This guide is available in Japanese only (it is human-written prose, so nothing here is machine-substituted).
レンズは欠陥をどれだけ鮮明に写すかを決め、照明は欠陥にコントラストがあるかを決める。
コントラストが無いものは、どんな高級レンズでも、どんな AI でも見えない。
外観検査でいちばん効く技能はここにある。
幾何（同軸／リング／ドーム／暗視野／バックライト）の数値的な選定は
optics/guides/optics_imaging.md の「照明設計」節が扱う（illumination_design /
defect_contrast / lighting_sweep が第一原理でコントラストを計算する）。
この文書はその外側 —— 機器と現場の実務 —— を書く教材である。
optics_imaging.md へ）| 欠陥・目的 | 効く照明 | 理屈 |
| --- | --- | --- |
| 鏡面の凹凸・刻印 | 同軸 | 正反射をそのままカメラへ返し、傾いた面だけ暗くする |
| 一般的な表面 | 高角リング | 汎用。まずここから試す |
| 荒れた欠陥（欠け・ピット・微細傷）・異物 | 低角リング（暗視野） | 散乱成分だけを拾う。平面は暗く、荒れた所だけ光る |
| 光沢のある曲面・顔料の色 | ドーム | 全方位から照らして正反射のムラを消す |
| 輪郭・寸法・穴 | バックライト | 形だけを見る。表面の模様に邪魔されない |
| 方向性のあるテクスチャ | バー（斜め） | 影で凹凸を強調する |
注意: 「暗視野なら傷が光る」は荒れた側面を持つ傷の話。
なめらかに傾いただけの面（例: 10°）は暗視野では光らない —— 低い光をカメラの外へ
鏡面反射するだけだからである（defect_contrast が数で示す）。
• 短波長ほど微細に有利。 回折限界は λ に比例する（Airy 半径 = 1.22 λ N）。
同じレンズでも青（450 nm）は赤（630 nm）より約 3 割細かく分けられる。
微細欠陥を狙うなら短波長。
• 赤外は透ける。 多くの樹脂は近赤外を透過するので、袋や樹脂カバー越しに中身を見る、
接着層の内部を見る、といった使い方ができる。シリコンセンサ自体は 約 1100 nm
（Si のバンドギャップ）まで感度があるので、そこまでは普通のカメラで撮れる。
• UV 励起の蛍光で「可視では見えないもの」を見る —— 接着剤の塗布ムラ、油分、
異物の残留。光っているのは反射ではなく被写体自身なので、露光は桁違いに長くなる。
• 色でコントラストを作る。 対象の補色の光を当てるとその部分が暗くなる。
緑の異物を赤色照明で撮れば黒く沈む。カラーカメラより単色照明 + モノクロカメラの
ほうが感度も分解能も良いことが多い。
• ★ 狭帯域 LED + バンドパスフィルタが外光対策の定番。
照明の波長だけを通すフィルタをレンズに付ければ、蛍光灯も日光もほとんど落ちる。
遮光カバーを作る前に、まずこれを試す価値がある。
• 直交偏光でテカリを消す。 光源側と受光側に偏光板を入れ、直交させる。
金属や透明層での正反射は偏光をよく保つので消える。一方、内部で散乱してから
出てくる拡散反射は偏光が解消されているので残る。
→ 塗装面のクリア層のテカリを消して下地を見る、といった使い方。
• 応力複屈折で透明体（ガラス・樹脂）の内部応力を可視化できる。
成形品の残留応力、強化ガラスの検査。
• 代償は光量が落ちること（偏光板 2 枚で 1/4 以下）。§4 の点灯方式と組で考える。
| 方式 | 光量 | 使いどころ |
| --- | --- | --- |
| 連続点灯 | 定格どおり | 静止物、単純な構成。熱が定常に達するまで明るさが動く（§6） |
| ストロボ（パルス） | 連続と同程度 | 動体ブレを止める。露光と同期して短く光らせる |
| オーバードライブ | 大きく増える（条件により定格の 10 倍程度） | 光量が足りない・高速搬送・偏光で暗い、を一度に解く |
オーバードライブの要点（一次情報は照明メーカーのアプリケーションノート）:
• パルス幅は数 ms から 1 µs まで、デューティは 1% 未満まで下げられる。
• 発熱の制約からデューティは 10% 程度が上限とされる。
• 低デューティなので LED 接合部の発熱はむしろ減り、寿命に有利。
放熱器を小さく、あるいは不要にできる設計上の余地も生まれる。
• カメラの露光とのトリガ同期が必須。ずれると「たまに暗い画像」が混じり、
原因が照明だと気づきにくい（学習データにこれが混ざると質が落ちる）。
• PWM 調光の周波数とラインレートがビートを起こすと、画像に横縞が出る。
調光を絞るほどデューティが下がって目立つ。調光は PWM でなく定電流で、
が原則。
• 外光も同じ。商用電源由来の 100 / 120 Hz、インバータ蛍光灯の数十 kHz。
• 対策の順: ①遮光する ②バンドパスで落とす（§2）③露光時間を明滅周期の整数倍にする
④定電流調光に替える。
• LED の光束は経時低下する。 定電流で駆動していても、接合温度が上がれば光量は下がる。
• だから 熱定常で測る。電源投入直後は明るく、数十分後に落ち着く。
立ち上げ直後に決めた露光値は、定常状態では暗すぎる。
• 判定の閾値を絶対輝度で持つ装置は、定期的に標準板（白色拡散板）で校正するか、
光量フィードバック付きの電源を使う。
• 合成データを作るときも同じ —— 実機の明るさが動くなら、その変動幅を
inspection_dataset(intensity_jitter=...) に入れておく。
ランプとランプシステムを 4 つのリスクグループに分類する規格。
| RG | 意味 | 目安 |
| --- | --- | --- |
| RG0（免除） | 危険なし。長時間見ても害はない | 連続被ばく ~10,000 s まで |
| RG1（低リスク） | 限られた時間なら害はない | ~100 s |
| RG2（中リスク） | 瞬目反射など自然な回避反応があるため通常は傷害に至らないが、短時間でも不快 | ~0.25 s |
| RG3（高リスク） | 短時間でも危険。特に近距離 | — |
• RG2 / RG3 は警告表示と使用上の注意が要る。 産業用の強い照明は RG2 に入ることが
普通にある（例: Zivid 2+ のプロジェクタは IEC 62471-5 の RG2）。
• 検査装置は人が覗き込む作業が必ず発生する（段取り、清掃、トラブル対応）。
設計時に RG を確認し、覗き込む姿勢で被ばくしない構造にする。
• UV と青色は特に注意（青色光網膜傷害）。UV 蛍光検査は遮光筐体が前提。
• 遮光カバー、開口を小さく、内側は艶消し黒（黒アルマイト、植毛シート）。
• 迷光は「見ていないところ」から来る。白い床、作業者の白衣、隣の装置のモニタ。
カメラ位置から部屋を見回して、明るいものを探す。
• 遮光しきれないなら §2 のバンドパス。照明を強くして相対的に外光を無視するのも
一手で、そのときオーバードライブ（§4）が効く。
| 要素 | 今あるもの | 足りないもの |
| --- | --- | --- |
| 幾何 | light_source / light_spec（ring / dome / bar / coaxial / backlight）、illumination_design | — |
| 波長 | light_spec(wavelength_nm, bandwidth_nm)、light_wavelengths | 実分光分布、蛍光（励起 → 発光の波長変換） |
| 偏光 | light_spec(polarization=)、jones_* / mueller_* op | 照明 → 表面 → 受光の偏光を通したレンダリング |
| 点灯方式 | 無し | ストロボ／オーバードライブ、露光との同期ずれ |
| フリッカ | 無し | ラインスキャンのビート縞（実機の主要な故障モード） |
| 経時変化 | inspection_dataset(intensity_jitter=) で振れる | 熱による系統的なドリフト（ランダムでなく単調） |
| 安全 | 無し | リスクグループの計算 |
| レンダリング | illumdesign は点光源の和 | 多重反射・相互反射なし、異方性 BRDF 未対応 |
| 症状 | まず疑う | 確かめ方 |
| --- | --- | --- |
| 欠陥がまったく見えない | 照明の幾何が合っていない | illumination_design(surface, defect) で候補を出し、上位から実機で試す |
| 傷は見えるが平面もギラつく | 正反射がカメラに入っている | 偏光板を直交に入れる、または仰角を変える（lighting_sweep） |
| なめらかな傾き欠陥が暗視野で光らない | それは正常。暗視野は荒れに効く | defect_contrast の regime を見る。topographic なら暗視野は不適 |
| 画像に横縞が出る（ラインスキャン） | PWM 調光と外光のビート | 調光を定電流に、遮光、露光を周期の整数倍に |
| たまに暗い画像が混じる | ストロボとカメラ露光の同期ずれ | トリガ信号をオシロで見る。連続点灯にして再現するか確認 |
| 朝と夕方で判定が変わる | 外光の混入 | 遮光して再現するか。バンドパスフィルタを入れて比較 |
| 立ち上げ直後だけ合格率が高い | LED が熱定常に達していない | 電源投入から 60 分、10 分おきに標準板を撮って輝度を記録 |
| 数か月で徐々に閾値を外れる | LED の経時低下 | 標準板の輝度を履歴で見る。定期校正を運用に入れる |
| 露光を伸ばせず光量が足りない | 連続点灯の上限 | オーバードライブ対応の電源に替える（デューティ 10% 以内） |
| 作業者が眩しいと言う | リスクグループ | RG を確認し、覗き込み位置での被ばくを見直す |
• Advanced Illumination — *The Mechanics of Strobe Overdriving LED Lights for Machine
Vision Applications*（連続 / ストロボ / オーバードライブの区別、低デューティ化、
接合部発熱の低減） — <https://advancedillumination.com/the-mechanics-of-strobe-overdriving-led-lights-for-machine-vision-applications/>
• Smart Vision Lights — *OverDrive Driver*（パルス幅 数 ms〜1 µs、デューティ 1% 未満、
デューティ上限 10%、定格比 10 倍級の電流） — <https://machinevisiondirect.com/blogs/news/svl-overdrive>
• Opto Engineering — *LED pulsing and strobing* — <https://www.opto-e.com/basics/led-pulsing-and-strobing>
• Advanced Illumination — *IEC 62471 Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems*
（RG0–RG3 の分類） — <https://www.advancedillumination.com/wp-content/uploads/2023/04/IEC-040119-Photobiological-Safety-of-Lamps-and-Lamp-Systems_042723.pdf>
• Luminus Devices — *Understanding IEC 62471 and IEC 62778 Eye Safety Risk Groups* —
<https://luminusdevices.zendesk.com/hc/en-us/articles/10532958752397-Safety-Understanding-IEC-62471-and-IEC-62778-Eye-Safety-Risk-Groups-visible-and-nonvisible-light-sources>