JP5027946B1 - 検査システム - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、被検査物が曲面を有する構造の場合であっても、被検査物における欠陥を適切に検出することができる検査システムを提案する。
【解決手段】本発明に係る検査システムは、レンズにおける欠陥を検査するため、レンズを同軸落射照明方式で照明する照射部1と、照射部1により照明されたレンズを撮像する撮像装置とを有する。照射部1が、光源11から出射された光をレンズに向けて反射させるとともに、レンズ20で正反射して帰ってきた光を透過させるハーフミラー13と、光源11とハーフミラー13とを収容し、ハーフミラー13によって内部が第1空間17aと第2空間17bとに分割されている本体部空間17とを備え、本体部空間17の側部面において、第1空間17aに属する部分は、第2空間17bに属する部分よりも反射率が高くなるように構成される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、被検査物における欠陥を検出する検査システムに関する。特には、曲面部分を有する被検査物における欠陥を、同軸落射照明方式により好適に検出する検査システムに関する。
レンズ等の反射率の高い被検査物を照明し、被照明部分の像をカメラ等の撮像装置により撮像して被検査物の異常個所(傷など)を検出する方法は従来から良く知られている。例えば、被検査物を照明して撮像装置にて撮像する方法の一つに同軸落射照明方式(これ以降、同軸照明とする)を利用した方法がある。同軸照明では、撮像装置が有するレンズの光軸と同軸上に光を照射することで被検査物からの反射光が撮像装置に入光し、反射光の違いを明暗のコントラストとして撮像することができ、異常個所の有無を判別することができる。
このような同軸照明を使った撮像照明手段を備えた装置として例えば、特許文献1に開示された装置が挙げられる。特許文献1に開示された装置では、光源から出射した照明光を被照明物に反射させるハーフミラーの外側に全反射するミラーをさらに取り付け、被照明物を明るく照明できるように構成されている。なお、ハーフミラーとは、入射する光の一部を反射し、一部を透過するミラーであって、特に、入射光と透過光との強さが略同じとなるミラーである。
特開2011−106912号公報
しかしながら、上述した従来技術では、被検査物が曲面を有する構造の場合、この被検査物における欠陥を適切に検出することができないという問題がある。
より具体的には、被検査物203が曲面を有するものである場合(例えば、図11に示すような平凹レンズである場合)、同軸照明で被検査物203を照明する照射部202を使って、その正反射光を撮像装置201で撮影すると、被検査物203からの正反射光の一部は撮像装置201へと向かわず、拡散してしまう。つまり、被検査物203の全面から正反射光が撮像装置201に入光せず、被検査物203全体で欠陥を検出することができない。図11は従来技術に係る同軸照明を利用して被検査物の欠陥を検出する検査システムの一例を模式的に示す図である。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査物が曲面を有する構造の場合であっても、該被検査物における欠陥を適切に検出することができる検査システムを提供することにある。
本発明に係る検査システムは、上記した課題を解決するために、被検査物にある欠陥を検査するため、該被検査物を同軸落射照明方式で照明する第1照射部と、該第1照射部により照明された被検査物を撮像する撮像装置とを有する検査システムであって、前記第1照射部が、光源から出射された光を前記被検査物に向けて反射させるとともに、該被検査物で正反射して帰ってきた光を透過させる第1ミラーと、前記第1ミラーを収容し、該第1ミラーによって内部が第1領域と第2領域とに分割されている筐体部とを備え、前記第1領域は、前記第1ミラーにおいて前記被検査物に向けて光を反射させる側の領域であり、前記第2領域は、前記被検査物で正反射した光が該第1ミラーを透過して入ってくる側の領域であって、前記第1ミラーの側部と対向する前記筐体部の側部面において、前記第1領域に属する部分は、この第2領域に属する部分よりも光の反射率が高くなるように構成される。
ここで、同軸落射照明により検査する被検査物としては、例えば、レンズや高い反射率を有する塗装面などが挙げられる。また、被検査物にある欠陥とは、例えば、被検査物がレンズの場合、レンズ表面の傷、レンズ表面に付着、もしくは内部に混入した異物などが挙げられる。なお、レンズ内部の異物は、例えば、レンズを射出成型により成型した際に形成された気泡なども含まれる。また、レンズに反射防止膜が成膜されている場合は、この反射防止膜が剥離した部分などが挙げられる。
上記した構成によると、前記第1照射部と、前記撮像装置とを有するため、撮像装置により撮像して得た画像において第1照射部により照射された光が被検査物で正反射した正反射光の強度の相違により正常部分と欠陥部分とを判別することができる。
また、前記第1照射部が第1ミラーを備え、これを筐体部内に収容しているとともに、この第1ミラーによって筐体内部を第1領域と第2領域とに分割する構成である。そして、第1領域は、前記第1ミラーにおいて前記被検査物に向けて光を照射させる側の領域であり、この第1領域範囲に属する側部面は、第2領域に属する側部面よりも反射率が高くなるように構成されている。換言すれば、第1領域に属する筐体部の側部面は、被検査物に向けて光を反射させることができるように反射率を有するものとなっている。一方、第2領域に属する側部面は、第2領域内での光の反射を防ぐようにほとんど反射しないように構成されている。
ところで、被検査物がその一部に曲面を有する場合、その曲面部分では第1照射部から照射された光の、被検査物での正反射が撮像装置に入光しない。
しかしながら、本発明に係る検査システムでは、第1領域範囲に属する側部面は、第2領域に属する側部面よりも反射率が高くなるように構成されている。このため、前記光源からの光、または第1ミラーで反射された光のうち筐体部の側部面へと向かってきた光をさらに反射させ、第1照射部による同軸落射照明方式で光を被検査物に照射させる方向とは異なる方向からも被検査物に対して光を照射させることができる。
すなわち、被検査物がその一部に曲面を有し、同軸落射照明方式では正反射した光が撮像装置に入光しないような部分が有る場合であっても、その部分に対して正反射が撮像装置のレンズの光軸と同軸上となるような入射角度で光を照射させることができる。
したがって、本発明に係る検査システムは、被検査物が曲面を有する構造の場合であっても、該被検査物における欠陥を適切に検出することができるという効果を奏する。
また、本発明に係る検査システムは、上記した構成において、前記第1照射部は、前記側部面における前記第1領域に属する部分に第2ミラーを備える構成であってもよい。
また、本発明に係る検査システムは、上記した構成において、前記第1ミラーは、前記光源からの光が前記撮像装置のレンズの光軸と同軸上に被検査物を照射するように、該光源からの光の出射方向に対して傾斜しており、前記第1ミラーから前記被検査物に向けて照射され、該被検査物で正反射して該第1ミラーに帰ってくる光を遮らない範囲内で、前記第1領域内を前記筐体部の高さ方向、および水平方向に移動可能となっているとともに、前記第1ミラーの傾斜角度とは異なる角度となるように傾斜角度が可変となっている可動ミラーをさらに備えるように構成されていてもよい。
上記した構成によると、本発明に係る検査システムは、前記可動ミラーをさらに備える。このため、光源から出射された光を所望の角度で反射させることができる。したがって、第1ミラーからの光、および第1領域範囲に属する筐体部の側部面で反射された光で被検査物を照射したときの正反射が前記撮像装置に帰ってこないような部分が依然として存在する場合であっても、この部分からの正反射が撮像装置に入光するような入射角度で光を照射するように可動ミラーを移動させ調整することができる。
このように可動ミラーによって任意に被検査物に照射する光の入射角度を変更することができるため、本発明に係る検査システムでは、被検査物の全ての部位から正反射された光を撮像装置に入光させることができる。
また、本発明に係る検査システムは、上記した構成において、前記第1照射部は、第1の波長を有する光で前記被検査物を照明しており、前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する光で前記第1照射部とは異なる照明方式で前記被検査物を照明する第2照射部を備え、前記第1ミラーは、被検査物で反射した光が撮像装置に向かう光軸上に配置されており、前記第1照射部により照明された被検査物で正反射した光のうち、所定の割合だけを前記撮像装置に向かうように透過させるとともに、前記第2照射部により照明された被検査物で反射、散乱、または透過した光のうち、所定の割合だけを前記撮像装置に向かうように透過させており、前記第1ミラーを光が透過する透過率は、第1の波長を有する光と第2の波長を有する光とにおいて異なるように構成されていてもよい。
上記した構成によると、前記第2照射部を備えるため、第1照射部とは異なる照明方式で被検査物を照明することができる。このため、被検査物において検出できる欠陥の種類を異ならせることができる。
また、第1照射部と第2照射部とは異なる波長を有する光をそれぞれ被検査物に照射しており、この波長ごとに応じた透過率により第1ミラーを透過した光が撮像装置に向かうことができる。すなわち、照明方式に応じて被検査物で反射した光を所望される割合だけ撮像装置に導くことができる。
例えば、第1ミラーは第1照射部による同軸落射照明を実施するにあたり必要とされるが、第2照射部による照明を実施するにあたり不要となる場合がある。このような場合、第1照射部による同軸落射照明を実施するため、第1ミラーの透過率は、例えば、50パーセント(反射率50パーセント)という性能が必要となる。一方、第2照射部による照明を実施するにあたり第1ミラーが不要なため、第2照明部で照明された被検査物で反射、散乱、透過した光は、この第1ミラーを100パーセントに近い割合で透過されることが求められる。
このように、本発明に係る検査システムでは、異なる照明方式により照明した被検査物からの反射光をそれぞれ照明方式に応じて撮像装置に適切に導くことができる。すなわち、撮像装置は、それぞれの照明方式により照明された被検査物の検査結果を得ることができる。
また、本発明に係る検査システムは、上記した構成において、前記第2照射部は、前記被検査物に対して照射された光が直接、前記撮像装置に入らない位置に配置され、前記被検査物を照明しており、前記第2照射部により照明された被検査物で反射、散乱した光が、前記第1ミラーを透過して前記撮像装置に向かうように構成されていてもよい。
上記した構成によると、本発明に係る検査システムでは、被検査物に照射した光が直接、撮像装置に入らない位置に第2照射部を配置して、被検査物の照明を行なっている。すなわち、第2照明部による暗視野照明で被検査物を照明して、被検査物での反射光や散乱光を撮像装置により撮像することができる。
このため、被検査物にある欠陥(異物および傷など)の有無を撮像装置により撮像した被検査物の写真から観察することができる。
また、前記第2照射部は、前記被検査物を前記撮像装置との間で挟み込むように、該被検査物と対向した位置に配置され、前記被検査物を照明しており、前記第2照射部により照明された被検査物を透過した光が、前記第1ミラーを透過して前記撮像装置に向かうように構成されていてもよい。
上記した構成によると、第2照射部は、被検査物を前記撮像装置との間で挟み込むように、該被検査物と対向した位置に配置され、被検査物の照明を行っている。すなわち、第2照射部による明視野照明で被検査物を照明して、被検査物を透過した光を撮像装置により撮像することができる。
このため、被検査物の面上に付着したもしくは内部にある欠陥(異物および傷など)の有無を撮像装置により撮像した被検査物の写真から観察することができる。
また、本発明に係る検査システムは、上記した構成において、前記被検査物は、該レンズに入光する光の反射を抑制する反射防止膜が成膜されたレンズであり、前記撮像装置は、前記第1照射部により照明されたレンズを撮像した第1撮像データと、前記第2照射部により照明されたレンズを撮像した第2撮像データとを取得しており、前記撮像装置により取得された前記第1撮像データおよび前記第2撮像データに基づき撮像したレンズの画像である撮像画像を生成する画像処理部をさらに備え、前記第1撮像データおよび前記第2撮像データ中に前記被検査物からの反射光の像に関するデータが含まれている場合、前記画像処理装置は、前記第1撮像データと、前記第2撮像データとを比較して、第1撮像データにのみ含まれる反射光の像に関するデータを特定し、この反射光の像と散乱光の像を区別した撮像画像を生成するように構成されていてもよい。
ここで、第1照射部は同軸落射照明によりレンズを照明しているため、撮像装置が取得した第1撮像データ中には、例えば、レンズ表面の傷や異物、またはレンズ内の異物、成膜している反射防止膜の剥離などの欠陥に起因する反射光(正反射光)の像に関するデータが含まれる。一方、第2照明部は暗視野照明によりレンズを照明しているため、撮像装置が取得した第2撮像データ中には、例えば、上述した欠陥から反射防止膜の剥離を除いた欠陥に起因する散乱光の像に関するデータが含まれる。
上記した構成によると画像処理部を備えるため、第1撮像データと第2撮像データとを比較してこの反射光の像と散乱光の像とを区別した撮像画像を生成することができる。これにより、反射防止膜の剥離部分に起因して生じた反射光(正反射光)の像と、反射防止膜の剥離以外の他の欠陥に起因する散乱光の像とを区別することができる。
このため、本発明に係る検査システムでは、レンズにおける欠陥のうち、反射防止膜の剥離部分を他の欠陥と区別することができる。
本発明は以上に説明したように構成され、被検査物が曲面を有する構造の場合であっても、該被検査物における欠陥を適切に検出するという効果を奏する。
本実施の形態に係る検査システムの要部構成の一例を模式的に示した図である。 図1に示す検査システムが備える照射部を上面および底面それぞれと垂直をなす面で切り出した断面図である。 図2に示す照射部における側面ミラーそれぞれの位置関係の一例を模式的に示した図である。 図1に示す検査システムが備える照射部において、照射部の筐体内に一対の側面ミラーを備えた構成でレンズを照射した際に、正反射した光が撮像装置に向かう範囲を示す図である。 図1に示す検査システムが備えるハーフミラーと可動ミラーとの位置関係の一例を示す図である。 図1に示す検査システムが備える照射部において、照射部の筐体内に一対の側面ミラーならびに可動ミラーを備えた構成でレンズを照射した際に、正反射した光が撮像装置に向かう範囲を示す図である。 本実施の形態の変形例に係る検査システムの一例を模式的に示す図である。 本実施形態の変形例に係る検査システムが備えるハーフミラーが有する波長特性を示すグラフである。 本実施の形態の変形例に係る検査システムにおいて、同軸照明を利用して照射したレンズを撮像装置により撮像して得た画像の一例を示す図である。 本実施の形態の変形例に係る検査システムにおいて、暗視野照明を利用して照射したレンズを撮像装置により撮像して得た画像の一例を示す図である。 従来技術に係る同軸照明を利用して被検査物の欠陥を検出する検査システムの一例を模式的に示す図である。 図11に示す従来技術に係る検査システムにおいて、同軸照明で照明されたレンズで正反射した光が撮像装置に向かう範囲を示す図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
本実施の形態に係る検査システム100は、加工対象物(ワーク)としてレンズ20を製造する製造工程において、レンズ20の欠損箇所を検出するシステムである。特に検査システム100は、レンズ(被検査物)20の表面に成膜された反射防止膜の欠損箇所(膜抜け部分)の有無を検出する。
一般的にレンズ表面で4パーセント、レンズ裏面で4パーセントの反射があり、レンズにおける光の透過率は92パーセントとなっている。そこで、本実施の形態に係るレンズ20では、反射防止膜をコーティング(成膜)することにより表裏面それぞれにおける4パーセントの反射を防ぎ、透過率を100パーセントに近づけるように工夫している。この反射防止膜としては、例えば、レンズ基板にフッ化マグネシウム(MgF2)を一層のみコーティングしたものや、レンズ基板に二層以上の誘電体膜をコーティングしたものなどが利用できる。
ところで、レンズ20の加工中においてレンズ20にコーティングされた反射防止膜が剥離してしまい、膜抜け部分が生じる場合がある。このように膜抜け部分が生じると、その部分の反射率が高くなり所望のレンズ性能が得られなくなる。そこで、検査システム100では、同軸落射照明方式(同軸照明)を利用して照明したレンズ20を撮像装置2で撮像し、撮像した画像から、この膜抜け部分の有無を検査する。
まずここで、反射防止膜の膜抜け部分を検出するために、検査システム100が同軸照明を利用する理由を以下に説明する。
レンズ等の反射率の高い被検査物を照明してカメラにて撮像し、欠陥を検出する方法としては、上述した同軸照明以外に、欠陥部分での光の散乱を利用した方式、光の透過率の違いを利用した方式が挙げられる。
光の散乱を利用した方式(例えば、暗視野照明)では、レンズに傷または異物等が付着し、レンズに段差等ができて粗い面となっている場合、この粗さによって光の散乱が発生する。このため、この散乱光からレンズの傷または異物等の検出を行なうことができるが反射防止膜の膜抜けを検出することは困難である。なぜならば、反射防止膜の膜厚は非常に薄いため、この膜抜け部分において大きな段差が生じず、膜抜け部分の有無を判断するのに充分な程度の散乱が発生しないからである。
次に、光の透過率の違いを利用した方式では、例えば、レンズの片面のみに反射防止膜の膜抜け部分がある場合、この部分におけるレンズの透過率は96パーセントへと低下する。しかしながら、この低下率は4パーセント程度と小さく、透過率の低下が検出誤差なのか、膜抜け部分に起因するものであるのか判別は困難である。
そこで、本実施の形態に係る検査システム100では、同軸照明により照明された被検査物(レンズ20)からの正反射光を利用して反射防止膜の膜抜け部分の有無を検出する検査方式を採用する。この検査方式では、例えば、レンズ20の片面のみに反射防止膜の膜抜け部分が生じている場合であっても、この膜抜け部分で反射した4パーセントの光を検出することができる。つまり、膜抜け部分が生じていない場合は、反射光を検出することがないが、膜抜け部分が生じている場合は、4パーセントであるとはいえ反射光を検出することができる。
(検査システムの構成)
以下、本実施の形態に係る検査システム100の構成について図1を参照して説明する。
本実施の形態に係る検査システム100は、図1に示すように、照射部(第1照射部)1、撮像装置2、および画像処理装置3を備えてなる構成である。図1は本実施の形態に係る検査システム100の要部構成の一例を模式的に示した図である。
照射部1は、被検査物であるレンズ20に対して同軸照明により光を照射する照射機構である。照射部1は、光源11と、光源11から出射された光を拡散させるための拡散板12と、拡散板12からの照明光をレンズ20に向かって反射させるハーフミラー(第1ミラー)13とを備える。そして、これら各部は略直方体形状の筐体に覆われ、照射口18および撮像装置出射口15以外では光が筐体外部に漏れないように構成されている。
照射口18は、ハーフミラー13からの反射光がレンズ20へと出て行くことができる、もしくはレンズ20で正反射した光がハーフミラー13へと帰っていくことができるように設けられた開口部である。
撮像装置出射口15は、レンズ20で正反射した光がハーフミラー13を透過して撮像装置2へ出て行くことができるように設けられた開口部である。
光源11は、光源面上に複数配置されたLEDであり、光源11の光出射側に拡散板12が配置されている。そして、点光源である光源11からの光は拡散板12により拡散され、面光源となる。拡散板12により拡散された光は、光源11の出射方向に対して45°傾けて配置されたハーフミラー13に入射する。なお、光源11と拡散板12とによって本発明の光源を構成する。
ハーフミラー13は、入射された光に対して透過率が50パーセント、反射率が50パーセントとなるように形成されており、入射された光の半分だけをレンズ20に向かって反射させる平板形状のミラーである。ハーフミラー13において筐体の上面と接する辺を上底部、筐体の底面と接する辺を下底部とし、これらの両辺において対向する両端それぞれを結んだ、一対の横の辺をハーフミラー13の両側部とする。
撮像装置2は、レンズ20で正反射する光の有無を明暗のコントラストとして撮像する例えばカメラである。撮像装置2は、ハーフミラー13に対してレンズ20とは反対側に配置され、かつ撮像装置2のレンズ(不図示)の光軸と同軸上にハーフミラー13からの光がレンズ20に入射するようになっている。
画像処理装置3は、撮像装置2にて撮像した撮像データに基づき、レンズ20の画像を生成するように画像処理を施す情報処理装置である。画像処理装置3は、例えば、マイクロコントローラ、MPU、PLC(Programmable Logic Controller)、論理回路等からなる演算部(図示せず)と、ROMやRAM等からなるメモリ部(図示せず)とを備えてなる構成である。画像処理装置3は、さらに、キーボード、マウス、テンキー、操作ボタン、またはタッチパネル等の入力手段と、表示装置、または印刷装置等の出力手段とを備えていてもよい。
本実施の形態に係る検査システム100では、照射部1が特徴的な構成を有している。このため、以下において、図2、図3を参照して照射部1の構成についてより詳細に説明する。なお、図2は、図1に示す検査システム100が備える照射部1を上面および底面それぞれと垂直をなす面で切り出した断面図である。図3は、図2に示す照射部1における側面ミラー14a、14bそれぞれの位置関係の一例を模式的に示した図である。
(照射部の構成)
照射部1は、図2、3に示すように、略直方体形状の筐体内によって覆われており、この筐体は、複数の光源11と拡散板12とが収容されている照明空間16と、ハーフミラー13、および後述する可動ミラー10が収容されている本体部空間(筐体部)17とを有する。
なお、照射部1において撮像装置2が配置される側の筐体の面を上面、レンズ20が配置される側の筐体の面を底面とする。また、上面および底面それぞれに対して垂直をなす位置に配置され、複数の光源11が配置される側の面を光源面、光源面と対向する面を光源対向面とする。さらに、ハーフミラー13の両側部とそれぞれ対向する一対の面を第1側面、第2側面とする。なお、図2において特に図示してないが、図2の紙面手前側の側面を第1側面、紙面奥側の側面を第2側面とする。
本体部空間17の底面側には、上記した照射口18が形成され、本体部空間17の上面側には、上記した撮像装置出射口15が形成されている。
また、本体部空間17は、ハーフミラー13によって2つの空間(第1空間(第1領域)17aと第2空間(第2領域)17b)とに分割されている。
第1空間17aは、光源11からの光、すなわち拡散板12からの照明光をハーフミラー13によってレンズ20に向かうように反射させたり、レンズ20からの反射光(正反射光)が入ってきたりする空間である。第1空間17a内における第1側面部分および第2側面部分には、側面ミラー(第2ミラー)14a、14bが設けられている。側面ミラー14a、14bは、例えば、ガラスにアルミを成膜することで形成してもよいし、第1側面および第2側面を磨いて鏡面に仕上げたものであってもよい。
第2空間17bは、ハーフミラー13を透過した光が入ってくる空間である。この第2空間17bには、ハーフミラー13を透過した、レンズ20で正反射した光ならびに光源11からの光(拡散板12からの照明光)が入ってくる。
なお、ハーフミラー13を透過したレンズ20で正反射した光は、第2空間17bに入光すると、撮像装置出射口15から撮像装置2に向かって出て行く。また、第2空間17bでは、ハーフミラー13を透過して入ってきた光源11からの光(拡散板12からの照明光)が第2空間17b内で内面反射することを防ぐために、光源対向面側の内面には植毛紙(不図示)が貼付されている。
ところで、従来の同軸照明の照射部では第1側面および第2側面は、本体部空間17に入射した光をなるべく反射させないようにするために、黒色で塗装された低反射状態となっている。
しかしながら、本実施の形態に係る検査システム100の照射部1では、第1側面および第2側面において第1空間17a内にある部分については上述したように側面ミラー14a、14bを備えるように構成されている。このため、第1空間17a内では、光源11からの光(拡散板12からの照明光)およびハーフミラー13によって反射された光のうち、第1側面および第2側面に向かってきた光をこの側面ミラー14a、14bで反射(多重反射)させることができる。
一方、第1側面および第2側面において、第2空間17b内にある部分では第2空間17b内での内部反射を防ぐため、従来と同様に黒色に塗装された低反射状態となっている。
すなわち、第1側面および第2側面は、第2空間17bに属する部分よりも、第1空間に属する部分の方が、光の反射率が高くなっていると言える。
このように、側面ミラー14a、14bによって第1側面および第2側面に向かってきた光を反射させることができるため、撮像装置2のレンズの光軸と同軸上とならない方向からも光をレンズ20に向かって照射させることができる。このため、撮像装置2のレンズの光軸と同軸上にレンズ20に対して光を照射したが、レンズ20が曲面を有しているため、正反射した光が撮像装置2に入光しないような部分がある場合であっても、側面ミラー14a、14bから様々な入射角度でその部分に光を照射させることができる。つまり、図3に示すようにレンズ20での正反射が撮像装置2のレンズ20の光軸と同軸上となるような入射角度でレンズ20に光を照射させることができる。
この結果、図4に示すレンズ20におけるグレー部分の範囲については、レンズ20で正反射した光が撮像装置2に帰ってくる。つまり、ハーフミラー13からの光が反射して帰ってくる部分A1、光源11からの光が正反射して帰ってくる部分A2と、側面ミラー14a、14bからの光が正反射して帰ってくる部分B1、B2については、反射防止膜の膜抜け等があればその部分で正反射した光がハーフミラー13を透過して撮像装置2に向かうこととなる。図4は、図1に示す検査システム100が備える照射部1において、照射部1の筐体内に一対の側面ミラー14a、14bを備えた構成でレンズ20を照射した際に、正反射した光が撮像装置2に向かう範囲を示す図である。なお、レンズ20での正反射光が撮像装置2のレンズの光軸と同軸となる範囲、すなわち、正反射光がハーフミラー13を透過して撮像装置2に向かう範囲を分かりやすくするため、図4では便宜的にグレーで示している。なお、後述する図6、図12についても同様である。
例えば、従来の同軸照明によりレンズ20を照明した場合、図12に示すように、レンズ20で正反射した光が撮像装置2に向かう範囲は、ハーフミラー13からの光が正反射して帰ってくる部分A1、光源11からの光が正反射して帰ってくる部分A2だけであった。それ以外の範囲、すなわち、レンズ20において曲面部分となっているB1、B2、C1の範囲からはレンズ20で正反射した光がハーフミラー13を透過して撮像装置2に向かってこない。なお、図12は、図11に示す従来技術に係る検査システムにおいて、同軸照明で照明されたレンズ203で正反射した光が撮像装置201に向かう範囲を示す図である。
このため、これらの範囲に反射防止膜の膜抜けなどの欠陥がある場合であっても、その部分で正反射した光が撮像装置2に戻ってこないため撮像装置2で撮像された画像からはこの欠陥の有無を確かめることができなかった。
しかしながら、側面ミラー14a、14bを備えることで図4に示すようにレンズ20におけるB1、B2の範囲からも正反射した光が撮像装置2に向かうようになる。
このように、本実施の形態に係る検査システム100では、側面ミラー14a、14bを備えるため、レンズ20の曲面部分(B1、B2)についても、この部分で正反射した光が撮像装置2に入光するように構成することができる。
ただし、図4の例では、レンズ20が有する曲面の曲率、曲面範囲等の違いによりレンズ20で正反射した光が撮像装置2に入光されない部分が依然として存在することが分かる(C1部分)。そこで、本実施の形態に係る検査システム100では、このように、側面ミラー14a、14bをさらに備えた構成であってもレンズ20で正反射した光が撮像装置2に入光されない部分が依然として存在するような場合にも対応できるように、さらに可動ミラー10を備えている。
可動ミラー10は、図2に示すように、原点位置ではハーフミラー13に光源面側で沿うように配置されている。言い換えると、可動ミラー10は、原点位置では、第1空間17a内において、ハーフミラー13の(底面と接する側の)外周部近傍でハーフミラー13と同じ傾斜角度で配置されている。なお、可動ミラー10が原点位置に位置する場合、可動ミラー10はレンズ20の照明にほとんど寄与しない。このため、可動ミラー10が原点位置に位置する場合、照射部1は、可動ミラー10を備えず、側面ミラー14a、14bを備えた構成と同様となる。
可動ミラー10の反射率は100パーセントに近いものであってもよいが、ハーフミラー13の反射率にあわせれば、より好適である。可動ミラー10の形状は、図2、図5に示すようにハーフミラー13において、撮像装置2のレンズの光軸と同軸上に照射した光が、レンズ20で正反射してこの光軸と同軸上に帰ってきた際に通過する部分(領域α)を遮らない程度の大きさの矩形形状をしている。図5は、図1に示す検査システム100が備えるハーフミラー13と可動ミラー10との位置関係の一例を示す図である。
また、可動ミラー10は、撮像装置2のレンズの光軸と同軸上に照射した光が、レンズ20で正反射してこの光軸と同軸上に帰ってきた際に通過する部分(領域α)を遮らないように、第1空間17aにおいて原点位置から上面−底面方向(筐体の高さ方向)、および光源面−光源対向面方向(筐体の水平方向)に移動することができるようになっている。
また、可動ミラー10の一方の側部は回転軸32と連結されており、この回転軸32の回転に合わせて、ハーフミラー13と底面との間の範囲で回転できるように構成されている。すなわち、光源11からの光の出射に対して45°傾斜しているハーフミラー13の傾斜角度とは異なる傾斜角度となるように所定の範囲で可動ミラー10は傾斜角度を変更することができるように構成されている。
可動ミラー10は、上述したように一方の側部が回転軸32と連結されており、この回転軸32は、支持台31に回転自在に支持されている。回転軸32は手動によって回転する構成であってもよいし、例えば、モータの駆動によって回転する構成であってもよい。
支持台31は、照射部1の筐体外部(第2側面の外側面)において不図示の固定金具によって固着されている。また、第2側面の外側面には、上面−底面方向に延びた長孔と、光源面−光源対向面方向に延びた長孔とが形成されており、支持台31が有する突出部(不図示)がこの長孔内を貫通している。そして、固定金具を緩めることで支持台31はこれら長孔の孔形状に沿って移動できるようになっている。このように支持台31が移動することで、回転軸32を介して連結されている可動ミラー10も上面−底面方向、ならびに光源面−光源対向面方向に移動することができる。
以上の構成により可動ミラー10は、第1空間17aの所定の範囲で回転軸32を中心に回転したり上面−底面方向、光源面−光源対向面方向それぞれに移動したりすることができる。このため、光源11から出射された光を所望の方向に反射させることができる。
したがって、正反射した光が撮像装置2のレンズの光軸と同軸上に帰ってこない図4におけるC1部分に対して、可動ミラー10の位置を調整して、正反射した光が撮像装置2のレンズの光軸と同軸上となるような入射角度でハーフミラー13で反射した光、光源11からの光、および側面ミラー14a、14bで反射した光をレンズ20に照射することができる。
この結果、図6に示すようにレンズ20の全面から正反射した光が撮像装置2に帰ってくるようにすることができる。つまり、レンズ20の全面について、傷、汚れの付着、反射防止膜の膜抜け等があればその部分で正反射した光がハーフミラー13を透過して撮像装置2に向かうこととなる。図6は、図1に示す検査システム100が備える照射部1において、照射部1の筐体内に一対の側面ミラー14a、14bならびに可動ミラー10を備えた構成でレンズ20を照射した際に、正反射した光が撮像装置2に向かう範囲を示す図である。なお、レンズ20での正反射光が撮像装置2のレンズの光軸と同軸となる範囲、すなわち、正反射光がハーフミラー13を透過して撮像装置2に向かう範囲を分かりやすくするため、図6では便宜的に薄いグレーで示している。
このように、本実施の形態に係る検査システム100では、照射部1が可動ミラー10をさらに備えるため、この可動ミラー10によって任意にレンズ20に照射する光の入射角度を変更することができる。これにより、本実施の形態に係る検査システム100では、レンズ20の全ての面について正反射した光を撮像装置2に入光させることができる。すなわち、レンズ20のように曲面を有する場合であっても、レンズ20における傷、汚れの付着、反射防止膜の膜抜けなどの欠陥の有無について、レンズ20の全ての面に関して検査することができる。
なお、図2および図5では、可動ミラー10は、第1空間17aにおいてハーフミラー13の底面側に設けられているがこれに限定されるものではなく、ハーフミラー13の上面側にも設けられていてもよい。
ところで、上記した同軸照明を利用して被検査物であるレンズ20からの反射光を撮像することでレンズ20における膜抜けの有無を検出する検査システム100では、膜抜けのみならず、被検査物表面における傷、異物、または内部における異物もあわせて検出してしまう。
検出結果において、被検査物表面における傷、異物、または内部における異物等も含めて膜抜けも検出する場合は問題がないが、膜抜け部分のみを特定して検出したい場合は、傷や異物の付着と区別する必要がある。
そこで、本実施の形態に係る検査システム100は、以下の変形例に係る検査システム101で示す構成とすることで、膜抜け部分のみを特定して検出できる。図7を参照して本実施の形態の変形例に係る検査システム101について説明する。図7は、本実施の形態の変形例に係る検査システム101の要部構成の一例を模式的に示す図である。
(変形例)
ここで上記したように、同軸照明を利用する検査では、膜抜けのみならず被検査物表面における傷、異物、または内部における異物等も含めて検出する。一方、上記したように、例えば、暗視野照明を利用する検査では、被検査物表面における傷、異物、または内部における異物等の検出できるが、膜抜け部分の検出は困難であった。そこで、両方の照明方式により撮像した画像の差分を取れば、膜抜け部分のみを特定することができる。
本実施の形態の変形例に係る検査システム101は、以下の構成とすることで同軸照明および暗視野照明それぞれの照明方式で照明したレンズ20の撮像画像から膜抜け部分を特定する。
より具体的には、変形例に係る検査システム101は、本実施の形態に係る検査システム100の構成において、光の波長が465nmとなる青色光を照射する青色照射部30をさらに備える点で異なる。
青色照射部30は、暗視野照明にてレンズ20を観察するために利用する照明である。青色照射部30は、青色光をレンズ20に対して照射するものであるため暗視野照明にはこの青色光が利用されることとなる。
青色照射部30は、レンズ20の位置を基準にして撮像装置2とは反対となる位置に設けられている。本実施の形態では撮像装置2は、上方から鉛直方向、下向きに向かってレンズ20の画像を撮像している。つまり、撮像装置2はレンズ20の上方に位置しており、このため、青色照射部30は、レンズ20の下方に位置することとなる。そして、レンズ20面上に異物が付着している場合、青色照射部30から照射された青色光がこの異物で散乱し、この散乱光が照射部1の筐体内を通過して撮像装置5に入るように構成されている。
なお、青色照射部30は、レンズ20に対して照射された青色光が直接、撮像装置2に入らない位置であって、レンズ20に対してこの青色光を照射できる位置であれば上述したレンズ20の下方位置に限定されない。例えば、レンズ20の外周よりもさらに外側の上方位置に青色照射部30が配置され、レンズ20に対して斜め上から青色光を照射する構成であってもよい。
また、変形例に係る検査システム101では、光源11から出射される光は波長が633nmの赤色光となる点、ならびにハーフミラー13が光の波長によって選択的に透過率と反射率とを異ならせる点でも本実施の形態に係る検査システム100と相違する。
すなわち、ハーフミラー13は、図8に示すように、青色光の波長(465nm)近傍(400nm〜500nm)の光に対して100パーセントに近い透過率を示し、赤色光の波長(633nm)近傍(590nm〜670nm)の光に対して50パーセントに近い透過率を示すように構成されている。図8は本実施形態の変形例に係る検査システム101が備えるハーフミラー13が有する波長特性を示すグラフである。この図8に示すグラフでは、縦軸をハーフミラー13の透過率、横軸を光の波長としてハーフミラー13が有する波長特性を示す。なお、このような特性を有するハーフミラー13は、二酸化ケイ素(SiO)と酸化チタン(TiO)との膜を多層積層して膜厚を調整することで実現できる。
このためハーフミラー13に青色光が入ってくると略100パーセント透過するが、赤色光が入ってくると、入ってきた赤色光のうちの50パーセントの光が反射され、50パーセントの光が透過する。
なお、このように、青色光と赤色光とにおいてハーフミラー13を透過する割合を異ならせているのは以下の理由による。
すなわち、ハーフミラー13は照射部1によって同軸落射照明によりレンズ20を照明するためには必要とされるが、青色照射部30による暗視野照明を実施するにあたり不要である。また、ハーフミラー13は、レンズ20で反射した光が撮像装置2に向かう光軸上に配置されている。
このため、同軸照明で利用する赤色光に対しては、ハーフミラー13は透過率50パーセント(反射率50パーセント)となる性能が必要となる。一方、暗視野照明では、ハーフミラー13は不要であるため、レンズ20面上で散乱した光(青色光)がこのハーフミラー13を100パーセントに近い割合で透過されることが好ましい。また、青色光を100パーセントに近い割合で透過できるように構成されている場合、青色照射部30から照射する青色光の強さを小さく抑えることができる。よって、ハーフミラー13は、青色光と赤色光とにおいて、それぞれの光が透過する割合が異なるように構成されている。
変形例に係る検査システム101は、これら以外の構成については本実施の形態に係る検査システム100と同様であるため、その他の各部の説明は省略するものとする。
このように、変形例に係る検査システム101では、さらに青色照射部30を備え、照射部1とは異なる照明方式(暗視野照明)でレンズ20を照明することができる。このため、レンズ20の面上において検出できる欠陥の種類を異ならせることができる。
また、照射部1と青色照射部30とは異なる波長を有する光をそれぞれレンズ20に照射しており、この波長ごとに設定された透過率によりハーフミラー13を透過した光が撮像装置2に向かうことができる。すなわち、照明方式に応じてレンズ20で反射した光を所望される割合だけ撮像装置2に導くことができる。
以上のように、変形例に係る検査システム101では、異なる照明方式により照明したレンズ20からの反射光をそれぞれ照明方式に応じた透過率でハーフミラー13を透過させ撮像装置2に適切に導くことができ、撮像装置2は、それぞれの照明方式により照明されたレンズ20の検査結果を得ることができる。
すなわち、撮像装置2は、同軸照明により照明されたレンズ20での反射光(正反射光)の像と、暗視野照明により照明されたレンズ20での散乱光の像とをそれぞれ区別して撮像画像を生成する。このため、生成された撮像画像により、反射防止膜の剥離部分に起因して生じた反射光(正反射光)の像と、反射防止膜の剥離以外の他の欠陥に起因する散乱光の像とを区別することができる。すなわち、本実施の形態に係る検査システム100では、反射防止膜の剥離部分を他の欠陥と区別することができる。
次に、本実施形態の変形例に係る検査システム101による検査処理の動作説明をする。
(変形例に係る検査システムの動作説明)
本実施形態の変形例に係る検査システム101では、まず、同軸照明を利用してレンズ20から正反射した光を撮像装置2にて撮像し、撮像装置2は、この正反射光による像を含むレンズ20の撮像データを取得する。
すなわち、変形例に係る検査システム101では、赤色光を使った同軸照明を利用して、本実施の形態に係る検査システム100で説明したように、撮像装置2により撮像された撮像データに基づき生成された画像からレンズ20全体における反射防止膜の膜抜け、傷、異物の付着を検出する。具体的には、画像処理装置3が撮像装置2により撮像された撮像データに基づき、図9に示すような、より明るい小さい点として例えば、異物の付着と膜抜け部分とを映し出した画像を生成することができる。図9は、本実施の形態の変形例に係る検査システム101において、同軸照明を利用して照射したレンズ20を撮像装置2により撮像して得た画像の一例を示す図である。
次に、暗視野照明を利用してレンズ20を照射し、照射した結果を撮像装置2で撮像して散乱光の有無を確認する。
すなわち、青色照射部30からレンズ20に対して青色光を照射する。この時、レンズ20に異物等が付着している場合、青色照射部30から照射された青色光がこの異物で散乱し、この散乱光がハーフミラー13に向かう。この散乱光は、ハーフミラー13を、ほぼ100パーセントの割合で通過し、撮像装置2に入る。この時、撮像装置2によって撮影された撮像データに基づき生成された画像では図10に示すように異物が付着している部分のみ明るい小さい点として映し出される。図10は、本実施の形態の変形例に係る検査システム101において、暗視野照明を利用して照射したレンズ20を撮像装置2により撮像して得た画像の一例を示す図である。
このように、暗視野照明を利用してレンズ20を照射し、照射した結果を撮像装置2で撮像した撮像データに基づき画像処理装置3が画像を生成する。そして、この生成された画像において、散乱光の有無を確認することでレンズ20に付着した異物など、膜抜け以外のレンズ20上の欠陥を写し出すことができる。
さらに、画像処理装置3は、図9に示す画像と図10に示す画像とを比較し、両画像の差分を取って、膜抜け部分のみを特定した画像を生成する。すなわち、図9に示す画像と図10に示す画像との両方において映し出された明るい小さい点(レンズ20で正反射した光)は、異物の付着等、膜抜け以外のレンズ上の欠陥であるため、図9の画像から削除する。このように画像処理装置3にて画像を処理することで膜抜け部分を他の欠陥と区別した画像を生成することができる。
このため、レンズ20上にある欠陥の検査を行なう検査員などのユーザは、レンズ20における膜抜け部分のみを特定することができる。
また、変形例に係る検査システム101では、同軸照明に赤色光を、暗視野照明に青色光を利用し、ハーフミラー13は、赤色光の透過率が50パーセント、青色光の透過率が100パーセントとなる分光特性を有していた。しかしながら、同軸照明に青色光を、暗視野照明に赤色光を利用し、ハーフミラー13が青色光の透過率が50パーセント、赤色光の透過率が100パーセントとなる分光特性を有していてもよい。また、これら青色光および赤色光の組合せに限定されるものではなく、これらとは別の波長を有する可視光の組合せであってもよい。
なお、本実施の形態に係る検査システム100の検出対象は、上述したように、反射防止膜の膜抜け部分であったがこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態に係る検出対象は、レンズなど反射率の高い被検査物における、膜抜け、傷、異物の付着等など様々な不具合を含む欠陥全般であってもよい。
なお、検査対象がレンズなど反射率の高い被検査物における、傷、異物の付着、または膜抜け部分などを含む欠陥である場合、つまり、検査対象が膜抜け部分に限定されない場合、変形例に係る検査システム101のような構成は不要となる。すなわち、暗視野照明でレンズ20を照明して、そのレンズ20の画像を取得する構成は不要となる。
また、上記した変形例に係る検査システム101では、照射部1による同軸照明と、青色照射部30による暗視野照明とのぞれぞれでレンズ20を照明し、それぞれの照明方式で照明した結果を撮像装置2で撮像する構成であった。しかしながら、照明方式の組合せは上記した同軸照明と暗視野照明とに限定されるものではい。
例えば、レンズ20に対する照明方式の組合せを同軸照明とレンズ20を透過した透過光による明視野照明との組み合せとしてもよい。
このように照明方式の組合せを同軸照明と明視野照明との組合せとする場合、変形例に係る検査システム101は、以下のように構成される。
すなわち、青色照射部30を、レンズ20を撮像装置2との間で挟み込む位置であり、かつレンズ20と対向する位置に配置する。そして、青色照射部30から出射した青色光がレンズ20を透過し、さらにハーフミラー13を透過して撮像装置2に向かうように構成する。これにより撮像装置2は、レンズ20を透過した透過光(青色光)の像を撮像することができる。そして、青色照射部30から出射された青色光がレンズ20を透過した透過光の像から、レンズ20における欠陥(反射防止膜の膜抜けを除く他の欠陥)の有無を観察することができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の検査装置は、レンズなど反射率の高い被検査物における欠陥を検出するものとして有用である。
1 照射部
2 撮像装置
3 画像処理装置
5 撮像装置
10 可動ミラー
11 光源
12 拡散板
13 ハーフミラー
14a 側面ミラー
14b 側面ミラー
15 撮像装置入射口
16 照明空間
17 本体部空間
17a 第1空間
17b 第2空間
18 照射口
20 レンズ
30 青色照射部
31 支持台
32 回転軸
100 検査システム
101 検査システム

Claims (7)

  1. 被検査物にある欠陥を検査するため、該被検査物を同軸落射照明方式で照明する第1照射部と、該第1照射部により照明された被検査物を撮像する撮像装置とを有する検査システムであって、
    前記第1照射部が、
    光源から出射された光を、前記撮像装置のレンズの光軸と同軸上となる方向に前記被検査物に向けて反射させるとともに、該被検査物で正反射して帰ってきた光を透過させる第1ミラーと、
    前記第1ミラーを収容し、該第1ミラーによって内部が第1領域と第2領域とに分割されている筐体部と
    前記光源から出射された光を前記撮像装置のレンズの光軸と同軸上とならない方向で前記検査物に向けて反射させる第2ミラーと、を備え
    前記第1領域は、前記第1ミラーにおいて前記被検査物に向けて光を反射させる側の領域であり、前記第2領域は、前記被検査物で正反射した光が該第1ミラーを透過して入ってくる側の領域であって、
    前記第1ミラーの側部と対向する前記筐体部の側部面において、前記第1領域に属する部分に前記第2ミラーが配置される検査システム。
  2. 前記第1ミラーは、前記光源からの光が前記撮像装置のレンズの光軸と同軸上に被検査物を照射するように、該光源からの光の出射方向に対して傾斜しており、
    前記第1ミラーから前記被検査物に向けて照射され、該被検査物で正反射して該第1ミラーに帰ってくる光を遮らない範囲内で、前記第1領域内を前記筐体部の高さ方向、および水平方向に移動可能となっているとともに、前記第1ミラーの傾斜角度とは異なる角度となるように傾斜角度が可変となっている可動ミラーをさらに備える請求項1に記載の検査システム。
  3. 被検査物にある欠陥を検査するため、該被検査物を同軸落射照明方式で照明する第1照射部と、該第1照射部により照明された被検査物を撮像する撮像装置とを有する検査システムであって、
    前記第1照射部が、
    光源から出射された光を前記被検査物に向けて反射させるとともに、該被検査物で正反射して帰ってきた光を透過させる第1ミラーと、
    前記第1ミラーを収容し、該第1ミラーによって内部が第1領域と第2領域とに分割されている筐体部とを備え、
    前記第1領域は、前記第1ミラーにおいて前記被検査物に向けて光を反射させる側の領域であり、前記第2領域は、前記被検査物で正反射した光が該第1ミラーを透過して入ってくる側の領域であって、
    前記第1ミラーの側部と対向する前記筐体部の側部面において、前記第1領域に属する部分は、この第2領域に属する部分よりも光の反射率が高くなるように構成されており、 前記第1ミラーは、前記光源からの光が前記撮像装置のレンズの光軸と同軸上に被検査物を照射するように、該光源からの光の出射方向に対して傾斜しており、
    前記第1ミラーから前記被検査物に向けて照射され、該被検査物で正反射して該第1ミラーに帰ってくる光を遮らない範囲内で、前記第1領域内を前記筐体部の高さ方向、および水平方向に移動可能となっているとともに、前記第1ミラーの傾斜角度とは異なる角度となるように傾斜角度が可変となっている可動ミラーをさらに備える検査システム。
  4. 前記第1照射部は、第1の波長を有する光で前記被検査物を照明しており、
    前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する光で前記第1照射部とは異なる照明方式で前記被検査物を照明する第2照射部を備え、
    前記第1ミラーは、被検査物で反射した光が撮像装置に向かう光軸上に配置されており、前記第1照射部により照明された被検査物で正反射した光のうち、所定の割合だけを前記撮像装置に向かうように透過させるとともに、前記第2照射部により照明された被検査物で反射、散乱、または透過した光のうち、所定の割合だけを前記撮像装置に向かうように透過させており、
    前記第1ミラーを光が透過する透過率は、第1の波長を有する光と第2の波長を有する光とにおいて異なる請求項1から3のいずれか1項に記載の検査システム。
  5. 前記第2照射部は、前記被検査物に対して照射された光が直接、前記撮像装置に入らない位置に配置され、前記被検査物を照明しており、
    前記第2照射部により照明された被検査物で反射、散乱した光が、前記第1ミラーを透過して前記撮像装置に向かうように構成された請求項4に記載の検査システム。
  6. 前記第2照射部は、前記被検査物を前記撮像装置との間で挟み込むように、該被検査物と対向した位置に配置され、前記被検査物を照明しており、前記第2照射部により照明された被検査物を透過した光が、前記第1ミラーを透過して前記撮像装置に向かうように構成された請求項4に記載の検査システム。
  7. 前記被検査物は、入光する光の反射を抑制する反射防止膜が成膜されたレンズであり、
    前記撮像装置は、前記第1照射部により照明されたレンズを撮像した第1撮像データと、前記第2照射部により照明されたレンズを撮像した第2撮像データとを取得しており、
    前記撮像装置により取得された前記第1撮像データおよび前記第2撮像データに基づき撮像したレンズの画像である撮像画像を生成する画像処理部をさらに備え、
    前記第1撮像データおよび前記第2撮像データ中に前記被検査物からの反射光の像に関するデータが含まれている場合、前記画像処理装置は、前記第1撮像データと、前記第2撮像データとを比較して、第1撮像データにのみ含まれる反射光の像に関するデータを特定し、この反射光の像と散乱光の像とを区別した撮像画像を生成する請求項5または6に記載の検査システム。
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