(57)【要約】【課題】  パターンを有する部材を介しても被検物を比較的精度よく撮影することができる画像取得装置及び方法を提供する。【解決手段】  画像取得装置１は、第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部１０１ｂを、第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材を有する。また、第１照明部１０７と、照明された被検物１１の領域を前記部材を介して撮影する撮影部１０２と、第１照明部１０２によって照明された被検物１１を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と被検物１１とを第２の方向に沿って相対的に変位させる駆動部を備える。【選択図】  図１
2019002928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部を、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、
第１照明部と、
前記第１照明部によって照明された前記被検物の領域を前記部材を介して撮影する撮影部と、
前記撮影部が、前記第１照明部によって照明された前記被検物を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる駆動部と、
を備える、ことを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記第１照明部は、前記部材を介して前記被検物を縞状の光で照射し、
前記駆動部が、前記１枚の画像を取得する露光中に前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる量は、前記周期Ｐの半分の整数倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記第１照明部は、前記部材を介して前記被検物を縞状の光で照射し、
前記駆動部が、前記１枚の画像を取得する露光中に前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる量は、前記周期Ｐの半分の２倍以上である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記第１照明部による照明時に、前記撮影部が前記画像の撮影に要する露光時間内に前記相対的な位置の変化する距離が、前記部材の存在により前記画像に発生する明暗パターンの周期の整数倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記第１照明部は、前記部材と前記撮影部との間に配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記第１照明部は、前記部材の前記被検物側の空間に配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記第１照明部による照明時に、前記撮影部で撮影される前記被検物の画像を処理して前記被検物の表面に関する情報を含む処理画像を生成する画像処理部を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記画像処理部は、前記第１照明部による照明時に取得した前記処理画像に基づいて、前記被検物の表面上にある欠陥を検出する、
ことを特徴とする請求項７に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記撮影部および前記被検物の両方を同じ速度で、前記第２の方向に沿って前記部材に対して相対的に変位させることがさらに可能である
ことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記駆動部は前記被検物を前記第２の方向に沿って変位させ、
前記撮影部は前記被検物の複数の画像を取得し、
前記画像処理部は前記複数の画像における前記被検物の位置が同じになるように処理を行った画像を用いて前記被検物の表面に関する情報を含む処理画像を生成する
ことを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
前記部材は前記複数の非透過部を用いて前記被検物に縞状の光を投影する第２照明部を構成する
ことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１２】
前記第２照明部による照明時に、前記撮影部で撮影される複数のＮ枚の画像を処理して前記被検物の表面に関する情報を含む処理画像を生成する画像処理部を備え、
前記第２照明部による照明時に、前記部材と前記被検物が、互いに相違する（前記周期Ｐの整数倍の相違を除く）変化量ΔＸｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）、前記第２の方向へ相対的に前記駆動部により変位させられるときに、前記撮影部は、前記部材を介して、それぞれ前記被検物を撮影し、前記Ｎ枚の画像を取得する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の画像取得装置。
【請求項１３】
前記画像処理部は、前記第２照明部による照明時に取得される、位相がシフトする、前記撮影部により撮影された画像に発生する縞状パターンの周波数成分の強度変化に関する情報を用いて、前記Ｎ枚の画像から前記処理画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の画像取得装置。
【請求項１４】
前記画像処理部は、前記強度変化の情報から、前記強度変化の周波数成分の振幅と位相と位相差とのうちの少なくとも１つを取得して、前記処理画像として振幅画像と位相画像と位相差画像とのうちの少なくとも１つを生成する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の画像取得装置。
【請求項１５】
前記第２照明部は、前記部材、及び前記部材を取り囲む領域に配置された光源を有し、該光源を用いて前記複数の非透過部を発光させることにより前記被検物を照明し、前記被検物からの光の一部は、前記非透過部の間を透過して、前記撮影部によって受光されて撮影される、
ことを特徴とする請求項１０乃至１４いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１６】
前記第２照明部は、前記部材、ハーフミラー、及び光源を有し、
前記光源から射出された光の一部は、前記ハーフミラーによって反射され、前記非透過部の間を透過して前記被検物を照明し、前記被検物からの光の一部は、前記非透過部の間を透過して、前記撮影部によって受光されて撮影される、
ことを特徴とする請求項１０乃至１５いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１７】
前記画像処理部は、前記第１照明部による照明時に取得した前記処理画像又は／及び前記第２照明部による照明時に取得した前記処理画像に基づいて、光沢性のある前記被検物の表面を光学的に評価する、
ことを特徴とする請求項１１乃至１６いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１８】
前記画像処理部は、前記処理画像に基づいて、前記被検物の表面上にある欠陥を検出する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の画像取得装置。
【請求項１９】
前記撮影部は被写体側テレセントリック光学系を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１８いずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２０】
被検物を照明する照明工程と、
第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部を、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材を介して、前記照明工程において照明された前記被検物の領域を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程において前記被検物の領域を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる変位工程と、
を有する、
ことを特徴とする画像取得方法。
【請求項２１】
前記撮影工程において、前記部材を介して前記被検物を縞状の光で照射し、
前記変位工程において、前記１枚の画像を取得する露光中に前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる量は、前記周期Ｐの半分の整数倍である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の画像取得方法。
【請求項２２】
前記撮影工程において、前記部材を介して前記被検物を縞状の光で照射し、
前記変位工程において、前記１枚の画像を取得する露光中に前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる量は、前記周期Ｐの半分の２倍以上である、
ことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の画像取得方法。
【請求項２３】
前記変化工程において、前記撮影工程での前記画像の撮影に要する露光時間内に前記相対的な位置が変化する距離は、前記部材の存在により前記画像に発生する明暗パターンの周期の整数倍である、
ことを特徴とする請求項２２に記載の画像取得方法。
【請求項２４】
前記変化工程において、前記相対的な位置を等速変化させる、
ことを特徴とする請求項２０乃至２３いずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項２５】
前記撮影工程で撮影される前記被検物の画像を処理して前記被検物の表面に関する情報を含む処理画像を生成する画像処理工程を有する、
ことを特徴とする請求項２０乃至２４いずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項２６】
前記変化工程において、前記部材の存在により前記画像に発生する明暗パターンの周期を複数に分割したステップで移動を行い、
前記撮影工程において、前記ステップ移動毎に画像を撮影し、
前記画像処理工程において、複数の前記ステップで取得した複数の画像を平均化処理する、
ことを特徴とする請求項２５に記載の画像取得方法。
【請求項２７】
前記処理画像に基づいて、光沢性のある前記被検物の表面を光学的に評価する評価工程を有する、
ことを特徴とする請求項２５又は２６に記載の画像取得方法。
【請求項２８】
前記評価工程において、前記処理画像に基づいて、前記被検物の表面上にある欠陥を検出する、
ことを特徴とする請求項２７に記載の画像取得方法。
【請求項２９】
物品の製造方法であって、
被検物を作成する作成工程と、
前記作成工程で作成された前記被検物の表面性状を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて前記被検物の良否を判定し、
良の場合と否の場合とで前記被検物の搬送先を異ならせる搬送工程と、
を備えており、
前記計測工程において計測を行う画像取得装置は
第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部を、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、
第１照明部と、
前記第１照明部によって照明された前記被検物の領域を前記部材を介して撮影する撮影部と、
前記撮影部が、前記第１照明部によって照明された前記被検物を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる駆動部と、
を備える、
ことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項３０】
被検物の表面性状を計測する計測装置であって、
前記被検物の画像を取得する画像取得部と、
該画像取得装置が取得した画像に基づいて前記被検物の表面性状を計測する計測部と、
を備え、
該画像取得部は、第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部を、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、
第１照明部と、
前記第１照明部によって照明された前記被検物の領域を前記部材を介して撮影する撮影部と、
前記撮影部が、前記第１照明部によって照明された前記被検物を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる駆動部と、
を備える、ことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物の検査を行う光学評価装置などの、被検物の画像を取得して処理する画像取得装置及び方法に関する。
【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及び特許文献２）。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や平均値などを算出し、それらの値からワークの欠陥を検出する。特許文献２に記載の検査方法では、ワークに照明される明暗パターンをシフトして複数の画像を撮影し、各画素における最大値や最小値などの評価量を計算して、画素間で評価量を比較することにより、微小な欠点を検査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９９４４１９号
【特許文献２】特許第４１４７６８２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、２の検査方法では、欠陥の種類によっては、欠陥に対する照明と撮影の方向が限定されるものがあり、パターン照明だけでは欠陥の可視化が不十分な場合がある。この場合、他の照明（例えばバー照明）などを用いれば欠陥を可視化することができるが、パターン照明とバー照明とで一つの撮影系を共用するための配置が困難な場合がある。
【０００５】
パターン照明部越しの撮影を可能とする透過型のパターン照明を用いれば、撮影系と各種照明部の配置の自由度が高く、装置の小型化や検査時間の低減などが可能である場合もあり得る。しかし、パターン照明部越しに撮影を行うとすると、撮影した画像にパターンが写りこみ、ノイズ成分となって欠陥の検出精度が低下することになり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の一側面による画像取得装置は、第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部を、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、第１照明部と、前記第１照明部によって照明された前記被検物の領域を前記部材を介して撮影する撮影部と、前記撮影部が、前記第１照明部によって照明された前記被検物を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と前記被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる駆動部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一側面によれば、前記部材を介しても被検物を比較的精度よく撮影することができる被検物の表面を光学的に評価する光学評価装置などの、被検物の光照射領域の画像を取得する画像取得装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の画像取得装置である光学評価装置を示した図である。
【図２】第１実施形態の第２照明部を示した図である。
【図３】第１実施形態の第２照明部の断面を示した図である。
【図４】第１実施形態における欠陥の検査方法のフローである。
【図５】第１照明部を用いる際の画像に発生する明暗ノイズを示した図である。
【図６】第２実施形態の第２照明部及び可動機構を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一側面による画像取得装置及び方法では、第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部を、第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、被検物を照明する第１照明部と、を用いる。そして、第１照明部によって照明された被検物の領域を前記部材を介して撮影する。照明された被検物を撮影して１枚の画像を取得する露光中に、前記部材と被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる。前記部材は、第１照明部とは異なる態様で被検物を照明する第２照明部を構成することができる。
【００１０】
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。
【００１１】
＜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）の表面を光学的に評価する。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、表面性状（傷、形状、反射率、色味等の少なくとも一つを含む表面の性質や状態、又は表面形状）に関わる多様な欠陥が発生しうる。光学評価装置（画像取得装置、画像取得部）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は計測工程においてワーク１１の表面性状（表面形状）を計測し、良品か不良品かの判定を行う。判定の手法は種々あるが、例えば計測された表面性状と良品の表面性状との差異が閾値を超えて小さい場合は良と判定し、閾値よりも大きい場合は否と判定する。判定されたワーク１１は不図示の搬送装置により搬送される。搬送装置は判定結果が良の場合と否の場合とでワーク１１の搬送先を変えることができる。
【００１３】
ここで、判定結果が良の場合にはワーク１１は次の工程へと送られる。以降の工程においてワーク１１は例えば別の様々な部品と組み合わせられ、最終的には製品として完成する。
【００１４】
また、判定結果が否の場合にはワーク１１は再生のための工程へと送られる。その工程においてワーク１１には表面の欠陥を除去するための処理が施される。例えば表面を研磨するなどの処理である。この処理が完了した後、光学評価装置１による計測工程の状態となるまでの工程がもう一度繰り返される。
【００１５】
光学評価装置１は、ワークを照明する第１照明部１０７と、第２照明部１０１と、第２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。第１実施形態において、カメラに被写体側テレセントリック光学系を用いてもよい。
【００１６】
ここで、第２照明部１０１を用い、撮影した画像から合成画像を作成するまでを、図２、図３及び図４を用いて説明する。
【００１７】
図２は、ライン状パターンを有する第２照明部１０１を示した図である。第２照明部１０１は、少なくとも部分的に光を透過する複数のライン状の透過部１０１ａと、少なくとも透過部１０１ａよりは光の透過率が小さい複数のライン状の非透過部１０１ｂと、が所定の方向に一定の周期Ｐで交互に配置された部材を有する。透過部は開口ないし空間でもあり得て、この場合も含んで、前記部材は、第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部１０１ｂを、第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、規定できる。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。
【００１８】
図３は、第２照明部１０１の一形態の断面図である。第２照明部１０１はさらに、光源であるＬＥＤ１０１ｄ及び導光板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用いて、フィルム上に縞状のパターンを周期Ｐで印刷することで実現しうる。こうした場合、前記光散乱素材で印刷されないフィルム部分が透過部１０１ａとなる。パターンが印刷されたフィルムは、導光板１０１ｅに密着して貼り付けられる。ＬＥＤ１０１ｄは、枠部１０１ｃの内部であって透過部１０１ａと非透過部１０１ｂを取り囲む領域の適宜の１以上の個所に配置されている。ＬＥＤ１０１ｄから射出された光は、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、入射された光の一部がワーク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、第２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。ワーク１１で反射または散乱された光の一部は、第２照明部１０１の非透過部１０１ｂによって遮光され、一部は第２照明部１０１の透過部１０１ａを透過する。透過した光をカメラ１０２で撮影することにより、カメラ１０２は第２照明部１０１を介してワーク１１を撮影することができる。
【００１９】
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で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、上述した様に透過部１０１ａはライン状の開口で、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。
【００２０】
図１に示されるように、第２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、第２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によって第２照明部１０１を移動させているが、第２照明部１０１に対してワーク１１を動かすことで、第２照明部１０１とワーク１１の相対的な位置を変えても良い。また、第２照明部１０１の全体は動かさずに、透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂ（すなわち前記部材）だけを動かすようにしても良い。
【００２１】
可動機構１０３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、第２照明部１０１、カメラ１０２、可動機構１０３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に第２照明部１０１をΔＸｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）だけ移動させ、Ｎ枚の複数の画像をカメラ１０２に撮影させる。即ち、第２照明部による照明時に、前記部材と被検物が、互いに相違する（周期Ｐの整数倍の相違を除く）変化量ΔＸｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）、第２の方向へ相対的に変位させられるときに、カメラは、前記部材を介して、被検物を撮影してＮ枚の画像を取得する。周期Ｐの整数倍だけの違いを除くのは、相対的な位置が同等になるからである。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。
【００２２】
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Ｎ枚の画像に係る情報に基づいてワーク１１の表面を評価する機能を有する。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。
【００２３】
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のフローの一例を示す。まず、可動機構１０３により第２照明部１０１を移動させて、第２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（Ｓ１１）。次に、この位置で第２照明部１０１を発光させて、１番目の画像Ｉ１（ｘ，ｙ）を撮影する（Ｓ１２）。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により第２照明部１０１を移動させて、第２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（Ｓ１１）。次に、この位置で第２照明部１０１を発光させて、２番目の画像Ｉ２（ｘ，ｙ）を撮影する（Ｓ１２）。これをＮ回繰り返して、合計Ｎ枚（Ｎ≧３）の画像を撮影する。
【００２４】
次に、第２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、合成画像ないし処理画像を生成する（Ｓ１４）。この周波数成分は、画像上に発生する、例えば周期Ｐ／２の縞状パターンに対応する周波数成分である。
【００２５】
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の振幅画像である。第２照明部１０１とワーク１１との相対的な位置をＰ／Ｎ（等間隔）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）
【００２６】
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
【００２７】
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る。また、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分（例えば、周期Ｐ／２の縞状パターンに対応する周波数成分）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。
【００２８】
【数１】
2019002928.tif 000003
【００２９】
第２照明部１０１の位置を移動すると、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。一方、キズや微小な凹凸、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、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、第２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。欠陥を可視化することもできる。
【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。位相画像θ（ｘ，ｙ）は、以下の式により算出できる。
【００３１】
【数２】
2019002928.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】
2019002928.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】
2019002928.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】
次にＳ１４で作成した合成画像を用いて、ワーク１１の表面上の欠陥を検出する（Ｓ１５）。
【００４１】
しかしながら、欠陥の種類によっては、その反射特性などの影響により、可視化可能な照明と撮影の方位とが限定的な場合があり、前述の合成画像では欠陥が検出できない場合がある。この場合、各欠陥に適した照明を配置して、可視化を行うことが必要になる。
【００４２】
本実施形態では、欠陥に適した照明として、暗視野を実現する第１照明部１０７を使用する場合について、図１、図２、図３、図５を用いて詳細に述べる。第１照明部１０７から射出された光の一部は、第２照明部１０１の非透過部１０１ｂによって遮光され、光の一部は、第２照明部１０１の透過部１０１ａを透過してワーク１１に至る。ワーク１１で反射または散乱された光は、再び、一部は、第２照明部１０１の非透過部１０１ｂによって遮光され、一部は、第２照明部１０１の透過部１０１ａを透過する。透過した光をカメラ１０２で撮影することにより、第１照明部１０７による照射時に、カメラ１０２は、第２照明部１０１の透過部１０１ａと非透過部１０１ｂとを含む部材を介してワーク１１を撮影することができる。
【００４３】
ここで、ワーク１１で正反射した光がカメラ１０２に到達できないように第１照明部１０７を配置することで、散乱された光のみがカメラ１０２に到達するようにできる。この配置により、第１照明部１０７を用いて、周囲に対して欠陥部を明るく撮影できる。さらに、散乱された光が最も多くカメラ１０２に到達できるように第１照明部１０７を配置することにより、最も正常部と欠陥部とのコントラストが高い画像を撮影できる。こうした配置の一例として、図１の構成では、カメラ１０２の光軸に対して第１照明部１０７である２つの光源の光軸を傾けている。図１では、第１照明部１０７を、第２照明部１０１とカメラ１０２との間の空間に配置しているが、第２照明部１０１の第２照明部１０１の透過部１０１ａと非透過部１０１ｂとを含む部材のワーク１１側の空間に配置することもできる。
【００４４】
しかし、第１照明部１０７による照射時においては、次の様なことが起こる。すなわち、カメラ１０２により、第２照明部１０１を介したワーク１１の撮影を実施すると、第２照明部１０１の透過部１０１ａと非透過部１０１ｂとの像が、カメラ１０２で撮影される画像上にライン状の明暗ノイズとなって撮影されてしまう。ライン状の明暗ノイズの断面イメージを図５に示す。図５において、横軸は、図１におけるワーク１１上のＸ座標と等価な、カメラ１０２のＸ座標であり、縦軸は、カメラ１０２で得た画像の階調値をプロットした断面イメージを示したものである。図５で示すように、明暗ノイズは、周期的（空間周期Ｌ）な階調値の変化として表れる。このライン状の明暗ノイズの周期Ｌは、上記第２照明部１０１を用いて撮影するときの、上記位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化の周期とは、同じ場合もあるが、通常は異なる。したがって、第２照明部１０１を用いる撮影と第１照明部１０７を用いる撮影とは、別個に行うことが必要である。前記明暗ノイズの空間周期Ｌは、カメラ１０２の光学系の開口数（ＮＡ）、透過部と非透過部とを含む前記部材の透過部のデューティ、カメラ１０２の光学系のフォーカス位置、第１照明部１０７と前記部材との空間的配置関係、などにより決まる。予め測定により求めたり、装置の設計値から理論的に計算したりすることができる。
【００４５】
上記ライン状の明暗ノイズの対策として、カメラ１０２で撮影する際に、前述の可動機構１０３により、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、第２照明部１０１の透過部と非透過部とを含む部材を等速移動させる。可動機構１０３は制御部１０４と接続されており、制御部１０４は、第１照明部１０７の発光、カメラ１０２の撮影、可動機構１０３の動作を同期して制御する。さらに、制御部１０４は、第２照明部１０１の透過部と非透過部とを含む部材の等速速度Ｖ［ｍ／ｓ］、明暗ノイズの空間周期Ｌ［ｍ］、カメラ１０２の露光時間Ｔ［ｓ］の関係を、以下の式となるように設定する。
Ｖ＊Ｔ＝ｍＬ（ｍは整数とする）
【００４６】
つまり、第１照明部による照明時に、カメラが画像の撮影に要する露光時間内に前記相対的な位置の変化する距離を、透過部と非透過部とを含む部材の存在により画像に発生する明暗パターンの周期の整数倍とする。
【００４７】
第１照明部１０７が前記部材を介して被検物を縞状の光で照射する場合などは、相対的な変位量を次のようにすることもできる。すなわち、前記駆動部が、１枚の画像を取得する露光中に前記部材と被検物とを前記第２の方向に沿って相対的に変位させる量を、前記周期Ｐの半分の整数倍にすることができる。ただし、変位量が周期Ｐの半分の整数倍であることが望ましいが、５％以下（より好ましくは３％以下）であれば、整数倍からずれていても構わない。また、前記駆動部が、１枚の画像を取得する露光中に前記部材と被検物とを第２の方向に沿って相対的に変位させる量を、周期Ｐの半分の２倍以上（より好ましくは５倍以上）にすることができる。また、好ましくは１０倍以下（より好ましくは６倍以下）にする。
【００４８】
変位させる量が大きければ平均化の効果も大きく、より明暗ノイズを低減することが可能であるが、そのためには等速速度Ｖとカメラ１０２の露光時間Ｔのどちらかあるいは両方を大きくしなければならない。露光時間を大きくする場合は、その分計測に要する時間が増大し、生産のスループットへ影響する。露光時間を据え置きで等速速度を大きくすれば良いが、加減速時間や加減速時の制定に要する時間が増大し、スループットへの影響が懸念となる。
【００４９】
また、変位させる量が大きいと、その分駆動部の広い範囲を使用することになるが、その範囲内の全域において所望の位置精度が得られない場合が起こり得、これによる画像への新たなノイズの発生が懸念となる。そのような範囲の差は駆動部の個体差として起こり得る。駆動部として、スループットへ影響せず速度を大きくすることができ、広い駆動範囲においても所望の位置精度が保証された仕様のものを用いれば変位させる量を大きくすることができるが、その分コストが増大してしまう。したがって、変位させる量の上限を超えることは好ましくない。
【００５０】
こうした測定方法によると、第２照明部１０１の透過部と非透過部とを含む部材の存在により発生する明暗ノイズをｍ周期分平均することができ、その平均化効果により明暗ノイズを低減することが可能となる。本実施形態では、可動機構１０３によって、第２照明部１０１の透過部と非透過部とを含む部材を等速移動させる構成としたが、前記部材は移動させないで、カメラ１０２とワーク１１との位置を同時に等速変化させる構成としても同様の効果が得られる。
【００５１】
また、本実施形態では、カメラ１０２の露光時間内に前記透過部と非透過部とを含む部材を等速移動させる構成としたが、明暗ノイズの空間周期Ｌを複数分割したステップ移動を行ってもよい。そして、ステップ移動毎に複数の撮影画像を取得し、これらの画像を平均化処理することで同様の効果が得られる。さらに可動機構１０３によって前記部材を移動させているが、前記部材に対してワーク１１を動かすことで、前記部材とワーク１１との相対的な位置を変えても良い。この場合、複数の撮影画像の平均化は、画像上のワーク１１の位置が同一となるように画像処理を行った後に平均化を実施する。また、第２照明部１０１の全体は動かさずに、透過部１０１ａ及び非透過部１０１ｂを含む部材だけを動かして撮影しても良い。
【００５２】
以上にように、欠陥を可視化するため、パターン照明に加えて、それ以外の照明を用いた場合に、明暗ノイズを低減した撮影が可能となる。本実施形態によれば、透過型のパターン照明を用い、撮影系と各種照明の配置の自由度が高く、装置の小型化や検査時間の低減が可能な装置において、さらに、低ノイズの光学評価装置を提供することができる。
【００５３】
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合成画像を生成し、合成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。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の光学評価装置について、説明する。第２実施形態の光学評価装置は、第２照明部及び可動機構が異なる他は、第１実施形態の光学評価装置と同様である。
【００５５】
図６は、第２実施形態の光学評価装置の第２照明部２０１及び可動機構２０３について説明するための図である。第２照明部２０１は、ライン状の透過部２０１ａ及びライン状の非透過部２０１ｂを有する部材を含み、透過部２０１ａと非透過部２０１ｂは周期Ｐで交互に配置されている。上述した様に、この部材は、第１の方向に長く、入射光のうち少なくとも一部を透過しない複数の非透過部２０１ｂを、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って間隔を空けつつ周期Ｐで配置した部材と、規定することもできる。透過部２０１ａ及び非透過部２０１ｂは、例えば電気制御可能な透明ディスプレイを用いてライン状の開口を設けることなどで実現しうる。透過部２０１ａと非透過部２０１ｂは、枠部２０１ｃによって保持されている。透過部２０１ａ及び非透過部２０１ｂを有する前記部材は、可動機構２０３によって、第１の方向に伸びるラインと直交する方向（第２の方向）に変位可能となっている。可動機構２０３は、透明ディスプレイのドライバなどで構成され、不図示の制御部１０４の指令に基づき、前記部材の位置を制御する。
【００５６】
第２照明部２０１は、さらにハーフミラー２０１ｄと面状光源２０１ｅを含む。面状光源２０１ｅから射出された光の一部は、ハーフミラー２０１ｄによって反射され、透過部２０１ａを透過してワーク１１を縞状に照明する。ワーク１１で反射・散乱された光の一部は、再び透過部２０１ａを透過して、カメラによって受光されて撮影される。
【００５７】
第２実施形態の第２照明部２０１は、ハーフミラー２０１ｄが必要で、第１実施形態の第２照明部１０１よりも、やや大型となる。また、第１実施形態の第２照明部１０１では、非透過部１０１ｂが多様な方向に光を散乱する２次光源として機能するのに対して、第２実施形態の第２照明部２０１では、透過部２０１ａを透過してワークを照明する光は指向性を有する。ワーク１１の表面の広い範囲から指向性を有する光の鏡面反射光を得るために、カメラに被写体側テレセントリック光学系を用いることが望ましい。図６では不図示であるが、第２実施形態でも第１照明部１０７が設けられている。第１実施形態と同じく、第１照明部１０７は、第２照明部２０１とカメラ１０２との間の空間に配置してもよいが、第２照明部２０１の被検物側の空間に設けてもよい。
【００５８】
さらに、第２照明部２０１を自発光型の透明ディスプレイで構成した場合には、ハーフミラー２０１ｄと面状光源２０１ｅが不要な構成とでき、その場合には、設置スペースが小さくなり、更なる装置の小型化が実現できる。
【００５９】
上述の第１、２実施例に記載した光学評価装置（画像取得装置、検査装置）は、物品の製造方法にも適用可能である。具体的には、まず作成工程において被検物を作成（研磨、切削）し、次に、計測工程において、前述の光学評価装置（計測部）を用いて作成した被検物の表面性状を計測する（評価する、表面の画像を取得する）。この計測工程における計測結果に基づいて、被検物の良否（表面性状の良し悪し）を判定し、良の場合（表面性状が所望の性状に対してあまり差異が無い場合）と悪の場合とで、搬送工程において被検物の搬送先を異ならせる。具体的には、良の場合には次の組立工程に搬送し、悪の場合には再度作成工程に搬送、或いは調整工程（研磨工程）等に搬送される。
【符号の説明】
【００６０】
１  光学評価装置（画像取得装置）
１１  ワーク（被検物）
１０１  第２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  第１照明部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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