JPH05312553A - 物品の表面像取得方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物品表面と正対して配置した、カメラや光学
系などからなる光学手段で、物品の表面像を取得する方
法において、物品の表面像取得面を光学手段に対して、
簡単かつ確実に正対させることができ、表面像取得面の
全面に対して正確に焦点の合った、明瞭な画像が得られ
るようにする方法を提供する。 【構成】 カメラ３０などからなる表面像取得用の光学
手段とは別に、物品１０の表面像取得面１２と平行な方
向から表面像取得面１２の姿勢を検出する、カメラ４０
などからなる姿勢検出用の光学手段を備え、この姿勢検
出用光学手段４０の検出情報にもとづいて、表面像取得
面１２が表面像取得用光学手段３０に正対するように、
物品１０を固定したアライメントテーブル２０を、表面
像取得手段３０の光軸方向Ａと平行な面内で旋回させた
り、この旋回面内で縦横に水平移動させたりして、物品
の姿勢を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、物品の表面像取得方
法に関し、詳しくは、各種の電子機器などに組み込まれ
る微小部品に対し、顕微鏡やテレビカメラなどの光学手
段を用いて、表面の傷やクラックを検出するなど、その
表面状態を検査したり計測したりするために、物品の表
面像を取得する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、微小部品の表面検査を行う方法と
して、テレビカメラなどの撮像装置で、部品表面を撮影
し、得られた画像を拡大投影して直接目視観察したり、
電子的に画像処理したデータをコンピュータで解析した
りして、表面のわずかな傷やクラック等の欠陥を検出す
る方法が開発されている。

【０００３】検査する物品が微小で、被検査面を大きく
拡大撮影しなければ、検査が行えない場合には、撮像装
置の光学系として、拡大倍率の大きなレンズなどを組み
合わせた光学系が用いられる。被検査面の表面状態を詳
細に知るには、上記光学系の焦点が、被検査面に正確に
合っていなければならない。そのためには、光学系の光
軸方向に沿って、光学系あるいは被検査物品を前後に移
動させて、焦点の調節が行われる。また、物品の表面の
うち検査を行う場所を変更するには、物品を光軸方向と
直交する面内で前後左右に移動させて、検査位置を調整
することも可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな従来における物品の表面像取得方法では、微小部品
の表面像を正確に取得することができず、検査や計測の
精度が十分に挙げられないという問題があった。

【０００５】これは、微小部品の表面像を取得するに
は、拡大倍率の大きな光学系が用いられるが、一般に、
このような拡大倍率の大きな光学系では、焦点深度が非
常に浅くなるため、撮影する物品の表面すなわち表面像
取得面に正確に焦点を合わせるのが難しいのである。

【０００６】特に、表面像取得面の１個所に焦点を合わ
せていても、それ以外の個所では焦点がまったく合って
いない場合がある。このような問題が生じるのは、表面
像取得面が、撮像装置の光学系に対して、正確に正対し
ていないためである。正対とは、撮像装置の光軸方向
が、表面像取得面の垂線になるような関係である。撮像
装置の焦点が合うのは、光軸方向と正対している焦点面
を中心にして、その前後の焦点深度範囲だけであるか
ら、表面像取得面が傾いていて、その一部が焦点深度範
囲を外れていれば、この部分では明瞭な画像が得られ
ず、当然、物品表面の正確な検査や計測は行えなくな
る。

【０００７】微小部品が、正確な立方体や直方体を組み
合わせた形状であれば、微小部品のひとつの面を基準面
にして、この基準面をアライメントテーブル等に正確に
固定しておくことによって、表面像取得面を撮像装置に
対して正確に正対させることができる。しかし、微小部
品の中には、その機能上あるいは加工上の制約などで、
極めてわずかな角度だけ傾きを持った面を備えたものが
あり、このような微小角度の傾斜面について、その表面
像を取得する場合には、この表面像取得面を撮像装置に
対して正確に正対させることが極めて難しい。

【０００８】具体的には、ビデオ機器などに用いられる
磁気ヘッドは、概略直方体形状をなしているが、そのヘ
ッド面は、加工条件などの問題から、ヘッド面と直交す
る面に対して、きわめてわずかな角度、例えば１．５°
ぐらい傾いている場合がある。このような磁気ヘッドの
ヘッド面を拡大撮影して表面検査を行う場合、大きな拡
大倍率で精密な検査を行おうとすると、傾斜したヘッド
面全体に焦点を合わせて撮像することができず、検査精
度が低下する。例えば、このような表面検査に用いられ
る撮像装置では、拡大倍率３０倍、撮像視野が約２００
×２００μｍの場合に、焦点深度が約±２μｍ程度しか
ない。前記ヘッド面の傾きが１．５°であれば、視野の
両端では、位置差が５μｍもあり、焦点深度範囲を明ら
かに超えている。なお、焦点位置を少しづつずらせて、
ヘッド面全体に順次焦点を合わせるようにすれば、ヘッ
ド面全体を検査することはできるが、これでは、ヘッド
面全体を検査するのに時間がかかって非能率的である。

【０００９】そこで、この発明の課題は、前記のような
表面像取得方法において、物品の表面像取得面を、カメ
ラや光学系などからなり表面像を取得するための光学手
段に対して、簡単かつ確実に正対させることができ、表
面像取得面の全面に対して正確に焦点の合った、明瞭な
画像が得られるようにする方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる物品の表面像取得方法は、物品表面と正
対する光学手段で物品の表面像を取得する方法におい
て、表面像取得用の光学手段とは別に、物品の表面像取
得面と平行な方向から表面像取得面の姿勢を検出する姿
勢検出用の光学手段を備え、この姿勢検出用光学手段の
検出情報にもとづいて、表面像取得面が表面像取得用光
学手段に正対するように、物品の姿勢を制御する。

【００１１】表面像取得用の光学手段は、レンズや反射
鏡などからなる光学系とともに、この光学系で捉えた表
面像を解析したり記録したりするための、撮像管やＣＣ
Ｄカメラなどの電子的な撮像手段、あるいは、ポラロイ
ドやフィルムカメラなどの化学的な撮像手段その他、従
来の表面検査方法などでも利用されている通常の各種撮
像手段を備えている。また、顕微鏡のように、表面像を
直接目視して観察するだけの光学手段であってもよい。

【００１２】光学手段で取得された表面像は、そのまま
目視観察したり、電子的な画像情報に変換されたり、印
画紙などのハードコピーとして固定されたりして、各種
検査などに利用される。例えば、コンピュータ等からな
る画像処理装置に画像を入力して、この画像を電子的に
処理解析して傷やクラックの検出を行うことができ、こ
のような画像の処理や検査方法自体は、通常の画像処理
方法あるいは表面検査方法と同様に行える。

【００１３】物品表面の特定の面から表面像を取得する
光学手段は、目的の表面像を高倍率で拡大取得できるよ
うに、比較的拡大倍率の大きな光学系を備えており、そ
のため、焦点深度は浅くなっている。表面像を取得する
物品は、アライメントテーブル等に固定され、表面像取
得面が表面像取得用光学手段とほぼ正対する位置に配置
される。この状態では、アライメントテーブルと表面像
取得用光学手段、および、アライメントテーブルと物品
とは、正確に位置合わせが行われるが、前記したよう
に、表面像取得面にわずかな傾斜がある場合は、表面像
取得面は表面像取得用光学手段に対して厳密には正対し
ていない。

【００１４】姿勢検出用の光学手段は、上記した表面像
取得用光学手段でも用いられるカメラなどの撮像手段、
あるいは光センサからなり、物品の表面像取得面と平行
な方向から光学的に表面像取得面の姿勢を検出する。し
たがって、前記表面像取得用光学手段の光軸方向に対し
て、姿勢検出用光学手段の光軸方向は直交していること
になる。この姿勢検出用光学手段は、表面像取得面の姿
勢を検出する。表面像取得面の姿勢とは、表面像取得面
の傾きや表面像取得面の位置である。姿勢検出手段とし
てカメラなどの撮像手段を用いた場合、撮像手段では、
表面像取得面の外縁形状、あるいは、表面像取得面と隣
接する面との間の稜線が撮影されるので、これらの画像
から表面像取得面の姿勢が判る。このように、姿勢検出
用光学手段となる撮像手段では、表面像取得面の全体形
状が判ればよいので、拡大倍率はあまり高くなくてもよ
く、その焦点深度は比較的深いものを用いる。姿勢検出
用光学手段として、複数個の光センサを用いても、上記
同様に、表面像取得面の姿勢を検出することができる。

【００１５】姿勢検出用光学手段となる撮像手段で得ら
れた画像は、コンピュータ等からなる画像処理装置で処
理することにより、表面像取得面の姿勢に関する情報が
得られる。姿勢検出用光学手段が光センサの場合には、
画像処理装置の代わりに、適宜の判別回路なども用い
て、表面像取得面の姿勢に関する情報を得る。このよう
にして、表面像取得面が、表面像取得用光学手段の光軸
方向に対して何度傾いているのか等が判る。こうして得
られた表面像取得面の姿勢に関する情報をもとにして、
表面像取得面が表面像取得用光学手段に正対するよう
に、物品の姿勢を制御する。

【００１６】物品の姿勢制御を行う場合、表面像取得面
の傾きを修正するには、表面像取得用光学手段の光軸方
向に対して、これと平行な面内で物品を旋回させれば、
この旋回面内における傾きを解消することができる。さ
らに、表面像取得面の任意の個所を、表面像取得用光学
手段の撮影領域にもってきたり、撮影領域の中心に配置
したりするには、前記旋回面内で物品を縦横に水平移動
させればよい。このような、旋回と水平移動を組み合わ
せることによって、表面像取得面全体を、光軸方向で表
面像取得用光学手段に近づけたり遠ざけたりして、焦点
の調整を行うこともできる。物品の姿勢制御は、前記し
たアライメントテーブルの作動機構を用いて行えばよ
い。また、これとは逆に、表面像取得用光学手段の姿勢
を変えることによって、相対的に物品の姿勢制御を行う
こともできる。

【００１７】

【作用】表面像取得面に対して、表面像取得面と平行な
方向から姿勢検出用光学手段で表面像取得面の姿勢を検
出すれば、表面像取得面の微妙な傾きや位置ずれを容易
に検出することができる。

【００１８】すなわち、撮像しようとする物品は、通
常、立方体や直方体あるいはこれらの形状を組み合わせ
た立体で構成されている。したがって、表面像取得面
を、これと平行な方向から見れば、表面像取得面が傾い
ているかどうかが、簡単かつ正確に判る。そこで、表面
像取得面と平行な方向から、カメラなどで撮影して、得
られた画像を解析したり、表面像取得面と平行な方向に
光センサを設けて、この光センサで表面像取得面の複数
点の位置を検出したりすれば、表面像取得面の姿勢を知
ることができる。

【００１９】カメラや光センサのような姿勢検出用光学
手段は、機械的な検出手段に比べて、はるかに高精度で
検出でき、しかも、表面像取得面に触れる必要がないの
で、表面像取得面を傷つけたり、表面性状を損なう心配
がない。また、このような光学的な姿勢検出手段であれ
ば、物品の形状が変わっても、姿勢検出用光学手段の取
付位置や構造を変更する必要はなく、同じ装置で、様々
な物品に対する表面像の取得が迅速かつ正確に行える。

【００２０】姿勢検出用光学手段の検出情報にもとづい
て、物品の姿勢を制御すれば、表面像取得面を表面像取
得用光学手段に正確に正対させることができる。その結
果、表面像取得用光学手段の焦点を表面像取得面全体に
対して正確に合わせることができ、表面像取得面の検査
あるいは計測を精度良好に行えることになる。

【００２１】

【実施例】ついで、この発明の実施例を図面を参照しな
がら、以下に説明する。

【００２２】図１は、表面像取得装置の概略構造を示し
ている。表面像を取得する物品１０はアライメントテー
ブル２０の載置面２２に固定されている。この実施例で
は、物品１０として、ビデオ装置のビデオヘッド部品を
用いている。ビデオヘッド部品１０は、全体の概略形状
が薄い直方体状をなし、例えば、縦２mm、横１mm、厚さ
０．１mm程度の微小な部品であり、そのひとつの側面１
２に、フェライトなどからなる磁気ヘッド構造部１４が
形成されている。磁気ヘッド構造部１４は、磁気テープ
が走行するので、その表面精度が非常に重要であり、製
造工程において、厳重な表面検査が行われる。すなわ
ち、側面１２が表面像取得面となる。また、この磁気ヘ
ッド構造部１４を含む側面１２は、その加工上の制約か
ら、長手方向にわずかに傾斜している場合が多く、隣接
する側面に対して、正確には直交していない。但し、こ
の側面１２は、物品１０の上下面に対しては、ほぼ正確
に直交するように加工されている。物品１０は、その下
面がアライメントテーブル２０の上に固定されているの
で、アライメントテーブル２０の載置面２２に対する物
品１０の平行度は、ほぼ正確に設定されている。

【００２３】アライメントテーブル２０は、物品１０の
載置面２２と直交する中心軸２４の回りに旋回可能にな
っている。また、物品１０の載置面２２と平行な方向
で、縦横（図中のＸＹ方向）に水平移動できるようにな
っている。具体的な作動機構については、通常の機械装
置における作動機構と同様であるので、図示を省略して
いる。アライメントテーブル２０の旋回方向は、物品１
０の表面像取得面となる側面１２の長手方向に一致する
ように設定されている。これは、表面像取得面１２の傾
きによる焦点のずれは、長手方向の両端が最も大きくな
るので、この長手方向における焦点のずれを解消するた
めに、アライントテーブル２０すなわち物品１０を表面
像取得面１２の長手方向に沿って旋回させるのである。

【００２４】アライメントテーブル２０の側方には、表
面像取得用光学手段となるカメラ３０が設置されてい
る。このカメラ３０の光軸方向Ａに、ビデオヘッド部品
１０の前記した側面１２が配置される。したがって、カ
メラ３０の光軸方向Ａに対して、アライメントテーブル
２０の中心軸すなわち旋回軸２４が直交するように配置
されている。カメラ３０には、撮影された画像を処理す
る画像処理装置や記録装置、電源装置などにつながるケ
ーブルが接続されているが、これらの構造は通常の撮像
手段と同様であるので、図示を省略している。このカメ
ラ３０は、微小な磁気ヘッド構造部１４を、検査に必要
な十分な大きさまで拡大して撮影できるように、拡大倍
率の大きな光学系を用いており、その結果、この光学系
の被写界深度は比較的浅いものとなっている。具体的に
は、例えば、拡大倍率３０倍で、視野範囲が２００×２
００μｍ、焦点深度が５μｍ程度のものが用いられる。

【００２５】アライメントテーブル２０の上方には、姿
勢検出用光学手段となるカメラ４０が設置されている。
このカメラ４０の光軸方向Ｂは、前記表面像取得用カメ
ラ３０の光軸方向Ａと直交している。このカメラ４０
は、表面像取得面の姿勢検出と同時に、ビデオヘッド部
品１０の上面の外観検査も行えるようになっている。但
し、ビデオヘッド部品１０の上面については、磁気ヘッ
ド構造部１４のような厳密な表面検査は必要ないので、
カメラ４０は、それほど高い拡大倍率の光学系は備えて
おらず、被写界深度は比較的深く設定されている。具体
的には、拡大倍率が２．５倍で視野範囲が２５００×２
５００μｍ程度のものが用いられる。このカメラ４０に
は、前記同様に、画像処理装置や電源装置などが接続さ
れている。また、カメラ４０で撮像された画像から、表
面像取得面の姿勢に関する情報を検出する装置や、検出
された姿勢の情報を基にして、アラメントテーブル２０
を旋回あるいは水平移動させる作動制御装置も備えられ
ている。

【００２６】なお、上記説明において、表面像取得用カ
メラ３０および姿勢検出用カメラ４０の設置位置は、そ
の光軸方向Ａ、Ｂが所定の方向に配置されていれば、カ
メラ３０、４０の本体部分は何れの位置に設置していて
もよい。この場合、例えば、カメラ３０、４０の本体部
分に光ファイバを接続して、その先端を所定の光軸方向
Ａ、Ｂを向くように配置しておけばよい。

【００２７】以上のような構造を備えた表面像取得装置
を用いて、ビデオヘッド部品１０の磁気ヘッド構造部１
４の表面像を取得する方法について説明する。

【００２８】図２は、２台のカメラ３０、４０で得られ
た画像を表しており、(a) は姿勢検出用カメラ３０の画
像を示し、(b) は表面像取得用カメラ４０の画像を示し
ている。

【００２９】(b) の表面像取得用カメラ３０の画像に
は、物品１０の側面１２すなわち表面像取得面が写って
いるが、焦点を合わせることができないため、磁気ヘッ
ド構造部１４の明瞭な画像が得られていない。このと
き、(a) の姿勢検出用カメラ４０の画像では、物品１０
の上面の画像が得られている。この画像上で、表面像取
得用カメラ３０の光軸方向Ａは、図中の上方から垂直下
方に向かっている。表面像取得面１２は、物品１０の輪
郭外形線として表れており、表面像取得用カメラ３０の
光軸方向Ａに対して、表面像取得面１２が正確に直交し
ていないことが判る。具体的には、光軸方向Ａに対して
直交する正しい姿勢に比べてΔθだけ傾斜している。

【００３０】この状態で、姿勢検出用カメラ４０で検出
された表面像取得面１２の姿勢をもとにして、アライメ
ントテーブル２０を旋回軸２４の回りに旋回させて、表
面像取得面１２を光軸方向Ａと正確に直交させ、表面像
取得面１２をカメラ３０に正対させる。

【００３１】図３は、表面像取得面１２の姿勢制御を行
った状態の画像を表している。(a)の姿勢検出用カメラ
４０の画像で判るように、表面像取得面１２は光軸方向
Ａに対して正確に直交しており、表面像取得用カメラ３
０と正対していることになる。(b) の表面像取得用カメ
ラ３０の画像をみると、表面像取得面１２の全面につい
て、正確に焦点が合った明瞭な画像が得られている。

【００３２】なお、画像の中心に磁気ヘッド構造部１４
を捉えるには、物品１０すなわちアライメントテーブル
２０を水平移動させればよい。すなわち、図３の(a)
で、物品１０をＸ方向に水平移動させれば、カメラ３０
の光軸方向Ａの中心に磁気セッド構造部１４を配置する
ことができるので、(b) の画像の中心に磁気ヘッド構造
部１４が写ることになる。また、図３の(a) で、物品１
０をＹ方向に水平移動させれば、表面像取得用カメラ３
０の焦点合わせを行うこともできる。すなわち、表面像
取得用カメラ３０の焦点合わせを行うには、光学系を調
整してもよいが、カメラ３０に対して物品１０の近づけ
たり遠ざけたりしても、焦点合わせが行えるのである。

【００３３】さらに、姿勢検出用カメラ３０で、ビデオ
ヘッド部品１０の上面側からみた全体外形を撮影して、
その画像からビデオヘッド部品１０の外観検査を行うこ
ともできる。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる物品の
表面像取得方法によれば、姿勢検出用の光学手段で、物
品の表面像取得面と平行な方向から表面像取得面の姿勢
を検出することにより、表面像取得用光学手段に対して
表面像取得面を迅速かつ正確に正対させることができ
る。

【００３５】特に、従来、正確な焦点合わせが行い難か
った微小部品の傾斜面に対しても、表面像取得用光学手
段の焦点を正確に合わせることが可能になり、しかも、
表面像取得面の全面にわたって焦点を合わせることが可
能になる。

【００３６】その結果、微小部品の検査や計測を、高精
度に、かつ、迅速に行うことができ、このような検査や
計測の品質性能の向上および作業の能率化に大きく貢献
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す表面像取得装置の概略
構成図

【図２】(a) は姿勢検出用カメラの画像を示す図 (b) は表面像取得用カメラの画像を示す図

【図３】(a)は姿勢制御後における、姿勢検出用カメラ
の画像を示す図 (b)は表面像取得用カメラの画像を示す図

【符号の説明】

１０ 物品 １２ 表面像取得面 ２０ アライメントテーブル ２２ 載置面 ２４ 旋回軸 ３０ 表面像取得用カメラ ４０ 姿勢検出用カメラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物品表面と正対する光学手段で物品の表
   面像を取得する方法において、表面像取得用の光学手段
   とは別に、物品の表面像取得面と平行な方向から表面像
   取得面の姿勢を検出する姿勢検出用の光学手段を備え、
   この姿勢検出用光学手段の検出情報にもとづいて、表面
   像取得面が表面像取得用光学手段に正対するように、物
   品の姿勢を制御することを特徴とする物品の表面像取得
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法において、物品の姿勢を
   制御する際に、物品を、表面像取得用光学手段の光軸方
   向と平行な面内で旋回させるとともに、この旋回面内で
   縦横に水平移動させる物品の表面像取得方法。