JP2017167039A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の光利用効率のよい検査装置を提供する。【解決手段】照明光により検査チャート像を生成する検査チャート光学系１１０を備え、検査チャート光学系１１０で生成された検査チャート像を被検査物１０３の表面で反射させて被検査物１０３の質感を検査する検査装置１００であって、被検査物１０３の表面で反射する前記検査チャート像の反射光を受光して検査チャート像の虚像を撮像する撮像光学系１２０を設けた。【選択図】図１

Description

この発明は、検査装置に関する。

従来、塗装板、アルミニュウム板、漆器などの品質評価項目として、これらの物体の表面の質感を評価することが行われている。

これらの評価を行う装置として、被検査物の質感を検査する検査装置が知られている（特許文献１参照）。
かかる検査装置は、照明ランプと、第１拡散層と、第２拡散層と、第２拡散層に貼られたチャートスチールとを備えている。照明ランプから発光された照明光は第１,第２拡散層で拡散されてチャートスチールに達し、このチャートスチールを透過した光は資料面に投影する。すなわち、資料面にチャートスチール像が投影されることになる。

検者は、資料面に投影されたチャートスチール像の状態から資料の質感を判断する。

このような検査装置にあっては、第１,第２拡散層を用いるため、光源から発光した照明光は２回拡散されるとともに２回広がって資料面に達するので、光利用効率が非常に悪いという問題がある。

この発明の目的は、照明光の光利用効率のよい検査装置を提供することにある。

この発明は、照明光により検査チャート像を生成する検査チャート光学系を備え、該検査チャート光学系で生成された検査チャート像を被検査物の表面で反射させて前記被検査物の質感を検査する検査装置であって、前記被検査物の表面で反射する前記検査チャート像の反射光を受光して前記検査チャート像の虚像を撮像する撮像光学系を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、照明光の光利用効率のよい検査装置を提供することができる。

この発明に係る検査装置の実施例の構成を示した説明図である。 （Ａ）は図１に示す検査装置の検査チャートを示した説明図、（Ｂ）は被検査物の表面に凹凸がある場合の撮像素子上に形成される検査チャートを示した説明図である。 第２実施例の検査装置の光学系の構成を示した光学配置図である。 第３実施例の検査装置の光学系の構成を示した光学配置図である。 第４実施例の検査装置の光学系の構成を示した光学配置図である。 図５に示す検査装置の拡散板による散乱を示す説明図である。 第５実施例の検査装置の光学系の構成を示した光学配置図である。 ロッドレンズの作用を示す説明図である。

以下、この発明に係る検査装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］

図１に示す被検査物１０３の質感を検査する検査装置１００は、照明光源１０１の照明光により検査チャート像を生成する検査チャート光学系１１０と、撮像光学系１２０とを備えている。

検査チャート光学系１１０は、面光源である照明光源１０１と、検査チャートを形成した検査チャート板１０２Ａと一体化された拡散板１０２とを有している。照明光源１０１から発光された照明光は拡散板１０２を透過して被検査物１０３に達し、被検査物１０３に検査チャート像が投影されることになる。この検査チャート像の投影光は被検査物１０３で反射される。

撮像光学系１２０は、撮像レンズ１０４と撮像素子１０６とを有している。撮像レンズ１０４は、検査チャート像を撮像素子１０６上に結像させる。撮像光学系１２０は、虚像である検査チャート像１０５を撮像するものであり、検査チャート像１０５と検査チャート板１０２Ａとは共役関係にある。

１３０は画像処理回路であり、この画像処理回路１３０は撮像素子１０６に結像された検査チャート像に基づいて被検査物１０３の質感を求める。１３１は画像処理回路１３０が求めた質感を表示する表示部である。
［作 用］

次に、上記のように構成される検査装置１００の作用について説明する。

先ず、照明光源１０１を発光させる。この照明光源１０１の発光により、照明光源１０１から射出された照明光が拡散板１０２に達し、この拡散板１０２及び検査チャート板１０２Ａを透過して被検査物１０３に達する。そして、検査チャート板１０２Ａの透過の際に検査チャート像が生成され、この検査チャート像が被検査物１０３に投影される。検査チャート像は被検査物１０３で反射されて撮像光学系１２０へ入射する。

撮像光学系１２０は、被検査物１０３で反射された検査チャート像を入射することにより、虚像である検査チャート像１０５を撮像する。すなわち、検査チャート像１０５が撮像素子１０６上に結像される。画像処理回路１３０は、検査チャート像１０５に基づいて被検査物１０３の質感を求める。

ここで、例えば検査チャートは、図２の（Ａ）に示すように明部８０１Ａと暗部８０１Ｂとの境界８０１ｅが明瞭なチャートを用いる。

被検査物１０３の表面が鏡面となっている場合、撮像素子１０６上に結像される検査チャート像は図２の（Ａ）と同じとなる。しかし、その被検査物１０３の表面に微小な凹凸がある場合、その凹凸の面の傾斜により反射光が向かう方向がずれ、撮像光学系１２０へ入射しなかったり、撮像素子１０６上でその凹凸がなければ集光される領域からずれたところに集光したりする。この結果、撮像素子１０６で撮像された検査チャート像は、その凹凸の部分が平坦な表面であれば明部になる領域が、微小な凹凸があることで暗部になったり、逆に暗部になる領域が明部になったりする。

このため、図２の（Ｂ）に示すように、明部８０１Ａと暗部８０１Ｂとの境界線８０２は波打ったように歪んでしまう。この歪み方と人間が感知する「つや感」や「光沢感」の間には相関があり、この歪み方を検出・数値化することで、「つや感」、「光沢感」に関する質感評価が可能となる。

例えば、図２の（Ｂ）に示す境界線８０２部分を２値化して、その境界線８０２の形状すなわちエッジの形状を求め、この２値化したエッジの変動位置に対して最小二乗法により近似直線を求める。この近似直線に対するエッジの変動量を各位置（縦方向の位置）ごとに求め、各位置ごとの変動量から標準偏差を求め、この標準偏差から「つや感」、「光沢感」を評価するものである。

また、この第１実施例によれば、拡散板１０２は１つだけ用いている。また、撮像レンズ１０４は、被検査物１０３で反射した検査チャート像の投影光を集光して撮像素子１０６上に検査チャート像を結像させるものであるから、照明光源１０１の光利用効率はよいものとなる。そして、光利用効率がよいことにより、明るい照明光源１０１を使用しなくても、分光カメラのような検出感度の低いカメラを撮像光学系１２０として使用することができる。ちなみに、光利用効率が悪い場合、分光カメラのような検出感度の低いカメラを撮像光学系１２０として使用するには、より明るい照明光源１０１を用いなければならず、このためコストアップにつながる。
［第２実施例］

図３は、第２実施例の検査装置２００の光学系の構成を示す。この検査装置２００は、検査チャート光学系２１０と、投射光学系２０３と、撮像光学系２２０とを備えている。

検査チャート光学系２１０は、照明光源２０１と、検査チャート板２０２Ａと一体化された拡散板２０２とを有しており、その構成は第１実施例と同じであるので、その説明は省略する。

投射光学系２０３は、拡大光学系となっており、検査チャート光学系２１０で生成された検査チャート像を中間像形成位置２０４の空間上に中間像として結像させる。

撮像光学系２２０は、撮像レンズ２０６と撮像素子２０８とを有し、第１実施例と同様な構成となっている。また、撮像光学系２２０は、中間像形成位置２０４に結像される中間像に焦点が合わせられている。このため、中間像形成位置２０４に拡散板等の物体を用いておらず、その反射率/透過率による減衰の影響を受けない。さらに、投射光学系２０３を設けていることにより、第１実施例よりも高い光利用効率が得られる。

なお、この第２実施例よれば、投射光学系２０３によって検査チャート像が拡大されるので、撮像レンズ２０６は口径の大きいものを使用する必要がある。なお、２０７は虚像の検査チャート像である。
［第３実施例］

図４は、第３実施例の検査装置３００の光学系の構成を示す。この検査装置３００は、検査チャート光学系３１０と、投射光学系３０３と、撮像光学系３２０とを備えている。

検査チャート光学系３１０は、照明光源３０１と、検査チャート板３０２Ａに一体化された拡散板３０２とを有しており、その構成は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。

撮像光学系３２０は、撮像レンズ３０６と撮像素子３０８とを有し、第１実施例と同様な構成となっている。

投射光学系３０３は縮小光学系として用いており、このため撮像レンズ３０６の口径を小さくすることができる。他の構成は第２実施例と同様なのでその説明は省略する。この第３実施例は第２実施例と同様な効果を得ることができる。なお、３０７は虚像の検査チャート像である。
［第４実施例］

図５は、第４実施例の検査装置４００の光学系の構成を示す。この検査装置４００は、検査チャート光学系４１０と、投射光学系４０３と、中間像形成位置（結像位置）に配置された拡散板４０４と、撮像光学系４２０とを備えている。４０７は、虚像の検査チャート像である。

検査チャート光学系４１０は、照明光源４０１と、検査チャート板４０２Ａに一体化された拡散板４０２とを有しており、その構成は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。

撮像光学系４２０は、撮像レンズ４０６と撮像素子４０８とを有し、第１実施例と同様な構成となっている。

この第４実施例では、中間像形成位置に拡散板４０４を配置したことにより、撮像光学系４２０の口径（撮像レンズ４０６の径）を小さくすることができる。

これは、図６に示すように、拡散板４０４に入射する上下光線４００ａ,４００ｂの広がりを持つ入射光束は、拡散板４０４によって鎖線の矢印４００ｃ,４００ｄで示す上下光線範囲まで拡大されて拡散板４０４から出射される光束となる。拡散板４０４がない場合、入射光束は、上下光線４００ａ,４００ｂの入射角とそのままの方向に進み、破線で示す上下光線４００ｅ,４００ｆの広がりを持つ光束となる。

撮像光学系４２０に入射する光束は、図５及び図６の上下光線Ｐ１,Ｐ２で示す方向に進む光束であり、上下光線４００ｅ,４００ｆの広がりを持つ光束は撮像光学系４２０に入射しない。このため、拡散板４０４を配置しない場合、この矢印４００ｅ,４００ｆの光線を撮像光学系４２０に入射させるためには、撮像光学系４２０の口径を大きくする必要がある。

この第４実施例の検査装置４００では、２つの拡散板４０２,４０４を用いているが、投射光学系４０３と撮像光学系４２０とを備えているので、照明光源４０１の照明光の高い光利用効率が得られる。
［第５実施例］

図７は、第５実施例の検査装置６００の光学系の構成を示す。この検査装置６００は、検査チャート光学系６１０と、投射光学系６０３と、撮像光学系６２０とを備えている。６０４は投射光学系６０３によって形成される中間像の形成位置を示す。６０７は虚像の検査チャート像である。

検査チャート光学系６１０は、照明光源６０１と、検査チャート板６０２Ａに一体化された拡散板６０２とを有しており、その構成は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。

撮像光学系６２０は、撮像レンズ６０６と撮像素子６０８とを有し、第１実施例と同様な構成となっている。

投射光学系（略テレセントリック光学系）６０３は、像面側にテレセントリック性の強い光学系を用いたものであり、これにより、撮像光学系６２０の口径を小さくすることが可能となる。他は、第３実施例と同様な効果を得ることができる。
［光 源］

図８は、光利用率を高めることのできる光源光学系７００の構成の一例を示す。この光源光学系７００は、第１〜第５実施例の照明光源に適用できるものであり、面発光光源７０１と、テーパ付きロッドレンズ７０２とを有している。このテーパ付きロッドレンズ７０２は、テーパにより入射側の面よりも出射側の面が大きくなっている。

面発光光源７０１から発せられた光のうち、テーパ付ロッドレンズ７０２に入射した光は、側面で反射されると、正面方向へ進む光となる。すなわち発光の開口数NAが変わることを意味する。このようなロッドレンズを光源として用いることで、光軸方向への光の指向性を高めて投射光学系へ入射することで、光利用効率の高い質感評価装置が得られる。またロッドレンズ出射面上での光の均一性が向上する、すなわち照度ムラが均一化される。

その他の手段としてフライアイレンズでも同様の効果を得ることが可能である。

また投射光学系や撮像光学系によっては、ロッドレンズやフライアイレンズを光源に用いた場合、前者は複数回の内部反射が起因で、後者はアレイ状に設けられたレンズの結像に起因して、同一の物体上の点から射出した光線が、異なる撮像素子上の位置に集光する現象が発生することがある。この場合、多数のアレイ状の画像が得られてしまう。これを避けるためには、ロッドレンズやフライアイレンズから射出された光線を結像可能な投射光学系で集光・結像させ、その結像点に焦点が合うように撮像光学系を調整する。もしくはその拡散板に焦点が合うように撮像光学系を調整するとよい。

上記実施例では、いずれも拡散板１０２,２０２,３０２,４０２,６０２は透過型の素子として説明したが、これに限らず反射型の素子でもよい。また、投射光学系２０３,３０３，４０３,６０３や撮像レンズ１０４,２０６,３０６,４０６,６０６は１枚の透過レンズとして説明したが、これは簡略化したものであり、いずれも複数枚の透過型もしくは反射型の光学素子を用いる光学系を用いてもよい。

なお、第２実施例〜第５実施例では、第１実施例と同様に画像処理回路１３０及び表示部１３１を備えているが、ここでは省略してある。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１００、２００、３００、４００、６００ 検査装置
１０１、２０１、３０１、４０１、６０１ 照明光源
１０２、２０２、３０２、４０２、６０２ 拡散板
１０２Ａ、２０２Ａ、３０２Ａ、４０２Ａ、６０２Ａ 検査チャート板
１０３、２０５、３０５、４０５、６０５ 被検査物
１１０、２１０、３１０、４１０、６１０ 検査チャート光学系
１２０、２２０、３２０、４２０、６２０ 撮像光学系

特公平２−３３０９１号公報

Claims (10)

1. 照明光により検査チャート像を生成する検査チャート光学系を備え、該検査チャート光学系で生成された検査チャート像を被検査物の表面で反射させて前記被検査物の質感を検査する検査装置であって、
   前記被検査物の表面で反射する前記検査チャート像の反射光を受光して前記検査チャート像の虚像を撮像する撮像光学系を設けたことを特徴とする検査装置。
2. 前記撮像光学系によって撮像された検査チャート像から該検査チャート像の歪みを検出し、この歪みに基づいて質感を検査することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検査チャート光学系は、前記照明光源と、この照明光源に照らされるとともに検査チャートが描かれた検査チャート板と、拡散板とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検査装置。
4. 前記検査チャート板に前記拡散板が貼られていることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
5. 前記検査チャート光学系は、生成した検査チャート像を前記被検査物の表面の手前で結像させて投影する投射光学系を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記投射光学系は、前記表面の手前の結像位置に拡散板を配置したことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
7. 前記投射光学系は、略テレセントリック光学系であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の検査装置。
8. 前記光源は、ロッドレンズまたはフライアイレンズを有していることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の検査装置。
9. 前記ロッドレンズは、入射側の面よりも出射側の面が大きいテーパがついていることを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
10. 前記検査チャート光学系は、前記照明光源の照度ムラが均一化されていることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。