JP2018116026A - Illumination device and light-transmissive member - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination device and light-transmissive member, which allow for increasing brightness difference between bright and dark portions of a pattern of light, for example.SOLUTION: An illumination device comprises a projector configured to emit patterned light including bright and dark portions, and a light-transmissive member disposed between the projector and an inspection target surface and configured to allow the light from the projector to pass toward the inspection target surface, where the light-transmissive member includes a first deflector member capable of deflecting the light from the projector into parallel light, and a second deflector member capable of deflecting the parallel light from the first deflector member into convergent light.SELECTED DRAWING: Figure 14

Description

本開示は、照明装置および透過部材に関する。   The present disclosure relates to a lighting device and a transmissive member.

従来、検査対象面に光を照射し、当該検査対象面からの反射光を画像データとして撮像し、当該画像データの輝度変化等に基づいて、検査対象面の異常を検出する技術が提案されている。検査対象面には、例えば、照明装置から明部と暗部とを含む光のパターンが照射される。   Conventionally, there has been proposed a technique for irradiating light on an inspection target surface, capturing reflected light from the inspection target surface as image data, and detecting an abnormality of the inspection target surface based on a change in luminance of the image data. Yes. The inspection target surface is irradiated with, for example, a light pattern including a bright part and a dark part from an illumination device.

特開2014−2125号公報JP 2014-2125 A

明部と暗部とを含む光のパターンが照射される検査は、光のパターンの明部と暗部との輝度の差がより大きい状態で行われることが望ましい。そこで、本開示の課題の一つは、例えば、光のパターンの明部と暗部との輝度の差をより大きくすることが可能な照明装置および透過部材を得ることである。   It is desirable that the inspection in which the light pattern including the bright part and the dark part is irradiated is performed in a state where the luminance difference between the bright part and the dark part of the light pattern is larger. Then, one of the subjects of this indication is obtaining the illuminating device and transmission member which can enlarge the difference in the brightness of the bright part and dark part of a light pattern more, for example.

本開示の照明装置は、明部と暗部とを含むパターン光を出射するプロジェクタと、上記プロジェクタと検査対象面との間に介在し、上記プロジェクタからの光を上記検査対象面に向けて透過させる透過部材と、を有し、上記透過部材は、上記プロジェクタからの光を平行光に偏向可能な第一の偏向部材と、上記第一の偏向部材からの平行光を収束光に偏向可能な第二の偏向部材と、を含む。   An illumination device of the present disclosure is interposed between a projector that emits pattern light including a bright part and a dark part, and the projector and an inspection target surface, and transmits light from the projector toward the inspection target surface. A first deflecting member capable of deflecting light from the projector into parallel light, and a first deflectable member capable of deflecting parallel light from the first deflecting member into convergent light. Two deflection members.

図1は、実施形態の検査システムの構成例を示した図である。Drawing 1 is a figure showing the example of composition of the inspection system of an embodiment. 図2は、実施形態の時間相関カメラの構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the time correlation camera of the embodiment. 図3は、実施形態の時間相関カメラで時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing frames accumulated in time series in the time correlation camera of the embodiment. 図4は、実施形態の照明装置が照射する縞パターンの一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern irradiated by the illumination device of the embodiment. 図5は、実施形態の照明制御部が照明装置に出力する縞パターンの例を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output from the illumination control unit of the embodiment to the illumination device. 図6は、実施形態のスクリーンを介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a wave shape representing a stripe pattern after passing through the screen of the embodiment. 図7は、実施形態の異常検出処理部における振幅に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of abnormality detection processing based on amplitude in the abnormality detection processing unit of the embodiment. 図8は、実施形態の異常検出処理部における、位相に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating the procedure of the abnormality detection process based on the phase in the abnormality detection processing unit of the embodiment. 図9は、実施形態の異常検出処理部における振幅および強度に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of abnormality detection processing based on amplitude and intensity in the abnormality detection processing unit of the embodiment. 図10は、実施形態の検査システムにおける被検査体の検査処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of an inspection process for an object to be inspected in the inspection system of the embodiment. 図11は、変形例2の照明制御部が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a switching example of a fringe pattern output from the illumination control unit according to the second modification. 図12は、変形例2の照明制御部が、異常(欠陥)を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which the illumination control unit according to the second modification irradiates the surface including an abnormality (defect) with a fringe pattern. 図13は、実施形態および変形例1,2における照明装置、被検査体、および時間相関カメラの光学系を示す模式的かつ例示的な説明図である。FIG. 13 is a schematic and exemplary explanatory view showing the optical system of the illumination device, the inspected object, and the time correlation camera in the embodiment and the first and second modifications. 図14は、実施形態および変形例1,2の照明装置に含まれるスクリーンの構成を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a screen included in the illumination device of the embodiment and the first and second modifications.

(実施形態)
本実施形態の検査システムについて説明する。本実施形態の検査システムは、被検査体を検査するために様々な構成を備えている。図1は、本実施形態の検査システムの構成例を示した図である。図1に示されるように、本実施形態の検査システムは、PC100と、時間相関カメラ110と、プロジェクタ121と、スクリーン122と、アーム140と、を備えている。
(Embodiment)
The inspection system of this embodiment will be described. The inspection system of this embodiment has various configurations for inspecting an object to be inspected. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inspection system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the inspection system of this embodiment includes a PC 100, a time correlation camera 110, a projector 121, a screen 122, and an arm 140.

アーム140は、被検査体150を固定するために用いられ、PC100からの制御に応じて、時間相関カメラ110が撮影可能な被検査体150の表面の位置と向きを変化させる。   The arm 140 is used to fix the inspection object 150 and changes the position and orientation of the surface of the inspection object 150 that can be imaged by the time correlation camera 110 according to control from the PC 100.

プロジェクタ121は、被検査体150に光を照射する装置であって、PC100からのパターンに従って、照射する光の強度を領域単位で制御できる。さらに、プロジェクタ121は、周期的な時間の遷移に従って当該領域単位の光の強度を制御できる。換言すれば、プロジェクタ121は、光の強度の周期的な時間変化及び空間変化を与えることができる。なお、具体的な光の強度の制御手法については後述する。   The projector 121 is a device that irradiates light to the object 150 to be inspected, and can control the intensity of the irradiated light in units of regions in accordance with a pattern from the PC 100. Furthermore, the projector 121 can control the intensity of light in the region unit according to a periodic time transition. In other words, the projector 121 can give a periodic temporal change and spatial change of the light intensity. A specific light intensity control method will be described later.

スクリーン122は、プロジェクタ121から出力された光を拡散させた上で、被検査体150に対して面的に光を照射する。本実施形態のスクリーン122は、プロジェクタ121から入力された周期的な時間変化及び空間変化が与えられた光を、面的に被検査体150に照射する。プロジェクタ121およびスクリーン122は、照明装置120を構成している。   The screen 122 diffuses the light output from the projector 121 and then irradiates the inspection object 150 with light on a surface. The screen 122 according to the present embodiment irradiates the object 150 in a surface with the light input from the projector 121 and subjected to periodic time change and space change. The projector 121 and the screen 122 constitute the lighting device 120.

時間相関カメラ110は、光学系210と、イメージセンサ220と、データバッファ230と、制御部240と、参照信号出力部250と、を備えている。図2は、本実施形態の時間相関カメラ110の構成を示したブロック図である。   The time correlation camera 110 includes an optical system 210, an image sensor 220, a data buffer 230, a control unit 240, and a reference signal output unit 250. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the time correlation camera 110 of the present embodiment.

光学系210は、撮影レンズ等を含み、時間相関カメラ110の外部の被写体(被検査体150を含む)からの光束を透過し、その光束により形成される被写体の光学像を結像させる。   The optical system 210 includes a photographic lens and the like, transmits a light beam from a subject (including the inspection object 150) outside the time correlation camera 110, and forms an optical image of the subject formed by the light beam.

イメージセンサ220は、光学系210を介して入射された光の強弱を光強度信号として画素毎に高速に出力可能なセンサとする。   The image sensor 220 is a sensor that can output the intensity of light incident through the optical system 210 as a light intensity signal at high speed for each pixel.

本実施形態の光強度信号は、検査システムのプロジェクタ121(照明装置120)が被写体(被検査体150を含む)に対して光を照射し、当該被写体からの反射光を、イメージセンサ220が受け取ったものである。   In the light intensity signal of the present embodiment, the projector 121 (illumination device 120) of the inspection system irradiates the subject (including the inspected object 150) with light, and the image sensor 220 receives the reflected light from the subject. It is a thing.

イメージセンサ220は、例えば従来のものと比べて高速に読み出し可能なセンサであり、行方向(x方向)、列方向(y方向)の2種類の方向に画素が配列された2次元平面状に構成されたものとする。そして、イメージセンサ220の各画素を、画素P(1,1),……,P(i,j),……,P(X,Y)とする(なお、本実施形態の画像サイズをX×Yとする。)。なお、イメージセンサ220の読み出し速度を制限するものではなく、従来と同様であってもよい。   The image sensor 220 is, for example, a sensor that can be read out at a higher speed than a conventional sensor, and has a two-dimensional planar shape in which pixels are arranged in two kinds of directions: a row direction (x direction) and a column direction (y direction). It shall be configured. Each pixel of the image sensor 220 is defined as a pixel P (1,1),..., P (i, j),..., P (X, Y) (Note that the image size in this embodiment is X X Y). Note that the reading speed of the image sensor 220 is not limited and may be the same as the conventional one.

イメージセンサ220は、光学系210によって透過された、被写体(被検査体150を含む)からの光束を受光して光電変換することで、被写体から反射された光の強弱を示した光強度信号(撮影信号)で構成される、2次元平面状のフレームを生成し、制御部240に出力する。本実施形態のイメージセンサ220は、読み出し可能な単位時間毎に、当該フレームを出力する。   The image sensor 220 receives a light beam from the subject (including the inspected object 150) transmitted by the optical system 210 and photoelectrically converts the light intensity signal (intensity of light reflected from the subject) ( A two-dimensional planar frame composed of (imaging signal) is generated and output to the control unit 240. The image sensor 220 according to the present embodiment outputs the frame for each readable unit time.

本実施形態の制御部240は、例えばCPU、ROM、及びRAM等で構成され、ROMに格納された検査プログラムを実行することで、転送部241と、読出部242と、強度画像用重畳部243と、第1の乗算器244と、第1の相関画像用重畳部245と、第2の乗算器246と、第2の相関画像用重畳部247と、画像出力部248と、を実現する。なお、CPU等で実現することに制限するものではなく、FPGA、またはASICで実現してもよい。   The control unit 240 according to the present embodiment includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. By executing an inspection program stored in the ROM, the transfer unit 241, the reading unit 242, and the intensity image superimposing unit 243. And a first multiplier 244, a first correlation image superimposing unit 245, a second multiplier 246, a second correlation image superimposing unit 247, and an image output unit 248. Note that the present invention is not limited to implementation with a CPU or the like, and may be implemented with an FPGA or an ASIC.

転送部241は、イメージセンサ220から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、データバッファ230に、時系列順に蓄積する。   The transfer unit 241 stores the frames composed of the light intensity signals output from the image sensor 220 in the data buffer 230 in time series order.

データバッファ230は、イメージセンサ220から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、時系列順に蓄積する。   The data buffer 230 accumulates frames composed of light intensity signals output from the image sensor 220 in time series.

図3は、本実施形態の時間相関カメラ110で時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。図3に示されるように、本実施形態のデータバッファ230には、時刻t(t=t0,t1,t2,……,tn)毎の複数の光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)の組み合わせで構成された複数のフレームFk(k=1,2,……,n)が、時系列順に蓄積される。なお、時刻tで作成される一枚のフレームは、光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)で構成される。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing frames accumulated in time series in the time correlation camera 110 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the data buffer 230 of the present embodiment stores a plurality of light intensity signals G (1, 1, t), every time t (t = t0, t1, t2,..., Tn). .., G (i, j, t),..., G (X, Y, t) are combined into a plurality of frames Fk (k = 1, 2,..., N) in chronological order. Accumulated. Note that one frame created at time t is a light intensity signal G (1, 1, t),..., G (i, j, t), ..., G (X, Y, t). Composed.

本実施形態の光強度信号(撮像信号)G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)には、フレーム画像Fk(k=1,2,……,n)を構成する各画素P(1,1),……,P(i,j),……,P(X,Y)が対応づけられている。   A light intensity signal (imaging signal) G (1,1, t),..., G (i, j, t),. Each pixel P (1,1),..., P (i, j),..., P (X, Y) constituting k = 1, 2,.

イメージセンサ220から出力されるフレームは、光強度信号のみで構成されており、換言すればモノクロの画像データとも考えることができる。なお、本実施形態は、解像度、感度、及びコスト等を考慮して、イメージセンサ220がモノクロの画像データを生成する例について説明するが、イメージセンサ220としてモノクロ用のイメージセンサに制限するものではなく、カラー用のイメージセンサを用いてもよい。   The frame output from the image sensor 220 includes only a light intensity signal, in other words, it can be considered as monochrome image data. In this embodiment, an example in which the image sensor 220 generates monochrome image data in consideration of resolution, sensitivity, cost, and the like will be described. However, the image sensor 220 is not limited to a monochrome image sensor. Alternatively, a color image sensor may be used.

図2に戻り、本実施形態の読出部242は、データバッファ230から、光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)をフレーム単位で、時系列順に読み出して、第1の乗算器244と、第2の乗算器246と、強度画像用重畳部243と、に出力する。   Returning to FIG. 2, the reading unit 242 of the present embodiment receives the light intensity signals G (1,1, t),..., G (i, j, t),. Y, t) are read out in frame-by-frame order and output to the first multiplier 244, the second multiplier 246, and the intensity image superimposing unit 243.

本実施形態の時間相関カメラ110は、読出部242の出力先毎に画像データを生成する。換言すれば、時間相関カメラ110は、3種類の画像データを作成する。   The time correlation camera 110 of the present embodiment generates image data for each output destination of the reading unit 242. In other words, the time correlation camera 110 creates three types of image data.

本実施形態の時間相関カメラ110は、3種類の画像データとして、強度画像データと、2種類の時間相関画像データと、を生成する。なお、本実施形態は、3種類の画像データを生成することに制限するものではなく、強度画像データを生成しない場合や、1種類又は3種類以上の時間相関画像データを生成する場合も考えられる。   The time correlation camera 110 of this embodiment generates intensity image data and two types of time correlation image data as three types of image data. Note that the present embodiment is not limited to generating three types of image data, and it may be possible to generate no intensity image data or to generate one or more types of time-correlated image data. .

本実施形態のイメージセンサ220は、上述したように単位時間毎に、光強度信号で構成されたフレームを出力している。しかしながら、通常の画像データを生成するためには、撮影に必要な露光時間分の光強度信号が必要になる。そこで、本実施形態では、強度画像用重畳部243が、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームを重畳して、強度画像データを生成する。なお、強度画像データの各画素値(光の強度を表す値)G(x,y)は、以下に示す式(1)から導き出すことができる。なお、露光時間は、t0とtnの時間差とする。   As described above, the image sensor 220 of the present embodiment outputs a frame composed of a light intensity signal every unit time. However, in order to generate normal image data, a light intensity signal corresponding to the exposure time necessary for photographing is required. Therefore, in the present embodiment, the intensity image superimposing unit 243 generates intensity image data by superimposing a plurality of frames for an exposure time necessary for photographing. In addition, each pixel value (value representing the intensity of light) G (x, y) of the intensity image data can be derived from the following equation (1). The exposure time is the time difference between t0 and tn.

Figure 2018116026
Figure 2018116026

これにより、従来のカメラの撮影と同様に、被写体(被検査体150を含む)が撮影された強度画像データが生成される。そして、強度画像用重畳部243は、生成した強度画像データを、画像出力部248に出力する。   Thereby, the intensity image data in which the subject (including the object 150 to be inspected) is photographed is generated in the same manner as the conventional camera photographing. Then, the intensity image superimposing unit 243 outputs the generated intensity image data to the image output unit 248.

時間相関画像データは、時間遷移に応じた光の強弱の変化を示す画像データである。つまり、本実施形態では、時系列順のフレーム毎に、当該フレームに含まれる光強度信号に対して、時間遷移を示した参照信号を乗算し、参照信号と光強度信号と乗算結果である時間相関値で構成された、時間相関値フレームを生成し、複数の時間相関値フレームを重畳することで、時間相関画像データを生成する。   The time correlation image data is image data indicating changes in light intensity according to time transition. That is, in the present embodiment, for each frame in time series order, the light intensity signal included in the frame is multiplied by the reference signal indicating the time transition, and the reference signal, the light intensity signal, and the time that is the multiplication result Temporal correlation image data is generated by generating a temporal correlation value frame composed of correlation values and superimposing a plurality of temporal correlation value frames.

ところで、時間相関画像データを用いて、被検査体150の異常を検出するためには、イメージセンサ220に入力される光強度信号を、参照信号に同期させて変化させる必要がある。このために、プロジェクタ121が、上述したように、スクリーン122を介して周期的に時間変化および縞の空間的な移動を与えるような、面的な光の照射を行うこととした。   By the way, in order to detect an abnormality of the inspection object 150 using the time correlation image data, it is necessary to change the light intensity signal input to the image sensor 220 in synchronization with the reference signal. For this purpose, as described above, the projector 121 irradiates the surface light through the screen 122 so as to periodically change the time and spatially move the stripes.

本実施形態では、2種類の時間相関画像データを生成する。参照信号は、時間遷移を表した信号であればよいが、本実施形態では、複素正弦波e-jωtを用いる。なお、角周波数ω、時刻tとする。参照信号を表す複素正弦波e-jωtが、上述した露光時間(換言すれば強度画像データ、時間相関画像を生成するために必要な時間)の一周期と相関をとるように、角周波数ωが設定されるものとする。換言すれば、プロジェクタ121およびスクリーン122等の照明部によって形成された面的かつ動的な光は、被検査体150の表面(反射面)の各位置で第一の周期(時間周期)での時間的な照射強度の変化を与えるとともに、表面に沿った少なくとも一方向に沿った第二の周期(空間周期)での空間的な照射強度の増減分布を与える。この面的な光は、表面で反射される際に、当該表面のスペック(法線ベクトルの分布等)に応じて複素変調される。時間相関カメラ110は、表面で複素変調された光を受光し、第一の周期の参照信号を用いて直交検波(直交復調)することにより、複素信号としての時間相関画像データを得る。このような複素時間相関画像データに基づく変復調により、表面の法線ベクトルの分布に対応した特徴を検出することができる。 In this embodiment, two types of time correlation image data are generated. The reference signal may be a signal representing a time transition, but in the present embodiment, a complex sine wave e −jωt is used. It is assumed that the angular frequency is ω and the time is t. The angular frequency ω is such that the complex sine wave e −jωt representing the reference signal correlates with one period of the above-described exposure time (in other words, the time required to generate the intensity image data and the time correlation image). It shall be set. In other words, the planar and dynamic light formed by the illumination unit such as the projector 121 and the screen 122 is in a first period (time period) at each position on the surface (reflection surface) of the object 150 to be inspected. A change in temporal irradiation intensity is given, and an increase / decrease distribution of the spatial irradiation intensity in a second period (spatial period) along at least one direction along the surface is given. When this planar light is reflected by the surface, it is complex-modulated according to the specifications of the surface (normal vector distribution, etc.). The time correlation camera 110 receives the light complex-modulated on the surface and performs quadrature detection (orthogonal demodulation) using the reference signal of the first period, thereby obtaining time correlation image data as a complex signal. By modulation / demodulation based on such complex time correlation image data, it is possible to detect features corresponding to the surface normal vector distribution.

複素正弦波e-jωtは、e-jωt=cosωt−j・sinωtと表すこともできる。従って、時間相関画像データの各画素値C(x,y)は、以下に示す式(2)から導き出すことができる。 The complex sine wave e −jωt can also be expressed as e −jωt = cos ωt−j · sin ωt. Accordingly, each pixel value C (x, y) of the time correlation image data can be derived from the following equation (2).

Figure 2018116026
Figure 2018116026

本実施形態では、式(2)において、実数部を表す画素値C1(x,y)と、虚数部を表す画素値C2(x,y)と、に分けて2種類の時間相関画像データを生成する。   In this embodiment, in the formula (2), two types of time correlation image data are divided into a pixel value C1 (x, y) representing the real part and a pixel value C2 (x, y) representing the imaginary part. Generate.

このため、参照信号出力部250は、第1の乗算器244と、第2の乗算器246と、に対してそれぞれ異なる参照信号を生成し、出力する。本実施形態の参照信号出力部250は、複素正弦波e-jωtの実数部に対応する第1の参照信号cosωtを第1の乗算器244に出力し、複素正弦波e-jωtの虚数部に対応する第2の参照信号sinωtを第2の乗算器246に出力する。このように本実施形態の参照信号出力部250は、互いにヒルベルト変換対をなす正弦波および余弦波の時間関数として表される2種類の参照信号を出力する例について説明するが、参照信号は時間関数のような時間遷移に応じて変化する参照信号であればよい。 For this reason, the reference signal output unit 250 generates and outputs different reference signals for the first multiplier 244 and the second multiplier 246, respectively. Reference signal output section 250 of this embodiment outputs the first reference signal cosωt corresponding to the real part of the complex sine wave e -Jeiomegati the first multiplier 244, the imaginary part of the complex sine wave e -Jeiomegati The corresponding second reference signal sin ωt is output to the second multiplier 246. As described above, the reference signal output unit 250 according to the present embodiment describes an example in which two types of reference signals expressed as time functions of a sine wave and a cosine wave that form a Hilbert transform pair are described. Any reference signal that changes with time transition such as a function may be used.

そして、第1の乗算器244は、読出部242から入力されたフレーム単位で、当該フレームの光強度信号毎に、参照信号出力部250から入力された複素正弦波e-jωtの実数部cosωtを乗算する。 Then, the first multiplier 244 calculates the real part cosωt of the complex sine wave e −jωt input from the reference signal output unit 250 for each light intensity signal of the frame in units of frames input from the reading unit 242. Multiply.

第1の相関画像用重畳部245は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第1の乗算器244の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第1の時間相関画像データの各画素値C1(x,y)が、以下の式(3)から導出される。   The first correlation image superimposing unit 245 performs a process of superimposing the multiplication result of the first multiplier 244 on a pixel-by-pixel basis for a plurality of frames for an exposure time necessary for photographing. Thereby, each pixel value C1 (x, y) of the first time correlation image data is derived from the following equation (3).

Figure 2018116026
Figure 2018116026

そして、第2の乗算器246は、読出部242から入力されたフレームの光強度信号に対して、参照信号出力部250から入力された複素正弦波e-jωtの虚数部sinωtを乗算する。 The second multiplier 246 multiplies the light intensity signal of the frame input from the reading unit 242 by the imaginary part sin ωt of the complex sine wave e −jωt input from the reference signal output unit 250.

第2の相関画像用重畳部247は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第2の乗算器246の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第2の時間相関画像データの各画素値C2(x、y)が、以下の式(4)から導出される。   The second correlation image superimposing unit 247 performs a process of superimposing the multiplication result of the second multiplier 246 on a pixel-by-pixel basis for a plurality of frames corresponding to the exposure time necessary for photographing. Thereby, each pixel value C2 (x, y) of the second time correlation image data is derived from the following equation (4).

Figure 2018116026
Figure 2018116026

上述した処理を行うことで、2種類の時間相関画像データ、換言すれば2自由度を有する時間相関画像データを生成できる。   By performing the processing described above, two types of time correlation image data, in other words, time correlation image data having two degrees of freedom can be generated.

また、本実施形態は、参照信号の種類を制限するものでない。例えば、本実施形態では、複素正弦波e-jωtの実部と虚部の2種類の時間相関画像データを作成するが、光の振幅と、光の位相と、による2種類の画像データを生成してもよい。 Further, the present embodiment does not limit the type of reference signal. For example, in this embodiment, two types of time-correlated image data of the real part and the imaginary part of the complex sine wave e −jωt are created, but two types of image data based on the light amplitude and the light phase are generated. May be.

なお、本実施形態の時間相関カメラ110は、時間相関画像データとして、複数系統分作成可能とする。これにより、例えば複数種類の幅の縞が組み合わされた光が照射された際に、上述した実部と虚部とによる2種類の時間相関画像データを、縞の幅毎に作成可能とする。このために、時間相関カメラ110は、2個の乗算器と2個の相関画像用重畳部とからなる組み合わせを、複数系統分備えるとともに、参照信号出力部250は、系統毎に適した角周波数ωによる参照信号を出力可能とする。   Note that the time correlation camera 110 of the present embodiment can create a plurality of systems as time correlation image data. Thereby, for example, when light in which stripes having a plurality of types of widths are combined is irradiated, two types of time correlation image data based on the real part and the imaginary part described above can be created for each stripe width. For this purpose, the time correlation camera 110 includes a combination of two multipliers and two correlation image superimposing units for a plurality of systems, and the reference signal output unit 250 has an angular frequency suitable for each system. The reference signal by ω can be output.

そして、画像出力部248が、2種類の時間相関画像データと、強度画像データと、をPC100に出力する。これにより、PC100が、2種類の時間相関画像データと、強度画像データと、を用いて、被検査体150の異常を検出する。そのためには、被写体に対して光を照射する必要がある。   Then, the image output unit 248 outputs two types of time correlation image data and intensity image data to the PC 100. As a result, the PC 100 detects an abnormality of the inspected object 150 using the two types of time correlation image data and the intensity image data. For that purpose, it is necessary to irradiate the subject with light.

本実施形態のプロジェクタ121は、高速に移動する光パターンとして、縞パターンを照射することができる。図4は、本実施形態のプロジェクタ121が照射する縞パターンの一例を示した図である。図4に示す例では、縞パターンをx方向にスクロール(移動)させている例とする。白い領域が縞に対応した明領域、黒い領域が縞と縞との間に対応した間隔領域(暗領域)である。   The projector 121 of this embodiment can irradiate a stripe pattern as a light pattern that moves at high speed. FIG. 4 is a diagram showing an example of a fringe pattern irradiated by the projector 121 of the present embodiment. In the example shown in FIG. 4, the stripe pattern is scrolled (moved) in the x direction. A white area is a bright area corresponding to the stripe, and a black area is an interval area (dark area) corresponding to the stripe.

本実施形態では、時間相関カメラ110が強度画像データ及び時間相関画像データを撮影する露光時間で、プロジェクタ121が照射する縞パターンが一周期分移動させる。これにより、プロジェクタ121は、光の強度の縞パターンの空間的な移動により光の強度の周期的な時間変化を与える。本実施形態では、図4の縞パターンが一周期分移動する時間を、露光時間と対応させることで、時間相関画像データの各画素には、少なくとも、縞パターン一周期分の光の強度信号に関する情報が埋め込まれる。   In the present embodiment, the fringe pattern irradiated by the projector 121 is moved by one period with the exposure time when the time correlation camera 110 captures the intensity image data and the time correlation image data. Thereby, the projector 121 gives a periodic temporal change in the light intensity by spatial movement of the stripe pattern of the light intensity. In the present embodiment, the time during which the fringe pattern in FIG. 4 moves by one period corresponds to the exposure time, so that each pixel of the time-correlated image data relates to at least the light intensity signal for one period of the fringe pattern. Information is embedded.

図4に示されるように、本実施形態では、プロジェクタ121が矩形波に基づく縞パターンを照射する例について説明するが、矩形波以外を用いてもよい。本実施形態では、プロジェクタ121がスクリーン122を介して照射されることで、矩形波の明暗の境界領域をぼかすことができる。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, an example in which the projector 121 irradiates a stripe pattern based on a rectangular wave will be described, but other than a rectangular wave may be used. In the present embodiment, the projector 121 irradiates through the screen 122, so that the boundary area between the light and dark of the rectangular wave can be blurred.

本実施形態では、プロジェクタ121が照射する縞パターンをA(1+cos(ωt+kx))と表す。すなわち、縞パターンには、複数の縞が反復的に(周期的に)含まれる。なお、被検査体150に照射される光の強度は0〜2Aの間で調整可能とし、光の位相kxとする。kは、縞の波数である。xは、位相が変化する方向である。   In the present embodiment, the stripe pattern irradiated by the projector 121 is represented as A (1 + cos (ωt + kx)). That is, the stripe pattern includes a plurality of stripes repeatedly (periodically). Note that the intensity of light applied to the inspection object 150 can be adjusted between 0 and 2A, and is a light phase kx. k is the wave number of the stripe. x is the direction in which the phase changes.

そして、フレームの各画素の光強度信号f(x,y,t)の基本周波数成分は、以下の式(5)として表すことができる。式(5)で示されるように、x方向で縞の明暗が変化する。   The fundamental frequency component of the light intensity signal f (x, y, t) of each pixel in the frame can be expressed as the following equation (5). As shown in Expression (5), the brightness of the stripe changes in the x direction.

f(x,y,t)=A(1+cos(ωt+kx))
=A+A/2{ej(ωt+kx)+e-j(ωt+kx)}……(5)
f (x, y, t) = A (1 + cos (ωt + kx))
= A + A / 2 {e j (ωt + kx) + e− j (ωt + kx) } (5)

式(5)で示されるように、プロジェクタ121が照射する縞パターンの強度信号は、複素数として考えることができる。   As shown in Expression (5), the intensity signal of the fringe pattern irradiated by the projector 121 can be considered as a complex number.

そして、イメージセンサ220には、当該プロジェクタ121からの光が被写体(被検査体150を含む)から反射して入力される。   Then, the light from the projector 121 is reflected and input to the image sensor 220 from the subject (including the inspected object 150).

したがって、イメージセンサ220に入力される光強度信号G(x,y,t)を、プロジェクタ121が照射された際のフレームの各画素の光強度信号f(x,y,t)とできる。そこで、強度画像データを導出するための式(1)に式(5)を代入すると、式(6)を導出できる。なお、位相kxとする。   Therefore, the light intensity signal G (x, y, t) input to the image sensor 220 can be used as the light intensity signal f (x, y, t) of each pixel of the frame when the projector 121 is irradiated. Therefore, when Expression (5) is substituted into Expression (1) for deriving intensity image data, Expression (6) can be derived. The phase is kx.

Figure 2018116026
Figure 2018116026

式(6)から、強度画像データの各画素には、露光時間Tに、プロジェクタ121が出力している光の強度の中間値Aを乗じた値が入力されていることが確認できる。さらに、時間相関画像データを導出するための式(2)に式(5)を代入すると、式(7)を導出できる。なお、AT/2を振幅とし、kxを位相とする。   From Expression (6), it can be confirmed that a value obtained by multiplying the exposure time T by the intermediate value A of the intensity of light output from the projector 121 is input to each pixel of the intensity image data. Further, when Expression (5) is substituted into Expression (2) for deriving time correlation image data, Expression (7) can be derived. Note that AT / 2 is the amplitude and kx is the phase.

Figure 2018116026
Figure 2018116026

これにより、式(7)で示された複素数で示された時間相関画像データは、上述した2種類の時間相関画像データと置き換えることができる。つまり、上述した実部と虚部とで構成される時間相関画像データには、被検査体150に照射された光強度変化における位相変化と振幅変化とが含まれている。換言すれば、本実施形態のPC100は、2種類の時間相関画像データに基づいて、プロジェクタ121から照射された光の位相変化と、光の振幅変化と、を検出できる。そこで、本実施形態のPC100が、時間相関画像データ及び強度画像データに基づいて、画素毎に入る光の振幅を表した振幅画像データと、画素毎に入る光の位相変化を表した位相画像データと、を生成する。   Thereby, the time correlation image data shown by the complex number shown by Formula (7) is replaceable with the two types of time correlation image data mentioned above. That is, the time correlation image data composed of the real part and the imaginary part described above includes a phase change and an amplitude change in the light intensity change irradiated on the object 150. In other words, the PC 100 according to the present embodiment can detect the phase change of the light emitted from the projector 121 and the light amplitude change based on the two types of time correlation image data. Therefore, the PC 100 according to the present embodiment, based on the time correlation image data and the intensity image data, amplitude image data representing the amplitude of light entering each pixel and phase image data representing the phase change of light entering each pixel. And generate.

さらに、PC100は、生成した振幅画像データと位相画像データとに基づいて、被検査体150の異常を検出する。   Furthermore, the PC 100 detects an abnormality of the inspected object 150 based on the generated amplitude image data and phase image data.

ところで、被検査体150の表面形状に凹凸に基づく異常が生じている場合、被検査体150の表面の法線ベクトルの分布には異常に対応した変化が生じている。また、被検査体150の表面に光を吸収するような異常が生じている場合、反射した光の強度に変化が生じる。法線ベクトルの分布の変化は、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つとして検出される。そこで、本実施形態では、時間相関画像データ及び強度画像データを用いて、法線ベクトルの分布の変化に対応した、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つを検出する。これにより、表面形状の異常を検出可能となる。本実施形態によれば、時間相関画像データに基づいて、光の振幅の変化と、光の位相の変化と、を検出することで、被検査体150に異常があることを推定できる。   By the way, when an abnormality based on the unevenness occurs in the surface shape of the inspection object 150, the distribution of normal vectors on the surface of the inspection object 150 changes corresponding to the abnormality. In addition, when an abnormality that absorbs light occurs on the surface of the inspection object 150, the intensity of the reflected light changes. A change in the normal vector distribution is detected as at least one of a phase change and an amplitude change of light. Thus, in the present embodiment, using the time correlation image data and the intensity image data, at least one of the light phase change and the amplitude change corresponding to the change in the normal vector distribution is detected. Thereby, the abnormality of the surface shape can be detected. According to the present embodiment, it is possible to estimate that the inspected object 150 is abnormal by detecting the change in the light amplitude and the change in the light phase based on the time correlation image data.

図1に戻り、PC100について説明する。PC100は、検出システム全体の制御を行う。PC100は、アーム制御部101と、照明制御部102と、制御部103と、を備える。   Returning to FIG. 1, the PC 100 will be described. The PC 100 controls the entire detection system. The PC 100 includes an arm control unit 101, an illumination control unit 102, and a control unit 103.

アーム制御部101は、被検査体150の時間相関カメラ110による撮像対象となる表面を変更するために、アーム140を制御する。本実施形態では、PC100において、被検査体150の撮影対象となる表面を複数設定しておく。そして、時間相関カメラ110が被検査体150の撮影が終了する毎に、アーム制御部101が、当該設定に従って、時間相関カメラ110が設定された表面を撮影できるように、アーム140が被検査体150を移動させる。なお、本実施形態は撮影が終了する毎にアーム140を移動させ、撮影が開始する前に停止させることを繰り返すことに制限するものではなく、継続的にアーム140を駆動させてもよい。なお、アーム140は、搬送部、移動部、位置変更部、姿勢変更部等とも称されうる。   The arm control unit 101 controls the arm 140 in order to change the surface of the object 150 to be imaged by the time correlation camera 110. In the present embodiment, in the PC 100, a plurality of surfaces to be imaged of the inspection object 150 are set. Then, every time the time correlation camera 110 finishes photographing the object to be inspected 150, the arm control unit 101 can photograph the surface on which the time correlation camera 110 is set according to the setting. Move 150. Note that this embodiment is not limited to repeatedly moving the arm 140 each time shooting is completed and stopping the shooting before starting shooting, and the arm 140 may be continuously driven. The arm 140 may also be referred to as a transport unit, a moving unit, a position changing unit, a posture changing unit, or the like.

照明制御部102は、被検査体150を検査するためにプロジェクタ121が照射する縞パターンを出力する。本実施形態の照明制御部102は、少なくとも3枚以上の縞パターンを、プロジェクタ121に受け渡し、当該縞パターンを露光時間中に切り替えて表示するようにプロジェクタ121に指示する。   The illumination control unit 102 outputs a fringe pattern irradiated by the projector 121 in order to inspect the inspected object 150. The illumination control unit 102 according to the present embodiment transfers at least three or more stripe patterns to the projector 121 and instructs the projector 121 to switch and display the stripe patterns during the exposure time.

図5は、照明制御部102がプロジェクタ121に出力する縞パターンの例を示した図である。図5(B)に示す矩形波に従って、図5(A)に示す黒領域と白領域とが設定された縞パターンが出力されるように、照明制御部102が制御を行う。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a fringe pattern output from the illumination control unit 102 to the projector 121. In accordance with the rectangular wave shown in FIG. 5B, the illumination control unit 102 performs control so that the stripe pattern in which the black region and the white region shown in FIG. 5A are set is output.

本実施形態で照射する縞パターン毎の縞の間隔は、検出対象となる異常(欠陥)の大きさに応じて設定されるものとしてここでは詳しい説明を省略する。   In this embodiment, the stripe interval for each stripe pattern to be irradiated is set according to the size of the abnormality (defect) to be detected, and detailed description thereof is omitted here.

また、縞パターンを出力するための矩形波の角周波数ωは、参照信号の角周波数ωと同じ値とする。   In addition, the angular frequency ω of the rectangular wave for outputting the fringe pattern is set to the same value as the angular frequency ω of the reference signal.

図5に示されるように、照明制御部102が出力する縞パターンは、矩形波として示すことができるが、スクリーン122を介することで、縞パターンの境界領域をぼかす、すなわち、縞パターンにおける明領域(縞の領域)と暗領域(間隔の領域)との境界での光の強度変化を緩やかにする(鈍らせる)ことで、正弦波に近似させることができる。図6は、スクリーン122を介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。図6に示されるように波の形状が、正弦波に近づくことで、計測精度を向上させることができる。また、縞に明度が多段階に変化するグレー領域を追加したり、グラデーションを与えたりしてもよい。また、カラーの縞を含む縞パターンを用いてもよい。   As shown in FIG. 5, the fringe pattern output from the illumination control unit 102 can be shown as a rectangular wave, but the border area of the fringe pattern is blurred through the screen 122, that is, the bright area in the fringe pattern. By making the intensity change of light at the boundary between the (stripe region) and the dark region (interval region) gentle (dull), it can be approximated to a sine wave. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a wave shape representing a stripe pattern after passing through the screen 122. As shown in FIG. 6, the measurement accuracy can be improved when the wave shape approaches a sine wave. Further, a gray region in which the brightness changes in multiple steps may be added to the stripe, or a gradation may be given. Further, a stripe pattern including color stripes may be used.

図1に戻り、制御部103は、振幅−位相画像生成部104と、異常検出処理部105と、を備え、時間相関カメラ110から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、により、被検査体150の検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって異常を検出する特徴を算出するための処理を行う。なお、本実施形態は、検査を行うために、複素数で示した時間相関画像データ(複素時間相関画像データと称す)の代わりに、複素数相関画像データの実部と虚部とで分けた2種類の時間相関画像データを、時間相関カメラ110から受け取る。   Returning to FIG. 1, the control unit 103 includes an amplitude-phase image generation unit 104 and an abnormality detection processing unit 105, and by intensity image data input from the time correlation camera 110 and time correlation image data, Processing is performed to calculate a feature corresponding to the distribution of the normal vector on the surface to be inspected of the inspected object 150 and detecting an abnormality based on the difference from the surroundings. In the present embodiment, in order to perform the inspection, two types of real number and imaginary part of complex number correlation image data are used instead of time correlation image data (referred to as complex time correlation image data) indicated by complex numbers. Are received from the time correlation camera 110.

振幅−位相画像生成部104は、時間相関カメラ110から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、に基づいて、振幅画像データと、位相画像データと、を生成する。振幅−位相画像生成部104は、画像取得部の一例である。   The amplitude-phase image generation unit 104 generates amplitude image data and phase image data based on the intensity image data input from the time correlation camera 110 and the time correlation image data. The amplitude-phase image generation unit 104 is an example of an image acquisition unit.

振幅画像データは、画素毎に入る光の振幅を表した画像データとする。位相画像データは、画素毎に入る光の位相を表した画像データとする。   The amplitude image data is image data representing the amplitude of light entering each pixel. The phase image data is image data representing the phase of light entering each pixel.

本実施形態は振幅画像データの算出手法を制限するものではないが、例えば、振幅−位相画像生成部104は、2種類の時間相関画像データの画素値C1(x,y)及びC2(x,y)から、式(8)を用いて、振幅画像データの各画素値F(x,y)を導き出せる。   Although the present embodiment does not limit the calculation method of the amplitude image data, for example, the amplitude-phase image generation unit 104 has pixel values C1 (x, y) and C2 (x, From y), each pixel value F (x, y) of the amplitude image data can be derived using Equation (8).

Figure 2018116026
Figure 2018116026

そして、本実施形態では、振幅画像データの画素値(振幅)と、強度画像データの画素値と、に基づいて、異常が生じている領域があるか否かを判定できる。例えば、強度画像データの画素値(AT)を2で除算した値と、振幅画像データの振幅(打ち消し合いが生じない場合にはAT/2となる)と、がある程度一致する領域は異常が生じていないと推測できる。一方、一致していない領域については、振幅の打ち消しが生じていると推測できる。なお、具体的な手法については後述する。   In the present embodiment, it is possible to determine whether there is a region where an abnormality has occurred based on the pixel value (amplitude) of the amplitude image data and the pixel value of the intensity image data. For example, an abnormality occurs in a region where the value obtained by dividing the pixel value (AT) of the intensity image data by 2 and the amplitude of the amplitude image data (which is AT / 2 when cancellation does not occur) to some extent I can guess that it is not. On the other hand, it can be presumed that the amplitude cancellation occurs in the non-matching region. A specific method will be described later.

同様に、振幅−位相画像生成部104は、画素値C1(x,y)及びC2(x,y)から、式(9)を用いて、位相画像データの各画素値P(x,y)を導き出せる。   Similarly, the amplitude-phase image generation unit 104 uses the pixel values C1 (x, y) and C2 (x, y) to calculate each pixel value P (x, y) of the phase image data using Equation (9). Can be derived.

Figure 2018116026
Figure 2018116026

異常検出処理部105は、振幅−位相画像生成部104により生成された振幅画像データ、及び位相画像データにより、検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって、被検査体150の異常に関連する特徴を検出する。本実施形態では、法線ベクトルの分布に対応した特徴として、複素時間相関画像の振幅の分布を用いた例について説明する。なお、複素時間相関画像の振幅の分布とは、複素時間相関画像の各画素の振幅の分布を示したデータであり、振幅画像データに相当する。異常検出処理部は、演算処理部の一例である。   The abnormality detection processing unit 105 is a feature corresponding to the distribution of the normal vector on the inspection symmetry plane based on the amplitude image data and the phase image data generated by the amplitude-phase image generation unit 104, and is based on a difference from the surroundings. Then, a feature related to the abnormality of the inspection object 150 is detected. In the present embodiment, an example in which the amplitude distribution of the complex time correlation image is used as the feature corresponding to the distribution of the normal vector will be described. The amplitude distribution of the complex time correlation image is data indicating the amplitude distribution of each pixel of the complex time correlation image, and corresponds to amplitude image data. The abnormality detection processing unit is an example of an arithmetic processing unit.

次に、本実施形態の異常検出処理部105における振幅に基づく異常検出処理について説明する。図7は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the amplitude in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部105は、振幅画像データの各画素に格納された、光の振幅値(を表した画素値)から、当該画素を基準(例えば中心)として、N×N領域の平均振幅値を減算し(ステップS1101)、振幅の平均差分画像データを生成する。振幅の平均差分画像データは、振幅の勾配に対応する。なお、整数Nは実施の態様に応じて適切な値が設定されるものとする。   First, the abnormality detection processing unit 105 determines the average amplitude of the N × N region from the light amplitude value (representing pixel value) stored in each pixel of the amplitude image data, with the pixel as a reference (for example, the center). The value is subtracted (step S1101), and average difference image data of amplitude is generated. The average difference image data of the amplitude corresponds to the gradient of the amplitude. The integer N is set to an appropriate value depending on the embodiment.

次に、異常検出処理部105は、減算により生成された振幅の平均差分画像データに対して、予め定められた振幅の閾値を用いたマスク処理を行う(ステップS1102)。   Next, the abnormality detection processing unit 105 performs a mask process using a predetermined amplitude threshold value on the average difference image data of the amplitude generated by the subtraction (step S1102).

さらに、異常検出処理部105は、平均差分画像データのマスク領域内について画素毎に標準偏差を算出する(ステップS1103)。なお、本実施形態では、標準偏差に基づいた手法について説明するが、標準偏差を用いた場合に制限するものではなく、例えば平均値等を用いてもよい。   Further, the abnormality detection processing unit 105 calculates a standard deviation for each pixel within the mask area of the average difference image data (step S1103). In the present embodiment, a method based on the standard deviation will be described. However, the method is not limited to the case where the standard deviation is used. For example, an average value or the like may be used.

そして、異常検出処理部105は、平均を引いた振幅画素値が−4.5σ(σ:標準偏差)より小さい値の画素を、異常(欠陥)がある領域として検出する(ステップS1104)。   Then, the abnormality detection processing unit 105 detects a pixel whose amplitude pixel value obtained by subtracting the average is smaller than −4.5σ (σ: standard deviation) as a region having an abnormality (defect) (step S1104).

上述した処理手順により、各画素の振幅値(換言すれば、振幅の分布)から、被検査体150の異常を検出できる。しかしながら、本実施形態は、複素時間相関画像の振幅の分布から異常を検出することに制限するものではない。検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴として、位相の分布の勾配を用いてもよい。そこで、次に位相の分布の勾配を用いた例について説明する。   By the processing procedure described above, the abnormality of the inspected object 150 can be detected from the amplitude value of each pixel (in other words, the amplitude distribution). However, the present embodiment is not limited to detecting an abnormality from the amplitude distribution of the complex time correlation image. The gradient of the phase distribution may be used as a feature corresponding to the distribution of normal vectors on the inspection symmetry plane. An example using the gradient of the phase distribution will be described next.

次に、本実施形態の異常検出処理部105における位相に基づく異常検出処理について説明する。図8は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the phase in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部105は、位相画像データの画素毎の光の位相値(を表した画素値)から、当該画素を基準(例えば中心)として、N×N領域の平均位相値を減算し(ステップS1201)、位相の平均差分画像データを生成する。位相の平均差分画像データは、位相の勾配に対応する。   First, the abnormality detection processing unit 105 subtracts the average phase value of the N × N region from the phase value of the light of each pixel of the phase image data (a pixel value representing the pixel value) using the pixel as a reference (for example, the center). (Step S1201), phase average difference image data is generated. The phase average difference image data corresponds to the phase gradient.

次に、異常検出処理部105は、減算により生成された位相の平均差分画像データの大きさ(絶対値)と、閾値とを比較し、平均差分画像データの大きさが閾値以上となる画素を、異常(欠陥)のある画素として検出する(ステップS1202)。   Next, the abnormality detection processing unit 105 compares the magnitude (absolute value) of the average difference image data of the phase generated by the subtraction with a threshold value, and determines pixels whose average difference image data size is equal to or greater than the threshold value. Then, it is detected as an abnormal (defect) pixel (step S1202).

このステップS1202の検出結果により、異常検出処理部105は、平均差分画像データの正負、すなわち、画素の位相値と平均位相値との大小関係によって、凹凸を判別することができる(ステップS1203)。画素の位相値と平均位相値とのどちらが大きい場合に凸となるかは、各部の設定によって変化するが、大小関係が異なると、凹凸が異なる。   Based on the detection result of step S1202, the abnormality detection processing unit 105 can determine the unevenness based on the sign of the average difference image data, that is, the magnitude relationship between the phase value of the pixel and the average phase value (step S1203). Which of the pixel phase value and the average phase value is convex depends on the setting of each part, but the unevenness differs if the magnitude relationship is different.

なお、他の手法によって得られた位相の分布の勾配から、異常を検出することができる。例えば、異常検出処理部105は、別の手法として、正規化された時間相関画像データのN×Nの領域の平均ベクトルと、正規化された各画素のベクトルとの差の大きさが、閾値よりも大きい場合に、異常(欠陥)がある画素として検出することができる。また、位相の分布の勾配に限られず、位相の分布に対応する情報に基づいて被検査体150の異常を検出すればよい。   An abnormality can be detected from the gradient of the phase distribution obtained by another method. For example, as another method, the abnormality detection processing unit 105 determines whether the difference between the average vector of the N × N region of the normalized time correlation image data and the normalized vector of each pixel is a threshold value. If it is larger than that, it can be detected as a pixel having an abnormality (defect). Further, the abnormality of the inspected object 150 may be detected based on information corresponding to the phase distribution, not limited to the phase distribution gradient.

次に、本実施形態の異常検出処理部105における振幅および強度に基づく異常検出処理について説明する。図9は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the amplitude and intensity in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部105は、時間相関画像データと強度画像データとから、各画素について、次の式(100)を用いて、振幅(を表す画素値)C(x,y)(式(7)参照)と強度(を表す画素値)G(x,y)(式(6)参照)との比R(x,y)を算出する(ステップS1301)。   First, the abnormality detection processing unit 105 uses the following equation (100) for each pixel from the time correlation image data and the intensity image data, and uses the following equation (100) to represent the amplitude (representing pixel value) C (x, y) (equation ( 7)) and intensity (a pixel value representing) G (x, y) (see equation (6)) R (x, y) is calculated (step S1301).

R(x,y)=C(x,y)/G(x,y)……(100) R (x, y) = C (x, y) / G (x, y) (100)

次に、異常検出処理部105は、比R(x,y)と閾値とを比較し、比R(x,y)の値が対応する閾値以下となる画素を、異常(欠陥)のある画素として検出する(ステップS1302)。また、異常検出処理部105は、比R(x,y)と閾値とを比較し、比R(x,y)の値が対応する別の閾値以上となる画素を、ムラ(汚れ等)のある画素として検出する(ステップS1303)。法線ベクトルの分布の異常により、振幅の打ち消し合い(減殺)が顕著となった場合には、強度に比べて振幅がより大きく下がる。一方、法線ベクトルの分布にはそれほどの異常は無いものの被検査体150の表面の汚れ等によって光の吸収が顕著となった場合には、振幅に比べて強度がより大きく下がる。よって、異常検出処理部105は、ステップS1302およびステップS1303による異常種別の検出が可能となる。   Next, the abnormality detection processing unit 105 compares the ratio R (x, y) with a threshold value, and sets a pixel having a ratio R (x, y) value equal to or less than the corresponding threshold value to a pixel having an abnormality (defect). (Step S1302). In addition, the abnormality detection processing unit 105 compares the ratio R (x, y) with a threshold value, and determines that a pixel whose ratio R (x, y) is equal to or greater than another corresponding threshold value is uneven (dirt or the like). A pixel is detected (step S1303). When the cancellation of the amplitude (attenuation) becomes significant due to an abnormality in the distribution of the normal vector, the amplitude decreases more than the strength. On the other hand, although there is not so much abnormality in the normal vector distribution, when the light absorption becomes significant due to dirt on the surface of the object 150 to be inspected, the intensity is greatly reduced compared to the amplitude. Therefore, the abnormality detection processing unit 105 can detect the abnormality type in steps S1302 and S1303.

次に、本実施形態の検査システムにおける被検査体150の検査処理について説明する。図10は、本実施形態の検査システムにおける上述した処理の手順を示すフローチャートである。なお、被検査体150は、すでにアーム140に固定された状態で、検査の初期位置に配置されているものとする。   Next, an inspection process for the inspected object 150 in the inspection system of the present embodiment will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of the above-described processing in the inspection system of the present embodiment. It is assumed that the device under test 150 is already fixed to the arm 140 and arranged at the initial position of the inspection.

本実施形態のPC100が、プロジェクタ121に対して、被検査体150を検査するための縞パターンを出力する(ステップS1401)。   The PC 100 according to the present embodiment outputs a fringe pattern for inspecting the inspection object 150 to the projector 121 (step S1401).

プロジェクタ121は、PC100から入力された縞パターンを格納する(ステップS1421)。そして、プロジェクタ121は、格納された縞パターンを、時間遷移に従って変化するように表示する(ステップS1422)。なお、プロジェクタ121が表示を開始する条件は、縞パターンが格納された際に制限するものではなく、例えば検査者がプロジェクタ121に対して開始操作を行った際でもよい。   The projector 121 stores the fringe pattern input from the PC 100 (step S1421). Then, the projector 121 displays the stored stripe pattern so as to change according to the time transition (step S1422). The condition for the projector 121 to start display is not limited when the stripe pattern is stored, and may be, for example, when the inspector performs a start operation on the projector 121.

そして、PC100の制御部103が、時間相関カメラ110に対して、撮影の開始指示を送信する(ステップS1402)。   Then, the control unit 103 of the PC 100 transmits a shooting start instruction to the time correlation camera 110 (step S1402).

次に、時間相関カメラ110が、送信されてきた撮影指示に従って、被検査体150を含む領域について撮像を開始する(ステップS1411)。次に、時間相関カメラ110の制御部240が、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する(ステップS1412)。そして、時間相関カメラ110の制御部240が、強度画像データと、時間相関画像データと、を、PC100に出力する(ステップS1413)。   Next, the time correlation camera 110 starts imaging for an area including the inspection object 150 in accordance with the transmitted imaging instruction (step S1411). Next, the control unit 240 of the time correlation camera 110 generates intensity image data and time correlation image data (step S1412). Then, the control unit 240 of the time correlation camera 110 outputs the intensity image data and the time correlation image data to the PC 100 (step S1413).

PC100の制御部103は、強度画像データと、時間相関画像データと、を受け取る(ステップS1403)。そして、振幅−位相画像生成部104は、受け取った強度画像データと時間相関画像データとから、振幅画像データと、位相画像データとを生成する(ステップS1404)。   The control unit 103 of the PC 100 receives the intensity image data and the time correlation image data (step S1403). Then, the amplitude-phase image generation unit 104 generates amplitude image data and phase image data from the received intensity image data and time correlation image data (step S1404).

そして、異常検出処理部105が、振幅画像データと、位相画像データとに基づいて、被検査体150の異常検出制御を行う(ステップS1405)。そして、異常検出処理部105は、異常検出結果を、PC100が備える(図示しない)表示装置に出力する(ステップS1406)。   Then, the abnormality detection processing unit 105 performs abnormality detection control of the inspected object 150 based on the amplitude image data and the phase image data (step S1405). Then, the abnormality detection processing unit 105 outputs the abnormality detection result to a display device (not shown) included in the PC 100 (step S1406).

異常検出結果の出力例としては、強度画像データを表示するとともに、振幅画像データと位相画像データとに基づいて異常が検出された領域に対応する、強度画像データの領域を、検査者が異常を認識できるように装飾表示するなどが考えられる。また、視覚に基づく出力に制限するものではなく、音声等で異常が検出されたことを出力してもよい。   As an output example of the abnormality detection result, the intensity image data is displayed, and an area of the intensity image data corresponding to the area where the abnormality is detected based on the amplitude image data and the phase image data is displayed. For example, a decorative display may be used so that it can be recognized. Further, the output is not limited to visual output, and it may be output that an abnormality has been detected by voice or the like.

制御部103は、当該被検査体150の検査が終了したか否かを判定する(ステップS1407)。検査が終了していないと判定した場合(ステップS1407:No)、アーム制御部101が、予め定められた設定に従って、次の検査対象となる被検査体150の表面が、時間相関カメラ110で撮影できるように、アームの移動制御を行う(ステップS1408)。アームの移動制御が終了した後、制御部103が、再び時間相関カメラ110に対して、撮影の開始指示を送信する(ステップS1402)。   The control unit 103 determines whether or not the inspection of the inspected object 150 has been completed (step S1407). When it is determined that the inspection has not ended (step S1407: No), the arm control unit 101 captures the surface of the inspection object 150 to be inspected next with the time correlation camera 110 according to a predetermined setting. The movement control of the arm is performed so that it can be performed (step S1408). After the arm movement control is completed, the control unit 103 transmits an imaging start instruction to the time correlation camera 110 again (step S1402).

一方、制御部103は、当該被検査体150の検査が終了したと判定した場合(ステップS1407:Yes)、終了指示を時間相関カメラ110に対して出力し(ステップS1409)、処理を終了する。   On the other hand, if the control unit 103 determines that the inspection of the inspected object 150 has ended (step S1407: Yes), the control unit 103 outputs an end instruction to the time correlation camera 110 (step S1409), and ends the process.

そして、時間相関カメラ110は、終了指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS1414)。終了指示を受け付けていない場合(ステップS1414:No)、再びステップS1411から処理を行う。一方、終了指示を受け付けた場合(ステップS1414:Yes)、処理を終了する。   Then, the time correlation camera 110 determines whether an end instruction has been received (step S1414). If an end instruction has not been received (step S1414: NO), the processing is performed again from step S1411. On the other hand, if an end instruction has been received (step S1414: YES), the process ends.

なお、プロジェクタ121の終了処理は、検査者が行ってもよいし、他の構成からの指示に従って終了してもよい。   Note that the inspecting process of the projector 121 may be performed by an inspector or may be terminated in accordance with an instruction from another configuration.

また、本実施形態では、時間相関カメラ110を用いて生成された強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する例について説明した。しかしながら、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成するために時間相関カメラ110を用いることに制限するものではなく、アナログ的な処理で実現可能な時間相関カメラや、それと等価な動作をする撮像システムを用いてもよい。例えば、通常のデジタルスチルカメラが生成した画像データを出力し、情報処理装置が、デジタルスチルカメラが生成した画像データを、フレーム画像データとして用いて参照信号を重畳することで、時間相関画像データを生成してもよいし、イメージセンサ内で光強度信号に参照信号を重畳するようなデジタルカメラを用いて、時間相関画像データを生成してもよい。   In the present embodiment, the example in which the intensity image data generated using the time correlation camera 110 and the time correlation image data are generated has been described. However, the present invention is not limited to the use of the time correlation camera 110 for generating the intensity image data and the time correlation image data, and a time correlation camera that can be realized by analog processing or an operation equivalent thereto. An imaging system may be used. For example, image data generated by a normal digital still camera is output, and the information processing apparatus superimposes a reference signal using the image data generated by the digital still camera as frame image data, thereby generating time-correlated image data. The time correlation image data may be generated by using a digital camera that superimposes a reference signal on a light intensity signal in the image sensor.

(変形例1)
上記実施形態では、周囲との違いに基づいて、異常に関連する特徴を検出する例について説明したが、周囲との違いに基づいて当該特徴を検出することに制限するものではなく、参照形状のデータ(参照データ、例えば、時間相関データや、振幅画像データ、位相画像データ等)との差異に基づいて当該特徴を検出してもよい。この場合、参照データの場合とで、空間位相変調照明(縞パターン)の位置合わせおよび同期が必要となる。
(Modification 1)
In the above embodiment, an example in which a feature related to an abnormality is detected based on a difference from the surroundings has been described, but the present invention is not limited to detecting the feature based on a difference from the surroundings. The feature may be detected based on a difference from data (reference data such as time correlation data, amplitude image data, phase image data, etc.). In this case, it is necessary to align and synchronize the spatial phase modulation illumination (stripe pattern) with the reference data.

本変形例では、異常検出処理部105が、予め(図示しない)記憶部に記憶された、参照表面から得られた振幅画像データ及び位相画像データと、被検査体150の振幅画像データ及び位相画像データと、を比較し、被検査体150の表面と参照表面との間で、光の振幅及び光の位相とのうちいずれか一つ以上について所定の基準以上の違いがあるか否かを判定する。   In this modification, the abnormality detection processing unit 105 stores the amplitude image data and phase image data obtained from the reference surface and the amplitude image data and phase image of the inspected object 150, which are stored in advance in a storage unit (not shown). The data is compared, and it is determined whether or not there is a difference greater than a predetermined standard for any one or more of the light amplitude and the light phase between the surface of the inspected object 150 and the reference surface. To do.

本変形例は、上記実施形態と同じ構成の検査システムを用い、参照表面として正常な被検査体150の表面を用いる例とする。   This modification is an example in which the inspection system having the same configuration as that of the above embodiment is used and the surface of a normal inspection object 150 is used as a reference surface.

プロジェクタ121がスクリーン122を介して縞パターンを照射している間に、時間相関カメラ110が、正常な被検査体150の表面を撮像し、時間相関画像データを生成する。そして、PC100が、時間相関カメラ110で生成された時間相関画像データを入力し、振幅画像データ及び位相画像データを生成し、PC100の図示しない記憶部に振幅画像データ及び位相画像データを記憶させておく。そして、時間相関カメラ110が、異常が生じているか否か判定したい被検査体150を撮像し、時間相関画像データを生成する。そして、PC100が、時間相関画像データから、振幅画像データ及び位相画像データを生成した後、記憶部に記憶されていた、正常な被検査体150の振幅画像データ及び位相画像データと比較する。その際に、正常な被検査体150の振幅画像データ及び位相画像データと、検査対象の被検査体150の振幅画像データ及び位相画像データと、の比較結果を、異常を検出する特徴を示したデータとして出力する。そして、異常を検出する特徴が、当該所定の基準以上の場合に、被検査体150に対して異常があると推測できる。   While the projector 121 irradiates the fringe pattern via the screen 122, the time correlation camera 110 captures the surface of the normal inspection object 150 and generates time correlation image data. Then, the PC 100 inputs the time correlation image data generated by the time correlation camera 110, generates amplitude image data and phase image data, and stores the amplitude image data and phase image data in a storage unit (not shown) of the PC 100. deep. Then, the time correlation camera 110 captures an image of the inspected object 150 to be determined as to whether or not an abnormality has occurred, and generates time correlation image data. Then, after the PC 100 generates the amplitude image data and the phase image data from the time correlation image data, the PC 100 compares the amplitude image data and the phase image data stored in the storage unit with the amplitude image data and the phase image data of the normal inspection object 150. At that time, the comparison result between the amplitude image data and the phase image data of the normal inspection object 150 and the amplitude image data and the phase image data of the inspection object 150 to be inspected showed the characteristic of detecting an abnormality. Output as data. Then, when the feature for detecting an abnormality is equal to or greater than the predetermined reference, it can be estimated that the inspection object 150 is abnormal.

これにより、本変形例では、正常な被検査体150の表面と差異が生じているか否か、換言すれば、被検査体150の表面に異常が生じているか否かを判定できる。なお、振幅画像データ及び位相画像データの比較手法は、どのような手法を用いてもよいので、説明を省略する。   Thereby, in this modification, it can be determined whether or not there is a difference from the surface of the normal inspection object 150, in other words, whether or not an abnormality occurs on the surface of the inspection object 150. Note that any method may be used as a method for comparing the amplitude image data and the phase image data, and thus description thereof is omitted.

さらに、本変形例では参照表面の違いに基づいて、異常を検出する特徴を示したデータを出力する例について説明したが、参照表面の違いと、上記実施形態で示した周囲との違いと、を組み合わせて、異常を検出する特徴を算出してもよい。組み合わせる手法は、どのような手法を用いてもよいので、説明を省略する。   Furthermore, in this modification, based on the difference in the reference surface, an example of outputting data indicating characteristics for detecting an abnormality has been described, but the difference between the reference surface and the surroundings described in the above embodiment, May be combined to calculate a feature for detecting an abnormality. Since any method may be used as the method of combination, description thereof is omitted.

(変形例2)
上記実施形態では、x方向に縞パターンを動かして、被検査体150の異常(欠陥)を検出する例について説明した。しかしながら、x方向に垂直なy方向で急峻に法線の分布が変化する異常(欠陥)が被検査体150に生じている場合、x方向に縞パターンを動かすよりも、y方向に縞パターンを動かす方が欠陥の検出が容易になる場合がある。そこで、変形例では、x方向に移動する縞パターンと、y方向に移動する縞パターンとを、交互に切り替える例について説明する。
(Modification 2)
In the above-described embodiment, the example in which the stripe pattern is moved in the x direction to detect an abnormality (defect) of the inspection target 150 has been described. However, when an abnormality (defect) in which the normal distribution changes steeply in the y direction perpendicular to the x direction has occurred in the inspected object 150, the stripe pattern is moved in the y direction rather than moved in the x direction. It may be easier to detect defects by moving it. Therefore, in the modification, an example will be described in which a fringe pattern moving in the x direction and a fringe pattern moving in the y direction are alternately switched.

本変形例の照明制御部102は、所定の時間間隔毎に、プロジェクタ121に出力する縞パターンを切り替える。これにより、プロジェクタ121は、一つの検査対象面に対して、異なる方向に延びた複数の縞パターンを出力する。   The illumination control unit 102 of this modification switches the stripe pattern output to the projector 121 at predetermined time intervals. Accordingly, the projector 121 outputs a plurality of stripe patterns extending in different directions with respect to one inspection target surface.

図11は、本変形例の照明制御部102が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。図11の(A)では、照明制御部102は、プロジェクタ121が表示する縞パターンをx方向に遷移させる。その後、(B)に示されるように、照明制御部102は、プロジェクタ121が表示する縞パターンをy方向に遷移させる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a switching example of the fringe pattern output by the illumination control unit 102 of the present modification. In FIG. 11A, the illumination control unit 102 changes the stripe pattern displayed by the projector 121 in the x direction. Thereafter, as shown in (B), the illumination control unit 102 shifts the stripe pattern displayed by the projector 121 in the y direction.

そして、PC100の制御部103は、図11の(A)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行い、図11の(B)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。   Then, the control unit 103 of the PC 100 performs abnormality detection based on the time correlation image data obtained from the stripe pattern irradiation of FIG. 11A, and is obtained from the stripe pattern irradiation of FIG. Abnormality detection is performed based on the time correlation image data.

図12は、本変形例の照明制御部102が、異常(欠陥)1601を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。図12に示す例では、異常(欠陥)1601が、x方向に延びている。この場合、照明制御部102は、x方向に交差するy方向、換言すれば異常(欠陥)1601の長手方向に交差する方向に縞パターンが移動するように設定する。当該設定により、検出精度を向上させることができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which the illumination control unit 102 of the present modification irradiates the surface including the abnormality (defect) 1601 with a stripe pattern. In the example shown in FIG. 12, an abnormality (defect) 1601 extends in the x direction. In this case, the illumination control unit 102 sets the fringe pattern to move in the y direction that intersects the x direction, in other words, in the direction that intersects the longitudinal direction of the abnormality (defect) 1601. With this setting, detection accuracy can be improved.

本変形例の検査システムにおいて、被検査体150に生じる欠陥の長手方向がランダムな場合には、複数方向(例えば、x方向、及び当該x方向に交差するy方向等)で縞パターンを表示することで、欠陥の形状を問わずに当該欠陥の検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。また、異常の形状に合わせた縞パターンを投影することで、異常の検出精度を向上させることができる。   In the inspection system of this modification, when the longitudinal direction of the defect generated in the inspection object 150 is random, the fringe pattern is displayed in a plurality of directions (for example, the x direction and the y direction crossing the x direction). Thus, the defect can be detected regardless of the shape of the defect, and the abnormality (defect) detection accuracy can be improved. Further, by projecting a fringe pattern that matches the shape of the abnormality, the abnormality detection accuracy can be improved.

(照明装置)
図13は、上記実施形態および上記変形例における照明装置120、被検査体150、および時間相関カメラ110の光学系を示す説明図である。
(Lighting device)
FIG. 13 is an explanatory diagram showing optical systems of the illumination device 120, the inspected object 150, and the time correlation camera 110 in the embodiment and the modification.

図13に示されるように、照明装置120は、プロジェクタ121とスクリーン122とを含んでいる。プロジェクタ121は、図4,5,11に示されるような明領域(明部)と暗領域(暗部)とを含む縞パターンのようなパターン光を出射する。パターン光は、縞パターンには限定されず、例えば、格子状に配列された明領域および暗領域を含むパターン光等であってもよい。   As illustrated in FIG. 13, the illumination device 120 includes a projector 121 and a screen 122. The projector 121 emits pattern light such as a stripe pattern including a bright region (bright portion) and a dark region (dark portion) as shown in FIGS. The pattern light is not limited to the stripe pattern, and may be, for example, pattern light including a bright area and a dark area arranged in a lattice pattern.

パターン光は、スクリーン122を経由して、被検査体150に投影され、当該被検査体150に投影されたパターン光が、時間相関カメラ110によって撮影される。言い換えると、パターン光は、被検査体150の検査対象面において反射され、時間相関カメラ110は、当該検査対象面で反射されたパターン光を撮影する。そして、上述したように、時間相関カメラ110は、被検査体150の表面、すなわち検査対象面において複素変調(直交変調)されたパターン光を復調(直交復調、直交検波)することにより、検査対象面を検査する。   The pattern light is projected onto the inspection object 150 via the screen 122, and the pattern light projected onto the inspection object 150 is photographed by the time correlation camera 110. In other words, the pattern light is reflected on the inspection target surface of the inspection object 150, and the time correlation camera 110 captures the pattern light reflected on the inspection target surface. Then, as described above, the time correlation camera 110 demodulates (orthogonal demodulation, quadrature detection) the pattern light that is complex-modulated (orthogonal modulation) on the surface of the inspection object 150, that is, the inspection object surface. Inspect the surface.

ここで、図13を参照すれば、スクリーン122は、入射面122aと、当該入射面122aとは反対側の出射面122bと、を有し、プロジェクタ121から出射されたパターン光を時間相関カメラ110に向けて収束するレンズとして機能していることが理解できよう。プロジェクタ121から出射されたパターン光は、屈折しながらスクリーン122を透過している。プロジェクタ121、スクリーン122、検査対象面(被検査体150)、および時間相関カメラ110の配置(距離)は、時間相関カメラ110においてパターン光が収束するよう、設定される。スクリーン122は、透過部材の一例である。   Here, referring to FIG. 13, the screen 122 has an incident surface 122 a and an exit surface 122 b opposite to the incident surface 122 a, and the time correlation camera 110 converts the pattern light emitted from the projector 121. It can be understood that it functions as a lens that converges toward the lens. The pattern light emitted from the projector 121 passes through the screen 122 while being refracted. The arrangement (distance) of the projector 121, the screen 122, the inspection target surface (inspected object 150), and the time correlation camera 110 is set so that the pattern light converges in the time correlation camera 110. The screen 122 is an example of a transmissive member.

図14は、スクリーン122の構成を示す断面図である。スクリーン122は、厚さ方向に積層された四つの部材を含んでいる。スクリーン122では、入射面122a側から出射面122b側に向けて、四つの部材として、第一フレネルレンズ123、第二フレネルレンズ124、透明プレート125、およびぼかしシート126が、この順で積層されている。なお、これら四つの部材は、互いに接着等されることによって一体化されてもよいし、四つの部材とは別の結合部材(不図示)によって一体化されてもよい。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the screen 122. The screen 122 includes four members stacked in the thickness direction. In the screen 122, a first Fresnel lens 123, a second Fresnel lens 124, a transparent plate 125, and a blur sheet 126 are stacked in this order as four members from the incident surface 122a side to the output surface 122b side. Yes. These four members may be integrated by bonding or the like, or may be integrated by a coupling member (not shown) different from the four members.

第一フレネルレンズ123は、図13に示されるようなプロジェクタ121から出射されて放射状に広がる光を、入射面122aにおいて屈折することにより、第一フレネルレンズ123内をスクリーン122の厚さ方向(図13,14における横方向)に向かう平行光に偏向する。第一フレネルレンズ123は、第一の偏向部材の一例である。   The first Fresnel lens 123 refracts light, which is emitted from the projector 121 as shown in FIG. 13 and spreads radially, on the incident surface 122a, so that the inside of the first Fresnel lens 123 has a thickness direction (see FIG. 13 and 14 in the parallel direction. The first Fresnel lens 123 is an example of a first deflecting member.

第二フレネルレンズ124は、第一フレネルレンズ123からの平行光を、第一フレネルレンズ123とは反対側の面において屈折することにより、第一フレネルレンズ123とは反対側の焦点に向けて収束する収束光に偏向する。第二フレネルレンズ124は、第二の偏向部材の一例である。なお、スクリーン122は、第一フレネルレンズ123または第二フレネルレンズ124に代えて、球面レンズを含んでもよい。   The second Fresnel lens 124 converges the parallel light from the first Fresnel lens 123 toward the focal point on the opposite side of the first Fresnel lens 123 by refracting the light on the opposite side of the first Fresnel lens 123. To converge light. The second Fresnel lens 124 is an example of a second deflecting member. Note that the screen 122 may include a spherical lens instead of the first Fresnel lens 123 or the second Fresnel lens 124.

透明プレート125は、透明の部材であって、例えば、アクリル樹脂やガラスである。透明プレート125を介して第二フレネルレンズ124の反対側に、ぼかしシート126が配置されている。ぼかしシート126は、透明プレート125とは反対側に、微細な凹凸を含む出射面122bを有する。出射面122bにおける微細な凹凸により、パターン光が拡散され、当該パターン光の明領域と暗領域との境界がぼける。   The transparent plate 125 is a transparent member, for example, an acrylic resin or glass. A blur sheet 126 is disposed on the opposite side of the second Fresnel lens 124 via the transparent plate 125. The blur sheet 126 has an exit surface 122b including fine irregularities on the side opposite to the transparent plate 125. The pattern light is diffused by the fine unevenness on the emission surface 122b, and the boundary between the bright area and the dark area of the pattern light is blurred.

ぼかしシート126は、例えば、透明プレート125に貼り付けられている。この場合、透明プレート125は、ぼかしシート126の支持部材として機能する。ぼかしシート126は、ぼかし部材の一例であり、透明プレート125は、支持部材の一例である。なお、ぼかしシート126は、比較的柔軟な可撓性のシートであるが、スクリーン122は、これに代えて、比較的硬質なプレート(ぼかしプレート)を含んでもよい。   For example, the blur sheet 126 is attached to the transparent plate 125. In this case, the transparent plate 125 functions as a support member for the blur sheet 126. The blur sheet 126 is an example of a blur member, and the transparent plate 125 is an example of a support member. The blur sheet 126 is a relatively soft flexible sheet, but the screen 122 may include a relatively hard plate (blur plate) instead.

以上、説明したように、上記実施形態および変形例1,2では、照明装置120は、プロジェクタ121と、スクリーン122(透過部材)とを含み、スクリーン122は、プロジェクタ121からの光を平行光に偏向する第一フレネルレンズ123(第一の偏向部材)と、第一フレネルレンズ123からの平行光を収束光に偏向する第二フレネルレンズ124(第二の偏向部材)と、含んでいる。このような構成により、例えば、パターン光を時間相関カメラ110に収束させ易くなる。すなわち、時間相関カメラ110は、照明装置120からの光をむらなく受けることができるため、相関振幅のばらつきをより小さくすることができる。仮に、光を収束させない場合にあっては、中心が明るく端部に近付くほど暗くなる画像が得られるが、その場合、画像の中心付近の振幅値と画像の端部付近の振幅値とに差が生じるため、検査のための画像処理がより難しくなってしまう。本実施形態によれば、そのような不都合が生じ難くなる。また、光の収束により、明領域(明部)と暗領域(暗部)とで輝度値の差がより大きい画像が得られるため、ノイズを相対的により小さくすることができ、相関演算における誤差をより小さくできるという利点もある。なお、時間相関カメラ110ではないカメラによって撮影された画像に基づく画像検査においても、明部と暗部との輝度値の差がより大きいパターン光を用いることができ、当該画像検査においても、明部と暗部との輝度値の差が大きいことによる利点を享受することができる。   As described above, in the embodiment and the first and second modifications, the illumination device 120 includes the projector 121 and the screen 122 (transmission member), and the screen 122 converts the light from the projector 121 into parallel light. A first Fresnel lens 123 (first deflecting member) that deflects and a second Fresnel lens 124 (second deflecting member) that deflects parallel light from the first Fresnel lens 123 into convergent light are included. With such a configuration, for example, the pattern light can be easily converged on the time correlation camera 110. That is, the time correlation camera 110 can receive the light from the illumination device 120 evenly, so that the variation in correlation amplitude can be further reduced. If the light is not converged, an image that is brighter at the center and darker as it approaches the edge is obtained.In this case, the difference between the amplitude value near the center of the image and the amplitude value near the edge of the image is obtained. As a result, image processing for inspection becomes more difficult. According to this embodiment, such inconvenience hardly occurs. In addition, the convergence of light produces an image with a larger difference in luminance value between the bright area (bright area) and the dark area (dark area), so that the noise can be made relatively smaller, and errors in correlation calculation can be reduced. There is also an advantage that it can be made smaller. Note that, even in an image inspection based on an image photographed by a camera other than the time correlation camera 110, pattern light having a larger luminance value difference between a bright portion and a dark portion can be used. The advantage of having a large difference in luminance value between the dark portion and the dark portion can be obtained.

また、上記実施形態および変形例1,2では、スクリーン122(透過部材)は、ぼかしシート126(ぼかし部材)を含んでいる。よって、本実施形態によれば、例えば、プロジェクタ121や、第一フレネルレンズ123、第二フレネルレンズ124等からの高周波成分を除去することができるため、よりノイズの少ない画像を得ることができる。   Moreover, in the said embodiment and the modification 1, 2, the screen 122 (transmission member) contains the blur sheet 126 (blur member). Therefore, according to the present embodiment, for example, high-frequency components from the projector 121, the first Fresnel lens 123, the second Fresnel lens 124, and the like can be removed, so that an image with less noise can be obtained.

また、上記実施形態および変形例1,2では、スクリーン122(透過部材)は、透明プレート125(支持部材)を含んでいる。よって、本実施形態によれば、例えば、スクリーン122の剛性および強度をより高くすることができる。よって、例えば、スクリーン122に含まれる他の部材(第一の偏向部材や、第二の偏向部材、ぼかし部材)として、比較的剛性や強度の低い部材を用いることができる。   Moreover, in the said embodiment and the modifications 1 and 2, the screen 122 (transmission member) contains the transparent plate 125 (support member). Therefore, according to the present embodiment, for example, the rigidity and strength of the screen 122 can be further increased. Therefore, for example, as the other members (first deflection member, second deflection member, blur member) included in the screen 122, a member having relatively low rigidity and strength can be used.

なお、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。   The inspection program executed by the PC 100 of the above-described embodiment is a file in an installable or executable format, such as a CD-ROM, a flexible disk (FD), a CD-R, a DVD (Digital Versatile Disk), or the like. The program is provided by being recorded on a computer-readable recording medium.

また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。   Further, the inspection program executed by the PC 100 of the above-described embodiment may be provided by being stored on a computer connected to a network such as the Internet and downloaded via the network. Further, the inspection program executed on the PC 100 according to the above-described embodiment may be provided or distributed via a network such as the Internet.

本発明のいくつかの実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although some embodiments and modifications of the present invention have been described, these embodiments and modifications are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

120…照明装置、121…プロジェクタ、122…スクリーン(透過部材)、123…第一フレネルレンズ(第一の偏向部材)、124…第二フレネルレンズ(第二の偏向部材)、125…透明プレート(支持部材)、126…ぼかしシート(ぼかし部材)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 120 ... Illuminating device, 121 ... Projector, 122 ... Screen (transmission member), 123 ... First Fresnel lens (first deflection member), 124 ... Second Fresnel lens (second deflection member), 125 ... Transparent plate ( Support member), 126... Blur sheet (blur member).

Claims (4)

明部と暗部とを含むパターン光を出射するプロジェクタと、
前記プロジェクタと検査対象面との間に介在し、前記プロジェクタからの光を前記検査対象面に向けて透過させる透過部材と、
を有し、
前記透過部材は、
前記プロジェクタからの光を平行光に偏向可能な第一の偏向部材と、
前記第一の偏向部材からの平行光を収束光に偏向可能な第二の偏向部材と、
を含んだ、照明装置。
A projector that emits pattern light including a bright part and a dark part;
A transmissive member that is interposed between the projector and the inspection target surface and transmits light from the projector toward the inspection target surface;
Have
The transmission member is
A first deflecting member capable of deflecting light from the projector into parallel light;
A second deflecting member capable of deflecting parallel light from the first deflecting member into convergent light;
Including lighting equipment.
前記透過部材は、前記第二の偏向部材に対して前記第一の偏向部材の反対側に設けられ、前記検査対象面に照射されたパターン光において前記明部と前記暗部との境界をぼかすぼかし部材を含んだ、請求項1に記載の照明装置。   The transmitting member is provided on the opposite side of the first deflecting member with respect to the second deflecting member, and blurs the boundary between the bright part and the dark part in the pattern light irradiated on the inspection target surface. The lighting device according to claim 1, comprising a member. 前記透過部材は、無色透明な支持部材を含んだ、請求項1または2に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the transmission member includes a colorless and transparent support member. プロジェクタと検査対象面との間に介在し、前記プロジェクタからの光を前記検査対象面に向けて透過させる透過部材であって、
前記プロジェクタからの光を平行光に偏向可能な第一の偏向部材と、
前記第一の偏向部材からの平行光を収束光に偏向可能な第二の偏向部材と、
を含む、透過部材。
A transmissive member that is interposed between the projector and the inspection target surface and transmits light from the projector toward the inspection target surface;
A first deflecting member capable of deflecting light from the projector into parallel light;
A second deflecting member capable of deflecting parallel light from the first deflecting member into convergent light;
Including a transmissive member.
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