WO2014087868A1 - 検査システム及び検査用照明装置 - Google Patents

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WO2014087868A1
WO2014087868A1 PCT/JP2013/081658 JP2013081658W WO2014087868A1 WO 2014087868 A1 WO2014087868 A1 WO 2014087868A1 JP 2013081658 W JP2013081658 W JP 2013081658W WO 2014087868 A1 WO2014087868 A1 WO 2014087868A1
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light
solid angle
light source
diaphragm
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PCT/JP2013/081658
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増村　茂樹
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シーシーエス株式会社
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects

Definitions

  • the present invention relates to, for example, an inspection system and an inspection illumination device used for irradiating an inspection object with inspection light and inspecting the appearance, scratches, defects, etc. of the product.
  • an inspection illumination device used for an appearance inspection of a product there is a coaxial illumination in which the image capturing direction and the direction to illuminate the inspection object are matched as shown in Patent Document 1.
  • the coaxial illumination is provided to be inclined between a light source that emits inspection light in a horizontal direction, the inspection object, and an imaging device provided above the inspection object, and the inspection light is supplied to the inspection object.
  • a half mirror arranged so that the reflected light from the inspection object is transmitted to the imaging device side.
  • the stray light incident on the imaging apparatus can be reduced by such a method, in the case of a very small defect, the brightness of the image to be captured does not change and is detected as a defect. May not be possible.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems. For example, even if illumination conditions are severe, or a feature point such as a defect is very small, a change in reflection or scattering caused by the feature point is slight. To provide an inspection system and an inspection illumination device that can greatly change the amount of light within the observation solid angle of the imaging device and can detect such minute feature points. With the goal.
  • the defect in the inspection object is minute, and the defect This is based on a new idea that even if the amount of change in reflection or scattering due to the above is very small, it can be regarded as a change in the observation solid angle of the imaging device.
  • the inspection system of the present invention is an inspection system that includes an inspection illumination device that irradiates an inspection target with inspection light and an imaging device that images light reflected or scattered from the inspection target.
  • the inspection illumination device includes a surface light source that emits inspection light, a lens that is provided between the surface light source and the inspection object, and that forms an image of the surface light source in the vicinity of the inspection object; and the surface light source.
  • a first light-shielding mask provided between the inspection object and forming a dark area in an irradiation solid angle of the inspection light applied to each point of the inspection object.
  • the shape or size of the observation solid angle is set based on the shape or size of the dark area in the solid angle of the inspection light irradiated to each point of the inspection object from the inspection illumination device .
  • the inspection illumination device of the present invention includes a surface light source that emits inspection light, a lens that is provided between the surface light source and the inspection target, and forms an image of the surface light source in the vicinity of the inspection target.
  • a first light-shielding mask that is provided between the surface light source and the inspection target and forms a dark part region in an irradiation solid angle of the inspection light applied to each point of the inspection target.
  • the inspection light when the inspection light is converted into parallel light by the lens, the portion shielded by the first light-shielding mask is formed as a shadow on the inspection object, whereas in the present invention, inspection is performed. While irradiating each point with the inspection light without forming a shadow on the object, the inspection light can be irradiated only from a predetermined region with respect to the irradiation solid angle of the inspection light at each point.
  • a dark area is formed in a part of a solid angle of the inspection light irradiated to each point to be inspected by the first light shielding mask, and the observation solid angle is set according to the size and shape of the dark area. Therefore, even when the reflection direction or the scattering direction is slightly changed due to a minute defect or the like, the ratio of the bright area to the dark area is easily changed within the observation solid angle of the imaging apparatus, and the defect is easily detected.
  • only the central part of the irradiation solid angle at each point to be inspected can be a dark part area, and only the peripheral part can be a bright part area. It is possible to irradiate the inspection light with the irradiated solid angle.
  • the size of the observation solid angle is It is sufficient that the size is set to be substantially the same as the size of the dark area of the irradiation solid angle. If this is the case, the dark area of the reflected light solid angle matches the observation solid angle in the normal state so that the image is dark, and if the reflection direction changes even slightly, the bright area of the reflected light solid angle becomes the observation solid angle. It is possible to enter inside and capture the changes. Therefore, even a minute defect or the like that could not be captured in the past can be captured as a light / dark difference in machine vision.
  • the focus of the lens As long as the first aperture is further provided at a predetermined position. That is, by changing the aperture amount of the first aperture, the size of the irradiation solid angle at each point can be uniformly set to a desired size. Further, if the first diaphragm is disposed inside the focal point of the lens, the solid angle of the inspection light irradiated to the outside of the imaging surface and the dark area thereof from the outside to the central portion side where the optical axis is located. Can be tilted.
  • the direction of the solid angle of irradiation of the inspection light can be all made parallel to the optical axis.
  • the first diaphragm is disposed outside the focal point of the lens, the solid angle of the inspection light irradiated to the outside of the imaging plane and the dark area thereof are moved from the central portion side where the optical axis is located to the outside. Can be tilted.
  • various adjustments can be made with respect to the irradiation solid angle and the dark area by the arrangement of the first diaphragm and the amount of the diaphragm, and the aspect suitable for the inspection object can be obtained.
  • the first light-shielding mask is provided in the vicinity of the first diaphragm, and the light-shielding portion of the first light-shielding mask may be formed smaller than the opening diameter of the first diaphragm.
  • the second light-shielding mask on which a predetermined mask pattern is formed is provided in the vicinity of the emission side of the surface light source. If it is such, the shadow which is not formed with the said 1st light shielding mask can be formed on the said test object with the said 2nd light shielding mask, and a pattern can be formed. If there is a problem with the shape of the inspection object, the pattern is distorted, so that a shape defect can be easily detected.
  • Coaxial illumination cannot be used, for example, even when the inspection light must be irradiated obliquely from above the inspection object, the entire surface of the surface light source can be imaged on the inspection object, and at each point In order to make the irradiation solid angle uniform and to make the measurement accuracy constant on the entire surface of the inspection target plane, the surface light source has a light emission plane, and the optical axis of the lens is relative to the inspection target plane on the inspection target.
  • the first virtual plane including the light emitting plane, the second virtual plane including the main surface of the lens, and the third virtual plane including the inspection target plane are in a straight line. It suffices if they are arranged so as to cross each other.
  • the surface light source has a light emitting curved surface so that the inspection target has a curved surface to be inspected and the surface light source forms an image over the entire surface of the curved surface so that the defect detection accuracy on the curved surface can be further improved.
  • the shape of the light emitting curved surface may be set so that light emitted from each point of the light emitting curved surface forms an image at each point of the curved surface to be inspected by the lens.
  • the irradiation solid angle of the inspection light irradiated to each point to be inspected and the size and mode of the dark area can be freely adjusted. Even a minute defect or the like that has been difficult to detect can be detected.
  • the typical perspective view showing the appearance of the inspection system concerning one embodiment of the present invention The typical sectional view showing the internal structure of the inspection system in the embodiment.
  • inspection system in the embodiment. The schematic diagram which shows the irradiation solid angle in each point on the test object in the same embodiment.
  • Inspection system 100 Illumination device for inspection 1: Surface light source 11: Light exit surface 12: Radiation fin 2: Lens 31: First diaphragm 32: Second diaphragm 33: Third diaphragm 34: Fourth diaphragm 4: Half mirror 41: Frame 91: First cylindrical body 92: Second cylindrical body 93: Box C: Imaging device IM: Imaging plane L1: Irradiation optical path L11: First optical path L12: Second optical path L2: Reflected optical path M1 : First light shielding mask M2: second light shielding mask W: inspection target
  • the inspection illumination device 100 according to the first embodiment and the inspection system 200 including the imaging device C are so-called coaxial in which the direction in which the inspection target W is imaged coincides with the direction in which the inspection target W is illuminated. Illumination, which is used to cause a defect of the inspection target W to appear as a light / dark difference in an image captured by the imaging device C.
  • the feature points such as defects of the inspection object W include various defects such as surface scratches, appearance shapes, presence / absence of holes, and other feature types.
  • the illumination device for inspection 100 has a substantially L-shaped housing as shown in the perspective view of FIG. 1 and the cross-sectional view of FIG. 2, and the inspection light is inspected from the surface light source 1 inside thereof.
  • An irradiation light path L1 for irradiating W and a reflection light path L2 until the reflected light from the inspection object W reaches the imaging device C are formed. More specifically, a first cylindrical body 91 extending in the horizontal direction and a second cylindrical body 92 extending in the vertical direction are respectively connected to the box body 93, and the second cylindrical body extending in the vertical direction.
  • the imaging device C is attached to the upper surface opening side of 92, and the inspection object W is placed on the lower surface opening of the box 93.
  • the irradiation optical path L1 is formed in an L shape, and is reflected by the first optical path L11 in which the inspection light travels in the horizontal direction. And a second optical path L12 traveling downward.
  • the surface light source 1 that emits the inspection light, the second diaphragm 32 provided in the vicinity of the surface light source 1, and the surface light source 1 are emitted in the order in which the inspection light travels.
  • the lens 2 that collects the inspection light, the first diaphragm 31 provided near the light incident side of the lens 2, the first light-shielding mask M1 provided near the first diaphragm 31, and the inspection light A half mirror 4 provided to be inclined with respect to the reflected light path L2 and the irradiation light path L1 so as to be reflected downward is disposed. Furthermore, a third diaphragm 33 through which the inspection light reflected by the half mirror 4 passes is provided on the second optical path L12. Then, the inspection light that has passed through the third diaphragm 33 from inside the box 93 is irradiated onto the inspection object W.
  • the third diaphragm 33, the half mirror 4, and the fourth attached to the upper surface of the box 93 are arranged in the order in which the reflected light reflected from the inspection object W proceeds.
  • a diaphragm 34 is provided up to the imaging device C. That is, the half mirror 4 and the third diaphragm 33 are arranged in a portion where the irradiation light path L1 and the reflection light path L2 overlap.
  • the first diaphragm 31, the second diaphragm 32, the third diaphragm 33, and the fourth diaphragm 34 described above are variable diaphragms, and the amount of diaphragm can be changed as appropriate. Further, a fixed aperture with a fixed aperture amount may be used depending on the use mode.
  • the surface light source 1 has a light emission surface 11 formed of, for example, a chip-type LED, and heat radiation fins 12 for heat radiation project outward. As shown in the sectional view of FIG. 2, the surface light source 1 is attached so as to be able to advance and retreat in the axial direction in the first cylindrical body 91 so that the irradiation start position of the inspection light can be adjusted. . That is, independent of the control of the irradiation solid angle by the first diaphragm 31 to be described later, the positional relationship among the surface light source 1, the lens 2, and the inspection target W is changed, so that the inspection light in the inspection target W is changed. The irradiation range can be controlled.
  • the second diaphragm 32 is provided in the vicinity of the light emission surface 11 of the surface light source 1, and the irradiation area of the inspection light of the surface light source 1 is changed by adjusting the amount of the diaphragm, and the inspection object The irradiation range of the inspection light at W can be changed.
  • the first light shielding mask M1 is provided close to the first diaphragm 31, and is a schematic diagram of the first diaphragm 31 and the first light shielding mask M1 when viewed along the optical axis in FIG.
  • a circular light-shielding portion M11 is formed in the center portion of the face plate of the transparent glass plate. That is, the light shielding part M11 of the first light shielding mask M1 covers a part of the opening 31a of the first diaphragm 31.
  • the diameter of the light shielding portion M11 is formed smaller than the opening diameter of the first diaphragm 31, and the inspection light emitted from the surface light source 1 blocks light passing through the vicinity of the optical axis in the first diaphragm 31. It is like that.
  • the inspection light passing through the gap between the first diaphragm 31 and the light shielding portion M11 enters the lens 2 and reaches the inspection object W.
  • the first diaphragm 31 is provided on the light incident side of the lens 2, and the inspection light that is condensed at each point within the irradiation range with respect to the surface of the inspection object W by the lens 2 is equally irradiated. It is for adjusting the angle.
  • the function related to the control of the irradiation solid angle will be described together with the operation of the first light shielding mask M1 described later.
  • the lens 2 is attached to a side opening of the box 93, and is arranged so that an image forming surface, which is an image forming position of the light source, is positioned in the vicinity of the surface of the inspection object W.
  • the inclination distribution of the irradiation solid angle at each point of the image plane IM can be adjusted by the positions of the first diaphragm 31 and the first light shielding mask M1 with respect to the lens 2.
  • the amount of inclination is increased toward the outer side of the imaging plane IM.
  • a large irradiation solid angle is formed.
  • the first diaphragm 31 When the first diaphragm 31 is arranged on the focal point on the surface light source 1 side, the irradiation directions of all the irradiation solid angles are parallel to the optical axis, and the first diaphragm 31 is the surface of the lens 2. In the case where it is arranged outside the focal point on the light source 1 side, the amount of inclination toward the optical axis increases as the irradiation solid angle is at a point outside the imaging plane IM. In this example, the case where the first diaphragm 31 and the first light shielding mask M1 are provided on the surface light source 1 side of the lens 2 is described. For example, the first diaphragm 31 and the first light shielding mask M1 are the workpiece W. Even when it is provided on the side, the same effect can be obtained.
  • the irradiation solid angle of the inspection light irradiated to each point of the inspection target formed by the surface light source 1, the first diaphragm 31, the first light shielding mask M1, and the lens 2 in the irradiation light path L1 will be described.
  • the optical path is shown in an extended state, and the third diaphragm 33 is omitted.
  • FIG. 4A shows an irradiation solid angle formed by light emitted from the lowermost part of the surface light source 1
  • FIG. 4B shows an irradiation solid angle formed by light emitted from the center part of the surface light source 1.
  • FIG. 4C shows an irradiation solid angle formed by light emitted from the upper side of the surface light source 1.
  • the first diaphragm 31 is arranged in the middle of the surface light source 1 and the lens 2 so that the surface light source 1 forms an image on the inspection target W.
  • the size of the irradiation solid angle at each point of the image plane IM can be changed uniformly. In other words, the irradiation solid angle is substantially the same at all points on the image plane IM. If the aperture amount of the first diaphragm 31 is increased, the irradiation solid angle can be reduced and the aperture amount of the first aperture 31 can be reduced. If the value is reduced, the irradiation solid angle can be increased.
  • the first light shielding mask M1 is provided in the vicinity of the first diaphragm 31, a dark area can be formed in a part of the irradiation solid angle.
  • the first light-shielding mask M1 is formed with the light-shielding part M11 so as to shield the light in the vicinity of the optical axis. Therefore, as shown in each diagram of FIG. As for the solid angle, a dark part region having a substantially fine conical shape is formed at the center.
  • the irradiation solid angle is formed in a hollow conical light portion region and a fine conical dark portion region fitted in the hollow portion of the bright portion region.
  • the size of the outer edge of the bright region that is, the overall size of the irradiation solid angle
  • the size of the light shielding portion M11 of the first light shielding mask M can be adjusted.
  • the size of the dark area can be adjusted by adjusting.
  • the size of the solid angle of the inspection light applied to each point of the inspection target W can be freely controlled by the first diaphragm 31, and the first light shielding mask M1 can be controlled.
  • the size, shape, and position of the dark area in the irradiation solid angle can be freely set.
  • the half mirror 4 is a circular thin wall supported by a substantially square frame 41.
  • a portion where reflection or transmission of the half mirror 4 occurs can be formed thin, and a minute amount generated when reflected light from the inspection object W passes through the half mirror 4.
  • An imaging error due to refraction or the like can be minimized.
  • the third diaphragm 33 is attached to the opening on the lower surface of the box 93 and is disposed between the half mirror 4 and the inspection object W. With the third diaphragm 33, fine adjustment can be further performed from the irradiation solid angle determined by the first diaphragm 31. In addition, the third diaphragm 33 prevents stray light from entering the inspection light irradiation device when inspection light that has passed through the third diaphragm 33 is reflected by the inspection object W and becomes reflected light. Can do.
  • the fourth diaphragm 34 is attached to the upper surface opening of the box 93 and is disposed between the half mirror 4 and the imaging device C.
  • the fourth diaphragm 34 is for further adjusting the observation solid angle for observing the reflected light incident on the imaging device C.
  • the second cylindrical body 92 is attached to be extendable and contractible so that the distance between the fourth diaphragm 34 and the imaging device C can be adjusted. As a result, it is possible to optimize the light and shade profile with respect to the tilt variation of the reflected light more precisely.
  • the dark region of the irradiation solid angle and the observation solid angle can be precisely made the same size on the same axis.
  • the illumination is coaxial, if there is no defect, the dark area of the irradiation solid angle and the dark area of the reflected light solid angle completely coincide with each other. Is the same size as the dark area of the irradiation solid angle, as shown in FIG. 5 (a), the dark area of the solid angle of the reflected light and the observation solid angle are completely matched.
  • the inspection target W is defective and the solid angle of the reflected light changes in inclination
  • the bright region is within the observation solid angle when normal as shown in FIG. Since there was no image, the image was captured only in darkness, but a bright area was partly within the observation solid angle as shown in FIG. That is, the inclination variation of the reflected light of the solid angle can be grasped as the light / dark information of the observation light observed by the imaging device C, and the defect can be detected.
  • the first diaphragm 31 is provided, so that the inspection object W is irradiated at each point in the entire irradiation range of the inspection light.
  • the size of the irradiation solid angle can be precisely controlled.
  • the first light shielding mask M1 provided in the vicinity of the first diaphragm 31 can form a dark part region in the irradiation solid angle without forming a shadow on the imaging plane IM on the inspection target W. it can. And while being able to change the size of the irradiation solid angle, since there is a dark area inside the irradiation solid angle, it is possible to create an aspect in which the amount of light is easily changed within the observation solid angle depending on the presence or absence of defects, It is possible to detect defects that could not be detected in the past.
  • the inclusion relationship between the solid angle of the reflected light and the observation solid angle is made suitable for defect detection by adjusting the size of the irradiation solid angle and the shape of the dark area. Since it can be set freely, even a defect or the like that has been difficult to detect in the past can appear as light and shade information of the captured image, and the defect can be detected.
  • the inspection system 200 is configured by coaxial illumination. However, as shown in FIG. 7A, the inspection object is irradiated obliquely from above and the inspection object W is imaged by the reflected light.
  • the inspection system 200 may be configured with a simple optical system that performs imaging and inspection with the apparatus C. Further, as shown in FIG. 7A, the first diaphragm 31 and the first light shielding mask M1 may be disposed between the lens 2 and the inspection target W.
  • the first light shielding mask M1 is provided in the vicinity of the first diaphragm 31, but also a second light shielding mask M2 is provided in the vicinity of the surface light source 1, and the inspection object W is provided.
  • the shape accuracy may be inspected.
  • the second light-shielding mask M2 is formed with, for example, a lattice-shaped light-shielding portion M11 as shown in FIG. 7B, and a lattice-shaped light and dark portion is formed on the inspection target W.
  • the shape of the inspection object W is deviated from a normal shape, the amount of distortion of the grating on the imaging surface IM of the inspection light changes on the inspection object W, so that an error in the shape or the like can be detected. it can.
  • the inclusion relationship between the solid angle of the reflected light and the observation solid angle can be well adjusted by the shape of the first diaphragm 31 and the light shielding part M11 of the first light shielding mask M1, etc. Even distortion of the image can be detected as a light / dark difference in the captured image. Accordingly, it is possible to detect a shape error or the like of the inspection target W with high accuracy.
  • the irradiation solid angle and the dark area thereof have been described as having a conical shape with a circular bottom surface.
  • the irradiation solid angle of the shape and size can be set.
  • the opening 31a of the first diaphragm 31 is formed in a substantially rectangular shape, and the light shielding part M11 of the first light shielding mask M1 is also a rectangle smaller than the opening 31a. It is formed in a shape. Also, the observation solid angle is smaller than the dark region of the irradiation solid angle, and the bottom surface is formed as a rectangular quadrangular pyramid. Specifically, the aperture position, aperture shape, and shape or size of the light-shielding portion M11 of the first light-shielding mask disposed at the aperture opening in the imaging optical system including the imaging device C are as shown in FIG. Any viewing solid angle can be formed. The details of the method for forming the shape and size of the observation solid angle are the same as the method for forming the shape and size of the irradiation solid angle and the dark area, and will not be described.
  • the solid angle of the reflected light is also formed as a rectangular pyramid. Therefore, in FIG. 8, the display of the irradiation solid angle is omitted, and only the reflected light solid angle is displayed.
  • the irradiation solid angle and the shape of the dark area are formed large only on one side.
  • the short side direction may be made to coincide with the direction of the defect to be detected.
  • the first diaphragm 31 and the first light shielding mask M1 are configured to be rotatable around the optical axis, and the irradiation solid angle and the direction of the dark area on the inspection target W are matched with the inclination direction of the reflected light of the defect. You may be made to do.
  • the bottom surface is not only formed with a rectangular irradiation solid angle and a dark part region, but may be irradiated with, for example, an irradiation solid angle inspection light having an elliptical bottom surface. Good.
  • a plurality of light shielding portions M11 of the first light shielding mask M1 are formed concentrically, and the dark area and the bright area of the irradiation solid angle are alternately turned from the inside to the outside. It is supposed to be formed. Further, as shown in FIG. 9B, the observation solid angle is smaller than the width of the bright portion region between the dark portion region formed in the central portion of the reflected light solid angle and the dark portion region formed outside thereof. It is formed so that
  • the inspection object has a horizontal plane in the center and has two different inspection target surfaces such that an inclined surface surrounding the outer periphery of the horizontal plane in an annular shape is continuously formed, The amount of change in the reflection direction due to the difference in the inclination of each surface can be prevented from being detected by setting the observation solid angle to be included in the outer dark area.
  • the change in the reflection direction due to a defect on the horizontal plane is adjusted so that the observation solid angle enters the inner bright area, and only when the change due to the inclined surface and the change due to the defect on the inclined surface are combined
  • By adjusting the bright area so that it falls within the observation solid angle it is possible to easily discriminate even if the inclination of each surface is different.
  • the optical axis of the lens 2 when the optical axis of the lens 2 is obliquely incident on the inspection target plane Wa of the inspection target W, and the inspection light is irradiated obliquely from above the inspection target plane Wa, If the light emitting plane 1a of the surface light source 1 is arranged in parallel to the main surface 2a of the lens 2, the surface light source 1 can be imaged on the inspection target plane Wa for some, Since the portion is shifted from the imaging position, the imaging surface is blurred.
  • the entire surface light source 1 can be imaged, and the shape and size of the irradiation solid angle can be made uniform.
  • the shape and size of the irradiation solid angle of the inspection light changes in some areas, which may affect the inspection accuracy.
  • the light emission plane 1a of the surface light source 1 is not arranged parallel to the main surface 2a of the lens but is inclined. It is. More specifically, the first virtual plane VP1 including the light emitting plane 1a, the second virtual plane VP2 including the main surface 2a of the lens, and the third virtual plane VP3 including the inspection target plane Wa are in a straight line. They are arranged so that they cross each other.
  • the surface light source 1 is provided with a posture adjusting mechanism for changing the distance from the lens 2 along the optical axis and changing the inclination with respect to the main surface 1a.
  • the center of the light emitting plane 1a of the surface light source 1 is arranged on the optical axis of the lens 2, and the surface light source 1, the lens 2, the inspection so that the center of the light emitting surface 1a forms an image on the inspection target plane Wa.
  • Each separation distance from the target W is set.
  • an intersection line between the inspection target plane Wa of the inspection target W and the main surface 2a of the lens 2 is obtained, and a plane passing through the light beam and the center of the light emission plane 1a is defined as a first virtual plane VP1.
  • the inclination of the surface light source 1 is adjusted so that the first virtual plane VP1 and the light emission plane 1a coincide with each other to obtain a state as shown in FIG.
  • the distance is set so that a Gaussian imaging formula is established between each point on the light emitting surface 1a and each corresponding point on the inspection target plane Wa.
  • the entire surface of the light emission plane 1a of the surface light source 1 can be imaged on the inspection target plane Wa.
  • the Gaussian imaging formula is satisfied between each point of the light emission plane 1a of the surface light source 1 and the corresponding point of the inspection target plane Wa of the inspection target W.
  • the separation distance can be adjusted.
  • the surface light source 1 is uniformly imaged on the inspection target plane Wa, and the irradiation solid angle and the size and shape of the dark area can be made uniform. Inspection accuracy can be increased.
  • the surface light source 1 is used as the light emitting curved surface. It is only necessary that the shape of the light emitting curved surface 1b is set so that light emitted from each point of the light emitting curved surface 1b forms an image at each point of the curved surface Wb to be inspected by the lens.
  • the shape and curvature of the light emitting curved surface 1b may be determined so that a Gaussian imaging formula is established between each point on the inspection target curved surface Wb and each corresponding point on the light emitting curved surface 1b.
  • the corresponding light emission curved surface 1b shape can be set by using the same concept.
  • the shape of the light shielding portion of the first light shielding mask is circular.
  • other shapes such as a polygonal shape such as a triangle and a quadrangle, and a lattice shape may be used.
  • the dark area is formed in the irradiation solid angle and the opening amount of the first diaphragm is smaller so as not to block all the inspection light.
  • the shape and size of the observation solid angle by the configuration of the imaging optical system can be arbitrarily set with the same configuration. Furthermore, by selecting a combination of an irradiation solid angle and an observation solid angle having an arbitrary shape according to the nature of the defect, a more precise defect inspection can be performed.
  • the shape of the light-shielding portion of the second light-shielding mask is not limited to the embodiment, and may be other shapes. For example, various shapes such as a stripe shape, a circular shape, and a polygonal shape may be used.
  • the method for setting the observation solid angle is not limited to that shown in each embodiment, and may be set as appropriate based on the dark area of the irradiation solid angle.
  • the observation solid angle should include the bright area of the solid angle of the reflected light, and the dark area should fall within the observation solid angle due to the tilt change when there is a defect. It doesn't matter.
  • the first light shielding mask is provided close to the first diaphragm.
  • the first light shielding mask may be disposed in the vicinity of the first diaphragm, and may be slightly separated.
  • the imaging surface of the surface light source only needs to be in the vicinity of the inspection object and does not have to be strictly imaged on the inspection object.

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Abstract

特徴点で生じる反射や散乱の変化がわずかであっても、撮像装置の観察立体角内における光の量を大きく変化させることができ、ひいては、このような微小な特徴点を検出する事が可能となる検査用照明装置を提供するために、検査光を射出する面光源１と、前記面光源１と前記検査対象Ｗとの間に設けられ、前記面光源１を前記検査対象Ｗの近傍において結像させるレンズ２と、前記面光源１と前記検査対象Ｗとの間に設けられ、前記検査対象Ｗの各点に照射される検査光の照射立体角中に暗部領域を形成する第１遮光マスクＭ１とを備えた。

Description

検査システム及び検査用照明装置
　本発明は、例えば検査対象に検査光を照射し、その製品の外観や傷、欠陥等の検査を行うために用いられる検査システム、検査用照明装置に関するものである。
　製品の外観検査等に用いられる検査用照明装置の一例としては、特許文献１に示されるような撮像する方向と、検査対象を照明する方向とを一致させた同軸照明が挙げられる。この同軸照明は、水平方向に検査光を射出する光源と、前記検査対象と、当該検査対象の上方に設けられた撮像装置との間において傾けて設けられており、前記検査光を前記検査対象へと反射するとともに、前記検査対象からの反射光は撮像装置側へと透過するように配置されたハーフミラーと、を備えたものがある。
　ところで、上述したような検査用照明装置を用いても検出する事が難しい欠陥などの特徴点を、撮像された画像により検出できるようにすることが近年求められている。より具体的には、検査対象である製品の形状が特殊又は複雑であるために検査光を十分な強度や光量で照射する事が難しい、検査光を照射できたとしても検査したい部分以外からの反射光が多すぎる、あるいは、欠陥などの特徴点が小さすぎたり、微かなものであったりするために明暗差が表れにくい等といった検査が難しい事例がある。
　例えば、絞り等を用いて検査光の照射範囲を検査対象のみに限定することにより、検査対象以外からの反射光や散乱光である迷光を低減して、検査精度を高めることは考えられる。
　しかしながら、このような手法により撮像装置内に入射する迷光を低減できたとしても、非常に微小な欠陥等の場合には、撮像される画像の明るさに変化が生じず、欠陥として検出する事ができない場合がある。
　より具体的には、検査対象上の微小な欠陥等により照射されている検査光の反射方向がわずかに変化したとしても、撮像装置の観察立体角内に収まる程度の変化の場合には、欠陥の有無に関わらず撮像される画像の明るさとしては変化が生じない。従って、マシンビジョンとしてはこのような微小な欠陥等を捉えられないことになる。
特開２０１０－２６１８３９号公報
　本発明は上述したような課題を鑑みてなされたものであり、例えば照明条件が厳しい、あるいは、欠陥などの特徴点が非常に小さくその特徴点で生じる反射や散乱の変化がわずかであっても、撮像装置の観察立体角内における光の量を大きく変化させることができ、ひいては、このような微小な特徴点を検出する事が可能となる検査システム、及び、検査用照明装置を提供することを目的とする。
　すなわち、本発明は、検査用照明装置から射出される検査光の照射立体角の大きさや、その形状等の態様を調節できるようにすることで、検査対象における欠陥等が微小であり、その欠陥等による反射や散乱の変化量がごくわずかであっても、撮像装置の観察立体角内での変化として捉えられるようにするという新規な発想に基づいてなされたものである。
　より具体的には、本発明の検査システムは、検査対象に検査光を照射する検査用照明装置と、前記検査対象において反射又は散乱する光を撮像する撮像装置とからなる検査システムであって、前記検査用照明装置が、検査光を射出する面光源と、前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記面光源を前記検査対象の近傍において結像させるレンズと、前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角中に暗部領域を形成する第１遮光マスクと、を備えており、前記撮像装置が、前記検査用照明装置から前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角における暗部領域の形状又は大きさに基づいて観察立体角の形状又は大きさが設定されていることを特徴とする。
　また、本発明の検査用照明装置は、検査光を射出する面光源と、前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記面光源を前記検査対象の近傍において結像させるレンズと、前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角中に暗部領域を形成する第１遮光マスクと、を備えたことを特徴とする。
　このような検査システム及び検査用照明装置であれば、前記面光源を前記レンズにより前記検査対象の近傍で結像させているので、前記第１遮光マスクにより検査光の照射立体角中に暗部領域を形成しつつ、前記検査対象上に影を作らずに全域に亘って検査光を照射するといったことが可能となる。また、検査対象上の各点における検査光の照射立体角の大きさや、暗部領域の大きさについても略均一に揃えることができる。
　言い換えると、例えば前記レンズにより検査光を平行光にした場合であれば、前記第１遮光マスクにより遮光される部分が検査対象上において影として形成されるのに対して、本願発明であれば検査対象上に影を形成することなく各点に検査光を照射しつつ、各点における検査光の照射立体角について所定の領域からのみ検査光が照射されるようにすることができる。
　さらに、前記第１遮光マスクにより前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角の一部分に暗部領域が形成されており、観察立体角がその暗部領域の大きさや形状に合わせて設定されているので、微小な欠陥等により反射方向や散乱方向がわずかに変化した場合でも、撮像装置の観察立体角内において明部領域と暗部領域の比率を変化させやすく、欠陥として検出しやすい。
　また、検査対象の各点における照射立体角の中央部のみが暗部領域になり、周辺部のみが明部領域とする等、様々な態様の照射立体角を形成することができ、検査対象に応じた照射立体角で検査光を照射することができる。
　検査光が欠陥等によりその反射方向が変化する際に生じる反射光の立体角の変化に関し、ごくわずかであっても、その変化を捉えられるようにするには、前記観察立体角の大きさが前記照射立体角の暗部領域の大きさと略同じに設定されていればよい。このようなものであれば、正常時には反射光立体角の暗部領域と観察立体角が合致して暗く撮像するようにし、少しでも反射方向が変化すると反射光立体角の明部領域が観察立体角内に入り、その変化をとらえるといったことが可能となる。従って、従来捉えることができなかった微小な欠陥等であってもマシンビジョンにおける明暗差として捉えることができるようになる。
　前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角の大きさを均一に制御するとともに、その配置によって照射立体角の傾き分布を自由に調節できるようにするには、前記レンズの焦点に対して所定の位置に配置される第１絞りをさらに備えたものであればよい。すなわち、第１絞りの絞り量を変化させることで、各点における照射立体角の大きさを均一に所望の大きさに設定することができる。また、前記第１絞りを前記レンズの焦点よりも内側に配置すれば、結像面の外側に照射される検査光の照射立体角及びその暗部領域を外側から光軸のある中央部側へと傾かせることができる。さらに前記第１絞りを前記レンズの焦点上に配置すれば、検査光の照射立体角の向きをすべて光軸と平行に揃えることができる。加えて、前記第１絞りを前記レンズの焦点よりも外側に配置すれば、結像面の外側に照射される検査光の照射立体角及びその暗部領域を光軸のある中央部側から外側へと傾かせることができる。このように、第１絞りの配置と、その絞り量により照射立体角とその暗部領域について様々な調節が可能となり、検査対象に適した態様とすることができる。
　検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角中における暗部領域の大きさや、その形状を所望のものに調節しやすくするとともに、前記検査対象上に影が形成されないようにするには、前記第１遮光マスクが、前記第１絞りの近傍に設けられており、前記第１遮光マスクの遮光部が前記第１絞りの開口径よりも小さく形成されていればよい。
　前記検査対象の形状精度についても容易に検査できるようにするには、所定のマスクパターンが形成された第２遮光マスクが、前記面光源の射出側近傍に設けられているものであればよい。このようなものであれば、前記第１遮光マスクでは形成されない影を前記第２遮光マスクにより前記検査対象上に形成し、パターンを形成することができる。そして、検査対象の形状に問題があればパターンに歪みが生じるので、容易に形状不良を検出することができる。
　同軸照明を用いることができず、例えば検査対象の斜め上方から検査光を照射しなくてはならない場合でも、面光源の全面を前記検査対象上に結像させることができるようにし、各点における照射立体角を揃えて、検査対象平面の全面における測定精度を一定にするには、前記面光源が発光平面を有しており、前記レンズの光軸が前記検査対象上の検査対象平面に対して斜めに入射するように配置されており、前記発光平面を含む第１仮想平面と、前記レンズの主面を含む第２仮想平面と、前記検査対象平面を含む第３仮想平面とが一直線上で交わるように配置されていればよい。
　検査対象が検査対象曲面を有し、その曲面全面に亘って前記面光源が結像し、曲面における欠陥検出精度をより高められるようにするには、前記面光源が発光曲面を有しており、前記発光曲面の各点から射出された光が前記レンズにより前記検査対象曲面の各点において結像するように、当該発光曲面の形状が設定されていればよい。
　このように本発明の検査システム、検査用照明装置によれば、検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角及びその暗部領域の大きさや態様を自由に調整することができるので、従来検出の難しかった微小な欠陥等であっても検出する事が可能となる。
本発明の一実施形態に係る検査システムの外観を示す模式的斜視図。 同実施形態における検査システムの内部構造を示す模式的断面図。 同実施形態における検査システムの模式的構成図。 同実施形態における検査対象上の各点における照射立体角を示す模式図。 同実施形態における欠陥の検出原理について示す模式図。 従来の検査システムでは微小欠陥を検出できない理由を示す模式図。 本発明の別の実施形態に係る検査システムを示す模式図。 本発明のさらに別の実施形態に係る検査システムにおける欠陥の検出原理について示す模式図。 本発明の異なる実施形態に係る検査システムにおける欠陥の検出原理について示す模式図。 本発明のさらに異なる実施形態に係る検査用照明装置を示す模式図。 本発明の変形例を示す模式図。
２００　　：検査システム
１００　　：検査用照明装置
１　　　　：面光源
１１　　　：光射出面
１２　　　：放熱フィン
２　　　　：レンズ
３１　　　：第１絞り
３２　　　：第２絞り
３３　　　：第３絞り
３４　　　：第４絞り
４　　　　：ハーフミラー
４１　　　：枠体
９１　　　：第１筒状体
９２　　　：第２筒状体
９３　　　：箱体
Ｃ　　　　：撮像装置
ＩＭ　　　：結像面
Ｌ１　　　：照射光路
Ｌ１１　　：第１光路
Ｌ１２　　：第２光路
Ｌ２　　　：反射光路
Ｍ１　　　：第１遮光マスク
Ｍ２　　　：第２遮光マスク
Ｗ　　　　：検査対象
　本発明の第１実施形態について説明する。
　第１実施形態の検査用照明装置１００と、撮像装置Ｃにより構成される検査システム２００は、検査対象Ｗを撮像する方向と、検査対象Ｗを照明する方向とが一致している、いわゆる、同軸照明であり、検査対象Ｗの欠陥が撮像装置Ｃにより撮像された画像中に明暗差として現れるようにするために用いられるものである。ここで、検査対象Ｗの欠陥などの特徴点とは、例えば、表面の傷や、外観の形状、穴の有無等多岐に亘る不具合やその他の特徴種を含むものである。
　前記検査用照明装置１００は、図１の斜視図、及び図２の断面図に示すように概略Ｌ字状の筐体を有するものであり、その内部に、検査光を面光源１から検査対象Ｗに照射する照射光路Ｌ１と、検査対象Ｗからの反射光が撮像装置Ｃに至るまでの反射光路Ｌ２と、を形成してある。より具体的には、水平方向に延びる第１筒状体９１と、上下方向に延びる第２筒状体９２と、がそれぞれ箱体９３に接続してあり、上下方向に延びる第２筒状体９２の上面開口側に撮像装置Ｃが取り付けられ、前記箱体９３の下面開口に検査対象Ｗが載置されるものである。
　図２の断面図、図３（ａ）の簡略化した光路図に示すように前記照射光路Ｌ１はＬ字状に形成されており、水平方向に検査光が進む第１光路Ｌ１１と、反射されて下向きに進む第２光路Ｌ１２とから構成してある。
　前記第１光路Ｌ１１上には、検査光が進む順番に、検査光を射出する面光源１と、前記面光源１の近傍に設けられた第２絞り３２と、前記面光源１から射出された検査光を集光するレンズ２と、前記レンズ２の光入射側近傍に設けられた第１絞り３１と、前記第１絞り３１の近傍に設けられた第１遮光マスクＭ１と、前記検査光を下方へと反射するように前記反射光路Ｌ２及び照射光路Ｌ１に対して傾けて設けられたハーフミラー４と、が配置してある。さらに前記第２光路Ｌ１２上には、前記ハーフミラー４で反射された検査光が通過する第３絞り３３が設けてある。そして、前記第３絞り３３を前記箱体９３内部から通過した検査光は、前記検査対象Ｗへと照射される。
　また、前記反射光路Ｌ２上には、検査対象Ｗから反射される反射光の進む順番に、前述した第３絞り３３と、前記ハーフミラー４と、前記箱体９３の上面に取り付けられた第４絞り３４とが、前記撮像装置Ｃまでに設けられている。つまり、前記ハーフミラー４と、前記第３絞り３３は、前記照射光路Ｌ１と前記反射光路Ｌ２の重なっている部分に配置されていることになる。なお、前述してきた第１絞り３１、第２絞り３２、第３絞り３３、第４絞り３４はそれぞれ可変絞りであり、適宜その絞り量を変更することができる。また、使用態様に応じては絞り量の固定された固定絞りであっても構わない。
　以下では各部材の配置や構成について詳述する。
　前記面光源１は、例えばチップ型ＬＥＤ等により光射出面１１が形成されたものであり、外側に向けて放熱用の放熱フィン１２が突出させてある。また、この図２の断面図に示すように前記面光源１は、第１筒状体９１内を軸方向に進退可能に取り付けられており、検査光の照射開始位置を調整できるようにしてある。すなわち、後述する第１絞り３１による照射立体角の制御とは独立して、前記面光源１、前記レンズ２、前記検査対象Ｗの位置関係を変更することで、前記検査対象Ｗにおける検査光の照射範囲を制御することができる。
　前記第２絞り３２は、前記面光源１の光射出面１１の近傍に設けられており、その絞り量を調節することで、前記面光源１の検査光の照射面積を変更し、前記検査対象Ｗにおける検査光の照射範囲を変更することができる。
　前記第１遮光マスクＭ１は、前記第１絞り３１に近接させて設けられるものであり、図３（ｂ）の光軸に沿って見た場合の第１絞り３１と第１遮光マスクＭ１の模式図に示すように透明なガラス板の面板中央部に円形状の遮光部Ｍ１１が形成してある。すなわち、前記第１絞り３１の開口部３１ａ中の一部領域を前記第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１が塞ぐようにしてある。前記遮光部Ｍ１１の直径は前記第１絞り３１の開口径よりも小さく形成してあり、前記面光源１から射出された検査光のうち、前記第１絞り３１において光軸近傍を通るものを遮るようにしてある。一方、前記第１絞り３１と前記遮光部Ｍ１１との間の隙間を通過する検査光は前記レンズ２へと入射し、前記検査対象Ｗへと到達する。
　前記第１絞り３１は、前記レンズ２の光入射側に設けてあり、前記レンズ２により前記検査対象Ｗの表面に対して照射範囲内の各点に集光されている検査光について等しく照射立体角を調節するためのものである。この照射立体角の制御に関する機能については後述する第１遮光マスクＭ１の作用とともに説明する。
　前記レンズ２は、前記箱体９３の側面開口部に取り付けられており、前記光源の結像する位置である結像面が、前記検査対象Ｗの表面近傍に位置するように配置してある。
　このような前記第１遮光マスクＭ１、前記第１絞り３１、前記レンズ２によって以下のような効果が生じる。すなわち、前記第１絞り３１及び前記第１遮光マスクＭ１の前記レンズ２に対する位置によって、結像面ＩＭの各点における照射立体角の傾き分布も調節することができる。図４のように第１絞り３１と前記第１遮光マスクＭ１を前記レンズ２の面光源１側において焦点よりも内側に配置している場合は、結像面ＩＭの外側ほど外側へと傾き量の大きい照射立体角が形成されることになる。また、前記第１絞り３１が面光源１側において焦点上に配置される場合には、全ての照射立体角の照射方向は、光軸に対して平行となり、第１絞り３１がレンズ２の面光源１側における焦点よりも外側に配置されている場合は結像面ＩＭの外側の点にある照射立体角ほど光軸側への傾き量が大きくなる。なお、この例では第１絞り３１及び第１遮光マスクＭ１がレンズ２の面光源１側に設けられている場合について説明しているが、例えば第１絞り３１及び第１遮光マスクＭ１がワークＷ側に設けられている場合でも同様の効果を奏し得る。
　図４に基づいて照射光路Ｌ１において面光源１、第１絞り３１、第１遮光マスクＭ１、レンズ２により形成される検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角について説明する。ここで、図４では説明の簡略化のため、光路を伸ばした状態で記載するとともに、第３絞り３３については省略表記している。
　図４（ａ）に面光源１の最下部から射出された光により形成される照射立体角、図４（ｂ）に面光源１の中央部から射出された光により形成される照射立体角、図４（ｃ）に面光源１の上部側から射出された光により形成される照射立体角を示す。図４から明らかなように、前記第１遮光マスクＭ１が前記第１絞り３１の近傍にあっても、検査対象Ｗ上の結像面ＩＭに影が形成されることはなく、前記面光源１がレンズ公式に従って縮小されたものが結像される。
　また、前記面光源１が検査対象Ｗ上において結像するように面光源１及びレンズ２が検査対象Ｗに対して配置されているので、その途中に第１絞り３１を配置することで、結像面ＩＭの各点における照射立体角の大きさを均一に変更することができる。言い換えると、結像面ＩＭの全ての点において、照射立体角は略同じ大きさであり、前記第１絞り３１の絞り量を大きくすると、照射立体角を小さくできるとともに第１絞り３１の絞り量を小さくすると、照射立体角を大きくできる。
　さらに、本実施形態では、第１遮光マスクＭ１が前記第１絞り３１の近傍に設けられているので、照射立体角の一部に暗部領域を形成することができる。本実施形態では、第１遮光マスクＭ１は、光軸近傍の光を遮光するように遮光部Ｍ１１が形成してあるので、図４の各図に示すように結像面ＩＭの各点における照射立体角は、概略細円錐状の暗部領域が中央部に形成される。言い換えると、照射立体角は中空円錐状の明部領域に、前記明部領域の中空部分に細円錐状の暗部領域が嵌合した形で形成される。
　前記第１絞り３１の絞り量を変更すると主に明部領域の外縁の大きさ、すなわち、照射立体角全体の大きさを調節することでき、前記第１遮光マスクＭの遮光部Ｍ１１の大きさを調整することで暗部領域の大きさを調節することができる。このように、本実施形態であれば、検査対象Ｗの各点に照射される検査光の照射立体角の大きさを前記第１絞り３１により自由に制御できるとともに、前記第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１の大きさや形状、位置により、照射立体角中における暗部領域の大きさや形状、位置を自由に設定することができる。
　前記ハーフミラー４は、概略正方形状の枠体４１により支持された円形状の薄肉のものである。このようなハーフミラー４を用いることで、ハーフミラー４の反射又は透過が起こる部分を薄く形成することができ、前記検査対象Ｗからの反射光がハーフミラー４を透過する際に、生じる微小な屈折等による撮像の誤差を最小限にすることができる。
　前記第３絞り３３は、前記箱体９３の下面開口部に取り付けられたものであり、前記ハーフミラー４と前記検査対象Ｗとの間に配置してある。この第３絞り３３により、前記第１絞り３１で決定された照射立体角からさらに微調整を行うことができる。また、前記第３絞り３３は、自身を通過した検査光が前記検査対象Ｗで反射されて反射光となった際に、迷光となったものが検査光照射装置内に侵入するのも防ぐことができる。
　前記第４絞り３４は、前記箱体９３の上面開口部に取り付けられたものであり、前記ハーフミラー４と、前記撮像装置Ｃとの間に配置してある。この第４絞り３４は、前記撮像装置Ｃに入射する前記反射光を観察する観察立体角をさらに調節するためのものである。また、前記第２筒状体９２は、伸縮可能に取り付けられており、前記第４絞り３４と前記撮像装置Ｃとの離間距離を調節できるようにしてある。これによって、反射光の傾き変動に対する濃淡プロファイルを更に精密に最適化することが可能になる。
　以上のように構成された検査用照明装置１００を用いた場合に、撮像装置Ｃにおいて微小な欠陥等が明暗差として検出しやすくなる理由について図５及び図６を参照しながら説明する。
　例えば前記第３絞り３３によって、照射立体角の暗部領域と観察立体角を精密に同軸上で同じ大きさとすることができる。本実施形態では、同軸照明であるため、欠陥がない場合には照射立体角の暗部領域と反射光立体角の暗部領域は完全に一致するので、第３絞り３３により撮像装置Ｃの観察立体角を照射立体角の暗部領域と同じ大きさとした場合、図５（ａ）に示すように反射光の照射立体角の暗部領域と観察立体角は完全に合致することになる。
　この場合、図５（ｂ）に示すように検査対象Ｗに欠陥があり、反射光の立体角に傾き変動が生じると、図５（ａ）のような正常時には観察立体角内に明部領域がないため真っ暗にしか撮像されなかったのに対して、図５（ｂ）のように一部明部領域が観察立体角内に入るので明るく撮像されることになる。つまり、反射光の立体角反射光の傾き変動を前記撮像装置Ｃにより観察される観察光の濃淡情報として捉えることができ、欠陥を検出することができる。
　一方、前記第１遮光マスクＭ１が設けられていない場合には、図６に示すように同等の反射光の立体角の傾き変動が生じたとしても、図６（ｂ）に示すように、観察立体角内で考えると全く光の量に変化が生じないので、撮像装置Ｃでも濃淡情報の変化は捉えられない。このため、微小な欠陥を検出することができない。
　さらに、欠陥等の特性に応じて、前記第１絞り３１により照射立体角の大きさを調節する、あるいは、前記第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１の大きさを最適化することによって、さらに精密な欠陥検出を行うこともできる。
　このように本実施形態の検査システム２００によれば、結像光学系を形成した上で、前記第１絞り３１を設けることにより、前記検査対象Ｗの検査光の照射範囲全域において各点での照射立体角の大きさを精密に制御することができる。
　しかも、前記第１絞り３１の近傍に設けられた第１遮光マスクＭ１により、検査対象Ｗ上の結像面ＩＭにおいて影を形成することなく、照射立体角の中に暗部領域を形成することができる。そして、照射立体角の大きさを変更できるとともに、照射立体角の内部に暗部領域があることにより、欠陥の有無により観察立体角内において光の量が変化させやすい態様を作ることができるので、従来検出できなかった欠陥等も検出する事が可能となる。
　言い換えると、本実施形態の検査システム２００によれば、照射立体角の大きさや暗部領域の形状等を調節することによって反射光の立体角と観察立体角の包含関係を欠陥検出に適したものに自由に設定することができるので、従来検出が難しかった欠陥等であっても撮像画像の濃淡情報として現れるようにし、欠陥を検出できるようになる。
　次に本発明の別の実施形態について説明する。
　前記実施形態では同軸照明により検査システム２００を構成していたが、図７（ａ）に示すように検査対象に対して斜め上方から検査光を照射し、その反射光により前記検査対象Ｗを撮像装置Ｃで撮像して検査するような単純な光学系で検査システム２００を構成しても構わない。さらに、図７（ａ）に示すように、第１絞り３１及び第１遮光マスクＭ１をレンズ２と検査対象Ｗとの間に配置しても構わない。
　また、図７（ａ）に示すように第１絞り３１の近傍に第１遮光マスクＭ１を設けるだけでなく、さらに前記面光源１の近傍に第２遮光マスクＭ２を設けておき、検査対象Ｗの形状精度を検査できるようにしてもよい。
　より具体的には、前記第２遮光マスクＭ２は図７（ｂ）に示すような例えば格子状の遮光部Ｍ１１が形成されたものであり、検査対象Ｗ上に格子状の明暗部を形成するものである。もし検査対象Ｗの形状が正常なものからずれている場合には、この検査対象Ｗ上に検査光の結像面ＩＭにおける格子のゆがみ量が変化するので、形状の誤差等を検出することができる。また、第２実施形態でも前記第１絞り３１と第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１の形状等により反射光の立体角と観察立体角の包含関係をうまく調節することができるので、わずかな格子のゆがみでも撮像画像中の明暗差として検出することができる。従って、高い精度で検査対象Ｗの形状誤差等を検出する事が可能となる。
　次に本発明のさらに別の実施形態について説明する。
　前記実施形態では、照射立体角及びその暗部領域は底面が円形の円錐形状に形成される場合について説明したが、前記第１絞り３１及び前記第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１の形状により様々な形状や大きさの照射立体角を設定することができる。
　この実施形態では、図８（ａ）に示すように第１絞り３１の開口部３１ａは概略長方形状に形成されており、第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１も前記開口部３１ａよりも小さい長方形状に形成してある。また、観察立体角についても照射立体角の暗部領域よりも小さく底面が長方形状の四角錐として形成されるようにしてある。具体的には、撮像装置Ｃを含む結像光学系内における絞り位置、絞り形状、絞りの開口部に配置された第１遮光マスクの遮光部Ｍ１１の形状又は大きさにより図８に示すような任意の観察立体角を形成することができる。観察立体角の形状や大きさの形成方法の詳細については、照射立体角の形状や大きさ、暗部領域の形成方法と同様であるので省略する。
　この実施形態のように照射立体角を底面が長方形状の角錐として形成し、暗部領域も長方形状の角錐として形成すると、反射光の立体角も長方形状の角錐として形成される。従って、図８においては照射立体角の表示を省略し、反射光立体角のみを表示している。
　図８（ｂ）に示すように正常時において反射光立体角の暗部領域中に観察立体角が形成されるようにしておくと、反射光の傾きに方向性が生じる欠陥を有効に検出することができる。
　より具体的には、図８（ｂ）に示すように長方形の長辺方向に反射方向の傾きが生じる欠陥の場合には、観察立体角は反射光立体角の暗部領域から出にくいので、暗く撮像されたまま変化が生じず、検出されない。
　一方、図８（ｃ）に示すように長方形の短辺方向に反射方向の傾きが生じる欠陥の場合には、少しの変化量で観察立体角は反射光立体角の暗部領域から出ることになり、明るく撮像されて検出されることになる。
　このように、反射方向の傾きに方向性がある特定の欠陥のみを検出したい場合には、図８に示すように照射立体角及び暗部領域の形状が一方にのみ大きく形成されるようにするとともに、検出したい欠陥の方向性に合わせて短辺方向を一致させるようにすればよい。
　また、例えば第１絞り３１及び第１遮光マスクＭ１を光軸周りに対して回転可能に構成し、検査対象Ｗ上における照射立体角及び暗部領域の向きを欠陥の反射光の傾き方向性に合わせられるようにしてもよい。また、この実施形態で示したような底面が長方形状の照射立体角及び暗部領域が形成されるものだけでなく、例えば楕円形状の底面を有する照射立体角の検査光を照射するようにしてもよい。
　さらに異なる実施形態について説明する。
　この実施形態では、照射立体角内に複数の暗部領域を形成することで、多重中抜き構造を有するようにし、特定の方向へ特定の角度だけ反射光が傾き性質を有する欠陥のみを検出できるように構成したものである。
　具体的には図９（ａ）に示すように、第１遮光マスクＭ１の遮光部Ｍ１１が同心円状に複数形成してあり、照射立体角の暗部領域と明部領域が内側から外側へ交互に形成されるようにしてある。また、図９（ｂ）に示すように、観察立体角は反射光立体角の中央部に形成される暗部領域及びその外側に形成される暗部領域の間にある明部領域の幅よりも小さくなるように形成してある。
　このようにすることで、図９（ｃ）に示すように欠陥により反射光の立体角がわずかに傾いた場合には観察立体角中に反射光立体角の明部領域が入り、明るく撮像されて欠陥検出することができる。一方、図９（ｄ）に示すように欠陥により反射光の立体角が大きく変化した場合には、再び外側の暗部領域が観察立体角内に入るので暗く撮像されることになり、欠陥は検出されない。
　従って、この実施形態のように多重に暗部領域を形成することで、欠陥のうち反射光立体角に所定の角度の傾きを生じるもののみを検出する事が可能となる。また、例えば検査対象が中央部に水平面を有し、その水平面の外周を円環状に取り囲む傾斜面が連続して形成されているような２つの異なる検査対象面を有している場合には、各面の傾きの違いによる反射方向の変化量については外側の暗部領域に観察立体角が含まれるように設定することで検出されないようにすることができる。また、水平面上の欠陥による反射方向の変化は、内側の明部領域に観察立体角が入るように調整しておき、傾斜面による変化と傾斜面上の欠陥による変化が合わさった場合のみ外側の明部領域が観察立体角内に入るように調整することで、各面の傾きが異なっていたとしても容易に判別することができるようになる。
　本発明について、様々な制約等により同軸照明を用いずに検査対象Ｗに対して例えば斜め上方から検査光を当てなくてはならない場合について、より検査精度を向上させるための実施形態について説明する。
　図１０（ａ）に示すように、レンズ２の光軸が検査対象Ｗの検査対象平面Ｗａに対して斜めに入射し、検査光が検査対象平面Ｗａに対して斜め上方から照射される場合、前記面光源１の発光平面１ａが前記レンズ２の主面２ａに対して平行に配置されていると一部については面光源１を検査対象平面Ｗａ上に結像させることができるものの、他の部分に関しては結像位置からずれてしまうため結像面がぼやけてしまう。
　すなわち、同軸照明のようにレンズ２の主面２ａと検査対象平面Ｗａが平行であれば面光源１を全て結像させることができ、照射立体角の形状や大きさを均一にすることができるが、斜め上方から検査光を照射した場合、一部の領域で検査光の照射立体角の形状や大きさが変化してしまい、検査精度に影響が出ることがある。
　このような問題を解決するためにこの実施形態では、図１０（ｂ）に示すように面光源１の発光平面１ａをレンズの主面２ａに対して平行に配置するのではなく、傾けて配置してある。より具体的には、前記発光平面１ａを含む第１仮想平面ＶＰ１と、前記レンズの主面２ａを含む第２仮想平面ＶＰ２と、前記検査対象平面Ｗａを含む第３仮想平面ＶＰ３とが一直線上で交わるように配置してある。
　次に前記面光源１の発光平面１ａの傾きの調整方法について説明する。なお、この面光源１には、光軸に沿って前記レンズ２との離間距離を変更するとともに、主面１ａに対する傾き具合を変更するための姿勢調節機構が設けてある。
　まず、面光源１の発光平面１ａの中央をレンズ２の光軸上に配置し、かつ、前記発光面１ａの中央が検査対象平面Ｗａ上に結像するように面光源１、レンズ２、検査対象Ｗとのそれぞれの離間距離を設定する。
　次に、検査対象Ｗの検査対象平面Ｗａと、レンズ２の主面２ａとの交線を求め、その光線と前記発光平面１ａの中央とを通る平面を第１仮想平面ＶＰ１とする。この第１仮想平面ＶＰ１と発光平面１ａとが合致するように面光源１の傾きを調節し、図１０（ｂ）のような状態とする。このように面光源１の傾きを設定することにより、発光面１ａの各点と検査対象平面Ｗａの対応する各点との間でそれぞれガウスの結像公式が成り立つ離間距離に設定されるので、検査対象平面Ｗａ上に面光源１の発光平面１ａの全面を結像させることができる。
　このように面光源１を配置することによって、面光源１の発光平面１ａの各点と、前記検査対象Ｗの検査対象平面Ｗａの対応点との間において各々ガウスの結像公式を満たすように離間距離を合わせることができる。
　従って、図１０（ｂ）の場合には、検査対象平面Ｗａ上には前記面光源１が均一に結像しており、照射立体角やその暗部領域の大きさや形状を均一に揃えることができ、検査精度を高めることができる。
　さらに、検査対象Ｗが検査対象曲面Ｗｂを有している場合について検査精度を高めるための構成について説明する。検査対象Ｗが検査対象曲面Ｗｂを有している場合に、発光平面１ａを有する面光源１で検査光を照射しても、検査対象曲面Ｗｂ上の一部においては面光源１を結像させることができるものの、その他の領域についてはレンズからの離間距離が異なっているため結像させることができない。
　このような曲面上の全ての点に対しても前記面光源１から射出される検査光を結像させてより好ましい態様で検査光を照射できるようにするには、前記面光源１が発光曲面１ｂを有し、前記発光曲面１ｂの各点から射出された光が前記レンズにより前記検査対象曲面Ｗｂの各点において結像するように、当該発光曲面１ｂの形状が設定されていればよい。
　より具体的には、図１１（ａ）のようにレンズ２の光軸と、検査対象Ｗの中心軸が一致するような態様で照射する場合には、例えば発光曲面１ｂの形状は検査対象曲面Ｗｂと略相似形状のものにすればよい。
　別の表現をすると、発光曲面１ｂの形状や曲率は、検査対象曲面Ｗｂの各点と発光曲面１ｂの対応する各点との間でガウスの結像公式が成り立つように決めればよい。
　また、図１１（ｂ）に示すように斜め上方から検査光を照射する場合にも同様の考え方を用いることで、対応する発光曲面１ｂ形状を設定することができる。
　その他の実施形態について説明する。
　前記各実施形態では、第１遮光マスクの遮光部の形状は円形状であったが、その他、三角形や四角形等の多角形状や、格子状等さまざまな形状の遮光部であっても構わない。要するに、照射立体角中に暗部領域を形成するとともに、全ての検査光を遮らないように、第１絞りの開口量よりも小さいものであればよい。また、同様に結像光学系の構成による観察立体角の形状や大きさも同様の構成で任意に設定することができる。さらに、欠陥の性質等に応じて任意の形状の照射立体角と観察立体角の組み合わせを選ぶことによって、より精密な欠陥検査が可能となる。
　前記第２遮光マスクの遮光部の形状も実施形態に限られるものではなく、その他の形状であっても構わない。例えばストライプ状や、円形、多角形状等様々な形状であってもよい。
　観察立体角の設定方法は、各実施形態に示したものに限られず、照射立体角の暗部領域に基づいて適宜設定すればよい。例えば、正常時においては観察立体角が反射光の立体角の明部領域を包含するようにしておき、欠陥があった場合の傾き変化により暗部領域が観察立体角内に入るように構成しても構わない。
　前記実施形態では、第１遮光マスクは第１絞りに近接させて設けていたが、前記第１絞りの近傍に第１遮光マスクは配置されていればよく、若干離間していても構わない。また、前記面光源の結像面は検査対象の近傍にあればよく、厳密に検査対象上で結像していなくてもよい。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。
　本発明によれば、マシンビジョンによる製品の欠陥や傷等を検出するための検査システムを提供することができる。

Claims (8)

  1. 　検査対象に検査光を照射する検査用照明装置と、前記検査対象において反射又は散乱する光を撮像する撮像装置とからなる検査システムであって、
    　前記検査用照明装置が、
    　検査光を射出する面光源と、
    　前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記面光源を前記検査対象の近傍において結像させるレンズと、
    　前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角中に暗部領域を形成する第１遮光マスクと、を備えており、
    　前記撮像装置が、
    　前記検査用照明装置から前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角における暗部領域の形状又は大きさに基づいて観察立体角の形状又は大きさが設定されていることを特徴とする検査システム。
  2. 　前記観察立体角の大きさが前記照射立体角の暗部領域の大きさと略同じに設定されている請求項１記載の検査システム。
  3. 　前記レンズの焦点に対して所定の位置に配置される第１絞りをさらに備えた請求項１記載の検査システム。
  4. 　前記第１遮光マスクが、前記第１絞りの近傍に設けられており、前記第１遮光マスクの遮光部が前記第１絞りの開口径よりも小さく形成されている請求項３記載の検査システム。
  5. 　所定のマスクパターンが形成された第２遮光マスクが、前記面光源の射出側近傍に設けられている請求項１に記載の検査システム。
  6. 　前記面光源が発光平面を有しており、
    　前記レンズの光軸が前記検査対象上の検査対象平面に対して斜めに入射するように配置されており、
    　前記発光平面を含む第１仮想平面と、前記レンズの主面を含む第２仮想平面と、前記検査対象平面を含む第３仮想平面とが一直線上で交わるように配置されている請求項１に記載の検査システム。
  7. 　前記面光源が発光曲面を有しており、
    　前記発光曲面の各点から射出された光が前記レンズにより前記検査対象曲面の各点において結像するように、当該発光曲面の形状が設定されている請求項１に記載の検査システム。
  8. 　検査光を射出する面光源と、
    　前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記面光源を前記検査対象の近傍において結像させるレンズと、
    　前記面光源と前記検査対象との間に設けられ、前記検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角中に暗部領域を形成する第１遮光マスクと、を備えたことを特徴とする検査用照明装置。
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