JP6415913B2 - ライン照明装置及び外観検査システム - Google Patents

Description

本発明は、一方向に長いライン照明を行う際に用いて好適なライン照明装置及びこのライン照明装置を用いた外観検査システムに関する。

一般に、検査対象面をリニアタイプの撮像装置により撮像し、検査対象面におけるキズ等の欠陥部分の存在有無を検査する欠陥検査システム（外観検査システム）は知られており、通常、撮像装置により撮像する部位を明るく照らして欠陥部分を顕在化させるための照明装置が付属している。

従来、この種の照明装置としては、撮像装置による撮像範囲に対応したエリアを照射するライン照明装置が知られており、例えば、特許文献１には、シリンドリカルレンズを使用することにより、ラインファイバ照明装置からの偏平状の光の内、ｘ軸方向の成分光を標本にフォーカスさせ、ｙ軸方向の成分光を標本にデフォーカスさせるようにした欠陥検査装置に備えるラインファイバ照明装置が開示され、また、特許文献２には、フィルムやシートなどの検査対象物を照明するための３台のライトガイドと、これらライトガイドの上方に配置され、検査対象物を載せるとともに、ライトガイドから出射された光を拡散する機能を備えた検査板と、３台のライトガイドを固定したステージとによって構成し、このステージを昇降機構によって上下方向に進退可動に昇降させるようにした照明装置が開示され、さらに、特許文献３には、複数の点光源がライン状に並べられ、各光源から照射される光の光軸が所定の点において交わるように各光源が配置され、かつ、所定の点が光検出手段から外れるように配置されるとともに、所定の点が光検出手段内の光集光手段を含む平面内であって光検出手段を中心とした周辺領域に存在するように配置させた欠陥検査装置に備えるライン状照射光源が開示されている。

特開平１０−１２３０６０号公報 特開２００７−２８５９３５号公報 特開２０１３−２０５３３２号公報

しかし、上述した従来におけるライン照明装置は、次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、ライン照明を行う場合、広い放射角や集光レンズの影響により、照射対象面に対する照射角度がＸ方向（ライン方向Ｆｘ）とＹ方向（幅方向Ｆｙ）で異なり、画像の方向により見え方に差を生じてしまう。例えば、図１７に示す従来のライン照明装置１００により、格子状の黒パターンＭｐが表示された照射対象面１０２に対してライン照明を行った場合、ライン照射面１０２ｃ上の黒パターンＭｐは、抽出拡大図に示すように、Ｙ方向の見え方がＸ方向に対して薄く見えたり細く見えてしまう。この結果、欠陥検査システムのライン照明に使用した場合には、検査対象となる欠陥部分の形状やサイズが誤って認識される虞れがあった。なお、図１７中、Ｃｐｒは照射対象面１０２に照射される光を示している。

第二に、Ｘ方向とＹ方向における照射角度の異方性は、光学系の特性や配置、更には組合わせなどにより、技術的には解消することが可能であるが、例えば、外観検査システムに用いるライン照明を対象とした場合、照明装置のサイズアップ及びコストアップが無視できない。結局、サイズ的及びコスト的に不利にならず、高品質で均質性の高いライン照明を確保するとともに、明瞭で確実な検出機能を実現するのは容易でない。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したライン照明装置及び外観検査システムの提供を目的とするものである。

本発明に係るライン照明装置１は、上述した課題を解決するため、一方向に長いライン照明Ｃを行うライン照明装置を構成するに際して、一又は二以上の発光部３ｏｐ…を有する光源部３ｏと、この光源部３ｏから出射した光Ｃｏを平行光Ｃｐに変換する前段光学部４ｏと、この前段光学部４ｏから出射した平行光Ｃｐを、各出射面１２ｓｆ…がライン状となる複数の小光源部５ｓ…に変換し、かつ当該複数の小光源部５ｓ…を縦横マトリクス状に配して構成することにより多光源化する多光源化部５ｏと、各小光源部５ｓ…から出射した各光Ｃｐｓ…を集光し、ライン照明Ｃに変換して照射対象面Ｓに照射する後段光学系６とを具備してなることを特徴とする。

一方、本発明に係る外観検査システム５０は、上述した課題を解決するため、一方向に長いライン照明Ｃを照射対象面Ｓに対して行うライン照明装置１と、このライン照明装置１により照射された照射対象面Ｓをリニア撮像部５２により撮像し、かつ画像処理部５３による画像処理により照射対象面Ｓの外観検査を行う撮像装置５１とを備える外観検査システムを構成するに際して、一又は二以上の発光部３ｏｐ…を有する光源部３ｏと、この光源部３ｏから出射した光Ｃｏを平行光Ｃｐに変換する前段光学部４ｏと、この前段光学部４ｏから出射した平行光Ｃｐを、各出射面１２ｓｆ…がライン状となる複数の小光源部５ｓ…に変換し、かつ当該複数の小光源部５ｓ…を縦横マトリクス状に配して構成することにより多光源化する多光源化部５ｏと、各小光源部５ｓ…から出射した各光Ｃｐｓ…を集光し、ライン照明Ｃに変換して照射対象面Ｓに照射する後段光学系６とを有するライン照明装置１を備えてなることを特徴とする。

また、本発明は好適な態様により、光源部３ｏは、発光部３ｏｐ…にＬＥＤ１１…を使用し、各ＬＥＤ１１…をライン照明Ｃのライン方向Ｆｘに沿って配することができる。なお、光源部３ｏは、異なる複数種類の発光部３ｏｐ…，３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…，３ｐｉ…，３ｐｕ…を選択して使用可能に構成することもできる。さらに、照射対象面Ｓにおけるライン照明Ｃの形状と多光源化部５ｏの各小光源部５ｓ…から出射する各光Ｃｐｓ…の形状は、相似形状となるように設定できる。他方、多光源化部５ｏには、小光源部５ｓ…となる複数のロッドレンズ部１２ｓ…を配したインテグレータレンズ１２…を用いることができるとともに、このインテグレータレンズ１２…は、複数のロッドレンズ部１２ｓ…をモールド成形により一体に形成することができる。この際、ロッドレンズ部１２ｓは、出射面１２ｓｆにおける、ライン方向Ｆｘの長さＬｘｓを幅方向Ｆｙの長さＬｙｓに対して５倍以上に設定することが望ましい。なお、後段光学系６には、追加する光学要素１３ｆを保持する追加要素設置部１３を設けることも可能である。

このような構成を有する本発明に係るライン照明装置１及び外観検査システム５０によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） ライン照明装置１は、発光部３ｏｐ…を有する光源部３ｏと、この光源部３ｏから出射した光Ｃｏを平行光Ｃｐに変換する前段光学部４ｏと、この前段光学部４ｏから出射した平行光Ｃｐを、各出射面１２ｓｆ…がライン状となる複数の小光源部５ｓ…に変換し、かつ当該複数の小光源部５ｓ…を縦横マトリクス状に配して構成することにより多光源化する多光源化部５ｏと、各小光源部５ｓ…から出射した各光Ｃｐｓ…を集光し、ライン照明Ｃに変換して照射対象面Ｓに照射する後段光学系６とを具備して構成するため、Ｘ方向とＹ方向における照射角度の異方性を有効に解消できる。これにより、照射対象面ＳにおけるＸ方向とＹ方向の見え方に差を生じる不具合を解消でき、もって、高品質かつ均一性（均質性）の高いライン照明Ｃを確保できる。

（２） ライン照明装置１を、外観検査システム５０におけるライン照明Ｃに使用した場合、明瞭で確実な検出機能を確保できる。これにより、欠陥部分の形状やサイズが誤って認識される不具合を解消できるとともに、信頼性の高い外観検査システム５０を構築できる。

（３） 好適な態様により、光源部３ｏを構成するに際し、発光部３ｏｐ…にＬＥＤ１１…を使用すれば、ＬＥＤの有する高指向性，低消費電力性，長寿命性，小型軽量性，点滅高速性等の各種メリットを享受できるため、特に、外観検査システム５０にとって最適なライン照明装置１を構築できる。

（４） 好適な態様により、光源部３ｏは、異なる複数種類の発光部３ｏｐ…，３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…，３ｐｉ…，３ｐｕ…を選択可能に構成できる。この際、発光部３ｐｒ…の発色を選択可能にすれば、照明色の変更も容易に行えるとともに、照明色を変更してカラーカメラに準じた検査も容易に実施できるなど、照明色の観点から多様性（多機能性）を高めることができる。また、発光部３ｐｉ…の光波長を選択可能にすれば、目視検査ができないものであっても可視化により検査可能にできるなど、光波長の観点から多様性（多機能性）を高めることができる。

（５） 好適な態様により、照射対象面Ｓにおけるライン照明Ｃの形状と多光源化部５ｏの各小光源部５ｓ…から出射する各光Ｃｐｓ…の形状を、相似形状となるように設定すれば、相似形となる各光Ｃｐｓ…を重畳させたライン照明Ｃを得ることができる。したがって、小傷等であってもクリアに見ることができ、明瞭で確実な検出機能を確保できるとともに、見落としが生じにくいため、信頼性及び安定性の高い外観検査システム５０を実現できる。

（６） 好適な態様により、多光源化部５ｏとして、小光源部５ｓ…となる複数のロッドレンズ部１２ｓ…を配したインテグレータレンズ１２…を用いれば、多光源化を実現するに際し、少ない部品点数により容易かつ高品質に多光源化できるとともに、均質性の高いライン照明Ｃを生成する最も望ましい実施形態とすることができる。

（７） 好適な態様により、インテグレータレンズ１２…を得るに際し、複数のロッドレンズ部１２ｓ…をモールド成形により一体に形成すれば、金型を用いたプラスチック成形法により容易かつ低コストに製作できるとともに、量産性にも優れる。

（８） 好適な態様により、ロッドレンズ部１２ｓを設計するに際し、出射面１２ｓｆにおける、ライン方向Ｆｘの長さＬｘｓを幅方向Ｆｙの長さＬｙｓに対して５倍以上に設定すれば、より細いライン照明Ｃが可能になるため、リニア撮像部５２の撮像系に対して、よりマッチングさせることができる。この結果、無駄な照明部分をより少なくできる効率的なライン照明Ｃを行うことができる。

（９） 好適な態様により、後段光学系６に、追加する光学要素１３ｆを保持する追加要素設置部１３を設ければ、各種光学フィルタ等の光学要素１３ｆを必要に応じて追加できるなど、拡張性及び多機能性に優れた照明装置として構築できる。

本発明の好適実施形態に係るライン照明装置を備える外観検査システムの全体を示す原理的構成図、 同ライン照明装置の内部構造を示す斜視図、 同ライン照明装置に備える光源ユニットの正面図、 同ライン照明装置に備える前段光学ユニットの正面図、 同ライン照明装置に備える多光源化ユニットの正面図、 同ライン照明装置に備えるインテグレータレンズの斜視図、 同ライン照明装置に備えるインテグレータレンズの部分（Ａ−Ａ線）拡大断面図を含む正面図、 同ライン照明装置を側面方向から見た原理構成図、 同ライン照明装置の変更例を示す内部構造図、 同ライン照明装置を透過方式の外観検査システムに用いた場合における概略構成図、 同ライン照明装置を反射方式の外観検査システムに用いた場合における概略構成図、 同ライン照明装置を用いた明視野測定時の作用説明図、 同ライン照明装置を用いた暗視野測定時の作用説明図、 同ライン照明装置の特徴的作用の説明図、 同ライン照明装置の他の特徴的作用の説明図、 同ライン照明装置の照明作用説明図、 従来の技術に係るライン照明装置の照明作用説明図、 本発明の変更実施形態に係るライン照明装置に備える光源ユニットの正面図、 本発明の他の変更実施形態に係るライン照明装置に備える光源ユニットの正面図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るライン照明装置１の構成について、図１〜図９を参照して説明する。

ライン照明装置１において、２１はキャビネットを示し、平坦かつ前後に長いベース盤２１ｂとこのベース盤２１ｂの上方を覆うカバー体２１ｃからなる。カバー体２１ｃは前後の端面部が開放されている。また、ベース盤２１ｂの後端位置には後端板部２２を配設し、この後端板部２２の内面に光源ユニット３を取付けるとともに、この光源ユニット３の前方であって、ベース盤２１ｂ上には、図１及び図２に示すように、前段光学ユニット４，多光源化ユニット５，後段光学系６を、光軸方向Ｆｓ前方へ順次配設する。

光源ユニット３は、図３に示すように、複数の光源部、例示は、九つの光源部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉを備え、横方向（Ｘ方向）三列，縦方向（Ｙ方向）三行となるように、マトリクス状に配する。そして、一つの光源部３ａ（他の光源部３ｂ，３ｃ…３ｉも同じ）は、四個のＬＥＤ（発光ダイオード）１１…を横方向に配列させるとともに、矩形基板２３の面上に実装して構成する。なお、ＬＥＤ１１…の色は白色である。使用するＬＥＤとしては指向性の比較的高いタイプが望ましい。このように、光源ユニット３を構成するに際し、複数の光源部３ａ…を横方向及び縦方向にマトリクス状に配して構成すれば、各光源部３ａ…に対する選択使用或いは組合せ使用が可能になる。

各光源部３ａ…において、中央に位置する光源部３ｅが本実施形態（本発明）に係る光源部３ｏを構成する。したがって、光源部３ｏの発光部３ｏｐ…はＬＥＤ１１…により構成し、四個のＬＥＤ１１…がライン照明Ｃのライン方向Ｆｘに沿って配される。このように、光源部３ｏ（３ａ…）を構成する発光部３ｏｐ…にＬＥＤ１１…を用いれば、ＬＥＤの有する高指向性，低消費電力性，長寿命性，小型軽量性，点滅高速性等の各種メリットを享受できるため、特に、外観検査システム５０にとって最適なライン照明装置１を構築できる利点がある。

一方、各光源部３ａ…から出射した光Ｃｏ…は、前段光学ユニット４に入射する。前段光学ユニット４は、図４に示すように、各光源部３ａ，３ｂ…から出射した光Ｃｏ…をそれぞれ透過させるとともに、ユニットフレーム２４に支持される複数（例示は九つ）のコリメータレンズ部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉを備える。したがって、各コリメータレンズ部４ａ…は各光源部３ａ…に対応した位置に配する。中央に位置するコリメータレンズ部４ｅ（他のコリメータレンズ部４ａ…４ｄ及び４ｆ…４ｉも同じ）は、図１及び図８に示すように、前後に配した一対のコリメータレンズ４ｅｐ，４ｅｑにより構成し、透過する光に対する前段の光学調整、即ち、光源部３ｅ…からの光が平行光Ｃｐ…となるように調整（変換）する機能を備える。中央に位置するコリメータレンズ部４ｅが本実施形態（本発明）に係る前段光学部４ｏを構成する。

他方、各コリメータレンズ部４ａ…から出射した平行光Ｃｐ…は、多光源化ユニット５に入射する。多光源化ユニット５は、図５に示すように、ユニットフレーム２５に支持される複数（例示は九つ）の多光源化ブロック５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉを備える。したがって、各多光源化ブロック５ａ…は、各コリメータレンズ部４ａ…に対応した位置に配する。中央に位置する多光源化ブロック５ｅ（他の多光源化ブロック５ａ…５ｄ及び５ｆ…５ｉも同じ）は、コリメータレンズ部４ｅから出射した平行光Ｃｐを複数の小光源部５ｓ…に変換して多光源化する機能を備える。

この場合、中央に位置する多光源化ブロック５ｅが本実施形態（本発明）に係る多光源化部５ｏを構成する。多光源化部５ｏは、図１及び図８に示すように、前後に配した一対のインテグレータレンズ１２，１２を用いて構成する。一つのインテグレータレンズ１２を図６及び図７に示す。このインテグレータレンズ１２は、各入射面（又は出射面）１２ｓｆがライン状の小光源部５ｏｓ…となる複数のロッドレンズ部１２ｓ…を縦横マトリクス状に配して構成したものである。多光源化部５ｏとして、このようなインテグレータレンズ１２…を用いれば、多光源化を実現するに際し、少ない部品点数により容易かつ高品質に多光源化できるとともに、均質性の高いライン照明Ｃを生成する最も望ましい実施形態とすることができる。

また、各ロッドレンズ部１２ｓ…の形状は同一であって、かつライン方向Ｆｘに細長の長方形となるとともに、ロッドレンズ部１２ｓの入射面（又は出射面）１２ｓｆにおけるＸ方向及びＹ方向の断面はいずれも所定の曲率により円弧形成する。この場合、各ロッドレンズ部１２ｓ…から出射する各光Ｃｐｓ…の形状（出射面１２ｓｆの形状）と照射対象面Ｓにおけるライン照明Ｃの形状は相似形状となる。即ち、各ロッドレンズ部１２ｓ…から出射する各光Ｃｐｓ…は、後述する後段光学系６を介して集光され、かつ重畳されたライン照明Ｃとなる。したがって、小傷等であってもクリアに見ることができ、明瞭で確実な検出機能を確保できるとともに、見落としが生じにくいため、信頼性及び安定性の高い外観検査システム５０（後述）を実現できる。

ところで、ロッドレンズ部１２ｓを設計するに際しては、図７に示すように、出射面１２ｓｆにおける、ライン方向Ｆｘの長さＬｘｓを、幅方向Ｆｙの長さＬｙｓに対して５倍以上に設定することが望ましい。通常、リニア撮像系を構成するＣＣＤ等のリニアイメージセンサは、ドット状に形成された多数の撮像素子（受光素子）がライン方向に配列した構成を備えており、ライン方向Ｆｘの長さは、幅方向Ｆｙの長さに対して数千倍程度となる。したがって、ライン照明Ｃにおいても、ライン方向Ｆｘの長さＬｘｓを、幅方向Ｆｙの長さＬｙｓに対して数千倍程度に設定すれば、無駄な照明部分をより少なくできる効率的なライン照明Ｃを行うことができる。

このように、ライン方向Ｆｘの長さＬｘｓを、幅方向Ｆｙの長さＬｙｓに対して数千倍程度に設定すれば、リニア撮像系に対してマッチングさせることができ、理想的なライン照明Ｃを行うことができる。しかし、ロッドレンズ部１２ｓをモールド成形する場合、現時点では、製造上の制約もあり、リニア撮像系に対してマッチングさせることは困難である。しかし、可能な限り、この倍率を大きくすることが望ましく、これにより、より細いライン照明Ｃが可能になるため、リニア撮像系に対して、よりマッチングさせることができる。したがって、この倍率を５倍以上に設定すれば、少なくともライン状の照明を行う観点からは、その目的を実現できるとともに、製造技術面が許容する限り、できるだけ大きな倍率を設定することが望ましい。

このようなインテグレータレンズ１２は、透明な合成樹脂素材を使用し、複数のロッドレンズ部１２ｓ…をモールド成形により一体に形成できる。このように形成すれば、金型を用いたプラスチック成形法により容易かつ低コストに製作できるとともに、量産性にも優れる利点がある。そして、多光源化部５ｅを構成するに際しては、同一のインテグレータレンズ１２を二つ用意し、前後に並べて配する。これにより、一方が入光側のインテグレータレンズ１２となり、他方が出光側のインテグレータレンズとなり、この際、一方のインテグレータレンズ１２の入射面１２ｓｆ…側と他方のインテグレータレンズ１２の出射面１２ｓｆ…側は相互に反対側を向くことになる。

他方、後段光学系６は、全てのロッドレンズ部１２ｓ…における出射面１２ｓｆ…から出射する各光Ｃｐｓ…を集光し、ライン照明Ｃに変換して照射対象面Ｓに照射する機能を備える。このため、後段光学系６には、前後に配した二つのレンズブロック６ｐ，６ｑを備える。この場合、ベース盤２１ｂの前端位置には出射用レンズブロック６ｑを配するとともに、出射用レンズブロック６ｑと多光源化ユニット５間には調整用レンズブロック６ｐを配する。なお、出射用レンズブロック６ｑは、前後に配した二つ平凸レンズ６ｑｍ，６ｑｎにより構成するとともに、調整用レンズブロック６ｐは両凸レンズにより構成する。さらに、出射用レンズブロック６ｑには、各光Ｃｐｓ…の出射範囲を規制する開口窓２８ｏを有する出射光規制部２８を付設する。この場合、開口窓２８ｏの形状にはライン照明Ｃが透過できる形状を選定し、出射光規制部２８はベース盤２１ｂの前端位置に配する。このように、出射用レンズブロック６ｑに、光Ｃｐｓの出射範囲を規制する開口窓２８ｏを有する出射光規制部２８を付設すれば、無用な光Ｃｐｓの拡散や進入を防止できるため、良質のライン照明Ｃを行える利点がある。

なお、図９には後段光学系６の変更例を示す。図９は後段光学系６、即ち、多光源化ユニット５から照射対象面Ｓ側の空間Ｅに、追加する光学要素１３ｆを保持する追加要素設置部１３を設けたものである。具体的には、調整用レンズブロック６ｐの照射対象面Ｓ側に並べて配置できるようにした。光学要素１３ｆとしては各種光学フィルタを想定することができるが、必ずしもフィルタ類に限定されるものではない。このような追加要素設置部１３を設ければ、各種光学フィルタ等の光学要素１３ｆを必要に応じて追加できるなど、拡張性及び多機能性に優れた照明装置として構築できる利点がある。

一方、前段光学ユニット４，多光源化ユニット５，後段光学系６の一部となる調整用レンズブロック６ｐ，の全部又は一部は、ベース盤２１ｂの上面に形成した凹状のガイド部２６に沿って光軸方向Ｆｓへ変位させることができる。これにより、光軸方向Ｆｓの位置を変更し、フォーカシング調整等の光学調整を行うことができる。他方、３１は照明コントローラであり、前述した光源ユニット３を接続する。これにより、光源ユニット３における各光源ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ…のＬＥＤ１１…に対する点灯／消灯制御を各光源ブロック３ａ，３ｂ，３ｃ…単位で行うことができるとともに、必要に応じて照度等の調整を行うことができる。

次に、本実施形態に係るライン照明装置１の使用方法及び機能について、図１〜図１１を参照して説明する。

本実施形態に係るライン照明装置１は、図１０（図１）に示すように、外観検査システム５０における照明手段として使用することができる。なお、図１０（図１）は、透過方式による外観検査システム５０を例示する。同図において、Ｇは検査対象物であり、一例として、透明なガラスプレート製品を示す。したがって、このガラスプレート製品Ｇの表面が検査対象面Ｓｄとなり、ガラスプレート製品Ｇの一方の面（検査対象面Ｓｄ）には撮像装置５１を対面させて配するとともに、他方の面には本実施形態に係るライン照明装置１を対面させて配する。撮像装置５１はリニア撮像部５２を備えており、このリニア撮像部５２にはＣＣＤ等によるリニアイメージセンサを用いることができる。このリニア撮像部５２は、マイクロコンピュータを利用したデータ記憶処理やデータ演算処理を含む各種データ処理機能及び各種制御機能を有するシステムコントローラ３２に接続する。したがって、システムコントローラ３２には、リニア撮像部５２から得られる画像データを処理して外観検査を行う画像処理部５３を内蔵する。このシステムコントローラ３２は前述した照明コントローラ３１に対して相互通信可能にすることが望ましい。

このように構成される外観検査システム５０の全体の動作は次のようになる。まず、検査動作時には、撮像装置５１におけるリニア撮像部５２によりライン方向（Ｘ方向）に沿った画像読取りが行われるとともに、所定周期により繰り返し行われる。また、例示の場合、ガラスプレート製品Ｇは停止状態にあり、リニア撮像部５２及びライン照明装置１が、Ｘ方向（ライン方向Ｆｘ）に対して直角方向となるＹ方向へ移動する。一方、リニア撮像部５２により読取ったイメージデータはシステムコントローラ３２に付与される。システムコントローラ３２には画像処理部５３を内蔵するため、この画像処理部５３による画像処理が行われるとともに、検査対象面Ｓｄにおけるキズや汚れ等の欠陥に対する検出処理が行われる。この際、ライン照明装置１は、リニア撮像部５２により撮像する検査対象面Ｓｄに対するライン照明Ｃを行う。このライン照明Ｃは、検査対象面Ｓｄに対して裏側から照射され、光Ｃｐｓはガラスプレート製品Ｇを透過して撮像装置５１側に至る。その他、図１０において、５５は撮像装置５１に付属するレンズを示す。また、６１は撮像装置５１とライン照明装置１を連結する連結部を示すとともに、６２は連結部６１をＹ方向（紙面表裏方向）に移動させる移動装置を示す。

なお、外観検査システム５０として、図１０（図１）に示す透過方式により構成した場合を説明したが、図１１に示すような反射方式により構成してもよい。図１１に示す反射方式の外観検査システム５０は、撮像装置５１及びライン照明装置１の双方を、ガラスプレート製品Ｇの一方側の面に対して配設するという基本的な構成を備える。例示の構成は、撮像装置５１とライン照明装置１の位置を固定し、ガラスプレート製品Ｇを、搬送装置６３により矢印Ｆｃ方向へ搬送するようにした。さらに、ライン照明装置１を配設するに際しては、検査対象面Ｓｄに対する直角線Ｈに対してＱｉの角度でライン照明Ｃを照射できるように、位置及び角度を選定して配設するとともに、撮像装置５１を配設するに際しては、同直角線Ｈに対してＱｅの角度で反射する光Ｃｐｓが入射できる位置及び角度を選定して配設する。

次に、ライン照明装置１の具体的な機能について、図８及び図１２〜図１６を参照して説明する。なお、本実施形態に係るライン照明装置１は、明視野照明モードと暗視野照明モードに切換えることができる。

まず、明視野照明モードでは、図１２（ａ）に示すように、中央の光源部３ｏ（３ｅ）のみ、即ち、光源部３ｅにおける横方向（Ｘ方向）に並んだ四個のＬＥＤ１１…のみを点灯させ、他の光源部３ａ…３ｄ及び３ｆ…３ｉを消灯させる。これにより、図８に示すように、各ＬＥＤ１１…の発光により所定の指向特性及び光分布特性に基づく光Ｃｏが光源部３ｅから出射し、対応するコリメータレンズブロック４ｅ（前段光学部４ｏ）に入射する。コリメータレンズブロック４ｅは、前後に配した一対のコリメータレンズ４ｅｐ，４ｅｑを備えており、コリメータレンズブロック４ｅを透過した光Ｃｏは収差が補正された平行光Ｃｐに調整（変換）され、この平行光Ｃｐは、対応する多光源化ブロック５ｅ（多光源化部５ｏ）に入射する。これにより、平行光Ｃｐは、前後に配した一対のインテグレータレンズ１２，１２により多光源化され、後段のインテグレータレンズ１２の各ロッドレンズ部１２ｓ…における各出射面１２ｓｆ…からそれぞれ光Ｃｐｓ…が出射する。この光Ｃｐｓ…はいわば多数のライン状の光源による均一性のある光分布特性となる。

また、各出射面１２ｓｆ…から出射した光Ｃｐｓ…は、全ての光Ｃｐｓ…が調整用レンズブロック６ｐに入射するとともに、さらに、出射用レンズブロック６ｑを介して外部に照射される。この際、出射用レンズブロック６ｑから出射した光Ｃｐｓ…は、検査対象面Ｓｄに対してライン照明Ｃとして照射される。図１２（ｃ）に、ライン方向Ｆｘにおける光Ｃｐｓを示すとともに、図１２（ｂ）に、幅方向Ｆｙにおける光Ｃｐｓを示す。ライン照明Ｃのライン方向Ｆｘの長さはＬｘとなり、ライン照明Ｃの幅方向Ｆｙの長さはＬｙとなる。図１２（ｂ），（ｃ）において、５５，５６は撮像装置５１に内蔵するレンズ、５２はリニア撮像部（リニアイメージセンサ）、５８は瞳（絞り）を示す。

明視野照明モードの場合、図１２（ｂ），（ｃ）から明らかなように、検査対象面Ｓｄにおけるライン照明Ｃに照射された部位は、そのまま撮像画像として全て瞳５８を通過し、有効な画像データとして画像処理される。ところで、この場合、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、検査対象面Ｓｄに対する幅方向Ｆｙから見た入射角度Ｑｙ（図１４（ａ））と検査対象面Ｓｄに対するライン方向Ｆｘから見た入射角度Ｑｘ（図１４（ｂ））は、等しくなるように設定（設計）される。また、図１５に示すように、インテグレータレンズ１２のどの位置から出射した光Ｃｐｓ…であっても検査対象面Ｓｄにおけるライン照明Ｃの位置に重畳するように設定（設計）されている。

図１６は、本実施形態に係るライン照明装置１により、格子状の黒パターンＭｐが表示された照射対象面Ｓ（検査対象面Ｓｄ）に対してライン照明Ｃを行った場合を示す。この場合、照射された格子状の黒パターンＭｐは、抽出拡大図に示すように、Ｙ方向とＸ方向は共に濃い黒色となり、良好なコントラストを示す。即ち、図１７に示した従来技術のように、Ｙ方向がＸ方向よりも薄く見えたり細く見えてしまう不具合は生じない。

したがって、ライン照明装置１を外観検査システム５０の照明手段に用いた場合、照射角度、即ち、検査対象面Ｓｄに対する入射角度の異方性を有効に解消できる。これにより、検査対象面Ｓｄに対して均一性に優れたライン照明Ｃを行うことができ、従来のように検査対象面ＳｄにおけるＸ方向とＹ方向の見え方に差を生じ、検査対象となる欠陥部分の形状やサイズが誤って認識される不具合を解消できる。この結果、検査品質の向上、さらには外観検査システム５０の信頼性向上に寄与できる。

他方、暗視野照明モードでは、図１３（ａ）に示すように、中央の光源部３ｏ（３ｅ）のみを消灯し、この光源部３ｅを除いた他の全ての光源部３ａ…３ｄ及び３ｆ…３ｉを点灯させる。この場合、図１３（ｃ）に、ライン方向Ｆｘにおける光線を示すとともに、図１３（ｂ）に、幅方向Ｆｙにおける光線を示す。この場合、ライン照明Ｃのライン方向Ｆｘの長さはＬｘとなり、ライン照明Ｃの幅方向Ｆｘの長さはＬｙとなる。なお、図１３（ｂ），（ｃ）において、５５，５６は撮像装置５１に内蔵するレンズ、５２はリニア撮像部（リニアイメージセンサ）、５８は瞳（絞り）を示す。暗視野照明モードの場合、図１３（ｂ），（ｃ）から明らかなように、検査対象面Ｓｄにおけるライン照明Ｃに照射された部位は、全て瞳５８を避けた周囲に分散し、リニア撮像部５２には届かないように設定（設計）される。したがって、リニア撮像部５２によりライン照明Ｃが直接撮像されることがないとともに、ライン照射Ｃが照射された検査対象面Ｓｄは画像として撮像される。即ち、暗視野照明が行われる外観検査が可能となる。

次に、本発明に係るライン照明装置１の変更実施形態について、図１８及び図１９を参照して説明する。

図１８は、光源部３ａ…に、発色の異なる複数種類のＬＥＤを用いた発光部３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…を設け、各発光部３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…を選択的に発光可能に構成したものである。例示の場合、光源部３ａ（他の光源部３ｂ…３ｉも同じ）に横方向に四列，縦方向に四行，の計十六個の発光部３ｏｐ…，３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…を配した。具体的には、最上段に白色発光部（白色ＬＥＤ）３ｏｐ…を、次の段に赤色発光部（赤色ＬＥＤ）３ｐｒ…を、次の段に緑色発光部（緑色ＬＥＤ）３ｐｇ…を、最下段に青色発光部（青色ＬＥＤ）３ｐｂ…を、それぞれ配置したものであり、使用時には、各段の発光部３ｏｐ…，３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…を選択的に点灯させることができる。また、この際、点灯させた発光部３ｏｐ…（又は発光部３ｐｒ…，３ｐｇ…，３ｐｂ…）を上下に変位させることにより、縦方向において光軸上に位置させることができる。これにより、照明色の変更を容易に行えるとともに、照明色を変更してカラーカメラに準じた検査も容易に実施できるなど、照明色の観点から多様性（多機能性）を高めることができる利点がある。

図１９は、光源部３ａ…に、光波長の異なる複数種類のＬＥＤを用いた発光部３ｐｉ…，３ｐｕ…を設け、各発光部３ｐｉ…，３ｐｕ…を選択的に発光可能に構成したものである。例示の場合、光源部３ａ（他の光源部３ｂ…３ｉも同じ）に横方向に四列，縦方向に三行，の計十二個の発光部３ｏｐ…，３ｐｉ…，３ｐｕ…を配した。具体的には、最上段に
白色発光部（白色ＬＥＤ）３ｏｐ…を、次の段に近赤外線発光部（近赤外線ＬＥＤ）３ｐｉ…を、最下段に近紫外線発光部（近紫外線ＬＥＤ）３ｐｕ…を、それぞれ配置したものであり、使用時には、各段の発光部３ｏｐ…，３ｐｉ…，３ｐｕ…を選択的に点灯させることができる。また、この際、点灯させた発光部３ｏｐ…（又は発光部３ｐｉ…，３ｐｕ…）を上下に変位させることにより、縦方向において光軸上に位置させることができる。これにより、目視検査ができないものであっても可視化により検査可能にできるなど、光波長の観点から多様性（多機能性）を高めることができる利点がある。

以上、好適実施形態（変更例，変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような各実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、ライン照明装置１は、例示のように、他の装置の内部に組込み、当該他の装置の一部の機能部として実施してもよいし、独立した専用装置として実施してもよい。また、複数の光源部３ａ，３ｂ…として、三列及び三行のマトリクス状に配した場合を例示したが、列数及び行数は任意の数により実施できるとともに、必ずしも横方向及び縦方向に配列させることを要しない。さらに、光源部３ａ…に、一又は二以上のＬＥＤ（発光ダイオード）１１…を用いた場合を例示したが、基本的には光を発する各種発光手段（レーザー等）を適用できるとともに、発色や光波長の種類は例示のものに限定されるものではない。一方、多光源化部５ａ…として、インテグレータレンズ１２を用いた場合を例示したが、同様の機能を有する他の多光源化部により置換できる。

本発明に係るライン照明装置は、一方向に長いライン照明を行う、ライン型ライトガイド，ＬＥＤバー型照明，蛍光灯照明等の各種照明手段として利用できるとともに、例示した外観検査システムをはじめ、ライン照明を必要とする各種機器や一般的照明用途に利用できる。

１：ライン照明装置，３ｏ：光源部，３ｏｐ…：発光部，３ｐｒ…：発光部，３ｐｇ…：発光部，３ｐｂ…：発光部，３ｐｉ…：発光部，３ｐｕ…：発光部，４ｏ：前段光学部，５ｓ…：小光源部，５ｏ：多光源化部，６：後段光学系，１１…：ＬＥＤ，１２ａ：インテグレータレンズ，１２ｂ：インテグレータレンズ，１２ｓ…：ロッドレンズ部，１２ｓｆ…：出射面，１３：追加要素設置部，１３ｆ：光学要素，５０：外観検査システム，５１：撮像装置，５２：リニア撮像部，５３：画像処理部，Ｃ：ライン照明，Ｃｐ：平行光，Ｃｐｓ…：光，Ｓ：照射対象面，Ｆｘ：ライン方向，Ｌｘｓ：ライン方向の長さ，Ｌｙｓ：幅方向の長さ

Claims (9)

1. 一方向に長いライン照明を行うライン照明装置において、一又は二以上の発光部を有する光源部と、この光源部から出射した光を平行光に変換する前段光学部と、この前段光学部から出射した平行光を、各出射面がライン状となる複数の小光源部に変換し、かつ当該複数の小光源部を縦横マトリクス状に配して構成することにより多光源化する多光源化部と、前記各小光源部から出射した各光を集光し、ライン照明に変換して照射対象面に照射する後段光学系とを具備してなることを特徴とするライン照明装置。
2. 前記光源部は、前記発光部にＬＥＤを使用し、各ＬＥＤを前記ライン照明のライン方向に沿って配してなることを特徴とする請求項１記載のライン照明装置。
3. 前記光源部は、異なる複数種類の発光部を選択して使用可能に構成することを特徴とする請求項１又は２記載のライン照明装置。
4. 前記照射対象面における前記ライン照明の形状と前記多光源化部の各小光源部から出射する各光の形状は、相似形状となるように設定することを特徴とする請求項１，２又は３記載のライン照明装置。
5. 前記多光源化部には、前記小光源部となる複数のロッドレンズ部を配したインテグレータレンズを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のライン照明装置。
6. 前記インテグレータレンズは、前記複数のロッドレンズ部をモールド成形により一体に形成してなることを特徴とする請求項５記載のライン照明装置。
7. 前記ロッドレンズ部は、前記出射面における、ライン方向の長さを幅方向の長さに対して５倍以上に設定することを特徴とする請求項５又は６記載のライン照明装置。
8. 前記後段光学系には、追加する光学要素を保持する追加要素設置部を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のライン照明装置。
9. 一方向に長いライン照明を照射対象面に対して行うライン照明装置と、このライン照明装置により照射された照射対象面をリニア撮像部により撮像し、かつ画像処理部による画像処理により照射対象面の外観検査を行う撮像装置とを備える外観検査システムであって、一又は二以上の発光部を有する光源部と、この光源部から出射した光を平行光に変換する前段光学部と、この前段光学部から出射した平行光を、各出射面がライン状となる複数の小光源部に変換し、かつ当該複数の小光源部を縦横マトリクス状に配して構成することにより多光源化する多光源化部と、各小光源部から出射した各光を集光し、ライン照明に変換して照射対象面に照射する後段光学系とを有するライン照明装置を備えてなることを特徴とする外観検査システム。

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