(57)【要約】【課題】製品の表面が鏡面性の強い材質で、かつ表面の平面度が高くない場合でも、表面の凹凸による反射方向の差に起因する明暗と、水分や糖分による吸収を識別する手段と、ハーフミラーによる光量損失を回復する手段を提供することを課題とする。【解決手段】光軸が９０°の角度で交差する様に配置された発光波長が異なる２つの光源１１ａ、１１ｂと、各光源の光軸が交差する点でそれぞれの光軸と４５°の角度をなす様に配置されたハーフミラー１２と、各光源から出射した光線が、ハーフミラーにて透過する光線と反射する光線に分離した後、再び観察対象物の表面に集光する様に、ハーフミラーに平行に、各光源の光軸上に配置された２つのミラー１５ａ、１５ｂと、各光源から出射した光線が検査対象物の表面に集光した部位を観察するカメラ１８と、を備えていることを特徴とする外観検査装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の外観検査装置であって、
それぞれの光軸が９０°の角度で交差する様に配置された発光波長が異なる２つの光源と、
各光源の光軸が交差する点でそれぞれの光軸と４５°の角度をなす様に配置されたハーフミラーと、
各光源から出射した光線が、それぞれ、ハーフミラーにて透過する光線と反射する光線に分離した後、再び観察対象物の表面に集光する様に、ハーフミラーに平行に、各光源の光軸上に配置された２つのミラーと、
各光源から出射した光線が検査対象物の表面に集光した部位を観察するカメラと、を備えていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記各光源から出射した光線が、前記ハーフミラーにて透過する光線と反射する光線に分離した後、一方の光源の反射光と他方の光源の透過光が合成された光線が前記ハーフミラーから前記２つのミラーの一方に至る光路長と、前記他方の光源の反射光と前記一方の光源の透過光が合成された光線が前記ハーフミラーから前記２つのミラーのもう一方のミラーに至る光路長と、が異なり、それらのミラーからの反射光が一点に集光する集光点と前記ハーフミラーの面がオフセットを持つことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記光源が、ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子を発光体とする光源装置を用いた外観検査装置に関し、特に発光波長の異なる２種類のＬＥＤ素子に対し、ハーフミラーを用いて両者の光軸を重ねることにより完全な混色を実現し、さらにハーフミラーによって２つに分割された光軸を鏡で折り曲げることにより照射点で１点に集光させることで、ハーフミラーによる光量損失を回復する光学系を有する外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ素子を発光体とする光源装置はカメラ、画像処理装置と組み合わせて様々な製品の外観検査に用いられるものである。
【０００３】
製品の外観は照射する光の波長によって特定の特徴が際立って現れたり、外観となる特徴が見えなくなったりするため、外観検査において照射する光の波長選択は重要である。
【０００４】
特に、水分や糖分については近赤外の波長域においてその種類ごとに特定の波長の光を吸収し黒く見えることが知られており、これを利用した検査も行われている。
【０００５】
このような検査において、特定の波長の光を吸収した部分が、目的とする水分や糖分であるか、あるいは下地の模様やどの波長でも光を吸収する異物であるか、を判別することは重要である。
【０００６】
このため、目的とする水分や糖分には吸収されない波長でも同時に検査を行い、両者での見え方を比較することが行われる。
【０００７】
時間の経過による変化の少ない製品であれば上記２波長の光による検査を順次行えばよいが、時間とともに変形したり、水分の蒸発が顕著であったりする場合は上記２波長の光を同時に照射し、同時に画像を取得する必要がある。
【０００８】
また、製品の表面が拡散性の高い材質である場合には、２波長の光源の配置は自由度が高い。また、製品の表面が鏡面性の強い材質である場合でも、表面の平面度が高い場合にはカメラを中心に対称の位置に配置することで同一の照明条件を得ることが可能である。
【０００９】
また、製品の表面が上記２条件のいずれもが成り立たない場合、２波長の光源の光軸を厳密に一致させて混色しないと表面の凹凸による反射方向の差に起因する明暗と水分や糖分による吸収の明暗が混在してしまい、誤検出の原因となる。
【００１０】
そのような誤検出を防止する技術として、例えば、特許文献１においては、小さな基板上に格子状に配置した複数色のＬＥＤ素子からの出射光を前方に配置したマイクロレンズアレイで拡散することにより混色する技術が開示されている。また、特許文献２においては、小さな基板上に格子状に配置した複数色のＬＥＤ素子からの出射光を円錐台もしくは円錐台の上面を凹面にしたレンズによって混色させつつ狭角配光とし、さらに上方に配置した拡散手段によって混色度を高める技術が開示されている。
また、特許文献３においては、三角形平面を組み合わせて構成した凹面鏡で小さな基板上に配置した複数色のＬＥＤ素子からの出射光を反射させることにより混色する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３-１１５０７９号公報
【特許文献２】特開２００９-２６６５２３号公報
【特許文献３】特開平１０-２９００２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のごとく、２波長の光源の光軸を厳密に一致させて混色したいという要望があるが、前記特許文献１、２、３の技術では各色のＬＥＤ素子からの光が光軸方向まで含めて混色しているわけではなく、細かく見れば特定の方向から入射したある波長の光と別の方向から入射した別の波長の光が照射面を同時に照らしているという状況にある。製品の表面が拡散性の高い材質である場合には十分な混色が得られるのであるが、製品の表面が鏡面性である場合には、十分な混色が得られない。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、製品の表面の鏡面性が強く、かつ表面の平面度が高くない場合でも、表面の凹凸による反射方向の差に起因する明暗と水分や糖分による吸収の明暗が混在することなく、水分や糖分による吸収を識別可能な手段を提供することを課題とする。さらにはハーフミラーによって２つに分割されることによる光量損失を回復する手段を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、検査対象物の外観検査装置であって、
それぞれの光軸が９０°の角度で交差する様に配置された発光波長が異なる２つの光源と、
各光源の光軸が交差する点でそれぞれの光軸と４５°の角度をなす様に配置されたハーフミラーと、
各光源から出射した光線が、それぞれ、ハーフミラーにて透過する光線と反射する光線に分離した後、再び観察対象物の表面に集光する様に、ハーフミラーに平行に、各光源の光軸上に配置された２つのミラーと、
各光源から出射した光線が検査対象物の表面に集光した部位を観察するカメラと、を備えていることを特徴とする外観検査装置である。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、前記各光源から出射した光線が、前記ハーフミラーにて透過する光線と反射する光線に分離した後、一方の光源の反射光と他方の光源の透過光が合成された光線が前記ハーフミラーから前記２つのミラーの一方に至る光路長と、前記他方の光源の反射光と前記一方の光源の透過光が合成された光線が前記ハーフミラーから前記２つのミラーのもう一方のミラーに至る光路長と、が異なり、それらのミラーからの反射光が一点に集光する集光点と前記ハーフミラーの面がオフセットを持つことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置である。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記光源が、ＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の外観検査装置によれば、２波長の光源の光軸を厳密に一致させて混色した上で製品を照明するため、製品の表面の鏡面性が強くても、また表面の平面度が高くない場合
でも、表面の凹凸による反射方向の差に起因する明暗と水分や糖分による吸収の明暗が混在することなく、水分や糖分による吸収を識別することが可能となる。さらにはハーフミラーによって２つに分割された光軸をミラーで反射して集光点で再び１点に集光させるため、ハーフミラーによる光量損失を回復しＬＥＤ素子の出力光をほぼ全量有効に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の請求項１の実施形態における外観検査装置の光学系の一例を示す説明図。
【図２】本発明の請求項２の実施形態における外観検査装置の光学系の一例を示す説明図。
【図３】従来の外観検査装置における２波長光源からの光が製品で反射したときの反射光の状況を例示する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態である外観検査装置１０の光学系の説明図である。
【００２１】
本発明の外観検査装置１０は、検査対象物の外観検査装置である。
本発明の外観検査装置１０は、それぞれの光軸が９０°の角度で交差する様に配置された発光波長が異なる２つの光源１１ａ、１１ｂと、各光源の光軸が交差する点でそれぞれの光軸と４５°の角度をなす様に配置されたハーフミラー１２と、各光源から出射した光線が、それぞれ、ハーフミラー１２にて透過する光線と反射する光線に分離した後、再び観察対象物の表面に集光する様に、ハーフミラー１２に平行に、各光源の光軸上に配置された２つのミラー１５ａ、１５ｂと、各光源から出射した光線が検査対象物である製品１６の表面に集光した部位（集光点１７）を観察するカメラ１８と、を備えている。
【００２２】
ＬＥＤ照明１１ａからハーフミラー１２に至る光路長Ｌ１とＬＥＤ照明１１ｂからハーフミラー１２に至る光路長Ｌ２は等しくすることが望ましい。
【００２３】
ＬＥＤ照明１１ａから出射した光１３ａはハーフミラー１２で透過する光と反射する光に概ね５０％ずつに分割される。ＬＥＤ照明１１ｂから出射した光１３ｂも同様にハーフミラー１２で透過する光と反射する光に概ね５０％ずつに分割される。
【００２４】
光１３ａの反射成分と光１３ｂの透過成分はハーフミラー１２上で混合され２つの波長成分を含む光１４ａとなる。同じく光１３ａの透過成分と光１３ｂの反射成分は混合され２つの波長成分を含む光１４ｂとなる。
【００２５】
光１４ａはミラー１５ａで反射されて進行方向が９０°変化する。また光１４ｂはミラー１５ｂで反射され進行方向が９０°変化する。
【００２６】
その後、光１４ａと光１４ｂは製品１６上の集光点１７に集光する。
光１３ａと光１３ｂの光路長Ｌ１、Ｌ２は等しいことが望ましい。
【００２７】
本実施形態の外観検査装置１０のＬＥＤ照明１１ａ、１１ｂからなる光源によって照射された製品１６の画像を取得するためのカメラ１８は一例として図１に示したような配置とすることが可能である。
【００２８】
＜第二の実施形態＞
図２は、本発明の第二の実施形態における外観検査装置２０の光学系の説明図である。
【００２９】
本発明の外観検査装置２０の光学系は第一の実施形態における外観検査装置１０と同様の構成であるが、異なる点は、外観検査装置２０の各光源１１ａ、１１ｂから出射した光線が、ハーフミラー１２にて透過する光線と反射する光線に分離した後、一方の光源１１ａの反射光と他方の光源１１ｂの透過光が合成された光線１４ａがハーフミラー１２からミラー１５ａに至る光路長と、他方の光源１１ｂの反射光と一方の光源１１ａの透過光が合成された光線１４ｂがハーフミラー１２からミラー１５ｂに至る光路長と、が異なるため、それらのミラーからの反射光が一点に集光する集光点１７とハーフミラー１２の面がオフセットを持つことである。
【００３０】
第二の実施形態の外観検査装置２０における、ＬＥＤ照明１１ａ、１１ｂおよびハーフミラー１２の配置は第一の実施形態と同様である。
【００３１】
本実施形態では光１４ａのハーフミラー１２からミラー１５ａに至る光路長Ｌ１´が光１４ｂのハーフミラー１２からミラー１５ｂに至る光路長Ｌ２´よりも長くなるようにミラー１５ａおよび１５ｂを配置する。これによってミラー１５ａで反射した後の光１４ａの光路長はミラー１５ｂで反射した後の光１４ｂの光路長よりも短くなり、光１４ａと光１４ｂの光軸は全体で長方形になり、合計した光路長は、光１４ａ、光１４ｂとも同じ（Ｌ１´＋Ｌ２´）になる。
【００３２】
これによって、光１３ａと光１３ｂが製品１６上で集光する集光点１７とハーフミラー１２はオフセットを持つようになる。
【００３３】
このため、本実施形態の光源によって照射された製品１６の画像を取得するためのカメラ１８は図２に示したように製品１６に直交する配置とすることが可能である。
【００３４】
なお、本発明の外観検査装置１０、２０における光源１１ａ、１１ｂとしては、ＬＥＤ光源を好適使用することができる。また、適切な発光波長を選定可能なＬＥＤ以外の光源を使用することもできる。
【実施例】
【００３５】
＜実施例１＞
本発明を実施するための形態で示した請求項１の構成の外観検査装置１０を用いて、水１０マイクロリットルを印刷の施された樹脂フィルム上に滴下したものを撮影した。第１の発光波長として中心波長１４５０ｎｍで発光する第１のＬＥＤ照明１１ａと第２の発光波長として中心波長１２００ｎｍで発光する第２のＬＥＤ照明１１ｂとを用いた。集光点１７からの光は波長１３００ｎｍ以下を透過し、１３００ｎｍ以上を反射するダイクロイックフィルターを用いて透過光と反射光に分割し、それぞれの光軸にカメラ１８を設置して同時に画像を取得した。画像を比較したところ、水滴部分では輝度差が５０階調あったのに対し、水滴以外の部分では輝度差が最大で２０階調であった。
【００３６】
＜比較例１＞
一方、請求項１の構成を用いず、図３に示すような構成の外観検査装置３０を用いて画像を取得したところ、第１のＬＥＤ照明１１ａから出射した光のうち集光点１７でカメラ１８方向に反射した光の強度１９ａおよび第２のＬＥＤ照明１１ｂから出射した光のうち集光点１７でカメラ１８方向に反射した光の強度１９ｂは製品１６のたわみによって変化し、水滴以外の部分でも輝度差が最大で５５階調あった。
【符号の説明】
【００３７】
１０、２０、３０・・・外観検査装置
１１ａ・・・第１のＬＥＤ照明
１１ｂ・・・第２のＬＥＤ照明
１２・・・ハーフミラー
１３ａ・・・第１のＬＥＤ照明から出射した光
１３ｂ・・・第２のＬＥＤ照明から出射した光
１４ａ・・・第１のＬＥＤ照明から出射した光の反射成分と第２のＬＥＤ照明から出射した光の透過成分が混合された光
１４ｂ・・・第１のＬＥＤ照明から出射した光の透過成分と第２のＬＥＤ照明から出射した光の反射過成分が混合された光
１５ａ・・・ミラー
１５ｂ・・・ミラー
１６・・・製品
１７・・・集光点
１８・・・カメラ
１９ａ・・・第１のＬＥＤ照明１１ａから出射した光１３ａのうち集光点１７でカメラ１８方向に反射した光の強度
１９ｂ・・・第２のＬＥＤ照明１１ｂから出射した光１３ｂのうち集光点１７でカメラ１８方向に反射した光の強度
Ｌ１・・・光１３ａの第１のＬＥＤ照明１１ａからハーフミラー１２までの光路長
Ｌ１´・・・光１４ａのハーフミラー１２からミラー１５ａまでの光路長
Ｌ２・・・光１３ｂの第２のＬＥＤ照明１１ｂからハーフミラー１２までの光路長
Ｌ２´・・・光１４ｂのハーフミラー１２からミラー１５ｂまでの光路長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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