JPS60157037A - 物体の表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は物体の表面検査装置、特にテレビカメラの如き
光電変換装置（センサ）を用いた物体の表面検査装置に
関するものである。

背景技術とその問題点 物体の表面検査、例えば物体の表面の傷等の欠陥の有無
を、テレビカメラをセンサとして用いている表面検査装
置が、現在種々提案されている。

現在か−る装置に使用されているテレビカメラを、第１
図を参照して説明する。第１図に於て、（１）はセンサ
としてのテレビカメラ、（２）はその撮像用の光学系、
例えば凸レンズである。（３）はテレビカメラ（１）の
撮像面、即ちターゲットスクリーンであり、（４）ば光
学系（２）の光軸である。通電のテレビカメラ（１）に
使用されている光学系（２）の結像作用は、周知の如く
例えばその先軸（４）上の一点Ｐに於いてこの光軸（４
）に略々垂直な２次元、即ち平曲（５）の所定領域を、
略々精確にテレビカメラ（１）のターゲットスクリーン
（３）上に結像することができる。更に、平面（５）を
撮像するように光学系（２）を調節した場合でも、光学
系（２）の絞りによる所謂焦点深度によって、光軸（４
）上の点Ｐの前段の例えば点Ｐ１及びＰ２に於ける平面
（５）に夫々平行な点線で示す平面（５１）及び（５２
）間の範囲（６）内の平面部の像も、略々鮮明にターゲ
ットスクリーン（３）上に結像できることも周知である
。従って、テレビカメラ（１）は、範囲（６）内の物体
に対しては、それに就いての有効なビデオ信号を発生ず
ることができる。

所で、被検査物（７）の被検査表面（７ａ）が、例えば
第１図に示す如くテレビカメラ（１）に対して凹に弯曲
していて、上記範囲（６）からはみ出ず部分があると、
従来の光学系（２）では、その焦点が平面（５）に所謂
ピント合せしである場合は、これ等はみ出し部分の像を
、テレビカメラ（１）のターゲットスクリーン（３）に
鮮明な像として結像できず、所謂ピンボケ像となってし
まう。従って、テレビカメラ（１１は、上記はみ出し部
分に対応する有効なビデオ信号を発生し得す、はみ出し
部分の検査は、範囲（６）以内の部分の検査と同時に行
うことは不可能であった。

光学系（２）の絞りを小ざく絞ゲて、その焦点深度を深
くし、範囲（６）を平面（５）の前後に更に拡げて、は
み出し部分の量を減少することができるが、それも限り
があり、被検査表面（７ａ）の弯曲度によっては、全べ
てのはみ出し部分を光学系（２）の絞りの調節では、カ
バーできない場合が多い。更に、この絞りを絞ると、光
学系（２）を通過する光量が減少し、従って、テレビカ
メラ（１１のターゲットスクリーン（３）に入射する光
量が城少し、ビデオ信号が弱くなり、検査に支障を来た
す。そのため、被検査表面（７ａ）を照射する光源（図
示せず）よりの光量を増加しなければならない。然し乍
ら、光量の増加には限度があり、上記した如き絞りの度
合に追従しきれない。

一方、焦点距離の長い、例えば望遠レンズをテレビカメ
ラに装着し、弯曲した被検査表面の全べての部分を、ピ
ンボケなしにテレビカメラのターゲットスクリーンに結
像させることも考えられるが、周知の如く望遠レンズは
、焦点距離が長いので、テレビカメラを、被検査表面に
対して遠方に配置する必要がある。従って、望遠レンズ
をテレビカメラに用いることは、スペースや光源上の問
題、更にテレビカメラの撮像距離が長いために生ずるテ
レビカメラの揺れの影響等が大きくなる問題がある。

次に、第２図を参照して、上述した従来のテレビカメラ
（１）の光学系（２）を史にＢ′ｆ細に説明しよう。

第２図に不ず如く、従来のテレビカメラ（１）に使用さ
れている光学系、例えば凸レンズ（２）は、同図に不ず
レンズ（２）に対して凹に弯曲した被写体（７）を、そ
れと同様ではあるが、レンズ（２）に関して反対に弯曲
した像（７′）として結像する機能を有する。

この壌合、レンズ（２）のピントが弯曲した被写体（７
）の最深部（０）に合っていれば、被写体（７）の他の
部分（レンズ（２）に近い部分）の像は、焦点深度を考
慮しなければ、ピンボケのものとなる。即ち、像（７′
）の被写体（７）の最深部（０）に対応した光軸（４）
上の点（０′）に、スクリーン（テレビカメラ（１）の
ターゲットスクリーン（３））を光軸（４）に垂直に置
いたとすると、スクリーン上の点（０′）に於ける像は
ピントの合ったものであるが、それ以外の像の部分は所
謂ピンボケの状態であり、逆に、レンズ（２）のピント
を被写体（７）の最浅部（最前面）に合せ、スクリーン
を像（７′）の対応部分に配置すれば、点（０′）に於
ける像がピンボケ状態となる。

従って、上述の如き機能を有する光学系を具備したテレ
ビカメラを用いた従来の物体の表面検査装置では、平面
でない被検査表面の検査に際しては、必然的に上述した
如く被検査表面の全べてを一度に検査できない等の諸問
題が起る。

発明の目的 従って、本発明の主目的は、上述した諸問題を一挙に解
決した物体の表面検査装置を提供せんとするものである
。

発明の概要 本発明によるテレビカメラ等の光電変換装置を使用した
物体の表面検査装置は、テレビカメラの前段に光学系を
設け、該光学系により物体の平面でない被検査表面を略
々平面状の空中像となし、該平面状の空中像を上記テレ
ビカメラにより撮像し、上記被検査表面を検査すること
を特徴とするものである。

発明の実施例 第３図は本発明に使用する光学系を示す。第３図に於て
、符号αωば特殊の機能を有する光学系である。即ち、
同図に示す如き平面状の被写体（１１）を、同図にボず
如き弯曲した（この例でば光学系αωに対しζ凹なる）
像（１１’）に変換し得るものである。

従って、光の性質から、同一の光学系−を用いて、第４
図にボす如く、光学系ＱＯＩに対し°ζ凹に弯曲してい
る被写体の弯曲面（１２）を、平面状の像（１２’）に
変換し得ることが理解されよう。

第５図は本発明による物体の表面検査装置の一例を示ず
路線図である。尚、第５図に於て第１乃至第４図と対応
する符号は互いに対応する素子を示すものとする。

臥で、第５図に示す本発明の例に於ては、第３及び第４
図に示す光学系０ωを、テレビカメラ（１）の従来の光
学系（２）の前段に、両者の光軸が互いに一致するよう
に取り付ける。尚、光学系ａωを光学系（２）に対する
距離が調節し得るように取り付けてもよい。テレビカメ
ラ（１）の他の構成は、第１図に示した従来のテレビカ
メラ（１１の構成と略々同一である。尚、第５図に於て
、（１４）はテレビカメラ（１）より出力される画（映
）像信号を受け、これを処理して所定の検査を行う周知
の検査処理装置を示す。

次に、第５図に示した本発明の一例の動作を説明する。

今、その表面が検査されるべき被検査物の表面（１３）
が、例えば図ボのごとく光学系α０）に対して凹面であ
るときは、この光学系□０）としては、第３及び第４図
に示したと同様の機能を有する光学系α０）を使用し、
第４図に関して説明した如（、光学系αωによりその像
を、略々平面状の空中像（１３’）として光学系ａωの
後段、即ち従来の光学系（２）の前段に形成する。この
平面状の空中像（１３’）が、光学系（２）により、テ
レビカメラ（１）のターゲットスクリーン（３）に結像
される。この際、凹又は弯曲表面（１３）を、その光学
系（１０）による平面状の空中像（１３’）が光軸（４
）に略々垂直となり且つ光学系（２）により空中像（１
３’）がターゲットスクリーン（３）上に結像し得るよ
うに、光軸（４）に関して配置するものであるから、空
中像（１３’）の光学系（２）にょるターゲットスクリ
ーン（３）上の像は、全べてピントの合ったものである
。従って、テレビカメラ（１）から出力される弯曲表面
（１３）に対応する画像信号（Ｓ　ｙ　）は、正確にそ
の全面をボずもの、即ち有効なものである。従って、こ
の画像信号（Ｓｖ）を、従来と同様周知の検査処理装置
（１４）で処理ずれば、全表面の検査が一挙に行われる
。

次に、第６図を参照して、本発明に使用する平面でない
面を平面状の像に変換する光学、系（１０１の一例を説
明する。

第６図は光学系（１０１の側断面図で、曲率半径の大な
る球面（ｂ）と曲率半径の小なる球面１ａ）より形成さ
れる凹凸レンズ（全体とし°ζ凸レンズ或はボジテブレ
ンズ）の凸球面［ａｌの部分を、同図に点線で示す如き
、例えは偏平な皿状の弯曲面、即ぢ非球面ｔｃ＋となし
、光学系（１０１の光軸（４）近傍の曲率又は弯曲度を
、その周辺部に比して小さくする。かくの如く形成した
光学系（１０）の焦点距離は、光軸（４）からその周縁
に向うに従って、短くなる。従って、この第６図に示す
光学系０ωは、第３乃至第５図に示し′た光学系（１０
）の機能を果すものである。

尚、第６図に示す非球面ｔｃ＋の形状は、平面像（１２
’）又は（１３’）として結像されるべき被検査表向（
１３）の弯曲度合に応じて、適宜に選択されることは、
勿論である。

第７図は本発明による光学系の他の実施例（１０’）の
側断面図である。この例では、第６図の例と同様の球面
Ｔａｌ及びＴｂ）よりなる凹凸レンズの凸球面（ａｌを
、同図点線で示す如く、光軸（４）近傍の弯曲度が球面
（ａｌの弯曲度より大なる非球面（ｄｌとなす。このよ
うに形成した光学系（１０’）の焦点距離は、光軸（４
）から周縁に向うに従って長くなる。従っこ、このよう
な光学系（１０’）を使用すると、第４図にン１くした
場合とは逆に弯曲した被写体、即ち光学系（１０’）に
対して凸なる表面を、平面像として結像することができ
る。従って、この光学系（１０’）も、光学系（１０’
）に対して凸なる弯曲面に対して、光学系ａωと同一の
目的を達成し得るものである。尚、この場合の非球１１
１Ｊ（ｄ）の形状も、被検査表「１１の形状に応じて変
更されるものである。

面、第６及び第７図の例は、所謂単レンズの場合である
が、上述の目的を達成する光学系は、複数個のレンズを
組合せてもできるし、レンズとプリズム等を組合せても
できるし、これ等の設計の変更は、当該業者に取って、
容易であろう。

尚、上述は、光学系ａの又は（１０’）を弯曲面を平面
に変換する手段として用いた場合であるが、被検査表面
によっＣは、テレビカメラ（１）の光学系（２）の代り
に光学系（ｆｉｌ又は（１０’）を用い、これにより、
弯曲している被検査表面を略々平面像としてテレビカメ
ラ（１）のターゲットスクリーン（３）に結像するよう
になしてもよい。

発明の効果 上述した本発明によれば、従来は一度で全べての表面が
検査できない程に弯曲している被検査表面を、特殊な光
学系を用いて略々平面像に変換し得るものであるから、
上述の如く弯曲している被検査表向の全べてを、一度で
精確に検査し得、検査の効率を格段に向上させることが
できる。

更に、望遠レンズを使用する必要がないので、スペース
も狭くてすみ、光源とし′ζも、従来使用されているも
ので十分である等の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のテレビカメラの撮像機能の説明に供する
路線図、第２図は従来のテレビカメラに使用されている
光学系の説明に供する路線図、第３及び第４図は本発明
に使用する光学系の一例の機能の説明に供する路線図、
第５図は本発明の一例の路線図、第６及び第７図は夫々
本発明に使用し得る光学系の一例の側断面図である。 図に於゛ζ、（１）はテレビカメラ、（２）はその光学
系、（３）はターゲットスクリーン、（［０）及び（１
０’）は本発明に使用する光学系、（１４）は検査処理
装置を夫々示す。 １−、；、、ｉ−Ｊ 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. テレビカメラ等の光電変換装置を使用した物体の表面検
   査装置に於て、上記テレビカメラの前段に光学系を設け
   、該光学系により物体の平面でない被検査表面を略々平
   面状の空中像となし、該平面状の空中像を上記テレビカ
   メラにより撮像し、上記被検査表面を検査することを特
   徴とする物体の表面検査装置。