特開 2024-84488 照明装置及び撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024084488

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】照明装置及び撮像システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/84 20060101AFI20240618BHJP

【ＦＩ】

G01N21/84 E

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022198784

(22)【出願日】2022-12-13

(71)【出願人】

【識別番号】591009705

【氏名又は名称】株式会社 東京ウエルズ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100130719

【弁理士】

【氏名又は名称】村越 卓

(72)【発明者】

【氏名】秋本 孝之

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA61

2G051AB02

2G051BA20

2G051BB11

2G051CA03

2G051CA04

(57)【要約】

【課題】ハーフミラーなどのビームスプリッターを利用する照明装置によって、効率的に、対象に対して照明光を明るく照射するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】照明装置１１は、入射光Ｌ０を第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２に分割し、第１光束Ｌ１を対象５０に向けて導くビームスプリッター２１と、ビームスプリッター２１からの第２光束Ｌ２の少なくとも一部を、ビームスプリッター２１に入射させてビームスプリッター２１から対象５０に向けて出射させる導光部３０と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光を第１光束及び第２光束に分割し、前記第１光束を対象に向けて導くビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターからの前記第２光束の少なくとも一部を、前記ビームスプリッターに入射させて前記ビームスプリッターから前記対象に向けて出射させる導光部と、
を備える照明装置。

【請求項2】

前記ビームスプリッターは、前記第１光束を前記対象に向けて反射し、前記第２光束を透過する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記ビームスプリッターは、前記第１光束を第１導光方向に反射し、前記入射光から分割される前記第２光束を第２導光方向に透過し、
前記導光部は、前記ビームスプリッターからの前記第２光束の少なくとも一部を、前記ビームスプリッターに対して前記第１導光方向に入射させるように反射する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項4】

前記導光部は、
前記ビームスプリッターからの前記第２光束を反射する第１反射体と、
前記第１反射体によって反射された前記第２光束を前記ビームスプリッターに向けて反射する第２反射体と、
を有する請求項１に記載の照明装置。

【請求項5】

前記導光部は、
前記ビームスプリッターからの前記第２光束を反射する第１反射体と、
前記第１反射体によって反射された前記第２光束を反射する第２反射体と、
前記第２反射体によって反射された前記第２光束を前記ビームスプリッターに向けて反射する第３反射体と、
を有する請求項１に記載の照明装置。

【請求項6】

前記ビームスプリッターは、前記対象からの反射光である撮影光の少なくとも一部を透過し、
前記導光部は、前記ビームスプリッターを透過した前記撮影光の少なくとも一部を通過させる光透過部を有し、
前記撮影光は、前記ビームスプリッター及び前記光透過部を通って撮像装置に入射する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記ビームスプリッターを介して前記対象とは反対側に配置され、前記対象からの反射光である撮影光を、前記ビームスプリッターを介して受光する撮像装置と、
を備える撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、照明装置及び撮像システムに関する。

【背景技術】

【0002】

撮像対象が、光の正反射の程度が大きい部分（例えばプリント配線基板等の基板に形成される配線や電子部品の電極など）を含む場合、当該撮像対象に照明光を斜めに照射すると、撮像対象からの反射光を撮像素子に対して適切に入射させられないことがある。

【0003】

そのため光の正反射の程度が大きい部分を含む撮像対象の撮像を行う場合、同軸照明と呼ばれる照明手法が利用されることがある（特許文献１～３参照）。同軸照明では、ハーフミラーなどのビームスプリッターを利用して、撮像対象に対する照明光の入射方向が、対象物からの反射光の進行方向と平行になるように、光の進行方向が調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－１０６９１２号公報

【特許文献2】特開２０１７－１８７２９６号公報

【特許文献3】特開２０２１－１０１１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ハーフミラーを利用する同軸照明では、照明光がハーフミラーによって反射光及び透過光に分割され、反射光のみが撮像対象に照射され、透過光は撮像対象の照射には使われない。その結果、撮像対象に対して実際に照射される照明光（反射光）の明るさは、本来の照明光の明るさに比べ、通常は半分以下に低減される。さらに撮像対象からの反射光である撮影光がハーフミラーを介して撮像素子に入射する場合、ハーフミラーによって明るさが低減された撮影光が撮像素子によって受光される。

【0006】

なお反射率が透過率よりも高いハーフミラーを使用することで、撮像対象に対して明るい照明光（反射光）を効果的に照射することが可能である。しかしながらそのような場合、撮像対象からの反射光（撮影光）がハーフミラーを透過する割合が低減し、その結果、ハーフミラーによって明るさが著しく低減された撮影光が撮像素子によって受光されることになる。

【0007】

一方、透過率が反射率よりも高いハーフミラーを使用することで、撮像対象からの反射光（撮影光）がハーフミラーを透過する割合が増大し、ハーフミラーによる撮影光の損失を低減できる。しかしながらこの場合、照明光がハーフミラーによって反射される割合が低減し、ハーフミラーによって明るさが著しく低減された照明光が撮像対象に照射されることになる。

【0008】

本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、ビームスプリッターを利用する照明装置によって、効率的に、対象に対して照明光を明るく照射するのに有利な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様は、入射光を第１光束及び第２光束に分割し、第１光束を対象に向けて導くビームスプリッターと、ビームスプリッターからの第２光束の少なくとも一部を、ビームスプリッターに入射させてビームスプリッターから対象に向けて出射させる導光部と、を備える照明装置に関する。

【0010】

ビームスプリッターは、第１光束を対象に向けて反射し、第２光束を透過させてもよい。

【0011】

ビームスプリッターは、第１光束を第１導光方向に反射してもよく、入射光から分割される第２光束を第２導光方向に透過させてもよく、導光部は、ビームスプリッターからの第２光束の少なくとも一部を、ビームスプリッターに対して第１導光方向に入射させるように反射してもよい。

【0012】

導光部は、ビームスプリッターからの第２光束を反射する第１反射体と、第１反射体によって反射された第２光束をビームスプリッターに向けて反射する第２反射体と、を有してもよい。

【0013】

導光部は、ビームスプリッターからの第２光束を反射する第１反射体と、第１反射体によって反射された第２光束を反射する第２反射体と、第２反射体によって反射された第２光束をビームスプリッターに向けて反射する第３反射体と、を有してもよい。

【0014】

ビームスプリッターは、対象からの反射光である撮影光の少なくとも一部を透過してもよく、導光部は、ビームスプリッターを透過した撮影光の少なくとも一部を通過させる光透過部を有してもよく、撮影光は、ビームスプリッター及び光透過部を通って撮像装置に入射してもよい。

【0015】

本開示の他の態様は、上記のいずれかの照明装置と、ビームスプリッターを介して対象とは反対側に配置され、対象からの反射光である撮影光を、ビームスプリッターを介して受光する撮像装置と、を備える撮像システムに関する。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、ビームスプリッターを利用する照明装置によって、効率的に、対象に対して照明光を明るく照射するのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、照明装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、照明装置の構成例を示す図である。

【図3】図３は、撮像システムの構成例を示す図である。

【図4】図４は、撮像システムの構成例を示す図である。

【図5】図５は、撮像システムの構成例を示す図である。

【図6】図６は、撮像システムの構成例を示す図である。

【図7A】図７Ａは、撮像対象である電子チップ（特に単一組成を有する面部）の撮影画像であって、図３の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図7B】図７Ｂは、撮像対象である電子チップ（特に単一組成を有する面部）の撮影画像であって、図４の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図8A】図８Ａは、撮像対象である電子チップ（特に単一組成を有する面部）の撮影画像であって、図５の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図8B】図８Ｂは、撮像対象である電子チップ（特に単一組成を有する面部）の撮影画像であって、図６の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図9A】図９Ａは、撮像対象である水晶発振器（特に素体（セラミックス）及び４つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図３の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図9B】図９Ｂは、撮像対象である水晶発振器（特に素体（セラミックス）及び４つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図４の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図10A】図１０Ａは、撮像対象である水晶発振器（特に素体（セラミックス）及び４つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図５の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図10B】図１０Ｂは、撮像対象である水晶発振器（特に素体（セラミックス）及び４つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図６の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図11A】図１１Ａは、撮像対象である電子部品（特に素体（セラミックス）及び２つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図３の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図11B】図１１Ｂは、撮像対象である電子部品（特に素体（セラミックス）及び２つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図４の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図12A】図１２Ａは、撮像対象である電子部品（特に素体（セラミックス）及び２つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図５の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【図12B】図１２Ｂは、撮像対象である電子部品（特に素体（セラミックス）及び２つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像であって、図６の撮像システムによって取得される撮影画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本開示の様々な実施形態を例示する。

【0019】

まず照明装置の構成例を、図１及び図２を参照して説明し、その後、照明装置及び撮像装置を備える撮像システムの構成例を、図３～図６を参照して説明する。

【0020】

図１及び図２は、照明装置１１の構成例を示す図である。

【0021】

図１及び図２において第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、互いに垂直を成す方向である。ただし第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の具体的な方向は限定されない。したがって第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のうちの一方（例えば第１方向Ｄ１）が鉛直方向（重力方向）に一致していてもよい。或いは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の両方が水平方向（すなわち鉛直方向と直交する方向）であってもよい。

【0022】

図１に示す照明装置１１は、いわゆる同軸照明装置として構成され、光源２０、プレート型のビームスプリッター（ハーフミラー）２１、及び導光部３０を備える。

【0023】

光源２０は、第２方向Ｄ２に照明光Ｌ０を発する。光源２０は、任意の発光装置によって構成可能である。例えば、照明光Ｌ０を発光可能なＬＥＤ（発光ダイオード）を二次元的に多数配置することによって光源２０が構成されてもよいし、ハロンゲンランプによって光源２０が構成されてもよい。光源２０から発せられた照明光Ｌ０は、ビームスプリッター２１に向けて進行する。光源２０とビームスプリッター２１との間には、拡散板などの任意の光学系が設けられてもよい。

【0024】

ビームスプリッター２１には、光源２０からの照明光Ｌ０が入射する。ビームスプリッター２１は、当該照明光Ｌ０（入射光）を第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２に分割する。第１光束Ｌ１は、ビームスプリッター２１によって撮像対象５０に向けて第１方向Ｄ１（第１導光方向）に反射される。照明光Ｌ０から分割される第２光束Ｌ２は、ビームスプリッター２１を第２方向Ｄ２（第２導光方向）に透過し、導光部３０（特に第１反射体３１）に向けてビームスプリッター２１から出射される。

【0025】

導光部３０は、ビームスプリッター２１からの第２光束Ｌ２の少なくとも一部を、ビームスプリッター２１に対して第１方向Ｄ１（第１導光方向）に入射させるように反射する。具体的には、図１に示す導光部３０は、第１反射体３１、第２反射体３２及び第３反射体３３を備える。第１反射体３１は、ビームスプリッター２１からの第２光束Ｌ２を反射する。第２反射体３２は、第１反射体３１によって反射された第２光束Ｌ２を反射する。第３反射体３３は、第２反射体３２によって反射された第２光束Ｌ２をビームスプリッター２１に向けて反射する。

【0026】

第１反射体３１～第３反射体３３は、光反射面を有するミラーなどの光反射体によって構成される。第１反射体３１～第３反射体３３の光反射面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。第１反射体３１～第３反射体３３間で光反射面の形状が互いに異なっていてもよく、例えば第１反射体３１～第３反射体３３のうちの少なくとも１つ以上が曲面形状の光反射面を有していてもよい。この場合、第２光束Ｌ２は、曲面形状の光反射面によって集光され、撮像対象５０に対して局所的に照射されることも可能である。

【0027】

このように図１に示す照明装置１１では、ビームスプリッター２１によって照明光Ｌ０が第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２に分けられた後、第１光束Ｌ１は、ビームスプリッター２１によって撮像対象５０に向けて導かれる。一方、ビームスプリッター２１からの第２光束Ｌ２の少なくとも一部は、導光部３０（第１反射体３１～第３反射体３３）によって、ビームスプリッター２１に入射させられ、ビームスプリッター２１から撮像対象５０に向けて出射される。

【0028】

一方、図２に示す照明装置１１は、光源２０及びプレート型のビームスプリッター２１を備えるが、導光部３０（図１参照）を具備しない。

【0029】

本例の光源２０は、図１に示す例と同様に、第２方向Ｄ２に照明光Ｌ０を発する。本例のビームスプリッター２１も、図１に示す例と同様に、光源２０からの照明光Ｌ０（入射光）を第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２に分割し、第１光束Ｌ１を撮像対象５０に向けて反射しつつ、第２光束Ｌ２を透過させる。

【0030】

図２に示す例では導光部３０が設けられないため、ビームスプリッター２１を透過した第２光束Ｌ２は、基本的に撮像対象５０に照射されない。したがって図２に示す照明装置１１では、第１光束Ｌ１のみが撮像対象５０に照射される。

【0031】

このように照明装置１１が導光部３０を具備しない場合、第１光束Ｌ１のみが撮像対象５０に照射される。一方、照明装置１１が導光部３０を具備する場合（図１参照）、第１光束Ｌ１に加えて第２光束Ｌ２も撮像対象５０に照射されるので、撮像対象５０の照明のために照明光Ｌ０がより効率的に用いられる。

【0032】

入射光の半分を反射しつつ残りの半分を透過するハーフミラーがビームスプリッター２１として用いられる場合、図２に示す照明装置１１では、光源２０から発せられた照明光Ｌ０の半分の明るさ（輝度）を有する光（第１光束Ｌ１）が撮像対象５０に照射される。一方、図１に示す照明装置１１によれば、図２に示す照明装置１１に比べ、理論上は１．５倍程度の明るさの光（第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２）を撮像対象５０に照射することが可能である。

【0033】

次に、上述のような照明装置１１及び撮像装置を備える撮像システムの例について説明する。

【0034】

図３～図６は、撮像システム１０の構成例を示す図である。図３及び図４に示す撮像システム１０は、導光部３０を具備する照明装置１１を備える。一方、図５及び図６に示す撮像システム１０は、導光部３０を具備しない照明装置１１を備える。なお図３～図６では、ハウジング２３の内側の装置構成が透視的に示されている。図３～図６において、同一又は対応の要素には共通の符号を付し、それらの要素についての重複する説明は省略する。

【0035】

図３に示す撮像システム１０の照明装置１１は、ハウジング２３と、ハウジング２３の内側に設けられる光源２０、光学系２６、プレート型のビームスプリッター２１及び導光部３０（すなわち第１反射体３１～第３反射体３３）と、を備える。光源２０、光学系２６、ビームスプリッター２１及び導光部３０（第１反射体３１～第３反射体３３）は、ハウジング２３によって直接的又は間接的に支持される。

【0036】

ハウジング２３は、光が通過可能な第１ハウジング透光部２４及び第２ハウジング透光部２５を有する。ハウジング２３のうち、第１ハウジング透光部２４及び第２ハウジング透光部２５以外の箇所は、基本的に光を透過させない。第１ハウジング透光部２４及び第２ハウジング透光部２５の具体的な構成は限定されない。第１ハウジング透光部２４及び第２ハウジング透光部２５は、例えば物体が存在しない単なる空間として設けられてもよい。或いは第１ハウジング透光部２４及び第２ハウジング透光部２５は、光（具体的には第１光束Ｌ１、第２光束Ｌ２及び撮影光Ｌ３）を透過可能な透光部材（例えば透明体）により構成されてもよい。また第１ハウジング透光部２４及び第２ハウジング透光部２５は、任意の光学機能を発揮する光学部材により構成されてもよい。

【0037】

光源２０から第２方向Ｄ２に発せられた照明光Ｌ０は、光学系２６を介してビームスプリッター２１に入射する。光学系２６は、例えば入射光を拡散出射する拡散板を含み、当該拡散板によって照明光Ｌ０の光強度の二次元的なムラが低減される。ただし光学系２６は、拡散板に加えて又は拡散板の代わりに、レンズ等の他の光学系を含んでもよい。図３に示す例では、光源２０、光学系２６及びビームスプリッター２１が第２方向Ｄ２に並ぶように配置される。

【0038】

ビームスプリッター２１は、入射光である照明光Ｌ０を第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２に分割し、第１光束Ｌ１を反射しつつ、第２光束Ｌ２を透過させる。ビームスプリッター２１によって反射された第１光束Ｌ１は、第１ハウジング透光部２４を通過した後、撮像対象５０に照射される。図３に示す例では、ビームスプリッター２１、第１ハウジング透光部２４及び撮像対象５０が第１方向Ｄ１に並ぶように配置され、ビームスプリッター２１は、第２方向Ｄ２に進む照明光Ｌ０中の第１光束Ｌ１の光成分の進行方向を第１方向Ｄ１に変える。

【0039】

一方、ビームスプリッター２１を透過した第２光束Ｌ２は、ビームスプリッター２１から第２方向Ｄ２に出射し、第１反射体３１に入射する。図３に示す第１反射体３１は、ビームスプリッター２１と第２方向Ｄ２に並ぶように配置されるとともに、第２反射体３２と第１方向Ｄ１に並ぶように配置され、第２方向Ｄ２に進むビームスプリッター２１からの第２光束Ｌ２の進行方向を第１方向Ｄ１に変える。

【0040】

図３に示す第２反射体３２は、第３反射体３３と第２方向Ｄ２に並ぶように配置され、第１方向Ｄ１に進む第１反射体３１からの第２光束Ｌ２の進行方向を第２方向Ｄ２に変える。

【0041】

図３に示す第３反射体３３は、ビームスプリッター２１、第１ハウジング透光部２４及び撮像対象５０と第１方向Ｄ１に並ぶように配置され、第２方向Ｄ２に進む第２反射体３２からの第２光束Ｌ２の進行方向を第１方向Ｄ１に変える。

【0042】

ビームスプリッター２１は、第１方向Ｄ１に進行する第３反射体３３からの第２光束Ｌ２の少なくとも一部を透過する。ビームスプリッター２１を透過した第２光束Ｌ２は、第１ハウジング透光部２４を通って撮像対象５０に照射される。

【0043】

このように図３に示す照明装置１１によれば、撮像対象５０には、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２が照射される。撮像対象５０からの反射光である撮影光Ｌ３の少なくとも一部は、第１ハウジング透光部２４、ビームスプリッター２１、第３反射体３３が有する光透過部３５、及び第２ハウジング透光部２５を順次通って、撮像装置１２に入射する。

【0044】

このように光透過部３５は、ビームスプリッター２１を透過した撮影光Ｌ３の少なくとも一部を通過させる。光透過部３５の具体的な構成は限定されない。例えば、光透過部３５は、物体が存在しない単なる空間（貫通孔）として設けられてもよいし、撮影光Ｌ３を透過可能な透光部材（例えば透明体）により構成されてもよく、任意の光学機能を発揮する光学部材により構成されてもよい。

【0045】

撮像装置１２は、ビームスプリッター２１を介して撮像対象５０とは反対側に配置され、撮像対象５０からの撮影光Ｌ３を、ビームスプリッター２１を介して受光する。そして撮像装置１２は、受光した撮影光Ｌ３から撮像対象５０の画像データを生成し、当該画像データを記憶装置（図示省略）に記憶したり、他の装置（図示省略）に出力送信したりする。

【0046】

撮像装置１２の具体的な構成は限定されない。典型的には、撮像装置１２は、光電変換によって画像データを出力する撮像素子と、撮像素子の受光面上に撮影光Ｌ３を結像させる１つ以上のレンズと、を備える。撮像素子は、二次元的に配列された多数のフォトダイオードを具備するＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサによって構成可能である。

【0047】

記憶装置に記憶された撮像対象５０の画像データは、必要に応じて任意のデバイスにより読み出され、任意の処理に使用されてもよい。またディスプレイ装置を具備するユーザインターフェースデバイス（図示省略）が、撮像装置１２から出力される撮像対象５０の画像データを受信し、当該画像データに基づいて撮像対象５０の画像をディスプレイ装置に表示してもよい。

【0048】

また画像解析装置（図示省略）が、撮像装置１２から出力される撮像対象５０の画像データを受信して当該画像データを解析することで、撮像対象５０の状態の評価又は検査を行ってもよい。この場合、評価対象物又は検査対象物（例えば電子チップなどの電子部品）が撮像対象５０として使用され、光源２０からの照明光Ｌ０（すなわち第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２）が照射され、撮像装置１２によって撮像される。このように撮像システム１０は、撮像対象５０の評価又は検査を行う評価システム又は検査システムの一部として機能させることも可能である。

【0049】

上述の図３に示す照明装置１１は、導光部３０として第１反射体３１～第３反射体３３を備えるが、導光部３０が具備する反射体の数及び配置は図３に示す例には限定されない。例えば図４に示すように、導光部３０が具備する反射体として、第１反射体３１及び第２反射体３２のみが設けられてもよい。

【0050】

図４に示す例の照明装置１１は、基本的に図３に示す照明装置１１と同様の構成を有するが、導光部３０として第１反射体３１及び第２反射体３２がハウジング２３の内側に設けられる。第１反射体３１は、ビームスプリッター２１からの第２光束Ｌ２を反射する。第２反射体３２は光透過部３５を有し、第１反射体３１によって反射された第２光束Ｌ２をビームスプリッター２１に向けて反射する。

【0051】

図４に示す例では、ビームスプリッター２１及び第１反射体３１は第２方向Ｄ２に並ぶように配置され、第２ハウジング透光部２５、第２反射体３２、ビームスプリッター２１、第１ハウジング透光部２４及び撮像対象５０が第１方向Ｄ１に並ぶように配置される。

【0052】

図４に示す撮像システム１０の他の構成及び作用効果は、図３に示す撮像システム１０と基本的に同様である。

【0053】

すなわち図４に示す撮像システム１０においても、光源２０から発せられた照明光Ｌ０が光学系２６を介してビームスプリッター２１に入射し、ビームスプリッター２１は、第１光束Ｌ１を撮像対象５０に向けて反射しつつ、第２光束Ｌ２を透過する。ビームスプリッター２１を透過した第２光束Ｌ２は、第１反射体３１及び第２反射体３２によって順次反射され、ビームスプリッター２１を透過し、第１ハウジング透光部２４を通過して撮像対象５０に入射する。そして撮像対象５０からの撮影光Ｌ３が、第１ハウジング透光部２４を通って、ビームスプリッター２１を透過し、光透過部３５及び第２ハウジング透光部２５を通って、撮像装置１２によって受光される。

【0054】

このように図４に示す撮像システム１０においても、撮像対象５０には第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２が光効率良く照射される。

【0055】

一方、図５及び図６に示す撮像システム１０では、第１光束Ｌ１のみが撮像対象５０に照射され、第２光束Ｌ２は撮像対象５０に照射されない。

【0056】

図５及び図６に示す例において、照明装置１１は、ハウジング２３と、ハウジング２３の内側に設けられる光源２０、光学系２６及びビームスプリッター２１と、を備える。図５に示すビームスプリッター２１はキューブ型のビームスプリッターであり、図６に示すビームスプリッター２１はプレート型のビームスプリッターである。

【0057】

図５及び図６に示す例において、光源２０、光学系２６及びビームスプリッター２１は第２方向Ｄ２に並ぶように配置され、第２ハウジング透光部２５、ビームスプリッター２１及び第１ハウジング透光部２４は第１方向Ｄ１に並ぶように配置される。

【0058】

図５及び図６に示す撮像システム１０において、光源２０から光学系２６を通ってビームスプリッター２１に入射した照明光Ｌ０は、ビームスプリッター２１によって第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２に分割される。第１光束Ｌ１は、ビームスプリッター２１によって反射され、第１ハウジング透光部２４を通って撮像対象５０に照射される。一方、第２光束Ｌ２は、ビームスプリッター２１を透過して第２方向Ｄ２に進行し、ハウジング２３に照射される。このようにしてハウジング２３に照射された第２光束Ｌ２は、基本的には熱エネルギーとして消費され、撮像対象５０の照明には寄与しない。

【0059】

したがって図５及び図６に示す撮像システム１０において、撮像対象５０には第１光束Ｌ１のみが照射される。そのため撮像対象５０からの反射光であり撮像装置１２によって受光される撮影光Ｌ３は、第１光束Ｌ１に加えて第２光束Ｌ２も撮像対象５０に照射される図３及び図４に示す撮像システム１０で得られる撮影光Ｌ３に比べ、必然的に暗くなる。

【0060】

図５及び図６に示す撮像システム１０において、入射光に対して「反射率：透過率＝５０％：５０％」のビームスプリッター２１が用いられる場合、光源２０から発せられた照明光Ｌ０の半分の明るさの光（第１光束Ｌ１）が撮像対象５０に照射される。またこの場合、撮像対象５０からの反射光である撮影光Ｌ３の半分がビームスプリッター２１を透過し、撮像装置１２によって受光される。したがって撮像装置１２によって受光される撮影光Ｌ３の明るさは、光源２０から発せられる照明光Ｌ０の明るさの１／４以下になる。

【0061】

このように撮影光Ｌ３が本来的に暗くなる傾向がある撮像システム１０では、撮像対象５０の反射率が低い場合など、撮像装置１２によって受光される撮影光Ｌ３が十分な明るさを持たないことがある。そのような場合には、撮像装置１２のゲインコントロールなどによって撮影画像Ｐの明るさが調整されることがある。この場合、撮像装置１２から出力される撮影画像Ｐに含まれるノイズ成分が増大されるため、そのような撮影画像Ｐを使って撮像対象５０の評価又は検査が行われる場合には誤判定の可能性が増大する懸念がある。

【0062】

なおビームスプリッター２１の反射率及び透過率の比率が調整されても、図５及び図６に示す撮像システム１０では、撮像対象５０に照射される照明光の明るさの増大と、撮像装置１２が受光する撮影光Ｌ３の明るさの増大と、を両立することはできない。例えば、図５及び図６の撮像システム１０において「反射率：透過率＝７０％：３０％」のビームスプリッター２１が用いられる場合、撮像対象５０に対する照明光（第１光束Ｌ１）の明るさは増大される。しかしながらこの場合、撮像対象５０からの反射光である撮影光Ｌ３がビームスプリッター２１を透過する割合が低減するため、最終的に撮像対象５０が受光する撮影光Ｌ３の明るさは、照明光Ｌ０の明るさの１／４よりも小さくなる。一方、図５及び図６の撮像システム１０において「反射率：透過率＝３０％：７０％」のビームスプリッター２１が用いられる場合、撮影光Ｌ３がビームスプリッター２１を透過する割合は増大するが、撮像対象５０に照射される照明光の明るさが低減する。その結果、最終的に撮像対象５０が受光する撮影光Ｌ３の明るさは、照明光Ｌ０の明るさの１／４よりも小さくなる。

【0063】

このように、ビームスプリッター２１の反射率及び透過率の比率が調整されても、図５及び図６に示す撮像システム１０では、最終的に撮像対象５０が受光する撮影光Ｌ３は暗くなる傾向がある。

【0064】

次に、図３～図６の撮像システム１０によって得られる撮像対象５０の撮影画像Ｐ（すなわち撮像装置１２から出力される画像データ）の例について説明する。

【0065】

図７Ａ～図８Ｂは、撮像対象５０である電子チップ（特に単一組成を有する面部）の撮影画像Ｐを示す。図７Ａは、図３の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図７Ｂは、図４の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図８Ａは、図５の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図８Ｂは、図６の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。

【0066】

図７Ａ～図８Ｂに示す撮影画像Ｐは、撮像システム１０の装置構成の相違（図３～図６参照）以外の条件は基本的に同じに揃えられて取得された撮影画像Ｐである。したがって、撮像条件（例えば撮像装置１２のシャッタースピードやゲインなど）及び照明条件（例えば光源２０の位置や発光強さ、及び、ビームスプリッター２１の位置や反射／透過特性など）は、図７Ａ～図８Ｂの撮影画像Ｐ間で同じである。

【0067】

図７Ａの撮影画像Ｐに関し、画像外周領域Ｒ１の平均濃淡値（すなわち平均画素値）は「２１０」であり、画像中央領域Ｒ２の平均濃淡値は「２２５」であった。また図７Ｂの撮影画像Ｐに関し、画像外周領域Ｒ１の平均濃淡値は「２１３」であり、画像中央領域Ｒ２の平均濃淡値は「２２７」であった。一方、図８Ａの撮影画像Ｐに関し、画像外周領域Ｒ１の平均濃淡値は「１２５」であり、画像中央領域Ｒ２の平均濃淡値は「１３５」であった。また図８Ｂの撮影画像Ｐに関し、画像外周領域Ｒ１の平均濃淡値は「１２１」であり、画像中央領域Ｒ２の平均濃淡値は「１３０」であった。

【0068】

なお、図７Ａ～図８Ｂの撮影画像Ｐの濃淡値は８ビット（すなわち「０」～「２５５」）で表され、数値が大きいほど明るい画像であることを示し、数値が小さいほど暗い画像であることを示す。上述の画像外周領域Ｒ１の平均濃淡値は、画像外周領域Ｒ１に含まれる複数画素の画素値の平均値によって表される。同様に、画像中央領域Ｒ２の平均濃淡値は、画像中央領域Ｒ２に含まれる複数画素の画素値の平均値によって表される。

【0069】

図９Ａ～図１０Ｂは、撮像対象５０である水晶発振器（特に素体（セラミックス）及び４つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像Ｐを示す。図９Ａは、図３の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図９Ｂは、図４の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図１０Ａは、図５の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図１０Ｂは、図６の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。なお図９Ａ～図１０Ｂの撮影画像Ｐは、撮像システム１０の装置構成の相違（図３～図６参照）以外の条件は基本的に同じに揃えられて取得された撮影画像Ｐである。

【0070】

一般に、金属めっきによる電極は、入射光に対する反射態様として正反射（鏡面反射）が支配的になり、図３～図６に示す撮像システム１０により取得される撮影画像Ｐにおいて、光源２０から出射される照明光Ｌ０の明るさの１／４程度の明るさを持ちうる。一方、セラミックス製の素体は、入射光に対する反射態様として拡散反射（散乱反射）が支配的になり、入射光の一部を全方向に概ね均等に反射するともに、入射光の他の部分を透過及び吸収する。そのためセラミック製の素体は、図３～図６に示す撮像システム１０により取得される撮影画像Ｐにおいて、光源２０から出射される照明光Ｌ０の明るさの１／４よりも大幅に小さい明るさを持ちうる。なお、電極及び素体の具体的な材質及び表面状態によって、電極及び素体における光の反射態様（散乱、透過及び吸収を含む）は変動する。そのため、撮像装置１２によって実際に受光される電極及び素体の撮影光Ｌ３の明るさ（光強度）は、想定よりも小さくなることがある。

【0071】

図９Ａの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ３の平均濃淡値は「２３５」であり、第２画像電極領域Ｒ４の平均濃淡値は「２３７」であり、画像素体領域Ｒ５の平均濃淡値は「１２０」であった。また図９Ｂの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ３の平均濃淡値は「２３９」であり、第２画像電極領域Ｒ４の平均濃淡値は「２３７」であり、画像素体領域Ｒ５の平均濃淡値は「１１９」であった。一方、図１０Ａの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ３の平均濃淡値は「１７９」であり、第２画像電極領域Ｒ４の平均濃淡値は「１７５」であり、画像素体領域Ｒ５の平均濃淡値は「３８」であった。また図１０Ｂの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ３の平均濃淡値は「１８０」であり、第２画像電極領域Ｒ４の平均濃淡値は「１７５」であり、画像素体領域Ｒ５の平均濃淡値は「４０」であった。

【0072】

図１１Ａ～図１２Ｂは、撮像対象５０である電子部品（特に素体（セラミックス）及び２つの電極（金属めっき）が露出する面部）の撮影画像Ｐを示す。図１１Ａは、図３の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図１１Ｂは、図４の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図１２Ａは、図５の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。図１２Ｂは、図６の撮像システム１０によって取得される撮影画像Ｐを示す。なお図１１Ａ～図１２Ｂの撮影画像Ｐは、撮像システム１０の装置構成の相違（図３～図６参照）以外の条件は基本的に同じに揃えられて取得された撮影画像Ｐである。

【0073】

図１１Ａの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ６の平均濃淡値は「２２４」であり、第２画像電極領域Ｒ７の平均濃淡値は「２２６」であり、画像素体領域Ｒ８の平均濃淡値は「１１４」であった。また図１１Ｂの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ６の平均濃淡値は「２２２」であり、第２画像電極領域Ｒ７の平均濃淡値は「２２２」であり、画像素体領域Ｒ８の平均濃淡値は「１１２」であった。一方、図１２Ａの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ６の平均濃淡値は「１６２」であり、第２画像電極領域Ｒ７の平均濃淡値は「１６４」であり、画像素体領域Ｒ８の平均濃淡値は「３６」であった。また図１２Ｂの撮影画像Ｐに関し、第１画像電極領域Ｒ６の平均濃淡値は「１６０」であり、第２画像電極領域Ｒ７の平均濃淡値は「１６３」であり、画像素体領域Ｒ８の平均濃淡値は「３４」であった。

【0074】

上述の図７Ａ～図１２Ｂからも明らかなように、導光部３０を具備する照明装置１１を用いることによって、導光部３０を具備しない照明装置１１を用いる場合に比べ、明るい撮影画像Ｐを取得することができる。そのため、例えば撮影画像Ｐの二値化処理を行うことで、撮像対象５０の構成部位（例えば電極部位及び素体部位）の範囲を精度良く区別及び把握することが可能である。また撮影画像Ｐにおける黒つぶれを効果的に抑制でき、撮像対象５０のうち比較的反射率の低い部位の状態も、撮影画像Ｐにおいて明瞭に再現することが可能である。

【0075】

以上説明したように上述の導光部３０を具備する照明装置１１によれば、ビームスプリッター２１によって反射される第１光束Ｌ１だけではなく、ビームスプリッター２１を透過した第２光束Ｌ２の少なくとも一部も、撮像対象５０に照射される。このように照明光Ｌ０のうちビームスプリッター２１を透過した光成分（第２光束Ｌ２）を導光部３０によってビームスプリッター２１に再入射させることで、効率的に、撮像対象５０に対して照明光を明るく照射することができる。その結果、明るい撮影光Ｌ３を撮像装置１２によって受光させることができる。

【0076】

このように導光部３０を具備する照明装置１１によれば、全体的に明るい高精細な撮影画像Ｐを取得することができる。そのため、例えば撮像対象５０の線幅の細い部分であっても、撮影画像Ｐにおいて明瞭に再現することが可能である。

【0077】

また光源２０の発光負荷の軽減を可能にする。例えば発光強度が比較的小さい光源２０が用いられる場合であっても、撮像対象５０を十分な明るさの光によって照明することが可能であり、十分な明るさの撮像対象５０の撮影画像Ｐを撮像装置１２によって得ることが可能である。

【0078】

また十分な明るさの撮影画像Ｐが撮像装置１２によって得られることで、ゲインコントロールなどの撮影画像Ｐの明るさ調整が不要になり、又は、そのような撮影画像Ｐの明るさ調整の程度を抑えることができる。その結果、ノイズ成分が抑えられた高画質の撮影画像Ｐを撮像装置１２から出力することができる。そのため撮影画像Ｐを使って撮像対象５０の評価又は検査が行われる場合には、当該評価又は検査において高精度な判定を安定的に行うことが可能であり、撮像対象５０のキズ等の欠陥を撮影画像Ｐから高い信頼性を持って判別することが可能になる。

【0079】

［変形例］
上述の図１、図３及び図４に示す例では、２つ又は３つの反射体（第１反射体３１～第３反射体３３参照）を具備する導光部３０が用いられているが、導光部３０は４つ以上の反射体を具備してもよい。

【0080】

また導光部３０は、ミラーの代わりにプリズムなどの任意の反射体（第１反射体３１～第３反射体３３参照）を具備してもよい。

【0081】

また撮像システム１０は、光（照明光Ｌ０、第１光束Ｌ１、第２光束Ｌ２及び撮影光Ｌ３を含む）の状態（進路及び特性を含む）を調整する任意の光学素子を備えてもよい。そのような光学素子として、例えば特定波長域の光をカットしたり透過させたりする光学フィルタ、及び、光を屈折させて発散又は収束させるレンズが挙げられる。そのような光学素子は、光源２０とビームスプリッター２１との間（例えば光学系２６とビームスプリッター２１の間）、ビームスプリッター２１と撮像対象５０との間、導光部３０とビームスプリッター２１との間、及び／又はビームスプリッター２１と撮像装置１２との間（例えば照明装置１１と撮像装置１２との間）に設置されてもよい。

【0082】

本明細書で開示されている実施形態及び変形例はすべての点で例示に過ぎず限定的には解釈されないことに留意されるべきである。上述の実施形態及び変形例は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態での省略、置換及び変更が可能である。例えば上述の実施形態及び変形例が全体的に又は部分的に組み合わされてもよく、また上述以外の実施形態が上述の実施形態又は変形例と組み合わされてもよい。また、本明細書に記載された本開示の効果は例示に過ぎず、その他の効果がもたらされてもよい。

【0083】

上述の技術的思想を具現化する技術的カテゴリーは限定されない。例えば上述の装置を製造する方法或いは使用する方法に含まれる１又は複数の手順（ステップ）をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムによって、上述の技術的思想が具現化されてもよい。またそのようなコンピュータプログラムが記録されたコンピュータが読み取り可能な非一時的（non-transitory）な記録媒体によって、上述の技術的思想が具現化されてもよい。

【符号の説明】

【0084】

１０ 撮像システム、１１ 照明装置、１２ 撮像装置、２０ 光源、２１ ビームスプリッター、２３ ハウジング、２４ 第１ハウジング透光部、２５ 第２ハウジング透光部、２６ 光学系、３０ 導光部、３１ 第１反射体、３２ 第２反射体、３３ 第３反射体、３５ 光透過部、５０ 撮像対象、Ｄ１ 第１方向、Ｄ２ 第２方向、Ｌ０ 照明光、Ｌ１ 第１光束、Ｌ２ 第２光束、Ｌ３ 撮影光、Ｐ 撮影画像、Ｒ１ 画像外周領域、Ｒ２ 画像中央領域、Ｒ３ 第１画像電極領域、Ｒ４ 第２画像電極領域、Ｒ５ 画像素体領域、Ｒ６ 第１画像電極領域、Ｒ７ 第２画像電極領域、Ｒ８ 画像素体領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
入射光を第１光束及び第２光束に分割し、前記第１光束を対象に向けて導くビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターからの前記第２光束の少なくとも一部を、前記ビームスプリッターに入射させて前記ビームスプリッターから前記対象に向けて出射させる導光部と、
を備え、
前記導光部は、前記ハウジングの内側において前記ハウジングとは別体として設けられる複数の反射体を含み、
前記複数の反射体のうちのいずれかは、前記ビームスプリッターを透過した前記対象からの反射光である撮影光の少なくとも一部を通過させる光透過部を有し、
前記光透過部は、物体が存在しない空間として設けられ、
前記撮影光は、前記ビームスプリッター及び前記光透過部を通って撮像装置に入射する、照明装置。

【請求項2】

前記ビームスプリッターは、前記第１光束を前記対象に向けて反射し、前記第２光束を透過する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記ビームスプリッターは、前記第１光束を第１導光方向に反射し、前記入射光から分割される前記第２光束を第２導光方向に透過し、
前記導光部は、前記ビームスプリッターからの前記第２光束の少なくとも一部を、前記ビームスプリッターに対して前記第１導光方向に入射させるように反射する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項4】

前記導光部は、
前記ビームスプリッターからの前記第２光束を反射する第１反射体と、
前記第１反射体によって反射された前記第２光束を前記ビームスプリッターに向けて反射する第２反射体と、
を有する請求項１に記載の照明装置。

【請求項5】

前記導光部は、
前記ビームスプリッターからの前記第２光束を反射する第１反射体と、
前記第１反射体によって反射された前記第２光束を反射する第２反射体と、
前記第２反射体によって反射された前記第２光束を前記ビームスプリッターに向けて反射する第３反射体と、
を有する請求項１に記載の照明装置。

【請求項6】

前記ビームスプリッターは、前記対象からの反射光である撮影光の少なくとも一部を透過し、
前記導光部は、前記ビームスプリッターを透過した前記撮影光の少なくとも一部を通過させる光透過部を有し、
前記撮影光は、前記ビームスプリッター及び前記光透過部を通って前記撮像装置に入射する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項7】

前記撮影光は、前記光透過部を通った後、反射体を介することなく前記撮像装置に入射する、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記ビームスプリッターを介して前記対象とは反対側に配置され、前記対象からの反射光である撮影光を、前記ビームスプリッターを介して受光する撮像装置と、
を備える撮像システム。