JP2017187296A - 同軸照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークＷへの照射ムラがなくかつ白浮が起こらないハーフミラー型同軸照明装置１。【解決手段】観察対象であるワークＷと該ワークＷを観察する観察部Ｍとを結ぶ観察軸Ｃ上に斜めに配置された第１ハーフミラー１１と、観察軸Ｃとは異なる方向から第１ハーフミラー１１に光を照射する光源部１２とを具備し、前記光源部１２から射出された光が前記第１ハーフミラー１１で反射して前記ワークＷに照射するように構成された同軸照明装置１において、前記第１ハーフミラー１１とワークＷとの間の前記観察軸Ｃ上に該観察軸Ｃ及び前記第１ハーフミラー１１とは異なる角度で配置された第２ハーフミラー１４を設け、該第２ハーフミラー１４の反射率を３０％以下とした。【選択図】図２

Description

本発明は、同軸照明装置に関するものである。

例えば、表面検査用の照明装置として、図１に示すように、光源１２から観察方向とは異なる方向に向けて射出された光を、ハーフミラー１１によってカメラＭ等による観察方向Ｃと同じ方向に反射して観察対象であるワークＷを照明する同軸照明装置１が知られている。

このようなハーフミラー型同軸照明装置１は、例えば、同様に光を反射するビームスプリッターに比べて比較的安価で大きなサイズのものを簡単に製造できるので様々なサイズのワークＷに対応できる一方で、ワークＷ側から見たときに角度によってはハーフミラー１１により生じる光源１２の虚像１２′が見えない領域Ａが生じるので、ワークに均一な光を照射できず、照射ムラが生じる恐れがある。

この問題を解決するための方策として、特許文献１には、カメラとワークの間に形成された観察孔を覆う透明板を配置して、この透明板が光源からの光を反射することによってワークに対する均一な光照射を可能にしたハーフミラー型同軸照明装置が記載されている。

しかしながら、前記透明板に入射する光の中には、透明板で反射してカメラに向かう光も生じるので、前記透明板の反射率が高すぎると、ワークを観察する際に視野の全体又は部分が過剰に明るくなりコントラストが下がる白浮という問題がある。

特開２０１０−２６１８３９号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ワークへの照射ムラがなくかつ白浮が起こらないハーフミラー型同軸照明装置を提供することを課題としている。

すなわち本発明に係る同軸照明装置は、観察対象であるワークと該ワークを観察する観察部とを結ぶ観察軸上に斜めに配置された第１ハーフミラーと、観察軸とは異なる方向から第１ハーフミラーに光を照射する光源部とを具備し、前記光源部から射出された光が前記第１ハーフミラーで反射して前記ワークに照射するように構成された同軸照明装置において、前記第１ハーフミラーとワークとの間の前記観察軸上に該観察軸及び前記第１ハーフミラーとは異なる角度で配置された第２ハーフミラーを具備し、該第２ハーフミラーの反射率が３０％以下であることを特徴とする。

このような同軸照明装置であれば、２枚のハーフミラーによる多重反射によって、前記光源部の他に該光源部の虚像がいくつも出来るので、ワークから見た光源部の見かけ上の面積が広がり、ワークに対する照射ムラを減らすことができる。

また前記第２ハーフミラーの反射率が３０％以下であり、前記第２ハーフミラーから前記観察部に向けての光反射を減らして、前記観察部から見たときにワークと重なって見える光源部の虚像を生じにくくすることができるので、白浮を低減することができる。

本発明の具体的な実施態様としては、前記第１ハーフミラーが前記観察軸に対して４５度の角度で配置されており、前記第２ハーフミラーが前記観察軸に対して垂直に配置されている同軸照明装置が挙げられる。

前記第２ハーフミラーが、光の入射する方向と前記観察軸との成す角度が所定の値よりも小さい場合には反射率が０％以上３０％以下であり、前記角度が前記所定の値よりも大きい場合には、反射率が２０％以上６０％以下である同軸照明装置であれば、前記第２ハーフミラーから前記観察部の方向に反射する光を減らすことができるので白浮を低減することができる。

本発明の具体的な実施態様としては、前記第２ハーフミラーが、光の入射する方向と前記観察軸との成す角度が所定の値よりも小さい場合には反射率がほぼ０％であり、前記角度が前記所定の値よりも大きい場合には、反射率がほぼ５０％である同軸照明装置が挙げられる。

本発明の具体的な実施態様としては、前記所定の値が１５度以上３５度以下である同軸照明装置が挙げられる。

本発明にかかる同軸照明装置によれば、２枚のハーフミラーによる多重反射によって、前記光源部の他に該光源部の虚像がいくつも出来るので、ワークから見た光源部の見かけ上の面積が広がり、ワークに対する照射ムラを減らすことができる。

また前記第２ハーフミラーの反射率が３０％以下であり、前記第２ハーフミラーから前記観察部に向けての光反射を減らして、前記観察部から見たときにワークと重なって見える光源部の虚像を生じにくくすることができるので、白浮を低減することができる。

従来のハーフミラー型同軸照明装置の断面図。 本発明の一実施形態に係る同軸照明装置の断面図。 同実施形態に係る第２ハーフミラーの断面図。 同実施形態に係る第２ハーフミラーの反射特性を表すグラフ。 同実施形態に係る同軸照明装置において２枚のハーフミラーにより生じる光源部の虚像を示す図。 同実施形態に係る同軸照明装置の光路を示す図。

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る同軸照明装置１は、例えば製品等の対象物であるワークＷに光を照射して、ワークＷ表面の傷や文字等をカメラ等で観測して自動検査する表面検査等に用いられるものであり、図２に示すように、ワークＷと該ワークＷを観察する、例えば、カメラ等の観察部Ｍとを結ぶ観察軸Ｃ上の前記ワークＷと観察部Ｍとの間に設置されるものである。

前記同軸照明装置１は、前記観察軸Ｃ上に配置された第１ハーフミラー１１と、前記第１ハーフミラー１１に向けて光を射出する光源部１２と、これらを収容する筐体１３とを具備するものである。

前記第１ハーフミラー１１は、ガラス板の表面を誘電体多層膜や金属薄膜等でコーティングしたものであり、その表面に対する入射角が４５度の光に対して、反射率がほぼ５０％、かつ透過率がほぼ５０％のものである。

前記第１ハーフミラー１１は矩形板状のものであり、前記観察軸Ｃ上に、反射面を前記観察軸Ｃに対して４５度傾けた状態で前記筐体１３の内部に固定されている。

前記光源部１２は、矩形状、例えば、正方形状の発光面１２１から面発光するものであり、該発光面１２１の輝度が可及的に均一化された拡散光を射出するものである。

前記光源部１２は、前記観察軸Ｃと平行に配置された平板である基板１２２に設定された正方形状のＬＥＤ敷設領域に敷き詰められた複数のＬＥＤ１２３と、光を拡散する拡散板１２４とを具備する。

前記拡散板１２４は、前記ＬＥＤ１２３と前記第１ハーフミラー１１との間に前記基板１２２と平行に配置されたすりガラス状の薄板であり、位置調節スリット１２４Ｓによって前記ＬＥＤ１２３との距離を調整できるように構成されている。

前記発光面１２１は、前記拡散板１２４の表面であり、前記第１ハーフミラー１１の反射面に向かい合うように、前記観察軸Ｃに対して平行に配置されている。

前記筐体１３は、例えば、アルミ合金等からなる直方体状のもので、その内部壁面のうち、前記第１ハーフミラー１１と前記光源部１２との間の面が鏡面になっている。

前記観察部ＭからワークＷを観察するために、前記筐体１３の観察部Ｍ側の面には、例えば、光学ガラス等が嵌め込まれたカメラ窓１３１が形成されており、前記筐体１３のワークＷ側の面には、光射出口１３２が形成されている。

前記光射出口１３２は、前記第１ハーフミラー１１と前記ワークＷとの間に形成されており、前記光射出口１３２を塞ぐように矩形板状の第２ハーフミラー１４が嵌め込まれている。なお、前記第２ハーフミラー１４は、前記観察軸Ｃ上に、該観察軸Ｃと前記第２ハーフミラーの反射面が垂直に交わるように配置されている。

前記第２ハーフミラー１４は、また、図３に示すように、ガラス板１４１の観察部Ｍ側の面を、例えば誘電体多層膜１４２でコーティングし、さらにワークＷ側の面を反射防止膜１４３でコーティングしたものであり、前記観察軸Ｃと光の入射方向との間の角度である第２ハーフミラー１４への入射角αが所定の値よりも大きいか小さいかによって反射特性が異なるように加工されたものである。

ここで、前記所定の値とは、図２に示すように、観察部ＭからワークＷ側を見たときに前記光射出口１３２を通して見える視野の外縁部と観察部Ｍを結んだ線と前記観察軸Ｃとの間の角度θの値であり、本実施形態では、前記角度θを２５度としている。

本実施形態における具体的な反射特性は、図４に示す通りであり、ここでは６２５ｎｍ及びその前後３０ｎｍの範囲の波長について、第２ハーフミラー１４への入射角αが０度から４５度までそれぞれの場合の反射率を示している。

前記第２ハーフミラー１４の反射率は、入射角αが０度の時にはほぼ０％で透過率がほぼ１００％であり、入射角αが大きくなるにつれて上昇し、入射角αが４０度以上になると反射率がほぼ５０％で透過率がほぼ５０％となるように加工されている。なお、グラフの縦軸は反射率（単位：％）を、横軸は波長（単位：ｎｍ）を、それぞれ示している。

このように構成された同軸照明装置１であれば、図５に示すように、光源部１２から射出された光が前記第１ハーフミラー１１だけではなく、筐体１３の内面や第２ハーフミラー１４によっても多重反射して、光源部１２の虚像１２′Ｍ、１２″Ｍ及び１２′Ｗ等が生じて、例えば、図１の従来の同軸照明装置ではワークＷ側から光が見えなかった領域Ａにおいても光が見えるようになる等、ワークＷ側から見たときに光源部１２の見かけ上の面積が大きくなるので、ワークＷに対する照射ムラを減らすことができる。

また、第２ハーフミラー１４に対する入射角αが、前記観察部ＭからワークＷを見たときに視野に入る範囲を示す角度θである２５度よりも小さい光に対しては、反射率が許容レベル以下となるので、図６に破線で示したような第２ハーフミラー１４から観察部Ｍに向けて反射する光を減らすことができ、図５中のワークＷ側に生じる光源部１２の虚像１２″Ｗを生じにくくすることが出来るので、この虚像１２″Ｗを原因とする白浮を低減することができる。

前記拡散板１２４を配置し、その位置を調節することができるので、ワークＷの種類や照射目的によって、光源部１２からの光の均一性や指向性を調節することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

本実施形態では、第２ハーフミラーの一例として、図４に示すような特性のものを採用したが、例えば、第２ハーフミラー１４への入射角αが所定の値よりも小さい場合には反射率がほぼ０％で透過率がほぼ１００％、前記入射角αが前記所定の値よりも大きい場合には反射率がほぼ５０％で透過率がほぼ５０％となるものや、前記入射角αに関係なく、反射率が３０％以下のものを採用しても良い。

例えば、前記第１ハーフミラーの観察軸に対する角度は、製造のしやすさやスペースの有効利用等の観点から４５度であることが好ましいが、４５度に限らず、前記第１ハーフミラーが前記観察軸と異なる方向に向けて光源部から射出された光を前記観察軸と同じ方向に反射してワークを照明できる角度で配置されていても良い。

同様に、前記光源部は、前記発光面が前記観察軸に対して平行に配置されたものが好ましいが、これに限らず、光源部から射出された光が第１ハーフミラーによって反射してワークに照射される位置に配置されていれば良い。

また、前記光源は複数のＬＥＤを敷き詰めて面発光させるものに限らず、一つのＬＥＤから射出する光をレンズ等によって拡散して均一な面発光を形成するようなものであっても良い。

前記第２ハーフミラーは、製造のしやすさやスペースの有効活用等の観点から、前記観察軸に対して垂直に配置されることが好ましいが、前記観察軸に対して前記観察軸及び第１ハーフミラーとは異なる角度で配置されていれば良い。

例えば、前記第１ハーフミラーが前記観察軸に対して４５度の角度で配置され、前記第２ハーフミラーが前記観察軸に対して４５度より大きく９０度よりも小さい角度で配置された場合には、前記第２ハーフミラーによってワーク側に生じる光源の虚像（図５中の１２″Ｗ）が前記第２ハーフミラーの傾きの分だけ外側に移動し、前記光源の虚像１２″Ｗが観察部の視野から外側に外れるので、さらに白浮を低減できるという効果もある。

前記第２ハーフミラーが該第２ハーフミラーに対する光の入射角が所定の値よりも小さいときには反射率がほぼ０％であり、透過率がほぼ１００％であることが好ましいが、反射率が０％以上３０％以下であっても良い。

また前記入射角が所定の値よりも大きい場合の、第２ハーフミラーの反射率は５０％に限らず、２０％以上６０％以下の範囲であれば良いが、反射率が５０％±５％であることが好ましく、反射率がほぼ５０％であることがより好ましい。

前記所定の値は、前記観察部と前記光射出口との距離や前記カメラ窓及び光射出口の大きさ等に依存して変化するものであるので、２５度に限らず、１５度以上３５度以下の範囲であれば良い。

同軸照明装置・・・１
ワーク・・・Ｗ
観察部・・・Ｍ
観察軸・・・Ｃ
第１ハーフミラー・・・１１
光源部・・・１２
第２ハーフミラー・・・１４

Claims (5)

1. 観察対象であるワークと該ワークを観察する観察部とを結ぶ観察軸上に斜めに配置された第１ハーフミラーと、観察軸とは異なる方向から第１ハーフミラーに光を照射する光源部とを具備し、前記光源部から射出された光が前記第１ハーフミラーで反射して前記ワークに照射するように構成された同軸照明装置において、
   前記第１ハーフミラーとワークとの間の前記観察軸上に該観察軸及び前記第１ハーフミラーとは異なる角度で配置された第２ハーフミラーを具備し、該第２ハーフミラーの反射率が３０％以下であることを特徴とする同軸照明装置。
2. 観察対象であるワークと該ワークを観察する観察部とを結ぶ観察軸上に斜めに配置された第１ハーフミラーと、観察軸とは異なる方向から第１ハーフミラーに光を照射する光源部とを具備し、前記光源部から射出された光が前記第１ハーフミラーで反射して前記ワークに照射するように構成された同軸照明装置において、
   前記第１ハーフミラーとワークとの間の前記観察軸上に該観察軸及び前記第１ハーフミラーとは異なる角度で配置された第２ハーフミラーを具備し、前記第２ハーフミラーが、光の入射する方向と前記観察軸との成す角度が所定の値よりも小さい場合には反射率が０％以上３０％以下であり、前記角度が前記所定の値よりも大きい場合には、反射率が２０％以上６０％以下であることを特徴とする同軸照明装置。
3. 前記第２ハーフミラーが、光の入射する方向と前記観察軸との成す角度が所定の値よりも小さい場合には反射率がほぼ０％であり、前記角度が前記所定の値よりも大きい場合には、反射率がほぼ５０％であることを特徴とする請求項２記載の同軸照明装置。
4. 前記所定の値が１５度以上３５度以下であることを特徴とする請求項２又は３記載の同軸照明装置。
5. 前記第１ハーフミラーが前記観察軸に対して４５度の角度で配置されており、前記第２ハーフミラーが前記観察軸に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の同軸照明装置。