(57)【要約】      （修正有）【課題】対象物の表面をリアルタイムに検査することが可能となる装置を提供する。【解決手段】表面検査用装置１０−１は、対象物１００の表面（被検査面）を観察又は検査するのに用いられる装置であって、第１周期パターン（周期パターン）を含む第１の検査パターン（第１のパターン）を対象物１００の表面に形成する投影部１０２（形成手段）と、少なくとも一方向から見て（例えば検査者の視点１０７と被検査面の任意の点を通る軸方向）、対象物１００の表面に形成された第１の検査パターンに重なるように、第２周期パターン（周期パターン）を含む第２の検査パターン（第２のパターン）の虚像を表示する虚像表示手段１０４（表示手段）と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面を観察又は検査するのに用いられる装置であって、
周期パターンを含む第１のパターンを前記表面に形成する形成手段と、
少なくとも一方向から見て、前記表面に形成された前記第１のパターンに重なるように、周期パターンを含む第２のパターンの虚像を表示する表示手段と、を備える装置。
【請求項２】
前記形成手段は、前記表面に前記第１のパターンを投影する投影部を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のパターンの少なくとも一方について特性を調整するための調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記調整手段は、
前記第１のパターンが形成された前記表面を撮影する撮像部を含み、
前記撮像部で得られた撮影画像に基づいて、前記第２のパターンを生成することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のパターンの生成は処理部により行われ、
前記処理部は、
前記撮影画像から、前記表面における前記第１のパターンが形成された領域であるパターン領域を検出する検出部と、
前記第２のパターンが前記パターン領域に含まれる前記第１のパターンに近似するよう生成する生成部と、を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記生成部は、前記第２のパターンの基となる基準パターンにおける周期パターンの位置、位相、周期、方向、幾何形状のうち少なくとも１つを調整することで前記第２のパターンを生成することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記生成部は、前記パターン領域の輝度分布の周波数特性に基づいて前記第２のパターンを生成することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
外部からの情報を入力するための情報入力部を更に備え、
前記生成部は、前記情報入力部から入力された前記情報に基づいて、既に生成した前記第２のパターンにおける周期パターンの位置、位相、周期、方向、濃淡、色、幾何形状のうち少なくとも１つを調整することで、前記第２のパターンを再生成することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記情報は、入力操作手段を用いて入力されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記情報は、前記対象物の基準形状を示す情報であることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記表示手段は、前記一方向から見て、前記第２のパターンの虚像を前記パターン領域に略一致するよう表示することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出部は、前記撮影画像の輝度分布に基づいて前記パターン領域を検出することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のパターンは、該第１のパターンの前記周期パターンの外縁に配置される複数のマークを更に含み、
前記検出部は、前記撮影画像から前記複数のマークを検知することで前記パターン領域を検出することを特徴とする請求項５〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記形成手段、前記表示手段、前記撮像部及び前記処理部の少なくとも２つが一体的に設けられていることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記表示手段は、
前記第２のパターンの実像を表示する実像表示部と、
前記実像表示部に表示された前記実像を形成する光が入射され該光の一部を前記一方向に反射させる透過反射部材と、を含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記表示手段は、ユーザが保持するための保持部又はユーザに装着するための装着部を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記形成手段は、ユーザが保持するための保持部又はユーザに装着するための装着部を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
対象物の表面を観察又は検査する方法であって、
周期パターンを含む第１のパターンを前記表面に形成する工程と、
少なくとも一方向から見て、前記表面に形成された前記第１のパターンに重なるように、周期パターンを含む第２のパターンの虚像を表示する工程と、
前記第１のパターンと前記第２のパターンの虚像を重ねて目視する工程と、を含む方法。
【請求項１９】
前記表示する工程に先立って、
前記第１のパターンが形成された前記表面を撮影する工程と、
前記撮影する工程で得られた撮影画像に基づいて、前記第２のパターンを生成する工程と、を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記生成する工程は、
前記撮影画像から、前記表面における前記第１のパターンが投影された領域であるパターン領域を検出するサブ工程と、
前記第２のパターンを前記パターン領域に近似するよう生成するサブ工程と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の表面を観察又は検査するのに用いられる装置及び対象物の表面を観察又は検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、対象物の表面を検査する技術の開発が盛んに行われている（例えば特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、対象物の表面をリアルタイムに検査することに関して改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、対象物の表面を観察又は検査するのに用いられる装置であって、周期パターンを含む第１のパターンを前記表面に形成する形成手段と、少なくとも一方向から見て、前記表面に形成された前記第１のパターンに重なるように、周期パターンを含む第２のパターンの虚像を表示する表示手段と、を備える装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、対象物の表面をリアルタイムに観察又は検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の表面検査用装置の構成例１を説明するための図である。
【図２】第１実施形態の表面検査用装置の構成例２を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は、それぞれ第２の検査パターンの調整例１〜６を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ図３（ｂ）での周期の調整方法を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の表面検査用装置の構成例１を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ第２実施形態の表面検査用装置の構成部間の接続形態（その１及びその２）を示すブロック図であり、図６（ｃ）は、変形例の表面検査用装置の構成部間の接続形態を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態の表面検査用装置の動作フロー１を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ−１）〜図８（ａ−５）は、それぞれ凹凸がない被検査面に対して行われた検査の手順を視覚的に説明するための図であり、図８（ｂ−１）〜図８（ｂ−５）は、それぞれ凹凸がある被検査面に対して行われた検査の手順を視覚的に説明するための図である。
【図９】第２実施形態の表面検査用装置の構成例２を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態の表面検査用装置の動作フロー２を示すフローチャートである。
【図１１】実施例１における縦縞パターンとパターン検出用の複数のマークを持つ第１の検査パターンを示す図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｅ）は、それぞれ実施例１における第２の検査パターンを生成する方法の一例を説明するための図である。
【図１３】実施例２における縦縞パターンのみを持つ第１の検査パターンを示す図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、それぞれ実施例２の対象物における第１の検査パターンが投影された領域であるパターン領域を抽出する方法を説明するための図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、それぞれ実施例２におけるパターン領域の輝度分布の周波数特性から第２の検査パターンを生成する方法を説明するための図である。
【図１６】実施例３の表面検査用装置の構成例を説明するための図である。
【図１７】実施例４の表面検査用装置の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１には、対象物の表面を観察又は検査するための第１実施形態の表面検査用装置の構成例１である表面検査用装置１０−１が示されている。
【０００８】
ここでは、検査者が、表面検査用装置１０−１を用いて、検査対象としての立方体形状の対象物１００の一面（以下では「被検査面」とも呼ぶ）における例えば損傷、付着物、研磨不足等による凹凸の有無を目視で検査する。検査対象の対象物の形状は、立方体形状に限らず、曲面を含む形状や、さらに複雑な形状等の他の形状でも構わない。
【０００９】
表面検査用装置１０−１は、投影部１０２と虚像表示手段１０４を備えている。
【００１０】
投影部１０２は、周期パターンを含む第１の検査パターン１０１を対象物１００の被検査面に投影する。投影部１０２としては、例えばプロジェクタを用いても良いし、周期パターンでマスクされた透明板に光源からの光を照射しその透過光を対象物１００に投影しても良い。
【００１１】
第１の検査パターン１０１における周期パターン（以下では「第１周期パターン」とも呼ぶ）は、図１に示される縞模様のほか、複数の点が規則的に配列されたパターンでも良い。なお、第１の検査パターン１０１は概念的に第１周期パターンを含むが、以下の説明では、便宜上、第１周期パターンを第１の検査パターン１０１そのものとしても用いる。
【００１２】
虚像表示手段１０４は、透明板１０５と実像表示部１０６を含む。
【００１３】
透明板１０５は、検査者の視点１０７と対象物１００の被検査面との間に傾斜して配置されている。透明板１０５は、入射された光の一部を反射させ、他の一部を透過させる透過反射部材として機能する。実像表示部１０６は、例えば透明板１０５の下方に配置され、周期パターンを含む第２の検査パターンの実像１０３−１を表示する。
【００１４】
実像表示部１０６からの実像１０３−１を形成する光は、透明板１０５に照射され、一部が透明板１０５で検査者の視点１０７に向けて反射され、対象物１００の被検査面と検査者の視点１０７との間に第２の検査パターンの虚像１０３−２が表示される。この結果、検査者は、透明板１０５を介して第１の検査パターン１０１に重ねて第２の検査パターンの虚像１０３−２を視認する。
【００１５】
ここで、第２の検査パターンにおける周期パターン（以下では「第２周期パターン」とも呼ぶ）として、第１周期パターンと類似する特性を持った周期パターンを用いている。なお、第２の検査パターンは概念的に第２周期パターンを含むが、以下の説明では、便宜上、第２周期パターンを第２の検査パターンそのものとしても用いる。
【００１６】
例えば、第１周期パターンが縞模様のパターンであれば、該縞模様と類似する特性を持った縞模様のパターンを第２周期パターンとして使用する。ここでいう「特性」とは、周期パターンの位置、位相、周期、方向、濃淡、色、幾何形状などのことをいう。
【００１７】
図１では、第２の検査パターンの虚像１０３−２が対象物１００と検査者の視点１０７とを結ぶ光路上に表示されているが、これに限られない。例えば、図２に示される第１実施形態の表面検査用装置の構成例２である表面検査用装置１０−２のように、対象物１００と検査者の視点１０７を結ぶ光路の延長線上に、第２の検査パターンの虚像１０３−２を表示しても良い。すなわち、第２の検査パターンの虚像１０３−２が表示される位置としては、検査者の視点１０７から見て第１の検査パターン１０１と少なくとも一部が重なる位置であれば良い。以下では、表面検査用装置１０−１、１０−２を適宜「表面検査用装置１０」と総称する。
【００１８】
検査者は、対象物１００に投影された第１の検査パターン１０１と第２の検査パターンの虚像１０３−２とが重なり合った際に発生するモアレを観察することにより、対象物１００の凹凸の有無や程度を判断することができる。このとき、第１周期パターンと第２周期パターンの周期や方向等が大きく異なっていればモアレが観察しづらくなる。
【００１９】
そこで、第２の検査パターンを生成する際、第２周期パターンの特性である位置、位相、周期、方向、濃淡、色、幾何形状の少なくとも１つを、対象物１００に投影された第１周期パターンに第２周期パターンが近似するよう調整することでモアレを観察し易くすることができる。
【００２０】
第２周期パターンの各特性の調整は、例えば実像表示部１０６に設けられた操作部を介してユーザが行うことができる。すなわち、ユーザが対象物１００に投影された第１周期パターン及び第２周期パターンの虚像を見ながら操作部を操作して、第２周期パターンの虚像が第１周期パターンに近似するよう第２周期パターンの特性を調整する。
【００２１】
なお、実像表示部１０６の操作部を操作することに代えて又は加えて、例えばパソコン等の外部機器を実像表示部１０６に接続し、該外部機器を用いて第２周期パターンの特性を調整しても良い。この場合には、実像表示部１０６の操作部は必須ではない。
【００２２】
次に、図３を用いて、第２周期パターンの調整方法の具体例を幾つか説明する。ここでは、第１周期パターンとして、縦縞の周期パターンを用いる。なお、第２周期パターンの位置、位相、色の調整については、図を用いた説明を省略する。
【００２３】
図３（ａ）には、第２周期パターンの基となる基準パターンＢＰとして、第１周期パターンと特性が類似するパターンである縦縞の周期パターンが示されている。
【００２４】
図３（ｂ）には、周期の調整例が示されている。具体的には、例えば基準パターンＢＰの周波数特性に変調を加えることで、周波数を調整する手法を用いる。周波数特性に変調を加える方法は、後述する図４に記載の手法などを用いる。
【００２５】
図３（ｃ）には、方向の調整例が示されている。具体的には、例えば基準パターンＢＰに回転行列を作用させる手法を用いる。
【００２６】
図３（ｄ）には、濃淡の調整例が示されている。具体的には、例えば基準パターンＢＰのγ補正などの手法を用いる。
【００２７】
図３（ｅ）及び図３（ｆ）には、幾何形状の調整例が示されている。具体的には、例えば第２周期パターンの幾何形状を、基準パターンＢＰを任意の面に射影して得られた射影像となるよう調整する。図３（ｅ）の調整例は、傾斜した平面に射影して得られた射影像となるよう調整する例であり、対象物１００の被検査面が同様の傾斜した平面である場合に有効である。図３（ｆ）の調整例は、曲面に射影して得られた射影像となるよう調整する例であり、対象物１００の被検査面が同様の曲面である場合に有効である。すなわち、第２周期パターンの幾何形状を、対象物１００の被検査面の形状にできるだけ近似する形状に調整することが好ましい。
【００２８】
なお、幾何形状の調整において、予め基準パターンＢＰを複数の異なる面に射影して得られた複数の射影像を記憶部（メモリやハードディスク）に記憶させておき、該複数の射影像のうち、対象物１００に投影された第１周期パターンに最も近似する射影像をユーザが操作部で選択するようにしても良い。
【００２９】
次に、図４を用いて、周波数特性に変調を加える方法について説明する。
図４（ａ）には、図３（ａ）の画像をフーリエ変換して得られた周波数特性のデータである基準データが示されている。図４（ａ）では、説明の便宜上、一次元の周波数特性として図示しているが、実際には二次元の周波数特性である。
【００３０】
図４（ｂ）には、周波数成分をシフトさせることで周期を調整する方法が示されている。周波数特性のプロファイル全体を、図４（ａ）の基準データに対して周波数方向にΔだけシフトさせる。これにより得られた周波数特性を、逆フーリエ変換することで、画像に復元する。
【００３１】
図４（ｃ）には、周波数成分を変倍させることで周期を調整する方法が示されている。周波数特性のプロファイル全体について、図４（ａ）の基準データに対して周波数成分の値をα倍する。これにより得られた周波数特性を、逆フーリエ変換することで、画像に復元する。
【００３２】
なお、上記第１実施形態では、第１周期パターンに近似するように第２周期パターンを調整、生成しているが、これに代えて、第２周期パターンに近似するように第１周期パターンを調整、生成しても良い。具体的には、例えば投影部１０２としてプロジェクタを用い、該プロジェクタの操作部を介してユーザが図３や図４で説明した第２周期パターンを調整する方法と同じ要領で第１周期パターンを調整しても良い。
【００３３】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。図５には、第２実施形態の表面検査用装置の構成例１である表面検査用装置２０−１が示されている。
【００３４】
表面検査用装置２０−１は、第１実施形態の表面検査用装置１０と同様の投影部１０２、虚像表示手段１０４に加えて、撮像部１０８及び処理部１０９を備えている。
【００３５】
撮像部１０８は、対象物１００の被検査面を撮影できるよう配置されている。撮像部１０８は、対象物１００の被検査面に投影された第１の検査パターンを撮影し、その撮影画像の画像情報を処理部１０９に送信する。撮像部１０８は、例えば２次元配列された複数の画素（ＣＣＤやＣＭＯＳ）を持つイメージセンサを含む。
【００３６】
処理部１０９は、虚像表示手段１０４と撮像部１０８に接続されており、撮像部１０８からの画像情報に基づいて第２の検査パターンを生成し、虚像表示手段１０４に出力する。このとき、実像表示部１０６で第２の検査パターンの実像１０３−１が表示され、検査者から見て透明板１０５越しに第２の検査パターンの虚像１０３−２が第１の検査パターン１０１に重ねて表示される。
【００３７】
処理部１０９は、パターン領域検出部１０９ａとパターン生成部１０９ｂを含む（図６参照）。処理部１０９としては、例えばパソコン等のＣＰＵを含むコンピュータが用いられる。この場合、パターン領域検出部１０９ａの処理（機能）は、パターン領域検出プログラムに従ってＣＰＵにより実行される。パターン生成部１０９ｂの処理（機能）は、パターン生成プログラムに従ってＣＰＵにより実行される。すなわち、パターン領域検出部１０９ａとパターン生成部１０９ｂは、いずれもＣＰＵの構成要素である。
【００３８】
図６には、表面検査用装置２０−１の構成部間の接続形態の例が示されている。
図６（ａ）では、虚像表示手段１０４及び撮像部１０８が処理部１０９に接続されている。この場合、撮像部１０８で撮影された第１周期パターンの画像に近似するよう処理部１０９で第２周期パターンを生成し、虚像表示手段１０４で第２周期パターンの虚像を表示することとしても良い。
【００３９】
図６（ｂ）では、投影部１０２及び撮像部１０８が処理部１０９に接続されている。図６（ｂ）の接続形態の場合、第１の手法として、虚像表示手段１０４で第２周期パターンの虚像を表示させ、該虚像を例えば検査者の視点１０７近傍に配置された撮像部１０８で撮像し、その撮像画像における第２周期パターンに近似するように処理部１０９で第１周期パターンのデータを生成し投影部１０２に送ることにより、第１周期パターンを対象物１００に投影することとしても良い。
【００４０】
また、図６（ｂ）の接続形態の場合、第２の手法として、虚像表示手段１０４の実像表示部１０６で第２周期パターンの実像を表示させ、該実像を撮像部１０８で撮影し、その撮影画像における第２周期パターンに近似するように処理部１０９で第１周期パターンのデータを生成し投影部１０２に送ることにより、第１周期パターンを対象物１００に投影することとしても良い。
【００４１】
また、第２実施形態の変形例として、図６（ｃ）に示されるように、撮像部１０８を設けずに、虚像表示手段１０４と投影部１０２を処理部１０９に接続しても良い。図６（ｃ）の接続形態の場合、第１の手法として、虚像表示手段１０４で第２周期パターンの虚像を表示するとともに、虚像表示手段１０４から第２周期パターンのデータを処理部１０９に送り該処理部１０９で第２周期パターンに近似するように第１周期パターンのデータを生成し投影部１０２に送ることにより、第１周期パターンを対象物１００に投影することとしても良い。
【００４２】
また、図６（ｃ）の接続形態の場合、第２の手法として、投影部１０２から第１周期パターンを投影するとともに、投影部１０２から第１周期パターンのデータを処理部１０９に送り該処理部１０９で第１の周期パターンに近似するように第２周期パターンのデータを生成し虚像表示手段１０４に送ることにより、第２周期パターンの虚像を表示することとしても良い。
【００４３】
以下に、ユーザが対象物１００を検査する際の表面検査用装置２０−１の動作フロー（動作フロー１）を、図７を参照して説明する。図７のフローチャートは、ＣＰＵによって実行される処理アルゴリズムに基づいている。動作フロー１は、検査者が例えば操作パネルの操作により処理部１０９に対して処理開始要求を入力したときに開始される。ここでは、図６（ａ）の接続形態の場合を例にとって説明する。
【００４４】
最初のステップＳ１では、投影部１０２が、対象物１００に対して第１の検査パターン１０１を投影する。
【００４５】
次のステップＳ２では、撮像部１０８が、第１の検査パターン１０１が投影された対象物１００を撮影する。
【００４６】
次のステップＳ３では、パターン領域検出部１０９ａが、撮像部１０８で撮影された画像から、対象物１００における第１の検査パターン１０１が投影された領域であるパターン領域を検出する。
【００４７】
次のステップＳ４では、パターン生成部１０９ｂが、検出されたパターン領域の画像情報に基づいて、第２の検査パターンを生成する。
【００４８】
次のステップＳ５では、虚像表示手段１０４が、第２の検査パターンの虚像１０３−２を表示する。
【００４９】
このとき、検査者の視点位置１０７から、第１の検査パターン１０１と第２の検査パターンの虚像１０３−２が重なって視認され、対象物１００の表面（被検査面）に凹凸がある場合は、モアレが観察される。検査者は、このモアレの有無、程度を目視で確認し、対象物１００の表面の凹凸の有無、程度を判定することができる。
【００５０】
次のステップＳ６では、処理（動作フロー１）を終了するか否かを判断する。ここでの判断は、検査者による例えば操作パネルの操作により処理部１０９に対して処理終了要求が入力されているときに肯定され、入力されていないときに否定される。ステップＳ６での判断が肯定されるとフローは終了する。ステップＳ６での判断が否定されると処理が継続され、同様の動作（ステップＳ１〜ステップＳ５）が繰り返される。この際、必要に応じて対象物１００が手動もしくは自動で入れ替えられることが好ましい。これにより、複数の対象物１００の表面を連続的に検査することができる。
【００５１】
以下に、対象物１００の表面（被検査面）に凹凸がある場合、凹凸がない場合を視覚的な面から対比して説明する。
【００５２】
図８（ａ−１）、図８（ｂ−１）には、それぞれ表面に凹凸がない対象物１００、凹凸がある対象物１００の表面が示されている。図８（ｂ−１）における対象物１００の表面の中央付近の丸印は、凹凸を表している。
【００５３】
図８（ａ−２）、図８（ｂ−２）には、それぞれ表面に凹凸がない対象物１００、凹凸がある対象物１００の表面に投影される第１の検査パターン１０１が示されている。
【００５４】
図８（ａ−３）、図８（ｂ−３）には、それぞれ表面に凹凸がない対象物１００、凹凸がある対象物１００の表面に第１の検査パターン１０１が投影された状態が示されている。図８（ｂ−３）ではパターンの中央付近に凹凸に起因する歪みが発生する一方、図８（ａ−３）ではそのような歪みは発生しない。しかし、図８（ｂ−３）の画像から、目視により凹凸の有無や程度を正確に判定するのは容易でない。
【００５５】
図８（ａ−４）、図８（ｂ−４）には、それぞれ第１の検査パターン１０１に重ねて表示される第２の検査パターンが示されている。
【００５６】
図８（ａ−５）、図８（ｂ−５）には、それぞれ対象物１００の表面に投影された第１の検査パターン１０１に第２の検査パターンの虚像１０３−２が重ねて表示された状態が示されている。図８（ｂ−５）では重畳されたパターンの中央付近にモアレが発生する一方、図８（ａ−５）ではモアレは発生しない。検査者は、モアレを目視で確認することで、対象物１００の凹凸の有無や程度を判定しやすくなる。
【００５７】
図９には、第２実施形態の表面検査用装置の構成例２である表面検査用装置２０−２が示されている。以下では、表面検査用装置２０−１、２０−２を適宜「表面検査用装置２０」と総称する。
【００５８】
表面検査用装置２０−２は、外部からの入力情報に基づいて第２の検査パターンを調整するための構成を有している。
【００５９】
この構成は、例えば検査者による手入力などによって第２の検査パターンを微調整する構成である。これにより、自動で生成された第２の検査パターンでモアレが観察し難い場合に、検査者がモアレを観察し易いように手動で微調整することが可能となる。
【００６０】
表面検査用装置２０−２は、図９に示されるように、図５の表面検査用装置２０−１の構成に情報入力部１１０が追加された構成を有している。
【００６１】
情報入力部１１０は、例えばキーボード、マウス等である。図９では、情報入力部１１０と処理部１０９は一体となっているが、別体としても良い。処理部１０９と情報入力部１１０にはディスプレイが接続されており、検査者は、該ディスプレイに表示される調整項目に対して、情報入力部１１０を操作して必要な情報を入力することができる。
【００６２】
処理部１０９は、情報入力部１１０から入力された情報に基づいて第２の検査パターンを調整する。調整方法としては、図３や図４で説明した方法を用いることができる。
【００６３】
すなわち、処理部１０９は、検査者からの手入力により与えられた情報を基に、図３や図４の調整を行なう。あるいは、情報入力部１１０には対象物１００のＣＡＤなどの基準形態を示す情報を入力し、該情報を基に図３や図４の調整を行なっても良い。
【００６４】
以下に、ユーザが対象物１００を検査する際の表面検査用装置２０−２の動作フロー（動作フロー２）を、図１０を参照して説明する。図１０のフローチャートは、ＣＰＵによって実行される処理アルゴリズムに基づいている。動作フロー２は、検査者が例えば操作パネルの操作により処理部１０９に対して処理開始要求を入力したときに開始される。ここでは、図６（ａ）の接続形態の場合を例にとって説明する。
【００６５】
最初のステップＳ１１では、投影部１０２が、対象物１００に対して第１の検査パターン１０１を投影する。
【００６６】
次のステップＳ１２では、撮像部１０８が、第１の検査パターン１０１が投影された対象物１００を撮影する。
【００６７】
次のステップＳ１３では、パターン領域検出部１０９ａが、撮像部１０８で撮影された画像から、対象物１００における第１の検査パターン１０１が投影された領域であるパターン領域を検出する。
【００６８】
次のステップＳ１４では、パターン生成部１０９ｂが、検出されたパターン領域の画像情報に基づいて、第２の検査パターンを生成する。
【００６９】
次のステップＳ１５では、虚像表示手段１０４が、第２の検査パターンの虚像１０３−２を表示する。
【００７０】
このとき、検査者の視点位置１０７から、第１の検査パターン１０１と第２の検査パターンの虚像１０３−２が重なって視認され、対象物１００の表面（被検査面）に凹凸がある場合にはモアレが発生する。この際、ユーザは、モアレが視認し易い場合にはそのまま観察して凹凸の有無や程度を判定する一方、視認し難い場合には情報入力部１１０を介して第２の検査パターンを手動調整してモアレを視認し易くする。
【００７１】
次のステップＳ１６では、該ステップＳ１６に至るまでに外部からの入力情報があるか否かを判断する。具体的には、ユーザによる情報入力部１１０を介した手動調整に係る情報の入力の有無を判断する。ここでの判断が肯定されるとステップＳ１７に移行し、否定されるとステップＳ１８に移行する。
【００７２】
ステップＳ１７では、第２の検査パターンを入力情報に従って調整する。
【００７３】
次のステップＳ１８では、処理（動作フロー２）を終了するか否かを判断する。ここでの判断は、検査者による例えば操作パネルの操作により処理部１０９に対して処理終了要求が入力されているときに肯定され、入力されていないときに否定される。ステップＳ１８での判断が肯定されるとフローは終了する。ステップＳ１８での判断が否定されると処理が継続され、同様の動作（ステップＳ１１〜ステップＳ１６、もしくはステップＳ１１〜ステップＳ１７）が繰り返される。この際、必要に応じて対象物１００が手動もしくは自動で入れ替えられることが好ましい。これにより、複数の対象物１００の表面を連続的に検査することができる。
【００７４】
以下に、第２実施形態を幾つかの実施例を用いて更に詳しく説明する。
《実施例１》
実施例１は、対象物１００の表面（被検査面）が平面の場合の実施例である。
【００７５】
図１１には、図１０のステップＳ１１で投影される第１の検査パターン１０１の具体例である第１の検査パターン１０１ａが示されている。
【００７６】
第１の検査パターン１０１ａは、図１１に示されるように、輪郭形状が矩形の、一定の周期を持つ縦縞パターンＳＰと対象物１００における縦縞パターンＳＰが投影される領域であるパターン領域を検出するための複数（例えば４つ）のマークＭ１〜Ｍ４を含む。以下では、各マークを、適宜、マークＭとも総称する。なお、周期パターンとして、縦縞パターンＳＰに代えて、例えば横縞パターン、斜め縞パターン、ドットパターン等を用いても良い。
【００７７】
マークＭは、縦縞パターンＳＰの外縁における同一直線上にない少なくとも３箇所に配置されることが好ましく、少なくとも３隅に配置されることがより好ましい。ここでは、マークＭが、縦縞パターンＳＰの４隅に配置されている。マークＭとしては、例えば図１１に示されるＴ字形のような回転対称ではない形状のものを用いることが好ましい。
【００７８】
前述したパターン領域検出部１０９ａは、４つのマークＭを検知し、その検知情報（各マークＭの位置及び方向）からパターン領域を検出（抽出）する。
【００７９】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）には、実施例１におけるパターン領域検出部１０９ａでのパターン領域検出処理が示され、図１２（ｃ）〜図１２（ｅ）には、実施例１におけるパターン生成部１０９ｂでのパターン生成処理が示されている。
【００８０】
図１２（ａ）には、第１の検査パターン１０１ａが投影された対象物１００を撮像部１０８で撮影した画像（撮影画像）が模式的に示されている。
【００８１】
投影部１０２が対象物１００に正対していない場合や、撮像部１０８が対象物１００に正対していない場合には、撮像部１０８の撮影画像中では、第１の検査パターン１０１ａは図１２（ａ）のように例えば台形状に歪む。
【００８２】
図１２（ｂ）には、パターン領域検出部１０９ａによるマークの検知結果が示されている。パターン領域検出部１０９ａは、撮影画像中における４つのマークＭを検知し、各マークＭの位置及び方向の情報を取得する。マークＭの検知には、パターンマッチング等の手法を用いる。
【００８３】
パターン生成部１０９ｂは、図１２（ｃ）に示されるように、図１２（ｂ）で取得された４つのマークＭの方向の情報を基に、第２の検査パターンの縞の方向を決定する。
【００８４】
図１２（ｄ）には、第２の検査パターンの基となる基準パターンＢＰが示されている。図１２（ｄ）から分かるように、この基準パターンＢＰは、第１の検査パターン１０１ａの縦縞パターンＳＰと同一又は類似する、一定の周期を持つ縦縞パターンである。
【００８５】
パターン生成部１０９ｂは、図１２（ｅ）に示されるように、図１２（ｄ）の基準パターンＢＰを変形させることで、第２の検査パターンを生成する。具体的には、基準パターンＢＰの縞の方向を図１２（ｃ）で決定した縞の方向に合わせ、基準パターンＢＰの頂点の位置が図１２（ｂ）で検出したマークＭの位置に一致するよう基準パターンＢＰを変形させる。この結果、図１２（ａ）の撮影画像中の台形状に歪んだ縦縞パターンＳＰと近似する第２の検査パターンが生成される。
【００８６】
《実施例２》
実施例２は、対象物の表面（被検査面）が曲面である場合の実施例である。
【００８７】
図１３には、図１０のステップＳ１１で投影される第１の検査パターン１０１の具体例である第１の検査パターン１０１ｂが示されている。
【００８８】
実施例２では、第１の検査パターン１０１ｂは、縦縞パターンＳＰのみで構成されている。
【００８９】
次に、実施例２における、パターン領域検出部１０９ｂでの処理の流れを図１４を用いて説明する。
図１４（ａ）には、実施例２の対象物である円筒形の物体が斜視図で示されている。
【００９０】
図１４（ｂ）には、第１の検査パターン１０１ｂが投影された対象物を撮像部１０８で撮影した画像（撮影画像）が示されている。ここでは、投影部１０２から出力される第１の検査パターン１０１ｂを形成する光の光量が環境光の光量より大きいため、対象物１００における第１の検査パターン１０１ｂが投影されていない領域は画像上暗めに写り、第１の検査パターン１０１ｂが投影されている領域は第１の検査パターン１０１ｂの縞の明るい部分の輝度が高くなっている。
【００９１】
図１４（ｃ）には、図１４（ｂ）の撮影画像から、対象物における第１の検査パターン１０１ｂが形成された領域（パターン領域）を抽出した状態が示されている。ここでは、パターン領域検出部１０９ａが、図１４（ｂ）の撮影画像を２値化するなどして得られた領域を内包する最小の矩形部（図１４（ｃ）中の白色破線で囲まれた領域）をパターン領域として抽出する。そして、パターン生成部１０９ｂが、この抽出されたパターン領域の画像の輝度分布を基に、第２の検査パターンを生成する。
【００９２】
次に、実施例２におけるパターン生成部１０９ｂでの一連の処理を、図１５を用いて説明する。
【００９３】
図１５（ａ）には、図１４（ｃ）で抽出されたパターン領域の輝度分布が示されている。この輝度分布をフーリエ変換し、図１５（ｂ）に示される周波数特性（オリジナル）を取得する。この周波数特性（オリジナル）に対してローパスフィルタで高周波の凹凸由来の成分を除去することで、図１５（ｃ）に示される周波数特性（フィルタ処理後）を得る。最後に、周波数特性（フィルタ処理後）を逆フーリエ変換することで、周波数特性から実画像へと復元する。これにより得られた画像を、図１５（ｄ）に示される第２の検査パターンとして用いる。
【００９４】
なお、図１５では、説明の簡略化のため、一次元の周波数特性として図示しているが、実際には二次元の周波数特性である。
【００９５】
《実施例３》
実施例３は、検査者が虚像表示手段を保持する場合の実施例である。
【００９６】
実施例３は装置構成のみが実施例１及び実施例２と異なるので、実施例３の装置構成のみを図１６を用いて説明する。実施例３において、動作フローは、図７及び図１０のいずれの動作フローを用いても良い。
【００９７】
図１６に示されるように、対象物１００には、投影部１０２から第１の検査パターン１０１が投影されている。検査者は、第２の検査パターンの虚像を表示する虚像表示手段としてのヘッドマウントディスプレイＨＭＤを頭部に装着した状態で対象物１００に投影された第１の検査パターン１０１の方を向いている。これにより、検査者は、対象物１００に投影された第１の検査パターン１０１と第２の検査パターンの虚像を重ねて視認する。図１６では、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤにより表示されている第２の検査パターンの虚像は図示が省略されている。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤは、撮像部１０８及び処理部１０９を備えている。
【００９８】
≪実施例４≫
実施例４は、虚像表示手段及び投影部を、検査者が保持する場合の実施例である。
【００９９】
実施例４は装置構成のみが実施例１及び実施例２と異なるので、実施例４の装置構成のみを図１７を用いて説明する。実施例４において、動作フローは、図７及び図１０のいずれの動作フローを用いても良い。
【０１００】
図１７に示されるように、対象物１００には、検査者が保持する投影部１０２から第１の検査パターン１０１が投影されている。検査者は、虚像表示手段としてのヘッドマウントディスプレイＨＭＤを頭部に装着した状態で対象物１００に投影された第１の検査パターン１０１の方を向いている。これにより、検査者は、対象物１００に投影された第１の検査パターン１０１と第２の検査パターンの虚像を重ねて視認する。
【０１０１】
図１７では、ヘッドマウントディスプレイＨＭＤにより表示されている第２の検査パターンの虚像は図示が省略されている。ヘッドマウントディスプレイＨＭＤは、撮像部１０８及び処理部１０９を備えている。
【０１０２】
なお、図１７では、投影部１０２とヘッドマウントディスプレイＨＭＤが別体で構成されているが、投影部１０２とヘッドマウントディスプレイＨＭＤを一体的に構成しても良い。
【０１０３】
以上説明した第１及び第２実施形態の表面検査用装置１０、２０は、対象物の表面（被検査面）を観察又は検査するのに用いられる装置であって、第１周期パターン（周期パターン）を含む第１の検査パターン（第１のパターン）を対象物の表面に形成する投影部１０２（形成手段）と、少なくとも一方向から見て（例えば検査者の視点１０７と被検査面の任意の点を通る軸方向）、対象物の表面に形成された第１の検査パターンに重なるように、第２周期パターン（周期パターン）を含む第２の検査パターン（第２のパターン）の虚像を表示する虚像表示手段１０４（表示手段）と、を備えている。この場合、対象物の表面の凹凸が強調して表示されるため、検査者の目視による検査を可能とすることができる。この結果、対象物の表面をリアルタイムに検査することが可能となる。
【０１０４】
一方、対象物の表面を３次元計測装置により計測して計測結果を出力する場合には、演算等のデータの後処理に時間を要し、対象物の表面をリアルタイムに検査することに関して改善の余地がある。
【０１０５】
ここで、本発明の装置の「形成手段」は、投影部に限らず、要は、最終的に周期パターンを含む第１のパターン（例えば第１の検査パターン）を対象物の表面に沿って形作るものであれば良い。例えば「形成手段」として、周期パターンを含む第１のパターンが描画された柔軟性のある部材を用い、該部材を対象物の表面に沿って貼付しても良い。
【０１０６】
また、第１及び第２の表面検査用装置１０、２０は、第１及び第２の検査パターンの少なくとも一方について特性を調整するための調整手段を更に備えることが好ましい。この場合、第１及び第２の検査パターンの少なくとも一方の特性を、モアレを観察しやすくなるよう調整することができる。
【０１０７】
なお、第１の検査パターンが描画された柔軟性のある部材を対象物の表面に沿って貼付する場合は、少なくとも１つの特性が互いに異なる複数の第１の検査パターンがそれぞれ描画された複数の柔軟性のある部材を用意しておき、適宜付け替えることにより、実質的に第１の検査パターンを調整することが可能となる。すなわち、この場合には、現に対象物の表面に貼付されている柔軟性のある部材とは別の柔軟性のある部材が実質的に第１の検査パターンを調整するための調整手段として機能する。
【０１０８】
また、調整手段は、第１の検査パターンが形成された対象物の表面を撮影する撮像部１０８と、該撮像部１０８で得られた撮影画像に基づいて、第２の検査パターンを生成する処理部１０９と、を含むことが好ましい。この場合、モアレを観察しやすくなる第２の検査パターンを自動的に生成することができる。
【０１０９】
また、処理部１０９は、撮影画像から、対象物における第１の検査パターンが形成された領域であるパターン領域を検出するパターン領域検出部１０９ａ（検出部）と、第２の検査パターンを第２周期パターンがパターン領域に含まれる第１周期パターンに近似するよう生成するパターン生成部１０９ｂ（生成部）と、を有することが好ましい。この場合、モアレをより観察しやすくなる第２の検査パターンを自動的に生成することができる。
【０１１０】
また、パターン生成部１０９ｂは、第２の検査パターンの基となる基準パターンＢＰにおける周期パターンの位置、位相、周期、方向、幾何形状のうち少なくとも１つを調整することで第２の検査パターンを生成することが好ましい。この場合、対象物の表面が平面のときに適した第２の検査パターンを自動的に生成することができる。
【０１１１】
また、パターン生成部１０９ｂは、パターン領域の輝度分布の周波数特性に基づいて第２の検査パターンを生成することが好ましい。この場合、対象物の表面が平面以外（例えば曲面）のときに適した第２の検査パターンを自動的に生成することができる。
【０１１２】
また、第１及び第２の表面検査用装置１０、２０は、外部からの情報を入力するための情報入力部１１０を更に備え、パターン生成部１０９ｂは、情報入力部１１０を介して入力された情報に基づいて、既に生成した第２の検査パターンにおける周期パターンの位置、位相、周期、方向、濃淡、色、幾何形状のうち少なくとも１つを調整することで、第２の検査パターンを再生成することが好ましい。この場合、検査者が、モアレをより観察しやすくなるよう第２の検査パターンを手動で微調整することができる。
【０１１３】
例えば、上記外部からの情報は、入力操作手段（例えばキーボード、マウス等）を用いて入力される。
【０１１４】
例えば、上記外部からの情報は、対象物１００の基準形状を示す情報（例えばＣＡＤ情報等）である。
【０１１５】
また、虚像表示手段１０４は、上記一方向から見て、第２の検査パターンの虚像をパターン領域に略一致するよう表示することが好ましい。この場合、モアレをより観察しやすくすることができる。
【０１１６】
また、パターン領域検出部１０９ｂは、撮影画像の輝度分布に基づいてパターン領域を検出することが好ましい。この場合、簡易な構成によりパターン領域を検出することができる。
【０１１７】
また、第１の検査パターンは、第１周期パターンの外縁に配置される複数のマークを更に含み、前記検出部は、撮影画像から複数のマークを検知することでパターン領域を検出することが好ましい。この場合、パターン領域を精度良く検出することができる。
【０１１８】
また、投影部１０２、虚像表示手段１０４、撮像部１０８及び処理部１０９の少なくとも２つが一体的に設けられていても良い。
【０１１９】
また、虚像表示手段１０４は、第２の検査パターンの実像を表示する実像表示部１０４ａと、該実像表示部１０４ａに表示された実像を形成する光が入射され該光の一部を上記一方向に反射する透明板１０４ｂ（透過反射部材）と、を含むことが好ましい。
【０１２０】
また、虚像表示手段１０４は、ユーザが保持するための保持部又はユーザに装着するための装着部を含むことが好ましい。この場合、検査者が移動しながら検査することができる。
【０１２１】
また、投影部１０２は、ユーザが保持するための保持部又はユーザに装着するための装着部を含むことが好ましい。この場合、対象物１００が移動しても検査することができる。
【０１２２】
また、上記第１及び第２実施形態の対象物の表面（被検査面）を観察又は検査する方法は、周期パターンを含む第１の検査パターン（第１のパターン）を対象物の表面に形成する工程と、少なくとも一方向から見て、対象物の表面に形成された第１の検査パターンに重なるように、周期パターンを含む第２の検査パターン（第２のパターン）の虚像を表示する工程と、第１の検査パターンと第２の検査パターンの虚像を重ねて目視する工程と、を含む。この場合、対象物１００の表面の凹凸が強調して表示されるため、検査者は対象物の表面を目視により検査することができる。この結果、対象物の表面をリアルタイムに検査することが可能となる。
【０１２３】
また、第１及び第２実施形態の方法は、表示する工程に先立って、第１の検査パターンが形成された対象物の表面を撮影する工程と、撮影する工程で得られた撮影画像に基づいて、第２の検査パターンを生成する工程と、を含むことが好ましい。この場合、モアレを観察しやすくなる第２の検査パターンを自動的に生成することができる。
【０１２４】
また、生成する工程は、撮影画像から、対象物１００の表面における第１の検査パターンが投影された領域であるパターン領域を検出するサブ工程と、第２の検査パターンをパターン領域に近似するよう生成するサブ工程と、を含むことが好ましい。この場合、モアレをより観察しやすくなる第２の検査パターンを自動的に生成することができる。
【０１２５】
以下に発明者らが、上記各実施形態及び変形例を発案した思考プロセスを説明する。
【０１２６】
物体の表面の凹凸の有無、程度を検査する表面凹凸検査法としては、物体表面の三次元形状を計測する方法が一般的である。三次元形状の計測には、ステレオカメラ、光切断法、モアレ法などの手段がある。例えば、モアレ法は、計測対象に周期性のあるパターンの貼付あるいは投影を行ない、これを別の周期パターン越しにカメラで撮影することで、２つの周期パターンの重ねあわせで発生するモアレから、計測対象の三次元形状を計測するものである。以上のように、三次元形状を計測する様々な手段が既に知られている。
【０１２７】
しかし、従来の三次元形状の計測による表面凹凸検査法では、計測データから物体表面の三次元形状を算出し、それを基に凹凸の有無、程度を判断していた。そのため、データ計測から検査の判定までの間に演算装置などによる計算処理が必要であり、検査の判定を得るのにリアルタイム性という点で改善の余地があった。
【０１２８】
例えば、特許文献１（特許第５６６８４３２号）には、美容、医療分野において、肌や体型のたるみ、ゆがみ、しわ等を観察する目的で、複数の投影用パターンデータを記憶するパターンデータ記憶部と、この投影用パターンデータを用いて観察対象物にパターン画像を投影する画像投影部と、観察対象物を撮像する撮像部と、パターンデータ記憶部に記憶された投影用パターンデータと撮像部により撮像された撮像データとを重ね合わせることにより、観察対象物の起伏状態を強調した画像を生成する画像処理部と、を有し、画像投影部は、観察対象物の種類に応じてパターンデータ記憶部から観察対象物に適した投影用パターンデータを選択して投影する構成が開示されている。
【０１２９】
しかし、特許文献１では、画像処理部において、検査パターンが投影された検査対象を撮影した画像と、検査パターンのデータを合成する処理が必ず必要となるため、検査の判定を得るのにリアルタイム性という点で改善の余地があった。
【０１３０】
そこで、発明者らは、対象物の表面をリアルタイムに検査することを可能とすべく、鋭意検討の末、上記各実施形態及び変形例を発案するに至った。
【符号の説明】
【０１３１】
１０−１、１０−２、２０−１、２０−２…表面検査用装置、１００…対象物、１０１…第１の検査パターン（第１のパターン）、１０２…投影部、１０３−１…第２の検査パターン（第２のパターン）の実像、１０３−２…第２の検査パターン（第２のパターン）の虚像、１０４…虚像表示手段（表示手段）、１０５…透明板（透過反射部材）、１０６…実像表示部、１０８…撮像部、１０９…処理部、１０９ａ…パターン領域検出部（検出部）、１０９ｂ…パターン生成部（生成部）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３２】
【特許文献１】特許第５６６８４３２号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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