JP7426297B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置および検査装置に関し、例えば、原子炉などの容器の内壁の検査に適用して有効な技術に関する。

特開２００３－１８５７８３号公報（特許文献１）には、原子炉圧力容器内部をカメラで撮像し、画像による目視検査を行う検査装置が記載されている。特開２０１１－３１７７８８号公報（特許文献２）には、複数のライトを選択的に点灯させて撮影した画像の差分からコンクリートのひびなどの欠陥を視認する方法が記載されている。特表２０１９－５１７００３号公報（特許文献３）には、容器の内壁の検査装置ではないが、暗視野照明下で取り込まれた線画像と、明視野照明下で取り込まれた線画像との差分から、紙などのシート要素の表面において、反射率が高い領域を識別する方法が記載されている。
構成が記載されている。

特開２００３－１８５７８３号公報 特開２０１１－３１７７８８号公報 特表２０１９－５１７００３号公報

原子炉などの容器の内壁に生じた亀裂などの欠陥を検査する方法として、容器内にカメラを配置し、被検面である内壁に照明を当てて撮像する方法がある。容器が例えばステンレス鋼などの金属から成る場合、内壁表面は概ね反射性の表面であるが、部分的に拡散性のテクスチャを有する領域が混在する。このように、反射性の表面と拡散性の表面が混在する内壁表面において、亀裂を検査する場合、得られた画像において、亀裂と拡散性のテクスチャとを区別することが難しい。

本発明の目的は、反射性面と拡散性面とが混在する被検面の検査において、亀裂などの欠陥を検出し易くする技術を提供することにある。

一実施の形態である照明装置は、被検面で反射してカメラに入射する光を照射する反射光用照明部と、前記被検面で拡散して前記カメラに入射する光を照射する拡散光用照明部と、を有する。前記カメラの視野内には、前記被検面を仮想的な鏡面とする前記反射光用照明部の光源の虚像があり、前記被検面を仮想的な鏡面とする前記拡散光用照明部の光源の虚像がない。

ほかの実施の形態である検査装置は、被検面を撮像するカメラと、前記被検面で反射して前記カメラに入射する光を照射する反射光用照明部と、前記被検面で拡散して前記カメラに入射する光を照射する拡散光用照明部と、を有する。前記カメラの視野内には、前記被検面を仮想的な鏡面とする前記反射光用照明部の光源の虚像があり、前記被検面を仮想的な鏡面とする前記拡散光用照明部の光源の虚像がない。

本願において開示される発明によれば、反射性面と拡散性面とが混在する被検面の検査において、亀裂などの欠陥を検出し易くすることができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

一実施の形態である検査装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図１に示す照明装置をカメラの光軸の方向から視た平面図である。 図１に示す照明装置が備える輝度制御部の接続関係を模式的に示す説明図である。 図１に示す反射光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。 図１に示す拡散光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。 図１に示す被検面の一部分を示す平面図である。 図６に示すＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。 図６に示す被検面において明視野照明（反射光用照明）と暗視野照明（拡散光用照明）の輝度のバランスにより像の見え方の違いを示す図である。 明視野照明および暗視野照明の輝度を自動で調整するシステムの処理フローを示す説明図である。 図９に示すバランス調整の各ステップを実施するコンピュータの構成例を示す説明図である。 図１に対する変形例である検査装置の構成例を模式的に示す要部断面図である。 図１に対する他の変形例である検査装置の構成例を模式的に示す要部断面図である。 図１２に示す反射光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。 図１２に示す拡散光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。

以下の実施の形態を説明するための各図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、機能的に同じ要素は同じ番号又は対応する番号で表示される場合もある。また、以下では、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示である。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。

以下の実施の形態の説明では、検査装置（および検査装置の一部分である照明装置）の一例として、原子炉の圧力容器の内壁に生じた亀裂（欠陥）を検出する検査装置を取り上げて説明する。ただし、以下で説明する技術は、種々の変形例に適用可能である。

＜検査装置の構成例＞
図１は、本実施の形態の検査装置の構成例を模式的に示す要部断面図である。図１では、結像レンズであるレンズ１１２を介した場合のカメラ１１０の視野範囲１０５を二点鎖線で示し、カメラ１１０の光軸１１３を一点鎖線で示している。図２は、図１に示す照明装置をカメラの光軸の方向から視た平面図である。図３は、図１に示す照明装置が備える輝度制御部の接続関係を模式的に示す説明図である。図４は、図１に示す反射光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図、図５は、図１に示す拡散光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。図１に示す検査装置１００は、原子炉（容器）１０１の被検面（検査対象面）１０２である内壁面をカメラ１１０により撮像し、欠陥である亀裂１０４を検出する装置である。以下、検査装置１００を用いた原子炉１０１の被検面１０２の検査方法について説明する。

検査装置１００は、被検面１０２を撮像するカメラ１１０と、被検面１０２を照射する照明装置（照明部）２００と、を有する。照明装置２００は、被検面１０２で反射してカメラ１１０に入射する光を照射する反射光用照明部（明視野照明部）２１０と、被検面１０２で拡散してカメラ１１０に入射する光を照射する拡散光用照明部（暗視野照明部）２２０と、を有する。また、カメラ１１０の視野範囲１０５内には、被検面１０２を仮想的な鏡面とする反射光用照明部２１０の光源の虚像２１１があり、被検面１０２を仮想的な鏡面とする拡散光用照明部２２０の光源の虚像２２１がない。言い換えれば、虚像２１１は、カメラ１１０の視野範囲１０５の範囲内にあり、虚像２２１は、視野範囲１０５の視野範囲１０５の範囲外にある。

カメラ１１０は、イメージセンサ１１１と、イメージセンサ１１１および被検面１０２との間に配置されるレンズ（結像レンズ）１１２と、を備える。イメージセンサ１１１とレンズ１１２とを結ぶ光軸１１３の延長線上には、被検面１０２が存在する。レンズ１１２には、イメージセンサ１１１に結像できる範囲などの条件によって制約される画角範囲がある。この画角範囲がカメラ１１０の視野範囲１０５に相当する。

カメラ１１０は、伝送回路１２０と電気的に接続される。伝送回路１２０は、ケーブル１２１、および画像処理回路１２２を介して表示装置１２３と電気的に接続される。カメラ１１０により撮像された画像は、伝送回路１２０によって、ＳＤＩ、ＨＤＭＩ、ＧｉｇＥなどのデジタルビデオ信号規格の映像信号に変換され、画像処理回路１２２に送信される。映像信号は、画像処理回路１２２において処理され、表示装置１２３に伝送される。表示装置１２３は、カメラ１１０により撮像された映像をリアルタイムで表示することができる。このため、例えば、表示装置１２３の前にオペレータがいる場合、オペレータは、表示装置１２３による表示画像に基づいて、カメラ１１０による撮影の状態、あるいは、被検面１０２の状態を観察することができる。

カメラ１１０および伝送回路１２０は、放射線を減衰させるタングステンや鉛などの金属から成る筐体１０６内に収容される。被検面１０２の検査時には、筐体１０６は、原子炉１０１内に搬入される。ケーブル１２１は、筐体１０６を貫通するように設けられ、原子炉１０１の外部に導出される。このように、原子炉１０１内に搬入される部品（カメラ１１０および伝送回路１２０）が筐体１０６に覆われていることにより、原子炉１０１内の放射線の影響によりカメラ１１０や伝送回路１２０が誤動作することを抑制できる。

図２に示すように、反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０のそれぞれは、環状に形成されたリング照明であり、カメラ１１０（図１参照）およびレンズ１１２の光軸１１３の周囲に配置される。図２に示す例では、光軸の周囲に、環状の反射光用照明部２１０が配置され、その外周にリング状の拡散光用照明部２２０が配置される。反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０のそれぞれは、図示しないＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源と、光源から出力された光を面光源化する拡散性導光板（図示は省略）を備える。

図３に示すように、照明装置２００は、反射光用照明部２１０から照射される光の輝度（光量）、および拡散光用照明部２２０から照射される光の輝度（光量）のそれぞれを制御する輝度制御部（光量制御部）２３０を有する。反射光用照明部２１０は、ケーブル２１２を介して輝度制御部２３０に電気的に接続される。拡散光用照明部２２０は、ケーブル２２２を介して輝度制御部２３０に電気的に接続される。輝度制御部２３０は、反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０のそれぞれの輝度を、互いに独立して制御可能である。例えば、反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０のいずれか一方の輝度をゼロ（消灯状態）にすることもできる。輝度制御部２３０は、例えば、図１のカメラ１１０に内蔵されている。あるいは、原子炉１０１の外側に配置され、ケーブル２１２および２２２が原子炉１０１の外部にまで引き出されている場合もある。

図１を用いて説明したように、本実施の形態の検査装置１００が有するカメラ１１０の視野範囲１０５内には、被検面１０２を仮想的な鏡面とする反射光用照明部２１０の光源の虚像２１１があり、被検面１０２を仮想的な鏡面とする拡散光用照明部２２０の光源の虚像２２１がない。この場合、図４に点線で模式的に示すように、反射光用照明部２１０から出射された光２１３は、被検面１０２で反射され、カメラ１１０に受光される。詳しくは、被検面１０２で反射した光２１３は、レンズ１１２を介してイメージセンサ１１１に受光される。また、図５に示すように、拡散光用照明部２２０から出射された光２２３は、被検面１０２で反射され、カメラ１１０には受光されない。詳しくは、被検面１０２で反射した光２２３は、レンズ１１２以外の位置に向かって反射されるので、結果的に反射光が受光されない。一方、被検面１０２で拡散された光の一部は、図４および図５に示すレンズ１１２に入射し、レンズ１１２を介してイメージセンサ１１１に受光される。

検査装置１００を用いた検査方法の場合、反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０のそれぞれを用いる。虚像２１１および虚像２２１とカメラ１１０の視野範囲１０５との関係を調整することにより、反射光用照明部２１０から照射される光２１３（図４参照）は主に反射光がカメラ１１０に受光され、拡散光用照明部２２０から照射される光２２３は、拡散光のみがカメラ１１０に受光される。

図２を用いて説明したように、反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０はリング照明であり、中央部には、レンズ１１２を配置するための開口部がある。また、図１に示すようにカメラ１１０の光軸１１３上には、反射光用照明部２１０の光源の虚像２１１が存在せず、穴が開いた状態である。このため、被検面１０２のうち、光軸１１３と重なる点付近の領域（中央領域）はその周囲の領域と比較して観察し難いという懸念がある。ただし、以下のように、被検面１０２の検査では、虚像２１１はぼけた状態で撮影される。すなわち、被検面１０２の検査においては、被検面１０２に焦点を合わせるようにレンズ１１２を配置する。このため、反射光用照明部２１０の光源の虚像２１１には焦点は合わず、虚像２１１は、ぼけた状態で撮影される。したがって、レンズ１１２を配置する開口部に起因する穴とその周囲との境界は、ぼやけて光が広がる。この結果、穴にはこの光が充填される方向で緩和される。また、ぼけた画像は、画像処理回路１２２において補正されるので、表示装置１２３で視認する際には補正後の画像を確認できる。

＜２種類の照明の制御＞
次に、反射光用照明部２１０および拡散光用照明部２２０の輝度をそれぞれ制御して検査する方法について説明する。図６は、図１に示す被検面の一部分を示す平面図である。図７は、図６に示すＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。

本実施の形態のように金属製の容器壁面の場合、壁面の表面は、入射光のほとんどを正反射させる、ほぼ鏡面と見なせるような面のみで構成されていると考えた。ところが、本願発明者が調査したところ、互いに異なる光学特性を備えた領域が分布していることが判った。すなわち、図６および図７に示すように、被検面１０２は、正反射光よりも散乱する拡散光の方が多い、拡散性の特性を備える領域１３１と、拡散光よりも正反射光の方が多い、反射性の特性を備える領域１３２と、を備える。反射性の特性を備える領域１３２では、実質的に鏡面と見做せる程度の光学特性を備える。拡散性の領域１３１は、反射性の領域１３２の間に分散している。このようにベース面の光学特性が一定しない状態で、亀裂１０４を検出する必要がある。

亀裂１０４は、図７に示すように、断面視においてＶ字の谷のような形状を備える。亀裂１０４の性質上、亀裂１０４の幅１０４Ｗの長さに対して深さ１０４Ｄが長く（深く）なり易い。一例としては、幅１０４Ｗが１０μｍ程度とすると、深さ１０４Ｄは１０ｍｍ程度である。亀裂１０４のようにＶ字の谷の幅１０４Ｗが狭く、深さ１０４Ｄが深い場合に光が入射すると、Ｖ字の谷の両側面で何度も反射しながら吸収される。この結果、ほとんどの光は被検面１０２の外部に出射されず、見かけ上反射も散乱もされない状態になると想定される。ただし、幅１０４Ｗの狭い亀裂１０４をカメラ１１０（図１参照）で結像する場合、幾何学的な亀裂１０４の像の幅は、イメージセンサ１１１の画素の大きさより小さいことが想定される。この場合、画像として出力される亀裂１０４の像は、画素の面積に対してその画素内の幾何学的な亀裂１０４の像の面積が占める比率だけコントラストが低下するので、本来よりも明るくなって周辺から識別される。したがって、亀裂１０４も真っ暗ではなく、亀裂１０４周辺の輝度からの輝度低下として認識される。

図８は、図６に示す被検面において明視野照明（反射光用照明）と暗視野照明（拡散光用照明）の輝度のバランスにより像の見え方の違いを示す図である。図８において、像２４０Ａは、明視野照明の輝度が暗視野照明の輝度に対して強すぎる状態を示す。像２４０Ｂは、明視野照明および暗視野照明の輝度のバランスが良く、亀裂１０４が視認しやすい状態を示す。像２４０Ｃは、暗視野照明の輝度が明視野照明の輝度に対して強すぎる状態を示す。

像２４０Ａのように、明視野照明の輝度が強い場合、反射性の領域１３１が明るく、拡散性の領域１３１は暗く視認される。この場合、亀裂１０４と領域１３１との識別が難しく、亀裂１０４の視認性が低下する。一方、像２４０Ｃのように、暗視野照明が強い場合、領域１３１は暗く、領域１３２は明るく視認される。この場合、亀裂１０４と領域１３１の識別が難しく、亀裂１０４の視認性が低下する。像２４０Ｂの場合、明視野照明および暗視野照明のそれぞれの輝度を互いに独立して制御することにより、亀裂１０４の視認性を向上させている。像２４０Ｂの例では、像２４０Ａや２４０Ｃにおいて視認される領域１３１および領域１３２のそれぞれが、互いに同程度の明るさになるように調整する。言い換えれば、領域１３１および領域１３２の明るさの差異が小さくなるように調整する。この結果、亀裂１０４の像と、他の部分の像との差異が明確化され、亀裂１０４の視認性が向上する。実用上、亀裂１０４の存在確率は、領域１３１および領域１３２のうち、面積が小さい方の存在確率よりも小さいと考えられる。このため、上記した輝度のバランスの調整において、亀裂１０４が視認できないように調整されてしまうことはない。

なお、図８の像２４０Ｂでは、領域１３１および領域１３２の明るさが全く同じになった理想的な状態を示している。ただし、目視または回路的な検出処理によって、亀裂１０４が検出可能であり、かつ、誤検出を防止ないしは抑制できる範囲内であれば、領域１３１および領域１３２の明るさに若干の差異があってもよい。

上記した明視野照明および暗視野照明のそれぞれの輝度の調整、言い換えれば、図１に示す反射光用照明部（明視野照明）２１０および拡散光用照明部（暗視野照明）２２０の輝度の調整は、例えばオペレータにより手動で行うことができる。点検作業員であるオペレータは、表示装置１２３に表示された画像をリアルタイムにも駆使しながら図８に示す亀裂１０４以外の像のコントラストが小さくなるように調整する。被検面１０２の状態は、一様とは考えにくく、検査対象が変われば様々な状態になることが予想される。例えば、被検面１０２全体において、図６および図７に示す反射性の領域１３２が殆どなく、大部分が拡散性の領域１３１である視野範囲が存在する場合、あるいはその反対に、大部分が反射性の領域１３２である場合が考えられる。また、一つの被検面１０２に対して複数の視野範囲で撮像し、検査する場合、視野範囲事に被検面１０２の状態が異なることも考えられる。このように被検面１０２において、反射性の領域１３２と拡散性の領域１３１との分布が偏っている場合、バランス調整の一態様として、拡散光用照明部２２０および反射光用照明部２１０のいずれか一方を点灯し、他方は消灯する調整もあり得る。

＜バランス調整の自動制御＞
次に、上記した輝度のバランス調整を図１に示す画像処理回路を用いて自動的に行うシステムについて説明する。図９は、明視野照明および暗視野照明の輝度を自動で調整するシステムの処理フローを示す説明図である。図１０は、図９に示すバランス調整の各ステップを実施するコンピュータの構成例を示す説明図である。図１０に示すコンピュータ１２５は、図１に示す検査装置１００の一部を構成する装置であって、図１に示す画像処理回路１２２、図３を用いて説明した輝度制御部（光量制御部）２３０、および図９に示すステップＳ１３において輝度の変更の要否を判定する判定処理部１２６を有している。図１０に示すコンピュータ１２５が実施する処理として各ステップを説明する。

図９に示す輝度のバランス調整システムは、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、およびＳ１５を備える。ステップＳ１１では、まず、コンピュータ１２５（図１０）の輝度制御部２３０（図１０参照）は、暗視野照明である拡散光用照明部２２０（図１０参照）を点灯する。この状態で、図１に示すカメラ１１０で被検面１０２の視野範囲内を撮像する。ステップＳ１１に続くステップＳ１２では、コンピュータ１２５の画像処理回路１２２は、イメージセンサ１１１から取得した画像データに対し、２次元フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行い、直流（ＤＣ：Direct Current）成分の輝度と、直流成分の輝度で規格化した直流成分以外の交流（ＡＣ：Alternating Current）成分の輝度と、を算出する。

ステップＳ１３では、コンピュータ１２５の判定処理部１２６（図１０参照）は、交流成分の輝度を直流成分の輝度で除した値（以下、ＡＣ／ＤＣと記載する）と予め設定された基準値とを比較して、計算結果が基準値未満になっているかどうかを判定する。判定処理部１２６は、カメラ１１０（図１参照）が撮像した画像データに基づいて、反射光用照明部２１０（図１０参照）から照射される光の輝度、および拡散光用照明部２２０（図１０参照）から照射される光の輝度の少なくともいずれか一方の輝度の変更要否を判定する機能を備える。図９に示すシステムの一例では、判定処理部１２６は、反射光用照明部２１０から照射される光の輝度の変更要否を判定する。ステップＳ１２のＦＦＴ像の計算では、画像の空間スペクトルを算出する。図６に例示するように、被検面１０２に拡散性の領域１３１と反射性の領域１３２とが混在する場合、ＡＣ／ＤＣが基準値以上の値となるように基準値は設定される。

ステップＳ１３において、ＡＣ／ＤＣが基準値以上と判定された場合、図１０に示すコンピュータ１２５の判定処理部１２６は、輝度の変更要否の判定処理データ（図９に示すフローでは、変更要のデータ）を輝度制御部２３０に出力する。ステップＳ１４として、図２に示すコンピュータ１２５の輝度制御部２３０は、判定処理部１２６から伝送された判定データに基づき、明視野照明である反射光用照明部２１０を点灯する。あるいは、反射光用照明部２１０が既に点灯している場合には、反射光用照明部２１０の輝度を増大させる。以下、ステップＳ１３において、ＡＣ／ＤＣが基準値未満となるまで、コンピュータ１２５は、ステップＳ１２～Ｓ１４を繰り返して実行する。

ステップＳ１３において、ＡＣ／ＤＣが基準値未満と判定された場合、輝度のバランス調整となる。この時、図１０に示すコンピュータ１２５の判定処理部１２６は、上記した輝度の変更不要の判定処理データを輝度制御部２３０に出力する。また、判定処理部１２６は、画像処理回路１２２に調整完了のデータを出力する。ステップＳ１５では、図１０に示すコンピュータ１２５の画像処理回路１２２は、判定処理部１２６から受信した調整完了のデータに基づき、画像データを図１に示す表示装置１２３に出力する。

なお、図９では、暗視野照明を先に点灯させた後、明視野照明の輝度を調整する方法について例示的に説明したが、変形例として、明視野照明を先に点灯させた後、暗視野照明の輝度を調整する方法とすることができる。また、ステップＳ１１において点灯する照明の輝度は、最大値であってもよいが、最大輝度に対して半分から７割程度とする場合もある。この場合、コンピュータ１２５の判定処理部１２６において、判定処理に供されるＡＣ／ＤＣの値に応じて、暗視野照明および明視野照明のいずれか一方または両方の輝度を変更するように、フィードバックループを構成する方式を用いる場合もある。

上記したように、明視野照明および暗視野照明の輝度のバランス調整を自動化することにより、点検作業員であるオペレータの作業負担を低減し、バランス調整の基準を安定させることができる。

＜変形例１＞
次に、図１に示す検査装置１００に対する変形例について説明する。図１１は、図１に対する変形例である検査装置の構成例を模式的に示す要部断面図である。図１１に示す検査装置１００Ａは、イメージセンサ１１１とレンズ１１２とを結ぶ光の経路中に、反射ミラー１１４が配置されている点で図１に示す検査装置１００と相違する。また、検査装置１００Ａの場合、レンズ１１２を通過した検出光は、反射ミラー１１４により反射してイメージセンサ１１１に受光される点で図１に示す検査装置１００と相違する。

詳しくは、検査装置１００Ａのカメラ１１０は、結像レンズであるレンズ１１２と、レンズ１１２を介して光（検出光）を受光するイメージセンサ１１１と、を備える。レンズ１１２とイメージセンサ１１１との間の光の経路中には反射ミラー１１４が配置される。イメージセンサ１１１および反射ミラー１１４は金属製の筐体１０６内に収容される。筐体１０６には、レンズ１１２を取り付ける開口部１０６Ｈが形成される。イメージセンサ１１１は、開口部１０６Ｈと反射ミラーとを直線的に結ぶ仮想線の延長線ＶＬ１から外れた位置に配置される。筐体１０６は屈曲した形状になっており、開口部の延長線上とは異なる位置にイメージセンサ１１１が配置されている。この場合、原子炉１０１内の放射線が開口部１０６Ｈから筐体１０６内に侵入した場合でも、イメージセンサ１１１に直接的に照射されることを抑制できる。このため、放射線の影響によるイメージセンサ１１１の故障、あるいは誤動作を抑制することができる。

検査装置１００Ａは、上記した相違点を除き、図１に示す検査装置１００と同様である。したがって重複する説明は省略する。なお、図１では、符号の図示は省略したが、図１に示す筐体１０６も、図１１に示す筐体１０６と同様にレンズ１１２が取り付けられる開口部１０６Ｈを備える。ただし、検査装置１００の場合には、反射ミラー１１４が無いので、開口部１０６Ｈの延長線上にイメージセンサ１１１が配置される。このため、開口部１０６Ｈから侵入した放射線がイメージセンサ１１１に照射される可能性がある。

＜変形例２＞
図１２は、図１に対する他の変形例である検査装置の構成例を模式的に示す要部断面図である。図１３は、図１２に示す反射光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図、図１４は、図１２に示す拡散光用照明部から出射された光の経路を模式的に示す説明図である。本変形例では、カメラ１１０の光軸１１３が、被検面１０２の法線方向に対して傾斜する実施態様について説明する。

図１２に示す検査装置１００Ｂは、カメラ１１０の光軸１１３が、被検面１０２の法線方向に対して傾斜している点で、図１に示す検査装置１００および図１１に示す検査装置１００Ａと相違する。また、検査装置１００Ｂは、被検面１０２を仮想的な鏡面とする反射光用照明部２５０の光源（光源と見做す拡散板２５３）の虚像２５４が、カメラ１１０の光軸１１３の延長線上にある点で、図１に示す検査装置１００および図１１に示す検査装置１００Ａと相違する。このように明視野照明である反射光用照明部２５０の光源と見做す拡散板２５３の虚像２５４が光軸１１３の延長線上に配置されていることで、光軸１１３と被検面１０２とが交わる点の近辺を、他の領域と同様に、高精度で観察することができる。

詳しくは、検査装置１００Ｂの反射光用照明部２５０は、ＬＥＤアレイ２５１、シリンドリカルレンズ２５２、および拡散板２５３を備える。ＬＥＤアレイ２５１は、光を発生させる光源であり、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子が配列された半導体部品である。複数のＬＥＤ素子は、図１２の紙面に対して垂直な方向に配列されている。シリンドリカルレンズ２５２は、ＬＥＤアレイ２５１から受けた光をシートビームに変換する光学素子である。シリンドリカルレンズ２５２は、図１２の紙面に垂直な方向に長手方向を持ち、ＬＥＤアレイ２５１から受けた光を紙面内方向に平行なシートビームに変換することができる。拡散板２５３は、シリンドリカルレンズ２５２から照射されたシートビームを受光し、広範囲に光を照射する面光源である。被検面１０２には、この拡散板２５３からの光が照射されるので、被検面１０２の検査を行うための反射光用照明部２５０の光源は、拡散板２５３と見做すことができる。

図１３に示すように、ＬＥＤアレイ２５１から出射された光は、シリンドリカルレンズ２５２を介して拡散板２５３に照射され、拡散板２５３から出射された光は、は被検面１０２を照射する。被検面１０２で正反射された光の少なくとも一部は、レンズ１１２および反射ミラー１１４を介してイメージセンサ１１１に受光される。なお、レンズ１１２と反射ミラー１１４との間には、後述するＷＦＣ（Wave Front Cording）用の位相板１１５が配置される。図１に示す検査装置１００の場合と同様に、検査装置１００Ｂの場合も、被検面１０２を仮想的な鏡面とする反射光用照明部２５０の光源（拡散板２５３）の虚像２５４はカメラ１１０の視野範囲１０５（図１２参照）内にある。このため、被検面１０２で正反射した光の少なくとも一部はレンズ１１２に受光される。

また、拡散光用照明部２６０は、ＬＥＤアレイ２６１およびシリンドリカルレンズ２６２を備える。ＬＥＤアレイ２６１が有する複数のＬＥＤ素子は、図１２の紙面に対して垂直な方向に配列されている。シリンドリカルレンズ２６２は、ＬＥＤアレイ２６１から受けた光をシートビームに変換する光学素子である。シリンドリカルレンズ２６２は、図１２の紙面に垂直な方向に長手方向を持ち、ＬＥＤアレイ２６１から受けた光を紙面内方向に平行なシートビームに変換することができる。暗視野照明である拡散光用の光の場合、図１４に示すようにシリンドリカルレンズ２６２から出射された光が被検面１０２に照射される。したがって、シリンドリカルレンズ２６２は、拡散光用照明部２６０の光源と見做すことができる。図１に示す検査装置１００の場合と同様に、検査装置１００Ｂの場合も、被検面１０２を仮想的な鏡面とする拡散光用照明部２６０の光源（シリンドリカルレンズ２６２）の虚像２６４はカメラ１１０の視野範囲１０５（図１２参照）内には存在せず、視野範囲１０５の外側にある。このため、拡散光用照明部２６０から照射された光に関しては、被検面１０２で正反射した光はレンズ１１２に受光されず、被検面１０２で拡散された光の一部がレンズ１１２に受光され、レンズ１１２および反射ミラー１１４を介してイメージセンサ１１１に受光される。

上記したように、本変形例の場合、カメラ１１０の光軸１１３が、被検面１０２の法線方向に対して傾斜するように配置されていることで、拡散板２５３の虚像２５４を光軸１１３の延長線上に配置することが可能となる。この結果、カメラ１１０の光軸１１３と被検面１０２とが交差する点の近傍の中央領域を高精度に観察することができる。ただし、本変形例の場合、光軸１１３が被検面１０２の法線方向に対して傾斜していることに起因して、被検面１０２の焦点を合わせられる範囲が狭くなるという課題が生じる。焦点を合わせられる範囲が狭くなっても合わせることは不可能ではないが、以下で説明するＷＦＣと呼ばれる結像システムの技術を適用することが好ましい。

ＷＦＣを利用した結像システムでは、瞳面内座標に対して３次関数で与えられる位相分布を与えることによって焦点ずれに対する点像のぼけを均一化し、均一なぼけをデコンボリューションと呼ばれる画像処理によって除去し、光学系の被写界深度や、焦点深度を拡大させる。この技術を適用するため、本変形例の検査装置１００Ｂは、レンズ１１２と反射ミラー１１４との間に配置される位相板１１５を有する。位相板１１５は、結像光学系の絞りの位置に配置される。なお、位相板１１５の位置は、絞りの位置近傍であればよい。位相板１１５は、３次関数で表される表面を備える位相フィルタである。図１２に示す例では、位相板１１５は、光軸１１３を中心に同心円状に複数の凹面が配列された形状を有する。位相板１１５は光軸１１３を中心として回転対象な形状を持つ。複数の凹面のそれぞれは、放物線の断面形状を成す。このように、放物線の断面形状を成す複数の凹面が整列された構造を輪帯構造と呼ぶ。複数の凹面のうちの一つに対応する部分を輪帯と呼ぶ。

図１２では、上記したように輪帯構造の位相板１１５を例示したが、ＷＦＣに適用可能な位相板１１５には種々の変形例がある。３次関数で表せる曲面であれば、輪帯構造以外の構造であってもよい。あるいは、球体収差を発生させる曲面であれば、輪帯構造以外の構造であってもよい。

被検面１０２で反射または拡散された光が、位相板１１５を介してイメージセンサ１１１に受光される場合、イメージセンサ１１１での像はぼける。言い換えれば、イメージセンサ１１１が出力する画像データは、焦点がぼけた光学像である。ただし、位相板１１５は、イメージセンサ１１１での像のぼけ方が、焦点ずれに対して不感となるように設計される。焦点ずれに対して不感となるように位相板１１５が設計されていることにより、上記した焦点を合わせられる範囲が狭くなるという課題を解決することができる。すなわち、カメラ１１０内での光の経路中に位相板１１５を介在させることにより、イメージセンサ１１１における像のぼけ方が焦点ずれの程度によらず、一様になる。この場合、後述するデコンボリューション処理を実行することにより、ぼけの無い（図８に示す亀裂１０４を識別可能な程度にぼけが少ない）画像を取得することができる。

図１２に示す画像処理回路１２２は、イメージセンサ１１１から受信した画像データ（ぼけた画像データ）に対して、ぼけた光学像から焦点のあった画像を取得する、デコンボリューション処理を実行する。デコンボリューション処理は、点像分布の空間周波数スペクトル（は光学伝達関数ＯＴＦ）から像面上における物体面上光強度分布の幾何学的写像（理想光学像）を算出する演算処理である。なお、詳細は省略するが、デコンボリューション処理およびこれを用いたＷＦＣの処理については、本願発明者らによる特許文献（特開２０１４－１９７１１５号広報）に、デコンボリューション画像処理として詳細に記載されている。画像処理回路１２２は、この特許文献に記載されるデコンボリューション画像処理を実行する。

デコンボリューション処理が完了した後、画像処理回路１２２は、デコンボリューション処理後の画像データ（ぼけが取り除かれた画像データ）を表示装置１２３に出力する。これにより、表示装置１２３では、ぼけが除去された画像が表示されるので、この画像に基づいて図８に示す亀裂１０４を検出することができる。検査装置１００Ｂは上記した相違点を除き、図１に示す検査装置１００と同様である。したがって重複する説明は省略する。なお、図示は省略したが、反射光用照明部２５０および拡散光用照明部２６０のそれぞれの輝度は、図２に示す輝度制御部２３０により互いに独立して制御可能になっている点も、図１に示す検査装置１００と同様である。

上記では、種々の変形例を説明したが、各変形例を適宜組み合わせて適用することができる。

以上、本実施の形態の代表的な変形例について説明したが、本発明は、上記した実施例や代表的な変形例に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形例が適用できる。

本発明は、照明装置およびこれを用いた検査装置に利用可能である。

１００，１００Ａ，１００Ｂ 検査装置
１０１ 原子炉（容器）
１０２ 被検面（検査対象面）
１０４ 亀裂
１０４Ｗ 幅
１０４Ｄ 深さ
１０５ 視野範囲
１０６ 筐体
１０６Ｈ 開口部
１１０ カメラ
１１１ イメージセンサ
１１２ レンズ（結像レンズ）
１１３ 光軸
１１４ 反射ミラー
１１５ 位相板
１２０ 伝送回路
１２１ ケーブル
１２２ 画像処理回路
１２３ 表示装置
１２５ コンピュータ
１２６ 判定処理部
１３１，１３２ 領域
２００ 照明装置（照明部）
２１０，２５０ 反射光用照明部（明視野照明、明視野照明部）
２１１，２２１，２５４，２６４ 虚像
２１２，２２２ ケーブル
２１３，２２３ 光
２２０，２６０ 拡散光用照明部（暗視野照明、暗視野照明部）
２３０ 輝度制御部（光量制御部）
２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ 像
２５１,２６１ ＬＥＤアレイ
２５２,２６２ シリンドリカルレンズ
２５３ 拡散板
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５ ステップ
ＶＬ１ 延長線

Claims (4)

1. 被検面を撮像するカメラと、
   前記被検面で反射して前記カメラに入射する光を照射する反射光用照明部と、
   前記被検面で拡散して前記カメラに入射する光を照射する拡散光用照明部と、
   前記カメラで撮像された画像データを処理する画像処理回路と、
   を有し、
   前記被検面を仮想的な鏡面とする前記反射光用照明部の光源の虚像が前記カメラの視野範囲内にあり、
   前記被検面を仮想的な鏡面とする前記拡散光用照明部の光源の虚像が前記カメラの視野範囲内になく、
   前記カメラの光軸は、前記被検面の法線方向に対して傾斜し、
   前記被検面を仮想的な鏡面とする前記反射光用照明部の光源の虚像は、前記カメラの光軸の延長線上にあり、
   前記カメラは、
   結像レンズと、
   前記結像レンズを介して光を受光するイメージセンサと、
   を備え、
   前記結像レンズと前記イメージセンサとの間の光の経路中には反射ミラーが配置され、
   前記反射ミラーと前記結像レンズとの間には、位相板が配置され、
   前記イメージセンサが出力する前記画像データは、焦点がぼけた光学像であり、
   前記画像処理回路は、前記イメージセンサから受信した前記画像データに対して、前記ぼけた光学像から焦点のあった画像を取得する、デコンボリューション処理を実行し、デコンボリューション処理後の画像データを出力する、検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記反射光用照明部から照射される光の輝度、および前記拡散光用照明部から照射される光の輝度のそれぞれを制御する輝度制御部を更に有する、検査装置。
3. 請求項２に記載の検査装置において、
   前記カメラが撮像した画像データに基づいて、前記反射光用照明部から照射される光の輝度、および前記拡散光用照明部から照射される光の輝度の少なくともいずれか一方の輝度の変更要否を判定する判定処理部を更に有し、
   前記判定処理部は、前記変更要否の判定処理データを前記輝度制御部に出力する、検査装置。
4. 請求項３に記載の検査装置において、
   前記イメージセンサおよび前記反射ミラーは金属製の筐体内に収容され、
   前記筐体には、前記結像レンズを取り付ける開口部が形成され、
   前記イメージセンサは、前記開口部および前記反射ミラーを直線的に結ぶ仮想線の延長線から外れた位置に配置される、検査装置。

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