(57)【要約】      （修正有）【課題】内面の検査をより都合良く行うことが可能な新規な構成の内面検査システムおよび光学部品を提供する。【解決手段】検査面１ａ中の検査領域Ｄａから第一の軸Ａｘ１に向けて第一の軸Ａｘ１と交差する方向に進む光を第一の軸Ａｘ１の検査領域Ｄａとは反対側に偏向する第一の偏向面４２ｃと、第一の偏向面４２ｃで偏向された光を第一の軸Ａｘ１に沿って進むように偏向する平面として構成された第二の偏向面４２ｂと、を有した第一の光学部品４２と、第一の光学部品４２を経由した光により検査領域Ｄａを撮影するカメラ２と、を備える。【選択図】図１
2017120218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査面中の検査領域から第一の軸に向けて前記第一の軸と交差する方向に進む光を前記第一の軸の前記検査領域とは反対側に偏向する第一の偏向面と、前記第一の偏向面で偏向された光を前記第一の軸に沿って進むように偏向する平面として構成された第二の偏向面と、を有した第一の光学部品と、
前記第一の光学部品を経由した光により前記検査領域を撮影するカメラと、
を備えた、内面検査システム。
【請求項２】
前記検査面は円筒面であり、
前記第一の軸は前記円筒面の中心軸である、
請求項１に記載の内面検査システム。
【請求項３】
光源と、
前記第一の光学部品と前記カメラとの間または前記第一の光学部品と前記光源との間に設けられ、前記第一の光学部品からの光を前記カメラに向けて透過するかあるいは反射するとともに、前記光源からの光を前記第一の光学部品に向けて反射するかあるいは透過する第二の光学部品と、
を備えた、請求項１または２に記載の内面検査システム。
【請求項４】
前記第二の偏向面と、前記第一の軸との角度が、４０°以上５０°以下である、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の内面検査システム。
【請求項５】
前記第一の偏向面は、前記第一の軸と平行な母線を有し前記第一の軸に沿って延びた凹面である、請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の内面検査システム。
【請求項６】
検査面中の検査領域から第一の軸に向けて前記第一の軸と交差する方向に進む光を前記第一の軸の前記検査領域とは反対側に偏向する第一の偏向面と、
前記第一の偏向面で偏向された光を前記第一の軸に沿って進むように偏向する平面として構成された第二の偏向面と、
を有した光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面検査システムおよび光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円錐状の反射面を介して反射した光により筒状体の内面を撮影し、当該内面を検査する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３２５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、反射面において円錐の頂点に近い位置で反射された光に基づく画像は、周方向に潰れるため、異常の有無を把握し難い。
【０００５】
そこで、本発明の課題の一つは、例えば、内面の検査をより都合良く行うことが可能な新規な構成の内面検査システムおよび光学部品を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の内面検査システムにあっては、検査面中の検査領域から第一の軸に向けて第一の軸と交差する方向に進む光を第一の軸の検査領域とは反対側に偏向する第一の偏向面と、第一の偏向面で偏向された光を第一の軸に沿って進むように偏向する平面として構成された第二の偏向面と、を有した第一の光学部品と、第一の光学部品を経由した光により検査領域を撮影するカメラと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態の内面検査システムの概略構成の模式的かつ例示的な断面図である。
【図２】図２は、実施形態の内面検査システムで用いられる移動機構を示す模式的かつ例示的な側面図である。
【図３】図３は、実施形態の内面検査システムで用いられる光学部品としてのプリズムの模式的かつ例示的な斜視図である。
【図４】図４は、実施形態の内面検査システムで用いられる光学部品としてのプリズムの図３とは別の角度から見た模式的かつ例示的な斜視図である。
【図５】図５は、実施形態の内面検査システムで用いられる光学部品としてのプリズムの反射面として機能する端面の模式的かつ例示的な断面図である。
【図６】図６は、実施形態の内面検査システムで用いられる光学部品としてのプリズムの光路を示す模式的かつ例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成や制御、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成や制御以外によっても実現可能である。また、本発明は、基本的な構成や制御によって得られる派生的な効果も含む種々の効果を得ることが可能である。
【０００９】
図１は、内面検査システム１００の断面図である。内面検査システム１００では、カメラ２が対象物１の内面１ａを撮影する。カメラ２で撮影された画像に基づいて、視覚的にあるいは画像処理によって、内面１ａにおける、突起や、凹部、傷、汚れ等の異常の有無が調べられる。対象物１は、例えば、中心軸Ａｘ１を中心とする円筒状に構成され、内面１ａは、例えば、円筒面である。対象物１は、中心軸Ａｘ１に沿う方向、すなわち軸方向の一方側（図１では左側）の端部１ｂと、軸方向の他方側（図１では右側）の端部１ｃと、を有する。端部１ｂは、一端の一例であり、端部１ｃは、他端の一例である。対象物１は、検査体、検査物と称されうる。内面１ａは、検査面と称されうる。筒内は、空間、内部と称されうる。なお、対象物１は、円筒状の物体には限定されない。
【００１０】
検査領域Ｄａは、内面１ａにおいて、所定幅で周方向に所定長に渡って延びた凹面領域（区間）として設定される。検査領域Ｄａは、例えば図２の移動機構５０等によって、中心軸Ａｘ１回りに、すなわち周方向に、移動されるとともに、中心軸Ａｘ１に沿って、すなわち軸方向に、移動される。
【００１１】
図１の内面検査システム１００では、光の検査領域Ｄａでの正反射光が、光学系１１０を介してカメラ２に入射する。すなわち、カメラ２は、光の検査領域Ｄａでの正反射光に基づく画像を撮影する。なお、内面検査システム１００は、カメラ２が光の検査領域Ｄａでの拡散反射光に基づく画像を撮影するよう、構成されてもよい。
【００１２】
光学系１１０は、光源３、ハーフミラー４１、およびプリズム４２を含む、同軸落射照明を用いた構成である。
【００１３】
光源３は、ハーフミラー４１およびプリズム４２を介して、内面１ａの検査領域Ｄａに光を照射する。光源３は、例えばＬＥＤ（light  emitting  diode）光源である。
【００１４】
ハーフミラー４１は、光源３からの光を反射し、プリズム４２に向けて偏向する。また、ハーフミラー４１は、プリズム４２からの光を透過する。プリズム４２から出射してハーフミラー４１を透過した光は、カメラ２に入射する。カメラ２に適切なテレセントリックレンズを併用することで画像をより鮮明なものとすることができる。ハーフミラー４１は、ビームスプリッタとも称される。ハーフミラー４１は、第二の光学部品の一例である。
【００１５】
プリズム４２は、端面４２ａと、その反対側の端面４２ｂと、側面４２ｃと、を有する。図１の例では、プリズム４２は、端面４２ａと端面４２ｂとの距離が比較的長い柱状に構成されている。プリズム４２は、その長手方向が中心軸Ａｘ１に沿う姿勢に、セットされる。また、プリズム４２は、少なくとも端面４２ｂが対象物１の筒内にある位置に、セットされる。プリズム４２では、光源３からハーフミラー４１を介して端面４２ａに入射した光は、端面４２ｂで反射し、側面４２ｃから内面１ａの検査領域Ｄａに向けて出射する。また、プリズム４２では、内面１ａの検査領域Ｄａから側面４２ｃに入射した光は、端面４２ｂで反射し、端面４２ａからハーフミラー４１へ向けて出射する。図１の例では、光源３から検査領域Ｄａまでの送光経路におけるプリズム４２内の光路と、検査領域Ｄａからカメラ２までの受光経路におけるプリズム４２内の光路とは、同じ位置を通り、かつ逆方向である。プリズム４２のより詳細な構成およびプリズム４２内の光路については、後に詳しく述べる。プリズム４２は、例えば、研削や成形等によって、構成されうる。プリズム４２は、レンズとも称されうる。プリズム４２は、第一の光学部品の一例である。
【００１６】
なお、上述した光学系１１０は一例であって、光学系１１０の構成は、これには限定されない。例えば、光学系１１０には、ハーフミラー４１やプリズム４２とは別の光学部品が含まれてもよい。また、ハーフミラー４１は、光源３からの光を透過し、プリズム４２からの光を反射してもよい。この場合、カメラ２、光源３、ハーフミラー４１、およびプリズム４２のレイアウトが図１のものとは異なり、例えば、図１において、カメラ２と光源３との位置が入れ替わる。また、プリズム４２において、送光における光路と受光における光路とが少なくとも部分的に異なってもよい。また、プリズム４２の形状や、姿勢、位置は、上述のものには限定されない。
【００１７】
図２は、移動機構５０の側面図である。移動機構５０に含まれる回転機構５１は、プリズム４２を中心軸Ａｘ１回りに回転することにより、内面１ａにおける検査領域Ｄａを中心軸Ａｘ１回りに（周方向に）移動することができる。回転機構５１は、モータ５１ａ、回転伝達機構５１ｂ、支持機構５１ｃ等を有する。モータ５１ａの回転は、例えばギヤセットやベルト−プーリ等の回転伝達機構５１ｂを介してプリズム４２に伝達される。回転伝達機構５１ｂは、減速機構と称されうる。支持機構５１ｃは、プリズム４２を、中心軸Ａｘ１回りに回転可能に支持する。よって、不図示の制御部によってモータ５１ａを回転させることにより、プリズム４２を中心軸Ａｘ１回りに回転することができる。回転機構５１は、制御部により指定された角度に向けてプリズム４２を回転させるとともに、当該角度でプリズム４２を保持することができる。
【００１８】
移動機構５０に含まれるスライド機構５２は、プリズム４２を中心軸Ａｘ１に沿ってスライドすることにより、内面１ａにおける検査領域Ｄａを中心軸Ａｘ１に沿って（軸方向に）移動することができる。スライド機構５２は、モータ５２ａ、回転伝達機構５２ｂ、運動変換機構５２ｃ、支持機構５２ｄ等を有する。モータ５２ａの回転は、例えばギヤセットやベルト−プーリ等の回転伝達機構５２ｂを介して運動変換機構５２ｃに伝達される。運動変換機構５２ｃは、例えばボールねじやラックアンドピニオン等の、回転を中心軸Ａｘ１に沿った直動に変換する機構である。支持機構５２ｄは、例えばレール−スライダ等の、回転機構５１およびプリズム４２を中心軸Ａｘ１に沿ってスライド可能に支持する機構である。よって、不図示の制御部によってモータ５２ａを回転させることにより、回転機構５１およびプリズム４２を中心軸Ａｘ１に沿ってスライドすることができる。スライド機構５２は、制御部により指定された位置に向けてプリズム４２をスライドさせるとともに、当該位置でプリズム４２を保持することができる。スライド機構５２は、移動機構の一例である。
【００１９】
このように、移動機構５０は、対象物１の内面１ａにおいて、中心軸Ａｘ１の軸方向および周方向に沿って、検査領域Ｄａを移動することができる。よって、内面１ａの軸方向のより広い範囲、例えば全域において、内面１ａの全周に渡って、検査を実施することができる。なお、内面検査システム１００には、対象物１を移動する別の移動機構が含まれてもよい。その場合、移動機構５０は無くてもよい。
【００２０】
図３は、プリズム４２の斜視図である。プリズム４２は、端面４２ａを有する。端面４２ａは、光源３からの光の入射面、およびカメラ２への光の出射面として機能する。端面４２ａは、中心軸Ａｘ１と垂直であり、端面４２ａにプリズム４２の外部から到達する光、および端面４２ａにプリズム４２の内部から到達する光の双方が、端面４２ａと垂直な方向に沿って進む。したがって、端面４２ａでは、光の屈折が生じない。
【００２１】
図４は、プリズム４２を図３とは別の角度から見た斜視図である。プリズム４２は、端面４２ａとは反対側の端面４２ｂを有する。端面４２ｂは、プリズム４２内を通る光の反射面として機能する。
【００２２】
図５は、プリズム４２の端面４２ｂの角度を示す説明図である。図５は、端面４２ｂの点ｐでの法線ｎを含み中心軸Ａｘ１と平行な平面と直交する方向からの視線での、プリズム４２の断面図である。端面４２ｂの点ｐでのプリズム４２の内部側に向かう法線ｎは、当該点ｐを通り中心軸Ａｘ１と直交する面Ｐｒと、点ｐを通り中心軸Ａｘ１と平行な線Ｌｐとの間の、端面４２ａ側（図５では左側）に向かい、法線ｎと線Ｌｐとの角度α（ただし狭い方の角度）は略４５°である。したがって、端面４２ｂは、図５の紙面に沿って左側から、すなわち端面４２ａ側から、中心軸Ａｘ１と平行に進んで端面４２ｂに到達した光を、図５の紙面に沿って上側へ、すなわち中心軸Ａｘ１と直交する面Ｐｒに沿う方向へ、反射する。すなわち、図１に示されるように、端面４２ｂは、端面４２ａからの中心軸Ａｘ１に沿った光Ｌ１を、中心軸Ａｘ１と直交する面に沿った光Ｌ２に偏向する。また、端面４２ｂは、図５の紙面に沿って下側へ、すなわち中心軸Ａｘ１と直交する面Ｐｒに沿って進んで端面４２ｂに到達した光を、図５の紙面に沿って左側へ、すなわち中心軸Ａｘ１と平行な方向に、端面４２ａに向けて、反射する。すなわち、図１に示されるように、端面４２ｂは、中心軸Ａｘ１と直交する面に沿った光Ｌ５を、端面４２ａへの中心軸Ａｘ１に沿った光Ｌ６に偏向する。中心軸Ａｘ１は、第一の軸の一例である。中心軸Ａｘ１の軸方向は、第一の方向の一例である。なお、角度αは、４０°以上５０°以下であれば良い。
【００２３】
図６は、中心軸Ａｘ１の軸方向の視線でのプリズム４２における光路を示す図である。図１，４にも示されるように、端面４２ｂは、平面として構成されている。このため、端面４２ｂで反射した光Ｌ２は、図６に示すような軸方向の視線では、平行光となる。なお、図６には、プリズム４２の半分が示されている。
【００２４】
図３，６に示されるように、側面４２ｃは、中心軸Ａｘ１の径方向内方、すなわち検査領域Ｄａから離れる方向に凹む凹面である。図６に示されるように、側面４２ｃは、端面４２ｂで反射した光Ｌ２を屈折し、中心軸Ａｘ１の径方向外方に沿った光Ｌ３に偏向する。検査領域Ｄａは、中心軸Ａｘ１を中心とする円筒面の一部である。したがって、検査領域Ｄａで光Ｌ３が正反射した場合の当該反射光である光Ｌ４は、中心軸Ａｘ１の径方向内方に沿って進む。すなわち、光Ｌ３と光Ｌ３に対する正反射光としての光Ｌ４とは、中心軸Ａｘ１の径方向に沿う同一の光路を互いに逆方向に進む。したがって、スネルの法則により、光Ｌ４が側面４２ｃに入射して当該側面４２ｃで屈折された光Ｌ５、すなわち端面４２ｂへの入射光と、光Ｌ２、すなわち端面４２ｂでの反射光とは、中心軸Ａｘ１と直交する面Ｐｒ（図５参照）に沿う同一の光路を互いに逆方向に進む。側面４２ｃは、このような屈折が生じるように構成される。側面４２ｃは、屈折面とも称されうる。側面４２ｃは、第一の偏向面の一例である。
【００２５】
また、端面４２ｂにおいて、光Ｌ２の基点となる点ｐと、検査領域Ｄａで正反射した場合の当該光Ｌ２に基づく光Ｌ５の到達点となる点ｐとは、同じである。また、上述したように、端面４２ｂは、端面４２ａからの中心軸Ａｘ１に沿った光Ｌ１を、中心軸Ａｘ１と交差する面（直交する面）に沿った光Ｌ２に偏向し、かつ、中心軸Ａｘ１と直交する面に沿った光Ｌ５を、端面４２ａへの中心軸Ａｘ１に沿った光Ｌ６に偏向する。したがって、光Ｌ３の元となる光Ｌ１と、当該光Ｌ３が検査領域Ｄａで正反射した場合の光Ｌ４に基づく光Ｌ６とは、図１に示されるように、中心軸Ａｘ１と平行な光路を互いに逆方向に進む。端面４２ｂは、第二の偏向面の一例である。
【００２６】
図６に示されるように、端面４２ｂと中心軸Ａｘ１と直交する断面との交線ＥＬは、直線である。端面４２ｂと中心軸Ａｘ１の軸方向の位置が異なる複数の断面との交線ＥＬは、図６のような軸方向の視線では、左右方向に延びた平行な直線を描く。
【００２７】
また、側面４２ｃは、図３に示されるように、中心軸Ａｘ１と平行な母線（不図示）を有し、中心軸Ａｘ１の軸方向に沿って延びた凹面である。
【００２８】
図６中に二点鎖線で示されるように、仮に、検査領域Ｄａの周方向の位置に応じた複数の光Ｌ４が側面４２ｃで屈折されない場合、当該複数の光Ｌ４は中心軸Ａｘ１に向けて集光するため、検査領域Ｄａの画像が周方向に潰れてしまう。この点、本実施形態では、側面４２ｃは、複数の光Ｌ４を、中心軸Ａｘ１に対して検査領域Ｄａとは反対側（図６では下方）に向けて、互いに平行となるよう、屈折する。よって、側面４２ｃが無くプリズム４２内で中心軸Ａｘ１に向けて集光される場合に比べて、画像が周方向に潰れるのを、抑制することができる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態では、プリズム４２（第一の光学部品）の側面４２ｃ（第一の偏向面）は、中心軸Ａｘ１（第一の軸）に向けて中心軸Ａｘ１と直交する面Ｐｒ（図５参照）に沿って進む光Ｌ４を、検査領域Ｄａとは反対側に向かう光Ｌ５に偏向する。また、プリズム４２の端面４２ｂ（第二の偏向面）は、側面４２ｃで偏向された光Ｌ５を、中心軸Ａｘ１に沿う光Ｌ６に偏向する。よって、例えば、側面４２ｃで屈折等されずにプリズム４２内で中心軸Ａｘ１に向けて光が集光される場合に比べて、画像が周方向に潰れ難くなる。
【００３０】
また、本実施形態では、端面４２ｂは、平面である。よって、例えば、端面４２ｂが比較的容易に構成されやすい。
【００３１】
また、本実施形態では、中心軸Ａｘ１に対して傾斜した端面４２ｂにおいて、中心軸Ａｘ１と直交する面に沿って進む光Ｌ５が反射されて、中心軸Ａｘ１と平行な光Ｌ６となるよう、端面４２ｃは、中心軸Ａｘ１に向けて収束する光Ｌ４を、平行な光Ｌ５に偏向する。よって、例えば、側面４２ｃで屈折された光Ｌ５の密度をより低くできる分、画像が周方向により一層潰れ難くなる。
【００３２】
また、本実施形態では、内面１ａ（検査面）は円筒面であり、中心軸Ａｘ１は内面１ａの中心軸である。よって、例えば、内面１ａの正反射光による検査を行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態は同軸落射照明を用いた構成であり、プリズム４２とカメラ２との間に、ハーフミラー４１（第二の光学部品）が設けられている。ハーフミラー４１は、プリズム４２からの光Ｌ６をカメラ２に向けて透過するとともに、光源３からの光をプリズム４２に向けて反射する。よって、カメラ２、光源３、およびプリズム４２が、より効率良く配置されやすい。
【００３４】
また、本実施形態では、端面４２ｂと中心軸Ａｘ１との角度αが、４０°以上５０°以下であり、例えば、略４５°である。よって、例えば、端面４２ｂは、側面４２ｃで偏向されて中心軸Ａｘ１と直交する面に沿って進む光Ｌ５を、中心軸Ａｘ１に沿う光Ｌ６に、より確実に偏向できる。
【００３５】
また、本実施形態では、側面４２ｃは、中心軸Ａｘ１と平行な母線を有し中心軸Ａｘ１に沿って延びた凹面である。よって、例えば、側面４２ｃが比較的容易に構成されやすい。また、例えば、中心軸Ａｘ１の軸方向の位置によらず、側面４２ｃにおける光Ｌ２，Ｌ４の屈折状態を同じにできる。よって、検査領域Ｄａの軸方向の位置によって画像の周方向の潰れ方が異なるような事象が、生じない。なお、発明者の鋭意研究により、端面４２ｂが平面である場合、側面４２ｃの中心軸Ａｘ１と直交する面との交線が双曲線状であるのが好適であることが、判明している。
【００３６】
以上、本発明の実施形態および変形例を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。上記実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、上記複数の実施形態の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、材質、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置等）は、適宜に変更して実施することができる。例えば、光学系は、レンズや、ミラー、ハーフミラー等、より多くの光学部品を有することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、同軸落射照明を用いた場合の理想的な光線経路について例示したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、第一の偏向面は、第一の軸と所定角度（例えば、８０°以上１００°以下）で交差する方向に沿って進む光を、検査領域とは反対側に変更するものであれば良い。この場合、第一の軸と所定角度で交差する方向に沿って進む光は、平面に沿って進む光や、円錐面に沿って進む光等であってもよい。また、第二の偏向面は、第一の偏向面で偏向された光を、第一の軸に沿うように、例えば、第一の軸との角度差が−１０°以上１０°以下となる方向に進む光に偏向するものであればよい。また、例えば、発明者の鋭意検討によれば、端面４２ｂと中心軸Ａｘ２との角度αを４０°以上５０°以下と僅かに４５°からずらすことで、画像の歪みを抑えつつ、検査領域Ｄａが光沢面の場合に強すぎる正反射によって生じるハレーションを抑えることができることが、判明している。このような構成とすることで、屈折率１．３〜２．２の典型的な透明材料をプリズム４２の構成材料とする場合、検査領域Ｄａからの反射光のうち、中心軸Ａｘ１と直交する面Ｐｒとなす角が１０°以内の光Ｌ４が、側面４２ｃによって検査領域Ｄａとは反対側に偏向され、プリズム４２の端面４２ｂ（第二の偏向面）によって、側面４２ｃで偏向された光Ｌ５が、中心軸Ａｘ１に沿う光Ｌ６に偏向される。
【符号の説明】
【００３８】
１００…内面検査システム、１ａ…内面（検査面）、２…カメラ、４１…ハーフミラー（第二の光学部品）、４２…プリズム（第一の光学部品）、４２ｂ…端面（第二の偏向面）、４２ｃ…側面（第一の偏向面）、Ａｘ１…中心軸（第一の軸）、Ｄａ…検査領域、Ｐｒ…（第一の軸と直交する）面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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