JP2016200420A - 撮像装置及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を適切に撮像すること。【解決手段】撮像装置（１１）は、撮像対象（Ｗ）が設置されるステージ（２３）と、放物面状の鏡面（３２）によってステージ上の撮像対象を覆うミラー部材（３１）と、ミラー部材の鏡面を用いてステージ上の撮像対象を撮像する光学系（４１）と、ステージの撮像対象と光学系とを相対的に離間又は接近させる移動機構（５５）とを備え、離間又は接近方向を軸方向とし、当該軸方向に垂直な方向からミラー部材の鏡面に入射した光の焦点に撮像対象が位置付けられる構成にした。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像画像に基づいて撮像対象の傷や異物等の検出に用いる撮像装置及び検査装置に関する。

従来、撮像対象の外観検査は、撮像対象の検査部位に応じて事前に複数のカメラを固定配置して、複数の方向から撮像対象を撮像して検査している。この外観検査は、撮像対象に対する撮像方向が固定され、撮像対象に想定外の傷や異物等が生じている場合にはカメラの配置構成を変更して検査しなければならない。そこで、この種の外観検査に用いる検査装置として、複数のカメラや照明を撮像対象に対して相対的に移動可能に配置して、複数のカメラで撮像対象を様々な方向から撮像して検査するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１３０４３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査装置は、複数のカメラに加えて、各カメラを個別に移動させるための移動機構を設けなければならないため、装置全体が大型化すると共に部品点数が増加してコストが増大するという問題があった。さらに、撮像対象の撮像部位に応じて各カメラを適切に移動制御しなければならず、装置構成及び制御構成が複雑になっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置全体を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を適切に撮像することができる撮像装置及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像対象が設置されるステージと、放物面状の鏡面によって前記ステージ上の前記撮像対象を覆うミラー部材と、前記ミラー部材の鏡面を用いて前記ステージ上の前記撮像対象を撮像する光学系と、前記ステージの前記撮像対象と前記光学系とを相対的に離間又は接近させる移動機構とを備え、前記離間又は接近方向を軸方向とし、当該軸方向に垂直な方向から前記ミラー部材の鏡面に入射した光の焦点に前記撮像対象が位置付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、軸方向に垂直な方向からの光は放物面状の鏡面のどの位置でも焦点に位置付けられた撮像対象に向けて反射され、焦点に位置付けられた撮像対象からの光は放物面状の鏡面のどの位置でも軸方向に垂直な方向に反射される。このため、撮像対象に対して光学系が離間又は接近することによって、撮像対象に対する光の当たり方や、撮像対象の見え方を調整することができる。よって、装置全体を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を適切に撮像することができる。なお、焦点に撮像対象が位置付けられるとは、撮像対象の中心が焦点に位置付けられる構成に限定されず、撮像対象の一部が焦点に重なる位置や、鏡面と焦点を結ぶ光路を撮像対象が遮るような略焦点に位置付けられる構成も含む。

また本発明の上記撮像装置において、前記ミラー部材の鏡面は、前記軸方向をｚ軸方向とするｘｙｚ座標空間で、ｆを任意の定数としたときに、式（１）で示される回転放物面状に形成されている。
式（１）
ｚ^４−１６ｆ^２ｘ^２−１６ｆ^２ｙ^２−８ｆ^２ｚ^２＋１６ｆ^４＝０
この構成によれば、ｘｙｚ座標空間の原点が焦点になり、原点に撮像対象を位置付けて撮像することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記光学系は、前記軸方向に垂直な方向から前記ミラー部材の鏡面を撮像する撮像部を有し、前記移動機構は、前記ステージの前記撮像対象と前記撮像部とを相対的に離間又は接近させる。この構成によれば、焦点に位置付けられた撮像対象から放物面状の鏡面に入射された光は、放物面状の鏡面のどの位置でも、軸方向に垂直な方向に反射される。よって、撮像部が鏡面から鏡像を取り込む位置を軸方向で変えることで、撮像対象の見え方を調整することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記軸方向を回転軸として、前記ステージの前記撮像対象と前記光学系とを相対的に回転させる回転機構を備える。この構成によれば、光学系が鏡面から鏡像を取り込む位置を回転方向で変えることで、撮像対象を適切な向きから撮像することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記ステージに前記撮像対象が設置される設置台が設けられ、前記回転機構は前記設置台を前記光学系に対して回転させる。この構成によれば、撮像部に対して撮像対象の向きが回転するため、光学系が鏡面から鏡像を取り込む位置を回転方向で固定させた状態で、撮像対象を適切な向きから撮像することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記ミラー部材の鏡面が放物面の一部からなる部分放物面状に形成されている。この構成によれば、撮像部が鏡面から鏡像を取り込む位置が回転方向で固定されているため、鏡面が部分放物面で形成されていても撮像対象を撮像することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記光学系は、前記撮像対象を前記軸方向から撮像する撮像部と、当該軸方向に垂直な方向から前記ミラー部材の鏡面を照明する照明部とを有し、前記移動機構は、前記ステージの前記撮像対象と前記照明部とを相対的に離間又は接近させる。この構成によれば、照明部から放物面状の鏡面に入射された光は、放物面状の鏡面のどの位置でも、焦点に位置付けられた撮像対象に向けて反射される。よって、照明部が鏡面を照明する位置を軸方向で変えることで、撮像対象に対する光の当たり方を調整することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記照明部が、前記ミラー部材の鏡面を全周に亘って照明する円盤型照明である。この構成によれば、円盤型照明から出射された光により、撮像対象の撮像部位を周囲から照明することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記軸方向を回転軸として、前記ステージに設けられた設置台上の撮像対象と前記照明部とを相対的に回転させる回転機構を備え、前記照明部が、前記ミラー部材の鏡面を部分的に照明するスポット照明である。この構成によれば、スポット照明から出射されたスポット光により、撮像対象の撮像部位を部分的に照明することができる。

また本発明の上記撮像装置において、前記ミラー部材の鏡面が放物面の一部からなる部分放物面状に形成されている。この構成によれば、スポット光によって鏡面を照射する位置が回転方向で固定されているため、鏡面が部分放物面で形成されていても撮像対象を部分的に照明することができる。

本発明の検査装置は、上記の撮像装置と、前記撮像装置で撮像された撮像画像の画像処理により前記撮像対象を検査する画像処理装置とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、装置全体を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を撮像し、撮像画像に基づいて撮像対象に生じた傷や異物を検査することができる。

本発明によれば、撮像対象に対して光学系が離間又は接近されることで、光学系に取り込まれる撮像対象の見え方や撮像対象に対する光の当たり方が可変されるので、装置全体を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を適切に照明して撮像することができる。

第１の実施の形態に係る検査装置の模式図である。 第１の実施の形態に係るミラー部材の説明図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第２の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第３の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第４の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第５の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第５の実施の形態に係るミラー部材の説明図である。 第６の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第７の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第８の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。 第９の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る検査装置について説明する。なお、本実施の形態に係る検査装置は、放物面状の内面を鏡面にしたミラー部材を用いて撮像する撮像装置を備えた構成であれば、どのように構成されていてもよい。また、以下の説明では、ｚ軸方向で撮像対象と光学系の離間又は接近する構成を例示して説明するが、撮像対象と光学系の離間又は接近方向は特に限定されない。また、以下の各実施の形態では、説明の便宜上、同一の構成には同一の符号を付して説明する。図１は、第１の実施の形態に係る検査装置の模式図である。図２は、第１の実施の形態に係るミラー部材の説明図である。

図１に示すように、検査装置１は、撮像装置１１で撮像された撮像画像を、画像処理装置１２において画像処理することで撮像対象Ｗを検査するように構成されている。この検査装置１では、事前に想定した撮像部位の不良の検査だけでなく、事前に想定していない撮像部位の不良の検査も求められている。このため、固定された方向からだけではなく、様々な方向から撮像対象Ｗを撮像する必要があるが、複数の撮像部（カメラ）や複雑な移動機構を用いなければならない。そこで、本実施の形態に係る撮像装置１１は、ドーム状のミラー部材３１を用いて撮像対象Ｗに対する撮像方向を可変させている。

図２Ａに示すように、ミラー部材３１の鏡面３２の断面形状は、ｘｚ座標系で次式（２）に示される放物線になっている。ここで、ｐ≦ｘ≦１であって、ｐは０と１の間の値を持つ定数であり、ｆは任意の定数である。この式（２）で示される放物線は原点が焦点になっている。
式（２）
ｙ^２＝−４ｆ（ｘ−ｆ）
この放物線では、焦点（原点）から出射されて放物線で反射された光は全てｚ軸と垂直な方向に進むため、ｚ軸と垂直な方向から放物線に視点を向けた位置に応じて、焦点を異なる方向から見た像を得ることが可能になっている。

図２Ｂに示すように、放物線をｚ軸回りに回転させてできるミラー部材３１の鏡面３２は、ｘｙｚ座標空間で式（３）に示される回転放物面になっている。
式（３）
ｚ^４−１６ｆ^２ｘ^２−１６ｆ^２ｙ^２−８ｆ^２ｚ^２＋１６ｆ^４＝０
このように、撮像装置１１では、ミラー部材３１の放物面状の鏡面３２の性質を利用することで撮像対象Ｗに対する撮像方向を可変させることが可能になっている。

図１に戻り、撮像装置１１の基台２１には、撮像対象Ｗの設置台２４を有するステージ２３が設けられている。ステージ２３上には、放物面状の鏡面３２によって設置台２４上の撮像対象Ｗを覆うドーム状のミラー部材３１が設けられている。設置台２４上の撮像対象Ｗは、ステージ２３上でｚ軸方向（軸方向）に垂直な方向からミラー部材３１の鏡面３２に入射した光の焦点（原点）に位置付けられている。ミラー部材３１の内面は、回転放物面状の鏡面３２になっており、焦点に設置された撮像対象Ｗからの光をｚ軸方向に垂直な方向に反射させている。また、ミラー部材３１の頂点部分には、ミラー部材３１の内外を連ねる開口３３が形成されている。

ミラー部材３１の開口３３には、ミラー部材３１の鏡面３２を介してステージ２３上の撮像対象Ｗを撮像する光学系４１が差し込まれている。光学系４１のケース４２は筒状に形成されており、ケース４２の下端側の側面にミラー部材３１の鏡面３２に向けた開口４３が形成されている。ケース４２の上端側には撮像面を下方に向けた撮像部４４が設置され、ケース４２の下端側には開口４３から入射した光を撮像部４４の撮像面に向けて反射するミラー４６が設置されている。撮像対象Ｗからの光はミラー部材３１の放物面状の鏡面３２で側方に向けて反射された後、ミラー４６で上方に向けて反射されることで撮像部４４に取り込まれる。

また、基台２１上には支柱部５１が立設されており、支柱部５１にはステージ２３上の撮像対象Ｗに対して光学系４１を離間又は接近させる移動機構５５が設けられている。移動機構５５は、アーム５２に支持された光学系４１をｚ軸方向に移動させることで、ミラー部材３１に対する光学系４１の高さを調整している。アーム５２には、ｚ軸を回転軸としてステージ２３の撮像対象Ｗに対して光学系４１を回転させる回転機構５６が設けられている。回転機構５６は、光学系４１全体をｚ軸回りに回転させることで、ミラー部材３１の鏡面３２に対する光学系４１の向きを水平方向で調整している。

焦点に位置付けられた撮像対象Ｗからの光は、放物面状の鏡面３２のどの位置でもｚ軸方向に垂直な方向に反射される。このため、鏡面３２に対して光学系４１をｚ軸方向に動かすことで、撮像対象Ｗからの斜め方向の光を光学系４１に取り込むことができ、撮像対象Ｗの斜め上方からの見え方が変更される。さらに、鏡面３２に対して光学系４１をｚ軸回りに回転させることで、撮像対象Ｗの見える向きが変更される。このように、移動機構５５及び回転機構５６によってミラー部材３１の鏡面３２に対する光学系４１の視点を動かすことで、撮像対象Ｗを様々な方向から見た像を取得している。

なお、第１の実施の形態においては、撮像対象Ｗを照らす照明部が光学系４１に設けられていてもよいし、ミラー部材３１の内側に設けられていてもよい。また、撮像装置１１に照明部が設けられずに、ミラー部材３１の開口３３と光学系４１のケース４２との隙間から外部の光がミラー部材３１の内側に取り込まれてもよい。

画像処理装置１２は、撮像装置１１に撮像された撮像画像に対して画像処理を施すことで、撮像対象Ｗの不良を検出している。画像処理装置１２による画像処理は特に限定されないが、例えば、撮像画像と事前に用意した基準画像とを比較する方法や、正規化相関係数に基づくテンプレートマッチング等の方法により撮像対象の不良を検出してもよい。また、第１の実施の形態では、画像処理装置１２によって撮像対象Ｗの不良を検出する構成にしたが、オペレータの目視によって撮像画像から撮像対象Ｗの不良を確認するようにしてもよい。

図３を参照して、撮像装置による撮像動作について説明する。図３は、第１の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。ここでは、光学系に照明部が設けられて、ミラー部材の鏡面を介して撮像対象が照射されているものとする。

図３に示すように、移動機構５５によって光学系４１が上方位置に位置付けられ、回転機構５６によって光学系４１の向きが所定の向きにむけられると、撮像対象Ｗから真上に近い斜め方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１でｚ軸と垂直な方向に反射されて光学系４１に取り込まれる。光学系４１に取り込まれた光はミラー４６によって真上に位置する撮像部４４に向けて反射される。これにより、鏡面３２の反射位置Ｐ１における撮像対象Ｗの鏡像が撮像部４４によって撮像され、真上に近い方向から撮像対象Ｗを見たときの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によって光学系４１が下方位置に位置付けられると、撮像対象Ｗから水平に近い斜め方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ２でｚ軸と垂直な方向に反射されて光学系４１に取り込まれる。光学系４１に取り込まれた光はミラー４６によって真上に位置する撮像部４４に向けて反射される。これにより、鏡面３２の反射位置Ｐ２における撮像対象Ｗの鏡像が撮像部４４によって撮像され、水平に近い方向から撮像対象Ｗを見たときの撮像画像が取得される。このように、鏡面３２から鏡像を取り込む位置を変えることで、撮像対象Ｗを様々な方向から見た像を得ることが可能になっている。

以上のように、第１の実施の形態に係る撮像装置１１は、撮像対象Ｗに対する撮像部４４のｚ軸方向の移動及びｚ軸回りの回転によって、鏡面３２から鏡像を取り込む位置を変えることで、撮像対象Ｗの見え方を調整することができる。よって、撮像対象Ｗの撮像部位を様々な方向から撮像して撮像画像を得ることができ、検査装置１を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を適切に撮像して検査することができる。

なお、第１の実施の形態では、光学系４１（撮像部４４）がｚ軸方向に移動可能でｚ軸回りに回転可能な構成にしたが、この構成に限定されない。光学系４１とステージ２３上の撮像対象Ｗとがｚ軸方向に相対的に離間又は接近されると共に、光学系４１とステージ２３上の撮像対象Ｗとがｚ軸回りに相対的に回転される構成であればよい。例えば、図４に示すように、光学系４１の代わりにステージ２３がｚ軸方向に移動可能でｚ軸回りに回転可能な構成にしてもよい。

図４を参照して、第２の実施の形態に係る検査装置について説明する。第２の実施の形態に係る検査装置は、撮像装置のステージがｚ軸方向に移動及びｚ軸回りに回転する点で第１の実施の形態に係る検査装置と相違している。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。図４は、第２の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。ここでは、光学系に照明部が設けられて、ミラー部材の鏡面を介して撮像対象が照射されているものとする。

図４に示すように、第２の実施の形態に係る撮像装置１１は、ステージ２３から下方に支持部２５が延びており、この支持部２５に光学系４１に対してステージ２３上の撮像対象Ｗを離間又は接近させる移動機構５５が設けられている。移動機構５５は、ステージ２３上のミラー部材３１をｚ軸方向に移動させることで、光学系４１に対するミラー部材３１の高さを調整している。支持部２５の下部には、ｚ軸を回転軸として光学系４１に対してステージ２３上の撮像対象Ｗを回転させる回転機構５６が設けられている。回転機構５６は、ステージ２３全体をｚ軸回りに回転させることで、光学系４１に対する撮像対象Ｗの向きを水平方向で調整している。

このように構成された撮像装置１１では、移動機構５５によってステージ２３が上方位置に位置付けられ、回転機構５６によってステージ２３が所定の向きに向けられると、撮像対象Ｗから水平に近い斜め方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ３でｚ軸と垂直な方向に反射されて光学系４１に取り込まれる。光学系４１に取り込まれた光はミラー４６によって真上に位置する撮像部４４に向けて反射される。これにより、鏡面３２の反射位置Ｐ３における撮像対象Ｗの鏡像が撮像部４４によって撮像され、水平に近い方向から撮像対象Ｗを見たときの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によってステージ２３が下方位置に位置付けられると、撮像対象Ｗから真上に近い斜め方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ４でｚ軸と垂直な方向に反射されて光学系４１に取り込まれる。光学系４１に取り込まれた光はミラー４６によって真上に位置する撮像部４４に向けて反射される。これにより、鏡面３２の反射位置Ｐ４における撮像対象Ｗの鏡像が撮像部４４によって撮像され、真上に近い方向から撮像対象Ｗを見たときの撮像画像が取得される。

以上のように、第２の実施の形態に係る撮像装置１１においても、ステージ２３のｚ軸方向の移動及びｚ軸回りの回転によって鏡面３２から鏡像を取り込む位置を変えることで、撮像対象Ｗの見え方を調整することができる。よって、撮像対象Ｗの撮像部位を様々な方向から撮像して検査することができる。

また、第１、第２の実施の形態の他にも、光学系４１がｚ軸方向に移動可能でステージ２３がｚ軸回りに回転可能な構成でもよいし、光学系４１がｚ軸回りに回転可能でステージ２３がｚ軸方向に移動可能でも良い。さらに、図５に示すように、光学系４１がｚ軸方向に移動可能でステージ２３上の設置台２４がｚ軸回りに回転可能な構成にしてもよい。

図５を参照して、第３の実施の形態に係る検査装置について説明する。第３の実施の形態に係る検査装置は、撮像装置のステージ上の設置台がｚ軸回りに回転する点で第１の実施の形態に係る検査装置と相違している。なお、第３の実施の形態においては、第１の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。図５は、第３の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。ここでは、光学系に照明部が設けられて、ミラー部材の鏡面を介して撮像対象が照射されているものとする。

図５に示すように、第３の実施の形態に係る撮像装置１１は、設置台２４から下方に回転軸２６が延びており、この回転軸２６の下部に光学系４１に対して設置台２４上の撮像対象Ｗを回転させる回転機構５６が設けられている。回転機構５６は、設置台２４をｚ軸回りに回転させることで、光学系４１に対する撮像対象Ｗの向きを水平方向で調整している。なお、第３の実施の形態に係る撮像装置１１は、第１の実施の形態と同様に、基台２１上の支柱部５１に、ステージ２３上の撮像対象Ｗに対して光学系４１を離間又は接近させる移動機構５５が設けられている。

このように構成された撮像装置１１では、移動機構５５によって光学系４１が上方位置に位置付けられ、回転機構５６によって設置台２４が所定の向きに向けられると、撮像対象Ｗから真上に近い斜め方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ５でｚ軸と垂直な方向に反射されて光学系４１に取り込まれる。光学系４１に取り込まれた光はミラー４６によって真上に位置する撮像部４４に向けて反射される。これにより、鏡面３２の反射位置Ｐ５における撮像対象Ｗの鏡像が撮像部４４によって撮像され、真上に近い方向から撮像対象Ｗを見たときの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によって光学系４１が下方位置に位置付けられると、撮像対象Ｗから水平に近い斜め方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ６でｚ軸と垂直な方向に反射されて光学系４１に取り込まれる。光学系４１に取り込まれた光はミラー４６によって真上に位置する撮像部４４に向けて反射される。これにより、鏡面３２の反射位置Ｐ６における撮像対象Ｗの鏡像が撮像部４４によって撮像され、水平に近い方向から撮像対象Ｗを見たときの撮像画像が取得される。

以上のように、第３の実施の形態に係る撮像装置１１においても、光学系４１のｚ軸方向の移動によって鏡面３２から鏡像を取り込む位置を変えることで、鏡面３２から鏡像を取り込む位置を回転方向で固定させた状態で、撮像対象を適切な向きから撮像することができる。よって、撮像対象Ｗの撮像部位を様々な方向から撮像して検査することができる。

上記の第３の実施の形態に係る撮像装置１１では、光学系４１の向きを変えることなく、光学系４１がミラー部材３１の一部分を用いて撮像対象Ｗの鏡像を取り込むため、ミラー部材３１がドーム状に形成されている必要がない。このため、図６に示す第４の実施の形態のように、ドーム形状を切り欠いたミラー部材３１を用いてもよい。この場合、ミラー部材３１の鏡面３２が放物面の一部からなる部分放物面状に形成されている。鏡面３２から鏡像を取り込む位置が回転方向で固定されているため、鏡面３２が部分放物面で形成されていても撮像対象Ｗを撮像することができる。

上記した第１−第４の実施の形態では、撮像部４４によってミラー部材３１の鏡面３２に映る鏡像を撮像する構成にしたが、この構成に限定されない。ミラー部材３１の鏡面３２を用いてステージ２３上の撮像対象Ｗを撮像する構成であればよく、図７に示すように、照明部４７によってミラー部材３１の鏡面３２を介して撮像対象Ｗを照明して、撮像部４４によって真上から撮像対象Ｗを撮像する構成にしてもよい。この場合、図８に示すように、ミラー部材３１の鏡面３２の断面形状は、上記式（２）で示される放物線であり、放物線にｚ軸に垂直な方向から入射された光は全て焦点に向かって進むため、放物線に対する入射位置に応じて撮像対象を様々な方向から照らすことが可能になっている。

図７を参照して、第５の実施の形態に係る検査装置について説明する。なお、第５の実施の形態においては、第１の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。図７は、第５の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。

図７に示すように、撮像装置１１の基台２１には、撮像対象Ｗの設置台２４を有するステージ２３が設けられている。ステージ２３上には、放物面状の鏡面３２によって設置台２４上の撮像対象Ｗを覆うドーム状のミラー部材３１が設けられている。設置台２４上の撮像対象Ｗは、ステージ２３上でｚ軸方向（軸方向）に垂直な方向からミラー部材３１に入射した光の焦点（原点位置）に位置付けられている。ミラー部材３１の内面は、回転放物面状の鏡面３２になっており、ｚ軸に垂直な方向からの光を焦点に向かう方向に反射させている。また、ミラー部材３１の頂点部分には、ミラー部材３１の内外を連ねる開口３３が形成されている。

ミラー部材３１の開口３３の上方には、撮像対象Ｗをｚ軸方向から撮像する撮像部４４が位置付けられ、ミラー部材３１の開口３３の下方には、ｚ軸方向に垂直な方向からミラー部材３１の鏡面３２を照明する照明部４７が位置付けられている。第５の実施の形態では、この撮像部４４と照明部４７とを含んで光学系４１が構成されている。撮像部４４は、ステージ２３に立設された支柱部５３によって撮像面を真下に向けて支持されている。照明部４７は、撮像部４４の光軸を避けるようにリング状に形成されており、ミラー部材３１の鏡面３２を全周（３６０°）に亘って照明する円盤型照明で構成されている。

照明部４７から周囲に放射された光は、ミラー部材３１の放物面状の鏡面３２で焦点に向けて反射されて、鏡面３２からの反射光によって撮像対象Ｗが周囲から照明される。そして、照明部４７によって照明された撮像対象Ｗが真上に位置する撮像部４４によって撮像される。この場合、照明部４７が撮像部４４の光軸を避けてリング状に形成されているため、撮像部４４による撮像が照明部４７に阻害されることがない。なお、照明部４７は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）をリング状に配置して構成されてもよいし、リング状の蛍光灯を配置して構成されてもよい。

また、基台２１上には支柱部５１が立設されており、支柱部５１にはステージ２３上の撮像対象Ｗに対して照明部４７を離間又は接近させる移動機構５５が設けられている。移動機構５５は、アーム５２に支持された照明部４７をｚ軸方向に移動させることで、ミラー部材３１に対する照明部４７の高さを調整している。照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光は、放物面状の鏡面３２のどの位置でも焦点に位置付けられた撮像対象Ｗに向けて反射される。このため、鏡面３２に対して照明部４７をｚ軸方向に動かすことで、撮像対象に対する光の当たり方を変えることができ、撮像画像の明るさが調整される。

このように構成された撮像装置１１では、移動機構５５によって照明部４７が上方位置に位置付けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ９で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗが周囲から照明される。これにより、撮像対象Ｗが真上に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって明るめの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によって照明部４７が下方位置に位置付けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１０で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗが周囲から照明される。これにより、撮像対象Ｗが水平に近い方向から照明されるため、撮像部４４によって暗めの撮像画像が取得される。このように、ミラー部材３１の鏡面３２を照明する位置を変えることで、撮像対象Ｗを様々な方向から照明した像を得ることが可能になっている。

以上のように、第５の実施の形態に係る撮像装置１１は、照明部４７のｚ軸方向の移動によって鏡面３２が照明される位置を変えることで、撮像対象Ｗに対する光の当たり方を調整することができる。よって、照明部４７からの光により撮像対象Ｗの撮像部位を周囲から照明して撮像することができる。

なお、第５の実施の形態では、照明部４７がｚ軸方向に移動可能な構成にしたが、この構成に限定されない。照明部４７とステージ２３上の撮像対象Ｗとが相対的に離間又は接近される構成であればよい。例えば、図９に示すように、照明部４７の代わりにステージ２３がｚ軸方向に移動可能な構成にしてもよい。

図９を参照して、第６の実施の形態に係る検査装置について説明する。第６の実施の形態に係る検査装置は、撮像装置のステージがｚ軸方向に移動する点で第５の実施の形態に係る検査装置と相違している。なお、第６の実施の形態においては、第５の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。図９は、第６の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。

図９に示すように、第６の実施の形態に係る撮像装置１１は、ステージ２３から下方に支持部２５が延びており、この支持部２５には照明部４７に対してステージ２３上の撮像対象Ｗを離間又は接近させる移動機構５５が設けられている。移動機構５５は、ステージ２３上のミラー部材３１をｚ軸方向に移動させることで、照明部４７に対するミラー部材３１の高さを調整している。

このように構成された撮像装置１１では、移動機構５５によってステージ２３が上方位置に位置付けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１１で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗが周囲から照明される。これにより、撮像対象Ｗが水平に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって暗めの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によって照明部４７が下方位置に位置付けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１２で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗが周囲から照明される。これにより、撮像対象Ｗが真上に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって明るめの撮像画像が取得される。

以上のように、第６の実施の形態に係る撮像装置１１においても、ステージ２３のｚ軸方向の移動によって鏡面３２が照明される位置を変えることで、撮像対象Ｗに対する光の当たり方を調整することができる。よって、照明部４７からの光により撮像対象Ｗの撮像部位を周囲から照明して撮像することができる。

なお、第６の実施の形態では、照明部４７がミラー部材３１の鏡面３２を全周（３６０°）に亘って照明する円盤型照明で構成されたが、この構成に限定されない。照明部４７は、ミラー部材３１の鏡面３２を照明可能な構成であればよく、図１０に示すように、ミラー部材３１の鏡面３２を部分的に照明するスポット照明で構成されてもよい。

図１０を参照して、第７の実施の形態に係る検査装置について説明する。第７の実施の形態に係る検査装置は、照明部がｚ軸回りに回転可能なスポット照明である点で第５の実施の形態に係る検査装置と相違している。なお、第７の実施の形態においては、第５の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。図１０は、第７の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。

図１０に示すように、第７の実施の形態に係る撮像装置１１は、移動機構５５に連結されたアーム５２に回転機構５６を介して照明部４７が支持されている。照明部４７は、撮像部４４の光軸を避けるようにリング状に形成されており、リング状の一方向からミラー部材３１の鏡面３２を部分的に照明するスポット照明で構成されている。この場合、照明部４７が撮像部４４の光軸を避けてリング状に形成されているため、撮像部４４による撮像が照明部４７に阻害されることがない。なお、照明部４７は、例えば、ＬＥＤを配置して構成されてもよいし、光ファイバを用いて光源（不図示）から光を導いて構成されてもよい。なお、スポット照明はスポット径が可変可能に構成されてもよい。

このように構成された撮像装置１１では、移動機構５５によって照明部４７が上方位置に位置付けられ、回転機構５６によって照明部４７の向きが調整されると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１３で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗがスポット照明される。これにより、撮像対象Ｗが真上に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって明るめの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によって照明部４７が下方位置に位置付けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１４で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗがスポット照明される。これにより、撮像対象Ｗが水平に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって暗めの撮像画像が取得される。

以上のように、第７の実施の形態に係る撮像装置１１においても、照明部４７のｚ軸方向の移動及びｚ軸回りの回転によって鏡面３２が照明される位置を変えることで、撮像対象Ｗに対する光の当たり方を調整することができる。よって、照明部４７からのスポット光により撮像対象Ｗの撮像部位を部分的に照明して撮像することができる。なお、第７の実施の形態においては、照明部４７をｚ軸方向に移動させる代わりに、ステージ２３をｚ軸方向に移動させてもよい。

なお、第７の実施の形態では、スポット照明である照明部４７が回転可能な構成にしたが、この構成に限定されない。例えば、図１１に示すように、照明部４７の代わりに設置台２４がｚ軸回りに回転可能な構成にしてもよい。

図１１を参照して、第８の実施の形態に係る検査装置について説明する。第８の実施の形態に係る検査装置は、設置台がｚ軸回りに回転可能である点で第７の実施の形態に係る検査装置と相違している。なお、第８の実施の形態においては、第７の実施の形態と同一の構成については説明を省略する。図１１は、第８の実施の形態に係る撮像装置による撮像動作の説明図である。

第８の実施の形態に係る撮像装置１１は、設置台２４から下方に回転軸２６が延びており、この回転軸２６の下部に照明部４７に対して設置台２４上の撮像対象Ｗを回転させる回転機構５６が設けられている。回転機構５６は、設置台２４をｚ軸回りに回転させることで、照明部４７に対する撮像対象Ｗの向きを水平方向で調整している。なお、第８の実施の形態に係る撮像装置１１は、第７の実施の形態と同様に、基台２１上の支柱部５１に、ステージ２３上の撮像対象Ｗに対して光学系４１を離間又は接近させる移動機構５５が設けられている。

このように構成された撮像装置１１では、移動機構５５によって照明部４７が上方位置に位置付けられ、回転機構５６によって設置台２４が所定の向きに向けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１５で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗがスポット照明される。これにより、撮像対象Ｗが真上に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって明るめの撮像画像が取得される。

そして、移動機構５５によって照明部４７が下方位置に位置付けられると、照明部４７からｚ軸方向に垂直な方向に進む光が、ミラー部材３１の鏡面３２の反射位置Ｐ１６で焦点に向けて反射されて撮像対象Ｗがスポット照明される。これにより、撮像対象Ｗが水平に近い方向から照明されるため、真上に位置する撮像部４４によって暗めの撮像画像が取得される。

以上のように、第８の実施の形態に係る撮像装置１１においても、照明部４７のｚ軸方向の移動及び設置台２４のｚ軸回りの回転によって鏡面３２が照明される位置を変えることで、撮像対象Ｗに対する光の当たり方を調整することができる。よって、照明部４７からのスポット光により撮像対象Ｗの撮像部位を部分的に照明して撮像することができる。なお、第８の実施の形態においては、照明部４７をｚ軸方向に移動させる代わりに、ステージ２３をｚ軸方向に移動させてもよい。

上記の第８の実施の形態に係る撮像装置１１では、照明部４７の向きを変えることなく、照明部４７がミラー部材３１の一部分を用いて撮像対象Ｗを照明するため、ミラー部材３１がドーム状に形成されている必要がない。このため、図１２に示す第９の実施の形態のように、ドーム形状を切り欠いたミラー部材３１を用いてもよい。この場合、ミラー部材３１の鏡面３２が放物面の一部からなる部分放物面状に形成されている。スポット光によって鏡面３２を照明する位置が回転方向で固定されているため、鏡面３２が部分放物面で形成されていても撮像対象Ｗを部分的に照明することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記各実施の形態において、ステージ２３の設置台２４に撮像対象Ｗが設置される構成にしたが、この構成に限定されない。ステージ２３が設置台２４を有さずに、ステージ２３上に直に撮像対象Ｗが設置される構成にしてもよい。

また、上記各実施の形態において、ミラー部材３１がドーム状に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。ミラー部材３１は、撮像対象Ｗを覆う放物面状の鏡面３２を有する構成であれば、どのように形成されてもよい。また、ミラー部材３１の内面全体が放物面状の鏡面３２で形成されている必要がなく、ミラー部材３１の内面の一部が放物面状の鏡面３２で形成されていればよい。

また、上記各実施の形態において、ミラー部材３１の鏡面３２が式（３）に示す回転放物面状に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。ミラー部材３１の鏡面３２は、撮像対象Ｗと光学系４１とが相対的に離間又は接近する方向を軸方向とし、この軸方向に対して垂直な方向から入射した光を焦点に向けて反射するような放物面状に形成されていればよい。

また、第１−第４の実施の形態において、光学系４１がｚ軸方向に垂直な方向からの光をミラー４６で真上に反射して撮像部４４で撮像する構成にしたが、この構成に限定されない。光学系４１は、ミラー４６を有していなくてもよく、撮像部４４がｚ軸方向に垂直な方向からの光を直に撮像できるように、撮像部４４の撮像面がｚ軸方向に垂直な方向に向けられていてもよい。

なお、上記した各実施の形態において、焦点に撮像対象Ｗが位置付けられるとは、撮像対象Ｗの中心が焦点に位置付けられる構成に限定されず、撮像対象Ｗの一部が焦点に重なる位置や、鏡面３２と焦点を結ぶ光路を撮像対象Ｗが遮るような略焦点に位置付けられる構成も含む。

以上説明したように、本発明は、装置全体を大型化することなく、安価かつ簡易な構成で撮像対象を適切に撮像することができるという効果を有し、特に、撮像対象の傷や異物等の検出に用いる撮像装置及び検査装置に有用である。

１ 検査装置
１１ 撮像装置
１２ 画像処理装置
２３ ステージ
２４ 設置台
３１ ミラー部材
３２ 鏡面
４１ 光学系
４４ 撮像部
４７ 照明部
５５ 移動機構
５６ 回転機構
Ｗ 撮像対象

Claims (11)

1. 撮像対象が設置されるステージと、
   放物面状の鏡面によって前記ステージ上の前記撮像対象を覆うミラー部材と、
   前記ミラー部材の鏡面を用いて前記ステージ上の前記撮像対象を撮像する光学系と、
   前記ステージの前記撮像対象と前記光学系とを相対的に離間又は接近させる移動機構とを備え、
   前記離間又は接近方向を軸方向とし、当該軸方向に垂直な方向から前記ミラー部材の鏡面に入射した光の焦点に前記撮像対象が位置付けられていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記ミラー部材の鏡面は、前記軸方向をｚ軸方向とするｘｙｚ座標空間で、ｆを任意の定数としたときに、式（１）で示される回転放物面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
   式（１）
   ｚ^４−１６ｆ^２ｘ^２−１６ｆ^２ｙ^２−８ｆ^２ｚ^２＋１６ｆ^４＝０
3. 前記光学系は、前記軸方向に垂直な方向から前記ミラー部材の鏡面を撮像する撮像部を有し、
   前記移動機構は、前記ステージの前記撮像対象と前記撮像部とを相対的に離間又は接近させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記軸方向を回転軸として、前記ステージの前記撮像対象と前記光学系とを相対的に回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記ステージに前記撮像対象が設置される設置台が設けられ、
   前記回転機構は前記設置台を前記光学系に対して回転させることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記ミラー部材の鏡面が放物面の一部からなる部分放物面状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記光学系は、前記撮像対象を前記軸方向から撮像する撮像部と、当該軸方向に垂直な方向から前記ミラー部材の鏡面を照明する照明部とを有し、
   前記移動機構は、前記ステージの前記撮像対象と前記照明部とを相対的に離間又は接近させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
8. 前記照明部が、前記ミラー部材の鏡面を全周に亘って照明する円盤型照明であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記軸方向を回転軸として、前記ステージに設けられた設置台上の撮像対象と前記照明部とを相対的に回転させる回転機構を備え、
   前記照明部が、前記ミラー部材の鏡面を部分的に照明するスポット照明であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
10. 前記ミラー部材の鏡面が放物面の一部からなる部分放物面状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の撮像装置と、
    前記撮像装置で撮像された撮像画像の画像処理により前記撮像対象を検査する画像処理装置とを備えたことを特徴とする検査装置。

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