(57)【要約】【課題】拡散物体と光沢物体が混在しているような検査対象物の検査のための照明装置および検査装置を提供する。【解決手段】検査対象物の検査対象領域を撮像して画像を取得するために、前記検査対象領域を照明する照明装置であって、平行光または発散光に近い照明光を発する照明光源と２枚のホログラムによって構成されており、これら２枚のホログラムのうち、第１のホログラムは前記照明光源から入射する照明光を、斜め方向の平行光である第１回折光として出射するものであり、もう１枚の第２のホログラムは、回折効率が低い中央部領域と回折効率が高い周辺部領域とが同心円状に配置された構成を有しており、前記第１回折光が入射したときに所定の範囲に集光するような第２回折光を出射するものであることを特徴とするような照明装置。【選択図】図１
2013210294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の検査対象領域を撮像して画像を取得するために、前記検査対象領域を照明する照明装置であって、
平行光または発散光に近い照明光を発する照明光源と２枚のホログラムによって構成されており、これら２枚のホログラムのうち、
第１のホログラムは前記照明光源から入射する照明光を、斜め方向の平行光である第１回折光として出射するものであり、
もう１枚の第２のホログラムは、回折効率が低い中央部領域と回折効率が高い周辺部領域とが同心円状に配置された構成を有しており、前記第１回折光が入射したときに所定の範囲に集光するような第２回折光を出射するものであることを特徴とするような照明装置。
【請求項２】
前記照明光源として白色照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記照明光源として単色ＬＥＤ照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記照明光源として赤外照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記照明光源として紫外照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項６】
前記ホログラムとして、表面レリーフ型のものを用いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記ホログラムとして、体積型のものを用いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置を用いて前記検査対象領域を照明し、
前記検査対象領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた前記検査対象物の画像を処理して、良否判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は製品や製造途中品（仕掛品）などの欠陥検査するときに用いられるカメラ検査用の照明装置に関するものであり、特に、照明装置にホログラムを用いることにより、通常印刷物などの拡散物体と蒸着フィルムなどの光沢のある物体が混在した検査対象物に対して、適切な照明が行えるようにすることで、簡単にカメラ検査できるようにする技術についてのものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラを用いて画像から欠陥検出を行う検査装置は、製品検査などで広く用いられている。このような検査装置では、欠陥を検出しやすいように適切な照明光源で検査対象物を照明することが重要である。
このような照明光源の一つとしてリング照明があり、印刷物などの拡散物体を検査する場合に、ひろく用いられている。
【０００３】
このようなリング照明とカメラを用いた構成による検査には、例えば、特許文献１〜２など、多くのものが知られている。
そして、このような検査で用いられるリング照明は、通常は多数のＬＥＤ照明を円環状に配置する（特許文献３、４など）、サークル形状の蛍光管を用いる、ファイバー光源からの光に対して特殊なレンズを入れるなどの方法で実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願平１−７７８６１号公報
【特許文献２】特願平１０−３１９３３１号公報
【特許文献３】特願２００１−１３４７９９号公報
【特許文献４】特願２００９−１５８０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カメラとリング照明を用いる検査は、紙容器や、印刷物など拡散物体の検査を行う場合には適している。
しかし、蒸着フィルムなど光沢のある物体の場合、リング照明では光が正反射されてカメラに入らない。これらの検査には普通同軸照明などが用いられるが、同軸照明は、表面反射によるテカリが生じやすく拡散物体の検査には適さない。
【０００６】
検査対象物の中には、紙容器に蒸着フィルムがシールされた商品や、蒸着フィルムの上に印刷が施されている商品など、拡散物体と光沢のある物体が混在しているものも多い。これらを検査するには、拡散物体用のリング照明と、光沢物体用の同軸照明を用いて、それぞれカメラ検査を行う必要があるので、検査が複雑になるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、ホログラムを用いて、リング照明と、同軸照明の機能を同時に満たすような照明装置を提供することで、拡散物体と光沢物体が混在している物体のカメラ検査を簡単に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、検査対象物の検査対象領域を撮像して画像を取得するために、前記検査対象領域を照明する照明装置であって、
平行光または発散光に近い照明光を発する照明光源と２枚のホログラムによって構成されており、これら２枚のホログラムのうち、
第１のホログラムは前記照明光源から入射する照明光を、斜め方向の平行光である第１回折光として出射するものであり、
もう１枚の第２のホログラムは、回折効率が低い中央部領域と回折効率が高い周辺部領域とが同心円状に配置された構成を有しており、前記第１回折光が入射したときに所定の範囲に集光するような第２回折光を出射するものであることを特徴とするような照明装置、としたものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記照明光源として白色照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置、としたものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記照明光源として単色ＬＥＤ照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置、としたものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記照明光源として赤外照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置、としたものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記照明光源として紫外照明光源を用いていることを特徴とする請求項１記載の照明装置、としたものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、前記ホログラムとして、表面レリーフ型のものを用いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置、としたものである。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、前記ホログラムとして、体積型のものを用いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置、としたものである。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置を用いて前記検査対象領域を照明し、
前記検査対象領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた前記検査対象物の画像を処理して、良否判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする検査装置、としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の検査装置では、２枚のホログラムと、照明光源を用いて検査用の照明を実現している。
このうちの一つのホログラムは、検査対象物の近辺に光を集光させる機能を持っており、ホログラムの中心近くからの回折光は、検査対象物を真上近くから照明することになるので同軸照明としての機能を持ち、周辺部からの光は検査対象物を回りから照明することになるのでリング照明としての機能を持つことになる。
【００１７】
また、このホログラムは中央付近の回折効率が周辺部に比べて弱いため、同軸照明がリング照明に比べて弱くなっている。このことは、拡散物体を観察する場合に同軸照明でのテカリの影響を小さくする効果がある他、蒸着フィルムなどの光沢物が拡散物体に比べて明るくなりすぎて、カメラのダイナミックレンジからはずれることを防ぐ効果を持っている。
このため、本発明の照明装置を用いれば、拡散物体と光沢物体が混在している検査対象物のカメラ撮像を、一度に行うことができ、検査工程を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の照明装置および検査装置の一実施形態を示す概要図
【図２】本発明で用いる第２ホログラムの概略を示す上面図
【図３】本発明で用いるホログラム撮影系の一例を示す概要図
【図４】本発明で用いるホログラム再生の一例を示す概要図
【図５】本発明で用いるホログラム撮影系の一例を示す概要図
【図６】本発明で用いるホログラム撮影系の一例を示す概要図
【図７】本発明で用いるホログラム再生の一例を示す概要図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の照明装置について、図面を用いて詳細な説明を行う。
図１は、本発明の照明装置を検査装置に用いた場合の一実施例を示す概要図である。この図で、照明装置は、１枚目のホログラム（以下第１ホログラムと呼ぶ）１、２枚目のホログラム（以下第２ホログラムと呼ぶ）２、照明光源３によって構成されている。
【００２０】
図１で、照明光源３から生じた、発散光４は第１ホログラム１に入射する。この光は第１ホログラム１で回折されて、斜め方向に進むほぼ並行な回折光５として射出される。この回折光５は、第２ホログラム２に入射する。第２ホログラムは図２に示すように、同心円状の２つの部分に分かれており、中央部が回折効率の低い領域６、周辺部が回折効率の高い領域７となっている。
【００２１】
回折効率の低い領域６、および回折効率の高い領域７に入射した光は、図１に示すようにそれぞれ回折されて検査対象物１０近辺に集まるような光８、９となる。この回折光８，９により、検査対象物１０が照明される。
この時に、第２ホログラム２の中心近くの回折効率の低い領域６で回折されて、検査対象物１０を照明する光８は、同軸照明と同様に検査対象物１０を真直ぐに照らすような光となっている。
一方、周辺部の回折効率の高い領域７で回折されて検査対象物１０を照明する光９は、リング照明と同様に検査対象物１０を周りから照らすような光となっている。
【００２２】
これらの光は検査対象物１０で反射されて、反射光１１は第２ホログラム２の中央付近にある回折効率の低い領域６を通過して、カメラ１２に入射し、検査対象物１０の画像が撮像される。
検査対象物１０が光沢物体１３と、拡散物体１４で構成されている場合、光沢物体１３では、入射光が正反射方向に強く反射されるので、カメラ１２には、中央付近からの光８に対する反射光が入射することになる。
一方、拡散物体１４では、中心部からの光８と周辺部からの光９がともに拡散反射されて、カメラ１１で観察される。このときに、周辺部からの光９が強いので、主に光９による像が観察されて、光８が表面で反射されるテカリの影響は少なくなる。
【００２３】
また、同軸照明で照らした光沢物体は、光が拡がらない分画像が明るく見えるので、光８を光９に比べて弱くしておくことで、光沢物体１２と拡散物体１３の明るさの違いを小さくすることができ、検査対象物を良好に観察することができる。
なお、光沢物体と拡散物体の明るさの違いは、同軸照明光の拡がり方によって変わるが、例えば、同軸照明光の広がりが３０（±１５）°程度である場合に、光沢物体の明るさは拡散物体に比べて１０倍以上明るくなるので、中心部からの光８と周辺部からの光９の強度差が１０倍以上になるように設定しておくほうが良い。
【００２４】
さらに、ホログラム２の中心近くの回折効率が低いことは、カメラ１２で観察するときに検査対象物１０からの反射光１１が、なるべく回折されないで通過できるようにする効果もある。
このため、中心の回折効率が低い部分は、検査対象物上の検査対象領域の大きさよりも広い領域を観察可能な大きさとなるように設定しておいたほうが良い。
【００２５】
本発明では、各方向に対して照明光がなるべく均一になるようにするため、ホログラムを２枚用いている。
第１ホログラム１は照明光源３に対して真直ぐになっているので、ホログラム面で光が各方向にほぼ均一に広がる。この光を回折させて、斜め方向に平行光として射出させているので、第２ホログラム面でも、光は各方向に対して均一なものとなる。
このため、第２ホログラムからの回折光である検査対象物を照明する光も、各方向に対して、ほぼ均一なものとすることができる。
【００２６】
また、一般的に、ホログラムでは再生波長によって光が違う方向に回折される波長分散という現象が生じるが、同じピッチのホログラムを２枚重ねて用いると、回折方向の違いを打ち消しあうので波長分散の影響を小さくすることができる。
本発明で用いる２枚のホログラムは、どちらも同じ斜め方向の光と、正面に近い方向の光に分かれるので、ピッチが近く、波長分散の影響を減らすため効果ももっている。このため、照明光源として白色光源を用いることも可能である。
【００２７】
本発明の照明装置で用いているホログラムは、例えば以下のような方法で作成することができる。
図３は、図１の第１ホログラム１を作成するために用いる光学系の一実施例を示す概要図である。
この図３で、図示しないレーザー光源からの平行光１５が、感光材料の塗布された乾板１６に斜め方向から入射する。一方、同じレーザー光源から発した発散光１７は正面から乾板１６に入射する。これら光１５と光１７の干渉により、乾板１６にホログラムが記録される。
このようにして作成したホログラム１６は、図４に示すように点光源に近い照明光源からの光１８で照明すると、斜め方向にほぼ平行な光１９を回折するようなホログラムとなる。
【００２８】
図１の第２ホログラム２は例えば、２回のホログラム撮影で作成できる。図５、６はこの第２ホログラム２を作成するために用いる光学系の一実施例を示す概要図である。
図５で、図示しないレーザー光源からの平行光２０は中央部分を遮光したマスク２１を通過して感光材料の塗布された乾板２２に斜め方向から入射する。同じ照明光源から発したレーザー光２３は、拡散板２４を照明し、拡散板２４らの拡散光２５がマスク２１を通過して乾板２２に入射する。この２つの光の干渉により、乾板２２にホログラムが記録される。
【００２９】
図６では、ほぼ同様の光学系で、周辺部を遮光したマスク２６を用いる。ただしこの場合は、拡散板２４を弱い光２７で照明して、拡散光２８が、平行光２０に対して、大幅に弱くなるようにして乾板２２に入射させる。こうすると平行光２０と拡散光２８の干渉により乾板２２の中央部分にホログラムが記録される。
【００３０】
図７は、このようにして作成したホログラムを再生する場合の一実施例を示す概要図である。
作成したホログラム２２を斜め方向からの平行光２９で照明すると、拡散板２４からの光に相当する光を集光するような回折光３０が生じる。
このときに中央部３１は弱い物体光を使って撮影しているので、中央部３１の回折効率が、周辺部３２に比べて低くなる。
【００３１】
本発明の照明装置においては、照明光源として単色ＬＥＤ光源を用いることも可能である。
２枚のホログラムで補正をしてはいるが、再生光の波長が違うと回折光の方向がある程度変化するので、照明光源として狭い波長の光で再生するほうが輝度ムラを生じ難い。このため、安価で発光効率の高い単色のＬＥＤを照明光源として用いるのは適している。なお、この場合には撮像手段であるカメラとしては、モノクロのものを用いるほうが良い。
【００３２】
また、照明光源として赤外光源や紫外光源をそれぞれ用いることも可能である。
撮像手段であるカメラによっては、近赤外や近紫外にも感度を持っているものがあり、またホログラムは紫外光、赤外光に対しても、可視光と同様に用いることができるので、本発明の照明装置は、紫外、赤外の検査にも用いることができる。
検査対象物によっては、紫外光や赤外光での検査が適している場合があり、また、ＬＥＤや半導体レーザーの中には、赤外発光で高輝度かつ比較的安価なものがあるため、検査によっては、それらを用いるのが適している。
【００３３】
本発明の照明装置においては、ホログラムとして、表面レリーフ型のものを用いている。
表面レリーフ型のホログラムは、エンボスや射出成型などで簡単に複製が行えるため、ホログラムを安価に作成できるという利点を持っている。また、使える材料に制限が少ないため、耐久性の必要な状況でも検査にも用いることができるという利点がある。
【００３４】
本発明の照明装置においては、ホログラムとして、体積型のものを用いている。
体積型のホログラムは、高い回折効率が得られる（理論的には１００％）ので、光を有効に利用できるという利点がある。
【実施例１】
【００３５】
図３のような系を用いて、本発明の第１ホログラムとして用いるホログラム撮影を行った。撮影には、Ａｒ＋レーザーの４５８ｎｍの光を用いている。
乾板として、透明なガラス板にフォトレジストを塗布したものを用いた。
一方の光は、乾板に対して３０ｃｍの距離から広がるような発散光を用い、もう一方の光は乾板に対して、５０°の角度で入射するような平行光を用いた。
このようにして、乾板上に露光を行った後に、アルカリ現像液で現像することで、表面レリーフ状のホログラムを作成した。
【００３６】
次に、図５のような光学系により第２ホログラム２の撮影を行った。なお、第１ホログラム撮影と同じく、Ａｒ＋レーザーと、フォトレジスト乾板２２を用いている。
拡散板２４部分にはすりガラスを２枚重ねて用いており、中央部の直径３ｃｍの円形部分のみ光が通るようにそれ以外の部分を黒紙で覆った。
乾板２２の前のマスク２１は、ガラス板の中央部分に、直径４ｃｍの円形の黒紙を貼り付けることで作製した。
拡散板２４と乾板２２の距離は、１０ｃｍの距離となるようにしており、乾板に斜め方向から入射する平行光の角度は５０°となるようにした。
このような系で、拡散光の強度が、斜めからの平行光の強度の約１／３となるようにしてホログラムを記録した。
【００３７】
この乾板を用いて、次に図６のように、周辺部分を遮光するようなマスク２６を用いてホログラムの撮影を行った。
このとき、マスク２６は黒紙の中央部を直径４ｃｍの円形状に繰りぬいたものを用いた。
また、拡散光側の強度を弱めて、斜めからの平行光に対して、約１／２０の強度になるようにした。
このようにして、露光を行った後に、アルカリ現像液で現像することで、表面レリーフ状の第２ホログラムを作成した。
なお、この第２ホログラムで中央部分の回折効率は約３％、周辺部分の回折効率は約１５％となっていた。
【００３８】
このようにして作成したホログラムを用いて、中心波長が約４６５ｎｍの砲弾型青色ＬＥＤの光により約３０ｃｍの距離から第１ホログラム１を照明した。
その回折光があたる位置に、第２ホログラム２を設置し、さらに第２ホログラム２からの回折光が結像する位置に、検査対象物として、ＰＥＴボトルキャップにアルミシールが貼られたものを設置した。
なお、このときに検査対象物にあたる光の強度は、周辺部からの光が、中心部からの光の約１２倍になっていた。
モノクロＣＣＤカメラを用いて検査対象物を観察したところ、キャップの地の部分、アルミシールの部分ともにカメラできれいに観察することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上述べてきたように、本発明の照明装置ではリング照明と、同軸照明の機能を同時に満たし、拡散物体と光沢物体の明るさの違いを調整できるため、拡散物体と光沢物体が混在している物体のカメラ検査を簡単に行えるようになる。このため、そのような製品を検査する検査装置などに利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・第１ホログラム
２・・・第２ホログラム
３・・・照明光源
４・・・発散光
５・・・回折光
６・・・回折効率の低い領域
７・・・回折効率の高い領域
８・・・回折光
９・・・回折光
１０・・・検査対象物
１１・・・反射光
１２・・・カメラ
１３・・・光沢物体
１４・・・拡散物体
１５・・・平行レーザー光
１６・・・乾板
１７・・・発散レーザー光
１８・・・発散光
１９・・・回折光
２０・・・平行レーザー光
２１・・・中央部を遮光したマスク
２２・・・乾板
２３・・・レーザー光
２４・・・拡散板
２５・・・拡散レーザー光
２６・・・周辺部を遮光したマスク
２７・・・レーザー光
２８・・・拡散レーザー光
２９・・・平行光
３０・・・回折光
３１・・・乾板の中央部
３２・・・乾板の周辺部
【図１】
2013210294.tif 000003
【図２】
2013210294.tif 000004
【図３】
2013210294.tif 000005
【図４】
2013210294.tif 000006
【図５】
2013210294.tif 000007
【図６】
2013210294.tif 000008
【図７】
2013210294.tif 000009