JP2023139658A - 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】 物体の表面の情報を取得する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、光学検査方法は、物体の表面からの互いに異なる複数の所定波長の光を選択的に通過させる波長選択部を通過した光を用い、複数の所定波長の光を区別して受光する色チャンネルを有するイメージセンサーで撮像して画像を取得し、画像の各画素において、光を受光した色チャンネルのチャンネル数を色の数として推定する色数推定処理を行い、色の数に基づいて、物体の表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理、あるいは、物体の表面の状態を識別する表面状態識別処理の少なくとも一方の処理を行う。【選択図】 図２

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。

様々な産業において，物体の非接触での表面測定が重要となっている。従来方法では，光線を分光して物体に照明し、撮像素子でそれぞれ分光された画像を取得し、各光線方向を推定して物体面の情報を取得する手法がある。

米国特許第５，６７５，４０７号明細書

W. L. Hows, "Rainbow schlieren and its application," Applied Optics, vol. 23, No. 14, 1984. Hiroshi Ohno and Takahiro Kamikawa, "One-shot BRDF imaging system to obtain surface properties," Optical Review volume 28, pages655-661 (2021).

本発明が解決しようとする課題は、物体の表面の情報を取得する光学検査方法、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、物体の表面からの互いに異なる複数の所定波長の光を選択的に通過させる波長選択部を通過した光を用い、前記複数の所定波長の光を区別して受光する色チャンネルを有するイメージセンサーで撮像して画像を取得し、前記画像の各画素において、光を受光した前記色チャンネルのチャンネル数を色の数として推定する色数推定処理を行い、前記色の数に基づいて、前記物体の表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理、あるいは、前記物体の表面の状態を識別する表面状態識別処理の少なくとも一方の処理を行う。

第１実施形態の光学検査装置の模式的な構成を示す概略的な断面図。 図１に示す光学検査装置の処理装置の処理フローを説明するフローチャート。 第１実施形態の変形例に係る光学検査装置の模式的な構成を示す概略的な断面図。 第２実施形態の光学検査装置の模式的な構成を示す概略的な断面図。 第２実施形態の光学検査装置の作用を説明する概略図。 第２実施形態の光学検査装置の作用を説明する概略図。 第３実施形態の光学検査装置の模式的な構成を示す概略的な断面図。 第１から第３実施形態に係る光学検査装置の波長選択部の一例。 第１から第３実施形態に係る光学検査装置の波長選択部の一例。 第１から第３実施形態に係る光学検査装置の波長選択部の一例。 第１から第３実施形態に係る光学検査装置の波長選択部の一例。

以下に各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり，各部分の厚みと幅との関係，部分間の大きさの比率などは，必ずしも現実のものと同一とは限らない。また，同じ部分を表す場合であっても，図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において，既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

本明細書において、光は電磁波の一種であり、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波なども含まれるとする。本実施形態において、光は可視光であるとし、例えば波長は４５０ｎｍから７００ｎｍの領域にあるとする。

（第１実施形態）
本実施形態に係る光学検査装置１０について、図１及び図２を参照して説明する。

図１には、本実施形態の光学検査装置１０の光軸Ｌを含む模式的な断面図を示す。図１に示すように、光学検査装置１０は、撮像部１２と、波長選択部１４と、処理装置１６とを有する。

撮像部１２は、光軸Ｌを有する結像光学素子２２と、イメージセンサー（撮像素子）２４とを有する。

結像光学素子２２は、波長選択部１４とイメージセンサー２４との間に設けられる。結像光学素子２２は、例えば結像レンズである。図１において、結像光学素子２２の結像レンズは模式的に１つのレンズで代表して描いているが、複数のレンズから構成される組レンズであってもよい。あるいは、結像光学素子２２は、凹面ミラーや凸面ミラー、あるいはそれらの組み合わせでもよい。つまり、結像光学素子２２は、物体の一点、つまり物点から発した光線群を共役な像点に集める機能を有する光学素子であればなんでもよい。

結像光学素子２２によって物体の表面の物点から発した光線群が像点に集められる（集光される）ことを結像という。あるいは、結像関係があるとは、物点が像点（物点の共役点）に移されることである。十分に遠い物点から発せられた光線群が結像光学素子２２によって移される共役点の集合面を、結像光学素子２２の焦点面と呼ぶ。また、焦点面に垂直な線であり、結像光学素子２２の中心を通るものを光軸Ｌとする。このとき、この光線によって移される物点の共役な像点を焦点と呼ぶ。

本実施形態に係るイメージセンサー２４は、少なくとも１つ以上の画素を持ち、各画素は少なくとも２つの異なる波長の光線、つまり第１の波長の光線と、第１の波長とは異なる波長の第２の波長の光線を受光できるとする。イメージセンサー２４が配置された領域を含む面を、結像光学素子２２の像面とする。イメージセンサー２４はエリアセンサーでもよく、ラインセンサーでもよい。エリアセンサーとは、同一面内にエリア状に画素を配列させたものである。また、ラインセンサーは、画素をライン状に配列させたものである。また各画素でＲ、Ｇ、Ｂの３チャンネルのように、複数の所定波長の光を区別して受光する色チャンネルを備えるものでよい。ただし、Ｒ、Ｇ、Ｂに対してそれぞれ独立な画素を備えてもよく、それらのＲ、Ｇ、Ｂの各画素をまとめて一つの画素と考えてもよい。本実施形態では、イメージセンサー２４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とする。つまり、イメージセンサー２４は、波長４５０ｎｍの青光と、波長６５０ｎｍの赤光をそれぞれ独立な色チャンネルで受光できるとする。

波長選択部１４は、複数の所定波長の光を選択的に通過させる。波長選択部１４は、少なくとも２つ以上の波長選択領域３２，３４，３６を有する。図１中の波長選択部１４は、３つの波長選択領域３２，３４，３６を有する。図１に示す断面において、波長選択領域３２，３４は隣接する。また、図１に示す断面において、波長選択領域３２，３６は隣接する。

波長選択部１４のうち２つの波長選択領域を、第１の波長選択領域３２と第２の波長選択領域３４とする。第１の波長選択領域３２は第１の波長を含む波長スペクトルを有する光線を通過させる。ここで、光線を通過させるとは、透過あるいは反射によって光線を物点から像点に向かわせることを意味する。本実施形態において、第１の波長選択領域３２は特定範囲の第１の波長の光線を透過させるとする。一方、第１の波長選択領域３２は、第１の波長と異なる第２の波長の光線を実質的に遮蔽する。ここで遮蔽とは、光線を通過させないことを意味する。つまり、光線を物点から像点に向かわせないことを意味する。ただし、遮蔽は、光線の強度が大幅に低減され、残りのわずかな成分が通過する場合も含める。第２の波長選択領域３４は第２の波長の光線を含む波長スペクトルを通過させる。一方、第２の波長選択領域３４は、第１の波長の光線を実質的に遮蔽する。例えば、第１の波長は４５０ｎｍの青光とし、第２の波長は６５０ｎｍの赤光とする。ただし、これに限らず、各波長は何でもよい。
このように、隣り合う波長選択領域３２，３４は、通過／遮蔽する波長が異なる。

ここで、物体Ｏの表面における物点からの反射光の方向分布はＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）と呼ばれる分布関数で表すことができる。ＢＲＤＦは、一般的に、物体の表面性状・形状によって変化する。例えば、物体Ｏの表面が粗いと反射光は様々な方向に広がるため、ＢＲＤＦは広い分布となる。つまり、物体Ｏの表面が粗いと、広い角度にわたって反射光が存在することになる。一方、物体Ｏの表面が鏡面になると、反射光はほぼ正反射成分のみとなり、ＢＲＤＦは狭い分布となる。このように、ＢＲＤＦは物体Ｏの表面の表面性状・形状を反映する。ここで物体Ｏの表面性状・形状とは、表面粗さでもよく、例えばミクロンサイズの微小な凹凸でもよく、表面の傾きでもよく、ひずみなどでもよい。つまり、物体Ｏの表面性状・形状とは、物体Ｏの表面の高さ分布に関するものならばなんでもよい。物体Ｏの表面性状・形状が、微細な構造で構成されるとき、その典型的な構造スケールはナノスケールでもよく、ミクロンスケールでもよく、ミリスケールでもよく、どのようなスケールでもよい。

処理装置１６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、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、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、半導体メモリ等の書き込み及び読み出しが随時に可能な不揮発性メモリが挙げられる。

処理装置１６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１６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１６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１６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１６では、イメージセンサー２４からの画像取得、イメージセンサー２４から取得した画像に基づく各種算出処理は、プロセッサ等によって実行され、記憶媒体が、データ記憶部として機能する。

また、処理装置１６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、イメージセンサー２４からの画像取得、イメージセンサー２４から取得した画像に基づく各種算出処理が、仮想プロセッサによって実行され、クラウドメモリが、データ記憶部として機能する。

なお、本実施形態では、処理装置１６は、イメージセンサー２４を制御するとともに、イメージセンサー２４から得た像データに対して各種の演算を行う。

以上の構成のもとで、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作原理について図１及び図２を用いて説明する。図２は、処理装置１６を用いて、物体Ｏの表面の情報を取得する光学検査処理フローである。なお、本実施形態では、図１に示す第３の波長選択領域３６は遮蔽されているとする。

図１において、物体Ｏの表面の第１の物点Ｏ１には例えばミクロンサイズの凹凸欠陥があるとし、物体Ｏの表面の第２の物点Ｏ２は鏡面であるとする。ＢＲＤＦは、物体Ｏの表面性状に依存して変化する。このとき、第１の物点Ｏ１における符号１で示す第１のＢＲＤＦは、第２の物点Ｏ２における符号２で示す第２のＢＲＤＦに対して広い分布を持つ。つまり、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２では、それぞれ異なるＢＲＤＦを有する。

第１の物点Ｏ１からの第１のＢＲＤＦ１に属する光線は、例えば、赤光、青光、緑光の波長を含む。第１の物点Ｏ１からの第１のＢＲＤＦ１に属する第１の光線Ｂ１は、波長選択部１４の第１の波長選択領域３２を通過すると、例えば、波長４３０ｎｍから波長４８０ｎｍまでのスペクトルを有する青光となる。第１の物点Ｏ１からの第１のＢＲＤＦ１に属する第２の光線Ｂ２は、波長選択部１４の第２の波長選択領域３４を通過し、例えば、波長６２０ｎｍから波長６８０ｎｍまでのスペクトルを有する赤光となる。

第２の物点Ｏ２からの第２のＢＲＤＦ２に属する光線Ｂは、例えば、赤光、青光、緑光の波長を含む。第２の物点Ｏ２からの第２のＢＲＤＦ２に属する光線Ｂは、光軸Ｌに平行又は略平行で、波長選択部１４の第２の波長選択領域３４を通過し、波長６２０ｎｍから波長６８０ｎｍまでのスペクトルを有する赤光となる。

ここで、第１の物点Ｏ１は結像光学素子２２によってイメージセンサー２４上の第１の像点Ｉ１に移される。第２の物点Ｏ２は結像光学素子２２によってイメージセンサー２４上の第２の像点Ｉ２に移される。これにより、処理装置１６は、イメージセンサー（エリアセンサー）２４を制御し、イメージセンサー２４で画像を取得する画像取得処理を行う（ステップＳ１０１）。すなわち、イメージセンサー２４で取得した画像は、処理装置１６に電気信号として送られる。

なお、イメージセンサー２４で撮像される像点Ｉ１の像データ、像点Ｉ２の像データには、物体Ｏ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、得られる像点Ｉ１，Ｉ２の色は、物体Ｏの表面自体の色に依存するのでなく、波長選択部１４の設定により選択的に通過させる波長に依存する。このため、本実施形態に撮像部１２で取得する像点Ｉ１，Ｉ２の像データは、波長選択部１４を適宜に設定することにより、同じ物体Ｏの表面の像であっても、波長選択部１４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、イメージセンサー２４上の第１の像点Ｉ１において、少なくとも青光と赤光が受光される。すなわち、イメージセンサー２４上の第１の像点Ｉ１に対応する画素は、青光と赤光とを受光する。そのため、処理装置１６は、第１の物点Ｏ１からの光が、少なくとも２種類の波長選択領域３２，３４を通過したことを認識する。一方、第２の像点Ｉ２において赤光のみがイメージセンサー２４によって受光される。すなわち、イメージセンサー２４上の第２の像点Ｉ２に対応する画素は、赤光を受光する。そのため、処理装置１６は、第２の物点Ｏ２からの光が１種類の波長選択領域３４しか通過しなかったことを認識する。このように、処理装置１６によるイメージセンサー２４の各画素において光を受光した色チャンネルの数を出力する処理を色数推定処理（受光色数推定処理）と呼ぶ。つまり、処理装置１６は、処理装置１６による色数推定処理により各像点Ｉ１，Ｉ２に対応する画素で受光した光の色の数を取得できる（ステップＳ１０２）。

ただし、色の数の数え方は、背景ノイズ（暗電流ノイズやイメージセンサー２４や波長選択部１４の分光性能など）をどのように設定するかによって様々な流儀が考えられる。例えば、イメージセンサー２４の分光性能によっては、緑光がイメージセンサー２４に到達していないにも関わらず、赤光によって緑光に対応する電気信号が反応することがあり得る。そこで、処理装置１６は、背景ノイズをオフセットするなどして、色の数と光線が通過した波長選択領域３２，３４の数を対応づけるためのキャリブレーションを行う。このようなキャリブレーションにより、処理装置１６は、正確な色の数を取得することができる。

各画素で受光する色の数が多いほど物体Ｏの物点Ｏ１でのＢＲＤＦ（散乱光分布）は広がっており、各画素で受光する色の数が少ないほど物体Ｏの物点Ｏ２でのＢＲＤＦ（散乱光分布）は狭くなると考えられる。そのため、処理装置１６は、各像点Ｉ１，Ｉ２に対する色数推定処理により各像点Ｉ１，Ｉ２における色の数を取得することによって、各物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの違いを識別できる（ステップＳ１０３）。

以上により、処理装置１６は、少なくとも２つの異なる波長選択領域３２，３４を有する波長選択部１４を通過した物体Ｏからの光をイメージセンサー２４で撮像させて、少なくとも２つの異なる波長をそれぞれ含む２つの異なる波長スペクトルに対応する画像を取得し、それらの少なくとも２つの異なる波長スペクトルに対応する画像の各画素において、光を受光した色チャンネルのチャンネル数を色の数として推定する色数推定処理を行い、色の数に基づいて、物体Ｏの表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理を行うことができる。

ＢＲＤＦは物体Ｏの表面性状・形状と相関がある。このため、処理装置１６は、物体Ｏの表面における各物点Ｏ１，Ｏ２の表面性状の違いを、波長選択部１４を通過した光を用いて撮像部１２で取得した像データに基づいて識別できる（ステップＳ１０４）。なお、処理装置１６は、各画素において受光した色の数に基づいて、各物点Ｏ１，Ｏ２におけるＢＲＤＦの違いを認識することなく、直接的に、物体Ｏの表面性状・形状の違いとして識別する表面状態識別処理を行うことができる。ここで、表面性状・形状は表面状態として言い換えることができる。すなわち、処理装置１６は、色の数に基づいて、物体Ｏの表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理、あるいは、物体Ｏの表面状態を識別する表面状態識別処理の少なくとも一方の処理を行うことも好適である。このため、表面状態識別処理を行った後、散乱光分布識別処理を行うこともできる。

そして、本実施形態に係る光学検査装置１０を用いることにより、照明をＲ、Ｇ、Ｂ等に分光することなく、非接触で物体Ｏの表面の情報（表面状態）を取得することができる。また、物体Ｏの表面が鏡面であるとき、物体Ｏ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ため、ＢＲＤＦを取得できれば、表面の三次元形状を取得できる（非特許文献２参照）。例えば物点Ｏ１における凹凸欠陥を三次元形状として取得できる。

また、本実施形態に係る光学検査装置１０は、波長選択部１４を撮像部１２と物体Ｏとの間、すなわち、撮像部１２の前面に配置することができる。このため、本実施形態に係る光学検査装置１０は、どのような撮像部（つまりカメラ）１２に対しても本光学系を組むことができる。つまり、撮像部１２の選択幅を、本実施形態に係る光学検査装置１０により広げることができる。つまり、波長選択部１４を通過した光が撮像用の結像光学素子（結像レンズ）２２を通過するという構成により、波長選択部１４を容易に配置できるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏの表面の情報を取得する光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０を提供することができる。

また、波長選択部１４は、物体Ｏと撮像部１２との間で、支持部１５によって支持される。支持部１５は、波長選択部１４を例えば光軸Ｌの軸回りに回転させることが可能である。ＢＲＤＦが特別な異方性を有する場合、処理装置１６は、支持部１５により波長選択部１４を回転させながら物体Ｏの表面をイメージセンサー２４で撮像することで、精度のよいＢＲＤＦ分布を取得することができる。

（第１変形例）
第１実施形態の第１変形例に係る光学検査装置１０について説明する。

本変形例では、イメージセンサー２４の各画素は、赤、青、緑の３つの色チャンネルを備える。つまり、イメージセンサー２４は、波長４５０ｎｍの青光、波長６５０ｎｍの赤光、波長５３０ｎｍの緑光をそれぞれ独立な色チャンネルで受光できる。

また、図１に示すように、波長選択部１４は、第１の波長選択領域３２、第２の波長選択領域３４、及び、第３の波長選択領域３６を備える。第３の波長選択領域３６は第３の波長の光線を含む波長スペクトルを通過させる。一方、第３の波長選択領域３６は、第１の波長、第２の波長の光線を実質的に遮蔽する。例えば、第１の波長は４５０ｎｍの青光とし、第２の波長は６５０ｎｍの赤光とし、第３の波長は５３０ｎｍの緑光とする。ただし、これに限らず、各波長は何でもよい。第１実施形態の波長選択部１４の第３の波長選択領域３６は、遮蔽部として説明したが、本変形例では、第３の波長を通過させる波長選択領域として用いる。

第１の物点Ｏ１からの第１のＢＲＤＦ１に属する第３の光線Ｂ３は、波長選択部１４の第３の波長選択領域３６を通過し、例えば、波長５２０ｎｍから波長５８０ｎｍまでのスペクトルを有する緑光となる。緑光は、第１の物点Ｏ１から第１の像点Ｉ１に移される。これにより、イメージセンサー２４では、第１の像点Ｉ１において赤光、青光、緑光の３色受光する。処理装置１６は、色数推定処理によって、第１の像点Ｉ１での色数が３となる。これにより、第１の物点Ｏ１の像が移される第１の像点Ｉ１での色数が３であるのに対し、第２の物点Ｏ２の像が移される第２の像点Ｉ２での色数が１であり、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２の色数の差は一層明確になる。

したがって、本変形例によれば、物体Ｏの表面の情報をより高精度に取得し、より高精度な光学検査を行うことができる光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０を提供することができる。

（第２変形例）
第１実施形態の第２変形例に係る光学検査装置１０について図３を用いて説明する。本変形例に係る光学検査装置１０は、基本的に第１実施形態に係る光学検査装置１０と同じである。以下では、差分について述べる。

図３に示す波長選択部１４の例では、図１に示す第２の波長選択領域３４に代えて、第３の波長選択領域３６を用いる。図３に示すように、例えば、第３の波長選択領域３６は、波長選択部１４において、２箇所に配置される。このように、波長選択部１４は、例えば波長選択領域３６など、同じ波長スペクトルの光を通過させ、異なる波長スペクトルの光を遮蔽する領域を繰り返して使用することができる。このため、例えば、第３の波長選択領域３６は、波長選択部１４において、３箇所に配置されることもある。

波長選択部１４がこのように構成されても、処理装置１６は、第１の物点Ｏ１に対応する第１の像点Ｉ１での色数が２であり、第２の物点Ｏ２に対応する第２の像点Ｉ２での色数が１として出力する。このため、第１の像点Ｉ１、第２の像点Ｉ２での色数に違いができる。そのため、処理装置１６は、第１の像点Ｉ１に対応する第１の物点Ｏ１の第１のＢＲＤＦ１と、第２の像点Ｉ２に対応する第２の物点Ｏ２の第２のＢＲＤＦ２との違いを識別できる。

波長選択部１４は、同種の波長選択領域３６を繰り返して使うことにより、イメージセンサー２４で区別するべき波長スペクトルの種類を低減できる。つまり、波長選択部１４の波長選択領域３６を少なくとも２回以上繰り返して配置することで、イメージセンサー２４の色チャンネル数を減らしたり、波長選択部１４の光学性能を落としたり、例えば安価なものにしたりしても、十分な効果が得られるという利点がある。

ただし、波長選択領域３６を繰り返して配置する場合、波長選択部１４の隣り合う２つの波長選択領域３２，３４は、光を通過させる所定波長が互いに異なる。つまり、隣り合う２つの波長選択領域３２，３６で光を通過させる所定波長が異なることで、ＢＲＤＦが広がってそれら２つの波長選択領域３２，３６を同時に通過したか、あるいはＢＲＤＦが狭くなってそれら２つの波長選択領域３２，３６のうち一つを通過したかの識別が可能となる。

以上説明したように、本変形例によれば、物体Ｏの表面の情報を取得する光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０を提供することができる。

（第２実施形態）
本実施形態に係る光学検査装置１０について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は、基本的に第１実施形態に係る光学検査装置１０と同じである。以下では、差分について述べる。

図４には、本実施形態の光学検査装置１０の結像光学素子２２の光軸Ｌに沿う断面図を示す。光軸Ｌは、イメージセンサー２６に直交する。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、さらに、照明部１８とビームスプリッター２０とを備えている。

本実施形態に係る波長選択部１４は複数（ここでは３つ）の波長選択領域３２，３４，３６を備える。各波長選択領域３２，３４，３６は、結像光学素子２２の光軸Ｌに直交する面内で例えばストライプ状又は線状であるとする。つまり、波長選択部１４の各波長選択領域３２，３４，３６は図４の紙面に直交する方向に延びているとする。

図４に示す断面において、複数の波長選択領域３２，３４，３６が配置されている。つまり、図４に示す断面は、複数の波長選択領域３２，３４，３６を並べて配置する方向が含まれている。一方、図４に示す断面に直交する方向（つまり、図４の紙面に直交する方向）に対し、複数の波長選択領域３２，３４，３６は変化しないとする。

照明部１８は、物体Ｏの表面に光を照射する。照明部１８は、光源４２、開口４４、及び、照明用レンズ４６を備える。開口４４はスリット状であるとする。つまり、開口４４は、例えば、長手方向が２００ｍｍで短手方向は０．８ｍｍであるとする。開口４４を通過した光はストライプ状となる。図４の開口４４は、短手方向の断面図を示す。

照明用レンズ４６は例えばシリンドリカルレンズであるとし、長手方向が２００ｍｍであるとし、焦点距離は例えば５０ｍｍであるとする。図４は、短手方向を含む断面図を示す。スリット状の開口４４は照明用レンズ（シリンドリカルレンズ）４６の焦点面に配置される。

光源４２は、例えばＬＥＤが用いられる。光源４２としてのＬＥＤは、例えば３ｍｍ×３ｍｍの面発光型のものを、図４の紙面に直交する方向に複数配列する。

以上の構成により、図４に示す断面において、照明部１８は、平行光を生成できる。照明部１８は図４に示す同一断面内に平行光を照射する。平行光は、ビームスプリッター２０により、結像光学素子（レンズ）２２の光軸Ｌに沿って物体Ｏの表面へと照射される。このような照明の方式を同軸落射と呼ぶ。

以下、本実施形態に係る光学検査装置１０の動作原理について図４及び図５を用いて説明する。

図５は、照明部１８の図示を省略する。図５に示す物体Ｏの表面が鏡面であるとし、結像光学素子（結像レンズ）２２の光軸Ｌに物体Ｏの表面が直交するとする。このとき、照明部１８から物体Ｏの表面に入射した平行光は、物体Ｏの表面で反射され、光軸Ｌに沿って撮像部１２へ向かう。このとき、波長選択部１４の波長選択領域３２，３４，３６に応じて、物体Ｏの表面の領域がそれぞれ異なる色で撮像される。

つまり、物体Ｏの表面のうち、第４の光線Ｂ４と第５の光線Ｂ５との間の平行光を反射する領域は、第１の波長選択領域３２を通過して青光となる。物体Ｏの表面のうち、第５の光線Ｂ５と第６の光線Ｂ６との間の平行光を反射する領域は、第２の波長選択領域３４を通過して赤光となる。物体Ｏの表面のうち、第７の光線Ｂ７と第４の光線Ｂ４との間の平行光を反射する領域は、第３の波長選択領域３６を通過して緑光となる。つまり、処理装置１６は、物体Ｏの表面が鏡面状の平面であり、例えば凹凸がないとき、撮像する全領域に渡ってイメージセンサー２４の取得画像の色数を１として推定することができる。

このとき、図４及び図５中の第１の物点Ｏ１に凹凸欠陥が存在したとする。照明部１８からの平行光が第１の物点Ｏ１に照射されると、その第１の物点Ｏ１におけるＢＲＤＦは、物体Ｏの表面が鏡面状の平面で凹凸がないときに比べて広がる。物点Ｏ１からの光線は、例えば、第１の波長選択領域３２、第２の波長選択領域３４、第３の波長選択領域３６の全てを通過してイメージセンサー２４に第１の像点Ｉ１として結像される。つまり、第１の物点Ｏ１に対応する第１の像点Ｉ１の色数は３となる。これにより、処理装置１６は、第１の物点Ｏ１でＢＲＤＦが広い分布を持つことを即座に認識できる。つまり、処理装置１６は、各物点での色数を相対的に比較することなく、色数の絶対値に応じてＢＲＤＦの分布の大きさを絶対評価することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏの表面の情報を取得する光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０を提供することができる。

（第３実施形態）
本実施形態に係る光学検査装置１０について、図６を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は、基本的に第２実施形態に係る光学検査装置１０と同じである。以下では、差分について述べる。

図６には、本実施形態の光学検査装置１０の断面図を示す。図６に示すように、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２のそれぞれのＢＲＤＦを第１のＢＲＤＦ１、第２のＢＲＤＦ２とする。第１のＢＲＤＦ１の方が第２のＢＲＤＦ２よりも広がって分布するとする。

波長選択部１４において、第１の波長選択領域３２、第２の波長選択領域３４、第３の波長選択領域３６が形成されている。ただし、第２の波長選択領域３４と第３の波長選択領域３６とは同じ種類であるとする。つまり、第２の波長選択領域３４と第３の波長選択領域３６とにそれぞれ同じ光を入射させると、同じ波長スペクトルの光が通過し、残りが遮蔽される。ここでは、例えば、第１の波長選択領域３２は青光を通過させるとし、第２の波長選択領域３４及び第３の波長選択領域３６は赤光を通過させるとする。

第１のＢＲＤＦ１に含まれる光線は、例えば、第１の光線Ｂ１、第２の光線Ｂ２、第３の光線Ｂ３である。第１の光線Ｂ１は第１の波長選択領域３２を通過する。第２の光線Ｂ２は第２の波長選択領域３４を通過する。第３の光線Ｂ３は第３の波長選択領域３６を通過する。これにより、赤光と青光の２色がイメージセンサー２４上の像点Ｉ１で撮像される。

一方、第２のＢＲＤＦ２に含まれる光線は、例えば、第８の光線Ｂ８、第９の光線Ｂ９、第１０の光線Ｂ１０である。第８の光線Ｂ８は、第１の波長選択領域３２と第２の波長選択領域３４との境界を通過する。第９の光線Ｂ９は、第２の波長選択領域３４を通過する。第１０の光線Ｂ１０は、第１の波長選択領域３２を通過する。これにより、青光と赤光の２色がイメージセンサー２４上の像点Ｉ２で撮像される。このとき、処理装置１６は、第１の物点Ｏ１と第２の物点Ｏ２に対応する色数はいずれも２と識別する。第１のＢＲＤＦ１の方が第２のＢＲＤＦ２よりも広がって分布しているが、色の数では、ＢＲＤＦの違い、すなわち、物体Ｏの表面性状の違いを区別、識別できないことがある。

これを区別するためには、第３の波長選択領域３６を第１の波長選択領域３２及び第２の波長選択領域３４と異なるものとすればよい。例えば、第２の波長選択領域３４を通過した光が赤光になるとし、第３の波長選択領域３６を通過した光が緑光になるとする。このようにすれば、第１の物点Ｏ１の像点Ｉ１で撮像される色数は３となり、第２の物点Ｏ２に対する色数は２となる。これにより、ＢＲＤＦの違いを識別できる。

つまり、処理装置１６は、少なくとも３つの異なる所定波長の光を選択的に通過させる波長選択領域３２，３４，３６を有する波長選択部１４を通過した光を用い、物体Ｏからの光を撮像し、少なくとも３つの異なる波長スペクトルに対応する画像を取得し、少なくとも３つの異なる波長スペクトルに対応する画像から光が通過した波長選択領域３２，３４，３６の数（イメージセンサー２４で受光した色の数）を推定することで、物体Ｏの表面からの散乱光（ＢＲＤＦ）を識別することができる。

ここで、第８の光線Ｂ８は第１の波長選択領域３２と第２の波長選択領域３４との境界を通過するために、像点Ｉ２での色数は２となり得る。このように、第１の波長選択領域３２と第２の波長選択領域３４との境界を通過する光は色数が２となり得る。このため、そのような波長選択領域３２，３４間の境界、又は、波長選択領域３２，３６間の境界を通過してくる光を考慮すると、波長選択部１４は少なくとも３つの波長選択領域３２，３４，３６を用意しておくとよい。つまり、各画素において取得する色数を最大３以上となるようにしておくことで、波長選択領域３２，３４間の境界、又は、波長選択領域３２，３６間の境界を通過する光も含めてＢＲＤＦの識別ができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、物体Ｏの表面の情報を取得する光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０を提供することができる。

（第４実施形態）
本実施形態に係る光学検査装置１０について、図７を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る光学検査装置１０は、基本的には第２実施形態に係る光学検査装置１０と同じである。以下は差分について述べる。

図７には、本実施形態に係る光学検査装置１０の斜視図を示す。

本実施形態に係る光学検査装置１０は、照明部１８が第２実施形態に係る光学検査装置１０の照明部１８とは異なる。

図７に示す光学検査装置１０において、光軸Ｌを含み、かつ、波長選択部１４の配列方向を含む断面において、照明部１８からの光を平行光とする。光軸Ｌの方向は、イメージセンサー２４に直交する方向と一致する。そのため、同断面は、イメージセンサー２４に直交する方向を含み、かつ、波長選択部１４の配列方向を含む断面と言い換えることができる。これを第１の断面Ｓ１とする。また、第１の断面Ｓ１に直交投影（正投影）した光線において、照明部１８からの光は平行光とする。一方、第１の断面Ｓ１に直交する断面を第２の断面Ｓ２とする。第２の断面Ｓ２に直交投影した光線において、照明部１８からの光は平行光ではなく、拡散光とする。このため、照明部１８は、第１の波長選択領域３２及び第２の波長選択領域３４が波長選択部１４に配列される方向と結像光学素子２２の光軸Ｌで張られる断面Ｓ１内において平行光であり、第１の断面Ｓ１と直交する断面において拡散光である照明光を物体Ｏの表面に照明する。

波長選択部１４は複数の波長選択領域３２，３４，３６を備える。各波長選択領域３２，３４，３６はストライプ状であるとする。波長選択部１４は、第１の断面Ｓ１を横切る、複数の波長選択領域３２，３４，３６を有する。つまり、図７に示す第１の断面Ｓ１は波長選択領域３２，３４，３６を並べる方向が含まれている。一方、図７に示す第１の断面Ｓ１に直交する第２の断面Ｓ２において、各波長選択領域３２，３４，３６は変化しない。例えば、第２の断面Ｓ２が第１の波長選択領域３２を横切る場合、第２の断面Ｓ２は、第２の波長選択領域３４及び第３の波長選択領域３６を横切らない。同様に、第２の断面Ｓ２が第２の波長選択領域３４を横切る場合、第２の断面Ｓ２は、第１の波長選択領域３２及び第３の波長選択領域３６を横切らない。第２の断面Ｓ２が第３の波長選択領域３６を横切る場合、第２の断面Ｓ２は、第１の波長選択領域３２及び第２の波長選択領域３４を横切らない。

照明部１８は物体Ｏの表面を照射し、物体Ｏの表面に照射野Ｆを形成する。照射野Ｆ内の第１の物点Ｏ１は結像光学素子（結像レンズ）２２によってイメージセンサー２４上の第１の像点Ｉ１に結像される。第１の物点Ｏ１において、ＢＲＤＦは第１のＢＲＤＦ１となる。第１の光線Ｂ１は第１のＢＲＤＦ１に含まれる。

第１の断面Ｓ１に直交投影した光線において、第１のＢＲＤＦ１の分布の広がりは、波長選択部１４の波長選択領域３２，３４，３６を通過し、イメージセンサー２４上の像点Ｉ１に対応する画素で受光した光の色数で識別できる。すなわち、処理装置１６は、イメージセンサー２４で受光した像に基づいて、物点Ｏ１におけるＢＲＤＦの広がりを、イメージセンサー２４で受光した光の色数に基づいて識別する。

ただし、照明部１８から物体Ｏの表面に照射される光は平行光であるので、第１の断面Ｓ１に直交投影した光線において、撮像部１２では画角が狭くなる。つまり、第１の断面Ｓ１に直交投影した光線において、撮像部１２の撮像範囲は狭い。

一方、第２の断面Ｓ２あるいはそれに平行な断面において、イメージセンサー２４に入射される波長の数（色数）は一定となる。なぜならば、第２の断面Ｓ２あるいはそれに平行な断面において、波長選択部１４の波長選択領域は変化しないからである。ただし、第２の断面Ｓ２に直交投影した光線において、照明部１８からの光は拡散光であるので、撮像部１２での画角は広くなる。

以上により、イメージセンサー２４の取得画像において、光軸Ｌと直交する２つの方向に対し、第１の方向（第１の断面Ｓ１に沿う方向）では画角は狭いが、第１の方向に直交する第２の方向（第２の断面Ｓ２に沿う方向）では画角を広くできる。また、第１の像点Ｉ１における色数は、第１の断面Ｓ１に直交投影した光線における色数となる。

これらにより、本実施形態に係る光学検査装置１０は、照明部１８からの光を完全に平行光にした場合と比較し、全体としての画角が広くできるという効果がある。また、波長選択領域３２，３４，３６をストライプ状としたことにより、そうでない場合と比べて、全体としての画角を広くできるという効果がある。

したがって、本実施形態によれば、物体Ｏの表面の情報をより高精度に取得し、より高精度な光学検査を行うことができる光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０を提供することができる。

（波長選択部１４の例）
図８から図１１には、様々な波長選択部１４の例を示す。図８から図１１に示す波長選択部１４は、光軸Ｌに直交して配置される。図８から図１１に示す波長選択部１４は、例えば支持部１５（図１等参照）によって、光軸Ｌの軸回りに適宜に回転させて用いることができる。

図８に示す波長選択部１４は、上述した青を通過させる波長選択領域３２、赤を通過させる波長選択領域３４、緑を通過させる波長選択領域３６に加えて、青と緑の波長選択領域の境界には、例えば水色の波長選択領域３８が配設される。また、赤と緑の波長選択領域の境界には、例えば黄色の波長選択領域４０が配設される。図８に示す波長選択部１４の例では、青、赤、緑の波長選択領域３２，３４，３６がストライプ状で、略同じ幅に形成される。水色の波長選択領域３８、黄色の波長選択領域４０は、青、赤、緑の波長選択領域３２，３４，３６よりも幅が狭く形成される。なお、水色の波長選択領域３８、黄色の波長選択領域４０は、略同じ幅に形成される。

図９に示す波長選択部１４は、第１の領域５２と、第２の領域５４とを有する。第１の領域５２と第２の領域５４とは、図９中の左右方向に並べられている。第１の領域５２は、図８に示す波長選択部１４と同様に形成される。第２の領域５４は、図８に示す波長選択部１４の幅よりもそれぞれの波長選択領域が幅広に形成される。

図１０に示す波長選択部１４は、青を通過させる波長選択領域３２、赤を通過させる波長選択領域３４を有する。波長選択領域３２、波長選択領域３４は、図１０の紙面の左右方向に繰り返されている。波長選択領域３２，３４のそれぞれの幅は例えば一定である。

図１１に示す波長選択部１４は、第１の領域６２と、第２の領域６４、第３の領域６６とを有する。第１の領域６２、第２の領域６４、及び、第３の領域６６は、図１１中の左右方向に並べられている。第１の領域６２は、第２の領域６４よりも各波長選択領域３２，３４，３６が、幅広に形成される。第２の領域６４は、第３の領域６６よりも各波長選択領域３２，３４，３６が、幅狭に形成される。第３の領域６６は、第２の領域６４よりも各波長選択領域３２，３４，３６が、幅広に形成される。

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、物体の表面の情報を取得する光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置１６、及び、光学検査装置１０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。

１０…光学検査装置、１２…撮像部、１４…波長選択部、１５…支持部、１６…処理装置、２２…結像光学素子、２４…イメージセンサー、３２…第１の波長選択領域、３４…第２の波長選択領域、３６…第３の波長選択領域、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…光線、Ｉ１，Ｉ２…像点、Ｏ１，Ｏ２…物点。

Claims (13)

1. 物体の表面からの互いに異なる複数の所定波長の光を選択的に通過させる波長選択部を通過した光を用い、前記複数の所定波長の光を区別して受光する色チャンネルを有するイメージセンサーで撮像して画像を取得し、
   前記画像の各画素において、光を受光した前記色チャンネルのチャンネル数を色の数として推定する色数推定処理を行い、
   前記色の数に基づいて、前記物体の表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理、あるいは、前記物体の表面の状態を識別する表面状態識別処理の少なくとも一方の処理を行う、
   光学検査方法。
2. 前記波長選択部は、
   第１の領域で、前記物体の表面からの第１の波長の光を通過させ、前記第１の波長とは異なる第２の波長及び第３の波長の光を遮蔽し、
   第２の領域で、前記物体の表面からの前記第２の波長の光を通過させ、前記第１の波長及び前記第３の波長の光を遮蔽し、
   第３の領域で、前記物体の表面からの前記第３の波長の光を通過させ、前記第１の波長及び前記第２の波長の光を遮蔽し、
   前記イメージセンサーの前記色チャンネルは、前記第１の波長の光、前記第２の波長の光、及び、前記第３の波長の光をそれぞれ区別して受光し、
   前記色数推定処理は、前記イメージセンサーで取得した前記画像の各画素において、光を受光した前記色チャンネルのチャンネル数を前記色の数として推定する、
   請求項１に記載の光学検査方法。
3. 前記波長選択部は、
   第１の領域で、前記物体の表面からの第１の波長の光を通過させ、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を遮蔽し、
   第２の領域で、前記物体の表面からの前記第２の波長の光を通過させ、前記第１の波長の光を遮蔽し、
   前記第１の領域及び前記第２の領域が前記波長選択部に配列される方向と前記イメージセンサーに直交する方向で張られる断面内において平行光であり、その断面と直交する断面内において拡散光である照明光を前記物体の表面に照明する、
   請求項１に記載の光学検査方法。
4. 物体の表面からの第１の波長の光を通過させ、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を遮蔽する第１の領域、前記第２の波長の光を通過させ、前記第１の波長の光を遮蔽する第２の領域を有する波長選択部を通過した光を用い、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を区別して受光する色チャンネルを有するイメージセンサーで撮像し、画像を取得する画像取得処理と、
   前記画像の各画素において、光を受光した前記色チャンネルのチャンネル数を色の数として推定する色数推定処理と、
   前記色の数に基づいて、前記物体の表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理、あるいは、前記物体の表面の状態を識別する表面状態識別処理の少なくとも一方の処理と
   をプロセッサに実行させる、光学検査プログラム。
5. 物体の表面からの互いに異なる複数の所定波長の光を選択的に通過させる波長選択部を通過した光を用い、前記複数の所定波長の光を区別して受光する色チャンネルを有するイメージセンサーで撮像して画像を取得し、
   前記複数の所定波長の波長スペクトルに対応する画像の各画素において、光を受光した前記色チャンネルのチャンネル数を色の数として推定する色数推定処理を行い、
   前記色の数に基づいて、前記物体の表面からの散乱光分布（ＢＲＤＦ）を識別する散乱光分布識別処理、あるいは、前記物体の表面の状態を識別する表面状態識別処理の少なくとも一方の処理を行う、
   プロセッサを含む、処理装置。
6. 前記物体の表面からの第１の波長の光を通過させ、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を遮蔽する第１の領域と、前記物体の表面からの前記第２の波長の光を通過させ、前記第１の波長の光を遮蔽する第２の領域とを有する波長選択部と、
   前記波長選択部を通過した、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を区別して受光する色チャンネルを有するイメージセンサーと、
   前記物体の表面の物点から発した光線群を前記イメージセンサー上の像点に集める結像光学素子と、
   請求項５に記載の処理装置と
   を有する、光学検査装置。
7. 前記結像光学素子は、前記波長選択部と前記イメージセンサーとの間に設けられる、
   請求項６に記載の光学検査装置。
8. 前記波長選択部の前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記結像光学素子の光軸に直交する面内でストライプ状である、
   請求項６又は請求項７に記載の光学検査装置。
9. 前記第２の領域は、前記波長選択部において、少なくとも２箇所に配置される、
   請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学検査装置。
10. 前記物体の表面に光を照射する照明部を有する、
    請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学検査装置。
11. 前記照明部は、同一断面内に平行光を照射する、
    請求項１０に記載の光学検査装置。
12. 前記照明部は、前記第１の領域と前記第２の領域とが配列される方向と前記結像光学素子の光軸で張られる断面内において平行光であり、前記第１の領域及び前記第２の領域が配列される方向に直交する方向と前記光軸で張られる断面内において拡散光である照明光を照射する、
    請求項１０に記載の光学検査装置。
13. 前記波長選択部を支持し、前記波長選択部を前記イメージセンサーの前記光軸の軸回りに回転させる支持部を有する、請求項６乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学検査装置。