、拡散度を一層高めることができる。
【００２５】
本発明の第２の実施例は、第１の実施例に比べて光強度、拡散度を一層高めるものとして提案されるものであり、リング状拡散照明具を複数設置する。
図６は、本発明の第２の実施例による透明パネル検査装置を示す図である。
図６（ａ）は透明パネル検査装置５１の平面図であり、図６（ｂ）が透明パネル検査装置５１の断面図である。
【００２６】
本実施例は、図２の透明パネル検査装置２１のリング状拡散照明具２２を複数のリング状拡散照明具に置き換えたものであり、図６では、３個のリング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃが例示されている。
本実施例では、開口面が透明パネル１に平行である仮想半球面を想定し、その仮想半球面上に透明パネル１から遠ざかるにつれて各リング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃのリング径が小さくなるように多層積みすることで準ランベルト照明と同等の照明効果を得る。
【００２７】
図６に示すように、本実施例では、例えば半径７０ｍｍの半球面を想定して、仮想半球面の開口面に相当する位置に、検査対象である透明パネル１の上面が一致するように配置される。なお、想定する仮想半球面の半径はこれに限定されるものではないが、リング状拡散照明具として市販のリング状蛍光灯を適用できるような半径を想定するのが好ましい。
【００２８】
仮想半球面上に各リング状拡散照明具が配置されるように、この透明パネル１の上面に対して、例えば、１５ｍｍ上方にリング径１３４ｍｍの第１のリング状拡散照明具２２ａが、４９ｍｍ上方にリング径１２７ｍｍの第２のリング状拡散照明具２２ｂが、９９ｍｍ上方にリング径１００ｍｍの第３のリング状拡散照明具２２ｃが多層積みされ、このように多層積みされることで半径７０ｍｍの準ランベルト照明とほぼ同等の照明効果を得る。各リング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃとして、市販のリング状蛍光灯を用いてもよい。なお、本実施例においては、リング状拡散照明具を３個用いたが、リング状拡散照明具の数はこれに限定されるものではなく、所定のリング径を有するリング状拡散照明具を、仮想半球面を構成するような位置に設置するものであればいくつでもよい。
【００２９】
反射鏡２３は、透明パネル１の上面に対して３０ｍｍ下方に設置される。（図６（ａ）では図示せず）。
レンズ２４は、各リング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対して透明パネル１とは反対側に、レンズ２４の中心と各リング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃの中心とが同心となるように設けられる。レンズ２４は、透明パネル１上で散乱した光及び、反射鏡２３で反射したあと透明パネル１に照射されて散乱した光を集光するものであり、本実施例では、レンズの両側において画角がゼロ、すなわちレンズの両側における主光線が主軸に対して平行であるテレセントリックレンズが用いられる。
【００３０】
撮像手段２５は、各リング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対してレンズ２４の反対側に設けられるが、撮像手段２５の中心は各リング状拡散照明具２２ａ、２２ｂ、２２ｃの中心と同心である。撮像手段の例としては、ＣＣＤカメラ、ＭＯＳカメラ等が挙げられる。
なお、本実施例による透明パネル検査装置２１の検査範囲は、撮像手段２５の撮像可能範囲に依存するが、検査対象である透明パネル１の大きさは多様であるので、透明パネル１全体を網羅して検査するために透明パネル検査装置２１を水平方向に移動可能にする移動手段を更に備えてもよい。
【００３１】
このように、本実施例では、開口面が透明パネルに平行である仮想半球面を想定し、その仮想半球面上に透明パネルから遠ざかるにつれて複数のリング状拡散照明具のリング径が小さくなるように多層積みすることで透明パネルに照射する拡散光の光強度及び拡散度を高めるので、レンズを通して撮像されて得られる画像の白黒のコントラストをより鮮明し、欠陥不良の検出精度を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施例では、リング状拡散照明具として市販のリング状蛍光灯を適用することができるので、低コストで準ランベルト照明とほぼ同等の照明効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透明パネル検査装置において、リング状拡散照明具及び反射鏡を用いて拡散光を検査対象である透明パネルに対して一様に照射するので、欠陥不良の種類、形状、大きさに関係なく、安定して欠陥不良を検出することができる。また、テレセントリックレンズのようなレンズを用いて、透明パネル上で散乱した光及び、反射鏡で反射したあと透明パネルに照射されて散乱した光のうち光軸にほぼ平行な光のみを透過させ、ＣＣＤカメラのような撮像手段を用いて撮像するので、周囲の天井灯等ような外乱の影響を受けずに安定して検査をすることができ、検査装置本体の設置環境も限定されない。また、リング状拡散照明具として市販のリング状蛍光灯を適用するので、低コストで構造も容易である。
【００３４】
更に、透明パネル検査装置において、複数のリング状拡散照明具を用いた場合は、開口面が透明パネルに平行である仮想半球面を想定し、その仮想半球面上に透明パネルから遠ざかるにつれて複数のリング状拡散照明具のリング径が小さくなるように多層積みすることで透明パネルに照射する拡散光の光強度及び拡散度を高めるので、レンズを通して撮像されて得られる画像の白黒のコントラストをより鮮明にし、欠陥不良の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透明パネルの欠陥不良を例示する図である。
【図２】本発明の第１の実施例による透明パネル検査装置を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の動作原理を説明する図である。
【図４】本発明で用いるテレセントリックレンズの説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例による透明パネル検査装置での検査結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例による透明パネル検査装置を示す図である。
【符号の説明】
１…透明パネル
２…ガラス基板
３…フィルム
２１、５１…透明パネル検査装置
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…リング状拡散照明具
２３…反射鏡
２４…レンズ
２５…撮像手段

Claims (2)

1. 被検査体である透明パネルに検査光を照射し、前記透明パネルの面に平行に設けられるリング状拡散照明具と、
   前記透明パネルに対して前記リング状拡散照明具とは反対側に設けられ、前記透明パネルを透過した前記検査光を反射させて前記透明パネルに照射する反射鏡と、
   前記リング状拡散照明具に対して前記透明パネルとは反対側に設けられ、前記透明パネル上で散乱した光及び、前記反射鏡で反射されたあと前記透明パネルに照射され散乱した光のうち、光軸にほぼ平行な光のみを透過させるレンズと、
   前記レンズに対して前記リング状拡散照明具とは反対側に設けられ、前記レンズを透過した光を撮像する撮像手段と、
   を備えることを特徴とする透明パネル検査装置。
2. 前記リング状拡散照明具は、開口面が前記透明パネルに平行である仮想の半球面上に、前記透明パネルから遠ざかるにつれて前記リング状拡散照明具のリング径が小さくなるように少なくとも１つ多層積みされる請求項１に記載の透明パネル検査装置。

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