(57)【要約】【課題】光の照射角度を制御することによって対象物の検査を行うことが可能な画像検査装置および画像検査方法を提供する。【解決手段】画像検査装置は、対象物を撮影する撮像部と、対象物と撮像部との間に配置されて、対象物に向けて光を照射する発光面を有し、発光面における発光位置および光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、撮像部および照明部を制御するように構成された制御部とを備える。制御部は、照明部に発光位置および照射方向を変化させるとともに、撮像部に対象物を撮像させて、対象物の画像から、対象物の表面の測定点が照明されるときの照明部の発光位置および照射方向を特定し、特定された発光位置、特定された照射方向に基づいて、測定点までの距離を算出する。【選択図】図１
2019144203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮影する撮像部と、
前記対象物と前記撮像部との間に配置されて、前記対象物に向けて光を照射する発光面を有し、前記発光面における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、
前記照明部に前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部に前記対象物を撮像させて、前記対象物の画像から、前記対象物の表面の測定点が照明されるときの前記照明部の前記発光位置および前記照射方向を特定し、特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点までの距離を算出する、画像検査装置。
【請求項２】
前記撮像部は、前記照明部が前記発光位置を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第１の撮影画像を作成し、
前記撮像部は、前記照明部が前記照射方向を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第２の撮影画像を作成し、
前記制御部は、
前記複数の第１の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第１のデータ配列を作成し、
前記複数の第２の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第２のデータ配列を作成し、
前記第１のデータ配列に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第２のデータ配列に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離を算出する、請求項１に記載の画像検査装置。
【請求項３】
前記照明部は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含み、
前記複数の照明要素の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部と、
前記複数の発光部の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系とを含み、
前記制御部は、前記照明部の前記複数の照明要素の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物に照射させ、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させ、
前記制御部は、前記照明部の前記複数の照明要素の各々の前記複数の発光部の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させる、請求項２に記載の画像検査装置。
【請求項４】
前記光学系は、
前記複数の発光部にそれぞれ対向して設けられた複数のマイクロレンズを含む、請求項３に記載の画像検査装置。
【請求項５】
前記複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸とずれるように、前記複数のマイクロレンズが配置されている、請求項４に記載の画像検査装置。
【請求項６】
前記複数の照明要素のうちの少なくとも１つの照明要素において、前記少なくとも一部のマイクロレンズが、前記発光部のピッチよりも小さいピッチで配置されている、請求項５に記載の画像検査装置。
【請求項７】
前記複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸に対して傾けられるように、前記複数のマイクロレンズが配置されている、請求項４に記載の画像検査装置。
【請求項８】
前記照明部は、
前記複数の発光部から出射される光のうち前記複数のマイクロレンズのそれぞれの周囲から漏れる光を遮るように構成された遮光部をさらに含む、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の画像検査装置。
【請求項９】
対象物を撮影する撮像部と、前記対象物と前記撮像部との間に配置されて、前記対象物に向けて光を照射する発光面を有し、前記発光面における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するように構成された制御部とを備えた画像検査装置による画像検査方法であって、
前記照明部が前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部が前記対象物を撮像するステップと、
前記撮像するステップによって取得された前記対象物の画像から、前記対象物の表面の測定点が照明されるときの前記照明部の前記発光位置および前記照射方向を特定するステップと、
特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点までの距離を算出するステップとを備える、画像検査方法。
【請求項１０】
前記撮像するステップは、
前記照明部が前記発光位置を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第１の撮影画像を作成するステップと、
前記照明部が前記照射方向を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第２の撮影画像を作成するステップとを含み、
前記発光位置および前記照射方向を特定するステップは、
前記複数の第１の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第１のデータ配列を作成するステップと、
前記複数の第２の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第２のデータ配列を作成するステップとを含み、
前記算出するステップは、
前記第１のデータ配列に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第２のデータ配列に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離を算出するステップを含む、請求項９に記載の画像検査方法。
【請求項１１】
前記照明部は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含み、
前記複数の照明要素の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部と、
前記複数の発光部の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系とを含み、
前記照明部が前記発光位置および前記照射方向を変化させるステップは、
前記照明部の前記複数の照明要素の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物に照射させて、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させるステップと、
前記照明部の前記複数の照明要素の各々の前記複数の発光部の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させるステップとを含む、請求項９または請求項１０に記載の画像検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮影画像を用いて対象物を検査する画像検査装置および画像検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＡ（Factory Automation）分野などにおいては、対象物を照明しながら撮影し、得られた撮影画像を用いて対象物の外観を検査することが知られている。
【０００３】
たとえば、特開２０１７−６２１２０号公報（特許文献１）は、面光源と、面光源と検査対象との間に配置された、レンズ、遮光マスクおよびフィルタとを備えた照明装置を用いる検査システムを開示している。このシステムでは、レンズ、遮光マスクおよびフィルタにより、検査対象の各点に照射される検査光の照射立体角が略均一に形成される。これにより、視野全体を均一に照射することができ、対象物の検査精度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−６２１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２０１７−６２１２０号公報は、検査光の照射立体角を均一に制御するための構成を開示するものの、その検査光を用いた検査方法、およびその検査方法を実行するための装置の構成を開示していない。
【０００６】
本発明は、発光位置および光の照射角度を制御することによって対象物の検査を行うことが可能な画像検査装置および画像検査方法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】
【０００７】
本開示の一例によれば、画像検査装置は、対象物を撮影する撮像部と、対象物と撮像部との間に配置されて、対象物に向けて光を照射する発光面を有し、発光面における発光位置および光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、撮像部および照明部を制御するように構成された制御部とを備える。制御部は、照明部に発光位置および照射方向を変化させるとともに、撮像部に対象物を撮像させて、対象物の画像から、対象物の表面の測定点が照明されるときの照明部の発光位置および照射方向を特定し、特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、測定点までの距離を算出する。
【０００８】
この開示によれば、制御部によって、照明部が、その発光位置および光の照射角度を制御することができる。これにより、発光位置および光の照射角度を制御することによって対象物の検査を行うことが可能な画像検査装置を提供することができる。光を反射させる対象物の表面は、たとえば鏡面である。その鏡面の形状を限定することなく、測定点までの距離を算出することができる。
【０００９】
上述の開示において、撮像部は、照明部が発光位置を変化させながら対象物を照明する際に、対象物を複数回撮像して、複数の第１の撮影画像を作成する。撮像部は、照明部が照射方向を変化させながら対象物を照明する際に、対象物を複数回撮像して、複数の第２の撮影画像を作成する。制御部は、複数の第１の撮影画像から、対象物の測定点を照明するための発光位置に関する情報を有する第１のデータ配列を作成する。制御部は、複数の第２の撮影画像から、対象物の測定点を照明するための照射方向に関する情報を有する第２のデータ配列を作成する。制御部は、第１のデータ配列に含まれる発光位置の情報、および、第２のデータ配列に含まれる照射方向の情報から、距離を算出する。
【００１０】
この開示によれば、制御部は、第１のデータ配列および第２のデータ配列を作成することによって、測定点までの距離を算出することができる。
【００１１】
上述の開示において、照明部は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含む。複数の照明要素の各々は、マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部と、複数の発光部の各々から発せられる光の照射方向を、各複数の発光部の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系とを含む。制御部は、照明部の複数の照明要素の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの光を対象物に照射させ、縞パターンの位相、縞パターンの縞の周期、および縞の向きのいずれかを変化させることによって発光位置を変化させる。制御部は、照明部の複数の照明要素の各々の複数の発光部の点灯および消灯を制御することによって、照射方向を変化させる。
【００１２】
この開示によれば、制御部は、照明部の複数の照明要素の各々、および、各照明要素に含まれる複数の発光部の各々を制御することによって、照明部の発光位置および光の照射方向を制御することができる。発光させるべき発光部は、視野の場所に応じて選択可能である。したがって、視野の場所ごとに照射立体角を任意に設定可能な画像検査装置を実現できる。さらに、照射立体角を任意に変更することができるので、たとえばスリットあるいはハーフミラーといった光学部品を不要とすることができる。したがって照明装置を小型化することができる。この結果、視野の場所ごとに照射立体角を設定可能であるとともに、小型化が可能な画像検査装置を実現できる。
【００１３】
上述の開示において、光学系は、複数の発光部にそれぞれ対向して設けられた複数のマイクロレンズを含む。
【００１４】
この開示によれば、小型化が可能な画像検査装置を実現できる。
上述の開示において、複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸とずれるように、複数のマイクロレンズが配置されている。
【００１５】
この開示によれば、シンプルな構成により、光の照射方向を制御することができる。
上述の開示において、前記複数の照明要素のうちの少なくとも１つの照明要素において、前記少なくとも一部のマイクロレンズが、前記発光部のピッチよりも小さいピッチで配置されている。
【００１６】
この開示によれば、シンプルな構成により、光の照射方向を制御することができる。
上述の開示において、複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸に対して傾けられるように、複数のマイクロレンズが配置されている。
【００１７】
この開示によれば、シンプルな構成により、光の照射方向を制御することができる。
上述の開示において、照明部は、複数の発光部から出射される光のうち複数のマイクロレンズのそれぞれの周囲から漏れる光を遮るように構成された遮光部をさらに含む。
【００１８】
この開示によれば、発光部からの光が意図しない方向に漏れる可能性を低減することができる。
【００１９】
本開示の一例によれば、画像検査方法は、対象物を撮影する撮像部と、対象物と撮像部との間に配置されて、対象物に向けて光を照射する発光面を有し、発光面における発光位置および光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、撮像部および前記照明部を制御するように構成された制御部とを備えた画像検査装置による画像検査方法である。画像検査方法は、照明部が発光位置および照射方向を変化させるとともに、撮像部が対象物を撮像するステップと、撮像するステップによって取得された対象物の画像から、対象物の表面の測定点が照明されるときの照明部の発光位置および照射方向を特定するステップと、特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、測定点までの距離を算出するステップとを備える。
【００２０】
この開示によれば、照明部が、その発光位置および光の照射角度を制御することができる。これにより、発光位置および光の照射角度を制御することによって対象物の検査を行うことが可能な画像検査方法を提供することができる。
【００２１】
上述の開示において、撮像するステップは、照明部が発光位置を変化させながら対象物を照明する際に、対象物を複数回撮像して、複数の第１の撮影画像を作成するステップと、照明部が照射方向を変化させながら対象物を照明する際に、対象物を複数回撮像して、複数の第２の撮影画像を作成するステップとを含む。発光位置および照射方向を特定するステップは、複数の第１の撮影画像から、対象物の測定点を照明するための発光位置に関する情報を有する第１のデータ配列を作成するステップと、複数の第２の撮影画像から、対象物の測定点を照明するための照射方向に関する情報を有する第２のデータ配列を作成するステップとを含む。算出するステップは、第１のデータ配列に含まれる発光位置の情報、および、第２のデータ配列に含まれる照射方向の情報から、距離を算出するステップを含む。
【００２２】
この開示によれば、第１のデータ配列および第２のデータ配列を作成することによって、測定点までの距離を算出することができる。
【００２３】
上述の開示において、照明部は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含む。複数の照明要素の各々は、マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部と、複数の発光部の各々から発せられる光の前記照射方向を、各前記複数の発光部の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系とを含む。照明部が発光位置および照射方向を変化させるステップは、照明部の複数の照明要素の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの光を対象物に照射させて、縞パターンの位相、縞パターンの縞の周期、および縞の向きのいずれかを変化させることによって発光位置を変化させるステップと、照明部の複数の照明要素の各々の複数の発光部の点灯および消灯を制御することによって、照射方向を変化させるステップとを含む。
【００２４】
この開示によれば、制御部は、照明部の複数の照明要素の各々、および、各照明要素に含まれる複数の発光部の各々を制御することによって、照明部の発光位置および光の照射方向を制御することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、発光位置および光の照射角度を制御することによって対象物の検査を行うことが可能な画像検査装置および画像検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係る画像検査装置を模式的に示す図である。
【図２】図１に示した制御装置による処理を説明するための模式図である。
【図３】本実施の形態に係る画像検査装置が適用される生産ラインの一例を示す模式図である。
【図４】画像検査装置に含まれる照明装置の構成を模式的に示した図である。
【図５】本実施の形態に係る照明装置の一例の一部断面を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係る照明装置の一部を拡大した模式平面図である。
【図７】照明装置の構成要素である照明要素の構造の一例を模式的に示した平面図である。
【図８】レンズの周囲から漏れる光の対策のための構成を示す模式平面図である。
【図９】図８に示された構成の模式断面図である。
【図１０】図８に示された構成の１つの変形例を示した模式平面図である。
【図１１】図８に示された構成の別の変形例を示した模式断面図である。
【図１２】照明要素位置画像を取得するためのパターン照明を説明するための図である。
【図１３】図１２に示したパターン照明の一例を示した図である。
【図１４】図１３に示したパターン照明を変化させたパターン照明の例を示した図である。
【図１５】照明要素位置画像を取得するためのパターン照明のバリエーションの一例を示した図である。
【図１６】照明要素位置画像を取得するためのパターン照明のバリエーションの他の例を示した図である。
【図１７】照明要素位置画像を取得するためのパターン照明の一例を説明するための図である。
【図１８】図１７に示したパターン照明を変化させたパターン照明の例を示した図である。
【図１９】図１７に示したパターン照明を変化させたパターン照明の他の例を示した図である。
【図２０】本開示に係る検査方法に含まれる距離算出方法を示したフローチャートである。
【図２１】この開示に係る距離算出方法の原理を説明するための上面図である。
【図２２】図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図２３】変形例１に係る照明装置の一部断面を示す模式図である。
【図２４】変形例２に係る照明装置の一部断面を示す模式図である。
【図２５】変形例３に係る照明装置の一部断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２８】
＜Ａ．適用例＞
まず、図１を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施の形態に係る画像検査装置１を模式的に示す図である。
【００２９】
本実施の形態に係る画像検査装置１は、工業製品の生産ラインなどにおいて、対象物（以下、「ワークＷ」とも称す。）を照明しながら撮影し、得られた撮影画像を用いてワークＷの外観検査（傷、汚れ、異物などの検査）を行う装置に適用される。画像検査装置１は、ワークＷによって反射された光を検出することで検査するものである。そのため、ワークＷには、光を反射する表面を有するものが適用可能である。
【００３０】
一例としてワークＷは、光を正反射させる表面を有する。このような表面は、たとえば鏡面、あるいはガラスの表面である。なお、ワークＷの表面全体が光を正反射させるものであると限定する必要はない。光が照射される部分のみがその光を正反射させるのでもよい。また、本実施形態が適用可能であれば、ワークＷの材質は限定されるものではない。ワークＷの表面での反射光は、その一部に拡散反射成分を含んでもよく、正反射成分が拡散反射成分に対して十分大きければよい。
【００３１】
画像検査装置１は、撮像部の一例であるカメラ１０と、照明部の一例である照明装置２０と、カメラ１０と照明装置２０とを制御するように構成された制御部の一例である制御装置１００とを備える。
【００３２】
カメラ１０は、対象物であるワークＷを撮影して、ワークＷの撮影画像を作成するものである。
【００３３】
照明装置２０は、カメラ１０とワークＷとの間に配置されており、ワークＷに向けて光を照射する発光面を有する。照明装置２０は、その発光面における発光位置および光の照射方向を制御可能に構成される。
【００３４】
さらに照明装置２０は透光性を有している。カメラ１０は、ワークＷを照明装置２０越しに撮影する。照明装置２０は、カメラ１０が照明装置２０を通してワークＷを撮像することが出来る程度の透光性を有していればよい。
【００３５】
照明装置２０は、制御装置１００からの指示に従って、光の照射方向および照明パターンを変更することができる。この際に、カメラ１０はワークＷを複数回撮像する。これによりカメラ１０は、複数枚の撮影画像を取得する。
【００３６】
照明装置２０は、１回目の照明において、照明パターンを変化させながらワークＷに光を照射する。このとき、カメラ１０は照明パターンの変化に応じてワークＷを撮像する。これにより複数の撮影画像３が作成される。制御装置１００は、複数の撮影画像３を取得する（１回目の画像取得）。
【００３７】
照明装置２０は、２回目の照明において、照明パターンを変化させながらワークＷに光を照射する。なお、１回目の照明と２回目の照明とでは照明パターン、およびその変化が異なる。カメラ１０は照明パターンの変化に応じてワークＷを撮像する。これにより複数の撮影画像５が作成される。制御装置１００は、複数の撮影画像５を取得する（２回目の画像取得）。
【００３８】
制御装置１００は、撮像されたワークＷの画像（複数の撮影画像３および複数の撮影画像５）から、ワークＷの表面の測定点が照明されるときの照明装置２０の発光位置、および、光の照射方向（照明方向）を特定する。「測定点」とは、発光面からの距離を測定すべきワークＷの表面上の位置である。制御装置１００は、特定された発光位置、および、照明方向に基づいて、照明装置２０の発光面から測定点までの距離を算出する。
【００３９】
図２は、図１に示した制御装置による処理を説明するための模式図である。図２に示すように、制御装置１００は、複数の撮影画像からデータ配列を作成する。以下に説明する例においては、データ配列は、二次元配列であり、画像の形態をなす。複数の撮影画像の各々は、二次元に配置された複数の画素を有する。したがって、画素位置ごとに、撮影画像の数と同数の画素が得られる。制御装置１００は、それら複数の画素から、１つの画素を選択して二次元データ配列である画像を作成する。ただし本実施の形態において、データ配列は、連続的に配列された測定点により構成されるものと限定されない。データ配列は、離散的あるいは局所的に配列された測定点により構成されてもよい。
【００４０】
制御装置１００は、照明発光位置特定処理、および、照明ビーム方向特定処理を実行する。照明発光位置特定処理において、制御装置１００は、複数の撮影画像３から、ワークＷの測定点の照明に最も寄与した照明要素の位置（発光位置）に関する情報を有する画像（照明要素位置画像４）を作成する。画素位置（ｘ，ｙ）に位置する画素ＰＸ１は、複数の撮影画像３の各々の同一の画素位置（ｘ，ｙ）にある画素から選択された画素である。画素ＰＸ１は、発光位置に関する情報を画素値として有する。
【００４１】
照明ビーム方向特定処理において、制御装置１００は、複数の撮影画像５から、ワークＷの測定点の照明に最も寄与した照明方向に関する情報を有する画像（照明方向画像６）を作成する。画素位置（ｘ，ｙ）に位置する画素ＰＸ２は、複数の撮影画像５の各々の同一の画素位置（ｘ，ｙ）にある画素から選択された画素である。画素ＰＸ２は、照明方向に関する情報を画素値として有する。照明方向画像６の中の画素ＰＸ２の位置（ｘ，ｙ）は、照明要素位置画像４内の画素ＰＸ１の中の画素位置（ｘ，ｙ）と同じである。
【００４２】
制御装置１００は、照明要素位置画像４および照明方向画像６に基づいて、照明装置２０からワークＷまでの距離を画素ごとに算出する。具体的には、制御装置１００は、照明要素位置画像４の画素ＰＸ１に含まれる照明位置の情報、照明方向画像６の画素ＰＸ２に含まれる照明方向の情報に基づいて、照明装置２０の発光面から、ワークＷの表面の位置（測定点）までの距離を算出する。制御装置１００は、その算出した距離を画素値として有する画素ＰＸを含む距離画像７を作成する。
【００４３】
このように、照明装置２０からワークＷの表面までの距離を算出するために、照明要素位置画像４の画素ＰＸ１が有する情報と、照明方向画像６において画素ＰＸ１と同一の位置にある画素ＰＸ２に含まれる情報とを用いる。照明装置２０から発せられる光の照射方向（照明方向）、および照明装置２０における発光の位置は制御可能である。したがって制御装置１００は、発光位置および照明方向に関する情報を有することができる。
【００４４】
さらに、カメラ１０の光軸１１から照明装置２０の発光位置までの距離は既知である。カメラ１０の光軸１１から照明装置２０の発光位置までの距離を求めるためには、カメラ１０の光軸１１と照明装置２０の発光面との交点の位置が必要である。交点の位置は、カメラ１０の光軸１１と照明装置２０との間の位置合わせにより、予め決定される。したがって光の照射角度を制御することによって対象物の検査を行うことが可能な画像検査装置および画像検査方法を提供することができる。
【００４５】
＜Ｂ．画像検査装置が適用される生産ラインの一例＞
次に、図３を参照しながら、画像検査装置１が適用される生産ラインの一例を説明する。図３は、本実施の形態に係る画像検査装置１が適用される生産ラインの一例を示す模式図である。画像検査装置１は、工業製品の生産ラインなどにおいて、制御装置１００の制御によって照明装置２０でワークＷを照明しながらカメラ１０で撮影し、得られた撮影画像を用いてワークＷの外観検査を行う。具体的には、検査対象となるワークＷは、移動可能なステージ３００によって、カメラ１０および照明装置２０が固定された検査位置まで移動する。ワークＷは、検査位置まで移動すると、画像検査装置１による外観検査が終了するまでその場で停止する。このとき、制御装置１００は、照明装置２０によってワークＷを照明しながらカメラ１０でワークＷを撮影し、撮影画像をモニタに表示する。これにより、作業者は、モニタ画面に表示された撮影画像の色を見ながらワークＷの外観を検査する。もしくは、制御装置１００は、撮影画像に対して所定の画像処理を行ない、画像処理結果に基づいてワークＷの異常判定を行なってもよい。
【００４６】
制御装置１００は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、表示コントローラと、システムコントローラと、Ｉ／Ｏ（Input Output）コントローラと、ハードディスクと、カメラインターフェイスと、入力インターフェイスと、発光インターフェイスと、通信インターフェイスと、メモリカードインターフェイスとを含む。これらの各部は、システムコントローラを中心として、互いにデータ通信可能に接続される。
【００４７】
＜Ｃ．照明装置の構成の一例＞
図４は、画像検査装置１に含まれる照明装置の構成を模式的に示した図である。照明装置２０は、ワークＷとカメラ１０との間に配置され、ワークＷに向けて光を照射するとともに、透光性を有している。そのため、照明装置２０から放射された光は、ワークＷで反射し、照明装置２０を透過して、カメラ１０に到達する。
【００４８】
照明装置２０は、面光源３０と、光学系の一例であるマイクロレンズアレイ４０とを含む。面光源３０は、ワークＷ側の発光面３５からワークＷに向けて光を放射する。面光源３０の発光面３５のうち、マトリクス状に配置された複数の発光領域から光が放射される。ワークＷからの反射光は、面光源３０のうち発光領域以外の透光領域を透過する。
【００４９】
各発光領域は、発光部３１を含む。一例では、発光部３１は、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと呼ぶ）により構成された部材を含む。複数の発光部３１は、選択的に発光可能に構成されている。発光すべき発光部３１は、制御装置１００（図１を参照）によって選択される。一例として面光源３０は、有機ＥＬを用いた光源である。しかし、透過性を有する照明装置であって、マトリクス状に配列され選択的に発光可能に構成された複数の発光部を有する照明装置であれば、この実施の形態に適用可能である。すなわち本実施の形態に適用可能な照明装置２０は、有機ＥＬを用いた光源に限定されるものではない。
【００５０】
マイクロレンズアレイ４０は、面光源３０の発光面３５に対向して配置される。マイクロレンズアレイ４０は、複数の発光部３１にそれぞれ対向して設けられた複数のレンズ４１を含む。一例では、レンズ４１は凸レンズである。レンズ４１は、対応する発光部３１から発せられる光を所望の方向に導くように構成される。すなわち、マイクロレンズアレイ４０は、複数の発光部３１の各々の照明方向を、各発光部３１の位置に対応した方向に制御するように構成されている。
【００５１】
複数の発光部３１の中から発光させるべき発光部を選択することによって、照射立体角を任意に変更することができる。発光させるべき発光部は、視野の場所に応じて選択される。したがって、視野の場所ごとに照射立体角を任意に設定可能な画像検査装置１を実現できる。さらに、照射立体角を任意に変更することができるので、たとえばスリットあるいはハーフミラーといった光学部品を不要とすることができる。したがって照明装置２０を小型化することができる。したがって、視野の場所ごとに照射立体角を設定可能であるとともに、小型化が可能な画像検査装置１を実現できる。
【００５２】
図５および図６を参照して、本実施の形態に係る照明装置の構成の一例を説明する。図５は、本実施の形態に係る照明装置の一例の一部断面を示す模式図である。図６は、本実施の形態に係る照明装置の一部を拡大した模式平面図である。
【００５３】
照明装置２０は、透過型のシート照明装置であり、面光源３０とマイクロレンズアレイ４０とを含む。面光源３０は、有機ＥＬを用いた光源である。面光源３０は、発光面３５に沿ってマトリクス状に配列された複数の発光部を含む。図５には、発光部３１Ａ〜３１Ｅが代表的に示されている。
【００５４】
各々の発光部３１Ａ〜３１Ｅは、対向する一対の電極（図示せず）を有する。一対の電極間に電圧が印加されることにより、これらの発光部は発光する。複数の電極対の中から電圧が印加されるべき電極対を選択することによって、発光すべき発光部を選択することができる。発光部３１Ａ〜３１Ｅの各々が発する光の色は限定されない。たとえば複数の発光部３１は同色の光を発するのでもよい。あるいは、赤色光を発する発光部と、緑色光を発する発光部と、青色光を発する発光部とを組み合わせることにより、光の色を異ならせることができる発光部を実現することができる。
【００５５】
マイクロレンズアレイ４０は、複数の発光部３１にそれぞれ対向して配置された複数のマイクロレンズである、複数のレンズ４１を含む。複数のレンズ４１は、発光面３５に沿ってマトリクス状に配置される。図５には、発光部３１Ａ〜３１Ｅにそれぞれ対向するレンズ４１Ａ〜４１Ｅが代表的に示されている。一例ではレンズ４１Ａ〜４１Ｅの各々は、平凸レンズである。平凸レンズの平面は発光面３５に向けられている。たとえば平凸レンズは半球レンズであってもよい。
【００５６】
各々のレンズは、対応する発光部から発せられる光の照射方向を制御するためのものである。一実施形態では、レンズ４１Ａ〜４１Ｅの間では、発光部の光軸に対するレンズの光軸の相対的な位置が異なっている。発光部の光軸に対するレンズの光軸のずれの方向およびずれ量に従って、レンズから出射される光の方向が決定される。なお、この実施の形態において、発光部の光軸とは、発光領域の中心点を通り発光領域に対して垂直な軸を意味し、レンズの光軸とは、レンズの中心を通り、レンズの主面に対して垂直な軸を意味する。「ずれ量」とは、発光部の光軸に対するレンズの光軸のずれの大きさを意味する。
【００５７】
発光部３１Ｃの光軸３２Ｃと、レンズ４１Ｃの光軸４２Ｃとは実質的に一致している。発光部３１Ａの光軸３２Ａに対して、レンズ４１Ａの光軸４２Ａは、紙面右方向（＋Ｘ方向）にずれている。同様に、発光部３１Ｂの光軸３２Ｂに対して、レンズ４１Ｂの光軸４２Ｂも＋Ｘ方向にずれている。発光部３１Ａおよびレンズ４１Ａの対のほうが、発光部３１Ｂおよびレンズ４１Ｂの対よりも、ずれ量が大きい。
【００５８】
一方、発光部３１Ｄの光軸３２Ｄに対して、レンズ４１Ｄの光軸４２Ｄは、紙面左方向（−Ｘ方向）にずれている。同様に、発光部３１Ｅの光軸３２Ｅに対して、レンズ４１Ｅの光軸４２Ｅも−Ｘ方向にずれている。発光部３１Ｅおよびレンズ４１Ｅの対のほうが、発光部３１Ｄおよびレンズ４１Ｄの対よりも、ずれ量が大きい。
【００５９】
図５から理解されるように、図５に示す発光部３１Ａ〜発光部３１Ｅのいずれかを選択的に発光させることにより、照射立体角を異ならせることができる。照射立体角を異ならせることが可能であるので、照明装置２０の照明のパターンの制約が小さくなる。言い換えると、任意のパターンに従う照明を照明装置２０によって実現することができる。
【００６０】
図６に示すように、照明装置２０は、マトリクス状に配置された複数の照明要素２１を含む。すなわち照明装置２０は、複数の照明要素２１に区画される。各々の照明要素２１は、複数の発光部３１および複数のレンズ４１を含む。たとえば各々の照明要素２１は、図５に示す発光部３１Ａ〜発光部３１Ｅおよびレンズ４１Ａ〜４１Ｅを含むことができる。図示の都合上、図６では、各々の照明要素２１に含まれる１つの発光部３１および、対応する１つのレンズ４１が示される。
【００６１】
各々の照明要素２１は、発光領域と透明領域とを含む。発光領域を発光させることによって照明要素２１全体を発光させることができる。一方、各照明要素２１は、透明領域を備えることによって、透光性を有する。
【００６２】
照明装置２０は、複数の照明要素２１を互いに独立に点灯させることができる。複数の照明要素２１のうち、発光されるべき発光部３１を含む照明要素２１（すなわち、点灯させるべき照明要素２１）によって、照明装置２０による照明パターンが決定される。各照明要素２１から照射される光の波長を変えることができる照明装置２０においては、照明パターンは、複数の照明要素２１のうちの点灯させる照明要素２１と、点灯させる各照明要素２１から照射させる光の波長とによって決定されてもよい。
【００６３】
図７は、照明装置２０の構成要素である照明要素の構造の一例を模式的に示した平面図である。図７では、撮像部側（照明装置２０の上方）からの照明要素の平面視図が示されている。
【００６４】
照明要素２１は、マトリクス状に配置された複数のセル２２を含む。以下の説明では「行」はＸ方向を意味し、「列」はＹ方向を意味する。図５では、５行５列（＝５×５）に配置された２５個のセル２２からなる照明要素２１が示されている。しかし、照明要素２１を構成するセル２２の個数は特に限定されない。たとえば照明要素２１は、１１行１１列（＝１１×１１）に配置された１２１個のセル２２によって構成されてもよい。セル２２の個数が多いほど、照明要素２１の照明方向の分解能を向上させることができる一方で発光位置の分解能が低下する。照明要素２１を構成するセル２２の個数は、照明方向の分解能と発光位置の分解能とから決定することができる。
【００６５】
各々のセル２２は、発光部３１と、レンズ４１と、透明領域２４とを含む。発光部３１の発光面は、セル２２において発光領域を構成する。
【００６６】
複数の発光部３１は、第１のピッチＰ１でＸ方向およびＹ方向に配置される。複数のレンズ４１は、第２のピッチＰ２でＸ方向およびＹ方向に配置される。第２のピッチＰ２が第１のピッチＰ１よりも小さい（Ｐ２＜Ｐ１）ので、Ｘ方向（行方向）に沿って並べられた複数のセル２２について、発光部３１の光軸３２とレンズ４１の光軸４２との間のＸ方向のずれ量が、公差（Ｐ１−Ｐ２）の等差数列に従う。同様に、Ｙ方向（列方向）に沿って並べられた複数のセル２２について、発光部３１の光軸３２とレンズ４１の光軸４２との間のＹ方向のずれ量が公差（Ｐ１−Ｐ２）の等差数列に従う。
【００６７】
複数の発光部３１および複数のレンズ４１は、Ｘ軸およびＹ軸の両方に対して対称に配置される。このことを説明するために、図７に対称軸２５，２６が示される。対称軸２５は、複数の発光部３１および複数のレンズ４１が、Ｘ軸に対して対称に配置されることを示すための軸であり、Ｙ方向に平行である。対称軸２６は、複数の発光部３１および複数のレンズ４１が、Ｙ軸に対して対称に配置されることを示すための軸であり、Ｘ方向に平行である。
【００６８】
図７において、セル２２Ｃは、照明要素２１の中心に位置するセルである。セル２２Ｃは、発光部３１Ｃとレンズ４１Ｃとを含む。発光部３１Ｃの光軸３２Ｃとレンズ４１Ｃの光軸４２Ｃとは平面視において重なる。すなわち、光軸３２Ｃと光軸４２Ｃとの間では、Ｘ方向のずれ量およびＹ方向のずれ量は、ともに０である。なお、光軸３２Ｃ，４２Ｃは、対称軸２５，２６の交点に位置する。
【００６９】
照明要素２１内の各セルにおいて、発光部３１の光軸３２とレンズ４１の光軸４２との間のＸ方向のずれ量およびＹ方向のずれ量は、そのセルと、中央のセル２２Ｃとの間のＸ方向の距離およびＹ方向の距離に従って決定される。これにより、セル２２ごとに光の照射方向を異ならせることができる。照明要素２１は、複数の方向からワークに光を照射することができる。さらに、複数のセルのうち、点灯させるセルを選択することによって、照明要素２１からの光の照射方向を制御することができる。
【００７０】
図７に示した構造では、Ｘ方向とＹ方向とで発光部３１のピッチおよびレンズ４１のピッチが同じである。しかしながら、Ｘ方向とＹ方向とで発光部３１のピッチを異ならせてもよい。同様にＸ方向とＹ方向とでレンズ４１のピッチを異ならせてもよい。
【００７１】
発光部３１の光軸３２に対するレンズ４１の光軸４２のずれ量（変位量）が大きい場合、発光部３１から出射された光の一部がレンズ４１の周囲から漏れる可能性がある。図８は、レンズ４１の周囲から漏れる光の対策のための構成を示す模式平面図である。図９は、図８に示された構成の模式断面図である。図８および図９に示されるように、レンズ４１の周辺を囲むように遮光部４４が設けられてもよい。遮光部４４は光を通さない部材、あるいは光を減衰させる部材からなる。遮光部４４によって、発光部３１からの光が意図しない方向に漏れる可能性を低減することができる。
【００７２】
図１０は、図８に示された構成の１つの変形例を示した模式平面図である。図１０に示された例では、図８に示された構成に比べて、遮光部４４の面積が大きい。これにより、発光部３１からの光が意図しない方向に漏れる可能性をさらに低減することができる。
【００７３】
図１１は、図８に示された構成の別の変形例を示した模式断面図である。図１１に示された例では、遮光部４４は、図１０に示した構成に加えて、レンズ４１の高さ（厚み）方向に沿った十分な高さでレンズ４１の周囲を囲む構成を有する。図１０に示された構成によれば、レンズ４１の周囲から漏れる光を低減する効果をさらに高めることができる。
【００７４】
＜Ｄ．照明要素位置画像を取得するためのパターン照明＞
図１２は、照明要素位置画像を取得するためのパターン照明を説明するための図である。図１３は、図１２に示したパターン照明の一例を示した図である。図１４は、図１３に示したパターン照明を変化させたパターン照明の例を示した図である。
【００７５】
図１２から図１４を参照して、この実施の形態では、位相シフト法を用いてワークの表面が検査される。照明装置２０は、ワークＷに対して縞パターンの光を照射する。図１３および図１４において、Ｌは縞の周期を表す。
【００７６】
照明装置２０は、縞パターン（明暗パターン）の光を、縞パターンの位相を変化させながらワークＷに照射する。これにより、縞パターンの光をワークの表面上で走査するのと等価な状態を発生させることができる。たとえば図１３および図１４に示す例では、照明パターンがＸ方向に走査される。
【００７７】
照明パターンは周期的なパターンであるため、照明装置２０は、位相を１周期分変化させるだけでよい。図１４に示される照明パターンは、図１３に示された照明パターンに対して、縞パターンの位相を１８０°反転させたパターンに対応する。
【００７８】
図１５は、照明要素位置画像を取得するためのパターン照明のバリエーションの一例を示した図である。図１５に示された照明パターンでは、縞の周期がｎＬ（＝ｎ×Ｌ；ｎは２以上の自然数）である。すなわち、図１３あるいは図１４に示された照明パターンと比較すると、図１５に示された照明パターンでは、縞の周期がｎ倍となっている。
【００７９】
図１６は、照明要素位置画像を取得するためのパターン照明のバリエーションの他の例を示した図である。図１６に示された照明パターンは、図１３あるいは図１４に示された照明パターンを９０°回転させたパターンに相当する。したがって、図１６に示された照明パターンでは、縞の間隔はｎＬである。
【００８０】
図１３〜図１６に示されるように、照明装置２０は、複数の照明要素２１のうちの発光すべき照明要素を制御することができる。したがって照明装置２０は、発光位置を制御することができる。さらに、照明要素位置画像を取得する際には、発光すべき照明要素２１において、すべての発光部３１が発光する。したがって、この照明要素２１は、いわば全ての方向から、ワークＷに対して光を照射する。
【００８１】
＜Ｅ．照明方向画像を取得するためのパターン照明＞
図１７は、照明要素位置画像を取得するためのパターン照明の一例を説明するための図である。図１７に示すように、所定方向からワークＷに光を照射するために、複数の照明要素２１の各々では、特定の行（たとえば行Ｒ１）に配置された各々の発光部３１が発光する。
【００８２】
図１８および図１９は、図１７に示したパターン照明を変化させたパターン照明の例を示した図である。図１８に示された例では、行Ｒ２に配置された各々の発光部が発光する。行Ｒ２は、行Ｒ１の隣の行である。図７および図１８を参照して理解されるように、行Ｒ１と行Ｒ２とでは、発光部の光軸に対するレンズの光軸のずれの大きさが異なっている。したがって、行Ｒ２に属する発光部３１から発せられる光の照射角度は、行Ｒ１に属する発光部３１から発せられる光の照射角度とは異なる。
【００８３】
図１９に示された例では、列Ｃ５に配置された各々の発光部が発光する。行Ｒ１の位置を、照明要素２１の中心に対して９０°回転させた位置が列Ｃ５の位置に対応する。したがって、列Ｃ５に属する発光部３１の照明方向は、行Ｒ１に属する発光部３１の照明方向を、照明要素２１の中心に対して９０°回転させた方向に相当する。
【００８４】
図１７〜図１９に示すように、照明方向画像を取得する際には、照明装置２０の発光面の全体（発光可能な領域の全体）が発光する。したがって、ワークＷを１つの方向から照明することができる。さらに、照明要素２１の中から、発光すべき発光部が属する行あるいは列を選択することによって、照明装置２０は、照明方向を制御する（変化させる）ことができる。
【００８５】
＜Ｆ．距離の算出＞
図２０は、本開示に係る検査方法に含まれる距離算出方法を示したフローチャートである。図２および図２０を参照することにより本開示に係る距離算出方法を以下に説明する。ステップＳ１において、照明発光位置特定処理が実行される。照明装置２０は、基本形の縞パターン（図１３を参照）でワークＷを照明する。さらに照明装置２０は、位相の１８０°変化（図１４を参照）、周期Ｌの変化（図１５を参照）、および縞パターンの９０°回転（図１６を参照）を組み合わせた照明バリエーションを用いてワークＷを照明する。カメラ１０は、パターン照明を変化させるたびにワークＷを撮像する。これによりｎ（ｎは２以上の整数）枚の画像（ｎ枚の撮影画像３）が取得される。なお、撮像画像の枚数ｎは、図１５に示した周期Ｌの倍数ｎと同一である必要はない。これら「ｎ」は、複数を意味するために用いられている。
【００８６】
ステップＳ２において、制御装置１００は、ステップＳ１の処理によって得られたｎ枚の画像から、照明要素位置画像４を作成する。具体的には、制御装置１００は、画素位置（ｘ，ｙ）ごとに、ｎ枚の撮像画像の中から、輝度が最大となる画素を特定する。そして、制御装置１００は、その画像が得られたときの照明要素位置を、画素の情報に含める。照明要素位置画像４内の各画素は、最も高い輝度の値を与える照明要素の位置の情報を画素値として有する。
【００８７】
ステップＳ３において、照明ビーム方向特定処理が実行される。照明装置２０は、基本形の照明パターン（図１７を参照）でワークＷを照明する。さらに照明装置２０は、位相の変化（図１８を参照）および９０°回転（図１９を参照）を組み合わせた照明バリエーションを用いてワークＷを照明する。カメラ１０は、パターン照明を変化させるたびにワークＷを撮像する。これによりｍ枚の画像が取得される。ｍは２以上の自然数である。
【００８８】
ステップＳ４において、制御装置１００は、ステップＳ３の処理によって得られたｍ枚の画像（ｍ枚の撮影画像５）から、照明方向画像６を作成する。ステップＳ２の処理と同様に、制御装置１００は、画素位置（ｘ，ｙ）ごとに、ｎ枚の撮像画像の中から、輝度が最大となる画素を特定する。そして、制御装置１００は、その画像が得られたときの照明方向を、画素の情報に含める。照明方向画像６内の各画素は、最も高い輝度の値を与える照明方向の情報を画素値として有する。
【００８９】
ステップＳ５では、制御装置１００は、ｄ１画像（照明要素位置画像４）とｄ２画像（照明方向画像６）とを用いて、各座標（ｘ，ｙ）の画素に対応する距離Ｄを算出する。距離Ｄは、照明装置２０の発光面３５から、座標（ｘ，ｙ）の画素に対応するワークＷの表面上の測定点までの距離である。
【００９０】
図２１は、この開示に係る距離算出方法の原理を説明するための上面図である。図２２は、図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿った模式断面図である。図２１および図２２に示された測定点１３は、座標（ｘ，ｙ）の画素に対応するワークＷの表面上の位置に対応する。照明要素位置画像４における画素ＰＸ１、および照明方向画像６における画素ＰＸ２は、測定点１３に対応した画素である。
【００９１】
距離ｄ１は、カメラ１０の光軸１１から照明要素２１までの距離を表す。角度θ１は、照明要素２１の照明方向を表す。角度θ１は、発光面３５の法線に対する光の照射方向のなす角度である。角度θ２は、レンズ１５の中心点と測定点１３とを結ぶ直線１４がカメラの光軸１１となす角度である。距離ｄ２は、カメラ１０のレンズ１５の中心点から照明装置２０の発光面３５までの距離である。
【００９２】
図２１および図２２に示す関係から、以下の式（１）が導かれる。
ｄ１＝Ｄ×ｔａｎθ１＋（ｄ２＋Ｄ）×ｔａｎθ２  （１）
式（１）を変形すると、以下の式（２）が導かれる。
【００９３】
Ｄ＝（ｄ１−ｄ２×ｔａｎθ２）／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）  （２）
カメラ１０と照明装置２０とは予め位置合わせ（キャリブレーション）されるので、カメラ１０と照明装置２０との間の光学的な位置関係は既知である。したがって、距離ｄ２は既知である。カメラ１０の光軸１１の位置が既知であるので、角度θ２も既知である。距離ｄ１の値は、画素ＰＸ１が有する画素値として、照明要素位置画像４に含まれる。角度θ１の値は、画素ＰＸ２が有する画素値として、照明方向画像６に含まれる。したがって、制御装置１００は、照明要素位置画像４および照明方向画像６に含まれる情報から、距離Ｄを算出することができる。
【００９４】
自由形状の鏡面を有するワークの三次元形状計測は一般に容易ではない。たとえば、位相シフト法のように縞パターンを投影しその歪みから形状を推定する方法が提案されている。しかし、直接取得できる情報は対象面の法線情報であり、距離情報を直接求めることはできない。積分により距離を推定する方法もあるものの、対象面の連続性が保証されない場合には大きな誤差が発生する。これに対して、この開示によれば、自由形状の鏡面を有するワークの三次元形状を直接的に計測することができる。したがって対象面の連続性が保証されない場合においても、距離を精度よく求めることができる。
【００９５】
なお、照明発光位置の特定において、たとえば最もシンプルな例として、各照明要素を独立に点灯させてもよい。縞パターンを用いるのは、所謂空間コード法の応用である。縞パターンを用いることによって、撮像回数を削減することができる。
【００９６】
また、照明発光位置の特定において、たとえば最もシンプルな例として、特定方向の照明要素を独立に点灯させてもよい。ラインパターンを用いて光を走査させるのは、撮影回数を削減するためである。他の例として、照明発光位置特定と同様に、縞パターンを用いてワークＷを照明してもよい。この場合には、ラインパターンに比べて撮影回数をさらに削減できる。
【００９７】
また、上記の開示では、照明発光位置特定処理および照明ビーム方向特定処理の２つのステップの処理を実行することによって距離が算出される。たとえば最もシンプルな別の方法として、任意の照明要素の任意の照明方向の発光部のみを独立に点灯させて、その発光部がどの画素を明るくするのかを調べてもよい。撮影回数の制限がなければこのような方法を採用することができる。上記２つのステップの処理を実行することによって、撮像回数を削減することができる。
【００９８】
上記の開示では、画像に含まれる全ての画素に対して距離を算出することが可能である。しかしながら、たとえば画像内の特定の領域のみについて、距離を算出してもよい。この場合には、全画素について距離を計算する場合に比べて計算時間を短縮することができる。
【００９９】
＜Ｇ．照明装置の構成の変形例＞
図２３は、変形例１に係る照明装置１２０の一部断面を示す模式図である。図３に示す照明装置２０と比較して、照明装置１２０は、マイクロレンズアレイ４０に替えてマイクロレンズアレイ１４０を備える。マイクロレンズアレイ１４０は、複数の発光部３１にそれぞれ対向して配置された複数のマイクロレンズである、複数のレンズ１４１を含む。図２３には、発光部３１Ａ〜３１Ｅにそれぞれ対向するレンズ１４１Ａ〜１４１Ｅが代表的に示されている。
【０１００】
レンズ１４１Ａ〜１４１Ｅの各々は、ロッドレンズである。レンズ１４１Ａ〜１４１Ｅの間では、発光部３１の光軸（光軸３２Ａ〜３２Ｅ）に対するレンズの光軸（光軸１４２Ａ〜１４２Ｅ）の角度が異なっている。ロッドレンズの入射面に対する光の入射角度を異ならせることによって、ロッドレンズの出射面から出射される光の出射角度（レンズの光軸に対する角度）を異ならせることができる。したがって、照明装置１２０では、発光部ごとに光の出射方向を異ならせることができる。ロッドレンズを利用することにより、ワークＷの形状の検査を実施可能な、ワークＷと照明装置１２０との間の距離を大きくすることができる。
【０１０１】
図２４は、変形例２に係る照明装置２２０の一部断面を示す模式図である。図３に示す照明装置２０と比較して、照明装置２２０は、マイクロレンズアレイ４０に替えてマイクロレンズアレイ２４０を備える。マイクロレンズアレイ２４０は、複数の発光部３１にそれぞれ対向して配置された複数のマイクロレンズである、複数のレンズ２４１を含む。図２４には、発光部３１Ａ〜３１Ｅにそれぞれ対向するレンズ２４１Ａ〜２４１Ｅが代表的に示されている。
【０１０２】
レンズ２４１Ａ〜２４１Ｅの各々は、凹レンズである。図２４に示された変形例と同様に、レンズ２４１Ａ〜２４１Ｅの間では、発光部３１の光軸に対するレンズの光軸の角度が異なっている。発光部の光軸（光軸３２Ａ〜３２Ｅ）に対するレンズの光軸（光軸２４２Ａ〜２４２Ｅ）の角度を異ならせることによって、凹レンズから出射される光の出射角度（レンズの光軸に対する角度）を異ならせることができる。
【０１０３】
図２５は、変形例３に係る照明装置３２０の一部断面を示す模式図である。図３に示す照明装置２０と比較して、照明装置３２０は、マイクロレンズアレイ４０に替えてマイクロレンズアレイ３４０を備える。マイクロレンズアレイ３４０は、複数の発光部３１にそれぞれ対向して配置された複数のマイクロレンズである、複数のレンズ３４１を含む。図２５には、発光部３１Ａ〜３１Ｅにそれぞれ対向するレンズ３４１Ａ〜３４１Ｅが代表的に示されている。
【０１０４】
変形例３では、図３の構成におけるレンズ４１Ａ〜４１Ｅが、レンズ３４１Ａ〜３４１Ｅに置き換えられ、光軸４２Ａ〜４２Ｅが、光軸３４２Ａ〜３４２Ｅに置き換えられている。レンズ３４１Ａ〜３４１Ｅの各々は凸レンズである。ただし、レンズ３４１Ａ〜３４１Ｅの各々の形状は、レンズ４１Ａ〜４１Ｅの形状とは異なる。図３に示された例と同じく、発光部の光軸（光軸３２Ａ〜３２Ｅ）に対するレンズの光軸（光軸３４２Ａ〜３４２Ｅ）の相対的な位置を異ならせることにより、発光部から発せられる光の照射方向をレンズによって制御することができる。
【０１０５】
なお図２３および図２４に示された照明装置において、照明要素はマトリクス状に配置された複数のセル２２を含む。複数のセル２２の間では、そのセルの位置に応じて、発光部の光軸に対するレンズの光軸の傾きの角度を異ならせることができる。さらに、Ｘ軸に対するレンズの光軸の角度および、Ｙ軸に対するレンズの光軸の角度がセルごとに異なり得る。
【０１０６】
また、図２３〜図２５に示されたマイクロレンズアレイ１４０，２４０，３４０において、レンズの周囲に遮光部４４（図８〜図１１を参照）を配置してもよい。
【０１０７】
＜Ｈ．付記＞
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
【０１０８】
（構成１）
対象物（Ｗ）を撮影する撮像部（１０）と、
前記対象物（Ｗ）と前記撮像部（１０）との間に配置されて、前記対象物（Ｗ）に向けて光を照射する発光面（３５）を有し、前記発光面（３５）における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部（２０，１２０，２２０，３２０）と、
前記撮像部（１０）および前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）を制御するように構成された制御部（１００）とを備え、
前記制御部（１００）は、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）に前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部（１０）に前記対象物（Ｗ）を撮像させて、前記対象物（Ｗ）の画像から、前記対象物（Ｗ）の表面の測定点（１３）が照明されるときの前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）の前記発光位置および前記照射方向を特定し、特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点（１３）までの距離（Ｄ）を算出する、画像検査装置。
【０１０９】
（構成２）
前記撮像部（１０）は、前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）が前記発光位置を変化させながら前記対象物（Ｗ）を照明する際に、前記対象物（Ｗ）を複数回撮像して、複数の第１の撮影画像（３）を作成し、
前記撮像部（１０）は、前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）が前記照射方向を変化させながら前記対象物（Ｗ）を照明する際に、前記対象物（Ｗ）を複数回撮像して、複数の第２の撮影画像（５）を作成し、
前記制御部（１００）は、
前記複数の第１の撮影画像（３）から、前記対象物（Ｗ）の前記測定点（１３）を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第１のデータ配列（４）を作成し、
前記複数の第２の撮影画像（５）から、前記対象物（Ｗ）の前記測定点（１３）を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第２のデータ配列（６）を作成し、
前記第１のデータ配列（４）に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第２のデータ配列（６）に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離（Ｄ）を算出する、構成１に記載の画像検査装置。
【０１１０】
（構成３）
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）は、マトリクス状に配置された複数の照明要素（２１）を含み、
前記複数の照明要素（２１）の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）と、
前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系（４０，１４０，２４０，３４０）とを含み、
前記制御部（１００）は、前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）の前記複数の照明要素（２１）の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物（Ｗ）に照射させ、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させ、
前記制御部（１００）は、前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）の前記複数の照明要素（２１）の各々の前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させる、構成２に記載の画像検査装置。
【０１１１】
（構成４）
前記光学系（４０，１４０，２４０，３４０）は、
前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）にそれぞれ対向して設けられた複数のマイクロレンズ（４１，４１Ａ−４１Ｅ，１４１Ａ−１４１Ｅ，２４１Ａ−２４１Ｅ，３４１Ａ−３４１Ｅ）を含む、構成３に記載の画像検査装置。
【０１１２】
（構成５）
前記複数のマイクロレンズのうち（４１，４１Ａ−４１Ｅ，１４１Ａ−１４１Ｅ，２４１Ａ−２４１Ｅ，３４１Ａ−３４１Ｅ）の少なくとも一部のマイクロレンズの光軸（４２，４２Ａ−４２Ｅ，１４２Ａ−１４２Ｅ，２４２Ａ−２４２Ｅ，３４２Ａ−３４２Ｅ）が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の光軸（３２，３２Ａ−３２Ｅ）とずれるように、前記複数のマイクロレンズが配置されている、構成４に記載の画像検査装置。
【０１１３】
（構成６）
前記複数の照明要素（２１）のうちの少なくとも１つの照明要素（２１）において、前記少なくとも一部のマイクロレンズ（４１，４１Ａ−４１Ｅ，３４１Ａ−３４１Ｅ）が、前記発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）のピッチ（Ｐ１）よりも小さいピッチ（Ｐ２）で配置されている、構成５に記載の画像検査装置。
【０１１４】
（構成７）
前記複数のマイクロレンズ（１４１Ａ−１４１Ｅ，２４１Ａ−２４１Ｅ）のうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸（１４２Ａ−１４２Ｅ，２４２Ａ−２４２Ｅ）が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の光軸（３２，３２Ａ−３２Ｅ）に対して傾けられるように、前記複数のマイクロレンズ（１４１Ａ−１４１Ｅ，２４１Ａ−２４１Ｅ）が配置されている、構成４に記載の画像検査装置。
【０１１５】
（構成８）
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）は、
前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）から出射される光のうち前記複数のマイクロレンズのそれぞれの周囲から漏れる光を遮るように構成された遮光部（４４）をさらに含む、構成４から構成７のいずれか１項に記載の画像検査装置。
【０１１６】
（構成９）
対象物（Ｗ）を撮影する撮像部（１０）と、前記対象物（Ｗ）と前記撮像部（１０）との間に配置されて、前記対象物（Ｗ）に向けて光を照射する発光面（３５）を有し、前記発光面（３５）における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部（２０，１２０，２２０，３２０）と、前記撮像部（１０）および前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）を制御するように構成された制御部（１００）とを備えた画像検査装置による画像検査方法であって、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）が前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部（１０）が前記対象物（Ｗ）を撮像するステップ（Ｓ１，Ｓ３）と、
前記撮像するステップ（Ｓ１，Ｓ３）によって取得された前記対象物（Ｗ）の画像から、前記対象物（Ｗ）の表面の測定点（１３）が照明されるときの前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）の前記発光位置および前記照射方向を特定するステップ（Ｓ２，Ｓ４）と、
特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点（１３）までの距離（Ｄ）を算出するステップ（Ｓ５）とを備える、画像検査方法。
【０１１７】
（構成１０）
前記撮像するステップ（Ｓ１，Ｓ３）は、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）が前記発光位置を変化させながら前記対象物（Ｗ）を照明する際に、前記対象物（Ｗ）を複数回撮像して、複数の第１の撮影画像（３）を作成するステップ（Ｓ１）と、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）が前記照射方向を変化させながら前記対象物（Ｗ）を照明する際に、前記対象物（Ｗ）を複数回撮像して、複数の第２の撮影画像（５）を作成するステップ（Ｓ３）とを含み、
前記発光位置および前記照射方向を特定するステップ（Ｓ２，Ｓ４）は、
前記複数の第１の撮影画像（３）から、前記対象物（Ｗ）の前記測定点（１３）を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第１のデータ配列（４）を作成するステップ（Ｓ２）と、
前記複数の第２の撮影画像（５）から、前記対象物（Ｗ）の前記測定点（１３）を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第２のデータ配列（６）を作成するステップ（Ｓ４）とを含み、
前記算出するステップ（Ｓ５）は、
前記第１のデータ配列（４）に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第２のデータ配列（６）に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離（Ｄ）を算出するステップを含む、構成９に記載の画像検査方法。
【０１１８】
（構成１１）
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）は、マトリクス状に配置された複数の照明要素（２１）を含み、
前記複数の照明要素（２１）の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）と、
前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系（４０，１４０，２４０，３４０）とを含み、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）が前記発光位置および前記照射方向を変化させるステップは、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）の前記複数の照明要素（２１）の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物（Ｗ）に照射させて、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させるステップと、
前記照明部（２０，１２０，２２０，３２０）の前記複数の照明要素（２１）の各々の前記複数の発光部（３１，３１Ａ−３１Ｅ）の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させるステップとを含む、構成９または構成１０に記載の画像検査方法。
【０１１９】
今回開示された各実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態および各変形例において説明された発明は、可能な限り、単独でも、組み合わせても、実施することが意図される。
【符号の説明】
【０１２０】
１  画像検査装置、３，５  撮影画像、４  照明要素位置画像、６  照明方向画像、７  距離画像、１０  カメラ、１１，３２，３２Ａ−３２Ｅ，４２，４２Ａ−４２Ｅ，１４２Ａ−１４２Ｅ，２４２Ａ−２４２Ｅ，３４２Ａ−３４２Ｅ  光軸、１５、４１Ａ−４１Ｅ，１４１，１４１Ａ−１４１Ｅ，２４１，２４１Ａ−２４１Ｅ，３４１，３４１Ａ−３４１Ｅ  レンズ、２０，１２０，２２０，３２０  照明装置、２１  照明要素、２２，２２Ｃ  セル、２４  透明領域、２５，２６  対称軸、３０  面光源、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ  発光部、３５  発光面、４０，１４０，２４０，３４０  マイクロレンズアレイ、４４  遮光部、１００  制御装置、３００  ステージ、Ｃ５  列、Ｄ，ｄ１，ｄ２  距離、Ｌ  周期、Ｐ１  第１のピッチ、Ｐ２  第２のピッチ、ＰＸ，ＰＸ１，ＰＸ２  画素、Ｒ１，Ｒ２  行、Ｓ１−Ｓ５  ステップ、Ｗ  ワーク。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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