JP2022100524A - 検査システムおよび検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いた検査が可能な検査システムを提供する。【解決手段】検査システムは、対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、検査装置と、を備える。複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させる。偏光カメラは、複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力する。検査装置は、複数の偏光画像を用いて対象物を検査する。【選択図】図１

Description

本開示は、検査システムおよび検査方法に関する。

ＦＡ（Factory Automation）分野などにおいて、対象物を照明しながら撮像し、得られた画像を用いて対象物の外観が検査される。従来、検査性能の向上のために、照明条件を変更して複数回撮像する方法が知られている。

たとえば、フォトメトリックステレオ法では、光源の方向を変化させながら複数回撮像することにより得られる複数の画像を用いて、対象物の表面の法線が推測される。これにより、対象物の表面の汚れに影響されずに表面の凹凸が検査される。

さらに、特開２０１６－１０５０４４号公報（特許文献１）には、Ｐ種類の照明光で対象物が順次照射されるたびに、対象物からの戻り光の画像を取得する画像処理装置が開示されている。

特開２０１６－１０５０４４号公報

対象物が移動している場合、上記の従来の方法では、複数回の撮像によりそれぞれ得られる複数の画像中の対象物の位置が互いに異なる。そのため、上記の従来の方法は、移動している対象物に対して適用できない。

本開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いた検査が可能な検査システムおよび検査方法を提供することである。

本開示の一例によれば、検査システムは、対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、検査装置と、を備える。複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させる。偏光カメラは、複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力する。検査装置は、複数の偏光画像を用いて対象物を検査する。

上記の開示によれば、複数の偏光画像の各々は、対応する偏光子の偏光方向とのなす角度が最も小さい偏光を照射する照明部の照明条件を主とする照明条件下で撮像された画像に対応する。すなわち、ワンショット撮像により、複数の照明条件に対応する複数の偏光画像が取得される。そのため、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の偏光画像を用いた検査が可能となる。

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置される。複数の照明部は、第１～第Ｎの照明部を含む。複数の偏光子は、第１～第Ｎの偏光子を含む。Ｎは、２以上の整数である。第１～第Ｎの照明部の照明光の偏光方向は、第１～第Ｎの偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行である。検査装置は、複数の偏光画像から対象物の表面の法線方向を示す法線画像を生成し、法線画像に基づいて対象物を検査する。

上記の開示によれば、第１～第Ｎの偏光子の各々に対応する偏光画像は、当該偏光子の偏光方向と平行な照明光を照射する照明部の光が最も強くなるように撮像される。すなわち、第１～第Ｎの照明部のうち偏光画像に与える影響の最も大きい照明部は、複数の偏光画像において互いに異なる。第１～第Ｎの照明部は、偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置される。そのため、照明光の方位角に関する条件が互いに異なる複数の偏光画像が１回の撮像で得られる。そして、複数の偏光画像から法線画像が生成される。法線画像を用いることにより、対象物の表面の凹凸が精度良く検査される。

上述の開示において、Ｎは４である。第１の照明部および第３の照明部は、偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置される。第２の照明部および第４の照明部は、偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置される。偏光カメラの光軸の周りにおいて、第１の照明部が配置される第１の方位角と第２の照明部が配置される第２の方位角との差が９０°である。複数の偏光画像は、第１～第４の偏光子にそれぞれ対応する第１～第４の偏光画像を含む。検査装置は、第１～第４の偏光画像に基づいて、対象物の表面の法線ベクトルにおける第１の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第１の法線画像を生成する。検査装置は、第１～第４の偏光画像に基づいて、対象物の表面の法線ベクトルにおける第２の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第２の法線画像を生成する。検査装置は、第１の法線画像と第２の法線画像とに基づいて、対象物の表面の形状を示す形状画像を生成し、形状画像に基づいて対象物を検査する。

上記の開示によれば、第１の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第１の法線画像と、第２の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第２の法線画像とが生成される。これにより、たとえば対象物の表面のキズの形成方向がランダムであっても、当該キズに応じた形状の変化が形状画像に現われる。そのため、対象物の表面のキズが精度良く検査される。

上述の開示において、第２の照明部、第３の照明部および第４の照明部の照明光の偏光方向と第１の照明部の照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ４５°、９０°および１３５°である。

上記の開示によれば、第１～第４の偏光画像は、それぞれ第１～第４の照明部の照明条件を主とする照明条件下で撮像された画像に対応する。そして、第１の偏光画像に対する第３の照明部の照明光の影響を最大限に小さくできる。同様に、第２，第３および第４の偏光画像に対する第４，第１および第２の照明部の照明光の影響を最大限にそれぞれ小さくできる。

上述の開示において、複数の照明部は、対象物に対する仰角が互いに異なるように配置される。

上記の開示によれば、照明条件として対象物に対する仰角が異なる複数の偏光画像が１回の撮像で得られる。

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第１の照明部と、偏光カメラの光軸を中心とするリング型の第２の照明部と、を含む。複数の偏光子は、第１の偏光子および第２の偏光子を含む。第１の照明部および第２の照明部から照射される照明光の偏光方向は、第１の偏光子および第２の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する。

上記の開示によれば、第１の偏光子に対応する第１の偏光画像は、第１の照明部から照射され、対象物の表面で正反射した光の輝度を示す。すなわち、第１の偏光画像は、明視野照明の条件下で得られる画像に対応する。明視野照明の条件下で得られる画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。そのため、第１の偏光画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。

第２の偏光子に対応する第２の偏光画像は、第２の照明部から照射され、対象物の表面で拡散反射した光の輝度を示す。すなわち、第２の偏光画像は、暗視野照明の条件下で得られる画像に対応する。暗視野照明の条件下で得られる画像において、汚れが存在する部分の輝度がその周囲の輝度と異なる。そのため、第２の偏光画像を用いることにより、汚れを精度良く検査できる。

このように、キズの検査に適した第１の偏光画像と、汚れの検査に適した第２の偏光画像とが、１回の撮像によって取得される。

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸を中心とする同心円状の複数のリング型照明部を含む。検査装置は、複数の偏光画像に基づいて、対象物の表面の法線方向と偏光カメラの光軸方向とのなす角度を示す位相画像を生成する。位相画像に基づいて、対象物を検査する。

上記の開示によれば、複数のリング型照明部の照明光の偏光状態が互いに異なるため、複数のリング型照明部から照射され、対象物の表面で正反射して各偏光子を透過する光量は、互いに異なる。そのため、複数の偏光画像には互いに位相の異なる縞パターンが写る。すなわち、互いに位相の異なる縞パターンの写る複数の偏光画像が１回の撮像で得られる。そして、複数の偏光画像から生成される位相画像は、対象物の表面の法線方向を示す。そのため、位相画像を用いることにより、対象物の表面の凹凸が精度良く検査される。

上述の開示において、複数の照明部は、さらに、前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する照明部を含む。

上記の開示によれば、同心円の中心部分に関する縞パターンの欠損を低減でき、より正確な検査を行なうことができる。

上述の開示において、複数の照明部は、偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第１の照明部と、対象物の背面側から照明光を照射する第２の照明部と、を含む。複数の偏光子は、第１の偏光子および第２の偏光子を含む。第１の照明部および第２の照明部から照射される照明光の偏光方向は、第１の偏光子および第２の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する。

上記の開示によれば、第１の偏光子に対応する第１の偏光画像は、第１の照明部から照射され、対象物の表面で正反射した光の輝度を示す。キズが存在する部分に光が入射すると、乱反射する。そのため、第１の偏光画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。したがって、第１の偏光画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。

第２の偏光子に対応する第２の偏光画像は、第２の照明部から照射され、偏光カメラに入射する光の輝度を示す。そのため、対象物が遮光性を有する場合、第２の偏光画像において、対象物の外周の形状が明確に認識される。したがって、第２の偏光画像を用いることにより、対象物の外周のバリまたは欠けを精度良く検査できる。

このように、キズの検査に適した第１の偏光画像と、対象物の外周のバリまたは欠けの検査に適した第２の偏光画像とが、１回の撮像によって取得される。

上述の開示において、複数の照明部は、直線偏光の照明光を照射する第１の照明部と、非偏光を照射する第２の照明部と、を含む。複数の偏光子は、第１～第３の偏光子を含む、第１の偏光子は、第１の照明部の照明光の偏光方向と同じ偏光方向の光を透過させる。第２の偏光子は、第１の偏光子を透過する光の偏光方向とのなす角度が４５°の偏光方向の光を透過させる。第３の偏光子は、第１の偏光子を透過する光の偏光方向とのなす角度が９０°の偏光方向の光を透過させる。複数の偏光画像は、第１～第３の偏光子にそれぞれ対応する第１～第３の偏光画像を含む。検査装置は、第１～第３の偏光画像をハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成し、合成画像に基づいて、対象物を検査する。

上記の開示によれば、第２の照明部から照射された非偏光は、第１～第３の偏光子を均一に透過する。一方、第１の照明部から照射された直線偏光は、第１の偏光子を透過するが、第３の偏光子を透過しない。また、第１の照明部から照射され、第２の偏光子を透過する光の強度は、第１の照明部から照射され、第１の偏光子を透過する光の強度の１／２である。そのため、第１～第３の偏光画像は、照明強度が互いに異なる照明条件下で撮像された複数の画像に対応する。すなわち、照明強度が互いに異なる第１～第３の偏光画像が１回の撮像で得られる。そして、第１～第３の偏光画像がハイダイナミックレンジ合成され、合成画像が生成される。合成画像を用いることにより、対象物の検査精度が向上する。

本開示の一例によれば、検査方法は、対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返し配列された偏光カメラとを用いる。複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させる。検査方法は、複数の照明部が同時に点灯している状態において、偏光カメラを用いて対象物を撮像することにより、複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を取得するステップと、複数の偏光画像を用いて対象物を検査するステップと、を備える。

上記の開示によっても、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いて検査できる。

本開示によれば、移動している対象物に対して、照明条件の異なる複数の画像を用いて検査できる。

本実施の形態に係る検査システムの全体構成を示す概略図である。 偏光カメラが有する偏光子の配置の一例を示す図である。 検査装置のハードウェア構成を示す模式図である。 フォトメトリックステレオ法で用いられる従来の照明装置の一例を示す図である。 第１の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。 直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄの偏光方向の一例を示す図である。 第１の検査例における検査処理の流れの一例を示すフローチャートである。 照明部１０ａ～１０ｄと対象物Ｗの表面上の点Ｐにおける法線ベクトルｎとの関係を示す図である。 照明部１０ｃから照射された光の進行方向と点Ｐの法線方向とをＸＺ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。 照明部１０ｃから照射された光の進行方向と点Ｐの法線方向とをＹＺ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。 光沢度α＝５のときのＮｙとφｘとφｙとの関係を示す図である。 光沢度α＝１０のときのＮｙとφｘとφｙとの関係を示す図である。 光沢度α＝２０のときのＮｙとφｘとφｙとの関係を示す図である。 光沢度α＝５のときのアルベドμとφｘとφｙとの関係を示す図である。 光沢度α＝１０のときのアルベドμとφｘとφｙとの関係を示す図である。 光沢度α＝２０のときのアルベドμとφｘとφｙとの関係を示す図である。 形状画像の生成のために、Ｘ方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。 形状画像の生成のために、Ｙ方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。 ボタン電池を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。 乾電池の側面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。 乾電池の底面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。 シボ加工された樹脂表面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。 第２の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。 照明部１０ｅの構成を示す図である。 第２の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。 第３の検査例に係る複数の照明部の配置の一例を示す図である。 照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。 第３の検査例に係る複数の照明部の配置の別の例を示す図である。 照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｌから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。 図２６に示す複数の照明部を用いて得られる偏光画像５０ａ～５０ｄの一例を示す図である。 図２８に示す複数の照明部を用いて得られる偏光画像５０ａ～５０ｄの一例を示す図である。 第４の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。 第４の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。 第５の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。 第５の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

§１ 適用例
図１および図２を参照して、本発明の適用例について説明する。図１は、本実施の形態に係る検査システム１の全体構成を示す概略図である。検査システム１は、対象物Ｗを撮像することにより得られる画像を用いて、対象物Ｗを検査する。対象物Ｗは、金属やガラスなど光沢な表面、すなわち、入射光が主に正反射する表面を有する。検査システム１は、例えば生産ラインに組み込まれ、搬送ベルト２によって移動中の対象物Ｗの欠陥の有無を検査する。

欠陥には、キズ、凹凸、汚れ、ゴミの付着、バリ、欠けなどが含まれる。欠陥の有無を精度良く検査するためには、画像中において欠陥部分を目立たせる必要がある。欠陥の種類に応じて、欠陥部分を目立たせる照明条件が異なる。そのため、複数種類の欠陥を検査したい場合、複数の照明条件下でそれぞれ撮像された複数の画像が必要となる。あるいは、複数の照明条件下でそれぞれ撮像された複数の画像を合成することにより得られる画像において、欠陥部分が目立つ場合もある。このような欠陥を検査したい場合も、複数の照明条件下でそれぞれ撮像された複数の画像が必要となる。図１に示す検査システム１は、移動中の対象物Ｗに対して、複数の照明条件にそれぞれ対応する複数の画像を１回の撮像（ワンショット撮像）によって取得し、取得した複数の画像を用いて、対象物Ｗを検査する。

図１に示されるように、検査システム１は、対象物Ｗを照明する複数の照明部１０と、偏光カメラ２０と、検査装置３０と、を備える。

複数の照明部１０は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射する。図１に示す検査システム１は、照明部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ，・・・を含む。以下、照明部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ，・・・を特に区別しない場合、照明部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、１０ｄ，・・・の各々を「照明部１０」と記載する。

典型的には、複数の照明部１０の各々は、非偏光を発する発光部と、発光部と対象物Ｗとの間に配置される直線偏光フィルタとを含む。直線偏光フィルタを透過する光の偏光方向は、複数の照明部１０において互いに異なる。なお、複数の照明部１０のうちの１つは、直線偏光フィルタを含まなくてもよい。この場合、１つの照明部１０は、対象物Ｗに非偏光を照射する。

偏光カメラ２０は、マトリクス状に配置された複数の光検知センサを有し、光検知センサによって検知された受光量（輝度）を画素値とする画像データ（以下、単に「画像」と称する。）を生成する。複数の光検知センサのサイズは同一である。光検知センサは、たとえばＣＣＤ（Coupled Charged Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサである。各光検知センサの光入射側には偏光子が設けられる。

図２は、偏光カメラ２０が有する偏光子の配置の一例を示す図である。図２に示されるように、偏光カメラ２０において、複数の偏光子２２を含む単位領域２１が繰り返して配列される。複数の単位領域２１は、マトリクス状に配列される。複数の偏光子２２のサイズは同一である。

図２に例示される偏光カメラ２０において、単位領域２１は、複数の偏光子２２として、４つの光検知センサとそれぞれ重なり合う４つの偏光子２２ａ～２２ｄを含む。以下、偏光子２２ａ～２２ｄを特に区別しない場合、偏光子２２ａ～２２ｄの各々を「偏光子２２」と記載する。

偏光子２２ａ～２２ｄの各々は、所定の偏光方向の直線偏光を透過させる。偏光子２２ａの偏光方向を基準方向とし、基準方向と偏光方向とのなす角度を偏光角とすると、偏光子２２ａ～２２ｄの偏光角は、それぞれ０°，４５°，９０°，１３５°である。なお、偏光角には、製造上の誤差、取り付け誤差などが含まれ得る。たとえば、製造上の誤差および取り付け誤差の合計の最大がβ°である場合、「偏光角４５°」は、４５°±β°の範囲を含む。

偏光カメラ２０は、複数の照明部１０が同時に点灯している状態において撮像することにより、複数の偏光子２２にそれぞれ対応する複数の偏光画像５０（図１参照）を出力する。図１に示す検査システム１は、複数の偏光画像５０は、偏光画像５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，・・・を含む。以下、偏光画像５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，・・・を特に区別しない場合、偏光画像５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，・・・の各々を「偏光画像５０」と記載する。

複数の偏光画像５０の各々の画素値は、複数の偏光子２２のうち対応する偏光子２２を透過した光の輝度を示す。たとえば、偏光カメラ２０が図２に示す構成を有する場合、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する偏光画像５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが出力される。

検査装置３０は、偏光カメラ２０から受けた複数の偏光画像５０を用いて対象物Ｗを検査する。

複数の偏光子２２の各々は、複数の照明部１０のうち、当該偏光子２２の偏光方向とのなす角度が最も小さい直線偏光を照射する照明部１０からの照明光をより多く透過させる。

たとえば、偏光子２２ａの偏光方向と照明部１０ａの偏光方向とが平行であり、偏光子２２ｃの偏光方向と照明部１０ｃの偏光方向とが平行である場合について説明する。図２に示されるように、偏光子２２ａ，２２ｃの偏光方向は、互いに直交する。この場合、照明部１０ａから照射され、対象物Ｗの表面で正反射した光は、偏光子２２ａを透過するが、偏光子２２ｃを透過しない。一方、照明部１０ｃから照射され、対象物Ｗの表面で正反射した光は、偏光子２２ａを透過しないが、偏光子２２ｃを透過する。そのため、偏光子２２ａに対応する偏光画像５０ａでは、照明部１０ａの光が最も強くなるように撮像される。偏光子２２ｃに対応する偏光画像５０ｃでは、照明部１０ｃの光が最も強くなるように撮像される。

このように、複数の偏光画像５０の各々は、対応する偏光子２２の偏光方向とのなす角度が最も小さい直線偏光を照射する照明部１０の光が最も強くなるように撮像される。すなわち、ワンショット撮像により、複数の照明条件にそれぞれ対応する複数の偏光画像５０が取得される。そのため、移動している対象物Ｗに対して、照明条件の異なる複数の偏光画像５０を用いて検査できる。

§２ 具体例
＜Ａ．検査装置のハードウェア構成＞
図３は、検査装置のハードウェア構成を示す模式図である。図３に示すように、検査装置３０は、典型的には、汎用的なコンピュータアーキテクチャに従う構造を有しており、予めインストールされたプログラムをプロセッサが実行することで、後述するような各種の処理を実現する。

より具体的には、検査装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などのプロセッサ３１０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１２と、表示コントローラ３１４と、システムコントローラ３１６と、Ｉ／Ｏ（Input Output）コントローラ３１８と、ハードディスク３２０と、カメラインターフェイス３２２と、入力インターフェイス３２４と、通信インターフェイス３２８と、メモリカードインターフェイス３３０とを含む。これらの各部は、システムコントローラ３１６を中心として、互いにデータ通信可能に接続される。

プロセッサ３１０は、システムコントローラ３１６との間でプログラム（コード）などを交換して、これらを所定順序で実行することで、目的の演算処理を実現する。

システムコントローラ３１６は、プロセッサ３１０、ＲＡＭ３１２、表示コントローラ３１４、およびＩ／Ｏコントローラ３１８とそれぞれバスを介して接続されており、各部との間でデータ交換などを行うとともに、検査装置３０全体の処理を司る。

ＲＡＭ３１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置であり、ハードディスク３２０から読み出されたプログラムや、偏光カメラ２０によって取得された偏光画像５０、偏光画像５０に対する処理結果などを保持する。

表示コントローラ３１４は、表示部３０２と接続されており、システムコントローラ３１６からの内部コマンドに従って、各種の情報を表示するための信号を表示部３０２へ出力する。表示部３０２は、一例として、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイや有機ＥＬなどを含む。

Ｉ／Ｏコントローラ３１８は、検査装置３０に接続される記録媒体や外部機器との間のデータ交換を制御する。より具体的には、Ｉ／Ｏコントローラ３１８は、ハードディスク３２０と、カメラインターフェイス３２２と、入力インターフェイス３２４と、通信インターフェイス３２８と、メモリカードインターフェイス３３０と接続される。

ハードディスク３２０は、典型的には、不揮発性の磁気記憶装置であり、プロセッサ３１０で実行される検査プログラム３５０を記憶する。このハードディスク３２０にインストールされる検査プログラム３５０は、メモリカード３０６などに格納された状態で流通する。さらに、ハードディスク３２０には、カメラ画像が格納される。なお、ハードディスク３２０に代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置やＤＶＤ－ＲＡＭ（Digital Versatile Disk Random Access Memory）などの光学記憶装置を採用してもよい。

カメラインターフェイス３２２は、対象物Ｗを撮像することで生成された偏光画像５０を受け付ける入力部に相当し、プロセッサ３１０と偏光カメラ２０との間のデータ伝送を仲介する。より具体的には、カメラインターフェイス３２２は、偏光カメラ２０と接続が可能であり、プロセッサ３１０からカメラインターフェイス３２２を介して偏光カメラ２０に撮像指示が出力される。これにより、偏光カメラ２０は、対象物Ｗを撮像し、カメラインターフェイス３２２を介して、生成された複数の偏光画像５０をプロセッサ３１０に出力する。

入力インターフェイス３２４は、プロセッサ３１０とキーボード３０４、マウス、タッチパネル、専用コンソールなどの入力装置との間のデータ伝送を仲介する。すなわち、入力インターフェイス３２４は、ユーザが入力装置を操作することで与えられる操作指令を受け付ける。

通信インターフェイス３２８は、プロセッサ３１０と図示しない他のパーソナルコンピュータやサーバ装置などとの間のデータ伝送を仲介する。通信インターフェイス３２８は、典型的には、イーサネット（登録商標）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）などからなる。なお、後述するように、メモリカード３０６に格納されたプログラムを検査装置３０にインストールする形態に代えて、通信インターフェイス３２８を介して、配信サーバなどからダウンロードしたプログラムを検査装置３０にインストールしてもよい。

メモリカードインターフェイス３３０は、プロセッサ３１０と記録媒体であるメモリカード３０６との間のデータ伝送を仲介する。すなわち、メモリカード３０６には、検査装置３０で実行される検査プログラム３５０などが格納された状態で流通し、メモリカードインターフェイス３３０は、このメモリカード３０６から検査プログラム３５０を読み出す。なお、メモリカード３０６は、ＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイスや、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体や、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体等からなる。

＜Ｂ．検査例＞
上述したように、検査したい欠陥の種類に応じて、最適な照明条件が異なる。そのため、検査したい欠陥の種類に応じて、複数の照明部１０の位置、照明強度、偏光方向などが適切に設定される。以下に、本実施の形態に係る検査システム１を用いた第１～第５の検査例について説明する。なお、検査システム１は、以下の第１～第５の検査例に限定されず、他の検査例に用いられてもよい。

（Ｂ－１．第１の検査例）
第１の検査例は、フォトメトリックステレオ法（照度差ステレオ法）を用いる。フォトメトリックステレオ法は、照明光の入射方向が異なる条件下で得られる複数の画像を用いて、対象物の表面の傾き（法線ベクトル）を推定する手法である。

図４は、フォトメトリックステレオ法で用いられる従来の照明装置の一例を示す図である。図４に示されるように、リング型の照明装置１１０の４つの円弧領域１１０ａ～１１０ｄが順次点灯され、非偏光カメラを用いて撮像される。照明装置１１０の中心は、非偏光カメラの光軸２２５上に位置する。

具体的には、円弧領域１１０ａのみが点灯された状態で１回目の撮像が行なわれる。次に、円弧領域１１０ｂのみが点灯された状態で２回目の撮像が行なわれる。次に、円弧領域１１０ｃのみが点灯された状態で３回目の撮像が行なわれる。次に、円弧領域１１０ｄのみが点灯された状態で４回目の撮像が行なわれる。これにより、照明光の入射方向が異なる条件下で得られる４枚の画像が得られる。しかしながら、４回の撮像が行なわれるため、図４に示す照明装置１１０は、移動している対象物Ｗには適用できない。そこで、本実施の形態に係る検査システム１は、第１の検査例において、フォトメトリックステレオ法で用いる複数の画像をワンショット撮像で取得する。

（照明部の配置）
図５は、第１の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図５に示されるように、複数の照明部１０は、照明部１０ａ～１０ｄを含む。

照明部１０ａ，１０ｃは、偏光カメラ２０の光軸２５に対して対称な位置に配置される。照明部１０ｂ，１０ｄは、偏光カメラ２０の光軸２５に対して対称な位置に配置される。偏光カメラ２０の光軸２５の周りにおいて、照明部１０ａが配置される方位角と照明部１０ｂが配置される方位角との差が９０°である。以下、偏光カメラ２０の光軸２５に対して、照明部１０ａが配置される方位の方向をＸ方向とし、照明部１０ｂが配置される方位の方向をＹ方向とする。

照明部１０ａ～１０ｄは、発光部１１ａ～１１ｄと直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄとをそれぞれ有する。

発光部１１ａ～１１ｄは、非偏光を発する。発光部１１ａ～１１ｄの各々は、中心角９０°の円弧状である。円弧状の発光部１１ａ～１１ｄは、中心が一致し、かつ、互いに重ならないように配置される。具体的には、発光部１１ａ～１１ｄの一端は、発光部１１ｂ～１１ｄ，１１ａの他端とそれぞれ接する。すなわち、発光部１１ａ～１１ｄが組み合わさることにより、１つのリング型照明が構成される。言い換えると、発光部１１ａ～１１ｄは、１つのリング型照明のうちの、中心角９０°の４つの円弧領域である。なお、円弧状の発光部１１ａ～１１ｄの中心は、偏光カメラ２０の光軸２５上に位置する。

直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄは、発光部１１ａ～１１ｄの発光面にそれぞれ取り付けられる。

図６は、直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄの偏光方向の一例を示す図である。直線偏光フィルタ１２ａを透過する光の偏光方向を基準方向とし、基準方向と偏光方向とのなす角度を偏光角とすると、直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄの偏光角は、それぞれ０°，４５°，９０°，１３５°である。なお、偏光角には、製造上の誤差、取り付け誤差などが含まれ得る。たとえば、製造上の誤差および取り付け誤差の合計の最大がβ°である場合、「偏光角４５°」は、４５°±β°の範囲を含む。このように、照明部１０ｂ～１０ｄの照明光の偏光方向と照明部１０ａの照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ４５°、９０°および１３５°である。

第１の検査例において、検査システム１は、図２に示す偏光子２２ａ～２２ｄを含む偏光カメラ２０を備える。偏光子２２ａ～２２ｄの偏光方向は、直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄの偏光方向とそれぞれ平行である。そのため、照明部１０ａ～１０ｄから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ａ～２２ｄをそれぞれ透過する。照明部１０ａから照射される光は、偏光子２２ｂ，２２ｄの偏光方向に平行な成分を有する。そのため、照明部１０ａから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ｂ，２２ｄを透過する。具体的には、照明部１０ａから照射され、偏光子２２ｂ，２２ｄの各々を透過する光量は、照明部１０ａから照射され、偏光子２２ａを透過する光量の約１／２である。同様に、照明部１０ｂから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ａ，２２ｃを透過する。照明部１０ｃから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ｂ，２２ｄを透過する。照明部１０ｄから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ａ，２２ｃを透過する。

（検査処理の流れ）
図７は、第１の検査例における検査処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、偏光カメラ２０は、照明部１０ａ～１０ｄが同時点灯している状態において、対象物Ｗを撮像し、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する偏光画像５０ａ～５０ｄを出力する（ステップＳ１）。ステップＳ１の後、検査システム１は、並行してステップＳ２，Ｓ３，Ｓ１０を開始する。

ステップＳ２において、検査装置３０のプロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｄを用いて、対象物Ｗの表面の法線ベクトルにおけるＸ方向に沿った成分の大きさを示すＸ方向法線画像を生成する。同様に、ステップＳ３において、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｄを用いて、対象物Ｗの表面の法線ベクトルにおけるＹ方向成分の大きさを示すＹ方向法線画像を生成する。Ｘ方向法線画像およびＸ方向法線画像の生成方法の詳細は後述する。

ステップＳ２およびステップＳ３の後、ステップＳ４およびステップＳ５がそれぞれ実施される。ステップＳ２，Ｓ３では、後述するように、対象物Ｗの表面の光沢度αが１であると仮定して、Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像が生成される。しかしながら、対象物Ｗの表面の光沢度αは１とは限らない。光沢度αに応じて、入射光のうち正反射する成分の割合が異なる。そのため、ステップＳ４において、プロセッサ３１０は、対象物Ｗの表面の光沢度αに応じてＸ方向法線画像を補正する。ステップＳ５において、プロセッサ３１０は、対象物Ｗの表面の光沢度αに応じてＹ方向法線画像を補正する。Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像の補正方法の詳細は後述する。

ステップＳ４およびステップＳ５の後、プロセッサ３１０は、並行してステップＳ６およびステップＳ８を開始する。

ステップＳ６において、プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像とＹ方向法線画像とに基づいて、対象物Ｗの表面の形状を示す形状画像を生成する。形状画像の生成方法の詳細は後述する。

次にステップＳ７において、プロセッサ３１０は、形状画像に基づいて対象物Ｗの表面を検査する。たとえば、プロセッサ３１０は、キズおよび打痕のような、凹凸の生じる欠陥の有無を検査する。なお、プロセッサ３１０は、ステップＳ７において、形状画像を二値化することにより二値画像を生成し、二値画像に基づいて欠陥の有無を検査してもよい。

ステップＳ８において、プロセッサ３１０は、入射光のうち正反射する光の割合（アルベド（反射率））を示すアルベド画像を生成する。アルベド画像は、偏光画像５０ａ～５０ｄと、ステップＳ４，Ｓ５によってそれぞれ補正されたＸ方向法線画像およびＹ方向法線画像とを用いて生成される。アルベド画像の生成方法の詳細は後述する。

次にステップＳ９において、プロセッサ３１０は、アルベド画像に基づいて対象物Ｗの表面を検査する。たとえば、プロセッサ３１０は、汚れのようなアルベドに変化を生じさせる欠陥の有無を検査する。なお、プロセッサ３１０は、ステップＳ９において、アルベド画像を二値化することにより二値画像を生成し、二値画像に基づいて欠陥の有無を検査してもよい。

ステップＳ１０において、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｄを平均化することにより平均画像を生成する。平均画像の各画素の値は、偏光画像５０ａ～５０ｄの当該画素の値の平均値である。平均画像は、直線偏光フィルタ１２ａ～１２ｄを取り外した状態で発光部１１ａ～１１ｄを同時点灯させ、偏光カメラ２０の代わりに非偏光カメラを用いて撮像することにより得られる画像に対応する。

次にステップＳ１１において、プロセッサ３１０は、平均画像を用いて対象物Ｗの位置決め等を行なう。

ステップＳ７，Ｓ９，Ｓ１１の終了後、プロセッサ３１０は、検査結果を表示部３０２に表示させる（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の後、プロセッサ３１０は、検査処理を終了する。

（Ｘ方向法線画像およびＸ方向法線画像の生成方法）
図８は、照明部１０ａ～１０ｄと対象物Ｗの表面上の点Ｐにおける法線ベクトルｎとの関係を示す図である。図８において、偏光カメラ２０の光軸２５がＺ軸と一致する。法線ベクトルｎは、（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ）で表される。ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、それぞれ法線ベクトルｎのＸ成分、Ｙ成分およびＺ成分である。

図９は、照明部１０ｃから照射された光の進行方向と点Ｐの法線方向とをＸＺ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。図９において、法線方向は、ベクトル（ｎｘ，ｎｚ）で表される。法線方向とＺ軸とのなす角度をφｘとすると、φｘは、以下の式で表される。
φｘ＝arctan（ｎｘ／ｎｚ）
さらに、照明部１０ａ～１０ｄの各々から照射された光の入射角をθ、ｎｘ＞０およびｎｚ＞０とすると、照明部１０ｃから照射され、点Ｐで正反射した光の進行方向（正反射方向）のＸＺ平面への投影成分とＺ軸とのなす角度は、θ＋２φｘとなる。

図１０は、照明部１０ｃから照射された光の進行方向と点Ｐの法線方向とをＹＺ平面に投影したときの、当該進行方向と当該法線方向の関係を示す図である。図１０において、法線方向は、ベクトル（ｎｙ，ｎｚ）で表される。法線方向とＺ軸とのなす角度をφｙとすると、φｙは、以下の式で表される。
φｘ＝arctan（ｎｙ／ｎｚ）
さらに、照明部１０ｃから照射された光の入射角をθ、ｎｙ＞０およびｎｚ＞０とすると、照明部１０ｃから照射され、点Ｐで正反射した光の進行方向（正反射方向）のＹＺ平面への投影成分とＺ軸とのなす角度は、２φｙとなる。

同様にして、照明部１０ａ，１０ｂ，１０ｄから照射され、点Ｐで正反射した光の進行方向（正反射方向）のＸＺ平面への投影成分とＺ軸とのなす角度は、それぞれθ－２φｘ，２φｘ，２φｘとなる。照明部１０ａ，１０ｂ，１０ｄから照射され、点Ｐで正反射した光の進行方向（正反射方向）のＹＺ平面への投影成分とＺ軸とのなす角度は、それぞれ２φｙ，θ－２φｙ，θ＋２φｙとなる。

照明部１０ａ～１０ｄから照射され、点Ｐで正反射した光のうち偏光カメラ２０にそれぞれ入射する光の強度Ｉａ～Ｉｄは、Ｐｈｏｎｇの反射モデルを用いて、以下の式によって近似される。
Ｉａ＝μ［cos^α（θ－２φｘ）cos^α（２φｙ）］
Ｉｂ＝μ［cos^α（２φｘ）cos^α（θ－２φｙ）］
Ｉｃ＝μ［cos^α（θ＋２φｘ）cos^α（２φｙ）］
Ｉｄ＝μ［cos^α（２φｘ）cos^α（θ＋２φｙ）］
上記の式において、αは、光沢度を表す。μは、対象物Ｗの表面のアルベド（反射率）を表す。

上述したように、偏光カメラ２０の偏光子２２ａの偏光方向は、照明部１０ａの偏光方向と平行であり、照明部１０ｃの偏光方向と直交する。さらに、偏光子２２ａの偏光方向と照明部１０ｂ，１０ｄの偏光方向とのなす角度は４５°である。そのため、偏光子２２ａに対応する偏光画像５０ａの画素値をＪａとすると、
Ｊａ＝Ｉａ＋（Ｉｂ＋Ｉｄ）／２
で表される。同様に、偏光画像５０ｂ～５０ｄのそれぞれの画素値Ｊｂ～Ｊｄは、
Ｊｂ＝Ｉｂ＋（Ｉａ＋Ｉｃ）／２
Ｊｃ＝Ｉｃ＋（Ｉｄ＋Ｉｂ）／２
Ｊｄ＝Ｉｄ＋（Ｉｃ＋Ｉａ）／２
で表される。

光沢度α＝１の場合、以下の式（１）～（３）が成り立つ。
Ｊａ＋Ｊｂ＋Ｊｃ＋Ｊｄ＝２（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ）
＝８μcos（θ）cos（２φｘ）cos（２φｙ）・・・式（１）
Ｊａ－Ｊｃ＝Ｉａ－Ｉｃ＝２μsin（θ）sin（２φｘ）cos（２φｙ）・・・式（２）
Ｊｂ－Ｊｄ＝Ｉｂ－Ｉｄ＝２μsin（θ）cos（２φｘ）sin（２φｙ）・・・式（３）。

上記の式（１）と式（２）とから、以下の式（４）が導かれる。同様に、上記の式（１）と式（３）とから、以下の式（５）が導かれる。
tan（２φｘ）＝{４（Ｊａ－Ｊｃ）}／｛（Ｊａ＋Ｊｂ＋Ｊｃ＋Ｊｄ）tan（θ）｝
・・・式（４）
tan（２φｙ）＝{４（Ｊｂ－Ｊｄ）}／｛（Ｊａ＋Ｊｂ＋Ｊｃ＋Ｊｄ）tan（θ）｝
・・・式（５）。

式（４）および式（５）において、入射角θは、照明部１０ａ～１０ｄの位置に応じて予め決定される。そのため、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ｂ～５０ｄの画素値と入射角θとを用いて式（４）の右辺の計算し、その結果であるＮｘを画素値とするＸ方向法線画像を生成する。同様に、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ｂ～５０ｄの画素値と入射角θとを用いて式（５）の右辺の計算し、その結果であるＮｙを画素値とするＹ方向法線画像を生成する。式（４）で表されるtan（２φｘ）（≡Ｎｘ）は、法線ベクトルのｘ方向成分であるｎｘに依存する値である。式（５）で表されるtan（２φｘ）（≡Ｎｙ）は、法線ベクトルのｙ方向成分であるｎｙに依存する値である。そのため、Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像は、対象物Ｗの表面の法線方向を表す。

（Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像の補正方法）
Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像は、対象物Ｗの表面の光沢度αが１であると仮定して、式（４）および（式５）に従ってそれぞれ生成される。そのため、対象物Ｗの光沢度αに従って、Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像の補正が実行される。これにより、光沢度αに応じた法線画像が精度良く生成される。

対象物Ｗの光沢度αは、以下の検査前手順に従って、予め決定される。検査前手順では、欠陥のない対象物Ｗが２軸ゴニオステージに載置される。２軸ゴニオステージは、Ｘ方向およびＹ方向に傾斜可能なステージである。

２軸ゴニオステージのＸ方向およびＹ方向の傾斜角度が０°に設定された状態のとき、対象物Ｗは、上面が水平かつ平坦な領域（以下、「対象領域」と称する。）を有するように、２軸ゴニオステージに載置される。そのため、対象領域の法線ベクトルのＸ方向成分とＺ軸とのなす角度φｘは、２軸ゴニオステージのＸ方向の傾斜角度と一致する。同様に、し、対象領域の法線ベクトルのＹ方向成分とＺ軸とのなす角度φｙは、２軸ゴニオステージのＹ方向の傾斜角度と一致する。

２軸ゴニオステージのＸ方向およびＹ方向の傾斜角度を変化させながら、検査システム１を用いてＭ回撮像する。Ｍ回の撮像の各々について、Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像を生成する。プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像における対象領域内の任意の１画素について、データセット［φｘｍ，φｙｍ，Ｎｘｍ，Ｎｙｍ］をＲＡＭ３１２に格納する。ｍは、撮像番号を示し、１～Ｍのいずれかの整数である。φｘｍは、ｍ回目の撮像における、２軸ゴニオステージのＸ方向の傾斜角度である。φｙｍは、ｍ回目の撮像における、２軸ゴニオステージのＹ方向の傾斜角度である。Ｎｘｍは、Ｘ方向法線画像の画素値である。Ｎｙｍは、Ｙ方向法線画像の画素値である。

プロセッサ３１０は、以下の理論式を用いて、ＲＡＭ３１２に格納されたデータセット［φｘｍ，φｙｍ，Ｎｘｍ，Ｎｙｍ］に最もよく当てはまる光沢度αを決定する。
≪理論式≫
Ｉａ＝cos^α（θ－２φｘｍ）cos^α（２φｙｍ）
Ｉｂ＝cos^α（２φｘｍ）cos^α（θ－２φｙｍ）
Ｉｃ＝cos^α（θ＋２φｘｍ）cos^α（２φｙｍ）
Ｉｄ＝cos^α（２φｘｍ）cos^α（θ＋２φｙｍ）
Ｎｘ＝{２（Ｉａ－Ｉｃ）}／｛（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ）tan（θ）｝
Ｎｙ＝{２（Ｉｂ－Ｉｄ）}／｛（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ）tan（θ）｝
たとえば、プロセッサ３１０は、非線形最小二乗法を用いて光沢度αを決定する。このような検査前手順によって、対象物Ｗの光沢度αが予め決定される。

図１１は、光沢度α＝５のときのＮｙとφｘとφｙとの関係を示す図である。図１２は、光沢度α＝１０のときのＮｙとφｘとφｙとの関係を示す図である。図１３は、光沢度α＝２０のときのＮｙとφｘとφｙとの関係を示す図である。

図１１～図１３に示されるように、法線ベクトルのＸ，Ｙ方向成分とＺ軸とのそれぞれのなす角度φｘ，φｙと、式（５）の右辺の計算結果であるＮｙとの関係は、単調変化を示す。すなわち、φｙの増大に伴い、Ｎｙも増大する。また、φｙ＞０の場合、φｘの増大に伴い、Ｎｙは減少する。φｙ＜０の場合、φｘの増大に伴い、Ｎｙも増大する。ただし、光沢度αが１に近い場合にはＮｙとφｙとの関係が線形であるのに対し、光沢度αが大きくなると、Ｎｙとφｙとの関係が非線形になる。そのため、プロセッサ３１０は、光沢度αに応じて、法線画像を補正する。

具体的には、プロセッサ３１０は、予め決定された光沢度αが代入された上記の理論式を用いて、（Ｎｘ，Ｎｙ）から（φｘ，φｙ）を逆算する。プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像における各画素値Ｎｘをφｘに置き換えることにより、Ｘ方向法線画像を補正する。同様に、プロセッサ３１０は、Ｙ方向法線画像における各画素値Ｎｙをφｙに置き換えることにより、Ｙ方向法線画像を補正する。

あるいは、プロセッサ３１０は、予め作成されたルックアップテーブル群の中から光沢度αに対応する１つのルックアップテーブルを選択し、選択したルックアップテーブルを用いて、（Ｎｘ，Ｎｙ）を（φｘ，φｙ）に変換してもよい。ルックアップテーブルは、対応する光沢度αが代入された上記の理論式を用いて、予め作成される。ルックアップテーブルを用いることにより、法線画像の補正処理に要する時間が短縮される。

（アルベド画像の生成方法）
対象物Ｗの表面の光沢度α＝１の場合、以下の式（６）が成り立つ。
μ＝｛（Ｊａ＋Ｊｂ＋Ｊｃ＋Ｊｄ）／２｝［｛１＋tan²（２φｘ）｝｛１＋tan²（２φｙ）｝］^1/2／｛４cos（θ）｝・・・式（６）。

図１４は、光沢度α＝５のときのアルベドμとφｘとφｙとの関係を示す図である。図１５は、光沢度α＝１０のときのアルベドμとφｘとφｙとの関係を示す図である。図１６は、光沢度α＝２０のときのアルベドμとφｘとφｙとの関係を示す図である。

図１４～図１６に示されるように、アルベドμとφｘおよびφｙとの関係は、単調変化を示す。ただし、光沢度αが１に近い場合にはアルベドμとφｘおよびφｙとの関係が線形であるのに対し、光沢度αが大きくなると、アルベドμとφｘおよびφｙとの関係が非線形になる。そのため、プロセッサ３１０は、光沢度αに応じて補正されたＸ方向法線画像およびＹ方向法線画像ぞれぞれの画素値であるφｘ，φｙと、偏光画像５０ａ～５０ｄそれぞれの画素値Ｊａ～Ｊｄとを上記の式に代入することにより、アルベド画像を生成する。アルベド画像の各画素値は、アルベドμを示す。

（形状画像の生成方法）
形状画像は、光沢度αに応じて補正されたＸ方向法線画像およびＹ方向法線画像に基づいて生成される。

図１７は、形状画像の生成のために、Ｘ方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。Ｘ方向法線画像の画素値は、対象物Ｗの表面の法線ベクトルのうちＸ方向成分の大きさを示す。

プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像内の４つの画素で囲まれる１つの点を注目点Ｑとして選択する。Ｘ方向法線画像の横方向は、Ｘ方向に対応する。そのため、図１７に示されるように、プロセッサ３１０は、注目点Ｑの左側および右側に矩形領域Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ設定する。矩形領域Ｒ１，Ｒ２の高さは予め定められた長さＬであり、矩形領域Ｒ１，Ｒ２の幅はＬ／２である。

プロセッサ３１０は、矩形領域Ｒ１に含まれる画素の値の和Ｓｘ１を計算する。同様に、プロセッサ３１０は、矩形領域Ｒ２に含まれる画素の値の和Ｓｘ２を計算する。プロセッサ３１０は、和Ｓｘ１と和Ｓｘ２との差Ｓｘを計算する。プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像内の４つの画素で囲まれる点の全てについて、差Ｓｘを計算する。

図１８は、形状画像の生成のために、Ｙ方向法線画像に対して実行される処理を示す図である。Ｙ方向法線画像の画素値は、対象物Ｗの表面の法線ベクトルのうちＹ方向成分の大きさを示す。

プロセッサ３１０は、Ｙ方向法線画像において４つの画素で囲まれる１つの点を注目点Ｑとして選択する。Ｙ方向法線画像の縦方向は、Ｙ方向に対応する。そのため、図１８に示されるように、プロセッサ３１０は、注目点Ｑの上側および下側に矩形領域Ｒ３，Ｒ４をそれぞれ設定する。矩形領域Ｒ３，Ｒ４の幅はＬであり、矩形領域Ｒ３，Ｒ４の高さはＬ／２である。

プロセッサ３１０は、矩形領域Ｒ３に含まれる画素の値のＳｙ１を計算する。同様に、プロセッサ３１０は、矩形領域Ｒ４に含まれる画素の値のＳｙ２を計算する。プロセッサ３１０は、和Ｓｙ１と和Ｓｙ２との差Ｓｙを計算する。プロセッサ３１０は、Ｙ方向法線画像内の４つの画素で囲まれる点の全てについて、差Ｓｙを計算する。

対象物Ｗの表面にキズまたは打痕のような欠陥が存在する場合、当該欠陥において法線ベクトルが大きく変化する。差Ｓｘは、法線ベクトルのＸ方向成分が大きく変化するほど、大きくなる。差Ｓｙは、法線ベクトルのＹ方向成分が大きく変化するほど、大きくなる。すなわち、差Ｓｘ，Ｓｙは、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が存在する箇所において大きな値をとる。そのため、プロセッサ３１０は、以下の式で得られるＳを画素値とする形状画像を生成する。
Ｓ＝Ａ（Ｓｘ＋Ｓｙ）＋Ｂ
Ａは、形状画像のコントラストを決定するためのパラメータである。Ｂは、形状画像の全体的な画素値のレベルを決定するためのパラメータである。プロセッサ３１０は、形状画像における画素値の最大、最小、および最大と最小との差が規定範囲内に収まるように、パラメータＡ，Ｂの値を設定する。規定範囲は、欠陥の検査に適したコントラストおよびレベルに応じて予め定められる。これにより、凹凸の生じる欠陥の検査に適した形状画像が生成される。

（偏光画像、法線画像、形状画像、アルベド画像、平均画像の例）
図１９は、ボタン電池を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｄからＸ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２を生成する。プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２に基づいて形状画像５３を生成する。プロセッサ３１０は、形状画像５３を二値化することにより、二値画像５４を生成する。さらに、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｄからアルベド画像５５および平均画像５６を生成する。

図１９において、ボタン電池の表面の枠線Ｆ１で囲まれる領域に打痕が存在する。さらに、ボタン電池の表面の枠線Ｆ２で囲まれる領域に汚れが存在する。図１９に示されるように、形状画像５３において、枠線Ｆ１内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。二値画像５４では、打痕部分が白で表される。これにより、形状画像５３または二値画像５４を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。なお、Ｘ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２においても、打痕部分とその周囲とにおいて画素値が異なる。そのため、Ｘ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２を用いても、凹凸の生じる欠陥を検査できる。

Ｘ方向法線画像５１、Ｙ方向法線画像５２、形状画像５３、および二値画像５４において、汚れ部分とその周囲とにおいて画素値に変化が見られない。汚れによって凹凸に変化が生じていないためである。これに対し、アルベド画像５５では、枠線Ｆ２内に汚れに応じた画素値の変化が観察される。汚れによりアルベド（反射率）が変化したためである。このように、アルベド画像５５を用いることにより、汚れのような、アルベド（反射率）に変化を生じさせる欠陥が精度良く検査される。

図２０は、乾電池の側面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。図２０には、偏光画像５０ａ～５０ｄと、偏光画像５０ａ～５０ｄから生成されたＸ方向法線画像５１、Ｙ方向法線画像５２および平均画像５６と、Ｘ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２から生成された形状画像５３および二値画像５４とが示される。図２０において、乾電池の側面の枠線Ｆ１で囲まれる領域に打痕が存在する。形状画像５３において、枠線Ｆ１内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。二値画像５４では、打痕部分が白で表される。これにより、形状画像５３または二値画像５４を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。

図２１は、乾電池の底面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。図２１には、偏光画像５０ａ～５０ｄと、偏光画像５０ａ～５０ｄから生成されたＸ方向法線画像５１、Ｙ方向法線画像５２および平均画像５６と、Ｘ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２から生成された形状画像５３とが示される。図２１において、乾電池の底面の枠線Ｆ１で囲まれる領域に打痕が存在する。形状画像５３において、枠線Ｆ１内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。これにより、形状画像５３を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。

図２２は、シボ加工された樹脂表面を撮像することにより得られる偏光画像と、偏光画像から生成された各種画像とを示す図である。図２２には、偏光画像５０ａ～５０ｄと、偏光画像５０ａ～５０ｄから生成されたＸ方向法線画像５１、Ｙ方向法線画像５２および平均画像５６と、Ｘ方向法線画像５１およびＹ方向法線画像５２から生成された形状画像５３および二値画像５４とが示される。図２２において、樹脂表面の枠線Ｆ１で囲まれる領域に打痕が存在する。さらに、樹脂表面の枠線Ｆ２で囲まれる領域に汚れが存在する。

図２２に示されるように、形状画像５３において、枠線Ｆ１内に打痕部分に応じた画素値の変化が観察される。二値画像５４では、打痕部分が白で表される。これにより、形状画像５３または二値画像５４を用いることにより、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が精度良く検査される。

Ｘ方向法線画像５１、Ｙ方向法線画像５２、形状画像５３、および二値画像５４において、汚れ部分とその周囲とにおいて画素値に変化が見られない。汚れによって凹凸に変化が生じていないためである。これに対し、平均画像５６では、枠線Ｆ２内に汚れ部分に応じた画素値の変化が観察される。汚れによりアルベド（反射率）が高まったためである。このように、平均画像５６を用いても、汚れのような、アルベド（反射率）に変化を生じさせる欠陥が精度良く検査される。

（Ｂ－２．第２の検査例）
第２の検査例は、明視野照明および暗視野照明の条件下でそれぞれ得られる２つの画像を用いる。明視野照明は、対象物Ｗの表面の正反射光が偏光カメラ２０に入射する照明法である。暗視野照明は、対象物Ｗの表面の正反射光が偏光カメラ２０に入射せず、拡散反射光のみが偏光カメラ２０に入射する照明法である。キズが存在する部分では光が正反射しにくい。そのため、明視野照明の条件下で得られる画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。これにより、明視野照明の条件下で得られる画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。一方、汚れまたは異物が存在する部分では拡散反射しやすい。そのため、暗視野照明の条件下で得られる画像において、汚れまたは異物が存在する部分の輝度が高くなる。これにより、暗視野照明の条件下で得られる画像を用いることにより、汚れまたは異物を精度良く検査できる。

（照明部の配置）
図２３は、第２の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図２３に示されるように、複数の照明部１０は、照明部１０ｅ，１０ｆを含む。照明部１０ｅ，１０ｆは、対象物Ｗに対する仰角が互いに異なるように配置される。

照明部１０ｆは、偏光カメラ２０の光軸２５を中心とするリング型の照明部である。照明部１０ｆは、偏光カメラ２０の光軸２５を中心とするリング型の発光部１１ｆと、発光部１１ｆの発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ１２ｆとを有する。対象物Ｗに対する照明部１０ｆの仰角は、対象物Ｗの正反射光が偏光カメラ２０に入射しないように設定される。

図２４は、照明部１０ｅの構成を示す図である。照明部１０ｅは、偏光カメラ２０の光軸２５に沿って照明光を対象物Ｗに照射する同軸照明である。図２４に示されるように、照明部１０ｅは、発光部１１ｅと、直線偏光フィルタ１２ｅと、ハーフミラー１３ｅと、を有する。直線偏光フィルタ１２ｅは、発光部１１ｅの発光面とハーフミラー１３ｅとの間に配置され、発光部１１ｅから照射された非偏光のうち予め定められた方向に沿った直線偏光を透過させる。ハーフミラー１３ｅは、直線偏光フィルタ１２ｅを透過した直線偏光を、偏光カメラ２０の光軸２５に沿って落射させる。

直線偏光フィルタ１２ｅ，１２ｆは、照明部１０ｅ，１０ｆから対象物Ｗに照射される直線偏光の偏光方向が互いに直交するように配置される。

（検査方法）
第２の検査例において、検査システム１は、図２に示す偏光子２２ａ～２２ｄを含む偏光カメラ２０を備える。偏光子２２ａの偏光方向は、照明部１０ｅから対象物Ｗに照射される直線偏光の偏光方向と一致する（平行である）。偏光子２２ｃの偏光方向は、照明部１０ｆから照射される直線偏光の偏光方向と一致する（平行である）。そのため、照明部１０ｅから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ａを透過し、偏光子２２ｃを透過しない。照明部１０ｆから照射され、対象物Ｗで拡散反射した光の一部は、偏光子２２ｃを透過する。なお、照明部１０ｆから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光カメラ２０に入射しない。

図２５は、第２の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。偏光画像５０ａ～５０ｄは、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する。

偏光画像５０ａは、照明部１０ｅから照射され、対象物Ｗで正反射した光の輝度を示す。すなわち、偏光画像５０ａは、明視野照明の条件下での撮像により得られる画像に対応する。そのため、偏光画像５０ａの枠線Ｆ１内において、キズが容易に確認される。このように、偏光画像５０ａを用いることにより、キズが精度良く検査される。

偏光画像５０ｃは、照明部１０ｆから照射され、対象物Ｗで拡散反射した光のうち偏光子２２ｃを透過した光の輝度を示す。すなわち、偏光画像５０ｃは、暗視野照明の条件下での撮像により得られる画像に対応する。そのため、偏光画像５０ｃの枠線Ｆ２内において、汚れが容易に確認される。このように、偏光画像５０ｃを用いることにより、汚れが精度良く検査される。

偏光画像５０ｂ、５０ｄは、偏光画像５０ａ，５０ｃの中間的な輝度を示す。そのため、偏光画像５０ｂ、５０ｄは、対象物Ｗの検査に使用されなくてもよい。

（Ｂ－３．第３の検査例）
第３の検査例は、位相シフト法を用いる。位相シフト法は，位相をずらしながら、照射強度が正弦波に変調された縞パターンを照射して撮像された複数枚の画像から、対象物Ｗの三次元形状を計測する方法である。

（照明部の配置）
図２６は、第３の検査例に係る複数の照明部の配置の一例を示す図である。図２６に示されるように、複数の照明部１０は、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉを含む。照明部１０ｅは、第２の検査例において説明したように、偏光カメラ２０の光軸２５と同軸の照明光を対象物Ｗに照射する（図２４参照）。

照明部１０ｇ～１０ｉの各々は、リング型照明である。照明部１０ｇ～１０ｉは、偏光カメラ２０の光軸２５を中心とするリング型の発光部１１ｇ～１１ｉと、発光部の発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ１２ｇ～１２ｉとをそれぞれ有する。

照明部１０ｅから照射される光の偏光方向を基準方向とするとき、直線偏光フィルタ１２ｅ，１２ｇ～１２ｉは、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから照射される光の偏光方向と基準方向とのなす角度がそれぞれ０°，４５°，９０°，１３５°となるように配置される。

照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉは、対象物Ｗに対する仰角が互いに異なるように配置される。具体的には、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉは、対象物Ｗに対して、この順に仰角が小さくなるように配置される。言い換えると、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから対象物Ｗへの照明光の入射角は、この順に大きくなる。対象物Ｗに対する照明部１０ｅの仰角は９０°であり、照明部１０ｅから対象物Ｗへの照明光の入射角は０°である。

第３の検査例において、検査システム１は、図２に示す偏光子２２ａ～２２ｄを含む偏光カメラ２０を備える。偏光子２２ａ～２２ｄの偏光方向は、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから照射される光の偏光方向とそれぞれ平行である。そのため、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ａ～２２ｄをそれぞれ透過する。照明部１０ｅから照射される光は、偏光子２２ｂ，２２ｄの偏光方向に平行な成分を有する。そのため、照明部１０ｅから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ｂ，２２ｄを透過する。具体的には、照明部１０ｅから照射され、偏光子２２ｂ，２２ｄの各々を透過する光量は、照明部１０ｅから照射され、偏光子２２ａを透過する光量の約１／２である。同様に、照明部１０ｇから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ａ，２２ｃを透過する。照明部１０ｈから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ｂ，２２ｄを透過する。照明部１０ｉから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ａ，２２ｃを透過する。照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ｃ，２２ｄ，２２ａ，２２ｂをそれぞれ透過しない。

図２７は、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｉから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。図２７に示されるように、偏光子２２ａ～２２ｄの各々を透過する光量は、正弦波に従う。すなわち、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する偏光画像５０ａ～５０ｄは、同心円状の縞パターンの光が対象物Ｗに照射された条件下で撮像された画像に対応する。さらに、図２７に示されるように、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する縞パターンの位相は、π／２ずつずれている。

図２８は、第３の検査例に係る複数の照明部の配置の別の例を示す図である。図２８に示される複数の照明部１０は、図２６に示される複数の照明部１０と比較して、照明部１０ｊ～１０ｌをさらに含む点で相違する。

照明部１０ｊ～１０ｌの各々は、リング型照明である。照明部１０ｊ～１０ｌは、偏光カメラ２０の光軸２５を中心とするリング型の発光部１１ｊ～１１ｌと、発光部１１ｊ～１１ｌの発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ１２ｊ～１２ｌとをそれぞれ有する。

照明部１０ｅから照射される光の偏光方向を基準方向とするとき、直線偏光フィルタ１２ｊ～１２ｌは、照明部１０ｊ～１０ｌから照射される光の偏光方向と基準方向とのなす角度がそれぞれ２２．５°，６７．５°，１１０．５°となるように配置される。

照明部１０ｅ，１０ｊ，１０ｇ，１０ｋ，１０ｈ，１０ｌ，１０ｉは、対象物Ｗに対して、この順に仰角が小さくなるように配置される。言い換えると、照明部１０ｅ，１０ｊ，１０ｇ，１０ｋ，１０ｈ，１０ｌ，１０ｉから対象物Ｗへの照明光の入射角は、この順に大きくなる。

図２９は、照明部１０ｅ，１０ｇ～１０ｌから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうち各偏光子を透過する量を示す図である。図２９に示されるように、偏光子２２ａ～２２ｄの各々を透過する光量は、正弦波に従う。すなわち、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する偏光画像５０ａ～５０ｄは、同心円状の縞パターンの光が対象物Ｗに照射された条件下で撮像された画像に対応する。さらに、図２９に示されるように、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する縞パターンの位相は、π／２ずつずれている。

（検査方法）
プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｄに基づいて、対象物Ｗの検査を行う。プロセッサ３１０は、位相シフト法によって、偏光画像５０ａ～５０ｄに基づいて、位相画像および正反射画像を生成する。

画像の２次元座標を（ｘ，ｙ）と表し、偏光画像５０ａ～５０ｄにおける画素（ｘ，ｙ）の値をＪａ（ｘ，ｙ），Ｊｂ（ｘ，ｙ），Ｊｃ（ｘ，ｙ），Ｊｄ（ｘ，ｙ）とそれぞれ表す場合、画素の位相は、
Φ（ｘ，ｙ）＝arctan［｛Ｊｂ（ｘ，ｙ）－Ｊｄ（ｘ，ｙ）｝／｛Ｊａ（ｘ，ｙ）－Ｊｃ（ｘ，ｙ）｝］
と表される。縞パターンが撮像できる対象物Ｗの法線角度の範囲は０°～４５°である。位相値Φ（ｘ，ｙ）は、対象物Ｗの法線方向と偏光カメラ２０の光軸２５とのなす角度に比例する値となる。プロセッサ３１０は、画素（ｘ、ｙ）の値がＩｐ（ｘ，ｙ）＝｛２π－Φ（ｘ，ｙ）｝×１２８／πとなる位相画像を生成する。このとき、位相画像は、対象物Ｗの法線方向と光軸２５とのなす角度が０°の場合に白画素（２５６）となり、対象物Ｗの法線方向と光軸２５とのなす角度が４５°の場合に黒画素（０）となる。そのため、位相画像を用いることで、対象物Ｗの表面の凹凸を検査できる。

さらに、プロセッサ３１０は、画素（ｘ、ｙ）の値が
Ａ（ｘ，ｙ）＝［｛Ｊａ（ｘ，ｙ）－Ｊｃ（ｘ，ｙ）｝²＋｛Ｊｂ（ｘ，ｙ）－Ｊｄ（ｘ，ｙ）｝²］^1/2
となる正反射画像を生成する。正反射画像は、対象物Ｗの表面で正反射した光の強度を表す。対象物Ｗにキズがある場合、キズの微細形状により、光が乱反射することがある。この場合、キズ部分で正反射成分が相対的に弱くなる。そのため、正反射画像を用いて、対象物Ｗの表面の凹凸を検査できる。

図３０は、図２６に示す複数の照明部１０を用いて得られる偏光画像５０ａ～５０ｄの一例を示す図である。図３１は、図２８に示す複数の照明部１０を用いて得られる偏光画像５０ａ～５０ｄの一例を示す図である。図３０および図３１に示されるように、対象物Ｗの表面で正反射した縞パターンが観察され、偏光画像５０ａ～５０ｄにおいて縞パターンの位相がπ／２ずつずれている。さらに、照明部１０の数を増やすことにより、縞パターンが滑らかになる。これにより、対象物Ｗの表面の法線方向の分解能が良くなる。

なお、同軸照明である照明部１０ｅを設けず、リング状の照明部１０ｇ～１０ｉ（または照明部１０ｇ～１０ｌ）のみを設ける構成とすることも可能である。この場合、同心円状の中心部分に関する縞パターンが欠損することになる。照明部１０ｅを設けることで、同心円の中心部分に関する縞パターンの欠損を低減でき、より正確な検査を行うことができる。

（Ｂ－４．第４の検査例）
第４の検査例は、同軸照明およびバックライトの条件下でそれぞれ得られる２つの画像を用いる。偏光カメラ２０の光軸２５と同軸の照明条件下で得られる画像は、対象物Ｗの表面の正反射光の輝度を示す。上述したように、キズが存在する部分では光が正反射しにくい。そのため、同軸照明の条件下で得られる画像において、キズが存在する部分の輝度が低下する。これにより、同軸照明の条件下で得られる画像を用いることにより、キズを精度良く検査できる。一方、対象物Ｗが遮光性を有する場合、バックライトの条件下で得られる画像において、対象物Ｗに対応する領域の輝度が０となる。そのため、対象物Ｗの外周が容易に確認される。これにより、バックライトの条件下で得られる画像を用いることにより、対象物Ｗの外周におけるバリまたは欠けを精度良く検査できる。

（照明部の配置）
図３２は、第４の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図３２に示されるように、複数の照明部１０は、照明部１０ｅ，１０ｍを含む。照明部１０ｅは、第２の検査例において説明したように、偏光カメラ２０の光軸２５に沿った照明光を対象物Ｗに照射する（図２４参照）。

照明部１０ｍは、バックライトとして、対象物Ｗの偏光カメラ２０とは反対側に配置される。すなわち、照明部１０ｍは、対象物Ｗの背面側から照明光を照射する。照明部１０ｍは、平板状の発光部１１ｍと、発光部１１ｆの発光面に取り付けられる直線偏光フィルタ１２ｍとを有する。

照明部１０ｅの直線偏光フィルタ１２ｅ（図２４参照）と直線偏光フィルタ１２ｍとは、照明部１０ｅ，１０ｍから対象物Ｗに照射される直線偏光の偏光方向が互いに直交するように配置される。

（検査方法）
第４の検査例において、検査システム１は、図２に示す偏光子２２ａ～２２ｄを含む偏光カメラ２０を備える。偏光子２２ａの偏光方向は、照明部１０ｅから対象物Ｗに照射される直線偏光の偏光方向と一致する（平行である）。偏光子２２ｃの偏光方向は、照明部１０ｍから照射される直線偏光の偏光方向と一致する（平行である）。そのため、照明部１０ｅから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ａを透過し、偏光子２２ｃを透過しない。照明部１０ｍから照射され、対象物Ｗの周囲を進行する光は、偏光子２２ｃを透過し、偏光子２２ａを透過しない。

図３３は、第４の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。偏光画像５０ａ～５０ｄは、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する。

偏光画像５０ａは、照明部１０ｅから照射され、対象物Ｗで正反射した光の輝度を示す。そのため、偏光画像５０ａの枠線Ｆ１内において、キズ部分の輝度が低下していることが容易に確認される。そのため、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａを用いて、キズを精度良く検査できる。

偏光画像５０ｃは、照明部１０ｍから照射され、対象物Ｗの周囲を進行した光の輝度を示す。すなわち、偏光画像５０ｃは、バックライトの条件下で得られる画像に対応する。そのため、偏光画像５０ｃの枠線Ｆ３内において、対象物Ｗの外周のバリが容易に確認される。そのため、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ｃを用いて、対象物Ｗの外周におけるバリまたは欠けを精度良く検査できる。

偏光画像５０ｂ、５０ｄは、偏光画像５０ａ，５０ｃの中間的な輝度を示す。そのため、偏光画像５０ｂ、５０ｄは、対象物Ｗの検査に使用されなくてもよい。

（Ｂ－５．第５の検査例）
第５の検査例は、ハイダイナミックレンジ技法を用いる。ハイダイナミックレンジ技法は、照明強度の異なる条件下の複数枚の画像を合成することで白飛びや黒つぶれの少ない幅広いダイナミックレンジを持つ画像（ハイダイナミックレンジイメージ）を生成する技法である。

（照明部の配置）
図３４は、第５の検査例に係る複数の照明部の配置を示す図である。図３４に示されるように、複数の照明部１０は、照明部１０ｎ，１０ｏを含む。

照明部１０ｎは、非偏光を発する発光部１１ｎと、発光部１１ｎの対象物Ｗに配置される直線偏光フィルタ１２ｎと、を有する。そのため、照明部１０ｎから対象物Ｗに直線偏光が照射される。

照明部１０ｏは、非偏光を発する発光部１１ｏを有し、直線偏光フィルタを有さない。そのため、照明部１０ｏから対象物Ｗに非偏光が照射される。

なお、照明部１０ｎ，１０ｏは、近接して配置されることが好ましい。これにより、照明部１０ｎ，１０ｏから対象物Ｗへの照射方向がほぼ同じとなり、後述するように、照明条件として照明強度が異なり、照明方向がほぼ同じの複数の偏光画像５０が１回の撮像で得られる。

（検査方法）
第５の検査例において、検査システム１は、図２に示す偏光子２２ａ～２２ｄを含む偏光カメラ２０を備える。照明部１０ｎから照射される直線偏光の偏光方向は、偏光子２２ａの偏光方向と平行であり、偏光子２２ｃの偏光方向と直交する。そのため、照明部１０ｎから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ａを透過し、偏光子２２ｃを透過しない。照明部１０ｎから照射され、対象物Ｗで正反射した光は、偏光子２２ｂ，２２ｄの偏光方向に平行な成分を有する。そのため、照明部１０ｎから照射され、対象物Ｗで正反射した光のうちの一部の成分は、偏光子２２ｂ，２２ｄを透過する。具体的には、照明部１０ｎから照射され、偏光子２２ｂ，２２ｄの各々を透過する光量は、照明部１０ｎから照射され、偏光子２２ａを透過する光量の約１／２である。

照明部１０ｏから照射される非偏光は、偏光子２２ａ～２２ｄの偏光方向に平行な成分を均等に有する。そのため、照明部１０ｏから照射され、偏光子２２ａ～２２ｄの各々を透過する光量は、同じである。

照明部１０ｎ，１０ｏから照射され、対象物Ｗで正反射し、偏光子２２ａを透過する光の強度をそれぞれＩｎ，Ｉｏとする。このとき、偏光子２２ａ～２２ｄにそれぞれ対応する偏光画像５０ａ～５０ｄそれぞれの画素値Ｊａ～Ｊｄは、以下のように表される。
偏光画像５０ａの画素値Ｊａ：Ｉｎ＋Ｉｏ
偏光画像５０ｂの画素値Ｊｂ：Ｉｎ／２＋Ｉｏ
偏光画像５０ｃの画素値Ｊｃ：Ｉｏ
偏光画像５０ｄの画素値Ｊｄ：Ｉｎ／２＋Ｉｏ
以上から、偏光画像５０ａ～５０ｃは、互いに照明強度の異なる条件下の複数枚の画像に相当する。そのため、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｃをハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成する。プロセッサ３１０は、公知のハイダイナミックレンジ合成の手法を用いて、合成画像を生成すればよい。

図３５は、第５の検査例において得られた複数の偏光画像の一例を示す図である。図３５に示されるように、偏光画像５０ａの輝度が最も高く、偏光画像５０ｃの輝度が最も低く、偏光画像５０ｂ，５０ｄの輝度が中間である。プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ～５０ｃをハイダイナミックレンジ合成して、合成画像５７を生成する。合成画像５７では、白飛びや黒つぶれが少ない。そのため、プロセッサ３１０は、合成画像５７を用いることにより、対象物Ｗを精度良く検査できる。

＜Ｃ．変形例＞
偏光カメラ２０の単位領域２１に含まれる偏光子２２の個数は、４個に限定されず、複数であればよい。上述したように、第２の検査例および第４の検査例では、偏光画像５０ｂ，５０ｄが使用されなくてもよい。そのため、単位領域２１は、偏光子２２ａ，２２ｃのみを含み、偏光子２２ｂ，２２ｄを含まなくてもよい。同様に、第５の検査例では、偏光画像５０ｄが使用されない。そのため、単位領域２１は、偏光子２２ａ～２２ｃのみを含み、偏光子２２ｄを含まなくてもよい。

第１の検査例において、複数の照明部１０は、照明部１０ａ，１０ｃのみを含み、照明部１０ｂ，１０ｄを含まなくてもよい。この場合、偏光カメラ２０の単位領域２１は、偏光子２２ａ～２２ｃのみを含み、偏光子２２ｄを含まなくてもよい。偏光画像５０ａ，５０ｃそれぞれの画素値Ｊａ，Ｊｃは、以下の式で表される。
Ｊａ＝Ｉａ＝μ［cos^α（θ－２φｘ）cos^α（２φｙ）］
Ｊｃ＝Ｉｃ＝μ［cos^α（θ＋２φｘ）cos^α（２φｙ）］
対象物Ｗの表面の光沢度α＝１の場合、以下の式（７），（８）が成り立つ。
Ｊａ＋Ｊｃ＝２μcos（θ）cos（２φｘ）cos（２φｙ）・・・式（７）
Ｊａ－Ｊｃ＝２μsin（θ）sin（２φｘ）cos（２φｙ）・・・式（８）。

上記の式（７）と式（８）とから、以下の式（９）が導かれる。
tan（２φｘ）＝（Ｊａ－Ｊｃ）／｛（Ｊａ＋Ｊｃ）tan（θ）｝・・・式（９）。

式（９）において、入射角θは、照明部１０ａ，１０ｃの位置に応じて予め決定される。そのため、プロセッサ３１０は、偏光画像５０ａ，５０ｃの画素値Ｊａ，Ｊｃと入射角θとを用いて式（９）の右辺の計算し、その結果であるＮｘを画素値とするＸ方向法線画像を生成すればよい。式（９）で表されるtan（２φｘ）（≡Ｎｘ）は、法線ベクトルのｘ方向成分であるｎｘに依存する値である。そのため、Ｘ方向法線画像は、対象物Ｗの表面の法線方向を表す。

さらに、プロセッサ３１０は、図１７に示すように、注目点Ｑの左側および右側に矩形領域Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ設定する。それから、プロセッサ３１０は、矩形領域Ｒ１に含まれる画素の値の和Ｓｘ１と、矩形領域Ｒ２に含まれる画素の値の和Ｓｘ２との差Ｓｘを計算する。プロセッサ３１０は、Ｘ方向法線画像内の４つの画素で囲まれる点の全てについて、差Ｓｘを計算する。プロセッサ３１０は、差Ｓｘを画素値とする形状画像を生成すればよい。上述したように、差Ｓｘは、キズまたは打痕のような、凹凸の生じる欠陥が存在する箇所において大きな値をとる。そのため、プロセッサ３１０は、形状画像を用いることにより、凹凸の生じる欠陥を精度良く検査できる。

第１の検査例において、上記の式（４）および式（５）を用いて、Ｘ方向法線画像およびＹ方向法線画像がそれぞれ生成されるものとした。しかしながら、法線画像の生成方法は、これに限定されない。たとえば、ディープラーニングの画像生成技術を用いて、複数の偏光画像から法線画像を推定する学習モデルが構築される。プロセッサ３１０は、当該学習モデルを用いて、複数の偏光画像から法線画像を生成してもよい。

§３ 付記
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。

（構成１）
検査システム（１）であって、
対象物（Ｗ）を照明する複数の照明部（１０，１０ａ～１０ｏ）と、
複数の偏光子（２２，２２ａ～２２ｄ）を含む単位領域（２１）が繰り返して配列された偏光カメラ（２０）と、
検査装置（３０）と、を備え、
前記複数の照明部（１０，１０ａ～１０ｏ）は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子（２２，２２ａ～２２ｄ）は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記偏光カメラ（２０）は、前記複数の照明部（１０，１０ａ～１０ｏ）が同時に点灯している状態において撮像することにより、前記複数の偏光子（２２，２２ａ～２２ｄ）にそれぞれ対応する複数の偏光画像（５０，５０ａ～５０ｄ）を出力し、
前記検査装置（３０）は、前記複数の偏光画像（５０，５０ａ～５０ｄ）を用いて前記対象物（Ｗ）を検査する、検査システム（１）。

（構成２）
前記複数の照明部は、前記偏光カメラ（２０）の光軸（２５）の周りの方位角が互いに異なるように配置され、
前記複数の照明部は、第１～第Ｎの照明部（１０ａ～１０ｄ）を含み、
前記複数の偏光子は、第１～第Ｎの偏光子（２２ａ～２２ｄ）を含み、
Ｎは、２以上の整数であり、
前記第１～第Ｎの照明部（１０ａ～１０ｄ）の照明光の偏光方向は、前記第１～第Ｎの偏光子（２２ａ～２２ｄ）を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行であり、
前記検査装置（３０）は、前記複数の偏光画像（５０ａ～５０ｄ）から前記対象物（Ｗ）の表面の法線方向を示す法線画像（５１，５２）を生成し、前記法線画像（５１，５２）に基づいて前記対象物（Ｗ）を検査する、構成１に記載の検査システム（１）。

（構成３）
Ｎは４であり、
前記第１の照明部（１０ａ）および前記第３の照明部（１０ｃ）は、前記偏光カメラ（２０）の光軸（２５）に対して対称な位置に配置され、
前記第２の照明部（１０ｂ）および前記第４の照明部（１０ｄ）は、前記偏光カメラ（２０）の光軸（２５）に対して対称な位置に配置され、
前記偏光カメラ（２０）の光軸（２５）の周りにおいて、前記第１の照明部（１０ａ）が配置される第１の方位角と前記第２の照明部（１０ｂ）が配置される第２の方位角との差が９０°であり、
前記複数の偏光画像は、前記第１～第４の偏光子（２２ａ～２２ｄ）にそれぞれ対応する第１～第４の偏光画像（５０ａ～５０ｂ）を含み、
前記検査装置（３０）は、
前記第１～第４の偏光画像（５０ａ～５０ｂ）に基づいて、前記対象物（Ｗ）の表面の法線ベクトルにおける前記第１の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第１の法線画像（５１）を生成し、
前記第１～第４の偏光画像に基づいて、前記対象物（Ｗ）の表面の法線ベクトルにおける前記第２の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第２の法線画像（５２）を生成し、
前記第１の法線画像（５１）と前記第２の法線画像（５２）とに基づいて、前記対象物（Ｗ）の表面の形状を示す形状画像（５３）を生成し、
前記形状画像（５３）に基づいて前記対象物（Ｗ）を検査する、構成２に記載の検査システム（１）。

（構成４）
前記第２の照明部（１０ｂ）、前記第３の照明部（１０ｃ）および前記第４の照明部（１０ｄ）の照明光の偏光方向と前記第１の照明部（１０ａ）の照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ４５°、９０°および１３５°である、構成３に記載の検査システム（１）。

（構成５）
前記複数の照明部（１０ｅ～１０ｌ）は、前記対象物に対する仰角が互いに異なるように配置される、構成１に記載の検査システム（１）。

（構成６）
前記複数の照明部は、
前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第１の照明部（１０ｅ）と、
前記偏光カメラの光軸を中心とするリング型の第２の照明部（１０ｆ）と、を含み、
前記複数の偏光子は、第１の偏光子（２２ａ）および第２の偏光子（２２ｃ）を含み、
前記第１の照明部（１０ｅ）および前記第２の照明部（１０ｆ）から照射される照明光の偏光方向は、前記第１の偏光子（２２ａ）および前記第２の偏光子（２２ｃ）を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する、構成５に記載の検査システム（１）。

（構成７）
前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸を中心とする同心円状の複数のリング型照明部（１０ｇ～１０ｌ）を含み、
前記検査装置（３０）は、
前記複数の偏光画像（５０ａ～５０ｄ）に基づいて、前記対象物（Ｗ）の表面の法線方向と前記偏光カメラの光軸方向とのなす角度を示す位相画像を生成し、
前記位相画像に基づいて、前記対象物（Ｗ）を検査する、構成５に記載の検査システム（１）。

（構成８）
前記複数の照明部は、さらに、前記偏光カメラ（２０）の光軸（２５）に沿って照明光を照射する照明部（１０ｅ）を含む、構成７に記載の検査システム（１）。

（構成９）
前記複数の照明部は、
前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第１の照明部（１０ｅ）と、
前記対象物の背面側から照明光を照射する第２の照明部（１０ｍ）と、を含み、
前記複数の偏光子は、第１の偏光子（２２ａ）および第２の偏光子（２２ｃ）を含み、
前記第１の照明部（１０ｅ）および前記第２の照明部（１０ｍ）から照射される照明光の偏光方向は、前記第１の偏光子（２２ａ）および前記第２の偏光子（２２ｃ）を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する、構成１に記載の検査システム（１）。

（構成１０）
前記複数の照明部は、直線偏光の照明光を照射する第１の照明部（１０ｎ）と、非偏光を照射する第２の照明部（１０ｏ）と、を含み、
前記複数の偏光子は、
前記第１の照明部（１０ｎ）の照明光の偏光方向と同じ偏光方向の光を透過させる第１の偏光子（２２ａ）と、
前記第１の偏光子（２２ａ）を透過する光の偏光方向とのなす角度が４５°の偏光方向の光を透過させる第２の偏光子（２２ｂ）と、
前記第１の偏光子（２２ａ）を透過する光の偏光方向とのなす角度が９０°の偏光方向の光を透過させる第３の偏光子（２２ｃ）と、を含み、
前記複数の偏光画像は、前記第１～第３の偏光子（２２ａ～２２ｃ）にそれぞれ対応する第１～第３の偏光画像（５５ａ～５５ｃ）を含み、
前記検査装置（３０）は、
前記第１～第３の偏光画像（５５ａ～５５ｃ）をハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成し、
前記合成画像に基づいて、前記対象物（Ｗ）を検査する、構成１に記載の検査システム（１）。

（構成１１）
対象物（Ｗ）を照明する複数の照明部（１０，１０ａ～１０ｏ）と、複数の偏光子（２２，２２ａ～２２ｄ）を含む単位領域（２１）が繰り返し配列された偏光カメラ（２０）とを用いた検査方法であって、
前記複数の照明部（１０，１０ａ～１０ｏ）は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
前記複数の偏光子（２２，２２ａ～２２ｄ）は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
前記検査方法は、
前記複数の照明部（１０，１０ａ～１０ｏ）が同時に点灯している状態において、前記偏光カメラ（２０）を用いて前記対象物（Ｗ）を撮像することにより、前記複数の偏光子（２２，２２ａ～２２ｄ）にそれぞれ対応する複数の偏光画像（５０，５０ａ～５０ｄ）を取得するステップと、
前記複数の偏光画像（５０，５０ａ～５０ｄ）を用いて前記対象物（Ｗ）を検査するステップと、を備える、検査方法。

本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 検査システム、２ 搬送ベルト、１０，１０ａ～１０ｏ 照明部、１１ａ～１１ｏ 発光部、１２ａ～１２ｎ 直線偏光フィルタ、１３ｅ ハーフミラー、２０ 偏光カメラ、２１ 単位領域、２２，２２ａ～２２ｄ 偏光子、２５，２２５ 光軸、３０ 検査装置、５０，５０ａ～５０ｄ 偏光画像、５１ Ｘ方向法線画像、５２ Ｙ方向法線画像、５３ 形状画像、５４ 二値画像、５５ アルベド画像、５６ 平均画像、５７ 合成画像、１１０ 照明装置、１１０ａ～１１０ｄ 円弧領域、３０２ 表示部、３０４ キーボード、３０６ メモリカード、３１０ プロセッサ、３１２ ＲＡＭ、３１４ 表示コントローラ、３１６ システムコントローラ、３１８ コントローラ、３２０ ハードディスク、３２２ カメラインターフェイス、３２４ 入力インターフェイス、３２８ 通信インターフェイス、３３０ メモリカードインターフェイス、３５０ 検査プログラム、Ｆ１，Ｆ２ 枠線、Ｐ 点、Ｑ 注目点、Ｒ１～Ｒ４ 矩形領域、Ｗ 対象物、ｎ 法線ベクトル。

Claims (11)

1. 検査システムであって、
   対象物を照明する複数の照明部と、
   複数の偏光子を含む単位領域が繰り返して配列された偏光カメラと、
   検査装置と、を備え、
   前記複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
   前記複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
   前記偏光カメラは、前記複数の照明部が同時に点灯している状態において撮像することにより、前記複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を出力し、
   前記検査装置は、前記複数の偏光画像を用いて前記対象物を検査する、検査システム。
2. 前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸の周りの方位角が互いに異なるように配置され、
   前記複数の照明部は、第１～第Ｎの照明部を含み、
   前記複数の偏光子は、第１～第Ｎの偏光子を含み、
   Ｎは、２以上の整数であり、
   前記第１～第Ｎの照明部の照明光の偏光方向は、前記第１～第Ｎの偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ平行であり、
   前記検査装置は、前記複数の偏光画像から前記対象物の表面の法線方向を示す法線画像を生成し、前記法線画像に基づいて前記対象物を検査する、請求項１に記載の検査システム。
3. Ｎは４であり、
   前記第１の照明部および前記第３の照明部は、前記偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置され、
   前記第２の照明部および前記第４の照明部は、前記偏光カメラの光軸に対して対称な位置に配置され、
   前記偏光カメラの光軸の周りにおいて、前記第１の照明部が配置される第１の方位角と前記第２の照明部が配置される第２の方位角との差が９０°であり、
   前記複数の偏光画像は、前記第１～第４の偏光子にそれぞれ対応する第１～第４の偏光画像を含み、
   前記検査装置は、
   前記第１～第４の偏光画像に基づいて、前記対象物の表面の法線ベクトルにおける前記第１の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第１の法線画像を生成し、
   前記第１～第４の偏光画像に基づいて、前記対象物の表面の法線ベクトルにおける前記第２の方位角の方向に沿った成分の大きさを示す第２の法線画像を生成し、
   前記第１の法線画像と前記第２の法線画像とに基づいて、前記対象物の表面の形状を示す形状画像を生成し、
   前記形状画像に基づいて前記対象物を検査する、請求項２に記載の検査システム。
4. 前記第２の照明部、前記第３の照明部および前記第４の照明部の照明光の偏光方向と前記第１の照明部の照明光の偏光方向とのなす角度は、それぞれ４５°、９０°および１３５°である、請求項３に記載の検査システム。
5. 前記複数の照明部は、前記対象物に対する仰角が互いに異なるように配置される、請求項１に記載の検査システム。
6. 前記複数の照明部は、
   前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第１の照明部と、
   前記偏光カメラの光軸を中心とするリング型の第２の照明部と、を含み、
   前記複数の偏光子は、第１の偏光子および第２の偏光子を含み、
   前記第１の照明部および前記第２の照明部から照射される照明光の偏光方向は、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する、請求項５に記載の検査システム。
7. 前記複数の照明部は、前記偏光カメラの光軸を中心とする同心円状の複数のリング型照明部を含み、
   前記検査装置は、
   前記複数の偏光画像に基づいて、前記対象物の表面の法線方向と前記偏光カメラの光軸方向とのなす角度を示す位相画像を生成し、
   前記位相画像に基づいて、前記対象物を検査する、請求項５に記載の検査システム。
8. 前記複数の照明部は、さらに、前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する照明部を含む、請求項７に記載の検査システム。
9. 前記複数の照明部は、
   前記偏光カメラの光軸に沿って照明光を照射する第１の照明部と、
   前記対象物の背面側から照明光を照射する第２の照明部と、を含み、
   前記複数の偏光子は、第１の偏光子および第２の偏光子を含み、
   前記第１の照明部および前記第２の照明部から照射される照明光の偏光方向は、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子を透過する光の偏光方向とそれぞれ一致する、請求項１に記載の検査システム。
10. 前記複数の照明部は、直線偏光の照明光を照射する第１の照明部と、非偏光を照射する第２の照明部と、を含み、
    前記複数の偏光子は、
    前記第１の照明部の照明光の偏光方向と同じ偏光方向の光を透過させる第１の偏光子と、
    前記第１の偏光子を透過する光の偏光方向とのなす角度が４５°の偏光方向の光を透過させる第２の偏光子と、
    前記第１の偏光子を透過する光の偏光方向とのなす角度が９０°の偏光方向の光を透過させる第３の偏光子と、を含み、
    前記複数の偏光画像は、前記第１～第３の偏光子にそれぞれ対応する第１～第３の偏光画像を含み、
    前記検査装置は、
    前記第１～第３の偏光画像をハイダイナミックレンジ合成して、合成画像を生成し、
    前記合成画像に基づいて、前記対象物を検査する、請求項１に記載の検査システム。
11. 対象物を照明する複数の照明部と、複数の偏光子を含む単位領域が繰り返し配列された偏光カメラとを用いた検査方法であって、
    前記複数の照明部は、互いに異なる偏光状態の照明光を照射し、
    前記複数の偏光子は、互いに異なる偏光方向の光を透過させ、
    前記検査方法は、
    前記複数の照明部が同時に点灯している状態において、前記偏光カメラを用いて前記対象物を撮像することにより、前記複数の偏光子にそれぞれ対応する複数の偏光画像を取得するステップと、
    前記複数の偏光画像を用いて前記対象物を検査するステップと、を備える、検査方法。

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