(57)【要約】【課題】カメラを使った検査装置に用いられる照明装置であって、一台の照明装置で、検査条件を見出すことを容易にすることを目的とする。【解決手段】照明光源と、開口パターンの形成された液晶パネルと、拡散板と、凸レンズとによって構成され、照明光源からの光が、液晶パネルの開口パターン、拡散板を通過した後に凸レンズを透過して出射していることを特徴とし、さらに液晶パネルおよび拡散板が凸レンズよりも大きな径となっており、拡散板が、レンズに対して焦点距離だけ離れた位置に設置してもよい。【選択図】図１
2016133332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラを使った検査装置に用いられる照明装置であって、
照明光源と、開口パターンの形成された液晶パネルと、拡散板と、凸レンズとによって構成され、
照明光源からの光が、液晶パネルの開口パターン、拡散板を通過した後に凸レンズを透過して出射することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
液晶パネルおよび拡散板が、凸レンズよりも大きな径となっていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
拡散板が、凸レンズに対して焦点距離だけ離れた位置に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
凸レンズと拡散板の距離が可変となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載した照明装置と、
照明装置から出射され、検査物体を透過した光を受光するカメラと、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、製品の検査やマシンビジョンなどに用いられる照明装置に関してのものであり、特に、カメラを用いた透過照明による光学的な検査で、照明観察条件の検討が簡単に行えるようにする照明装置技術についてのものである。
【背景技術】
【０００２】
透過照明とカメラを用いて画像から欠陥検出を行う検査方法は、透明物体の製品検査などで広く用いられている。例えば、特許文献１、特許文献２など、このような技術が用いられている例は多い。このような検査装置では、検出しやすいように製品や欠陥の種類に適した照明方法で検査物体を照明することが重要になる。
【０００３】
このために、面照明、スポット照明、リング照明などさまざまな照明装置が市販されており（非特許文献１）、これらの照明装置を、検査物体やカメラと適切に配置して検査を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２３７４６号公報
【特許文献２】特開平６−１８６００２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】（株）イマック  ２０１４〜  ＬＥＤ照明総合カタログ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カメラを用いた検査を行う場合、検査する物体の材質や形状、検出する欠陥の種類などによって、検査に適した、照明光の入射角度や拡散性などが違ってくる。特に、複雑な形状の物体に対しての検査や、半透明異物など見え難い欠陥に対する検査を行う場合などは、ノイズを抑えて欠陥を目立たせる照明条件を見つけるのが難しくなる。
【０００７】
このような場合に、多数の照明装置を用意して、色々な配置で、何度もテストを行う必要があり、作業が大変であるし、費用もかかる。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされるものであり、一台の照明装置で、検査条件を見出すことを容易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】
【０００９】
このような課題を解決するために、
請求項１の発明では、
カメラを使った検査装置に用いられる照明装置であって、
照明光源と、開口パターンの形成された液晶パネルと、拡散板と、凸レンズとによって構成され、
照明光源からの光が、液晶パネルの開口パターン、拡散板を通過した後に凸レンズを透過して出射することを特徴とする照明装置を提案している。
【００１０】
請求項２の発明では、
液晶パネルおよび拡散板が、凸レンズよりも大きな径となっていることを特徴とする請
求項１に記載の照明装置を提案している。
【００１１】
請求項３の発明では、
拡散板が、凸レンズに対して焦点距離だけ離れた位置に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置を提案している。
【００１２】
請求項４の発明では、
凸レンズと拡散板の距離が可変となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置を提案している。
【００１３】
請求項５の発明では、
請求項１〜４のいずれかに記載した照明装置と、
照明装置から出射され、検査物体を透過した光を受光するカメラと、を有することを特徴とする検査装置を提案している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、照明装置を構成する液晶パネルを用いて表示パターンを変更でき、凸レンズを用いて、検査物体に対して照明装置が遠方にあるように結像することによって、検査物体を照明する光の入射角度や、拡散性を、簡単に変更することができる。
【００１５】
このため、製品の検査条件を検討する場合に、液晶パネルの画像パターンと、レンズと照明装置の距離を変えるだけで、照明光の入射角度や拡散性、照明光源の種類や大きさ、などについてさまざまな条件をテストできるので、検査に適した条件を容易に見つけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の照明装置の一実施例を示す概要図。
【図２】本発明の照明装置での凸レンズの役割を示すための概要図。
【図３】本発明の照明装置で入射光角度を変える場合の説明のための概要図。
【図４】本発明の照明装置で用いる拡散板の大きさを示す概要図。
【図５】本発明の照明装置で拡散性を持つ照明を行う場合の説明のための概要図。
【図６】本発明の照明装置で拡散性を持つ照明を行う場合の説明のための概要図。
【図７】本発明の液晶パネルの表示パターンの一例を示す概要図。
【図８】本発明の液晶パネルの表示パターンの一例を示す概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の照明装置について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の請求項１記載の照明装置の一例を示す概要図である。
【００１８】
本発明の照明装置は、照明光源１、液晶パネル２、拡散板３、凸レンズ４によって構成されている。この図で、照明光源１から発した光５は、液晶パネル２に入射する。この光の中で、液晶パネル２に表示された画像の開口部を通った光が通過して、液晶パネル２とほぼ密着して置かれている拡散板３に入射して拡散され、拡散光６となって、凸レンズ４にあたり、屈折されて、照明光７として、透明な検査物体８を照明する。検査物体８を透過した光の一部９は、カメラ１０のレンズに入射して、カメラ１０に検査物体８の画像が撮像される。
【００１９】
この系で、例えば、液晶パネル２に点のパターンで透過する画像を表示した場合、図２に示すように拡散板３に点パターン１１が表示され、この点パターン１１がレンズ４によって遠方に結像されて、虚像１２の位置に置かれた点光源と同等の光で、検査物体８が照明されることになる。
【００２０】
ここで、レンズ４を用いる理由について説明する。一般に検査物体８はある程度大きさを持っているが、検査では全面でほぼ同じ照明条件となることが望まれる。
【００２１】
しかし、例えば点パターン１１のように近い位置からの照明の場合には、検査物体８の左側に入る光と右側に入る光など検査物体８の位置によって照明光の入射角度が大きく違ってくる。
【００２２】
像１２のように遠方からの点照明の場合には、左側に入る光と右側に入る光など、位置による入射角度の違いが小さくなる。
特に、拡散板３と凸レンズ４が焦点距離だけ離れている場合は、無限遠点に結像されるので平行光となって位置による角度の違いがなくなり、より検査に適した照明となる。
次に、液晶パネル２の点パターンを異なる位置に表示した場合について見る。
この場合は、図３に示すように拡散板３上の点パターン１３のレンズ結像位置１４に置かれた点光源と同等の光で、検査物体８が照明されることになる。
【００２３】
このため、図２の場合と異なる入射角度の照明光で、検査物体８を照明することができている。
【００２４】
このように、本発明の照明装置を用いると液晶パネル上のパターンの位置を変えることで、入射光の角度を簡単に変更することができる。なお、透過検査の場合、欠陥部のみを光らせるなどの理由で、斜め方向から照明する場合もあり、４５度程度くらいまでの角度からの照明は頻繁に用いられる。
【００２５】
このため、４５度までの照明に対応する画像を表示できるように、図４に示すように、拡散板３の大きさは拡散板３の周辺とレンズ４の中心の角度１５が４５度以上となるような大きさになっていることが望ましい。
【００２６】
次に、液晶パネル２に、例えば、ある程度の大きさがある円パターン画像を表示した場合について見る。図５に示すように拡散板３上の円パターン１６のレンズ結像位置１７に置かれた円形の面光源と同等の光で、検査物体８が照明されることになる。この場合、検査物体の中央部にあたる光を見ると、結像位置１７の左側からと右側からの光のように、異なる角度からの光が入射するようになっており、拡散照明として機能することになる。
【００２７】
面積の異なるパターン１８を表示した場合は、図６に示すように、結像位置１９の左側からと右側からの光の入射する角度の範囲が違ってくる。このように、本発明の照明装置を用いると液晶パネル上のパターンの大きさを変えることで、入射光の拡散性を簡単に変更することができる。
【００２８】
なお、表示するパターンを、図７のように中央が明るく、周辺が暗いものにしてやれば、例えば、ガウス分布で拡散するようなパターンなども表示することができる。
【００２９】
本発明の装置は、照明光の入射角度と拡散性のみではなく、表示パターンにより様々な照明装置の代わりに用いることができる。
【００３０】
例えば、図７Ａに示すような円環パターンを液晶パネル２に表示してやれば、リング照明として用いることができる。
【００３１】
図７Ｂに示すようなラインパターンを表示してやれば、ライン照明として用いることが
できる。
【００３２】
図７Ｃに示すような全面を光らせるパターンを表示してやれば、ドーム照明の代替として用いることができる。
【００３３】
なおこの照明装置では、液晶パネルを用いている。一般に液晶パネルは、光の透過する角度によって特性が変化し、斜め方向の光に対してはコントラスト低下などの画質劣化が生じることが知られている。また、液晶パネルでは偏光板が用いられるので射出される光が直線偏光となってしまう。検査対象によっては偏光方向で見え方が変わってくるなどの影響があり、通常の検査では無偏光のほうが適している場合が多い。
【００３４】
それで、本発明においてはこれらの影響を解消するために、液晶パネルを通過した光が拡散板に入射するような構成としている。拡散板に入射した光は拡散されて広がるため、液晶パネル通過時に方向による違いがあっても、それらの光が混ざって平均化されることになるので、方向による違いがほとんど無くなる。
【００３５】
また、拡散板として散乱材などによる内部拡散のものを用いた場合、散乱粒子で反射されるときに偏光面がランダムに変化するので、偏光特性の無い無偏光の光となって射出される。
【００３６】
拡散板を用いると、液晶パネルに表示される画像の解像力が低下するが、検査用照明の光源形状については、リング、同軸、拡散などといった大まかな形状で十分な場合がほとんどで細かい形状が問題になることは少ない。
【００３７】
本発明の照明装置は、レンズと拡散板との距離を可変にして、レンズの焦点距離と、それより短い距離で、色々に変えられるようにしておく構成とすることもできる。このような構成から、好適な照明距離の条件を見つけられる。また、このようにして好適な照明距離を見つけ、これと等しい照明系をもつ照明装置を製造することに利用できる。
【実施例】
【００３８】
本発明の実施例の照明装置を得るため、液晶パネルとして液晶モニターを水平に置いて使用し、照明光源として液晶モニターのバックライトをそのまま使用した。
【００３９】
拡散板としては、透過用のスクリーンとして用いられている内部拡散タイプのものを使用し、液晶モニター表面に密着するよう配置した。
【００４０】
これらの上２０ｃｍくらいのところに、焦点距離２０ｃｍで、直径５ｃｍの平凸レンズを設置し、平凸レンズの平らな面の上に検査物体を設置した。
【００４１】
この上にカメラを設置して観察できるようにした。カメラとしては、カラーのＣＭＯＳカメラを使用し、レンズには０．４倍のテレセントリックレンズを用いた。
【００４２】
そして、テスト用の検査物体としては、２０ｍｍ角の大きさで表面に浅い凸凹パターンの記録してある透明プラスチック板に傷とインク汚れをつけたものを用いた。
【００４３】
まず、液晶パネルに小さな点状のパターンを表示して、カメラで像を撮像した。
【００４４】
この場合には、凸凹パターンと、傷、汚れの部分がいずれもくっきりした黒で観察された。
【００４５】
次に、表示パターンをもう少し大きい円として表示してテストした。
この場合には、細かな凸凹パターンは見えなくなり、傷の部分と汚れのみ黒く観察できた。
【００４６】
次に、全面を光らせるようなパターンにしたところ汚れの部分のみが黒くなり、後は白い画像となった。
次に、円環状のパターンにしたところ、傷の部分が白く光り、後は黒く見えるような画像となった。
【００４７】
これらのことから、本発明の照明装置で、液晶画像を変えることで、透明物体の検査に対する照明条件をいろいろに変えることができ、また、欠陥に応じて適した条件を検討することが容易にできることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の照明装置を用いると、液晶パネルの画像を変えることで、透過での照明条件を簡単に変更することができる。
【００４９】
このため、製品や欠陥に応じて、欠陥検出に適した照明条件を見つけるためのテスト用の照明装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・照明光源
２・・・液晶パネル
３・・・拡散板
４・・・凸レンズ
５・・・光
６・・・拡散光
７・・・光
８・・・検査物体
９・・・透過光
１０・・カメラ
１１・・拡散板上の点パターン
１２・・レンズによる虚像
１３・・拡散板上の点パターン
１４・・レンズによる虚像
１５・・レンズ中心と拡散板の周囲の角度
１６・・拡散板上の円パターン
１７・・レンズによる虚像
１８・・拡散板上の円パターン
１９・・レンズによる虚像
【図１】
2016133332.tif 000003
【図２】
2016133332.tif 000004
【図３】
2016133332.tif 000005
【図４】
2016133332.tif 000006
【図５】
2016133332.tif 000007
【図６】
2016133332.tif 000008
【図７】
2016133332.tif 000009
【図８】
2016133332.tif 000010