JP2021086121A - 撮像装置及び表面検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
平面若しくは緩やかな曲面に存在する微小な溝、キズ、気泡、膜のムラなどの微小な凹凸は、通常の撮像手法(通常のカメラを用いて、被写体に正対して撮像する手法)で撮像しても写らない。若しくは、写ったとしても、うっすらと写る程度である。
図1は、本実施の形態の表面検査装置の概略構成を示す図である。
図2は、撮像装置の概略構成を示す図である。
ステージ20は、平坦なワーク載置面20aを有する。ワークWは、ワーク載置面20aの上に載置される。本実施の形態では、ステージ20が水平に設置される。したがって、ワークWは水平に保持される。ステージ20には、必要に応じてワークWを吸着保持する機構等を備えることが好ましい。ステージ20は、保持部の一例である。
カメラ30は、いわゆる斜視型カメラであり、撮像範囲内の被写体(ワークW)を被写界深度内に収めて斜めから撮像し、その画像データを取得する。この種のカメラは、結像光学系の光軸を含まない領域に撮像範囲を設定することで実現できる。すなわち、結像光学系の光軸を含まない領域に撮像範囲を設定することにより、撮像範囲内の被写体(主要被写体)をすべて被写界深度内に収めて、被写体に正対する画像を斜めから撮像できる。本実施の形態のカメラ30は、ワーク載置面20aの上に水平に載置されたワークWを、ワークWの斜め上方から撮像する。カメラ30は、撮像部の一例である。ワークWは、その表面が主要被写体となる。
6<LL0/Ymax<15 …(2)
たとえば、カメラ30をステージ20のワーク載置面20aと同じ高さの面(物体面Obj)に設置するには、入射光の光束を折り曲げるミラーM1が必要となる。条件式(1)の下限以下とならないようにすることにより、結像光学系32の全長が短くなり過ぎず、収差の補正に有利となる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることにより、装置の小型化に有利となる。
なお、条件式(1)及び(2)を満足した上で、下記の条件式(1−1)及び(2−1)の少なくとも一方を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
7<LL0/Ymax<13 …(2−1)
また、第1レンズの焦点距離をfL1、光学系ROの焦点距離をfL0とした場合、下記の条件式(3)を満足することが好ましい。
第1レンズL1の有効径を大きくしつつ、光学系ROを小型化させるためには、第1レンズL1に適切な正のパワーが必要である。ただし、第2レンズL2も有効径が大きい方が収差補正に有利であるため、第1レンズL1の正のパワーは大きくし過ぎない必要がある。条件式(3)の下限以下とならないようにすることにより、第1レンズL1の正のパワーが大きくなり過ぎないようにできる。下記の条件式(3)の上限以上とならないようにすることにより、第1レンズL1に適切な正のパワーを確保することができる。
また、光学系ROは、物体側から順に、正のパワーを有する前群GFと、開口絞りStと、正のパワーを有する後群GRと、を有する構成とし、かつ、前群GFは、物体側から順に、第1レンズL1と、負のパワーを有する第2レンズL2と、正のパワーを有する第3レンズL3と、を有する構成とすることが好ましい。このように、第2レンズL2のパワーを負とすることにより、光線が急に収束することを避け、更に、比較的有効径の大きな第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の3枚のレンズのパワー配置を正負正の構成として、正、負の作用を分散することにより、コマ収差及び像面湾曲の補正に有利となる。
図6は、照明装置の平面図である。図6に示すように、照明装置40は、光源ユニット42と、その光源ユニット42の移動機構44と、を有する。照明装置40は、照明部の一例である。
図7は、検査装置本体のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
[最適な照明位置の決定]
まず、最適な照明位置が決定される。
本実施の形態では、光源ユニット42を直線状に移動させているが、円弧状に移動させてもよい。これにより、主光線の向きも変えることができる。
上記実施の形態の表面検査装置では、光源部(光源ユニット42)を移動させることにより、ワークに対する光源部の相対的な位置を変えて、照明光の当て方を変えている。
図13は、本実施の形態の照明装置の変形例を示す側面図である。
本実施の形態の表面検査装置も照明装置の構成が、上記第1の実施の形態の表面検査装置と相違する。本実施の形態の照明装置は、点状又は面状の光源部をマトリクス状に配置し、点灯させる光源部を変えることにより、ワークに対する光源部の相対的な位置を変えて、照明光の当て方を変える。
本実施の形態の照明装置についても、複数の光源ユニットを円弧状に配置した構成を採用できる。特に、本実施の形態の照明装置については、ドーム状に配置した構成を採用できる。すなわち、半球状の面に複数の光源ユニットをマトリクス状に配置した構成を採用できる。
本実施の形態の表面検査装置も照明装置の構成が、上記第1の実施の形態の表面検査装置と相違する。本実施の形態の照明装置は、光源部の主光線の向きを変えて、ワークに対する照明光の当て方を変える。
本実施の形態では、一定位置からワークに照明光を照射する構成としているが、照射位置を変えられるようにしてもよい。すなわち、上記第1の実施の形態の照明装置のように、光源ユニットの位置を変えられるようにしてもよい。この場合、光源ユニットを直線状に移動させる構成としてもよいし、円弧上に移動させる構成としてもよい。
本実施の形態の表面検査装置も照明装置の構成が、上記第1の実施の形態の表面検査装置と相違する。照明装置以外の構成は、上記実施の形態の表面検査装置と同じなので、ここでは、照明装置の構成についてのみ説明する。
点状又は面状の光源ユニットをマトリクス状に配置する場合についても、個々の光源ユニットの角度を変えられるようにしてもよい。すなわち、ここの光源ユニットを首振り可能に構成してもよい。この場合、一方向だけでなく多方向に首振り可能とすることが好ましい。
図18は、本実施の形態の表面検査装置の概略構成を示す図である。
図19は、本実施の形態の表面検査装置の概略構成を示す図である。
上記実施の形態では、照明装置側において、光源部の向き(主光線の向き)、及び/又は、光源部の位置を変えることで、照明光の当て方を変える構成としている。
[検査対象]
上記実施の形態では、枚葉のワークを検査する場合を例に説明したが、帯状のワークを検査する場合にも本発明は適用できる。
カメラについては、焦点調節機構を備えてもよい。この場合、たとえば、結像光学系の全体を光軸Zに沿って全体移動させて、焦点調節を行う。あるいは、撮像素子33を光軸に沿って前後移動させて、焦点調節を行う。
上記実施の形態では、光源としてLEDを使用する場合を例に説明したが、光源の種類は、これに限定されるものではない。光源は、検査対象等に応じて、適宜選択できる。
10 撮像装置
20 ステージ
20a ワーク載置面
22 回転軸
24 軸受
26 モータ
30 カメラ
30a〜30d カメラ
31 筐体
31a 撮像窓
32 結像光学系
33 撮像素子
40 照明装置
42 光源ユニット
42a〜42j 光源ユニット
42[ij] 光源ユニット
43 光源
43a 発光素子
44 移動機構
46a ガイドレール
46b スライダ
48a 送りネジ
48b モータ
48c ナット
50 首振り機構
52 軸
54 軸受
56 モータ
60 ベースフレーム
62 軸
64 軸受
66 シリンダ
100 検査装置本体
101 CPU
102 RAM
103 ROM
104 HDD
106 表示部
107 入出力インターフェース
108 通信部
111 カメラ制御部
112 照明制御部
113 画像入力部
114 画像処理部
115 照明条件決定部
116 検査部
117 表示制御部
118 記録制御部
119 通信制御部
A 光軸の近傍の光束
B 最大画角の光束
C1 接合レンズ
GF 光学系の前群
GR 光学系の後群
I 中間像
L1 レンズ(第1レンズ)
L2 レンズ(第2レンズ)
L3 レンズ(第3レンズ)
L4 レンズ(第4レンズ)
L5 レンズ(第5レンズ)
L6 レンズ(第6レンズ)
L7 レンズ(第7レンズ)
M1 ミラー
Obj 物体面
PA 撮像範囲
RO 光学系
Sim 結像面
St 開口絞り
SI1〜SI3 ワークの撮像画像に写るワーク表面の欠陥
W ワーク
WI1 ワークの撮像画像
WI2 ワークの撮像画像
WI3 ワークの撮像画像
WI4 ワークの撮像画像
Ymax 最大像高
Z 光軸
S11〜S18 最適な照明位置を決定する処理の手順
Claims (16)
- 画像取得面が合焦面である結像光学系を備え、撮像範囲内の被写体を被写界深度内に収めて斜めから撮像して画像データを取得する撮像部と、
前記被写体に照射する照明光の主光線の向き及び/又は前記照明光の光源部の位置が可変である照明部と、
を備えた撮像装置。 - 前記画像データに画像処理を施す画像処理部を更に備え、
前記画像処理部は、前記照明光の主光線の向き及び/又は前記照明光の光源部の位置を変えることで生じる前記画像データの差異を強調する処理を行う、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記照明部は、
光源部と、
前記光源部の移動機構と、
を備え、前記移動機構で前記光源部を移動させて、前記照明光の前記光源部の位置を変える、
請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記照明部は、前記光源部の首振り機構を更に備え、前記首振り機構で前記光源部の向きを変えて、前記照明光の主光線の向きを変える、
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記照明部は、
光源部と、
前記光源部の首振り機構と、
を備え、前記首振り機構で前記光源部の向きを変えて、前記照明光の主光線の向きを変える、
請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記照明部は、複数の光源部を備え、点灯させる前記光源部を変えて、前記照明光の前記光源部の位置を変える、
請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記照明部は、前記光源部の首振り機構を更に備え、前記首振り機構で前記光源部の向きを変えて、前記照明光の主光線の向きを変える、
請求項6に記載の撮像装置。 - 複数の前記光源部がマトリクス状に配置される、
請求項6又は7に記載の撮像装置。 - 複数の前記光源部が円弧状に配置される、
請求項6から8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記撮像範囲が重複して設定された複数の前記撮像部を備えた、
請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記被写体を保持する保持部と、
前記保持部の回転機構と、
を更に備えた請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 画像取得面が合焦面である結像光学系を備え、撮像範囲内の被写体を被写界深度内に収めて斜めから撮像して画像データを取得する撮像部と、
前記被写体に照明光を照射する照明部と、
前記被写体を保持する保持部と、
前記撮像部及び前記保持部を連動して移動又は傾斜させる駆動部と、
を備えた撮像装置。 - 前記画像データに画像処理を施す画像処理部を更に備え、
前記画像処理部は、前記照明光の主光線の向き及び/又は前記照明光の光源部の位置を変えることで生じる前記画像データの差異を強調する処理を行う、
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記撮像部の前記結像光学系は、物体側から順に、正のパワーを有する1つのミラーと、複数のレンズからなり正のパワーを有する光学系と、を有し、前記ミラーと前記光学系との間に中間像を結像する、
請求項1から13のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記ミラー及び前記光学系は、共通の光軸を有し、かつ、前記光軸を回転軸とする回転対称な形状を有する、
請求項14に記載の撮像装置。 - 請求項1から15のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像部で取得される前記画像データを用いて、ワークの表面を検査する検査部と、
を備えた表面検査装置。
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- 2019-11-29 JP JP2019217367A patent/JP7266514B2/ja active Active
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