JP2013148568A - 投射システム - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物が拡散面を有する場合でも、検査対象物の欠陥を検査できる投射システムを提供すること。
【解決手段】検査対象物２に光を照射する照射装置１０を備え、前記検査対象物２からの透過光を撮影装置１４に投射する投射システム１において、前記検査対象物２の検査箇所Ｒに焦点を有し、前記検査対象物２からの透過光に基づき前記検査箇所Ｒの像を前記撮影装置１４に投射する拡大投射光学ユニット１２を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物の欠陥等の検査に用いられる投射システムに関する。

光学ガラスや他の工業製品の検査装置として、照射装置を用いて光を検査対象物に照射して検査する装置が知られている。この種の検査装置では、照射装置の光を種々のレンズを介して検査対象物に照射し、検査対象物からの透過光又は反射光をＣＣＤカメラ等の撮影装置に取り込んで所定の画像処理及び画像解析を行い、検査対象物の良否判定を行っている。

また画像処理や画像解析によらずに、照射装置で照射された検査対象物を人が目視することで、検査対象物の検査が行われる場合もある。
例えば、検査対象物が眼鏡レンズなど光透過性の光学部材の場合には、検査対象物を透過した透過光をスクリーンに投射し、スクリーン上の照度パターンを検査者が目視観察することで、レンズ表面のキズや塵等の付着、レンズ内部の泡、脈理等といった各種の欠陥を検査している（例えば、特許文献１参照）。

目視観察検査のための光学系の構成は、種々提案されており、例えば、バックミラー、光源、コリメータレンズ、及びフィルタから成り、光源の光を平行光化して検査対象物に照射する光学系が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、最も単純には、回転放物面反射鏡とランプを組み合せたランプユニットから平行光を出射し、検査対象物に照射する構成も考えられる。

一方、板ガラスの表面の凹凸や厚みの不均一性などに起因する透視像の歪みを検査する技術としては、光源の光を板ガラスに入射し、板ガラスからの反射光をスクリーンに投射し、当該スクリーン上に、板ガラス表面の凹凸などに起因して濃淡が生じた像を形成するシステムも提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１０−２６１９４８号公報 実開平１−１４６１４９号公報 特許第３６２３１４５号公報

しかしながら、光を拡散する拡散面を検査対象物が有し、当該拡散面のキズや塵等の付着、当該拡散面の下の気泡、脈理といった各種の欠陥を検査する場合、透過光、又は反射光が拡散面を経る場合には、スクリーンに投射された像が不鮮明となり欠陥の判別が困難になる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、検査対象物が拡散面を有する場合でも、検査対象物の欠陥を検査できる投射システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、検査対象物に光を照射する照射手段を備え、前記検査対象物からの透過光又は反射光を投射する投射システムにおいて、前記検査対象物の検査箇所に焦点を有し、前記検査対象物からの透過光又は反射光に基づき前記検査箇所の像を投射する投射光学系を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記投射システムにおいて、前記照射手段は、光源の光を集光して点光源を形成する点光源形成光学系を備え、前記点光源形成光学系によって形成された点光源からの発散光を前記検査対象物に照射することを特徴とする。

また本発明は、上記投射システムにおいて、前記照射手段は、前記光源から発せられ発散する光を光軸の方向に曲げて発散を抑え前記点光源形成光学系に入射する入射光学系を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記投射システムにおいて、前記照射手段は、前記光源の光が入射される筒体を備え、前記光源の光を集光して前記点光源を形成する点光源形成球レンズを前記筒体の中に設けて前記点光源形成光学系が構成され、前記点光源の発散光を前記筒体の端部開口から照射するとともに、前記筒体の中の点光源形成球レンズの入射側、及び前記端部開口のそれぞれに、前記筒体の内面反射によって生じた光成分を遮蔽する内面反射成分遮蔽部材を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記投射システムにおいて、前記照射手段は、第１焦点、及び第２焦点を有する回転楕円反射鏡と、前記第１焦点に発光点を位置させた放電ランプと、前記第２焦点と前記点光源形成光学系の間に設けられ、前記第２焦点で集光し発散する光のうち、前記第１焦点と発光点のズレに起因する成分を遮蔽する入射用遮蔽部材と、を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記投射システムにおいて、前記検査対象物の入射側と出射側にそれぞれ偏光素子を設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記投射システムにおいて、入射側と出射側の前記偏光素子の少なくとも一方を回転自在に支持したことを特徴とする。

本発明によれば、検査対象物の検査箇所に焦点を有し、検査対象物からの透過光又は反射光に基づき検査箇所の焦点位置の像を投射する投射光学系を備える構成としたため、透過光又は反射光が拡散面を通る場合でも、検査箇所の焦点位置の像が投射されることから、この像により検査箇所の欠陥を検査できる。

本発明の第１の実施形態に係る投射システムの概略構成図である。 筒体内の光線の一例を示す図である。 検査対象物の透過光の様子を示す模式図であり、（Ａ）は検査対象物に拡散面がない場合を示し、（Ｂ）は検査対象物が拡散面を有する場合を示す。 撮影装置による撮影画像の一例を示す図であり、（Ａ）は拡大投射光学ユニットを通して撮影した画像を示し、（Ｂ）は拡大投射光学ユニットを用いずに撮影した場合を示す。 本発明の変形例に係る投射システムの構成を示す図である。 本発明の変形例に係る照射装置の構成を示す図である。 調光板の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射システムの概略構成図である。 撮影装置による撮影画像の一例を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は拡大投射光学ユニット及び偏光器を通して撮影した画像を示し、（Ｄ）〜（Ｆ）は拡大投射光学ユニット及び偏光器を用いずに撮影した場合を示す。 撮影装置による撮影画像の一例を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は拡大投射光学ユニット及び偏光器を通して撮影した画像を示し、（Ｄ）〜（Ｆ）は拡大投射光学ユニット及び偏光器を用いずに撮影した場合を示す。 本発明の第３の実施形態に係る投射システムの概略構成図である。 撮影装置による撮影画像の一例を示す図であり、（Ａ）は検査対象物に外力を加えずに撮影した画像を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は検査対象物を加熱して撮影した画像を示し、（Ｄ）及び（Ｅ）は検査対象物を冷却して撮影した場合を示す。 撮影装置による撮影画像の一例を示す図であり、（Ａ）は検査対象物に外力を加えずに撮影した画像を示し、（Ｂ）は検査対象物を加熱して撮影した画像を示す。 撮影装置による撮影画像の一例を示す図であり、（Ａ）は検査対象物に外力を加えずに撮影した画像を示し、（Ｂ）は検査対象物を加圧して撮影した画像を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の本実施形態に係る投射システム１の概略構成図である。
投射システム１は、例えば液晶パネルに用いられるガラス基板、或いは各種の光学部品といった透光性材を検査対象物２とし、当該検査対象物２の表面のキズや塵等の付着、内部の気泡、脈理といった各種の欠陥の有無を検査する検査用投射システムである。
投射システム１は、図１に示すように、照射装置１０と、拡大投射光学ユニット１２と、撮影装置１４と、スクリーン１５と、照射装置移動機構１６と、光学ユニット移動機構１８と、コンピュータ２２とを備えている。照射装置１０、及び拡大投射光学ユニット１２は、それぞれ同じ光軸Ｋの上に配置され、また照射装置１０と拡大投射光学ユニット１２の間に検査対象物２が挿入配置されている。検査対象物２は、照射装置１０の照射光が検査箇所Ｒを透過するように支持台２４により支持されており、検査対象物２の検査箇所Ｒを透過した照射光が拡大投射光学ユニット１２を経てスクリーン１５に投射され、スクリーン１５に投射された像が撮影装置１４により画像として取り込まれる。

照射装置１０は、光源の一例としての集光型放電ランプユニット２６と、集光型放電ランプユニット２６の放射光を集光して擬似的な点光源Ｓを形成する光学素子である点光源形成球レンズ２８とを備え、この点光源Ｓから発散する発散光が後述するアパーチャ４６を通って出射開口３０から照射される。すなわち、この照射装置１０は、検査対象物２に平行光では無く発散光を照射する。

集光型放電ランプユニット２６は、第１焦点ｆ１、及び第２焦点ｆ２を有する回転楕円反射鏡３２と、放電ランプ３４とを備えている。
本実施形態では、照射光が広範囲に拡がった場合でも十分な照度が確保されるように、光源に放電ランプ３４を用いることとし、１００Ｗ直流型の超高圧水銀ランプが用いられている。放電ランプ３４は、電極間距離が１〜１.５ｍｍに形成され、陰極側を回転楕円反射鏡３２の開口端３２Ａに向け、陽極側を回転楕円反射鏡３２の底部３２Ｂの側に向けて取り付けられている。また、放電ランプ３４の電極間に生ずるアークの発光点は、先端側、すなわち陰極先端部近傍が最も明るいことから、その部分が回転楕円反射鏡３２の第１焦点ｆ１に位置するように配されている。発光点が第１焦点ｆ１に配されることで、放電ランプ３４の光が回転楕円反射鏡３２によって第２焦点ｆ２で集光される。
回転楕円反射鏡３２は、内表面に誘電体多層膜を蒸着して可視光を反射し赤外波長域の光を透過する、いわゆるコールドミラーとして構成されており、照射光に赤外波長域の光が含まれないようにしている。

点光源形成球レンズ２８は、光軸Ｋと同軸に照射装置１０に設けられ出射端として構成された筒体３６に設けられており、第２焦点ｆ２で集光して筒体３６に入射した光を再度集光して当該筒体３６の中で点光源Ｓを形成するものであり、この点光源Ｓから発散する光が後述するアパーチャ４６を通過して筒体３６の先端部の端部開口である出射開口３０から出射される。点光源形成球レンズ２８は、光軸Ｋに沿って筒体３６の中を移動自在なホルダ３８に支持されている。ホルダ３８が移動することで点光源形成球レンズ２８が形成する点光源Ｓから出射開口３０までの距離が可変し、出射開口３０からの照射光の拡がり角が変わることから、検査対象物２の検査箇所Ｒの大きさに応じた照射範囲の調整が可能になる。

ここで、光源に集光型放電ランプユニット２６を用いることで、高強度の照射光が得られるものの、放電ランプ３４のアークに幅があることに起因して、放射光には照度ムラが生じ、またスクリーン１５に投射された像にボケが生じる。これらを解消すべく、筒体３６の入射側には入射用遮蔽部材としての入射用絞り４０が設けられている。入射用絞り４０は、集光型放電ランプユニット２６からの光のうち、照度ムラや像のボケの要因となる光成分を遮蔽して筒体３６に入射する。すなわち、入射用絞り４０の開口径は、回転楕円反射鏡３２の第１焦点ｆ１にのみ発光点が点で局在していると仮定したときに、第２焦点ｆ２からの光の拡がり角、及び第２焦点ｆ２から入射用絞り４０までの距離に基づいて、例えばレイトレーシング等の光学的解析手法によって求められる入射用絞り４０の位置での光線の径と同等の大きさに形成されている。これにより、発光点が大きさを有することにより第１焦点ｆ１から外れた位置で光が発せられていても、当該光の成分を概ね入射用絞り４０で遮蔽し、第１焦点ｆ１で発光した光成分のみを筒体３６に入射して取り込むことができる。

筒体３６に取り込まれた光は、入射用絞り４０の開口径に応じた拡がり角を有する発散光であることから、当該発散光を効率良く点光源形成球レンズ２８に入射するために、入射用絞り４０と点光源形成球レンズ２８の間に、点光源形成球レンズ２８と同一球径の入射球レンズ４２が配置されている。入射球レンズ４２は、入射用絞り４０を通過した光を光軸Ｋに近付く方向に屈折させて曲げることで当該光軸Ｋから離れる方向への発散を抑え、当該光軸Ｋに略平行な光に平行化して点光源形成球レンズ２８に入射する。これにより、入射用絞り４０を通過した光が効率良く点光源形成球レンズ２８に入射される。

上記筒体３６の内側面は、光を効率良く反射する鏡面になっており、当該内側面での光の吸収を抑えることで、筒体３６に取り込まれた光の取り出し効率の向上が図られている。ただし、筒体３６には、内側面での反射によって乱反射も生じる。これにより、図２に示すように、上記入射球レンズ４２からの略平行な光、すなわち光軸Ｋと成す角度が小さな光成分に加え、光軸Ｋと成す角度が大きな拡散光成分４３が発生する。この拡散光成分４３が点光源形成球レンズ２８に入射すると点光源Ｓの集光度が低下し、照度ムラや像のボケを生じさせる。
そこで、点光源形成球レンズ２８の入射側には、上記内面反射に起因した光成分であって点光源Ｓの集光度を低下させる程に光軸Ｋと成す角度が大きな光成分である上記拡散光成分４３の通過を遮蔽する拡散光成分遮蔽用絞り４４を設け、点光源Ｓの集光度の低下を防止することとしている。

また、図２に示すように、筒体３６の出射開口３０の側でも内側面での反射によって迷光４５が生じる。この迷光４５が点光源Ｓの発散光と一緒に出射されてしまうと、スクリーン１５に投射された欠陥Ｄの像が不鮮明になってしまう。
そこで、筒体３６の出射開口３０には、迷光４５を遮蔽して出射する迷光成分遮蔽用のアパーチャ４６を設け、投射された像が不鮮明になることを防止している。

また、集光型放電ランプユニット２６の光を、筒体３６の中に同軸に設けた入射球レンズ４２、及び点光源形成球レンズ２８を通すことで、光軸Ｋに対して角度を有する光成分（すなわち筒体３６の内面反射によって生じた非平行成分）と、光軸Ｋに平行な平行光成分とが入射球レンズ４２、及び点光源形成球レンズ２８を通過するごとに混合されて出射される。これにより、放電ランプ３４の封じ部での光ロス等に起因して平行光成分の光束断面（光軸Ｋに垂直な面）の光強分布に、中央部で光量が低くなる中抜けのようなムラが生じていたとしても、筒体３６の内面反射の光を利用して光量の増大を図りつつ光束断面の光強度分布を均一化することができる。
そして、上述のように入射用絞り４０、拡散光成分遮蔽用絞り４４、及びアパーチャ４６が設けられることで、集光型放電ランプユニット２６における第１焦点ｆ１と発光点の位置ズレや、放電ランプ３４の封じ部での光ロス、光学系の光軸ズレ等による照度ムラや投射像のボケが抑えられる光を検査対象物２に検査光として照射できる。

前掲図１に戻り、上記拡大投射光学ユニット１２は、検査対象物２の検査箇所Ｒに焦点を有し、この検査対象物２からの透過光を拡大して検査箇所Ｒの像をスクリーン１５に拡大投射する光学系を筐体４８に収めてユニット化したものである。
本実施形態においては、拡大投射光学ユニット１２は、検査箇所Ｒを拡大投射するための光学素子の他、ディストーション補正や他の収差を補正する光学素子を組合せて成る光学系を備えている。
なお、拡大投射光学ユニット１２は、１枚の拡大投射用レンズを備えるだけの構成であっても良い。
撮影装置１４は、拡大投射光学ユニット１２によってスクリーン１５に拡大投射された検査箇所Ｒの拡大像を撮影によって取り込み、コンピュータ２２に出力する装置であり、例えばＣＣＤカメラ等により構成されている。

照射装置移動機構１６、及び光学ユニット移動機構１８は、それぞれ照射装置１０、及び拡大投射光学ユニット１２を直交３軸方向に移動する機構である。すなわち、照射装置移動機構１６は、照射装置１０が載置され直交３軸の各軸方向に独立して移動可能な３軸ステージ５０と、コンピュータ２２の制御に基づき３軸ステージ５０の各軸方向の移動を駆動するアクチュエータ５１とを備えている。光学ユニット移動機構１８も同様に、３軸ステージ５２、及びアクチュエータ５３を備えている。
照射装置移動機構１６、及び光学ユニット移動機構１８のそれぞれが照射装置１０、及び拡大投射光学ユニット１２を移動するときには、照射装置１０と拡大投射光学ユニット１２が同一の光軸Ｋ上に常に位置するように移動される。

コンピュータ２２は、画像解析部６０と、走査制御部６２とを備えている。
画像解析部６０は、撮影装置１４によって撮影された画像に基づいて検査対象物２の検査箇所Ｒでの欠陥の有無を判別する。この判別は、例えば、撮影画像内の輝度分布に基づき、欠陥に起因する暗所を検出することで行われる。
走査制御部６２は、検査箇所Ｒの範囲内で拡大投射光学ユニット１２の焦点位置を移動し、各焦点位置の拡大像が撮影装置１４に取り込まれるように照射装置移動機構１６、光学ユニット移動機構１８、及び撮影装置移動機構２０のそれぞれを制御する。このとき、走査制御部６２は、少なくとも拡大像の縁部がラップするように焦点位置を移動させることで、検査箇所Ｒの全範囲を漏れなく走査する。この走査制御部６２の制御によって、検査箇所Ｒの焦点位置での拡大像が次々とコンピュータ２２に出力され、拡大像のそれぞれについて画像解析部６０によって欠陥の有無が判別される。

この投射システム１を用いて検査対象物２の検査を行う際には、先ず、検査対象物２を照射装置１０と拡大投射光学ユニット１２との間に配置する。このとき検査対象物２の検査箇所Ｒに照射光が照射されるように照射装置１０、或いは検査対象物２を移動する。そして、検査対象物２の検査箇所Ｒを透過した光が入射するように、拡大投射光学ユニット１２、及び撮影装置１４を照射装置１０の光軸Ｋに合わせ、また拡大投射光学ユニット１２の焦点が検査箇所Ｒに合うように拡大投射光学ユニット１２を移動する。
これにより、検査箇所Ｒの焦点位置の像が撮影装置１４に取り込まれ、コンピュータ２２に撮影画像が出力される。コンピュータ２２では、撮影装置１４の撮影画像を画像解析して、撮影画像に写された範囲内での欠陥の有無を判別する。この撮影画像に写る範囲は、必ずしも検査箇所Ｒの全範囲を含むものではなく、あくまでも拡大投射光学ユニット１２の焦点位置の像に対応する範囲に限られる。したがって、検査箇所Ｒの全範囲について欠陥の有無を判別すべく、コンピュータ２２は、照射装置１０、及び拡大投射光学ユニット１２を移動させることで検査箇所Ｒの範囲内で焦点位置を移動させ、順次撮影し、撮影画像に基づいて欠陥の有無を判別する。

なお、照射装置１０によって検査箇所Ｒの全範囲に照射光が一斉に照射されている場合には、照射装置１０を固定したまま、拡大投射光学ユニット１２を移動させても良い。
また、検査対象物２が有する曲面を検査箇所Ｒとして検査する場合には、検査箇所Ｒの面に垂直に照射光を入射させるべく、照射装置１０、及び拡大投射光学ユニット１２を曲面に沿って移動させることが好ましい。

図３は検査対象物２の透過光の様子を示す模式図であり、図３（Ａ）は検査対象物２に拡散面がない場合を示し、図３（Ｂ）は検査対象物２が拡散面２Ａを有する場合を示す。
また図４は撮影装置１４による撮影画像の一例を示す図であり、図４（Ａ）は拡大投射光学ユニット１２を通して撮影した画像を示し、図４（Ｂ）は拡大投射光学ユニット１２を用いずに撮影した場合を示す。

脈理等の欠陥Ｄを有する検査対象物２に照射光Ｅが入射した場合、図３（Ａ）に示すように、欠陥Ｄで照射光Ｅの進行方向が変わるため、透過光の光量分布にあっては、欠陥Ｄに対応する箇所で透過光の光量が低下する。したがって、透過光量の光量分布を検出し、暗所（他の箇所よりも透過光量が低い箇所）の有無を判別することで欠陥Ｄの有無を判別可能となる。
一方、図３（Ｂ）に示すように、検査対象物２の透過光が拡散面２Ａを通って出射する場合、この拡散面２Ａで光の拡散が生じてしまうため、当該拡散によって欠陥Ｄでの光量変化が埋もれる。この結果、図４（Ｂ）に示すように、欠陥Ｄを透過した透過光の像を撮影した撮影画像にあっては、画像内での光量変化が小さくなることから、欠陥Ｄが検出できない。

これに対して、欠陥Ｄに焦点を合わせた拡大投射光学ユニット１２を通った透過光の像を撮影した場合、欠陥Ｄを含む撮影範囲Ｇの像が撮影されるため、図４（Ａ）に示すように、撮影画像には、欠陥Ｄに起因した暗所が鮮明に写り出されることとなり、欠陥Ｄを検出できるようになる。
なお、図３（Ｂ）の図例示では、拡散面２Ａの下に欠陥Ｄが存在する場合を例示したが、拡散面２Ａの表面に欠陥Ｄが存在する場合も同様である。

このように、本実施形態によれば、検査対象物２の検査箇所Ｒに焦点を有し、検査対象物２からの透過光に基づき検査箇所Ｒの焦点の像を投射する拡大投射光学ユニット１２を備える構成とした。この構成により、検査箇所Ｒの透過光が拡散面２Ａを通る場合でも、検査箇所Ｒの焦点位置の撮影画像が撮影装置１４に取り込まれることから、この撮影画像により検査箇所Ｒの欠陥を検査できる。

また本実施形態によれば、照射装置１０は、集光型放電ランプユニット２６の光を集光して点光源Ｓを形成する点光源形成球レンズ２８を備え、この点光源形成球レンズ２８によって形成された点光源Ｓからの発散光を検査対象物２に照射する構成とした。
この構成によれば、発散光が検査対象物２に照射されることで、検査対象物２の欠陥（脈理、キズ等）が拡大して投射される。これにより、検査対象物２が拡散面２Ａを有しない場合には、透過光を上記拡大投射光学ユニット１２を通さずに、直接スクリーン１５に投射しても、小さい欠陥を目視で十分に確認することができる。
点光源Ｓを形成するための光学系を、１つの点光源形成球レンズ２８のみから構成したため、複数のレンズを用いて構成された光学系に比べて、レンズの軸合わせが容易となる。

また本実施形態によれば、照射装置１０は、集光型放電ランプユニット２６の光を光軸Ｋに近付く方向に屈折させて曲げることで発散を抑えて点光源形成球レンズ２８に入射する入射球レンズ４２を備える構成とした。
この構成によれば、集光型放電ランプユニット２６等の光源から発せられて拡散する光を効率良く点光源形成球レンズ２８に入射し、点光源Ｓの光量を上げることができる。
特に本実施形態によれば、集光型放電ランプユニット２６の光を光軸Ｋに近付く方向に屈折させて発散を抑えて点光源形成球レンズ２８に入射する入射光学系と、集光型放電ランプユニット２６の光から点光源６を形成する点光源形成光学系とを、同軸に設けた一対の球レンズたる入射球レンズ４２、及び点光源形成球レンズ２８で構成したため、これら入射光学系、及び点光源形成光学系をコンパクトに構成できる。

また本実施形態によれば、筒体３６の中に球レンズたる点光源形成球レンズ２８を設けて点光源形成光学系を構成し、この点光源形成球レンズ２８の入射側、及び筒体３６の端部開口である出射開口３０のそれぞれに、筒体３６の内面反射によって生じた光成分を遮蔽する内面反射成分遮蔽部材としての拡散光成分遮蔽用絞り４４とアパーチャ４６を設ける構成とした。
これら拡散光成分遮蔽用絞り４４とアパーチャ４６により、筒体３６の内面反射に起因して生じた上記拡散光成分４３、及び迷光４５が遮蔽されるため、照度ムラや投射像のボケを抑え、欠陥Ｄの像が不鮮明になることを防止できる。

また本実施形態によれば、照射装置１０は、第１焦点ｆ１、及び第２焦点ｆ２を有する回転楕円反射鏡３２と、第１焦点ｆ１に発光点を位置させた放電ランプ３４と、第２焦点ｆ２で集光し発散する光のうち、第１焦点ｆ１と発光点のズレに起因する成分を遮蔽して入射球レンズ４２に入射する入射用絞り４０を備える構成とした。
この構成によれば、放電ランプ３４が光源に用いられることで、強い光を照射することができる。さらに、放電ランプ３４の発光点は有限の大きさを有しているものの、第１焦点ｆ１から外れた箇所で発光し、照度ムラの要因と成る光成分が入射用絞り４０で遮蔽されるため、照度ムラの無い照射光を得ることができる。特に、このような光で点光源Ｓを形成して照射することで、広い範囲を照度ムラ無く、なおかつ高い照度で照射することができる。

特に本実施形態によれば、集光型放電ランプユニット２６の光を、筒体３６の中に同軸に設けた入射球レンズ４２、及び点光源形成球レンズ２８を通し、なおかつ、この筒体３６の中に上述のように入射用絞り４０、拡散光成分遮蔽用絞り４４、及びアパーチャ４６が設けられることで、筒体３６の内面反射の光を有効に利用しつつ、集光型放電ランプユニット２６における第１焦点ｆ１と発光点の位置ズレや、放電ランプ３４の封じ部での光ロス、光学系の光軸ズレ等による照度ムラや投射像のボケが抑えられる光を検査対象物２に検査光として照射できるから、拡大投射光学ユニット１２で拡大した状態でも効果的に検査が可能となる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

上述した実施形態では、拡大投射光学ユニット１２を用いて検査箇所Ｒの焦点の像をスクリーン１５の上に拡大して投射し、撮影装置１４で撮影する構成を例示したが、撮影装置１４を使用せずに、スクリーン１５の上に投射された像を目視して欠陥Ｄの有無を検査することもできる。
また図５に示すように、撮影装置１４を光軸Ｋの軸上に設け、この撮影装置１４のピントを撮影画像に合わせることで、スクリーン１５に投射することなく、拡大投射光学ユニット１２によって拡大投射された像を直接撮影して検査を行う投射システム１００を構成しても良い。撮影装置１４は、３軸ステージ５４、及びアクチュエータ５５を有する撮影装置移動機構２０によって、照射装置１０、及び拡大投射光学ユニット１２の移動に合わせて光軸Ｋの軸上に位置するように移動可能に構成される。

また検査対象物２の透過率によっては、透過光の強度が高すぎて、スクリーン１５の上に投射された像が全体的に明るくなり、欠陥Ｄによる暗所が不明確になり、欠陥Ｄの判別に支障をきたす虞がある。
また、放電ランプ３４の放射光に含まれる赤外波長域の光成分によって検査対象物２に熱的損傷を与えてしまう虞もある。
そこで図６に示すように、照射光量を調整する手段としての調光板７０と、照射光の波長を選択する波長選択手段としての波長選択フィルタ７１とを照射装置１１０が備える構成にしても良い。

調光板７０は、集光型放電ランプユニット２６の第２焦点ｆ２よりも当該集光型放電ランプユニット２６の側に配置され、筒体３６に入射する光量を調整することで出射光量を可変する。具体的には、図７に示すように、所定直径の円周７０Ａに沿って順次に開口幅が漸次に広がる調光スリット７５（孔でも良い）が形成されている。この調光板７０の円周７０Ａに光軸を合わせて配置し、当該調光板７０を円周７０Ａの中心Ｏを軸に回転させることで、調光板７０を透過する光量が可変される。この調光板７０の回転は、ユーザの図示せぬ操作子に対する操作にしたがって図示せぬモータによって制御される。
調光板７０が第２焦点ｆ２よりも当該集光型放電ランプユニット２６の側に配置されることで、調光板７０によって進行方向に乱れたが生じた光成分を、上記入射用絞り４０で遮蔽することができ、照度ムラの発生を抑制できる。

波長選択フィルタ７１は、赤外波長成分の光をカットする透過型フィルタであり、集光型放電ランプユニット２６の第２焦点ｆ２よりも当該集光型放電ランプユニット２６の側であって、本変形例では、調光板７０と集光型放電ランプユニット２６との間に配置される。
波長選択フィルタ７１は、光軸Ｋに対して入射面が垂直ではなく、傾斜角αで入射面が傾斜して配置されている。これにより入射面で反射した光、特に、波長選択フィルタ７１で反射されて除去される光成分（本変形例では赤外波長成分の光）が放電ランプ３４に戻り（例えば、放電ランプ３４の先端部分）、熱的損傷を引き起こすといった事態を防止できる。

また図６に示すように、照射装置１１０の出射開口３０の正面に反射ミラー７２を配置し、照射光の進行方向を可変する構成としても良い。

上述した実施形態では、検査対象物２を透過した透過光に基づいて欠陥Ｄの有無を判別する場合を例示したが、これに限らない。すなわち、検査対象物２の表面が金属面や鏡面等の光を反射する面であり、当該表面の検査箇所について傷や塵の付着を検査する場合には、この検査箇所に照射光を照射し、検査箇所からの反射光を、検査箇所に焦点を合わせた拡大投射光学ユニット１２を通して検査箇所の焦点位置の像を投射し、この像に基づいて欠陥を判別しても良い。

また上述した実施形態では、点光源Ｓを形成する点光源形成光学系の一例として、球レンズである点光源形成球レンズ２８から成る光学系を例示したが、これに限らず、同様の光学的機能を有するものであれば、他の光学素子から成る光学系を用いることもできる。

また集光型放電ランプユニット２６の光を光軸Ｋの方向に屈折させて発散を抑えて点光源形成球レンズ２８に入射する入射光学系の一例として、球レンズである入射球レンズ４２から成る光学系を例示したが、これに限らず、同様の光学的機能を有するものであれば、他の光学素子から成る光学系を用いることもできる。
なお、照射装置が平行光を放射する場合には、照射装置の光を入射光学系を通さずに、点光源形成光学系に直接入射しても良い。

また上述した実施形態では、光源の一例として放電ランプ３４を備えた集光型放電ランプユニット２６を例示したが、これに限らず、例えばＬＥＤ等の発光素子といった任意の光源を用いることができる。

また投射システムは、検査対象物の応力分布を可視化するための偏光器を備えていてもよい。以下、偏光器を備える投射システムを第２の実施形態及び第３の実施形態として説明する。

＜第２の実施形態＞
図８は、第２の実施形態に係る投射システムの概略構成図である。
投射システム２００は、偏光器２０１を備え、光弾性の原理を用いて検査対象物２の歪み（応力）Ｓを検査する検査用投射システムである。
偏光器２０１は、検査対象物２の入射側及び出射側に設けられた入射側偏光板（偏光素子）２０２及び出射側偏光板（偏光素子）２０３を光軸Ｋと同軸に備えている。入射側偏光板２０２は、照射装置１０の出射開口３０の出射側に設けられ、図示しない保持手段によって筒体３６に着脱可能な状態で支持されている。出射側偏光板２０３は、拡大投射光学ユニット１２の光学系の入射側に設けられ、図示しない保持手段によって着脱可能な状態で筐体４８に支持されている。偏光板２０２，２０３の少なくとも一方は回転自在に支持されており、偏光板２０２，２０３の相対角度を調節できるようになっている。

本実施形態の偏光器２０１は、鋭敏色法を用いて検査対象物２の応力分布を色分布として可視化する偏光器であり、検査対象物２と出射側偏光板２０３との間に波長板２０４を光軸Ｋと同軸に備えている。この波長板２０４は、出射側偏光板２０３とともに筐体４８に着脱可能な状態で支持されている。なお、偏光器２０１は、鋭敏色法を用いた偏光器に限定されるものではなく、各種の偏光器として構成可能である。
この投射システム２００は、偏光器２０１を備える以外は、第１の実施形態で説明した投射システム１と略同様の構成を有するため、ここでは、投射システム１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

このように構成された投射システム２００では、偏光板２０２，２０３の相対角度を調節し、偏光板２０２，２０３の透過軸を略直交させることで、検査対象物２には直線偏光された光が照射され、検査対象物２に生じた応力の大小によって検査対象物２を透過する光に位相差が生じる。位相差のある光が波長板２０４を透過すると、透過光の位相差が色の違いとして可視化された像がスクリーン１５に投射され、スクリーン１５に投射された像が撮影装置１４により画像として取り込まれることとなる。
本実施形態の画像解析部６０は、撮影装置１４によって撮影された画像に基づいて検査対象物２の検査箇所Ｒでの応力の有無及びその分布を判別する。この判別は、例えば、撮影画像内の色の分布を検出することで行われる。

なお、検査対象物２の表面のキズや塵等の付着、内部の気泡、脈理といった種類の欠陥Ｄを観察する場合、着脱可能な状態で支持されている偏光板２０２，２０３及び波長板２０４を取り外して撮影した方がより好適に欠陥Ｄを検出することができる場合がある。
したがって、本実施形態では、検出したい欠陥Ｄに応じて、偏光板２０２，２０３及び波長板２０４を配設するか否かを適宜選択することが可能である。

図９及び図１０は、撮影装置１４による撮影画像の一例を示す図であり、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）及び図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は拡大投射光学ユニット１２及び偏光器２０１を通して撮影した画像を示し、図９（Ｄ）〜図９（Ｆ）及び図１０（Ｄ）〜図１０（Ｆ）は拡大投射光学ユニット１２及び偏光器２０１を用いずに撮影した場合を示す。なお、検査対象物２として、図９では発光管を、図１０ではスポイト、緩衝材及びプラスチック板を撮影している。また、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）及び図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、偏光板２０２，２０３の透過軸を直交状態から適宜ずらして撮影した撮影画像である。

拡大投射光学ユニット１２及び偏光器２０１を通して検査対象物２を撮影すると、検査対象物２が発光管等の奥行きのある立体物であっても、発光管の検査箇所に拡大投射光学ユニット１２の焦点位置を移動して撮影することで、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）及び図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、撮影画像には、検査対象物２に残留する応力（残留歪みＳ）の分布が色の違いとなって写し出されることとなり、応力の分布を検出できるようになる。
一方、拡大投射光学ユニット１２を用いずに検査対象物２を撮影すると、検査対象物２が立体物であるため、検査対象物２を透過する光の量が検査箇所Ｒの全体で低下し、図９（Ｄ）〜図９（Ｆ）及び図１０（Ｄ）〜図１０（Ｆ）に示すように、撮影画像には、検査対象物２の影のみが写り出されることとなり、応力の分布が検出できない。

このように、本実施形態によれば、検査対象物２の入射側と出射側にそれぞれ偏光板２０２，２０３を設けたため、検査対象物２の応力の分布が色分布として可視化された撮影画像が撮影装置１４に取り込まれることから、この撮影画像の色の違いにより検査箇所Ｒの応力の分布を検査できる。

また本実施形態によれば、入射側と出射側の偏光板２０２，２０３の少なくとも一方を回転自在に支持したため、偏光板２０２，２０３の相対角度が可変であり、検査対象物２に応じて見え方を適宜調整できる。
さらに、偏光板２０２，２０３及び波長板２０４は着脱可能な状態で支持されているため、一つの投射システム２００において、応力分布観察のみならず、偏光板２０２，２０３及び波長板２０４を外した状態で各種欠陥の観察が可能となる。

なお、本実施形態では、出射側偏光板２０３を、拡大投射光学ユニット１２の光学系の入射側に設けたが、これに限らず、例えば、拡大投射光学ユニット１２の光学系の出射側に設けてもよい。
また、出射側偏光板２０３と拡大投射光学ユニット１２との間に、出射側偏光板２０３以外からの光を遮る遮光板を設けてもよい。これにより、出射側偏光板２０３以外からの光によって色が不明確になることによって応力分布の判別に支障をきたすことを防止できる。

＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態に係る投射システム３００の概略構成図である。
投射システム３００は、検査対象物２及び偏光器２０１をチャンバ３０１に収めてユニット化し、検査対象物２を試験可能とした試験ユニット（試験手段）３０２を備えている。チャンバ３０１は、拡大投射光学ユニット１２の焦点位置と外れた位置に一対の窓３０３，３０４を備えており、一方が入射窓３０３、他方が出射窓３０４となる。チャンバ３０１内において、検査対象物２は支持台２４により支持されており、入射側偏光板２０２、出射側偏光板２０３及び波長板２０４はチャンバ３０１に支持されている。チャンバ３０１は、図示は省略するが、加熱手段や加圧手段によって、検査対象物２に熱的及び又は機械的外力を加えることができるように構成されている。

試験ユニット３０２は、試験ユニット移動機構３０５によって直交３軸方向に移動可能に構成されている。試験ユニット移動機構３０５は、試験ユニット３０２が載置され直交３軸の各軸方向に独立して移動可能な３軸ステージ３０６と、コンピュータ２２の制御に基づき３軸ステージ５０の各軸方向の移動を駆動するアクチュエータ３０７とを備えている。照射装置移動機構１６、光学ユニット移動機構１８及び試験ユニット移動機構３０５のそれぞれが照射装置１０、拡大投射光学ユニット１２及び試験ユニット３０２を移動するときには、照射装置１０と拡大投射光学ユニット１２と試験ユニット３０２が同一の光軸Ｋ上に常に位置するように移動される。

本実施形態のコンピュータ２２は、画像解析部６０及び走査制御部６２に加え、試験操作部３０８を備えている。試験操作部３０８は、試験ユニット移動機構３０５を制御するとともに、加熱手段や加圧手段を制御して、検査対象物２に熱的及び又は機械的外力を加える。
したがって、投射システム３００では、検査対象物２に熱的及び又は機械的外力を加えながら、外力によって検査対象物２に生じる応力を検査することができる。
なお、投射システム３００は、チャンバ３０１、試験ユニット移動機構３０５及び試験操作部３０８を備える以外は、第２の実施形態で説明した投射システム２００と略同様の構成を有するため、ここでは、投射システム２００と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１２は、撮影装置１４による撮影画像の一例を示す図であり、図１２（Ａ）は検査対象物２に外力を加えずに撮影した画像を示し、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）は検査対象物２を加熱して撮影した画像を示し、図１２（Ｄ）及び図１２（Ｅ）は検査対象物２を冷却して撮影した場合を示す。図１３は、撮影装置１４による撮影画像の一例を示す図であり、図１３（Ａ）は検査対象物２に外力を加えずに撮影した画像を示し、図１３（Ｂ）は検査対象物２を加熱して撮影した画像を示す。図１４は、撮影装置１４による撮影画像の一例を示す図であり、図１４（Ａ）は検査対象物２に外力を加えずに撮影した画像を示し、図１４（Ｂ）は検査対象物２を加圧して撮影した画像を示す。なお、検査対象物２として、図１２ではプラスチックを、図１３ではアクリル板を、図１４では耐熱ガラス（テンパックス）を撮影している。

検査対象物２に熱（温熱及び冷熱）を加えながら拡大投射光学ユニット１２及び偏光器２０１を通して検査対象物２を撮影すると、図１２及び図１３に示すように、撮影画像には、検査対象物２に掛かる応力の分布が色の違いとなって写り出されることとなり、応力の分布を検出できるようになる。特に、図１２では、プラスチックに印字されたＵ字の周辺で特に色が変化しており、図１３では、全体的に色が変化している。なお、図１３における複数の線はアクリル板の表面の傷である。
また、検査対象物２に万力で圧力を加えながら拡大投射光学ユニット１２及び偏光器２０１を通して検査対象物２を撮影すると、図１４に示すように、撮影画像には、検査対象物２と万力との接触部分で色が変化し、応力Ｓが生じることが写し出される。

このように、本実施形態によれば、検査対象物２に熱的及び又は機械的外力を加える試験ユニット３０２を備えたため、検査対象物２に外力を加えながら、その外力によって生じる検査対象物２の応力分布を検査できる。

なお、本実施形態では、偏光器２０１をチャンバ３０１に収めたが、これに限定されず、例えば、第２の実施形態のように、入射側偏光板２０２を照射装置１０に設け、出射側偏光板２０３及び波長板２０４を拡大投射光学ユニット１２に設けてもよい。

１、１００、２００、３００ 投射システム
２ 検査対象物
２Ａ 拡散面
ｆ１ 第１焦点
ｆ２ 第２焦点
１０、１１０ 照射装置（照射手段）
１２ 拡大投射光学ユニット（投射光学系）
１４ 撮影装置
１５ スクリーン
２２ コンピュータ
２６ 集光型放電ランプユニット（光源）
２８ 点光源形成球レンズ（点光源形成光学系）
３０ 出射開口（端部開口）
３２ 回転楕円反射鏡
３４ 放電ランプ
３６ 筒体
４０ 入射用絞り（入射用遮蔽部材）
４２ 入射球レンズ（入射光学系）
４４ 拡散光成分遮蔽用絞り（内面反射成分遮蔽部材）
４６ アパーチャ（内面反射成分遮蔽部材）
６０ 画像解析部
６２ 走査制御部
７０ 調光板
７１ 波長選択フィルタ
７２ 反射ミラー
２０２ 入射側偏光板（偏光素子）
２０３ 出射側偏光板（偏光素子）
Ｄ 欠陥
Ｅ 照射光
Ｋ 光軸
Ｒ 検査箇所
Ｓ 点光源

Claims (7)

1. 検査対象物に光を照射する照射手段を備え、前記検査対象物からの透過光又は反射光を投射する投射システムにおいて、
   前記検査対象物の検査箇所に焦点を有し、前記検査対象物からの透過光又は反射光に基づき前記検査箇所の像を投射する投射光学系を備えたことを特徴とする投射システム。
2. 前記照射手段は、光源の光を集光して点光源を形成する点光源形成光学系を備え、
   前記点光源形成光学系によって形成された点光源からの発散光を前記検査対象物に照射することを特徴とする請求項１に記載の投射システム。
3. 前記照射手段は、
   前記光源から発せられ発散する光を光軸の方向に曲げて発散を抑え前記点光源形成光学系に入射する入射光学系を備えたことを特徴とする請求項２に記載の投射システム。
4. 前記照射手段は、
   前記光源の光が入射される筒体を備え、
   前記光源の光を集光して前記点光源を形成する点光源形成球レンズを前記筒体の中に設けて前記点光源形成光学系が構成され、前記点光源の発散光を前記筒体の端部開口から照射するとともに、
   前記筒体の中の点光源形成球レンズの入射側、及び前記端部開口のそれぞれに、前記筒体の内面反射によって生じた光成分を遮蔽する内面反射成分遮蔽部材を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投射システム。
5. 前記照射手段は、
   第１焦点、及び第２焦点を有する回転楕円反射鏡と、
   前記第１焦点に発光点を位置させた放電ランプと、
   前記第２焦点と前記点光源形成光学系の間に設けられ、前記第２焦点で集光し発散する光のうち、前記第１焦点と発光点のズレに起因する成分を遮蔽する入射用遮蔽部材と、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の投射システム。
6. 前記検査対象物の入射側と出射側にそれぞれ偏光素子を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の投射システム。
7. 入射側と出射側の前記偏光素子の少なくとも一方を回転自在に支持したことを特徴とする請求項６に記載の投射システム。