JP2020008318A - 光照射装置、光学評価装置および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査装置の小型化に有利な技術を提供する。【解決手段】物体に光を照射する光照射装置は、一定の中心間隔で配置され、少なくとも部分的に光を遮断するライン状の複数の遮光部と、前記物体に光を照射するように前記複数の遮光部のうちの一部の遮光部に対して重なるように配置されたライン状の複数の光照射部と、を含み、前記複数の光照射部は、前記複数の遮光部の前記中心間隔の２倍以上の周期を形成するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光照射装置、光学評価装置および物品製造方法に関する。

特許文献１には、輝度が周期的に変化する光を被検査体に照射しながら被検査体を撮像し、得られた画像の周期的な輝度変化の振幅値等を算出し、振幅値等を用いて欠陥を検出する検査装置が記載されている。特許文献１の検査装置において、被検査体に光を照射する照明装置は、ＬＣＤ等の表示装置に縞パターン光を映し出し、この縞パターン光を被検査体に照射する。あるいは、照明装置は、プロジェクタによってスクリーンに縞パターン光を投影し、スクリーンで反射された縞パターン光を被検査体に照射する。

特許第５９９４４１９号公報

特許文献１に記載された検査装置のような光学評価装置では、ＬＣＤ等の表示装置からなる照明装置、又は、プロジェクタおよびスクリーンからなる照明装置が使用され、このような照明装置は、光を透過しない非透過型である。したがって、被検査体に形成された縞パターンを撮像装置によって撮像するためには、撮像装置の視野が照明装置によって遮られないように照明装置を配置する必要があり、これにより光学評価装置が大型化しうる。特に、被検査体の検査対象領域が曲面である場合、検査対象領域の全体からの正反射光を一度に撮像するためには、大きな照明装置が必要となり、光学評価装置の更なる大型化が問題となりうる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、光学評価装置の小型化に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、物体に光を照射する光照射装置に係り、前記光照明装置は、一定の中心間隔で配置され、少なくとも部分的に光を遮断するライン状の複数の遮光部と、前記物体に光を照射するように前記複数の遮光部のうちの一部の遮光部に対して重なるように配置されたライン状の複数の光照射部と、を含み、前記複数の光照射部は、前記複数の遮光部の前記中心間隔の２倍以上の周期を形成するように配置されている。

本発明によれば、光学評価装置の小型化に有利な技術が提供される。

本発明の一実施形態の光照射装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態の光学評価装置の構成を示す図。 光照射装置を走査しながら撮像装置の露光を行うことの効果を説明するための図。 本発明の一実施形態の光学評価装置の動作を示す図。 複数の周期要素の中心間隔Ｐ_ｏと複数の遮光部の中心間隔Ｐ_ｍとの比（Ｐ_ｏ／Ｐ_ｍ）と画像の強度の不均一性との関係を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の一実施形態の光照射装置１０の構成が模式的に示されている。光照射装置１０は、物体１１に光を照射するように構成される。図１（ａ）は、光照射装置１０によって光が照射される物体１１の側から光照射装置１０を見た図であり、図１（ｂ）は、光照射装置１０の断面図ないし側面図である。

光照射装置１０は、複数の遮光部１０１と、複数の光照射部１０２とを含む。複数の遮光部１０１は、少なくとも部分的に光を遮断するように構成される。換言すると、複数の遮光部１０１の光の透過率は、１００％未満である。好ましくは、複数の遮光部１０１の光の透過率は、１０％未満である。複数の遮光部１０１は、Ｘ方向に一定の中心間隔Ｐ_ｍで配置されたライン状の複数の遮光部である。各遮光部１０１は、その長さ方向がＸ方向に交差する方向、例えばＹ方向である。なお、Y方向は、Ｘ方向に直交する方向である。複数の光照射部１０２は、物体１１に光を照射するように、複数の遮光部１０１のうちの一部の遮光部１０１に対して重なるように配置されたライン状の複数の光照射部である。各光照射部１０２の幅（Ｘ方向における幅）Ｗ_ＬＩは、各遮光部１０１の幅（Ｘ方向における幅）Ｗ_ＬＢ以下である。

複数の遮光部１０１における互いに隣り合う遮光部１０１の間には、光を透過する光透過部としての開口部１０７が設けられている。複数の開口部１０７は、中心間隔Ｐ_ｍで配置されている。後述する撮像部は、複数の開口部１０７を通して物体１１を撮像することができる。遮光部１０１と開口部１０７とは、交互に配置されている。

上記のように、Ｘ方向における複数の遮光部１０１の中心間隔はＰ_ｍである。これは、複数の遮光部１０１がＸ方向に周期Ｐ_ｍを形成するように配置されていることと等価である。複数の光照射部１０２は、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍの２倍以上の周期Ｐ_oをＸ方向に形成するように配置されている。複数の光照射部１０２は、例えば、周期Ｐ_oを中心間隔とするように配置された複数の周期要素１０３を形成する。ここで、複数の周期要素１０３の各々は、同じ個数の光照射部１０２で構成される。各周期要素１０３を構成する光照射部１０２の個数が２以上である場合、複数の周期要素１０３の各々における光照射部１０２の中心間隔は、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍと等しい。

周期要素１０３の幅（Ｘ方向における幅）Ｗ_ｏを、周期要素１０３に含まれる最も外側の２つの光照射部１０２（１つの周期要素１０３において互いに最も離隔した２つの光照射部１０２）の外側に隣接する２つの開口部１０７の中心間隔として定義する。各周期要素１０３を構成する光照射部１０２の個数をｎ、複数の遮光部１０１の中心間隔をＰ_ｍとすると、Ｗ_ｏ＝ｎ×Ｐ_ｍが成り立つ。

図１の例では、複数の周期要素１０３の各々は、２個の光照射部１０２で構成される。また、図１の例では、複数の周期要素１０３における互いに隣り合う周期要素１０３の間に２個の遮光部１０１が配置されている。また、図１の例では、複数の周期要素１０３の中心間隔あるいは周期Ｐ_ｏは、複数の遮光部１０１の中心間隔ないし周期Ｐ_ｍの４倍、各周期要素１０３の幅Ｗ_ｏは、複数の遮光部１０１の中心間隔ないし周期Ｐ_ｍの２倍である。

光照射装置１０は、光を透過する板部材１０４を更に含み、複数の遮光部１０１および複数の光照射部１０２は、板部材１０４の主面ＰＳの上に配置されうる。複数の光照射部１０２は、複数の遮光部１０１のうち複数の光照射部１０２が重なるように配置された遮光部１０１と主面ＰＳとの間に配置されうる。主面ＰＳへの正射影（平面視）において、光照射部１０２は、それが重なった遮光部１０１から食み出さないように配置されうる。換言すると、複数の光照射部１０２の各々の幅は、複数の遮光部１０１の各々幅以下でありうる。

一例において、複数の光照射部１０２は白色の顔料で構成され、複数の遮光部１０１は黒色の顔料で構成されうる。板部材１０４の上に白色の顔料をライン状に塗布することによって複数の光照射部１０２を形成し、また、黒色の顔料をライン状に塗装することによって複数の光照射部１０２を形成することができる。顔料の塗布には、例えば、シルク印刷またはインクジェット印刷など公知の技術を採用することができる。

あるいは、複数の光照射部１０２が印刷された板部材１０４と、複数の遮光部１０１が印刷された基板とを準備し、板部材１０４と該基板とを光照射部１０２と遮光部１０１とが重なるように重ね合わせることによって光照射装置１０が製造されてもよい。あるいは、遮光部１０１および光照射部１０２を透明な他の板部材の上に印刷し、当該他の板部材を板部材１０４の上に配置することによって光照射装置１０が製造されてもよい。あるいは、透明な有機ＥＬディスプレイなどにより形成された複数の光照射部１０２と、複数のライン状の開口部１０７を設けた金属板などにより形成された複数の遮光部１０１とを重ね合わせることによって光照射装置１０が製造されてもよい。

複数の遮光部１０１および複数の光照射部１０２は、顔料を用いる方法以外の方法で形成されてもよい。例えば、複数の遮光部１０１は、アルミニウムまたはクロムなどの金属蒸着膜で形成されうる。また、光照射部１０２は、例えば、レーザー加工またはブラスト加工などにより、板部材１０４の主面ＰＳに凹凸構造または梨地構造が加工されたものであってもよい。

光照射装置１０は、板部材１０４の端面（側面）に対して光を照射する光源１０６を更に含みうる。一例において、板部材１０４は、保持枠１０５によって保持され、保持枠１０５に光源１０６が組み込まれうる。光源１０６は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）またはハロゲンランプを含みうる。光源１０６から射出された光は、板部材１０４の端面を通して板部材１０４に内部に入り、板部材１０４の内部を全反射しながら伝搬する。つまり、板部材１０４は、導光板として機能する。

板部材１０４の内部を伝搬する光の一部は、板部材１０４に設けられた複数の光照射部１０２によって散乱される。板部材１０４から見て物体１１とは反対方向（Ｚ軸のプラス方向）に散乱した光は、遮光部１０１によって吸収または反射されることにより遮断される。これによって、板部材１０４から見て物体１１とは反対方向に配置される撮像部に光が照射されることが防止される。このような機能を実現するために、各光照射部１０２の幅（Ｘ方向における幅）Ｗ_ＬＩは、各遮光部１０１の幅（Ｘ方向における幅）Ｗ_ＬＢ以下であることが好ましく、Ｗ_ＬＢ未満であることが更に好ましい。あるいは、各光照射部の幅は、各遮光部の幅の８０％以上９５％以下であってもよい。

複数の光照射部１０２で散乱されて板部材１０４から物体１１に向けて射出された光が物体１１に照射される。これにより、物体１１の表面には、複数の光照射部１０２に配置に応じた光強度分布あるいは像が形成される。

光照射部１０２が顔料で形成される場合、物体１１に十分な強度の光を照射するために、光照射部１０２の厚さは、数ミクロン以上とされうる。一方で、光照射部１０２の厚さが大き過ぎると、光照射部１０２に重なる遮光部１０１の位置が板部材１０４から遠ざかる。したがって、光照射部１０２の上に配置された遮光部１０１の高さと、光照射部１０２がない部分に配置された遮光部１０１の高さ（主面ＰＳからの距離）との差が大きくなり過ぎる。この場合、撮像部から見える複数の遮光部１０１の幅が不均一になる。そこで、複数の光照射部１０２の厚さは、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍよりも小さいことが好ましい。

図２には、本発明の一実施形態の光学評価装置１の構成が示されている。光学評価装置１は、光照射装置１０を構成部品（光照射器）として備え、物体１１を光学的に評価する。物体１１は、例えば、光沢を有する表面を有する。物体１１は、例えば、表面が研磨された金属部品または樹脂部品でありうる。物体１１の表面またはその近傍には、例えば、傷、色抜け、打痕等のように、多様な欠陥が存在しうる。

光学評価装置１は、物体１１の被検査領域の画像を取得し、その画像を処理して得られる処理画像を評価することにより、物体１１の表面上の欠陥を検出しうる。また、光学評価装置１は、欠陥の検出結果に基づいて、例えば、物体１１を良品または不良品に分類しうる。光学評価装置１は、図示されていないが、物体１１を所定の位置に搬送する不図示の搬送装置（例えば、コンベアやロボット、スライダ、手動ステージなど）を備えうる。

光学評価装置１は、物体１１に光を照射することによって物体１１を照明する光照射装置１０と、光照射装置１０を介して物体１１を撮像する撮影部（カメラ）１２とを備えうる。撮像部１２は、複数の遮光部１０１の間の複数の開口部１０７を介して物体１１を撮像する。撮像部１２は、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ等のように、複数の画素が２次元状に配置されたイメージセンサ（エリアセンサ）と、物体１１の像をイメージセンサの撮像面に形成する光学系とを含みうる。エリアセンサを採用することにより、ラインセンサを採用する場合よりも、物体１１の広い範囲について高速に評価を行うことができる。

光学評価装置１は、駆動部１３を備えている。駆動部１３は、光照射装置１０（複数の遮光部１０１および複数の光照射部１０２）を複数の遮光部１０１の各々の長さ方向（Ｙ方向）と交差する方向（典型的には、Ｘ方向）に移動させる。図２に示された例では、駆動部１３は、光照射装置１０の全体を移動させるが、複数の遮光部１０１および複数の光照射部１０２が可動体に設けられている場合には、駆動部１３は、該可動体だけを移動させてもよい。

光学評価装置１は、更に、制御部１４を備えうる。制御部１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。制御部１４は、例えば、光照射装置１０、撮像部１２および駆動部１３を相互に同期させて動作させる。制御部１４は、例えば、光照射装置１０が一定の速度で移動するように駆動部１３を制御しながら、撮像部１２に一定の時間間隔でトリガー信号を送信し、Ｎ枚の画像（Ｎ≧３）を撮像させる。ただし、このような構成に限定されるものではなく、例えば、手動で駆動部１３を操作して光照射装置１０を移動させた後、マニュアルトリガーで撮像部１２に撮像を実行させてもよい。

光学評価装置１は、更に、画像処理部１５およびディスプレイ１６を備えうる。画像処理部１５は、撮像部１２によって撮像された複数（Ｎ枚）の画像に基づいて物体１１を評価する。画像処理部１５と制御部１４は、一体化されてもよい。画像処理部１５は、例えば、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータによって構成されうる。撮像部１２によって撮像された画像は、ケーブル等の不図示の転送路または通信路を介して画像処理部１５に転送されうる。

撮像部１２が撮像を行う撮像期間（露光期間）は、駆動部１３が光照射装置１０を移動させている移動期間内に設定される。換言すると、駆動部１３が光照射装置１０を移動させている状態で撮像部１２が撮像を行う。露光期間は、撮像部１２が光電変換によって発生した電荷を蓄積する期間、即ち電荷蓄積期間である。このような動作は、複数の遮光部１０１および複数の周期要素１０３によって形成される周波数成分のうち複数の周期要素１０３の周期Ｐ_ｏよりも短い周期を有する周波数成分（高次の周波数成分）を低減するために有利である。以下、図３を参照しながら、この理由を説明する。

図３（ａ）には、光照射装置１０が静止した状態において撮像部１２によって観察される複数の遮光部１０１の透過率分布が示されている。横軸がＸ座標、縦軸が透過率（撮像部１２の露光期間における光量（輝度の時間積分値）と等価）を表す。ライン状の複数の遮光部１０１が中心間隔（周期）Ｐ_ｍで配置されていることから、透過率分布は矩形波状となる。

図３（ｂ）には、光照射装置１０がＰ_ｍだけ走査されている間に撮像部１２が露光を続けた場合に撮像部１２によって観察される複数の遮光部１０１の透過率分布（実線）が示されている。横軸がＸ座標、縦軸が透過率（撮像部１２の露光期間における光量（輝度の時間積分値）と等価）を表す。図３（ｂ）には、比較のため、図３（ａ）の透過率分が破線で示されている。光照射装置１０がＰ_ｍだけ走査されている間に撮像部１２が露光を続けることで、撮像部１２によって観察される複数の遮光部１０１の透過率分布が平滑化され、上辺が略均一透過率を有する台形状の分布となる。

図３（ｃ）には、光照射装置１０が静止した状態において撮像部１２によって観察される複数の光照射部１０２の輝度分布が示されている。横軸がＸ座標、縦軸が輝度（撮像部１２の露光期間における光量（輝度の時間積分値）と等価）を表す。ライン状の複数の光照射部１０２が周期Ｐ_ｏを形成するように配置されていることから、輝度分布は、間隔が一定でない矩形波状となる。

図３（ｄ）には、光照射装置１０がＰ_ｍだけ走査されている間に撮像部１２が露光を続けた場合に撮像部１２によって観察される複数の光照射部１０２の輝度分布（実線）が示されている。横軸がＸ座標、縦軸が輝度（撮像部１２の露光期間における光量（輝度の時間積分値）と等価）を表す。図３（ｄ）には、比較のため、図３（ｃ）の透過率分布が破線で示されている。光照射装置１０がＰ_ｍだけ走査されている間に撮像部が露光を続けることで、撮像部１２によって観察される複数の光照射部１０２の輝度分布も平滑化される。ただし、複数の遮光部１０１の間隔Ｐ_ｍよりも複数の光照射部１０２（複数の周期要素１０３）が形成する周期Ｐ_ｏが大きい（この例では、Ｐ_ｏがＰ_ｍの４倍）ため、輝度分布は単一の台形ではなく台形波状となる。

以上のように、光照射装置１０を静止させて撮像部１２によって撮像を行った場合、撮像部１２によって観察される複数の遮光部１０１の透過率分布および複数の光照射部１０２（複数の周期要素１０３）の輝度分布には周期Ｐ_ｍの周波数成分が含まれる。一方、光照射装置１０を走査させながら撮像部１２によって撮像を行った場合、周期Ｐ_ｍの周波数成分、即ち高次の周波数成分を低減することができる。高次の周波数成分を低減することで、後ほど説明する処理画像における輝度（画素値）の均一性を改善することができる。

図３には、光照射装置１０がＰ_ｍだけ走査されている間に撮像部１２が露光を続けた場合において撮像部１２によって観察される複数の遮光部１０１の透過率分布および複数の光照射部１０２の輝度分布が示されている。しかし、これは一例に過ぎず、撮像部１２の撮像期間（露光期間）中の光照射装置１０の移動量をＰ_ｍと同じにすることは必須ではない。ただし、撮像期間（露光期間）中の光照射装置１０の移動量は、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏと幅Ｗ_ｏとの差Ｐ_ｏ−Ｗ_ｏ（即ち、Ｐ_ｏ−（ｎ×Ｐ_ｍ）よりも小さくすることが望ましい。これは、撮像期間中の光照射装置１０の移動量がＰ_ｏ−Ｗ_ｏよりも大きいと、複数の光照射部１０２（複数の周期要素１０３）の輝度分布においてコントラストが高い画像（波形）が得られないためである。

高次の周波数成分をより低減するためには、撮像部１２が撮像（露光）と画像の転送とを並行して実行できる機能（オーバーラップ機能）を有していることが有利である。オーバーラップ機能がある撮像部１２であれば、画像の転送に要する時間にも撮像を行うことが可能であり、より高い平滑化効果が得られる。

複数の周期要素１０３の各々を構成する光照射部１０２の個数が２以上である場合、各周期要素１０３では、それを構成する光照射部１０２が周期Ｐ_ｍで配置されていることが望ましい。つまり、各周期要素１０３は、周期Ｐ_ｍで連続的に配置されたｎ個の光照射部１０２で構成されていることが望ましい。これは、光照射装置１０を走査させながら撮像部１２の露光を続けた場合に、光照射部１０２の輝度分布に望ましくない周波数成分（周期Ｐ_ｏ以外の周波数成分）が生じることを避けるためである。望ましくない周波数成分は、以下で説明する処理画像に悪影響を及ぼす可能性がある。

また、複数の周期要素１０３の幅Ｗ_ｏ（即ち、ｎ×Ｐ_ｍ）と周期Ｐ_ｏとの比（Ｗ_ｏ／Ｐ_ｏ）（デューティ比）は、１／４以上かつ３／４以下であることが好ましい。即ち、１／４≦（ｎ×Ｐ_ｍ）／Ｐ_ｏ≦３／４という条件を満たすことが好ましい。これは、この条件を満たす場合、撮像部１２によって観察される複数の光照射部１０２の輝度分布に生じる望ましくない周波数成分（周期Ｐ_ｏ以外の周波数成分）が十分に小さいためである。また、同様の観点から、複数の遮光部１０１のデューティ比（Ｗ_ＬＢ／Ｐ_ｍ）および光照射部１０２のデューティ比（Ｗ_ＬＩ／Ｐ_ｍ）は、４０％以下または６０％以上であることが好ましい。ただし、デューティ比を大きくすると、遮光部１０１によって撮像部１２の光学系の瞳の一部が遮光されることにより、解像度が低下する可能性がある。それを考慮すると、複数の遮光部１０１のデューティ比（Ｗ_ＬＢ／Ｐ_ｍ）および光照射部１０２のデューティ比（Ｗ_ＬＩ／Ｐ_ｍ）は、４０％以下であることが好ましい。

図４には、光学評価装置１によって実行される検査方法の流れが示されている。この検査方法は、制御部１４によって制御される。図４は、参照しながら物体１１の表面の欠陥の検査する例を説明する。まず、工程Ｓ１１では、制御部１４は、駆動部１３に、光照射装置１０の走査（移動）を開始させる。工程Ｓ１２では、制御部１４は、駆動部１３によって走査されている状態で、光照射装置１０を発光させ（物体１１に光を照射させ）、撮像部１２が撮像を行わせる。これにより、撮像部１２によってｉ番目の画像Ｉ_ｉ（ｘ，ｙ）が撮像される。この動作は、ｉ＝１〜Ｎまで繰り返され、その結果、合計のＮ枚Ｎ枚（Ｎ≧３）の画像が撮像される。（ｘ,ｙ）は、画像における画素の位置（座標値）を示す。

工程Ｓ１４では、制御部１４は、駆動部１３に光照射装置１０の走査を停止させる。工程Ｓ１５では、画像処理部１５に、工程Ｓ１２の繰り返しによって得られたＮ枚の画像を処理させ、欠陥の検出のために用いる処理画像を生成させる。工程Ｓ１６では、制御部１４は、工程Ｓ１５で得られた処理画像に基づいて、物体１１の表面上の欠陥を検出する。

処理画像の一例は、位相が２πΔＸ_ｉ／Ｐ_ｏラジアンでシフトする周波数成分の振幅画像である。ここで、ΔＸ_ｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）は、ｉ番目の画像を撮像する際の、基準位置に対する光照射装置１０の位置である。光照射装置１０の位置がΔＸ_ｉの場合、複数の周期要素１０３の位相は、２πΔＸ_ｉ／Ｐ_ｏラジアンで表される。光照射装置１０を走査させながら一定の光量で発光させ、撮像部１２で撮像（露光）を行った場合、ΔＸ_ｉは、露光期間中の光照射装置１０の平均位置である。ΔＸ_ｉは、既知であれば任意の大きさに設定することができる。ただし、２πの整数倍だけ互いに異なる位相は同値であることから、ΔＸ_ｎ≠ΔＸ_ｍ＋ｎＰ_ｏとなるような光照射装置１０の位置で撮像が行われうる。

光照射装置１０の位置がＰ_ｏ／Ｎの間隔となる条件で、Ｎ枚の画像を撮像した場合、ΔＸ_ｉは、式（１）で表される（ここでは、１番目の画像を撮像した位置を基準位置とする）。

ΔＸ_ｉ＝（Ｐ_ｏ／Ｎ）×（ｉ−１）
・・・（１）
この場合、振幅画像Ａ（ｘ，ｙ）は、式（２）により算出できる。

・・・（２）

光照射装置１０を移動させると、光沢を有する物体１１の表面上に写り込んだ複数の光照射部１０２の像が移動することにより、撮像部１２の各画素では、入射光の輝度が変化する。物体１１の表面のうち正常な光沢を有する部分では、光照射装置１０の移動により輝度が大きく変化するため、輝度の振幅の値は大きくなる。一方、傷および表面荒れなど、散乱性の欠陥がある部分では、鏡面反射光以外にも散乱光が発生する。物体１１の表面で光が散乱されると、表面上に写り込んだ複数の光照射部１０２の像がぼやけるため、強度の明暗の差が小さくなり、振幅の値も小さくなる。例えば、完全拡散面では光の散乱角度分布は入射光の角度に依存しなくなるため、複数の光照射部１０２で台形波状のパターンを物体１１に投影しても、光照射装置１０の位置によらず輝度は常に一定となり、振幅はゼロとなる。このため、振幅画像では正常部は明るく、欠陥部は暗く可視化される。したがって、振幅画像では表面性状として散乱性の度合いを評価することができ、傷および表面荒れなど、散乱性の欠陥の情報を得ることができる。

処理画像の別の例は位相画像である。位相画像θ（ｘ，ｙ）は、式（３）により算出できる。

・・・（３）

式（３）では、位相は−π〜πの値で算出されるため、それ以上に位相が変化する場合は、位相画像では非連続な位相の飛びが発生する。このような場合には、位相接続（位相アンラップ）が必要となる。

位相画像では、表面性状として物体１１の表面の傾きを評価することができる。したがって、位相画像では、打痕、面倒れ、表面の凹みのような緩やかな形状変化に起因する欠陥の情報を得ることができる。

位相接続（位相アンラップ）には、種々のアルゴリズムが提案されているが、画像のノイズが大きい場合には、位相接続に失敗する場合がある。位相接続を回避するための手法として、位相の代わりに位相差（位相の微分に相当）を算出してもよい。位相差Δθ_ｘ（ｘ，ｙ）及びΔθ_ｙ（ｘ，ｙ）は、式（４）により算出できる。

・・・（４）

更なる処理画像の例は、平均画像である。平均画像Ｉ_ａｖｅ（ｘ，ｙ）は、式（５）により算出できる。

・・・（５）

平均画像では、表面性状として反射率の分布を評価できる。したがって、平均画像では、色抜け、汚れ、吸収性の異物など、正常な部分に対して反射率に違いがある欠陥の情報を得ることができる。

以上のように、処理画像によって、光学的に評価可能な表面性状が異なる。したがって、各処理画像で可視化される欠陥も異なるため、これらの処理画像を組み合わせることによって、多様な欠陥を画像上に可視化することができる。

ところで、図３（ｂ）、（ｄ）では、光照射装置１０を走査しながら撮像部１２が露光を続けた場合に撮像部１２によって観察される複数の遮光部１０１の透過率分布、複数の光照射部１０２の輝度分布が示された。しかし、複数の遮光部１０１の位置と複数の光照射部１０２の位置とは互いに独立してはいない。よって、光照射装置１０を走査させながら露光した場合の画像は、厳密には図３（ｂ）の複数の光照射部１０２の透過率分布と図３（ｄ）の複数の光照射部１０２の輝度分布との積とはならない。結果として、画像には高次の周波数成分が含まれ、物体１１の正常な領域でも、平均画像、振幅画像、位相画像に周期的な強度の不均一性が生じうる。これらの画像の強度（画素値）に不均一性が存在すると、物体１１の表面上の欠陥の検出精度を低下させる可能性がある。

図５には、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏと複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍとの比（Ｐ_ｏ／Ｐ_ｍ）に対して、画像上に生じる強度（画素値）の不均一性を計算した結果を示す。両対数プロットにおいて、Ｐ_ｏ／Ｐ_ｍが大きくなると、強度の不均一性が直線的に低下することが分かる。したがって、すべての遮光部１０１に対して光照射部１０２が設けられた場合（Ｐ_ｏ＝Ｐ_ｍ）では、画像上に大きな強度の不均一性が発生すること分かる。また、画像の均一性を向上させるためにはできるだけＰ_ｏ／Ｐ_ｍを大きくした方がよいことが分かる。このため、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏは、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍの２倍以上、できれば８倍以上とすることが好ましい。

一方で、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍを小さくし過ぎると、光の回折作用によって像がぼやけ、解像力の低下を招く。光照射装置１０によって照射される光の波長をλとしたとき、遮光部１０１による１次回折光の角度θは、式（６）で表される。

・・・（６）

複数の遮光部１０１が配置された面と物体１１の表面との間の距離をＤとすると、１次回折光によって物体１１の表面上で２Ｄｔａｎθのボケが発生する。許容されるボケの量をＢとしたとき、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍは、（２Ｄλ／Ｂ）よりも大きくすることすることが必要である。

一方で、Ｐ_ｏ／Ｐ_ｍが大きく、Ｐ_ｍの値も大きいと、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏも大きな値となる。この場合、駆動部１３によって光照射装置１０を移動させる距離が大きくなるので、光学評価装置１の大型化を招きうる。また、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏが大きいと、振幅画像において散乱の程度が低い（指向性が高い）散乱性の欠陥を位相画像において検出しづらくなる。Ｐ_ｏ／Ｐ_ｍを過度に大きくしても画像の強度の不均一性はノイズなどに埋もれて改善しないことから、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏは、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍの２５６倍以下とすることが好ましい。

実施例１の光学評価装置１では、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍが０．５ｍｍ、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏが８ｍｍ、各周期要素１０３の幅Ｗ_ｏが４ｍｍである。したがって、Ｐ_ｍ／Ｗ_ｏは１６、周期要素１０３のデューティ比（Ｗ_ｏ／Ｐ_ｏ）は５０％である。また、遮光部１０１の幅Ｗ_ＬＢは０．２ｍｍ（デューティ比（Ｗ_ＬＢ／Ｐ_ｍ）は４０％）、光照射部１０２の幅Ｗ_ＬＩは０．１ｍｍ（デューティ比（Ｗ_ＬＩ／Ｐ_ｍ）は２０％）である。

光学評価装置１は、複数の周期要素１０３の位相が互いに異なる位置で１６枚の画像を撮像する。駆動部１３は、１０ｍｍ／秒の速度で光照射装置１０を走査し、撮像部１２は、５０ｍｓの露光期間および撮像間隔で撮像を行う。この条件では、各画像の露光期間における光照射装置１０の移動量は、０．５ｍｍである。また、駆動部１３による光照射装置１０の加減速に要する時間などを除き、１６枚の画像の撮像のための動作は０．８秒で完了する。

実施例２の光学評価装置では、複数の遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍが１ｍｍ、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏが１２ｍｍ、各周期要素１０３の幅Ｗ_ｏは６ｍｍである。したがって、Ｐ_ｍ／Ｗ_ｏは１２、周期要素１０３のデューティ比（Ｗ_ｏ／Ｐ_ｏ）は５０％である。また、遮光部１０１の幅Ｗ_ＬＢは０．３ｍｍ（デューティ比（Ｗ_ＬＢ／Ｐ_ｍ）は３０％）、光照射部１０２の幅Ｗ_ＬＩは０．２ｍｍ（デューティ比（Ｗ_ＬＩ／Ｐ_ｍ）は２０％）である。

光学評価装置１は、複数の周期要素１０３の位相が互いに異なる位置で９枚の画像を撮像する。駆動部１３は、２２．２ｍｍ／秒の速度で光照射装置１０を走査し、撮像部１２は、６０ｍｓの露光期間および撮像間隔で画像を行う。この条件では、角井画像の露光期間における光照射装置１０の移動量は、１．３３ｍｍである。また、駆動部１３による光照射装置１０の加減速に要する時間などを除き、９枚の画像の撮像のための動作は０．５４秒で完了する。

本実施形態の光照射装置１０は、撮像部１２は、光照射装置１０の複数の開口部１０７を介して物体１１を撮像することができる。したがって、光照射装置１０と撮像部１２とを同軸上に配置すること、換言すると、物体１１と撮像部１２との間に光照射装置１０を配置することができる。このため、光照射装置１０を物体１１の近傍に配置することができ、小型の光照射装置１０を使う場合においても、物体１１の表面の広い範囲から撮像部１２への正反射光が得られる。したがって、本実施形態の光照射装置１０を用いた光学評価装置１によれば、物体１１の表面の広い範囲を一括で光学的に評価することができる。特に、物体の表面が曲面である場合には、非透過型の光照射装置においては、物体から光照射装置が遠いと、物体の広い範囲から撮像部への正反射光を得るためには光照射装置が巨大になる。したがって、本実施形態による光照射装置１０は、物体の表面が曲面である場合に特に有効である。また、本実施形態の光照射装置１０によれば、複数の周期要素１０３の中心間隔Ｐ_ｏを遮光部１０１の中心間隔Ｐ_ｍの２倍以上とすることで、物体１１の表面の評価に悪影響を及ぼす画像上の強度の不均一性を低減することができる。

また、本実施形態の光照射装置１０を用いた光学評価装置１は、物品製造方法（加工方法）の一工程として行う光学評価（光学検査）に用いることができる。例えば、加工されたワーク（被加工物）の表面を本実施形態の光学評価装置１を用いて光学的に評価し、その評価結果が閾値よりも良い結果であれば次の工程（を行う装置）に搬送し、閾値以下の悪い結果であれば再加工の工程（を行う装置）に搬送しても良い。つまり、本実施形態の光学評価装置１は、光学評価結果に応じて互いに異なる処理（次工程装置への搬送、再加工装置への搬送）を行う物品の製造方法に適用可能である。そして、本実施形態の光学評価装置１を用いれば、製造装置（加工装置）内部に大きな空間を必要とすることなく、光学評価工程を組み入れる（光学評価装置を組み込む）ことが可能となる。

１：光学評価装置、１０：光照射装置、１０１：遮光部、１０２：光照射部、１０３：周期要素、１１：物体、１２：撮影部、１３：駆動部、１４：制御部、１５：画像処理部

Claims (14)

1. 物体に光を照射する光照射装置であって、
   一定の中心間隔で配置され、少なくとも部分的に光を遮断するライン状の複数の遮光部と、
   前記物体に光を照射するように前記複数の遮光部のうちの一部の遮光部に対して重なるように配置されたライン状の複数の光照射部と、を含み、
   前記複数の光照射部は、前記複数の遮光部の前記中心間隔の２倍以上の周期を形成するように配置されている、
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 前記複数の光照射部は、前記周期を中心間隔とするように配置された複数の周期要素を形成するように配置され、前記複数の周期要素の各々は、同じ個数の光照射部で構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記個数が２以上であり、前記複数の周期要素の各々における前記光照射部の中心間隔が前記複数の遮光部の前記中心間隔と等しい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記個数をｎ、前記複数の遮光部の前記中心間隔をＰ_ｍ、前記周期をＰ_ｏとしたときに、
   １／４≦（ｎ×Ｐ_ｍ）／Ｐ_ｏ≦３／４
   を満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載の光照射装置。
5. 前記複数の光照射部の各々の幅は、前記複数の遮光部の各々の幅以下である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光照射装置。
6. 前記複数の遮光部の各々の長さ方向と前記複数の遮光部が配置された方向とが互いに直交することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光照射装置。
7. 光を透過する板部材を更に含み、
   前記複数の遮光部および前記複数の光照射部は、前記板部材の主面の上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光照射装置。
8. 前記複数の光照射部は、前記複数の遮光部のうち前記複数の光照射部が重なるように配置された遮光部と前記主面との間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の光照射装置。
9. 前記板部材の端面に対して光を照射する光源を更に含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の光照射装置。
10. 前記複数の光照射部の厚さは、前記複数の遮光部の前記中心間隔より小さい、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光照射装置。
11. 請求項１に記載の光照射装置と、
    前記光照射装置によって光が照射された前記物体を、前記複数の遮光部の間の開口部を介して撮像する撮像部と、
    前記複数の遮光部および前記複数の光照射部を前記複数の遮光部の各々の長さ方向と交差する方向に移動させる駆動部と、
    前記撮像部によって撮像された複数の画像に基づいて前記物体を評価する画像処理部と、
    を備えることを特徴とする光学評価装置。
12. 前記撮像部は、前記駆動部が前記複数の遮光部および前記複数の光照射部を移動させている状態で撮像を行う、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光学評価装置。
13. 前記複数の光照射部は、前記周期を中心間隔とするように配置された複数の周期要素を形成するように配置され、前記複数の周期要素の各々は、同じ個数の光照射部で構成され、
    前記個数をｎ、前記複数の遮光部の前記中心間隔をＰ_ｍ、前記周期をＰ_ｏとしたときに、
    前記撮像部の露光期間において前記駆動部が前記複数の遮光部および前記複数の光照射部を移動させる距離が、Ｐ_ｏ−（ｎ×Ｐ_ｍ）より小さい、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光学評価装置。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の光学評価装置を用いて物品の評価を行う工程と、
    前記評価の結果に応じた処理を前記物品に対して行う工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。

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