照明装置
【課題】本発明では、目視検査によって、シート状物全面にわたって素早く、異なる種類の欠陥を一台の装置で検出することができる照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】照明装置１０を、フィルムやシートなどの検査対象物を照明するための３台のライトガイド１と、これらライトガイド１の上方に配置され、検査対象物を載せるとともに、ライトガイド１から出射された光を拡散する機能を備えた検査板２と、３台のライトガイド１を固定したステージ３とによって構成し、このステージ３を昇降機構５によって上下方向に進退可動に昇降させる。
【解決手段】照明装置１０を、フィルムやシートなどの検査対象物を照明するための３台のライトガイド１と、これらライトガイド１の上方に配置され、検査対象物を載せるとともに、ライトガイド１から出射された光を拡散する機能を備えた検査板２と、３台のライトガイド１を固定したステージ３とによって構成し、このステージ３を昇降機構５によって上下方向に進退可動に昇降させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムやシートなどの透明性シート状の検査対象物の欠陥を検出するための照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フィルムやシートなどの透明性シート状物の欠陥検出には照明装置が用いられている。一般に、シート状物中に見られる欠陥の種類として、異物欠陥、汚れ欠陥、フィッシュアイ欠陥、凹凸欠陥等が挙げられ、シート状物中の異物欠陥や汚れ欠陥については、検査対象物に光を入射した際の透過光の明暗によって欠陥の有無を判別することができるものの、シート状物中のフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥は、照明装置の光源が欠陥の直下にある場合には確認することが困難である。しかしながら、光源からの出射光によってできる明暗の境界（エッジ部）においてはこれらの欠陥を検出できることは一般的に知られている。よって異物、汚れ欠陥の検出には、検査対象を移動することなく、全面にわたって素早く検査を行うことが可能な面状照明装置を使用し、一方でフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出には光源からの出射光のエッジ部を使用するため幅の狭いライン状照明装置を使用するのが一般的である。
【０００３】
ここで、光源に蛍光灯を使用した一般的な面状照明装置では、図５に示すように、光を散乱させつつ全体に光を導く導光板１０１の左右両辺に蛍光灯１０２を各々１本ずつ配置し、導光板内に光を入射することによって面状照明を実現している。
一方、照明光のエッジ部を使用した照明方法としては、ライン状照明装置を使用し、このライン状照明装置と検査対象物の間に遮光部を配置することによって、欠陥のサイズよりも幅の狭いライン状の照明を実現する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、蛍光灯と導光板を使用した面状照明装置では出射光のエッジ部を使用することができないため、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検査が行うことが困難であり、異物欠陥および汚れ欠陥と、フィッシュアイ欠陥および凹凸欠陥とを共に行うためには、面状照明装置とは別にライン状照明装置が必要となり、逆に特許文献１に開示された幅の狭いライン状の照明では、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出は比較的容易であるが、シート状物の全面にわたり素早く欠陥を検出することができないので、異物欠陥および汚れ欠陥を検査するためには別途異物や汚れ欠陥の確認のために面状照明装置による検査が必要となる。
このため、装置の費用や維持費用が増大するとともに、装置設置ために大きいスペースが必要となり、製造コストが増加する一因となっている。
【特許文献１】特開２００５−４９２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、シート状物の全面にわたって素早く異物欠陥や汚れ欠陥を目視検査でき、かつ、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥も目視によって同一の装置で検出することが可能である照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る照明装置は、フィルム状またはシート状の検査対象物の欠陥を検出する照明装置であって、光出射面が同一平面状にあるとともに、平行に配置された複数のライン状光源と、前記複数のライン状光源の光出射面の上部に位置し、光拡散機能を有するシート状の板からなる検査板と、前記光出射面と前記検査板との間の距離を調節可能に変化させる間隔可変手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、前記光出射面と前記検査板との間の距離の最大値ｙＨ、および最小値ｙＬは、以下の式で表わされる範囲内にあることを特徴とする。
ｙＨ＞ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ
ｙＬ＜ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ
ｐ＝ｙ１−ｙ０
ｑ＝ｙ０−ｙ２
θ：前記ライン状光源の出射角
ｘ：前記ライン状光源の光源間距離
ｙ０：前記検査板２に投影された前記各ライン状光源からの出射光のエッジ同士が当接するときの前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ１：前記検査板２上でほぼ均一な輝度を確保するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ２：前記検査板２上で十分に明瞭な暗部と明部とのエッジを形成するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
【０００８】
さらに、本発明に係る照明装置において、前記間隔可変手段は、前記ライン状光源が固定されるステージと、このステージと前記検査板とを支持する脚部との間に設けられ、前記ステージを上下方向に進退自在に移動させる昇降機能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、目視検査によって、検査対象物全面にわたって素早く、異なる種類の欠陥を一台の装置で検出することができる照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態である照明装置１０を図１および図２を参照しながら説明する。
本発明に係る照明装置１０は、図１に示すように、フィルムやシートなどの検査対象物を照明するための３ラインのライトガイド１と、これらライトガイド１の上方に配置され、検査対象物を載せるとともに、ライトガイド１から出射された光を拡散する機能を備えた薄板状の検査板２と、３ラインのライトガイド１を固定し、上下方向に進退可動に昇降させる昇降機構５を併せ持つステージ３と、前記検査板２および前記ステージ３を保持するための脚部４とを備えている。
【００１１】
このような構成の照明装置１０の昇降機構５を作動させることによってステージ３を下降させ、検査板２とライトガイド１との距離を遠ざける。すると、ライトガイド１から出射され、一定の出射角度Θを有する光Ｌ１は、ライトガイド１から出射されて検査板２の表面に達するまでの途中で、図１にハッチングを施したように広がり、検査板２のやや広い範囲に到達する。検査板２に到達する光Ｌ１の輝度はライトガイド１の中心軸から外側に行くほど低下するが、照明装置１０には３ラインのライトガイド１が備えられているので、各ライトガイド１からの出射光Ｌ１が互いに重なり合うことによって、検査板２到達する光の輝度は全体として均一化される。検査板２に到達した光は検査板２内で拡散し、ほぼ均一な強度で検査対象物を下から照明する。
【００１２】
また、昇降機構５を作動させることによってステージ３を上昇させ、図１に点線で示したように、ライトガイド１を検査板２に近づけると、ライトガイド１から出射された光Ｌ２はあまり拡がることなく検査板２に到達する。この場合には、検査板２には３ラインのライトガイド１から出射された光Ｌ２の明部と暗部とのエッジが鋭く現出することになる。
すなわち、本発明の照明装置１０は、ライトガイド１と検査板２との距離を遠ざけた場合には面状の照明装置として機能し、ライトガイド１と検査板２との距離を近づけた場合にはライン状の照明装置として機能する。
【００１３】
ライトガイド１は検査対象物に光を照射する光源であり、図１および図２に示すように、光出射端面６が略円形状をした多数本の光ファイバ７が、光出射端面６が検査板２の方向を向き、かつ、同一平面上にあるように並べられており、このように形成された単数または場合により複数ラインのライトガイド１が、平行に並列してステージ３上に配置されて照明部分８が形成される。ライトガイド１のライン数は照明装置１０および検査対象物の大きさによって決定される。本実施形態の照明装置１０では３ラインのライトガイド１が使用されている。
【００１４】
ここで、照明装置１０が面状およびライン状の照明として機能するためには、ライドガイド１から出射される光の出射角θは２０°から４０°の範囲とすることが好ましい。すなわち、出射角θが２０°より小さいと、出射光の指向性がより強まり照射面の照度を非常に高くすることができ、エッジ部分のコントラストを鮮明にできる一方で、面状照明として用いるには照明部分８の単位面積当りのライトガイド１の数を増やす必要があることから、照明装置１０の筐体を膨大化する必要が生じる。他方、出射角が４０°より大きくなると、検査板２に光が到達したときの照度が不十分になる傾向があり、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出には、エッジ部分が不鮮明になるため好ましくない。
【００１５】
出射角θを上記範囲に規制するために、各ライトガイド１のライトガイド端面１１にレンズを装着してもよい。
尚、ライトガイド１から出射された光は拡散機能を備えた検査板２での拡散により照度が減少することも考慮し、欠陥の検出を行うために十分輝度の高い光源を用いる必要がある。このようなライトガイド１の光源として例えばハロゲンランプを用いることができる。
【００１６】
ここで、検査板２に投影された各ライトガイド１からの出射光のエッジ同士が当接する状態において、複数のライトガイド１の中心間距離ｘ、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ０、および出射角θの間の関係は、式（１）により定められる。
ｘ／２＝ｙ０×ｔａｎθ ・・・（１）
式（１）から定められた中心間距離ｘでライトガイド１を配置した場合、各ライトガイド１からの出射光は検査板２上でエッジ同士を当接し、面状の照明を形成するが、実際にはライトガイド１の中心軸から外側にいくほど出射光の輝度は低下する傾向にあるため、検査板２上でほぼ均一な輝度を確保した面状の照明を得るためには、各ライトガイド１からの出射光の重なりが必要となる。
【００１７】
ゆえに、各ライトガイド１からの出射光の重なりを考慮して、ライトガイド１を複数個並列してステージ３に配置する際には、ライトガイド１の中心間距離ｘが式（２）の範囲内となるようにステージ上に配置すればよい。
ｘ＜２（ｙ０−ｐ）×ｔａｎθ ・・・（２）
ここで、ｐは、各ライトガイド１からの出射光が重なり、ほぼ均一な検査板２上の輝度を確保するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ１とｙ０との差である。
【００１８】
検査板２はライトガイド１の上方に配置し、ライトガイド１から出射された光を拡散板２内で拡散することで輝度斑がより低減された検査面を得るためのものである。より具体的には、アクリル樹脂等の透明樹脂製の板に、拡散材を添加する等の方法によって光拡散機能を付与した樹脂板を用いることが好ましい。
【００１９】
ステージ３は、各ライトガイド１を固定し、かつ上下に移動する昇降機構５を有するものである。
昇降機構５は、例えば、脚部４に沿ってラックを配置し、このラックに噛み合うピニオンをステージ３に設けて、モータ等で回転させることによってステージ３を昇降させるラックピニオン方式、スクリューを脚部４に設け、これに螺合するナット部材をステージ３に設け、スクリューをモータ等で回転させることによってステージ３を昇降させるリードスクリュー方式、ステージ３と検査板２との間に配置した流体シリンダー等によって構成される。
【００２０】
この昇降機構５でステージ３を上下させることによって、検査板２とライトガイド端面１１との間の距離ｙを変化させて照射範囲を可変させることができる。また脚部４は検査板２およびステージ３を保持するものである。
【００２１】
ここで、図１において、ライトガイド１の中心間距離ｘをａとしたときに、各ライトガイド１からの出射光が検査板２上でそのエッジ同士を当接する場合のライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ０は、式（1）を変換した式（３）によって求められる。
ｙ０＝ａ／（２ｔａｎθ） ・・・（３）
【００２２】
式（２）より、各ライトガイド１からの出射光の重なりを考慮した場合の、照明装置１０が面上の照明装置として機能するｙの範囲は、式（４）の範囲となる。
ｙ1＞ａ／（２ｔａｎθ）＋ｐ ・・・（４）
また、式（３）より、ｙが式（５）で表わされる範囲にある場合には各ライトガイド１の出射光は検査板２上で面状にはならず、明部と暗部との間にエッジを形成する状態となる。
ｙ＜ａ／（２ｔａｎθ） ・・・（５）
【００２３】
しかしながら、この状態におけるライトガイド１からの出射光は拡散板２に到達する途中で拡がることにより輝度が低下しているので、ライン状の照明として機能させるためには明部と暗部との間のエッジの明瞭性を考慮して、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２を式（６）となるように狭める必要がある。
ｙ２＜ａ／（２ｔａｎθ）−ｑ ・・・（６）
ここで、ｑは、各ライトガイド１からの出射光が検査板２上で十分に明瞭なエッジを形成するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２とｙ０との差である。
【００２４】
すなわち、面状の照明とライン状の照明を切り替えるためには、ライトガイド１の中心間距離をｘ、ライトガイド１の出射光の出射角をθ、各ライトガイド１からの出射光同士が検査板２上で重なり、検査板２上でほぼ均一な輝度を確保するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２とｙ０との差をｐ、および各ライトガイド１からの出射光が検査板２上で十分に明瞭なエッジを形成するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２とｙ０との差をｑとしたときに、検査板２を昇降機能５によって昇降させて得られる、検査板２とライトガイド端面１１との間の距離の最大値ｙＨと最小値ｙＬはそれぞれ以下の式で表わされる範囲にあることが必要である。
ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ＜ｙＨ、かつ ｙＬ＜ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ ・・・（６）
【００２５】
ここで、ｙが式（７）の範囲にあるときには、検査板２上の輝度の均一性が不十分、または、明部と暗部との間のエッジの明瞭性が不十分となる可能性がある。
ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ＞ｙ＞ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ ・・・（７）
【実施例】
【００２６】
以下に本発明にかかる照明装置１０の好適な一例を示す。
検査板２として、内部に光拡散材としての酸化チタンが添加された板厚２．０ｍｍの乳白色のアクリル樹脂製拡散板（三菱レイヨン社製アクリライト）を使用した。
ライトガイド１としてプラスチック光ファイバ７を多数本束ねた構成の光ファイバライトガイド（三菱レイヨン社製ＰＬ３００−１０００）を使用した。この光ファイバライトガイドは出射幅３００ｍｍ、出射角３０度に設定されている。
光ファイバライトガイドの光源としては１００Ｗのハロゲンランプを用いたハロゲンランプ光源装置（三菱レイヨン社製ハロゲンランプ光源装置ＥＬＩ−１００Ｇ）を使用した。
【００２７】
図４は上記構成の照明装置１０を用い、ライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙを１５０ｍｍに、また、ライトガイド１間の距離ｘを１００ｍｍに設定し、検査板２を上面からラインＣＣＤカメラ（解像度０．１ｍｍ／pixel）で撮像したときの相対輝度を表したグラフである。
【００２８】
ライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙが１５０ｍｍの場合では、最大輝度の視野位置はライトガイド１の軸の中心付近で約４５ｍｍの位置（図３の“A”）である。ライトガイド１間での最小輝度の視野位置は、ライトガイド１間の中間付近で約９０ｍｍの位置（図３の“B”）で、最大輝度１．０に対して相対輝度０．８５であった。最小輝度は最大輝度に対して約１５％の落ち込みである。この差は目視検査用の均一な面状照明装置として問題なく使用でき、異物欠陥や汚れ欠陥の検査において検査対象を移動することなく、全面をすばやく検査することができる程度のものである。
【００２９】
この状態で実際に照明装置１０を用い透明なアクリル樹脂製シートの異物欠陥、フィッシュアイ欠陥の目視検査を行ったところ、異物欠陥はシート上のどこの位置においても確認することができたが、フィッシュアイ欠陥は確認する事ができなかった。
【００３０】
図５は同様にしてライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙを３０ｍｍになるようにステージ３を上げたときの相対輝度のグラフである。
ライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙが距離３０ｍｍの場合では、ライトガイド１の照明幅はラインＣＣＤカメラの視野位置２０ｍｍ（図4の“A”）から約６５ｍｍ（図４の“C”）の範囲であり、照明幅は約４５ｍｍとなる。最大輝度は照明幅の中心位置約４５ｍｍの位置（図４の“B”）である。最大輝度から相対輝度０になるまでの間に輝度は１ｍｍあたり約４．５％ずつ下がっていることになる。この差があれば照明の明部と暗部とのエッジ部としてフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出を十分に行うことができるものである。
この照明装置１０により上記と同様の透明なアクリル樹脂製シートの目視検査を行ったところ、照明のエッジ部においてフィッシュアイ欠陥の存在を確認することができた。
【００３１】
以上のように、本実施形態にかかる照明装置１０によれば、複数のライトガイド１の位置を昇降させて検査板２とライトガイド端面１１との間の距離を調節可能な構造にし、検査板２とライトガイド端面１１との間の距離を小さくして各々のライトガイド１から出射された光が検査板２に投影されてできる明部と暗部のエッジを鋭く出すようにできるとともに、検査板２とライトガイド１との間の距離を大きくして隣り合うライトガイド１から出射された光を重ね合わせつつ検査板２によって均一に拡散し、検査板２を全面にわたって明るくできるので、ライン状照明の状態と面状照明の状態とを切り替えることができ、１台で全面にわたって異物欠陥や汚れ欠陥を検査する機能と、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥を検査する機能を実現できる。そして、装置の費用や維持費用による製造コストを低減するとともに、装置設置のためのスペースを削減することができる。
【００３２】
また、ライトガイド１を固定したステージ３を、式（６）の範囲で変化させることによって、面状照明の状態で異物欠陥や汚れ欠陥を、ライン照明の状態でフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥を、感度良く検査することができる。
さらに、検査板２の位置を固定して面状照明の状態とライン状照明の状態とを切り替えられるので、検査対象物の高さが変わらない状態で、異物欠陥や汚れ欠陥の検査と、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検査とを行うことができ、検査効率を上げることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では検査板２を水平方向に横に設置しているが、検査板２は水平方向に限られず、例えば縦に立てた状態で設置しても良い。
【００３４】
また、本実施形態ではステージ３を移動させてライトガイド端面１１と検査板２との間の距離を変化させているが、検査板２を昇降させても良いし、検査板２とステージ３との双方を昇降させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る照明装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に用いられるライトガイドを示す図である。
【図３】ライトガイド端面−拡散板間の距離を１５０ｍｍに配置し、拡散板を上面からCCDカメラで撮像したときの視野位置と相対輝度の関係を表したグラフである。
【図４】ライトガイド端面−拡散板間の距離を３０ｍｍに配置し、拡散板を上面からCCDカメラで撮像したときの視野位置と相対輝度の関係を表したグラフである。
【図５】蛍光灯を使用した従来の一般的な面状照明装置である。
【符号の説明】
【００３６】
１ ライトガイド（ライン状光源）
２ 検査板
３ ステージ
４ 脚部
５ 昇降機構
６ 光出射端面
７ 光ファイバ
８ 照明部分
１０ 照明装置
１１ ライトガイド端面（光出射面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムやシートなどの透明性シート状の検査対象物の欠陥を検出するための照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フィルムやシートなどの透明性シート状物の欠陥検出には照明装置が用いられている。一般に、シート状物中に見られる欠陥の種類として、異物欠陥、汚れ欠陥、フィッシュアイ欠陥、凹凸欠陥等が挙げられ、シート状物中の異物欠陥や汚れ欠陥については、検査対象物に光を入射した際の透過光の明暗によって欠陥の有無を判別することができるものの、シート状物中のフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥は、照明装置の光源が欠陥の直下にある場合には確認することが困難である。しかしながら、光源からの出射光によってできる明暗の境界（エッジ部）においてはこれらの欠陥を検出できることは一般的に知られている。よって異物、汚れ欠陥の検出には、検査対象を移動することなく、全面にわたって素早く検査を行うことが可能な面状照明装置を使用し、一方でフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出には光源からの出射光のエッジ部を使用するため幅の狭いライン状照明装置を使用するのが一般的である。
【０００３】
ここで、光源に蛍光灯を使用した一般的な面状照明装置では、図５に示すように、光を散乱させつつ全体に光を導く導光板１０１の左右両辺に蛍光灯１０２を各々１本ずつ配置し、導光板内に光を入射することによって面状照明を実現している。
一方、照明光のエッジ部を使用した照明方法としては、ライン状照明装置を使用し、このライン状照明装置と検査対象物の間に遮光部を配置することによって、欠陥のサイズよりも幅の狭いライン状の照明を実現する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、蛍光灯と導光板を使用した面状照明装置では出射光のエッジ部を使用することができないため、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検査が行うことが困難であり、異物欠陥および汚れ欠陥と、フィッシュアイ欠陥および凹凸欠陥とを共に行うためには、面状照明装置とは別にライン状照明装置が必要となり、逆に特許文献１に開示された幅の狭いライン状の照明では、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出は比較的容易であるが、シート状物の全面にわたり素早く欠陥を検出することができないので、異物欠陥および汚れ欠陥を検査するためには別途異物や汚れ欠陥の確認のために面状照明装置による検査が必要となる。
このため、装置の費用や維持費用が増大するとともに、装置設置ために大きいスペースが必要となり、製造コストが増加する一因となっている。
【特許文献１】特開２００５−４９２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、シート状物の全面にわたって素早く異物欠陥や汚れ欠陥を目視検査でき、かつ、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥も目視によって同一の装置で検出することが可能である照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る照明装置は、フィルム状またはシート状の検査対象物の欠陥を検出する照明装置であって、光出射面が同一平面状にあるとともに、平行に配置された複数のライン状光源と、前記複数のライン状光源の光出射面の上部に位置し、光拡散機能を有するシート状の板からなる検査板と、前記光出射面と前記検査板との間の距離を調節可能に変化させる間隔可変手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、前記光出射面と前記検査板との間の距離の最大値ｙＨ、および最小値ｙＬは、以下の式で表わされる範囲内にあることを特徴とする。
ｙＨ＞ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ
ｙＬ＜ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ
ｐ＝ｙ１−ｙ０
ｑ＝ｙ０−ｙ２
θ：前記ライン状光源の出射角
ｘ：前記ライン状光源の光源間距離
ｙ０：前記検査板２に投影された前記各ライン状光源からの出射光のエッジ同士が当接するときの前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ１：前記検査板２上でほぼ均一な輝度を確保するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ２：前記検査板２上で十分に明瞭な暗部と明部とのエッジを形成するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
【０００８】
さらに、本発明に係る照明装置において、前記間隔可変手段は、前記ライン状光源が固定されるステージと、このステージと前記検査板とを支持する脚部との間に設けられ、前記ステージを上下方向に進退自在に移動させる昇降機能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、目視検査によって、検査対象物全面にわたって素早く、異なる種類の欠陥を一台の装置で検出することができる照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態である照明装置１０を図１および図２を参照しながら説明する。
本発明に係る照明装置１０は、図１に示すように、フィルムやシートなどの検査対象物を照明するための３ラインのライトガイド１と、これらライトガイド１の上方に配置され、検査対象物を載せるとともに、ライトガイド１から出射された光を拡散する機能を備えた薄板状の検査板２と、３ラインのライトガイド１を固定し、上下方向に進退可動に昇降させる昇降機構５を併せ持つステージ３と、前記検査板２および前記ステージ３を保持するための脚部４とを備えている。
【００１１】
このような構成の照明装置１０の昇降機構５を作動させることによってステージ３を下降させ、検査板２とライトガイド１との距離を遠ざける。すると、ライトガイド１から出射され、一定の出射角度Θを有する光Ｌ１は、ライトガイド１から出射されて検査板２の表面に達するまでの途中で、図１にハッチングを施したように広がり、検査板２のやや広い範囲に到達する。検査板２に到達する光Ｌ１の輝度はライトガイド１の中心軸から外側に行くほど低下するが、照明装置１０には３ラインのライトガイド１が備えられているので、各ライトガイド１からの出射光Ｌ１が互いに重なり合うことによって、検査板２到達する光の輝度は全体として均一化される。検査板２に到達した光は検査板２内で拡散し、ほぼ均一な強度で検査対象物を下から照明する。
【００１２】
また、昇降機構５を作動させることによってステージ３を上昇させ、図１に点線で示したように、ライトガイド１を検査板２に近づけると、ライトガイド１から出射された光Ｌ２はあまり拡がることなく検査板２に到達する。この場合には、検査板２には３ラインのライトガイド１から出射された光Ｌ２の明部と暗部とのエッジが鋭く現出することになる。
すなわち、本発明の照明装置１０は、ライトガイド１と検査板２との距離を遠ざけた場合には面状の照明装置として機能し、ライトガイド１と検査板２との距離を近づけた場合にはライン状の照明装置として機能する。
【００１３】
ライトガイド１は検査対象物に光を照射する光源であり、図１および図２に示すように、光出射端面６が略円形状をした多数本の光ファイバ７が、光出射端面６が検査板２の方向を向き、かつ、同一平面上にあるように並べられており、このように形成された単数または場合により複数ラインのライトガイド１が、平行に並列してステージ３上に配置されて照明部分８が形成される。ライトガイド１のライン数は照明装置１０および検査対象物の大きさによって決定される。本実施形態の照明装置１０では３ラインのライトガイド１が使用されている。
【００１４】
ここで、照明装置１０が面状およびライン状の照明として機能するためには、ライドガイド１から出射される光の出射角θは２０°から４０°の範囲とすることが好ましい。すなわち、出射角θが２０°より小さいと、出射光の指向性がより強まり照射面の照度を非常に高くすることができ、エッジ部分のコントラストを鮮明にできる一方で、面状照明として用いるには照明部分８の単位面積当りのライトガイド１の数を増やす必要があることから、照明装置１０の筐体を膨大化する必要が生じる。他方、出射角が４０°より大きくなると、検査板２に光が到達したときの照度が不十分になる傾向があり、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出には、エッジ部分が不鮮明になるため好ましくない。
【００１５】
出射角θを上記範囲に規制するために、各ライトガイド１のライトガイド端面１１にレンズを装着してもよい。
尚、ライトガイド１から出射された光は拡散機能を備えた検査板２での拡散により照度が減少することも考慮し、欠陥の検出を行うために十分輝度の高い光源を用いる必要がある。このようなライトガイド１の光源として例えばハロゲンランプを用いることができる。
【００１６】
ここで、検査板２に投影された各ライトガイド１からの出射光のエッジ同士が当接する状態において、複数のライトガイド１の中心間距離ｘ、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ０、および出射角θの間の関係は、式（１）により定められる。
ｘ／２＝ｙ０×ｔａｎθ ・・・（１）
式（１）から定められた中心間距離ｘでライトガイド１を配置した場合、各ライトガイド１からの出射光は検査板２上でエッジ同士を当接し、面状の照明を形成するが、実際にはライトガイド１の中心軸から外側にいくほど出射光の輝度は低下する傾向にあるため、検査板２上でほぼ均一な輝度を確保した面状の照明を得るためには、各ライトガイド１からの出射光の重なりが必要となる。
【００１７】
ゆえに、各ライトガイド１からの出射光の重なりを考慮して、ライトガイド１を複数個並列してステージ３に配置する際には、ライトガイド１の中心間距離ｘが式（２）の範囲内となるようにステージ上に配置すればよい。
ｘ＜２（ｙ０−ｐ）×ｔａｎθ ・・・（２）
ここで、ｐは、各ライトガイド１からの出射光が重なり、ほぼ均一な検査板２上の輝度を確保するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ１とｙ０との差である。
【００１８】
検査板２はライトガイド１の上方に配置し、ライトガイド１から出射された光を拡散板２内で拡散することで輝度斑がより低減された検査面を得るためのものである。より具体的には、アクリル樹脂等の透明樹脂製の板に、拡散材を添加する等の方法によって光拡散機能を付与した樹脂板を用いることが好ましい。
【００１９】
ステージ３は、各ライトガイド１を固定し、かつ上下に移動する昇降機構５を有するものである。
昇降機構５は、例えば、脚部４に沿ってラックを配置し、このラックに噛み合うピニオンをステージ３に設けて、モータ等で回転させることによってステージ３を昇降させるラックピニオン方式、スクリューを脚部４に設け、これに螺合するナット部材をステージ３に設け、スクリューをモータ等で回転させることによってステージ３を昇降させるリードスクリュー方式、ステージ３と検査板２との間に配置した流体シリンダー等によって構成される。
【００２０】
この昇降機構５でステージ３を上下させることによって、検査板２とライトガイド端面１１との間の距離ｙを変化させて照射範囲を可変させることができる。また脚部４は検査板２およびステージ３を保持するものである。
【００２１】
ここで、図１において、ライトガイド１の中心間距離ｘをａとしたときに、各ライトガイド１からの出射光が検査板２上でそのエッジ同士を当接する場合のライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ０は、式（1）を変換した式（３）によって求められる。
ｙ０＝ａ／（２ｔａｎθ） ・・・（３）
【００２２】
式（２）より、各ライトガイド１からの出射光の重なりを考慮した場合の、照明装置１０が面上の照明装置として機能するｙの範囲は、式（４）の範囲となる。
ｙ1＞ａ／（２ｔａｎθ）＋ｐ ・・・（４）
また、式（３）より、ｙが式（５）で表わされる範囲にある場合には各ライトガイド１の出射光は検査板２上で面状にはならず、明部と暗部との間にエッジを形成する状態となる。
ｙ＜ａ／（２ｔａｎθ） ・・・（５）
【００２３】
しかしながら、この状態におけるライトガイド１からの出射光は拡散板２に到達する途中で拡がることにより輝度が低下しているので、ライン状の照明として機能させるためには明部と暗部との間のエッジの明瞭性を考慮して、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２を式（６）となるように狭める必要がある。
ｙ２＜ａ／（２ｔａｎθ）−ｑ ・・・（６）
ここで、ｑは、各ライトガイド１からの出射光が検査板２上で十分に明瞭なエッジを形成するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２とｙ０との差である。
【００２４】
すなわち、面状の照明とライン状の照明を切り替えるためには、ライトガイド１の中心間距離をｘ、ライトガイド１の出射光の出射角をθ、各ライトガイド１からの出射光同士が検査板２上で重なり、検査板２上でほぼ均一な輝度を確保するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２とｙ０との差をｐ、および各ライトガイド１からの出射光が検査板２上で十分に明瞭なエッジを形成するために必要な、ライトガイド端面１１と拡散板２との間の距離ｙ２とｙ０との差をｑとしたときに、検査板２を昇降機能５によって昇降させて得られる、検査板２とライトガイド端面１１との間の距離の最大値ｙＨと最小値ｙＬはそれぞれ以下の式で表わされる範囲にあることが必要である。
ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ＜ｙＨ、かつ ｙＬ＜ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ ・・・（６）
【００２５】
ここで、ｙが式（７）の範囲にあるときには、検査板２上の輝度の均一性が不十分、または、明部と暗部との間のエッジの明瞭性が不十分となる可能性がある。
ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ＞ｙ＞ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ ・・・（７）
【実施例】
【００２６】
以下に本発明にかかる照明装置１０の好適な一例を示す。
検査板２として、内部に光拡散材としての酸化チタンが添加された板厚２．０ｍｍの乳白色のアクリル樹脂製拡散板（三菱レイヨン社製アクリライト）を使用した。
ライトガイド１としてプラスチック光ファイバ７を多数本束ねた構成の光ファイバライトガイド（三菱レイヨン社製ＰＬ３００−１０００）を使用した。この光ファイバライトガイドは出射幅３００ｍｍ、出射角３０度に設定されている。
光ファイバライトガイドの光源としては１００Ｗのハロゲンランプを用いたハロゲンランプ光源装置（三菱レイヨン社製ハロゲンランプ光源装置ＥＬＩ−１００Ｇ）を使用した。
【００２７】
図４は上記構成の照明装置１０を用い、ライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙを１５０ｍｍに、また、ライトガイド１間の距離ｘを１００ｍｍに設定し、検査板２を上面からラインＣＣＤカメラ（解像度０．１ｍｍ／pixel）で撮像したときの相対輝度を表したグラフである。
【００２８】
ライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙが１５０ｍｍの場合では、最大輝度の視野位置はライトガイド１の軸の中心付近で約４５ｍｍの位置（図３の“A”）である。ライトガイド１間での最小輝度の視野位置は、ライトガイド１間の中間付近で約９０ｍｍの位置（図３の“B”）で、最大輝度１．０に対して相対輝度０．８５であった。最小輝度は最大輝度に対して約１５％の落ち込みである。この差は目視検査用の均一な面状照明装置として問題なく使用でき、異物欠陥や汚れ欠陥の検査において検査対象を移動することなく、全面をすばやく検査することができる程度のものである。
【００２９】
この状態で実際に照明装置１０を用い透明なアクリル樹脂製シートの異物欠陥、フィッシュアイ欠陥の目視検査を行ったところ、異物欠陥はシート上のどこの位置においても確認することができたが、フィッシュアイ欠陥は確認する事ができなかった。
【００３０】
図５は同様にしてライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙを３０ｍｍになるようにステージ３を上げたときの相対輝度のグラフである。
ライトガイド端面１１と検査板２との間の距離ｙが距離３０ｍｍの場合では、ライトガイド１の照明幅はラインＣＣＤカメラの視野位置２０ｍｍ（図4の“A”）から約６５ｍｍ（図４の“C”）の範囲であり、照明幅は約４５ｍｍとなる。最大輝度は照明幅の中心位置約４５ｍｍの位置（図４の“B”）である。最大輝度から相対輝度０になるまでの間に輝度は１ｍｍあたり約４．５％ずつ下がっていることになる。この差があれば照明の明部と暗部とのエッジ部としてフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検出を十分に行うことができるものである。
この照明装置１０により上記と同様の透明なアクリル樹脂製シートの目視検査を行ったところ、照明のエッジ部においてフィッシュアイ欠陥の存在を確認することができた。
【００３１】
以上のように、本実施形態にかかる照明装置１０によれば、複数のライトガイド１の位置を昇降させて検査板２とライトガイド端面１１との間の距離を調節可能な構造にし、検査板２とライトガイド端面１１との間の距離を小さくして各々のライトガイド１から出射された光が検査板２に投影されてできる明部と暗部のエッジを鋭く出すようにできるとともに、検査板２とライトガイド１との間の距離を大きくして隣り合うライトガイド１から出射された光を重ね合わせつつ検査板２によって均一に拡散し、検査板２を全面にわたって明るくできるので、ライン状照明の状態と面状照明の状態とを切り替えることができ、１台で全面にわたって異物欠陥や汚れ欠陥を検査する機能と、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥を検査する機能を実現できる。そして、装置の費用や維持費用による製造コストを低減するとともに、装置設置のためのスペースを削減することができる。
【００３２】
また、ライトガイド１を固定したステージ３を、式（６）の範囲で変化させることによって、面状照明の状態で異物欠陥や汚れ欠陥を、ライン照明の状態でフィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥を、感度良く検査することができる。
さらに、検査板２の位置を固定して面状照明の状態とライン状照明の状態とを切り替えられるので、検査対象物の高さが変わらない状態で、異物欠陥や汚れ欠陥の検査と、フィッシュアイ欠陥や凹凸欠陥の検査とを行うことができ、検査効率を上げることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では検査板２を水平方向に横に設置しているが、検査板２は水平方向に限られず、例えば縦に立てた状態で設置しても良い。
【００３４】
また、本実施形態ではステージ３を移動させてライトガイド端面１１と検査板２との間の距離を変化させているが、検査板２を昇降させても良いし、検査板２とステージ３との双方を昇降させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る照明装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に用いられるライトガイドを示す図である。
【図３】ライトガイド端面−拡散板間の距離を１５０ｍｍに配置し、拡散板を上面からCCDカメラで撮像したときの視野位置と相対輝度の関係を表したグラフである。
【図４】ライトガイド端面−拡散板間の距離を３０ｍｍに配置し、拡散板を上面からCCDカメラで撮像したときの視野位置と相対輝度の関係を表したグラフである。
【図５】蛍光灯を使用した従来の一般的な面状照明装置である。
【符号の説明】
【００３６】
１ ライトガイド（ライン状光源）
２ 検査板
３ ステージ
４ 脚部
５ 昇降機構
６ 光出射端面
７ 光ファイバ
８ 照明部分
１０ 照明装置
１１ ライトガイド端面（光出射面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状またはシート状の検査対象物の欠陥を検出する照明装置であって、
光出射面が同一平面上にあるとともに、平行に配置された複数のライン状光源と、
前記複数のライン状光源の光出射面の上部に位置し、光拡散機能を有するシート状の板からなる検査板と、
前記光出射面と前記検査板との間の距離を調節可能に変化させる間隔可変手段とを備える照明装置。
【請求項２】
前記光出射面と前記検査板との間の距離の最大値ｙＨ、および最小値ｙＬは、以下の式の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
ｙＨ＞ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ
ｙＬ＜ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ
ｐ＝ｙ１−ｙ０
ｑ＝ｙ０−ｙ２
θ：前記ライン状光源の出射角
ｘ：前記ライン状光源の光源間距離
ｙ０：前記検査板２に投影された、前記各ライン状光源からの出射光のエッジ同士が当接するときの前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ１：前記検査板２上でほぼ均一な輝度を確保するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ２：前記検査板２上で十分に明瞭な、暗部と明部とのエッジを形成するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
【請求項３】
前記間隔可変手段は、前記ライン状光源が固定されるステージと、このステージと前記検査板とを保持する脚部との間に設けられ、前記ステージを上下方向に進退自在に移動させる昇降機能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項１】
フィルム状またはシート状の検査対象物の欠陥を検出する照明装置であって、
光出射面が同一平面上にあるとともに、平行に配置された複数のライン状光源と、
前記複数のライン状光源の光出射面の上部に位置し、光拡散機能を有するシート状の板からなる検査板と、
前記光出射面と前記検査板との間の距離を調節可能に変化させる間隔可変手段とを備える照明装置。
【請求項２】
前記光出射面と前記検査板との間の距離の最大値ｙＨ、および最小値ｙＬは、以下の式の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
ｙＨ＞ｘ／（２ｔａｎθ）＋ｐ
ｙＬ＜ｘ／（２ｔａｎθ）−ｑ
ｐ＝ｙ１−ｙ０
ｑ＝ｙ０−ｙ２
θ：前記ライン状光源の出射角
ｘ：前記ライン状光源の光源間距離
ｙ０：前記検査板２に投影された、前記各ライン状光源からの出射光のエッジ同士が当接するときの前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ１：前記検査板２上でほぼ均一な輝度を確保するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
ｙ２：前記検査板２上で十分に明瞭な、暗部と明部とのエッジを形成するために必要な前記光出射面と前記検査板との間の距離
【請求項３】
前記間隔可変手段は、前記ライン状光源が固定されるステージと、このステージと前記検査板とを保持する脚部との間に設けられ、前記ステージを上下方向に進退自在に移動させる昇降機能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２８５９３５（Ｐ２００７−２８５９３５Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１４８３６（Ｐ２００６−１１４８３６）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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