JPH08220016A - 欠陥検出用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 種々の被検査物に最適な照明方法が容易に得
られるようにする。 【構成】 ２次元ライトバルブ４を透過する平行光束
は、放物面鏡５で反射されて集束され、この集束光によ
り放物面鏡５の焦点近傍に配置された被検査物６が照明
される。このとき、２次元ライトバルブ４の透過率を制
御部８によりセグメント領域毎に変更する。これによっ
て、被検査物６への照明光強度が入射方向毎に設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機構部品等の欠け、傷
などの欠陥を検査する欠陥検査装置に用いられる欠陥検
出用光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、機構部品などの欠け、傷などの欠
陥の検出を目視に代えてＣＣＤカメラ及び画像処理技術
を用いて行おうとする試みが重ねられ、欠陥検査装置と
して実用化されている。この欠陥検査装置に用いられる
ＣＣＤカメラや画像処理技術の性能や機能は著しく向上
しているが、欠陥を効果的に検出できるかどうかは、取
り込まれる被検査物の画像品質に大きく依存しており、
更にこの画像品質は被検査物をどのように照明するかに
大きく依存している。

【０００３】上記欠陥検査装置に用いられる従来の欠陥
検出用光学装置では、個々の被検査物について、フラッ
トランプやリング光源などといった光源の種類や被検査
物に対する光源の位置を変更することにより、照明位置
や照明角度等の照明方法を変更して、形状の異なる様々
な被検査物に応じた最適な照明方法を試行錯誤により見
い出すようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の欠陥検出用光学装置のように試行錯誤によって照明
方法を決定するのは、非常に手間と時間がかかるととも
に、照明方法の選択の自由度にも限界がある。また、一
旦決定された照明方法を精度良く記録するのは困難であ
り、期日をおいてその照明方法を正確に再現するのにも
手間と時間を要することとなる。

【０００５】本発明は、上記問題を解決するもので、種
々の被検査物に最適な照明方法が容易に得られる欠陥検
出用光学装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、照明される被検査物からの反射光を撮像
手段で受光して被検査物の欠陥を検査する欠陥検査装置
において、平行光束を含む光束を出力する光源部と、上
記平行光束中に配置され、上記平行光束の入射位置毎に
出射する光量を調整する光量調整手段と、上記被検査物
に焦点が位置するように配置され、上記光量調整手段か
ら出射された上記平行光束を反射して上記被検査物上に
集束する集束光学系とを備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、光量調整手段から出射された
平行光束は、集束光学系で反射されて集束し、この集束
光により被検査物が照明される。このとき、平行光束の
入射位置毎に光量が調整される。従って、平行光束内の
各光束はその位置に対応する入射角で被検査物に入射す
るので、被検査物を照明する照明光の強度が入射方向毎
に調整される。

【０００８】

【実施例】まず、本発明に係る欠陥検出用光学装置の第
１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１
は、第１実施例の構成図である。

【０００９】第１実施例の欠陥検出用光学装置は、光源
１、拡散板２、コリメータ３、２次元ライトバルブ４、
被検査物６、放物面鏡５及びＣＣＤカメラ７がこの順に
光軸Ｌ上に配置されてなり、更に制御部８やモニタ１７
等を備えている。

【００１０】光源１は、被検査物６を照明すべく発光す
るもので、蛍光灯、キセノンランプやハロゲンランプ等
から構成されている。拡散板２は、例えば円板状で、光
源１からの入射光を拡散するものである。コリメータ３
は、例えば円形の凸レンズからなり、拡散板２上の光軸
Ｌとの交点（以下、光軸中心という）から出射される光
束を平行光束にするものである。これらの光源１、拡散
板２及びコリメータ３によって光源部が構成されてい
る。

【００１１】２次元ライトバルブ４は、例えばコリメー
タ３とほぼ同一半径の円板状で、入射光の透過率がセグ
メント領域毎に変更可能な液晶やＰＬＺＴ等の材質で形
成されている。放物面鏡５は、２次元ライトバルブ４の
透過光を反射するもので、入射する平行光束を反射して
焦点５ａに集束する集束光学系を構成している。放物面
鏡５の中央には、ＣＣＤカメラ７で被検査物６を観察す
るための開口５ｂが穿設されている。被検査物６は、例
えば円板状で、放物面鏡５の焦点５ａ近傍に配置されて
いる。ＣＣＤカメラ７は、例えばフォトダイオードの光
電変換素子等から構成される撮像手段で、照明された被
検査物６で反射し、開口５ｂを通過した光を受光して被
検査物６を観察するものである。

【００１２】モニタ１７は、ＣＣＤカメラ７で撮影され
た被検査物６の画像を表示するものである。制御部８
は、メモリ８１を内蔵し、マイクロコンピュータやライ
トバルブ制御回路等から構成されている。入力部９は、
キーボードやマウス等からなり、制御部８に接続され、
２次元ライトバルブ４の透過率パターン等を設定操作す
るものである。

【００１３】そして、制御部８は、２次元ライトバルブ
４の全面に亘って、個々のセグメント領域毎に入射光の
透過率を制御するもので、制御部８及び２次元ライトバ
ルブ４によって光量調整手段が構成されている。

【００１４】また、制御部８は、入力部９の操作に応じ
て２次元ライトバルブ４のセグメント領域毎の透過率パ
ターンをメモリ８１に記憶させる機能を有している。ま
た、メモリ８１に記憶された透過率パターンを読み出し
て再現する機能を有する。

【００１５】以上の構成により、光源１からの光束によ
り拡散板２が照明されて、所定面積を有する面光源が形
成される。そして、図１に示すように、拡散板２の光軸
中心からの光束は、コリメータ３により平行光束とな
り、２次元ライトバルブ４を透過し、放物面鏡５で反射
されて、放物面鏡５の焦点５ａに集束し、この集束光に
よって被検査物６が照明される。照明された被検査物６
は、放物面鏡５の中央に設けられた開口５ｂを通してＣ
ＣＤカメラ７によって観察される。

【００１６】そして、操作者がＣＣＤカメラ７で撮影さ
れた画像をモニタ１７で見ながら２次元ライトバルブ４
の透過パターンを制御することにより、被検査物６の照
明光強度が入射角毎に設定される。

【００１７】ここで、平行光束中の一光線３ａと光軸Ｌ
との距離をｄaとすると、光線３ａが放物面鏡５で反射
されて焦点５ａに向かうときの光軸Ｌとなす角度、すな
わち入射角θaは、数１で表される。

【００１８】

【数１】θa＝２・tan^-1（ｄa／2ｆ） 但し、ｆは放物面鏡５の焦点距離である。

【００１９】そして、２次元ライトバルブ４のセグメン
ト領域４ａの透過率を制御することによって、この光線
３ａの強度を制御することができる。

【００２０】次に、２次元ライトバルブ４の透過パター
ンの一例について図２、図３を用いて説明する。図２、
図３は、２次元ライトバルブ４をＣＣＤカメラ７の方向
から見た図である。

【００２１】図２では、光線３ａ，３ｘの通過点が示さ
れている。ここで、光線３ｘ、すなわち２次元ライトバ
ルブ４のセグメント領域４ｘと光軸Ｌの距離をｄｘとす
ると、入射角θxは、

【００２２】

【数２】θx＝２・tan^-1（ｄx／2ｆ） で表される。

【００２３】このように、光線３ｘが通過する２次元ラ
イトバルブ４のセグメント領域４ｘの透過率を制御する
ことによって、方位角φ、入射角θxで被検査物６を照
明する光線３ｘの強度を制御することができる。

【００２４】従って、２次元ライトバルブ４の全セグメ
ント領域の透過率を個々の領域毎に制御することができ
るので、図２に示すように、被検査物６に入射する照明
光強度をその方位角及び入射角毎に制御することができ
る。

【００２５】また、図３では、２次元ライトバルブ４の
光束入射域４１を４領域４２〜４５に分けている。すな
わち、領域４２は中心から半径０．５４ｆまでの円域、
領域４３は半径０．５４ｆ〜０．８３ｆの円環域、領域
４４は半径０．８３ｆ〜１．１５ｆの円環域、領域４５
は半径１．１５ｆ〜２ｆの円環域としている。なお、領
域４２の光の透過範囲は、被検査物６で遮られた中心部
分を除く円環域になっている。

【００２６】この場合には、領域４２，４４の透過率を
０、領域４３，４５の透過率を１とすると、被検査物６
は光軸Ｌに対し３０°〜４５°の入射角及び６０°〜９
０°の入射角の円錐状の光束で照明される。

【００２７】従って、各領域４２〜４５の透過率を０〜
１の間に設定することによって、所望の強度を有する４
つの円錐状の光束で被検査物６を照明することができ
る。また、それぞれの領域の中でセグメント領域毎に透
過率を変えることにより、円錐状の光束内において、そ
の方位角により照明光強度を変えることもできる。

【００２８】次に、２次元ライトバルブ４の同一セグメ
ント領域を透過する光線による被検査物６の照明につい
て、図４の構成図を用いて説明する。

【００２９】２次元ライトバルブ４は、放物面鏡５の焦
点５ａ近傍に配置されているので、その１つのセグメン
ト領域４ａを異なる入射角で通過する複数の光束は、放
物面鏡５によって反射された後、ほぼ平行な光束とな
る。例えば図４に示すように、拡散板２の光軸中心２ｃ
及び２点２ｈ，２ｇから出て、コリメータ３を経て２次
元ライトバルブ４のセグメント領域４ａを透過する光線
１ｃ，１ｈ，１ｇは、ほぼ同一の入射角で被検査物６の
中心６ｃ及び２点６ｈ，６ｇを照明する。

【００３０】このように、２次元ライトバルブ４の１つ
のセグメント領域を透過する光束は、そのセグメント領
域の位置によって決まる方位角及び入射角の平行光束と
なって被検査物６の全面を照明する。従って、セグメン
ト領域の透過率を制御することによって、その照明光の
強度を制御することができる。

【００３１】このように、第１実施例によれば、２次元
ライトバルブ４の透過率をセグメント領域毎に制御する
ようにしたので、簡易な構成で空間的な方向毎に被検査
物６への照明光の強度を容易に設定することができる。
また、２次元ライトバルブ４の透過率パターンをメモリ
８１に記憶するようにしたので、メモリ８１に記憶され
た透過率パターンを読み出すことにより、過去に用いた
照明光の強度パターンを瞬時に、かつ正確に再現するこ
とができる。

【００３２】次に、本発明に係る欠陥検出用光学装置の
第２実施例について、図５の構成図を用いて説明する。
なお、以下の実施例では、第１実施例と同一物には同一
符号を付し、説明を省略する。

【００３３】第２実施例の欠陥検出用光学装置は、第１
実施例における２次元ライトバルブ４に代えてガラス板
１０が配置され、被検査物６は放物面鏡５の焦点面近傍
に配設されたガラス板１０上に配置されている。また、
光源１、拡散板２及びコリメータ３に代えて、ガラス板
１０の直ぐ上流に蛍光面が位置するようにＣＲＴ３１が
配設され、光源部を構成している。また、制御部８は、
ＣＲＴ３１の蛍光面における各発光点の輝度を制御する
ものである。

【００３４】そして、図５に示すように、ＣＲＴ３１か
ら出力される光束の光軸に平行な成分は、放物面鏡５で
反射、集束されて、集束光により被検査物６が照明され
る。

【００３５】また、ＣＲＴ３１の蛍光面は放物面鏡５の
焦点面近傍に位置するので、第１実施例の図４の場合と
同様に、蛍光面上の１つの発光点から出た異なる出射角
の複数の光束は、放物面鏡５によって反射された後、発
光点の位置によって決まる方位角及び入射角の平行光束
となり、この平行光束によって被検査物６が照明され
る。

【００３６】従って、第２実施例によれば、ＣＲＴ３１
の蛍光面の各発光点の輝度を制御部８によって制御する
ことにより、第１実施例と同様の効果が得られる。

【００３７】次に、本発明に係る欠陥検出用光学装置の
第３実施例について、図６の構成図を用いて説明する。

【００３８】第３実施例の欠陥検出用光学装置は、第１
実施例に加えて、拡散板２の直ぐ下流側に第２の２次元
ライトバルブ１１が配置されて構成されている。また、
制御部８は、第１、第２の２次元ライトバルブ４，１１
の透過率をセグメント領域毎に制御する。

【００３９】この構成により、第２の２次元ライトバル
ブ１１の透過パターンがコリメータ３及び放物面鏡５に
よって放物面鏡５の焦点面に結像する。

【００４０】例えば図６では、第２の２次元ライトバル
ブ１１はセグメント領域１１ｋのみが光を透過し、２次
元ライトバルブ４はセグメント領域４ａ，４ｇのみが光
を透過するように制御されている。この場合には、セグ
メント領域１１ｋで決まる被検査物６の領域６ｋが、セ
グメント領域４ａ，４ｇの位置で決まる入射角の光線１
ａ，１ｋによって照明される。

【００４１】このように、第３実施例では、第２の２次
元ライトバルブ１１の透過パターンによって、被検査物
６の照明領域を設定することができる。更に、２次元ラ
イトバルブ４の透過パターンと組み合わせることによ
り、被検査物６に対する照明領域及び照明方向の双方を
設定することができる。

【００４２】従って、被検査物６の１つあるいは複数の
所望の領域を、１つあるいは複数の所望の方向から照明
することができる。更に、その領域毎及び方向毎に照明
光の強度を変更することができる。

【００４３】また、ＣＣＤカメラ７のシャッタ時間を延
長し、その間に照明領域及び照明方向の組合せを順次切
り換えて各領域毎に異なる方向から照明し、それらを合
成して被検査物６全体の画像を得ることができる。

【００４４】なお、本実施例では、光源１、拡散板２及
び第２の２次元ライトバルブ１１に代えてＣＲＴを用い
ても、同様の効果が得られる。

【００４５】次に、本発明に係る欠陥検出用光学装置の
第４実施例について、図７の構成図を用いて説明する。

【００４６】第４実施例の欠陥検出用光学装置は、光源
１、拡散板２、レンズ１４、２次元ライトバルブ４、レ
ンズ１３、第２の２次元ライトバルブ１１、レンズ１
２、コリメータ３、ガラス板１０、被検査物６、放物面
鏡５及びＣＣＤカメラ７がこの順に光軸Ｌ上に配置され
て構成されている。

【００４７】レンズ１４は、凸レンズからなり、拡散板
２の光軸中心に焦点が位置するように配置されており、
光源１、拡散板２及びレンズ１４によって光源部が構成
されている。レンズ１３は、凸レンズからなり、コリメ
ータ３より短い焦点距離を有し、第２の２次元ライトバ
ルブ１１上に焦点が位置するように配置されている。レ
ンズ１２は、凸レンズからなり、第２の２次元ライトバ
ルブ１１上に密着配置されている。また、被検査物６
は、ガラス板１０上で放物面鏡５の焦点近傍に配置され
ている。

【００４８】以上の構成により、光源１により照明され
た拡散板２の光軸中心からの光束は、レンズ１４によっ
て平行光束となり、２次元ライトバルブ４を透過した
後、レンズ１３によって再びその焦点に集束する。そし
て、第２の２次元ライトバルブ１１及びレンズ１２を透
過した光束は、コリメータ３により平行光束となってガ
ラス板１０を通過し、放物面鏡５によって反射され、集
束して、この集束光により被検査物６が照明される。

【００４９】ここで、レンズ１２は、コリメータ３及び
レンズ１３とともに、２次元ライトバルブ４の拡大像を
放物面鏡５の焦点面に結像する。従って、２次元ライト
バルブ４は、第１、第３実施例の２次元ライトバルブ４
と同一の機能を果たすこととなる。

【００５０】このように、２次元ライトバルブ４の透過
率をセグメント領域毎に制御することにより、放物面鏡
５に入射する平行光束の強度パターンを設定することが
できる。これによって、第１、第３実施例と同様に、被
検査物６への照明光の強度を入射方向毎に制御すること
ができる。

【００５１】また、第２の２次元ライトバルブ１１の透
過率をセグメント領域毎に制御することにより、第３実
施例と同様に、被検査物６の照明領域を設定することが
できる。

【００５２】また、被検査物６と２次元ライトバルブ４
の双方を放物面鏡５の焦点面に配置することができる。
従って、特に被検査物６の厚さが大きい場合に、本実施
例は有効である。

【００５３】なお、本実施例では、第１、第３実施例に
比べて小サイズの２次元ライトバルブ４を用いることが
できる。

【００５４】また、本実施例において第２の２次元ライ
トバルブ１１を省略すると、第１実施例と同様の作用、
効果を有するものが得られる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光量調整手段に入射する光束の光量を平行光束の入射位
置毎に調整するようにしたので、被検査物への照明光の
強度をその入射方向毎に設定することが容易に可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る欠陥検出用光学装置の第１実施例
の構成図である。

【図２】２次元ライトバルブ４をＣＣＤカメラ７の方向
から見た図で、２次元ライトバルブ上の透過パターンの
一例を示している。

【図３】２次元ライトバルブ４をＣＣＤカメラ７の方向
から見た図で、２次元ライトバルブ上の透過パターンの
他の例を示している。

【図４】第１実施例の構成図で、２次元ライトバルブ４
の同一セグメント領域を透過する光線の例を示してい
る。

【図５】本発明に係る欠陥検出用光学装置の第２実施例
の構成図である。

【図６】本発明に係る欠陥検出用光学装置の第３実施例
の構成図である。

【図７】本発明に係る欠陥検出用光学装置の第４実施例
の構成図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 拡散板 ３ コリメータ ３１ ＣＲＴ ４ ２次元ライトバルブ（光量調整手段） ５ 放物面鏡（集束光学系） ６ 被検査物 ７ ＣＣＤカメラ（撮像手段） ８ 制御部（光量調整手段） ８１ メモリ ９ 入力部 １０ ガラス板 １１ 第２の２次元ライトバルブ（光量調整手段） １２，１３，１４ レンズ １７ モニタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明される被検査物からの反射光を撮像
   手段で受光して被検査物の欠陥を検査する欠陥検査装置
   において、平行光束を含む光束を出力する光源部と、上
   記平行光束中に配置され、上記平行光束の入射位置毎に
   出射する光量を調整する光量調整手段と、上記被検査物
   に焦点が位置するように配置され、上記光量調整手段か
   ら出射された上記平行光束を反射して上記被検査物上に
   集束する集束光学系とを備えたことを特徴とする欠陥検
   出用光学装置。