(57)【要約】【課題】物体表面の凹凸や半透明物体内部の気泡を他の欠陥と区別して検出できる外観検査装置を提供すること。【解決手段】物体表面の凹凸や透明物体内部の気泡を一対の明暗部として可視化する可視化手段と、この可視化手段によって可視化された上記明暗部を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された画像の明部と暗部を画像処理により抽出する明暗抽出手段と、この明暗抽出手段によって抽出された明部と暗部の間の距離が所定の値より小さいときに上記明暗部を上記凹凸或いは気泡と判断する判断手段とを具備する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面の凹凸や透明物体内部の気泡を一対の明暗部として可視化する可視化手段と、
この可視化手段によって可視化された上記明暗部を撮像する撮像手段と、
この撮像手段によって撮像された画像の明部と暗部を画像処理によって抽出する明暗抽出手段と、
この明暗抽出手段によって抽出された明部と暗部の間の距離が所定の値より小さいときに上記明暗部を上記凹凸或いは気泡と判断する判断手段と、
を具備することを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
上記明暗抽出手段は、上記撮像手段によって撮像された画像中の第１の階調を越える領域を明欠陥領域として抽出し、上記第１の階調より低い第２の階調に満たない領域を暗欠陥領域として抽出することを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】
上記明欠陥領域を拡大して拡大明欠陥領域を形成するとともに、上記暗欠陥領域を拡大して拡大暗欠陥領域を形成する拡大手段と、
この拡大手段によって形成された上記拡大明欠陥領域と拡大暗欠陥領域を加算する加算手段と、
をさらに具備し、
上記判断手段は、上記拡大明欠陥領域と拡大暗欠陥領域が加算されたことによってこれら領域が連結したときに、上記明欠陥領域と暗欠陥領域の間の距離が所定の値より小さいと判断することを特徴とする請求項２記載の外観検査装置。
【請求項４】
上記拡大手段は、上記明欠陥領域と暗欠陥領域をそれぞれその周囲全方向に拡大することを特徴とする請求項３記載の外観検査装置。
【請求項５】
上記可視化手段は、上記凹凸や気泡を上記明暗部のコントラストの方向が一定となるように可視化することを特徴とする請求項３記載の外観検査装置。
【請求項６】
上記拡大手段は、上記明欠陥領域と暗欠陥領域を互いに接近する方向に拡大することを特徴とする請求項５記載の外観検査装置。
【請求項７】
上記判断手段は、上記明暗部の階調が上記コントラストの方向に滑らかに変化しているときに、上記明暗部を上記凹凸或いは気泡と判断することを特徴とする請求項５記載の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体表面の凹凸や透明物体内部の気泡を検出する外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体表面の凹凸や透明物体内部の気泡を可視化する手段として、被検査物体に光を照射して凹凸や気泡を一対の明暗部として可視化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、可視化された凹凸や気泡を検出する手段として、被検査物体を良品と比較して明暗の差が出た部分を凹凸や気泡として検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１０９３９号公報。
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−１９３５１５号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法によって可視化された凹凸や気泡は、一対の明部と暗部によって構成されるため、１つの凹凸や気泡が明欠陥と暗欠陥の２つの欠陥として検出されることがある。
【０００７】
また、物体表面の凹凸や透明物体内部の気泡はコントラストが低く、見逃しを避けるために検出感度を上げる必要がある。しかしながら、検出感度を上げると、正常な部分も欠陥として検出される、いわゆる過検出が起こり易くなる。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、物体表面の凹凸や半透明物体内部の気泡を他の欠陥と区別して検出できる外観検査装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し課題を達成するために、本発明の外観検査装置は次のように構成されている。
【００１０】
（１）物体表面の凹凸や透明物体内部の気泡を一対の明暗部として可視化する可視化手段と、この可視化手段によって可視化された上記明暗部を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された画像の明部と暗部を画像処理により抽出する明暗抽出手段と、この抽出手段によって抽出された明部と暗部の間の距離が所定の値より小さいときに上記明暗部を上記凹凸或いは気泡と判断する判断手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
（２）（１）に記載された外観検査装置であって、上記明暗抽出手段は、上記撮像手段によって撮像された画像中の第１の階調を越える領域を明欠陥領域として抽出し、上記第１の階調より低い第２の階調に満たない領域を暗欠陥領域として抽出することを特徴とする。
【００１２】
（３）（２）に記載された外観検査装置であって、上記明欠陥領域を拡大して拡大明欠陥領域を形成するとともに、上記暗欠陥領域を拡大して拡大暗欠陥領域を形成する拡大手段と、この拡大手段によって形成された上記拡大明欠陥領域と拡大暗欠陥領域を加算する加算手段とをさらに具備し、上記判断手段は、上記拡大明欠陥領域と拡大暗欠陥領域が加算されたことによってこれら領域が連結したときに、上記明欠陥領域と暗欠陥領域の間の距離が所定の値より小さいと判断することを特徴とする。
【００１３】
（４）（３）に記載された外観検査装置であって、上記拡大手段は、上記明欠陥領域と暗欠陥領域をそれぞれその周囲全方向に拡大することを特徴とする。
【００１４】
（５）（３）に記載された外観検査装置であって、上記可視化手段は、上記凹凸や気泡を上記明暗部のコントラストの方向が一定となるように可視化することを特徴とする。
【００１５】
（６）（５）に記載された外観検査装置であって、上記拡大手段は、上記明欠陥領域と暗欠陥領域を互いに接近する方向に拡大することを特徴とする。
【００１６】
（７）（５）に記載された外観検査装置であって、上記判断手段は、上記明暗部の階調が上記コントラストの方向に滑らかに変化しているときに、上記明暗部を上記凹凸或いは気泡と判断することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る外観検査装置の構成を示す概略図である。
【００１９】
図１に示す外観検査装置は、載置ステージ１を有する。載置ステージ１の上面には、被検査物体Ａが載置される。載置ステージ１に載置された被検査物体Ａの直上には、カメラ２（撮像手段）がそのレンズ（負図示）を被検査物体Ａ側に向けて固定されている。このカメラ２は、載置ステージ１上の被検査物体Ａを撮像する。
【００２０】
また、載置ステージ１の上面に載置された被検査物体Ａの上方には、カメラ２から少し離れた位置に照明装置３（可視化手段）が設けられている。この照明装置３は、被検査物体Ａに対して光軸を角度θだけ傾斜させて光を照射する。
【００２１】
なお、可視化手段としては、図１に示すような１方向から光を照射する照明装置３以外に、例えば被検査物体Ａの上方に水平配置されたリング状の照明であってもよい。さらに、照明装置３の代わりに、微分干渉顕微鏡等を用いてもよい。
【００２２】
カメラ２には、計算機４が接続されている。この計算機４は、画像取込装置５、記憶装置６、及び演算装置７（明暗抽出手段、拡大手段、加算手段、判断手段、確信手段）を有し、カメラ２によって撮像された画像を取り込み、そして処理する。
【００２３】
次に、上記構成の外観検査装置を使用する際の作用について説明する。
【００２４】
図２は同実施の形態で使用する被検査物体Ａを画像取込装置５で取り込んで得られた被検査対象画像Ｍである。
【００２５】
被検査物体Ａは、透明な素材で形成されており、内部には気泡Ｂが混入している。この被検査物体Ａを上記載置ステージ１の上面に載置したならば、照明装置３の光軸の角度θを調整し、被検査物体Ａに向けて光を照射する。これによって、被検査物体Ａに混入している気泡Ｂは、一対の明暗部として可視化される。
【００２６】
気泡Ｂが明暗部として可視化されたら、上記カメラ２によって被検査物体Ａを撮像する。カメラ１によって撮像された画像は、図２に示すような被検査対象画像Ｍとして画像取込装置５に取り込まれ、記憶装置６によって記憶される。そして、この被検査対象画像Ｍは、記憶装置６から随時取り出され、演算装置７によって気泡Ｂの検出が行われる。
【００２７】
以下、気泡Ｂを検出する工程について説明する。
【００２８】
図３は同実施の形態に係る被検査対象画像Ｍを用いて被検査物体Ａ中の欠陥を検出する工程を示し、（ａ）は欠陥が気泡Ｂである場合の工程図、（ｂ）は欠陥が他の欠陥である場合の工程図、図４は同実施の形態に係る被検査対象画像Ｍを２値化して示すグリッド図であって、（ａ）は明欠陥表示画像（暗欠陥表示画像）、（ｂ）は拡大明欠陥表示画像（拡大暗欠陥表示画像）である。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、画像取込装置５に取り込まれた被検査対象画像Ｍは、演算装置７によってそれぞれ第１の階調Ｒと第２の階調Ｌを閾値として２値化される（明暗部抽出処理）。なお、第２の階調Ｌは、第１の階調Ｒよりも低く設定されている。
【００３０】
被検査対象画像Ｍを第１の階調Ｒを閾値として２値化する場合、第１の階調Ｒを超える画素を１（図３（ａ）中に白色で表示）、それ以外の画素を０（図３（ａ）中に黒色で表示）と表示し、１で表示された領域を明欠陥領域５１とする。これによって得られる画像を明欠陥表示画像とする。
【００３１】
一方、被検査対象画像Ｍを第２の階調Ｌを閾値として２値化する場合、第２の階調Ｌに満たない画素を１（図３（ａ）中に白色で表示）、それ以外の画素を０（図３（ａ）中に黒色で表示）と表示し、１で表示された領域を暗欠陥領域５２とする。これによって得られる画像を暗欠陥表示画像とする。
【００３２】
明欠陥表示画像と暗欠陥表示画像が得られたら、演算装置６によって各画像中の明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２をそれぞれ周囲全方向に１画素ずつ拡大する（欠陥拡大処理１）。すなわち、図４に示すように、明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２を囲う最小限の画素の表示を０から１に変える。
【００３３】
そして、明欠陥領域５１の拡大によって明欠陥表示画像中に１と表示された領域を拡大明欠陥領域５３とし、暗欠陥領域５２の拡大によって暗欠陥表示画像中に１と表示された領域を拡大暗欠陥領域５４とする。これによって得られる画像をそれぞれ拡大明欠陥表示画像と拡大暗欠陥表示画像とする。
【００３４】
拡大明欠陥表示画像と拡大暗欠陥表示画像が形成されたら、拡大明欠陥表示画像を構成する画素の真理値と拡大暗欠陥表示画像を構成する画素の真理値の論理和をとり、１で表示される領域を連結欠陥領域５５として示す明暗欠陥連結画像を構成する。すなわち、この明暗欠陥連結画像は、拡大明欠陥領域５３と拡大暗欠陥領域５４の少なくとも一方に含まれる領域によって構成される。
【００３５】
このとき、拡大明欠陥領域５３と拡大暗欠陥領域５４が連結されるか否か、すなわち連結欠陥領域５５が連続した１つの領域をなしているか否かを判定し、１つの領域をなしている場合に上述の明暗部を構成する明部と暗部が所定の距離範囲以内にある、すなわち近接していると判定する（欠陥判定処理）。
【００３６】
一般に、気泡Ｂを光の照射によって一対の明暗部として可視化した場合、明部と暗部は極めて近接している。そこで、本実施の形態では、上述のように明部と暗部が所定の範囲内にある場合に、上記明暗部が１つの気泡Ｂによるものと判断する。
【００３７】
一方、拡大明欠陥領域５３と拡大暗欠陥領域５４が連結されない場合、すなわち連結欠陥領域５５が連続した１つの領域とならない場合、上述の明暗部は近接した２つの独立した欠陥と判定する（欠陥判定処理）。このような欠陥としては、ゴミの付着等が考えられる。
【００３８】
また、図３（ａ）に示すように、被検査対象画像Ｍに明部或いは暗部だけが単独で可視化された場合についても、この明部或いは暗部はゴミ等の付着によるものと判定する（欠陥判定処理）。
【００３９】
上記構成の外観検査装置によれば、一対の明暗部として可視化された気泡Ｂを明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２として取り出し、これらの領域をそれぞれ周囲全方向に１画素ずつ拡大して拡大明欠陥領域５３と拡大暗欠陥領域５４としている。
【００４０】
そして、これら拡大明欠陥領域５３と拡大暗欠陥領域５４の論理和をとることで、明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２の間の距離が所定の範囲内にあるか否かを判定している。
【００４１】
そして、明暗部を構成する一対の明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２が所定の範囲以内にある場合だけ、上記明暗部を１つの気泡Ｂとして検出している。
【００４２】
そのため、気泡Ｂによって被検査対象画像Ｍに可視化される明暗部をゴミ等の付着によって被検査対象画像Ｍに可視化された部分と区別して検出することができる。
【００４３】
さらに、２つのゴミ等が付着することで被検査対象画像Ｍに一対の明部と暗部として可視化された部分が存在しても、これを誤って気泡Ｂとして検出するのを防止することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、検出の対象を被検査物体Ａに混入した気泡Ｂとしているが、本発明は物体の表面に形成された凹凸にも適用することが可能である。この場合、被検査物体Ａが透明である必要はない。
【００４５】
次に、図５〜図７を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００４６】
なお、ここでは第１の実施の形態と同じ構成、工程、及び作用についての説明を省略する。
【００４７】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る被検査対象画像Ｍを用いて被検査物体Ａ中の気泡Ｂを検出する工程を示す工程図、図６は同実施の形態に係る被検査対象画像Ｍを２値化して示すグリッド図であって、（ａ）は明欠陥表示画像、（ｂ）は拡大明欠陥表示画像、図７は同実施の形態に係る被検査対象画像Ｍを２値化して示すグリッド図であって、（ａ）は暗欠陥表示画像、（ｂ）は拡大暗欠陥表示画像である。
【００４８】
本実施の形態では、第１の実施の形態で使用された照明装置３を使用している。この照明装置３は、上述のように被検査物体Ａに向けて１方向から光を照射するため、被検査物体Ａに形成される明暗のコントラストの方向は、被検査物体Ａの全面に亘ってほぼ均一となる。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、明欠陥領域５１を拡大する際に、明暗のコントラストの方向に沿って、この明欠陥領域５１と対をなす暗欠陥領域５２側に１画素ずつ拡大し、一方、暗欠陥領域５２を拡大する際には、明暗のコントラストの方向に沿って、この暗欠陥領域５２と対をなす明欠陥領域５１側に１画素ずつ拡大している（欠陥拡大処理２）。
【００５０】
すなわち、図６と図７に示すように、明暗のコントラストが矢印Ｃ方向である場合、明欠陥領域５１を矢印Ｃ方向に１画素ずつ拡大し、暗欠陥領域５２を矢印Ｃの反対方向に１画素ずつ拡大している。
【００５１】
なお、明欠陥領域５１の拡大によって得られる領域を片拡大明欠陥領域６１として示す画像を片拡大明欠陥表示画像、暗欠陥領域５２の拡大によって得られる領域を片拡大暗欠陥領域６２として示す画像を片拡大暗欠陥表示画像とする（図５参照）。
【００５２】
このように、明暗のコントラストの方向を考慮して明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２を拡大することで、ゴミ等の付着によって被検査対象画像Ｍに可視化される部分を気泡Ｂとして検出する、誤検出率を低下させることができる。
【００５３】
次に、図８と図９を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００５４】
なお、ここでは第１の実施の形態、及び第２の実施の形態と同じ構成、工程、及び作用についての説明は省略する。
【００５５】
図８は本発明の第３の実施の形態に係る被検査画像Ｍを用いて被検査物体Ａ中の気泡Ｂを検出する工程を示す工程図、図９は被検査画像Ｍ中の気泡Ｂを明暗のコントラストの方向に微分した値（微分値）を示すグラフ図である。
【００５６】
本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に被検査物体Ａに向けて照明装置３を用いて１方向から光を照射している。そのため、被検査物体Ａに形成される明暗のコントラストの方向は、被検査物体Ａの全面に亘ってほぼ均一となる。
【００５７】
明欠陥表示画像と暗欠陥表示画像が得られたら、明欠陥表示画像を構成する画素の真理値と暗欠陥表示画像を構成する画素の真理値の論理和をとり、１で表示される領域を明暗欠陥領域５８として示す明暗欠陥表示画像を構成する。
【００５８】
一方で、明欠陥表示画像と暗欠陥表示画像が得られたら、第２の実施の形態と同様の方法によって、片拡大明欠陥表示画像（負図示）と片拡大暗欠陥表示画像（負図示）を構成し（欠陥拡大処理２）、さらにこれら片拡大明欠陥表示画像と片拡大暗欠陥表示画像を結合して明暗欠陥連結画像を構成する。
【００５９】
さらに一方で、画像取込装置６に取り込まれた被検査対象画像Ｍの階調を演算装置７によって明暗のコントラストの方向に微分し、その微分値を明暗として示す微分画像を構成する。
【００６０】
一般に、気泡Ｂを光の照射によって一対の明暗部として可視化した場合、明部と暗部の連結部における階調は滑らかに変化している。そのため、図９に示すように、明部と暗部の連結部における階調の微分値は滑らかに傾斜する。しかも、本実施の形態では、明暗のコントラストの方向を一定とし、さらにコントラストの方向に向かって明部、暗部の順に可視化しているため、連結部における微分値は負の値をとることになる。
【００６１】
次に、この微分画像を用いて微分値が負となる画素を１（図８中に白色で示す）、それ以外を０（図８中に黒色で示す）と表示する微分値負部抽出画像を構成する（負値部抽出処理）。これによって、明部と暗部の連結部における階調が明から暗に向かって滑らかに変化している領域が１（白色）で示される。この領域を負値部領域５６とする。
【００６２】
そして、この微分値負部抽出画像を構成する画素の真理値と、上述の明暗欠陥連結画像を構成する画素の真理値の論理積をとり、１（白色）で表示された領域を欠陥連結部領域５７とする欠陥連結部画像を構成する。
【００６３】
すなわち、この欠陥連結部領域５７は、明欠陥領域５１と暗欠陥領域５２が所定の範囲内にあり、かつ明部と暗部の連結部における階調が滑らかに変化している領域である。
【００６４】
次に、この欠陥連結部画像を構成する画素の真理値と上述の明暗欠陥表示画像を構成する画素の真理値の論理和をとり、１で表示された領域を明暗欠陥負値部領域５９とする明暗欠陥負値部連結画像を構成する。
【００６５】
このとき、欠陥連結部領域５７と明暗欠陥領域５８が連結されるか否か、すなわち明暗欠陥負値部領域５９が連続した１つの領域をなしているか否かを判定する。
【００６６】
そして、この判定によって、明暗欠陥負値部領域５９が１つの領域をなしている場合、上述の明暗部を構成する明部と暗部は近接し、欠陥連結部領域５７が明部と暗部の両方に跨り、さらに、明部と暗部の連結部における階調が滑らかに変化していることになるから、上述の明暗部が１つの気泡Ｂによるものと判断する。
【００６７】
本実施の形態によれば、第２の実施の形態で気泡Ｂとして検出した欠陥を、さらに被検査対象画像Ｍの微分値を用いることで精査している。すなわち、気泡Ｂの部分における階調を明暗のコントラストの方向に微分し、第２の実施の形態で気泡Ｂとして認めた部分における微分値が負に向かって滑らかに傾斜するか否かを判定している。
【００６８】
つまり、近接する２つのゴミ等がコントラストの方向に向かって明部と暗部として可視化された場合であっても、これらゴミの間にはわずかな距離があるため、微分値が０をとる部分が存在するはずである。
【００６９】
しかしながら、本発明では、微分値が滑らかに負となるか否かを判定しているため、対象とする明暗部が気泡Ｂを示しているという信頼性を向上することができる。
【００７０】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、物体表面の凹凸や半透明物体内部の気泡を他の欠陥と区別して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る外観検査装置の構成を示す概略図。
【図２】同実施の形態で使用する被検査物体を画像取込装置で取り込んで得られた被検査対象画像を示す図。
【図３】同実施の形態に係る被検査画像を用いて被検査物体中の欠陥を検出する工程を示し、（ａ）は欠陥が気泡である場合の工程図、（ｂ）は欠陥がゴミ等である場合の工程図。
【図４】同実施の形態に係る被検査対象画像を２値化して示すグリッド図であって、（ａ）は明欠陥表示画像（暗欠陥表示画像）、（ｂ）は拡大明欠陥表示画像（拡大暗欠陥表示画像）。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る被検査対象画像を用いて被検査物体中の気泡を検出する工程を示す工程図。
【図６】同実施の形態に係る被検査対象画像を２値化して示すグリッド図であって、（ａ）は明欠陥表示画像、（ｂ）は拡大明欠陥表示画像。
【図７】同実施の形態に係る被検査対象画像を２値化して示すグリッド図であって、（ａ）は暗欠陥表示画像、（ｂ）は拡大暗欠陥表示画像。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る被検査画像を用いて被検査物体中の気泡を検出する工程を示す工程図。
【図９】被検査画像中の気泡を明暗のコントラストの方向に微分した値を示すグラフ図。
【符号の説明】
２…カメラ（撮像手段）、３…照明装置（可視化手段）、７…演算装置（明暗抽出手段、判断手段、加算手段、確信手段、拡大手段）、５１…明欠陥領域、５２…暗欠陥領域、５５…連結欠陥領域、６１…拡大明欠陥領域、６２…拡大暗欠陥領域、Ａ…被検査物体（物体、透明物体）、Ｂ…気泡、Ｃ…コントラストの方向、Ｒ…第１の階調、Ｌ…第２の階調、Ｍ…被検査対象画像。
【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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