(57)【要約】【課題】雑音の大きさに対する信号の大きさの点で有利な検査装置を提供する。【解決手段】被検面の外観の検査を行う検査装置は、それぞれが前記被検面を斜め上方から撮像する複数の撮像部と、複数の光源を有し、互いに異なる方向から前記被検面を照明する照明部と、前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させ、前記複数の撮像部で得られた複数の画像に基づいて前記検査に係る処理を行う処理部と、を含み、前記複数の撮像部は、前記被検面を撮像する方位が互いに異なるように配置され、前記処理部は、前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させる場合、前記複数の光源のうち、前記被検面を撮像する方位角と前記被検面を照明する方位角との間の角度差が９０度より小さい光源によって前記被検面が照明されるように前記照明部を制御する。【選択図】図１
2017120232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の外観の検査を行う検査装置であって、
それぞれが前記被検面を斜め上方から撮像する複数の撮像部と、
複数の光源を有し、互いに異なる方向から前記被検面を照明する照明部と、
前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させ、前記複数の撮像部で得られた複数の画像に基づいて前記検査に係る処理を行う処理部と、
を含み、
前記複数の撮像部は、前記被検面を撮像する方位が互いに異なるように配置され、
前記処理部は、前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させる場合、前記複数の光源のうち、前記被検面を撮像する方位角と前記被検面を照明する方位角との間の角度差が９０度より小さい光源によって前記被検面が照明されるように前記照明部を制御することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させる場合に用いられる前記光源は、前記被検面を照明する方向と前記被検面との成す角度が、前記被検面を撮像する方向と前記被検面との成す角度より小さいとの条件を満たす光源であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記複数の光源を支持する支持部材を含み、前記支持部材の前記被検面の側の面は、８０％以上の光吸収率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記複数の撮像部は、前記被検面を撮像する方位角が互いに対して９０度異なるように配置された２つの撮像部を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記複数の光源は、前記被検面を照明する方向と前記被検面との成す角度が第１角度である複数の第１光源と、前記被検面を照明する方向と前記被検面との成す角度が前記第１角度より小さい第２角度である複数の第２光源とを含み、
前記複数の撮像部の各々は、前記被検面を撮像する方向と前記被検面との成す角度が前記第１角度以下かつ前記第２角度より大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記複数の光源は、前記被検面を照明する方向と前記被検面との成す角度が前記第２角度より小さい第３角度である複数の第３光源を含むことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記複数の撮像部が前記被検面を撮像する場合に用いられる光源は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記複数の撮像部の各々により前記被検面を撮像する場合に用いられる光源は、前記被検面を照明する方向と前記被検面との成す角度が３０±１０度の範囲内にある光源であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項９】
前記複数の撮像部の各々は、前記被検面を撮像する方向と前記被検面との成す角度が６０±１０度の範囲内にあるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記複数の撮像部の各々は、イメージセンサを含むことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１１】
前記被検面を上方から撮像する第２撮像部を更に含み、
前記処理部は、前記第２撮像部で得られた画像にさらに基づいて前記処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の外観を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検面の外観検査では、目視による検査に代わって、被検面の画像に基づいて被検面の外観を検査する検査装置の導入が進みつつある。特許文献１には、被検面の上方に配置された１台のカメラで、被検面を照明する方向（方位角）を変えて当該被検面を複数回撮像し、それにより得られた複数の画像を合成した合成画像に基づいて被検面の欠陥（キズなど）を検査する検査装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１５２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、検査装置には、被検面の表面粗さのスケールと同程度もしくはそれ以下の幅や深さを有する微細なキズなども検出されるように被検面を検査することが求められている。そのように被検面を検査するためには、被検面の欠陥で反射されてカメラに入射する光の強度の、被検面における欠陥以外の部分で反射されてカメラに入射する光の強度に対する差または比がより大きくなるように検査装置を構成することが好ましい。
【０００５】
本発明は、雑音の大きさに対する信号の大きさの点で有利な検査装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検査装置は、被検面の外観の検査を行う検査装置であって、それぞれが前記被検面を斜め上方から撮像する複数の撮像部と、複数の光源を有し、互いに異なる方向から前記被検面を照明する照明部と、前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させ、前記複数の撮像部で得られた複数の画像に基づいて前記検査に係る処理を行う処理部と、を含み、前記複数の撮像部は、前記被検面を撮像する方位が互いに異なるように配置され、前記処理部は、前記複数の撮像部の各々に前記被検面を撮像させる場合、前記複数の光源のうち、前記被検面を撮像する方位角と前記被検面を照明する方位角との間の角度差が９０度より小さい光源によって前記被検面が照明されるように前記照明部を制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、雑音の大きさに対する信号の大きさの点で検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】外観検査システムを示す概略図である。
【図２】照明部の構成を示す図である。
【図３】被検面の外観の検査方法を示すフローチャートである。
【図４】主撮像部により被検面を撮像する方法を示すフローチャートである。
【図５】照明部を上方からみた透視図である。
【図６】主撮像部により得られた被検面の欠陥の画像を示す図である。
【図７】外観検査に用いられる合成画像を示す図である。
【図８】照明部を上方から見た透視図である。
【図９】被検面の正常部分における散乱光の強度分布を示す図である。
【図１０】副撮像部の撮像角度θｃとＳ／Ｎ比との関係を示す図である。
【図１１】副撮像部で得られた画像を示す図である。
【図１２】副撮像部の配置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【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する。
【００１１】
［装置構成について］
本発明に係る外観検査システム１について説明する。図１は、外観検査システム１を示す概略図である。外観検査システム１は、例えば、平面である被検面１１ａを有するワーク１１（被検物）の外観検査を行う検査装置１０と、検査装置１０が外観検査を行う位置にワーク１１を搬送する搬送装置１２（例えばコンベア）とを含みうる。ワーク１１は、例えば、工業製品に利用される金属部品や樹脂部品などである。ワーク１１の表面には、キズやムラ、凹凸などの欠陥が形成されている場合があり、検査装置１０によってこれらの欠陥を検出し、検出結果に基づいて当該ワーク１１が良品または不良品に分類される。また、本実施形態では、搬送装置１２としてコンベアを用いているが、ロボットやスライダ、手動などの別の手段によってワーク１１を搬送してもよい。
【００１２】
検査装置１０は、照明部１０１と、主撮像部１０２（第２撮像部）と、複数の副撮像部１０３（撮像部）と、制御部１０４とを含みうる。主撮像部１０２および複数の副撮像部１０３はそれぞれ、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含むエリアセンサカメラであり、ワーク１１の被検面１１ａを撮像する。このように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１１の外観検査を高速に行うことが可能となる。また、制御部１０４は、例えばＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータによって構成され、検査装置１０の各部を制御する。本実施形態の制御部１０４は、主撮像部１０２および複数の副撮像部１０３で得られた複数の画像に基づいてワーク１１（被検面１１ａ）の外観の検査に係る処理を行う処理部としての機能を有する。しかしながら、それに限られるものではなく、当該処理部を制御部１０４とは別に設けてもよい。
【００１３】
主撮像部１０２は、被検面１１ａを上方から撮像するように、即ち、被検面１１ａを撮像する方向と被検面１１ａとの成す角度（以下、撮像角度θｃと称する）が９０度になるように配置されうる。また、複数の副撮像部１０３の各々は、被検面１１ａを斜め上方から撮像するように、即ち、撮像角度θｃが９０度より小さくなるように配置されうる。複数の副撮像部１０３の各々は、撮像角度θｃが６０±１０度の範囲内になるように配置されることが好ましい。また、複数の副撮像部１０３は、被検面１１ａを撮像する方位角φが互いに異なるように配置されている。本実施形態における複数の副撮像部１０３は、被検面１１ａを撮像する方位角φが互いに対して９０度異なるように配置された２つの撮像部１０３ａおよび１０３ｂを含みうる。例えば、副撮像部１０３ａは、被検面１１ａを撮像する方位角φが第１方位角φ１（２２５度）になるように配置され、副撮像部１０３ｂは、被検面１１ａを撮像する方位角φが第２方位角φ２（３１５度）になるように配置されうる。
【００１４】
ここで、被検面１１ａを撮像する方向とは、主撮像部１０２または副撮像部１０３の光軸に沿った方向であって、主撮像部１０２または副撮像部１０３から被検面１１ａに向かう方向のことである。また、本実施形態における方位角φは、被検面１１ａと平行な面内（例えばＸＹ面内（水平面内））における角度のことであり、当該面内の基準方位（例えばＸ方向）に対する反時計回りの角度として定義される。
【００１５】
照明部１０１は、被検面１１ａを複数の方向から照明することができるように、互いに異なる方向から被検面１１ａに光を照射する複数の光源１１２を有する。図２は、照明部１０１の構成を示す図である。図２（ａ）は、照明部１０１の断面図であり、図２（ｂ）は、照明部１０１を上方からみた透視図である。本実施形態の照明部１０１は、被検面１１ａ（ワーク１１）を囲うカバー部材１１３（支持部材）を含み、複数の光源１１２は、カバー部材１１３の被検面側においてカバー部材１１３によって支持されうる。ここで、カバー部材１１３は、被検面１１ｂで反射された光がカバー部材１１３の被検面側の面で反射されて被検面１１ｂに再び照射されることを低減するため、８０％以上の光吸収率を有する光吸収体を被検面側の面に有するように構成されてもよい。また、被検面１１ａに光を照射する方向とは、光源１１２から射出された光の光軸に沿った方向であって、光源１１２から被検面１１ａに向かう方向のことである。
【００１６】
複数の光源１１２は、例えば、複数（４個）の第１光源１１２ａと、複数（８個）の第２光源１１２ｂと、複数（８個）の第３光源１１２ｃとを含みうる。複数の第１光源１１２ａは、被検面１１ａに光を照射する方向と被検面１１ａとの成す角度（以下、照射角度θｉと称する）が第１角度θ１であり且つ方位角φが互いに異なる方向から被検面１１ａに光を照射するように配置されている。複数の第２光源１１２ｂは、照射角度θｉが第１角度θ１より小さい第２角度θ２であり且つ方位角φが互いに異なる方向から被検面１１ａに光を照射するように配置されている。複数の第３光源１１２ｃは、照射角度θｉが第２角度θ２より小さい第３角度θ３であり且つ方位角φが互いに異なる方向から被検面１１ａに光を照射するように配置されている。ここで、第１角度θ１は６０±１０度の範囲内であり、第２角度θ２は４５±１０度の範囲内であり、第３角度θ３は３０±１０度の範囲内であることが好ましい。
【００１７】
また、カバー部材１１３には、主撮像部１０２によって被検面１１ａを撮像するための開口１１０と、副撮像部１０３ａおよび１０３ｂによって被検面１１ａをそれぞれ撮像するための開口１１１ａおよび１１１ｂとが形成されうる。本実施形態では、副撮像部１０３ａおよび１０３ｂの撮像角度θｃが第１角度θ１になるように構成されている。そのため、開口１１１aおよび１１１ｂは、図２（ｂ）に示すように、複数の第１光源１１２ａの各々が配置される第１角度θ１の位置に、複数の第１光源１１２ａの各々が配置される方位角φと異なる方位角φとなるようにカバー部材１１３に形成されうる。しかしながら、この構成に限られるものではなく、撮像角度θｃが第１角度以下かつ第３角度（または第２角度）より大きくなるように、即ちθ３＜θｃ≦θ１（またはθ２＜θｃ≦θ１）を満たすように副撮像部１０３ａおよび１０３ｂを配置してもよい。この場合、開口１１１ａおよび１１１ｂは、副撮像部１０３ａおよび１０３ｂの配置に対応するようにカバー部材１１３に形成されうる。
【００１８】
［外観検査方法について］
次に、上述した検査装置１０を用いて被検面１１ａの外観を検査する方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、被検面１１ａの外観の検査方法を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートの各工程は、例えば制御部１０４によって制御されうる。
【００１９】
Ｓ１１では、制御部１０４は、被検面１１ａを照明する方向を変えながら主撮像部１０２によって被検面１１ａを複数回撮像する。Ｓ１１の工程の詳細について、図４〜図６を参照しながら以下に説明する。図４は、Ｓ１１の工程において主撮像部１０２により被検面１１ａを撮像する方法を示すフローチャートである。図５は、照明部１０１を上方からみた透視図であり、図２（ｂ）に対応する。図５では、複数の光源１１２のうち黒塗りで示す光源１１２が点灯している状態、即ち、被検面１１ａに光を照射している状態であることを表している。また、図６は、図５に示す各状態において主撮像部１０２により得られた被検面１１ａの欠陥の画像を示す図である。図６では、被検面１１ａに形成されたキズ、ムラ、および光を吸収する性質を有する異物（以下では、「光吸収性の異物」と称する）の画像をそれぞれ示している。ここで、Ｓ１１の工程では、被検面１１ａのキズについては、被検面１１ａの表面粗さのスケールと比較して、幅が十分に広い、または深さが十分に深いキズを検査対象としている。被検面１１ａの表面粗さのスケールと同程度もしくはそれ以下の幅や深さを有するキズについては、後述のＳ１３の工程において検査対象とされうる。
【００２０】
Ｓ１１−１では、制御部１０４は、被検面１１ａに光を照射する方位角φが互いに異なる複数の状態になるように照明部１０１を制御し、当該複数の状態の各々について被検面１１ａを撮像するように主撮像部１０２を制御する。例えば、制御部１０４は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、複数の第３光源１１２ｃのうち、被検面１１ａに光を照射する第３光源１１２ｃを変えることにより、被検面１１ａに光を照射する方位角φを互いに異ならせることができる。そして、制御部１０４は、被検面１１ａに光を照射する方位角φが互いに異なる複数の状態の各々について、被検面１１ａを撮像するように主撮像部１０２を制御することにより、図６（ａ）〜（ｄ）に示す画像を得ることができる。ここで、図６（ａ）〜（ｄ）に示す画像では、欠陥（キズ、ムラ、光吸収性の異物）が形成されていない被検面１１ａの部分（以下、正常部分）において、画素ごとに明度が異なる明度ノイズが生じている。このような明度ノイズは、被検面１１ａの表面粗さに起因して、被検面１１ａで光が散乱されることによって生じうる。
【００２１】
図５（ａ）は、０度および１８０度の方位角φから被検面１１ａに光を照射する第３光源１１２ｃを用いて被検面１１ａを照明している状態を示しており、この状態では図６（ａ）に示す画像が得られる。図５（ｂ）は、４５度および２２５度の方位角φから被検面１１ａに光を照射する第３光源１１２ｃを用いて被検面１１ａを照明している状態を示しており、この状態では図６（ｂ）に示す画像が得られる。図５（ｃ）は、９０度および２７０度の方位角φから被検面１１ａに光を照射する第３光源１１２ｃを用いて被検面１１ａを照明している状態を示しており、この状態では図６（ｃ）に示す画像が得られる。図５（ｄ）は、１３５度および３１５度の方位角φから被検面１１ａに光を照射する第３光源１１２ｃを用いて被検面１１ａを照明している状態を示しており、この状態では図６（ｄ）に示す画像が得られる。本実施形態のＳ１１−１の工程では複数の第３光源１１２ｃのみが用いられているが、それに限られるものではなく、例えば、複数の第１光源１１２ａや複数の第２光源１１２ｂが用いられてもよい。
【００２２】
被検面１１ａのキズについては、被検面１１ａに光を照射する方位角φを変更すると、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、方位角φに応じて画像上での見え方が変化する。例えば、キズの伸びる方位角と平行な方位角φで被検面１１ａに光を照射すると、図６（ａ）に示すように、当該キズを画像上で検出することが困難である。一方で、キズの伸びる方位角と異なる（例えば垂直な）方位角φで被検面１１ａに光を照射すると、図６（ｃ）に示すように、当該キズを画像上で容易に検出することができる。これは、被検面１１ａに光を照射する方位角φとキズの伸びる方位角との角度差が９０度に近づくにつれて、キズで反射もしくは散乱されて主撮像部１０２に入射する光が多くなるからである。このように被検面１１ａに光を照射する方位角φを変化させることによって、被検面１１ａのキズを検査するための画像を得ることができる。ここで、被検面１１ａのムラや光吸収性の異物については、被検面１１ａに光を照射する方位角φを変更しても、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように画像上での見え方がほとんど変化しない。そのため、ムラを検査するための画像はＳ１１−２の工程において、光吸収性の異物を検査するための画像はＳ１１−３においてそれぞれ取得されうる。
【００２３】
Ｓ１１−２では、制御部１０４は、照射角度θｉが互いに異なる複数の状態になるように照明部１０１を制御し、当該複数の状態の各々について被検面１１ａを撮像するように主撮像部１０２を制御する。例えば、制御部１０４は、図５（ｅ）に示すように、複数の第３光源１１２ｃにより被検面１１ａに光を照射するように照明部１０１を制御し、この状態で主撮像部１０２に被検面１１ａを撮像させると、図６（ｅ）に示す画像を得ることができる。また、制御部１０４は、図５（ｆ）に示すように、複数の第２光源１１２ｂにより被検面１１ａに光を照射するように照明部１０１を制御し、この状態で主撮像部１０２に被検面１１ａを撮像させると、図６（ｆ）に示す画像を得ることができる。同様に、制御部１０４は、図５（ｇ）に示すように、複数の第１光源１１２ａにより被検面１１ａに光を照射するように照明部１０１を制御し、この状態で主撮像部１０２に被検面１１ａを撮像させると、図６（ｇ）に示す画像を得ることができる。
【００２４】
ここで、照射角度θｉを変えると、被検面１１ａの表面粗さに起因して、被検面１１ａで反射し主撮像部１０２に入射する光の強度が変化しうる。そのため、照射角度θｉが互いに異なる複数の状態の各々で被検面１１ａを撮像する場合には、主撮像部１０２に入射する光の強度が当該複数の状態で同じになるように、各光源１１２から射出される光の強度を調整することが好ましい。
【００２５】
被検面１１ａのキズについては、図６（ｅ）〜（ｇ）に示すように、照射角度θｉを変更すると、照射角度θｉに応じて画像上での見え方が変化する。例えば、複数の第３光源１１２ｃを用いたときの画像（図６（ｅ））では、キズの明度が正常部分より大きくなる。また、複数の第２光源１１２ｂを用いたときの画像（図６（ｆ））では、キズの明度が正常部分と同様となり、複数の第１光源１１２ａを用いたときの画像（図６（ｇ））では、キズの明度が正常部分より小さくなる。これは、当該キズの側面（キズを構成する面）で反射されて主撮像部１０２に入射する光の強度が、照射角度θｉに応じて変化するからである。
【００２６】
また、被検面１１ａのムラについても、図６（ｅ）〜（ｇ）に示すように、照射角度θｉを変更すると、照射角度θｉに応じて画像上での見え方が変化する。これも、キズと同様に、ムラで反射されて主撮像部１０２に入射する光の強度が、照射角度θｉに応じて変化するからである。一方で、光吸収性の異物については、照射角度θｉを変更しても、画像上での見え方がほとんど変化しない。ここで、図６（ｅ）〜（ｇ）に示す画像では、正常部分における明度ノイズが、図６（ａ）〜（ｄ）に比べて小さくなっている。これは、互いに異なる方位角φに配置された複数の光源１１２を用いて被検面１１ａに光を照射することにより、画素ごとの明度が平均化されるからである。
【００２７】
Ｓ１１−３では、制御部１０４は、図５（ｈ）に示すように、全ての光源１１２を用いて被検面１１ａに光を照射するように照明部１０１を制御し、その状態で被検面１１ａを撮像するように主撮像部１０２を制御する。これにより、制御部１０４は、図６（ｈ）に示す画像を得ることができる。この場合、被検面１１ａのキズおよびムラについては、正常部分と同様の明度となり、検出することが困難である。一方で、被検面１１ａの光吸収性の異物については、正常部分に対する明度の差が大きくなるため、容易に検出することが可能となる。ここで、図６（ｈ）に示す画像では、正常部分における明度ノイズが、図６（ｅ）〜（ｇ）に比べて小さくなっている。これは、全ての光源１１２を用いて被検面１１ａを照明することにより、画素ごとの明度が更に平均化されるからである。
【００２８】
図３のフローチャートに戻り、Ｓ１２では、制御部１０４は、Ｓ１１で得られた画像に基づいて、被検面１１ａの欠陥（キズ、ムラ、光吸収性の異物）を検出するための画像を生成する。例えば、制御部１０４は、Ｓ１１−１の工程で得られた４つの画像（図６（ａ）〜（ｄ））の各々に対してシェーディング補正を行った後、画素の位置ごとに、補正後の４つの画像における明度の最大値と最小値との差を求める。被検面１１ａの表面粗さのスケールより大きい幅や深さを有するキズについては、被検面１１ａに光を照射する方位角φを変更すると、図６（ａ）〜（ｄ）の４つの画像に示すように、画像におけるキズの明度が正常部分に比べて大きく変化する。そのため、制御部１０４は、当該４つの画像における明度の最大値と最小値との差を求めることにより、図７（ａ）に示すように、キズを容易に検出することができる合成画像を得ることができる。
【００２９】
また、制御部は、Ｓ１１−２の工程で得られた３つの画像（図６（ｅ）〜（ｇ））の各々に対してシェーディング補正を行った後、画素の位置ごとに、補正後の３つの画像における明度の最大値と最小値との差を求める。被検面１１ａのキズおよびムラについては、照射角度θｉを変更すると、図６（ｅ）〜（ｇ）の３つの画像に示すように、画像におけるキズおよびムラの明度が正常部分に比べて大きく変化する。そのため、制御部１０４は、当該３つの画像における明度の最大値と最小値との差を求めることにより、図７（ｂ）に示すように、キズおよびムラを容易に検出することができる合成画像を得ることができる。なお、光吸収性の異物については、合成画像を生成しなくとも、Ｓ１１−３の工程で得られた画像（図６（ｈ））によって容易に検出することができる。また、合成画像を生成する際には、欠陥のない良品の画像を加えてもよい。
【００３０】
ここで、被検面１１ａの表面粗さのスケールと同程度もしくはそれ以下の幅や深さを有するキズ（以下、微細なキズと称する）の検出について述べる。Ｓ１１およびＳ１２の工程では、微細なキズを検出できる画像を生成するのは困難である。そのため、本実施形態の制御部１０４は、Ｓ１３において、副撮像部１０３ａおよび１０３ｂの各々によって被検面１１ａを撮像することにより、被検面１１ａに形成された微細なキズを検出するための画像を得る。Ｓ１３の工程の詳細について、図８〜図１１を参照しながら以下に説明する。
【００３１】
図８は、照明部１０１を上方から見た透視図であり、図２（ｂ）に対応する。図８では、複数の光源１１２のうち黒塗りで示す光源１１２が点灯している状態、即ち、被検面１１ａに光を照射している状態であることを表している。また、図８（ａ）は、副撮像部１０３ａによって被検面１１ａを撮像する場合の照明部１０１の制御を示す図であり、図８（ｂ）は、副撮像部１０３ｂによって被検面１１ａを撮像する場合の照明部１０１の制御を示す図である。
【００３２】
制御部１０４は、副撮像部１０３ａで被検面１１ａを撮像する場合、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとの間の角度差が９０度より小さい光源１１２によって被検面１１ａが照明されるように照明部１０１を制御する。このとき、制御部１０４は、照射角度θｉが副撮像部１０３ａの撮像角度θｃより小さくなるように照明部１０１を制御するとよい。例えば、制御部１０４は、副撮像部１０３ａで被検面１１ａを撮像する場合、上記の条件を満たす第３光源１１２ｃ１、１１２ｃ２および１１２ｃ３のうち少なくとも１つによって被検面１１ａが照明されるように照明部１０１を制御するとよい。本実施形態では、副撮像部１０３ａで被検面１１ａを撮像する場合、制御部１０４は、図８（ａ）に示すように、第３光源１１２ｃ２によって被検面１１ａが照明されるように照明部１０１を制御している。
【００３３】
また、制御部１０４は、副撮像部１０３ｂで被検面１１ａを撮像する場合、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとの間の角度差が９０度より小さい光源１１２により被検面１１ａが照明されるように照明部１０１を制御する。このとき、制御部１０４は、照射角度θｉが副撮像部１０３ｂの撮像角度θｃより小さくなるように照明部１０１を制御するとよい。例えば、制御部１０４は、副撮像部１０３ｂで被検面１１ａを撮像する場合、上記の条件を満たす第３光源１１２ｃ３、１１２ｃ４および１１２ｃ５のうち少なくとも１つによって被検面１１ａが照明されるように照明部１０１を制御するとよい。本実施形態では、副撮像部１０３ｂで被検面１１ａを撮像する場合、制御部１０４は、図８（ｂ）に示すように、第３光源１１２ｃ４によって被検面１１ａが照明されるように照明部１０１を制御している。
【００３４】
次に、上述のように照明部１０１を制御することにより、各副撮像部１０３ａ、１０３ｂで得られた画像上において微細なキズを検出することができる理由について説明する。図９は、被検面１１ａの正常部分における散乱光の強度分布を示す図である。検査対象としている被検面１１ａが粗面である場合、被検面１１ａの正常部分において散乱光が生成される。この散乱光は、図９に示すように、照明光を正反射する方向については光強度が最も強く、正反射する方向から離れるにつれて光強度が弱くなるような分布を形成する。そのため、副撮像部１０３により被検面１１ａを撮像する場合に上述のように照明部１０１を制御すると、当該副撮像部１０３に入射する散乱光の強度を小さくすることができる。つまり、副撮像部１０３で得られた画像におけるＳ／Ｎ比を高くすることができる。
【００３５】
図１０は、微細なキズについて、副撮像部１０３の撮像角度θｃとＳ／Ｎ比との関係を示す図である。図１０における横軸は、副撮像部１０３の撮像角度θｃを示し、縦軸は、Ｓ／Ｎ比を示している。図中の線５１および線５２は、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとが同じである場合での撮像角度θｃとＳ／Ｎ比との関係を示している。図中の線５３および線５４は、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとが１８０度異なる場合での撮像角度θｃとＳ／Ｎ比との関係を示している。また、線５１および線５４は、第３光源１１２ｃを用いた場合を示しており、線５２および線５３は、第２光源１１２ｂを用いた場合を示している。
【００３６】
図１０を参照すると、被検面１１ａに光を照射する方位角φと被検面１１ａを撮像する方位角φとが同じである場合の方が、それらの方位角φが１８０度異なる場合よりもＳ／Ｎ比が高い。これは、被検面１１ａに光を照射する方位角φと被検面１１ａを撮像する方位角φとの間の角度差が小さい方がＳ／Ｎ比が高くなることを示している。そして、第３光源１１２ｃで被検面１１ａを照明する方が、第２光源１１２ｂで被検面１１ａを照明するよりＳ／Ｎ比が高い。これは、照射角度θｉが小さい方がＳ／Ｎ比が高くなることを示している。即ち、副撮像部１０３で得られた画像上で微細なキズを容易に検出するためには、被検面１１ａに光を照射する方位角φと被検面１１ａを撮像する方位角φとの間の角度差、および照射角度θｉが共に小さくなるように被検面１１ａを照明するとよいことが分かる。
【００３７】
また、図１０を参照すると、撮像角度θｃが小さくなるにつれてＳ／Ｎ比が高くなっている。このことから、主撮像部１０２より撮像角度θｃの小さい副撮像部１０３によって被検面１１ａを撮像した方が、画像におけるＳ／Ｎ比を高くし、当該画像上で微細なキズを容易に検出することができることが分かる。但し、撮像角度θｃが小さいほど被検面１１ａを斜めから撮像することになるため、被検面１１ａを一括に撮像するためには焦点深度を大きくする必要が生じうる。そのため、副撮像部１０３の撮像角度θｃは、焦点深度を考慮して、６０±１０度の範囲内に設定されることが好ましい。
【００３８】
図１１は、副撮像部１０３ａおよび１０３ｂの各々で微細なキズを撮像することによって得られた画像を示す図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、副撮像部１０３ａで得られた画像を示し、図１１（ｅ）〜（ｈ）は、副撮像部１０３ｂで得られた画像を示している。また、図１１（ａ）および（ｅ）は、微細なキズの伸びる方位角が０度のときの画像を示し、図１１（ｂ）および（ｆ）は、微細なキズの伸びる方位角が４５度のときの画像を示している。図１１（ｃ）および（ｇ）は、微細なキズの伸びる方位角が９０度のときの画像を示し、図１１（ｄ）および（ｈ）は、微細なキズの伸びる方位角が１３５度のときの画像を示している。
【００３９】
副撮像部１０３ａで得られた画像（図１１（ａ）〜（ｄ））では、微細なキズの伸びる方位角が１３５度（図１１（ｄ））のときに最もＳ／Ｎ比が高くなる。これは、微細なキズの伸びる方位が、副撮像部１０３ａにより被検面１１ａを撮像する方位に対して垂直に近づくにつれて、微細なキズで反射されて副撮像部１０３ａに入射する光の強度が高くなるからである。そのため、微細なキズの伸びる方位角が４５度（図１１（ｂ））のときでは、微細なキズの伸びる方位が副撮像部１０３ａにより被検面１１ａを撮像する方位に対して平行となり、最もＳ／Ｎ比が低くなる。
【００４０】
また、副撮像部１０３ｂで得られた画像（図１１（ｅ）〜（ｈ））では、微細なキズの伸びる方位角が４５度（図１１（ｆ））のときに最もＳ／Ｎ比が高くなり、微細なキズの伸びる方位角が１３５度（図１１（ｈ））のときに最もＳ／Ｎ比が低くなる。即ち、被検面１１ａの微細なキズを精度よく検出するためには、２つの副撮像部１０３ａおよび１０３ｂを、被検面１１ａを撮像する方位角が互いに対して９０度異なるように配置することが好ましい。このように２つの副撮像部１０３ａおよび１０３ｂを配置することにより、一方の副撮像部１０３において微細なキズを検出することができなかった場合であっても、他方の副撮像部１０３において当該微細なキズを検出することができる。
【００４１】
本実施形態では、２つの副撮像部１０３を用いる例について説明したが、３つ以上の副撮像部１０３を用いてもよい。また、本実施形態では、副撮像部１０３により被検面１１ａを撮像する場合、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとが同じになるように被検面１１ａを照明する例について説明したが、それに限られるものではない。例えば、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとの間の角度差が９０度より小さければ、それらの方位角φが互いに異なっていてもよい。
【００４２】
図３のフローチャートに戻り、Ｓ１４では、制御部１０４は、主撮像部１０２で得られた画像、および副撮像部１０３で得られた画像に基づいて、被検面１１ａ（ワーク１１）の外観を評価する。例えば、制御部１０４は、被検面１１ａにキズ（微細なキズも含む）があるか否かの評価を、Ｓ１２の工程で生成した合成画像（図７（ａ）、（ｂ））、およびＳ１３で得られた画像（例えば図１１（ａ）〜（ｈ））に基づいて行いうる。また、制御部１０４は、被検面１１ａにムラがあるか否かの評価を、Ｓ１２の工程で生成した合成画像（図７（ｂ））に基づいて行い、被検面１１ａに光吸収性の異物があるか否かの評価を、Ｓ１１−３の工程で得られた画像（図６（ｈ））に基づいて行いうる。ここで、被検面１１ａの外観を評価するために用いられる画像は、上記のものに限定されるものではなく、制御部１０４は、例えば図６、図７、図１１に示す画像のいずれかや合成画像などに更に基づいて被検面１１ａの外観を評価してもよい。また、本実施形態では、全ての光源１１２を用いて被検面１１ａを照明することにより図６（ｈ）に示す画像を取得し、当該画像に基づいて被検面１１ａに光吸収性の異物があるか否かの評価を行った。しかしながら、それに限られるものではなく、例えば、図６（ｅ）〜（ｇ）に示す画像を合成または平均化することで得られた画像を、図６（ｈ）に示す画像の代わりに用いてもよい。
【００４３】
以下に、制御部１０４によって被検面１１ａの外観を評価する方法の一例について説明する。本実施形態では、まず、制御部１０４は、複数の良品についての画像を学習して、外観の良否を判定するために用いられるスコアを算出するための良否判定モデルを作成する。具体的には、制御部１０４は、複数の良品についての画像に基づいて、外観の良否判定に有効な複数の画像特徴を決定するとともに、各画像特徴についての特徴量から異常度（または正常度）のスコアを算出する方法を自動的に決定して良否判定モデルを作成する。
【００４４】
次いで、制御部１０４は、検査対象のワーク１１（被検面１１ａ）を撮像することで得られた画像から、当該ワーク１１の特徴量を各画像特徴について求めて異常度スコアを算出し、算出した異常度スコアに基づいて当該被検面１１ａの外観の良否を判断する。具体的には、制御部１０４は、ユーザが予め設定した異常度スコアの閾値を参照し、検査対象のワーク１１についての異常度スコアが、閾値以上である場合には当該ワーク１１を不良品と判定し、閾値より小さい場合には当該ワーク１１を良品と判定する。ここで、複数の画像特徴は、例えば、ワーク１１（被検面１１ａ）におけるキズやムラ、光吸収性の異物を含みうる。また、複数の画像特徴の各々についてスコアが算出されるように複数の良否判定モデルが作成されてもよいが、当該複数の画像特徴から１つのスコアが算出されるように１つの良否判定モデルが作成されることが評価時間を短縮する上で好ましい。
【００４５】
上述したように、本実施形態の検査装置１０は、主撮像部１０２および複数の副撮像部１０３により被検面１１ａを撮像することで得られた複数の画像に基づいて、被検面１１ａの外観を評価する。これにより、被検面１１ａの欠陥を精度よく検出することができる。特に、本実施形態の検査装置１０は、副撮像部１０３により被検面１１ａを撮像する場合、被検面１１ａを撮像する方位角φと被検面１１ａに光を照射する方位角φとの間の角度差が９０度より小さくなるように照明部１０１を制御する。これにより、被検面１１ａに形成された微細なキズも検出することができる。
【００４６】
ここで、副撮像部１０３の配置について、図１２を参照しながら説明する。図１２（ａ）は、副撮像部１０３とワーク１１（被検面１１ａ）との位置関係を示す図であり、図１２（ｂ）は、副撮像部１０３の撮像視野（副撮像部１０３で得られた画像）を示す図である。副撮像部１０３は、図１２（ａ）に示すように、撮像角度θｃが９０度より小さい方向から被検面１１ａを撮像するため、被検面１１ａに対して傾けて配置される。そのため、副撮像部１０３のレンズの主平面から被検面１１ａまでの距離は、副撮像部１０３に近い方の被検面１１ａの端部１１ａ１でＤ１、および副撮像部１０３から遠い方の被検面１１ａの端部１１ａ２でＤ２となり、被検面上の位置に応じて差が生じうる。つまり、副撮像部１０３におけるレンズが非テレセントリックである場合、副撮像部１０３における被検面１１ａの見え方が、端部１１ａ１側と端部１１ａ２側とで異なりうる。
【００４７】
具体的には、副撮像部１０３のレンズの焦点距離をｆ、副撮像部１０３のイメージセンサのサイズ（一辺の長さ）をＬ、副撮像部１０３と被検面１１ａとの距離をＤとすると、副撮像部１０３の視野は（Ｄ／ｆ−１）×Ｌと表される。即ち、端部１１ａ１側（距離Ｄ１）では副撮像部１０３の視野が（Ｄ１／ｆ−１）×Ｌ、端部１１ａ２側（距離Ｄ２）では副撮像部１０３の視野が（Ｄ２／ｆ−１）×Ｌとなり、端部１１ａ１と端部１１ａ２とで被検面１１ａの見え方が異なる。
【００４８】
したがって、副撮像部１０３では、被検面１１ａと副撮像部１０３との距離が近くなるにつれて画像上における被検面１１ａのサイズが大きくなるような画像が得られる。このとき、副撮像部１０３の視野の中心と被検面１１ａの中心とが一致するように副撮像部１０３が配置されていると、図１２（ｂ）に示すように、被検面１１ａの全体が画像内に収まらないことが起こりうる。そのため、副撮像部１０３では、被検面１１ａの全体が画像内に収まるように、視野の中心を被検面１１ａの中心からずらすことが好ましい。
【００４９】
また、主撮像部１０２では、被検面１１ａに光を照射するために用いる光源１１２を変えながら被検面１１ａを複数回撮像するため、撮像時間が短縮されるようにレンズの絞りをある程度広げた状態に設定するとよい。レンズの絞りを広げた状態で被検面１１ａを撮像すると、解像度が向上するため、被検面１１ａの欠陥を精度よく検出することができる。一方で、副撮像部１０３では、ピンボケが小さくなるように被検面１１ａを一括で撮像することが好ましいため、レンズの絞りをある程度閉じた状態に設定するとよい。したがって、主撮像部１０２のレンズの絞りは、副撮像部１０３のレンズの絞りより開放側に設定されるとよい。
【００５０】
この場合、副撮像部１０３のイメージセンサに入射する光の光量が、主撮像部１０２のイメージセンサに入射する光の光量より小さくなる。そのため、副撮像部１０３で得られた画像では、主撮像部１０２で得られた画像よりノイズが大きくなりうる。したがって、副撮像部１０３により被検面１１ａを撮像する場合には、主撮像部１０２により被検面１１ａを撮像する場合と比較して、撮像時間を長くしたり、照明部１０１により被検面１１ａを照射する光の強度を大きくしたりすることが好ましい。
【００５１】
本実施形態では、副撮像部１０３のレンズとして、物体面と像面とが平行となるように構成されたレンズを副撮像部１０３のレンズとして用いる例について説明したが、それに限られるものではない。例えば、シャインプルーフの条件を満たすように構成されたレンズを副撮像部１０３のレンズとして用いてもよい。この場合、副撮像部１０３のレンズの絞りをある程度閉じる必要がないため、主撮像部１０２により被検面１１ａを撮像する場合と比較して、撮像時間を長くしたり、照明部１０１により被検面１１ａを照射する光の強度を大きくしたりしなくてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、副撮像部１０３ａおよび１０３ｂでそれぞれ１枚の画像のみを取得（撮像）する例を説明したが、それに限られるものではない。それに加えて、それとは異なる方位にある光源で被検面１１ａを照明して、別の画像を更に取得（撮像）してもよい。例えば、カメラと逆の方位にある光源で被検面１１ａを照明して副撮像部１０３で撮像することにより、表面の緩やかな傾きを有する欠陥を高いコントラストで可視化しうる。このように、副撮像部１０３で照明条件の異なる複数の画像を取得することにより、微細なキズのような欠陥だけでなく、多様な欠陥を検出しうる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１：外観検査システム、１０：検査装置、１１：ワーク、１１ａ：被検面、１２：搬送装置、１０１：照明部、１０２：主撮像部、１０３：副撮像部、１０４：制御部
【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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【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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