JP7777962B2

JP7777962B2 - 検査用照明装置、及び、検査システム

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Publication number: JP7777962B2
Application number: JP2021186357A
Authority: JP
Inventors: 敦子藤田
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2025-12-01
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Also published as: JP2023073722A

Description

本発明は、例えばワークの側面を検査するための検査用照明装置に関するものである。

概略扁平円筒状をなす錠剤等をワークとする外観検査では、ワークの平面部や底面部だけでなく、その側面部全周についても撮像画像に基づいた検査が行われている。特許文献１に記載の検査システムでは、ドラムに形成された保持溝内に錠剤の側面部の約半周分を露出させた状態で保持しながらカメラの撮像領域まで搬送される。一方の側面部の撮像が終了すると、別の同じ構造のドラムにもう一方の側面部を露出させた状態で保持して、同様に撮像が行われる。すなわち、錠剤の保持されている向きを変更して２回に分けて撮像することで、錠剤の全周の画像を得ている。

しかしながら、このような検査システムは、非常に複雑な機構が必要となってしまうし、撮像機構であるカメラについては少なくとも２台必要となってしまう。にもかかわらず、側面部の全周を同時に撮像することはできない。このため、ワークの側面部の全周を撮像するのに必要となる時間を短縮することは難しい。

特開２００１－７４６６４号公報

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、簡単な構成でありながら、一度の撮像でワークの側面部の全周を撮像でき、良好なＳ／Ｎ比を実現できる検査用照明装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る検査用照明装置は、第１検査光がワークの第１側面部に至る第１照射光路、及び、前記第１側面部から撮像機構に至る第１検出光路を具備し、第１検査光が所定方向に偏光した状態で前記第１側面部に照射されるように構成された第１光学系と、第２検査光が前記第１側面部の反対側である前記ワークの第２側面部に至る第２照射光路、及び、前記第２側面部から前記撮像機構に至る第２検出光路を具備し、第２検査光が第１検査光と同じ方向に偏光した状態で前記第２側面部に照射されるように構成された第２光学系と、を備え、前記ワークで反射又は散乱されて偏光に変化が生じた第１検査光及び第２検査光の少なくとも一部の偏光成分を前記撮像機構へ入射させるとともに、前記所定方向に偏光した光が前記撮像機構に入射するのを防ぐように構成されたことを特徴とする。

このようなものであれば、前記第１側面部で反射又は散乱された第１検査光と、前記第２側面部で反射又は散乱された第２検査光を前記撮像機構に同時に入射させて、例えば前記ワークの前記側面部の全周を一度に撮像することが可能となる。また、第１検査光のうち前記ワークに照射されずに前記ワークの反対側にある前記第２光学系に入射し、前記第２検出光路に沿って前記撮像機構側へと進行する通過光については前記撮像機構へは入射しないようにできる。同様に第２検査光のうち前記ワークに照射されずに前記ワークの反対側にある前記第１光学系に入射する光についても、前記撮像機構に入射しないようにできる。したがって、前記ワークの第１側面部及び第２側面部において反射又は散乱された信号成分である光だけを前記撮像機構に入射させ、前記ワークに照射されなかったノイズ成分である光は前記撮像機構には入射しないようにできるので、撮像される画像におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明に係る検査用照明装置の具体的な構成の一態様としては、前記第１光学系が、第１検査光を射出する第１光源と、前記第１光源から射出された第１検査光を前記所定方向に偏光させる第１偏光制御素子と、前記第１偏光制御素子と前記ワークとの間に設けられて、前記第１偏光制御素子を通過した第１検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第１検査光を反射する第１ビームスプリッタと、を備え、前記第２光学系が、第２検査光を射出する第２光源と、前記第２光源から射出された第２検査光を前記所定方向に偏光させる第２偏光制御素子と、前記第２偏光制御素子と前記ワークとの間に設けられて、前記第２偏光制御素子を通過した第２検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第２検査光を反射する第２ビームスプリッタと、を備え、前記第１検出光路上、及び、前記第２検出光路上に設けられ、前記所定方向に偏光した光を遮光し、前記所定方向以外に偏光した光の少なくとも一部は透過するように構成された偏光選択機構をさらに備えたものが挙げられる。

前記偏光選択機構を構成する光学素子の数を最小にしつつ、簡素な構成でその機能が実現できるようにするには、前記偏光選択機構が、前記第１検出光路上、及び、前記第２検出光路上において、前記撮像機構の手前に設けられた１つの偏光子であればよい。

前記第１光学系及び第２光学系をコンパクトに構成できるようにするとともに、第１検査光及び第２検査光が前記撮像機構に到達するまでに通過する境界面や光学素子の数を減らして、放射束の減衰を抑え、前記撮像機構に入射する放射束を増加させるには、前記第１光学系が、第１検査光を射出する第１光源と、前記第１光源と前記ワークとの間に設けられて、前記第１光源から射出された第１検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第１検査光を反射する第１ビームスプリッタを備え、前記第１ビームスプリッタの透過反射面が、前記第１光源から射出された第１検査光を前記所定方向に偏光させるように構成されており、前記第２光学系が、第２検査光を射出する第２光源と、前記第２光源と前記ワークとの間に設けられて、前記第２光源から射出された第２検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第２検査光を反射する第２ビームスプリッタと、を備え、前記第２ビームスプリッタの透過反射面が、前記第２光源から射出された第２検査光を前記所定方向に偏光させるように構成されたものであればよい。

前記第１ビームスプリッタ及び前記第２ビームスプリッタに偏光機能を有する場合に、前記偏光選択機構についても偏光子を用いずにその機能を実現できるようにして、さらに部品点数を低減できるようにするための具体的な構成例としては、前記第１検出光路上において前記第１側面部と前記第１ビームスプリッタの透過反射面との間では光の偏光状態が保たれるように構成されており、前記第２検出光路上において前記第２側面部と前記第２ビームスプリッタの透過反射面との間では光の偏光状態が保たれるように構成されていればよい。このようなものであれば、前記ワークで反射又は散乱されて偏光に変化が生じた光は各ビームスプリッタで反射されて前記撮像機構へ導けるようにししつつ、前記ワークに照射されなかった光については所定方向に偏光したままであるため、他方のビームスプリッタを再度透過して他方の光源側へ逃がすことができる。したがって、前記第１ビームスプリッタ及び前記第２ビームスプリッタが、偏光制御機能だけでなく、前述した偏光選択機構としての機能も兼ねることができる。

第１検査光及び第２検査光が所定方向以外の偏光成分をほとんど含まないようにして、直線偏光の精度を高めて、各側面部における微小な欠陥等も撮像できるようにするには、前記第１光学系が、前記第１光源と前記第１ビームスプリッタの透過反射面との間に第１検査光を前記所定方向に偏光する第１照射側偏光要素をさらに備え、前記第２光学系が、前記第２光源と前記第２ビームスプリッタの透過反射面との間に第２検査光を前記所定方向に偏光する第２照射側偏光要素をさらに備えたものであればよい。

所定方向に偏光させる各光学素子の第１検査光及び第２検査光に対する入射角依存性や偏光子の消光比の影響を受けて前述したＳ／Ｎ比が低下するのを防ぐには、前記第１光学系が、前記第１ビームスプリッタの透過反射面と前記撮像機構との間に前記所定方向と直交する方向に偏光した光を透過する第１検出側偏光要素をさらに備え、前記第２光学系が、前記第２ビームスプリッタの透過反射面と前記撮像機構との間に前記所定方向と直交する方向に偏光した光を透過する第２検出側偏光要素をさらに備えたものであればよい。ここで、前記所定方向と直交する方向に偏光した光とは、偏光している方向が前記所定方向に対して厳密に９０度をなすものだけでなく、例えば所定方向に対して偏光している方向のなす角度が９０度の近傍を含む概念である。すなわち、前記偏光選択機構によって前記所定方向に偏光した光は遮光しつつ、前記ワークの側面部において反射又は散乱された光は前記偏光選択機構を通過できる偏光方向であればよい。

前記ワークの分光反射率や前記撮像機構における色収差等により前記ワークの第１側面部と第２側面部の撮像結果に誤差が生じるのを防ぐには、第２検査光が、第１検査光と同じ波長を有するものであればよい。このようなものであれば、前記ワークに照射される第１検査光と第２検査光は偏光だけでなく、波長も含めた照射条件が揃えられるので、例えば前記ワークの各側面部における欠陥や傷だけが撮像結果の違いとして表れるようにできる。

本発明に係る別の態様としては、第１波長を有する第１検査光がワークの第１側面部に至る第１照射光路、及び、前記第１側面部から前記撮像機構に至る第１検出光路を具備する第１光学系と、第１波長とは異なる第２波長を有する第２検査光が前記第１側面部の反対側である前記ワークの第２側面部に至る第２照射光路、及び、前記第２側面部から前記撮像機構に至る第２検出光路を具備する第２光学系と、前記第１検出光路上に設けられて、前記第１波長の光を透過させるとともに、前記第２波長の光は遮光する第１波長選択フィルタと、前記第２検出光路上に設けられて、前記第２波長の光を透過させるとともに、前記第１波長の光は遮光する第２波長選択フィルタと、を備えたものが挙げられる。このようなものであれば、偏光した光を用いなくても、前記ワークの第１側面部と第２側面部を同時に撮像することが可能となる。また、各波長選択フィルタによって前記ワークで反射又は散乱された信号成分となる光は前記撮像機構へ入射し、前記ワークに照射されずに通過したノイズ成分となる光は前記撮像機構へ入射しないようにして、撮像画像におけるＳ／N比を向上させることができる。

本発明に係る検査用照明装置と、前記撮像機構と、を備えた検査システムであれば、例えば前記ワークの側面部の全周を一度に撮像できる。このため、従来のように前記ワークの側面部の全周を撮像するために、複雑な搬送機構を用いて複数回に分けて撮像する必要がない。

前記ワークが例えば円筒形状をなし、側面部が曲面を有している場合でも前記ワークに対してより広い範囲の撮像を行えるようにするには、前記撮像機構が、撮像素子と、前記撮像素子上に前記ワークの第１側面部及び第２側面部を結像させる物体側テレセントリックレンズを備えたものであればよい。

このように本発明に係る検査用照明装置によれば、１回の撮像で例えば前記ワークにおける側面部の全周の撮像画像を得ることができ、検査に必要となる時間を大幅に短縮できる。また、前記ワークの側面部で反射又は散乱された信号成分となる光だけを前記撮像機構に入射するようにしてノイズの原因となる光は遮蔽できるので、撮像画像におけるＳ／Ｎ比を高くすることができる。

本発明の第１実施形態の検査用照明装置、及び、検査システムを示す模式図。第１実施形態において物体側テレセントリックレンズを使用した場合のワークの側面に対する検査光の状態と、その他の一般的なレンズ、例えばマクロレンズを使用した場合のワークの側面に対する検査光の状態を示す比較図。本発明の第２実施形態の検査用照明装置、及び、検査システムを示す模式図。本発明の第３実施形態の検査用照明装置、及び、検査システムを示す模式図。第３実施形態における偏光ビームスプリッタの偏光作用について説明する模式図。本発明の第３実施形態の検査用照明装置、及び、検査システムの変形例を示す模式図。本発明の第３実施形態の検査用照明装置、及び、検査システムのさらに別の変形例を示す模式図。本発明の第４実施形態の検査用照明装置、及び、検査システムを示す模式図。

本発明の第１実施形態における検査用照明装置１００、及び、この検査用照明装置１００と撮像機構４を備えた検査システム２００について図１を参照しながら説明する。

この検査システム２００は、例えば錠剤のように概略扁平円筒形状をなすワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の撮像画像に基づいて、その形状や欠陥の有無等を外観検査するために用いられるものである。第１実施形態では、撮像機構４であるカメラのレンズ４１の光軸ＯＡはワークＷにおいて端面が形成されている平面部Ｗ３（表面部）又は底面部Ｗ４（裏面部）の中心に対して直交するように設定されている。言い換えると、ワークＷの中心軸とレンズ４１の光軸ＯＡは一致させてある。このようにレンズ４１の光軸ＯＡが設定されたワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に対して、一対の光学系により両側から挟み込むように２方向から検査光が照射される。より具体的にはワークＷ近傍においてそれぞれ進行方向が逆向きとなる各検査光の光軸はレンズ４１の光軸ＯＡに対して直交するように構成されている。そして、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２において反射又は散乱された検査光は、各種光学素子によって進行方向が変更されて最終的に撮像機構４まで導かれて、これらの検査光によってワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の全周を一度に撮像するように構成されている。また、ワークＷに照射されなかった検査光については撮像機構４に入射しないように構成されている。なお、ワークＷの形状は円筒形状に限られるものではなく、様々な形状のものを対象とすることができる。

より具体的には検査システム２００は、前記撮像機構４と、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に対して所定方向に偏光した検査光を照射するとともに、ワークＷで反射又は散乱された検査光だけを撮像機構４に導くように構成された検査用照明装置１００と、を備えている。

まず、検査用照明装置１００の詳細について図１を参照しながら説明する。以下の説明ではワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２における左側半周分を第１側面部Ｗ１、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２における右側半周分を第２側面部Ｗ２と定義する。

検査用照明装置１００は、第１側面部Ｗ１に対して所定方向に偏光した第１検査光を照射する第１光学系１と、ワークＷにおいて第１側面部Ｗ１とは反対側となる第２側面部Ｗ２に対して第１検査光と同じ方向に偏光した第２検査光を照射する第２光学系２と、ワークＷで反射又は散乱されて偏光に変化が生じた第１検査光及び第２検査光の少なくとも一部の偏光成分を撮像機構４へ入射させるとともに、所定方向に偏光した光が撮像機構４に入射するのを防ぐように構成された偏光選択機構３と、を備えている。なお、第１実施形態では第１光学系１と第２光学系２はワークＷの中心軸を包含する基準面ＲＰに対して左右対象に配置されている。

第１光学系１は、図１において左半分に示されるものである。第１光学系１は、第１光源１１からワークＷの第１側面部Ｗ１に至る第１照射光路Ｌ１１と、第１側面部Ｗ１から撮像機構４に至る第１検出光路Ｌ１２と、を備えている。第１照射光路Ｌ１１は図１における左右方向に対して直線状に延びる光路である。また、第１検出光路Ｌ１２は、複数回の反射が繰り返されるジグザグ状に延びる光路である。第１照射光路Ｌ１１と第１検出光路Ｌ１２はワークＷと後述する第１ビームスプリッタ１３との間で重複する。

具体的には第１光学系１は、第１光源１１、第１偏光制御素子１２、第１ビームスプリッタ１３、第１ミラー１４、及び、共通ミラーＣＭの第１反射面１５と、を備えている。第１光源１１、第１偏光制御素子１２、及び、第１ビームスプリッタ１３は図１における左右方向に一直線上に並べて配置されて、第１照射光路Ｌ１１を形成する。また、第１ビームスプリッタ１３、第１ミラー１４、共通ミラーＣＭの第１反射面１５は、クランク状に配置されて第１検出光路Ｌ１２を形成する。

第１光源１１は、所定波長でランダム偏光（自然光）の状態の光を第１検査光として射出するものであり、例えばＬＥＤによって構成される。

第１偏光制御素子１２は、第１光源１１から射出された第１検査光から所定方向の偏光だけを透過させて、第１検査光を直線偏光の状態にする偏光子である。なお、第１偏光制御素子１２は偏光子に限られるものではなく、偏光変換素子等であっても構わない。偏光変換素子を用いた場合は偏光子を用いた場合よりも第１光源１１から射出された第１検査光を効率よく所定方向の偏光として取り出す事が可能となる。第１実施形態では第１検査光は第１偏光制御素子１２を通過することで、ランダム偏光の状態からＰ偏光を有する状態となる。

第１ビームスプリッタ１３は例えばキューブ型のものであり、第１偏光制御素子１２を通過したＰ偏光状態の第１検査光をワークＷの第１側面側へ透過させ、ワークＷの第１側面部Ｗ１で反射又は散乱された第１検査光は第１ミラー１４側へと反射するようにその透過反射面１３Ｓの向きが設定されている。なお、第１ビームスプリッタ１３は、キューブ型のものに限られず、プレート型のものであってもよい。

第１ミラー１４は第１ビームスプリッタ１３で反射された光の進行方向を直角に曲げて共通ミラーＣＭ側へと反射するようにその反射面の向きが設定されている。第１ミラー１４で反射された光は共通ミラーＣＭの第１反射面１５でさらに９０度曲げて撮像機構４側へと反射される。

ここで、第１照射光路Ｌ１１を進行する第１検査光の幅はワークＷの上下左右方向の幅よりも大きく設定されている。このため、第１検査光のうち光軸近傍の光はワークＷの第１側面部Ｗ１に照射されるが、それよりも外側の光はワークＷに照射されず、後述する第２光学系２の第２ビームスプリッタ２３に入射する。ワークＷが錠剤の場合に表面は散乱面であるため、照射された第１検査光の偏光状態は保存されない。したがって、ワークＷの第１側面部Ｗ１で反射又は散乱された第１検査光は、Ｐ偏光の状態からランダム偏光の状態に変化する。一方、ワークＷに照射されず第２光学系２に入射した第１検査光はＰ偏光の状態が保たれたまま第２光学系２の第２検出光路Ｌ２２を進行し、偏光選択機構３まで到達することになる。

第２光学系２は、図１において右半分に示される光学系である。第２光学系２は、第２光源２１からワークＷの第２側面部Ｗ２に至る第２照射光路Ｌ２１と、第２側面部Ｗ２から撮像機構４に至る第２検出光路Ｌ２２と、を備えている。第２照射光路Ｌ２１は図１における左右方向に対して直線状に延びる光路である。また、第２検出光路Ｌ２２は、複数回の反射が繰り返されるジグザグ状に延びる光路である。第２照射光路Ｌ２１と第２検出光路Ｌ２２はワークＷと後述する第２ビームスプリッタ２３との間で重複する。

具体的には第２光学系２は、第２光源２１、第２偏光制御素子２２、第２ビームスプリッタ２３、第２ミラー２４、及び、共通ミラーＣＭの第２反射面２５と、を備えている。これらの光学素子の配置は前述した第１光学系１の各光学素子の配置と左右対称なので説明を省略する。

第２光源２１は、第１光源１１と同種、同型のものであり、例えばＬＥＤによって構成される。すなわち、第２光源２１は第１光源１１と同じ所定波長でランダム偏光の状態の光を第２検査光として射出するものである。

第２偏光制御素子２２は、第２光源２１から射出された第２検査光から所定方向の偏光だけを透過させて、第２検査光を直線偏光の状態にする偏光子である。なお、第２偏光制御素子２２は偏光子に限られるものではなく、偏光変換素子等であっても構わない。第１実施形態では第２検査光は第２偏光制御素子２２を通過することで、ランダム偏光の状態からＰ偏光を有する状態となる。すなわち、各偏光制御素子を通過した後の第１検査光と第２検査光は同じ波長及び同じ偏光状態でワークＷに照射される。

第２ビームスプリッタ２３は例えばキューブ型のものであり、第２偏光制御素子２２を通過したＰ偏光状態の第２検査光をワークＷの第２側面側へ透過させ、ワークＷの第２側面部Ｗ２で反射又は散乱された第２検査光は第２ミラー２４側へと反射するようにその透過反射面２３Ｓの向きが設定されている。なお、第２ビームスプリッタ２３も、キューブ型のものに限られず、プレート型のものであってもよい。

第２ミラー２４は第２ビームスプリッタ２３で反射された光の進行方向を直角に曲げて共通ミラーＣＭ側へと反射するようにその反射面の向きが設定されている。第２ミラー２４で反射された光は共通ミラーＣＭの第２反射面２５でさらに９０度曲げて撮像機構４側へと反射される。

ここで、第２照射光路Ｌ２１を進行する第２検査光の幅はワークＷの上下左右方向の幅よりも大きく設定されている。このため、第２検査光のうち光軸近傍の光はワークＷの第２側面部Ｗ２に照射されるが、それよりも外側の光はワークＷに照射されず、前述した第１光学系１の第１ビームスプリッタ１３に入射する。ワークＷの第２側面部Ｗ２で反射又は散乱された第２検査光も第１検査光と同様に、Ｐ偏光の状態からランダム偏光の状態に変化する。一方、ワークＷに照射されず第１光学系１に入射した第２検査光はＰ偏光の状態が保たれたまま第１光学系１の第１検出光路Ｌ１２を進行し、偏光選択機構３まで到達することになる。

偏光選択機構３は、第１検出光路Ｌ１２上、及び、第２検出光路Ｌ２２上において、共通ミラーＣＭと撮像機構４との間に設けられている。この偏光選択機構３は、ワークＷの第１側面部Ｗ１又は第２側面部Ｗ２で反射又は散乱された光のうちの少なくとも一部の成分については透過するとともに、第１検査光及び第２検査光でワークＷに照射されなかった成分については撮像機構４に入射するのを防ぐように構成されている。より具体的には、偏光選択機構３はS偏光を透過させ、P偏光については遮光するように構成された偏光子である。したがって、偏光選択機構３に到達したワークＷで反射又は散乱された第１検査光、第２検査光はランダム偏光状態なので、そのうちのＳ偏光状態が撮像機構４に入射する。一方、ワークＷに照射されなかった第１検査光、第２検査光は第２検出光路Ｌ２２及び第１検出光路Ｌ１２では反射のみで進行するので、Ｐ偏光の状態が偏光選択機構３に到達するまで保存され続ける。このため、ワークＷに照射されなかった第１検査光及び第２検査光は偏光選択機構３で遮光され、撮像機構４には入射しない。

最後に撮像機構４について詳述する。撮像機構４は、撮像素子４３と、撮像素子４３上にワークＷの第１側面部Ｗ１及び第２側面部Ｗ２を結像させる物体側テレセントリックレンズを構成するレンズ４１と絞り４２を備えたものである。図１に示すように撮像機構４にはワークＷの第１側面部Ｗ１で反射又は散乱された第１検査光と、ワークＷの第２側面部Ｗ２で反射又は散乱された第２検査光のみが同時に入射する。したがって、撮像素子４３上にはワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の全周を一度に結像させることができる。また、物体側テレセントリックレンズを用いているので、図２に示すようにワークＷの円曲面である側面部Ｗ１、Ｗ２のどの点においても主光線は傾かず、各主光線同士が平行となる。一方、一般的なレンズである例えばマクロレンズを用いた場合には外側ほどレンズの主光線が傾くことになる。したがって、ワークＷが円筒形状をなす場合には物体側テレセントリックレンズを用いることでマクロレンズを用いた場合よりもワークＷの広い範囲を撮像できる。

このように構成された第１実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００であれば、側面部Ｗ１、Ｗ２の全周に亘って第１検査光及び第２検査光を同時に照射し、撮像機構４にワークＷの第１側面部Ｗ１及び第２側面部Ｗ２で反射又は散乱された第１検査光及び第２検査光だけを一度に入射させることができる。この結果、一度の撮像だけでワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の全周が写った撮像画像を得ることができる。したがって、従来であればワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２を半周ずつ２回に分けて撮像していたのに比べて、側面部Ｗ１、Ｗ２の全周を撮像するのに必要となる時間を約半分に短縮できる。

さらに撮像機構４にはワークＷに照射されなかったノイズ成分となる第１検査光及び第２検査光は入射せず、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に由来する信号光のＳ／N比を向上させることができる。このように、撮像画像にはワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に由来する光のみが反映されるので、例えばワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２全周の微小な形状の違いや、微小欠陥についても高精度に検出することが可能となる。

また、第１光学系１及び第２光学系２は左右対称で同じ構成を有しているので、第１側面部Ｗ１及び第２側面部Ｗ２に対して同一の波長、同一の偏光状態の光を照射できる。したがって、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の全周に亘ってほぼ同じ照明条件を実現でき、例えば撮像機構４における色収差等による検出誤差が発生するのを防ぐことができる。

次に本発明の第２実施形態における検査用照明装置１００、及び、検査システム２００について図３を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施形態では第１実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。

第２実施形態の検査用照明装置１００は、第１実施形態と比較して各光学系における各光学素子の配置及びその並びが異なっている。第１実施形態では第１照射光路Ｌ１１及び第２照射光路Ｌ２１が直線状をなすように第１光源１１及び第２光源２１はワークＷの側方からまっすぐに第１側面部Ｗ１及び第２側面部Ｗ２を照明するように構成されていた。これに対して第２実施形態では第１光源１１及び第２光源２１はワークＷ側から見て撮像機構４側に設けられ、その光の射出方向がレンズ４１の光軸ＯＡと平行となるように設定されている。すなわち、第１照射光路Ｌ１１及び第２照射光路Ｌ２１は概略Ｌ字状をなすように構成されており、第１検出光路Ｌ１２及び第２検出光路Ｌ２２は第１実施形態と同様にジグザグ状をなすように構成されている。

より具体的には、各光学系は、光源１１、２１、偏光制御素子１２、２２、ビームスプリッタ１３、２３、ミラー１４、２４、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２、ミラー１４、２４、ビームスプリッタ１３、２３、共通ミラーＣＭの反射面１５、２５、偏光選択機構３、撮像機構４の順番で検査光が進行するように構成されている。すなわち、第１実施形態のようにビームスプリッタ１３、２３を透過した検査光をワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に直接照射するのではなく、一度ミラーで反射させてからワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に検査光が照射されるように構成されている。

このような第２実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００であれば、各光源と撮像機構４を集めて配置することができ、第１実施形態よりもコンパクトな装置構成にできる。また、第１実施形態と同様にワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の全周を一度に撮像できるとともに、ワークＷに照射されなかった検査光は撮像機構４に入射しないようにして、Ｓ／Ｎ比を高くできる。

次に第３実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００について図４及び図５を参照しながら説明する。

第３実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００は、第１実施形態と比較して偏光制御素子１２、２２を備えていない点、撮像機構４の直前に偏光子を備えていない点、ビームスプリッタ１３、２３が偏光ビームスプリッタである点で異なっている。図５に示すように第３実施形態では第１ビームスプリッタ１３及び第２ビームスプリッタ２３は、透過反射面１３Ｓ、２３Ｓに入射する光についてＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射するように構成された偏光ビームスプリッタである。なお、第１検出光路Ｌ１１上において第１側面部Ｗ１と第１ビームスプリッタ１３の透過反射面１３Ｓとの間では光の偏光状態が保たれるように構成されており、第２検出光路Ｌ２２上において第２側面部Ｗ２と第２ビームスプリッタ２３の透過反射面２３Ｓとの間では光の偏光状態が保たれるように構成されている。具体的には各ビームスプリッタの透過反射面１３Ｓ、２３ＳとワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２との間には偏光子等の光学素子は設けられておらず、光の偏光状態は維持されるように構成されている。以下では第３実施形態でもワークＷに照射されて反射又は散乱された光は撮像機構４に入射し、ワークＷに照射されなかった光は撮像機構４には入射しないことを説明する。

第１光源１１から射出されたランダム偏光状態の第１検査光は第１ビームスプリッタ１３の透過反射面１３ＳにおいてＰ偏光成分はワークＷ側へ透過し、Ｓ偏光成分は撮像機構４とは反対側へ反射される。

第１ビームスプリッタ１３を通過してＰ偏光となった第１検査光のうち、ワークＷの第１側面部Ｗ１に照射された光は、ワークＷの拡散反射面における反射又は散乱によってランダム偏光状態に変化する。ワークＷから第１ビームスプリッタ１３に戻る第１検査光は、透過反射面１３ＳにおいてＰ偏光成分は第１光源１１側へと透過し、Ｓ偏光成分のみが反射されて、第１ミラー１４、第１反射面１５によって撮像機構４へと導かれる。

一方、第１ビームスプリッタ１３を透過してＰ偏光となった第１検査光のうち、ワークＷの第１側面部Ｗ１に照射されなかった光はＰ偏光を保ったまま第２ビームスプリッタ２３の透過反射面２３Ｓに入射する。ここで、第２ビームスプリッタ２３は第１ビームスプリッタ１３と同じ光学特性を有しており、Ｐ偏光成分は透過する。したがって、ワークＷに照射されなかった第１検査光は第２ビームスプリッタ２３を透過して第２光源２１へと逃がすことができ、第２光学系２から撮像機構４へと入射することはない。

第２光学系２においても前述した第１光学系１と同様に第２検査光のうちワークＷに照射された成分のみが撮像機構４に入射することになる。

このように第３実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００であれば、第１実施形態における偏光制御素子１２、２２、及び、偏光選択機構３としての機能を発揮するための偏光子を省略しながら、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に照射された検査光だけを撮像機構４に入射させ、側面部Ｗ１、Ｗ２の全周を一度に撮像できる。また、２つの偏光子の機能をビームスプリッタ１３、２３が兼ね備えることによって、放射束が半分になる回数を２回減らすことができるので、第３実施形態では第１実施形態と比較して撮像機構４に入射する放射束を４倍多くすることが可能となる。

第３実施形態の変形例について図６を参照しながら説明する。この変形例は、図３に示した第２実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００において、偏光制御素子１２、２２、及び、偏光選択機構３として設けられる偏光子を省略するとともに、第１ビームスプリッタ１３及び第２ビームスプリッタ２３をＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射する偏光ビームスプリッタにしたものである。図６の光路図から明らかなようにこの変形例でも第１ビームスプリッタ１３及び第２ビームスプリッタ２３が偏光選択機構３としての機能を発揮し、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に照射された検査光のみが撮像機構４に入射するようにできる。

第３実施形態のさらに別の変形例について図７を参照しながら説明する。図６に示した変形例では偏光ビームスプリッタ１３、２３を用いることによって、偏光制御素子１２、２２、及び、偏光選択機構３を省略したが、より厳密に偏光状態を制御できるようにするために偏光ビームスプリッタ１３、２３以外にもさらに偏光を制御するための素子を設けても良い。具体的には図７に示すように第１光源１１と透過反射面１３ＳにおいてＰ偏光を透過し、Ｓ偏光は反射する第１ビームスプリッタ１３との間にP偏光を透過する第１照射側偏光要素１７を設けておき、第１ビームスプリッタ１３の透過反射面１３Ｓと撮像機構４との間にＳ偏光を透過する第１検出側偏光要素１８を設けてもよい。同様に第２光源２１と透過反射面２３ＳにおいてＰ偏光を透過し、Ｓ偏光は反射する第２ビームスプリッタ２３との間にP偏光を透過する第２照射側偏光要素２７を設けておき、第２ビームスプリッタ２３の透過反射面２３Ｓと撮像機構４との間にＳ偏光を透過する第２検出側偏光要素２８を設けてもよい。なお、本変形例において、第１検出側偏光要素１８及び第２検出側偏光要素２８は、前記偏光選択機構３と同様、これらを一体的に構成して１つの偏光子とし、共通ミラーＣＭと撮像機構４との間に設けても良い。

次に第４実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００について図８を参照しながら説明する。第４実施形態では第１検査光と第２検査光の波長を異ならせることによって、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に照射された光だけが撮像機構４に入射するように構成されている。

すなわち、第１光学系１は、第１波長を有する第１検査光がワークＷの第１側面部Ｗ１に至る第１照射光路Ｌ１１と、第１側面部Ｗ１から撮像機構４に至る第１検出光路Ｌ１２を具備する。また、第１検出光路Ｌ１２上には、第１波長の光を透過させるとともに、第２波長の光を遮光する第１波長選択フィルタ１６がさらに設けられている。

第２光学系２は、第１波長とは異なる第２波長を有する第２検査光が第１側面部Ｗ１の反対側であるワークＷの第２側面部Ｗ２に至る第２照射光路Ｌ２１、及び、第２側面部Ｗ２から撮像機構４に至る第２検出光路Ｌ２２を具備する。さらに、第２検出光路Ｌ２２上には、第２波長の光を透過させるとともに、第１波長の光を遮光する第２波長選択フィルタ２６がさらに設けられている。

本実施形態では第１波長は青色に相当する波長であり、第２波長は赤色に相当する波長である。

具体的には第１光学系１は、青色に相当する第１波長の光を射出する第１光源１１と、第１ビームスプリッタ１３と、第１ビームスプリッタ１３とともに第１検出光路Ｌ１２を構成する第１ミラー１４及び第１反射面１５、を備えている。第４実施形態では第１ビームスプリッタ１３と第１ミラー１４との間に青色の光を透過し、赤色の光を遮光する第１波長選択フィルタ１６が設けられている。なお、第４実施形態では第１実施形態と同様に第１光学系１の第１光源１１は水平方向に光を射出するように構成されているが、第２実施形態のように第１光源１１が撮像機構４の光軸ＯＡと同じ方向に光を射出し、ビームスプリッタ又はミラーで反射された光がワークＷへ入射するように構成されていてもよい。

第２光学系２は、ワークＷの中心軸を含む基準面ＲＰに対して第１光学系１と面対称となるように構成されている。すなわち、第２光学系２は、赤色に相当する第２波長の光を射出する第２光源２１と、第２ビームスプリッタ２３と、第２ビームスプリッタ２３とともに第２検出光路Ｌ２２を構成する第２ミラー２４及び第２反射面２５、を備えている。第４実施形態では第２ビームスプリッタ２３と第２ミラー２４との間に赤色の光を透過し、青色の光を遮光する第２波長選択フィルタ２６が設けられている。なお、第４実施形態では第１実施形態と同様に第２光学系２の第２光源２１は水平方向に光を射出するように構成されているが、第２実施形態のように第２光源２１が撮像機構４の光軸ＯＡと同じ方向に光を射出し、ビームスプリッタ又はミラーで反射された光がワークＷへ入射するように構成されていてもよい。

このように構成された第４実施形態の検査用照明装置１００、及び、検査システム２００であれば、第１光学系１ではワークＷの第１側面で反射又は散乱された青色の光だけが第１検出光路Ｌ１２を通って撮像機構４に入射するようにし、第２光源２１から射出された赤色の光のうちワークＷに照射されなかった光は第１波長選択フィルタ１６で遮光して撮像機構４に入射しないようにできる。同様に第２光学系２ではワークＷの第２側面で反射又は散乱された赤色の光だけが第２検出光路Ｌ２２を通って撮像機構４に入射するようにし、第１光源１１から射出された青色の光のうちワークＷに照射されなかった光は第２波長選択フィルタ２６で遮光して撮像機構４に入射しないようにできる。

したがって、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２の全周を一度に撮像できるとともに、ワークＷの側面部Ｗ１、Ｗ２に由来しない光は遮光して側面部Ｗ１、Ｗ２に関する信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

その他の実施形態について説明する。

第１実施形態、第２実施形態において偏光選択機構として設けられた偏光子については共通ミラーと撮像機構との間に設けられるものに限られない。偏光選択機構は、ビームスプリッタの透過反射面と撮像機構との間のいずれかの位置に設けられていればよく、１つの偏光子ではなく、第１光学系と第２光学系のそれぞれに対して個別に偏光子を設けて偏光選択機構を構成してもよい。

第１及び第２実施形態において説明したＰ偏光とＳ偏光の関係はそれぞれを入れ替えても成り立ち、対応させて偏光制御素子、偏光子の特性を選択すればよい。また、偏光選択機構はワークの側面部に入射する時点での第１検査光と第２検査光の偏光を遮光し、その他の偏光成分は透過させるものであればよい。

本発明が対象とするワークは錠剤に限られるものではなく、様々な形状や材質のものであってもよい。例えばワークが円筒形状ではない場合には、レンズの光軸に交差する部分で平面部又は底面部を定義し、平面部又は底面部と直交する面を側面部として定義して各光学系の向き等を設定すればよい。また、レンズの光軸はワークの平面部又は底面部に対して直交するものに限定されず、所定角度で斜めに交差していてもよい。加えて、照射光路はレンズの光軸に対して直交するものに限られず、斜めに交差するものであってもよい。

撮像機構はワークの平面部側から撮像するものに限られず、底面部側から撮像するものであってもよい。また、撮像機構はワークの側面部だけを撮像するのではなく、側面部の全周とともに、平面部又は底面部も同時に撮像できるように構成されてもよい。第１実施形態において例えば各反射ミラーや共通ミラーを省略して、撮像機構に側面部からの光と平面部からの光が同時に入射するように構成してもよい。

第１～第３実施形態では、第１光源と第２光源はそれぞれ個別の光源として構成されていたが、例えば１つの光源に共通化してもよい。共通化された光源からミラー等によって２つの光路に分岐させてそれぞれ偏光制御素子や偏光ビームスプリッタに入射させて、それぞれ同じ偏光状態となるようにしてもよい。また、第１光源と第２光源は波長が異なっていても良い。

第４実施形態における各光源から射出される検査光の波長については適宜選択してもよい。すなわち、青色や赤色に限定されるものではなく、波長選択フィルタによって所望の光のみが撮像機構に入射するように選択すればよい。また、第４実施形態において、波長選択フィルタは、ビームスプリッタの透過反射面と撮像機構との間のいずれかの位置に設けられていれば良い。

第１側面部、第２側面部はワークの側面部の全周を半分ずつに分割して定義されるものに限られない。例えば、第１検査光が照射される第１側面部と、第２検査光が照射される第２側面部の一部が重畳していてもよいし、第１側面部と第２側面部との間に検査光が照射されない領域があってもよい。

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変形や、各実施形態の一部同士の組み合わせを行っても構わない。

１：第１光学系
２：第２光学系
３：偏光選択機構
４：撮像機構
１１：第１光源
１２：第１偏光制御素子
１３：第１ビームスプリッタ
１６：第１波長選択フィルタ
１７：第１照射側偏光要素
１８：第１検出側偏光要素
２１：第２光源
２２：第２偏光制御素子
２３：第２ビームスプリッタ
２６：第２波長選択フィルタ
２７：第２照射側偏光要素
２８：第２検出側偏光要素
１００：検査用照明装置
２００：検査システム
Ｗ：ワーク
Ｗ１：第１側面部
Ｗ２：第２側面部

Claims

照射された光を、偏光状態を変化させて反射又は散乱させるワークに適用される検査用照明装置であって、
第１検査光が前記ワークの第１側面部に至る第１照射光路、及び、前記第１側面部から撮像機構に至る第１検出光路を具備し、第１検査光が所定方向に偏光した状態で前記第１側面部に照射されるように構成された第１光学系と、
第２検査光が前記第１側面部の反対側である前記ワークの第２側面部に至る第２照射光路、及び、前記第２側面部から前記撮像機構に至る第２検出光路を具備し、第２検査光が第１検査光と同じ方向に偏光した状態で前記第２側面部に照射されるように構成された第２光学系と、を備え、
前記ワークで反射又は散乱されて偏光に変化が生じた第１検査光及び第２検査光の少なくとも一部の偏光成分を、同一の撮像機構へ入射させるとともに、前記所定方向に偏光した光が前記撮像機構に入射するのを防ぐように構成された検査用照明装置。
前記第１光学系が、
第１検査光を射出する第１光源と、
前記第１光源から射出された第１検査光を前記所定方向に偏光させる第１偏光制御素子と、
前記第１偏光制御素子と前記ワークとの間に設けられて、前記第１偏光制御素子を通過した第１検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第１検査光を反射する第１ビームスプリッタと、を備え、
前記第２光学系が、
第２検査光を射出する第２光源と、
前記第２光源から射出された第２検査光を前記所定方向に偏光させる第２偏光制御素子と、
前記第２偏光制御素子と前記ワークとの間に設けられて、前記第２偏光制御素子を通過した第２検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第２検査光を反射する第２ビームスプリッタと、を備え、
前記第１検出光路上、及び、前記第２検出光路上に設けられ、前記所定方向に偏光した光を遮光し、前記所定方向以外に偏光した光の少なくとも一部は透過するように構成された偏光選択機構をさらに備えた、請求項１記載の検査用照明装置。
前記偏光選択機構が、前記第１検出光路上、及び、前記第２検出光路上において、前記撮像機構の手前に設けられた１つの偏光子である請求項２記載の検査用照明装置。
前記第１光学系が、
第１検査光を射出する第１光源と、
前記第１光源と前記ワークとの間に設けられて、前記第１光源から射出された第１検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第１検査光を反射する第１ビームスプリッタを備え、
前記第２光学系が、
第２検査光を射出する第２光源と、
前記第２光源と前記ワークとの間に設けられて、前記第２光源から射出された第２検査光を前記ワーク側へ透過させるとともに、前記ワークで反射又は散乱された第２検査光を反射する第２ビームスプリッタと、を備え、
前記第１ビームスプリッタ、及び、前記第２ビームスプリッタが、入射した光のうち前記所定方向に偏光した成分は透過し、前記所定方向とは直交する方向に偏光した成分は反射するように構成された偏光ビームスプリッタである請求項１記載の検査用照明装置。
前記第１光学系が、
前記第１光源と前記第１ビームスプリッタの透過反射面との間に第１検査光を前記所定方向に偏光する第１照射側偏光要素をさらに備え、
前記第２光学系が、
前記第２光源と前記第２ビームスプリッタの透過反射面との間に第２検査光を前記所定方向に偏光する第２照射側偏光要素をさらに備えた請求項４記載の検査用照明装置。
前記第１光学系が、
前記第１ビームスプリッタの透過反射面と前記撮像機構との間に前記所定方向と直交する方向に偏光した光を透過する第１検出側偏光要素をさらに備え、
前記第２光学系が、
前記第２ビームスプリッタの透過反射面と前記撮像機構との間に前記所定方向と直交する方向に偏光した光を透過する第２検出側偏光要素をさらに備えた請求項４又は５記載の検査用照明装置。
第２検査光が、第１検査光と同じ波長を有する請求項１乃至６いずれか一項に記載の検査用照明装置。
第１波長を有する第１検査光がワークの第１側面部に至る第１照射光路、及び、前記第１側面部から撮像機構に至る第１検出光路を具備する第１光学系と、
第１波長とは異なる第２波長を有する第２検査光が前記第１側面部の反対側である前記ワークの第２側面部に至る第２照射光路、及び、前記第２側面部から前記撮像機構に至る第２検出光路を具備する第２光学系と、
前記第１検出光路上に設けられて、前記第１波長の光を透過させるとともに、前記第２波長の光は遮光する第１波長選択フィルタと、
前記第２検出光路上に設けられて、前記第２波長の光を透過させるとともに、前記第１波長の光は遮光する第２波長選択フィルタと、を備え、
前記ワークで反射又は散乱された第１検査光及び第２検査光の少なくとも一部を、同一の撮像機構へ入射させるよう構成された検査用照明装置。
請求項１乃至８いずれか一項に記載の検査用照明装置と、
前記撮像機構と、を備えた検査システム。
前記撮像機構が、
撮像素子と、
前記撮像素子上に前記ワークの第１側面部及び第２側面部を結像させる物体側テレセントリックレンズを備えた請求項９記載の検査システム。