CN115809978A - 光学检查方法、光学检查程序、处理装置以及光学检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式涉及光学检查方法、光学检查程序、处理装置以及光学检查装置。提供能够检查被检物的表面状态的光学检查方法、光学检查程序、处理装置以及光学检查装置。根据实施方式，被检物的表面状态的光学检查方法包括：通过使用使来自被检物的表面的相互不同的多个波长选择性地通过的波长选择部的光学上的成像，在与影像传感器的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维的颜色坐标系中取得与该波长对应的颜色的颜色向量；以及根据颜色坐标系中的颜色向量的方向，判别被检物的表面状态。

Description

光学检查方法、光学检查程序、处理装置以及光学检查装置

本申请以日本专利申请2021-149457号(申请日：2021年9月14日)为基础，从该申请享受优先的利益。本申请通过参照该申请而包括该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及光学检查方法、光学检查程序、处理装置以及光学检查装置。

背景技术

例如，利用通常的相机对被检物的表面进行摄影，根据摄影到的被检物的表面的图像，可以进行被检物的表面状态的检查。

发明内容

本发明要解决的课题在于提供一种能够检查被检物的表面状态的光学检查方法、光学检查程序、处理装置以及光学检查装置。

根据实施方式，被检物的表面状态的光学检查方法包括：通过使用使来自被检物的表面的相互不同的多个波长选择性地通过的波长选择部的光学上的成像，在与影像传感器的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维(n为1以上的自然数)的颜色坐标系中取得与该波长对应的颜色的颜色向量；以及根据颜色坐标系中的颜色向量的方向，判别被检物的表面状态。

根据上述被检物的表面状态的光学检查方法，能够良好地检查被检物S的表面状态。

附图说明

图1是示出第1实施方式至第3实施方式所涉及的光学检查系统的概略性的框图。

图2是示出第1实施方式以及第2实施方式所涉及的光学检查系统的光学检查装置的一部分的概略图。

图3是示出图2所示的光学检查装置的相机的滤色器的概略图。

图4是示出省略成像光学系统的图示的相机并且示出在被检物的表面状态为标准表面时从滤色器向影像传感器的光线的透射状态的概略图。

图5是示出当对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB时根据被检物的表面状态为图4所示的标准表面时的图像计算的颜色坐标系的颜色向量的概略性的图形。

图6是示出省略成像光学系统的图示的相机并且示出在被检物的表面状态为在标准表面具有被检测部时从滤色器向影像传感器的光线的透射状态的概略图。

图7是示出当对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB时根据被检物的表面状态为图6所示的在标准表面具有被检测部时的图像计算的颜色坐标系的颜色向量的概略性的图形。

图8是示出用于使用第1实施方式至第3实施方式所涉及的光学检查系统的光学检查装置得到被检物的表面状态的检查结果的处理的流程图。

图9是作为被检物而排列具有哑光(消光)状态的表面的纸(左侧)和具有光亮(gloss)(光泽)状态的表面的纸(右侧)并利用通常的相机(RGB相机)拍摄得到的RGB图像数据。

图10是使用第2实施方式所涉及的光学检查系统的光学检查装置的相机对图9所示的被检物进行拍摄得到的RGB图像数据。

图11是示出当对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB时从被检物的表面状态为图9及图10所示的具有哑光(消光)状态的表面的纸的表面的图像、具有光亮(光泽)状态的表面的纸的表面的图像分别得到的像素值绘图(plot)、以及根据各个像素值绘图计算的颜色坐标系的颜色向量的概略性的图形。

图12是示出第3实施方式所涉及的光学检查系统的光学检查装置的相机的概略性的立体图。

图13是在包括光轴的第1面中观察图12所示的光学检查系统的光学检查装置的相机时的概略性的剖面图。

图14是在包括光轴的第2面中观察图12所示的光学检查系统的光学检查装置的相机时的概略性的剖面图。

图15是示出第4实施方式所涉及的光学检查系统的光学检查装置的相机的概略图。

图16是示出当对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB时根据被检物的表面状态为图15所示的标准表面的图像计算的颜色向量、以及根据被检测部的图像计算的颜色向量的概略性的图形。

(符号说明)

2：光学检查系统；4：光学检查装置；6：显示器；12：光学装置；13：相机；14：影像传感器；14a：受光部；16：光源；18：波束分离器；20：处理装置；22：处理器；24：存储部；24a：光学检查程序；24b：基准向量数据；26：ROM；28：RAM；32：成像光学系统；34：滤色器；42：第1波长选择滤波器；44：第2波长选择滤波器；46：光线遮挡部。

具体实施方式

(第1实施方式)

根据图1至图8说明本实施方式所涉及的光学检查系统2。

图1是示出本实施方式所涉及的光学检查系统2的结构的一个例子的框图。如图1所示，光学检查系统2具备光学检查装置4和显示器6。

光学检查装置4具备光学装置12、影像传感器(拍摄部)14、光源16、波束分离器18以及处理装置20。

如图2所示，光学装置12具备成像光学系统(成像透镜)32以及滤色器(波长选择部)34。

成像光学系统32是组合1个或者多个透镜而形成的。成像光学系统32是单透镜、组透镜、折射率梯度型透镜、衍射型透镜、导光型透镜、反射型反射镜等，只要对光进行成像，则可以是任意的。在此，光是电磁波的一种形态。电磁波例如包括X射线、紫外线、可见光、红外线、远红外线、毫米波、太赫兹波、微波等。在本实施方式中，将光设为可见光，设为例如波长位于400nm至760nm的区域。

成像光学系统32对来自被检物的光线进行成像。在本实施方式中，滤色器34在与成像光学系统32距离f的焦点面上相对于成像光学系统32的光轴旋转对称地配置。成像光学系统32的光轴C与滤色器34的光轴(中心轴)一致。然而，滤色器34不一定必须放置于焦点面，既可以配置于成像光学系统32内、也可以配置于其外侧，既可以配置于成像光学系统32的前侧、也可以配置于后侧、还可以配置于内侧。通过如本实施方式那样将滤色器34配置在成像光学系统32的焦点面，具有能够在拍摄图像的整个面上使颜色与方向的关系恒定这样的效果。

如图3所示，在本实施方式中，滤色器34从中心侧朝向径向外方依次具有第1波长选择滤波器(波长选择区域)42、第2波长选择滤波器(波长选择区域)44以及光线遮挡部46。第1波长选择滤波器42、第2波长选择滤波器44以及光线遮挡部46被同心状地形成。然而，波长选择区域不限于此，可以是任意的形状。即，滤色器34具有至少2个不同的波长选择区域即可。在此，光线遮光部46可以考虑为遮挡可见光的波长范围的波长选择区域。

第1波长选择滤波器42被形成为圆盘状。第1波长选择滤波器42设置于成像光学系统32的光轴C上。第1波长选择滤波器42使通过成像光学系统32后的来自被检物S的第1波长的光线通过。第1波长设为第1波长范围内。此外，第1波长选择滤波器42具有不使与第1波长范围不同的范围的光线透射而将其遮挡的性质。

第2波长选择滤波器44在第1波长选择滤波器42的外周被形成为圆环状。第2波长选择滤波器44使通过成像光学系统32后的来自被检物S的与第1波长不同的第2波长的光线通过。第2波长选择滤波器44的径向的宽度能够适当地设定。第2波长设为第2波长范围内。此外，第2波长选择滤波器44具有不使与第2波长范围不同的波长的光线透射而将其遮挡的性质。

因此，滤色器34的波长选择滤波器42、44具有在波长选择滤波器42、44的每一个中使特定的波长(或者波长范围；波长谱)的光线透射而遮挡脱离特定的波长范围的波长的光线的性质。此外，第1波长以及第2波长分别包含于适当的范围，即，分别包含于第1波长范围和第2波长范围，但优选的是波长彼此不重叠。因此，在本实施方式中，第1波长范围以及第2波长范围分别独立。

光线遮挡部46形成于第2波长选择滤波器44的外周。光线遮挡部46例如由黑色的板形成，保持第2波长选择滤波器44。光线遮挡部46遮挡入射到成像光学系统32的可见光范围的所有波长的光线。光线遮挡部46的径向的宽度能够适当地设定。在图3中，光线遮挡部46示出为圆环状的例子，但外缘也可以是矩形形状等任意形状，只要能够保持第2波长选择滤波器44即可。

将滤色器34的第1波长选择滤波器42的外周的半径设为r1，将第2波长选择滤波器44的外周的半径设为r2。此时，r2>r1。在此，将第1波长选择滤波器42的半径r1内的区域设为A1。将第1波长选择滤波器42的外周与第2波长选择滤波器44的外周之间的区域设为A2。第1波长选择滤波器42的半径r1以及第1波长选择滤波器42的外周与第2波长选择滤波器44的外周之间的距离即r2-r1能够适当地设定。更具体而言，滤色器34的第1波长选择滤波器42的半径r1、第2波长选择滤波器44的半径r2能够变更。因此，区域A1、A2的形状以及大小能够变化。

此外，作为一个例子，滤色器34的半径r1是1.5mm左右，半径r2是12mm左右。

影像传感器14配置于通过了成像光学系统32以及滤色器34的光的光路上。影像传感器14具有在与成像光学系统32距离L(>f)处成为成像面的受光部(受光面)14a。光学装置12以及影像传感器14构成所谓的相机(摄影部)13。

作为影像传感器14，能够使用例如CCD、CMOS等拍摄元件。影像传感器14具备多个像素。影像传感器14在各像素中具有对至少2个相互不同的波长进行分光的多个颜色通道。通常，影像传感器14在各像素中具备R通道、G通道以及B通道。因此，影像传感器14能够取得彩色图像，并且能够对3个相互不同的波长进行分光。

影像传感器14的各像素也可以分别识别一个颜色，通过不同的像素识别不同的颜色。在该情况下，将与不同的颜色对应的至少2个像素视为一组像素。另外，将该组的像素单纯地称为像素。

光源16被用于被检物S的表面的照明。作为光源16，例如能够使用LED。在被检物S与成像光学系统32之间，配置有波束分离器18。作为波束分离器18，例如能够使用半反射镜。

来自光源16的光在入射到波束分离器18时，朝向被检物S反射，对被检物S的表面进行照明。来自被检物S的表面的光的一部分透射波束分离器18，通过成像光学系统32、滤色器34而入射到影像传感器14。

在本实施方式中，为简化说明，在滤色器34中，例如，针对波长选择滤波器42、44的每一个，使可见光中的某个波长范围的光透射，并遮挡脱离某个波长范围的波长、即、防止透射。

在此，将第1波长设为蓝色(B)光，将第2波长设为红色(R)光。在本实施方式中，为方便起见，依照国际照明委员会(CIE：Commission Internationale de I’Eclairage)的决定，将红(R)光的波长设为700nm，将蓝(B)光的波长设为435nm。

在本实施方式中，第1波长选择滤波器42的区域A1使可见光中的例如蓝光(435nm)以及具有其附近的第1波长(例如400nm至500nm)的B光通过，遮断其以外的波长的光。在本实施方式中，第2波长选择滤波器44的区域A2使可见光中的例如红光(700nm)以及具有其附近的第2波长(例如600nm～700nm)的R光通过，遮断其以外的波长的光。此外，通过第1波长选择滤波器42的区域A1的第1波长的范围、通过第2波长选择滤波器44的区域A2的第2波长的范围在本实施方式中优选为不重叠。因此，第1波长选择区域不使第2波长及其周围的波长的光通过而将其遮挡。第2波长选择区域不使第1波长及其周围的波长的光通过而将其遮挡。

此外，由国际照明委员会定义的绿(G)光的波长是546nm，是R光与B光之间的波长。因此，R光及B光的波长与使用R光及G光的波长的情况、或者使用G光及B光的波长的情况相比不易重叠。

作为处理装置20，使用例如通用的计算机。处理装置20例如具备处理器22、存储部24、ROM(Read Only Memory，只读存储器)26以及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)28。

处理装置20也可以能够有线或无线地与影像传感器14通信。处理装置20也可以包含于例如相机13。

处理器22与影像传感器14以及存储部24连接。处理器22、ROM 26、RAM 28例如经由总线分别连接。这些存储部24、ROM 26、RAM 28能够与处理器22相互通信。

此外，处理装置20也可以位于光学检查装置4的外部。在该情况下，影像传感器14的输出被输出到光学检查装置4的外部、或者被记录到云上的存储部即可。即，与被检物S相关的信息的计算既可以在光学检查装置4的内部进行，也可以在外部进行。

处理器22例如包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、GPU、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等集成电路。处理器22不限于被设置为专用电路的情况，也可以被设置为由计算机执行的程序。在该情况下，程序被记录于集成电路内的存储区域、存储部等。

处理器22也可以位于经由网络发送接收数据的云服务中的服务器。

处理器22具有作为针对由影像传感器14拍摄到的图像数据(RGB图像数据Irgb、R图像数据Ir、G图像数据Ig以及B图像数据Ib)的图像处理部的功能。处理器22根据影像传感器14的输出，计算与被检物S相关的信息。此外，由影像传感器14取得的图像数据从至少2个以上的像素输出。

例如，在存储部24中，储存有各种程序。处理器22通过将例如存储于存储部24的各种程序写入到RAM 28并执行，发挥依照程序的功能。

各种程序不一定必须存储于存储部24，处理器22还能够使各种程序经由网络在服务器上执行。

存储部24例如是如HDD、SSD、闪存存储器这样的非易失性存储器，但也可以还具有易失性存储器。存储部24例如也可以使用云存储器。在存储部24中，例如，存储有本实施方式所涉及的光学检查程序(算法)24a以及与相机13的设定(针对光轴C的滤色器34的设定)对应的相互不同的多个基准向量数据24b。光学检查程序24a也可以存储于ROM 26。

光学检查程序24a既可以预先安装到光学检查装置4，也可以存储到非易失性的存储介质，或者还可以经由网络分发。光学检查程序24a也可以位于例如适当的服务器等光学检查装置4的外部。

在本实施方式中，光学检查程序24a使计算机执行：根据在影像传感器14的受光部14a的全部或者预定范围内取得的各像素的图像数据(像素值)，计算颜色向量Cn(n表示维度)，与例如存储于存储部24的基准向量数据24b比较，计算被检物S的表面状态。

例如，在存储部24中，存储有成像光学系统32的光轴C与滤色器34的关系。成像光学系统32的光轴C与滤色器34的关系例如包括滤色器34的第1波长选择滤波器42、第2波长选择滤波器44、光线遮挡部46的透射波长、遮挡波长以及配置。此外，光学检查程序24a通过包括取得光学装置12和/或相机13的信息的程序，能够取得成像光学系统32的光轴C与滤色器34的关系。

此外，例如，处理器22连接于显示器6。显示器6显示基于处理器22的处理的各种信息。显示器6例如显示由影像传感器14拍摄到的图像，并且显示后述的被检物S的表面状态的判定结果。

此外，被检物S的表面状态包括被检物S的表面整体或者预定范围中的面的平面状态、有无被检查区域的损伤或粗糙面等希望使处理装置20检测并判断表面状态的被检测部(异常部)S2、表面粗糙度(粗糙感)/光泽感(参照第2实施方式)以及其他各种状态。

接下来，说明本实施方式所涉及的光学检查系统2的动作。

在检查被检物S的表面的情况下，处理装置20的处理器22在通过来自光源16的照明光对被检物S的表面进行照明的状态下，通过相机13对被检物S的表面进行拍摄。

成像光学系统32在像点对物点进行成像。在被检物S的表面的标准表面S1中取第1物点O1，在被检测部S2中取第2物点O2。入射到第1物点O1的光被反射为第1反射光。入射到第2物点O2的光被反射为第2反射光。来自第1物点O1的光被成像光学系统32移动到第1像点。来自第2物点O2的光被成像光学系统32移动到第2像点。设为第1像点以及第2像点位于影像传感器14上。

第1物点O1位于镜面状的标准表面S1，所以光的镜面反射分量(正反射分量)变多。即，来自第1物点O1的光的配光分布如图4所示易于成为窄的角度分布。第2物点O2不在镜面上而位于例如粗糙面上，所以光的扩散分量变多。即，来自第2物点O2的光的配光分布如图6所示易于成为宽的角度分布。

如图2所示，例如，来自光源16的照明光被波束分离器18反射，对被检物S的表面进行照明。在被检物S的表面中，在被检物S的某个物点O正反射的光线(镜面反射分量)L11以及以适当的角度分别散射的光线L21、L31被成像光学系统32折射，入射到滤色器34。

图3所示的本实施方式所涉及的相机13的滤色器34的第1波长选择滤波器42的区域A1使来自被检物S的B光通过，但遮挡R光以及G光。通过成像光学系统32的光轴C上的区域A1的B光是被检物S的表面的正反射光分量。第2波长选择滤波器44的区域A2使来自被检物S的R光通过，但遮挡G光以及B光。通过偏离成像光学系统32的光轴C的区域A2的R光是被检物S的表面的散射光分量。此外，入射到光线遮挡部46的区域A3的光被遮挡。

在本实施方式所涉及的光学装置12中，从被检物S的任意的物点O射出的光线中的在入射到成像光学系统32以及滤色器34时主光线与光轴C平行的蓝(B)光被分离为蓝色的光线。即，本实施方式所涉及的光学装置12是对于蓝色的光线具有远心(telecentric)性的远心光学系统。另一方面，本实施方式所涉及的光学装置12是对于红(R)光不具有远心性的非远心光学系统。

因此，作为B光入射到影像传感器14并被影像传感器14拍摄为B图像数据(第1图像数据)Ib的主要是正反射分量。此外，正反射分量不仅是完全与光轴C平行的分量，也容许适当的偏移。在本实施方式中，在将沿着光轴C的方向设为0时，正反射分量成为图2所示的0≤θb的范围。此外，角度θb能够适当地设定。该角度θb依赖于成像光学系统32与滤色器34的距离、滤色器34的第1波长选择滤波器42的区域A1的半径r1等。

相机13的滤色器34的第2波长选择滤波器44的区域A2使相对于光轴C为第1散射角度θr(θb≤θg＜θs)的R光通过，但遮挡正反射光分量的B光以及其他的第2散射角度θs(θs≤θ)的光。因此，作为R光入射到影像传感器14并被影像传感器14拍摄为R图像数据(第2图像数据)Ir的仅为第1散射角度θr的分量。角度θr依赖于成像光学系统32与滤色器34的距离、滤色器34的第2波长选择滤波器44的区域A2的大小等。

角度θs依赖于成像光学系统32与滤色器34的距离、滤色器34的光线遮挡部46的区域A3的大小等。

因此，对由影像传感器14拍摄的RGB图像数据Irgb、R图像数据Ir、(G图像数据Ig、)以及B图像数据Ib，根据从被检物S的表面的散射角度(包括正反射光)来附加颜色。因此，得到的RGB图像数据Irgb的颜色不依赖于被检物S的表面自身的颜色，而依赖于根据滤色器34的设定而选择性地通过的波长。因此，关于本实施方式所涉及的由相机13取得的RGB图像数据Irgb，通过适当地设定滤色器34，即使是相同的被检物S的表面的图像，也可以认为与不使用滤色器34的通常的相机的图像的颜色不同。

在本实施方式中，R光以及B光入射到影像传感器14的受光部14a，但G光被滤色器34遮挡，不入射到影像传感器14的受光部14a。因此，在受光部14a的各像素中，在R通道以及B通道中利用适当的像素值(例如0至255这256个灰度)接受光，但在G通道中不接受光。

在此，将以R光、G光以及B光各自的像素值为输出的3维(正交)坐标系作为颜色坐标系(颜色空间)。其中，在本实施方式中，根据滤色器34，被设定为在G通道中不接受光。因此，G光的输出能够忽略。因此，在本实施方式中，将以R光及B光各自的像素值为输出的2维(正交)坐标系作为颜色坐标系。

图4示出省略成像光学系统32的图示的相机13与被检物S的表面的位置关系。图4所示的被检物S的表面设为法线与光轴C平行、并且是例如镜面状地无损伤的平面(以下称为标准表面S1)。

通过相机13的滤色器34入射到影像传感器14的光中的来自标准表面S1的光线基于通过滤色器34的光轴C上(区域A1上)的B光。因此，影像传感器14在B图像数据Ib中将来自标准表面S1的正反射光得到为蓝色的图像。图4所示的被检物S的标准表面S1的B图像数据Ib全部被得到为蓝色的图像。

来自与标准表面S1相当的位置的光不作为R光实质上入射到影像传感器14，或者即使入射但强度也小到能够忽略像素值的程度。因此，R图像数据Ir中的标准表面S1的图像成为黑色。

另外，在本实施方式中，通过滤色器34入射到影像传感器14的光中的来自被检物S的表面的G光不入射，或者即使入射但强度也小到能够忽略像素值的程度。因此，G图像数据Ig整体成为黑色。

因此，由本实施方式所涉及的光学检查装置4得到的RGB图像数据Irgb被附加与基于滤色器34的光线的方向信息对应的颜色。将该RGB图像数据Irgb分离到各颜色通道而得到的R图像数据Ir、G图像数据Ig以及B图像数据Ib分别成为基于被检物S的表面信息(凹凸信息)的图像。这样，本实施方式所涉及的光学检查装置4根据由影像传感器14拍摄到的图像，取得被检物S的结构(凹凸)信息。

在图5中，设定对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB的2维的颜色坐标系。处理装置20通过相机13使被检物S的表面成像，处理装置20将由影像传感器14的受光部14a的全部或者预定的范围的各像素取得的R光及B光的像素值IR、IB描绘为图5所示的颜色坐标系的图形。

例如，在颜色坐标系的图形中，如在图5中以符号C2示出的那样进行向量显示。在本实施方式中，称为颜色向量Cn(n为维数)。

在本实施方式中，影像传感器14的受光部14a的各像素例如具备R(红)、G(绿)、B(蓝)这3个不同的颜色通道。根据滤色器34的结构，在影像传感器14的受光部14a中不接受G光。因此，颜色向量Cn能够在R光及B光的2维中表示为C2。

颜色向量C2是将各个R通道的像素值IR以及B通道的像素值IB作为构成元素的向量。即，颜色向量C2能够表示为下式。

C2＝(IR,IB)

与各物点O1、O2对应的颜色向量C2＝(IR,IB)由处理装置20计算。

在图4所示的被检物S的标准表面S1的图像中，B图像数据Ib被得到为蓝色的图像，但R图像数据Ir成为黑色的图像。即，在与第1物点O1对应的颜色向量C2中，蓝强度分量(IB)大。因此，图5所示的颜色向量C2从原点沿着纵轴IB延伸。

此外，各像素中的像素值IR、IB的大小主要依赖于照明光的强度、相机与被检物S的表面的距离等。另外，还依赖于被检物S的表面的颜色与滤色器34的关系等。

图6示出省略成像光学系统32的图示的相机13与被检物S的表面的位置关系。在图6所示的被检物S的表面中，在标准表面S1的一部分存在异物或者损伤等被检测部(缺陷)S2。在此，被检测部S2意味着应检测的缺陷。即，被检测部S2是缺陷。

通过相机13的滤色器34入射到影像传感器14的光中的来自标准表面S1的光线基于通过滤色器34的光轴C上(区域A1上)的B光。因此，影像传感器14在B图像数据Ib中将来自标准表面S1的正反射光得到为蓝色的图像。来自与被检测部S2相当的位置的光作为B光及R光入射到影像传感器14。因此，B图像数据Ib中的被检物S的标准表面S1的图像为蓝色，被检测部S2的图像成为蓝色及红色。

被检测部S2的大半不是与例如标准表面S1平行的区域。或者，被检测部S2的尺寸接近可见光的波长或者比其小，所以造成由光的衍射现象引起的散射。例如，已知具有接近光的波长的凹凸的粗糙面使该光散射。通过滤色器34入射到影像传感器14的光中的来自被检测部S2的光线的大半作为散射光入射到成像光学系统32。因此，来自被检测部S2的光线通过滤色器34的区域A1以及外侧的区域A2而入射到影像传感器14。即，通过滤色器34入射到影像传感器14的光中的来自被检测部S2的光线的一部分基于通过偏离滤色器34的光轴C的区域A2上的R光。因此，影像传感器14在R图像数据Ir中将来自被检测部S2的散射光得到为红色的图像。来自与标准表面S1相当的位置的光不作为R光入射到影像传感器14。因此，R图像数据Ir中的标准表面S1的图像成为黑色，被检测部S2的图像成为红色。另一方面，B图像数据Ib中的标准表面S1的图像成为蓝色，被检测部S2的图像也成为蓝色。

另外，在本实施方式中，通过滤色器34入射到影像传感器14的光中的来自被检物S的表面的G光不入射。因此，G图像数据Ig整体成为黑色。

因此，由本实施方式所涉及的光学检查装置4得到的RGB图像数据Irgb被附加与基于滤色器34的光线的方向信息对应的颜色。将该RGB图像数据Irgb分离到各颜色通道而得到的R图像数据Ir、G图像数据Ig以及B图像数据Ib分别成为基于被检物S的表面信息(凹凸信息)的图像。这样，本实施方式所涉及的光学检查装置4通过由影像传感器14拍摄到的图像，取得被检物S的结构(凹凸)信息。

在图7中，与图5同样地，设定对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB的2维的颜色坐标系。处理装置20通过相机13使被检物S的表面成像，处理装置20将由影像传感器14的受光部14a的全部或者预定的范围的各像素取得的R光及B光的像素值IR、IB描绘为图7所示的颜色坐标系的图形。例如，在颜色坐标系的图形中，如在图7中以符号C2示出的那样进行向量显示。与第2物点O2对应的颜色向量C2具有蓝强度分量(IB)和红强度分量(IR)这两方的分量。

因此，根据被检物S的表面状态，图5所示的颜色向量C2的方向以及图7所示的颜色向量C2的方向变化。由此，颜色向量C2根据无/有微小缺陷而方向大幅不同。即，通过颜色向量C2的方向，能够识别各物点有/无微小缺陷。

例如，设为图4所示的被检物S的标准表面S1是要求的产品状态(表面状态)。然后，对图4所示的被检物S的标准表面S1进行成像，在处理装置20输出与图4所示的被检物S的标准表面S1对应的颜色向量C2时，将该颜色向量C2设定为基准向量。该基准向量例如在存储部24中与滤色器34的结构、即、相机13的结构对应地存储为基准向量数据24b的1个。

然后，对图6所示的包括标准表面S1及被检测部S2的被检物S的表面进行成像，在处理装置20输出颜色向量C2时，处理装置20比较存储于存储部24的基准向量和颜色向量C2的方向。处理装置20根据基准向量和颜色向量C2的方向一致还是相异，能够判断(输出)被检物S的表面在要求的产品状态的范围之内还是之外。

此外，处理装置20也可以并非将图5所示的基准向量的方向决定为1个方向，而是设置容许基准向量的方向的偏移的阈值(容许范围)。将阈值与基准向量一起存储为例如存储部24的基准向量数据24b的一部分。此时，处理装置20参照存储于存储部24的基准向量并且参照阈值，根据颜色向量C2相对于基准向量的方向在阈值的范围内还是阈值的范围外，能够判断(输出)被检物S的表面在要求的产品状态的范围之内还是之外。

这样的由处理装置20进行的检查被检物S的表面状态的一系列的处理例如使用存储于存储部24的程序24a依照图8所示的流程图而执行。

包括阈值的基准向量数据24b预先存储于例如存储部24。另外，滤色器34与由影像传感器14接受的波长的关系、即、相机13的结构例如存储于存储部24。此外，相机13也可以保持自身的结构数据，在与处理装置20的连接时，通过与处理装置20的处理器22的通信，使处理器22辨识相机13的结构。在该情况下，相机13的结构不一定必须预先存储到存储部24。阈值能够通过设定而适当地变更。

处理器22在检查被检物S的表面状态时，取得滤色器34与由影像传感器14接受的波长的关系，并且利用相机13的影像传感器14取得图像(步骤ST1)。此时，处理器22使由相机13的影像传感器14取得的图像显示于显示器6。

设为被检物S的表面例如是图6所示的状态。图6所示的例子的被检物S的表面的大半为通过滤色器34入射到影像传感器14的光作为正反射光入射的标准表面S1，但在一部分中形成有被检测部S2。

处理器22根据影像传感器14的受光部14a的整个范围或者预定范围的各像素的颜色通道(在此为R通道及B通道这2个)的输出灰度(像素值)，计算各像素中的每个像素的颜色向量(步骤ST2)。此外，处理装置20根据滤色器34与由影像传感器14得到的图像的颜色的关系的取得，决定颜色坐标系的最大维度。在本实施方式中，能够由影像传感器14取得的颜色是R、G、B这3色，但滤色器34的透射波长是R、B这2个，所以颜色坐标系成为2维。

如上所述，成像光学系统32在像点对物点进行成像。处理器22在各像素中计算颜色向量C2(步骤ST3)。即，处理器22计算颜色向量C2的方向(角度或者斜率)。

处理器22分别比较从各像素取得并计算的颜色向量C2与基准向量数据24b的基准向量(步骤ST4)。即，将颜色向量的方向(角度或者斜率)从基准向量数据24b中与和该颜色向量C2相同或最接近的基准向量的方向(角度或者斜率)对照。

处理器22根据颜色向量C2是否在基准向量的阈值内，将被检物S的表面状态输出为检查判定结果(步骤ST5)。此时，处理器22例如使显示器6显示判定结果。如图5所示，设为从各像素分别计算的颜色向量的方向例如考虑阈值而与图5所示的基准向量一致。此时，处理装置20例如使显示器6显示被检物S的表面为正常，作为判定结果。如图7所示，设为从各像素分别计算的颜色向量的方向的一部分例如考虑阈值而偏离图5所示的基准向量。此时，处理装置20例如使显示器6显示存在被检测部S2，作为判定结果。此外，处理装置20也可以通过声音使光学检查系统2的周围的人们辨识判定结果。另外，处理装置20中的被检物S的检查判定信号还优选被用作以使具有被检测部S2的被检物S与判定为不存在被检测部S2的被检物S的线分离的方式动作的设备的动作触发信号。

如以上所述，处理装置20判定被检物S的表面状态(无/有缺陷)。

光学检查程序24a既可以自动地进行步骤ST1-ST5，也可以例如在步骤ST1与步骤ST2之间由用户进行确认。在步骤ST1中用户进行确认的情况下，能够适当地设定图像中的检查范围。然后，在步骤ST2-ST5中，能够判定所设定的检查范围中的被检物S的表面状态。检查范围的设定也可以维持预定的状态。

在本实施方式中，说明了在步骤ST4中将处理器22根据各像素的输出计算的颜色向量C2与基准向量数据24b的基准向量进行比较的例子。然而，例如，在照明光的强度、来自被检物S的反射强度预先既知的情况下，通过比较仅B光的强度也能够探测缺陷。或者，例如滤色器34仅使B光透射而如图5所示由影像传感器14接受B光而不接受G光及R光的情况下，得到由影像传感器14取得的各像素的B通道的像素值的输出，但G通道及R通道的像素值的输出无法得到、或者与B通道的像素值的输出相比小到能够忽略的程度。在该情况下，颜色向量的方向能够等同于沿着1维的方向。因此，关于颜色向量的方向，在能够等同于沿着1维的方向的情况下，不一定必须将颜色向量的方向与基准向量的方向进行比较。因此，处理装置20根据颜色坐标系中的颜色向量的方向，即使不一定与基准向量的方向比较，也能够判别被检物S的表面状态。

此外，在本实施方式中，说明了根据各像素分别计算颜色向量C2并将各颜色向量C2与基准向量进行比较的例子。例如，处理器22也可以计算像素值的平均，根据1个图像计算1个颜色向量C2。而且，处理器22也可以将计算像素值的平均而计算出的颜色向量C2与基准向量进行比较。

此外，由本实施方式所涉及的光学检查装置4的影像传感器14的各像素取得的R图像数据Ir、G图像数据Ig以及B图像数据Ib的光线强度在认为来自被检物S上的物点的反射光的光量恒定时互补地变化。即，当通过滤色器34的来自被检物S的反射光线中的某个像素中的R光的光线强度变强时，在该像素中B光的光线强度(以及G光的光线强度)变弱。另外，当在另外某个像素中B光的光线强度变强时，在该像素中R光的光线强度(以及G光的光线强度)变弱。这是因为颜色与反射光的方向是对应起来的，这意味着例如如果R光变多则与其相当的方向的反射光分量变多，同时意味着与B光或G光相当的方向的反射光分量变少。

相对于此，在本实施方式中说明的不通过滤色器34的由通常的相机拍摄到的被检物S的R图像数据、G图像数据以及B图像数据中，某个像素中的R光的光线强度、G像的光线强度、B光的光线强度仅根据被检物的颜色不同而各种各样地变化，不存在上述的互补的关系。这是因为颜色与反射光的方向未对应起来。

另外，即使利用通常的相机对例如不存在损伤的标准表面S1进行拍摄，关于在本实施方式中说明的颜色向量，除非是被检物S的标准表面仅反射蓝色的情况，否则在与表示B光的轴平行的方向上不计算。

相对于此，关于在本实施方式中说明的颜色向量C2，与被检物S的表面是否仅反射蓝色无关地，在表面状态是标准表面S1的情况下，在表示B光的纵轴的方向上计算。因此，本实施方式所涉及的标准表面S1的颜色向量C2的方向不依赖于被检物S的颜色。另外，只要被检物S的表面稍微反射蓝色以外的光、即、只要红色被反射，则如上所述，不会受被检物S的颜色影响而能够使用颜色向量C2的方向探测缺陷(被检测部(缺陷)S2)。

因此，根据本实施方式所涉及的光学检查装置4，能够不依赖于被检物S的颜色而良好地检查被检物S的表面状态。

根据本实施方式，被检物S的表面的光学检查方法包括：通过使用使来自被检物S的表面的相互不同的多个波长通过的滤色器(波长选择部)34的光学上的成像，在与影像传感器14的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维(n为1以上的自然数)的颜色坐标系中取得与波长对应的颜色的颜色向量；以及根据该颜色坐标系中的颜色向量的方向，判别被检物S的表面状态。

根据本实施方式，被检物S的表面的光学检查方法优选包括将颜色坐标系中的颜色向量的方向与颜色对应起来。

根据本实施方式，关于相互不同的多个波长，来自被检物S的光的方向分别不同。

根据本实施方式，在被检物S的表面的光学检查方法中，判别被检物S的表面状态优选包括在各像素中计算颜色向量与成为被检物S的表面状态的判别的基准的基准向量的方向的接近程度。

根据本实施方式，被检物S的表面的光学检查程序24a使计算机执行：通过使用使来自被检物S的表面的相互不同的多个波长通过的滤色器(波长选择部)34的光学上的成像，在与影像传感器14的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维(n为1以上的自然数)的颜色坐标系中取得与波长对应的颜色的颜色向量；以及根据颜色坐标系中的颜色向量的方向，判别被检物S的表面状态。

这样，根据本实施方式，根据通过进行使用使来自被检物S的表面的相互不同的多个波长通过的滤色器34的光学上的成像而计算的颜色坐标系的颜色向量的方向，能够判别被检物的表面状态。此时的颜色向量的方向并非依赖于被检物S的颜色，而是依赖于凹凸信息。因此，本实施方式所涉及的光学检查方法、光学检查程序24a、处理装置20以及光学检查装置4分别能够良好地检查被检物S的表面状态。

另外，根据本实施方式，通过设定预定的颜色坐标系的基准向量，根据由相机13拍摄到的图像计算预定的颜色坐标系的颜色向量，比较该计算的颜色向量与基准向量的方向，能够检查被检物S的表面状态。

在本实施方式中，设定为利用滤色器34遮挡来自被检物S的表面的G光。通过在滤色器34中设置使G光通过的区域，能够在影像传感器14的受光部14a的各像素中接受G光。在该情况下，颜色坐标系成为3维。此时，基准向量也成为3维。在本实施方式中，使用能够取得R光、G光以及B光这3个颜色的光的影像传感器14，所以颜色坐标系最大是3维。在使用影像传感器14例如能够分离并取得N色(N为4以上的自然数)的高光谱相机等的情况下，颜色坐标系最大成为N维。即，通过设定与相机13的滤色器34对应的N维的基准向量，能够利用处理装置20判定被检物S的表面是否在要求的产品状态的范围内。

此外，一般，颜色向量能够针对N个独立的颜色通道而定义。即，在将N个独立的颜色通道的各像素值设为I1、I2、…、IN时，能够将N维的颜色向量表示为下式。

CN＝(I1,I2,…,IN)

颜色坐标系的颜色向量C2的计算时间根据预定范围内的像素数、例如处理装置20的处理器22的处理能力等而变化。在计算时间变长时，被检物S的表面状态的检查结果的输出延迟。因此，作为颜色坐标系，既能够最大设定N维的基准向量，也可以设为比N维少的n维(2≤n≤N(n、N是自然数))。

这样，根据本实施方式，能够提供能够良好地检查被检物S的表面状态的光学检查方法、光学检查程序24a、处理装置20以及光学检查装置4。

在本实施方式中，说明为在滤色器34中作为成像光学系统32上的第1波长选择滤波器42使蓝(B)光通过并遮挡红(R)光、作为第2波长选择滤波器44使红(R)光通过并遮挡蓝(B)光。在滤色器34中例如也可以作为第1波长选择滤波器42使红(R)光通过并遮挡蓝(B)光、作为第2波长选择滤波器44使蓝(B)光通过并遮挡红(R)光。

另外，在本实施方式中，说明了滤色器34使用第1波长选择滤波器42、第2波长选择滤波器44的例子。滤色器34也可以被构成为代替第1波长选择滤波器42、第2波长选择滤波器44而例如从内侧朝向外侧使透射的波长的光连续地变化。即，滤色器34也可以被构成为从内侧向外侧圆环状地相对于共同的中心轴为预定半径的圆环状地使某个波长的光通过，但在该预定半径的位置处不使与某个波长不同的波长的光通过。例如，也可以构成为在滤色器34的中心使蓝(B)光通过，随着朝向径向外方而使通过滤色器34的波长变长，在滤色器34的最外缘(光线遮挡部46的内侧)使绿(G)光通过。

在本实施方式中，说明为影像传感器14取得RGB图像，但也可以取得例如与滤色器34的透射波长对应的波长的颜色通道。即，由影像传感器14的受光部14a接受的光的波长可以选择脱离R光、G光以及B光的适当的波长。

(变形例)

图3所示的滤色器34例如也可以遮挡光轴C上的符号42所示的位置，将符号44所示的位置作为使例如红(R)光作为第1波长的光通过的第1波长选择区域，将符号46所示的位置作为使例如蓝(B)光作为第2波长的光通过的第2波长选择区域。

在该情况下，影像传感器14利用通过第1波长选择区域后的第1波长的第1散射角的散射光和通过第2波长选择区域后的第2波长的第2散射角的散射光，取得被检物S的表面的图像。在该情况下，根据由影像传感器14取得的图像，处理装置20不是根据正反射光分量、而是根据散射光来计算颜色向量。基准向量根据这样的滤色器34而设定。

因此，被检物S的表面的图像能够通过由滤色器(波长选择部)34通过使用影像传感器14的光学上的成像取得来自被检物S的表面的光线中的正反射光或者散射光的光线中的第1波长以及来自被检物S的表面的散射光的光线中的与第1波长不同的第2波长而得到。而且，颜色向量根据与影像传感器14的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的至少2维的颜色坐标系中的第1波长的像素值以及第2波长的像素值来计算。被检物S的表面状态的检查能够使用这样的颜色向量来进行。

(第2实施方式)

使用图9至图11说明第2实施方式。本实施方式是第1实施方式的变形例，对与在第1实施方式中说明的部件相同的部件或者具有相同的功能的部件尽量附加相同的符号，省略详细的说明。

本实施方式所涉及的光学检查系统2能够原样地使用在第1实施方式中说明的光学检查系统2。

在图9中，示出排列具有哑光(消光)状态的表面的纸PM和具有光亮(光泽)状态的表面的纸PG并使用通常的相机(RGB相机)拍摄到的RGB图像数据。具有哑光(消光)状态的表面的纸PM以及具有光亮(光泽)状态的表面的纸PG一般分别被用作照片纸张等。

在图10中，示出使用本实施方式所涉及的光学检查装置4的相机13对图9所示的纸PM、PG进行摄影而得到的RGB图像数据。

设为例如图9的左侧的具有哑光(消光)状态的表面的纸PM的表面以及右侧的具有光亮(光泽)状态的表面的纸PG的表面可以分别被获取为某个厂商的产品。

在图11中，设定对横轴取R光的像素值IR并对纵轴取B光的像素值IB的颜色坐标系。在图11中，示出由处理装置20的处理器22计算的具有期望的哑光(消光)状态的表面的纸PM的表面的图像的颜色向量C2M以及具有期望的光亮(光泽)状态的表面的纸PG的表面的图像的颜色向量C2G。处理装置20的处理器22将具有期望的哑光(消光)状态的表面的纸PM的表面的图像的颜色向量C2M作为第1基准向量，将具有期望的光亮(光泽)状态的表面的纸PG的表面的图像的颜色向量C2G作为第2基准向量，将它们作为基准向量数据24b存储到例如存储部24。即，关于本实施方式的基准向量数据24b，存储有2个基准向量。

此外，具有光亮状态的表面作为被检物S的表面的纸PG的图像的颜色向量C2G(第2基准向量)与具有哑光状态的表面作为被检物S的表面的纸PM的图像的颜色向量C2M(第1基准向量)相比斜率(角度)更大。其原因被推定为由于被检物S的表面具有光亮状态的表面，相比于哑光状态的表面，从被检物S的表面向影像传感器14入射更多的正反射光分量。

这样的由处理装置20进行的检查被检物S的表面状态的一系列的处理例如使用存储于存储部24的程序24a依照图8所示的流程图来执行。另外，分别设定与第1基准向量的方向的偏移有关的阈值(容许范围)、与第2基准向量的方向的偏移有关的阈值(容许范围)，例如存储于存储部24。在此，设为被检物S的表面状态是哑光状态的表面。

处理器22在检查被检物S的表面状态时，取得滤色器34与由影像传感器14接受的波长的关系，并且利用相机13的影像传感器14取得图像(步骤ST1)。此时，处理器22使由相机13的影像传感器14取得的图像(例如参照图10的左侧图)显示于显示器6。

处理器22根据影像传感器14的受光部14a的整个范围或者预定范围的各像素的颜色通道(在此为R通道及B通道这2个)的输出灰度(像素值)IR、IB，针对各像素中的每个像素计算颜色向量(步骤ST2)。如图11所示，无数的点的集合体M被线状地表示。

处理器22根据无数的点的集合体M，计算平均的颜色向量C2M(步骤ST3)。即，处理器22计算颜色向量C2M的角度或者斜率。

处理器22将计算的颜色向量C2M和基准向量数据24b的第1基准向量以及第2基准向量进行比较(步骤ST4)。即，将颜色向量的方向(角度或者斜率)从多个基准向量数据中与和该颜色向量C2M相同或最接近的基准向量的方向(角度或者斜率)对照。

在此，被检物S的表面状态是哑光状态的表面。颜色向量C2M与第1基准向量的方向一致或者大致一致，偏离第2基准向量的方向。

处理器22根据是否在第1基准向量的阈值内，将被检物S的表面状态输出为检查判定结果(步骤ST5)。此时，处理器22例如使显示器6显示判定结果。例如，在显示器6上，以被检物S的表面为哑光状态，显示与第1基准向量的角度的差(包括阈值)。

设为接下来检查的被检物S的表面状态是光亮状态的表面。

处理器22在检查被检物S的表面状态时，取得滤色器34与由影像传感器14接受的波长的关系，并且利用相机13的影像传感器14取得图像(步骤ST1)。此时，处理器22使由相机13的影像传感器14取得的图像(例如参照图10的右侧图)显示于显示器6。

处理器22根据影像传感器14的受光部14a的整个范围或者预定范围的各像素的颜色通道(在此为R通道及B通道这2个)的输出灰度(像素值)IR、IB，针对各像素中的每个像素计算颜色向量(步骤ST2)。如图11所示，无数的点的集合体G被表示为块。

处理器22根据无数的点的集合体G，计算平均的颜色向量C2G(步骤ST3)。即，处理器22计算颜色向量C2G的角度或者斜率。

处理器22将计算的颜色向量C2G和基准向量数据24b的第1基准向量以及第2基准向量进行比较(步骤ST4)。即，将颜色向量的方向(角度或者斜率)从多个基准向量数据中与和该颜色向量C2G相同或最接近的基准向量的方向(角度或者斜率)对照。

在此，被检物S的表面状态是光亮状态的表面。颜色向量C2G与第2基准向量的方向一致或者大致一致，偏离第1基准向量的方向。

处理器22根据是否在第2基准向量的阈值内，将被检物S的表面状态输出为检查判定结果(步骤ST5)。此时，处理器22例如使显示器6显示判定结果。例如，在显示器6上，以被检物S的表面为光亮状态，显示与第2基准向量的角度的差(包括阈值)。

虽然未图示，设为被检物S的表面的图像的颜色向量的方向分别考虑阈值而偏离第1基准向量以及第2基准向量。此时，处理装置20例如在显示器6上显示该被检物S的表面不是期望的表面状态这样的判定结果。

此外，处理装置20中的被检物S的检查判定信号例如能够用作使作为被检物S使具有哑光(消光)状态的表面的纸、具有光亮(光泽)状态的表面的纸、其他(表面不是期望的表面状态的纸)分离为例如3条线的设备进行动作的动作触发信号。

在本实施方式中，说明了将根据图9所示的具有哑光(消光)状态的表面的纸以及具有光亮(光泽)状态的表面的纸这2种纸的表面的图像计算的颜色向量作为基准向量的例子。也可以将根据大量的纸的表面的图像计算的颜色向量作为基准向量，存储到存储部24。在该情况下，处理装置20通过将根据由相机13拍摄到的被检物S的图像计算的颜色向量与例如存储于存储部24的基准向量数据24b进行比较，能够将表面粗糙度输出(判定)为被检物S的表面的表面状态。

因此，本实施方式所涉及的处理装置20通过适当地设定多个基准向量并与根据被检物S的图像计算的颜色向量进行比较，除了能够进行在第1实施方式中说明的有无被检测部S2(参照图6)等的判定以外，还能够检查例如表面粗糙度。

根据本实施方式，能够提供能够良好地检查被检物S的表面状态的光学检查方法、光学检查程序24a、处理装置20以及光学检查装置4。

此外，被检物S的表面的例如哑光状态以及光亮状态分别存在各种状态。通过比较本实施方式所涉及的颜色向量Cn的方向与基准向量数据中的最接近的基准向量，能够有阶段或者无阶段地判定表面状态。

(变形例)

例如，将根据图4所示的标准表面S1的图像得到的颜色向量作为第1基准向量。另外，虽然未图示，假设沿着颜色坐标系的横轴的IR的颜色向量并将其作为第2基准向量。这些第1基准向量以及第2基准向量分别例如存储于存储部24。作为一个例子，第1基准向量是与来自被检物S的表面的正反射方向对应的颜色向量，第2基准向量是与和正反射方向不同的散射方向对应的颜色向量。

然后，在根据某个被检物S的表面的图像计算颜色向量时，处理装置20也可以根据该颜色向量的方向接近第1基准向量的方向还是接近第2基准向量的方向，判别表面的状态以及表面的种类。

这样，基准向量能够根据被检物S而适当地设定。

此外，在使用在第1实施方式的变形例中说明的滤色器的情况下，作为一个例子，第1基准向量是与来自被检物S的表面的第1散射方向对应的颜色向量，第2基准向量是与和第1散射方向不同的第2散射方向对应的颜色向量。

(第3实施方式)

使用图12至图14说明第3实施方式。本实施方式是第1实施方式以及第2实施方式的变形例，对与在第1实施方式以及第2实施方式中说明的部件相同的部件或者具有相同的功能的部件尽量附加相同的符号，省略详细的说明。

如图12所示，光学装置12具有成像光学系统32和滤色器134。滤色器134配置于与成像光学系统32距离f的焦点面。然而，滤色器134既可以配置于成像光学系统32的前侧也可以配置于后侧。通过将滤色器134配置于成像光学系统32的焦点面，具有能够在拍摄图像整个面中使颜色与方向的关系恒定这样的效果。

在此，说明了第1实施方式以及第2实施方式所涉及的光学检查装置4的光学装置12的滤色器34相对于光轴C旋转对称、即、相对于光轴C各向同性的例子。其中，旋转对称是指在使形状相对于轴旋转时与旋转角小于360度的形状一致。在本实施方式中，说明滤色器134非各向同性的例子。

滤色器134被形成为将与光轴C正交的一个方向(后述的与第2轴Ay平行的方向)作为长度方向的例如矩形形状。在本实施方式中，滤色器134使第1波长和与第1波长不同的第2波长选择性地通过。滤色器134具有第1波长选择滤波器(波长选择区域)142以及第2波长选择滤波器(波长选择区域)144。此外，滤色器134的第1波长选择滤波器142以及第2波长选择滤波器144的周围具有光线遮挡部146。光线遮挡部146例如由黑色的板形成，保持第1波长选择滤波器142以及第2波长选择滤波器144。

在此，在本实施方式中，以与成像光学系统32的光轴C正交的方式设置第1轴Ax。在本实施方式中，沿着第1轴Ax的轴方向，第1波长选择滤波器142和第2波长选择滤波器144的区域分开。即，在使第1波长选择滤波器142沿着第1轴Ax的轴方向平行移动时，能够使第1波长选择滤波器142的端部与第2波长选择滤波器144的端部重叠。将此称为第1波长选择滤波器142和第2波长选择滤波器144在第1轴Ax上偏移地配置。在本实施方式中，将第2轴Ay设置为与第1轴Ax和光轴C这两者正交的方向。在本实施方式中，第2轴Ay的轴方向沿着滤色器134的长度方向。

第1波长选择滤波器142以及第2波长选择滤波器144分别沿着滤色器134的长度方向而形成。第1波长选择滤波器142配置于光轴C上。第1波长选择滤波器142与第2波长选择滤波器144相邻。滤色器134的第1波长选择滤波器142以及第2波长选择滤波器144与和第2轴Ay平行的轴并进对称地形成。

第1波长选择滤波器142使具有第1波长的光线(第1光线)通过。例如，第1波长设为蓝光(435nm)以及具有其附近的第1波长(400nm至500nm)的B光。第2波长选择滤波器144使第2波长的光线(第2光线)通过。第2波长设为红光(700nm)以及具有其附近的第2波长(600nm至700nm)的R光。第1波长选择滤波器142遮挡与第1波长不同的波长(包括第2波长)的光线。第2波长选择滤波器144遮挡与第2波长不同的波长(包括第1波长)的光线。

影像传感器14既可以是区段(area)传感器，也可以是线(line)传感器。另外，影像传感器14可以在各像素中具备R、G、B这3个通道的颜色通道。在此，如图12所示，影像传感器14设为区段传感器，设为各像素具备红和蓝这2个颜色通道。即，影像传感器14能够利用独立的颜色通道分别接受B光和R光。

将第1轴Ax和光轴C张开的面设为第1面(假想面)，将第2轴Ay和光轴C张开的面设为第2面(假想面)。在图13中，示出沿着第1面的光学检查装置4的剖面图。在图14中，示出沿着第2面的光学检查装置4的剖面图。

如图12以及图13所示，将来自被检物S的光线中的与光轴C平行并且位于第1面内的光线设为第1光线群L1。代表第1光线群L1，考虑第1光线L1a以及第1光线L1b这2个光线。将来自物体侧的光线中的相对于光轴C倾斜的方向并且位于第1面内的光线设为第2光线群L2。代表第2光线群L2，考虑第2光线L2a以及第2光线L2b这2个光线。

如图12以及图14所示，将来自物体侧的光线中的与光轴C平行并且位于第2面内的光线设为第3光线群。代表第3光线群，考虑第3光线L3。将来自物体侧的光线中的相对于光轴C倾斜的方向并且位于第2面内的光线设为第4光线群。代表第4光线群，考虑第4光线L4。

如图12以及图13所示，与第1面平行的面与滤色器134的第1波长选择滤波器142以及第2波长选择滤波器144同时交叉。即，与第1面平行的面与滤色器134的至少2个不同的波长选择滤波器142、144交叉。如图12以及图14所示，与第2面平行的面与滤色器134的一个波长选择滤波器142交叉。即，在滤色器134中，在第1面和第2面中与滤色器134的波长选择滤波器142、144交叉的数量不同，所以是非各向同性，存在各向异性。换言之，在滤色器134中，根据第1轴Ax和第2轴Ay的方向，波长选择滤波器142、144的分布不同，成为非各向同性。

在利用成像光学系统32使来自被检物S的物点O的光线在像点成像的光学系统中，一般，将如在物体侧主光线与光轴C平行的光学系统称为物体侧远心光学系统。在本实施方式中，在物体侧与光轴C实质上平行的光线由成像光学系统32成像时，光线具有物体侧远心性。另一方面，在物体侧与光轴C实质上不平行而倾斜的光线由成像光学系统32成像时，光线具有物体侧非远心性。

来自物体侧的第1光线群的光线L1a、L1b与光轴C平行。光线L1a、L1b到达成像光学系统32的焦点面的焦点。因此，第1光线L1a、L1b到达设置于焦点面的滤色器134的第1波长选择滤波器142。即，在第1面内具有远心性的第1光线L1a、L1b到达第1波长选择滤波器142。

来自物体侧的第2光线群的光线L2a、L2b在第1面内相对于光轴C倾斜。第2光线群的光线L2a、L2b在成像光学系统32的焦点面中脱离焦点，例如到达第2波长选择滤波器144。即，第2光线L2a、L2b到达第2波长选择滤波器144。即，在第1面内具有非远心性的光线L2a、L2b到达第2波长选择滤波器144。

此外，在第1面内相对于光轴C倾斜的物体侧的光线的一部分除了到达第2波长选择滤波器144以外，还到达光线遮挡部146。

来自物体侧的第3光线群的光线L3在第2面内与光轴C平行。第3光线群的光线L3到达成像光学系统32的焦点面的焦点。因此，第3光线L3到达设置于焦点面的滤色器134的第1波长选择滤波器142。即，在第2面内具有远心性的光线L3到达第1波长选择滤波器142。

来自物体侧的第4光线群的光线L4在第2面内相对于光轴C倾斜。第4光线群的光线L4到达在成像光学系统32的焦点面中脱离焦点的部位即第1波长选择滤波器142。即，第4光线L4到达第1波长选择滤波器142。即，在第2面内具有非远心性的光线到达第1波长选择滤波器142。

此外，在第2面内相对于光轴C倾斜的物体侧的光线不到达光线遮挡部146。

这样，在第1面内具有远心性的光线L1a、L1b和具有非远心性的光线L2a、L2b分别到达不同的波长选择区域。另一方面，在第2面内具有远心性的光线L3和具有非远心性的光线L4都到达相同的波长选择滤波器142。

考虑对于从物体侧以任意的方向到达成像光学系统32的任意的光线，将其路径投影到第1面的情形(参照图12以及图13)和投影到第2面的情形(参照图12以及图14)。对于这些投影的光线，上述性质同样地分别成立。即，投影到第1面的、具有远心性的光线和具有非远心性的光线到达滤色器134的不同的波长选择区域。另一方面，投影到第2面的、具有远心性的光线和具有非远心性的光线都到达相同的波长选择滤波器142。

在利用本实施方式的光学检查装置4的影像传感器14对物体的B光(第1波长的光线)进行拍摄的情况下、即、在得到B图像数据Ib时，滤色器134的第1波长选择滤波器142将B光朝向影像传感器14射出。此时，滤色器134的第1波长选择滤波器142遮挡R光(第2波长的光线)。B光在第1轴Ax的轴方向上具有远心性。因此，光学检查装置4能够利用影像传感器14取得具有远心性的B图像数据Ib。

在利用光学检查装置4的影像传感器14对物体的R光(第2波长的光线)进行拍摄的情况下、即、在得到R图像数据Ir时，滤色器134的第2波长选择滤波器144将R光朝向影像传感器14射出。此时，滤色器134的第2波长选择滤波器144遮挡B光(第1波长的光线)。R光在第1轴Ax的轴方向和第2轴Ay的轴方向上都具有非远心性。这还能够换种说法称为具有偏心性。即，光学检查装置4能够利用影像传感器14取得R光的偏心图像。由此，光学检查装置4能够取得视角大的图像。

这样，本实施方式所涉及的光学检查装置4的影像传感器14沿着第1轴Ax的方向，同时取得B光(例如与正反射光相当)以及R光(例如与散射光相当)的图像。

这样，在成像光学系统32与影像传感器14之间设置于成像光学系统32的焦点面的滤色器134根据来自被检物S的光线方向，将第1波长的光线(例如B光)和与第1波长不同的波长的第2波长的光线(例如R光)朝向影像传感器14射出。然后，滤色器134在影像传感器14中分别取得与第1波长有关的第1图像的信息以及与第2波长的光线有关的第2图像的信息。此时，影像传感器14同时取得通过滤色器134后的第1波长以及第2波长的光线的图像。

此外，在本实施方式所涉及的光学检查装置4的影像传感器14的各像素中取得的R图像数据Ir以及B图像数据Ib的光线强度在认为来自被检物S上的物点的反射光的光量恒定时互补地变化。即，在某个像素中，当通过滤色器134的来自被检物S的反射光线中的某个像素中的R光的光线强度变强时，在该像素中B光的光线强度变弱。另外，当在另外某个像素中B光的光线强度变强时，在该像素中R光的光线强度变弱。这是因为颜色与光线的方向是对应起来的。即，在反射光(例如R光)的强度恒定时，当在某个方向上反射光分量集中时，与B光、G光相当的剩余的方向分量变小。

例如，设为被检物S的表面是图4所示的标准表面S1。此时，通过相机13的滤色器134入射到影像传感器14的光中的来自标准表面S1的光线基于通过滤色器134的光轴C上(区域A1上)的B光。因此，影像传感器14在B图像数据Ib中将来自标准表面S1的正反射光得到为蓝色的图像。图4所示的被检物S的标准表面S1的B图像数据Ib全部得到为蓝色的图像。

对于影像传感器14，来自与标准表面S1相当的位置的光中的R光不入射，或者即使入射但像素值小到能够忽略的程度。因此，R图像数据Ir中的标准表面S1的图像成为黑色。

另外，在本实施方式中，通过滤色器134入射到影像传感器14的光中的来自被检物S的表面的G光不入射，或者即使入射但像素值小到能够忽略的程度。因此，G图像数据Ig整体成为黑色。

因此，由本实施方式所涉及的光学检查装置4得到的RGB图像数据Irgb被附加与基于滤色器34的光线的方向信息对应的颜色。将该RGB图像数据Irgb分离到各颜色通道而得到的R图像数据Ir、G图像数据Ig以及B图像数据Ib分别成为基于被检物S的表面信息(凹凸信息)的图像。这样，本实施方式所涉及的光学检查装置4通过由影像传感器14拍摄到的图像，取得被检物S的结构(凹凸)信息。

而且，在被检物S的表面是图4所示的标准表面S1的情况下，得到如图5所示的颜色坐标系的图形。

例如，设为被检物S的表面在图6所示的标准表面S1中具有被检测部S2。

通过相机13的滤色器134入射到影像传感器14的光中的来自标准表面S1的光线基于通过滤色器34的光轴C上(区域A1上)的B光。因此，影像传感器14在B图像数据Ib中将来自标准表面S1的正反射光得到为蓝色的图像。

在本实施方式中，来自与被检测部S2相当的位置的光在第1面(参照图13)中不作为B光入射到影像传感器14。另一方面，来自与被检测部S2相当的位置的光在第2面(参照图14)中作为B光入射到影像传感器14。

另外，来自与被检测部S2相当的位置的光在第1面(参照图13)中作为R光入射到影像传感器14。另外，虽然未图示，关于来自与被检测部S2相当的位置的光，在与第2面(参照图14)平行的第2波长选择滤波器144中，R光透射，作为R光入射到影像传感器14。

因此，在被检物S的表面在图6所示的标准表面S1具有被检测部S2的情况下，得到如图7所示的颜色坐标系的图形。

因此，根据被检物S的表面状态，图5所示的颜色向量的方向以及图7所示的颜色向量的方向变化。因此，通过使用本实施方式所涉及的光学检查装置4的相机13(参照图12至图14)，利用图1所示的处理装置20进行在第1实施方式中说明的处理，能够检查被检物S的表面的表面状态。

另外，设为被检物S的表面是第2实施方式的图9以及图10所示的状态。在该情况下，通过使用本实施方式所涉及的光学检查装置4的相机13(参照图12至图14)，如在第2实施方式中说明的那样设定基准向量数据24b，也能够判别被检物S的表面的表面状态。

根据本实施方式，能够提供能够良好地检查被检物S的表面状态的光学检查方法、光学检查程序24a、处理装置20以及光学检查装置4。

(第4实施方式)

使用图15以及图16说明第4实施方式。本实施方式是第1实施方式至第3实施方式的变形例，对与在第1实施方式至第3实施方式中说明的部件相同的部件或者具有相同的功能的部件尽量附加相同的符号，省略详细的说明。

如图15所示，光学装置12具备滤色器(波长选择部)234以及成像光学系统(成像透镜)32。在本实施方式中，在滤色器234与影像传感器14之间，配设有成像光学系统32。影像传感器14具有在与成像光学系统32距离L处成为成像面的受光部(受光面)14a。光学装置12以及影像传感器14构成所谓的相机(摄影部)13。

滤色器234在某个剖面中具有第1波长选择区域242、第2波长选择区域244以及第3波长选择区域246。第1波长选择区域242以及第2波长选择区域244使不同的波长范围的光透射。第3波长选择区域246例如能够使与第2波长选择区域244相同的波长的光透射。

此外，也可以代替滤色器234而使用在第1实施方式中说明的滤色器34，还可以使用在第3实施方式中说明的滤色器134。

本实施方式所涉及的光源16能够将有指向性的照明光照射到被检物S。来自光源16的照明光以相对于被检物S的表面倾斜的状态照射。

说明本实施方式所涉及的光学检查系统2的动作。

在图15中，设为被检物S的表面基本上是镜面(标准表面)S1。在该表面上，存在作为具有扩散面的微小缺陷的被检测部S2。此时，在镜面状的被检物S的表面上取第1物点O1，在被检测部S2上取第2物点O2。

从光源16入射到第1物点O1的照明光在第1物点O1被反射为第1反射光L1。入射到第1物点O1的照明光的入射角和在第1物点O1反射的光的反射角相对于成像光学系统32的光轴一致。

第1物点O1位于镜面的面上，所以在光中镜面反射分量(正反射分量)变多。在此，来自光源16的照明光具有指向性，所以依照该方向决定镜面反射分量的方向。即，第1反射光的配光分布如在图15中以符号L1示出的那样，易于成为窄的角度分布。

入射到第2物点O2的光被反射为第2反射光L21、L22。第2物点O2位于例如粗糙面上，所以第2反射光包含扩散分量L22。然而，来自光源16的照明光具有指向性。因此，第2反射光还包含镜面反射分量L21。即，光的配光分布如在图15中以符号L21、L22示出的那样，与镜面反射分量L21一起，还具有扩散分量L22。即，第2反射光的配光分量易于成为宽的角度分布。

在有微小缺陷的第2物点O2中，第2反射光具有扩散分量L22和镜面反射分量L21。光通过滤色器234，进而通过成像光学系统32。此时，在滤色器234中，光选择性地通过第1波长选择区域242和第2波长选择区域244。通过第1波长选择区域242的光成为例如波长范围400nm至500nm的蓝(B)光。通过第2波长选择区域244的光成为例如波长范围600nm至700nm的红(R)光。即，第2反射光通过至少2个以上的不同的波长选择区域242、244。然后，由成像光学系统32在影像传感器14上成像。来自第2物点O2的第2反射光根据反射方向，通过第3波长选择区域246在影像传感器14上成像。

在无微小缺陷的第1物点O1中，第1反射光成为大致镜面反射分量L1。因此，第1反射光通过滤色器234的第2波长选择区域244。通过第2波长选择区域244的镜面反射分量L1的光成为例如波长范围600nm至700nm的红(R)光。

由处理装置20计算与各物点O1、O2对应的颜色向量C2＝(IR,IB)。与第1物点O1对应的颜色向量C21具有红强度分量(IR)。与第2物点O2对应的颜色向量C22具有蓝强度分量(IB)以及红强度分量(IR)。

由此，无微小缺陷的第1物点O1处的颜色向量C21的方向和作为微小缺陷的第2物点O2处的颜色向量C22的方向不同。即，能够根据颜色向量C21、C22的方向，识别有/无微小缺陷。

如上所述，通过将基于来自第1物点O1的第1反射光的颜色向量C21作为基准向量，将基于来自第2物点O2的第2反射光的各像素中的颜色向量C2与基准向量进行比较，能够判别被检物S的表面状态。而且，有/无微小缺陷的识别根据在第1实施方式中说明的光学检查程序24a、基准向量数据24b依照图8所示的流程图输出。

在本实施方式中，说明了将来自光源16的照明光相对于被检物S斜入射的例子。这样，来自光源16的照明光不限于同轴落射照明，能够使用来自各种方向的照明光。利用这样的照明光，也能够比较由处理装置20计算颜色向量Cn得到的计算结果与基准向量，判别被检物S的表面状态。

因此，根据本实施方式，能够提供能够良好地检查被检物S的表面状态的光学检查方法、光学检查程序24a、处理装置20以及光学检查装置4。

此外，滤色器234的位置既可以在被检物S与成像光学系统32之间，也可以在成像光学系统32与影像传感器14之间。在成像光学系统32例如由多个透镜构成的情况下，也可以在多个透镜之间配置滤色器234。

根据以上叙述的至少一个实施方式，能够提供能够良好地检查被检物S的表面状态的光学检查方法、光学检查程序24a、处理装置20以及光学检查装置4。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅作为例子而示出，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、要旨，并且包含于权利要求书记载的发明及其均等的范围。

Claims (9)

1.一种被检物的表面状态的光学检查方法，包括：

通过使用使来自被检物的表面的相互不同的多个波长选择性地通过的波长选择部的光学上的成像，在与影像传感器的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维的颜色坐标系中取得与所述波长对应的颜色的颜色向量，其中n为1以上的自然数；以及

根据所述颜色坐标系中的所述颜色向量的方向，判别所述被检物的表面状态。

2.根据权利要求1所述的光学检查方法，其中，

所述光学检查方法包括将所述颜色坐标系中的所述颜色向量的方向与所述多个波长对应起来。

3.根据权利要求1或2所述的光学检查方法，其中，

关于所述相互不同的多个波长，来自所述被检物的光的方向分别不同。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学检查方法，其中，

判别所述被检物的表面状态包括设定成为所述被检物的表面状态的判别的基准的基准向量，根据所述基准向量与所述颜色向量的方向的差异来进行判别。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学检查方法，其中，

判别所述被检物的表面状态包括计算成为所述被检物的表面状态的判别的基准的基准向量与所述颜色向量的方向的接近程度。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学检查方法，其中，

在将与来自所述被检物的表面的正反射方向或第1散射方向对应的颜色向量设为第1基准向量、将与和所述正反射方向或所述第1散射方向不同的第2散射方向对应的颜色向量设为第2基准向量时，

判别所述被检物的表面状态包括根据所述颜色向量的方向是接近所述第1基准向量的方向还是接近所述第2基准向量的方向，判别所述表面的种类。

7.一种被检物的表面状态的光学检查程序，使计算机执行：

通过使用使来自被检物的表面的相互不同的多个波长选择性地通过的波长选择部的光学上的成像，在与影像传感器的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维的颜色坐标系中取得与所述波长对应的颜色的颜色向量，其中n为1以上的自然数；以及

根据所述颜色坐标系中的所述颜色向量的方向，判别所述被检物的表面状态。

8.一种在被检物的表面状态的光学检查中使用的处理装置，包括处理器，该处理器

通过使用使来自被检物的表面的相互不同的多个波长选择性地通过的波长选择部的光学上的成像，在与影像传感器的各像素的多个颜色通道的数量相同或者比该数量更少的n维的颜色坐标系中取得与所述波长对应的颜色的颜色向量，其中n为1以上的自然数，

根据所述颜色坐标系中的所述颜色向量的方向，判别所述被检物的表面状态。

9.一种光学检查装置，具有：

摄影部，具有：

波长选择部，设置于成像光学系统的焦点的位置，使来自被检物的表面的相互不同的多个波长选择性地通过；和

影像传感器，对通过所述波长选择部的光进行拍摄；以及权利要求8所述的处理装置，根据由所述影像传感器取得的图像来取得所述颜色向量，并且根据所述颜色向量的方向来判别所述被检物的表面状态。

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