JP4038157B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク表面の欠陥検出に用いられる検査用等の照明装置に関するものであり、特に放射状に延びる欠陥を検出し得るものに関する。

半導体ウェハのように鏡面状をなす製品等の表面検査を行う場合、リング状のケーシングと、光軸がケーシングの中心軸線に向かうように前記ケーシング内周に並べ設けた複数のＬＥＤとを備えたリング照明装置と称される光照射装置を用い、ケーシングの下方に設置したワークの表面を周囲からローアングル光で照明することが行われている(特許文献１図３等）。このことにより、前記ケーシングの上方からワークを観測すると、表面に生じたボイドやビットと呼ばれる点状の傷やひっかき傷等の欠陥のみが白く光り、その欠陥の検出が容易に行える（特許文献１）。

これは、ローアングルで鏡面に光を照射すると、表面に欠陥のない部位ではその光はそのまま対称に反射して側方に抜けるため上方に設置したＣＣＤカメラ等の撮像装置では何ら光を検出できないのに対し、欠陥のある部位では表面近くのエッジ部分で光が散乱し、その一部が上方に進んでこれが撮像装置に捉えられることによる。
特開平１０−２１７２９号公報

一方、例えばキャップの端面などには、中心から放射状に延びる欠陥が生じやすいことが知られているが、このような放射状に延びる欠陥に対して上述した光照射装置で照明を行った場合、光の進行方向がその欠陥の延びる方向と略同一であるため、光の散乱があまり生じず、ほとんどその欠陥を検出することができない。

本発明はかかる不具合に鑑みなされたものであって、放射状に延びる欠陥を検出できる簡単な構成の光照射装置を提供することをその主たる課題としたものである。

すなわち本発明に係る光照射装置は、中央に円孔を貫通させた環状をなすケーシングと、光軸が前記円孔の中心軸線に向かうように前記ケーシングに並べ設けた複数のＬＥＤとを備え、前記円孔の下方に設置したワークの表面を前記ＬＥＤから射出されるローアングル光によって照明するものであって、前記光射出要素から射出される光を、前記円孔における周方向の成分がより多く含まれるものに変更する光変更部を備えていることを特徴とする。ここで、「周方向の成分がより多く含まれるものに変更する」とは、光射出要素から射出される光を反射乃至屈折させるなどしてその方向を変更するという意味の他、光射出要素から射出される光のうちから半径方向に進む光を減衰させ、周方向の成分がより多く含まれる光を取り出すことも含まれる。

このようなものであれば、光の周方向の成分が、放射状に延びる欠陥に直交して照射され散乱が生じるため、かかる欠陥であっても確実に検出することができる。また、各ＬＥＤが半径方向を向いている既存の光照射装置（例えば前記リング照明装置）に、光変更部を付け加えるだけで実現可能であるため、構成が簡単であるうえ顧客のニーズに応じたオプション的な対応も可能となる。

前記光変更部が、前記円孔における半径方向に対して一定角度傾いた姿勢でケーシング内周部から内方に延伸するように取り付けられた複数の光反射吸収板を備えたものであり、それら光反射吸収板が前記周方向に沿って間欠的に配設されているものであれば、特に簡単な構成での実現が可能である。

前記光変更部が、前記光射出要素の光射出方向側に設けたレンズを備え、各光射出要素から発される光の光軸とそれに対応する前記レンズの光軸とを異ならせるように構成したものであれば、光方向の変更とともに各光射出要素から発される光の指向性を高めることが同時に行える。ここで「異ならせる」とは、前記光軸同士が完全に一致しないことをいう。

前記光変更部がケーシングに対し着脱可能なものであれば、この光変更部をオプション品として提供し、光照射装置全体を変更することなく種々の光照射態様を実現することができる。

前記光射出要素がＬＥＤであれば、耐久性、応答性、安定性等に極めて優れたものとなる。一方、前記光射出要素が、光源に基端部を接続された光ファイバの先端部であれば、前記光源を別に設置することにより、大幅なコンパクト化を図れる。

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。

本実施形態に係る光照射装置１は、図１、図２等に示すように、中央に円孔２を貫通させてなる扁平円筒形のケーシング３と、光軸が前記円孔２の中心軸線に向かうように前記ケーシング３に並べ設けた複数の光射出要素であるＬＥＤ４とを備え、前記円孔２の下方に設置したワークの表面を前記各ＬＥＤ４から射出されるローアングル光で照明するものである。そして、この光照射装置１の上方から前記円孔２を介してワークを撮像装置等によって観測することにより、その表面に生じた傷等の欠陥を検出することができる。

各部を詳述する。ケーシング３は、金属製のもので、その内周部３１には、周回するＬＥＤ保持溝３ａが形成してあり、外周面には図示しない放熱用のフィンが形成してある。このケーシング３に設けた前記円孔２は、ワークを上方から図示しない撮像装置で撮像するためのものである。

ＬＥＤ４は、砲弾型の透明体に図示しないＬＥＤ素子を埋め込んだタイプのもので、その光軸方向に射出された光の強度が最も大きく、側方のものほど強度が小さくなる指向特性を有する。そしてそれぞれの光軸が前記円孔２の中心軸線を向き、なおかつ若干下方を向くように、前記ＬＥＤ保持溝３ａ内に等間隔で周設されている。具体的には、これらＬＥＤ４を平面状態において一定幅を有した部分円弧状をなすフレキシブル配線基板５上に等間隔で装着しておき、そのフレキシブル配線基板５をＬＥＤ４が内側にくるように湾曲させてその内面を切頭円錐凹面とし、前記ＬＥＤ保持溝３ａに嵌め込み、固定するようにしている。また、図示しないが、フレキシブル配線基板５とＬＥＤ保持溝３ａとの間に、シリコーン等の柔軟性を有した熱伝導部材を隙間なく充填し、ＬＥＤ４で発生する熱を効率よくケーシング３に伝達し放熱効率を高めるとともに、ＬＥＤ４のがたつきのない確実な固定を図るようにしている。

なおこの図では、ＬＥＤ４を周方向には多数、前記中心軸線方向には３列設けているが、これに限られるものではないし、ＬＥＤ４の向きもその光軸が前記中心軸線と直交するようにしても構わない。この場合はフレキシブル配線基板５は直線帯状のものとなる。

しかして本実施形態では、図１、図４、図５に示すように、前記ＬＥＤ４から射出される光を、前記円孔２における周方向の成分がより多く含まれるものに変更する光変更部６をさらに設けている。なお、図２では、光変更部６は図示されていない。

この光変更部６は、図に示すように、前記周方向に沿って一定間隔で配設された複数の金属又は樹脂製の光反射吸収板６１からなる。各光反射吸収板６１は、光を反射、吸収乃至散乱させるための矩形状のもので、本実施形態では、例えば表面につや消し加工と黒色塗装を施し、当たった光を吸収する作用が強くなるようにしている。各光反射吸収板６１は、ケーシング内周部３１である前記フレキシブル配線基板５の内面から、半径方向に対して一定角度傾いた姿勢で内方に延伸するように取り付けてあり、ＬＥＤ４から半径方向に進行する光を略遮ることにより、図４に示すように、隣り合う光反射吸収板６１との隙間から周方向の進行成分を含む光Ｌを漏洩させるように構成してある。

このように構成した光照射装置１を用いてワークであるビンのキャップＣＰの開口側端面を検査する場合について以下に述べる。

このようなキャップＣＰの開口側端面には、製造上、図３に示すようにその中心から放射状に延びる欠陥７が生じる場合があることが知られている。そこで、図４、図５に示すように、本光照射装置１によってキャップＣＰの開口側端面に周囲からローアングル光Ｌを照射した場合、光Ｌの周方向の成分が、放射状に延びる欠陥７に直交して照射され散乱が生じることとなる。

したがって本実施形態によれば、前記キャップＣＰに生じたもののように、中心から放射状に延びる欠陥７であっても、その欠陥７を確実に検出することができる。また、既存の光照射装置１に、光反射吸収板６１を取り付けるだけで実現可能であるため、構成が簡単であるうえ顧客のニーズに応じたオプション的な対応も可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば光反射吸収板は、つや消し加工と黒色塗装を施した光吸収作用を主体とするもののみならず、鏡面状のものとし、光の反射を積極的に行うものあってもよい。

また、図６、図７に示すように、片面６１ａを鏡面にして光を略全反射するようにし、その裏面６１ｂをつや消しの黒色塗装等にして光を略吸収するようにした光反射吸収板６１でも構わない。しかしてこの図における光反射吸収板６１は、その基端部をリング状の保持部材６１１に固定されており、その保持部材６１１を前記円孔２に嵌め込んで用いるもので、ケーシング３に対して脱着可能に構成してある。

これら光反射吸収板６１は、全てのＬＥＤ４から射出される光Ｌの光軸を前記鏡面６１ａで反射して周方向成分を含むものに変更するように設定されているが、このものは、さらに、図７に示すように、鏡面６１ａが若干下方を向くように中心軸線（鉛直方向）に対して所定角度傾斜させてあり、ＬＥＤ４から発された光Ｌがワークに照射される際の立体角度をも変更するように構成してある。

このようなものであれば、特に光反射吸収板６１が脱着可能であるため、光照射態様をワークに合わせて現場（ユーザ側）で変更するといったオプション的な対応が可能となる。また、光反射吸収板６１の個数や角度、大きさなどが異なる種々のタイプのものを用意しておけば、異なるケーシング３と組み合わせることによって、極めて多彩なバリエーション照明が可能となる。

さらに、光反射吸収板に代えて、レンズ６２を設けてもよい。この場合は、図８に示すように、前記各ＬＥＤ４の光射出方向側であってその光軸ＣＴから前記周方向に一定角度ずらせてそれぞれレンズ６２を配設する。なおこの図では各レンズ６２を接続して一体化したものを用いている。もちろん、図９に示すように、レンズ６２を光軸ＣＴに対して傾ける、すなわち、レンズ６２の光軸とＬＥＤ４から発される光の光軸ＣＴとが一定角度を有して交わるようにしても構わない。このことで、レンズ６２により光Ｌの進行方向を曲げることができるため、前記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。

もちろんレンズの代わりにプリズムや鏡を配設しても構わないが、砲弾型ＬＥＤのようにもともと指向特性のよい光射出要素以外のもの、すなわちチップ型ＬＥＤやＬＥＤ素子そのもの、あるいは図１０に示すような光ファイバＦの先端部４Ａを利用する場合に、レンズ（この図ではボールレンズ）６２であれば光Ｌの進行方向の変更に加えて、その収斂作用で指向特性を変えることができることから、特に好ましい。

その他、光射出要素も、ＬＥＤ以外に、上述したようにＬＥＤ素子そのものや光ファイバの先端部であってもよい。

本発明の一実施形態における光照射装置の底面図。 同実施形態における光照射装置の概略縦断面図。 同実施形態におけるワークを示す平面図。 同実施形態における光照射装置でワークを照明している状態を示す平面図。 同実施形態における光照射装置でワークを照明している状態を示す斜視図。 本発明の他の実施形態における光照射装置でワークを照明している状態を示す平面図。 同実施形態における光反射吸収板の鉛直方向に対する取付角度を示す正面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の要部を示す模式的部分図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の要部を示す模式的部分図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の要部を示す模式的部分図。

符号の説明

１・・・光照射装置
２・・・円孔
３・・・ケーシング
３１・・・ケーシング内周部
４・・・光射出要素（ＬＥＤ）
４Ａ・・・光射出要素（光ファイバの先端部）
６・・・光変更部
６１・・・光反射吸収板
６２・・・レンズ
Ｌ・・・ローアングル光
ＣＰ・・・ワーク（キャップ）
ＣＴ・・・光射出要素の光軸

Claims (6)

1. 中央に円孔を貫通させた環状をなすケーシングと、光軸が前記円孔の中心軸線に向かうように前記ケーシングに並べ設けた複数の光射出要素とを備え、前記円孔の下方に設置したワークの表面を前記光射出要素から射出されるローアングル光によって照明するものであって、
   前記光射出要素から射出されるローアングル光を、前記円孔における周方向の成分がより多く含まれるものに変更する光変更部を備えていることを特徴とする光照射装置。
2. 前記光変更部が、前記周方向に沿って間欠的に配設された複数の光反射吸収板を備えたものであり、各光反射吸収板が、前記円孔における半径方向に対して一定角度傾けた姿勢でケーシング内周部から内方に延伸するように取り付けられている請求項１記載の光照射装置。
3. 前記光変更部が、前記光射出要素の光射出方向側に設けたレンズを備え、各光射出要素から発される光の光軸とそれに対応する前記レンズの光軸とを異ならせるように構成したものである請求項１記載の光照射装置。
4. 前記光変更部がケーシングに対し着脱可能なものである請求項１、２又は３記載の光照射装置。
5. 前記光射出要素がＬＥＤである請求項１、２、３又は４記載の光照射装置。
6. 前記光射出要素が、光源に基端部を接続された光ファイバの先端部である請求項１、２、３又は４記載の光照射装置。
   

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