JPH0570101B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は物体の表面検査装置、特にテレビカメ
ラの如き光電変換装置（センサ）を用いた物体の
表面検査装置に関するものである。

背景技術とその問題点 物体の表面検査、例えば物体の表面の傷等の欠
陥の有無を、テレビカメラをセンサとして用いて
いる表面検査装置が、現在種々提案されている。

現在かゝる装置に使用されているテレビカメラ
を、第１図を参照して説明する。第１図に於て、
１はセンサとしてのテレビカメラ、２はその撮像
用の光学系、例えば凸レンズである。３はテレビ
カメラ１の撮像面、即ちターゲツトスクリーンで
あり、４は光学系２の光軸である。通常のテレビ
カメラ１に使用されている光学系２の結像作用
は、周知の如く例えばその光軸４上の一点Ｐに於
いてこの光軸４に略々垂直な２次元、即ち平面５
の所定領域を、略々正確にテレビカメラ１のター
ゲツトスクリーン３上に結像することができる。
更に、平面５を撮像するように光学系２を調節し
た場合でも、光学系２の絞りによる所謂焦点深度
によつて、光軸４上の点Ｐの前後の例えば点P₁
及びP₂に於ける平面５に夫々平行な点線で示す
平面５₁及び５₂間の範囲６内の平面部の像も、
略々鮮明にターゲツトスクリーン３上に結像でき
ることも周知である。従つて、テレビカメラ１
は、範囲６内の物体に対しては、それに就いての
有効なビデオ信号を発生することができる。

所で、被検査物７の被検査表面７ａが、例えば
第１図に示す如くテレビカメラ１に対して例え
ば、凹又は凸に弯曲していて、上記範囲６からは
み出す部分があると、従来の光学系２では、その
焦点が平面５に所謂ピント合せしてある場合は、
これ等はみ出し部分の像を、テレビカメラ１のタ
ーゲツトスクリーン３に鮮明な像として結像でき
ず、所謂ピンボケ像となつてしまう。従つて、テ
レビカメラ１は、上記はみ出し部分に対応する有
効なビデオ信号を発生し得ず、はみ出し部分の検
査は、範囲６以内の部分の検査と同時に行うこと
は不可能であつた。

光学系２の絞りを小さく絞つて、その焦点深度
を深くし、範囲６を平面５の前後に更に拡げて、
はみ出し部分の量を減少することができるが、そ
れも限りがあり、被検査表面７ａの弯曲度によつ
ては、全べてのはみ出し部分を光学系２の絞りの
調節では、カバーできない場合が多い。更に、こ
の絞りを絞ると、光学系２を通過する光量が減少
し、従つて、テレビカメラ１のターゲツトスクリ
ーン３に入射する光量が減少し、ビデオ信号が弱
くなり、検査に支障を来たす。そのため、被検査
表面７ａを照射する光源（図示せず）よりの光量
を増加しなければならない。然し乍ら、光量の増
加には限度があり、上記した如き絞りの度合に追
従しきれない。

一方、焦点距離の長い、例えば望遠レンズをテ
レビカメラに装着し、弯曲した被検査表面の全べ
ての部分を、ピンボケなしにテレビカメラのター
ゲツトスクリーンに結像させることも考えられる
が、周知の如く望遠レンズは、焦点距離が長いの
で、テレビカメラを、被検査表面に対して遠方に
配置する必要がある。従つて、望遠レンズをテレ
ビカメラに用いることは、スペースや光源上の問
題、更にテレビカメラの撮像距離が長いために生
ずるテレビカメラの揺れの影響等が大きくなる問
題がある。

次に、第２図を参照して、上記した従来のテレ
ビカメラ１の光学系２を更に詳細に説明しよう。
第２図に示す如く、従来のテレビカメラ１に使用
されている光学系、例えば凸レンズ２は、同図に
示すレンズ２に対して凹に弯曲した被写体７の、
それと同様ではあるが、レンズ２に関して反対に
弯曲した像７′として結像する機能を有する。こ
の場合、レンズ２のピントが弯曲した被写体７の
最深部０に合つていれば、被写体７の他の部分
（レンズ２に近い部分）の像は、焦点深度を考慮
しなければ、ピンボケのものとなる。即ち、像
７′の被写体７の最深部０に対応した光軸４上の
点０′に、スクリーン（テレビカメラ１のターゲ
ツトスクリーン３）を光軸４に垂直に置いたとす
ると、スクリーン上の点０′に於ける像はピント
の合つたものであるが、それ以外の像の部分は所
謂ピンボケの状態であり、逆に、レンズ２のピン
トを被写体７の最浅部（最前面）に合せ、スクリ
ーンを像７′の対応部分に配置すれば、点０′に於
ける像がピンボケ状態となる。

従つて、上述の如き機能を有する光学系を具備
したテレビカメラを用いた従来の物体の表面検査
装置では、平面でない被検査表面の検査に際して
は、必然的に上述した如く被検査表面の全べてを
一度に検査できない等の諸問題が起る。

発明の目的 従つて、本発明の主目的は、上述した諸問題を
一挙に解決した物体の表面検査装置を提供せんと
するものである。

発明の概要 本発明はその例が図５に示されている様にテレ
ビカメラ１を用いて、弯曲面を有する被検査体７
の表面を検査する物体の表面検査装置に於いて、
被検査体７の弯曲面を撮像するビデオカメラ１
は、平面的光電変換素子からなる光電変換手段３
と、テレビカメラ１の前段に被検査体７の弯曲表
面１３を平面となして空中像１３′に変換する第
１のレンズ光学手段１０，１０′と、第１のレン
ズ光学手段１０，１０′での変換空中像１３′を平
面的光電変換素子よりなる光電変換手段３に結像
する第２のレンズ光学手段２とを具備し、第１の
光学レンズ手段１０，１０′は光軸４近傍の曲率
又は弯曲度を周辺部と異ならせた非球面となし、
非球面の形状は結像される被検査表面７の曲率又
は弯曲度合いに応じて適宜選択される凸レンズと
成され、被検査体７の弯曲表面の曲率に応じて選
択された凸レンズ１０，１０′をテレビカメラ１
に装着させて、弯曲表面を有する被検査体を光学
変換手段３の平面的光電変換素子に結像させて被
検査物体７の弯曲表面１３を検査するようにして
成ることを特徴とする物体の表面検査装置であ
る。

発明の実施例 第３図は本発明に使用する光学系を示す。第３
図に於て、符号１０は特殊の機能を有する光学系
である。即ち、同図に示す如き平面状の被写体１
１を、同図に示す如き弯曲した（この例では光学
系１０に対して凹なる）像１１′に変換し得るも
のである。

従つて、光の性質から、同一の光学系１０を用
いて、第４図に示す如く、光学系１０に対して凹
に弯曲している被写体の弯曲面１２を、平面状の
像１２′に変換し得ることが理解されよう。

第５図は本発明による物体の表面検査装置の一
例を示す略線図である。尚、第５図に於て第１乃
至第４図と対応する符号は互いに対応する素子を
示すものである。

扨て、第５図に示す本発明の例に於ては、第３
及び第４図に示す光学系１０を、テレビカメラ１
の従来の光学系２の前段に、両者の光軸が互いに
一致するように取り付ける。尚、光学系１０を光
学系２に対する距離が調節し得るように取り付け
てもよい。テレビカメラ１の他の構成は、第１図
に示した従来のテレビカメラ１の構成と略々同一
である。尚、第５図に於て、１４はテレビカメラ
１より出力される画（映）像信号を受け、これを
処理して所定の検査を行う周知の検査処理装置を
示す。

次に、第５図に示した本発明の一例の動作を説
明する。今、その表面が検査されるべき被検査物
の表面１３が、例えば図示のごとく光学系１０に
対して凹面であるときは、この光学系１０として
は、第３及び第４図に示したと同様の機能を有す
る光学系１０を使用し、第４図に関して説明した
如く、光学系１０によりその像を、略々平面状の
空中像１３′として光学系１０の後段、即ち従来
の光学系２の前段に形成する。この平面状の空中
像１３′が、光学系２により、テレビカメラ１の
ターゲツトスクリーン３に結像される。この際、
凹又は凸の弯曲表面１３を、その光学系１０によ
る平面状の空中像１３′が光軸４に略々垂直とな
り且つ光学系２により空中像１３′がターゲツト
スクリーン３上に結像し得るように、光軸４に関
して配置するものであるから、空中像１３′の光
学系２によるターゲツトスクリーン３上の像は、
全べてピントの合つたものである。従つて、テレ
ビカメラ１から出力される弯曲表面１３に対応す
る画像信号S_vは、正確にその全面を示すもの、即
ち有効なものである。従つて、この画像信号S_v
を、従来と同様周知の検査処理装置１４で処理す
れば、全表面の検査が一挙に行われる。

次に、第６図を参照して、本発明に使用する平
面でない面を平面状の像に変換する光学系１０の
一例を説明する。

第６図は光学系１０の側断面図で、曲率半径の
大なる球面ｂと曲率半径の小なる球面ａより形成
されるメニスカスレンズ（全体として凸レンズ或
はポジテブレンズ）の凸球面ａの部分を、同図に
点線で示す如き、例えば偏平な皿状の弯曲面、即
ち非球面ｃとなし、光学系１０の光軸４近傍の曲
率又は弯曲度を、その周辺部に比して小さくす
る。かくの如く形成した光学系１０の焦点距離
は、光軸４からその周縁に向うに従つて、短くな
る。従つて、この第６図に示す光学系１０は、第
３乃至第５図に示した光学系１０の機能を果すも
のである。

尚、第６図に示す非球面ｃの形状は、平面像１
２′又は１３′として結像されるべき被検査表面１
３の弯曲度合に応じて、適宜に選択されること
は、勿論である。

第７図は本発明による光学系の他の実施例１
０′の側断面図である。この例では、第６図の例
と同様の球面ａ及びｂよりなるメニスカスレンズ
の凸球面ａを、同図点線で示す如く、光軸４近傍
の弯曲度が球面ａの弯曲度より大なる非球面ｄと
なす。このように形成した光学系１０′の焦点距
離は、光軸４から周縁に向うに従つて長くなる。
従つて、このような光学系１０′を使用すると、
第４図に示した場合とは逆に弯曲した被写体、即
ち光学系１０′に対して凸なる表面を、平面像と
して結像することができる。従つて、この光学系
１０′も、光学系１０′に対して凸なる弯曲面に対
して、光学系１０と同一の目的を達成し得るもの
である。尚、この場合の非球面ｄの形状も、被検
査表面の形状に応じて変更されるものである。

尚、上述は、光学系１０又は１０′を弯曲面を
平面に変換する手段として用いた場合であるが、
被検査表面によつては、テレビカメラ１の光学系
２の代りに光学系１０又は１０′を用い、これに
より、弯曲している被検査表面を略々平面像とし
てテレビラメラ１のターゲツトスクリーン３に結
像するようになしてもよい。

発明の効果 上述した本発明によれば、従来は一度で全べて
の表面が検査できない程に弯曲している被検査表
面を、特殊な光学系を用いて略々平面像に変換し
得るものであるから、上述の如く弯曲している被
検査表面の全べてを、一度で正確に検査し得、検
査の効率を格段に向上させることができる。尚光
学系１０又は１０′は被検査体７の弯曲度合に応
じてテレビカメラ１から着脱自在に変換すること
が出来るので、更に検査効率が向上する。

更に、望遠レンズを使用する必要がないので、
スペースも狭くてすみ、光源としても、従来使用
されているもので十分である等の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のテレビカメラの撮像機能の説明
に供する略線図、第２図は従来のテレビカメラに
使用されている光学系の説明に供する略線図、第
３及び第４図は本発明に使用する光学系の一例の
機能の説明に供する略線図、第５図は本発明の一
例の略線図、第６及び第７図は夫々本発明に使用
し得る光学系の一例の側断面図である。 図に於て、１はテレビカメラ、２はその光学
系、３はターゲツトスクリーン、１０及び１０′
は本発明に使用する光学系、１４は検査処理装置
を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テレビカメラを用いて、弯曲面を有する被検
   査体の表面を検査する物体の表面検査装置に於い
   て、 上記被検査体の弯曲面を撮像する上記ビデオカ
   メラは、平面的光電変換素子からなる光電変換手
   段と、 上記テレビカメラの前段に上記被検査体の弯曲
   表面を平面となして空中像に変換する第１のレン
   ズ光学手段と、 上記第１のレンズ光学手段での変換空中像を上
   記平面的光電変換素子よりなる光電変換手段に結
   像する第２のレンズ光学手段とを具備し、 上記第１の光学レンズ手段は光軸近傍の曲率又
   は弯曲度を周辺部と異ならせた非球面となし、該
   非球面の形状は結像される非検査表面の曲率又は
   弯曲度合に応じて適宜選択される凸レンズと成さ
   れ、 上記被検査体の弯曲表面の曲率に応じて選択さ
   れた上記凸レンズを上記テレビカメラに装着させ
   て、弯曲表面を有する被検査体を該光学変換手段
   の平面的光電変換素子に結像させて被検査物体の
   弯曲表面を検査するようにして成ることを特徴と
   する物体の表面検査装置。