JP2023042252A - 光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置、及び、光学検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検物の表面状態を良好に検査可能な光学検査方法を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、被検物の表面状態の光学検査方法は、被検物の表面からの互いに異なる複数の波長を選択的に通過させる波長選択部を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサの各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系でその波長に対応する色の色ベクトルを取得することと、色座標系における色ベクトルの方向に基づいて、被検物の表面状態を判別することとを含む。【選択図】 図８

Description

本発明の実施形態は、光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置、及び、光学検査装置に関する。

例えば通常のカメラで被検物の表面を撮影し、撮影した被検物の表面の像に基づいて、被検物の表面状態の検査が行われている。

特開２００８－２０９７２６号公報

W. L. Hows, "Rainbow schlieren and its application," Applied Optics, vol. 23, No. 14, 1984 J. S. Kim and T. Kanade, "Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction," Optics Letters, vol. 36, No. 7, 2011

本発明が解決しようとする課題は、被検物の表面状態を検査可能な光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置、及び、光学検査装置を提供することである。

実施形態によれば、被検物の表面状態の光学検査方法は、被検物の表面からの互いに異なる複数の波長を選択的に通過させる波長選択部を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサの各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系でその波長に対応する色の色ベクトルを取得することと、色座標系における色ベクトルの方向に基づいて、被検物の表面状態を判別することとを含む。

第１実施形態から第３実施形態に係る光学検査システムを示す概略的なブロック図。 第１実施形態及び第２実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置の一部を示す概略図。 図２に示す光学検査装置のカメラのカラーフィルタを示す概略図。 結像光学系の図示を省略するカメラを示すとともに、被検物の表面状態が標準表面であるときにカラーフィルタからイメージセンサへの光線の透過状態を示す概略図。 横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取ったとき、被検物の表面状態が図４に示す標準表面であるときの像から算出される、色座標系の色ベクトルを示す概略的なグラフ。 結像光学系の図示を省略するカメラを示すとともに、被検物の表面状態が標準表面に被検出部を有するときにカラーフィルタからイメージセンサへの光線の透過状態を示す概略図。 横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取ったとき、被検物の表面状態が図６に示す標準表面に被検出部を有するときの像から算出される、色座標系の色ベクトルを示す概略的なグラフ。 第１実施形態から第３実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置を用いて被検物の表面状態の検査結果を得るための処理を示すフローチャート。 被検物として、マット（艶消し）状態の表面を有する紙（左側）と、グロス（光沢）状態の表面を有する紙（右側）とを並べて通常のカメラ（ＲＧＢカメラ）で撮像したＲＧＢ像データ。 第２実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置のカメラを用いて図９に示す被検物を撮像したＲＧＢ像データ。 横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取ったとき、被検物の表面状態が図９及び図１０に示すマット（艶消し）状態の表面を有する紙の表面の像、グロス（光沢）状態の表面を有する紙の表面の像からそれぞれ得られる画素値プロット、及び、それぞれの画素値プロットから算出される色座標系の色ベクトルを示す概略的なグラフ。 第３実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置のカメラを示す概略的な斜視図。 図１２に示す光学検査システムの光学検査装置のカメラを、光軸を含む第１の面で見たときの概略的な断面図。 図１２に示す光学検査システムの光学検査装置のカメラを、光軸を含む第２の面で見たときの概略的な断面図。 第４実施形態に係る光学検査システムの光学検査装置のカメラを示す概略図。 横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取ったとき、被検物の表面状態が図１５に示す標準表面の像から算出される色ベクトル、及び、被検出部の像から算出される色ベクトルを示す概略的なグラフ。

（第１実施形態）
本実施形態に係る光学検査システム２について、図１から図８を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る光学検査システム２の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、光学検査システム２は、光学検査装置４と、ディスプレイ６とを備える。

光学検査装置４は、光学装置１２と、イメージセンサ（撮像部）１４と、光源１６と、ビームスプリッタ１８と、処理装置２０とを備える。

図２に示すように、光学装置１２は、結像光学系（結像レンズ）３２、及び、カラーフィルタ（波長選択部）３４を備える。

結像光学系３２は、１又は複数のレンズを組み合わせて形成される。結像光学系３２は、単レンズ、組レンズ、屈折率勾配型レンズ、回折型レンズ、導光型レンズ、反射型ミラーなど、光を結像するものならば何でもよい。ここで光は、電磁波の一形態である。電磁波は、例えば、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、遠赤外線、ミリ波、テラヘルツ波、マイクロ波などを含む。本実施形態では、光を可視光とし、例えば波長は４００ｎｍから７６０ｎｍの領域にあるとする。

結像光学系３２は、被検物からの光線を結像する。本実施形態では、カラーフィルタ３４は、結像光学系３２に対して距離ｆの焦点面に、結像光学系３２の光軸に対して回転対称に配置される。結像光学系３２の光軸Ｃは、カラーフィルタ３４の光軸（中心軸）に一致する。ただし、カラーフィルタ３４は必ずしも焦点面に置く必要はなく、結像光学系３２内でもその外側でもよく、結像光学系３２の前側でも後ろ側でも内側でもどこに配置してもよい。本実施形態のようにカラーフィルタ３４を結像光学系３２の焦点面に配置することにより、撮像画像の全面に渡って色と方向の関係を一定にできるという効果がある。

図３に示すように、カラーフィルタ３４は、本実施形態では、中心側から径方向外方に向かって順に、第１の波長選択フィルタ（波長選択領域）４２、第２の波長選択フィルタ（波長選択領域）４４、及び、光線遮蔽部４６を有する。第１の波長選択フィルタ４２、第２の波長選択フィルタ４４、及び、光線遮蔽部４６は、同心状に形成される。ただし、波長選択領域はこれに限らず、どのような形状でもよい。つまり、カラーフィルタ３４は、少なくとも２つの異なる波長選択領域を持てばよい。ここで、光線遮光部４６は、可視光の波長範囲を遮蔽する波長選択領域として考える。

第１の波長選択フィルタ４２は、円盤状に形成される。第１の波長選択フィルタ４２は、結像光学系３２の光軸Ｃ上に設けられる。第１の波長選択フィルタ４２は、結像光学系３２を通過した、被検物Ｓからの第１の波長の光線を通過させる。第１の波長は第１の波長範囲内とする。なお、第１の波長選択フィルタ４２は、第１の波長範囲と異なる範囲の光線を透過させず、遮蔽する性質を有する。

第２の波長選択フィルタ４４は、第１の波長選択フィルタ４２の外周に円環状に形成される。第２の波長選択フィルタ４４は、結像光学系３２を通過した、被検物Ｓからの第１の波長とは異なる第２の波長の光線を通過させる。第２の波長選択フィルタ４４の径方向の幅は、適宜に設定可能である。第２の波長は第２の波長範囲内とする。なお、第２の波長選択フィルタ４４は、第２の波長範囲と異なる波長の光線を透過させず、遮蔽する性質を有する。

したがって、カラーフィルタ３４の波長選択フィルタ４２，４４は、波長選択フィルタ４２，４４ごとにおいて、特定の波長（あるいは波長範囲；波長スペクトル）の光線を透過させ、特定の波長範囲から外れる波長の光線を遮蔽する性質を有する。なお、第１の波長及び第２の波長は、それぞれ適宜の範囲、つまり第１の波長範囲と第２の波長範囲のそれぞれ含まれることとなるが、波長同士が重ならないことが好適である。このため、本実施形態では、第１の波長範囲、及び、第２の波長範囲は、それぞれ独立している。

光線遮蔽部４６は、第２の波長選択フィルタ４４の外周に形成される。光線遮蔽部４６は、例えば黒色の板で形成され、第２の波長選択フィルタ４４を保持する。光線遮蔽部４６は、結像光学系３２に入射した、可視光範囲の全ての波長の光線を遮蔽する。光線遮蔽部４６の径方向の幅は、適宜に設定可能である。図３中、光線遮蔽部４６は、円環状である例を示すが、外縁が矩形状など、形状は何でもよく、第２の波長選択フィルタ４４を保持することができればよい。

カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の外周の半径をｒ１とし、第２の波長選択フィルタ４４の外周の半径をｒ２とする。このとき、ｒ２＞ｒ１である。ここで、第１の波長選択フィルタ４２の半径ｒ１内の領域をＡ１とする。第１の波長選択フィルタ４２の外周と第２の波長選択フィルタ４４の外周との間の領域をＡ２とする。第１の波長選択フィルタ４２の半径ｒ１、及び、第１の波長選択フィルタ４２の外周と第２の波長選択フィルタ４４の外周との間の距離であるｒ２－ｒ１は、適宜に設定可能である。より具体的には、カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の半径ｒ１、第２の波長選択フィルタ４４の半径ｒ２は、変更し得る。このため、領域Ａ１，Ａ２の形状及び大きさは、変化し得る。

なお、一例として、カラーフィルタ３４の半径ｒ１が１．５ｍｍ程度であり、半径ｒ２が１２ｍｍ程度である。

イメージセンサ１４は、結像光学系３２及びカラーフィルタ３４を通過した光の光路上に配置される。イメージセンサ１４は、結像光学系３２に対して距離Ｌ（＞ｆ）に結像面となる受光部（受光面）１４ａを有する。光学装置１２及びイメージセンサ１４は、いわゆるカメラ（撮影部）１３を構成する。

イメージセンサ１４としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いることができる。イメージセンサ１４は複数の画素を備える。イメージセンサ１４は、各画素において少なくとも２つの互いに異なる波長を分光する複数の色チャンネルを有する。通常、イメージセンサ１４は、各画素において、Ｒチャンネル、Ｇチャンネル、及び、Ｂチャンネルを備える。このため、イメージセンサ１４は、カラー画像を取得できるとともに、３つの互いに異なる波長を分光可能である。

イメージセンサ１４の各画素はそれぞれ一つの色を識別し、異なる画素によって異なる色を識別するものでもよい。その場合、異なる色に対応する少なくとも２つの画素を一つの組の画素と見做す。また、その組の画素を単純に画素と呼ぶ。

光源１６は、被検物Ｓの表面の照明のために用いられる。光源１６としては、例えばＬＥＤが用いられ得る。被検物Ｓと結像光学系３２との間には、ビームスプリッタ１８が配置される。ビームスプリッタ１８としては、例えばハーフミラーが用いられ得る。

光源１６からの光は、ビームスプリッタ１８に入射されると、被検物Ｓに向かって反射し、被検物Ｓの表面を照明する。被検物Ｓの表面からの光の一部は、ビームスプリッタ１８を透過し、結像光学系３２、カラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される。

本実施形態では、カラーフィルタ３４は、説明の簡略化のため、例えば、可視光のうち、波長選択フィルタ４２，４４ごとに、ある波長範囲の光を透過させ、ある波長範囲から外れた波長を遮蔽、すなわち、透過を防止するものとする。

ここでは、第１の波長を青色（Ｂ）光とし、第２の波長を赤色（Ｒ）光とする。本実施形態では、便宜的に、国際照明委員会（ＣＩＥ：Commission Internationale de I’Eclairage）により決められた、赤（Ｒ）光の波長を７００ｎｍ、青（Ｂ）光の波長を４３５ｎｍとする。

本実施形態では、第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１は、可視光のうち、例えば青光（４３５ｎｍ）及びその近傍の第１の波長（例えば４００ｎｍから５００ｎｍ）を有するＢ光を通し、それ以外の波長の光を遮断する。本実施形態では、第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２は、可視光のうち、例えば赤光（７００ｎｍ）及びその近傍の第２の波長（例えば６００ｎｍ～７００ｎｍ）を有するＲ光を通し、それ以外の波長の光を遮断する。なお、第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１が通す第１の波長の範囲、第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２が通す第２の波長の範囲は、本実施形態では重ならないものとすることが好適である。このため、第１の波長選択領域は、第２の波長及びその周囲の波長の光を通さず、遮蔽する。第２の波長選択領域は、第１の波長及びその周囲の波長の光を通さず、遮蔽する。

なお、国際照明委員会による緑（Ｇ）光の波長は、５４６ｎｍであり、Ｒ光とＢ光との間の波長である。このため、Ｒ光及びＢ光の波長は、Ｒ光及びＧ光の波長を用いる場合、又は、Ｇ光及びＢ光の波長を用いる場合よりも重なり難い。

処理装置２０として、例えば汎用のコンピュータが用いられる。処理装置２０は、例えば、プロセッサ２２と、記憶部２４と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２６と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２８とを備える。

処理装置２０は、有線又は無線で、イメージセンサ１４と通信可能であってもよい。処理装置２０は、例えばカメラ１３に含まれていてもよい。

プロセッサ２２は、イメージセンサ１４及び記憶部２４に接続されている。プロセッサ２２、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２８は、例えばバスを介して各々接続されている。これら記憶部２４、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２８は、プロセッサ２２と相互に通信可能である。

なお、処理装置２０は、光学検査装置４の外部にあってもよい。この場合、イメージセンサ１４の出力は、光学検査装置４の外部へ出力されたり、クラウド上の記憶部へ記録されたりすればよい。つまり、被検物Ｓに係る情報の算出は、光学検査装置４の内部で行われてもよいし、外部で行われてもよい。

プロセッサ２２は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、ＧＰＵ、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等の集積回路を含む。プロセッサ２２は、専用回路として設けられている場合に限らず、コンピュータで実行されるプログラムとして設けられていてもよい。この場合、プログラムは、集積回路内の記憶領域、記憶部等に記録されている。

プロセッサ２２は、ネットワークを介してデータを送受信するクラウドサービスにおけるサーバにあってもよい。

プロセッサ２２は、イメージセンサ１４で撮像した像データ（ＲＧＢ像データＩｒｇｂ、Ｒ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂ）に対する画像処理部としての機能を有する。プロセッサ２２は、イメージセンサ１４の出力に基づいて、被検物Ｓに係る情報を算出する。なお、イメージセンサ１４で取得される像データは、少なくとも２つ以上の画素から出力される。

例えば記憶部２４には、各種のプログラムが格納されている。プロセッサ２２は、例えば記憶部２４に記憶されている各種のプログラムをＲＡＭ２８に書き込んで実行することにより、プログラムに沿う機能を発揮する。
各種のプログラムは、必ずしも記憶部２４に記憶されている必要はなく、プロセッサ２２は、各種のプログラムを、ネットワークを介してサーバ上で実行させることも可能である。

記憶部２４は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリのような不揮発性メモリであるが、揮発性メモリをさらに有していてもよい。記憶部２４は、例えばクラウドメモリを用いてもよい。記憶部２４には、例えば、本実施形態に係る光学検査プログラム（アルゴリズム）２４ａ、及び、カメラ１３の設定（光軸Ｃに対するカラーフィルタ３４の設定）に対応する互いに異なる複数の基準ベクトルデータ２４ｂが記憶される。光学検査プログラム２４ａは、ＲＯＭ２６に記憶されていてもよい。

光学検査プログラム２４ａは、光学検査装置４に予めインストールされていてもよく、不揮発性の記憶媒体に記憶させて、又は、ネットワークを介して配布してもよい。光学検査プログラム２４ａは、例えば適宜のサーバなど、光学検査装置４の外部にあってもよい。

本実施形態では、光学検査プログラム２４ａは、イメージセンサ１４の受光部１４ａの全部又は所定範囲内で取得される各画素の像データ（画素値）に基づいて、色ベクトルＣｎ（ｎは次元を示す）を算出させ、例えば記憶部２４に記憶される基準ベクトルデータ２４ｂと比較させ、被検物Ｓの表面状態を算出させることをコンピュータに実行させる。

例えば記憶部２４には、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係が記憶されている。結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係は、例えば、カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２、第２の波長選択フィルタ４４、光線遮蔽部４６の透過波長、遮蔽波長、及び、配置を含む。なお、光学検査プログラム２４ａは、光学装置１２及び／又はカメラ１３の情報を取得するプログラムを含むことで、結像光学系３２の光軸Ｃとカラーフィルタ３４との関係を取得可能である。

なお、例えばプロセッサ２２には、ディスプレイ６が接続されている。ディスプレイ６は、プロセッサ２２の処理に基づく各種情報を表示する。ディスプレイ６は、例えば、イメージセンサ１４で撮像した像を表示するとともに、後述する被検物Ｓの表面状態の判定結果を表示する。

なお、被検物Ｓの表面状態は、被検物Ｓの表面全体又は所定範囲における面の平面状態、被検査領域のキズや粗面等、処理装置２０に検出させ、表面状態を判断させたい被検出部（異常部）Ｓ２の有無、表面粗さ（ザラツキ感）／光沢感（第２実施形態参照）、その他、種々の状態を含む。

次に、本実施形態に係る光学検査システム２の動作について説明する。

被検物Ｓの表面を検査する場合、処理装置２０のプロセッサ２２は、光源１６からの照明光で被検物Ｓの表面を照明した状態で、カメラ１３で、被検物Ｓの表面を撮像させる。

結像光学系３２は、物点を像点に結像する。被検物Ｓの表面の標準表面Ｓ１に第１の物点Ｏ１を取り、被検出部Ｓ２に第２の物点Ｏ２を取る。第１の物点Ｏ１に入射された光は、第１の反射光として反射される。第２の物点Ｏ２に入射された光は、第２の反射光として反射される。第１の物点Ｏ１からの光は、結像光学系３２によって第１の像点に移される。第２の物点Ｏ２からの光は、結像光学系３２によって、第２の像点に移される。第１の像点および第２の像点はイメージセンサ１４上にあるとする。

第１の物点Ｏ１は鏡面状の標準表面Ｓ１にあるので、光はスペキュラー成分（正反射成分）が多くなる。つまり、第１の物点Ｏ１からの光の配光分布は、図４に示すように狭い角度分布になりやすい。第２の物点Ｏ２は鏡面でない例えば粗面上にあるので、光は拡散成分が多くなる。つまり、第２の物点Ｏ２からの光の配光分布は、図６に示すように、広い角度分布になりやすい。

図２に示すように、例えば、光源１６からの照明光は、ビームスプリッタ１８で反射し、被検物Ｓの表面を照明する。被検物Ｓの表面のうち、被検物Ｓのある物点Ｏで正反射した光線（スペキュラー成分）Ｌ１１、及び、適宜の角度にそれぞれ散乱した光線Ｌ２１，Ｌ３１は、結像光学系３２によって屈折され、カラーフィルタ３４に入射される。

図３に示す本実施形態に係るカメラ１３のカラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１は、被検物ＳからのＢ光を通過させるが、Ｒ光及びＧ光を遮蔽する。結像光学系３２の光軸Ｃ上の領域Ａ１を通るＢ光は、被検物Ｓの表面の正反射光成分である。第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２は、被検物ＳからのＲ光を通過させるが、Ｇ光及びＢ光を遮蔽する。結像光学系３２の光軸Ｃから外れた領域Ａ２を通るＲ光は、被検物Ｓの表面の散乱光成分である。なお、光線遮蔽部４６の領域Ａ３に入射された光は遮蔽される。

本実施形態に係る光学装置１２では、被検物Ｓの任意の物点Ｏから射出された光線のうち、結像光学系３２及びカラーフィルタ３４に入射したとき、主光線が光軸Ｃに平行である青（Ｂ）光は、青色の光線として分離される。つまり、本実施形態に係る光学装置１２は、青色の光線について、テレセントリック性を有するテレセントリック光学系である。一方で、本実施形態に係る光学装置１２は、赤（Ｒ）光について、テレセントリック性を有していない非テレセントリック光学系である。

このため、Ｂ光としてイメージセンサ１４に入射され、イメージセンサ１４でＢ像データ（第１の像データ）Ｉｂとして撮像されるのは、主として正反射成分である。なお、正反射成分は、完全に光軸Ｃに平行な成分だけでなく、適宜のずれは許容される。本実施形態では、正反射成分は、光軸Ｃに沿う方向を０としたときに、図２に示す０≦θｂの範囲とする。なお、角度θｂは、適宜に設定し得る。この角度θｂは、結像光学系３２とカラーフィルタ３４との距離、カラーフィルタ３４の第１の波長選択フィルタ４２の領域Ａ１の半径ｒ１などに依存する。

カメラ１３のカラーフィルタ３４の第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２は、光軸Ｃに対して第１の散乱角度θｒ（θｂ≦θｇ＜θｓ）のＲ光は通過させるが、正反射光成分のＢ光、及び、別の第２の散乱角度θｓ（θｓ≦θ）の光は遮蔽する。このため、Ｒ光としてイメージセンサ１４に入射され、イメージセンサ１４でＲ像データ（第２の像データ）Ｉｒとして撮像されるのは、第１の散乱角度θｒの成分だけである。角度θｒは、結像光学系３２とカラーフィルタ３４との距離、カラーフィルタ３４の第２の波長選択フィルタ４４の領域Ａ２の大きさなどに依存する。

角度θｓは、結像光学系３２とカラーフィルタ３４との距離、カラーフィルタ３４の光線遮蔽部４６の領域Ａ３の大きさなどに依存する。

このため、イメージセンサ１４で撮像されるＲＧＢ像データＩｒｇｂ、Ｒ像データＩｒ、（Ｇ像データＩｇ、）及び、Ｂ像データＩｂには、被検物Ｓの表面からの散乱角度（正反射光を含む）に応じて、色が付けられる。このため、得られるＲＧＢ像データＩｒｇｂの色は、被検物Ｓの表面自体の色に依存するのでなく、カラーフィルタ３４の設定により選択的に通す波長に依存する。このため、本実施形態に係るカメラ１３で取得するＲＧＢ像データＩｒｇｂは、カラーフィルタ３４を適宜に設定することにより、同じ被検物Ｓの表面の像であっても、カラーフィルタ３４を用いない通常のカメラの像の色とは異なると考えてよい。

本実施形態では、Ｒ光及びＢ光はイメージセンサ１４の受光部１４ａに入射されるが、Ｇ光はカラーフィルタ３４で遮蔽され、イメージセンサ１４の受光部１４ａに入射されない。このため、受光部１４ａの各画素において、Ｒチャンネル及びＢチャンネルには適宜の画素値（例えば０から２５５の２５６階調）で光が受光されるが、Ｇチャンネルには、光が受光されない。

ここで、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光のそれぞれの画素値を出力とする３次元（直交）座標系を色座標系（色空間）とする。このうち、本実施形態では、カラーフィルタ３４により、Ｇチャンネルには光が受光されないように設定されている。したがって、Ｇ光の出力は無視できる。このため、本実施形態では、Ｒ光及びＢ光のそれぞれの画素値を出力とする２次元（直交）座標系を色座標系とする。

図４は、結像光学系３２の図示を省略するカメラ１３と、被検物Ｓの表面との位置関係を示す。図４に示す被検物Ｓの表面は、法線が光軸Ｃに平行で、例えば鏡面状でキズがない平面（以下、標準表面Ｓ１と称する）とする。

カメラ１３のカラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、標準表面Ｓ１からの光線は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃ上（領域Ａ１上）を通るＢ光によるものである。このため、イメージセンサ１４は、Ｂ像データＩｂにおいて、標準表面Ｓ１からの正反射光を青色の像として得る。図４に示す被検物Ｓの標準表面Ｓ１のＢ像データＩｂは、全て青色の像として得られる。

標準表面Ｓ１に相当する位置からの光は、イメージセンサ１４には、Ｒ光として実質的に入射しないか、入射したとしても画素値が無視できるほどに強度が小さい。したがって、Ｒ像データＩｒのうち、標準表面Ｓ１の像は、黒色となる。

また、本実施形態では、カラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、被検物Ｓの表面からのＧ光は、入射しないか、入射したとしても画素値が無視できるほどに強度が小さい。したがって、Ｇ像データＩｇは、全体が黒色となる。

したがって、本実施形態に係る光学検査装置４で得られるＲＧＢ像データＩｒｇｂは、カラーフィルタ３４に基づく光線の方向情報に応じた色が付いている。このＲＧＢ像データＩｒｇｂを各色チャンネルに分離したＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂは、それぞれ被検物Ｓの表面情報（凹凸情報）に基づく画像となっている。このように、本実施形態に係る光学検査装置４は、イメージセンサ１４で撮像した像により、被検物Ｓの構造（凹凸）情報を取得する。

図５には、横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取る２次元の色座標系を設定する。処理装置２０は、被検物Ｓの表面をカメラ１３でイメージングさせ、処理装置２０は、イメージセンサ１４の受光部１４ａの全部又は所定の範囲の各画素で取得したＲ光及びＢ光の画素値ＩＲ，ＩＢを図５に示す色座標系のグラフにプロットする。

例えば、色座標系のグラフでは、図５に符号Ｃ２で示すように、ベクトル表示される。これを、本実施形態では、色ベクトルＣｎ（ｎは次元数）と称する。

本実施形態では、イメージセンサ１４の受光部１４ａの各画素は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの異なる色チャンネルを備える。カラーフィルタ３４の構造により、イメージセンサ１４の受光部１４ａでのＧ光の受光がない。このため、色ベクトルＣｎは、Ｒ光及びＢ光の２次元で、Ｃ２と示すことができる。

色ベクトルＣ２は、それぞれのＲチャンネルの画素値ＩＲ及びＢチャンネルの画素値ＩＢを構成要素にするベクトルである。つまり、色ベクトルＣ２は、
Ｃ２＝（ＩＲ，ＩＢ）
と表すことができる。

各物点Ｏ１，Ｏ２に対応する色ベクトルＣ２＝（ＩＲ、ＩＢ）は処理装置２０で算出される。

図４に示す被検物Ｓの標準表面Ｓ１の像は、Ｂ像データＩｂが青色の像として得られるが、Ｒ像データＩｒは、黒色の像となる。すなわち、第１の物点Ｏ１に対応する色ベクトルＣ２は、青強度成分（ＩＢ）が大きい。このため、図５に示す色ベクトルＣ２は、原点から縦軸ＩＢに沿って延びる。

なお、各画素における画素値ＩＲ，ＩＢの大きさは、主として照明光の強度や、カメラと被検物Ｓの表面との距離等に依存する。また、被検物Ｓの表面の色とカラーフィルタ３４との関係等にも依存する。

図６は、結像光学系３２の図示を省略するカメラ１３と、被検物Ｓの表面との位置関係を示す。図６に示す被検物Ｓの表面は、標準表面Ｓ１の一部に異物又はキズ等の被検出部（欠陥）Ｓ２が存在している。ここで被検出部Ｓ２は、検出されるべき欠陥のことを意味する。すなわち、被検出部Ｓ２は欠陥である。

カメラ１３のカラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、標準表面Ｓ１からの光線は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃ上（領域Ａ１上）を通るＢ光によるものである。このため、イメージセンサ１４は、Ｂ像データＩｂにおいて、標準表面Ｓ１からの正反射光を青色の像として得る。被検出部Ｓ２に相当する位置からの光は、イメージセンサ１４に、Ｂ光およびＲ光として入射する。したがって、Ｂ像データＩｂのうち、被検物Ｓの標準表面Ｓ１の像は青色で、被検出部Ｓ２の像は、青色および赤色となる。

被検出部Ｓ２の大半は、例えば標準表面Ｓ１に平行な領域ではない。あるいは、被検出部Ｓ２のサイズは可視光の波長に近いか、それよりも小さいため、光の回折現象に起因する散乱を起こす。例えば、光の波長に近い凹凸を持つ粗面は、その光を散乱することが知られている。カラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、被検出部Ｓ２からの光線は、大半が散乱光として、結像光学系３２に入射される。このため、被検出部Ｓ２からの光線は、カラーフィルタ３４の領域Ａ１および外側の領域Ａ２を通してイメージセンサ１４に入射される。すなわち、カラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、被検出部Ｓ２からの光線の一部は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃからずれた領域Ａ２上を通るＲ光によるものである。このため、イメージセンサ１４は、Ｒ像データＩｒにおいて、被検出部Ｓ２からの散乱光を赤色の像として得る。標準表面Ｓ１に相当する位置からの光は、イメージセンサ１４には、Ｒ光として入射しない。したがって、Ｒ像データＩｒのうち、標準表面Ｓ１の像は、黒色となり、被検出部Ｓ２の像は赤色となる。一方、Ｂ像データＩｂのうち、標準表面Ｓ１の像は青色となり、被検出部Ｓ２の像も青色となる。

また、本実施形態では、カラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、被検物Ｓの表面からの、Ｇ光は、入射しない。したがって、Ｇ像データＩｇは、全体が黒色となる。

したがって、本実施形態に係る光学検査装置４で得られるＲＧＢ像データＩｒｇｂは、カラーフィルタ３４に基づく光線の方向情報に応じた色が付いている。このＲＧＢ像データＩｒｇｂを各色チャンネルに分離したＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂは、それぞれ被検物Ｓの表面情報（凹凸情報）に基づく画像となっている。このように、本実施形態に係る光学検査装置４は、イメージセンサ１４で撮像した像により、被検物Ｓの構造（凹凸）情報を取得する。

図７には、図５と同様に、横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取る２次元の色座標系を設定する。処理装置２０は、被検物Ｓの表面をカメラ１３でイメージングさせ、処理装置２０は、イメージセンサ１４の受光部１４ａの全部又は所定の範囲の各画素で取得したＲ光及びＢ光の画素値ＩＲ，ＩＢを図７に示す色座標系のグラフにプロットする。例えば、色座標系のグラフでは、図７に符号Ｃ２で示すように、ベクトル表示される。第２の物点Ｏ２に対応する色ベクトルＣ２は、青強度成分（ＩＢ）と赤強度成分（ＩＲ）の両方の成分を有する。

このため、被検物Ｓの表面状態に応じて、図５に示す色ベクトルＣ２の方向及び図７に示す色ベクトルＣ２の方向が変化する。これより、色ベクトルＣ２は、微小欠陥なし／ありで大きく方向が異なる。つまり、色ベクトルＣ２の方向により、各物点の微小欠陥のあり／なしが識別できる。

例えば、図４に示す被検物Ｓの標準表面Ｓ１が求められる製品状態（表面状態）であるとする。そして、図４に示す被検物Ｓの標準表面Ｓ１をイメージングし、処理装置２０が図４に示す被検物Ｓの標準表面Ｓ１に対応する色ベクトルＣ２を出力したときに、この色ベクトルＣ２を基準ベクトルとして設定する。この基準ベクトルは、例えば記憶部２４に、カラーフィルタ３４の構造、すなわち、カメラ１３の構造と対応して、基準ベクトルデータ２４ｂの１つとして記憶される。

そして、図６に示す、標準表面Ｓ１及び被検出部Ｓ２を含む被検物Ｓの表面をイメージングし、処理装置２０が色ベクトルＣ２を出力したときに、処理装置２０が記憶部２４に記憶させた基準ベクトルと色ベクトルＣ２との方向を比較する。処理装置２０は、基準ベクトルと色ベクトルＣ２との方向が、一致しているか、相違しているかに基づいて、被検物Ｓの表面が求められる製品状態の範囲内か、外れているか、判断（出力）することができる。

なお、処理装置２０は、図５に示す基準ベクトルの方向を１つの方向に決めるのではなく、基準ベクトルの方向のズレを許容する閾値（許容範囲）を設けてもよい。閾値は、基準ベクトルとともに例えば記憶部２４の基準ベクトルデータ２４ｂの一部として記憶される。このとき、処理装置２０は、記憶部２４に記憶された基準ベクトルとともに閾値を参照し、基準ベクトルに対する色ベクトルＣ２の方向が、閾値の範囲内か、閾値の範囲外かに基づいて、被検物Ｓの表面が求められる製品状態の範囲内か、外れているか、判断（出力）することができる。

このような、処理装置２０による、被検物Ｓの表面状態を検査する一連の処理は、例えば記憶部２４に記憶されたプログラム２４ａを用いて、図８に示すフローチャートにしたがって実行される。

予め、閾値を含む基準ベクトルデータ２４ｂは、例えば記憶部２４に記憶されている。また、カラーフィルタ３４とイメージセンサ１４で受光される波長との関係、すなわち、カメラ１３の構造は、例えば記憶部２４に記憶されている。なお、カメラ１３は、自身の構造データを保持し、処理装置２０との接続時に、処理装置２０のプロセッサ２２との通信により、プロセッサ２２にカメラ１３の構造を認識させるようにしてもよい。この場合、カメラ１３の構造は、必ずしも記憶部２４に記憶させておく必要はない。閾値は、設定により適宜に変更可能である。

プロセッサ２２は、被検物Ｓの表面状態を検査するとき、カラーフィルタ３４とイメージセンサ１４で受光される波長との関係を取得するとともに、カメラ１３のイメージセンサ１４で画像を取得する（ステップＳＴ１）。このとき、プロセッサ２２は、カメラ１３のイメージセンサ１４で取得した画像をディスプレイ６に表示させる。

被検物Ｓの表面が例えば図６に示す状態であるとする。図６に示す例の被検物Ｓの表面は、大半が正反射光として、カラーフィルタ３４を通してイメージセンサ１４に入射される標準表面Ｓ１であるが、一部に被検出部Ｓ２が形成されている。

プロセッサ２２は、イメージセンサ１４の受光部１４ａの全範囲又は所定範囲の各画素の色チャンネル（ここではＲチャンネル及びＢチャンネルの２つ）の出力階調（画素値）に基づいて、各画素ごとの色ベクトルを算出する（ステップＳＴ２）。なお、処理装置２０は、カラーフィルタ３４と、イメージセンサ１４で得られる像の色との関係の取得に応じて、色座標系の最大次元を決定する。本実施形態では、イメージセンサ１４で取得可能な色がＲ、Ｇ、Ｂの３色であるが、カラーフィルタ３４の透過波長がＲ、Ｂの２つであるから、色座標系は、２次元となる。

上述したように、結像光学系３２は、物点を像点に結像する。プロセッサ２２は、各画素において、色ベクトルＣ２を算出する（ステップＳＴ３）。すなわち、プロセッサ２２は、色ベクトルＣ２の方向（角度又は傾き）を算出する。

プロセッサ２２は、各画素から取得し、算出した色ベクトルＣ２と、基準ベクトルデータ２４ｂの基準ベクトルとをそれぞれ比較する（ステップＳＴ４）。すなわち、色ベクトルの方向（角度又は傾き）を、基準ベクトルデータ２４ｂから、その色ベクトルＣ２と同じ、又は、最も近い基準ベクトルの方向（角度又は傾き）と照合する。

プロセッサ２２は、基準ベクトルの閾値内か否かに基づいて、被検物Ｓの表面状態を検査判定結果として出力する（ステップＳＴ５）。このとき、プロセッサ２２は、例えばディスプレイ６に判定結果を表示させる。図５に示すように、各画素からそれぞれ算出した色ベクトルの方向が、例えば閾値を考慮して、図５に示す基準ベクトルと一致するとする。このとき、処理装置２０は、例えばディスプレイ６に判定結果として、被検物Ｓの表面が正常であることを表示させる。図７に示すように、各画素からそれぞれ算出した色ベクトルの方向の一部が、例えば閾値を考慮して、図５に示す基準ベクトルからずれているとする。このとき、処理装置２０は、例えばディスプレイ６に判定結果として、被検出部Ｓ２が存在することを表示させる。なお、処理装置２０は、判定結果を音によって周囲に認識させてもよい。その他、処理装置２０での被検物Ｓの検査判定信号は、被検出部Ｓ２を有する被検物Ｓを、被検出部Ｓ２がないと判定された被検物Ｓのラインと分離させるように作動させる機器の作動トリガー信号として用いることも好適である。

以上のようにして、処理装置２０は、被検物Ｓの表面状態（欠陥なし／あり）を判定する。

光学検査プログラム２４ａは、ステップＳＴ１－ＳＴ５を自動的に行ってもよいし、例えばステップＳＴ１と、ステップＳＴ２との間で、ユーザが確認を行ってもよい。ステップＳＴ１でユーザが確認を行う場合、像のうち、検査範囲を適宜に設定することができる。そして、ステップＳＴ２－ＳＴ５において、設定した検査範囲における被検物Ｓの表面状態を判定することができる。検査範囲の設定は、所定の状態を維持するようにしてもよい。

本実施形態では、ステップＳＴ４において、各画素の出力からプロセッサ２２が算出した色ベクトルＣ２と、基準ベクトルデータ２４ｂの基準ベクトルとを比較する例を説明した。しかし、例えば、照明光の強度や被検知Ｓからの反射強度があらかじめ既知である場合はＢ光のみの強度を比較することでも欠陥を検知できる。あるいは、例えばカラーフィルタ３４がＢ光しか透過させず、図５に示すように、イメージセンサ１４でＢ光が受光され、Ｇ光及びＲ光が受光されない場合、イメージセンサ１４で取得される各画素のＢチャンネルの画素値の出力は得られるが、Ｇチャンネル及びＢチャンネルの画素値の出力は得られないか、Ｂチャンネルの画素値の出力に比べて無視できるほど小さい。この場合、色ベクトルの方向は、１次元に沿う方向と同視できる。したがって、色ベクトルの方向は、１次元に沿う方向と同視できる場合、色ベクトルの方向を基準ベクトルの方向と比較することは必ずしも必要ではない。このため、処理装置２０は、色座標系における色ベクトルの方向に基づいて、必ずしも基準ベクトルの方向と比較しなくても、被検物Ｓの表面状態を判別することができる。

なお、本実施形態では、各画素からそれぞれ色ベクトルＣ２を算出し、各色ベクトルＣ２を基準ベクトルと比較する例について説明した。例えば、プロセッサ２２は画素値の平均を算出し、１つの像から１つの色ベクトルＣ２を算出するようにしてもよい。そして、プロセッサ２２は、画素値の平均を算出して算出した色ベクトルＣ２と、基準ベクトルとを比較してもよい。

ところで、本実施形態に係る光学検査装置４のイメージセンサ１４の各画素で取得されるＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂの光線強度は、被検物Ｓ上の物点からの反射光の光量が一定と考えたときに相補的に変化する。すなわち、カラーフィルタ３４を通る、被検物Ｓからの反射光線のうち、ある画像におけるＲ光の光線強度が強くなると、当該画素においてＢ光の光線強度（及びＧ光の光線強度）は弱まる。また、別のある画素においてＢ光の光線強度が強くなると、当該画像においてＲ光の光線強度（及びＧ光の光線強度）は弱まる。これは、色と反射光の方向が対応づいているからであり、例えばＲ光が多くなればそれに相当する方向の反射光成分が多いことを意味し、同時にＢ光やＧ光に相当する方向の反射光成分が少なくなることを意味する。

これに対し、本実施形態で説明するカラーフィルタ３４を通さない、通常のカメラで撮像した被検物ＳのＲ像データ、Ｇ像データ、及び、Ｂ像データでは、ある画素におけるＲ光の光線強度、Ｇ像の光線強度、Ｂ光の光線強度は、被検物の色によって様々に変化するだけであり、上述した相補的な関係はない。これは、色と反射光の方向が対応づいていないためである。

また、例えばキズが存在していない標準表面Ｓ１を通常のカメラで撮像したとしても、本実施形態で説明した色ベクトルは、仮に被検物Ｓの標準表面が青色のみを反射する場合以外は、Ｂ光を示す軸に平行な方向に算出されない。

これに対し、本実施形態で説明した色ベクトルＣ２は、被検物Ｓの表面が青色のみを反射するか否かにかかわらず、表面状態が標準表面Ｓ１である場合は、Ｂ光を示す縦軸の方向に算出される。このため、本実施形態に係る、標準表面Ｓ１の色ベクトルＣ２の方向は、被検物Ｓの色に依存しない。また、被検物Ｓの表面がわずかでも青色以外を反射するのであれば、つまり、赤色が反射されるのであれば、上記で述べたように、被検知Ｓの色に左右されずに色ベクトルＣ２の方向を用いて欠陥（被検出部（欠陥）Ｓ２）を検知できる。

したがって、本実施形態に係る光学検査装置４により、被検物Ｓの色によらず、被検物Ｓの表面状態を良好に検査することができる。

本実施形態によれば、被検物Ｓの表面の光学検査方法は、被検物Ｓの表面からの互いに異なる複数の波長を通過させるカラーフィルタ（波長選択部）３４を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサ１４の各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系で波長に対応する色の色ベクトルを取得することと、その色座標系における色ベクトルの方向に基づいて、被検物Ｓの表面状態を判別することを含む。

本実施形態によれば、被検物Ｓの表面の光学検査方法は、色座標系における色ベクトルの方向と、色との対応付けを行うことを含むことが好適である。
本実施形態によれば、互いに異なる複数の波長は、それぞれ被検物Ｓからの光の方向が異なる。

本実施形態によれば、被検物Ｓの表面の光学検査方法において、被検物Ｓの表面状態を判別することは、各画素において、色ベクトルと被検物Ｓの表面状態の判別の基準となる基準ベクトルとの方向の近さを算出することを含むことが好適である。

本実施形態によれば、被検物Ｓの表面の光学検査プログラム２４ａは、被検物Ｓの表面からの互いに異なる複数の波長を通過させるカラーフィルタ（波長選択部）３４を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサ１４の各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系で波長に対応する色の色ベクトルを取得させることと、色座標系における色ベクトルの方向に基づいて、被検物Ｓの表面状態を判別させることとをコンピュータに実行させる。

このように、本実施形態によれば、被検物Ｓの表面からの互いに異なる複数の波長を通過させるカラーフィルタ３４を用いた光学的イメージングを行うことで算出される色座標系の色ベクトルの方向に基づいて、被検物の表面状態を判別することができる。このときの色ベクトルの方向は、被検物Ｓの色ではなく、凹凸情報に依存する。このため、本実施形態に係る光学検査方法、光学検査プログラム２４ａ、処理装置２０、及び、光学検査装置４は、それぞれ、被検物Ｓの表面状態を良好に検査することができる。

また、本実施形態によれば、所定の色座標系の基準ベクトルを設定し、カメラ１３で撮像した像から所定の色座標系の色ベクトルを算出し、その算出した色ベクトルと基準ベクトルとの方向を比較することで、被検物Ｓの表面状態を検査することができる。

本実施形態では、カラーフィルタ３４で、被検物Ｓの表面からのＧ光を遮蔽するように設定した。カラーフィルタ３４にＧ光を通す領域を設けることで、イメージセンサ１４の受光部１４ａの各画素において、Ｇ光を受光可能である。この場合、色座標系は３次元となる。このとき、基準ベクトルも３次元となる。本実施形態では、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の３つの色の光を取得可能なイメージセンサ１４を用いるため、色座標系は、最大で３次元である。イメージセンサ１４が例えばＮ色（Ｎは４以上の自然数）を分光して取得可能なハイパースペクトルカメラ等を用いる場合、色座標系は最大でＮ次元となる。すなわち、カメラ１３のカラーフィルタ３４に応じた、Ｎ次元の基準ベクトルを設定することにより、被検物Ｓの表面が求められる製品状態の範囲内か、処理装置２０で判定することができる。

なお、一般に、色ベクトルは、Ｎ個の独立な色チャンネルに対して定義できる。つまり、Ｎ個の独立な色チャンネルの各画素値をＩ１，Ｉ２，…，ＩＮとしたとき、Ｎ次元の色ベクトルを、
ＣＮ＝（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）
と表すことができる。

色座標系の色ベクトルＣ２の算出時間は、所定範囲内の画素数や、例えば処理装置２０のプロセッサ２２の処理能力等に応じて変化する。算出時間が長時間化すると、被検物Ｓの表面状態の検査結果の出力が遅くなる。このため、色座標系として、最大でＮ次元の基準ベクトルを設定可能であっても、Ｎ次元よりも少ないｎ次元（２≦ｎ≦Ｎ（ｎ，Ｎは自然数）としてもよい。

このように、本実施形態によれば、被検物Ｓの表面状態を良好に検査可能な光学検査方法、光学検査プログラム２４ａ、処理装置２０、及び、光学検査装置４を提供することができる。

本実施形態では、カラーフィルタ３４は、結像光学系３２上の第１の波長選択フィルタ４２として青（Ｂ）光を通し、赤（Ｒ）光を遮蔽するものとし、第２の波長選択フィルタ４４として赤（Ｒ）光を通し、青（Ｂ）光を遮蔽するものとして説明した。カラーフィルタ３４は、例えば、第１の波長選択フィルタ４２として赤（Ｒ）光を通し、青（Ｂ）光を遮蔽するものとし、第２の波長選択フィルタ４４として青（Ｂ）光を通し、赤（Ｒ）光を遮蔽するものとしてもよい。

また、本実施形態では、カラーフィルタ３４は、第１の波長選択フィルタ４２、第２の波長選択フィルタ４４を用いる例について説明した。カラーフィルタ３４は、第１の波長選択フィルタ４２、第２の波長選択フィルタ４４に代えて、例えば内側から外側に向かって、透過する波長の光が連続的に変化するように構成されていてもよい。すなわち、カラーフィルタ３４は、内側から外側に円環状に共通の中心軸に対して所定半径の円環状に、ある波長の光を通すが、その所定半径の位置ではある波長と異なる波長の光を通さないように構成されていてもよい。例えば、カラーフィルタ３４の中心に青（Ｂ）光を通し、径方向外方に向かうにつれてカラーフィルタ３４を通す波長を長くし、カラーフィルタ３４の最外縁（光線遮蔽部４６の内側）で緑（Ｇ）光を通すように構成されていてもよい。

本実施形態では、イメージセンサ１４は、ＲＧＢ像を取得するものとして説明したが、例えばカラーフィルタ３４の透過波長に対応する波長の色チャンネルを取得するようにしてもよい。すなわち、イメージセンサ１４の受光部１４ａで受光する光の波長は、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光から外れた適宜の波長が選択される。

（変形例）
図３に示すカラーフィルタ３４は、例えば、光軸Ｃ上の符号４２で示す位置を遮蔽し、符号４４で示す位置を第１の波長の光として例えば赤（Ｒ）光を通す第１の波長選択領域とし、符号４６で示す位置を第２の波長の光として例えば青（Ｂ）光を通す第２の波長選択領域としてもよい。

この場合、イメージセンサ１４は、第１の波長選択領域を通過した第１の波長の第１の散乱角の散乱光と、第２の波長選択領域を通過した第２の波長の第２の散乱角の散乱光とによって、被検物Ｓの表面の像が取得される。この場合、イメージセンサ１４で取得される像に基づいて処理装置２０は、色ベクトルを、正反射光成分でなく、散乱光に基づいて算出する。基準ベクトルは、このようなカラーフィルタ３４に基づいて設定される。

したがって、被検物Ｓの表面の像は、カラーフィルタ（波長選択部）３４により、被検物Ｓの表面から光線のうちの正反射光又は散乱光の光線のうち第１の波長、及び、被検物Ｓの表面からの散乱光の光線のうち、第１の波長と異なる第２の波長を、イメージセンサ１４を用いた光学的イメージングによって取得することで得られ得る。そして、色ベクトルは、イメージセンサ１４の各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ない少なくとも２次元の色座標系での、第１の波長の画素値及び第２の波長の画素値から算出される。被検物Ｓの表面状態の検査は、このような色ベクトルを用いて行われ得る。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図９から図１１を用いて説明する。本実施形態は第１実施形態の変形例であって、第１実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材には極力同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

本実施形態に係る光学検査システム２は、第１実施形態で説明した光学検査システム２をそのまま用いることができる。

図９には、マット（艶消し）状態の表面を有する紙ＰＭと、グロス（光沢）状態の表面を有する紙ＰＧとを並べ、通常のカメラ（ＲＧＢカメラ）を用いて撮像した、ＲＧＢ像データを示す。マット（艶消し）状態の表面を有する紙ＰＭ、及び、グロス（光沢）状態の表面を有する紙ＰＧは、それぞれ、一般に、写真用紙などとして用いられる。

図１０には、図９に示す紙ＰＭ，ＰＧを、本実施形態に係る光学検査装置４のカメラ１３を用いて撮影した、ＲＧＢ像データを示す。

例えば図９の左側のマット（艶消し）状態の表面を有する紙ＰＭの表面、及び、右側のグロス（光沢）状態の表面を有する紙ＰＧの表面のそれぞれがあるメーカの製品として求めるものであるとする。

図１１には、横軸にＲ光の画素値ＩＲを取り、縦軸にＢ光の画素値ＩＢを取る色座標系を設定する。図１１には、処理装置２０のプロセッサ２２で算出した、所望のマット（艶消し）状態の表面を有する紙ＰＭの表面の像の色ベクトルＣ２Ｍ、及び、所望のグロス（光沢）状態の表面を有する紙ＰＧの表面の像の色ベクトルＣ２Ｇを示す。処理装置２０のプロセッサ２２は、所望のマット（艶消し）状態の表面を有する紙ＰＭの表面の像の色ベクトルＣ２Ｍを第１の基準ベクトルとし、所望のグロス（光沢）状態の表面を有する紙ＰＧの表面の像の色ベクトルＣ２Ｇを第２の基準ベクトルとし、これらを基準ベクトルデータ２４ｂとして、例えば記憶部２４に記憶させる。すなわち、本実施形態の基準ベクトルデータ２４ｂは、２つの基準ベクトルが記憶されている。

なお、被検物Ｓの表面がグロス状態の表面を有する紙ＰＧの像の色ベクトルＣ２Ｇ（第２の基準ベクトル）は、マット状態の表面を有する紙ＰＭの像の色ベクトルＣ２Ｍ（第１の基準ベクトル）に比べて、傾き（角度）が大きい。これは、被検物Ｓの紙面がグロス状態の表面を有することにより、被検物Ｓの表面から、マット状態の表面に比べて、正反射光成分が多くイメージセンサ１４に入射されるためであると推定される。

このような、処理装置２０による、被検物Ｓの表面状態を検査する一連の処理は、例えば記憶部２４に記憶されたプログラム２４ａを用いて、図８に示すフローチャートにしたがって実行される。また、第１の基準ベクトルの方向のズレに関する閾値（許容範囲）、第２の基準ベクトルの方向のズレに関する閾値（許容範囲）がそれぞれ設定され、例えば記憶部２４に記憶されている。ここでは、被検物Ｓの表面状態が、マット状態の表面であるとする。

プロセッサ２２は、被検物Ｓの表面状態を検査するとき、カラーフィルタ３４とイメージセンサ１４で受光される波長との関係を取得するとともに、カメラ１３のイメージセンサ１４で画像を取得する（ステップＳＴ１）。このとき、プロセッサ２２は、カメラ１３のイメージセンサ１４で取得した画像（例えば図１０の左側図参照）をディスプレイ６に表示させる。

プロセッサ２２は、イメージセンサ１４の受光部１４ａの全範囲又は所定範囲の各画素の色チャンネル（ここではＲチャンネル及びＢチャンネルの２つ）の出力階調（画素値）ＩＲ，ＩＢに基づいて、各画素ごとに色ベクトルを算出する（ステップＳＴ２）。図１１に示すように、無数の点の集合体Ｍが、線状に示されている。

プロセッサ２２は、無数の点の集合体Ｍに基づいて、平均の色ベクトルＣ２Ｍを算出する（ステップＳＴ３）。すなわち、プロセッサ２２は、色ベクトルＣ２Ｍの、角度又は傾きを算出する。

プロセッサ２２は、算出した色ベクトルＣ２Ｍと、基準ベクトルデータ２４ｂの第１の基準ベクトル、及び、第２の基準ベクトルとを比較する（ステップＳＴ４）。すなわち、色ベクトルの方向（角度又は傾き）を、複数の基準ベクトルデータから、その色ベクトルＣ２Ｍと同じ、又は、最も近い基準ベクトルの方向（角度又は傾き）と照合する。

ここでは、被検物Ｓの表面状態が、マット状態の表面である。色ベクトルＣ２Ｍは、第１の基準ベクトルの方向と一致又は略一致し、第２の基準ベクトルの方向から離れている。

プロセッサ２２は、第１の基準ベクトルの閾値内か否かに基づいて、被検物Ｓの表面状態を検査判定結果として出力する（ステップＳＴ５）。このとき、プロセッサ２２は、例えばディスプレイ６に判定結果を表示させる。例えばディスプレイ６には、被検物Ｓの表面がマット状態で、第１の基準ベクトルとの角度の差（閾値を含む）が表示される。

続いて検査される被検物Ｓの表面状態が、グロス状態の表面であるとする。

プロセッサ２２は、被検物Ｓの表面状態を検査するとき、カラーフィルタ３４とイメージセンサ１４で受光される波長との関係を取得するとともに、カメラ１３のイメージセンサ１４で画像を取得する（ステップＳＴ１）。このとき、プロセッサ２２は、カメラ１３のイメージセンサ１４で取得した画像（例えば図１０の右側図参照）をディスプレイ６に表示させる。

プロセッサ２２は、イメージセンサ１４の受光部１４ａの全範囲又は所定範囲の各画素の色チャンネル（ここではＲチャンネル及びＢチャンネルの２つ）の出力階調（画素値）ＩＲ，ＩＢに基づいて、各画素ごとに色ベクトルを算出する（ステップＳＴ２）。図１１に示すように、無数の点の集合体Ｇが、塊として示されている。

プロセッサ２２は、無数の点の集合体Ｇに基づいて、平均の色ベクトルＣ２Ｇを算出する（ステップＳＴ３）。すなわち、プロセッサ２２は、色ベクトルＣ２Ｇの、角度又は傾きを算出する。

プロセッサ２２は、算出した色ベクトルＣ２Ｇと、基準ベクトルデータ２４ｂの第１の基準ベクトル、及び、第２の基準ベクトルとを比較する（ステップＳＴ４）。すなわち、色ベクトルの方向（角度又は傾き）を、複数の基準ベクトルデータから、その色ベクトルＣ２Ｇと同じ、又は、最も近い基準ベクトルの方向（角度又は傾き）と照合する。

ここでは、被検物Ｓの表面状態が、グロス状態の表面である。色ベクトルＣ２Ｇは、第２の基準ベクトルの方向と一致又は略一致し、第１の基準ベクトルの方向から離れている。

プロセッサ２２は、第２の基準ベクトルの閾値内か否かに基づいて、被検物Ｓの表面状態を検査判定結果として出力する（ステップＳＴ５）。このとき、プロセッサ２２は、例えばディスプレイ６に判定結果を表示させる。例えばディスプレイ６には、被検物Ｓの表面がグロス状態で、第２の基準ベクトルとの角度の差（閾値を含む）が表示される。

図示しないが、被検物Ｓの表面の像の色ベクトルの方向が、それぞれ閾値を考慮して、第１の基準ベクトル及び第２の基準ベクトルからずれているとする。このとき、処理装置２０は、例えばディスプレイ６に、その被検物Ｓの表面が所望の表面状態でないという判定結果を表示する。

なお、処理装置２０での被検物Ｓの検査判定信号は、例えば、被検物Ｓとして、マット（艶消し）状態の表面を有する紙、グロス（光沢）状態の表面を有する紙、その他（表面が所望の表面状態でないとされた紙）を例えば３つのラインに分離させる機器を作動させる作動トリガー信号として用いることができる。

本実施形態では、図９に示す、マット（艶消し）状態の表面を有する紙、及び、グロス（光沢）状態の表面を有する紙の２つの紙の表面の像から算出した色ベクトルを基準ベクトルとする例について説明した。多数の紙の表面の像から算出した色ベクトルを基準ベクトルとして、記憶部２４に記憶させてもよい。この場合、処理装置２０は、カメラ１３で撮像した被検物Ｓの像から算出される色ベクトルを、例えば記憶部２４に記憶された基準ベクトルデータ２４ｂと比較することにより、被検物Ｓの表面の表面状態として、表面粗さを出力（判定）することができる。

したがって、本実施形態に係る処理装置２０は、複数の基準ベクトルを適宜に設定し、被検物Ｓの像から算出される色ベクトルと比較することにより、第１実施形態で説明した被検出部Ｓ２（図６参照）等の有無の判定に加えて、例えば表面粗さも検査することができる。

本実施形態によれば、被検物Ｓの表面状態を良好に検査可能な光学検査方法、光学検査プログラム２４ａ、処理装置２０、及び、光学検査装置４を提供することができる。

なお、被検物Ｓの表面の例えばマット状態、及び、グロス状態はそれぞれ種々存在する。本実施形態に係る色ベクトルＣｎの方向と、基準ベクトルデータのうちの最も近い基準ベクトルとを比較することにより、表面状態を有段階、又は、無段階に判定することができる。

（変形例）
例えば、図４に示す標準表面Ｓ１の像から得られる色ベクトルを、第１の基準ベクトルとする。また、図示しないが、色座標系の横軸のＩＲに沿う色ベクトルを仮定し、これを第２の基準ベクトルとする。これら第１の基準ベクトル及び第２の基準ベクトルは、それぞれ例えば記憶部２４に記憶されている。一例として、第１の基準ベクトルは、被検物Ｓの表面からの正反射方向に対応する色ベクトルであり、第２の基準ベクトルは、正反射方向と異なる散乱方向に対応する色ベクトルである。

そして、ある被検物Ｓの表面の像から色ベクトルを算出したとき、処理装置２０は、その色ベクトルの方向が第１の基準ベクトルに方向が近いか、第２の基準ベクトルに方向が近いかによって、表面の状態及び表面の種類を判別してもよい。

このように、基準ベクトルは、被検物Ｓに応じて適宜に設定することができる。

なお、第１実施形態の変形例で説明したカラーフィルタを用いる場合、一例として、第１の基準ベクトルは、被検物Ｓの表面からの第１の散乱方向に対応する色ベクトルであり、第２の基準ベクトルは、第１の散乱方向と異なる第２の散乱方向に対応する色ベクトルである。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図１２から図１４を用いて説明する。本実施形態は第１実施形態及び第２実施形態の変形例であって、第１実施形態及び第２実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材には極力同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

図１２に示すように、光学装置１２は、結像光学系３２と、カラーフィルタ１３４とを有する。カラーフィルタ１３４は、結像光学系３２に対して距離ｆの焦点面に配置される。ただし、カラーフィルタ１３４は、結像光学系３２の前側に配置しても後側に配置してもよい。カラーフィルタ１３４を結像光学系３２の焦点面に配置することにより、撮像画像全面に渡って色と方向の関係を一定にできるという効果がある。

ここで、第１実施形態及び第２実施形態に係る光学検査装置４の光学装置１２のカラーフィルタ３４は、光軸Ｃに対して回転対称、すなわち、光軸Ｃに対して等方である例について説明した。ただし、回転対称とは軸に対して形状を回転させたときに、回転角が３６０度未満でもとの形状に一致することを意味する。本実施形態では、カラーフィルタ１３４が非等方である例について説明する。

カラーフィルタ１３４は、光軸Ｃに直交する一方向（後述する第２の軸Ａｙに平行な方向）を長手方向とする、例えば矩形状に形成されている。カラーフィルタ１３４は、本実施形態では、第１の波長と、第１の波長と異なる第２の波長とを選択的に通過させる。カラーフィルタ１３４は、第１の波長選択フィルタ（波長選択領域）１４２及び第２の波長選択フィルタ（波長選択領域）１４４を有する。なお、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４の周囲は、光線遮蔽部１４６を有する。光線遮蔽部１４６は、例えば黒色の板で形成され、第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４を保持する。

ここで、本実施形態では、結像光学系３２の光軸Ｃに対して直交するように第１の軸Ａｘを取る。本実施形態では、第１の軸Ａｘの軸方向に沿って、第１の波長選択フィルタ１４２と第２の波長選択フィルタ１４４は領域が分けられる。すなわち、第１の波長選択フィルタ１４２を第１の軸Ａｘの軸方向に沿って平行移動させていくと、第１の波長選択フィルタ１４２の端部を第２の波長選択フィルタ１４４の端部に重ねることができる。これを、第１の波長選択フィルタ１４２と第２の波長選択フィルタ１４４は第１の軸Ａｘにずれて配置されると言うことにする。本実施形態では、第２の軸Ａｙを、第１の軸Ａｘと光軸Ｃとの両者に直交する方向に取る。本実施形態では、第２の軸Ａｙの軸方向は、カラーフィルタ１３４の長手方向に沿う。

第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４は、それぞれ、カラーフィルタ１３４の長手方向に沿って形成されている。第１の波長選択フィルタ１４２は、光軸Ｃ上に配置されている。第１の波長選択フィルタ１４２は、第２の波長選択フィルタ１４４に隣り合う。カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４は、第２の軸Ａｙに平行な軸に並進対称に形成されている。

第１の波長選択フィルタ１４２は、第１の波長を有する光線（第１の光線）を通過させる。例えば、第１の波長は、青光（４３５ｎｍ）及びその近傍の第１の波長（４００ｎｍから５００ｎｍ）を有するＢ光とする。第２の波長選択フィルタ１４４は第２の波長の光線（第２の光線）を通過させる。第２の波長は、赤光（７００ｎｍ）及びその近傍の第２の波長（６００ｎｍから７００ｎｍ）を有するＲ光とする。第１の波長選択フィルタ１４２は、第１の波長とは異なる波長（第２の波長を含む）の光線を遮蔽する。第２の波長選択フィルタ１４４は、第２の波長とは異なる波長（第１の波長を含む）の光線を遮蔽する。

イメージセンサ１４はエリアセンサーでもよく、ラインセンサーでもよい。また、イメージセンサ１４は、各画素でＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの色チャンネルを備えるものでよい。ここでは、図１２に示すように、イメージセンサ１４はエリアセンサーとし、各画素は赤と青の２つの色チャンネルを備えるものとする。つまり、イメージセンサ１４は、Ｂ光とＲ光とをそれぞれ独立な色チャンネルで受光できる。

第１の軸Ａｘと光軸Ｃとが張る面を第１の面（仮想面）とし、第２の軸Ａｙと光軸Ｃとが張る面を第２の面（仮想面）とする。図１３には、第１の面に沿う光学検査装置４の断面図を示す。図１４には、第２の面に沿う光学検査装置４の断面図を示す。

図１２及び図１３に示すように、被検物Ｓからの光線のうち、光軸Ｃに平行であり、かつ第１の面内にある光線を第１の光線群Ｌ１とする。第１の光線群Ｌ１を代表して、第１の光線Ｌ１ａ及び第１の光線Ｌ１ｂの２つの光線を考える。物体側からの光線のうち、光軸Ｃに対して傾斜する方向であり、かつ第１の面内にある光線を第２の光線群Ｌ２とする。第２の光線群Ｌ２を代表して、第２の光線Ｌ２ａ及び第２の光線Ｌ２ｂの２つの光線を考える。

図１２及び図１４に示すように、物体側からの光線のうち、光軸Ｃに平行であり、かつ第２の面内にある光線を第３の光線群とする。第３の光線群を代表して、第３の光線Ｌ３を考える。物体側からの光線のうち、光軸Ｃに対して傾斜する方向であり、かつ第２の面内にある光線を第４の光線群とする。第４の光線群を代表して、第４の光線Ｌ４を考える。

図１２及び図１３に示すように、第１の面に平行な面は、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２及び第２の波長選択フィルタ１４４に同時に交差する。つまり、第１の面に平行な面は、カラーフィルタ１３４の少なくとも２つの異なる波長選択フィルタ１４２，１４４に交差する。図１２及び図１４に示すように、第２の面に平行な面は、カラーフィルタ１３４の一つの波長選択フィルタ１４２に交差する。つまり、カラーフィルタ１３４は、第１の面と第２の面でカラーフィルタ１３４の波長選択フィルタ１４２，１４４に交差する数が異なるため、非等方であり、異方性がある。言い換えると、カラーフィルタ１３４は、第１の軸Ａｘと第２の軸Ａｙとの方向によって波長選択フィルタ１４２，１４４の分布が異なり、非等方である。

結像光学系３２によって被検物Ｓの物点Ｏからの光線が像点に結像される光学系において、一般的に、物体側において主光線が光軸Ｃに対して平行になるような光学系を、物体側テレセントリック光学系と呼ぶ。本実施形態において、物体側で光軸Ｃに対して実質的に平行な光線が結像光学系３２によって結像されるとき、光線は物体側テレセントリック性を有する。一方、物体側で光軸Ｃに対して実質的に平行でなく、傾斜した光線が結像光学系３２によって結像されるとき、光線は物体側非テレセントリック性を有する。

物体側からの第１の光線群の光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、光軸Ｃに平行である。光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、結像光学系３２の焦点面の焦点に到達する。このため、第１の光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、焦点面に置かれたカラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。すなわち、第１の面内でテレセントリック性を有する第１の光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。

物体側からの第２の光線群の光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、第１の面内で光軸Ｃに対して傾斜する。第２の光線群の光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、結像光学系３２の焦点面において焦点から外れ、例えば第２の波長選択フィルタ１４４に到達する。つまり、第２の光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、第２の波長選択フィルタ１４４に到達する。すなわち、第１の面内で非テレセントリック性を有する光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、第２の波長選択フィルタ１４４に到達する。

なお、第１の面内で光軸Ｃに対して傾斜する物体側の光線の一部は、第２の波長選択フィルタ１４４に到達するほか、光線遮蔽部１４６に到達する。

物体側からの第３の光線群の光線Ｌ３は、第２の面内で光軸Ｃに平行である。第３の光線群の光線Ｌ３は、結像光学系３２の焦点面の焦点に到達する。このため、第３の光線Ｌ３は、焦点面に置かれたカラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。すなわち、第２の面内でテレセントリック性を有する光線Ｌ３は、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。

物体側からの第４の光線群の光線Ｌ４は、第２の面内で光軸Ｃに対して傾斜する。第４の光線群の光線Ｌ４は、結像光学系３２の焦点面において焦点から外れたところである第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。つまり、第４の光線Ｌ４は、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。すなわち、第２の面内で非テレセントリック性を有する光線は、第１の波長選択フィルタ１４２に到達する。

なお、第２の面内で光軸Ｃに対して傾斜する物体側の光線が光線遮蔽部１４６に到達することはない。

このように、第１の面内において、テレセントリック性を有する光線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと非テレセントリック性を有する光線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは、それぞれ異なる波長選択領域に到達する。一方、第２の面内において、テレセントリック性を有する光線Ｌ３と非テレセントリック性を有する光線Ｌ４は、いずれも同じ波長選択フィルタ１４２に到達する。

物体側から任意の方向で結像光学系３２に到達する任意の光線に対し、その経路を第１の面に投影したもの（図１２及び図１３参照）と第２の面に投影したもの（図１２及び図１４参照）を考える。それらの投影された光線に対し、上述した性質が同様にそれぞれ成立する。つまり、第１の面に投影した光線であり、テレセントリック性を有する光線と非テレセントリック性を有する光線は、カラーフィルタ１３４の異なる波長選択領域に到達する。一方、第２の面に投影した光線であり、テレセントリック性を有する光線と非テレセントリック性を有する光線は、いずれも同じ波長選択フィルタ１４２に到達する。

本実施形態の光学検査装置４のイメージセンサ１４で物体のＢ光（第１の波長の光線）を撮像する場合、すなわち、Ｂ像データＩｂを得るとき、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２は、Ｂ光をイメージセンサ１４に向けて射出する。このとき、カラーフィルタ１３４の第１の波長選択フィルタ１４２は、Ｒ光（第２の波長の光線）を遮蔽する。Ｂ光は第１の軸Ａｘの軸方向にテレセントリック性を有する。したがって、光学検査装置４は、イメージセンサ１４で、テレセントリック性を有するＢ像データＩｂを取得できる。

光学検査装置４のイメージセンサ１４で物体のＲ光（第２の波長の光線）を撮像する場合、すなわち、Ｒ像データＩｒを得るとき、カラーフィルタ１３４の第２の波長選択フィルタ１４４は、Ｒ光をイメージセンサ１４に向けて射出する。このとき、カラーフィルタ１３４の第２の波長選択フィルタ１４４は、Ｂ光（第１の波長の光線）を遮蔽する。Ｒ光は第１の軸Ａｘの軸方向にも第２の軸Ａｙの軸方向にも非テレセントリック性を有する。これはエントセントリック性を有するとも言い換えることができる。つまり、光学検査装置４は、イメージセンサ１４で、Ｒ光のエントセントリック画像を取得できる。これにより、光学検査装置４は、画角の大きな画像を取得することができる。

このように、本実施形態に係る光学検査装置４のイメージセンサ１４は、第１の軸Ａｘの方向に沿って、Ｂ光（例えば正反射光に相当）、及び、Ｒ光（例えば散乱光に相当）の像を同時に取得する。

このように、結像光学系３２とイメージセンサ１４との間で結像光学系３２の焦点面に設けられるカラーフィルタ１３４は、被検物Ｓからの光線方向に応じて、第１の波長の光線（例えばＢ光）と、第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線（例えばＲ光）とを、イメージセンサ１４に向けて、射出する。そして、カラーフィルタ１３４は、イメージセンサ１４において、第１の波長に関する第１の像の情報及び第２の波長の光線に関する第２の像の情報をそれぞれ取得させる。このとき、イメージセンサ１４は、カラーフィルタ１３４を通過した第１の波長および第２の波長の光線の画像を同時に取得する。

なお、本実施形態に係る光学検査装置４のイメージセンサ１４の各画素で取得されるＲ像データＩｒ、及び、Ｂ像データＩｂの光線強度は、被検物Ｓ上の物点からの反射光の光量が一定と考えたときに相補的に変化する。すなわち、ある画素において、カラーフィルタ１３４を通る、被検物Ｓからの反射光線のうち、ある画像におけるＲ光の光線強度が強くなると、当該画素においてＢ光の光線強度は弱まる。また、別のある画素においてＢ光の光線強度が強くなると、当該画像においてＲ光の光線強度は弱まる。これは、色と光線の方向が対応づけられるためである。つまり、反射光（例えばＲ光）の強度が一定であるとすると、ある方向に反射光成分が集中すると、Ｂ光やＧ光に相当する残りの方向成分は小さくなる。

例えば、被検物Ｓの表面が、図４に示す標準表面Ｓ１であるとする。このとき、カメラ１３のカラーフィルタ１３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、標準表面Ｓ１からの光線は、カラーフィルタ１３４の光軸Ｃ上（領域Ａ１上）を通るＢ光によるものである。このため、イメージセンサ１４は、Ｂ像データＩｂにおいて、標準表面Ｓ１からの正反射光を青色の像として得る。図４に示す被検物Ｓの標準表面Ｓ１のＢ像データＩｂは、全て青色の像として得られる。

標準表面Ｓ１に相当する位置からの光は、イメージセンサ１４には、Ｒ光が入射しないか、入射したとしても画素値が無視できるほどに小さい。したがって、Ｒ像データＩｒのうち、標準表面Ｓ１の像は、黒色となる。

また、本実施形態では、カラーフィルタ１３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、被検物Ｓの表面からの、Ｇ光は、入射しないか、入射したとしても画素値が無視できるほどに小さい。したがって、Ｇ像データＩｇは、全体が黒色となる。

したがって、本実施形態に係る光学検査装置４で得られるＲＧＢ像データＩｒｇｂは、カラーフィルタ３４に基づく光線の方向情報に応じた色が付いている。このＲＧＢ像データＩｒｇｂを各色チャンネルに分離したＲ像データＩｒ、Ｇ像データＩｇ、及び、Ｂ像データＩｂは、それぞれ被検物Ｓの表面情報（凹凸情報）に基づく画像となっている。このように、本実施形態に係る光学検査装置４は、イメージセンサ１４で撮像した像により、被検物Ｓの構造（凹凸）情報を取得する。

そして、被検物Ｓの表面が、図４に示す標準表面Ｓ１である場合、図５に示すような色座標系のグラフを得る。

例えば、被検物Ｓの表面が、図６に示す標準表面Ｓ１に被検出部Ｓ２を有するとする。

カメラ１３のカラーフィルタ１３４を通してイメージセンサ１４に入射される光のうち、標準表面Ｓ１からの光線は、カラーフィルタ３４の光軸Ｃ上（領域Ａ１上）を通るＢ光によるものである。このため、イメージセンサ１４は、Ｂ像データＩｂにおいて、標準表面Ｓ１からの正反射光を青色の像として得る。

本実施形態では、被検出部Ｓ２に相当する位置からの光は、第１の面（図１３参照）では、イメージセンサ１４には、Ｂ光として入射しない。一方、被検出部Ｓ２に相当する位置からの光は、第２の面（図１４参照）では、イメージセンサ１４にＢ光として入射する。

また、被検出部Ｓ２に相当する位置からの光は、第１の面（図１３参照）では、イメージセンサ１４には、Ｒ光として入射する。また、図示しないが、被検出部Ｓ２に相当する位置からの光は、第２の面（図１４参照）に平行な、第２の波長選択フィルタ１４４において、Ｒ光が透過し、イメージセンサ１４には、Ｒ光として入射する。

このため、被検物Ｓの表面が、図６に示す標準表面Ｓ１に被検出部Ｓ２を有する場合、図７に示すような色座標系のグラフを得る。

このため、被検物Ｓの表面状態に応じて、図５に示す色ベクトルの方向及び図７に示す色ベクトルの方向が変化する。したがって、本実施形態に係る光学検査装置４のカメラ１３（図１２から図１４参照）を用いて、図１に示す処理装置２０で、第１実施形態で説明した処理を行うことによって、被検物Ｓの表面の表面状態を検査することができる。

また、被検物Ｓの表面が、第２実施形態の図９及び図１０に示す状態であるとする。この場合も、本実施形態に係る光学検査装置４のカメラ１３（図１２から図１４参照）を用いて、第２実施形態で説明したように基準ベクトルデータ２４ｂを設定することにより、被検物Ｓの表面の表面状態を判別することができる。

本実施形態によれば、被検物Ｓの表面状態を良好に検査可能な光学検査方法、光学検査プログラム２４ａ、処理装置２０、及び、光学検査装置４を提供することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について図１５及び図１６を用いて説明する。本実施形態は第１実施形態から第３実施形態の変形例であって、第１実施形態から第３実施形態で説明した部材と同一の部材又は同一の機能を有する部材には極力同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

図１５に示すように、光学装置１２は、カラーフィルタ（波長選択部）２３４、及び、結像光学系（結像レンズ）３２を備える。本実施形態では、カラーフィルタ２３４とイメージセンサ１４との間には、結像光学系３２が配設されている。イメージセンサ１４は、結像光学系３２に対して距離Ｌに結像面となる受光部（受光面）１４ａを有する。光学装置１２及びイメージセンサ１４は、いわゆるカメラ（撮影部）１３を構成する。

カラーフィルタ２３４は、ある断面において、第１の波長選択領域２４２、第２の波長選択領域２４４、及び、第３の波長選択領域２４６を有する。第１の波長選択領域２４２及び第２の波長選択領域２４４は、異なる波長範囲の光を透過させる。第３の波長選択領域２４６は、例えば、第２の波長選択領域２４４と同じ波長の光を透過可能である。

なお、カラーフィルタ２３４の代わりに、第１実施形態で説明したカラーフィルタ３４を用いてもよく、第３実施形態で説明したカラーフィルタ１３４を用いてもよい。

本実施形態に係る光源１６は、指向性のある照明光を被検物Ｓに照射することができる。光源１６からの照明光は、被検物Ｓの表面に対して傾斜した状態で、照射される。

本実施形態に係る光学検査システム２の動作について説明する。

図１５において、被検物Ｓの表面は基本的に鏡面（標準表面）Ｓ１であるとする。その表面の上に、拡散面を有する微小欠陥としての被検出部Ｓ２が存在するとする。このとき、鏡面状の被検物Ｓの表面上に第１の物点Ｏ１を取り、被検出部Ｓ２上に第２の物点Ｏ２を取る。

光源１６から第１の物点Ｏ１に入射された照明光は、第１の物点Ｏ１で第１の反射光Ｌ１として反射される。第１の物点Ｏ１に入射される照明光の入射角と、第１の物点Ｏ１で反射する光の反射角とは、結像光学系３２の光軸に対して一致する。

第１の物点Ｏ１は、鏡面の面上にあるので、光はスペキュラー成分（正反射成分）が多くなる。ここで、光源１６からの照明光が指向性を有するので、その方向に従ってスペキュラー成分の方向が定まる。つまり、第１の反射光の配光分布は、図１５に符号Ｌ１で示すように、狭い角度分布になりやすい。

第２の物点Ｏ２に入射された光は、第２の反射光Ｌ２１，Ｌ２２として反射される。第２の物点Ｏ２は例えば粗面上にあるので、第２の反射光は拡散成分Ｌ２２を含む。ただし、光源１６からの照明光は指向性を有する。そのため、第２の反射光はスペキュラー成分Ｌ２１も含む。つまり、光の配光分布は、図１５に符号Ｌ２１，Ｌ２２で示すように、スペキュラー成分Ｌ２１とともに、拡散成分Ｌ２２も有する。つまり、第２の反射光の配光成分は、広い角度分布になりやすい。

微小欠陥がある第２の物点Ｏ２において、第２の反射光は、拡散成分Ｌ２２とスペキュラー成分Ｌ２１を有する。光は、カラーフィルタ２３４を通過し、さらに結像光学系３２を通過する。このとき、カラーフィルタ２３４において、光は、第１の波長選択領域２４２と第２の波長選択領域２４４を選択的に通過する。第１の波長選択領域２４２を通過する光は、例えば波長範囲４００ｎｍから５００ｎｍの青（Ｂ）光となる。第２の波長選択領域２４４を通過する光は、例えば波長範囲６００ｎｍから７００ｎｍの赤（Ｒ）光となる。つまり、第２の反射光は、少なくとも２つ以上の異なる波長選択領域２４２，２４４を通過する。そして、結像光学系３２によってイメージセンサ１４上に結像される。第２の物点Ｏ２からの第２の反射光は、反射方向によっては、第３の波長選択領域２４６を通してイメージセンサ１４上に結像される。

微小欠陥がない第１の物点Ｏ１において、第１の反射光はほぼスペキュラー成分Ｌ１となる。そのため、第１の反射光は、カラーフィルタ２３４の第２の波長選択領域２４４を通過する。第２の波長選択領域２４４を通過するスペキュラー成分Ｌ１の光は、例えば波長範囲６００ｎｍから７００ｎｍの赤（Ｒ）光となる。

各物点Ｏ１，Ｏ２に対応する色ベクトルＣ２＝（ＩＲ、ＩＢ）は、処理装置２０で算出される。第１の物点Ｏ１に対応する色ベクトルＣ２１は、赤強度成分（ＩＲ）を有する。第２の物点Ｏ２に対応する色ベクトルＣ２２は、青強度成分（ＩＢ）及び赤強度成分（ＩＲ）を有する。

これにより、微小欠陥がない第１の物点Ｏ１での色ベクトルＣ２１の方向と、微小欠陥である第２の物点Ｏ２での色ベクトルＣ２２の方向とは、異なる。つまり、色ベクトルＣ２１，Ｃ２２の方向により、微小欠陥のあり／なしが識別できる。

上述したように、第１の物点Ｏ１からの第１の反射光に基づく色ベクトルＣ２１を基準ベクトルとし、第２の物点Ｏ２からの第２の反射光に基づく各画素における色ベクトルＣ２を基準ベクトルと比較することで、被検物Ｓの表面状態を判別することができる。そして、微小欠陥のあり／なしの識別は、第１実施形態で説明した光学検査プログラム２４ａ、基準ベクトルデータ２４ｂに基づいて、図８に示すフローチャートにしたがって出力される。

本実施形態では、光源１６からの照明光を、被検物Ｓに対して斜入射する例について説明した。このように、光源１６からの照明光は、同軸落射照明に限らず、種々の方向からの照明光を用いることができる。このような照明光によっても、処理装置２０で色ベクトルＣｎを算出した算出結果と基準ベクトルとを比較して、被検物Ｓの表面状態を判別することができる。

したがって、本実施形態によれば、被検物Ｓの表面状態を良好に検査可能な光学検査方法、光学検査プログラム２４ａ、処理装置２０、及び、光学検査装置４を提供することができる。

なお、カラーフィルタ２３４の位置は、被検物Ｓと結像光学系３２との間でもよく、結像光学系３２とイメージセンサ１４との間であってもよい。結像光学系３２が例えば複数のレンズで構成される場合、複数のレンズの間にカラーフィルタ２３４が配置されていてもよい。

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、被検物Ｓの表面状態を良好に検査可能な光学検査方法、光学検査プログラム２４ａ、処理装置２０、及び、光学検査装置４を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許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。

２…光学検査システム、４…光学検査装置、６…ディスプレイ、１２…光学装置、１３…カメラ、１４…イメージセンサ、１４ａ…受光部、１６…光源、１８…ビームスプリッタ、２０…処理装置、２２…プロセッサ、２４…記憶部、２４ａ…光学検査プログラム、２４ｂ…基準ベクトルデータ、２６…ＲＯＭ、２８…ＲＡＭ、３２…結像光学系、３４…カラーフィルタ、４２…第１の波長選択フィルタ、４４…第２の波長選択フィルタ、４６…光線遮蔽部

Claims (9)

1. 被検物の表面からの互いに異なる複数の波長を選択的に通過させる波長選択部を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサの各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系で前記波長に対応する色の色ベクトルを取得することと、
   前記色座標系における前記色ベクトルの方向に基づいて、前記被検物の表面状態を判別することと
   を含む、被検物の表面状態の光学検査方法。
2. 前記色座標系における前記色ベクトルの方向と、前記複数の波長との対応付けを行うことを含む、
   請求項１に記載の光学検査方法。
3. 前記互いに異なる複数の波長は、それぞれ前記被検物からの光の方向が異なる、
   請求項１又は請求項２に記載の光学検査方法。
4. 前記被検物の表面状態を判別することは、前記被検物の表面状態の判別の基準となる基準ベクトルを設定し、前記基準ベクトルと前記色ベクトルとの方向の違いに基づいて判別することを含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学検査方法。
5. 前記被検物の表面状態を判別することは、前記被検物の表面状態の判別の基準となる基準ベクトルと、前記色ベクトルとの方向の近さを算出することを含む、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学検査方法。
6. 前記被検物の表面からの正反射方向又は第１の散乱方向に対応する色ベクトルを第１の基準ベクトルとし、前記正反射方向又は前記第１の散乱方向と異なる第２の散乱方向に対応する色ベクトルを第２の基準ベクトルとするとき、
   前記被検物の表面状態を判別することは、前記色ベクトルの方向が前記第１の基準ベクトルに方向が近いか、前記第２の基準ベクトルに方向が近いかで、前記表面の種類を判別することを含む、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学検査方法。
7. 被検物の表面からの互いに異なる複数の波長を選択的に通過させる波長選択部を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサの各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系で前記波長に対応する色の色ベクトルを取得させること、
   前記色座標系における前記色ベクトルの方向に基づいて、前記被検物の表面状態を判別させること
   をコンピュータに実行させる、被検物の表面状態の光学検査プログラム。
8. 被検物の表面からの互いに異なる複数の波長を選択的に通過させる波長選択部を用いた光学的イメージングによって、イメージセンサの各画素の複数の色チャンネルの数と同じかそれよりも少ないｎ次元（ｎは１以上の自然数）の色座標系で前記波長に対応する色の色ベクトルを取得し、
   前記色座標系における前記色ベクトルの方向に基づいて、前記被検物の表面状態を判別する
   プロセッサを含む、被検物の表面状態の光学検査に用いる処理装置。
9. 結像光学系の焦点の位置に設けられ、被検物の表面からの互いに異なる複数の波長を選択的に通過させる波長選択部と、
   前記波長選択部を通過する光を撮像するイメージセンサと
   を有する撮影部と、
   前記イメージセンサで取得した像に基づいて前記色ベクトルを取得するとともに、前記色ベクトルの方向に基づいて、前記被検物の表面状態を判別する、請求項８に記載の処理装置と
   を有する、光学検査装置。
   
   

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