CN107533014A - 被检查体摄像装置、被检查体摄像方法、表面检查装置以及表面检查方法 - Google Patents

被检查体摄像装置、被检查体摄像方法、表面检查装置以及表面检查方法 Download PDF

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Abstract

高灵敏度地发现在具有可见光的波长程度的表面粗糙度的被检查体的表面所产生的为表面粗糙度的数倍左右的凹凸缺陷等，来准确地进行存在于被检查体的表面的脏污与凹凸瑕疵的区分，并且实现装置的小型化。本发明所涉及的被检查体摄像装置具备：光源，其产生属于红外波长带并在被检查体的表面上具有规定的发散半角的光束；投影光学系统，其将光束以规定的投影角投射到被检查体的表面上；以及摄像部，其拍摄来自被检查体的表面的反射光，其中，摄像部具有：摄像光学系统，其具有至少一个凸透镜，用于会聚反射光，并使该反射光向两个不同的方向分支；以及第一摄像元件和第二摄像元件，其拍摄透过了摄像光学系统的各反射光，第一摄像元件沿着反射光的光轴地位于比摄像光学系统的与被检查体的表面共轭的位置靠被检查体侧的位置，第二摄像元件沿着反射光的光轴地位于比该共轭的位置靠反射光的行进方向侧的位置。

Description

被检查体摄像装置、被检查体摄像方法、表面检查装置以及表 面检查方法
技术领域
本发明涉及一种被检查体摄像装置、被检查体摄像方法、表面检查装置以及表面检查方法。
背景技术
在制造例如冷轧钢板那样的金属板时，进行对热轧钢板等中间产品进行压延的处理。在这样的压延处理中，使用压延辊进行拉伸使得最终产品成为期望的厚度，但是在压延辊上附着有异物的情况下，存在由于所述异物而在金属板表面产生凹凸瑕疵的情况。另外，在压延辊产生微小振动的情况下，有时还由于所述振动而在金属板表面形成微细的横条纹(振纹)。并且，还存在由于生产线等的脏污而在金属板表面附着无害的脏污的情况。
该凹凸瑕疵的凹凸量是1μm左右至1μm的10倍左右。另一方面，由于涂装前的制造工艺中的带状钢板的表面具有与可见光相同程度的0.5μm～1μm左右的粗糙度，因此在基于可见光的目视检查下，扩散反射成分大，难以发现凹凸缺陷。为了检测这样的凹凸缺陷，以往在检查员对金属板进行了砂轮磨削之后进行目视检查。当对金属板进行砂轮磨削时，与凹部相比，凸部被更进一步地研磨，从而凸部接近于镜面，与此相对地，凹部以原来的粗糙面的状态残留，因此凹凸产生部变得明显，能够通过目视来确认。然而，通过目视来确认制造出的金属板有无凹凸瑕疵存在花费时间和劳力的问题。
为了解决所述问题，对于不通过目视而通过利用属于红外波长带的光(红外光)来检测存在于钢板表面的微小缺陷的方法进行了研究。例如，在以下的专利文献1中公开了如下一种方法：向被检查对象物照射红外光，将来自被检查对象物的反射光进行屏幕投射来通过摄像机观察亮暗，由此检测存在于被检查对象物的表面的微小凹凸性瑕疵。另外，在以下的专利文献2中公开了如下一种方法：在使红外激光形成为发散光之后向被检查体照射，在由凹面镜将来自被检查体的反射光进行会聚之后由摄像机拍摄该反射光。
专利文献1：日本特开2010-133967号公报
专利文献2：日本特开2009-80033号公报
非专利文献1：P.Beckmann,“Scattering by composite rough surfaces”,Proceedings of the IEEE,Vol.53,Issue8(1965),1012-1015.
发明内容
发明要解决的问题
然而，关于上述专利文献1的方法，存在如下问题：由于摄像机的亮暗图案与瑕疵的凹凸未必一致，因此难以区分脏污与凹凸瑕疵。另外，还存在如下问题：在照明使用激光器的情况下，当向作为扩散面的屏幕投射反射光时，出现斑点噪声，从而无法进行准确的检查。并且，在本方法中，存在如下问题：由于只有在屏幕上发生散射的光的一部分入射至摄像机，因此为了良好地观察亮暗而光源的功率变得必要。
另外，关于上述专利文献2的方法，存在如下问题：凹面镜难以将光轴的角度从180度大幅地变更，其结果，存在光路重叠的区域，从而难以使装置小型化。另外，还存在如下问题：凹面镜的大小一定大于检查范围，在所述点上也难以使装置小型化。
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于提供如下一种被检查体摄像装置、被检查体摄像方法、表面检查装置以及表面检查方法：能够高灵敏度地检测在具有可见光的波长程度的表面粗糙度的被检查体的表面产生的为表面粗糙度的数倍左右的凹凸缺陷等，并且能够准确地进行存在于被检查体的表面的脏污与凹凸瑕疵的区分，还能够实现装置的小型化。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，根据本发明的某个观点，提供一种被检查体摄像装置，具备：光源，其产生属于红外波长带的光束，所述光束在被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下；投影光学系统，其对所述被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束；以及摄像部，其拍摄由所述被检查体的表面反射的所述光束，其中，所述摄像部具有：摄像光学系统，其具有至少一个凸透镜，用于会聚来自所述被检查体的表面的反射光，并具有使该反射光向两个不同的方向分支的分支光学元件；以及第一摄像元件和第二摄像元件，该第一摄像元件和第二摄像元件拍摄透过了所述摄像光学系统的各个所述反射光，其中，所述第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，所述第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置。
另外，为了解决上述问题，根据本发明的其它观点，提供一种被检查体摄像方法，其中，从产生属于红外波长带的光束的光源经由投影光学系统来对被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束，所述光束在所述被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下，通过具有至少一个凸透镜的摄像光学系统来会聚由所述被检查体的表面反射的所述光束即反射光，并且通过该摄像光学系统所具有的分支光学元件来使所述反射光向两个不同的方向分支，通过第一摄像元件来拍摄成像于该第一摄像元件的所述反射光，并且通过第二摄像元件来拍摄成像于该第二摄像元件的所述反射光，其中，该第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，该第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置。
也可以是，所述摄像光学系统还具有：第一聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第一摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第一摄像元件；以及第二聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第二摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第二摄像元件。
也可以是，由所述光源产生的所述光束是平行光。
也可以是，关于所述第一摄像元件和所述第二摄像元件中的各个摄像元件，在将所述摄像光学系统的横向倍率设为β、将各个所述摄像元件中的像素的间距设为p[mm]、将所述表面上想要拍摄的倾斜度的最小值设为T时，各个所述摄像元件相对于所述共轭的位置的偏移量Δ[mm]被设定为满足以下的式(1)所表示的条件。
也可以是，所述光源是不具有外部谐振器的量子级联激光器。
也可以是，所述被检查体位于具有规定曲率的辊的表面上，所述投影光学系统和所述摄像光学系统具有焦点与所述辊的旋转中心轴一致的柱面透镜。
也可以是，所述第一摄像元件和所述第二摄像元件以使各个摄像元件内的各像素位置相对于所述共轭的位置的偏移量成为固定的方式相对于光轴倾斜地设置。
[数1]
另外，为了解决上述问题，根据本发明的其它观点，提供一种表面检查装置，具备：被检查体摄像装置，其对被检查体的表面以规定的投影角投射属于红外波长带的光束，并拍摄来自所述被检查体的表面的反射光；以及运算处理装置，其对由所述被检查体摄像装置拍摄到的所述反射光的摄像图像进行图像处理，检测存在于所述被检查体的表面的表面缺陷，所述被检查体摄像装置具有：光源，其产生属于红外波长带的光束，所述光束在被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下；投影光学系统，其对所述被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束；以及摄像部，其拍摄由所述被检查体的表面反射的所述光束，其中，所述摄像部具有：摄像光学系统，其具有至少一个凸透镜，用于会聚来自所述被检查体的表面的反射光，并具有使该反射光向两个不同的方向分支的分支光学元件；以及第一摄像元件和第二摄像元件，该第一摄像元件和第二摄像元件拍摄透过了所述摄像光学系统的各个所述反射光，其中，所述第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，所述第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置，所述运算处理装置根据由所述第一摄像元件拍摄到的第一摄像图像和由所述第二摄像元件拍摄到的第二摄像图像的亮暗分布，将所述第一摄像图像与所述第二摄像图像之间亮暗反转的部分检测为存在于所述被检查体的表面的凹凸。
另外，为了解决上述问题，根据本发明的其它观点，提供一种表面检查方法，包括以下步骤：从产生属于红外波长带的光束的光源经由投影光学系统来对被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束，所述光束在所述被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下，通过具有至少一个凸透镜的摄像光学系统来会聚由所述被检查体的表面反射的所述光束即反射光，并且通过该摄像光学系统所具有的分支光学元件来使所述反射光向两个不同的方向分支，通过第一摄像元件来拍摄成像于该第一摄像元件的所述反射光，并且通过第二摄像元件来拍摄成像于该第二摄像元件的所述反射光，该第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，该第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置；以及根据由所述第一摄像元件拍摄到的第一摄像图像和由所述第二摄像元件拍摄到的第二摄像图像的亮暗分布，将所述第一摄像图像与所述第二摄像图像之间亮暗反转的部分检测为存在于所述被检查体的表面的凹凸。
也可以是，所述摄像光学系统还具有：第一聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第一摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第一摄像元件；以及第二聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第二摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第二摄像元件。
也可以是，由所述光源产生的所述光束是平行光。
也可以是，关于所述第一摄像元件和所述第二摄像元件中的各个摄像元件，在将所述摄像光学系统的横向倍率设为β、将各个所述摄像元件中的像素的间距设为p[mm]、将所述表面上想要检测的倾斜度的最小值设为T时，各个所述摄像元件相对于所述共轭的位置的偏移量Δ[mm]被设定为满足以下的式(1)所表示的条件。
也可以是，所述光源是不具有外部谐振器的量子级联激光器。
也可以是，所述被检查体位于具有规定曲率的辊的表面上，所述投影光学系统和所述摄像光学系统具有焦点与所述辊的旋转中心轴一致的柱面透镜。
也可以是，所述第一摄像元件和所述第二摄像元件以使各个摄像元件内的各像素位置相对于所述共轭的位置的偏移量成为固定的方式相对于光轴倾斜地设置。
[数2]
发明的效果
如以上说明的那样，根据本发明，通过具有至少一个凸透镜的光学元件来会聚来自被检查体的表面的反射光，并且由相对于与被检查体的表面共轭的位置偏移地配设的两个摄像元件拍摄反射光，由此能够实现装置的小型化，并且能够高灵敏度地检测在具有可见光的波长程度的表面粗糙度的被检查体的表面产生的为表面粗糙度的数倍左右的凹凸缺陷等。另外，通过利用由两个摄像元件生成的摄像图像，能够准确地进行存在于金属板的表面的脏污与凹凸瑕疵的区分。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的表面检查装置的说明图。
图2是表示该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的说明图。
图3是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图4A是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图4B是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图5A是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图5B是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图5C是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图6是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。
图7是表示该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的一例的说明图。
图8是表示该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的一例的说明图。
图9是用于说明在共轭位置处成像的情形的说明图。
图10是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的说明图。
图11是用于说明相对于共轭位置的偏移量的决定方法的一例的说明图。
图12是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的说明图。
图13是用于说明该实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光束投影部和摄像光学系统的一例的说明图。
图14是表示该实施方式所涉及的运算处理装置的图像处理部的结构的框图。
图15是表示该实施方式所涉及的运算处理装置的硬件结构的框图。
图16是表示该实施方式所涉及的摄像部的模拟结果的曲线图。
图17是表示该实施方式所涉及的摄像部的模拟结果的曲线图。
图18A是表示该实施方式所涉及的摄像部的模拟结果的曲线图。
图18B是表示该实施方式所涉及的摄像部的模拟结果的曲线图。
图19是表示该实施方式所涉及的摄像部的模拟结果的曲线图。
图20是表示由该实施方式所涉及的被检查体摄像装置拍摄金属表面的摄像结果的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在本说明书和附图中，通过对于具有实质相同的功能结构的构成要素附加相同的附图标记，从而省略重复说明。
<关于表面检查装置的结构>
首先，参照图1说明本发明的实施方式所涉及的表面检查装置的结构。图1是表示本实施方式所涉及的表面检查装置10的结构的说明图。
如图1所例示的那样，本实施方式所涉及的表面检查装置10主要具备被检查体摄像装置100和运算处理装置200。
被检查体摄像装置100对被检查体S投射如以下详细记述那样的具有规定的发散半角的属于红外波长带的光束，并且拍摄来自被检查体S的表面的光束的反射光，生成对被检查体S的表面进行拍摄所得到的摄像图像。由被检查体摄像装置100生成的被检查体S的表面的摄像图像被输出到运算处理装置200。
运算处理装置200对由被检查体摄像装置100生成的摄像图像实施图像处理，来检测存在于被检查体S的表面的表面缺陷(特别是，凹凸瑕疵)。
此外，以下正式详细地说明上述被检查体摄像装置100和运算处理装置200。
另外，本实施方式所涉及的被检查体S只要是能够将从被检查体摄像装置100投射的属于红外波长带的光束反射的金属板即可。关于所述被检查体S，并不特别地进行限定，但是例如能够列举包含合金的各种钢板、所谓的非铁金属板等。
<关于被检查体摄像装置的结构>
接着，参照图2～图13详细地说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100的结构。
图2是示意性地表示本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100的整体结构的说明图。图3～图5C是用于说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。图6是用于说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光源的说明图。图7和图8是表示实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的一例的说明图。图9是用于说明在共轭位置处成像的情形的说明图。图10是用于说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的说明图。图11是用于说明相对于共轭位置的偏移量的决定方法的一例的说明图。图12是用于说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置的摄像部的说明图。图13是用于说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置的光束投影部的说明图。
如图2所示，本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100具备光束投影部101和摄像部103。
[关于光束投影部]
光束投影部101是用于对被检查体S的表面以规定的投影角θ投射红外波长带的光束的光学系统。如图2所示，该光束投影部101具备：光源105，其射出属于红外波长带的光束(以下还简称为“红外光”。)；以及投影光学系统107，其用于将从光源105射出的红外光引导向被检查体S。在此，如图2中示意性地所示的那样，上述投影角θ是指光源105的光轴与被检查体S的表面法线方向所成的角。
光源105用于射出对被检查体S的表面照射的红外光(例如，波长8μm～12μm左右的红外光)。所述光源是射出的红外光的光束的发散半角为规定的值以下的光源。在此，如图3中示意性地所示的那样，光束的发散半角φ是指表示从光源105射出的属于红外波长带的光束的外缘的直线与光源105的光轴所成的角。
如以下详细记述的那样，在本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100中，将被检查体的表面所存在的倾斜度可视化为摄像图像中的亮度值的亮暗。另外，本实施方式所涉及的表面检查装置10根据所述摄像图像中的亮度值的亮暗来检测被检查体的表面所存在的倾斜度。因此，重要的是，本实施方式所涉及的光源105能够高精度地反映被检查体的表面所存在的倾斜度。
在此，着眼于从光源105射出的光束的发散半角与被检查体的表面所存在的倾斜度相比非常小的情况。
此时，如图4A的左图中示意性地所示的那样，在被检查体的表面平坦的情况下，由于光束以彼此相同的反射角发生反射，因此由所述表面反射的光束的明亮度是均匀的。另一方面，如图4A的右图中示意性地所示的那样，在被检查体的表面存在倾斜度的情况下，平坦部分与倾斜部分的反射角不同的结果为，反射光的光束相互叠加而产生变亮的部分。
接着，着眼于从光源105射出的光束的发散半角大于被检查体的表面所存在的倾斜度的情况。
此时，如图4B的左图中示意性地所示的那样，即使被检查体的表面是平坦的，光束也相互叠加。因此，如图4B的右图中示意性地所示的那样，虽然被检查体的表面存在倾斜度，但是由于在被检查体的表面为平坦时光束相互叠加，因此明亮度的变化少，从而难以高精度地检测倾斜度。
根据以上那样的知识，作为本实施方式所涉及的光源105，利用光束在被检查体的表面上的发散半角φ为要拍摄的表面的最小倾斜度(换言之，所求的倾斜度的检测分辨率)的20倍以下的光源。在此，在光束的发散半角φ超过要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍的情况下，难以反映被检查体的表面所存在的倾斜度，因此是不理想的。此外，光束的发散半角φ越小越好，从而光束的发散半角φ也可以是0度。发散半角φ为0度意味着从光源射出的光束为绝对的平行光。
例如图5A～图5C中示意性地所示的那样，能够通过将如灼热物体那样的从表面全方位放射光的红外光发光体(以下简称为“发光体”。)和凸透镜组合来实现具有这样的发散半角的光源105。
首先，如图5A所示，着眼于发光体位于凸透镜的焦点处的情况。在该情况下，从发光体射出的红外光束透过凸透镜而成为平行光。在此，在将与发光体大小的一半的值对应的发光体的高度设为h、将凸透镜的焦距设为f的情况下，发散半角为由h/f(单位：rad)表示的值。因而，当设为凸透镜的焦距f固定时，可知光源的高度h越小(换言之，发光体越接近点光源)，则发散半角的值越小。
接着，如图5B所示，着眼于将发光体配设为位于凸透镜的焦点后侧的位置(换言之，使得发光体与凸透镜的主表面之间的分离距离大于焦距f)的情况。在该情况下，从发光体射出的红外光束透过凸透镜而成为聚焦光。
另外，如图5C所示，着眼于将发光体配设为位于凸透镜的焦点前侧的位置(换言之，使得发光体与凸透镜的主表面之间的分离距离小于焦距f)的情况。在该情况下，从发光体射出的红外光束透过凸透镜而成为发散光。
在图5B和图5C所示的情况中也同样地，使用发光体的高度h以及出射面与凸透镜的主轴之间的分离距离来表示发散半角，在所述分离距离相同的情况下，光源的高度h越小，则发散半角的值越小。
这样，通过控制发光体与凸透镜的位置关系，能够选择平行光、选择聚焦光、或者选择发散光来作为光束。在本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100中，作为从光源105射出的光束，能够使用图5A所示那样的平行光、图5B所示那样的聚焦光、图5C所示那样的发散光中的任一个。在此，作为从光源105射出的光束，通过利用平行光，不存在光源105整体的配设位置的限制，因此更容易地进行被检查体摄像装置100的光学系统的设计。因而，作为从光源105射出的光束，优选的是利用图5A那样的平行光。
另外，图5A～图5C所示那样的凸透镜能够兼作后述的投影光学系统107。另外，图5A～图5C所示那样的凸透镜也可以与后述的投影光学系统107相独立。
另外，也能够不利用上述那样的发光体与凸透镜的组合，而利用CO2激光器那样的激光器元件与光学系统的组合来作为光源105。在该情况下，从激光器射出的光的光束半径与发散半角的积即光束参数积(Beam Parameter Product：BPP)为元件固有的常数，并且是光束传播过程中不变的量，因此能够代替如前述那样使用发光体的高度h求出发散半角，而通过将BPP除以从光源105射出的光束的半径来求出发散半角。
在使用激光器元件与光学系统的组合作为光源105的情况下，在本实施方式中，作为这样的光源105，优选的是利用量子级联激光器(更详细地说，不具有外部谐振器的量子级联激光器)。不具有外部谐振器的量子级联激光器是能够射出波长大约为10μm且光谱宽度为400nm左右的红外光的激光器光源。通过使用上述那样的量子级联激光器作为光源105，与利用其它红外光源的情况相比，能够更有效地抑制被检查体的表面处的斑点噪声的产生。关于使用量子级联激光器作为光源105的情况，也能够通过将作为元件固有的常数的BPP除以从光源105射出的光束的半径来求出其发散半角。
图6是表示利用CO2激光器光源或不具有外部谐振器的量子级联激光器光源作为光源105来对存在于钢板表面的凸部进行拍摄所得到的摄像图像的图。在此，使用的CO2激光器光源是射出中心波长为10.6μm、光谱宽度为1nm的光束的光源，使用的量子级联激光器光源是射出中心波长为10μm、光谱宽度为400nm的光束的光源。此外，在获取图6所示的各摄像图像时，使从各光源射出的光束成为平行光之后对钢板的表面进行照射。当将图6所示的两者的摄像图像进行比较时，可知在使用CO2激光器作为光源105的情况下，在整个摄像图像上产生了斑点噪声，存在于图像的大致中心的凸部(拍摄成黑色的部分)变得不清晰。另一方面，在使用量子级联激光器作为光源105的情况下，能够抑制斑点噪声的产生，从而清晰地映现出存在于图像的大致中心的凸部(拍摄成黑色的部分)。
在此，光源105也可以是能够射出CW(Continuous Wave：连续波)光的CW激光器光源，还可以是能够射出脉冲光的脉冲激光器光源。在此，在被检查体S例如正在生产线上等移动的情况下，在后述的设置于摄像部103的红外摄像机中的摄像元件的一帧时间内能够忽视被检查体S所移动的量时，即使是使用CW激光器光源作为光源105的情况，也能够以静止的状态拍摄正在移动的被检查体S。另外，在使用脉冲激光器光源作为光源105的情况下，能够以静止的状态拍摄正在移动的被检查体S。
此外，以下为了方便列举从光源105射出平行红外光的情况为例进行说明，但是在从光源105射出聚焦红外光、发散红外光的情况下也能够享有与平行红外光的情况同样的效果。
投影光学系统107对从光源105射出的红外光进行引导使得对被检查体S的表面以规定的投影角θ投射该红外光。优选的是，投影光学系统107以从光源105出来的光束的发散半角不变的方式不改变光束的大小而仅改变光束的朝向。
另外，在本实施方式所涉及的光束投影部101中，也可以设置用于改变红外光的传播方向的各种反射镜来作为投影光学系统107。
此外，关于本实施方式所涉及的投影光学系统107的材质，例如根据利用的红外光的波长从锗(Ge)、硒化锌(ZnSe)等针对红外光也能够利用的材质中适当选择即可。
本实施方式所涉及的光束投影部101通过调整光源105的设置位置和设置方向、或者适当地组合作为投影光学系统107所设置的反射镜等，来对检查体S的表面以投影角θ投射具有规定的发散半角的红外光。
在此，从光束投影部101射出的红外光的投影角θ被设定为能够将被检查体S的表面视为镜面的程度。以下，简单地说明红外光的投影角θ的设定方法。
在本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100中，在决定投影角θ时，利用上述非专利文献1所记载的镜面性参数g的式子(式101)。通过以下的式101表示的镜面性参数g表示物体表面的镜面性的程度，参数g的值越小，则越能够认为正关注的物体表面是镜面。另外，在以下的式101中，参数σ是正关注的物体表面的凹凸量(即，表面粗糙度)的标准偏差，参数λ是所利用的光的波长。另外，参数θ1是向正关注的物体表面入射的光的入射角，参数θ2是从正关注的物体表面射出的光的出射角。在此，当设为入射角＝出射角＝θ时，下述式101能够变形为式101a。
[数3]
在此，在本实施方式中，上述式101和式101a中的参数λ是根据作为光源105使用的红外光源来决定的值。另外，参数σ是能够根据从与正关注的被检查体S的制造实际情况有关的操作数据等获得的知识来决定的值。
当通过式101或式101a表示的镜面性参数g的值为1以上时，在正关注的物体表面上，扩散反射成分增大，镜面反射成分急剧减少。因而，在本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100中，根据被决定为设计参数的参数λ和参数σ的值来决定角度θ(即，红外光的投影角θ)使得通过上述式101或式101a表示的镜面性参数g的值成为1以下。
例如在参数λ(波长)＝10.6μm、参数σ＝1μm的情况下，通过将角度θ设为32度以上，能够使镜面性参数g为1以下。
[关于摄像部]
接着，详细地说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100所具备的摄像部103。
如图2所示，本实施方式所涉及的摄像部103具备摄像光学系统109以及两个红外摄像机111、113。
摄像光学系统109用于将来自被检查体表面的平行红外光的反射光向后述的红外摄像机111、113的摄像元件引导。作为所述的摄像光学系统109，设置用于会聚来自被检查体S的表面的反射光的聚光光学元件、用于将透过了聚光光学元件的反射光分支向后述的红外摄像机111、113中的各个红外摄像机的分支光学元件等。
在此，聚光光学元件如前述那样将来自被检查体S的表面的反射光进行会聚，并向红外摄像机111、113成像，该聚光光学元件具备至少一个凸透镜。另外，本实施方式所涉及的摄像部103可以仅具备一个凸透镜来作为摄像光学系统109的聚光光学元件，也可以具备将多个凸透镜组合而成的透镜组来作为聚光光学元件，还可以具备将各种凹透镜、非球面透镜等与凸透镜组合而成的透镜组来作为聚光光学元件。
本实施方式所涉及的摄像部103通过具备至少一个凸透镜来作为聚光光学元件，能够减少关于光路处理的限制，其结果能够提高光学系统的设计的自由度。由此，在本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100中，能够实现装置的小型化、设置空间的缩小。
分支光学元件如前述那样用于将透过了聚光光学元件的反射光向两个光路分支，例如能够列举分束器。通过所述分支光学元件将反射光进行分支并分别向红外摄像机111所具有的摄像元件和红外摄像机113所具有的摄像元件引导。
另外，本实施方式所涉及的摄像部103也可以在上述分支光学元件与各红外摄像机的摄像元件之间具有用于将透过了分支光学元件的反射光会聚至摄像元件的作为聚光光学系统的一例的聚光光学元件。所述聚光光学元件可以作为摄像光学系统109的一种而设置在摄像部103内，也可以作为后述的红外摄像机的透镜而设置在摄像部103内。通过设置所述聚光光学元件，能够如后述那样提高摄像部103的设计的自由度。
另外，在本实施方式所涉及的摄像部103中，也可以设置用于改变反射光的传播方向的各种反射镜来作为摄像光学系统109。
此外，关于本实施方式所涉及的摄像光学系统109的材质，例如根据所利用的红外光的波长从锗(Ge)、硒化锌(ZnSe)等针对红外光也能够利用的材质中适当选择即可。
红外摄像机111、113通过设置于该摄像机内的摄像元件来拍摄由被检查体S的表面反射的红外光(例如，平行红外光)，生成拍摄反射光所得到的摄像图像。设置于红外摄像机111、113内的摄像元件只要是支持红外光的拍摄，则能够利用例如HgCdTe、InSb等半导体阵列、或者微辐射热测定仪等热敏传感器阵列等。另外，只要是适合于红外光的拍摄的图像传感器，则除了这些传感器以外还能够利用任意的传感器。
在此，本实施方式所涉及的摄像部103所具备的红外摄像机111、113的摄像元件如后述那样被设置在光路上相对于与被检查体S的表面形成共轭的位置偏移的场所。在此，共轭是指从被检查体S的表面上的一点发散的光通过摄像光学系统109而收敛于像上的一点的状态(即，处于成像状态的物体与像之间的关系)，在将物体与像相替换的情况下，如果沿着光线逆向行进，则成像关系仍然成立，这是显而易见的。即，在本实施方式中，从被检查体S上的一点出来的光根据其朝向的不同而向各红外摄像机的摄像元件面上的不同位置入射。也就是说，在本实施方式中，将各红外摄像机111、113的摄像元件设置成为不满足成像关系的状态。
在此，参照图7和图8，列举具体例来详细地说明本实施方式所涉及的摄像部103的结构。
○摄像部的具体例－1
首先，参照图7具体地说明摄像部的一例。
在图7所示的例子中，作为摄像部103所具备的摄像光学系统109，设置有作为聚光光学元件的一例的凸透镜121，在反射光的光轴上设置有用于将透过了凸透镜121的反射光分支成两个光路的分束器BS来作为分支光学元件。通过分束器BS分支为两个的反射光分别在红外摄像机111所具有的摄像元件123的传感器面和红外摄像机113所具有的摄像元件125的传感器面上成像。
在此，图7中的被检查体的表面与凸透镜121之间的分离距离L1根据实际的检查现场中的工作距离等适当地设定即可。另外，凸透镜121的焦距f1为根据所利用的凸透镜的种类所决定的值。在所述情况下，当将凸透镜121与各红外摄像机的摄像元件之间的分离距离设为L2时，图7所示的摄像部103的成像公式成为通过以下的式111表示的式子。
[数4]
在此，满足上述式111的分离距离L2的位置对应于与被检查体表面共轭的位置(以下还简称为共轭位置。)。因此，在图7所示的摄像部103的一例中，相对于共轭位置偏移地设置红外摄像机111所具有的摄像元件123的传感器面使得该传感器面在光轴上相对于凸透镜121的分离距离为(L2+Δ)。同样地，相对于共轭位置偏移地设置红外摄像机113所具有的摄像元件125的传感器面使得该传感器面在光轴上相对于凸透镜121的分离距离为(L2-Δ)。
○摄像部的具体例－2
接着，参照图8具体地说明摄像部的另外一例。
在图7所示的摄像部中，当决定了被检查体表面与凸透镜之间的分离距离L1和凸透镜的焦距f1时，凸透镜与摄像元件之间的分离距离L2已确定，其结果，摄像倍率(L1/L2)也已确定。因此，图7所示的摄像部的一例可以说是光学系统的设计的自由度少的例子。
因此，在图8所示的摄像部的一例中，作为聚光光学元件的一例的凸透镜121与摄像元件123、125之间(更详细地说，在作为分支光学元件的一例的分束器BS与摄像元件123、125之间)分别设置透镜127、129来作为聚光光学元件。由此，图8所示的摄像部如以下说明的那样能够提高光学系统的设计的自由度。
首先，在图8所示的光学系统中，根据所使用的凸透镜121的焦距f1决定工作距离，将焦距f1设为被检查体表面与凸透镜之间的分离距离。之后，根据被检查体的视场的大小D和所使用的摄像元件的大小d，基于以下的式121来决定作为聚光光学元件而设置的透镜127、129的焦距f2。此时，摄像光学系统的摄像倍率为以(f2/f1)表示的值。
[数5]
此时，当将作为聚光光学元件的透镜127、129与摄像元件的传感器面之间的分离距离设定为等于焦距f2时，导致所述传感器面的设置位置为与被检查体表面共轭的位置。因此，在图8所示的摄像部103的一例中，相对于共轭位置偏移地设置红外摄像机111所具有的摄像元件123的传感器面使得该传感器面在光轴上相对于透镜127的分离距离为(f2+Δ)。同样地，相对于共轭位置偏移地设置红外摄像机113所具有的摄像元件125的传感器面使得该传感器面在光轴上相对于透镜129的分离距离为(f2-Δ)。
在此，如图8所示，通过将作为聚光光学元件的一例的凸透镜121与透镜127、129之间的分离距离设为(f1+f2)，能够使摄像部103为远心光学系统。通过使摄像部103为远心光学系统，即使在红外摄像机111和红外摄像机113相对于共轭位置的偏移量Δ的大小不同的情况下，也能够使通过各摄像机的摄像元件成像的像的大小彼此相同。
然而，在本实施方式所涉及的摄像部103中，使光学系统为远心光学系统不是必须的，只要将被检查体的表面和摄像元件的传感器面从共轭配置变为上述偏移量Δ的配置即可。此外，在不使摄像部103为远心光学系统的情况下，由红外摄像机111和红外摄像机113拍摄的像的大小相互不同。
以上，参照图7和图8具体地说明了本实施方式所涉及的摄像部103。
此外，在图7和图8所示的具体例中，图示了透镜121、127、129是一个凸透镜的情况，但是本实施方式所涉及的光学元件的个数并不限定于图中所示的个数，图中所示的各透镜也可以是包括多个透镜的透镜组。
○关于摄像元件的设置位置
接着，参照图9和图10说明将搭载于红外摄像机的摄像元件设置在相对于与被检查体的表面共轭的位置偏移的场所的理由。
如图9所示，设为在被检查体的表面存在凹凸。在该情况下，照射到凹凸部分的红外光(例如，平行红外光)由于凹凸而使光的朝向改变，向与不存在凹凸的情况下的光的行进方向(图中实线所示的方向)不同的行进方向(图中虚线所示的方向)传播。其结果，由被检查体表面的凹凸部分反射的红外光从与在不存在凹凸的情况下向凸透镜入射的光的位置不同的位置入射至凸透镜。其结果，由凹凸部分反射的红外光会向与不存在凹凸的情况下的反射光的传播方向不同的方向传播下去。
然而，从“共轭”这个用语的技术上的意思可知，在与被检查体的表面共轭的位置处，如图中所示的那样，即使在被检查体表面存在凹凸的情况下，由同一点反射的红外光也成像于相同的位置。因而，在被检查体表面的共轭位置处，由于不产生光束的密度的变化(即，明亮度的变化)，因此无法使凹凸的外观可视化。
图10是示意性地表示共轭位置附近的光束的情形的放大图。在图10中，设为各箭头对应于来自被检查体的表面(即，检查对象面)的各个点的反射光。在检查对象面不存在凹凸的情况下，在各点处反射的红外光(例如，平行红外光)由于光的朝向相互不变地传播下去，因此与是否为共轭位置无关地，光束的密度不产生疏密。
另一方面，在表面存在凹凸的情况下，在共轭位置处，由于光成像的点与不存在凹凸的情况下的成像点一致，因此光束的密度不产生变化。但是，在比共轭位置向物侧偏移Δ的场所和比共轭位置向像侧偏移Δ的场所，由于光的传播方向的不同而使光束的密度产生变化，产生光束的密度稀疏的部分和光束的密度密集的部分。其结果，在共轭位置以外的场所，产生比周围暗的场所(光束稀疏的部分)、或者产生比周围亮的场所(光束密集的部分)。
在本实施方式所涉及的摄像部103中，将设置于两个红外摄像机的两个摄像元件中的一个配置在共轭位置的近前侧(物侧)，将另一个配置在共轭位置的更前方(像侧)。其结果，根据以上说明的那样的现象，在由一个摄像元件获得的摄像图像中，与凹凸部分对应的地方被显示为比周围暗，在由另一个摄像元件获得的摄像图像中，与凹凸部分对应的地方被显示为比周围亮。
共轭位置的物侧根据在检查对象面存在凸部还是存在凹部而变暗或变亮地变化。因而，能够通过使用凹凸的状态已知的样本事先进行验证，来掌握存在凹部的情况下的亮暗组合和存在凸部的情况下的亮暗组合。在后述的运算处理装置200中，能够利用这样的知识检测存在于被检查体的表面的凹凸。
另一方面，在检查对象面存在脏污的情况下，不产生以上说明的那样的在共轭位置前后的亮暗反转。因而，在将从各摄像元件获得的摄像图像进行比较而没有亮暗反转的情况下，能够判断为相应的部分并非存在凹凸，而是根据脏污的有无、粗糙度的差异产生了反射率不同的部分。
接着，参照图11说明相对于共轭位置的偏移量Δ的决定方法的一例。
如图11所示，考虑不存在凹凸的正常部与表面由于凹凸而倾斜的倾斜部邻接的试样。当在该表面附近设置有接收反射光的虚拟的屏幕时，由于光束的重叠而在虚拟的屏幕上出现矩形状的亮部。当使摄像机聚焦于该矩形状的亮部来进行观察时在传感器上的亮部的尺寸有一个像素以上即可。为了使摄像机对焦，而需要使传感器移动，其移动量等于所需要的偏移量Δ的最小值。
如图11所示，设为虚拟的屏幕存在于与试样相距Do[mm]的位置，将在所述虚拟的屏幕上映现出的矩形状的亮部的大小设为Po[mm]。在所述的情况下，当将摄像光学系统109的横向倍率设为β时，亮部在传感器上成为Po×β[mm]的大小的像。因而，当将一个像素的大小(像素的间距)设为p[mm]时，为了在传感器上检测比一个像素大的亮部，通过以下的式131表示的条件成为必要。
[数6]
Po×β＞p···(式131)
在此，在物体侧沿光轴方向移动了Do[mm]时在像侧的共轭位置的移动量用纵向倍率表示，该移动量为横向倍率β的平方(β2)。因而，为了对焦于虚拟的屏幕而需要的相对于共轭位置的偏移量Δ[mm]为通过以下的式132表示的值。
[数7]
Δ＝Do×β2 ···(式132)
另外，当将倾斜部的倾斜度表示为T时，其大小能够利用虚拟的屏幕与试样的分离距离Do和矩形状的亮部的大小Po表示为以下的式133。
[数8]
因而，通过从上述式131～式133消去Po和Do，能够如以下的式134所示那样给出偏移量Δ的最小值。
[数9]
如上述式134所示的那样，相对于共轭位置的偏移量Δ的最小值能够根据想要拍摄的(换言之，想要检测的)瑕疵(凹凸瑕疵)的倾斜度、摄像元件的像素尺寸(像素的间距)以及摄像光学系统的横向倍率来计算。在此，光学系统的横向倍率β是能够基于摄像部103的设计参数计算的值。另外，想要拍摄的瑕疵(想要检测的瑕疵)的倾斜度能够利用从与作为检查对象的金属板的制造有关的过去的实际数据获得的知识来决定。
例如，在图8所示的摄像部103中，设为焦距f1＝500mm、焦距f2＝35mm。在该情况下，基于(f2/f1)，摄像部103的横向倍率为35/500＝0.07。另外，当设为摄像元件的像素的间距p＝38μm时，基于上述式134，用于拍摄(检测)倾斜度T＝(1/1000)的瑕疵的偏移量Δ为38×10-3×0.07×1000≈2.6mm。
此外，利用如以上那样计算出的值来设定的相对于共轭位置的偏移量Δ对于设置在比共轭位置靠被检查体侧的摄像元件和设置在比共轭位置更靠红外光的行进方向侧的摄像元件而言可以设为互不相同的值、也可以设为相同的值。
○关于摄像元件的设置方法
接着，参照图12说明本实施方式所涉及的摄像光学系统中的摄像元件的设置方法。
一般地，用于拍摄反射光的摄像元件多数情况下设置为其传感器面(以下也称为摄像元件面。)与光轴垂直。另一方面，与被检查体表面共轭的平面如图12所示那样成为相对于光轴倾斜的状态。因而，在将摄像元件面设置为与光轴垂直的情况下，将摄像元件设置为在摄像元件的视场端也偏离共轭位置，并决定焦点。
另外，在如本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100那样使红外光(例如，平行红外光)相对于被检查体的表面倾斜地入射时，在摄像元件面与光轴垂直的情况下，根据摄像元件面上的位置的不同，相对于共轭位置的偏移量Δ有少许不同，从而反射光的成像外观产生差异。因此，也可以如图12所示那样使摄像元件面相对于光轴倾斜，使得相对于共轭位置的偏移量Δ在视场中不发生变化。通过这样，相对于共轭位置的偏移量Δ在视场中成为固定，从而能够使针对被检查体的凹凸的在摄像元件上的亮暗敏感度均一化。
另外，即使在摄像元件面与光轴垂直的情况下，也可以通过在摄像元件的近前侧(被检查体表面侧)设置所谓的倾斜透镜来进行倾斜摄影。通过在摄像元件的近前侧设置倾斜透镜，摄像元件面在光学上相对于光轴形成为倾斜，从而能够使相对于共轭位置的偏移量Δ在视场中大致固定。
以上，参照图3～图12详细地说明了本实施方式所涉及的摄像部103。
○关于以弯曲的状态存在的被检查体的摄像方法
存在各种金属板在其生产线上通过辊卷绕部那样的弯曲部而输送、或者被辊卷绕部卷绕的情况。本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100通过光束投影部101和摄像部103具备如以下说明的光学元件，不仅能够拍摄被载置于平面上的金属板等被检查体，还能够拍摄以弯曲的状态存在的被检查体。
以下，参照图13说明以弯曲的状态存在的被检查体的摄像方法的一例。图13是用于说明本实施方式所涉及的被检查体摄像装置的投影光学系统107和摄像光学系统109的一例的说明图。
为了拍摄以弯曲的状态存在的被检查体，只要还设置用于将平行红外光进行会聚并向被检查体引导的如图13所示那样的凸柱面透镜作为投影光学系统107的一部分即可。如图13的上部所示，对这样的凸柱面透镜设计焦距和设置位置以使入射的平行光朝向辊的旋转中心轴会聚，当从辊卷绕部的轴方向观察时，与辊面法线方向平行地向弯曲部入射平行红外光。另外，如图13的下部所示，在从上方观察的情况下，平行红外光相对于以弯曲的状态存在的被检查体从斜方向入射至被检查体。决定从该上方观察时的斜方向的入射角使得上述式101a所示的参数g成为1以下。
由被检查体表面反射的光为发散光，但是进入也作为摄像光学系统109的一部分的图13所示那样的凸柱面透镜而恢复为平行光，经过余下的摄像光学系统后被红外摄像机拍摄。
此时，优选的是，设定凸柱面透镜的焦距，使得辊旋转中心轴成为其焦点，即，使得将凸柱面透镜的焦距设定为从辊旋转轴的位置到凸柱面透镜的距离。
通过将这样的柱面透镜设置于投影光学系统107和摄像光学系统109中，即使是以弯曲的状态存在的被检查体，也能够良好地拍摄反射光。
此外，在图13中说明了使用一个柱面透镜的情况，但是也可以分割为投影光学系统107的柱面透镜和摄像光学系统109的柱面透镜并将各个柱面透镜设置为不同的设置位置/焦距。
以上，参照图3～图13详细地说明了本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100。
<关于运算处理装置的结构>
[运算处理装置的整体结构]
接着，参照图1和图14详细地说明本实施方式所涉及的运算处理装置200的结构。以下，首先再次返回图1简单地说明本实施方式所涉及的运算处理装置200的整体结构。
如图1所例示的那样，本实施方式所涉及的运算处理装置200主要具备摄像控制部201、图像处理部203、显示控制部205以及存储部207。
摄像控制部201通过CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、通信装置等来实现。摄像控制部201实施本实施方式所涉及的被检查体摄像装置100对检查对象物进行摄像的控制。更详细地说，摄像控制部201在开始拍摄被检查体S的情况下，对被检查体摄像装置100发送用于使红外光的照射开始的控制信号。
另外，当被检查体摄像装置100开始对被检查体S照射红外光时，摄像控制部201对被检查体摄像装置100所具备的两个红外摄像机111、113发送用于使反射光的摄像开始的触发信号。
图像处理部203例如通过CPU、ROM、RAM、通信装置等来实现。图像处理部203利用从被检查体摄像装置100(更详细地说，被检查体摄像装置100的红外摄像机111、113)获取到的摄像数据进行如以下说明那样的图像处理，实施用于检测在作为被检查体S的金属板的表面有可能存在的缺陷(脏污、凹凸瑕疵)的表面检查处理。图像处理部203当结束被检查体S的表面的表面检查处理时，将与所得到的检查结果有关的信息传输到显示控制部205。
此外，以下正式详细地说明该图像处理部203。
显示控制部205例如通过CPU、ROM、RAM、输出装置等来实现。显示控制部205进行将从图像处理部203传输的作为检查对象物的被检查体S的表面检查结果显示于运算处理装置200所具备的显示器等输出装置、设置于运算处理装置200的外部的输出装置等时的显示控制。由此，表面检查装置10的利用者当时就能够掌握与存在于被检查体S的表面的各种缺陷有关的检查结果。
存储部207是运算处理装置200所具备的存储装置的一例。在存储部207中适当地记录本实施方式所涉及的运算处理装置200进行某些处理时需要保存的各种参数、处理的中间经过等、或者各种数据库、程序等。该存储部207能够供摄像控制部201、图像处理部203、显示控制部205等自由地进行读写。
[图像处理部的结构]
接着，参照图14说明本实施方式所涉及的运算处理装置200所具备的图像处理部203的结构。图14是表示本实施方式所涉及的运算处理装置200所具备的图像处理部的结构的框图。
如图11所示，本实施方式所涉及的图像处理部203还具备A/D转换部211和缺陷检测部213。
A/D转换部211例如通过CPU、ROM、RAM等来实现。A/D转换部211对从被检查体摄像装置100的红外摄像机111、113输出的摄像图像分别进行A/D转换，成为数字多值图像数据。之后，A/D转换部211将所生成的各数字多值图像数据输出到后述的缺陷检测部213。
另外，A/D转换部211也可以将所生成的数字多值图像数据与关于生成该数据的日期和时间等的时刻信息相关联地保存到设置于存储部207等的图像存储器中。
缺陷检测部213例如通过CPU、ROM、RAM等来实现。缺陷检测部213利用与由被检查体摄像装置100的红外摄像机111、113拍摄到的图像对应的两种数字多值图像数据，检测存在于被检查体S的表面的脏污、凹凸瑕疵等缺陷部位。
缺陷检测部213针对构成两种数字多值图像数据的各像素确定像素值比周边像素的像素值小的像素(即，比周边暗的像素)和像素值比周边像素的像素值大的像素(即，比周边亮的像素)。这样的地方对应于产生了脏污或凹凸瑕疵的地方。另外，缺陷检测部213不断地将连续产生的缺陷位置进行结合来逐个地确定缺陷部位。
而且，缺陷检测部213将从各红外摄像机111、113获得的摄像图像进行比较，来针对所对应的各缺陷部位判断亮暗的组合是什么样的。在从各红外摄像机111、113确定出的各缺陷部位为亮-亮组合、或者暗-暗组合的情况下，缺陷检测部213将所述的部位判断为是由于脏污等而使反射率不同的部位。另外，将成为亮-暗组合、或者暗-亮组合的部位判断为产生了凹凸瑕疵的部位。另外，缺陷检测部213针对成为亮-暗组合、或者暗-亮组合的部位进一步确定是凸部还是凹部。
缺陷检测部213当通过以上那样确定出存在于被检查体S的表面的缺陷部位时，将与所确定出的缺陷部位有关的信息输出到显示控制部205。
另外，本实施方式所涉及的缺陷检测部213除了具有如以上说明的用于确定缺陷部位的缺陷部位确定功能以外，还可以具有用于提取与所确定出的缺陷部位的形态和像素值有关的特征量的特征量提取功能以及用于根据提取出的特征量判别缺陷的类型、有害度等的缺陷判别功能。以下简单地说明这些功能。
○特征量提取功能
缺陷检测部213当通过缺陷部位确定功能确定出摄像图像中的缺陷部位(凹凸部位)时，针对所确定出的每个缺陷部位提取与缺陷部位的形态和像素值有关的特征量。作为与缺陷部位的形态有关的特征量，例如能够列举缺陷部位的宽度、缺陷部位的长度、缺陷部位的周长、缺陷部位的面积、缺陷部位的外接长方形的面积等。另外，作为与缺陷部位的像素值有关的特征量，能够列举缺陷部位的亮度的最大值、最小值、平均值等。
○缺陷判别功能
缺陷检测部213当通过特征量提取功能提取出各缺陷部位的特征量时，针对每个缺陷部位，根据提取出的特征量判别缺陷的类型、有害度等。例如利用逻辑表来进行基于特征量判别缺陷的类型、有害度等的判别处理。
作为逻辑表的纵向的项目，记载了缺陷的类型，作为逻辑表的横向的项目，记载了特征量的种类。另外，在由缺陷的类型和特征量规定的表的各单元格中记述了基于对应的特征量的大小的判别条件式。这种逻辑表的各行形成一组，成为各个缺陷的类型的判别条件。从最上面的行所记载的类型开始依次进行判别处理，在满足了某一行所记载的所有判别条件的时刻结束。
这种逻辑表能够利用数据库并通过公知的方法来生成，该数据库是通过将过去的操作数据以及检查员基于该操作数据得到的缺陷的类型和有害度的确定结果作为教授数据的学习处理而构建的。
缺陷检测部213也可以针对通过这样检测出的每个缺陷部位确定缺陷的类型和有害度，并将得到的确定结果输出到显示控制部205。由此，成为与存在于作为检查对象物的被检查体的表面的缺陷有关的信息被输出到显示部(未图示。)。另外，缺陷检测部213也可以将所得到的确定结果输出到制造管理用程序控制器等外部的装置，还可以利用所得到的确定结果创建产品的缺陷表单。另外，缺陷检测部213也可以将与缺陷部位的确定结果有关的信息和与计算出该信息的日期和时间有关的时刻信息进行关联并作为历史记录信息保存到存储部207等中。
此外，在以上的说明中，说明了利用逻辑表来判别缺陷的类型、有害度的情况，但是用于判别缺陷的类型、有害度的方法并不限定于上述例子。例如，也可以通过将过去的操作数据以及检查员基于该操作数据得到的缺陷的类型和有害度的确定结果作为教授数据的学习处理，生成神经网络、支持向量机(SVM)等的判别器，将所述的判别器利用于缺陷的类型、有害度的判别。
以上说明了本实施方式所涉及的运算处理装置200所具有的图像处理部203的结构。
以上示出了本实施方式所涉及的运算处理装置200的功能的一例。上述的各构成要素可以使用通用的构件、电路来构成，也可以通过专用于各构成要素的功能的硬件来构成。另外，也可以由CPU等实现各构成要素的所有功能。因而，能够根据实施本实施方式时的技术水平来适当地变更要利用的结构。
此外，能够制作用于实现上述那样的本实施方式所涉及的运算处理装置的各功能的计算机程序并安装于个人计算机等中。另外，还能够提供一种保存有这样的计算机程序的能够由计算机读取的记录介质。记录介质例如是磁盘、光盘、磁光盘、快闪存储器等。另外，上述的计算机程序也可以不使用记录介质而例如经由网络进行传送。
<关于硬件结构>
接着，参照图15详细地说明本发明的实施方式所涉及的运算处理装置200的硬件结构。图15是用于说明本发明的实施方式所涉及的运算处理装置200的硬件结构的框图。
运算处理装置200主要具备CPU 901、ROM 903以及RAM 905。另外，运算处理装置200还具备总线907、输入装置909、输出装置911、存储装置913、驱动器915、连接端口917以及通信装置919。
CPU 901作为中心的处理装置和控制装置发挥功能，按照记录在ROM 903、RAM905、存储装置913、或者可移动记录介质921中的各种程序，来对运算处理装置200内的所有动作或动作的一部分进行控制。ROM 903存储CPU 901所使用的程序、运算参数等。RAM 905暂时存储CPU 901所使用的程序、在程序执行的过程中适当变化的参数等。这些部件通过由CPU总线等内部总线构成的总线907来相互连接。
总线907经由桥来与PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface：外设组件互连/接口)总线等外部总线连接。
输入装置909例如是鼠标、键盘、触摸面板、按钮、开关以及杆等由用户操作的操作单元。另外，输入装置909例如可以是利用红外线、其它电波的远程控制单元(所谓的遥控器)，也可以是支持运算处理装置200的操作的PDA等外部连接设备923。并且，输入装置909例如由根据用户使用上述操作单元输入的信息生成输入信号并将该输入信号输出到CPU901的输入控制电路等构成。用户通过操作该输入装置909，能够对运算处理装置200输入各种数据、或者指示处理动作。
输出装置911由能够在视觉上或在听觉上对用户通知获取到的信息的装置构成。作为这样的装置，有CRT显示器装置、液晶显示器装置、等离子显示器装置、EL显示器装置以及灯等显示装置、扬声器和头戴式耳机等声音输出装置、打印机装置、移动电话、传真机等。输出装置911例如输出通过运算处理装置200进行的各种处理所得到的结果。具体地说，显示装置以文本或图像的方式显示通过运算处理装置200进行的各种处理所得到的结果。另一方面，声音输出装置将由再生出的声音数据、声波数据等构成的音频信号转换为模拟信号并输出。
存储装置913是构成为运算处理装置200的存储部的一例的数据保存用的装置。存储装置913例如由HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备、或者磁光存储设备等构成。该存储装置913保存由CPU 901执行的程序、各种数据以及从外部获取到的各种数据等。
驱动器915是记录介质用读写器，被内置于运算处理装置200中、或者外置于运算处理装置200。驱动器915读出记录在安装着的磁盘、光盘、磁光盘、或者半导体存储器等可移动记录介质921中的信息并输出到RAM 905。另外，驱动器915还能够对安装着的磁盘、光盘、磁光盘、或者半导体存储器等可移动记录介质921写入记录。可移动记录介质921例如是CD介质、DVD介质、Blu-ray(注册商标)介质等。另外，可移动记录介质921也可以是闪存(注册商标)(Compact Flash：CF)、快闪存储器、或者SD存储卡(Secure Digital memory card：安全数据存储卡)等。另外，可移动记录介质921例如还可以是搭载有非接触型IC芯片的IC卡(Integrated Circuit card：集成电路卡)或电子设备等。
连接端口917是用于将设备与运算处理装置200直接连接的端口。作为连接端口917的一例，有USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)端口、IEEE1394端口、SCSI(Small Computer System Interface：小型计算机系统接口)端口、RS-232C端口等。通过在该连接端口917上连接外部连接设备923，由此运算处理装置200从外部连接设备923直接获取各种数据、或者向外部连接设备923提供各种数据。
通信装置919例如是由用于与通信网络925连接的通信设备等构成的通信接口。通信装置919例如是有线或无线LAN(Local Area Network：局域网)、Bluetooth(注册商标)、或者WUSB(Wireless USB：无线USB)用的通信卡等。另外，通信装置919也可以是光通信用的路由器、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line：非对称数字用户线路)用的路由器、或者各种通信用的调制解调器等。该通信装置919例如能够遵照例如TCP/IP等规定的协议来与因特网、其它通信设备之间发送和接收信号等。另外，与通信装置919连接的通信网络925由经由有线或无线连接的网络等构成，例如也可以是因特网、家庭内LAN、红外线通信、射频通信或卫星通信等。
以上示出了能够实现本发明的实施方式所涉及的运算处理装置200的功能的硬件结构的一例。上述的各构成要素可以使用通用的构件构成，也可以通过专用于各构成要素的功能的硬件来构成。因而，能够根据实施本实施方式时的技术水平来适当地变更要利用的硬件结构。
实施例
<实施例1：被检查体摄像装置的模拟结果>
首先，参照图16～图17具体地说明与光源105的发散半角有关的模拟结果。
在本实施例中，关于图8所示的摄像部，设定为凸透镜121的焦距f1＝100mm、凸透镜127、129的焦距f2＝50mm，针对相对于共轭位置的偏移量Δ＝+20mm、-20mm的两种情况实施了光线追踪。
此外，在光线追踪模拟中，设为使入射光的发散半角在0度～3度之间变化并在为平面的被检查体表面的中央部存在直径6mm、高度5.1μm的球面状的凹部，来进行了运算。此时，设为焦距为500mm且直径为6mm的凹面镜被嵌入于平面中央部而制作出模型。在此，当通过直线近似计算与凹部对应的倾斜度的大小时，(5.1/3)×10-3弧度＝0.1度。
在此，上述模拟进行了以下处理：考虑20×20＝400个0.75cm见方的单元格，在所述矩形内等间隔地配置1000×1000条光线并进行各光线的追踪，测量存在于(f2+Δ)的位置处的摄像元件的传感器面上的功率密度。
在图16～图17中示出所得到的模拟结果。图16是相对于共轭位置的偏移量Δ＝-20mm的情况下的结果，图17是相对于共轭位置的偏移量Δ＝+20mm的情况下的结果。
图16～图17表示在摄像元件的传感器面的中央进行切割的情况下的功率密度的分布。此外，将摄像元件的传感器面沿着光轴向图8的纸面深度方向进行切割的情况和将摄像元件的传感器面沿着光轴向与图8的纸面平行的方向进行切割的情况下得到的结果是相同的。另外，单元格的个数为20×20个，是偶数个，在位于中央的两个单元格处得到了同样的功率密度的分布。
此外，图16～图17的纵轴表示将光线的合计能量设为1W的情况下的功率密度，横轴表示单元格编号(即，20个单元格的位置)。
参照图16～图17，首先可知，在Δ＝-20mm、+20mm时，功率密度都分布于单元格编号4～单元格编号17。这表示，由于图8所示的摄像部为远心光学系统，因此即使在相对于共轭位置的偏移量Δ发生了变化的情况下，在两种摄像元件的位置处传感器面上的像的大小也相同，从而能够使得像素的摄像分辨率不变。
另外，可知，在Δ＝-20mm时，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度大于周围的单元格编号处的功率密度，在Δ＝+20mm时，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度小于周围的单元格编号处的功率密度。这表示，Δ＝-20mm时的与单元格编号9～单元格编号12对应的位置比周围亮，Δ＝+20mm时的与单元格编号9～单元格编号12对应的位置比周围暗。
在此，当使发散半角的大小从0度开始一直变大时，在图16的结果中，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度逐渐下降，并且在图17的结果中，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度逐渐增加。
另外，在图16中可知，当发散半角的大小超过2度(即，发散半角的大小超过倾斜度0.1度的20倍)时，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度成为与周围的单元格的功率密度大致相同的值。同样地，在图17中可知，在发散半角的大小为0度至2度的范围内，成为单元格编号9～单元格编号12的附近形成谷且在该谷的两侧存在两个山的形状，但是当发散半角的大小超过2度时，形成为不存在两个山，呈现与发散半角的大小为0度至2度的范围的形状不同的样子。这些结果表示当发散半角的大小超过倾斜度的大小的20倍时由凹部所引起的亮暗变得不清晰。
<实施例2：被检查体摄像装置的模拟结果>
接着，参照图18A和图18B具体地说明图7所示的具有包括一个凸透镜的摄像部的被检查体摄像装置的模拟结果。
在本实施例中，关于图7所示的摄像部，设定为分离距离L1＝200mm、分离距离L2＝200mm、凸透镜121的焦距f1＝100mm，针对相对于共轭位置的偏移量Δ＝+30mm、0mm、-30mm三种情况实施了光线追踪。
此外，在光线追踪模拟中，使入射光为发散半角为零的平行光，分别针对在平面的被检查体表面的中央部(i)存在直径6mm、深度4.5μm的球面状的凹部的情况、(ii)存在直径6mm、高度4.5μm的球面状的凸部的情况这两种情况进行了运算。此时，分别设为焦距为500mm且直径为6mm的凹面镜或凸面镜被嵌入于平面中央部而制作出模型。
在此，各模拟进行了以下处理：考虑20×20＝400个1.5cm见方的单元格，在所述矩形内等间隔地配置1000×1000条光线并进行各光线的追踪，测量存在于(L2+Δ)的位置处的摄像元件的传感器面上的功率密度。
在图18A中示出存在凹部的情况下的模拟的结果，在图18B中示出存在凸部的情况下的模拟的结果。在此，图18A和图18B表示在摄像元件的传感器面的中央进行切割的情况下的功率密度的分布。此外，在将摄像元件的传感器面沿着光轴向图7的纸面深度方向进行切割的情况和将摄像元件的传感器面沿着光轴向与图7的纸面平行的方向进行切割的情况下得到的结果是相同的。另外，单元格的个数为20×20个，是偶数个，在位于中央的两个单元格处得到了同样的功率密度的分布。
此外，图18A和图18B的纵轴表示将光线的合计能量设为1W的情况下的功率密度，图18A和图18B的横轴表示单元格编号(即，20个单元格的位置)。
首先，作为在图18A和图18B中相同的现象，列举在Δ＝-30mm时，功率密度分布于单元格编号5～单元格编号16，对于此，在Δ＝0mm(即，共轭位置)时，功率密度分布于单元格编号3～单元格编号18，在Δ＝+30mm时，功率密度分布于单元格编号1～单元格编号20。这表示，由于考虑仅存在一个凸透镜作为摄像光学系统的情况，因此在三种摄像元件的位置处传感器面上的像的大小不同。
另外，当观察Δ＝0mm时的功率密度的分布时可知，在图18A和图18B双方中功率密度都为固定。这表示，在共轭位置处，在被检查体表面所假定的凹部或凸部没有被可视化为亮暗的差。
另外，当参照表示存在凹部的情况下的结果的图18A时可知，在Δ＝-30mm时，单元格编号10～11处的功率密度小于周围的单元格编号处的功率密度，在Δ＝+30mm时，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度大于周围的单元格编号处的功率密度。这表示，Δ＝-30mm时的与单元格编号10～11对应的位置比周围暗，Δ＝+30mm时的与单元格编号9～单元格编号12对应的位置比周围亮。
这样，在被检查体的表面存在凹部的情况下，在Δ＝-30mm时，与凹部对应的部分被观测为暗部，在Δ＝+30mm时，与凹部对应的部分被观测为亮部。
另一方面，当参照表示存在凸部的情况下的结果的图18B时可知，在Δ＝-30mm时，单元格编号10～单元格编号11处的功率密度大于周围的单元格编号处的功率密度，在Δ＝+30mm时，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度小于周围的单元格编号处的功率密度。这表示，Δ＝-30mm时的与单元格编号10～单元格编号11对应的位置比周围亮，Δ＝+30mm时的与单元格编号9～单元格编号12对应的位置比周围暗。
这样，在被检查体的表面存在凸部的情况下，在Δ＝-30mm时，与凸部对应的部分被观测为亮部，在Δ＝+30mm时，与凸部对应的部分被观测为暗部。
<实施例3：被检查体摄像装置的模拟结果>
接着，参照图19具体地说明图8所示的具有包括两个凸透镜的摄像部的被检查体摄像装置的模拟结果。
在本实施例中，关于图8所示的摄像部，设定为凸透镜121的焦距f1＝100mm、凸透镜127、129的焦距f2＝50mm，针对相对于共轭位置的偏移量Δ＝+30mm、0mm、-20mm三种情况实施了光线追踪。
此外，在光线追踪模拟中，设为使入射光为发散半角为零的平行光、在平面的被检查体表面的中央部存在直径6mm、高度4.5μm的球面状的凸部而进行了运算。此时，设为焦距为500mm且直径为6mm的凸面镜被嵌入于平面中央部而制作出模型。
在此，上述模拟进行了以下处理：考虑20×20＝400个0.75cm见方的单元格，在所述矩形内等间隔地配置1000×1000条光线并进行各光线的追踪，测量存在于(f2+Δ)的位置处的摄像元件的传感器面上的功率密度。
在图19中示出所得到的模拟结果。图19表示在摄像元件的传感器面的中央进行切割的情况下的功率密度的分布。此外，在将摄像元件的传感器面沿着光轴向图8的纸面深度方向进行切割的情况和将摄像元件的传感器面沿着光轴向与图8的纸面平行的方向进行切割的情况下得到的结果是相同的。另外，单元格的个数为20×20个，是偶数个，在位于中央的两个单元格处得到了同样的光线的条数密度的分布。
此外，图19的纵轴表示将光线的合计能量设为1W时的功率密度，横轴表示单元格编号(即，20个单元格的位置)。
参照图19，首先可知，在Δ＝-20mm、0mm、+30mm时，功率密度都分布于单元格编号3～单元格编号18。这表示，由于图8所示的摄像部为远心光学系统，因此即使在相对于共轭位置的偏移量Δ发生了变化的情况下，在三种摄像元件的位置处传感器面上的像的大小也相同，能够使得像素的摄像分辨率不变。
另外，当观察Δ＝0mm时的功率密度的分布时可知，与单元格的位置无关地，功率密度成为固定。这表示，在共轭位置处，在被检查体表面所假定的凸部没有被可视化为亮暗的差。
另外，在Δ＝-20mm时，可知单元格编号9～单元格编号12处的功率密度大于周围的单元格编号处的功率密度，在Δ＝+30mm时，单元格编号9～单元格编号12处的功率密度小于周围的单元格编号处的功率密度。这表示，Δ＝-20mm时的与单元格编号9～单元格编号12对应的位置比周围亮，Δ＝+30mm时的与单元格编号9～单元格编号12对应的位置比周围暗。另外，可知，在比共轭位置靠被检查体侧(即，Δ的值为负的一侧)配置有摄像元件的情况下产生亮部、在比共轭位置更靠行进方向侧(即，Δ的值为正的一侧)配置有摄像元件的情况下产生暗部的特性与图18B所示的模拟结果相同。
<实施例4：钢板的摄像结果>
接着，说明利用图8所示的具有包括两个凸透镜的摄像部的被检查体摄像装置拍摄实际的钢板的情况下的摄像图像。
在本实施例中，使用中心波长为10μm、光谱宽度为400nm、发散半角为0.1毫弧度的不具有外部谐振器的量子级联激光器光源作为光源105，使从光源射出的红外光为平行红外光。此外，所述发散半角的大小为作为检测分辨率所决定的表面的最小倾斜度的20倍以下。关于图8所示的摄像部，使用设定为凸透镜121的焦距f1＝500mm、凸透镜127、129的焦距f2＝35mm的远心光学系统，在相对于共轭位置的偏移量为Δ＝+3mm和Δ＝-3mm的两个位置设置摄像元件，来实施实际的钢板的摄像。此外，上述的偏移量Δ＝±3mm满足通过上述式(134)表示的关系。
此外，在作为摄像对象的钢板的中央存在直径4mm、高度3μm的凸瑕疵。
在图20中示出得到的结果。如从图20显而易见地，在Δ＝-3mm和Δ＝+3mm双方时，存在于中央部分的凸瑕疵在Δ＝-3mm的情况下被拍摄成白色，在Δ＝+3mm的情况下被拍摄成黑色。在图20所示的摄像图像中，被拍摄成白色的部分对应亮度亮的部分，被拍摄成黑色的部分对应亮度暗的部分。
如与图19所示的模拟结果进行对比显而易见地，在比共轭位置靠被检查体侧(即，Δ的值为负的一侧)配置有摄像元件的情况下产生亮部、在比共轭位置更靠行进方向侧(即，Δ的值为正的一侧)配置有摄像元件的情况下产生暗部的特性是在被检查体的表面存在凸部的情况下的特性。因而，通过利用图20所示的摄像图像，能够根据亮暗的组合来判别凹凸瑕疵实际上为凸瑕疵。
以上参照添附附图详细地说明了本发明的优选的实施方式，但是本发明不限定于所述例子。只要是具有本发明所属的属技术领域中的普通知识的人，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，这是显而易见的，应该明白这些各种变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。
附图标记说明
10：表面检查装置；100：被检查体摄像装置；101：光束投影部；103：摄像部；105：光源；107：投影光学系统；109：摄像光学系统；111、113：红外摄像机；121、127、129：凸透镜；123、125：摄像元件；200：运算处理装置；201：摄像控制部；203：图像处理部；205：显示控制部；207：存储部；211：A/D转换部；213：缺陷检测部；BS：分束器；S：被检查体。

Claims (28)

1.一种被检查体摄像装置，具备：
光源，其产生属于红外波长带的光束，所述光束在被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下；
投影光学系统，其对所述被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束；以及
摄像部，其拍摄由所述被检查体的表面反射的所述光束，
其中，所述摄像部具有：
摄像光学系统，其具有至少一个凸透镜，用于会聚来自所述被检查体的表面的反射光，并具有使该反射光向两个不同的方向分支的分支光学元件；以及
第一摄像元件和第二摄像元件，该第一摄像元件和第二摄像元件拍摄透过了所述摄像光学系统的各个所述反射光，
其中，所述第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，
所述第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置。
2.根据权利要求1所述的被检查体摄像装置，其特征在于，
所述摄像光学系统还具有：
第一聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第一摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第一摄像元件；以及
第二聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第二摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第二摄像元件。
3.根据权利要求1或2所述的被检查体摄像装置，其特征在于，
由所述光源产生的所述光束是平行光。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的被检查体摄像装置，其特征在于，
关于所述第一摄像元件和所述第二摄像元件中的各个摄像元件，在将所述摄像光学系统的横向倍率设为β、将各个所述摄像元件中的像素的间距设为p[mm]、将所述表面上想要拍摄的倾斜度的最小值设为T时，各个所述摄像元件相对于所述共轭的位置的偏移量Δ[mm]被设定为满足以下的式(1)所表示的条件，
[数1]
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的被检查体摄像装置，其特征在于，
所述光源是不具有外部谐振器的量子级联激光器。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的被检查体摄像装置，其特征在于，
所述被检查体位于具有规定曲率的辊的表面上，
所述投影光学系统和所述摄像光学系统具有焦点与所述辊的旋转中心轴一致的柱面透镜。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的被检查体摄像装置，其特征在于，
所述第一摄像元件和所述第二摄像元件以使各个摄像元件内的各像素位置相对于所述共轭的位置的偏移量成为固定的方式相对于光轴倾斜地设置。
8.一种被检查体摄像方法，其中，
从产生属于红外波长带的光束的光源经由投影光学系统来对被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束，所述光束在所述被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下，
通过具有至少一个凸透镜的摄像光学系统来会聚由所述被检查体的表面反射的所述光束即反射光，并且通过该摄像光学系统所具有的分支光学元件来使所述反射光向两个不同的方向分支，
通过第一摄像元件来拍摄成像于该第一摄像元件的所述反射光，并且通过第二摄像元件来拍摄成像于该第二摄像元件的所述反射光，其中，该第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，该第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置。
9.根据权利要求8所述的被检查体摄像方法，其特征在于，
所述摄像光学系统还具有：
第一聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第一摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第一摄像元件；以及
第二聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第二摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第二摄像元件。
10.根据权利要求8或9所述的被检查体摄像方法，其特征在于，
由所述光源产生的所述光束是平行光。
11.根据权利要求8～10中的任一项所述的被检查体摄像方法，其特征在于，
关于所述第一摄像元件和所述第二摄像元件中的各个摄像元件，在将所述摄像光学系统的横向倍率设为β、将各个所述摄像元件中的像素的间距设为p[mm]、将所述表面上想要拍摄的倾斜度的最小值设为T时，各个所述摄像元件相对于所述共轭的位置的偏移量Δ[mm]被设定为满足以下的式(1)所表示的条件，
[数2]
12.根据权利要求8～11中的任一项所述的被检查体摄像方法，其特征在于，
所述光源是不具有外部谐振器的量子级联激光器。
13.根据权利要求8～12中的任一项所述的被检查体摄像方法，其特征在于，
所述被检查体位于具有规定曲率的辊的表面上，
所述投影光学系统和所述摄像光学系统具有焦点与所述辊的旋转中心轴一致的柱面透镜。
14.根据权利要求8～13中的任一项所述的被检查体摄像方法，其特征在于，
所述第一摄像元件和所述第二摄像元件以使各个摄像元件内的各像素位置相对于所述共轭的位置的偏移量成为固定的方式相对于光轴倾斜地设置。
15.一种表面检查装置，具备：
被检查体摄像装置，其对被检查体的表面以规定的投影角投射属于红外波长带的光束，并拍摄来自所述被检查体的表面的反射光；以及
运算处理装置，其对由所述被检查体摄像装置拍摄到的所述反射光的摄像图像进行图像处理，检测存在于所述被检查体的表面的表面缺陷，
其中，所述被检查体摄像装置具备：
光源，其产生属于红外波长带的光束，所述光束在被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下；
投影光学系统，其对所述被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束；以及
摄像部，其拍摄由所述被检查体的表面反射的所述光束，
其中，所述摄像部具有：
摄像光学系统，其具有至少一个凸透镜，用于会聚来自所述被检查体的表面的反射光，并具有使该反射光向两个不同的方向分支的分支光学元件；以及
第一摄像元件和第二摄像元件，该第一摄像元件和第二摄像元件拍摄透过了所述摄像光学系统的各个所述反射光，
其中，所述第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，
所述第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置，
所述运算处理装置根据由所述第一摄像元件拍摄到的第一摄像图像和由所述第二摄像元件拍摄到的第二摄像图像的亮暗分布，将所述第一摄像图像与所述第二摄像图像之间亮暗反转的部分检测为存在于所述被检查体的表面的凹凸。
16.根据权利要求15所述的表面检查装置，其特征在于，
所述摄像光学系统还具有：
第一聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第一摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第一摄像元件；以及
第二聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第二摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第二摄像元件。
17.根据权利要求15或16所述的表面检查装置，其特征在于，
由所述光源产生的所述光束是平行光。
18.根据权利要求15～17中的任一项所述的表面检查装置，其特征在于，
关于所述第一摄像元件和所述第二摄像元件中的各个摄像元件，在将所述摄像光学系统的横向倍率设为β、将各个所述摄像元件中的像素的间距设为p[mm]、将所述表面上想要检测的倾斜度的最小值设为T时，各个所述摄像元件相对于所述共轭的位置的偏移量Δ[mm]被设定为满足以下的式(1)所表示的条件，
[数3]
19.根据权利要求15～18中的任一项所述的表面检查装置，其特征在于，
所述光源是不具有外部谐振器的量子级联激光器。
20.根据权利要求15～19中的任一项所述的表面检查装置，其特征在于，
所述被检查体位于具有规定曲率的辊的表面上，
所述投影光学系统和所述摄像光学系统具有焦点与所述辊的旋转中心轴一致的柱面透镜。
21.根据权利要求15～20中的任一项所述的表面检查装置，其特征在于，
所述第一摄像元件和所述第二摄像元件以使各个摄像元件内的各像素位置相对于所述共轭的位置的偏移量成为固定的方式相对于光轴倾斜地设置。
22.一种表面检查方法，包括以下步骤：
从产生属于红外波长带的光束的光源经由投影光学系统来对被检查体的表面以规定的投影角投射所述光束，所述光束在所述被检查体的表面上的发散半角为要拍摄的表面的最小倾斜度的20倍以下，通过具有至少一个凸透镜的摄像光学系统来会聚由所述被检查体的表面反射的所述光束即反射光，并且通过该摄像光学系统所具有的分支光学元件来使所述反射光向两个不同的方向分支，通过第一摄像元件来拍摄成像于该第一摄像元件的所述反射光，并且通过第二摄像元件来拍摄成像于该第二摄像元件的所述反射光，该第一摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的与所述被检查体的表面共轭的位置靠所述被检查体侧的位置，该第二摄像元件沿着所述反射光的光轴地设置在比所述摄像光学系统的所述共轭的位置靠所述反射光的行进方向侧的位置；以及
根据由所述第一摄像元件拍摄到的第一摄像图像和由所述第二摄像元件拍摄到的第二摄像图像的亮暗分布，将所述第一摄像图像与所述第二摄像图像之间亮暗反转的部分检测为存在于所述被检查体的表面的凹凸。
23.根据权利要求22所述的表面检查方法，其特征在于，
所述摄像光学系统还具有：
第一聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第一摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第一摄像元件；以及
第二聚光光学系统，其设置于所述分支光学元件与所述第二摄像元件之间，用于将所述反射光会聚至所述第二摄像元件。
24.根据权利要求22或23所述的表面检查方法，其特征在于，
由所述光源产生的所述光束是平行光。
25.根据权利要求22～24中的任一项所述的表面检查方法，其特征在于，
关于所述第一摄像元件和所述第二摄像元件中的各个摄像元件，在将所述摄像光学系统的横向倍率设为β、将各个所述摄像元件中的像素的间距设为p[mm]、将所述表面上想要检测的倾斜度的最小值设为T时，各个所述摄像元件相对于所述共轭的位置的偏移量Δ[mm]被设定为满足以下的式(1)所表示的条件，
[数4]
26.根据权利要求22～25中的任一项所述的表面检查方法，其特征在于，
所述光源是不具有外部谐振器的量子级联激光器。
27.根据权利要求22～26中的任一项所述的表面检查方法，其特征在于，
所述被检查体位于具有规定曲率的辊的表面上，
所述投影光学系统和所述摄像光学系统具有焦点与所述辊的旋转中心轴一致的柱面透镜。
28.根据权利要求22～27中的任一项所述的表面检查方法，其特征在于，
所述第一摄像元件和所述第二摄像元件以使各个摄像元件内的各像素位置相对于所述共轭的位置的偏移量成为固定的方式相对于光轴倾斜地设置。
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