(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品等の被検査物に設けられた被検査面を照明してその検査に用いられるものであって、
前記被検査面に光を照射するＬＥＤ照明器と、
このＬＥＤ照明器に電力を供給する電源と、
この電源の供給電圧を各種ＬＥＤ照明器の規格に対応させて切り替えるスイッチと、
前記被検査面の目標照度を設定する目標照度設定手段と、
前記被検査面の近傍であって当該被検査面と常に相対位置関係が一定である場所に設置され、前記被検査面の実照度を検出する照度検出手段と、
前記実照度と前記目標照度とを比較し、実照度が目標照度に近づくように前記ＬＥＤ照明器の発光量を制御する制御手段と、
実照度と目標照度との差が所定以上である場合に警告を発するための警告手段とを備えた製品等検査装置。
【請求項２】
手動で照明器の照度を設定可能な手動設定器と、手動／自動モード切替スイッチとを具備し、手動モード時に前記手動設定器で設定した照度を目標照度として記憶しておき、自動モードにした後には、その記憶した目標照度に基づくフィードバック制御を行なって、切替直前の照度が保持されるように設定した請求項１記載の製品等検査装置。
【請求項３】
被検査面を撮像する撮像手段をさらに備えたものであって、前記照度検出手段の光の波長に応じた感度特性を、前記撮像手段の感度特性に近時させている請求項１又は２記載の製品等検査装置。
【請求項４】
製品等の被検査物に設けられた被検査面を照明するＬＥＤ照射器の光量を制御するものであって、
前記ＬＥＤ照明器に電力を供給する電源と、
この電源の供給電圧を各種ＬＥＤ照明器の規格に対応させて切り替えるスイッチと、
前記被検査面の目標照度を設定する目標照度設定手段と、
前記被検査面の近傍であって当該被検査面と常に相対位置関係が一定である場所に設定され、前記被検査面の実照度を検出する照度検出手段と、
前記実照度と前記目標照度とを比較し、実照度が目標照度に近づくように前記ＬＥＤ照明器の光量を制御する制御手段と、
実照度と目標照度との差が所定以上である場合に警告を発するための警告手段とを備えたＬＥＤ照明制御装置。
【請求項５】
手動で照明器の照度を設定可能な手動設定器と、手動／自動モード切替スイッチとを具備し、手動モード時に前記手動設定器で設定した照度を目標照度として記憶しておき、自動モードにした後は、その記憶した目標照度に基づくフィードバック制御を行なって、切替直前の照度が保持されるように設定した請求項４記載のＬＥＤ照明制御装置。
【請求項６】
被検査面を撮像する撮像手段をさらに備えたものであって、前記照度検出手段の光の波長に応じた感度特性を、前記撮像手段の感度特性に近似させている請求項４又は５記載の照明制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の表面検査等に好適に用いられる製品等検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外観が重要視される缶等の他、性能上傷がないものを必要とする半導体ウェハ等の各種工業製品は、出荷段階で傷の有無やへこみを検査する表面検査が行われるのが一般的である。
【０００３】
この種の製品等の検査は、人間が目視で行うこともあれば、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を利用して撮像し画像処理を行うといった手法によって自動で行うこともあるが、いずれにしても、その検査の際には照明が不可欠である。
【０００４】
特に自動化されている場合には、画像処理等の関係で被検査面の照度が一定であることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、照明器の発する光量は、供給電力が同じであっても、自身の発する熱や劣化等により経時的に低下していくのが一般的であるので、照明器を設置したときに設定した光量を一定に保つことは難しい。そこで発光量を一定に保つべく、照度センサを内蔵させたうえで、発光量を一定に制御するようなローカルフィードバック制御を行うようにした特殊な照明器も考えられているが、例えば検査ラインを変更するなどして、照明器と被検査面と距離が変わってしまったりすると被検査面の照度が変化してしまい、再び調整する必要が生じる。
【０００６】
このようなことから従来は、作業者が照度計にて被検査面の照度を測定し、照明器の光量や照明器と被検査面と距離を調整するなどの定期的なメンテナンスを必要とした。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、最初に設定さえ行えば、その後の調整等に係る保守点検作業を可及的に省略可能な製品等検査装置等を提供することを主たる目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る製品等検査手段は、製品等の被検査物に設けられた被検査面を照明してその検査に用いられるものであって、前記被検査面に光を照射するＬＥＤ照明器と、このＬＥＤ照明器に電力を供給する電源と、この電源の供給電圧を各種ＬＥＤ照明器の規格に対応させて切り替えるスイッチと、前記被検査面の目標照度を設定する目標照度設定手段と、前記被検査面の近傍であって当該被検査面と常に相対位置関係が一定である場所に設置され、前記被検査面の実照度を検出する照度検出手段と、前記実照度と前記目標照度とを比較し、実照度が目標照度に近づくように前記ＬＥＤ照明器の発光量を制御する制御手段と、実照度と目標照度との差が所定以上である場合に警告を発するための警告手段とを備えたものである。
【０００９】
このようなものであれば、製品側に照度検出手段を設置して被検査面の実照度を検出するようにし、この実照度を目標照度に近づけるようにしているので、照明器の発光量が変化したときはもちろん、例えば検査ラインが変更されるなど何らかの原因で被検査面と照明器との位置関係が変わったときでも、被検査面の照度を一定に保つことができる。このように、最初に設定さえ行えば、その後の光量調整等に係る保守点検作業を可及的に省略することができ、製品等の検査に極めて好適なものとすることができる。さらに、照度検出手段と照明器とが分離している関係上、従来例で述べたような特殊な照明器を用いる必要もなくなる。
【００１０】
照度調整時の便に資するには、実照度と目標照度との差が所定以上である場合に、その旨を出力する警告手段をさらに備えたものが好ましい。
また、好適な実施態様としては、手動で照明器の照度を設定可能な手動設定器と、手動／自動モード切替スイッチとを具備し、手動モード時に前記手動設定器で設定した照度を目標照度として記憶しておき、自動モードにした後には、その記憶した目標照度に基づくフィードバック制御を行って、切替直前の照度が保持されるように設定した態様が挙げられる。
【００１１】
被検査面の検査をＣＣＤ等の撮像手段を用いて行うものにおいては、前記照度検出手段の光の波長に応じた感度特性を、前記撮像手段の感度特性に相似させているものが好適である。これが大きく異なると、撮像手段が撮像し得る波長と異なった波長の光に対する照度ばかりが一定に制御され、撮像に必要な波長の光に対する照度が一定に保たれないという事態を招き得るからである。
また、製品検査等の現場において、照度検出手段のみにより、被検査面近傍での光量を直接測定することができるという観点からは、前記照度検出手段を、前記被検査面の近傍であって当該被検査面と常に相対位置関係が一定である場所に設置していることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る製品等検査装置の内部回路構造を示した概略図である。この製品等検査装置は、被検査面Ｗに光を照射する照明器１と、この被検査面を撮像する撮像手段ＣＭＲと、前記照明器１の光量を制御する照明制御装置からなる。そしてこの照明制御装置は、前記被検査面Ｗの目標照度を設定する目標照度設定手段２と、製品側に設置され、前記被検査面Ｗの実照度を検出する照度検出手段３と、前記実照度と前記目標照度とを比較し、実照度が目標照度に近づくように前記照明器１の発光量をフィードバック制御する制御手段４とを備えてなる。なお、図２は、このような内部構造をもつ検査装置のうち、照明器１、照度検出手段３を除いた装置本体を示す正面及び背面図である。
【００１４】
各部を詳述すると、照明器１は、例えば複数のＬＥＤを集積したもので、供給する電流量によりその光量を変化させ得るものである。ここで、「光量」とは、照明器１より発される光の量（光束ともいう）をいい、「照度」とは、照らされる側、すなわち被検査面Ｗの明るさをいう。
【００１５】
撮像手段ＣＭＲは、例えばＣＣＤカメラであって、被検査面を撮像し、画像データとして出力する既知のものである。
【００１６】
目標照度設定手段２は、目標照度を自在に設定するためのものであり、例えばトリマを用いて目標照度に対応する値の電圧を出力可能に構成してある。
【００１７】
照度検出手段３は、前記被検査面Ｗの近傍であってこの被検査面Ｗと常に相対位置関係が一定である場所に設置したダイオードタイプのフォトセンサであり、受光照度に応じた量の光電流、すなわち被検査面Ｗの実照度に応じた量の光電流を出力するものである。本実施形態においては、この照度検出手段３の図９に示す分光感度特性曲線（光の波長に応じた感度特性曲線）が、前記撮像手段ＣＭＲの分光感度特性曲線に略相似するようにしている。
【００１８】
制御手段４は、前記照度検出手段３から出力される光電流を電圧に変換する電流／電圧変換手段４１と、この電流／電圧変換手段４１から出力される電圧と前記目標照度設定手段２から出力される電圧とを比較し、その差に応じた値の差分電圧を出力する比較手段４２と、直流電源ＰＷＳから電流を供給され、前記差分電圧と直流電源ＰＷＳの供給電圧との差に応じた量の電流を前記照明器１に供給する電流制御手段４３とから構成してある。
【００１９】
電流／電圧変換手段４１は、例えば演算増幅器を利用したものであり、その利得をトリマ１０（図２に示す）を利用して手動で変え得るようにしてある。比較手段４２は、例えば演算増幅器を利用したもので、その負入力端子には前記目標照度設定手段２の出力端子が接続してあり、正入力端子には前記電流／電圧変換手段４１の出力端子が接続してある。そして、その素子のもつ裸のゲインで作動するようにしてある。電流制御手段４３は、例えばMOS-FETを利用したものであり、ソース端子を前記直流電源ＰＷＳに、ゲート端子を前記比較手段４２の出力端子に、ドレイン端子を照明器１にそれぞれ接続してある。
【００２０】
さらに本実施形態では、実照度と目標照度との差が所定以上である場合にその旨を出力する警告手段５と、前記電流／電圧変換手段４１から出力される電圧値そのもの又はこれに比例する値を表示する照度指示器６とを設けている。
【００２１】
警告手段５は、いわゆるウィンドウコンパレータを利用して構成したもので、前記比較手段４２から出力される差分電圧値が、所定の最小電圧を下回った場合に、又は所定の最大電圧を上回った場合にそれぞれその旨のランプＬＰ１、ＬＰ２を点灯表示させるものである。
【００２２】
照度指示器６は、例えばボルトメータであり、前記電流／電圧変換手段４１の出力端子に接続されて、実照度に比例する値を表示する。
【００２３】
次にこのように構成した本検査装置の動作について説明する。
【００２４】
電源ＰＷＳの直流出力電圧はその入力条件により変化するが、出力電圧の最小値は照明器１に対する最大供給電圧より、電流制御手段（MOS-FET）４３の最小動作電圧Vs-d分高く設定してある。
【００２５】
照明器１はその入力電圧に応じた電流Iによる光量を発し、前記被検査面Ｗとその近傍に置かれた照度検出手段３を照らす。このときの照度検出手段３の受光面照度をEとする。
【００２６】
この照度検出手段３から出力された光電流i1は、前記電流／電圧変換手段４１によりv2なる値の電圧となるが、このv2は、光電流i1の量、ひいては被検査面Ｗの照度に比例する値となる。
【００２７】
次に、比較手段４２において、前記目標照度設定手段２の出力電圧v1を照合基準として前記v2が比較され、その差分電圧が増幅されて電流制御手段（MOS-FET）４３のゲート電圧v3が与えられる。
【００２８】
そして、このゲート電圧v3により電流制御手段（MOS-FET）４３のドレイン電流、すなわち前記電流Iが制御される。
【００２９】
以上の動作を式で説明すると以下のようになる。
【００３０】
0004227739.tif 000002
これらの関係から次式が得られる。
【００３１】
E = v1 / [ A1 + 1 / (gm・K1・A2) ]・・・（１）
ここでgm・K1・A2≫1なので
E≒v1 / A1・・・（２）
（１）式の1 / (gm・K1・A2)はv1に対するEの追尾誤差を示す項である。本実施形態では、A2≫1なので（２）式となり、Eはv1に略完全に比例しA1に反比例することとなる。
【００３２】
一方、前記電流制御手段（MOS-FET）４３のソース／ゲート間電圧は、−１．４〜ー３．２voltの範囲内で動作するが、ゲート電圧v3がこの範囲を逸脱するとき、ループとして制御動作は不安定となる。したがって、ゲート電圧v3が前記最小電圧Vl（−３．２ｖ）より低くなれば、ＬＥＤランプＬＰ１を点灯させ、ゲート電圧v3が前記最大電圧Vu（−１．４ｖ）より高くなれば、ＬＥＤランプＬＰ２を点灯させて、その旨を作業者に報知する。
【００３３】
このように構成した本実施形態に係る検査装置によれば、照度検出手段３により被検査面Ｗの実照度を検出するようにし、この実照度を目標照度に近づけるようにしているので、照明器１の発光量が変化したときはもちろん、何らかの原因で被検査面Ｗと照明器１との位置関係が変わったときでも、被検査面Ｗの照度を一定に保つことができ、製品等の検査に極めて好適なものとすることができる。また、照度制御がフィードバックループにより行われるので、照明器１の流入電流対放射光量、電流制御手段（MOS-FET）４３のgm及び比較手段４２の非線形特性、供給電源電圧V1の変動等を網羅した誤差要因を全て軽減し、極めて高い精度で、かつ経時的に安定した状態で被検査面Ｗを照明できる。
【００３４】
さらに、例えば照明器１を被検査面Ｗに近づけすぎたり遠ざけすぎたりして照度の制御可能範囲を越えている場合には、警告手段５によりいずれであるかの警告表示がなされるので、本装置の設置時や調整時における便が大きく向上する。
【００３５】
特に本実施形態では、照度検出手段３の分光感度特性曲線を撮像手段ＣＭＲの分光感度特性曲線と相似させ、撮像手段ＣＭＲの撮像可能な光の波長領域と照度検出手段３のセンシング可能な光の波長領域を略合致させているので、撮像手段ＣＭＲが撮像するために必要な波長の光に対する制御を極めて有効に行える。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００３７】
例えば、図３に示すように、複数の目標照度設定手段２ａ、２ｂ、・・・を設け、多点切替スイッチ（マルチプレクサ）ＭＰにより、それらを選択設定できるようにしてもよい。
【００３８】
このようにすれば、複数の被検査物の被検査面Ｗ１、Ｗ２、・・・を逐次切り替えて照明することができる。ただし、照度検出手段３の各被検査面Ｗ１、Ｗ２、・・・に対する位置、姿勢関係は一定であることが必要である。
【００３９】
また、図４に示すように、供給電圧を切り替えられるスイッチＶＳＷを設けて、各種照明器の規格に対応できるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、図５、図６に示すように、手動／自動モード切替スイッチＳＷａを設け、手動モード時に後述する手動設定器４３で設定した照度を目標照度として記憶しておき、自動モードにした後には、その記憶した目標照度に基づくフィードバック制御を行って、切替直前の照度が保持されるようにしたものも考えられる。
【００４１】
具体的に本装置の説明を、図５を参照しつつ前記実施形態の装置との違いを中心として以下に行う。
【００４２】
まず電源には、外部制御電圧により出力電圧を制御できる電圧制御レギュレータＶＣＳを用い、照明器１の光量を電圧制御レギュレータＶＣＳからの供給電圧Vにより制御するようにしている。
【００４３】
また、この電源の制御電圧入力端子Ｔ１には、手動／自動モード切替スイッチＳＷａを介して、トリマである手動設定器４３の出力端子と、前記実施形態同様の比較手段４２の出力端子とのいずれかを切り替え可能に接続するようにしている。
【００４４】
さらに、比較手段４２の正入力端子には、サーボポテンショメータ２１とこのサーボポテンショメータ２１を駆動するサーボモータ２２とを利用して構成した目標照度設定手段２の出力端子を接続している。この目標照度設定手段２は、その制御端子に加えられた外部入力電圧により、サーボモータ２１が図示しない駆動回路（図示しない）により位置制御され、ひいてはサーボポテンショメータ２１のスライド端子が位置制御されて出力端子電圧が制御されるものである。
【００４５】
しかして、前記制御端子には、前記手動／自動モード切替スイッチＳＷａと連動する第２切替スイッチＳＷｂを介して、サーボ増幅器を利用した第２の比較手段４４の出力端子が接続してある。
【００４６】
この第２の比較手段４４の負入力端子には、前記比較手段４２の出力端子が接続してあり、正入力端子には、前記手動設定器４３の出力端子が接続してある。
【００４７】
次にこのように構成した本検査装置の動作について説明する。
【００４８】
照明器１が発する光量Lはそれへの供給電圧Vの関数として与えられるが、その関数は概して非線形である。
【００４９】
電圧制御レギュレータＶＣＳは、制御入力電圧s1に比例した出力電圧（前記供給電圧）Vを発生する。
【００５０】
まず、手動／自動モード切替スイッチＳＷａがｍ位置にあるとき（手動設定操作のとき）、手動設定器４３の分圧出力spがs1として与えられ、よってspにより供給電圧V、ひいては光量Lが設定される。
【００５１】
従つて手動操作では上述した一連の操作により照明器１の発生光量Lが決まる。この発生光量Ｌは、実際には被検査面Ｗの明るさを撮像、観察しながら設定する。
【００５２】
設定された光量Lのもと、被検査面Ｗの近傍に設置した照度検出手段３はその光量に比例した光電流i1を生じさせ、その光電流i1が電流／電圧変換手段４１により電圧変換されて，被検査面の照度に比例する電圧v2が得られる。そして、その電圧v2が照度指示器６に表示され、この表示された値が、照明器１の光量Ｌを間接的に表したものとなる。
【００５３】
一方、このように手動／自動モード切替スイッチＳＷａがｍ位置にあるときは第２切替スイッチＳＷｂもｍ位置にあり、比較手段４２、第２比較手段４４、目標照度設定手段２により構成されるループが次のように作動する。
【００５４】
手動設定器４３から電圧制御レギュレータＶＣＳに与えられた制御入力電圧s1は、同時に第２比較手段４４の正入力端子に電圧v4として与えられ、比較手段４２の出力v3と比較される。他方、比較手段４２では、相対照度電圧v2を基準に、サーボポテンショメータ２１の出力電圧v1が比較される。
【００５５】
各比較手段４４、４２の利得をそれぞれμ1、μ2、目標照度設定手段２のそれを簡単のため１とすると、
v3≒v4−v2 /μ2      v1≒v2＋v4 /μ1
各式の第２頃はそれぞれの第１項に対する追尾誤差を示す。この誤差は例えばv4 = v2 = 1Volt、μ1 = μ2 = 1000  とすると、ともに│1mv│となり、±0.1%の精度が得られることになる。
【００５６】
この操作後、手動／自動モード切替スイッチＳＷａをａ位置（自動モード）に切り換える。すると同時に第２切替スイッチＳＷｂもａ位置（自動モード）に切り替わるが、この第２切替スイッチＳＷｂがａ位置であることは、サーボモータ２２への制御電圧が入力されないということであり、サーボポテンショメータ２１は直前の値を保持したまま、この保持値v1hが自動追尾用の照度基準値となって、電圧制御レギュレータＶＣＳが制御される。
【００５７】
この制御効果は、照度検出手段３の感度、電流一電圧変換率が変化しない限りリ照明器１自体の熱的、経時的光量変化やその非線形特性、レギュレータＶＣＳの負荷変動や制御入力対出力電圧の非直線性を網羅して、上述の制御精度および安定度が得られるものである。
【００５８】
また照明器１と照度検出手段３の距離、方向などの変更に対しても、保持時の照度値を保つべく制御する。
【００５９】
なお、この実施形態ではサーボポテンショ２１を利用して照度基準値を自動モード時において保持するようにしていたが、図７に示すように、第２比較手段４４の出力端子をＡ／Ｄ変換器４５及びＤ／Ａ変換器４６を介して比較手段４２の正入力端子に接続するとともに、第２切替スイッチＳＷｂのａ位置への切替により、Ａ／Ｄ変換器４５の出力値をラッチするラッチ信号を発生するラッチ信号発生器４７を設けるようにしてもよい。
【００６０】
このようにしても、第２切替スイッチＳＷｂのａ位置への切替により、照度基準値を自動モード時において保持することができるからである。
【００６１】
その他、本発明は種々の変更が可能である。
【００６２】
例えばマイクロコンピュータを用いたものとしては、図８に示すものが考えられる。簡単に説明すると、このものは、照度検出手段３の出力を、Ａ／Ｄ変換器８１を介してデジタルデータである実照度データに変換する一方、指令値受付部８２において所望の照度に対応するデジタルデータである指令値データを受け付けておき、これら実照度データと指令値データとを、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース等からなる制御部８３において比較演算して差分を求め、その差分に応じて定められる演算結果である調光データ（制御データ）により電源ＶＣＳを制御して、照明器１の照度を一定化するものである。
【００６３】
なお、本変形態様では、Ａ／Ｄ変換器８１に１０ｂｉｔのものを用いて実照度データの有効ビット数を１０ｂｉｔとする一方、指令値受付部で受け付けた指令値データの有効ビット数を８ｂｉｔとして、実照度データの下位２ｂｉｔは無視されるようにしている。そして、指令値受付部８２に、他のパソコン等から送信されたものを受信する場合と、図示しないデジタルスイッチ等で設定入力されたものを受け付ける場合とを切り替えられる機能を備えさせている。
【００６４】
また、例えば、３原色からなる複数のＬＥＤを集積してなる照明器や、３原色のそれぞれの色で発光する３つの照明器を用いて、各色の発光比率により被検査面に照射する光の色を設定しているものでは、本照明制御装置を各色に対応させて３つ設け、それぞれの照度検出手段にフィルタを入れるなどして、前記各３原色のうちの１色の光の照度のみを検出させ、各色の照度を一定化するようにすれば、照度のみならず、照明色をも一定に保てることとなる。
【００６５】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明によれば、製品側に照度検出手段を設置して被検査面の実照度を直接的又は間接的に検出するようにし、この実照度を目標照度に近づけるようにしているので、照明器の発光量が変化したときはもちろん、例えば検査ラインが変更されるなど何らかの原因で被検査面と照明器との位置関係が変わったときでも、被検査面の照度を一定に保つことができる。したがって、最初に設定さえ行えば、その後の光量調整等に係る保守点検作業を可及的に省略することができ、製品等の検査に極めて好適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における製品等検査装置の内部概略回路図。
【図２】同実施形態における装置本体の正面図及び背面図。
【図３】本発明の他の実施形態における製品等検査装置の部分概略回路図。
【図４】本発明のさらに他の実施形態における装置本体の正面図及び背面図。
【図５】本発明のさらに他の実施形態における製品等検査装置の内部概略回路図。
【図６】同実施形態における装置本体の正面図及び背面図。
【図７】同実施形態の変形例を示す製品等検査装置の部分概略回路図。
【図８】本発明のさらに他の実施形態における製品等検査装置の内部概略回路図。
【図９】本発明の各実施形態における照度検出手段の分光感度特性例を示す例示図。
【符号の説明】
Ｗ・・・被検査面
１・・・照明器
２・・・目標照度設定手段
３・・・照度検出手段
４・・・制御手段
ＣＭＲ・・・撮像手段
【図１】
0004227739.tif 000003
【図２】
0004227739.tif 000004
【図３】
0004227739.tif 000005
【図４】
0004227739.tif 000006
【図５】
0004227739.tif 000007
【図６】
0004227739.tif 000008
【図７】
0004227739.tif 000009
【図８】
0004227739.tif 000010
【図９】
0004227739.tif 000011