JP5097993B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、多結晶ソーラパネル等の多結晶パネルの観測対象面に均一な光を照射することができる光照射装置に関するものである。

従来、例えば表面に光沢があるような製品（ワーク）の表面検査及び透明光沢シートで包装された中身の検査を行う場合、特許文献１に示すように、そのワークの観測対象面（検査対象面）に全方向から略均一な光を照射することによって、ＣＣＤカメラ等の観測手段が前記観測対象面に写り込むのを防止するとともに、観測対象面のなだらかな凹凸による反射むらをも除去し、傷等のみをコントラストの変化として明りょうに抽出できるようにして自動的に表面検査を行えるようにしたものが知られている。

しかしながら、製品によってはその表面に文字や絵が描かれているなど印刷が施され、その表面の色彩が変化しているものがある。このような場合、ＣＣＤカメラで撮像した画像に前記色彩の変化を原因としたコントラストが生じ、傷等により生じたコントラストと区別すること難しくなって、検査に不具合を生じる場合がある。

このような問題を解決するものとして、特許文献２に示すように、いわゆるドーム型光照射装置が考えられている。このドーム型光照射装置は、図 に示すように、観測対象面をその裏面以外の全方向から囲むように設けられた半凹球面状をなす反射面を有するケーシングと、前記反射面に向かって光を照射する第１光源と、当該ケーシングの上部に設けられた透窓からハーフミラーを介して光を照射する第２光源と、を備え、撮像手段により透窓を介して観測対象面を撮像するように構成されている。このドーム型光照射装置により観測対象面に形成された色彩の変化を原因としたコントラストを打ち消すことができ、傷等のみを容易に検出することができる。

しかしながら、上記のドーム型光照射装置を用いて多結晶ソーラパネル等の多結晶パネルを撮像する場合には、各結晶粒の反射率が異なることから、色彩の変化を原因としたコントラストを打ち消すだけでは、結晶粒の濃淡を消すことができない。つまり、ドーム型光照射装置では、結晶粒における反射率の差により生じるコントラストを打ち消すことができない。

また、サイズの大きい多結晶ソーラパネルを撮像するためには、観測対象面全面を覆うようにケーシングを大きくする必要がある。また、観測対象面を撮像するためには、ＣＣＤカメラの視野（ＦＯＶ）の関係から、観測対象面が大きくなるに従って、ＣＣＤカメラを観測対象面から離す必要があり、そうするとケーシングに設けた透窓によりＣＣＤカメラの視野が狭くなってしまい、小さい領域しか撮像できないという不具合がある。ここで、ケーシングに設けた透窓をＣＣＤカメラの視野を遮らない程度に大きくすることが考えられるが、そうすると、ハーフミラー及び第２光源を大きくする必要があり、観測対象面への均一な光の照射が困難になるという問題がある。
特表平０８−５１００５３号公報 特開２００４−１８４２４１号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、照射部位によって反射方向の異なる正反射光を返す観測対象面において反射方向の違いに起因するコントラストを打ち消すとともに、大きいサイズの観測対象面に均一な光を照射して観測対象面の傷等を検出できるようにすることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る光照射装置は、照射部位によって反射方向の異なる正反射光を返す観測対象面に、その観測方向側の略全方向から略均一な輝度の光を照射する光照射装置であって、前記観測対象面をその観測方向側の略全方向から略囲むように設けられ、前記観測対象面に向かうに従って徐々に拡開する略切頭円錐状をなす拡散面と、前記拡散面と略同心円上に設けられ、前記拡散面に向かって光を照射して、前記拡散面の輝度を略全面において略均一にする第１光源部と、前記拡散面の輝度と同一輝度の光を、前記拡散面の観測対象面とは反対側の上部開口から前記観測対象面に照射する第２光源部とを具備し、前記第１光源部が、前記拡散面に対して同心円上に配された複数列のＬＥＤ列を有し、前記第２光源部が、前記拡散面の中心軸線に略直交して設けられた複数のＬＥＤと、当該ＬＥＤ及び前記上部開口間に介在して設けられ、前記ＬＥＤの光を上部開口を介して観測対象面に導くハーフミラーと、前記ＬＥＤ及び前記ハーフミラーを収容するとともに、前記ハーフミラーを透過した反射光を撮像手段に導く撮像窓を有し、内面が鏡面の収容体と、を備えることを特徴とする。

このようなものであれば、第１光源部により観測対象面の略全方向から略囲むように設けた拡散面の輝度を略均一にするとともに、拡散面の観測対象面とは反対側の開口から拡散面の輝度と同一輝度の光を照射するようにしているので、反射方向の違いに起因するコントラストを打ち消すことができる。したがって、照射部位によって反射方向の異なる正反射光を返す観測対象面において傷等のみにより生じるコントラストを明確に抽出できるようになる。また、拡散面が切頭円錐状をなすことから、第２光源部を大型化することなく、大きいサイズの観測対象面に均一輝度の光を容易に照射できる。さらに、拡散面の観測対象面とは反対側の開口において撮像手段により観測対象面を撮像する場合には、撮像手段の視野を制限すること無く、観測対象面全体を撮像することができるようになる。加えて、収容体の内面が鏡面であることから、第２光源部のＬＥＤが大面積になったと同様の効果が得られるため、肥大化及び大幅な構造複雑化を招くことなく、観測対象面から上部開口を見たときの発光部の無い領域を減少させることができ、観測対象面から見た略全天の輝度をより均一にすることができる。

拡散面を簡単に構成して、光照射装置の製造を簡単化するためには、前記拡散面を形成するケーシングを備えてなり、そのケーシングが平板を略コーン状に成形することにより形成されていることが望ましい。

拡散面の内側に第１光源部を設けることにより照射領域が制限されることを好適に防止するためには、前記ケーシングが、光透過性を有する平板から成形され、前記第１光源部が、前記ケーシングの外側に配置されて、当該ケーシングの外側周面の略全体に光を照射することにより、前記拡散面の輝度を略全面において略均一にすることが望ましい。

第１光源部を小型化するとともに、ケーシングの外側周面に光を照射し易くするためには、前記拡散面の上部開口側に同心円上に配されていることが望ましい。

このとき、拡散面の輝度を略同一にするための具体的な実施の態様としては、前記第１光源部が、前記拡散面の上半分に光を照射する上照射部と、前記拡散面の下半分に光を照射する下照射部と、からなり、前記上照射部のＬＥＤが前記拡散面の中心軸線に略直交して配され、前記下照射部のＬＥＤが前記拡散面の中心軸線に沿って配されることが望ましい。

さらに、拡散面に均等に光を照射して、拡散面の輝度を略同一にするための具体的な実施の態様としては、前記第１光源部のＬＥＤ列が、列毎に独立して調光可能に構成されていることが望ましい。より詳細には、前記第１光源部の各ＬＥＤ列の光軸と前記拡散面の中心軸線とのなす角度がそれぞれ異なることが望ましい。

例えば観測対象面の画像を取得して画像処理により自動的に傷等を検出可能にするためには、前記拡散面の観測対象面とは反対側の開口から前記観測対象面の略全体を撮像する撮像部をさらに備えることが望ましい。

前記観測対象面が多結晶パネルの受光面である場合において本発明は一層顕著な効果を奏する。多結晶パネルは、複数の結晶粒から形成されており、各結晶粒の結晶方向が異なり、その反射率が異なって、結晶粒界を境目として濃淡のコントラストが生じてしまい、傷、異物又はマイクロクラック等により生じるコントラストが結晶粒によりコントラストに紛れてしまうことを防止することができる。

このように本発明によれば、多結晶パネルの鏡面状をなす観測対象面において、各結晶粒における反射率の差により生じるコントラストを打ち消すとともに、大きいサイズの多結晶パネルに均一な光を照射して観測対象面の傷等を検出できるようにすることができる。

次に、本発明に係る光照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の光照射装置１００を示す概略構成図である。

＜装置構成＞
本実施形態に係る光照射装置１００は、多結晶ソーラパネル等に代表される多結晶パネルの表面（受光面）等のように照射部位によって反射方向及び反射率の異なる正反射光を返す観測対象面Ｐに、その観測方向側の略全方向から略均一な輝度の光を照射する多結晶パネル用の光照射装置で、撮像手段５００で所定照射領域を撮影し、得られた画像データを、画像処理装置６００に取り込んで傷等の有無の自動表面検査を行う表面検査システム等に用いられる。

具体的にこのものは、図１に示すように、ケーシング２と、当該ケーシング２に取り付けた第１光源部３及び第２光源部４とを備え、観測手段たる白黒ＣＣＤカメラ等の撮像手段５００を取付可能に構成している。

以下、各部２〜４について詳述する。

ケーシング２は、図１及び図２に示すように、外観視略コーン形状をなすものであり、その頂部に開口２Ｈが形成されている。そして、その内面に観測対象面Ｐに向かうに従って徐々に拡開する略切頭円錐状をなす拡散面２ａが形成されている。この拡散面２ａは、観測対象面Ｐにその観測方向側の略全方向から囲むように設けられている。また、ケーシング２は、光透過性を有する平板を巻回することにより形成されている。

第１光源部３は、図１に示すように、拡散面２ａと略同心円上に設けられ、拡散面２ａに向かって光を照射して、拡散面２ａの輝度を略全面において略均一にするものである。具体的な構成は、拡散面２ａに対して同心円上に配された複数のＬＥＤ列を有するリング照明である。

本実施形態の第１光源部３は、ケーシング２の外側において、拡散面２ａの上部開口２Ｈ側に同心円上に配置されて、当該ケーシング２の外側周面の略全体に光を照射することにより、拡散面２ａの輝度を略全面において略均一にするものであり、拡散面２ａ（ケーシング２の外側周面）の略上半分に光を照射する上照射部３１と、拡散面２ａ（ケーシング２の外側周面）の略下半分に光を照射する下照射部３２とからなる。

上照射部３１は、図１及び図３に示すように、ＬＥＤ３０１が拡散面２ａの中心軸線Ｃに略直交するように複数設けられたリング照明により構成されている。具体的には、ＬＥＤ取付面３１１ａが拡散面２ａの中心軸線Ｃを向く筒状の基板３１１と、当該基板のＬＥＤ取付面３１１ａに拡散面２ａの中心軸線Ｃに略直交するように取り付けた複数のＬＥＤ３０１とを備えたものである。また、ＬＥＤ３０１は、ＬＥＤ取付面３１１ａにおいて、拡散面２ａの中心軸線Ｃに対して同心円上に複数列設けられている。この上照射部３１は、例えば長尺状の基板にＬＥＤ３０１を配設し、その後、当該基板の両端部を接続することにより製作される。なお、図３は電気配線を省略した図であり、図中の破線は、ＬＥＤ列を示すためのものであり、破線上に位置するＬＥＤがＬＥＤ列を構成する。

また、下照射部３２は、図１及び図４に示すように、ＬＥＤ３０１が拡散面２ａの中心軸線Ｃに沿って複数設けられたリング照明により構成されている。具体的には、ＬＥＤ取付面３２１ａが観測対象面Ｐを向く円環状の基板３２１と、当該基板３２１のＬＥＤ取付面３２１ａに拡散面２ａの中心軸線Ｃに沿うように取り付けられた複数のＬＥＤ３０１とを備えたものである。また、ＬＥＤ３０１は、ＬＥＤ取付面３２１ａにおいて、拡散面２ａの中心軸線Ｃに対して同心円上に複数列設けられている。なお、図４は電気配線を省略した図であり、図中の破線は、ＬＥＤ列を示すためのものであり、破線上に位置するＬＥＤがＬＥＤ列を構成する。

そして、これら上照射部３１及び下照射部３２は保持枠３３に固定され、当該保持枠３３がケーシング２に固定されている。

ここで各照明部３１、３２における各ＬＥＤ列の光軸と、拡散面２ａの中心軸線Ｃとのなす角度が、列毎にそれぞれ異なるようにしている。これにより、各照明部３１、３２からの照射された光を、ケーシング２の外側周面に均等に照射することができる。

そしてそれら照明部３１、３２から射出される光が、ケーシング２を透過して拡散面２ａで拡散され、その拡散光が観測対象面Ｐの各部位に、裏側を除く略全方向から略均一に照射されるように構成している。

さらに、本実施形態の第１光源部３（各照明部）のＬＥＤ列は、当該列毎に独立して調光可能に構成されている。具体的には、図示しないＬＥＤ制御手段によって各ＬＥＤ３０１に供給する電力を各ＬＥＤ列毎に調整することにより、各ＬＥＤ列の光量を調整できるようにしている。

第２光源部４は、ケーシング２の頂部に取り付けられるもので、拡散面２ａの輝度と同一輝度の光を、拡散面２ａの観測対象面Ｐとは反対側の上部開口２Ｈから観測対象面Ｐに照射するものである。具体的な構成は、ＬＥＤ光源４１と、ハーフミラー４２と、ＬＥＤ３０１及び前記ハーフミラー４２を収容して支持する収容体４３と、を備えてなる。

ＬＥＤ光源４１は、矩形状をなす基板４１１に複数のＬＥＤ３０１を縦横に配設してなるものである。また、ＬＥＤ光源４１は、後述する収容体４３に支持され、発光方向が拡散面２ａ（ケーシング２）中心軸線Ｃを向くように設けられている。つまり、各ＬＥＤ３０１は、その光軸が拡散面２ａの中心軸に略直交して配置され、後述するハーフミラー４２に向かって光を照射する。

ハーフミラー４２は、ＬＥＤ光源４１及び拡散面２ａの上部開口２Ｈの間に介在して設けられ、ＬＥＤ光源４１の光を上部開口２Ｈを介して観測対象面Ｐに導くものである。また、ハーフミラー４２は、後述する収容体４３に支持され、拡散面２ａの中心軸線Ｃに対して斜め４５度の角度で設けられている。

収容体４３は、底面が開口する例えば直方体中空形状のもので、ケーシング２の頂部に取り付けてある。そして収容体４３は、その側部に前記ＬＥＤ光源４１を起立させた状態で支持するとともに、ＬＥＤ光源４１の光射出方向に配置した光拡散板４４を支持し、さらに前記上部開口２Ｈの直上に４５度の角度に配置したハーフミラー４２を支持する。そしてＬＥＤ光源４１から射出された光を前記光拡散板４４によって均一なものとし、さらにハーフミラー４２で反射させて上部開口２Ｈを通過させ、前記観測対象面Ｐに上方から照射するように構成してある。

また、この収容体４３には、その頂板に撮像手段５００により観測対象面Ｐを撮影するための撮像窓４３１を設けている。この撮像窓４３１は前記上部開口２Ｈの直上に位置させたもので、ここに取り付けた撮像手段５００の撮像面がハーフミラー４２及び上部開口２Ｈを介して前記観測対象面Ｐを向くように構成している。これにより、撮像手段５００は、上部開口２Ｈ及びハーフミラー４２を通過した反射光を受光する。

さらに、収容体４３の内面は鏡面である。つまり、拡散板２ａの上部開口２Ｈを覆う面全体が鏡面となるようにしている。これにより、ＬＥＤ光源４１が大面積になったと同様の効果が得られるため、肥大化及び大幅な構造複雑化を招くことなく、観測対象面Ｐから上部開口２Ｈを見たときの発光部の無い領域を減少させることができ、観測対象面Ｐから見た略全天の輝度をより均一にすることができる。

しかしてこのようにして、前記拡散面２ａで拡散される照射光と上部開口２Ｈから進入してくる照射光とにより、観測対象面Ｐからみて水平線より上の略全天から、あらゆる方向の均一な輝度の光が照射されるように構成している。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る光照射装置１００によれば、第１光源部３により観測対象面Ｐの略全方向から略囲むように設けた拡散面２ａの輝度を略均一にするとともに、拡散面２ａの観測対象面Ｐとは反対側の開口から拡散面２ａの輝度と同一輝度の光を照射するようにしているので、反射方向の違いに起因するコントラストを打ち消すことができる。したがって、照射部位によって反射方向及び反射率の異なる正反射光を返す観測対象面Ｐにおいて傷等のみにより生じるコントラストを明確に抽出できるようになる。また、拡散面２ａが切頭円錐状をなすことから、第２光源部４を大型化することなく、大きいサイズの観測対象面Ｐに均一輝度の光を容易に照射できる。さらに、拡散面２ａの観測対象面Ｐとは反対側の開口において撮像手段５００により観測対象面Ｐを撮像する場合には、撮像手段５００の視野を制限すること無く、観測対象面Ｐ全体を撮像することができるようになる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態の第１光源部３の構成の他に、図５に示すように、ケーシング２の下側開口近傍に内方に突出するように、固定部材（図示しない）を介してケーシング２に取り付けた円環状をなす基板３３と、拡散面２ａの中心軸線Ｃに沿って上部開口２Ｈを向くように基板３３に取り付けられた複数のＬＥＤ３０１とを備えたものであっても良い。

また、図６に示すように、上照射部３１をケーシング２の外側において拡散面２ａの上部開口２Ｈ側に同心円上に配置して、当該上照射部３１によってケーシング２の外側周面の略上半分に光を照射し、下照射部３２をケーシング２の下側開口近傍に内方に突出するように配置して、当該下照射部３２によって拡散面２ａの略下半分に光を照射するようにしても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本実施形態の光照射像装置を示す概略構成図。 同実施形態のケーシングの斜視図。 同実施形態の上照射部の基板及びＬＥＤを示す図。 同実施形態の下照射部の基板及びＬＥＤを示す図。 変形実施形態に係る光照射装置の概略構成図。 変形実施形態に係る光照射装置の概略構成図。

符号の説明

１００・・・光照射装置
Ｐ ・・・観測対象面
２ａ ・・・拡散面
３ ・・・第１光源部
２Ｈ ・・・上部開口
４ ・・・第２光源部
３０１・・・ＬＥＤ
４２ ・・・ハーフミラー
４３ ・・・収容体
４３１・・・撮像窓
２ ・・・ケーシング
３１ ・・・上照射部
３２ ・・・下照射部
Ｃ ・・・拡散面２ａの中心軸線（ケーシング２の中心軸線Ｃ）

Claims (9)

1. 照射部位によって反射方向の異なる正反射光を返す観測対象面に、その観測方向側の略全方向から略均一な輝度の光を照射する光照射装置であって、
   前記観測対象面をその観測方向側の略全方向から略囲むように設けられ、前記観測対象面に向かうに従って徐々に拡開する略切頭円錐状をなす拡散面と、
   前記拡散面と略同心円上に設けられ、前記拡散面に向かって光を照射して、前記拡散面の輝度を略全面において略均一にする第１光源部と、
   前記拡散面の輝度と同一輝度の光を、前記拡散面の観測対象面とは反対側の上部開口から前記観測対象面に照射する第２光源部とを具備し、
   前記第１光源部が、前記拡散面に対して同心円上に配された複数列のＬＥＤ列を有するものであるとともに、前記拡散面の上半分に光を照射する上照射部と、前記拡散面の下半分に光を照射する下照射部とからなるものであり、
   前記第２光源部が、前記拡散面の中心軸線に略直交して設けられた複数のＬＥＤと、当該ＬＥＤ及び前記上部開口間に介在して設けられ、前記ＬＥＤの光を上部開口を介して観測対象面に導くハーフミラーと、前記ＬＥＤ及び前記ハーフミラーを収容するとともに、前記ハーフミラーを透過した反射光を撮像手段に導く撮像窓を有し、内面が鏡面の収容体と、を備える光照射装置。
2. 内面に前記拡散面を形成するケーシングを備えてなり、そのケーシングが平板を略コーン形状に成形することにより形成されている請求項１記載の光照射装置。
3. 前記ケーシングが、光透過性を有する平板から成形され、
   前記第１光源部が、前記ケーシングの外側に配置されて、当該ケーシングの外側周面の略全体に光を照射することにより、前記拡散面の輝度を略全面において略均一にする請求項２記載の光照射装置。
4. 前記第１光源部が、前記拡散面の上部開口側に同心円上に配されている請求項３記載の光照射装置。
5. 前記上照射部のＬＥＤが前記拡散面の中心軸線に略直交して配され、前記下照射部のＬＥＤが前記拡散面の中心軸線に沿って配される請求項４記載の光照射装置。
6. 前記第１光源部のＬＥＤ列が、列毎に独立して調光可能に構成されている請求項１、２、３、４又は５記載の光照射装置。
7. 前記第１光源部の各ＬＥＤ列の光軸と前記拡散面の中心軸線とのなす角度がそれぞれ異なる請求項１、２、３、４、５又は６記載の光照射装置。
8. 前記撮像窓から前記観測対象面の略全体を撮像する撮像手段をさらに備える請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の光照射装置。
9. 前記観測対象面が多結晶パネルである請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の光照射装置。