JPH1184258A

JPH1184258A - 照明装置

Info

Publication number: JPH1184258A
Application number: JP9246845A
Authority: JP
Inventors: Kozo Takahashi; 幸三高橋; Hironobu Sakuta; 博伸作田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】レリーフのある被検査面を撮像したときに、
レリーフのエッジ部とその他の部分とのコントラストが
明確となるように照明することができる照明装置を提供
する。【解決手段】レリーフのある被検査面を撮像する際に
被検査面を同軸落射照明する装置であって、照明系の開
口数が０．５乃至０．８６６であることを特徴とする照
明装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、写真や画像処理欠
陥検査装置や画像処理計測装置等に用いられる照明装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形部品のような凹凸のあ
る光沢面、半田付けのような立体形状の金属表面、ビン
の蓋や王冠にレリーフ状に形成された模様面、コインの
表面、ペンダント等の宝飾品、表面に模様のある歯車や
座金等、レリーフのある光沢面を撮像し、欠陥検査や寸
法の計測等をする装置には、通常、被検査面を照明する
照明装置が設けられている。

【０００３】従来、画像を得るための照明方法として、
落射照明，斜方照明，透過照明等が古くから知られてい
る。また最近では斜方照明の一種としてドーム状の照明
や、ドーム状の照明と落射照明を組み合わせた全方位か
らの全天型照明なども実施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のような照明によ
り半田付けのような立体形状の光沢表面を照明すると次
のような問題が生じる。図６は半田付けされたプリント
基板１０を示す図である。下の図が平面図、上の図が断
面図である。２０１は配線、２０２は配線の上に盛られ
た半田である。

【０００５】図７は落射照明によりプリント基板１０を
撮像した様子を示す図であり、図７（ａ）は断面配置
図、図７（ｂ）はこの照明で撮像した場合の画像例であ
る。３０１は撮像レンズであり、この場合照明用のレン
ズも兼ねている。３０２は半田上に写るハイライト部
分、３０３はハイライトとなる光線、３０４は逃げてし
まい撮像レンズに届かない光線。また、撮像レンズ３０
１の上側には不図示のフィルムまたは撮像素子及び照明
系が配置されている。落射照明では、光線３０３であら
わされるような撮像（照明）レンズの瞳と正対する面が
高い輝度をもちハイライト３０２となる。逆に光線３０
４を発する正対していない面は、極端に暗く撮像され、
高いコントラストがつく。このような状態では、暗い部
分がどのような表面状態になっているか分からない。ま
た、半田頂部のハイライトの領域も、立体形状の微妙な
変化により大きさが変わり安定した画像が得られず、計
測などの用途では不安定要素となる。

【０００６】図８は斜方照明によりプリント基板を撮像
した様子を示す図であり、図８（ａ）は断面配置図、図
８（ｂ）はこの照明で撮像した場合の画像例である。４
０２はリング照明であり、不図示の光源から光ファイバ
により導かれリング状に成形されプリント基板を照明し
ている。４０３は撮像レンズに届かない光線、４０４は
正反射により撮像レンズに届く光線、４０５はエッジか
らの反射の光線、４０１は正反射によりハイライトとな
った部分である。

【０００７】斜方照明は入射角、発光部形状により違い
はあるが、光線４０４、４０５により、エッジ部分とハ
イライト部分が明るく撮像される。この照明も落射照明
同様、光沢表面の状態が分かりずらい、画像が安定しに
くい等の問題がある。透過照明は照明の対象が透明かま
たはこれに近い状態（非常に薄いなど）である必要があ
る。

【０００８】図９はドーム状照明によりプリント基板を
撮像した様子を示す図であり、図９（ａ）は断面配置
図、図９（ｂ）はこの照明で撮像した場合の画像例であ
る。５０２は発光面、５０３は撮像レンズに届かない光
線、５０４は正反射により撮像レンズに届く光線、５０
１は５０３の例により正対し暗く撮像される部分であ
る。

【０００９】ドーム状照明は様々な方向から光が来るた
めほとんどの面で正反射となり、高い輝度が得られ、表
面のくもりや汚れのような反射率の違い等微妙な表面状
態も撮像される。しかし、撮像レンズの瞳と正対する部
分が暗く撮像されるため、広い面が正対していた場合な
どはこの面の情報が得られない。図１０は全天型照明に
よりプリント基板を撮像した様子を示す図であり、図１
０（ａ）は断面配置図、図１０（ｂ）はこの照明で撮像
した場合の画像例である。ドーム状照明の問題を解決す
るのがドーム状照明と落射照明を組み合わせた全天型照
明である。この方式では撮像レンズの瞳と正対する面の
情報も得られる。しかし、エッジ部分からの反射光６０
１を含め、撮像する面のほとんど全てから光が返って来
てしまうため、立体形状の端となるエッジ部分が判別し
にくくなり、表面の模様が判断できなくなる。

【００１０】本発明は、従来の如き問題点に鑑み、レリ
ーフのある被検査面を撮像したときに、レリーフのエッ
ジ部とその他の部分とのコントラストが明確となるよう
に照明することができる照明装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、レリーフのある被検査面を撮像する際に被検査面を
同軸落射照明する装置であって、照明系の開口数が０．
５乃至０．８６６であることを特徴とする照明装置であ
る。請求項２記載の本発明は、レリーフのある被検査面
を撮像する際に被検査面を照明する装置であって、被検
査面に対する照明光の入射角度が最大３０度乃至６０度
の範囲内にあってほぼ全方位からの照明をすることを特
徴とする照明装置である。

【００１２】請求項３記載の本発明は、被検査面を撮像
する撮像レンズと同じか又は若干大きな開口数を有する
同軸落射照明系と、撮像レンズ用の開口を有するドーム
型の面発光照明とを有することを特徴とする請求項２記
載の照明装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の照明装置の実施形態を、
プリント基板１０とその表面の半田付けを撮像した場合
を例にして説明する。図１は本発明の第１実施形態であ
り、図１（ａ）は照明装置の断面配置図、図１（ｂ）は
撮像された画像の例である。１０１は不図示の光源と光
ファイバにより光を導くリング照明装置、１０６完全拡
散面からなる曲面、３０１は撮像レンズと照明レンズを
兼ねる光学系、１０５はハーフミラー、１０２は落射照
明用レンズ、１０３は光源、１０４はエリアＣＣＤであ
る。

【００１４】リング照明装置１０１から出た光は完全拡
散面１０６で拡散され、様々な方向からプリント基板表
面を照明する。この照明光により、半田２０２の曲面か
らの正反射光が撮像レンズ３０１に届く。また、光源１
０３からの光により、撮像レンズ３０１の瞳と正対する
面からも光がもどり、面の情報も得られる。本実施の形
態が従来技術である図１０の全天型照明と異なる点を以
下に説明する。従来は発光面５０２が浅い角度の光６０
１も入射するようにすそ野まで発光面を設けているのに
対し、本実施の形態の発光面５０２に相当する完全拡散
面１０６では、浅い角度の発光面は設けていない。

【００１５】図２は金属のエッジ部分の拡大断面図であ
る。このようなエッジ部分７００は図のように曲面で構
成される場合が多い。図２（ａ）が従来の全天型照明、
図２（ｂ）が本発明の場合である。従来の全天型では光
線７０１のように浅い方向からの光も含んでいるため、
エッジ部分も光り、瞳と正対する面の部分も光り、全体
が光って見えるため、エッジにより構成されている模様
は判別しにくくなる。この撮像例が図１０の下の図であ
る。これに対して、図２（ｂ）のように浅い部分からの
光７０１を入れないことにより、エッジにおいて反射光
が返ってこない部分が発生する。この光が返ってこない
部分が暗く撮像されることにより、エッジにより構成さ
れている模様を明瞭に撮像することが可能となる。この
撮像例が図１の下の図である。

【００１６】上記実施の形態のように浅い方向の光を入
れない場合、その具体的角度が問題となるが、その用途
により変化する。例えば計測にその画像を使用する場
合、エッジの線はある程度細いことが要求される。これ
はエッジ位置の特定のしやすさなどからである。このよ
うな場合は、発光しない部分は狭くてすむ。また、宝飾
品などのサンプルを撮像する場合、その美観を伝えるた
めには線が細いほうが良いとは限らない。このような場
合は発光しない部分は比較的広くとる必要がある。ま
た、レリーフの形状でも発光しない領域は変化する。平
面上に立ったエッジだけで構成されているようなものな
どは、エッジ以外の部分の面のほとんどが撮像レンズの
瞳と正対もしくは正対に近い状態にあり、浅い角度の発
光しない領域は広くてよい。これに対して、コインや宝
飾品の表面の人物像のような曲面によるレリーフを持っ
た形状は、発光しない面を狭くし、浅い光まで多く入射
させたほうが、安定した画像が得られる。

【００１７】これらのことを考慮して、半田付けしたプ
リント基板にて実験を行なったところ、被検査面に対す
る照明光の入射角度が最大３０度乃至６０度の範囲内に
あると、エッジ部分は暗く撮像され、その他の部分はほ
ぼ同じような明るさで撮像されることが分かった。発光
しない領域の角度は、用途や撮像の対象によって変化す
ることがわかる。多種類のサンプルを撮像しなければな
らない場合、複数の照明を用意する必要が生ずる。この
問題を解決するのが、次に説明する本発明の第２実施形
態である。

【００１８】次に本発明の第２実施形態を説明する。図
３は本発明の第２実施形態の断面配置図であり、図３
（ａ）は照明装置の断面配置図、図３（ｂ）は撮像され
た画像の例である。８０１は表面で光を吸収するように
処理されたリング、８０２は完全拡散面である。完全拡
散面８０２は図１の１０６よりも広い拡散領域をもち、
浅い角度からの照明も可能である。８０１は完全拡散面
８０２に勘合し一部を覆い隠すように取り付けられ、浅
い角度の光線がサンプルに入射しないようになってい
る。これにより、前記の第１実施形態と同様の効果が得
られる。また、隠す領域の異なる複数のリング８０１を
用意しておき、リング照明１０１を取り外し、別のリン
グを取り付け再び１０１リング照明を取り付けることに
より、光線が入射しない角度を変更することが可能とな
る。これ意外にも、リング８０１によって隠れる領域が
可変となるような構成にしてもよい。

【００１９】次に本発明の第３実施形態を説明する。図
４は本発明の第３実施形態の概略的な構成示す図であ
る。１０はプリント基板、９０２はハーフミラー、９０
３はケーラー照明用のレンズ、９０４は光源、９０５は
撮像レンズ、９０６は撮像素子、９０７は開口絞りであ
る。

【００２０】本実施の形態は、落射照明の１種とするこ
とができるが、９０３の照明系のＮＡは非常に大きなも
のを使用する。これにより、プリント基板１０には様々
な角度から光線が当たることとなり、第１実施形態と同
様の効果を得ることが可能となる。また、９０７の開口
絞りを可変絞りとすることにより、第２実施形態と同様
の効果も得られる。

【００２１】このような効果を得る方法として、撮像側
のＮＡを大きくすることも容易に考えられるが、結像に
関係する光学系のＮＡを大きくすることは収差などの関
係から容易ではなく、コスト等の面からも照明系のＮＡ
を大きくするほうが有利である。本実施形態においても
半田付けしたプリント基板にて実験を行なったところ、
照明系の開口数が０．５〜０．８６６の範囲内にある
と、エッジ部分は暗く撮像され、その他の部分はほぼ同
じような明るさで撮像されることが分かった。

【００２２】次に本発明の第４実施形態を説明する。図
５は本発明の第４実施形態の概略的な構成を示す図であ
る。１０はプリント基板、９０２はハーフミラー、１０
０３はケーラー照明用のレンズ、９０４は光源、１００
５は撮像照明レンズ、９０６は撮像素子、９０７は照明
用の開口絞りである。

【００２３】本実施の形態は第３実施形態と同様に落射
照明の１種とすることができる。本実施形態では、１０
０５は撮像と照明共通の対物レンズとなるが、撮像側の
ＮＡを大きくすることは、前記したように収差が大きく
なる。したがって、撮像側は１００５の近軸の収差の少
ない部分のみを使用し、照明側のみ大きなＮＡを確保し
ている。これにより、プリント基板１０には様々な角度
から光線が当たることとなり、第１実施形態と同様の効
果を得ることが可能となる。また、９０７の開口絞りを
可変絞りとすることにより、第３実施形態と同様の効果
が得られる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の照明装置により、プラスチック
成形部品のような凹凸のある光沢面、半田付けのような
立体形状の金属表面、ビンの蓋や王冠にレリーフ状に形
成された模様面、コインの表面、ペンダント等の宝飾
品、表面に模様のある歯車や座金等、レリーフのある光
沢面を撮像するときの画像の不安定要因を除去すること
ができ、レリーフのエッジ部とその他の部分とのコント
ラストが明確となるように照明することができる。この
ことにより、面についた汚れ等を明瞭に撮像することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明装置における第１実施形態の概略
構成を示す図であり、図１（ａ）は照明装置の断面配置
図、図１（ｂ）は撮像された画像の例である。

【図２】図２（ａ）は全天照明でエッジ部から撮像部に
向かって進む光の様子を示す図、図２（ｂ）は、第１実
施形態の照明でエッジ部から撮像部に向かって進む光の
様子を示す図である。

【図３】本発明の照明装置における第２実施形態の概略
構成を示す図であり、図３（ａ）は照明装置の断面配置
図、図３（ｂ）は撮像された画像の例である。

【図４】本発明の照明装置における第３実施形態の概略
構成を示す図である。

【図５】本発明の照明装置における第４実施形態の概略
構成を示す図である。

【図６】半田付けされたプリント基板を示す図である。

【図７】落射照明によりプリント基板を撮像した様子を
示す図であり、図７（ａ）は断面配置図、図７（ｂ）は
この照明で撮像した場合の画像例である

【図８】斜方照明によりプリント基板を撮像した様子を
示す図であり、図８（ａ）は断面配置図、図８（ｂ）は
この照明で撮像した場合の画像例である。

【図９】ドーム状照明によりプリント基板を撮像した様
子を示す図であり、図９（ａ）は断面配置図、図９
（ｂ）はこの照明で撮像した場合の画像例である。

【図１０】全天型照明によりプリント基板を撮像した様
子を示す図であり、図１０（ａ）は断面配置図、図１０
（ｂ）はこの照明で撮像した場合の画像例である

【符号の説明】

１０・・・プリント基板１０１・・・リング照明装置１０２・・・落射照明用レンズ１０３・・・光源１０４・・・エリアＣＣＤ１０５・・・ハーフミラー１０６・・・完全拡散面３０１・・・撮像レンズと照明レンズを兼ねる光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レリーフのある被検査面を撮像する際に
前記被検査面を同軸落射照明する装置であって、照明系
の開口数が０．５乃至０．８６６であることを特徴とす
る照明装置。
【請求項２】レリーフのある被検査面を撮像する際に
前記被検査面を照明する装置であって、前記被検査面に
対する照明光の入射角度が最大３０度乃至６０度の範囲
内にあってほぼ全方位からの照明をすることを特徴とす
る照明装置。
【請求項３】前記被検査面を撮像する撮像レンズと同
じか又は若干大きな開口数を有する同軸落射照明系と、前記撮像レンズ用の開口を有するドーム型の面発光照明
と、を有することを特徴とする照明装置。