JP2003270157A

JP2003270157A - 検査装置

Info

Publication number: JP2003270157A
Application number: JP2002071583A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sugiura; 正之杉浦; Tomokazu Nakamura; 友和中村; Masato Hara; 正人原
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】小さい径の環状の照明具を用いて暗視野照明
下で被検物の画像を撮影し検査できる検査装置を提供す
る。【解決手段】被検物の検査面を照明する照明部と、照
明部により照明されている検査面を撮影する撮影部とを
備え、被検物を撮影することで被検物を検査する検査装
置を提供する。撮影部は、複数の撮像素子と、検査面の
像を複数の撮像素子上に結像させる光学系とを有する。
また、照明部は、光学系の光軸を中心とする略環状形状
の発光面を有する。発光面の一部は、撮影部が撮影する
撮影領域の形状に合わせて形成された非発光領域を含
む。上記の検査装置では、発光面がこのような非発光領
域を含むことにより、発光面から射出され、検査面にお
いて鏡面反射した光を撮影部が撮影することが防止され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、被検物を暗視野照
明下で撮影して検査する検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像処理技術の進歩により、従来、目視
により行われていた製品の外観検査等が、製品を撮影
し、撮影された画像を解析することにより製品の良否を
判定する専用の検査装置で行われるようになった。この
ような検査装置には、表面が光を鏡面反射または透過す
る性質のある製品に傷、ゴミ、又は汚れ等があるか否か
を検査する装置がある。

【０００３】光を鏡面反射または透過する性質の製品を
照明すると、傷等がない部位では光が鏡面反射または透
過し、傷等がある部位では光が乱反射する。したがっ
て、一定の照明下で製品を観察すると、傷等がある領域
と、ない領域とで製品表面の明るさが異なって見える。
上記の検査装置は、このような性質を利用して製品を検
査する。すなわち、上記の検査装置は、まず検査しよう
とする対象（以下、「被検物」という）を例えば暗視野
照明下で撮影する。暗視野照明により製品を照明する
と、傷等のある領域、つまり照明光を乱反射している領
域の輝度が周囲よりも高くなる。そこで、検査装置は、
撮影された画像において一定の閾値以上の輝度を有する
高輝度領域があるか否かに基づいて、製品の良否を判定
する。

【０００４】ところで、被検物において発生する散乱光
の強度は、照明光の入射方向と、傷の形状や向きとによ
り増減する。したがって、被検物を一つの方向のみから
照明しつつ撮影すると、被検物に傷があっても、その傷
が特定の向きに特定の形状を有する場合にはほとんど照
明光が散乱されず、検査装置による検出が困難になるこ
とがある。

【０００５】上記のような問題を解決すべく、一部の暗
視野照明型の検査装置では、カメラの光軸を囲むように
配置された環状の照明具を用いて被検物を照明し、カメ
ラで撮影する被検物上の領域が、特定の方向に偏った照
明を受けないようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な検査装置をコンパクトに保つためには、環状の照明具
の径をできるだけ小さくすることが必要になる。しか
し、環状照明具の径を小さくすると、照明具が、被検物
を撮影するカメラの光軸に近い位置から被検物を照明す
ることになるので、被検物において鏡面反射または透過
した照明光の一部がカメラに直接入射してしまうように
なる。このように被検物で鏡面反射または透過した後に
カメラに直接入射する照明光があると、被検物に傷等が
ないにもかかわらず、撮影された画像において輝度が高
い領域が生じるので、検査装置による被検物の良否判定
が困難になる。このために、従来の検査装置では、環状
の照明具の径を有る程度大きくしなければないという問
題があった。

【０００７】そこで本発明は、被検物で鏡面反射または
透過した照明光が直接撮影されることなく、環状の照明
具の径をより小さくできる構成を有した検査装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検物を撮影
することで被検物を検査する検査装置を提供する。この
検査装置は、被検物の検査面を照明する照明部と、照明
部により照明されている検査面を撮影する撮影部とを備
える。撮影部は、複数の撮像素子と、検査面の像を複数
の撮像素子上に結像させる光学系とを有する。また、照
明部は、光学系の光軸を中心とする略環状形状の発光面
を有する。発光面の一部は、撮影部が撮影する撮影領域
の形状に合わせて形成された非発光領域を含む。上記の
検査装置では、発光面がこのような非発光領域を含むこ
とにより、発光面から射出され、検査面において鏡面反
射または透過した光を撮影部が撮影することが防止され
ている。

【０００９】本発明に係る検査装置のある態様では、撮
影部の有する複数の撮像素子が一次元配列されている。
この場合、発光面の非発光領域を撮影部の光学系の光軸
を通り、上記複数の撮像素子の配列方向に平行な直線の
近傍に形成すると、撮像素子に被検物上で鏡面反射また
は透過した照明光が入射することを効果的に防止でき
る。なお、このような構成を有する検査装置では、撮影
部の撮影領域を横切るように被検物を搬送する搬送手段
をさらに備え、そして、複数の撮像素子が搬送手段の搬
送方向に直交する方向へ一次元配列されていることが好
ましい。検査装置がこのように構成されていると、撮影
部で被検物を撮影しながら、被検物を搬送手段で搬送す
ることで、撮影部の撮影領域を被検物上で走査させ、一
次元配列された撮像素子を用いて被検物を二次元的に撮
影することが可能になる。

【００１０】本発明に係る検査装置の非発光領域は、照
明部における発光面の一部に、例えば、遮光部材を取り
付けることにより形成することができる。

【００１１】本発明に係る検査装置のある態様では、照
明部が、照明用の光を伝搬し、光射出端から射出する複
数の光ファイバと、非発光領域を除く領域において、光
射出端が略環状に配列されるように複数の光ファイバを
保持することで発光面を形成する光ファイバ保持部とを
有する。

【００１２】また、本発明に係る検査装置の上記と異な
る態様では、照明部が、複数の発光素子と、非発光領域
を除く領域において、複数の発光素子を略環状に配列さ
せて保持することにより前記発光面を形成する発光素子
保持部とを有する。

【００１３】なお、本発明に係る検査装置は、撮影部が
撮影した画像から、検査面において照明光が乱反射され
ている領域を検出する乱反射検出部をさらに備えること
が好ましい。このような乱反射検出部の検出結果を利用
することでは、撮影した被検物の良否を自動的に判断す
ることが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
検査装置１００について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る検査装置１００の構
成を示す図である。検査装置１００は、被検物において
検査すべき面（以下、「検査面」という）を暗視野照明
下で撮影し、その結果得られた画像に基づいて、その検
査面に傷、ゴミ、汚れ等が有るか否かを検査する装置で
ある。傷等が有るか否かの判定は、撮影された画像に、
照明光が検査面上で乱反射されことを示す輝度の高い領
域が含まれる否かに基づいて行われる。なお、被検物に
は、例えば、レンズ、プリズム、及びミラー等の光を透
過、反射させるために用いられる光学部材が含まれる。

【００１５】検査装置１００は、被検物の検査面を照明
する照明部１０２と、照明されている検査面を撮影する
撮影部１０４とを備えている。また、検査装置１００
は、被検物１０６を保持・搬送する搬送機構１０８を備
えている。

【００１６】撮影部１０４は、複数の撮像素子１１０
と、その撮像素子上に被写体像を結像させる撮影光学系
と１１２を備えている。撮像素子１１０としては、例え
ば電荷結合素子（ＣＣＤ）が用いられており、撮影光学
系１１２の光軸Ａに垂直な方向に一次元配列されてい
る。

【００１７】搬送機構１０８は、被検物１０６を撮影光
学系の光軸Ａを法線とする平面（以下、「保持面」とい
う）上に保持する保持部１１４を備えている。保持部１
１４は、搬送機構１０８が有する駆動機構１１６により
移動、及び位置決めをされる。駆動機構１１６に駆動さ
れた保持部１１４は、保持面に対し平行に、かつ、撮像
素子が一次元配列されている方向に直交するように（図
中ｘ方向に）移動し、その結果、撮影部１０４が被写体
を撮影できる撮影領域内を横切る。

【００１８】撮影部１０４において撮像素子１１０は一
次元配列されているために、撮影部１０４が撮影できる
撮影領域は、縦長い線状の領域となる。上記のように搬
送機光１０８が被検物１０６を搬送すると、その縦長い
撮影領域が、被検物１０６の検査面上を一端から他端ま
で走査することとなり、結果として、撮影部１０４が検
査面全体を撮影できるようになる。

【００１９】照明部１０２は、実質的に環状の形状を有
し、撮影光学系の光軸Ａにその環状形状の中心がほぼ一
致するように検査装置１００に備えられている。撮影部
１０４は、その照明部１０２の中央部の開口を介して被
検物を撮影する。

【００２０】検査装置１００は、さらに、検査装置１０
０の動作を制御する制御部１２０と、撮影部１０４が撮
影した画像を解析する画像処理部１２２とを備えてい
る。制御部１２０は、被検物１０６の撮影、及びその結
果得られた画像の解析が円滑に行われるように、撮影部
１０４、照明部１０２、搬送機構１０８、及び画像処理
部１２２の動作を制御するコンピュータその他の装置で
ある。被検物１０６の検査をするとき、制御部１２０
は、予め照明部１０２を点灯させてから、搬送機構１０
８に被検物１０６を保持している保持部１１４をｘ方向
に一定速度で移動させる。さらに、制御部１２０は、搬
送されている被検物１０６が撮影部１０４の撮影領域を
横切るタイミングに合わせて撮影部１０４に被検物１０
６の検査面を撮影させる。撮影は、最終的に検査面の全
体の画像情報が得られるように、被検物１０６の移動に
同期して複数回行われる。

【００２１】撮影の結果得られた画像は、撮影部１０４
から画像処理部１２２へ送られる。後に詳述するよう
に、本実施形態では、暗視野照明下で被検物１０６を撮
影するので、被検物１０６において傷等があり、照明光
を乱反射する領域は、撮影された画像の中で他よりも輝
度が高くなる。そこで、画像処理部１２２は、送られた
画像に、所定の輝度値を閾値とした二値化処理を施すこ
とで、得られた画像中で輝度が高い領域を特定する。

【００２２】次に画像処理部１２２は、輝度が高いと判
定された領域の面積、個数を求める、又は、細線化処理
を施してその領域の形状や向きを求める。さらに、画像
処理部１２２は、求められた面積や個数が所定の数量を
超えている場合、又は求められた形状等が所定の形状等
に分類できる場合に、撮影された被検物１０６が傷等を
有する不良品であると判定する。このようにして得られ
た判定結果は、モニタ等の出力部１２４から出力され
る。

【００２３】図２は、照明部１０２を搬送機構側から斜
めに見た斜視図である。照明部１０２の底面は、ほぼ環
状の形状をした発光面１３０となっている。発光面１３
０の一部には、照明光の射出を防止する遮光部材１３２
が取り付けられている。本実施形態の場合、取り付けら
れている遮光部材１３２は２つあり、いずれも、撮影光
学系の光軸Ａを通り、撮像素子１１０が一次元配列され
ている方向に平行な直線Ｂに沿って、発光面１３０の内
周側端部から延びる一部領域を遮光するように発光面１
３０に取り付けられている。

【００２４】図３は、光軸Ａを含み、撮像素子１１０の
配列方向に平行な平面内において、照明部１０２から照
射され、被検物１０６で鏡面反射する照明光の光路を示
した図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、照
明部１０２に遮光部材１３２が取り付けられていないと
きと、取り付けられていないときの照明光の光路を例示
している。

【００２５】前述したように、検査装置１００では、暗
視野照明下で撮影された被検物１０６の画像を解析し、
被検物１０６の良否を判定する。このために、照明部１
０２は、図３（ａ）において実線Ｌ１で例示するよう
に、被検物１０６で鏡面反射された照明光が、撮像素子
１１０に入射することがないように被検物１０６を照明
しなければならない。

【００２６】ところで、コンパクトな検査装置１００を
製作しようとすると、照明部１０２をもなるべく小さく
する、つまり、その径を小さくすることが必要となる。
また、被検物１０６への照明光の入射角が浅くなりすぎ
ると、被検物１０６の欠陥において乱反射した光のう
ち、撮像素子１１０へ向かう割合が減って減少し、結果
として被検物１０６における欠陥の抽出感度が低下す
る。したがって、被検物１０６への照明光の入射角を深
く維持する点からも、照明部１０２の径を小さくするこ
とが望まれる。

【００２７】しかし、照明部１０２の径を小さくする
と、図３（ａ）に実線Ｌ２で示すように、被検物１０６
の端部近傍において鏡面反射した照明光が、撮影光学系
１１２を介して撮像素子１１０に入射するようになる。
前述したように、このように撮像素子１１０に入射する
鏡面反射光は、被検物１０６の適正な検査を困難にす
る。このため、従来、照明部１０２の径をある程度以上
小さくすることはできなかった。

【００２８】これに対し、本実施形態の検査装置１００
では、図３（ｂ）に示すように、照明部１０２の発光面
１３０の一部に、照明光を遮光する遮光部材１３２を取
り付けたので、鏡面反射した後に撮像素子１１０に入射
するような照明光（図中の点線参照）が、照明部１０２
の径によらず発光面１３０から被検物１０６へ向けて射
出されることはない。このため、本実施形態の検査装置
１００では、これまでより径の小さい照明部１０２を用
いながらも、被検物１０６を暗視野で照明することがで
きるようになっている。

【００２９】図４は、遮光部材１３２が照明光を遮光す
べき範囲を説明する図である。図４において、環状の領
域１４０は、被検物１０６の検査面を含む平坦な鏡面を
仮定した場合に、その鏡面において、照明部１０２から
の照明光が撮像素子１１０へ向けて鏡面反射する領域を
示している。また、点線で囲まれた縦長い領域１４２
は、上記鏡面において、一次元配列された撮像素子１１
０が撮影できる撮影領域を表している。

【００３０】図４において、領域１４０と領域１４２が
重なり合う、図中斜線を付した重複領域１４４が、鏡面
反射した照明光を撮像素子１１０が受光しうる領域であ
る。遮光部材１３２は、少なくとも、発光面１３０にお
いて上記の重複領域１４４に対応する範囲を遮光するよ
うに照明部１３０に取り付けられなければならず、この
ために、遮光部材１３２は、前述したように、撮影光学
系の光軸Ａを通り、撮像素子１１０が一次元配列されて
いる方向に平行な直線Ｂに沿って発光面１３０に取り付
けられている。つまり、本実施形態において、遮光部材
１３２は、撮影部１０４が撮影する撮影領域１４４の形
状に合わせて、換言すれば、撮影部１０４において撮像
素子１１０が配列されている形状に合わせて、発光面１
３０の一部を選択的に遮光するように照明部１０２に取
り付けられている。

【００３１】図５は、本発明に係る検査装置１００で用
いることのできる照明部であって図２に示したのと異な
る構成を有する照明部１５０を示す図である。図５
（ａ）は、照明部１５０の底面図であり、図５（ｂ）
は、図５（ａ）に示した照明部１５０のＩ−Ｉ断面図で
ある。

【００３２】図５に示す照明部１５０は、光源１５２か
らの光を伝搬する複数の光ファイバ１５４と、それら光
ファイバの光射出端１５６を保持する保持部１５８とを
備えている。保持部１５８は、その底面において光射出
端１５６がほぼ環状に配列されるように、また、好まし
くは照明部１５０の内周側に向けてやや傾いた状態で光
が射出されるように、各光ファイバ１５４を保持してい
る。また、保持部１５８の底面には、光ファイバ１５４
の射出端が配置されず、従って被検物１０６に向けて照
明光が射出されない非発光領域１６０が設けられてい
る。この非発光領域１６０は、図２の照明部１０２の発
光面１３０において遮光部材１３２が取り付けられる領
域に対応する領域である。図５に示す照明部１５０は、
このような非発光領域１６０を備えることにより、図２
に示した照明部１０２と同様に、照明部１５０の径が小
さくなった場合にも、被検物１０６を暗視野で照明する
ことを可能としている。

【００３３】図６は、図５に示した照明部１５０の変形
例を示す図であり、図６（ａ）は、照明部１５０の底面
図を、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した照明部１５０
のＩＩ−ＩＩ断面図をそれぞれ示している。図６に示す
照明部１５０は、保持部１５０が、光ファイバ１５４の
代わりに、電源１７０から電力を供給されて発光する、
例えばＬＥＤなどの発光素子１７２をその底面に複数保
持している点においてのみ図５に示す照明部と異なって
おり、他の構成は、図５に示す照明部と同じである。こ
のように、照明部１５０は、光ファイバに限らず、種々
の種類の小発光源を、一部に非発光領域が残されるよう
にほぼ環状に配列することによっても実現することがで
きる。

【００３４】以上、反射方式の暗視野照明を利用する検
査装置１００に付いて説明したが、本発明は、透過方式
の暗視野照明を利用する検査装置にも適用することがで
きる。図７は、透過方式の暗視野照明を利用する本発明
の一実施形態に係る検査装置の撮像素子１１０、撮像レ
ンズ１１２、被検物１０６、及び照明部１０２の配置関
係を示す図である。図示のように、透過方式の暗視野照
明を利用する場合には、被検物１０６が撮像レンズ１１
２と照明部１０６との間に配置され、照明部１０２は、
撮像レンズ１１２の側へ向けて光を射出するように配置
される。また、遮光部材１３２は、傷等により散乱され
ることなく被検物１０６を透過した照明光（図中矢印Ｌ
４を参照）が直接撮像素子１１０に入射することがない
ように照明部１０２の発光面１３０に取り付けられる。

【００３５】以上、本発明に係る検査装置の実施形態に
ついて説明したが、上記の実施形態は、本発明の一例に
すぎず、本発明に係る検査装置は、本発明の技術的思想
の範囲内で上記実施形態から種々に変形することができ
る。

【発明の効果】本発明に係る検査装置によれば、これま
でよりも径が小さい環状の照明部を用いて暗視野照明を
実現できるようになり、その結果、よりコンパクトな検
査装置を提供できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る検査装置の構成を示
す図である。

【図２】図１の照明部を搬送機構側から斜めに見た斜視
図である。

【図３】図１の照明部から照射され、被検物において鏡
面反射する照明光の光路を例示する図である。

【図４】遮光部材１３２が照明光を遮光すべき範囲を説
明する図である。

【図５】図２と異なる照明部の構成を示す図である。

【図６】図４の照明部の変形例を示す図である。

【図７】透過型の暗視野照明を利用する検査装置に本発
明を適用した一例を示す図である。

【符号の説明】

１００検査装置１０２照明部１０４撮影部１０８搬送部１１０撮像素子１１２撮影光学系１２０制御部１２２画像処理部１３０照明部の発光面１３２遮光部材１５４光ファイバ１６０非発光領域１７２発光素子Ａ撮影光学系の光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原正人東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2G051 BB05 BB07 BB17 CA03 CB01 CB02 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物を撮影することで前記被検物を検
査する検査装置において、前記被検物の検査面を照明する照明部と、前記照明部により照明されている前記検査面を撮影する
撮影部とを備え、前記撮影部は、複数の撮像素子と、前記検査面の像を前
記複数の撮像素子上に結像させる光学系とを有し、前記照明部は、前記光学系の光軸を中心とする略環状形
状の発光面であって、前記発光面から射出され、前記検
査面において鏡面反射または透過した光を前記撮影部が
撮影することがないように、前記撮影部が撮影する撮影
領域の形状に合わせて形成された非発光領域を含む発光
面を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】前記複数の撮像素子は、一次元配列され
ており、前記発光面の前記非発光領域は、前記光学系の光軸を通
り、前記複数の撮像素子の配列方向に平行な直線の近傍
に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の検
査装置。
【請求項３】前記撮影部の前記撮影領域を横切るよう
に前記被検物を搬送する搬送手段をさらに備え、前記複数の撮像素子は、前記搬送手段の搬送方向に直交
する方向へ一次元配列されていることを特徴とする請求
項２に記載の検査装置。
【請求項４】前記非発光領域は、前記発光面の一部に
遮光部材を取り付けることにより形成されていることを
特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の検査装
置。
【請求項５】前記照明部は、照明用の光を伝搬し、光
射出端から射出する複数の光ファイバと、前記非発光領域を除く領域において、前記光射出端が略
環状に配列されるように前記複数の光ファイバを保持す
ることで前記発光面を形成する光ファイバ保持部とを有
することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
の検査装置。
【請求項６】前記照明部は、複数の発光素子と、前記非発光領域を除く領域において、前記複数の発光素
子を略環状に配列させて保持することにより前記発光面
を形成する発光素子保持部とを有することを特徴とする
請求項１から３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】前記撮影部が撮影した画像から、前記検
査面において前記照明光が乱反射されている領域を検出
する乱反射検出部をさらに備えることを特徴とする請求
項１から６のいずれかに記載の検査装置。