(57)【要約】  小型でありながらも視野を広くすることができるとともに、調整作業を簡易なものにできる同軸照明装置を提供するために、観察対象であるワークＷと当該ワークＷを観察する観察部Ｍとを結ぶ観察軸Ａ１上に斜めに配置されたハーフミラー１と、前記観察軸Ａ１とは異なる方向からハーフミラー１に対して光を照射し、前記ハーフミラー１で反射された光が前記ワークＷに照射されるように配置された光源２と、前記ハーフミラーと前記ワークとの間に設けられたレンズ３と、前記光源２と前記ハーフミラー１との間に設けられた第１絞り４と、を備え、前記第１絞り４が、前記光源２と前記ハーフミラー１とを結ぶ照射軸Ａ２上における前記レンズ３の焦点に配置した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象であるワークと当該ワークを観察する観察部とを結ぶ観察軸上に斜めに配置されたハーフミラーと、
前記観察軸とは異なる方向からハーフミラーに対して光を照射し、前記ハーフミラーで反射された光が前記ワークに照射されるように配置された光源と、
前記ハーフミラーと前記ワークとの間に設けられたレンズと、
前記光源と前記ハーフミラーとの間に設けられた第１絞りと、を備え、
前記第１絞りが、前記光源と前記ハーフミラーとを結ぶ照射軸上における前記レンズの焦点に配置されていることを特徴とする同軸照明装置。
【請求項２】
前記光源と前記ハーフミラーとの間には、光学素子として前記第１絞りのみが設けられている請求項１記載の同軸照明装置。
【請求項３】
前記光源が、平面状の発光面を有し、
前記発光面が、前記照射軸と前記観察軸とが直交するように配置されている請求項１記載の同軸照明装置。
【請求項４】
前記ハーフミラーと前記観察部との間にさらに第２絞りが設けられた請求項１記載の同軸照明装置。
【請求項５】
第１絞りで規定されるＮＡが、第２絞りで規定されるＮＡよりも大きい、又は、大きくできるように構成されている請求項４記載の同軸照明装置。
【請求項６】
前記ハーフミラー、前記光源、前記第１絞り、及び、前記レンズの間の位置関係を固定してそれぞれを保持する筺体をさらに備えた請求項１記載の同軸照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、表面検査用の照明装置として、特許文献１に示されるように光源から観察方向とは異なる方向に向けて射出された光を、ハーフミラーによってカメラ等による観察方向と同じ方向に反射して観察対象であるワークを照明する同軸照明が知られている。【０００３】
このような同軸照明装置は、光源やハーフミラーだけでなく、レンズ等の光学素子が筺体内に保持され、例えばカメラで撮像される画像が表面検査に適したものに調整できるように、例えばそれぞれの相対位置関係が調節可能に構成されている。【０００４】
しかしながら、光源側のレンズやカメラ側のレンズ等複数のレンズが設けられていると、それぞれに調整が必要なので手間がかかるとともに、適切な画像を得られるように調整するのは難しい。【０００５】
また、ワークを観察できる視野を大きくしようとすると、複数の部材をそれぞれ大型化しなくてはならず、それらを内部に保持する筺体も大きくなってしまい、結果として同軸照明装置全体として大型化してしまう。加えて、大型化に伴い、製造コストが大幅に上昇してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２―３９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、小型でありながらも視野を広くすることができるとともに、調整作業を簡易なものにできる同軸照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係る同軸照明装置は、観察対象であるワークと当該ワークを観察する観察部とを結ぶ観察軸上に斜めに配置されたハーフミラーと、前記観察軸とは異なる方向からハーフミラーに対して光を照射し、前記ハーフミラーで反射された光が前記ワークに照射されるように配置された光源と、前記ハーフミラーと前記ワークとの間に設けられたレンズと、前記光源と前記ハーフミラーとの間に設けられた第１絞りと、を備え、前記第１絞りが、前記光源と前記ハーフミラーとを結ぶ照射軸上における前記レンズの焦点に配置されていることを特徴とする。【０００９】
このようなものであれば、前記光源、前記第１絞り、前記レンズによってテレセントリック光学系を構成してワークに平行光を照射できるとともに、観察部側においても前記レンズを共用することができる。したがって、従来の同軸照明装置よりも使用するレンズの個数を減らすことができ、調整作業の手間を軽減することができる。【００１０】
また、部品点数を減らすことができるので、同軸照明装置をそれほど大きくしなくても観察部における視野を大きくすることが可能となる。【００１１】
さらに、前記光源から射出された光は平行光としてワークに照射することができ、前記光源のＮＡについても前記第１絞りで調節できる。このため、例えば観察部で観察される前記ワークの明るさについても適宜調整しやすい。例えばワークの表面に微小なうねりが存在するために観察したい対象やその周辺からの反射光又は散乱光が観察部に到達しにくい場合がある。このような場合には、前記光源のＮＡを大きくして、観察部の視野内に反射光又は散乱光が入射する量が多くなるようにして表面にうねりがあったとしても観察したい対象を鮮明に捉える事が可能となる。【００１２】
前記ワークに照射される光の調整作業を簡素化でき、装置全体を小型化しやすくするには、前記光源と前記ハーフミラーとの間には、光学素子として前記第１絞りのみが設けられていればよい。【００１３】
前記ワークの各点に対して均一で輝度ムラの少ない平行光が照射されるようにするには、前記光源が、平面状の発光面を有し、前記発光面が、前記照射軸と前記観察軸とが直交するように配置されていればよい。【００１４】
前記ワークで反射又は散乱された光が前記観察部において観察される態様をさらに微調整できるようにするには、前記ハーフミラーと前記観察部との間にさらに第２絞りが設けられたものであればよい。【００１５】
ワークＷの表面にうねりなどがあって当該表面からの反射光又は散乱光が観察部に到達しにくくなるのを防ぎ、表面検査を精度良く行えるようにするには、第１絞りで規定されるＮＡが、第２絞りで規定されるＮＡよりも大きい、又は、大きくできるように構成されていればよい。【００１６】
例えば調整作業が必要な箇所を前記第１絞りだけに限定することができ、調整作業の手間を従来よりも大幅に低減できるようにするには、前記ハーフミラー、前記光源、前記第１絞り、及び、前記レンズの間の位置関係を固定してそれぞれを保持する筺体をさらに備えたものであればよい。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明に係る同軸照明装置によれば、前記レンズが、前記光源に対してはテレセントリックレンズとして作用するとともに、前記観察部に対して前記ワークからの反射光又は散乱光を集光する集光レンズとして作用させることができる。このため、前記光源と前記観察部のそれぞれにレンズを設ける必要がなく、部品点数を減らして装置全体を小型化しつつ、視野を大きくしやすい。また、レンズの配置数を減らすことができるので、従来よりも前記ワークを適切に観察するための調整作業を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面検査システム、及び、同軸照明装置を示す模式図。
【図２】第１実施形態に係る同軸照明装置を示す模式的斜視図。
【図３】第１実施形態に係る同軸照明装置の模式的断面斜視図。
【図４】第１実施形態に係る同軸照明装置によるワークへの光の照射態様を示す模式図。
【図５】第１実施形態に係る同軸照明装置により光源側のＮＡを変更することによる効果の一例を示す模式図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る表面検査システム、及び、同軸照明装置を示す模式図。
【符号の説明】
【００１９】
２００・・・表面検査システム
１００・・・同軸照明
１    ・・・ハーフミラー
２    ・・・光源
３    ・・・レンズ
４    ・・・第１絞り
５    ・・・第２絞り
７    ・・・筺体
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１実施形態に係る同軸照明装置１００、それを用いた表面検査システム２００について図１乃至図３を参照しながら説明する。第１実施形態の同軸照明装置１００は、例えば製品などの対象物であるワークＷに光を照射して、ワークＷ表面の傷や文字等をカメラなどで観察して自動検査する表面検査等に用いられるものである。具体的には図１に示すように、ワークＷと当該ワークＷを観察する例えばカメラ等の観察部Ｍとを結ぶ観察軸Ａ１上において、ワークＷと観察部Ｍとの間に同軸照明装置１００は設置される。このように配置された同軸照明装置１００と観察部Ｍによって表面検査システム２００が構成される。
【００２１】
以下では同軸照明装置１００の詳細について説明する。
【００２２】
図１乃至図３に示すように同軸照明装置１００は、観察軸Ａ１上に配置されたハーフミラー１と、ハーフミラー１に向けて光を照射する光源２と、ハーフミラー１とワークＷとの間に配置されるレンズ３と、ハーフミラー１と光源２との間に配置された第１絞り４と、ハーフミラー１と観察部Ｍとの間に配置された第２絞り５と、第２絞り５と観察部Ｍとの間に配置される観察側レンズ６、これらを収容する筺体７と、を備えている。
【００２３】
ハーフミラー１は、２つのプリズムを組み合わせて立方体状に形成されたキューブハーフミラーである。各プリズムの接合面に誘電体多層膜や金属薄膜がコーティングされており、接合面が観察軸Ａ１及び光源２の照射軸Ａ２に対してそれぞれ４５度をなすように配置される。
【００２４】
光源２は矩形状、例えば正方形状の発光面から面発光するものであり、当該発光面から均一化された拡散光を射出するものである。この光源２は、例えば基板上に多数のＬＥＤチップをアレイ状に並べて形成される。第１実施形態では光源２とハーフミラー１との間には第１絞り４以外の光学素子は存在していない。また、光源２は筺体７に固定されており、筺体７内における位置は固定されている。
【００２５】
レンズ３は、単一又は複数のレンズから構成されるものであり、筺体７のワーク側開口７１の周辺に固定されている。光源２から射出されてハーフミラー１で反射された光は、このレンズ３で屈折されてワークＷに垂直に照射される。また、ワークＷで反射又は散乱された光はこのレンズ３で集光されてハーフミラー１を透過し、その後観察部Ｍへと入射する。このようにレンズ３は光源２及び観察部Ｍの両方において共用される。このレンズ３の焦点は照射軸Ａ２上における光源２とハーフミラー１との間、及び、観察軸Ａ１上におけるハーフミラー１と観察部Ｍとの間に存在するように当該レンズ３は配置されている。
【００２６】
第１絞り４は、照射軸Ａ２上のレンズ３の焦点に配置されている。すなわち、光源２、第１絞り４、レンズ３はテレセントリック光学系をなしており、光源２から射出された光はレンズ３により平行化されてワークＷに照射される。第１絞り４は可変絞りであって、筺体７の外側に突出している調整つまみ４１により、その開口径を適宜調整できるように構成されている。また、第１実施形態の同軸照明装置１００ではこの第１絞り４のみ調整可能に構成されている。この第１絞り４も筺体７内においてその位置が固定されている。
【００２７】
第２絞り５は、観察軸Ａ１上におけるレンズ３の焦点に配置されている。すなわち、ワークＷ、レンズ３、第２絞り５はテレセントリック光学系をなしており、ワークＷにおいて反射又は散乱された光のうち観察軸Ａ１と平行な方向に光軸を有する光のみが第２絞り５を通過して観察部Ｍに到達できる。第１実施形態では第２絞り５は固定絞りであり、その開口径は予め定められた大きさに固定されている。また、第１絞り４で規定されるＮＡは第２絞り５で規定されるＮＡよりも大きくできるように構成されている。
【００２８】
観察側レンズ６は、第２絞り５を通過した光を屈折させて観察部Ｍへと入射させる。例えば観察側レンズ６の焦点は第２絞り５上に存在するようにして、観察側レンズ６を通過する光を平行化して観察部Ｍに入射するようにしてもよい。
【００２９】
筺体７は観察軸Ａ１に沿った縦断面が概略横向きＴ字状をなすものである。ハーフミラー１とレンズ３との離間距離が、光源２とハーフミラー１との離間距離よりも長くなるように、この筺体７は構成されている。またワークＷ側の開口よりも観察部Ｍ側の開口である観察孔７２の直径は小さく形成されている。
【００３０】
このように構成された第１実施形態の同軸照明装置１００であれば、筺体７のワーク側開口７１にのみレンズ３が設けられているので、従来に比べて使用するレンズの個数を減らすことができる。したがって、従来のように光源側と観察部側のレンズのそれぞれについて調整作業をしていた場合に比べてそのような手間を大幅に軽減することができる。
【００３１】
また、同軸照明を構成する部品点数を減らすことができるので、装置全体をそれほど大きくしなくても観察部Ｍにおける視野を大きくできる。
【００３２】
さらに、光源２、第１絞り４、レンズ３はテレセントリック光学系をなすので、光源２から射出された光は平行光としてワークＷに照射することができ、光源２のＮＡ（開口数）についても第１絞り４で調節できる。具体的には図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように第１絞り４によって光源２のＮＡが変更されると、ワークＷの表面の各点において光が入射できる立体角の範囲をそれぞれ一律に変更することができる。第１実施形態では観察部ＭのＮＡは固定絞りである第２絞り５で固定されているので、第１絞り４の開口径を変更することで、観察部ＭのＮＡよりも光源２のＮＡを十分に大きくすることができる。
【００３３】
例えば図５（ａ）に示すようにワークＷが平面上に刻印された文字をマシンビジョンで検査する場合、文字以外の部分で表面に微小なうねりのある領域Ｄがあると、図５（ｂ）に示すようにその領域Ｄだけでなく、文字から観察部Ｍに到達する反射光又は散乱光の光量が少なくなり、マシンビジョンによる検査が精度良く行えないことがある。これはうねりによって反射光や散乱光が観察軸Ａ１と平行な方向に進行せず、観察部Ｍに対して入射できなくなるためである。このような状況において図４（ａ）から図４（ｂ）のように光源２のＮＡを大きくすると、ワークＷの領域Ｄで反射又は散乱された光の一部に観察軸Ａ１と平行な方向に進行する成分を発生させて、観察部Ｍまで入射させることができる。したがって、図５（ｃ）に示すようにうねりのある領域Ｄについても観察部Ｍに一定量の反射光や散乱光を到達させることができ、マシンビジョンによる検査を精度良く行う事が可能となる。
【００３４】
また、第１実施形態ではワークＷへの光の照射態様は第１絞り４の開口径だけで調整できるので、表面検査に適した輝度、明るさ等の照射態様を簡単な調整作業だけで実現しやすい。
【００３５】
次に本発明の第２実施形態に係る同軸照明装置１００について図６を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
【００３６】
第２実施形態の同軸照明装置１００は、ハーフミラー１と観察部Ｍとの間に可変絞りである第２絞り６を備えている点で第１実施形態と異なっている。
【００３７】
このような第２絞り６を備えていることによって、観察部Ｍに入射する光量を調整する事が可能となり、さらに表面検査に適した画像を得やすくすることが可能となる。
【００３８】
その他の実施形態について説明する。
【００３９】
本発明に係る同軸照明装置は、表面検査だけに用いられるものではなく、その他の外観検査等の検査においても用いることができる。
【００４０】
光源については、ＬＥＤに限られず、その他の種類のものを用いても構わない。レンズについても凸レンズに限られず、フレネルレンズ等を用いても構わない。加えて、観察軸に対して照射軸が直交しておらず、単に交差するように構成してもよい。
【００４１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の一部同士を組み合わせて変形しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明であれば、小型でありながらも視野を広くすることができるとともに、調整作業を簡易な同軸照明装置を提供できる。
【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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【国際調査報告】
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