(57)【要約】【課題】  光沢性を有するワーク表面の欠陥を高精度に検出する画像処理装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】  被検物の表面の画像を生成する画像生成方法において、透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体を介して、第１の位置に配置された撮像部が前記被検物の表面を撮像する第１撮像工程と、前記周期構造体を介して、前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置された撮像部が前記被検物の表面を撮像する第２撮像工程と、前記第１撮像工程で得られた第１画像と、前記第２撮像工程で得られた第２画像とを用いて、出力画像を生成する工程と、を備え、前記第１の位置と前記第２の位置とは、前記周期構造体の周期方向において互いに異なる位置である、ことを特徴としている。【選択図】  図１
2019082452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の表面の表面画像を生成する画像生成方法において、
透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体を介して、第１の位置に配置された撮像部が前記被検物の表面を撮像する第１撮像工程と、
前記周期構造体を介して、前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置された撮像部が前記被検物の表面を撮像する第２撮像工程と、
前記第１撮像工程で得られた第１画像と、前記第２撮像工程で得られた第２画像とを用いて、前記表面画像を生成する工程と、を備え、
前記第１の位置と前記第２の位置とは、前記周期構造体の周期方向において互いに異なる位置である、
ことを特徴とする画像生成方法。
【請求項２】
前記第１撮像工程で前記被検物を撮像する撮像部と、前記第２工程で前記被検物を撮像する撮像部とは、同じ撮像部である、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成方法。
【請求項３】
前記第１撮像工程の後、前記第２撮像工程の前に、前記撮像部を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる移動工程を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像生成方法。
【請求項４】
前記第１の位置と前記第２の位置との、前記周期構造体の周期方向における距離は、周期Ｐ未満である、ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の画像生成方法。
【請求項５】
前記被検物の表面から前記撮像部の瞳面までの距離をＬ、前記被検物の表面から前記周期構造体までの光路長をＤ、ｎを任意の整数としたとき、前記撮像部が第１のポジションに位置する時の前記撮像部の光軸と前記被検物の交点と、前記撮像部が第２のポジションに位置する時の前記撮像部の光軸と前記被検物の交点との前記周期構造体の周期方向における距離が、
（ｎ＋１／４）Ｌ×Ｐ／２Ｄ以上（ｎ＋３／４）Ｌ×Ｐ／２Ｄ以下
である、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像生成方法。
【請求項６】
前記第１撮像工程において、前記撮像部は、前記周期構造体の位置が互いに異なる複数の状態において、前記被検物を複数回撮像しており、
前記第２撮像工程において、前記撮像部は、前記周期構造体の位置が互いに異なる複数の状態において、前記被検物を複数回撮像している、
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の画像生成方法。
【請求項７】
前記複数の状態における前記周期構造体の複数の位置は、前記周期構造体の周期構造の方向に沿って、周期Ｐ未満である、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像生成方法。
【請求項８】
前記複数に状態において、前記被検物を照明するための光を発する発光部も、前記周期構造体と連動して移動する、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の画像生成方法。
【請求項９】
前記生成工程においては、前記第１の画像と前記第２の画像との間で、前記被検物の中の検査領域の位置合わせを実行した上で、前記第１の画像と前記第２の画像とを合成する、ことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の画像生成方法。
【請求項１０】
前記被検物の表面は平坦である、ことを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の画像生成方法。
【請求項１１】
前記第１撮像工程における前記撮像部に対して、前記第２撮像工程における前記撮像部はチルトしている、ことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項に記載の画像生成方法。
【請求項１２】
被検物の表面の表面画像を生成する画像生成方法において、
撮像部と前記被検物の表面とが第１の角度で傾いた状態で、透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体を介して、前記撮像部が前記被検物の表面を撮像する第１撮像工程と、
撮像部と前記被検物の表面とが前記第１の角度とは異なる第２の角度で傾いた状態で、前記周期構造体を介して、前記撮像部が前記被検物の表面を撮像する第２撮像工程と、
前記第１撮像工程で得られた第１画像と、前記第２撮像工程で得られた第２画像とを用いて、前記表面画像を生成する工程と、
を備えることを特徴とする画像生成方法。
【請求項１３】
前記第１の角度と前記第２の角度は共に、前記周期構造体を構成する非透過領域の長手方向と平行な軸を中心とした回転方向の角度である、ことを特徴とする請求項１２に記載の画像生成方法。
【請求項１４】
前記被検物から前記周期構造体までの光路長をＤ、ｎを任意の整数とし、前記第１の角度と前記第２の角度における前記被検物の傾きの差Δθが、
（ｎ＋１／４）×Ｐ／２Ｄ＜ｔａｎ（２Δθ）＜（ｎ＋３／４）×Ｐ／２Ｄ
を満たすことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の画像生成方法。
【請求項１５】
被検物の表面の表面画像を生成する画像生成装置において、
透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体と、
前記周期構造体を介して、前記被検物の表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部を駆動する駆動部と、
前記撮像部で撮像された画像に基づいて前記表面画像を生成する画像生成部と、
前記撮像部を第１の位置に配置した状態で、前記被検物の表面を撮像させて第１の画像を取得させ、前記駆動部を制御して前記撮像部を前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置した状態で、前記被検物の表面を撮像させて第２の画像を取得させ、前記画像生成部に、前記第１画像と前記第２画像とを用いて、前記表面画像を生成させる制御部と、
を備えることを特徴とする画像生成装置。
【請求項１６】
被検物の表面の表面画像を生成する画像生成装置において、
透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体と、
第１の位置に配置され、前記周期構造体を介して前記被検物の表面を撮像する第１撮像部と、
前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置され、前記周期構造体を介して前記被検物の表面を撮像する第２撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像に基づいて前記表面画像を生成する画像生成部と、
前記第１撮像部に前記被検物の表面を撮像させて第１の画像を取得させ、前記第２撮像部に前記被検物の表面を撮像させて第２の画像を取得させ、前記画像生成部に、前記第１画像と前記第２画像とを用いて前記表面画像を生成させる制御部と、
を備えることを特徴とする画像生成装置。
【請求項１７】
被検物の表面の表面画像を生成する画像生成装置において、
透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体と、
前記被検物の表面の傾きを変化させる駆動部と、
前記周期構造体を介して前記被検物の表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像に基づいて前記表面画像を生成する画像生成部と、
前記撮像部と前記被検物の表面とが第１の角度で傾いた状態で、前記撮像部に前記被検物の表面を撮像させて第１の画像を取得させ、前記撮像部と前記被検物の表面とが前記第１の角度とは異なる第２の角度で傾いた状態で、前記撮像部に前記被検物の表面を撮像させて第２の画像を取得させ、前記画像生成部に、前記第１画像と前記第２画像とを用いて前記表面画像を生成させる制御部と、
を備えることを特徴とする画像生成装置。
【請求項１８】
被検物の表面の欠陥を判定する欠陥判定方法であって、
請求項１乃至１３いずれか１項に記載の画像生成方法によって、前記被検物の表面の前記表面画像を生成する工程と、
前記表面画像に基づいて、前記被検物の表面の欠陥の有無を判定する工程と、
を備えることを特徴とする欠陥判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光沢性のある表面をもつ被検物の画像を取得して被検物を光学的に評価するための表面画像を生成する画像生成方法、或いは装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光沢性を有する被検物であるワークの表面上に存在する欠陥を検出するための技術として、周期的な縞状のパターンで発光する光源を用いてワークを照明し、ワークで反射された光をカメラで撮影する技術が公知である（特許文献１）。特許文献１に記載の検査方法では、輝度が周期的に変化する光をワークに照射して、撮影された反射光画像の輝度変化の振幅、位相、平均値などを算出する。さらに、ワークを移動させながら複数位置で前述の振幅、位相、平均値を算出する事により、ワーク全体の欠陥を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９８２６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の検査方法では、ワークに縞状のパターンを投影するための光源として、ＬＣＤ（液晶デバイス）やラインパターン状のフィルムが用いられている。このフィルムは光を透過しないため、このラインパターン状のフィルムは部分的に光を透過しないライン状の遮光部を持つマスクとして機能する。このマスクの影響を受けた画像を用いて、振幅、位相及び平均を算出すると、縞状の強度分布を持つノイズが発生する（以降、縞ノイズと記載）。このため、光沢面上の多様な欠陥を高精度に検出できないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、光沢性を有するワーク表面の欠陥を高精度に検出するための表面画像を生成する画像生成方法、及び装置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】
【０００６】
本発明の画像生成方法は、被検物の表面の表面画像を生成する画像生成方法において、透過領域と該透過領域よりも透過率が低い非透過領域とが所定の周期Ｐで交互に設けられている周期構造体を介して、第１の位置に配置された撮像部が前記被検物の表面を撮像する第１撮像工程と、前記周期構造体を介して、前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置された撮像部が前記被検物の表面を撮像する第２撮像工程と、前記第１撮像工程で得られた第１画像と、前記第２撮像工程で得られた第２画像とを用いて、前記表面画像を生成する工程と、を備え、前記第１の位置と前記第２の位置とは、前記周期構造体の周期方向において互いに異なる位置である、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の構成によれば、光沢性を有するワーク表面の欠陥を高精度に検出するための表面画像を生成する画像生成方法、及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一側面による装置の一例を示す概略図である。
【図２】照明部について説明するための図である。
【図３】実施形態の照明部について説明するための断面図である。
【図４】ワーク表面上の欠陥の検査方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。また、下記の実施形態においては光学評価装置（欠陥判定方法を実行する装置、或いは欠陥判定装置）として実施例を説明するが、本実施形態は、欠陥判定用の画像を生成する画像生成方法（装置）であっても良い。つまり、本実施形態（本発明）は、評価（欠陥の有無の判定）までは行う必要は無く、光学評価のための表面画像（欠陥の有無等を評価しやすい画像）を生成する画像生成方法（画像生成装置）であれば良い。
【００１０】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る、被検物（ワーク）の画像を処理する装置である光学評価装置１について説明する。図１は、光学評価装置１を示す概略図である。光学評価装置１は、光沢性を有するワーク１１（被検物）の平坦な表面を光学的に評価する。ここで、平坦、とは、全体として（或いは被検物の中の検査対象となる検査領域が）平坦であれば良い。つまり、ワーク１１に小さな傷や、表面粗さ等により局所的に曲面であっても勿論平坦に含まれるし、更に、曲面であっても、検査領域内における撮像部の奥行き方向（光軸方向）の位置の差が焦点深度内であれば、平坦とみなすことができる。
【００１１】
ワーク１１は、例えば、工業製品に利用される表面が研磨された金属部品や樹脂部品などである。ワーク１１の表面には、キズや色抜けの他、打痕など緩やかな凹凸形状に起因する欠陥など、多様な欠陥が発生しうる。光学評価装置１は、ワーク１１の表面の画像を取得しその画像を処理して得た処理画像情報を評価することにより、これらの欠陥を検出し、検出結果に基づいて例えば当該ワーク１１を良品または不良品に分類する。光学評価装置１は、ワーク１１を所定の位置に搬送する不図示の搬送装置（例えば、コンベアやロボット、スライダ、手動ステージなど）を含みうる。
【００１２】
光学評価装置１は、ワーク１１を照明する照明部１０１と、照明部１０１を介してワーク１１を上方から撮影する撮影部であるカメラ１０２と、を含みうる。カメラ１０２は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど、画素が２次元状に配置されたイメージセンサを使用しうる。このようなエリアセンサカメラを用いることにより、ラインセンサカメラと比べて広い領域の画像を一括に取得することができるため、ワーク表面の広い範囲について高速に表面を評価することが可能となる。
【００１３】
図２は、照明部１０１について説明するための図である。照明部１０１は、透過部１０１ａと、この透過部よりも透過率が低い非透過部１０１ｂとが交互に配置された、周期構造体（光の透過率、或いは反射率が互いに異なる部材が周期的に配置された構造体、マスク）を含んでいる。この複数のライン状の透過部１０１ａと、複数のライン状の非透過部１０１ｂとは、一定の周期Ｐで交互に配置されており、透過部１０１ａと非透過部１０１ｂとを含む部材は、枠部１０１ｃによって保持されている。ここで、透過部（透過領域）１０１ａは、部材ではなく、何も無い領域であっても構わない。具体的には、非透過部（非透過領域）１０１ｂと、枠部１０１ｃによって囲まれた空間（光学部材が無い空間）、或いは領域であっても構わない。また、周期構造体（マスク）は、このように所定間隔で配置された複数の非透過部を指していても良いし、非透過部と２つの非透過部で挟まれた空間（透過部）又はその空間に存在する透過部材とを合わせて指していても良い。このように、周期構造体は、細長い略矩形形状の透過領域と非透過領域とが、周期方向に沿って交互に配置された構造体である。またこの周期構造体は、周期方向（透過領域、或いは被透過領域の長手方向と垂直な方向）に、移動可能であることが望ましく、より好ましくは発光部や導光部もこの周期構造体と一体的に（或いは連動して）移動することが望ましい。
【００１４】
図３は、照明部１０１の一形態の断面図である。照明部１０１はさらに、ＬＥＤ（発光部）１０１ｄ及びＬＥＤからの光を前述の透過部や非透過部（前記透過部よりも散乱特性が高い散乱部）に導く導光板１０１ｅを含みうる。導光板１０１ｅは、例えば、アクリルやガラスの平面板である。非透過部１０１ｂは、例えば、光を散乱する特性を有する素材を、フィルム上に周期Ｐで縞状のパターンとして印刷しても良い。この場合、フィルム上で、この光を散乱する素材が印刷されていない部分（領域）が透過部となる。このようなパターンが印刷されたフィルムを導光板１０１ｅに密着して貼り付ければ、上述の周期構造体を作製することができる。
【００１５】
ＬＥＤ１０１ｄは、枠部１０１ｃの内部であって透過部１０１ａと非透過部１０１ｂを取り囲む領域の中に、複数設けられている（但し、１個でも構わない）。ＬＥＤ１０１ｄから射出された光の少なくとも一部は、導光板１０１ｅの内部を全反射しながら進む。非透過部１０１ｂには光を散乱する特性を有する素材が用いられているため、入射光の一部がワーク１１に向けて散乱される。一方、透過部１０１ａでは殆ど光が散乱されないため、透過部１０１ａからワーク１１に向けて照射される光は殆ど発生しない。このため、照明部１０１によって、ワーク１１には縞状のパターン光が投影されることになる。ワーク１１で反射（または散乱）された光のうち一部は、照明部１０１の非透過部１０１ｂによって遮光され、他部は照明部１０１の透過部１０１ａを透過する。カメラ１０２は、この透過した光を用いて、ワーク１１を撮影することができる。本実施形態の光学評価装置１では、カメラ１０２のフォーカス位置はワーク１１の表面上に合わせられている。
【００１６】
本実施形態では、透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂは、光を散乱する特性を有する素材を用いてフィルム上に印刷された縞状のパターンによって実現されているが、このような照明部の構成に限定されない。例えば、透過部１０１ａは、上述のようにライン状の開口であっても良いし、非透過部１０１ｂはライン状の発光部材から構成されていても良い。
【００１７】
図１に示されるように、照明部１０１は、駆動部である可動機構１０３によって保持されている。可動機構１０３は、透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂのラインと直交する方向（図中のＸ方向）に、照明部１０１を移動可能としている。本実施形態では、可動機構１０３によって照明部１０１を移動させているが、照明部１０１に対してワーク１１を動かすことで、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置を変えても良い。また、照明部１０１の全体は動かさずに、透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂだけを（周期構造体を）動かすようにしても良い。ここでは、複数回の撮影を行う際（複数回撮影中）に、それぞれの位置の位相が互いに異なっていることが望ましい。つまり、周期構造体を周期Ｐ未満の長さだけ移動させて被検物を複数回撮像することが望ましい。また周期構造体を周期Ｐだけ移動させながら連続的に（断続的に）撮影する（周期Ｐ未満の移動量ごとに撮像する）ようにしても良い。或いは周期構造体を周期Ｐだけ移動させながら連続して露光し続ける撮影を行う（撮像工程中に移動させる）ことで、周期構造体を介した撮影による悪影響を低減することができる。
【００１８】
光学評価装置１は、さらにカメラ１０２を駆動させる可動機構１０７によって構成されている。可動機構１０７は、照明部１０１の透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂのライン（長手方向）と直交する方向（図中のＸ方向、周期Ｐの周期方向）に、カメラ１０２を移動可能としている。本実施形態では、可動機構１０７によってカメラ１０２を移動させているが、カメラ１０２に対してワーク１１を動かすことで、カメラ１０２とワーク１１との相対的な位置を変えても良い。また、カメラ１０２やワーク１１のＸ方向の平行移動だけでなく、カメラ１０２又はワーク１１を駆動させ、カメラ１０２の光軸とワーク１１が成す角度を変化させても良い。
【００１９】
可動機構１０３と可動機構１０７は、制御部１０４と接続されている。制御部１０４は、例えばＣＰＵやメモリなどを有する基板によって構成されており、照明部１０１、カメラ１０２、可動機構１０３、可動機構１０７を同期して制御する。制御部１０４は可動機構１０３とカメラ１０２を制御して、可動機構１０３に照明部１０１をΔＸｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）だけ移動させ、Ｎ枚の画像（Ｎ≧３）をカメラ１０２に撮影させる。さらに制御部１０４は可動機構１０７を制御して、カメラ１０２とワーク１１との相対位置を変化させた後に、再び照明部１０１を移動させながらカメラ１０２に撮像させる。具体的には、この制御部１０４は、可動機構１０３とカメラ１０２を制御して、可動機構１０３に照明部１０１をΔＸｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）だけ移動させ、Ｍ枚の画像（Ｍ≧３）をカメラ１０２に撮影させる。ここにおいて、ΔＸｉは分かっていればよいので、任意の大きさに設定することができる。ただし、このような構成に限定されるものではなく、例えば、手動にて可動機構１０３を操作してワーク１１を移動させた後、マニュアルトリガーでカメラ１０２にてワーク１１を撮影しても良い。
【００２０】
光学評価装置１は、さらに画像処理部としてのＰＣ１０５、及びディスプレイ１０６を含みうる。本実施形態のＰＣ１０５は、カメラ１０２で得られた画像（第１画像、第２画像等）に係る情報に基づいてワーク１１の表面を評価する（欠陥の有無を判定する、欠陥判定を行う）機能を有する。ＰＣ１０５と制御部１０４は別体でなくてもよく、当該画像処理部１０５を制御部１０４と一体的に設けてもよい。また、画像処理部は汎用的なＰＣではなく、画像処理専用のマシンであっても良い。カメラ１０２で撮影された画像は、不図示のケーブルを経由してＰＣ１０５に転送される。
【００２１】
図４に、本実施形態の光学評価装置１を用いた、ワーク表面上の欠陥の検査方法を示す。まず、可動機構１０７によりカメラ１０２を移動させて、カメラ１０２とワーク１１の相対的な位置を、カメラ１０２の視野内にワーク１１の検査領域が入るように第一のポジションに設定する（Ｓ１１）。さらに可動機構１０３により照明部１０１を移動させて、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置を基準位置に対してΔＸ１だけ変化させる（Ｓ１２）。次に、この位置で照明部１０１を発光させて、１番目の画像Ｉ１（ｘ，ｙ）を撮影する（Ｓ１３）。なお、ｘとｙは画像上の画素の位置を表す。ここで、ΔＸ１がゼロで、１番目の画像が前記基準位置におけるものであってもよい。次に、可動機構１０３により照明部１０１を移動させて、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置を基準位置に対してΔＸ２だけ変化させる（Ｓ１２）。図４に記載したΔＸｉのｉは、Ｓ１４からＳ１２に戻る度にカウントアップし（ｉが１から増えていき）、ΔＸ１、ΔＸ２・・・ΔＸＮはそれぞれ互いに異なる値であり、ｉがＮになったら終了するＳ１５に進む。次に、この位置で照明部１０１を発光させて、２番目の画像Ｉ２（ｘ，ｙ）を撮影する（Ｓ１３）。これをＮ回繰り返して、合計Ｎ枚（Ｎ≧３）の画像を撮影する。
【００２２】
次に、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置がΔＸｉだけ変化したとき、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて、Ｎ枚の画像から、第一の合成画像を生成する（Ｓ１５）。
【００２３】
合成画像の一例は、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分（ワークが平面の場合には、画像上に発生する、周期Ｐ／２の縞状パターンに対応する周波数成分）の振幅画像である。照明部１０１とワーク１１の相対的な位置をＰ／Ｎ幅のステップでシフトさせた場合、ΔＸｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）は以下の式で表される。
ΔＸｉ＝（Ｐ／Ｎ）×（ｉ−１）
【００２４】
この式はΔＸ１がゼロである場合を含むもので、１番目の画像が前記基準位置から変化したものである場合は、式は次のものとなる。
ΔＸｉ＝（Ｐ／Ｎ）×ｉ
【００２５】
このとき、振幅画像Ａ（ｘ，ｙ）は、以下の式により算出できる。これが、Ｎ枚（Ｎ≧３）の画像を処理して被検物の表面に関する情報を含む処理画像であり、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて生成された処理画像である。
【００２６】
【数１】
2019082452.tif 000003
【００２７】
照明部１０１の位置を移動すると、図３に示される明るい点１１ａ及び暗い点１１ｂの位置も移動するため、カメラの画素上の１点では、強度の明暗が変化する。光沢性を有するワーク１１に関し、表面が正常な光沢を有する部分では、この明暗の差に相当する振幅が発生する。
【００２８】
表面に微小な凹凸、表面の荒れなど、散乱性の欠陥がある部分では、鏡面反射光以外にも散乱光が発生する。散乱光があると、点１１ａでは、散乱された光の一部が非透過部１０１ｂで遮光されるため、明るさが低減する。一方、点１１ｂでは、散乱された光の一部が透過部１０１ａを透過するため、明るさが増加する。
【００２９】
その結果、明暗の差が小さくなり、振幅の値も小さくなる。例えば、完全拡散面では光の散乱角度分布は入射光の角度に依存しなくなるため、照明部１０１で縞状のパターンをワーク１１に投影しても光の散乱角度分布は常に一様となり、振幅はゼロとなる。このため、振幅画像では、表面性状として散乱性の度合いを評価することができ、キズや微小な凹凸、表面粗さなど、散乱性の欠陥の情報を得ることができる。可視化することもできる。ここで、性状とは、物の性質と状態のことであり、表面性状とは、ワーク１１（被検物体）の表面の傷、微小な凸凹、表面粗さ、散乱性を含めた表面の性質や状態のことである。
【００３０】
また、合成画像の別の例は、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の位相画像である。振幅画像θ（ｘ，ｙ）は、以下の式により算出できる。
【００３１】
【数２】
2019082452.tif 000004
【００３２】
上式で位相は−π〜πの値で算出されるため、それ以上に位相が変化する場合は、位相画像では非連続な位相の飛びが発生する。このため、必要に応じて位相接続（位相アンラップ）が必要である。
【００３３】
位相画像では、表面性状としてワーク１１の表面の傾きを評価することができる。したがって、位相画像では打痕や面倒れ、表面の凹みのような緩やかな形状変化に起因する欠陥の情報を得ることができる。可視化することもできる。
【００３４】
位相接続（位相アンラップ）には、種々のアルゴリズムが提案されているが、画像のノイズが大きい場合には、誤差が生じうる。位相接続を回避するための手段として、位相の微分に相当する位相差を算出しても良い。位相差Δθｘ（ｘ，ｙ）及びΔθｙ（ｘ，ｙ）は、以下の式により算出できる。
【００３５】
【数３】
2019082452.tif 000005
【００３６】
さらなる合成画像の例は、平均画像である。平均画像Ｉａｖｅ（ｘ，ｙ）は、以下の式により算出できる。
【００３７】
【数４】
2019082452.tif 000006
【００３８】
平均画像では、表面性状として反射率の分布を評価できる。したがって、平均画像では、色抜けや汚れ、吸収性の異物など、正常な部分と反射率に違いがある欠陥の情報を得ることができる。可視化することもできる。
【００３９】
このように、振幅画像、位相画像または位相差画像、平均画像で、光学的に評価可能な表面性状が異なる結果、可視化される欠陥も異なるため、これらの画像を組み合わせることで、多様な表面性状を評価して、多様な欠陥を可視化することができる。
【００４０】
しかしながら、前述の振幅画像、位相画像または位相差画像、平均画像において、縞ノイズが発生することを発見した。具体的には、ワーク１１からカメラ１０２の瞳面までの距離をＬ、ワーク１１から照明部１０１までの光路長をＤ、照明部１０１の透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂの周期をＰとした場合、周期Ｐ×Ｌ／２Ｄの縞ノイズである。このノイズの補正のため第一のポジションの第一合成画像と第二のポジションの第二合成画像を取得し、処理画像を算出する。
【００４１】
図４に戻り、可動機構１０７によりカメラ１０２を縞ノイズの半周期分（Ｐ×Ｌ／４Ｄ）移動させて、カメラ１０２とワーク１１の相対的な位置を第二のポジションに設定する（Ｓ１６）。さらに可動機構１０３により照明部１０１を移動させて、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置を基準位置に対してΔＸ１だけ変化させる（Ｓ１７）。次に、この位置で照明部１０１を発光させて、１番目の画像Ｉ１（ｘ，ｙ）を撮影する（Ｓ１８）。次に、可動機構１０３により照明部１０１を移動させて、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置を基準位置に対してΔＸ２だけ変化させる（Ｓ１７）。このＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９におけるΔＸｉやＩｉの中のｉもＳ１２等で記載したものと同じく、Ｓ１９からＳ１７に戻る度にカウントアップし、ｉがＭに到達したらＳ２０に進む。
【００４２】
次に、この位置で照明部１０１を発光させて、２番目の画像Ｉ２（ｘ，ｙ）を撮影する（Ｓ１８）。これをＭ回繰り返して、合計Ｍ枚（Ｍ≧３が望ましいが、撮影する画像は２枚でも構わない）の画像を撮影する。
【００４３】
次に、照明部１０１とワーク１１との相対的な位置がΔＸｉだけ変化したとき、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて、Ｍ枚の画像から、第二の合成画像を生成する（Ｓ２０）。
【００４４】
次に、ワーク１１の各位置が、同一の画素位置になるように第一の合成画像と第二の合成画像の位置合わせを実施し、足し合わせる事で、処理画像（表面画像、評価画像）を生成する（Ｓ２１）。つまり、画像生成部（演算器、ＣＰＵ）が第１位置のカメラから撮像した複数の画像を合成した第一の合成画像と、第２位置のカメラから撮像した複数の画像を合成した第二の合成画像とを、お互いの画像のシフト量を考慮して足し合せる。言い換えると、各々の視点から撮影した複数枚の画像を各々の視点の中で合成した上で、異なる視点の画像同士を、画像（の中のワーク）の位置等を考慮して合成する。この際、カメラの光学系の収差やその他カメラの位置によって変化する条件等も考慮して足し合せる（合成する）と尚望ましい。
【００４５】
最後に、処理画像からワーク１１の表面上の欠陥を検出する（Ｓ２２）。前述のように、第一及び第二の合成画像において欠陥が可視化されており、さらに第一及び第二合成画像を用いた縞ノイズを低減した処理画像を用いる事で、精度良くワーク１１の良否判定検査をすることが可能となる。
【００４６】
本実施形態のＳ１６においては、カメラ１０２の移動量を縞ノイズの低減の最も効果の高い縞ノイズの半周期分（Ｐ×Ｌ／４Ｄ）としたが、その限りではない。例えば、ｎを任意の整数としたとき、カメラ１０２の移動量は、
（ｎ＋１／４）Ｌ×Ｐ／２Ｄ以上（ｎ＋３／４）Ｌ×Ｐ／２Ｄ以下
であれば、縞ノイズの低減効果を得ることができる。ここで、カメラ１０２の移動量とは、カメラ（撮像部）の光軸の移動量（２つの位置における光軸間の距離）、或いはカメラの光軸と被検物との交点がシフトした量（交点同士の間隔）、と表現することもできる。尚、ここで、このカメラ１０２の移動量は、更に望ましくは、
（ｎ＋３／８）Ｌ×Ｐ／２Ｄ以上（ｎ＋５／８）Ｌ×Ｐ／２Ｄ以下
であっても良い。また、ここでは、簡略的に、カメラの移動量を周期Ｐ未満とすることも可能である。
【００４７】
また、本実施形態では、カメラ１０２のＸ方向の平行移動としたが、ワーク１１のＸ方向の平行移動、カメラ１０２又はワーク１１を可動とし、カメラ１０２の光軸とワーク１１が成す角度を変化させても良い。例えば、カメラ（撮像部）とワーク（被検物）の表面とが第１の角度で傾いた状態と、それとは異なる第２の角度で傾いた状態で、カメラがワークの表面を撮影するようにしても良い。この場合、ワークを駆動する駆動部は、撮影ごとにワークの傾き角度を微小に変化させる、或いはカメラを駆動する駆動部が撮影ごとにカメラの光軸の傾き角度（一部のレンズの偏心量の変化でも可）を微小に変化させる。この際、傾き角度（チルト量）は、周期構造体（マスク）の非透過領域の長手方向と平行な軸を中心とした回転方向の角度であるのとが望ましいが、若干ずれていても構わない（５度以下）。
【００４８】
さらに、第１のポジションと第２のポジションにおけるワークの傾き差Δθが、
（ｎ＋１／４）×Ｐ／Ｄ＜ｔａｎ（２Δθ）＜（ｎ＋３／４）×Ｐ／Ｄ
を満足することが望ましい。ワークをΔθだけ傾けると、マスク像に対して光源像がＤｔａｎ（２Δθ）だけシフトする。このシフト量がピッチの１／４〜３／４、望ましくは１／２となるとき、つまりｔａｎ（２Δθ）＝Ｐ／２Ｄとなるとき、最も好適に縞ノイズが補正される。
【００４９】
本実施形態の光学評価装置１は、ワーク１１の表面に関する情報を含む処理画像を生成し、処理画像から欠陥を検出して、例えば、ワーク１１の良否判定検査を実施する。しかし、本発明の光学評価装置１などの装置の用途は、ワーク１１の表面上の欠陥検出に限定されない。例えば、本発明を適用できる装置は、ワーク１１の表面の傾きの情報を含む位相画像の情報を用いて、ワーク表面の形状計測に使用しても良い。また、本発明を適用できる装置は、ワークの表面の散乱性に関する情報を含む振幅画像の情報を用いて、光沢度の計測に使用しても良い。
【００５０】
なお、本実施形態では、第一のポジションと第二のポジションで被検物を撮影しているが、より多くのポジションで被検物を撮影し、それぞれのポジションにおける合成画像を足し合わせても良い。たとえばＮを整数として、互いにノイズ周期Ｐ×Ｌ／２Ｄの１／Ｎ周期相当のシフトさせたＮポジションで撮影することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  光学評価装置（画像処理装置）
１１  ワーク（被検物）
１０１  照明部
１０１ａ  透過部
１０１ｂ  非透過部
１０２  カメラ（撮影部）
１０３  可動機構（駆動部）
１０５  ＰＣ（画像処理部）
１０７  可動機構（駆動部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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