JP2023136718A - 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】被検体の表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが可能な光学検査方法を提供すること。
【解決手段】光学検査方法は、可動体に支持されて移動する照明装置からの光線を被検体の表面に照射する際の、被検体の表面上の照射野に関する照射野情報を算出すること、照射野情報に基づいて、照明装置が移動する経路を算出する経路算出処理を行うことを含む。
【選択図】 図７

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。

カメラを取り付けたロボットを動かして被検体の複雑な形状の表面をカメラでスキャンして、被検体の表面のキズ等の有無を光学検査する方法がある。

特開２００８－２０９７２６号公報

Daniele Evangelista, et. al., "Flexible and reconfigurable robotic inspection in manufacturing," Procedia Manufacturing 38:597-604 (2019). Hiroshi Ohno, "One-shot color mapping imaging system of light direction extracted from a surface BRDF," OSA Continuum 3(12) (2020).

本発明が解決しようとする課題は、被検体の表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが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、光学検査方法は、可動体に支持されて移動する照明装置からの光線を被検体の表面に照射する際の、前記被検体の表面上の照射野に関する照射野情報を算出すること、前記照射野情報に基づいて、前記照明装置が移動する経路を算出する経路算出処理を行うことを含む。

第１実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。 第１実施形態に係る光学検査装置の概略的なブロック図。 第１実施形態に係る処理装置において、データ記憶部に記憶される被検体の表面の形状データの一例を示す概略図。 第１実施形態に係る処理装置の経路算出部によって行われる、複数の撮像点を設定（算出）する処理の一例について説明する概略図。 第１実施形態に係る処理装置の経路算出部によって行われる、角度差微小部分に配置される複数の三角形から形成される１つの多角形に基づいて複数の撮像点の１つ以上を設定（算出）する処理の一例について説明する概略図。 第１実施形態に係る処理装置の処理実行部によって実行される、処理の一例を概略的に示すフローチャート。 図６中の一部の処理の一例を示すサブルーチン。 図６中の一部の処理の一例を示すサブルーチン。 第１実施形態の変形例に係る光学検査装置を示す概略図。 第２実施形態に係る光学検査装置を示す概略図。 第２実施形態の第１変形例に係る光学検査装置を示す概略図。 第２実施形態の第２変形例に係る光学検査装置を示す概略図。

以下、図面を参照していくつかの実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１から図８を用いて第１実施形態に係る光学検査装置１について説明する。以下で、撮像を撮影と同義として扱う。

図１は、第１実施形態に係る光学検査装置１を概略的に示す図である。図２は、本実施形態の光学検査装置１の制御系統等を概略的に示すブロック図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の光学検査装置１は、検査対象となる被検体（物体）Ｓの表面の光学検査に用いられる。１回の検査では、光学検査装置１を用いて、被検体Ｓの表面のある範囲内について光学検査される。ある一例では、被検体Ｓの表面の全体が１回の検査で検査されてもよい。別のある一例では、被検体Ｓの表面において所定の範囲（一部）のみが１回の検査で検査されてもよい。被検体Ｓの表面の全体を所定の範囲としてもよい。すなわち、被検体Ｓの表面の全体を所定の範囲としてもよいし、被検体Ｓの表面の一部を所定の範囲としてもよい。

光学検査装置１は、照明部（照明装置）２、撮像部（撮像装置）３、可動体４及び処理装置５を備える。

処理装置５は、処理実行部６、データ記憶部７及びユーザインタフェース８を備える。処理実行部６は、データ取得部１１、経路算出部１２、画像処理部１３及び動作制御部１５を備える。

照明部２は、光線Ｂを被検体Ｓの表面に向かって照射する。光線Ｂは、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、遠赤外線、マイクロ波などの電磁波とする。ここでは、光線Ｂは、例えば、可視光とし、波長領域を４００ｎｍから８００ｎｍまでとする。照明部２は、本実施形態では、例えばＬＥＤ等を用い、所望の方向に光線Ｂを照射する。そして、照明部２からの光線Ｂは、被検体Ｓの表面の所望の範囲内を適宜に照明する。照明部２からの光線Ｂが被検体Ｓの表面に当たるとき、光線Ｂが当たる領域を照射野ＩＦと呼ぶ。
撮像部３は、照明部２からの光線が被検体Ｓの表面を照射する照射野内を撮像し、画像を取得する。撮像部３は、カメラ等の撮像装置である。撮像部３は、照明部２から照射された光線が被検体Ｓの表面を反射して入射する光線（反射光）Ｂ１を取得する。被検体Ｓの表面の照射野ＩＦで反射した光線（反射光）Ｂ１が撮像部３の撮像開口３１に入射し、画像として撮像できる画角内にある場合、被検体Ｓの表面のうち、そのような光線を反射する領域を撮像照射野ＰＦ１と呼ぶことにする。また、被検体Ｓの表面のうち、撮像部３によって画像にできる全体の領域は、単に撮像領域と呼ぶ。つまり、照明が当たらずに、取得画像において暗くなる領域も含めて撮像領域と呼ぶ。撮像開口３１の形状は、撮像部３によって定まる。撮像開口３１は、例えば、撮像部３が備える結像光学素子がφ４０ｍｍの有効径を持つレンズであれば、φ４０ｍｍの円盤形状である。撮像開口３１に入射した光線は、撮像部３の光学素子によってイメージセンサーで結像され、イメージセンサーによって画像として取得される。そして、本実施形態に係る光学検査装置１の撮像部３は、被検体Ｓが照明された照射野ＩＦの範囲内である、撮像照射野ＰＦ１を撮像する。

撮像部３による撮像、つまり画像の取得は、イメージセンサーを露光することによって行われる。露光は、撮像部３の撮像シャッターで行う。なお、撮像シャッターは、電気的なものであっても、機械的なものであってもよい。ただし、これに限らず、撮像部３の撮像シャッターの代わりに、照明部２の照明をＯＮ／ＯＦＦさせて撮像部３のイメージセンサーを露光し、画像を取得することも可能である。この場合、照明部２の照明をＯＮにし、被検体Ｓの所定の位置を照明したときに、撮像部３のイメージセンサーによって画像を取得する。

イメージセンサーは、光を電気信号に変換する画素が複数配列されたものとし、配列の形状によって例えばエリアセンサーあるいはラインセンサーがある。各画素は、異なる波長スペクトルを受光する複数のチャンネルを備える。ただしその限りではなく、各画素は、一つの波長スペクトルを受光する一つのチャンネルを備えていてもよい。

可動体４は、処理装置５により制御される。可動体４は、例えば、１つ以上の関節を備えるロボットアーム、及び、直動機構、パラレルリンク機構等のいずれかである。本実施形態では、可動体４は、ベース４０と、照明部２を所定範囲内で、所望の位置及び所望の向きに配置する第１のロボット４１と、撮像部３を所定範囲内で、所望の位置及び所望の向きに配置する第２のロボット４２とを有する。

可動体４の第１のロボット４１は、照明部２に機械的に接続される。第１のロボット４１は、図１等の一例では、第１のロボット４１の一端はベース４０に支持され、他端には照明部２への接続部分が形成される。第１のロボット４１が動作することにより、照明部２の位置及び姿勢が所定の範囲内で変化する。そして、第１のロボット４１は、照明部２を所定の範囲内で所望の位置及び姿勢となる状態に維持する。したがって、照明部２の位置及び姿勢は、第１のロボット４１の動作に対応して変化する。

照明部２は、例えば第１のスキャン経路Ｄ１に沿って移動する。第１のスキャン経路Ｄ１は、例えば１軸方向に動く１次元的なものでもよく、１つの平面に沿って動く２次元的なものでもよく、１つの曲面に沿って動く３次元的なものでもよい。いずれにしても、スキャン経路は、線あるいは曲線である。また、任意の点におけるスキャン方向は、その点における、スキャン経路に沿った方向ベクトルとする。本実施形態では、第１のロボット４１の位置及び姿勢は、例えば、３次元における位置及び姿勢で示されるものとする。

照明部２による被検体Ｓの照射野ＩＦは被検体Ｓの表面形状によって様々に変化する。例えば、被検体Ｓの表面のある位置の第１の照射野ＩＦ１は照明部２の移動によって、第１の照射野ＩＦ１とは異なる第２の照射野ＩＦ２に変化する。このため、本実施形態に係る光学検査装置１の照明部２は、いわゆるアクティブ照明として用いられる。

可動体４の第２のロボット４２は、撮像部３に機械的に接続される。第２のロボット４２は、図１等の一例では、第２のロボット４２の一端はベース４０に支持され、他端には撮像部３への接続部分が形成される。第２のロボット４２が動作することにより、撮像部３の位置及び姿勢が所定の範囲内で変化する。そして、第２のロボット４２は、撮像部３を所定の範囲内で所望の位置及び姿勢となる状態に維持する。したがって、撮像部３の位置及び姿勢は、第２のロボット４２の動作に対応して変化する。

撮像部３は、例えば第１のスキャン経路Ｄ１とは異なる第２のスキャン経路Ｄ２に沿って移動する。第２のスキャン経路Ｄ２は、例えば１軸方向に動く１次元的なものでもよく、１つの平面に沿って動く２次元的なものでもよく、曲面上を動く３次元的なものでもよい。つまり、線あるいは曲線である。本実施形態では、第２のロボット４２の位置及び姿勢は、例えば、３次元における位置及び姿勢で示されるものとする。

撮像部３による被検体Ｓの撮像照射野や撮像領域は、被検体Ｓの表面形状によって様々に変化する。例えば、被検体Ｓの表面のある位置の第１の撮像照射野ＰＦ１は照明部２及び撮像部３の移動によって、第１の撮像照射野ＰＦ１とは異なる第２の撮像照射野ＰＦ２に変化する。

以下で、撮像部３で撮像される物体表面上の点を撮像点と呼ぶ。

なお、ベース４０に対する第１のロボット４１及び第２のロボット４２の配置は適宜に設定可能である。

処理装置５は、例えば、コンピュータ等から構成され、プロセッサ（処理回路）及び記憶媒体を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイコン、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のいずれかを含む。記憶媒体には、メモリ等の主記憶装置に加え、補助記憶装置が含まれ得る。記憶媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、及び、半導体メモリ等が挙げられる。

処理装置５では、プロセッサ及び記憶媒体のそれぞれは、１つのみ設けられてもよく、複数設けられてもよい。処理装置５では、プロセッサは、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより処理を行う。また、処理装置５のプロセッサによって実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークを介して処理装置５に接続されたコンピュータ（サーバ）、又は、クラウド環境のサーバ等に格納されてもよい。この場合、プロセッサは、ネットワーク経由でプログラムをダウンロードする。処理装置５では、データ取得部１１、経路算出部１２、画像処理部１３及び動作制御部１５を含む処理実行部６による後述の処理は、プロセッサ等によって実行され、記憶媒体がデータ記憶部７として機能する。

なお、光学検査装置１に、互いに対して別体の複数の処理装置（コンピュータ）が設けられてもよい。この場合、複数の処理装置のそれぞれは、プロセッサ及び記憶媒体を備える。そして、処理実行部６による後述の処理は、複数の処理装置のプロセッサによって実行される。ある一例では、データ取得部１１及び経路算出部１２による後述の処理が、ある１つの処理装置のプロセッサによって、実行される。そして、画像処理部１３及び動作制御部１５による後述の処理が、データ取得部１１及び経路算出部１２による処理を実行する処理装置とは別体の処理装置のプロセッサによって実行される。

また、処理実行部６による処理の少なくとも一部が、クラウド環境に構成されるクラウドサーバによって実行されてもよい。クラウド環境のインフラは、仮想ＣＰＵ等の仮想プロセッサ及びクラウドメモリによって構成される。ある一例では、データ取得部１１及び経路算出部１２による処理が仮想プロセッサによって実行され、クラウドメモリがデータ記憶部７として機能する。そして、画像処理部１３及び動作制御部１５による処理が、コンピュータ等の処理装置のプロセッサによって実行される。また、データ記憶部７は、処理実行部６が設けられる処理装置５とは別体のコンピュータに設けられてもよい。この場合、処理装置５は、データ記憶部７等が設けられるコンピュータに、ネットワークを介して接続される。

また、ユーザインタフェース８は、光学検査装置１を用いた検査において作業者等によって操作指令が入力される操作部、及び、作業者等に検査に関連する情報を告知する告知部を備える。告知部では、例えば、画面表示及び音声等のいずれかによって、情報が告知される。なお、ユーザインタフェース８は、処理装置５とは別体で設けられてもよい。

可動体４の第１のロボット４１及び第２のロボット４２は、それぞれ１又は複数のアクチュエータが作動することにより動作する。処理装置５の処理実行部６の動作制御部１５は、可動体４の第１のロボット４１及び第２のロボット４２を動作させるアクチュエータの作動を制御する。したがって、動作制御部１５は、可動体４の第１のロボット４１及び第２のロボット４２の動作を制御する。動作制御部１５によって可動体４の第１のロボット４１及び第２のロボット４２の動作が制御されることにより、照明部２への第１のロボット４１の接続部分の位置及び姿勢が調整されるとともに、撮像部３への第２のロボット４２の接続部分の位置及び姿勢が調整される。すなわち、動作制御部１５によって照明部２への第１のロボット４１の接続部分の位置及び姿勢が調整されることにより、照明部２の位置及び姿勢が調整される。また、動作制御部１５によって撮像部３への第２のロボット４２の接続部分の位置及び姿勢が調整されることにより、撮像部３の位置及び姿勢が調整される。

撮像部３によって被検体Ｓのある位置を撮像する場合、その位置を撮像点とし、動作制御部１５は、照明部２による光線が撮像点及びその周囲を照明する状態に照明部２の位置及び姿勢を制御するとともに、撮像部３の光軸Ｏの角度が被検体Ｓの表面のその撮像点に対して所定の角度範囲になるように、撮像部３の位置及び姿勢を制御する。すなわち、動作制御部１５は、照明部２で被検体Ｓを照明した撮像点およびその近傍を、撮像部３によって撮像する状態に第１のロボット４１及び第２のロボット４２の位置及び姿勢を制御する。撮像部３は、レンズなどの結像光学素子によって撮像を行う。一般的に、結像光学素子による撮像は、結像光学素子の光軸Ｏに直交する平面でピントが合う。そのため、図１等の一例では、動作制御部１５は、被検体Ｓの撮像において、画角範囲内の被検体Ｓの表面の少なくとも一部が撮像部３の光軸Ｏに直交（角度が直角）又は略直角になる姿勢に、撮像部３の位置及び姿勢を調整することが好適である。一方、光軸Ｏが表面に直交する（つまり、表面の法線方向と光軸Ｏの方向が一致する）領域を画角範囲内に含まない場合、ピントが合う領域が無いため、画像の鮮明さが損なわれる。

処理装置５の処理実行部６の画像処理部１３には、撮像部３のイメージセンサーで生成された電気信号が入力される。このため、撮像部３によって撮像を行うとき、画像処理部１３は、イメージセンサーに結像された像に関する情報を取得する。画像処理部１３は、イメージセンサーからの電気信号に基づいて、撮像部３の撮像範囲の画像として、撮像部３による撮像画像を生成する。そして、画像処理部１３は、撮像部３の撮像した画像を画像処理することにより、撮像画像に基づいた演算及び判定等を実行する。

なお、光学検査装置１による実際の光学検査において、被検体Ｓは、所定の位置に所定の向きで載置される。ただし、これに限らず、被検体Ｓは移動していてもよい。

処理装置５の処理実行部６のデータ取得部１１は、被検体Ｓが所定の位置に所定の向きに載置されたと仮定して、被検体Ｓの表面情報を、被検体ＳのＣＡＤデータから取得する。ただし、被検体Ｓが移動している場合は、データ取得部１１は、ある時刻の位置における被検体Ｓに対応するＣＡＤデータから表面情報を取得する。図３は、被検体Ｓの表面の形状データの一例を示す。図３の一例では、形状データは、ＳＴＬ（standard triangulated language）形式で示される。図３の一例の形状データでは、被検体Ｓの表面の形状が、多数の点Ｐから構成される点群によって表現される。また、図３の一例の形状データでは、点群に基づいて、被検体Ｓの表面が、多数の三角形Ｔに分割される。多数の三角形Ｔのそれぞれでは、点群を構成する点Ｐの対応する３つが、頂点となる。図３の一例の形状データでは、被検体Ｓの表面における位置に関する情報として、点群を構成する点Ｐのそれぞれの３次元位置等の位置が示される。そして、形状データでは、被検体Ｓの表面における位置に関する情報として、多数の三角形Ｔのそれぞれの法線ベクトルが示される。

ここで、法線ベクトルとは、被検体Ｓの表面に対して直交し、かつ、被検体Ｓの外側を向く。図３では、法線ベクトルの図示を省略する。また、形状データでは、例えば、被検体Ｓの表面が多数の四角形に分割される等、被検体Ｓの表面が三角形以外の複数（多数）の多角形に分割されてもよい。この場合も、多角形のそれぞれの頂点は、点群を構成する点Ｐの対応する４つ以上から形成され、形状データでは、被検体Ｓの表面における位置に関する情報として、複数の多角形のそれぞれの法線ベクトルが示される。

データ取得部１１は、データ記憶部７から、又は、ユーザインタフェース８を通して被検体Ｓの形状データを読み出す。そして、データ取得部１１は、形状データに基づいて、検査範囲における被検体Ｓの表面の形状に関する情報を取得する。また、データ取得部１１は、データ記憶部７に記憶された情報、及び／又は、ユーザインタフェース８で設定された情報等に対し、照明部２で照明可能な領域（照射野）、撮像部３が撮像可能な領域（撮像照射野）、撮像部３と被検体Ｓとの間の距離、撮像部３の解像度、及び、照明部２、撮像部３及び可動体４を配置可能な位置及び姿勢などの情報を取得する。つまり、データ取得部１１は、照明部２、撮像部３及び可動体４に関する様々な情報を取得する。

処理装置５の処理実行部６の経路算出部１２は、被検体Ｓの形状データ、及び、撮像部３及び可動体４に関する情報に基づいて、検査範囲においてＣＡＤデータに基づいて照射野及び撮像照射野を算出し、撮像を行う複数の撮像点、照明部２及び撮像部３の位置関係を算出する。

図４では、経路算出部１２を用いて複数の撮像点を設定する（定める）処理の一例について、説明する。図４の一例では、経路算出部１２は、予め設定される被検体Ｓの表面における検査範囲から複数の撮像点Ｆとして、３つの撮像点Ｆａ～Ｆｃとしてもよい。そして、経路算出部１２は、照明部２からの光線が被検体Ｓの表面を照射する照射野、および、撮像部３で撮像できる撮像照射野に基づいて、撮像点Ｆａでの撮像範囲Ｒａ、撮像点Ｆｂでの撮像範囲Ｒｂ、及び、撮像点Ｆｃでの撮像範囲Ｒｃを規定する。照射野情報は、のちほど説明するように、照明部２から射出される光線の光線情報とＣＡＤデータによる被検体Ｓの表面情報を用いて、処理装置５の経路算出部１２により、あらかじめ理論的に算出することができる。また、撮像照射野は、撮像部３と被検体Ｓとの位置関係がわかれば、あらかじめ論理的に算出することができる。また、図４の一例では、検査範囲に配置される三角形Ｔの１つである三角形Ｔａが示され、三角形Ｔａでは、いずれの部分も、撮像範囲Ｒａ～Ｒｃのいずれか１つ以上に含まれる。このため、経路算出部１２は、三角形Ｔａのいずれの部分も撮像点Ｆａ～Ｆｃのいずれか１つ以上で撮像される状態に、複数の撮像点Ｆを算出する。また、検査範囲に配置される三角形Ｔａ以外の三角形Ｔのそれぞれについても、その三角形Ｔのいずれの部分も複数の撮像点Ｆのいずれか１つ以上で撮像される状態に、経路算出部１２は、複数の撮像点Ｆを算出する。

また、図４の一例では、撮像点Ｆａ～Ｆｃの算出において、三角形Ｔａを３つの多角形に分割する。そして、３つの多角形のそれぞれに撮像点Ｆａ～Ｆｃの対応する１つが含まれる状態に、三角形Ｔａが分割される。また、３つの多角形のそれぞれの重心が撮像点Ｆａ～Ｆｃの対応する１つと一致又は略一致する状態に、三角形Ｔａが分割される。これにより、撮像点Ｆａ～Ｆｃのそれぞれとして、三角形Ｔａから分割された３つの多角形の対応する１つの重心が、算出される。分割された多角形のそれぞれの重心を撮像点の対応する１つとして算出する場合、重心ボロノイ分割（centroidal Voronoi tessellation）法又は周知の長方形分割（rectangle partition）法等を用いて、撮像点のそれぞれが算出される。

また、被検体Ｓの検査範囲では、互いに対して隣接する複数の三角形Ｔの間での被検体Ｓの表面の法線方向のなす角のずれが、微小又はゼロになる角度差微小部分が存在することがある。ここで、撮像部３によって被検体Ｓを撮像している状態では、被検体Ｓの表面の法線方向に対する撮像部３の光軸Ｏのなす角は、前述のように所定の角度範囲において調整されてもよい。つまり、光軸Ｏと物体表面の法線方向がなるべく一致するほど、ピントが合った画像が取得できる。角度差微小部分では、隣接する複数の三角形Ｔの間の角度差は、ゼロでない場合でも、例えば、数度程度である。このような場合、角度差微小部分では、例えば、被検体Ｓの表面の法線方向に対する撮像部３の光軸Ｏのなす角についての前述の所定の角度範囲の大きさに比べて、隣接する三角形Ｔの間での被検体Ｓの表面の角度差が小さい。また、検査範囲に角度差微小部分が存在する場合は、角度差微小部分に配置される複数の三角形Ｔ（多角形）が互いに対して同一の平面上に位置するものとして、複数の算出点が算出される。ある一例では、角度差微小部分に配置される複数の三角形Ｔから形成される１つの多角形に基づいて、複数の撮像点の１つ以上が算出及び設定される。そして、角度差微小部分に配置される複数の三角形Ｔから形成される１つの多角形において、その多角形のいずれの部分も複数の撮像点のいずれか１つ以上での撮像範囲に含まれる状態に、複数の撮像点が算出される。

図５では、角度差微小部分に配置される複数の三角形Ｔから形成される１つの多角形に基づいて複数の撮像点の１つ以上を定める一例について、説明する。図５の一例では、４つの三角形Ｔｂ～Ｔｅが角度差微小部分に配置され、三角形Ｔｂ～Ｔｅの間での互いに対する被検体Ｓの表面の法線方向のなす角度の差は、微小又はゼロである。そして、角度差微小部分に配置される三角形Ｔｂ～Ｔｅから、多角形αが形成される。また、図５の一例では、複数の撮像点Ｆとして、２つの撮像点Ｆｄ，Ｆｅが少なくとも算出され、経路算出部１２は、多角形αに基づいて、撮像点Ｆｄ，Ｆｅを設定する。そして、撮像点Ｆｄでの撮像範囲Ｒｄ、及び、撮像点Ｆｅでの撮像範囲Ｒｅが、規定される。

図５の一例では、三角形Ｔｂ～Ｔｅから形成される多角形αのいずれの部分も、撮像範囲Ｒｄ，Ｒｅのいずれか１つ以上に含まれる。このため、多角形αのいずれの部分も撮像点Ｆｄ，Ｆｅのいずれか１つ以上で撮像される状態に、複数の撮像点Ｆが算出される。また、図５の一例では、撮像点Ｆｄ，Ｆｅの算出において、多角形αを２つの多角形に分割する。そして、２つの多角形のそれぞれに撮像点Ｆｄ，Ｆｅの対応する１つが含まれる状態に、多角形αが分割される。そして、前述した撮像点Ｆａ～Ｆｃの算出と同様にして、撮像点Ｆｄ，Ｆｅのそれぞれとして、多角形αから分割された２つの多角形の対応する１つの重心が、算出される。

経路算出部１２は、複数の撮像点Ｆ（被検体Ｓの表面における位置）のそれぞれについて、照明部２の照射野、撮像部３の撮像照射野に基づいて照明部２の位置及び姿勢、撮像部３の位置及び姿勢をそれぞれ算出する。すなわち、経路算出部１２は、複数の撮像点Ｆのそれぞれについて、第１のロボット４１のアクチュエータの制御情報、及び、第２のロボット４２のアクチュエータの制御情報を取得する。なお、第１のロボット４１のアクチュエータの制御情報、及び、第２のロボット４２のアクチュエータの制御情報は、照明部２及び撮像部３の移動方向に加えて、移動速度、移動タイミング等を含む。

経路算出部１２は、複数の撮像点Ｆのそれぞれにおいて、算出した照明部２及び撮像部３の位置及び姿勢等に基づき、照明部２及び撮像部３への可動体４の接続部分の位置及び姿勢、及び、可動体４の制御量を算出する。ここで、１つ以上関節を備えるロボットアームが可動体４となる場合は、可動体４の制御量として、関節のそれぞれの角度等が挙げられる。また、直動機構が可動体４となる場合は、可動体４の制御量として直動機構の動作による移動量が挙げられる。

経路算出部１２は、照明部２と撮像部３が移動する際、照明部２による光線で照明される被検体Ｓの表面の照射野と、撮像部３で撮像できる撮像照射野情報を算出する。照射野情報は、光学検査装置１である被検体Ｓの表面の光学検査を行うときの、照明部２、撮像部３の位置及び姿勢、第１のロボット４１、第２のロボット４２の制御タイミングを決める情報と考えることができる。

上述したように、照射野情報において、撮像部３の撮像照射野は、照明部２による被検体Ｓの照射野の範囲に含まれる。このため、被検体Ｓのうち照明部２によって照明された部位の一部が、撮像部３の撮像照射野となる。

照明部２からの光線情報に基づく照射野情報の算出は、例えば、光線追跡シミュレーションを用いて行う。光線追跡シミュレーションとは、光線の屈折や反射を考慮しながら、幾何光学的に光線の伝搬を理論計算する方法である。光線追跡シミュレーションを行うには、様々な市販ソフトが用意されている。例えば、synopsys社のLightTools（登録商標）を用いて光線追跡シミュレーションを行うことができる。照明部２の光線に対する光線追跡シミュレーションは、本実施形態では、処理装置５により行われる。照明部２からの光線の光線追跡シミュレーションは、処理装置５のうち、例えば経路算出部１２により行われる。

光線追跡シミュレーションにより、照明部２の位置及び姿勢から、被検体Ｓの表面に照明光がどのように当たるか理論的に算出される。つまり、経路算出部１２は、被検体Ｓの表面における照射野を理論的に算出できる。また、被検体Ｓの表面に照明光を当てた照射野内における撮像点を撮像部３で撮像する際、画像コントラストが最も鮮明になるような撮像部３の位置及び姿勢が経路算出部１２によって理論的に算出される。このため、経路算出部１２は、例えば、光学検査の開始からある時間（あるタイミング）での照明部２の位置及び姿勢と、撮像部３の位置及び姿勢を理論的にあらかじめ定めることができる。

なお、被検体Ｓの表面の照射野内における撮像点に対し、撮像部３の位置及び姿勢が最適になるのは、例えば、被検体Ｓの表面の法線方向に対して撮像部３の光軸Ｏと照明部２の照明方向が正反射の関係になる場合である。つまり、被検体Ｓの表面の法線方向に対し、撮像部３の光軸Ｏの方向および照明方向のそれぞれの成す角が等しくなる場合である。ただし、両者の位置関係はこれに限らない。

処理装置５の処理実行部６の動作制御部１５は、経路算出部１２によって算出された、照明部２及び撮像部３を移動させる経路を取得する。そして、動作制御部１５は、当該経路に基づいて可動体４の動作を制御し、当該経路に沿って照明部２及び撮像部３を移動させる。また、動作制御部１５は、可動体４の動作を制御することにより、経路算出部１２によって算出された位置及び姿勢に照明部２及び撮像部３を調整し、所望の撮像点を含む撮像画像を取得することを可能にする。そして、撮像点のそれぞれに対し、照明部２は、算出された位置及び姿勢で被検体Ｓの表面を照明し、撮像部３は、算出された位置及び姿勢で被検体Ｓの表面を撮像する。

処理装置５の処理実行部６の画像処理部１３は、複数の撮像点のそれぞれで撮像された画像を画像処理するとともに、撮像された画像に基づいて、被検体Ｓの表面の欠陥についての判定等を実行する。画像処理部１３が欠陥の判定を行う場合、例えば、欠陥がないことを保証する被検体に対し、各撮像点での取得画像を参照画像としてデータ記憶部７に記憶させておく。そして、画像処理部１３は、被検体Ｓの表面の各撮像点での取得画像と参照画像とを比較して、被検体Ｓの表面の所望範囲内に欠陥等があるか否か判定する。

次に、本実施形態に係る光学検査装置１の動作について説明する。

図６は、本実施形態において処理装置５の処理実行部６によって実行される処理の一例を示す。図７及び図８は、それぞれ、図６中の処理の一部の処理のサブルーチンを示す。

図６の処理は、被検体Ｓの表面について光学検査を実行する前に１度、実行される。図６の処理を開始すると、データ取得部１１は、被検体Ｓが光学検査装置１の所定の位置に所定の向きに配置されると想定する。被検体Ｓが移動している場合は、ある時刻における被検体Ｓの位置は定まるとする。データ取得部１１は、予め被検体ＳのＣＡＤデータが記憶されたデータ記憶部７又はユーザインタフェース８を通して、被検体ＳのＣＡＤデータを取得する（ステップＳ１０１）。データ取得部１１は、光学検査時に被検体Ｓが配置されると想定される位置、被検体Ｓが配置されると想定される位置に所望の向きに配置される被検体ＳのＣＡＤデータ上の表面情報を取得する。すなわち、データ取得部１１は、被検体Ｓの表面の多数の点群によって表現される被検体Ｓの表面の形状データを取得する。

データ取得部１１は、第１のロボット４１による照明部２の仮想的な可動範囲、及び、第２のロボット４２による撮像部３の仮想的な可動範囲を取得する。第１のロボット４１による照明部２の仮想的な可動範囲は、照明部２の照明光の向きを含む。第２のロボット４２による撮像部３の仮想的な可動範囲は、撮像部３の光軸Ｏの向きを含む。

経路算出部１２は、被検体Ｓの表面に対する照明部２の第１のスキャン経路Ｄ１を適宜に設定する。被検体Ｓに対する照明部２の位置及び姿勢を第１のロボット４１で定める。ここでの照明部２の位置及び姿勢は、被検体Ｓの所定の範囲内に対する照明部２の初期位置、照明部２を順に動かしたときの位置を含む。このとき、被検体Ｓに対する照明部２の各位置及び姿勢に対し、被検体Ｓへの光線情報が定まる。つまり、被検体Ｓに入射する光線群が定まる。被検体ＳのＣＡＤデータと照明部２からの光線情報を入力とし、経路算出部１２は、照明部２の照射野情報を算出することにより、被検体Ｓの表面の所望の撮像領域を全て抜けなく照明できるように照明部２のスキャン経路を算出する（ステップＳ１０２）。このときの照射野情報は、光線追跡シミュレーションにより算出される。

処理装置５の経路算出部１２は、ステップＳ１０２において、例えば図７に示すように処理を実行する。経路算出部１２は、照明部２の位置、姿勢、及び照明部２からの光線情報を取得する（ステップＳ１０２１）。経路算出部１２は、被検体ＳのＣＡＤデータ、照明部２の位置、姿勢、及び、照明部２からの光線情報に基づいて、被検体Ｓの検査対象の表面における照明部２の照射野情報を理論的に算出する（ステップＳ１０２２）。そして、経路算出部１２は、照明部２の照射野情報から、被検体Ｓの表面の所望の撮像領域を全て抜けなく照明する照明部２のスキャン経路を算出する（ステップＳ１０２３）。このとき、経路算出部１２は、照明部２を動かす経路、又は、可動体４及び照明部２を動かす経路を算出することができる。

図６に示すように、照射野情報の算出と同様に、被検体ＳのＣＡＤデータと撮像部３の情報（開口、画角、位置、姿勢）を入力とし、経路算出部１２は、被検体Ｓの表面における撮像部３の撮像照射野情報（撮像領域に関する情報）を算出する。このように、光学検査装置１は、処理装置５により、照明部２の照射野情報及び撮像部３の撮像照射野情報を理論予測する。

経路算出部１２は、照明部２との関係において、被検体Ｓの表面に対する撮像部３の第２のスキャン経路Ｄ２を適宜に設定する。経路算出部１２は、所望の撮像領域全てにおいて、少なくとも１回、照明された状態で撮像するように第２のスキャン経路Ｄ２を設定する。このとき、撮像部３の撮像照射野は、被検体Ｓの表面形状によって様々に変化する。そして、経路算出部１２は、第１のスキャン経路Ｄ１に沿って動かす照明部２の照射野内に、第２のスキャン経路Ｄ２に沿って動かす撮像部３の光軸Ｏを向け、照射野内に撮像照射野が含まれるように（撮像照射野が存在するように）、照明部２及び撮像部３の経路を算出する（ステップＳ１０３）。つまり、経路算出部１２は、被検体Ｓの表面の所望の撮像範囲内は全て、少なくとも１回、照明された状態で撮像されるように撮像部３の経路を算出する。したがって、経路算出部１２は、照射野情報に基づいて撮像照射野が所望の撮像領域を全て覆うように照明部２の経路、及び、撮像部３の経路を算出する。

また、処理装置５の経路算出部１２は、ステップＳ１０３において、例えば図８に示すように、撮像部３の位置、姿勢、及び撮像部３の撮像開口の位置及び形状情報を取得する（ステップＳ１０３１）。経路算出部１２は、照明部２の照射野情報、撮像部３の位置、姿勢、及び撮像部３の撮像開口の位置及び形状情報に基づいて、被検体Ｓの検査対象の表面における撮像部３の撮像照射野情報を理論的に算出する（ステップＳ１０３２）。そして、経路算出部１２は、照明部２及び撮像部３の移動経路を算出する（ステップＳ１０３３）。

経路算出部１２は、被検体Ｓの形状データを用いた照射野情報と撮像照射野情報の理論計算に基づいて、各撮像点が撮像画像に含まれるように照明部２と撮像部３の位置を算出する。そして、経路算出部１２は、照射野情報についてＣＡＤデータを用いて計算した後、撮像照射野をさらに計算し、撮像照射野情報に基づいて撮像点Ｆを定める。撮像点Ｆが定まれば、撮像部３の露光のタイミングを算出できる（ステップＳ１０４）。

経路算出部１２は、複数の撮像点Ｆのそれぞれについて、被検体Ｓを撮像する撮像部３の位置と姿勢を最適化する。複数の撮像点のそれぞれについて、経路算出部１２は、被検体Ｓの表面の法線方向、及び、被検体Ｓの表面の法線方向に対する撮像部３の光軸Ｏの角度を最適化し、ピントの合った鮮明な画像を取得できるように位置補正をする
なお、ステップＳ１０３からＳ１０４の処理について、さらに説明する。経路算出部１２は、光線追跡シミュレーションにより求めた照明部２の照射野が第１の照射野ＩＦ１になるときに、撮像部３の第１の撮像照射野ＰＦ１が第１の照射野ＩＦ１の範囲内に存在するように照明部２を支持する第１のロボット４１の位置及び姿勢、撮像部３を支持する第２のロボット４２の位置及び姿勢を定める。このとき、撮像部３の撮像開口の位置が定まる。撮像開口は、例えば、撮像部３の結像光学素子がφ４０ｍｍの有効径を持つレンズである場合、φ４０ｍｍの円盤形状である。このとき、撮像部３の第１の撮像照射野ＰＦ１も、光線追跡シミュレーションにより算出される。被検体Ｓを撮像する方向（撮像部３の光軸Ｏの姿勢）は、被検体Ｓの表面の法線方向、及び、被検体Ｓの表面の法線方向に対する撮像部３の光軸Ｏのなす角が所定の角度範囲になるようにすることで最適化できる。

経路算出部１２は、照明部２の照射野情報が光線追跡シミュレーションによりある第２の照射野ＩＦ２のときに、撮像部３の第２の撮像照射野ＰＦ２が第２の照射野ＩＦ２の範囲内に存在するように照明部２を支持する第１のロボット４１の位置及び姿勢、撮像部３を支持する第２のロボット４２の位置及び姿勢を定める。つまり、光線追跡シミュレーションよって撮像照射野情報を計算し、照明部２と撮像部３の位置および姿勢を定める。経路算出部１２は、全ての撮像点Ｆでの撮像で全所望領域が撮像できるように、照明部２と撮像部３の経路を算出する（ステップＳ１０３）。

なお、撮像部３は第１の撮像照射野ＰＦ１から第２の撮像照射野ＰＦ２に移動するが、照明部２が第１の照射野ＩＦ１を維持することはあり得る。

例えば、第１の撮像照射野ＰＦ１で第１の画像を取得し、第２の撮像照射野ＰＦ２で第２の画像を取得し、これらをつなぎ合わせて隙間のないシームレスな画像が取得できるとき、それらを連結可能な画像と呼ぶことにする。連結可能な画像を取得するには、撮像部３の第１の撮像照射野ＰＦ１の第１の画像と第２の撮像照射野ＰＦ２の第２の画像との間にとびがないことが必要であり、第１の画像と第２の画像との一部が重なっていてもよい。すなわち、隣接する撮像照射野情報は重なる部分があってもよい。これは、照明部２の照射野情報も同様で、隣接する照射野情報は重なる部分があってもよい。

そして、経路算出部１２は、全ての撮像点Ｆを照明部２の光線で照明しながら、撮像部３で撮像し連結可能な画像を取得するように、光線追跡シミュレーションを用いて照明部２、撮像部３の経路を算出する。

連結可能な画像を取得するために、経路算出部１２は、照明部２の第１スキャン経路Ｄ１および撮像部３の第２のスキャン経路Ｄ２に沿う経路に加えて、撮像部３の撮像シャッタータイミング（露光タイミング）を算出する。つまり、撮像点Ｆを撮像するタイミングを算出する。このように、経路算出部１２は、照明部２の第１スキャン経路Ｄ１および撮像部３の第２のスキャン経路Ｄ２に沿う経路に加えて、撮像部３の撮像シャッタータイミングを時系列で並べたスキャン時系列情報を算出する。

したがって、経路算出部１２は、例えば撮像部３で撮像シャッターを切り、イメージセンサーを露光して第１の画像を取得する撮像タイミング（露光タイミング）を算出する。このときの撮像タイミングの一例は、照明部２で第１の照射野ＩＦ１が照明された状態で、撮像部３の撮像照射野情報が第１の撮像照射野ＰＦ１である状態である。この撮像タイミングのとき、経路算出部１２は、撮像部３で撮像シャッターを切り、イメージセンサーを露光して第１の画像を取得するように算出する。

同様に、経路算出部１２は、例えば撮像部３で撮像シャッターを切り、イメージセンサーを露光して第２の画像を取得する撮像タイミングを算出する。このときの撮像タイミングの一例は、照明部２で第２の照射野ＩＦ２が照明された状態で、撮像部３の撮像照射野情報が第２の撮像照射野ＰＦ２である状態である。この撮像タイミングのとき、経路算出部１２は、撮像部３で撮像シャッターを切り、イメージセンサーを露光して第２の画像を取得するように算出する。このとき、経路算出部１２は、照明部２の第１スキャン経路Ｄ１および撮像部３の第２のスキャン経路Ｄ２に沿う経路に加えて、撮像部３の撮像シャッタータイミングを算出する。

なお、第１の画像の第１の撮像照射野ＰＦ１の大きさと第２の画像の第２の撮像照射野ＰＦ２の大きさとは互いに同じであっても、異なっていてもよい。

したがって、経路算出部１２は、照明部２の照射野情報及び撮像部３の撮像照射野情報に基づき、被検体Ｓの表面の連結可能な全体画像を取得するための、スキャン経路（照明部２及び撮像部３が移動する経路）と撮像タイミングとを、実際に被検体Ｓの光学検査を行う前に定める（ステップＳ１０４）。

次に、光学検査装置１の動作制御部１５は、実際の被検体Ｓの表面に対して、照明部２、撮像部３、可動体４（第１のロボット４１及び第２のロボット４２）を動かし、被検体Ｓの光学検査を行う。動作制御部１５は、経路算出部１２で算出した経路に沿って、照明部２、撮像部３、可動体４をそれぞれ動かす。動作制御部１５は、第１のロボット４１及び第２のロボット４２をそれぞれ制御して動かすとともに、経路算出部１２で複数の撮像点Ｆを設定し、経路算出部１２で算出した経路での撮像タイミングで、各撮像点Ｆが含まれる画像をそれぞれ撮像して、連結画像を取得する。

このように、動作制御部１５は、複数の撮像点Ｆが含まれる画像を取得するように順次、照明部２及び撮像部３を移動させる経路、及び、撮像部３の撮像シャッタータイミングについての経路算出部１２での算出結果に基づいて、可動体４の動作を制御する（ステップＳ１０５）。これにより、動作制御部１５は、経路算出部１２で算出した経路に沿って照明部２及び撮像部３が移動するとともに、撮像点Ｆが含まれる画像を撮像するときに、照明部２及び撮像部３の位置及び姿勢を調整する。また、動作制御部１５は、照明部２及び撮像部３が算出した経路に沿って移動している状態において、照明部２で照明した被検体Ｓの表面の各撮像点Ｆを、撮像部３によって撮像する。

そして、画像処理部１３は、複数の撮像点Ｆが含まれる画像を撮像し、その画像を画像処理する（ステップＳ１０６）。

画像処理部１３は、撮像点Ｆが撮像された画像等に基づいて、被検体Ｓの表面の欠陥等を判定する（ステップＳ１０７）。例えば、画像処理部１３は、被検体Ｓの表面にキズ等がない標準面の像を予め取得し、例えばデータ記憶部７に記憶させておく。そして、標準面の像と、撮像した像とを比較することで、欠陥等の有無を判定する。

本実施形態では、処理装置５は、被検体Ｓの表面のＣＡＤデータに基づいて光線追跡シミュレーションにより照明部２の照射野情報を計算し、光線追跡シミュレーションにより撮像部３で撮像できる撮像照射野情報を計算し、各撮像点Ｆが含まれる画像を取得するように、照明部２及び撮像部３のスキャン経路及び撮像タイミングを予め設定することができる。このように、処理装置５で算出した経路及び撮像タイミングに基づいて、光学検査装置１で被検体Ｓの表面を光学検査する場合、処理装置５は、所望の全検査領域が含まれる連結画像を取得することができる。

本実施形態に係る光学検査装置１によれば、例えば天井にある照明器具により被検体Ｓの表面に光線を照射するとき、第１のロボット４１や第２のロボット４２によって光線が遮蔽され、被検体Ｓの表面上で影となり撮像困難になる位置（撮像点）を撮像することができる。すなわち、意図せず画像として取得できない領域が被検体Ｓの表面に生じることを防止できる。

本実施形態に係る光学検査装置１の光学検査を用いることで、被検体Ｓに対し、同じ撮像条件で表面の画像を取得できる。このため、本実施形態に係る光学検査装置１は、複数の被検体Ｓに対して、例えば被検体Ｓの表面に影を作り出し得るロボットの配置等の影響を考慮することなく、同一の品質で光学検査を行うことができる。

本実施形態に係る光学検査装置１の光学検査を用いることで、実際の被検体Ｓを用いた実機撮影によって撮像部３と照明部２のスキャン経路を決める必要がなくなり、あらかじめ、被検体ＳのＣＡＤ情報からスキャン経路を設定できるという利点がある。

なお、上記のように照射野情報及び撮像照射野情報をあらかじめ理論予測できないとすると、被検体Ｓの表面の連結可能な全体画像を取得するためのスキャン時系列情報をあらかじめ定めることができないと言える。つまり、本実施形態に係る光学検査装置１により照射野情報及び撮像照射野情報を定めることによってはじめて、画像のトビがない、連結可能な全体画像を取得するためのスキャン時系列情報を決定できる。

本実施形態に係る光学検査方法（光学検査プログラム）は、可動体４に支持されて移動する照明部２からの光線を被検体Ｓの表面に照射する際の、被検体Ｓの表面上の照射野に関する照射野情報を算出すること、及び、照射野情報に基づいて、照明部２が移動する経路、又は、可動体４及び照明部２が移動する経路を算出する経路算出処理を行うことを含む。この方法（プログラム）により、照明部２が移動する経路、又は、可動体４及び照明部２が移動する経路として、照明を、被検体Ｓの表面の所望の範囲に例えば少なくとも１回、照射するように算出することができる。そして、この方法により、被検体Ｓの表面の所望の範囲に設定する撮像点にそれぞれ照明を当てた状態で、照明を当てた位置の撮像を撮像部３で行うことで、例えば３次元の被検体Ｓの表面の外観検査を行うことができる。被検体Ｓの表面に対し、照射野を撮像部３で撮像するとき、照明部２と撮像部３の位置関係を最適化することができ、良好な画像を得ることができる。照明部２を適正に動かして照明するため、各画像は、例えばロボットの影等が影響して画像の一部に欠けが生じることを防止することができる。

光学検査方法において、照射野情報は、移動する照明部２からの光線が被検体Ｓの表面で反射された光線により、可動体４に支持されて移動する撮像部３によって被検体Ｓの表面を撮像できる撮像照射野に関する情報を含む。そして、経路算出部で経路を算出することは、可動体４、照明部２及び撮像部３が移動する経路を、照射野情報に基づいて算出することを含む。このため、照射野情報に基づいて、照明部２及び撮像部３の経路を算出することで、被検体Ｓの表面の所望の撮像点を撮像部３で撮像することができる。このため、光学検査方法を用いて、例えば３次元の被検体Ｓの表面の外観検査を行うことができる。このとき、照明部２で照明が当てられた範囲内を撮像部３で撮像するので、被検体Ｓの表面に対して撮像に良好な光が当てられた状態で、良好な画像を得ることができ、検査精度の向上が図れる。

経路算出部で経路を算出することは、撮像部３で画像を撮像するための露光のタイミングの生成を行うことを含む。また、露光のタイミングの生成を行うことは、撮像部３のシャッター及び照明部２のＯＮ／ＯＦＦの少なくとも一方を動作させることを含む。このため、撮像部３で画像を取得する方式は、種々の方式を用いることができる。

光学検査方法は、被検体Ｓの表面の多数の点群によって表現される被検体Ｓの表面の形状データを取得すること、及び、被検体Ｓの表面の形状データに基づいて撮像部３の撮像点を定めることを含む。撮像点が含まれるような画像を繋ぐように可動体４、照明部２、及び撮像部３を動かす経路を設定することにより、所定の範囲の例えば全範囲の画像を取得することができる。このため、各撮像点において光学検査で得られた像と、例えば標準面の像とを比較することで、被検体Ｓの表面に対する光学検査の結果を得ることができる。

光学検査方法において、経路を算出することは、可動体４の位置及び姿勢によらず、照明部２の照射野内に撮像部３の撮像領域を含む状態を維持することを含む。照射野と撮像領域とがこのような関係を維持することで、照明した状態で被検体Ｓの表面の撮像点の像を得ることができる。

なお、撮像部３の撮像開口と被検体Ｓの表面の任意の撮像点Ｆとの距離は、処理装置５の経路算出部１２により算出される。撮像部３の撮像開口と被検体Ｓの表面の撮像点Ｆとの距離は、等距離であることが好適である場合がある。撮像部３の撮像開口と、被検体Ｓの表面との距離を所定の等距離に保つことにより、撮像部３の結像距離を所定の状態に維持することができる。つまり、常にピントが合った状態にすることができる。このように、経路算出部１２により撮像開口と各撮像点Ｆとの間の距離を、それぞれ等距離とするように経路を算出することで、処理装置５は、動作制御部１５により撮像部３の撮像開口と被検体Ｓの表面のある撮像点Ｆとの距離を維持して第２のロボット４２を動かすことができる。このように、撮像部３が鮮明な画像を取得できる結像距離を常に確保することにより、光学検査装置１は、鮮明な画像を得ることができる。

経路算出部１２による撮像部３の経路は、例えば、複数の撮像点の全てを通過し、かつ、複数の撮像点のそれぞれから次の移動先となる撮像点までの移動コストの総和を最小化するように設定することが好適である。処理装置（プロセッサ）５を用いた、経路算出部１２による移動コストの総和を最小化する経路の算出は、種々の方式があるため、ここでの記載を省略する。

経路算出部１２で算出される経路は、第１のロボット４１及び第２のロボット４２の移動コストを低く抑えるため、例えば撮像部３の光軸Ｏが同じ撮像点を複数回通らないことが好適である。経路算出部１２は、必要な場合、複数回、撮像部３の光軸Ｏが同じ撮像点を通るようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、被検体Ｓの表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが可能な光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置５、及び、光学検査装置１を提供することができる。

（変形例）
第１実施形態の変形例に係る光学検査装置１について、図９を用いて説明する。

本変形例では、可動体４は、ベース４０と、ベース４０に支持される１つのロボット（例えば第１のロボット４１）を有する。照明部２及び撮像部３は、連結部９により連結されている。そのため、照明部２及び撮像部３は可動体４により一体で移動する。例えば、撮像部３を第２のスキャン経路Ｄ２に向かって移動させると、照明部２が連動して移動する。

なお、処理装置５は、第１実施形態で説明したように、可動体４の可動範囲に基づいて、光線追跡シミュレーションにより、照射野情報を取得し、照明部２及び撮像部３の経路を算出する。光線追跡シミュレーションにより照射野情報を取得する場合、照明部２及び撮像部３の位置関係が反映される。

本変形例に係る光学検査装置１により、第１実施形態に係る光学検査装置１と比較し、照明部２及び撮像部３を可動させるロボットの台数を減らすことができる。

本変形例によれば、図６から図８に示すフローチャートに沿って、光学検査方法（光学検査プログラム）を実行することができる。このため、本変形例によれば、被検体Ｓの表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが可能な光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置５、及び、光学検査装置１を提供することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る光学検査装置１について、図１０を用いて説明する。本実施形態は、変形例を含む第１実施形態の更なる変形例であって、第１実施形態で説明した部材と同一の部材及び同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

図１０に示す光学検査装置１は、可動体４及び処理装置５の図示を省略する。本実施形態に係る光学検査装置１の照明部２及び撮像部３は、所定の位置関係を維持する。可動体４は、照明部２及び撮像部３を一体に可動する。

撮像部３は、レンズ３１と、イメージセンサー３２とを備える。イメージセンサー３２は、レンズ３１の光軸Ｏ上に配置される。そして、レンズ３１によって、イメージセンサー３２に光線Ｂ１が結像される。撮像開口はレンズ３１の有効領域である。つまり、撮像開口の形状は円盤であり、撮像開口の直径はレンズ３１の有効径である。

照明部２は、例えばレンズ３１とイメージセンサー３２との間に配置されるビームスプリッタ２１を有する。なお、ビームスプリッタ２１の位置は、レンズ３１と被検体Ｓの表面との間にあってもよい。

照明部２からの光線Ｂは、例えばレンズ３１とイメージセンサー３２との間に配置されるビームスプリッタ２１を介し、光軸Ｏに沿って被検体Ｓの表面へと照射される。すなわち、ビームスプリッタ２１は、照明部２からの光線Ｂを、光軸Ｏに沿って被検体Ｓの表面へと照射するように光線方向を変化させる。このような照明方式を同軸落射方式と呼ぶ。

照明部２からの光線Ｂは、ビームスプリッタ２１で向きが変わり、レンズ３１を通して被検体Ｓの表面に照射される。被検体Ｓの表面に照射された光線Ｂの一部は、被検体Ｓの表面で反射する。被検体Ｓの表面で反射する光線Ｂ１の強度方向分布はBRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)で表すことができる。BRDFは、被検体Ｓの表面の法線Ｎの方向と照明の照明方向（物体への入射方向）Ｌに依存する量である。撮像部３の撮像照射野ＰＦは、BRDFが得られれば、幾何光学に基づいて理論計算することができる。このように、BRDFを用いて撮像照射野ＰＦを計算することも光線追跡シミュレーションの一種である。

そして、同軸落射方式の照明とすることで照明部２と撮像部３を一体化かつコンパクトにすることができる。

本実施形態では、照明部２及び撮像部３の位置によらず、照明部２の照射野ＩＦの範囲に撮像部３の撮像領域が入る状態を維持できる。経路算出部１２は、例えば、各撮像点Ｆを例えば撮像部３の光軸Ｏが通るように経路を算出する。この場合、可動体４の制御を容易にしつつ、各撮像点Ｆにおいて、それぞれ照明光で照明された画像を取得することができる。

本実施形態によれば、照明部２からの光線Ｂと、撮像部３の光軸Ｏとが同軸となる。そして、照明部２からの光線Ｂと、被検体Ｓの表面のある撮像点Ｆでの法線Ｎとを同軸にすることができる。このため、可動体４（１つのロボット４１）に対して、照明部２と撮像部３との位置関係を固定することによって、処理装置５は、照射野ＩＦ及び撮像照射野ＰＦを照明部２からの光線情報と被検体Ｓの表面情報（ＣＡＤデータ）の各撮像点Ｆの法線Ｎの方向とに基づいて算出することができる。そして、処理装置５は、照射野ＩＦ及び撮像照射野ＰＦの算出情報に基づいて、被検体Ｓの表面の連結可能な全体画像を取得するためのスキャン時系列情報を決定する。

ここで、第１実施形態で説明した第１のロボット４１及び第２のロボット４２を動かす場合、被検体Ｓの表面に対し撮像部３が好ましくは所定距離を維持しながら、照明部２の照射野に撮像部３の撮像領域の全体を入れる制御が必要となる。また、第１実施形態の変形例で説明した第１のロボット４１に撮像部３を固定し、撮像部３に照明部２を連結する場合、被検体Ｓの表面に対し撮像部３が好ましくは所定距離を維持しながら、照明部２の照射野に撮像部３の撮像領域の全体を入れ、かつ、照明部２を被検体Ｓに離間させる制御が必要となる。

これに対し、本実施形態の場合、照明部２の光線Ｂの照射野ＩＦに、撮像部３の撮像領域の全体を入れることができる。このため、本実施形態によれば、照明部２により、所望の撮像点Ｆ及びその周囲を照射野ＩＦとした状態で、撮像部３により、所望の撮像点Ｆを含む撮像照射野ＰＦを容易に撮像することができる。また、撮像部３の光軸を撮像点Ｆの法線方向と一致させることにより、撮像点Ｆの周囲のピントを合わせることができる。したがって、本実施形態に係る光学検査装置１を用いることにより、被検体Ｓの表面に生じたキズ等の凹凸の有無の判断を行うための良好な画像を得ることができる。

本実施形態によれば、図６から図８に示すフローチャートに沿って、光学検査方法（光学検査プログラム）を実行することができる。このため、本実施形態によれば、被検体Ｓの表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが可能な光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置５、及び、光学検査装置１を提供することができる。

（第１変形例）
第２実施形態の第１変形例について、図１１を用いて説明する。図１１には、第２実施形態の第１変形例に係る光学検査装置１を示す。

本変形例に係る光学検査装置１の撮像部３は、さらに、多波長開口３３を備える。多波長開口３３は、並設された複数の波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃを有する。物体Ｓを反射した光線Ｂ１が波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃを通過すると、通過した波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃに応じて特定の波長領域を持つ光線となる。例えば、多波長開口３３が３つの波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備えるとする。白色の光線Ｂ１が３つの波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃを通過すると、それぞれの波長領域が４５０ｎｍから５００ｎｍ、５００ｎｍから６００ｎｍ、６００ｎｍから７５０ｎｍとなるとする。つまり、多波長開口３３の３つの波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃによって、白色光はそれぞれ青光、緑光、赤光となる。ただし、これら波長は、この限りではなく、波長選択領域の選択により適宜に設定可能である。

照明部２からの光線Ｂは、ビームスプリッタ２１を介し、光軸Ｏに沿って被検体Ｓの表面へと照射される。上述したように、被検体Ｓで反射された光線の強度方向分布はBRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)で表すことができる。BRDFは、被検体Ｓの表面の法線Ｎの方向と照明の照明方向（物体への入射方向）Ｌに依存する量である。撮像照射野ＰＦは、BRDFが得られれば、幾何光学に基づいて理論計算することができる。このように、BRDFを用いて撮像照射野ＰＦを計算することも光線追跡シミュレーションの一種とする。

また、BRDFが得られれば、多波長開口３３のどの波長選択領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃを光線Ｂ１が通過するかがわかる。そのため、処理装置５は、イメージセンサー３２で撮像する撮像画像の色分布を計算することができる。

BRDFは、被検体Ｓの表面の微小な凹凸の有無によって大きく変化する。これにより、被検体Ｓの表面の微小な凹凸の有無によって、撮像画像の色分布が大きく変化する。微小欠陥が無いときの被検体Ｓの表面に対する撮像画像の色分布をあらかじめリファレンス（標準面）として理論計算しておくとする。このリファレンスを用いると、撮像画像の色分布のリファレンスからの差分をとることにより、微小欠陥を識別できる。なお、リファレンスとして、実際にイメージセンサー３２で取得する像を用いてもよい。

本変形例の場合、照明部２の照明光は、ビームスプリッタ２１、レンズ３１を通して、多波長開口３３に入射される。このため、多波長開口３３を通過した、所定の波長を有する光が、被検体Ｓの所定の範囲に入射される。

本変形例によれば、図６から図８に示すフローチャートに沿って、光学検査方法（光学検査プログラム）を実行することができる。ここでは、光学検査方法は、それぞれの領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃを光線が通過することにより、特定の波長スペクトルを持つ光線Ｂ１となる多波長開口３３が備えられた撮像部３を介して画像を取得することを含む。このため、例えば画像処理により、被検体Ｓの表面が正常であるか否か、容易に検査することができる。

そして、本変形例によれば、被検体Ｓの表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが可能な光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置５、及び、光学検査装置１を提供することができる。

（第２変形例）
第２実施形態の第２変形例について、図１２を用いて説明する。図１２には、第２実施形態の第２変形例に係る光学検査装置１を示す。本変形例は、第２実施形態の第１変形例の更なる変形例であって、第１変形例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同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

図１１に示す第２実施形態の第１変形例に係る光学検査装置１では、多波長開口３３はレンズ３１の直前に配置する例について説明した。すなわち多波長開口３３は、レンズ３１と被検体Ｓの表面との間に配置される。多波長開口３３の配置はこの限りではなく、多波長開口３３をレンズ３１に対してどのような位置に配置してもよい。例えば、図１２に示す本変形例に係る光学検査装置１のように、レンズ３１の焦点面に多波長開口３３を配置してもよい。この場合、撮像部３によって被検体Ｓの表面上の物点からイメージセンサー上の像点に結像される際、物点によらずに光線方向と光線の色の関係を一定にすることができる（例えば、非特許文献２参照）。

なお、例えば、照明部２の位置を、被検体Ｓの表面に近い位置にずらし、ビームスプリッタ２１を多波長開口３３と物体Ｓとの間に配置してもよい。そして、光学検査装置１の照明の照明方向Ｌは、図１１に示す状態と同じ状態となるように設定する。図１２に示す本変形例に係る光学検査装置１は、このように形成しても、図１１に示す光学検査装置１と同様に光学検査を行うことができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、被検体Ｓの表面検査において、所望の範囲を見落とし（画像欠け）なく光学検査することが可能な光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置５、及び、光学検査装置１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。

１…光学検査装置、２…照明部、３…撮像部、４…可動体、５…処理装置、６…処理実行部、７…データ記憶部、８…ユーザインタフェース、９…連結部、１１…データ取得部、１２…経路算出部、１３…画像処理部、１５…動作制御部、２１…ビームスプリッタ、３１…撮像開口（レンズ）、３２…イメージセンサー、３３…多波長開口、３３ａ…波長選択領域、３３ｂ…波長選択領域、３３ｃ…波長選択領域、４０…ベース、４１…第１のロボット、４２…第２のロボット、Ｓ…被検体、Ｂ，Ｂ１…光線、Ｄ１，Ｄ２…スキャン経路、Ｆａ～Ｆｃ…撮像点、ＩＦ１，ＩＦ２…照射野、ＰＦ１，ＰＦ２…撮像照射野、Ｒａ～Ｒｃ…撮像範囲、Ｔｂ～Ｔｅ…三角形。

Claims (14)

1. 可動体に支持されて移動する照明装置からの光線を被検体の表面に照射する際の、前記被検体の表面上の照射野に関する照射野情報を算出すること、
   前記照射野情報に基づいて、前記照明装置が移動する経路を算出する経路算出処理を行うこと、
   を含む、光学検査方法。
2. 前記照射野情報は、移動する撮像装置によって前記被検体の表面が撮像できる撮像照射野に関する情報を含み、
   前記経路算出処理は、前記可動体で支持された前記照明装置の移動経路及び前記撮像装置の移動経路を前記照射野情報に基づいて算出することを含む、請求項１に記載の光学検査方法。
3. 前記撮像装置は前記可動体で支持されることを含む、請求項２に記載の光学検査方法。
4. 前記経路算出処理は、前記照明装置及び前記撮像装置の経路を算出する際、前記撮像装置で画像を撮像する際の露光のタイミングを算出することを含む、請求項２又は請求項３に記載の光学検査方法。
5. 前記露光のタイミングを算出することは、前記撮像装置のシャッター及び前記照明装置のＯＮ／ＯＦＦの少なくとも一方を動作させるタイミングを算出することを含む、請求項４に記載の光学検査方法。
6. 前記被検体の表面上の多数の点群によって表現される前記被検体の表面の形状データを取得すること、
   前記形状データに基づいて前記撮像装置の撮像点を算出すること
   を含む、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学検査方法。
7. 前記経路算出処理は、前記照明装置及び前記撮像装置の経路を算出する際、前記照明装置の前記照射野内に前記撮像装置の前記撮像照射野が存在する状態を維持するように前記可動体の位置及び姿勢を算出することを含む、請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学検査方法。
8. 複数の波長領域を持ち、各波長領域を通過した光線が互いに異なる波長スペクトルを有する光線となる多波長開口が備えられた前記撮像装置による撮像画像を取得することを含む、請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学検査方法。
9. コンピュータで実行させるプログラムであり、前記プログラムは、可動体に支持されて移動する照明装置からの光線を被検体の表面に照射する際の、前記被検体の表面上の照射野に関する照射野情報を前記コンピュータに算出させ、
   前記照射野情報に基づいて、前記照明装置を動かす経路を前記コンピュータに算出させる、光学検査プログラム。
10. 可動体、及び、前記可動体に支持される照明装置を用いた被検体の表面の光学検査に関する処理装置であって、
    前記可動体に支持されて移動する前記照明装置からの光線を被検体の表面に照射する際の、前記被検体の表面上の照射野に関する照射野情報を算出し、
    前記照射野情報に基づいて、前記照明装置を移動させる経路を算出する、
    プロセッサを含む、処理装置。
11. 請求項１０に記載の処理装置と、
    前記処理装置により制御される前記可動体と、
    前記可動体に支持され、前記処理装置による制御により照明光を照射するとともに、前記処理装置で前記被検体の表面上の前記照射野情報が算出される前記照明装置と、
    を備える、光学検査装置。
12. 前記照明装置によって前記被検体の表面を照射した後、前記被検体の表面から反射された光線で撮像する撮像装置を備え、
    前記照射野情報は、前記照明装置によって前記被検体の表面を照射した後、前記被検体の表面から反射された光線が前記撮像装置に入射するような撮像照射野に関する情報を含む、請求項１１に記載の光学検査装置。
13. 前記撮像装置は、複数の波長領域を持ち、各波長領域を通過した光線が互いに異なる波長スペクトルを有する光線となる多波長開口を備える、請求項１２に記載の光学検査装置。
14. 前記可動体は、前記照明装置と前記撮像装置を一体に可動する、請求項１２又は請求項１３に記載の光学検査装置。