CN104040322A - 检查用照明装置以及检查用照明方法 - Google Patents

Abstract

为了提供一种能够根据检查光表现出缺陷和正常部分的亮度差等的差异的检查用照明装置以及检查用照明方法，所述检查用照明装置具有：射出检查光的面光源(1)；透镜(2)，所述透镜(2)位于从所述面光源(1)射出的检查光的光轴(LX)上，被设置在检查对象(W)和所述面光源(1)之间；第一光阑(31)，所述第一光阑(31)被设置在所述面光源(1)以及所述透镜(2)之间，或者被设置在所述透镜(1)以及所述检查对象(W)之间，所述面光源(1)以及所述透镜(2)的相对于所述检查对象(W)的位置被设置为所述面光源(1)成像的成像面(IM)位于所述检查对象(W)的附近，所述第一光阑(1)的相对于所述透镜(2)的位置被设定，从而使以入射至所述成像面(IM)的外周部的检查光规定的照射立体角的中心轴变得相对于所述光轴(LX)平行，或者，自光轴(LX)偏离且以规定量倾斜。

Description

检查用照明装置以及检查用照明方法

技术领域

本发明涉及一种用于例如对作为检查对象的产品照射检查光，进行该产品的外观或损伤、缺陷等的检查的检查用照明装置以及检查用照明方法。

背景技术

作为用于产品的外观检查等的检查用照明装置的一个实例，例举有同轴照明，所述同轴照明使如专利文献1示出那样的摄像的方向与对检查对象照明的方向一致。该同轴照明具有：朝水平方向射出检查光的光源；半透半反镜，所述半透半反镜被倾斜设置在所述检查对象和设置于该检查对象的上方的摄像装置之间，被配置为向所述检查对象反射所述检查光，且向摄像装置侧透射来自所述检查对象的反射光。

然而，近年来，寻求能够通过拍摄的图像检查出即使使用上述那样的检查用照明装置也难以检查出的缺陷等的特征点。更具体来说存在以下难以检查的事例：由于作为检查对象的产品的形状特殊或复杂，难以以充分的强度或光量照射检查光，即使能够照射检查光，由于来自想要检查的部分以外的反射光过多，或者，缺陷等的特征点过小或过于模糊，因此亮度差难以表现等。

例如，考虑通过使用光阑等将检查光的照射范围仅限定在检查对象，降低来自检查对象以外的作为反射光或散射光的杂散光，提高检查精度。然而，在检查对象小或模糊等情况下，变得难以检查出照射的光由于缺陷等的特征点而变化的变化量，缺陷和正常部分的亮度差越来越难以分辨。

又，检查对象有为平面的情况，也有形成微妙的凸面或者凹面的情况，检查对象的各点的照射立体角的倾斜状况没有变为适合检查对象的状态也成为缺陷的检查不能顺利进行的原因。然而，以往，在检查用照明装置中不知道能够将检查对象的各点的照射立体角的倾斜状况或照射立体角的大小适当设定成适合检查对象的状况。

因此，需要以下的检查用照明装置，所述检查用照明装置即使对于如上所述那样的缺陷与正常部分的差异难以表现于所拍摄的图像的产品，也能够通过机器视觉检查出缺陷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-261839号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于如上所述的课题而做出的，其目的在于，提供一种即使在例如照明条件十分苛刻、或者缺陷等的特征点非常小且模糊的情况下，也能够通过检查光根据在该特征点的光的变化量，表现出亮度差等的差异的检查用照明装置以及检查用照明方法。更具体来说，提供一种能够使被射出的检查光的大部分到达检查对象，且能够调节检查对象的各点的检查光的照射立体角的倾斜状况以及照射立体角的大小，能够进行符合检查对象的形状或特性的检查的检查用照明装置以及检查用照明方法。

解决问题的手段

即，本发明的检查用照明装置的特征在于，具有：射出检查光的面光源；透镜，所述透镜在从所述面光源射出的检查光的光轴上，被设置在检查对象和所述面光源之间；以及

第一光阑，所述第一光阑被设置在所述面光源以及所述透镜之间，或者被设置在所述透镜以及所述检查对象之间，所述面光源以及所述透镜的相对于所述检查对象的位置被设定为所述面光源成像的成像面位于所述检查对象的附近，所述第一光阑的相对于所述透镜的位置被设定为，使由入射至所述成像面的外周部的检查光规定的照射立体角的中心轴相对于所述光轴平行，或者，自光轴偏离且仅倾斜规定量。

又，本发明的检查用照明方法是一种使用检查用照明装置的检查用照明方法，所述检查用照明装置具有：射出检查光的面光源；透镜，所述透镜位于从所述面光源射出的检查光的光轴上，被设置在检查对象和所述面光源之间；以及第一光阑，所述第一光阑被设置在所述面光源以及所述透镜之间，或者被设置在所述透镜以及所述检查对象之间，所述检查用照明方法的特征在于，具有：成像位置设定步骤，设定所述面光源以及所述透镜的相对于所述检查对象的位置，以使得所述面光源成像的成像面位于所述检查对象的附近；以及照射立体角斜度调节步骤，设定所述第一光阑的相对于所述透镜的位置，以使由入射至所述成像面的外周部的检查光规定的照射立体角的中心轴相对于所述光轴平行，或者，自光轴偏离且倾斜规定量。

若是这样的检查用照明装置的检查用照明方法，由于设定所述面光源以及所述透镜的相对于所述检查对象的位置使得所述面光源成像的成像面位于所述检查对象的附近，因此能够在几乎不遮挡从所述面光源射出的检查光的情况下，仅限定于所述检查对象。进一步，由于设定所述第一光阑的相对于所述透镜的位置以使得由入射至所述成像面的外周部的检查光规定的照射立体角的中心轴与所述光轴平行或者自光轴偏离且倾斜规定量，因此能够将被照射至检查对象的各点的检查光的照射立体角调节到适合检查缺陷等的特征点的倾斜状况。进一步，由于第一光阑以所述成像面在所述检查对象的附近的状态被配置，因此能够在将被照射所述检查光的范围保持为成像面的大小不变的情况下，改变照射立体角的大小。

即，由于能够独立调节检查光的照射范围和照射立体角，因此，例如，能够按照检查对象产生缺陷等的特征点或想要检查的位置的大小或形状特性，来设定检查光的照射范围，且能够将检查光的照射立体角调小。因此，检查光被检查对象反射而产生的反射光的立体角也能够很小，即使由于缺陷等的特征点造成反射光的反射方向仅发生微小的变化，由于反射光的立体角很小，因此反射光的立体角的大部分自摄像装置的观察立体角偏离，能作为亮度差容易地检查出缺陷等的特征点。

或者，通过调节照射立体角和观察立体角的包含关系，能够选择性地仅提取特征量为某种程度以上的特征点，而不检查其他。

例如，检查对象具有凸面，要使在检查对象的凸面的各点的反射光的立体角的方向相对于光轴大致平行以使缺陷检查变得容易，所述第一光阑只要被配置在所述透镜的焦点的外侧，以使得所述照射立体角的中心轴从所述成像面的外周侧向中心侧倾斜即可。

例如，检查对象具有凹面，要使从凹面的各点返回的反射光的立体角的方向各自平行地排列以使缺陷检查变得容易，所述第一光阑只要被配置在所述透镜的焦点的内侧，以使得所述照射立体角的中心轴从所述成像面的中心侧向外周侧倾斜即可。

例如，检查对象具有平面，要使来自该平面的反射光的立体角的方向一致以使缺陷检查变得容易，所述第一光阑只要被配置在所述透镜的焦点上，以使得所述照射立体角的中心轴与所述光轴平行即可。

要调节为适合检查对象的检查的照射立体角的斜度分布以及照射立体角的大小，只要所述第一光阑的位置只要是基于由所述照射立体角的中心轴和所述光轴构成的角以及所述面光源通过所述透镜成像的所述成像面的倍率而设定的即可。

又，通过以上的操作，根据用于观察系统的观察光学系统的特性调节照射立体角的斜度，以使摄像图像变得均一成为可能。

要能够对被照射于所述检查对象的检查光的照射范围或最大照射立体角进行适当调节，通过所述第一光阑容易地对各检查对象进行调整，只要调节从所述面光源射出的检查光的射出面积的第二光阑只要被设置在所述光源的附近即可。

要防止来自所述检查对象的反射光中的作为来自与检查没有关系的部分的反射等的杂散光，且将向检查对象的检查光的照射范围或反射光的立体角进一步调节为适合检查的大小，只要在所述检查对象与拍摄所述检查对象的摄像装置之间进一步设置第三光阑即可。

要通过反射光具有的立体角和反射方向的变化得到所希望的亮度差，就要能够更精密地调节观察它们的观察立体角，为此只要在所述第三光阑和所述摄像装置之间进一步设置第四光阑即可。

要能够通过所述第三光阑同时进行照射立体角以及观察立体角这两者的调节，就要进一步具有半透半反镜，所述半透半反镜被配置为将从所述面光源射出的检查光向所述检查对象反射，且使来自所述检查对象的反射光透射，只要将所述第三光阑配置在照射光路和反射光路重叠的部分即可，所述照射光路是所述检查光从所述光源到所述检查对象的光路，所述反射光路至少包括从所述检查对象到所述半透半反镜的光路。

发明效果

这样，根据本发明的检查用照明装置以及检查用照明方法，能够通过所述第一光阑对被照射到所述检查对象的检查光的照射立体角的大小以及相对于光轴的斜度进行适当调节，能够对来自所述检查对象的反射光的立体角进行适当改变。因此，即使是以往在摄像图像中亮度差难以表现的微小的缺陷等的特征点，由于能够将反射光的立体角和摄像装置等的观察立体角的包含关系最优化，也能够使亮度差产生。进一步，也能够与照射立体角的控制独立并对被照射到检查对象的检查光的照射范围进行适当设定。即，由于能够对检查光的照射范围和在照射范围的各点的照射立体角进行独立控制，即使以往难以检查的对象或缺陷也能够通过机器视觉等容易地检查出来。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的检查用照明装置的外观的示意性立体图。

图2是第一实施方式的检查用照明装置的示意性剖面图。

图3是将第一实施方式的检查用照明装置的光路简化后示出的示意图。

图4是示出第一实施方式的检查用照明装置的利用第一光阑的照射立体角的变更例的示意图。

图5是示出在第一实施方式中通过能够调节反射光的立体角，发现缺陷变得容易的原理的示意图。

图6是示出本发明的第一实施方式的变形实施方式的检查用照明装置的实例的示意图。

图7是将第二实施方式的检查用照明装置的光路简化后示出的示意图。

图8是示出第二实施方式的检查用照明装置的成像状态以及由第一光阑的配置造成的变化的示意图。

图9是示出由第二实施方式的检查用照明装置的第一光阑的开口直径造成的照射立体角的大小的变化，以及成像面的大小不变的示意图。

图10是对第二实施方式的检查用照明装置的第一光阑的位置所造成的照射立体角的斜度变化进行说明的示意图。

图11是示出基于第二实施方式的检查用照明装置的第一光阑的位置的照射立体角的斜度分布的示意图。

图12是示出第二实施方式的检查用照明装置的利用方法的一个实例的示意图。

图13是用于对第二实施方式的检查用照明装置的照射立体角的斜度和各种参数的关系进行说明的示意图。

图14是用于对第二实施方式的检查用照明装置的照射立体角的大小和各种参数的关系进行说明的示意图。

符号说明

100 检查用照明装置

1 光源

2 透镜

31 第一光阑

32 二光阑

33 第三光阑

34 第四光阑

4 半透半反镜

C 摄像装置

W 检查对象。

具体实施方式

对本发明的第一实施方式进行说明。

第一实施方式的检查用照明装置100是通过摄像装置C拍摄检查对象W的方向和对检查对象W进行照明方向一致的所谓的同轴照明，用于使检查对象W的缺陷在通过摄像装置C拍摄的图像中作为亮度差表现出来。在此，检查对象W的缺陷等的特征点包括涉及例如表面的损伤、外观的形状、孔的有无等多方面的不良情况或其他的特征量。

如图1的立体图以及图2的剖面图所示的那样，所述检查用照明装置100具有大概L字状的壳体，在其内部形成将检查光从光源1照射至检查对象W的照射光路L1，以及将来自检查对象W的反射光反射到摄像装置C的反射光路L2。更具体来说，在水平方向延伸的第一筒状体91以及在上下方向延伸的第二筒状体92分别与箱体93连接，在上下方向延伸的第二筒状体92的上表面开口侧安装摄像装置C，在所述箱体93的下表面开口载置检查对象W。

如图2的剖面图以及图3的简化了的光路图示出的那样，所述照射光路L1被形成为L字状，由检查光在水平方向前进的第一光路L11、以及被反射后向下前进的第二光路L12构成。

在所述第一光路L11上，按照检查光前进的顺序，配置有射出检查光的光源1、被设置在所述光源1的附近的第二光阑32、将从所述光源1射出的检查光聚光的透镜2、被设置于所述透镜2的光入射侧附近的第一光阑31、使所述检查光向下方反射的所述反射光路L2以及相对于照射光路L1倾斜地被设置的半透半反镜4。进一步在所述第二光路L12上，设置有被所述半透半反镜4反射后的检查光所通过的第三光阑33。并且，向所述检查对象W照射从所述箱体93内部通过了所述第三光阑33的检查光。

又，在所述反射光路L2上，按照从检查对象W反射的反射光的前进顺序，直到所述摄像装置C为止依次设置有所述的第三光阑33、所述半透半反镜4、被安装在所述箱体93的上表面的第四光阑34。即，所述半透半反镜4和所述第三光阑33变为被配置在所述照射光路L1和所述反射光路L2的重叠部分。另外，所述的第一光阑31、第二光阑32、第三光阑33、第四光阑34分别为可变光阑，能够适当改变其光阑量。又，根据使用形态，也可以是固定光阑量的固定光阑。

以下，对各构件的配置和结构进行详述。

所述面光源1通过例如片(チップ)型LED等形成光射出面11，朝向外侧伸出散热用的散热片12。又，如该图2的剖面图示出那样，在第一筒状体91内能够在轴向上进退地安装所述面光源1，从而能够调整检查光的照射开始位置。即，通过与后面叙述的第一光阑31对照射立体角所进行的控制独立地改变所述面光源1、所述透镜2、所述检查对象W的位置关系，能够控制所述检查对象W上的检查光的照射范围。

所述第二光阑32被设置在所述面光源1的光射出面11的附近，通过调节该光阑量，能够改变所述面光源1的检查光的照射面积，改变所述检查对象W上的检查光的照射范围。

所述透镜2被安装在所述箱体93的侧面开口部，作为所述光源成像的位置的成像面被配置在所述检查对象W的表面附近。

所述第一光阑31设置在所述透镜2的光射出侧，用于将检查光调节成相等的照射立体角，所述检查光通过所述透镜2相对于所述检查对象W的表面被聚光到照射范围内的各点。即，通过改变该第一光阑的光阑量，如图4的示意图所示，只要是比由所述透镜2的开口直径决定的最大照射立体角小的照射立体角，就能够以任意的照射立体角对所述检查对象W照射检查光。

所述半透半反镜4是被大致正方形的框体41支承的圆形的薄壁的透镜。通过使用这种半透半反镜4，能够很薄地形成半透半反镜4的产生反射或者透射的部分，能够在来自所述检查对象W的反射光在透射半透半反镜4时，使由产生的微小的折射等造成的摄像的误差在最低限度。

所述第三光阑33被安装在所述箱体93的下表面开口部，配置在所述半透半反镜4和所述检查对象W之间。通过该第三光阑33，能够从由所述第一光阑31决定的照射立体角进一步进行微小调整。又，所述第三光阑33在通过本身的检查光被所述检查对象W反射后变为反射光时，能够防止变为杂散光的光侵入到检查光照射装置内。进一步，通过该光阑，能够使照射立体角和观察立体角精密地在同轴上且为相同大小，能够在将反射光的斜度变动转换为通过所述摄像装置C观察的观察光的深浅信息时，使其灵敏度特性和深浅曲线变化。

所述第四光阑34被安装在所述箱体93的上表面开口部，配置在所述半透半反镜4和所述摄像装置C之间。该第四光阑34用于进一步调节观察入射至所述摄像装置C的所述反射光的观察立体角。又，所述第二筒状体92能够伸缩地被安装，使其能够调节所述第四光阑34和所述摄像装置C的相隔距离。由此，使反射光的相对于斜度变动的深浅曲线进一步精密地最优化成为可能。

在使用如上述那样构成的检查用照明装置100的情况下，边参照图5边对摄像装置C中微小的缺陷等容易作为亮度差被检查出的理由进行说明。另外，图5的虚线示出的照射立体角是没有第一光阑31、不能调节照射立体角的情况的现有例，实线示出的是本实施方式的检查用照明装置100中缩小照射立体角的情况的实例。

如图5的(a)示出的那样，在检查对象W上没有缺陷的情况下，例如通过镜面反射，检查光和反射光作为镜像对称而出现。如图5的(b)示出的那样，在检查对象W上存在缺陷等的情况下，反射光的反射方向稍微变化。若此时缺陷微小，反射光的方向的变化也变得很小，因此若用虚线示出的现有例的照射立体角照射检查光，现有例的照射立体角的反射光的立体角也随之变大，反射光变得不会从摄像装置C的观察立体角C1偏离。另一方面，在本实施方式的情况下，由于通过由第一光阑31缩小照射立体角，反射光的立体角也变小，因此即使在反射光的斜度稍微变化的情况下摄像装置C的观察立体角C1也会被配置在反射光的立体角的外侧，被拍摄得很暗。这样，通过由所述第一光阑31适当设定照射立体角以及反射光的立体角，在机器视觉中将以往无法检查的缺陷等作为亮度差捕捉到成为可能。又，将基于该斜度变动的观察光的深浅变动精密地最优化成为可能。

该深浅变动如上述说明的那样，通过从物体返回的反射光的立体角和观察立体角的各自的大小以及其包含关系，决定其变动宽度或变动开始点、变动结束点、变动的程度等。由于反射光的立体角能够通过照射光的立体角来控制，若其使用在视野范围能够均一地控制的本发明，对于物体表面上的缺陷等的特征点，得到所希望的深浅曲线成为可能。

但是，在该情况下，为了在视野范围中均等地保持反射光的立体角和观察立体角的包含关系，通过根据视野范围中的观察立体角的斜度变化，来控制反射光的立体角的斜度，得到相对于缺陷等的相等的深浅变动成为可能。

对视野范围内的反射光的立体角的斜度进行最优控制通过适当地选择第一光阑31的光轴上的位置来实现成为可能。

对第一实施方式的其他的实施方式进行说明。在以下的说明中，对与所述实施方式对应的构件赋予相同符号。

在所述实施方式中，所述检查光照射装置作为同轴照明而构成的，如图6示出的那样，也可以没有照射光路L1和反射光路L2重叠的部分而分别构成照射光路L1和反射光路L2。总之，只要通过将焦点设定在所述检查对象W上的透镜2将从所述面光源1射出的检查光聚光，且通过被设置在所述透镜2的附近的第一光阑31能够调节检查光的照射立体角即可。又，也可以根据需要使用第二光阑32、第三光阑33、第四光阑34。

又，所述透镜的焦点位置并不限定于所述检查对象的表面上，只要在附近，也可以从表面在前后稍微偏离。除此之外，检查对象以及缺陷等并不限定于特定的东西，本发明的检查用照明装置能够用于各种各样的用途。

接下来对本发明的第二实施方式进行说明。对与第一实施方式的各构件对应的构件赋予相同符号。

第二实施方式的检查用照明装置100相对于第一实施方式具有以下不同点：如图7的简略化的光路图示出的那样，将第一光阑31的位置设置在所述面光源1和所述透镜2之间，能够变更地所述第一光阑31的设置位置地构成。

对各部的详情进行说明。在用于以下的说明的图中，主要仅记载照射光学系统，为了容易理解，被半透半反镜4弯曲的光路也被转换为直线状而记载。

如省略第一光阑31的图8的(a)所示，所述面光源1以及所述透镜2的相对于所述检查对象W的位置设定为所述面光源1成像的成像面IM位于所述检查对象W上。并且，如包括第一光阑31而记载的图8的(b)所示，构成为通过改变所述第一光阑31的相对于所述透镜2的位置、开口直径T，能够适当调节在成像面IM的照射立体角ω₀的大小以及相对于光轴LX的斜度。即，如图9的(a)、图9的(b)所示，能够越缩小第一光阑31的开口直径T，越缩小在成像面IM的各点的照射立体角ω₀。进一步如图9所示可知，即使改变第一光阑31的开口直径T，成像面IM的大小也不变。因此，只要是这样的结构，则被照射到检查对象W的检查光的范围不改变，能够相等地自由调节在各点的照射立体角ω₀的大小。并且，若能够缩小开口直径T，则也能够缩小来自检查对象W的反射光的立体角，因此若由一点点的缺陷或伤痕导致反射立体角的斜度变化，则从与摄像装置的观察立体角之间设定的包含关系偏离。因此，即使一点点的缺陷，也能够如第一实施方式示出的那样容易地作为亮度差检查出来。

又，在照射立体角比观察立体角大的情况下，缺陷等的程度在某一定的范围内深浅不变化，在超过某一定的范围的情况下也能够使深浅差维持。

这样，通过调节照射立体角和观察立体角的各自的大小以及它们的包含关系，自由地设定对应缺陷等得到的图像的深浅曲线成为可能。

即，以根据缺陷等的程度在某阈值范围以内使深浅不变化，若超过该阈值则使深浅变化这样的方式，设定缺陷等的检查阈值变得可能，除此之外，也可以根据其结果的程度，使阈值以后的深浅变化缓慢变化或急剧变化，或者，也可以使深浅变化仅在某特定方向上具有灵敏度，将对于各种各样的特征点取得的深浅图像的深浅曲线最优化变得可能。

接下来，对在成像面IM的各点的照射立体角ω₀的倾斜状态的调节进行说明。第二实施方式的检查用照明装置100能够根据检查对象W的形状或摄像装置C的结构改变所述第一光阑31的设定位置S₃以达到最合适的检查光的照射状态光阑。即，所述第一光阑31的相对于所述透镜2的位置被设定为，由入射至所述成像面IM的外周部的检查光规定的照射立体角ω₀的中心轴相对于所述光轴LX平行，或者，自光轴偏离且仅倾斜规定量。

更具体来说，照射立体角ω₀的倾斜状态能够根据第一光阑31的相对于所述透镜2的焦点的位置，改变为三个状态。如图10的(a)所示，在所述照射立体角ω₀的中心轴想从所述成像面IM的外周侧向中心侧倾斜的情况下，所述第一光阑31配置在所述透镜2的焦点的外侧。又，如图10的(b)所示，在所述照射立体角ω₀的中心轴想从所述成像面IM的中心侧向外周侧倾斜的情况下，所述第一光阑31配置在所述透镜2的焦点的内侧。进一步，如图10的(c)所示，在所述照射立体角ω₀的中心轴想变得与所述光轴LX平行的情况下，所述第一光阑31配置在所述透镜2的焦点。

边参照图11，边对在各设定时的照射立体角ω₀的相对于光轴LX的光轴的偏差以及倾斜倾向进行详细描述。图11的左边示出成像面IM附近的放大图，右边记载有示出照射立体角ω₀的中止轴的方向的分布的示意图。

如图10的(a)所示，在将第一光阑31配置在所述透镜2的焦点的外侧的情况下，如图11的(a)所示，在成像面IM的中心以外，照射立体角ω₀的中心轴从成像面IM的外周侧向中心侧倾斜，越向外侧其斜度越大。如图10的(b)所示，在将第一光阑31配置在所述透镜2的焦点的内侧的情况下，如图11的(b)所示，在成像面IM的中心以外，照射立体角ω₀的中心轴从成像面IM的中心侧向外周侧倾斜，如图11的(b)所示，越向外侧其倾斜越大。如图10的(c)所示，在第一光阑31配置在透镜2的焦点的情况下，如图11的(c)所示，对于成像面IM的全部的点，照射立体角ω₀的中心轴变得与光轴LX平行。

接下来，示出根据所述第一光阑31的位置，照射立体角ω₀的斜度具有不同的分布的特性这一情况用于检查的利用方法的一个实例。

例如，考虑使被照射在检查对象W的检查光的反射光全部作为平行光返回，想要提高缺陷的检查精度的情况。即，如图12的(a)所示，在检查对象W具有凸面的情况下，通过将第一光阑31的位置放在透镜2的焦点的外侧，能够使全部的反射光的立体角的中心轴相对于光轴LX平行。同样地，如图12的(b)所示，在检查对象W具有凹面的情况下，通过将第一光阑31的位置放在透镜2的焦点的内侧，能够使来自凹面的反射光变为平行光。进一步，如图12的(c)所示，在检查对象W具有平面的情况下，只要将第一光阑31的位置放在透镜2的焦点即可。

这样，根据第一光阑31的位置能够做出适合检查对象W的形状的照射立体角ω₀的状态。而且，即使进行照射立体角ω₀的调节，对检查光的照射范围也没有任何影响，能够在相同区域继续照射检查光。

在想要更严密地根据检查对象W的形状等调节照射立体角ω₀的倾斜状况，即，调节照射立体角ω₀的中心轴和光轴LX构成的角的大小的情况下，只要基于所述照射立体角ω₀的中心轴和所述光轴LX构成的角想要设定的角度θ_H以及所述面光源1通过所述透镜2成像的所述成像面IM的倍率M来设定所述第一光阑31的位置即可。

关于该情况，边参照图13、图14等边进行说明。

首先，若将从面光源1到透镜2中心的距离设为S₁，从透镜2中心到成像面IM的距离设为S₂，相比于高斯公式，S₁和S₂使用焦距f满足以下的式1。

式1 1/S₁+1/S₂＝1/f

又，若将成像面IM的直径Y₂相对于面光源1的直径Y₁的倍率设为M，则变为如式2那样。

式2 M＝S₁/S₂

即，能够根据成像条件和想要照射到检查对象W的范围决定S₁和S₂。例如预先决定面光源1的直径Y₁的情况下，根据照射范围决定成像面IM的直径Y₂，从而也决定倍率M。因此，根据照射范围能够基于自式1和式2决定S₁和S₂。接下来，对照射立体角ω₀的倾斜状况的决定方法进行说明。

如图13的(a)示出的那样，关于在成像面IM的外周部的照射立体角ω₀的中心轴和所述光轴LX构成的角θ_H，根据斜线部分的三角形的形状，如式3那样的关系式成立。

式3 tanθ_H＝(H/2-Y₂/2)S₂＝(H-Y₂)/2S₂

在此，将θ_H设定为照射立体角ω₀的中心轴和所述光轴LX构成的角，将中心轴相对于光轴LX从外周侧向中心侧交叉的情况设定为负，从中心侧向外周侧交叉的情况下设定为正。又，Y₂：成像面IM的半径，H/2：从透镜2中心至到达成像面IM的最外周的检查光的主光线通过的位置的距离，S₂：从透镜2中心到成像面IM的距离。

又，由于图13的(b)的斜线示出的两个三角形相似，能够如式4那样表示H。

式4 H＝S₃Y₁/(S₁-S₃)

在此，S₁：面光源1与透镜2中心的距离，S₃：第一光阑31与透镜2中心的距离，Y₁：面光源1的直径。

进一步，将作为成像面IM相对于面光源1的大小的倍率设为M，式3能够使用式4如以下的式5那样记述。

式5 tanθ_H＝(S₃Y₁/(S₁-S₃)-MY₁)/2S₂

由于Y₁是面光源1的直径，所以是由使用的面光源1的大小而决定的值，如前所述能够通过希望的倍率M以及焦距f来决定S₁和S₂，因此能够根据式5基于想要设定的倾斜角度θ_H和设定倍率M，来决定作为第一光阑31的位置的S₃。

最后，对照射立体角ω₀的大小的调节进行说明。

若将入射至成像面IM的照射立体角ω₀的平面半角设为θ₀，将通过第一光阑31入射至透镜2的检查光的直径设为K，根据图14的(a)的斜线部分的三角形，能够导出如式6那样的关系式。

式6 tanθ₀＝(K/2)/S₂θ₀＝tan^-1(K/2S₂)

又，若将第一光阑31的开口直径设为T，基于图14的(b)的斜线部分示出的两个相似的三角形，K变为如式7的那样。

式7 K＝S₁T/(S₁-S₃)

并且，照射立体角ω₀根据定义使用照射立体角ω₀的平面半角θ₀，如式8的那样记述。

式8 ω₀＝2π(1-cosθ₀)

因此，根据式6、式7、式8，照射立体角ω₀变为式9的那样。

式9 ω₀＝2π[1-cos{tan-¹(S₁T/2S₂(S₁-S₃))}]

即，可知，如式9示出的那样，通过第一光阑31的开口直径T和其设置位置S₃来决定照射立体角ω₀。在此，在为了将照射立体角ω₀的斜度θ_H规定为预先规定的角度而决定第一光阑31的位置S₃的情况下，通过仅改变第一光阑31的开口直径T，能够仅将照射立体角ω₀的大小独立地设定为所希望的值。

根据以上的情况，作为适合于在该实施方式的检查用照明装置100中分别独立地调节相对于检查对象W的检查光的照射范围、照射范围的外周以及整体的照射立体角ω₀的倾斜状况、照射立体角ω₀的大小的调节方法，为以下那样。

首先，基于正在使用的面光源1的大小和作为想照射检查光的范围的成像面IM的大小，设定倍率M。并且，基于倍率M和正在使用的透镜2的焦距f，设定面光源1和透镜2之间的相隔距离S₁、透镜2和检查对象W之间的相隔距离S₂。

接下来，根据例如检查对象W的表面形状是凸面、凹面、平面中的哪一个，设定第一光阑31的位置S₃，使其成为适合检查的照射立体角ω₀的斜度分布、倾斜状况。即，若是凸面，将第一光阑31配置在焦点内侧，若是凹面，将第一光阑31配置在焦点外侧，若是平面，将第一光阑31配置在焦点上。关于严密的倾斜状况，只要基于式5设定即可。

最后，以S₁、S₂、θ_H确定的状态调节照射立体角ω₀。此时，基于希望的照射立体角ω₀，设定第一光阑31的开口直径T。

这样，根据第二实施方式的检查用照明装置100，不使作为照射范围的成像面IM的大小变化，根据第一光阑31的位置S₃仅调节照射立体角ω₀的斜度分布以及倾斜状况，根据开口直径T仅分别独立调节照射立体角ω₀的大小。

因此，能够不使来自面光源1的检查光白费，将照射范围限定在规定的范围照射以减少杂散光，且能够变成符合检查对象W的表面形状或观察光学系统的特性的照射立体角ω₀的形态，即使是细微的缺陷等也能够检查出来。

对第二实施方式的其他的实施方式进行说明。

在第二实施方式中，将面光源的大小或透镜的焦距处理为预先决定的值，但也可以根据检查对象适当地变更这些值。例如，通过调节被设置在面光源的附近的第二光阑的开口直径，也能够缩小面光源的大小。又，也可以适当选择焦距或数值孔径不同的透镜。

根据第二实施方式示出的理论式可知，通过调节各值，成像面的大小从0到无限大，照射立体角为2π，成像面的外周部的照射立体角的斜度能够改变到±90度，但要将透镜的大小或各构件的相隔距离取得为现实的值，只要将成像面的大小设定到直径10m左右，将照射立体角的大小设定到平面半角70度左右，将照射立体角的斜度也设定到±70度左右作为设定值进行采用即可。

其他，只要不违反本发明的宗旨，也可以进行各种各样的变形或实施方式的组合。

工业应用性

根据本发明，能够提供一种能够使被射出的检查光的大部分到达检查对象，且能够调节检查对象的各点的检查光的照射立体角的倾斜状况以及照射立体角的大小，能够进行符合检查对象的形状或特性的检查的检查用照明装置以及检查用照明方法。

Claims (11)

1.一种检查用照明装置，其特征在于，具有：

射出检查光的面光源；

透镜，所述透镜在从所述面光源射出的检查光的光轴上，被设置在检查对象和所述面光源之间；以及

第一光阑，所述第一光阑被设置在所述面光源以及所述透镜之间，或者被设置在所述透镜以及所述检查对象之间，

所述面光源以及所述透镜的相对于所述检查对象的位置被设定为所述面光源成像的成像面位于所述检查对象的附近，

所述第一光阑的相对于所述透镜的位置被设定为，使由入射至所述成像面的外周部的检查光规定的照射立体角的中心轴相对于所述光轴平行，或者，自光轴偏离且仅倾斜规定量。

2.根据权利要求1所记载的检查用照明装置，其特征在于，

所述第一光阑被配置在所述透镜的焦点的外侧，以使得所述照射立体角的中心轴从所述成像面的外周侧向中心侧倾斜。

3.根据权利要求1所记载的检查用照明装置，其特征在于，

所述第一光阑被配置在所述透镜的焦点的内侧,以使得所述照射立体角的中心轴从所述成像面的中心侧向外周侧倾斜。

4.根据权利要求1所记载的检查用照明装置，其特征在于，

所述第一光阑被配置在所述透镜的焦点上，以使得所述照射立体角的中心轴与所述光轴平行。

5.根据权利要求1所记载的检查用照明装置，其特征在于，

所述第一光阑的位置是基于由所述照射立体角的中心轴和所述光轴构成的角以及所述面光源通过所述透镜成像的所述成像面的倍率而设定的光阑。

6.根据权利要求1所记载的检查用照明装置，其特征在于，

调节从所述面光源射出的检查光的射出面积的第二光阑被设置在所述光源的附近。

7.根据权利要求1所记载的检查用照明装置，其特征在于，

在所述检查对象与拍摄所述检查对象的摄像装置之间进一步设置第三光阑。

8.根据权利要求7所记载的检查用照明装置，其特征在于，

在所述第三光阑和所述摄像装置之间进一步设置第四光阑。

9.根据权利要求7所记载的检查用照明装置，其特征在于，

进一步具有半透半反镜，所述半透半反镜被配置为将从所述面光源射出的检查光向所述检查对象反射，且使来自所述检查对象的反射光透射，

将所述第三光阑配置在照射光路和反射光路重叠的部分，所述照射光路是所述检查光从所述光源到所述检查对象的光路，所述反射光路至少包括从所述检查对象到所述半透半反镜的光路。

10.一种使用于检查用照明装置的检查用照明方法，所述检查用照明装置具有：射出检查光的面光源；透镜，所述透镜位于从所述面光源射出的检查光的光轴上，被设置在检查对象和所述面光源之间；以及第一光阑，所述第一光阑被设置在所述面光源以及所述透镜之间，或者被设置在所述透镜以及所述检查对象之间，

所述检查用照明方法的特征在于，具有：

成像位置设定步骤，设定所述面光源以及所述透镜的相对于所述检查对象的位置，以使得所述面光源成像的成像面位于所述检查对象的附近；以及

照射立体角斜度调节步骤，设定所述第一光阑的相对于所述透镜的位置，以使由入射至所述成像面的外周部的检查光规定的照射立体角的中心轴相对于所述光轴平行，或者，自光轴偏离且倾斜规定量。

11.根据权利要求10所记载的检查用照明方法，其特征在于，

进一步具有第一光阑量调节步骤，光阑调节所述第一光阑的光阑量，从而使所述成像面的大小与所述检查对象的大小大致相同。