(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像センサと光学系を有し、光軸を定義し、表面を撮像するように向けられている、ビジョンシステムカメラと、
構造化光線を、前記光軸に対して非平行な所定の角度で前記表面に投影する照明器アセンブリと、
前記光学系の最大視野の一部を可変に塞ぐ前記光学系と関連付けられたナイフエッジ部材とを有し、
前記ナイフエッジ部材と上記の所定の角度はそれぞれ、前記光学系を通して前記画像センサに反射される光が実質的に表面上の特徴の傾斜した丘部と谷部から伝達されて、傾斜した丘部と谷部を包囲する区域からの反射光は前記ナイフエッジ部材によって塞がれるように設定されている、
オブジェクトの鏡面上の欠陥を撮像するためのシステム。
【請求項２】
前記ナイフエッジ部材は前記光学系内の可変アパーチャを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記の所定の角度は前記丘部と谷部の傾斜と関連付けられている、請求項１に記載のシスム。
【請求項４】
前記画像センサは２Ｄセンサであり、前記オブジェクトはカメラに対して静止している、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記画像センサはライン走査カメラ構成と定義され、前記オブジェクトはカメラに対して動いている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記照明器アセンブリは照明のラインを表面に投影する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記照明は実質的に赤外光又は近赤外光の波長レンジと定義される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記オブジェクトは反射防止コーティングを含む層と定義される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記層は偏光層を含み、前記照明は偏光され、照明器の光学系は偏光フィルタを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記オブジェクトはＡＭＯＬＥＤディスプレイであり、前記偏光層は１／４λリターダであり、前記偏光フィルタは交差偏光フィルタと定義される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
照明器は偏光照明のための偏光子を含み、照明器の光学系は偏光フィルタを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
照明源は前記ナイフエッジ部材の近傍のポイントに向かって収束する集光ビームと定義される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ナイフエッジ部材は前記光学系の前方の光路上に位置決めされた外部構造と定義される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記照明器アセンブリはビジョンシステムカメラの光軸上にあるビームスプリッタを通して光を投影し、前記照明器アセンブリからの軸外照明はビームスプリッタにより光軸と一致する前記オブジェクト表面に向けて投影される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記照明器アセンブリは複数の照明源と定義され、各々光をそれぞれのビームスプリッタ内に投影し、各ビームスプリッタはビジョンシステムカメラの光軸上にあって、各照明源から出る軸外照明はビームスプリッタによりそれぞれ光軸と一致する前記オブジェクト表面に向けて投影される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
撮像レンズはラインを撮像するレンズと定義され、前記照明器アセンブリは表面に投影し、次いで反射後に撮像レンズの入射アパーチャに入らないラインに焦点を合わせる、請求項５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記照明器アセンブリはラインに焦点を合わせるための円筒レンズを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
特徴は表面の区域における波形と定義され、更に前記画像センサによって取得された画像内のピクセル明度値の分布を決定して分布を閾値値と比較する解析及び評価プロセスを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
分布は画像内のピクセル明度値と頻度を対比した少なくとも１つのヒストグラムによって規定される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ナイフエッジ部材は光軸上に置かれた前記光学系内の隠蔽構造体と定義され、隠蔽構造体は前記光学系の前面に隣接して設けられたマスク素子上にあり、隠蔽構造体は特徴と関連付けられた散乱光を選択的に強化又は抑制するように配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記隠蔽構造体は前記光学系の延長方向にわたって延びるラインと定義され、前記光学系上の焦点を合わせた照明スポットのサイズと相対的である延長の方向に対して横断方向の幅を有し、延長の方向は特徴の向きによって定義される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記マスク素子は周囲のラインの対向する各側で周囲の不透明な区域及びラインと不透明な区域との間の線状アパーチャを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記隠蔽構造体はほぼ光軸上にセンタリングされた円形ディスクを含み、１以上の特徴のサイズと相対的な直径を有する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
更に前記円形ディスクを包囲する環状区域を含み、それらの間に環状アパーチャを定義し、環状区域は散乱光を抑制するように配置されている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記マスク素子はスナップ式又はねじ式のレンズカバーと定義され、アップリケは前記光学系の前面上に置かれ、可変パターン電気光学機構は前記光学系上に置かれている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
更に前記光学系と関連して置かれた第１の偏光子と、照明器と関連して置かれた第２の偏光子とを含む、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は２０１５年１１月１３日に出願された同時係属米国特許仮出願第６２／２５５３６０号「ビジョンシステムで鏡面上の欠陥を検出するためのシステム及び方法」、２０１５年１２月３１日に出願された米国特許仮出願第６２／２７４０９４号「ビジョンシステムで鏡面上の欠陥を検出するためのシステム及び方法」、及び２０１６年１０月５日に出願された米国特許仮出願第６２／４０４４３１号「ビジョンシステムで鏡面上の欠陥を検出するためのシステム及び方法の利益を主張するものであり、その教示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
【０００２】
本発明はオブジェクトの表面を検査するためのマシンビジョンシステム、より具体的には鏡面を検査するビジョンシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書で「ビジョンシステム」とも呼ばれるマシンビジョンシステムは、製造環境において多様なタスクを実行するために使用されている。一般にビジョンシステムは、製造中のオブジェクトを包含するシーンのグレースケール又はカラー画像を取得する画像センサ（又は「イメージャ」）を備えた１台以上のカメラからなる。オブジェクトの画像を分析してデータ／情報をユーザ及び関連する製造工程に提供できる。画像によって生み出されたデータは通常はビジョンシステムにより１台以上のビジョンシステムプロセッサで分析及び処理され、ビジョンシステムプロセッサはそれ専用に製造されているか、又は汎用コンピュータ（例えばＰＣ、ラップトップ、タブレット又はスマートフォン）内で作成される１以上のソフトウェアアプリケーションの一部であることができる。ビジョンシステムによって実行される一部のタイプのタスクは、静止している面又は動いている面（搬送）、例えばコンベヤ又はモーションステージの上のオブジェクト及び表面の検査を含んでいてもよい。
【０００４】
鏡面仕上げのオブジェクトで表面検査を実行することは、ビジョンシステムにとって難題であり得る。一般に、表面からの反射は欠陥及び表面欠点（例えば小さい凹部／谷部及び／又は凸部／丘部）を引き起こすことがあり、これらは周囲の表面に対する小さいエリアにおける傾斜の小さい差を表すが、カメラに進入する大量の反射光によって消し去られると見られる。鏡面上の表面欠点の検出を試みるための１つの技術は、暗視野照明を使用するものであり、オブジェクトに投影された照明光は対物レンズに集められない。これは光を散乱させるどんな表面欠点も目立たせるのに役立つ。しかしながらこの技術は、オブジェクトとカメラアセンブリとの間の相対運動を含む環境では設定及び使用の点で制限がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、ナイフエッジ技術を用いて鏡面上の鏡面欠陥を検出して撮像するためのシステムと方法を提供することによって先行技術の短所を克服する。ここにおいてカメラアパーチャ又は外部デバイスは光路内に物理的ナイフエッジ構造を形成するように設定され、ナイフエッジ構造は照明された所定の傾斜度の鏡面からの反射光線を効果的に遮断し、異なる傾斜で偏向された光線がビジョンシステムカメラセンサに到達するのを可能にする。一実施形態において照明は光学系によって集光されて、検査中の表面の区域より大きい面積で照明器から進出し、表面の区域に収束する。光は（鏡面）区域によって反射されて、カメラの入射アパーチャの近傍か、又はカメラ内部のアパーチャ絞り（例えば調節可能なアイリス）上のスポットに収束し続ける。いずれかの位置で、光表面の平坦部から反射される光はほとんどがナイフエッジ又はアパーチャ絞りによって遮断される。逆に欠陥の傾斜部から反射する光はほとんどが入射アパーチャ内に反射される。照明ビームはカメラの光軸に対して傾斜して、検査中の表面に対する適当な入射角度を提供する。例示的に、照明器は偏光された光をオブジェクトの表面に伝達する直線偏光子を含んでいてもよい。オブジェクトは多層であってよく、（例えば偏光層）を含んでいてもよい。偏光された光は表面からカメラセンサ／カメラ光学系で交差偏光子内に反射される。例示的に、表面は静止して２Ｄセンサ配列によって取得されてよく、又は表面はカメラに対して相対的に動くことができ、この場合はカメラはライン走査カメラ又はライン走査センサと定義され得る。
【０００６】
例示的な実施形態において、オブジェクトの鏡面上の欠陥を撮像するためのシステム及び方法が提供される。表面は、画像センサと光学系を有し且つ光軸を規定するビジョンシステムカメラによって撮像される。照明器アセンブリは、光軸に対して平行でない表面に構造化光線を所定の角度で投影する。ナイフエッジ部材は、光学系の最大視野の一部を可変に塞ぐ光学系と関連付けられている。ナイフエッジ部材と所定の角度はそれぞれ、光学系を通してセンサに反射される光が実質的に表面上の欠陥特徴の傾斜した丘部と谷部若しくはリップル及び波形から伝達されて、反射光がナイフエッジ部材によって塞がれた傾斜した欠陥特徴を包囲するように設定されている。例示的に、ナイフエッジ部材は光学系内の可変アパーチャを含み、所定の角度は平坦な表面からの表面変形の傾斜と関連付けられている。実施形態において、センサは２Ｄセンサであり及びオブジェクトはカメラに対して静止している。或いは、センサはライン走査カメラ構成と定義され、オブジェクトはカメラに対して動いており、照明器アセンブリは、照明のラインを表面に投影する。ライン照明器を使用することにより、動いている部品の検査及び２Ｄセンサからの単一の画像によってカバーされるフィールドよりはるかに大きい部品の検査が可能になる。実施形態において、照明は可視光に加えて、実質的に赤外光又は近赤外光波長レンジと定義され、オブジェクトは反射防止コーティング及び／又は偏光層を含む層と定義され得る。この場合に、照明は偏光されることができ、照明器の光学系は偏光フィルタを含む。非制限的な例として、オブジェクトはＡＭＯＬＥＤディスプレイであることができ、偏光層は１／４λリターダであり、偏光フィルタは交差偏光フィルタと定義される。照明器は偏光照明のための偏光子を含んでよく、照明器の光学系は偏光フィルタを含む。照明源はナイフエッジ構造の近傍のポイントに向かって収束する集光ビームと定義できる。ナイフエッジ構造は光学系の前方の光路上（光学系とオブジェクトの間）に位置決めされた外部構造であることができる。例示的に、照明器アセンブリはビジョンシステムカメラの光軸上にあるビームスプリッタを通して光を投影し、照明器アセンブリからの軸外照明はビームスプリッタにより光軸と一致するオブジェクト表面に向けて投影される。別の実施形態では、照明器アセンブリは複数の照明源と定義され、各々光をそれぞれのビームスプリッタ内に投影し、各ビームスプリッタはビジョンシステムカメラの光軸上にあって、各照明源から出る軸外照明はビームスプリッタによりそれぞれ光軸と一致するオブジェクト表面に向けて投影される。
【０００７】
例示的に、ナイフエッジ部材は光軸上に置かれた光学系内の隠蔽構造体であることができる。隠蔽構造体は光学系の前面に隣接して設けられたマスク素子上にある。隠蔽構造体は特徴と関連付けられた散乱光を選択的に強化又は抑制するように配置され得る。隠蔽構造体は光学系の延長方向にわたって延びるラインと定義され、光学系上の焦点を合わせた照明スポットのサイズと相対的である延長の方向に対して横断方向の幅を有することができる。延長の方向は特徴の向きによって定義され得る。マスク素子は周囲のラインの対向する各側で周囲の不透明な区域及びラインと不透明な区域との間の線状アパーチャを含む。隠蔽構造体はほぼ光軸上にセンタリングされたディスクを含み、１以上の特徴のサイズと相対的である直径を有する。環状区域はディスクを包囲でき、ディスクと環状区域の内周との間の環状アパーチャを規定できる。環状区域は散乱光を抑制するように配置され得る。例示的に、マスク素子はスナップ式又はねじ式のレンズカバーの少なくとも１つであることができ、アップリケは光学系の前面上に置かれ、可変パターン電気光学機構は光学系上に置かれている。実施形態において、配置構成は光学系と関連して置かれた第１の偏光子と、照明器と関連して置かれた第２の偏光子を含んでいてもよい。
【０００８】
以下に本発明について添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な静止したオブジェクトの欠陥のある表面の画像を取得する、２Ｄピクセル配列を有するカメラを備え、オブジェクトの鏡面上の表面変形欠陥特徴を解像するように配置された照明器及びアパーチャ制御を含む例示的なビジョンシステムのブロック図である。
【００１０】
【図２】例示的な動いているオブジェクトの欠陥のある表面の画像を取得する、ライン走査（１Ｄ）ピクセル配列を有するカメラを備え、オブジェクトの鏡面上の表面変形欠陥特徴を解像するように配置された照明器及びアパーチャ制御を含む例示的なビジョンシステムのブロック図である。
【００１１】
【図３】図１又は図２の配置構成に従い表面上の変形表面特徴を解像するためにナイフエッジ効果を適用するブロック図である。
【００１２】
【図４】ＡＭＯＬＥＤディスプレイの方式による例示的な偏光層を含む複数の層を含めるように構成された例示的なオブジェクトを走査する、図２のビジョンシステム配置構成のブロック図であり、オブジェクトは少なくとも１層に丘欠陥特徴と谷欠陥特徴を含んでいる。
【００１３】
【図５】照明の光路及び丘欠陥特徴に対して取得された反射光を示す、ビジョンシステム配置構成及び図４の例示的な走査されたオブジェクトの側面図である。
【００１４】
【図６】照明の光路及び谷欠陥特徴に対して取得された反射光を示す、ビジョンシステム配置構成及び図４の例示的な走査されたオブジェクトの側面図である。
【００１５】
【図７】例示的な実施形態によるカメラ及び光学系と組み合わせた外部ナイフエッジ構造の使用を示すビジョンシステム配置構成の側面図である。
【００１６】
【図８】別の実施形態による複数の照明源及び関連するナイフエッジアセンブリを示す、ビジョンシステム配置構成及び例示的な走査されたオブジェクトの側面図である。
【００１７】
【図９】１個の照明器を用い、カメラの光軸と一致する軸外照明を提供するビームスプリッタを含む、図１の説明に従って作動するビジョンシステムのブロック図である。
【図１０】２個の照明器を用い、カメラの光軸と一致する軸外照明を提供するビームスプリッタを含む、図１の説明に従って作動するビジョンシステムのブロック図である。
【００１８】
【図１１】本明細書の実施形態によるビジョンシステムを用いて、それぞれ周囲の表面上にシャドウグラフの形式で示された可視の欠陥特徴を有する例示的なオブジェクト表面の画像の表現である。
【００１９】
【図１２】一実施形態による軸外照明及びナイフエッジ構成を用いて、オブジェクトの鏡面上の波形を決定するための手順のフローチャートである。
【００２０】
【図１３】平滑な表面特徴と波状の表面特徴の組合せ、波状の表面特徴及び平滑な表面特徴からの応答を示す画像明度の例示的なヒストグラムである。
【図１４】平滑な表面特徴と波状の表面特徴の組合せ、波状の表面特徴及び平滑な表面特徴からの応答を示す画像明度の例示的なヒストグラムである。
【図１５】平滑な表面特徴と波状の表面特徴の組合せ、波状の表面特徴及び平滑な表面特徴からの応答を示す画像明度の例示的なヒストグラムである。
【００２１】
【図１６】一実施形態により表面のラインを照明及び走査するための照明器及び画像センサの例示的な光学的配置構成である。
【００２２】
【図１７】図１６の斜視図である。
【００２３】
【図１８】カメラの光学系アセンブリの前方又は内部に置かれ固定又は可変フィルタ部材を含みマスクの形式によるナイフエッジ部材を用いる、例示的な実施形態による例示的なビジョンシステムカメラ及び照明器の説明図である。
【００２４】
【図１９】例示的な線状アパーチャ内の不透明な中心線を定義する、図１８の例示的なカメラと共に使用するためのマスクの正面図である。
【００２５】
【図２０】光学系アセンブリの中心に配置された例示的な円形ディスク部材を定義するマスクの正面図である。
【００２６】
【図２１】例示的な不透明なディスク部材と、これと環状アパーチャによって分離された外側環状部材の正面図であり、各部材は所定の直径を定義する。
【図２２】例示的な不透明なディスク部材と、これと環状アパーチャによって分離された外側環状部材の正面図であり、各部材は所定の直径を定義する。
【図２３】例示的な不透明なディスク部材と、これと環状アパーチャによって分離された外側環状部材の正面図であり、各部材は所定の直径を定義する。
【図２４】例示的な不透明なディスク部材と、これと環状アパーチャによって分離された外側環状部材の正面図であり、各部材は所定の直径を定義する。
【図２５】例示的な不透明なディスク部材と、これと環状アパーチャによって分離された外側環状部材の正面図であり、各部材は所定の直径を定義する。
【００２７】
【図２６】図１８のビジョンシステムカメラと照明器の配置構成によって撮像された例示的なオブジェクト（例えばタッチスクリーン面）の画像であり、その上に波状の表面詳細を示す。
【００２８】
【図２７】図１８のビジョンシステムカメラと照明器の配置構成によって撮像された、図２６の例示的なオブジェクトの画像であり、タッチスクリーン面（例えばセンサ配列）上により微細な詳細を示す。
【００２９】
【図２８】図１８のビジョンシステムカメラと照明器の配置構成によって撮像された、図２６の例示的なオブジェクトの画像であり、図２７に示されたセンサ配列の極めて精確な詳細を示す。
【図２９】タッチスクリーンのセンサマトリックス／配列の詳細についての説明図である。
【図３０】マスクと撮像技術を用いて達成できる詳細度の例についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
Ｉ．システムの概観
【００３１】
図１は、例示的な実施形態による例示的なビジョンシステム配置構成１００のブロック図であり、シーンは定置ビジョンシステムカメラ１２０を基準に配置された静止した鏡面オブジェクト１１０を包含している。この実施形態では、ビジョンシステムカメラ１２０は（例えば）方形配置によるピクセルのＮＸＭ配列を有する２次元（２Ｄ）画像センサＳを含んでいる。カメラは、任意の許容可能なレンズアセンブリ（例えばＣマウント、Ｆマウント又はＭ１２ベースレンズ）を含んでいてもよい光学系パッケージを有する。この実施形態では、レンズは手動又は自動アパーチャ制御−例えば可変アイリス−を含んでおり、ユーザ又は他の外部コントローラは適当なアパーチャ設定１２４を入力できる（以下に説明する）。センサＳと光学系ＯＣは共に、一般にオブジェクト１１０の一般化された表面に対して垂直な光軸ＯＡを規定する。一実施形態において配置構成１００は、光の（例えば光学系ＯＩにより）コリメートされたビーム１３２を表面１１０に投影する照明器１３０を含む。ビーム１３２は、大部分オブジェクトに達して、残りのシーンに拡大しないように適合されている。ビーム１３２は、オブジェクト１１０の鏡面の一般化された平面に対して角度Ａに向けられている。この角度Ａは垂直面Ｎに対して直角ではない（典型的には鋭角）。垂直面Ｎは一般にカメラ光軸ＯＡに対して平行である。
【００３２】
図示されているように、オブジェクト１１０の表面は下方に渦を巻いた谷部（「凹部」とも呼ぶ」）又は上方に突き出た丘部（「凸部」とも呼ぶ）であることができる欠陥特徴１４０を含んでおり、これらは以下に説明する配置構成及び技術を用いて効果的に撮像される。例示的な実施形態で照明されたシーン及びオブジェクト１１０からの画像データ１４０は、ビジョンシステムプロセッサ１５０に伝達される。プロセッサ１５０は、１以上のカメラアセンブリに直接統合でき、又は図示されているように、適当なユーザインタフェース（例えばマウス１６２、キーボード１６４）とディスプレイ機能（スクリーン及び／又はタッチスクリーン１６６）を備えた別個のコンピューティングデバイス１６０内に設けることができる。コンピューティングデバイス１６０はサーバー、ＰＣ、ラップトップ、タブレット、スマートフォン又は専用に製造された処理デバイス、並びに他のタイプのプロセッサ及びこれに付随する記憶装置、ネットワーキング構成、データストレージなどを含んでいてもよいが、これは当業者には自明であろう。
【００３３】
ビジョンシステムプロセス（プロセッサ）１５０は、多様な機能的ソフトウェアプロセス及びモジュールを含んでいてもよい。プロセス／モジュールは、カメラ／センサ及び照明器１３０の種々のパラメータに対するコントローラ１５２を（照明制御情報１７０を介して）含んでいてもよい。ビジョンシステムプロセス（プロセッサ）１５０は、種々のビジョンツール１５２、例えば特徴検出器（例えばエッジ検出器、コーナ検出器、ブロブツールなど）も含んでいる。これらのツールは画像の表面特徴を解析して、照明及び以下に説明する光学的条件の下で（例えば）欠陥特徴１４０を探すために使用される。ビジョンシステムプロセッサは、表面上の欠陥を探して特定する種々のツール１５４を使用する欠陥探知器／探知モジュール１５６も含んでいる。欠陥は定量化でき、相応の情報１７２を処理プロセス（例えば部品拒否及びアラートプロセス）１７４に伝達され得る。
【００３４】
以下に述べるように、種々の実施形態でカメラ１２０は（光路内に）偏光フィルタＰを含んでいてもよい。偏光された光線を表面に伝達するために、照明器上に他のフィルタＰＩを設けることができる。
【００３５】
図２を参照すると、ビジョンシステム配置構成２００が示されており、鏡面を有する例示的なオブジェクト２００は、撮像されたシーンにわたり運動方向（矢印Ｍ）に沿って向けられている。例示的に、オブジェクトはモーションステージ又はコンベヤを含み得る搬送装置２１２によって動かされる。この実施形態ではカメラ２２０はセンサＳ１と光学系ＯＣ１を含んでいる。この実施形態では例示的にセンサＳ１はピクセルの１Ｄ配列（又は１列のピクセルがアドレス指定された２Ｄ配列）として配置されており、それによりライン走査カメラを定義する。一実施形態において、カメラは２Ｄピクセル配列の１以上のラインを読み出すことを可能にするように作動できる。そのような構成において、技術当業者には自明であるべき時間領域法を用いてラインからのピクセル情報を単一の画像に結合できる。このようにしてオブジェクトは機械的に走査でき、その一方でイメージャが漸進的に走査された部品の画像を連続的に読み出して形成する。従って画像の寸法は、撮像システム又は検出器の高コントラストの面積よりはるかに大きくてもよい。代替的な実施形態において、撮像／照明システムは部品が静止したまま一体として走査できることに留意されたい。従ってライン走査は、高いコントラストがスポット又は区域に集中される図１の静止した配置構成と反対に、しばしば無制限のサイズのエリアにわたり高コントラストを提供できる。しかしながら、動いているオブジェクト構成も静止したオブジェクト構成も特定の用途でそれぞれ利点がある。
【００３６】
光学系ＯＣ１は上述したようにアパーチャ制御２２４を含んでいる。シーンは、例示的光のライン２３２をオブジェクト２１０のシーン及び表面に投影する照明器２３０によって照明される。特に、ラインはセンサピクセル配列の延長方向に対して平行に、且つ運動の方向Ｍに対して直角に延びている。カメラセンサＳ１及び光学系ＯＣ１の光軸ＯＡ１は、一般にオブジェクトの一般化された表面に対して直角／垂直であり、投影された光の「扇」は表面に対する垂直面Ｎ１に対して直角ではない角度（鋭角）１に向けられている。カメラは画像データ２４０を一連の走査ラインの形式でビジョンシステムプロセス（プロセッサ）２５０に伝達する。プロセス（プロセッサ）は上述したプロセス（プロセッサ）１５０（図１）と同様に作動する。この実施形態では、搬送装置も運動情報（例えばエンコーダのクリック又はパルスの形式）２４２をプロセス（プロセッサ）２５０に伝達する。この情報は各走査ラインをオブジェクトの物理的座標空間に対して（例えば各パルスと関連した運動方向Ｍにおける所定の物理的運動増分に基づいて）登録するために用いられる。これによりプロセス（プロセッサ）２５０が一連の１Ｄピクセルラインからオブジェクトの２Ｄ画像を構成することが可能になる。プロセス（プロセッサ）２５０は、適当な処理デバイス（図示されていないが上記のデバイス１６０と同様）の一部であってよい。プロセス（プロセッサ）２５０は、照明制御２７０も提供し、イメージャ及び照明制御２５２、ビジョンシステムツール２５４及び欠陥探知器２５６の作動に基づいてオブジェクト表面に対する適当な欠陥情報を供給する。これらは上述したプロセス（プロセッサ）１５０（図１）におけるものと同様に作動する。カメラ光学系は偏光子Ｐ１を含むことができ、照明器２３０も同様に偏光子を含むことができ、その機能は以下に説明する。
【００３７】
一実施形態において、照明器はＬＥＤ駆動、光ファイバー照明器又はその他の許容可能な照明器であることができる。いずれかの配置構成において、光は可視光、赤外光又は近赤外光、及びその他の波長で提供されてよい。種々の実施形態で、オブジェクトとカメラとの間の相対運動はオブジェクトを動かすことによって、カメラを動かすことによって、又はオブジェクトとカメラの両方を動かすことによって達成できることに留意されたい。動きは直線状でも弓状でもよい。
【００３８】
ＩＩ．光学的関係
【００３９】
凹部及び丘欠陥などの表面変形を含む鏡面を有するオブジェクトの画像を取得するための２つの例示的な配置構成１００及び２００を説明したので、ここで種々の例示的な表面と関連したシステムの作動について詳細に説明する。以下の記述は両構成に該当する。図３の例示的な（模式的）配置構成３００に図示されているように、丘部３１２と谷部３１４を含む例示的な表面３１０が、直角ではない角度に向けられた光源によって照明される。照明器３２０は表面上３１０で照明されたスポットによるエリア（幅ＩＳで表す）より一般に大きいエリア（幅ＩＡで表す）を規定する。この照明されたスポット又は表面が検査される区域であり、丘部と谷部を含むことがある。照明器３２０内の適当な集光光学系（慣用的であってよい）に基づいてスポットに収束される照明の光線３２２及び反射された光線３２４は、いずれかのカメラの入射アパーチャの近傍か、又はカメラ内部のアパーチャ絞り上にあるスポット３２６まで収束し続ける。いずれかの位置で、表面から反射された光は主としてナイフエッジ構造３３０及び／又はアパーチャ絞り（例えば可変レンズアイリス）によって遮断される。照明ビームとカメラ光軸３４２は互いに及び表面３１０に対して相対的に傾いていることに基づいて、丘欠陥と谷欠陥の傾斜部から反射する光（光線３４４）は、ほとんどがナイフエッジ構造３３０のそばで光学系３４０の入射アパーチャ内に反射されてセンサ３５０に到達する。各欠陥の反対側のスロープに当たる光は全部射アパーチャ／光学系３４０から離れ及び／又はナイフエッジ構造３３０内に反射される（光線３６０）。
【００４０】
その結果生じる表面３１０上の区域の画像３７０はシャドウグラフの形式を有しており、撮像された丘部３７２は、一方の半分が（対向するスロープから進入する光線３４４に基づいて）明るく、他方の半分が（反対側のスロープからの遮断された光線３６０に基づいて）暗い。これに対して撮像された谷部は、一方の半分が（遮断された光線３６０に基づいて）暗く、反対側の半分が（対向するスロープからの光線３４４に基づいて）明るい。このシステムはどちらの半分が暗く、どちらの半分が明るいかに基づいて丘部を谷部から識別できる。即ち、図示されている左半分の光は丘部を表し、右半分の光は谷部を表している。丘部と谷部を囲む区域は、暗いフィールド又はスロープ反射区域より明度が低いフィールドであってよい。この効果の結果としてカメラ光軸に対向するスロープは反射光を光軸に集中し、このスロープ（一次導関数）における偏差は欠陥に対する明度の高いコントラスト変化を生む傾向がある。これに対して欠陥を包囲する区域からの光はナイフエッジの傾きと遮断効果を組み合わせることによって効果的に減衰される（明度が数桁小さい）。
【００４１】
配置構成３００のセットアップが表面に対するカメラの傾きと間隔を基準にして照明ビームの適当な間隔と傾きを伴うことは当業者には自明であろう。次に外部構造を位置決めし、又は調節可能なアイリスを動かすことによるナイフエッジの設定を用いて、撮像されたフィールドにおける欠陥を強化するために必要な光の遮断の望ましいレベルを導出する。
【００４２】
ＩＩＩ．その他の応用
【００４３】
上記のビジョンシステム配置構成は、多様なオブジェクト及び表面で作動できる。配置構成４００のライン走査バージョンが図４に示されており、ライン走査ビジョンシステムカメラ２２０（図２で既述）は、上述したように動いてライン照明器２３０の下を通過するオブジェクト４２０（動きＭ）を撮像する。例示的な実施形態において、照明器２３０は直線偏光子ＰＩ１を含むことができ、カメラ光学系ＯＣ１は交差偏光フィルタＰ１を含んでいてもよい。例を挙げると、オブジェクトは層状鏡面、例えばＡＭＯＬＥＤディスプレイであることができる。この例は、ガラス又はサファイア最上層４２４の上に施した反射防止コーティング４２２を含む。これは偏光子及び／又は他のフィルタ及び能動ディスプレイ層４２８の上にあるコーティング４２６をカバーする。能動層４２８は、層の上にある例示的な丘欠陥４３０と、層の下にある谷欠陥４４０を含む。
【００４４】
カメラ光軸ＯＡ１に対して傾きＡＰ１にある照明器光線５１０を示す図５及び図６も参照すると、例示的な（能動）ＭＯＬＥＤ層４２８は慣用的な偏光回転層、例えば１／４λリターダであることができる。従って配置構成４００は偏光された照明ビーム５１０を伝送することによってオブジェクト固有の特性を活用できる。最上面は典型的には一部の照明光５１０を通してフレネル反射によって反射する。この光はほとんどがカメラ光学系ＯＣ１の入射アパーチャのエッジによって遮断される。このアパーチャに進入できた残りの光は、入射アパーチャで照明偏光子ＰＩ１に対して９０度に向けられた交差偏光子Ｐ１によって遮断される。最上層４２２、４２４に透過した照明光は１／４λリターダを通過して、能動表面４２８に反射し、その後で２度目に１／４λリターダを通過して、第１の通過の後で直線偏光から円偏光に変換し、それから第２の通過で９０度回転して直線偏光に戻る。この反射光線５２０は表面から出て偏光子Ｐ１を通過してカメラ光学系ＯＣ１の入射アパーチャに入る。このようにして、欠陥（図５に示す丘部４３０及び図６に示す谷部４４０）を包含する層に到達する光だけが画像センサによって受光され、この受光された（フィルタリングされた）光は次いでナイフエッジにより解像されて傾斜した欠陥特徴が識別される。
【００４５】
オブジェクトの表面上には種々異なる塗膜やコーティング層（例えば反射防止コーティング層４２２）が存在するため、赤外光又は近赤外光の波長レンジ／波長帯にある照明ビーム５１０を設けることが望ましい場合がある。鏡面（例えばＭＯＬＥＤディスプレイなど）上のほとんどのコーティング及び塗膜は、可視光スペクトル内の光をフィルタリングするために用いられる。従って赤外光又は近赤外光照明器を使用すると、伝達される照明光の波長の方が長いためにこれらのコーティング又は塗膜層のフィルタリング効果が克服される。任意の許容可能な配置構成のナイフエッジ構造ＫＥ１は、カメラ光学系ＯＣ１と共同して設けられることに留意されたい。一実施形態において、これはレンズと偏光子Ｐ１の間に配置できる。以下に説明するように実施形態において、ナイフエッジは偏光子と統合され得る。
【００４６】
図７を参照すると、ナイフエッジ構造は様々な方法でカメラ及び光学系の光路に適用できることが想定されている。刃７１２とブラケット７１４を有する基本的なナイフエッジ構造７１０が、ビジョンシステムカメラ７３０のレンズ光学系７２０の前部に組み付けられた状態で示されている。ナイフエッジ構造は全体アパーチャＡＣの一部を塞いでおり、それにより照明器７５０の傾斜した照明ビーム７４０が表面７６０に反射すると相互作用する。
【００４７】
図８は、配置構成８００の他の実施形態を示しており、１対の照明アセンブリ８１０及び８１２は、それぞれの光のビーム８２０及び８２２を欠陥を含む鏡面８３０に投影する。各ビーム８２０、８２２は、ビジョンシステムカメラ８５０の光学系８５２とセンサ８５４の光軸に対して異なる向き（それぞれの角度８４０及び８４２）で傾けられている。従って光は異なるスロープ（潜在的に丘部と谷部の反対側のスロープ）によって反射される。１対の対応するナイフエッジ構造８６０及び８６２は、光学系の前方入口に配置されて反射されたビーム８２０及び８２２をそれぞれ塞ぐ。或いは、光学系（レンズ）アセンブリ８５２の調節可能な（両矢８７０）アイリス８７２によって両ビームに対してナイフエッジを設けることができる。追加の（２以上の）照明器を使用して他の傾き角度で表面を照明でき、及び適当なナイフエッジ構造を採用できることに留意されたい。
【００４８】
一般に、レンズアパーチャの調節は多様な方法で達成できる。レンズ本体に調整リングが設けられている場合、ユーザはそれを回転させながら、欠陥の適当な高コントラスト像が達成されるまで例示的なオブジェクトのディスプレイを観察することができる。このプロセスは、レンズ及び／又はカメラアセンブリが電気機械的に（又は他の方法で）駆動されるアイリスを含んでいる場合は自動的に実行できる。ビジョンシステムプロセッサを使用して、取得された画像内でどの設定が最も高いコントラスト差を与える欠陥を可能にするかを決定することによってアパーチャ設定を最適化できる。
【００４９】
ここで図９及び図１０を参照すると、（それぞれ）ビジョンシステムカメラ９１０及び２Ｄピクセル配列を有する光学系９１２を備えた例示的なビジョンシステム９００及び１０００を示している。これらのビジョンシステムは例示的な鏡面を有する静止オブジェクト９２０の２Ｄ画像を取得し、１個の照明器９３０（図９）又は複数（例えば２個）の照明器１０３０及び１０３２（図１０）を含んでおり、各々軸外照明を提供して上述した鏡面オブジェクト９２０の上又は下にある丘欠陥特徴と谷欠陥特徴を照明できる。光学系９１２と関連付けられている開口アイリス又は他の構造は上述したナイフエッジ（一般的に部材ＫＥ２で表す）を提供する。照明器９３０、１０３０及び１０３２はそれぞれＬＥＤ照明器（例示的な軸外ＬＥＤ９４０と光学系９４２によって示す）、ファイバーバンドル照明器又はその他の許容可能な前方照明器であってよい。慣用的設計のビームスプリッタ９５０、１０５０及び１０５２は各光軸９６０、１０６０と一致して置かれており、照明器はビームを軸９６０、１０６０に対して９０度の角度で投影し、入射光線を２以上のビームに分割できるプレート、キューブ、プリズム又はその他のデバイスであることができ、同じ屈折力を有しても有しなくともよく、９０度の角度で向けられても向けられなくともよい。このようにして軸外照明はイメージャの光軸と一致するようになる。このことはよりコンパクトな設計を可能にし、潜在的に照明器をカメラ光学系と統合することを可能にする。図９では１個の照明器９３０が使用されているのに対し、（例えば）互いに反対側から照明する２個の照明器１０３０、１０３２（図１０）を使用して表面上の欠陥のより統一的な画像を生成する。ビームスプリッタはレンズなども含め種々の偏光フィルタ及び他の光調整コンポーネントを含み得ることに留意されたい。例えばカメラ光学系９１２と共同して偏光子Ｐ２を含んでいてもよい。照明器９３０、１０３０は光路内に対応する偏光子ＰＩ２を含むことができ、照明器１０３２はその光路内に対応する偏光子ＰＩ３を含む。偏光子は上述したように配置されて機能する（図５参照）。
【００５０】
ＩＶ．結果
【００５１】
図１１は、一実施形態によるビジョンシステムによって生み出されるディスプレイ画像１１００の図式的な表現を示す。画像は複数の表面（又は表面下）欠陥１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０及び１１６０が特定されたオブジェクト表面を表している。これらの例示的な欠陥はそれぞれ谷部（１１１０、１１２０、１１３０及び１１４０）又は丘部（１１５０及び１１６０）であり、丘部又は谷部のいすれが照明されるかによってそれらの明るい半分と暗い半分が異なる方向に向けられている。しかしながら各丘部と各谷部はサイズ／形状にかかわらず、照明の傾きの結果として共通の向きの明るい半分と暗い半分を示している。更にビジョンシステムプロセスは欠陥に関係する画像データを用いて、それらが潜在的に許容可能なサイズを表しているか決定できる。
【００５２】
Ｖ．波状表面特徴の検出及び評価
【００５３】
上述したシステム及び方法を用いて、鏡面オブジェクト上の起伏する、波打つ若しくは波状の表面特徴の形式による欠点／欠陥を決定できる。例を挙げると、平坦なパネルスクリーンは丘部又はくぼみよりも、（ある程度連続的な）波打つ（波状の）特徴の区域を有することがある。一部の波形は受け入れ可能であるが、そのような特徴がリップルの面積又は大きさ（振幅）の点で過剰であれば許容閾値を超えてオブジェクトは欠陥があると見なされることが想定されている。
【００５４】
図１２は、鏡面の波形が決定及び評価される手順１２００を示す。手順１２００のステップ１２１０で、画像システムは一般的に上述したように軸外照明とナイフエッジ構造を用いて、場合によっては波状の鏡面オブジェクト表面の画像を取得する。この画像は同時に適当なレンズを用いて全オブジェクトについて取得でき、又はライン走査方式（以下に説明する）で取得できる。照明とナイフエッジの配置構成は表面に投影された光のほとんどを画像センサ光学系から、若しくはナイフエッジ構造内に反射させ、波又はリップルのスロープに基づいて反射光の一部は画像センサ内に向けられる。その結果としてより暗いフィールドによって囲まれた明るいリップル（例えばライン）が生じる。明るいラインとして現れる一連のそのようなリップルは、取得された画像内で定義される。
【００５５】
例示的な実施形態において、取得された画像データには種々の画像処理手順、例えばガウス平滑化プロセスを加えることができる。
【００５６】
手順１２００のステップ１２２０で、取得された画像内のピクセルの全体画像明度マップに統計的解析を実施して、例えば画像内のピクセル（グレースケール）明度とピクセル頻度を対比したヒストグラムを作成できる。図１３を参照すると、両平滑な表面特徴と波状表面特徴の両方を有する画像のヒストグラムが示されている。一般的に平滑区域は高い頻度の明度分布が密集していることを示している。逆に、波状区域は低い頻度で明度が広く拡散していることを示している（ヒストグラムのエリア１３１０及び１３２０）。それゆえ波状区域は図１４の比較的広いヒストグラム１４００によって表すことができるのに対し、平滑区域は比較的狭いヒストグラム１５００によって表すことができる。これは取得された画像の平滑区域と波状区域を解析するための多種多様な統計的技術の１つであり、一般的にはあるピクセル明度値の発生の程度を用いることに留意されたい。
【００５７】
再び図１２の手順１２００を参照すると、例えばヒストグラムにおける明度値の分布が評価される（ステップ１２３０）。評価はヒストグラム解析を含むことができ、（例えば）ピクセル値のグレースケールレベル分布が計算されてヒストグラム尾部が生成される。手順１２００は次いで（例えば）ヒストグラム尾部が平均値が許容可能な範囲内にあるか計算することによって波状欠陥又は他の欠陥が存在するか決定する（決定ステップ１２５０）。波形／欠陥が存在する（例えばヒストグラム尾部が平均値の範囲外にある）場合、手順１２００はステップ１２６０に分岐する。例を挙げると、尾部が範囲外にある各ヒストグラムに対する画像に閾値を適用できる。この閾値はユーザが設定するか、又は自動的に決定できる。次いで閾値画像内のすべての欠陥のサイズと位置を測定する。何らかの欠陥（又は欠陥の集合）を測定した結果、所定のメトリック（ユーザが定義するか自動的に設定される）を超過していたら、手順１２００はオブジェクト表面上の特定の欠陥及び／又はそのような欠陥の位置を指示する。手順は他のアクション、例えば部品拒否又はアラームの発生を取ることもできる（ステップ１２７０）。逆に、ヒストグラム尾部によって波形及び／又は欠陥が指示されない場合は、オブジェクトは許容可能と見なされ、一般的に実質的な欠陥はない。このことは指示され及び／又はアクションは取られない（ステップ１２８０）。
【００５８】
鏡面オブジェクト上の波状表面特徴を評価するための上述した手順（１２００）は、ライン走査プロセスの方式で実行できる。図１６及び図１７はそれぞれ配置構成１６００及び１７００を示しており、例示的な波状表面特徴１７２０（図１７）を有するオブジェクト１６１０は、画像センサＬＳの視野（ライン１６３０）にわたり既知の（例えばエンコーダを介して）運動（両矢Ｍ）に沿って向けられている。走査運動ＭＯは、相反する方向のいずれか一方又は相反する方向の両方が該当することに留意されたい。画像センサＬＳはカメラＬＳＣ内にあり、ライン走査センサとして構成されており、１列のピクセルでオブジェクト表面から反射された画像を取得できるようにされている。カメラ視野１６３０の区域は、ハウジングＬＩＨ内のライン照明源ＬＩによって提供される軸外照明によって照明される。この照明源（ＬＩ）は任意の許容可能な光構成、例えばＬＥＤのラインであってよい。光は、所望の幅ＷＩと不定の長さの照明区域（運動方向ＭＯに対して横断方向のオブジェクト表面にわたる）を提供する慣用的な設計と形状の円筒レンズ１６５０によって集束される。例示的な実施形態において、照明ラインの幅ＷＩは数ミリメートル以下であることができるが、走査の解像度に依存してこれより狭くても広くてもよいことに留意されたい。長さは光源ＬＩと円筒レンズ１６５０の対応する長さによって決定される。円筒レンズは、包囲されたレンズホルダ１６４０によって照明源ＬＩから離して配置されて、照明源ＬＩとオブジェクトの表面１６１０との間で所望の焦点距離を提供する。例示的な実施形態において、円筒レンズ１６５０はレンズホルダ１６４０によって表面内のラインに焦点を合わせる距離に離された半円筒レンズとして定義され得る。図示されているように光の軸外投影は、放射された光１６５２（図１７に図示された面又は扇として投影）の大部分を画像センサ光学系（例えばレンズアパーチャ）ＬＡ及び／又は何らかの外部ナイフエッジ構造の外側に反射させる（ライン１６５４）。傾斜した表面によって反射されて受光される光１６５６は、図示されているようにライン走査カメラＬＳＣによって受光される。例示的な実施形態では、包囲されたレンズホルダ１６７０の端部に置かれた他の円筒レンズ１６６０が、受光した光をカメラ光学系（ナイフエッジ構造ＬＡ）及びライン走査センサＬＳに集束させる。当業者には図示された円筒レンズの他に多様なカメラ光学系配置構成が自明であろう。図１６に示されているように、照明源ＬＩの光路内に（光路に沿った様々な位置に）偏光子ＰＩ４を設けることができる。同様に、センサＬＳの受光された光路内に偏光子Ｐ３を設けることができる。これらの部材も設けられているが、見やすくするために図１７の配置構成１７００には図示されていない。
【００５９】
円筒レンズ形状が用いられているが、代替配置構成において多様な横断面形状、例えば放物面を採用できることに留意されたい。同様に、照明光を集束させるために、レンズの代わりに又はレンズに加えて鏡を使用できる。有利には、照明配置構成は全表面が一貫して高い明度を達成し、走査された各ラインが表面の局所的スロープを完全に表現することを保証する。この配置構成も有利には、任意のサイズ表面が撮像されてくぼみ、丘部及び波形について解析されることが可能にする。例えばタブレット若しくはラップトップのスクリーン、又は大型の薄型フラットパネルテレビは、十分長いライン照明アセンブリとオブジェクト表面にわたる１以上のライン走査カメラを設けることによって解析できる。各カメラは全体オブジェクトの部分を撮像して表面の別個の評価又はつなぎ合わせた評価を提供できる。
【００６０】
オブジェクトの大きいエリアは、例えばフレネルレンズ又は他の光学的配置構成と共同して照明器を用いる代替実施形態において撮像できることが明確に想定されていることにも留意された。
【００６１】
ＶＩ．ライン、ディスク及び環状光学系マスク
【００６２】
図１８は、一般化されたビジョンシステム配置構成１８００の例示的な実施形態の模式図を示しており、画像センサ１８２０と光学系アセンブリ１８３０を備えたビジョンシステムカメラアセンブリ１８１０を含んでいる。センサ１８２０は（図示されているように）一般的に上述した方法でビジョンシステムプロセス（プロセッサ）と相互接続されており、センサ１８２０によって取得された画像で適当なビジョンシステムタスクを実行する。光学系アセンブリ１８３０は任意の許容可能な可変又は固定焦点及び／又は可変又は固定アパーチャレンズユニット、又はレンズユニットの組み合わせ、例えば慣用的なＭ１２ベース、Ｆマウント又はＣマウントレンズであってよい。
【００６３】
例示的な実施形態によれば、光学系／レンズアセンブリ１８３０の前面１８３２を固定又は可動マスクアセンブリ１８４０でカバーすることができる。マスクアセンブリ１８４０はねじ式若しくはスナップ式であってよく、又はレンズアセンブリ１８３０の前にブラケット（図示せず）を介して組み付けることができる。マスクアセンブリ１８４０は粘着アップリケ又はコーティングとしてレンズアセンブリの前面（又は他の面）に直接付けることもできる。ねじ式アタッチメントの場合、マスクアセンブリ１８４０は種々のレンズ構成と併せて使用するために他の慣用的フィルタと同様に作動でき、慣用的なレンズフィルタマウントに装着するように適合できる。
【００６４】
随意に、マスクアセンブリ１８４０は．所望に応じて手動又は自動で（例えばソレノイド、サーボ、ステッパなどを介して）レンズの光路内又は光路外に設けることができる。マスクアセンブリは（例えば）電気光学機構であってもよく、随意の制御回路１８５０を介して所望のサイズと形状の完全に透明なパターンと部分的に不透明なパターンとの間で変化できる。非制限的な例として、マスクアセンブリ１８４０は窓（典型的に円形）を有することができ、これはＬＣＤシャッタ、又は他の形式の設定可能な窓を含む。
【００６５】
配置構成１８００は、上述した照明器１８６０を含んでおり、これは光を表面１８７０の全体面に対して直角ではない角度（図示されている）で投影するように向けられている。この例では、表面１８７０は少なくとも１つの方向に沿った一連の丘部１８７２とその間に介在する凹み部１８７４からなる波形をなしている。斜めの光が丘部と凹み部に当たって散乱し、その光の一部がカメラ光学系アセンブリ１８３０に進入する。マスクアセンブリ１８４０はその種々の形式でナイフエッジ部材として規定され、散乱光の多くを減衰して所定の制限された角度範囲の光だけをセンサ１８２０に向ける。この実施形態ではマスクカバー／コーティングは破線１８８０で表されており、これは中央のカバーされた区域１８８２と外側のカバーされた区域１８８４を含み、中央のカバーされた区域１８８２と外側のカバーされた区域１８８４の間には、表面１８７０から反射した光線１８９０が通過する開いたアパーチャがある。種々の実施形態で、偏光子ＰＩ５は照明器１８６０と共同して設けられており、対応する偏光子Ｐ４は光学系／レンズアセンブリと共同して設けることができる。偏光子は上述したように配置されて機能することができる（例えば図５参照）。
【００６６】
図１９は、例示的な実施形態によるビジョンシステム配置構成１９００のより詳細な例を示す。この実施形態は、上で図９に示され説明されたのと同様のビームスプリッタと偏光子構成を含んでいる。具体的には、配置構成１９００はカメラアセンブリ１９１０とレンズ／光学系１９２０を含む。レンズ／光学系１９２０は、本明細書の実施形態によるマスクアセンブリ１９３０を含む。マスクアセンブリ１９４０の前には偏光子Ｐ５があり、上述した原理に従って作動する。ビームスプリッタ１９５０が設けられており、これを通して検査中のオブジェクト１９６０から反射した光はカメラ１９１０に伝達される。照明アセンブリ１９７０が設けられている。照明アセンブリ１９７０は照明源１９７２と集光レンズ１９７４を含む。偏光子ＰＩ６は集光レンズの前に置かれている。偏光子Ｐ５はその表面上にマスクパターンを含むことができ、アセンブリはレンズ１９２０の前面にねじ式又はスナップ式アタッチメントとして設けることができるることに留意されたい。
【００６７】
例示的な実施形態による他のビジョンシステム配置構成２０００。配置構成２０００は、カメラアセンブリ２０１０とレンズ／光学系２０２０を含む。レンズ／光学系２０２０は本明細書の実施形態によるマスクアセンブリ２０３０を含む。マスクのアセンブリ２０４０の前には上述した原理に従って作動する偏光子Ｐ６が設けられている。ビームスプリッタ２０５０が設けられており、これを通して検査中のオブジェクト２０６０から反射した光はカメラ２０１０に伝達される。この実施形態では、集光レンズ２０７０はビームスプリッタ２０５０とオブジェクト２０６０の間に置かれている。集光器は照明アセンブリ２０８０と共同して作動し、照明アセンブリ２０８０は照明源２０８２、集束レンズ２０８４及び偏光子ＰＩ７を含む。集束レンズ２０８４、集光レンズ２０７０及びその他の光学的コンポーネントは、当業者には自明な既知の光学系原理に従って寸法設計及び配置できることに留意されたい。
【００６８】
上述した種々のマスクアセンブリの中央カバー区域と外側カバー区域は、多様な幾何学的形状、サイズ及び関係であってよい。適当なマスクの選定は経験に基づいて行うか、又は検査中の所定の表面に対して最良画像を得るための試行錯誤によって行うことができる。これは種々のタイプの／サイズのマスクパターンを提示する図２１−図２７に更に詳細に示されている。
【００６９】
図２１を参照して、ナイフエッジ部材を生成するマスク２１００の一形式は、透明な線状アパーチャ２１２０内で中心に位置する中央の不透明なライン２１１０を規定する。透明なアパーチャ２１２０を囲んでいるマスクの残りの外側エリア２１３０は不透明である。ライン２１１０、２１２０は一般に表面の特徴的な波形の延長方向（ある場合）に対して平行に向けられており、この形式のマスクはそのような条件では最も効果的である。より一般的に、延長の方向は所望の表面特徴を強化又は抑制するために（例えばマスクを回転させて）選ばれる。配置構成の機能をよりよく理解するために非制限的な例を挙げると、アパーチャＷＬＡの幅は可変であり、例えば直径Ｄ０が５０〜５５ミリメートルのレンズに対して５〜１０ミリメートルであり、中央の不透明なラインＷＬは１〜５ミリメートルである。一般に、ラインの幅ＷＬは照明から集束されたスポットの幅に一致するように寸法設計される。以下のマスク構成（図２２−図２７）は類似のレンズ直径Ｄ０を前提としていることに留意されたい。全体寸法はレンズの直径の大小に比例して変化し得る。
【００７０】
図２２は、直径ＤＤ（５〜１０ミリメートル）の中央の不透明な円形（隠蔽）ディスク２２１０からなるマスク２２００を示す。このディスクは配置構成に所望のナイフエッジ部材を提供する。一般に、ディスクのサイズは強化又は抑制すべき表面特徴（例えば欠陥）のサイズに一致するように選ばれる。この例示的なマスク配置構成２２００はレンズの縁（破線の円２２３０）に外側の不透明な区域がなく透明であることに留意されたい。この基本的なナイフエッジ部材は、表面上の種々の方向に向いてよい丘部と凹み部から所定の角度範囲内で光を受光できるようにする。
【００７１】
図２３は、直径ＤＤ１（約９ミリメートル）を有する中央の不透明な（隠蔽）ディスク２３１０と、内径ＤＡ（約１４ミリメートル）を有する外側の不透明な環状区域２３３０を規定するマスク２３００を示す。ディスク径ＤＤ１と外側区域２３３０との差から透明な環状窓２３２０が生まれ、表面から反射された光はこれを通過できる。特に、中央の隠蔽形ディスクの直径はナイフエッジ部材の方式で光の減衰度を規定し、外側の環状区域の直径は解像力を増すために光学系の共焦点効果を規定する。
【００７２】
中央の隠蔽ディスクと外側の環状区域を有し、それらの間に環状アパーチャを規定するマスクの構成２４００、２５００、２６００及び２７００の更に別の例が、それぞれ図２４、図２５、図２６及び図２７に示されている。非制限的な例として、マスクの２４００のディスク径ＤＤ２は約５〜６ミリメートル、外側環状区域の内径ＤＡ１は約８〜９ミリメートルである。マスク２５００のディスク径ＤＤ３は約３〜４ミリメートル、外側環状区域の内径ＤＡ２は約５〜６ミリメートルである。マスク２６００のディスク径ＤＤ４は約３〜４ミリメートル、外側環状区域の内径ＤＡ３は約８〜９ミリメートルである。加えて、マスク２７００のディスク径ＤＤ５は約５−６ミリメートル、外側環状区域の内径ＤＡ４は約１０−１２ミリメートルである。これらの寸法は広範に可能な寸法の例にすぎず、検査角度の下に置かれた表面の個々の特徴や、ビジョンシステム配置構成における照明の明度及び／又は波長に応じて調整できる。
【００７３】
一般的に上述したように、マスクは多様な技術（例えばスクリーンプリント、フォトリソグラフィ、パターンを印刷又は成形した透明な塗膜の塗布など）を用いて適当なパターンを有するコーティングを施すことによってフィルタ状のガラス表面に構成できる。固定したマスクパターンをカメラの光学系に塗布するために、多様な技術を使用できることは当業者には自明であろう。同様にやはり上述したように、マスクは、例えばピクセルで表された表面を含む能動部品であることができる。マスクパターンの所望の形状とサイズを生成するために、ビジョンシステムプロセッサと別個であるか、又はその一部であるコントローラが能動マスクの個々のピクセルをアドレス指定する。特に、コントローラは、ユーザ又は自動化されたビジョンシステムプロセスが（例えばコントラストに基づいて）最良のパターン設定を決定するまで、種々の構成を通過するように適合できる。パターンは形状が図２１−図２７に示した形状と類似しているか、又はユニークな表面特徴及び／又は波形パターンと一致するより複雑な形状を有することができる。
【００７４】
ある実施形態において、１以上のビジョンシステムプロセッサと相互接続された複数のカメラを使用できることに留意されたい。各カメラは、異なるサイズ及び／又は構成のマスク（例えば異なるサイズの隠蔽ディスク）を用いて類似の角度又は異なる角度からオブジェクト表面の画像を取得でき、表面の複数の画像を解析でき、異なるサイズ、形状及び／又は向きの波形特徴が適当に撮像されることを確保できる。同様に、マスクが可変である（光学系の前面に異なるマスクを置くか、又はマスクのパターンを変化させる）場合も、複数の画像を取得して解析できる。
【００７５】
図２８の画像２８００を参照して、ハンドヘルデバイスの慣用的タッチスクリーンが、上述した実施形態によるマスクを用いて撮像されて示されている。この画像では表面の波形を明確に識別できるが、裸眼若しくはより慣用的なにはビジョンシステム配置構成には比較的平坦な特徴ない表面に見える。図２９では、画像２９００は更に一般には見えない、この例ではタッチスクリーンのセンサマトリックス／配列２９１０の詳細を示している。更に、本文書に記載したマスクと撮像技術を用いて達成できる詳細度が、図３０の画像の例で示されており、図２９の配列２９１０の個々のワイヤ３０１０がタッチスクリーンの区域の近接撮影で明瞭に識別できる。
【００７６】
ＶＩＩ．結論
【００７７】
上述したシステム及び方法が、多様な多層及び単層鏡面上の丘欠陥と谷欠陥及びリップル／波形欠陥を含むスロープ欠陥を特定するための効果的な技術を提供することは明らかであろう。適当な波長の照明光とフィルタ（例えば種々の偏光子）を適用することによって、システム及び方法は種々のコーティングや層を有する表面を効果的に画像できる。望ましく、例示的なナイフエッジ構成は欠陥のスロープ（一次導関数）を識別して、丘部又は谷部から反射する光を、欠陥のどちら側にあるかによって背景よりも明るく又は暗く見せることができる。欠陥のサイズは潜在的に欠陥のスロープに比例的に連動している。小さい欠陥は小さいスロープを有し、それは照明光線を背景からわずかな量しか偏向させないであろう。光源の空間的な広がりが小さければ検査中の表面から反射した後に小さい焦点にもたらすことが可能となり、欠陥光を遮断することなく背景を遮断することが容易になる。しかしながら光源を大きくすれば、生産環境で生じる可能性のある表面傾斜ランダム試験のネガティブな影響は減少するが、欠陥コントラストが低下するという犠牲を伴う。従ってナイフエッジは背景光線を遮断することにより望ましくコントラストを強める。加えて、例示的にスロープと形状と偏光検出の組み合わせを使用することにより、背景光のほとんどは反射されてカメラのアパーチャから除去されるが、傾斜した欠陥からの光はカメラ内に高コントラストで集束される。更に例示的な配置構成により、一般にライン走査カメラと集束した照明ラインを用いて鏡面のサイズを広範に変化させることが可能になる。本文書に記載した実施形態は、特定の表面波形の極めて微細な表示を可能にするナイフエッジ部材及び他の部材（例えば共焦点部材）を含むマスクも提供する。
【００７８】
以上、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明した。本発明の精神と範囲を逸脱することなく種々の改変及び追加を行うことができる。上述した種々の実施形態の各々の特徴は、関連する新しい実施形態において多数の特徴の組み合わせを提供するのに適する限り、別の記載された実施形態の特徴と組み合わされてよい。更に、上に本発明の装置と方法の多数の別個の実施形態を記したが、ここに記載されたものは本発明の原理の応用を例示したものに過ぎない。例えば本明細書中で使用される「プロセス」及び／又は「プロセッサ」という言葉は広く電子ハードウェア及び／又はソフトウェアをベースとする多様な機能及びコンポーネントント（或いは機能的「モジュール」又は「エレメント」と呼ぶことがある）を含むものと解釈されるべきである。更に、図示されたプロセス又はプロセッサは他のプロセス及び／又はプロセッサと組み合わせ、又は種々のサブプロセス又はサブプロセッサに分割されてよい。そのようなサブプロセス及び／又はサブプロセッサは、本明細書に記載された実施形態に従って多様に組み合わせることができる。同様に、本明細書中の何らかの機能、プロセス及び／又はプロセッサは、プログラム命令の非一時的コンピュータ可読媒体からなる電子ハードウェア、ソフトウェア、或いはハードウェアとソフトウェアの組合せを用いて実施できることが明確に想定されている。更に、本明細書で使用される様々な方向及び／又は向きを表す用語、例えば、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「底部」、「頂部」、「側部」、「前部」、「後部」、「左」、「右」及びこれに類するものは、相対的な表現法として用いられているに過ぎず、重力の作用方向など固定した座標系を基準とした絶対的な向きを表すものではない。加えて、与えられた測定、値又は特徴に関して「実質的に」又は「近似的に」という言葉が用いられている場合、それは所期の結果を達成するための通常の操作範囲内にある量を指しているが、システムに許容された誤差の範囲内の固有の不正確さや誤りに起因するある程度のばらつきを含む（例えば１−５パーセント）。従ってこの説明は例示の方法によるものであり、本発明の範囲を別途制限することを意味するものではない。
【００７９】
以下に特許請求の範囲を記載する。
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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