JP2015114186A - 表面凹凸状態の可視化方法および表面凹凸状態の可視化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面凹凸状態を簡便に可視化することができる装置を提供する。【解決手段】表面凹凸状態の可視化装置（撮像装置１００）は、被対象物を配置する配置部１０と、配置部１０に配置される被対象物の観測表面１ａの法線方向よりずれた方向から観測表面１ａに観測光を照射する光源２０と、観測表面１ａからの観測光の正反射光が受光できる観測位置で、観測光の反射光によって観測表面１ａを撮像し観測像を得る観測部３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、表面凹凸状態の可視化方法および表面凹凸状態の可視化装置に関する。

従来、物体の表面凹凸状態を評価する方法として、接触式変位計や非接触式変位計を利用する方法が知られている。接触式変位計としては、例えば、物体の表面に当接させる探針を備えた可動部材の位置（物体の凹凸に合わせて移動する相対位置）を光学的に検出することで物体表面の凹凸を測定する表面形状測定装置が特許文献１に記載されている。また、非接触式変位計としては、例えば、レーザー変位計が知られている。これは、レーザー光を物体の表面に照射し、その反射光の変化により表面の凹凸を計るものである。
また、物体の表面凹凸状態を非接触で評価する方法として光切断法が知られている。これは、物体の表面に対して斜め上方からスリット光を当て、表面の凹凸の度合いに応じて生じる照射位置（反射位置）のズレを観測する方法である。例えば、特許文献２には、この技術を用いた光切断顕微鏡が記載されている。

特開２０１０−９６５７０号公報 実開平５−９２６２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の表面形状測定装置やレーザー変位計は、評価（測定）する箇所が点であるため、表面のより広い範囲の凹凸を評価するためには、その範囲全体を走査する必要があるなど時間がかかるという問題があった。特許文献２に記載されるような光切断法であっても、評価・測定する箇所が線であり、やはり、表面のより広い範囲の凹凸を評価するためには、その範囲全体を走査する必要があった。また、表面に広がる凹凸の状態を視認できるようにするためには、走査して得られた情報を蓄積し、面情報に置き換えて表示するなどの処理手段や処理時間が必要であった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］ 本適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法は、被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から前記観測表面に観測光を照射し、前記観測表面からの前記観測光の正反射光が受光できる観測位置で、前記観測光の反射光によって前記観測表面を撮像し観測像を得ることを特徴とする。

本適用例による表面凹凸状態の可視化方法によれば、被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から観測表面に観測光を照射し、観測表面からの観測光の正反射光が受光できる観測位置で、観測光の反射光によって観測表面を撮像し観測像を得る。被対象物の観測表面に凹凸がある場合には、観測表面の法線方向よりずれた方向から照射される観測光の反射光により観測表面を撮像することにより、その凹凸が反映した観測像を得ることができる。具体的には、観測像には、観測表面の凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などの評価ができる情報が記録される（つまり可視化される）。この可視化された情報によって、被対象物の観測表面の凹凸状態を簡便に評価することができる。

［適用例２］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法において、前記観測光の拡散反射光を含む反射光により前記観測像を得ることを特徴とする。

本適用例による表面凹凸状態の可視化方法によれば、被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から観測表面に観測光を照射し、観測表面からの観測光の正反射光が受光できる観測位置で、観測光の拡散反射光を含む反射光により観測表面を撮像し観測像を得る。例えば、観測表面が凹凸の無い鏡面の場合には、観測光は観測表面に吸収されるかあるいは正反射光として反射される。従って、観測像は、正反射光によってのみ構成される。これに対して、観測表面に凹凸があり、その凹凸が観測光の波長と同程度、あるいはそれより大きい場合には反射光は拡散反射光として凹凸に応じ色々な方向に広がる。その結果、観測位置に到達する反射光は、正反射光以外にも拡散反射光も含まれることになる。つまり、観測表面に凹凸が有る場合には、その凹凸部分からの拡散反射光も含まれた観測像が得られる。換言すると、観測像から正反射光による部分を除いて得られる観測像は、表面凹凸状態が反映された観測像であると言える。従って、本適用例のように、観測光の拡散反射光を含む反射光により観測像を得ることで、表面凹凸状態を簡便に可視化することができる。

［適用例３］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法において、前記観測像を基に前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換することが好ましい。

本適用例のように、観測表面の観測像を基に観測表面に正対した時に得られる画像に変換することで、観測表面の表面凹凸状態をより実際に即した状態として可視化することができる。具体的には、観測表面の凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などの情報が、実際の（被対象物の）観測表面に正対視したときと同じ位置関係で可視化できるため、表面凹凸状態の評価においてその利便性が高い。

［適用例４］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法において、前記被対象物を配置する配置部または前記観測表面に目盛りを設け、前記観測位置で撮像された前記配置部または前記観測表面の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面の観測像を前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換することが好ましい。

本適用例によれば、被対象物を配置する配置部または観測表面に目盛りを設け、観測位置で撮像された配置部または観測表面の観測像に含まれる目盛りの画像情報に基づいて観測表面の観測像を観測表面に正対した時に得られる画像に変換する。予めその寸法情報が既知の目盛りを設けることにより、撮像された観測像に含まれる目盛りの画像情報から得られる寸法情報を対比させることで簡便に観測表面に正対した時に得られる画像への変換係数（変換関数）が算出される。従って、観測像から観測表面に正対した時に得られる画像への変換を簡便にまた正確に行うことができる。

［適用例５］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法において、前記被対象物を配置する配置部または前記観測表面に目盛りを設け、前記観測位置で撮像された前記配置部または前記観測表面の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面と前記観測位置との相対位置情報を算出することを特徴とする。

本適用例によれば、被対象物を配置する配置部または観測表面に目盛りを設け、観測位置で撮像された配置部または観測表面の観測像に含まれる目盛りの画像情報に基づいて観測表面と観測位置との相対位置情報を算出する。予めその寸法情報が既知の目盛りを設けることにより、撮像された観測像に含まれる目盛りの画像情報から得られる寸法情報を対比させることで簡便に観測表面と観測位置との相対位置情報が算出される。相対位置情報とは、具体的には、観測表面と観測位置との距離、観測表面と観測位置との相対角度などである。これらの相対位置情報は、観測表面の表面凹凸状態を可視化している条件情報であり、この情報を用いることにより、例えば、表面凹凸状態の評価において、その指標や方法の統一、評価の比較・再現などが簡便に行えるようになる。

［適用例６］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法において、過去に算出された前記相対位置情報を基に、前記観測位置を再現することを特徴とする。

本適用例のように、過去に算出された相対位置情報を基に、観測位置を再現することで、例えば、表面凹凸状態の評価において、その指標や方法の統一、評価の比較・再現などが簡便に行えるようになる。

［適用例７］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化方法において、前記観測位置で撮像された前記観測表面のＲＧＢ画像を基に色変換し、前記観測表面のＬ＊ａ＊ｂ＊画像を形成することが好ましい。

本適用例によれば、観測位置で撮像された観測表面のＲＧＢ画像を基に色変換し、観測表面のＬ^*ａ^*ｂ^*画像を形成する。Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間は、ＲＧＢ色空間と異なり、人間の視覚が有する心理物理学的な色の距離に基づいて（近似させて）変換された色空間であるため、可視化された観測像を視認して得られる観測表面の表面凹凸状態の情報は、実際の観測表面の表面凹凸状態により近いものとして得られる。つまり、表面凹凸状態の評価においてその利便性が高い観測像を得ることができる。

［適用例８］ 本適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置は、被対象物を配置する配置部と、前記配置部に配置される前記被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から前記観測表面に観測光を照射する光源と、前記観測表面からの前記観測光の正反射光が受光できる観測位置で、前記観測光の反射光によって前記観測表面を撮像し観測像を得る観測部と、を備えることを特徴とする。

本適用例による表面凹凸状態の可視化装置によれば、被対象物を配置する配置部と、配置部に配置される被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から観測表面に観測光を照射する光源と、観測表面からの観測光の正反射光が受光できる観測位置で、観測光の反射光によって観測表面を撮像し観測像を得る観測部とを備えている。被対象物の観測表面に凹凸がある場合には、観測表面の法線方向よりずれた方向から照射される観測光の反射光により観測表面を撮像することにより、その凹凸が反映した観測像を得ることができる。具体的には、観測像には、観測表面の凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などの評価ができる情報が記録される（つまり可視化される）。
従って、本適用例による表面凹凸状態の可視化装置によれば、観測表面の凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などを簡便に可視化することができる。また、この可視化された情報によって、被対象物の観測表面の凹凸状態を簡便に評価することができる。

［適用例９］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記観測部がエリアセンサーであることを特徴とする。

本適用例によれば、観測部がエリアセンサーであるため、被対象物の観測表面を走査することなく、瞬時に表面の情報として捉えることができる。その結果、観測表面に広がる凹凸の状態をより効率的に短時間で視認することができる。

［適用例１０］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記観測部は、前記観測光の拡散反射光を含む反射光により前記観測像を得ることを特徴とする。

本適用例による表面凹凸状態の可視化装置によれば、光源は、被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から観測表面に観測光を照射し、観測部は、観測表面からの観測光の正反射光が受光できる観測位置で、観測光の拡散反射光を含む反射光により観測表面を撮像し観測像を得る。例えば、観測表面が凹凸の無い鏡面の場合には、観測光は観測表面に吸収されるかあるいは正反射光として反射される。従って、観測像は、正反射光によってのみ構成される。これに対して、観測表面に凹凸があり、その凹凸が観測光の波長と同程度、あるいはそれより大きい場合には反射光は拡散反射光として凹凸に応じ色々な方向に広がる。その結果、観測位置に到達する反射光は、正反射光以外にも拡散反射光も含まれることになる。つまり、観測表面に凹凸が有る場合には、その凹凸部分からの拡散反射光を含む反射光により観測像が得られる。換言すると、観測像から正反射光による部分を除いて得られる観測像は、表面凹凸状態が反映された観測像であると言える。従って、本適用例のように、観測光の拡散反射光を含む反射光により観測像を得ることで、表面凹凸状態を簡便に可視化することができる。

［適用例１１］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記観測像を前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換する射影変換部を備えることを特徴とする。

本適用例のように、観測位置で撮像された観測表面の観測像を観測表面に正対した時に得られる画像に変換することで、観測表面の表面凹凸状態がより実際に即した状態として可視化される。具体的には、観測表面の凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などの情報が、実際の（被対象物の）観測表面に正対視したときと同じ位置関係で可視化できるため、表面凹凸状態の評価においてその利便性が高い。

［適用例１２］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記配置部には目盛りが設けられ、前記射影変換部は、前記観測位置で撮像された前記配置部の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面の観測像を前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換することが好ましい。

本適用例によれば、配置部には目盛りが設けられ、射影変換部は、観測位置で撮像された配置部の観測像に含まれる目盛りの画像情報に基づいて観測表面の観測像を観測表面に正対した時に得られる画像に変換する。予めその寸法情報が既知の目盛りが設けられることにより、撮像された観測像に含まれる目盛りの画像情報から得られる寸法情報を対比させることで簡便に観測表面に正対した時に得られる画像への変換係数（変換関数）が算出される。従って、本適用例によれば、観測像から観測表面に正対した時に得られる画像への変換が簡便にまた正確に行われる。

［適用例１３］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記配置部には目盛りが設けられ、前記観測位置で撮像された前記配置部の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面と前記観測位置との相対位置情報を算出する位置演算部を備えることを特徴とする。

本適用例による表面凹凸状態の可視化装置によれば、配置部には目盛りが設けられ、観測位置で撮像された配置部の観測像に含まれる目盛りの画像情報に基づいて観測表面と観測位置との相対位置情報を算出する位置演算部を備えている。予めその寸法情報が既知の目盛りが設けられることにより、撮像された観測像に含まれる目盛りの画像情報から得られる寸法情報を対比させることで簡便に観測表面と観測位置との相対位置情報が算出される。相対位置情報とは、具体的には、観測表面と観測位置との距離、観測表面と観測位置との相対角度などである。これらの相対位置情報は、観測表面の表面凹凸状態を可視化している条件情報であり、この情報を用いることにより、例えば、表面凹凸状態の評価において、その指標や方法の統一、評価の比較・再現などが簡便に行えるようになる。

［適用例１４］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記光源の位置を移動させる光源移動機構と、前記観測部の前記観測位置を移動させる観測部移動機構とを備え、前記光源移動機構および前記観測部移動機構は、過去に算出された前記相対位置情報を基に、前記光源および前記観測部の位置を再現することを特徴とする。

本適用例による表面凹凸状態の可視化装置によれば、光源の位置を移動させる光源移動機構と、観測部の観測位置を移動させる観測部移動機構とを備え、光源移動機構および観測部移動機構は、過去に算出された相対位置情報を基に、光源および観測部の位置を再現する。過去に算出された相対位置情報を基に、観測位置を再現することで、例えば、表面凹凸状態の評価において、その指標や方法の統一、評価の比較・再現などが簡便に行えるようになる。

［適用例１５］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記配置部が、前記被対象物を吸着する静電吸着板を備えていることが好ましい。

本適用例のように、配置部が、被対象物を吸着する静電吸着板を備えることで、より正確に被対象物の観測表面の凹凸状態の可視化を行うことができる。具体的には、例えば、被対象物が薄いシートなどの場合において、このシートを静電吸着板に吸着させることで、シートの撓みなどを軽減することができるため、シート表面の凹凸状態がより的確に正確に可視化される。

［適用例１６］ 上記適用例に係る表面凹凸状態の可視化装置において、前記観測位置で撮像された前記観測表面のＲＧＢ画像を前記観測表面のＬ＊ａ＊ｂ＊画像に変換する色変換部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、観測位置で撮像された観測表面のＲＧＢ画像を観測表面のＬ^*ａ^*ｂ^*画像に変換する色変換部を備える。Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間は、ＲＧＢ色空間と異なり、人間の視覚が有する心理物理学的な色の距離に基づいて（近似させて）変換された色空間であるため、可視化された観測像を視認して得られる観測表面の表面凹凸状態の情報は、実際の観測表面の表面凹凸状態により近いものとして得られる。つまり、表面凹凸状態の評価においてその利便性が高い観測像を得ることができる。

実施形態１に係る表面凹凸状態の可視化装置としての撮像装置の構成図 （ａ）配置部に設けられた目盛りの例を示す平面図、（ｂ）観測部が捉えた目盛りの観測像の例 撮像装置の機能を示すブロック図 観測表面上の座標（ｕ，ｖ）と観測部が備えるエリアセンサー上の座標（ｘ，ｙ）との関係を示す側面図 （ａ）正面画像に変換された観測像の例、（ｂ）被対象物表面の凹凸の例を示す断面図、（ｃ）拡散反射光による観測像の説明図 （ａ）観測表面の凹凸状態を数値化するエリアを示す平面図、（ｂ）観測表面の凹凸状態の例を示すグラフ

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る「表面凹凸状態の可視化装置」としての撮像装置１００の構成図である。
撮像装置１００は、被対象物の表面の凹凸状態を可視化する撮像装置であり、配置部１０、光源２０、観測部３０、光源移動機構８０、観測部移動機構８１、制御部９０（図３参照）などを備えている。
撮像装置１００は、被対象物として、例えば、平板やシート、紙などを対象としているが、これに限定するものではなく、これらで構成される製品や、ブロック体、球体などであっても良い。なお、以下では、被対象物としてシート１を例に説明する。

配置部１０は、平板からなる基部２の中央領域に設けられ、シート１を吸着し配置する静電吸着板１１を備えている。静電吸着板１１は、内部に備える電極（図示省略）に印加される電圧によって発生するクーロン力でシート１を吸着する。また、静電吸着板１１の表面には、後述する目盛り１２が設けられている。
なお、シート１を吸着する方法は、静電吸着に限定するものではなく、例えば、バキュームなどで吸着する方法であっても良い。また、シート１が撓んだり僅かな力でずれ動いたりするおそれが無い場合には、必ずしもこのような吸着機構を設ける必要はない。

光源２０は、シート１の観測表面１ａの法線方向よりずれた方向から観測表面１ａに観測光を照射する光源であり、基部２に設置された光源移動機構８０によって移動可能に支えられている。光源移動機構８０は、光源２０の位置を移動させることにより、観測表面１ａに照射する観測光の照射角（入射角φ）を調整することができる。
光源２０には、好適例として蛍光管を用いているがこれに限定するものではなく、被対象物やその観測表面の観測したい表面凹凸状態に合わせて様々なものが利用できる。例えば、蛍光管のような管状体ではなく、電球のような点光源であっても良い。

観測部３０は、撮像用のエリアセンサー３２を備えたカメラであり、観測表面１ａからの観測光の正反射光が受光できる観測位置（以下、観測位置Ｘという）で、観測光の反射光によって観測表面１ａを撮像し観測像を得る。観測部３０は、基部２に設置された観測部移動機構８１によって移動可能に支えられている。観測部移動機構８１は、観測部３０の位置を移動させたり、角度（向き）を変えたりすることにより、観測表面１ａに照射される観測光の正反射光が受光できるように調整することができる。

このような構成において、光源２０から照射され、シート１の法線方向に対して入射角φで照射される観測光の正反射光が観測部３０によって受光されるように、光源２０および観測部３０が配置される。また、観測部３０が備える光学系３１は、エリアセンサー３２の視野内に配置部１０の全領域が納まるように設定されている。

図２（ａ）は、配置部１０に設けられた目盛りの例を示す平面図である。
配置部１０（具体的には静電吸着板１１の表面）には、図２（ａ）に示すような目盛り１２が設けられている。目盛り１２は、例えば、同心に描かれた複数の正方形、直交する中心線、最外周の正方形の辺上に描かれた微細目盛りなどから構成されている。図２（ａ）に示す目盛り１２の例では、最内側の正方形の辺の長さの２分の１をａとしたときに、同心に描かれた正方形の辺の長さの２分の１がそれぞれ２ａ、３ａ、４ａ、微細目盛りが０．１ａとなっている。

図２（ｂ）は、観測部３０が捉えた目盛り１２の観測像の例である。
観測部３０では、配置部１０を傾きφの角度で捉えるため、図２（ｂ）に示すように、目盛り１２が台形状に歪んだ画像として観測される。

図３は、撮像装置１００の機能を示すブロック図である。
制御部９０は、例えばパーソナルコンピューターで構成され、観測部３０が捉えた観測像の画像処理や、光源移動機構８０、観測部移動機構８１の制御などを行う。
制御部９０は、その機能として射影変換部９１、色変換部９２、位置演算部９３などを備えている。また、観測像や、それぞれの機能による変換結果、演算結果などを記憶する記憶部９４、それらを表示する表示部９５などを備えている。

射影変換部９１は、観測位置Ｘで撮像された観測表面１ａの観測像（図２（ｂ）に示すように台形状に歪んだ画像）を観測表面１ａの正面画像に変換する機能を有する。射影変換部９１は、観測位置Ｘで撮像された配置部１０の観測像に含まれる目盛り１２の画像情報に基づいて観測表面１ａの観測像を観測表面１ａの正面画像に変換する。ここで正面画像とは、観測表面１ａの法線方向から観測した画像、すなわち、観測表面１ａに正対した時に得られる画像を指す。
以下に具体的に説明する。

図４は、観測表面１ａ上の座標（ｕ，ｖ）と観測部３０が備えるエリアセンサー３２上の座標（ｘ，ｙ）との関係を示す側面図である。
観測部３０が捉えて得た観測像と観測表面１ａとの関係は、図４に示す平面Ｌ上の画像と平面Ｌ’上の画像との関係のように、投影中心Ｏによる射影投影の関係にある。つまり、観測表面１ａ（平面Ｌ’）上の点Ｐ’（ｕ，ｖ）は、投影中心Ｏから光学系３１の焦点距離ｅだけ離れた観測像（平面Ｌ）の点Ｐ（ｘ，ｙ）に投影される関係にある。すなわち、観測像を正面画像に変換するとは、平面Ｌ上の点Ｐ（ｘ，ｙ）を平面Ｌ’上の点Ｐ’（ｕ，ｖ）として射影変換することである。一般に、この射影変換は、以下に示す式１で示される。
なお、実際のエリアセンサー３２は、平面Ｌの位置ではなく、投影中心Ｏを挟んで反対側に焦点距離ｅの長さ離れた平面Ｌ１の位置（観測位置Ｘ）に受光面が置かれている。

観測像（平面Ｌ上の画像）に含まれる目盛り１２の画像情報（例えば長さｄや、目盛り１２の位置関係）は、観測表面１ａ（平面Ｌ’）上の実際の座標情報として既知（例えば長さＤや、実際の目盛り１２の位置関係）であるため、式１における各係数が求まる。射影変換部９１は、式１によって観測像を観測表面１ａの正面画像に変換する。

色変換部９２は、観測位置Ｘで撮像された観測表面１ａのＲＧＢ画像を観測表面１ａのＬ^*ａ^*ｂ^*画像に変換する機能を有する。具体的には、制御部９０は、予め、ＲＧＢ画像をＬ^*ａ^*ｂ^*画像に変換する変換テーブルを備えており、エリアセンサー３２が捉えた観測像（ＲＧＢ情報によって構成された画像）をＬ^*ａ^*ｂ^*情報によって構成された画像に変換する。

位置演算部９３は、観測位置Ｘで撮像された配置部１０の観測像に含まれる目盛り１２の画像情報に基づいて観測表面１ａと観測位置Ｘとの相対位置情報を算出する機能を有する。相対位置情報とは、具体的には、入射角φ（正反射角φ）と、それに対応した観測部３０（エリアセンサー３２）が設置された観測位置Ｘの座標などである。観測位置Ｘの座標は、例えば、配置部１０の中心座標を原点とした３次元座標であり、図４に示すように、光学系３１の焦点距離ｅ、観測像上の長さｄ、目盛り１２の長さＤなどから投影中心Ｏまでの距離Ｅ、観測部３０までの距離などを算出して得ることができる。

例えば、
τ＝ｔａｎ^-1（ｄ／ｅ）
Ｄ＝ｆ（φ）
＝Ｅ×ｔａｎ（τ）×｛ｓｉｎ（φ）×ｔａｎ（φ＋τ）＋ｃｏｓ（φ）｝
であり、正反射角φに対して、Ｄが既知であるため、下式のｇ（φ）が最小となる最適値φを探索することでφが得られる（最適化法）。
ｇ（φ）＝｛Ｄ−ｆ（φ）｝²

光源移動機構８０および観測部移動機構８１は、例えば、多軸ロボットアームなどで構成され、過去に算出されたこれらの相対位置情報を基に、制御部９０によって、光源２０および観測部３０の位置を再現することができる。

図５（ａ）は、正面画像に変換されたシート１の観測像の画像例１ｚを示している。図５（ｂ）は、被対象物（シート１）の表面の凹凸の例を示す断面図である。
図５（ａ）は、例えば、シート１に、図５（ｂ）に示すような周期性の凹凸が有り、またその表面が鏡面ではない場合に観測される観測像である。図５（ａ）において、画像例１ｚの中央には、光源２０（蛍光管）の正反射光が写っており、その上下領域には、観測表面１ａから反射する拡散光によって、観測表面１ａの凹凸が反映された像が写っている。

図５（ｃ）は、説明のため、図５（ａ）の正反射領域の画像を削除し、また、観測像で視認される凹凸が反映された画像を誇張して表現した画像である。
例えば、シート１の観測表面１ａが凹凸の無い鏡面の場合には、観測光は観測表面１ａに吸収されるかあるいは正反射光として反射される。従って、観測像は、正反射光によって構成される。これに対して、観測表面１ａが鏡面ではなく、また凹凸があり、その凹凸が観測光の波長と同程度、あるいはそれより大きい場合には反射光は凹凸に応じ様々な方向に拡散反射光として広がる。その結果、観測位置Ｘのエリアセンサー３２に到達する反射光は、正反射光以外にも拡散反射光も含まれることになる。つまり、観測表面１ａに凹凸が有る場合には、その凹凸部分からの拡散反射光を含む反射光により観測像が得られる。

以上述べたように、本実施形態による表面凹凸状態の可視化方法および表面凹凸状態の可視化装置によれば、以下の効果を得ることができる。
被対象物（シート１）を配置する配置部１０と、配置部１０に配置される被対象物の観測表面１ａの法線方向よりずれた方向から観測表面１ａに観測光を照射する光源２０と、観測表面１ａからの観測光の正反射光が受光できる観測位置Ｘで、観測光の反射光によって観測表面１ａを撮像し観測像を得る観測部３０とを備えている。被対象物の観測表面１ａに凹凸がある場合には、観測表面１ａの法線方向よりずれた方向から照射される観測光の反射光により観測表面１ａを撮像することにより、その凹凸が反映した観測像を得ることができる。つまり、観測像には、観測表面１ａの凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などの評価ができる情報が記録され可視化することができる。また、この可視化された情報によって、被対象物の観測表面１ａの凹凸状態を簡便に評価することができる。

また、観測部３０がエリアセンサー３２を備えるため、被対象物の観測表面１ａを走査することなく、瞬時に表面の情報として捉えることができる。その結果、観測表面１ａに広がる凹凸の状態をより効率的に短時間で視認することができる。

また、光源２０は、被対象物の観測表面１ａの法線方向よりずれた方向から観測表面１ａに観測光を照射し、観測部３０は、観測表面１ａからの観測光の正反射光が受光できる観測位置Ｘで、観測光の拡散反射光によって観測表面１ａを撮像し観測像を得る。例えば、観測表面１ａに凹凸があり、その凹凸が観測光の波長と同程度、あるいはそれより大きい場合には反射光は拡散反射光として凹凸に応じ色々な方向に広がる。その結果、観測位置Ｘに到達する反射光は、正反射光以外にも拡散反射光も含まれることになる。つまり、観測表面１ａに凹凸が有る場合には、その凹凸部分からの拡散反射光を含む反射光により観測像が得られる。換言すると、観測像から正反射光による部分を除いて得られる観測像は、表面凹凸状態が反映された観測像であると言える。従って、観測光の拡散反射光によって観測像を得ることで、表面凹凸状態を簡便に可視化することができる。

また、観測位置Ｘで撮像された観測表面１ａの観測像を観測表面１ａの正面画像に変換することで、観測表面１ａの表面凹凸状態がより実際に即した状態として可視化される。具体的には、観測表面１ａの凹凸の有無や凹凸の度合い、凹凸がある場合の位置などの情報が、実際の（被対象物の）観測表面１ａを正面視（正対視）したときと同じ位置関係で可視化されるため、表面凹凸状態の評価においてその利便性が高くなる。

また、配置部１０には目盛り１２が設けられ、射影変換部９１は、観測位置Ｘで撮像された配置部１０の観測像に含まれる目盛り１２の画像情報に基づいて観測表面１ａの観測像を観測表面１ａの正面画像に変換する。予めその寸法情報が既知の目盛り１２が設けられることにより、撮像された観測像に含まれる目盛り１２の画像情報から得られる寸法情報を対比させることで簡便に正面画像への変換係数（変換関数）が算出される。従って、観測像から正面画像への変換を簡便にまた正確に行うことができる。

また、配置部１０には目盛りが設けられ、観測位置Ｘで撮像された配置部１０の観測像に含まれる目盛り１２の画像情報に基づいて観測表面１ａと観測位置Ｘとの相対位置情報を算出する位置演算部９３を備えている。予めその寸法情報が既知の目盛り１２が設けられることにより、撮像された観測像に含まれる目盛り１２の画像情報から得られる寸法情報を対比させることで簡便に観測表面１ａと観測位置Ｘとの相対位置情報が算出される。これらの相対位置情報は、観測表面１ａの表面凹凸状態を可視化している条件情報であり、この情報を観測像と共に記録し用いることにより、例えば、表面凹凸状態の評価において、その指標や方法の統一、評価の比較・再現などが簡便に行えるようになる。

また、光源２０の位置を移動させる光源移動機構８０と、観測部３０の観測位置Ｘを移動させる観測部移動機構８１とを備え、光源移動機構８０および観測部移動機構８１は、過去に算出された相対位置情報を基に、光源２０および観測部３０の位置を再現することができる。過去に算出された相対位置情報を基に、観測位置Ｘを再現することで、例えば、表面凹凸状態の評価において、その指標や方法の統一、評価の比較・再現などが簡便に行えるようになる。

また、配置部１０が、被対象物を吸着する静電吸着板１１を備えることで、より正確に被対象物の観測表面１ａの凹凸状態の可視化を行うことができる。具体的には、例えば、被対象物が薄いシートなどの場合において、このシートを静電吸着板１１に吸着させることで、シートの撓みなどを軽減することができるため、シート表面の凹凸状態がより的確に正確に可視化される。

また、観測位置Ｘで撮像された観測表面１ａのＲＧＢ画像を観測表面のＬ^*ａ^*ｂ^*画像に変換する色変換部９２を備える。Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間は、ＲＧＢ色空間と異なり、人間の視覚が有する心理物理学的な色の距離に基づいて（近似させて）変換された色空間であるため、可視化された観測像を視認して得られる観測表面１ａの表面凹凸状態の情報は、実際の観測表面１ａの表面凹凸状態により近いものとして得られる。つまり、表面凹凸状態の評価においてその利便性が高い観測像を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。

（変形例１）
実施形態１では、観測表面１ａの凹凸状態を、図５（ａ）に示すような観測像として可視化するとして説明したが、観測像として可視化することに限定するものではなく、例えば、数値やグラフとして可視化する方法であっても良い。

図６（ａ）は、観測表面１ａの凹凸状態を数値化するエリアを示す平面図、図６（ｂ）は、観測表面１ａの凹凸状態の例を示すグラフである。
図６（ｂ）のグラフは、図６（ａ）のＬ^*ａ^*ｂ^*色空間に変換された２次元画像から、１次元の色彩値変動量に変換して作成されたものである。１次元の色彩値変動量としては、例えば、図６（ａ）のＪ−Ｊ線に重なる画素の色彩変動量や、エリアＩにおける色彩変動量の幅方向の平均値などを示すものであっても良い。このグラフにおいて、色彩変動量の標準偏差値を観測表面１ａの凹凸状態の評価指標とするなどとしても良い。

（変形例２）
実施形態１では、撮像装置１００は、光源移動機構８０、観測部移動機構８１を備え、過去に算出された相対位置情報を基に、制御部９０によって、光源２０および観測部３０の位置を再現することができると説明したが、必ずしも、制御部９０に制御される光源移動機構８０、観測部移動機構８１を備える必要はない。例えば、可動式のスタンドなどで光源２０および観測部３０を支える構成であっても良い。この場合には、相対位置情報を参照しながら、手動で光源２０および観測部３０の位置を再現することができ、撮像装置（表面凹凸状態の可視化装置）をより簡易に構成することができる。

１…シート、２…基部、１０…配置部、１１…静電吸着板、２０…光源、３０…観測部、３１…光学系、３２…エリアセンサー、８０…光源移動機構、８１…観測部移動機構、９０…制御部、９１…射影変換部、９２…色変換部、９３…位置演算部、９４…記憶部、９５…表示部、１００…撮像装置。

Claims (16)

1. 被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から前記観測表面に観測光を照射し、
   前記観測表面からの前記観測光の正反射光が受光できる観測位置で、前記観測光の反射光によって前記観測表面を撮像し観測像を得ることを特徴とする表面凹凸状態の可視化方法。
2. 前記観測光の拡散反射光を含む反射光により前記観測像を得ることを特徴とする請求項１に記載の表面凹凸状態の可視化方法。
3. 前記観測像を基に前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面凹凸状態の可視化方法。
4. 前記被対象物を配置する配置部または前記観測表面に目盛りを設け、前記観測位置で撮像された前記配置部または前記観測表面の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面の観測像を前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換することを特徴とする請求項３に記載の表面凹凸状態の可視化方法。
5. 前記被対象物を配置する配置部または前記観測表面に目盛りを設け、前記観測位置で撮像された前記配置部または前記観測表面の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面と前記観測位置との相対位置情報を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の表面凹凸状態の可視化方法。
6. 過去に算出された前記相対位置情報を基に、前記観測位置を再現することを特徴とする請求項５に記載の表面凹凸状態の可視化方法。
7. 前記観測位置で撮像された前記観測表面のＲＧＢ画像を基に色変換し、前記観測表面のＬ^*ａ^*ｂ^*画像を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の表面凹凸状態の可視化方法。
8. 被対象物を配置する配置部と、
   前記配置部に配置される前記被対象物の観測表面の法線方向よりずれた方向から前記観測表面に観測光を照射する光源と、
   前記観測表面からの前記観測光の正反射光が受光できる観測位置で、前記観測光の反射光によって前記観測表面を撮像し観測像を得る観測部と、を備えることを特徴とする表面凹凸状態の可視化装置。
9. 前記観測部がエリアセンサーであることを特徴とする請求項８に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
10. 前記観測部は、前記観測光の拡散反射光を含む反射光により前記観測像を得ることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
11. 前記観測像を前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換する射影変換部を備えることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか一項に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
12. 前記配置部には目盛りが設けられ、
    前記射影変換部は、前記観測位置で撮像された前記配置部の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面の観測像を前記観測表面に正対した時に得られる画像に変換することを特徴とする請求項１１に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
13. 前記配置部には目盛りが設けられ、
    前記観測位置で撮像された前記配置部の観測像に含まれる前記目盛りの画像情報に基づいて前記観測表面と前記観測位置との相対位置情報を算出する位置演算部を備えることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
14. 前記光源の位置を移動させる光源移動機構と、前記観測部の前記観測位置を移動させる観測部移動機構とを備え、
    前記光源移動機構および前記観測部移動機構は、過去に算出された前記相対位置情報を基に、前記光源および前記観測部の位置を再現することを特徴とする請求項１３に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
15. 前記配置部が、前記被対象物を吸着する静電吸着板を備えていることを特徴とする請求項８ないし請求項１４のいずれか一項に記載の表面凹凸状態の可視化装置。
16. 前記観測位置で撮像された前記観測表面のＲＧＢ画像を前記観測表面のＬ^*ａ^*ｂ^*画像に変換する色変換部を備えることを特徴とする請求項８ないし請求項１５のいずれか一項に記載の表面凹凸状態の可視化装置。