JP2004101311A

JP2004101311A - ラインセンサカメラ用の照明装置および照明方法

Info

Publication number: JP2004101311A
Application number: JP2002262185A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Ueda; 上田　陽一郎; Hiroshi Sato; 佐藤　大資; Takashi Tojo; 東條　剛史
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】比較的安価な光源を用いながら、十分な明るさならびに、十分なコントラストを得ることができ、しかも光源の熱対策もあまり必要としないラインセンサカメラ用の照明装置および照明方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のＬＥＤ６を、ラインセンサカメラの撮像視野ラインＬと平行となるように所定のピッチ間隔でライン状に並べて配置し、これらの列状のＬＥＤ６の光照射方向前方に集光レンズ１０を配置して、照明ユニット３を構成し、この照明ユニット３を、その照射方向が撮像視野を向くように複数設けるとともに、これらの照明ユニット３を、一方の照明ユニット３によるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニット３による照明輝度の強い部分が重なるように、ピッチ間隔方向にそってずらして配置した。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上に印刷されたクリーム半田や実装部品のずれや有無を高速に検査する検査装置等に使用されるラインセンサカメラ用の照明装置および照明方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気製品の小型軽量化に応じて、電気製品の主たる構成要素であるプリント基板の小型化も著しく進んでおり、プリント基板の小型化に伴って、プリント基板に実装される部品の実装密度の増大、部品の小型化も進んでいる。したがって、従来においては、部品が実装されたプリント基板を人間の目視によって検査することが行われていたが、近年においては、小さい部品が大きな実装密度で実装されている小さなプリント基板を人間の目視により検査することは困難となってきている。そのため、このようなプリント基板を自動で検査する検査装置が切望されており、しかも、生産タクトの向上に伴い、より高速な検査装置が求められている。
【０００３】
こうした要求にこたえる画像検査装置として、プリント基板を撮像する撮像素子に、エリアセンサと比べて広範な撮像範囲が確保できるラインセンサを使用し、画像データを取り込みながら各種検査項目を並列して検査することで高速な検査を実現するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この種の画像検査装置の照明装置としては、従来では、複数の蛍光灯を直列に配置した照明装置などが使用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６４２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラインセンサカメラによる画像検査装置では高速な画像取り込みが求められ、そのために高照度の光源が必要であり、また検査対象物のコントラストを向上させる照明が求められる。従来の蛍光灯を用いた照明では検査対象物に対して光線の当て方に多くの工夫が必要であり、いろいろな種類のプリント基板に良好に照明することが困難であり、十分なコントラストが得られなかった。また、その他の高照度の光源（例えばキセノンランプやアルゴンランプ）では光源自体の単価が高いため、画像検査装置に搭載することが難しく、また光源の熱対策も必要であった。また、検査対象物のコントラスト向上のために光源配置の設計自由度が高いＬＥＤを照明に用いることも考えられるが、ＬＥＤを単体で用いただけでは、光量そのものが少なくて、十分な明るさを得ることが困難であった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、比較的安価な光源を用いながら、十分な明るさならびに、十分なコントラストを得ることができ、しかも光源の熱対策もあまり必要としないラインセンサカメラ用の照明装置および照明方法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】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明装置であって、複数のＬＥＤを、ラインセンサカメラにより撮像する撮像視野ラインと平行となるように所定のピッチ間隔でライン状に並べて配置し、これらの列状のＬＥＤからなるＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置して、これらのＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射する照明ユニットを構成し、前記照明ユニットを、その照射方向が撮像視野を向くように複数設けるとともに、これらの照明ユニットを、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、前記一方の照明ユニットと前記他方の照明ユニットとを前記ピッチ間隔方向にそってずらして配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のラインセンサカメラ用の照明装置において、集光レンズが、ＬＥＤ照明列に対応してライン状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のラインセンサカメラ用の照明装置において、複数の照明ユニットが撮像視野ラインに対して互いに異なる角度から光を照射するように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明装置であって、複数のＬＥＤを、ラインセンサカメラにより撮像する撮像視野ラインと平行となるようにライン状に並べて配置し、これらの列状のＬＥＤからなるＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配設して、これらのＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射するように構成し、前記集光レンズの光照射方向前方箇所であり、かつ撮像対象物からのラインセンサカメラへの光入射経路である箇所に、集光レンズからの光の一部を反射して撮像視野ラインに光を照射するとともに、撮像視野の撮像対象物により反射した光の一部を透過させてラインセンサ側に導く反射手段を配設したことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のラインセンサカメラ用の照明装置において、複数の照明ユニットにおける一部の照明ユニットの集光レンズの光照射方向前方箇所に、集光レンズからの光の一部を反射して撮像視野ラインに光を照射するとともに、撮像視野の撮像対象物により反射した光の一部を透過させてラインセンサ側に導く反射手段を配設し、反射手段は、その光透過率が光反射率よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明方法であって、複数のＬＥＤをライン状に並べて配置したＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置してなる照明ユニットを複数設けて、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、光を照射させることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のラインセンサカメラ用の照明方法において、複数の照明ユニットにより、撮像視野ラインに対して互いに異なる角度から光を照射することを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明方法であって、複数のＬＥＤをライン状に並べて配置したＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置して、これらのＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射させ、前記集光レンズの光照射方向前方箇所であり、かつ撮像対象物からのラインセンサカメラへの光入射経路である箇所に設けた、光の一部を反射し、かつ光の一部を透過させる反射手段により、前記ＬＥＤ照明列からの光を撮像視野の撮像対象物に照射するとともに、撮像対象物で反射した光の一部を反射手段を通して透過させてラインセンサ側に導くことを特徴とする。
【００１６】
上記請求項１の構成ならびに請求項６の方法によれば、光源としてＬＥＤを用いることで、安価に構成できながら、複数のＬＥＤをライン状に並べて配置したことにより、光量をあげることができ、こうした光源と集光レンズを組み合わせた照明を複数列配列することで、さらに光量の増大が可能となる。しかも、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、光を照射させたので、点光源を複数使用することにより発生する輝度ムラを効果的に改善することができて、さらに十分な明るさならびに、十分なコントラストを得ることができる。また、光源がＬＥＤであるので熱発生量も少なくて済んで、熱対策を必要としない。
【００１７】
上記請求項２の構成によれば、集光レンズとして、ＬＥＤ照明列に対応してライン状に形成されているものを用いることで、ＬＥＤ照明列から照射された多くの光を良好に集めることができる。
【００１８】
上記請求項３の構成ならびに請求項７の方法によれば、複数の照明ユニットが撮像視野ラインに対して互いに異なる角度から光を照射するので、立体物に対して効果的な照明とすることができる。
【００１９】
上記請求項４、５の構成ならびに請求項８の方法によれば、撮像対象物に対して垂直に光を照射することも可能となり、撮像対象物が鏡面体である場合での反射状態も改善できる。
【００２０】
また、上記請求項５の構成によれば、その光透過率が光反射率よりも大きい反射手段を用いることで、複数の照明ユニットから撮像対象物に照射されて反射した光を、反射手段を透過させてラインセンサカメラに良好に導くことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る照明装置の概略的な側面図、図２は同照明装置のＬＥＤおよびシリンドリカルレンズの斜視図、図３（ａ）および（ｂ）は同照明装置の斜め上方から見た斜視図、および平面図、図４は同照明装置の側面図である。
【００２２】
図１〜図４に示すように、ラインセンサカメラ１による画像検査装置に用いられている本発明の実施の形態に係る照明装置は、プリント基板からなる撮像対象物２に対して、斜めから光を照射する斜光型の照明ユニット３と、反射手段としての反射ミラー４を通して撮像対象物２に真上から光を照射する同軸型の照明ユニット５とから構成されている。
【００２３】
各照明ユニット３、５は、光源としての複数のＬＥＤ６、７を、撮像視野（撮像ラインＬ（図３参照））と平行になるように、支持材１２上に所定のピッチ間隔で直線状に並べて配置し、このＬＥＤ照明列８、９の光照射方向前方に、このＬＥＤ照明列８、９のＬＥＤ６、７からの光を集光する集光レンズとしてのシリンドリカルレンズ１０、１１を配置して構成されている。
【００２４】
ここで、斜光型の照明ユニット３（以下、斜光照明ユニット３と称す）は、図１、図３、図４に示すように、その照射方向が撮像視野を向き、かつ互いに異なる角度から光を照射するように複数設けられている。また、２つの斜光照明ユニット３同士が対となり、各斜光照明ユニット３の光の照射方向が、ラインセンサカメラ１の撮像視野（撮像ラインＬ（図３参照））に対して線対称になるように組み合わせられて配置され、図１、図３に示す例では、６組１２ユニットから構成されている。また、対となる斜光照明ユニット３は互いに、図３に示すように、ＬＥＤ照明列８のピッチ間隔（隣接するＬＥＤ５同士の間隔）Ｐの半分だけ長手方向に設置位置をずらして配置されている。これにより、各組の、一方の斜光照明ユニット３によるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に、他方の照明ユニット３による照明輝度の強い部分が重なるように光が照射され、点光源であるＬＥＤ６を列状に組み合わせた場合に隣り合うＬＥＤ６間の箇所が暗くなることにより発生する輝度のムラを効果的に抑えている。
【００２５】
同軸型の照明ユニット５（以下、同軸照明ユニット５と称す）に備えられている反射ミラー４は、反射率が２０％、透過率が８０％とされており、この反射ミラー４の側方に、同軸照明効果をもたせるための、上記斜光照明ユニット３と同等の直線状に並べてなるＬＥＤ照明列９と、このＬＥＤ照明列９のＬＥＤ７からの光を集光するシリンドリカルレンズ１１とを配置した構成とされている。なお、図１、図４における１５は、撮像対象物２で反射した光をラインセンサカメラ１側へ集めるシリンドリカルレンズである。
【００２６】
次に、図４を参照しながら、上記照明装置により照射および反射される光の状態について説明する。ここで、図４は照射される光線と反射される光線との状態を示している。
【００２７】
まず、上記同軸照明ユニット５のＬＥＤ７から照射された光１３は、反射ミラー４にあたり、そのうち２０％の光１３が下方に反射されて撮像対象物２に照射される。撮像対象物２に照射された光１３は、撮像対象物２によりで上方に反射される。反射された光１４は、再び反射ミラー４に到達し、８０％の光１４が透過して、ラインセンサカメラ１に達する。また、同時に上記６組１２ユニットからからなる斜光照明ユニット３からは、撮像対象物２に光１６が照射され、図３に示すように、撮像対象物２で反射された光１７は、反射ミラー４に到達し、８０％の光１７が透過してラインセンサカメラ１に達する。このように、反射ミラー４は、その光透過率が光反射率よりも大きいので、複数の照明ユニット３、５から撮像対象物２に照射されて反射した光を、反射ミラー４を透過させてラインセンサカメラ１に良好に導くことができる。
【００２８】
図４からも明らかなように、ラインセンサカメラ１は撮像対象物２である物体で反射された光１４、１７を受けて撮像している。そのため、撮像対象物２である物体で反射された光１４、１７が効果的にラインセンサカメラ１に入光する必要がある。しかしながら、撮像対象物２が、その表面の反射率が高く、立体形状の場合は、撮像対象物２にあたる光の角度によっては、反射した光１４、１７がラインセンサカメラ１に戻らずに暗い画像となってしまう。こうした問題を効果的に改善するために、本実施の形態では、斜光照明ユニット３および同軸照明ユニット５により複数の角度から光を照射するように照明を構成しているので、どのような撮像対象物２に対しても良好に反射した光をラインセンサカメラ１に入光させることができ、これにより、ラインセンサカメラ１による画像検査を良好に行うことができる。
【００２９】
すなわち、高角度に斜光照明ユニット３を配置することで、実装部品の電極チップのように比較的反射率が高く、表面の角度が完全に水平ではない撮像対象物２の反射状況を改善できる。また、低角度に斜光照明ユニット３を設置することで、実装基板に印刷されたクリームはんだに代表される断面が台形状になりかつ鏡面に近い状態にある撮像対象物２の裾部の反射状況を改善できる。さらに、同軸照明ユニット５により撮像対象物２に対して垂直に光を照射することも可能であるので、撮像対象物２が鏡面体である場合での反射状態も改善できる。
【００３０】
また、上記構成によれば、光源としてＬＥＤ６、７を用いることで、安価に構成できながら、複数のＬＥＤ６、７をライン状に並べて配置したことにより、光量をあげることができ、こうした複数のＬＥＤ６、７と集光レンズとしてのシリンドリカルレンズ１０、１１を組み合わせた照明ユニット３、５を複数列配列することで、さらに光量の増大が可能となる。しかも、一方の斜光照明ユニット３によるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の斜光照明ユニット３による照明輝度の強い部分が重なるように、光を照射させたので、点光源であるＬＥＤ６、７を複数使用することにより発生する輝度ムラを効果的に改善することができて、さらに十分な明るさならびに、十分なコントラストを得ることができる。また、光源がＬＥＤ６、７であるので熱発生量も少なくて済んで、熱対策を必要としない。
【００３１】
なお、上記実施の形態においては、集光レンズとしてライン円柱形状のシリンドリカルレンズ１０、１１を用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、一般の半球型などのレンズを列方向に複数並べることも可能である。しかしながら、上記のように、集光レンズとしてライン円柱形状のシリンドリカルレンズ１０、１１を用いることで、ＬＥＤ照明列８、９からの光を、照射された多くの光を効率よく、良好に集めることができる利点がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光源としてＬＥＤを用いることで、安価に構成でき、また、複数のＬＥＤをライン状に並べて配置したり、これらのＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置したりすることで、光量をあげることができ、さらに、これらの照明ユニットを、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、前記一方の照明ユニットと前記他方の照明ユニットとを前記ピッチ間隔方向にそってずらして配置したことで、点光源であるＬＥＤを複数使用することにより発生する輝度ムラを効果的に改善することができて、さらに十分な明るさならびに、十分なコントラストを得ることができる。また、光源がＬＥＤであるので熱発生量も少なくて済んで、熱対策を必要としない利点もある。
【００３３】
さらに、複数の照明ユニットを撮像視野ラインに対して互いに異なる角度から光を照射するように配置させることにより、立体物に対して効果的な照明とすることができ、例えば、高角度に照明ユニットを配置することで、実装部品の電極チップのように比較的反射率が高く、表面の角度が完全に水平ではない対象物の反射状況を改善でき、また、低角度に照明ユニットを設置することで、実装基板に印刷されたクリームはんだに代表される断面が台形状になりかつ鏡面に近い状態にある対象物の裾部の反射状況を改善できる。
【００３４】
また、ＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射するように構成し、集光レンズからの光の一部を反射して撮像視野ラインに光を照射するとともに、撮像視野の撮像対象物により反射した光の一部を透過させてラインセンサ側に導く反射手段を配設したことで、撮像対象物に対して垂直に光を照射することも可能となり、撮像対象物が鏡面体である場合での反射状態も改善できる。
【００３５】
また、複数の照明ユニットにおける一部の照明ユニットの集光レンズの光照射方向前方箇所に、集光レンズからの光の一部を反射して撮像視野ラインに光を照射するとともに、撮像視野の撮像対象物により反射した光の一部を透過させてラインセンサ側に導く反射手段を配設し、反射手段として、その光透過率が光反射率よりも大きいものを用いることにより、複数の照明ユニットから撮像対象物に照射されて反射した光を、反射手段を透過させてラインセンサカメラに良好に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置の概略的な側面図。
【図２】同照明装置のＬＥＤおよびシリンドリカルレンズの斜視図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は同照明装置の斜め上方から見た斜視図、および平面図。
【図４】同照明装置の側面図である。
【符号の説明】
１　　　　ラインセンサカメラ
２　　　　撮像対象物
３　　　　斜光型の照明ユニット
４　　　　反射ミラー（反射手段）
５　　　　同軸型の照明ユニット
６、７　　ＬＥＤ
８、９　　ＬＥＤ照明列
１０、１１　　シリンドリカルレンズ（集光レンズ）
１３、１４、１７　　光

Claims

ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明装置であって、
複数のＬＥＤを、ラインセンサカメラにより撮像する撮像視野ラインと平行となるように所定のピッチ間隔でライン状に並べて配置し、これらの列状のＬＥＤからなるＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置して、これらのＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射する照明ユニットを構成し、
前記照明ユニットを、その照射方向が撮像視野を向くように複数設けるとともに、これらの照明ユニットを、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、前記一方の照明ユニットと前記他方の照明ユニットとを前記ピッチ間隔方向にそってずらして配置した
ことを特徴とするラインセンサカメラ用の照明装置。
集光レンズが、ＬＥＤ照明列に対応してライン状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のラインセンサカメラ用の照明装置。
複数の照明ユニットが撮像視野ラインに対して互いに異なる角度から光を照射するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のラインセンサカメラ用の照明装置。
ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明装置であって、
複数のＬＥＤを、ラインセンサカメラにより撮像する撮像視野ラインと平行となるようにライン状に並べて配置し、
これらの列状のＬＥＤからなるＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配設して、これらのＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射するように構成し、
前記集光レンズの光照射方向前方箇所であり、かつ撮像対象物からのラインセンサカメラへの光入射経路である箇所に、集光レンズからの光の一部を反射して撮像視野ラインに光を照射するとともに、撮像視野の撮像対象物により反射した光の一部を透過させてラインセンサ側に導く反射手段を配設した
ことを特徴とするラインセンサカメラ用の照明装置。
複数の照明ユニットにおける一部の照明ユニットの集光レンズの光照射方向前方箇所に、集光レンズからの光の一部を反射して撮像視野ラインに光を照射するとともに、撮像視野の撮像対象物により反射した光の一部を透過させてラインセンサ側に導く反射手段を配設し、
反射手段は、その光透過率が光反射率よりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のラインセンサカメラ用の照明装置。
ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明方法であって、
複数のＬＥＤをライン状に並べて配置したＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置してなる照明ユニットを複数設けて、一方の照明ユニットによるライン状の照射範囲における照明輝度の弱い部分に他方の照明ユニットによる照明輝度の強い部分が重なるように、光を照射させる
ことを特徴とするラインセンサカメラ用の照明方法。
複数の照明ユニットにより、撮像視野ラインに対して互いに異なる角度から光を照射することを特徴とする請求項６記載のラインセンサカメラ用の照明方法。
ラインセンサカメラにより撮像する撮像対象物を照明するラインセンサカメラ用の照明方法であって、
複数のＬＥＤをライン状に並べて配置したＬＥＤ照明列の光照射方向前方箇所に集光レンズを配置して、これらのＬＥＤ照明列と集光レンズとにより光をライン状に照射させ、
前記集光レンズの光照射方向前方箇所であり、かつ撮像対象物からのラインセンサカメラへの光入射経路である箇所に設けた、光の一部を反射し、かつ光の一部を透過させる反射手段により、前記ＬＥＤ照明列からの光を撮像視野の撮像対象物に照射するとともに、撮像対象物で反射した光の一部を反射手段を通して透過させてラインセンサ側に導く
ことを特徴とするラインセンサカメラ用の照明方法。