JP2023521175A - 表面を光学的に検査するための方法及び検査デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は物体（１）の表面（１０）を光学的に検査する方法及び検査デバイス（９）に関する。この方法では、画像捕捉シーケンス中に時系列的に周期的でありそして様々な照明パターン（１３０）を有するパターン（１３）が検査デバイス（９）の照明デバイス（８）により表面（１０）上に生成され、画像捕捉シーケンスにおいて、表面（１０）上のパターン（１３）の複数画像が検査デバイス（９）の画像捕捉デバイス（７）により捕捉され、様々な照明パターン（１３０）のうちの１つの照明パターン（１３０）の生成はパターン（１３）の画像のうちの１つの画像の捕捉と何れの場合も同期され；位相パターン（１３）は、少なくとも１つの画素内で捕捉された知られた照明パターン（１３０）のシーケンスから判断され；表面（１０）上の欠陥（４、５）は、生成された知られた照明パターン（１３０）から捕捉された照明パターン（１３０）の偏差から識別される。照明デバイス（８）及び画像捕捉デバイス（７）は反射角（α）で配置され、物体（１）は検査デバイス（９）に対して移動され、そして画像捕捉シーケンスの期間は、シーケンス反射領域（１７）が一定である（図４ｂ）と見做され得るように選択される。

Description

本発明は、物体の表面の光学的検査のための方法及び検査デバイスだけでなく本方法及び検査デバイスの有利な使用にも関係する。

本方法を使用する際、様々な照明パターンを有する時間周期的パターンが検査デバイスの照明デバイスにより画像記録シーケンス中に表面上に生成される。画像記録シーケンスにおいて／中、表面上のパターンの多くの画像が検査デバイスの画像記録デバイスにより記録される。

このプロセス中、様々な照明パターンのうちの１つを生成することは、画像記録シーケンスからの各画像が様々な照明パターンの既知の照明パターンによりそれぞれ記録されるやり方でパターンの画像のうちの１つの画像の画像記録とそれぞれ同期される。換言すれば、これは、正確に１つの照明パターンが各カメラ画像内で可視であるということを意味する。画像記録とパターン生成とを同期することにより、照明パターンが画像記録の露光時間中に変化しないということが特に実現される。一連の記録された既知の照明パターンから、パターンの位相が少なくとも１つの像点において判断される。パターン及びパターンの周期的に異なる照明パターンは知られているので、像点は知られたパターンの点に関連付けられ得る。表面上では、欠陥が、生成された既知の照明パターンからの少なくとも１つの画像において記録された照明パターンの偏差から検出される。表面上の欠陥は既知のパターン（１つの画像において記録された１つの既知の照明パターン）の歪みに至る。これは、好適なアルゴリズムを使用することにより（例えば適切に好適なコンピューティングデバイスにより）、専門家に基本的に知られた画質評価により欠陥を識別しそして出力することを可能にする。いくつかの表面エリアを次から次へと走査することにより（すなわち表面の様々なエリアへの反復適用により）、全表面又は表面の選択部分が検査され得る。

表面検査中、最重要タスクの１つは、それらのトポロジー特徴に起因して光偏向を引き起こす欠陥を検出し分類することにその本質がある。これらの欠陥はしばしば、トポロジー欠陥としてであるが単に表面上の輝度又はニュアンスの変化として眼により全く知覚されない。しばしば、運動中の検査が必要である又は少なくとも有利である。特に、本発明の観点でのこのような表面の好ましいアプリケーションは後段階において説明されることになる。

原理的に、本発明による方法は反射面の光学的検査に好適である。本発明の観点での反射面は理想的反射（すなわち鏡面反射）表面及び反射特性に加えて或る散乱効果も呈示する表面の両方を含む。ここでの判断基準は、パターン（表面上へ投影されるパターンも含む）により照明された表面が画像で光学的に記録可能であるということである。

表面の検査のための長く確立された方法は偏向測定法である。これは、カメラにより表面上の既知のパターンの反射の画像を記録することとこれをコンピュータにおいて評価することとに関与する。表面内の欠陥は検出される表面上のパターンの歪みに至る。記録ジオメトリ及びパターンジオメトリが知られていれば、これは表面の３Ｄトポグラフィを判断するためにも使用され得る。どのようにこれが行われるかの様々な方法が専門家に知られている。これらは、本発明という観点では公知であると見なされ、したがってもはや詳細には説明されない。

偏向測定法の基本原理は、表面に入射する光線の偏向を判断することと、カメラ（記録デバイス）から発しそして表面上で鏡面反射された可視光線が入射するパターン内の点が識別されるということとにその本質がある。換言すれば、表面上の可視光線の偏向は、対応スポット（反射点）において表面法線（反射点において表面に対し垂直方向に直立する）の方向に依存する反射において判断される。このように判断された法線場（normal field）から、表面のトポグラフィが例えば積分により判断され得る。

点を見出すための一般的に使用される方法は、使用されるパターンが周期パターンである所謂位相シフト方法であり、そして判断されるべき点のパターンの位相位置が見出される判断が行われる。

これは、パターンの１つの画像で十分である又はいくつかの画像を必要とするいくつかの方法とは原理的に異なる。

１つの画像で十分である方法は、「これらの方法が、移動表面上でも使用され得、そしてしたがって例えばウェブ製品（web product）の検査のために始めからより好適であるように見える、又は生産プロセスにおいてより好適であるように見える」という利点を有する。しかし、これらの方法は、欠陥に対しより脆弱である又はビーム経路内の第２の物理的に存在するパターンを必要とするという不都合を有する。例えば国際公開第９８／１７９７１Ａ１号は、どのように最小ビーム偏差が検出及び判断され得るかの方法を開示した。本質的に、ストライプパターンがここではカメラにより監視される。説明された方法に関しては、カメラの画素グリッドが第２のパターンとして使用されるので単一画像で十分である。しかし、ここでの不都合は、カメラ及びパターンが非常に精密な調節を必要とするということである。生産プロセスなどの産業環境では、これは実現するのが非常に困難である又は不当な費用においてだけ実現される。

多くの画像を操作する方法は、欠陥に対して実質的により頑強であり、そして時間がかかる調節を必要としない。パターンは、互いに対してシフトされたいくつかの位相位置に連続的に表示され記録される。特に簡単な評価は、それぞれ１／４周期長のずれでもって４回記録される正弦波的輝度曲線を有するストライプパターンが使用されれば生じる。しかし、他のパターン及び一連のパターンも可能である。各画素内の一連のグレイ値から、パターン内の位相位置が生じる。この方法は、関連教科書及び記事（例えばe.g. Gorthi and Rastogi, Fringe Projection Techniques: Whither we are?, Proc. Optics and Lasers in Engineering, 48(2): 133-140, 2010）に包括的に説明されている。しかし、不都合は、表面の同じスポットのいくつかの画像が必要とされるということである。しかし、生産プロセスにおける膜及び他のウェブ製品（基本的に検査デバイスに対して移動する表面）の検査中に、表面の全く同じスポットのいくつかの写真を撮ることは表面が連続的に移動しているので実際には不可能である。例えば、高速度で走るウェブは製造中に停止されることができない。我々は、ウェブと同期して移動する検査デバイスを使用することによりこの問題を解決することができた。正直なところ、このような解決策は技術的に複雑であり、したがって高価であり、そして特に生産環境においてはしばしば利用可能でない多量の空間を必要とする。

欧州特許第２，３９０，６５６Ｂ１号は、走るウェブ面がラインカメラにより好適に監視される方法を開示した。照明は、ウェブに対し横断方向に取り付けられた迅速切り替え可能パターン照明（好適にはＬＥＤ照明）から構成される。この照明は個々に制御可能なＬＥＤ又はＬＥＤモジュールから構成され、これにより、様々な照明パターンを非常に速く且つ動的に生成することが可能である。切り替えと画像記録とは、様々な照明パターンを有する表面の画像が立て続けに記録され得るように同期される。特に、走査及び切り替えは非常に迅速に行われ得るので、送り方向の画像記録間の距離は送り方向の画素の広がりより非常に小さい。したがって、画像はほぼ同じスポットにおいて記録され得る。しかし、正確に同じスポットにおける記録は、これによっては実現されることができない。

本発明の目的は、移動表面の検査のための頑強な選択肢（特に生産プロセスなどの産業環境においてすら簡単なやり方で実現され得る）を提案することである。

本発明によると、この目的は請求項１に記載の方法及び請求項１２に記載の検査デバイスにより満たされる。

始めに説明された方法により、（反射区域内の表面上で垂直方向にアライメントされた表面法線それぞれに対する）反射角で配置される照明デバイス及び画像記録デバイスのための手立てがなされる。「反射角で」は、像点の端光線（すなわち像点の端から発する可視光線）が表面上の反射点において反射されそして像点における照明パターンの可視エリア（パターンエリア）をマーキングするということを意味する。換言すれば、表面上のパターンの照明パターンの反射は画像記録デバイスの像点内に正確にマッピングされる。したがって、カメラ（記録デバイスとしての）は照明パターン（すなわち、例えば照明ラインとして設計され得る照明デバイス）上に正確に向いている。

移動物体により、反射角は、静止検査デバイスに対する表面の形状及びその配置が変化しない限り変化しない。これは、曲率が平均で一定であり且つ表面の表面法線の方向（少なくとも可視光線の方向に対する）が無視可能なだけ変化すれば平坦面又は少し曲がった表面に当てはまる。これは、例えば波状表面構造（表面法線の方向の変化が小さい）を有するケースであり得る。「小さい」は、変化がただ非常に大きいのでパターンエリアは像点において可視なままであるということを意味する。したがって、パターンエリアはそれに応じて送り方向に広くなければならない。これがもはや可能でなくなると直ちに、本発明による方法は静止検査デバイスにより適用されることができない。しかし、この場合、提案された独創的方法による検査デバイスは曲面全体にわたりそれぞれ反射配置で移動され得る。

表面法線の方向の変化の既知の周期性に起因して、検査デバイスの機械的追跡は、反射条件が厳守されるように、又は反射角が平坦照明デバイス及び記録デバイスを使用することに起因して記録エリア内に在るように、且つ周期的に発生する反射角に従って像点が選択されるように、可能である限り、本方法は曲面にも使用され得る。

これとは無関係に、本方法は、パターンの変化が検査デバイスにより明確に検出され得る限り不完全性のトポロジーを判断するために使用され得る。

より大きな表面エリアを検査することができるために、又は例えば製造中の連続検査を許容するために、表面の検査中に物体及びしたがって物体の表面を検査デバイスへ（好適には規定された又は厳密に制御された移動方向に）移動させるための手立てが本発明にしたがって行われる。

始めに説明された位相シフト方法に関して、画像シーケンスに属する画像は表面の同じスポットを常に記録するということが実際に必要である。ここでは記録デバイスに対して移動する材料ウェブなどの移動面が検査されるので、これは可能ではない。それにもかかわらず、本方法を使用することができ且つパターンの位相を検出することができるために、画像記録シーケンスの期間は、シーケンス反射区域（sequence reflection zone）が一定であると見なされるのに十分に短くなるように選択される。シーケンス反射区域は、反射区域により覆われ画像記録シーケンスからそれぞれの画像内に記録される全表面エリアとして定義される。簡略化されたやり方で表現すると、画像記録シーケンスの画像は、この画像記録シーケンスの最初の画像から最後の画像までの運動が非常に小さいので捕捉された表面エリア（反射区域）は表面の実質的に同じスポットと依然として見なされ得るような速度で次から次へと記録される。

画像記録シーケンスからのそれぞれの画像において反射区域により全体的に覆われる表面エリアは、共通エリア内の画像記録シーケンス中に記録されたすべての個々の画像のすべての反射区域を組み合わせることから生じ、これはシーケンス反射区域と呼ばれる。次に、この表面エリアは、画像記録からのすべての画像の反射区域が少なくとも４０％以上、好適には少なくとも６０％だけ重畳すれば、少なくとも略一定であると見做され得る。しかし、これらの値は、固定値としてではなく専門家がそれぞれの条件に対し恐らく実験的に適合させ得る典型的指針値として理解されるべきである。原理的に、本方法は、光学条件に起因してパターンの明確に１周期長未満が１つの像点上へマッピングされる限りうまく働く。凹面鏡効果に起因して大きなパターンエリアを像点上へマッピングする表面の凹状曲率が特に極めて重要である。故障検出のためには、４０％～７０％重畳のエリアで十分であるはずであり、表面法線の推定（すなわち表面のトポロジーの推定）は６０％～８０％重畳のエリアが十分であるはずである。表面の形状及び発生欠陥のタイプに依存して、専門家がそれぞれの検査デバイスをセットアップする際に本発明の教示に基づき試験測定結果の助けを借りて恐らく経験的に判断及び／又は予め定義し得る他のエリアもまた生じ得る。換言すれば、「画像記録シーケンス内で記録された画像を時系列に非常に迅速に次から次へと記録するので、画像記録シーケンスの最初の画像から最後の画像までの物体の運動に起因する表面のシフト経路は非常に小さいので最初の画像及び最後の画像の反射区域は表面上の同一エリアと見なされ得るやり方で画像記録シーケンスの期間を選択すること」が本発明に従って提案される。物体の静止時に取られる測定結果と比較して、「上記条件がより良く満たされればされる程大きさが低下する」測定誤差が生じる。

像点において捕捉される（カメラ画素により又は恐らくいくつかのカメラ画素の組み合わせにより定義される最小解像度で）表面上の反射区域は記録ジオメトリ（距離、記録角度）及び記録光学系により予め定義される。表面法線に対する反射角での記録デバイス及び照明デバイスの配置に起因して、２つのデバイスの一方のデバイスの角度の変化もまた、他のデバイスのために再生されなければならない。これは、反射角の変化を比較的高価にする。同じことは、記録光学系における変化にそれぞれ当てはまる。反射区域のサイズ及び／又は反射区域内にマッピングされたパターンエリアのサイズは、本発明に従って、記録デバイス及び／又は照明デバイスの距離を介し比較的簡単なやり方で変更又は調節され得る。正直なところ、これはまた、検査デバイスの構造の変更を必要とする。

本発明によると、本発明により提案された方法を行う際に他のパラメータに影響を与えることが容易である。次に、本方法を行う際に好適なパラメータについて説明する。シーケンス反射区域が一定であると見做され得るやり方で物体の所定速度及び移動方向に基づき画像記録シーケンスの期間を適合化するために、以下に列挙される方策のうちの１つ又は累積的に複数を引き受けることは本発明の好適な実施形態に従って可能である。

したがって、本発明の実施形態による方法を行う際、像点のサイズが設定されるための手立てがなされ得る。最も単純な場合、像点のサイズはカメラ（画像記録デバイスとして使用される）の画素解像度に対応し得る。これは、カメラの所与の距離及びカメラの所定焦点長に関し、可能な限り高い解像度を表す。カメラの解像度が高ければ高いほど、表面上の像点に関連付けられた反射区域は小さくなり、そして表面上で検出可能な欠陥はより小さくなる。像点のサイズを変更するための１つの選択肢は、カメラの画素解像度を変更することにその本質がある。カメラの画素解像度（本発明による好ましいデジタル画像記録のための）は、カメラの記録センサ（露光時間中に、個々の画素（センサ画素）がこの画素に入射する光を捕捉する（積分する））として使用される光チップにより予め判断される。解像度を低減することにより、像点のサイズはまた、１つの像点を形成するためにカメラのいくつかのセンサ画素を組み合わせることにより実現され得る。また、１つの像点は画素と呼ばれることがある。しかし、画像画素及びセンサ画素は、いくつかのセンサ画素が１つの画像画素を形成するために組み合されれば異なる。

一実施形態によると、像点のサイズを設定することは、１つの画像画素を形成するために記録デバイスの記録センサのいくつかの画素（センサ画素）を組み合わせることにより行われ得る。一変形態様では、物体の移動方向と物体の運動方向に対し横断方向とにおいて組み合わせられた画素の数は本発明による様々なやり方で選択され得る。１つの画像記録シーケンス内の個々の画像の反射区域のより高いカバレッジをそれぞれ実現するために、反射区域のサイズを物体の運動方向に増加することは低解像度を受け入れることにより得策であり得る。結果として、物体の運動方向のシーケンス反射区域が拡大される。それに対し横断方向に、より高い解像度が維持され得る。物体の運動方向及びその表面に対し横断方向の解像度は、記録ジオメトリ（すなわち、本質的には、像点のサイズ（可能な限り小さい広がりに関して画像記録デバイスの記録センサの画素サイズにより制限される）、レンズの焦点長、及び視認距離）によりもっぱら判断される。運動方向に対し横断方向の解像度は運動により影響されない。

動きボケ（movement blur）は運動の長手方向に発展する。画像記録中のカメラは１つの像点（記録センサの画素に必ずしも一致しない画像の画素）内のすべての光（露光中にこの像点に入射する）を積分するという事実に起因して、１つの像点上にマッピングされる監視表面が運動方向に拡張する。移動面（像点に関連付けられた反射区域とも呼ばれる）に対して、像点は（いわば）長さが伸長されたように見える。「長手方向」及び「横断方向」はここでは運動方向を指し、そしてカメラの行方向及び列方向に必ずしも一致する必要はない。斜め視角に関して、各画素はカメラの行及び列方向に対し対応するやり方で斜めに伸長されるように見える。

マルチ画像位相シフト方法のために記録される一連の画像（画像記録シーケンス中の）では、表面上の同じスポットは、すべての画像内の各像点（画像画素）において実際にマッピングされるべきである。しかし、多くの画像を次から次へと記録する際、これらは移動面に対し互いに対しシフトされる。したがって、これを補正するために、様々な画像の反射区域が表面上のほぼ同じスポットとして監視される結果となり得る方策が本発明に従って採用される。像点のサイズの変化は上述のやり方でこれに寄与し得る。

本発明によると、別の方策は、画像記録シーケンスの期間を本方法の実行中に設定することにその本質があり得る。画像記録シーケンスの期間（すなわち、換言すれば１つの画像記録シーケンスのすべての画像を記録するために必要な時間）は、どの程度、最初の画像の反射区域に対応する表面エリアが最後の画像の記録までにずれるかを（物体／表面の所定移動速度に関し）判断する。これにより、個々の画像の反射区域の本発明に従って設定されるシーケンス反射区域及び重畳のサイズを生じる。基本的に、重畳が大きければ大きいほど画像記録シーケンスの期間はより短くなると言うことは真実である。

記録センサの最大走査周波数の限界と記録デバイスの可能最短露光時間の限界とは別に、走査周波数（連続画像記録の周波数として定義される）及び／又は露光時間が適応化され得る。露光時間が短ければ短いほど記録された画像はより鮮明になり（動きボケの低減）、そしてより速い画像が逐次的に記録され得る（走査速度）。露光時間の短縮は、表面上で生成されたパターンの輝度が増加される及び／又は記録光学系の絞りが開放されるという点で実現され得る。輝度を増加する／絞り開口を拡大すること（光学系ではより小さな絞り数により通常は定義される）により、露光時間は短縮され得る。したがって、高いが減光可能な光強度を有する照明デバイスを使用することは道理にかなう。

好適な照明デバイスは個々の調光可能ＬＥＤから構築され得、個々の調光可能ＬＥＤは個々に減光されると或るパターンの生成を可能にし、そして一緒に減光されると全光強度の調節を可能にする。基本的に、最大光強度を有する照明デバイスを操作することと、露光された画像が好適に記録されるポイントまで露光時間を低減することとが好ましいかもしれない。

したがって、本発明によると、画像記録シーケンスの期間を調節する際、以下に列挙される変数のうちの少なくとも１つが適応化され得る：画像の露光時間、表面上に生成されるパターンの輝度、記録センサの走査周波数及び／又は画像記録シーケンス当たりの画像の数。変数のすべて又はそのいくつかを適合化することも可能である。

したがって、画像記録シーケンスの期間はまた、当然ながら、画像記録シーケンス当たりの画像の数を変更することにより本発明に従って変更され得、画像記録シーケンスを短縮することは画像の数を低減することにより実現され得、そして逆も同様である。

さらに、本発明によると、測定感度は照明距離（同時にまた、記録デバイスとパターンとの間の視認距離）及び視角を選択することを介し影響され得る。平坦な視角と全く同様に大きな距離（すなわち、表面に対してより平坦；表面に対して垂直方向の視覚は最大急勾配となるだろう）はより高い感度につながる。特に、鏡面反射方法及び拡散方法の両方での部分的反射面により、より平坦な視角及び照明角（例えば＜３０°）及び／又は最大照明距離を選択することが特に好適であり得る。本発明によると、最大照明距離は「利用可能空間が照明デバイスの配置のために利用される」ということを意味し得る。照明距離（照明デバイスと表面との間の距離）は例えば、記録デバイスと表面との間の距離より大きくなるように選択され得、標準値は１倍と例えば１０倍との間の範囲に在り得る。専門家は、アプリケーションのそれぞれの場合に対し恐らく実験的に適応化される値を選択するだろう。ここで、本発明の基本教示に従って、感度は、多くの場合、より小さな照明角及び視角及び／又はより大きな照明距離（記録デバイスと照明デバイスとの間の）を介し増加されるだろう。

多くの画像を記録する目的は、記録された像点内の既知の照明パターンの位置をそれから識別するためにパターンの位相を判断することである。これは、表面の欠陥が表面上のパターンの歪みから検出されることを可能にすることになる。一実施形態によると、３つの画像が例えば記録され得る。生成されたパターンを、パターンの位相が３つの画像から明確に判断され得るように非対称的に周期的に成形することが例えば可能である。代替的に、パターンはまた、例えば同じ画像記録シーケンス内の様々な画像間の走査／画像記録周波数を変更することにより、非対称的に記録される画像により対称的に周期的に成形され得る。

しかし、本発明による好ましい１つのアプリケーションは、同じ画像記録シーケンス内の少なくとも４つの画像又は正確に４つの画像による走査を提供する。パターン自体は例えば、４つの異なる位相位置において同一走査シーケンスで記録される輝度の正弦分布であり得る。これから、画像の各画像内のパターンの位相が簡単なやり方で正確に判断され得る。例えば、連続画像の画像記録シーケンス内の位相位置間の位相シフトはパターンの周期長のちょうど１／４であり得る。しかし、画像記録シーケンスの画像間の他の位相シフトも可能である。

本発明の別の様相によると、照明パターンは、それぞれの１つの画像記録シーケンス中に記録された画像の像点において記録された照明パターンの可視エリアが一定であると見なされ得るようなやり方で照明デバイスにより生成され得る。

画像記録シーケンス中の像点において可視である照明パターンのエリア（パターンエリア）は、このパターンエリアが像点において全く依然として可視なままであり且つパターンエリアの記録された強度が著しく変化しない限り一定であると見なされ得る。これは、例えば画像記録シーケンス中の記録された強度が１０％以下だけ、好適には８％以下だけ、特に好適には４％以下だけ変化すれば仮定され得る、又は別の定義された判断基準が維持される。基本的に、上に既に論述された判断基準がここでも適用される。

この趣旨で、本発明の好適な形態によると、照明パターン内のパターンの周期長は、パターンコースの方向における表面のトポロジーに依存して強度変更が十分に一定であると見なされ得るように選択され得る。換言すれば、これは、強度変化がそれぞれの状況にとって適切な判断基準を越えないということを意味する。判断基準の選択は、本システム及びいくつかのパターンが設定される際に専門家により恐らく実験的に判断され得る。

表面のトポロジーは、（表面法線の方向における変化を伴う）特にその曲率により判断される。表面法線の方向は反射角と相関付けられる。したがって、本発明による方法により調べられる表面のトポロジーにより、検査デバイスの既知配置の結果反射角を介し判断することが可能であり、照明パターンのパターンエリアは画像記録シーケンスの規定期間中に像点内にマッピングされる。したがって、周期長を予め定義することにより、照明パターンは上述の判断基準が維持されるようなやり方で規定され得る。したがって、本方法は定義された検査タスク用に柔軟に使用され得る。

本発明による提案された方法の別の態様によると、周期的パターンは、物体の運動方向に沿って、物体の運動方向に対し横断方向に、又は代替的に物体の運動方向に沿って且つそれに対し横断方向に生成されるということが想定され得る。

物体の運動方向に沿ったパターンにより、検査されるべき曲面の既に論述された動きボケ及び反射区域のシフトは、反射角の変化に起因して像点を通して見られるパターンエリアのシフトと重畳し、そしてそれに関連して強度変化と重畳することになるが、これは、パターンの強度がこの方向に変化するためである。

運動方向に対し横断方向のパターンに関し、反射区域も変化する。しかし、物体のシフト方向に沿ったパターンは同じ強度を含むので、反射角の変化は強度の変化に必ずしも至らない。像点において測定される強度は、像点が同じパターンエリアを捕捉し、且つ表面の曲率が運動方向に対し横断方向の像点において捕捉されたパターンエリアのシフトに至らない限り同じままである。

本発明によると、この差は、物体の運動方向に沿った又はそれに対し横断方向のパターンのアラインメントに基づいてパターンの周期長の上述の適応化中に考慮され得る。パターン（特に運動方向に沿い且つそれに対し横断方向のパターン）の周期長は、本発明によると、特に好適には異なり得る。

加えて、無欠陥表面と欠陥表面とを区別するために、及び／又は欠陥の検出の一部として、記録された画像の評価時に既知の（予測）表面形状から生じる偏差を補正するために、好適な判断基準を規定するための検査されるべき規定表面エリア内の物体の表面の既知の曲率もまた、本発明に従って使用され得る。

運動方向に沿ったパターン及び運動方向に対し横断方向のパターンを交互に生成することに起因して、様々な欠陥（特に表面内の方向性欠陥）がより信頼できるやり方で系統的に捕捉され得る。

本発明に従って提案された方法の一実施形態では、記録デバイスは画像内の記録された照明パターンがぼかされるように合焦され得る。

これは、例えば記録デバイスがパターン上ではなく表面上又は別の規定点上に合焦されるという意味で実現され得る。いくつかの絞り及び焦点設定を予め定義することにより、照明パターンはぼかされるが表面に焦点が合うように照明パターンを画像内にマッピングするために焦点深度／被写界深度がまた本発明に従って選択的に選択され得る。これは、鋭い輝度分布をだらけた分布に見えるようにする効果がある。したがって、例えば、交互分離可能な明エリア／暗エリアから単純に構成される鋭いパターンは略正弦的輝度曲線としてマッピングされ得る。この場合、特に単純な照明デバイスが、所望輝度曲線を生成するために追加光学素子の必要性無く使用され得る。その上、輝度分布は、シフトされたパターンエリアが画像記録シーケンスで記録された画像上にマッピングされる場合はそれほど鋭くなくなる（特に曲面に対するプラスの効果とそれに関係する効果とを有し得る）。

多くの場合、検査される表面は、理想的鏡面反射性ではないが半拡散的に反射する。反射はそれにもかかわらず導かれるが、比較的大きな空間的角度で散乱する（双方向反射率分布関数ＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）が中間幅の散乱クラブ（scatter club）を有するということを意味する）。これもまた「散乱クラブが非常に狭いのでカメラ画像内の鏡映パターンの十分な変調を生じ、そして反射に基づいて働くことが可能である限り」画像内のパターンの輝度分布の全く有用な「だらけ」（wash-out）に至る（理想的鏡面ではないが）。表面のこのような特性はまた、パターンに対するカメラの説明された焦点ズレ設定を介し実現されたものと同じ効果を実現するために利用され得る。しかし、このような（追加）効果は、（この場合に所望される）ぼやけの一部がいかなる場合も表面自体により生成されるので焦点ズレ設定中に考慮されなければならない。

他方で、表面は、パターンがいずれにしても観測されることを依然として可能にするために十分に鏡面反射しなければならない。したがって、比較的小さな鏡面反射を有する表面に関して、可能な限り平坦である視角及び照明角を選択することと照明距離を拡大することとが有利である。

偏向測定プロセスにより本発明に従って行われる表面の検査中に物体の表面の三次元トポグラフィが判断されれば、特に有利であり得る。本発明に従って提案された方法と同様に、記録ジオメトリ及びパターンジオメトリが知られていれば、表面の３Ｄトポグラフィもまた判断され得る。どのようにこれが行われ得るかに関し多くの選択肢が知られている。偏向測定法では、表面に入射する光線の偏差が「カメラ（記録デバイス）により発射されそして表面において鏡面反射（反射）される可視光線が入射するパターンの点が判断される」という意味で判断される。したがって、それぞれのスポット内の表面法線に依存する可視光線の偏向が判断される。表面のこのようにして生成された法線場から、表面のトポグラフィが判断され得る（例えば積分により）。

上述の方法又はその一部の及び／又は以下に説明される検査デバイスの特に好ましい使用は、例えば、特には、処理された、湾曲された、又は平坦な表面の生産プロセス中の又はその製造後のウェブ製品の検査から生じる。

重要且つ具体的且つ典型的例は製造中の又は製造後のＦＣＣＬ膜の検査である。ＦＣＣＬ（フレキシブル銅張り積層：Flexible Copper Clad Laminate）膜はフレキシブルプリント回路基板の製造用のコア材料である。ＦＣＣＬ膜は、通常約１００～１５０μｍの厚さを含み、そして銅膜により一方の表面側又は両方の表面側に積層される例えばポリアミドコア（一般的にはプラスチック膜）を含む。積層中、本発明に従って提案された方法により検出されるいくつかの折り畳みが生成され得る。表面検査中、積層欠陥（特に、所謂積層折り畳み４（図１に概略的に描写されるような）又は内側折り畳み５（図２に概略的に描写されるような））を検出することも望ましいかもしれない。積層折り畳みにより、材料は若干の折り畳み（積層プロセス中に再び押しつぶされた）を形成した。内側折り畳みは内側プラスチック膜内の折り畳み（積層された）から発展する。

両方の欠陥は、膜が非常に薄くしたがって表面は折り畳みによりそれほど影響を受けないので人間の眼により検出するのが非常に難しい。これらの欠陥は、膜の表面上の光の直接反射を観測する際にだけ検出される。これは、銅膜が半拡散的に反射するという事実により集約される。他の積層膜により、小さなトポロジー特徴にもかかわらずこのような欠陥により悪影響を受ける外観が重要である。

例えば彩色された容器、車体などの曲面の検査により、検査デバイスは、例えばそれぞれの処理ユニットにより好適な実施形態に従ってプログラムされ、そして照明デバイス及び記録デバイスの両方が表面に対し反射角で保持されるように曲面全体にわたり誘導される。したがって、この場合、検査デバイスはほとんど静止した物体に対して移動される。これは、検査デバイスに対する物体／物体表面の相対運動を生成する。再び、本明細書では、検査デバイスに対する移動物体について話すときはこのタイプの相対運動が参照される。最も重要なことは、表面の外観又は機能に悪影響を与える可能性がある湾曲表面上の最小平坦トポロジー欠陥をこのようにして可能な限り頻繁に発見することである。頻繁に、このような欠陥を三次元的やり方で測定すること（すなわち表面及び欠陥の３Ｄトポロジーを判断すること）も有用である。

本発明はさらに、物体の表面の光学的検査のための検査デバイスだけでなく上述のアプリケーションのためのその使用にも関する。検査デバイスは照明デバイス及び記録デバイスを備え、照明デバイス及び記録デバイスは、可視光線の入射スポット内の表面上の垂直方向に立つ表面法線が出射可視光線と反射可視光線との角度を丁度２分する場合に「記録デバイスから発する可視光線が、次に表面において反射される可視光線として照明デバイスに入射するように」互いにアライメントされる。したがって、換言すれば、検査デバイスの記録デバイス及び照明デバイスは表面に対する反射角で配置される。照明デバイスは、画像記録シーケンス中に、様々な照明パターンを有する時間周期的パターンを生成するように設計され、記録デバイスは、画像記録シーケンス中に照明パターンの生成と同期して表面上で反射されるパターンの画像を記録するように設計される。検査デバイスはさらに、検査デバイスを制御するためのそして記録された画像を評価するための計算ユニットを含み、計算ユニットのプロセッサは上述の方法又はその一部を行うように設計される。

本発明に従って提案された検査デバイスの好適な実施形態によると、照明デバイスは、行で又は行列として配置された個々に制御可能な光素子を含む。さらに好適には、記録デバイスは、記録光学系を介し記録センサ上にマッピングされた画像を記録するための記録センサを含み得、記録センサは、行で又は行列として配置された個々のセンサ画素（カメラ画素）を含む。

照明デバイスは、好適には送り方向（検査デバイスに対する物体／表面の運動方向）に対し横断方向に又はそれに沿って配置される例えば照明ラインとして設計され得る。ラインで配置された個々に制御可能な照明要素から構成される照明ラインは、画像記録と同期して個々に切り替えられ得る並置された多くのＬＥＤ又はＬＥＤモジュールから構成され得る。照明デバイスは位相シフトプロセスに必要な周期的パターンを立て続けに生成するために使用される。記録デバイスはまた、並置されたいくつかのラインカメラモジュールから（必要に応じ）組み立てられ得る例えばラインカメラとして設計され得る。このような配置では、ラインカメラの合成画像場（composed image field）は表面上の線（所謂走査線）である。この走査線は表面の相対運動方向に対し横断方向にアライメントされ得、そして、また運動方向に、ラインカメラの画素解像度に依存するその長さ（それに対し横断方向に延伸する）と比較して非常に小さな幅を有する。

照明ラインは、非常に長い（運動方向に対し横断方向に）ので、反射角において検査されるウェブの（又は表面上の所望検査エリアの）全幅を覆い得る。カメラ及び照明が表面から同じ距離に配置される場合、各側の照明ラインは、すべてのカメラにより観測される表面上の走査線より個々のラインカメラの走査線幅の約１／２だけ長くなければならない。他の距離に関して、これは必要に応じてより長く又はより短くなければならない。

照明ライン（運動方向内の）の幅が、当該配置により依然として測定されることができる最大表面角度を決定し得る。表面角度が最大表面角度より大きくなれば、表面により反射されるカメラの可視光線は、照明上へもはや入射せず、カメラは何も見えない。

本方法はまた、面走査（行列配置）カメラによる使用に好適である。このとき、走査線は、運動方向の幅が著しく大きくなるので、画像場になる。照明ラインの幅はまた、運動方向に対応して拡大され得る。一変形形態では、照明行列が照明ラインの代わりに使用され得る。これは、いくつかのシームレスに接合された照明ライン（すべて、画像記録と同期して互いに独立に切り替え可能である）で配置される多くの個々のＬＥＤ又はＬＥＤモジュールから構成される。したがって照明ラインの幅もまた、いくつかの照明ラインが同じやり方で切り替えられるという意味で簡単なやり方で変更され得る。

照明行列は、ウェブ方向に対する横断方向の切り替えパターンのためだけでなくウェブ方向に沿った切り替えパターンのためにも使用され得る。これが利点である理由は、偏向測定プロセスが表面角度／表面法線（すなわち周期的パターンの方向の）を主として測定するためである。したがって、照明ラインを使用する際、運動方向に対し横断方向の角度だけが測定され得る一方で、照明行列を使用することにより、すべての方向（好適には運動方向に沿った及びそれに対し横断方向の２方向）が測定され得る。

第１の典型的欠陥により検査される表面を有する物体を概略断面図で示す。 第２の典型的欠陥により検査される表面を有する図１による物体を概略断面図で示す。 平坦面の検査のための本発明の実施形態による検査デバイス上への上面図を示す。 図３ａによる検査デバイスの側面図を示す。

その表面１０が本発明による検査デバイスにより検査される図１、２において描写される物体１はプリント回路基板の原料として使用されるＦＣＣＬ膜である。これは、３つの層（中間層として中間プラスチック膜３とその上へ積層される外側銅膜２）から構成される積層膜１である。物体１の表面１０は通常、表面欠陥に関し調べられる。

この表面検査はまた、積層欠陥：特に所謂積層折り畳み４（図１）及び内側折り畳み５（図２）を検出するために使用される。積層折り畳み４により、材料は、積層プロセス中に再び押しつぶされた若干の折り畳みを形成した。内側折り畳み５は、積層された内側プラスチック膜３内にそれが形成されるという意味で生成される。

図３ｂは照明デバイス８及び記録デバイス７を有する検査デバイス９の側面図を示す。照明デバイス８上で、物体１の表面１０を照明する（図３ａに関する上面図も参照）様々な照明パターン１３０を有する時間周期的パターン１３が描写される。照明パターン１３０は輝度分布１４を含む。これはまた、パターン１３が表面１０上に生成されるようにする。記録デバイス７は表面１０上のパターン１３を画像内に記録する。

記録デバイス７はまた、多くの像点１２を有する画像を生成する記録センサ１１を含む。記録デバイスの光学系に起因して、（各）像点１２から発する非描写可視光線１５が、表面１０において反射され、そして、そこで生成されたパターン１３上の照明デバイス８上の反射可視光線１９として入射される。これらの可視光線１５、１９の端光線が図３ｂにプロットされる。端光線は、像点１２の端から発し、そして表面１０上の反射区域１７を画定する。反射角αで像点１２から発しそして表面に入射するすべての可視光線１５は、表面１０上の反射区域１７内に在り、そして反射可視光線１９として表面から反射角αでまた反射される。これらの可視光線は、本独創的配置によると記録デバイス７及び照明デバイス８が表面１０に対し反射角αで配置されるのでパターンエリア１７内の照明デバイス８に入射する。

反射角αは、入射可視光線１５、１９（像点１２から発する）／出射（表面１０から反射される）と関連表面法線１６との角度として定義される。可視光線１５、１９に属する表面法線１６は、可視光線１５、１９が表面１０に入射する反射点１７０において表面に対し垂直方向に延伸する。

図３ａは、記録デバイス７の記録センサ１１のライン（ＦＣＣＬ膜などの物体１として運動方向に移動するウェブ製品などの表面１０の幅に沿って延伸する）を具体的に示す。記録デバイス７は、記録センサ１１のただ１つのセンサラインを有するラインカメラとして又はいくつかのこのようなセンサラインを有する面走査カメラとして構築され得る。像点１２は１又はいくつかのセンサ画素から形成され得る。光学系を介し、記録デバイス（カメラ）の非描写像点１２は表面１０上の反射区域１７を捕捉する。可視光線１５は、表面１０上で偏向され、そしてパターン１３のエリア／画像記録のその時点のパターン１３のそれぞれの照明パターン１３０により与えられるパターンエリア１８を捕捉する。図３ａ、３ｂに描写された例では、照明デバイスは、表面１０の運動方向６に対し横断方向にアライメントされた照明ラインとして設計されている。

図３ｂは、可視光線１５、１９（すべての図のように端光線としてプロットされる）の反射が表面法線１６に対して反射角αにより明確に認識可能である同じ配置を側面図で示す。可視光線１５、１９のプロットされた端光線は、表面１０上の反射区域１７のサイズ／エリア及びパターン１３内のパターンエリア１８のサイズ／エリアを視覚化する。

図３ａ、３ｂは画像記録中の状態を示し、ここでは、運動方向に移動する表面１０の運動は画像記録の短い露光時間中に無視され得るということが仮定される。そうでなければ、記録された画像は、露光時間を短縮する（照明は十分に明るいと仮定して）ことにより相殺され得る動きボケを示す。

既に説明されたように、多くの画像が、画像記録シーケンス中に本発明による方法により時系列で記録される。表面は画像記録シーケンス中に運動方向６に移動するので、像点１２は、逐次的に記録された画像のそれぞれの反射区域１７内の同じ表面エリアをもはや見ない。むしろ、表面１０上の反射区域１７は逐次的に記録された画像内で互いに対しシフトされる。

これは、図４ａ、４ｂに描写され、ここでは、画像記録シーケンス内の最初の記録と最後の記録との間の表面１０のシフト６１がプロットされる。反射区域１７ａは画像記録シーケンスからの最初の画像記録の反射区域としてプロットされ、そして反射区域１７ｂは画像記録シーケンスからの最後の画像記録の反射区域としてプロットされ、それぞれ９０°だけ回転されたハッチングとして示される。重畳エリアでは、２つのハッチングは重畳される。記録シーケンスのすべての画像全体にわたる全反射区域１７はそれに応じて拡大される（個々の記録の反射区域に対して全体的に覆われた表面１０に対して）。この効果はまた、既に論述された動きボケに関するものと基本的に似ており、その差異は、全反射区域が１つの画像内へ組み込まれるということである。これは、動きボケが仮にも認識される限りで、画像をぼかされたように見せる。

記録ジオメトリは平坦面に関しては変化しないので、表面１０のシフトはいかなる影響もパターンエリア１８に与えない；これは記録シーケンス中に不変なままであり、ここでは、当然、既に説明されたように、パターン照明は位相シフトされて生成される。しかし、これは明瞭化のために図４ａに示されない。

図４ｂは図４ａと同じ状況を側面図で示す。画像ａの記録中の表面法線１６ａは当該時に画像ｂの記録中の表面法線ｌ６ｂと同じ位置にあったが、これは、配置の瞬間的記録としてここでは示される。平坦面１０のために、表面法線１６ａ、１６ｂのアラインメントはパターンエリア１８もまた変更しないという効果と同じである。

図３ｃ、４ｃは検査デバイス９の配置を示し、ここでは、照明デバイス８は表面１０の運動方向６に沿ってアライメントされた照明ラインを含む。これはそれに応じて制御されるライン照明デバイス（それに応じてアライメントされたラインを有する）又は行列照明デバイスにより実現され得る。平坦面に起因して、図３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂに示されるものに相当する状況がまたこの配置において生じる。詳細説明に関しては、上記説明を参照。

図３ｄ、４ｄは図３ｃ、４ｃの配置と同様な検査デバイス９の配置を示し、ここでは、照明デバイス８の照明ラインだけでなく記録センサ１１のセンサラインも表面１０の運動方向６に沿ってアライメントされる。したがって、記録デバイスは、ラインカメラ（ただ１つのセンサラインを有する）として又は行列カメラ（並置されたいくつかのセンサラインを有する）とし設計され得る。平坦面に起因して、図３ａ、３ｂ、３ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃに示される配置に相当する状況がまたこの配置で生じる。詳細説明に関しては、上記説明を参照。

この絵は表面が実際平坦でない場合は異なる。これは、図５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ／図６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに描写される。これらのビュー及び配置は、図３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ／図４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに関係するビュー及び配置を参照して論述されたビュー及び配置に対応する。したがって、概要という観点で、参照は上記に対しなされるべきである。表面法線１６’、１６のアラインメントに影響を与えそして可視光線１５、１９の反射に影響を与える表面１０の曲率に起因して、異なるパターンエリア１８ａ、１８ｂが画像記録シーケンスの異なる画像の結果として生じる。

図５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは１つの画像の状況（例えば画像シーケンスの最初の画像）をそれぞれ示す。図５ａは本質的には図３ａに対応し、ここでは、湾曲されたやり方で描写された表面１０の両側は、表面１０の曲率を運動方向６に対し横断方向に延伸するものとして指示する。表面１０の曲率に起因して、可視光線（上面図の）は、直線として反射されないが、反射点１７０、１７０’において偏向される。それに応じて、反射された可視光線１９は、図３ａによるパターンエリア１８のものと異なるスポット内に在るパターンエリア１８内のパターン１３に入射する。図５ｂは、表面法線１６、１６’が反射点１７０、１７０’において異なるやり方でアライメントされる（そしてしたがって異なる参照符号によりマーキングされた）ということをそれに応じて示す。したがって反射角α、α’もまた異なる。

図６ａ、６ｂは、反射区域１７ａ（記録中に図５ａ、５ｂにおいて再生された可視光線１５、１９の）及び反射区域１７ｂ（図６ａ、６ｂにおいて再生された可視光線１５、１９の）を重畳エリア１７１と共に示す。パターンエリア１８ａ、１８ｂ及びそれらの重畳エリア１８１は対応するやり方で示される。

像点１２は、端可視光線１５（表面１０において鏡面反射されることに先立って）／１９（表面１０において鏡面反射された後）により制限されるパターンのエリア１８、１８ａ、１８ｂにより記録センサ１１において照明され、ここでは、このエリア１８、１８ａ、１８ｂは、記録デバイス７内の表面１０の反射区域１７、１７ａ、１７ｂ全体にわたりパターン１３上にマッピングされる。しかし、可視光線１５のそれぞれは、このスポット内に存在する表面法線１６、１６’、１６ａ、１６ａ／１６ｂ、１６ｂ’に従って偏向される。

図５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄでは、シーケンスの最初の画像内の状況が描写される。再び、画像センサ１１内のカメラ画素１２は、端光線１５（表面において鏡面反射することに先立つ）／１９ａ（表面において鏡面反射された後）により画定されたパターンのエリア１８により照明され、ここでは、このエリア１８はカメラ内の表面１０のエリア１７ａ全体にわたりパターン１３上にマッピングされる。しかし、可視光線１５はこのスポット内に存在する表面法線１６ａ／１６ｂに従って偏向される。各画像記録シーケンスのそれぞれ最後の画像内の状況が図６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに示される。今や、パターン１３のエリア１８ｂは像点１２内のシフトされた表面１０全体にわたるエリア１７ｂ全体にわたりマッピングされる。今や、表面法線１６ｂ、１６ｂはカメラから発する端光線１５の鏡面反射に関連する。これらは最初の画像（図５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）とは異なるので、照明デバイス８における照明パターン１３０のエリア（像点１２内に見られ／マッピングされた）がまたシフトされる。全体で、最初の記録から最終の記録までの画像シーケンス中、像点１２は、図６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの表面１０のエリア１７の上をそしてしたがってパターン１３の全エリア１８の上を掃引する。像点１２は、表面１０上の反射区域１７ａ、１７ｂ内及びパターン１３上のパターンエリア１８ａ、１８ｂ内の両方に在るエリアを見る。すなわち、像点１２は、全体画像シーケンス中に１７ａ又は１７ｂ／１８ａ又は１８ｂ内だけに存在するエリアを見ない。

しかし、図３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの比率は現実的ではないということに留意すべきである。クロスハッチングにより描写された切断エリア１７１、１８１はそれぞれ、現実的な変数に対応するのではなく、理解を促進するための説明目的を果たすだけである。実際、少なくともパターン１３／照明パターンは、像点１２が波長のごく一部だけを覆うように、像点１２の描写されたサイズと比較してはるかに長い波であるべきである。サイズに関する比率が現実的であれば、原理は図面でもはや認識されない可能性がある。

既に説明したように、マルチ画像位相シフトプロセスのために記録される画像記録シーケンスでは、表面１０（すなわち同じ反射区域１７）の同じスポットが各像点１２におけるすべての画像内に実際にマッピングされるべきである。いくつかの画像が、次から次へと記録される場合、これらは移動面１０に対して互いにシフトされる。画像シーケンス中に像点１２により記録されるものが本発明という観点で「ほぼ同じスポット」と依然として見なされ得るかどうかに関する評価のために決定的であるものは、どの程度記録デバイス７における表面１０全体にわたる周期的パターン１３のマッピングが画像シーケンス中に変化するかに最終的に依存する。これは、延いては、一方ではパターン１３（照明パターン１３０）自体と表面１０からのその距離とに依存し、他方では画像シーケンス全体中に像点１２上にマッピングされる反射区域１７とどのようにこのエリア（反射区域１７）が変化するかとに依存する。反射区域のエリア（すなわち、１つの画素上の視認面内にマッピングされるエリア）は、光学的画素解像度、露光時間、露光シーケンスの期間、及び横断速度（すなわち、どれくらい遠くへ表面１０が完全画素シーケンス中に移動するか）に依存する。パターンエリア１８の変化は表面トポグラフィに（特に、表面法線の変化に）依存する。

位相シフトプロセスが行われれば、パターン１３及び像点１２（また静止表面１０の場合の）は、照明パターン１３０上の像点１２により覆われる照明パターン１３０の一部において、輝度がほとんど一定であると見なされ得／中間輝度が像点１２において測定された輝度を実質的に表すように互いに整合されなければならない。また、輝度は「必要とされる最小曲面偏向（検出される欠陥により引き起こされる）の輝度は、検査デバイス９がこれを知覚することができるために、十分に変化する」程度まで変化することが許容される。前者は、反射区域１９として像点１２により覆われる表面１０がほとんど平坦であると見なされ得ればそのケースである。そうでなければ、トポロジー測定は別の情報無しにもはや可能ではない；すなわち、依然として検出され得るのは表面偏差が存在するということだけである。加えて、横方向解像度（すなわち表面上のエリアのサイズ）は、最小表面偏差（検査中に識別される）が依然として解決されるように調節されなければならない。

移動面１０に関して、画像記録シーケンス中、より大きなエリア（図４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの表面１０上の全反射区域１７、例えば６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが像点により覆われるということがさらに考慮されなければならない。これは横方向解像度に影響を与える。表面が追加的に湾曲されれば、パターン１３上のより大きなパターンエリア１８は１つの像点により追加的に覆われる。これは深さ解像度に影響を与える。表面１０が画像記録シーケンスにおける画像の記録中に移動すれば、決定的要因は、どのように像点１２のそれぞれの可視光線１５、１９が照明パターン１３０上で掃引するか（パターン１３の瞬間的記録）である。

平坦面１０の場合、この影響は図３、４のようには決して発生しない。したがって、誤差は、様々な記録パターンエリアを記録シーケンスの画像内にマッピングするので発生しない。それにもかかわらず、これは、邪魔されないケースにおいていかなる測定誤差も無い場合に限り適用される。何らかの故障が表面上で発生すると直ちに（又はこれがとにかく湾曲されれば）、これはもはや適用されない。したがって、図５と図６に示すケースがまた、誤差を測定する場合に発生する。

本発明による方法とそれぞれの検査デバイスとに起因して、本システムは、上述の条件が露光時間／完了画像記録シーケンスの全記録時間に関しても維持されるように配置される。この目的を達成するために、画像記録シーケンスの画像は非常に迅速に次から次へと時系列に記録されるので、記録中の表面１０のシフトは非常に小さく、したがって各像点１２は、依然として一定と見なされ得る表面１０上のエリア（反射区域１７）を覆う。その上、パターン３１の周期長は、画像記録シーケンスの記録中に表面において鏡面反射又は反射された記録デバイス７の可視光線１５、１９によりその上を掃引されるエリアが依然として一定と見なされ得るように／それから発生する誤差が必要とされる深さ解像度より小さくなるように配置される。

表面１０がより強く湾曲されればされるほど、画像はより速く記録される必要があり、そしてパターン１３はより長波長にならなければならない。しかし、両方の条件は、実際に検査される表面１０上のそれらのエリアに関してだけ維持されなければならない。これらは、ほとんどの場合、構造的欠陥無し表面エリアと、平坦なトポロジー長波長欠陥が存在するそれらのエリアである。ほとんどの表面はさらに、非常に小さく且つたいていは非常に急峻なトポロジー欠陥を有する。これらの欠陥に関して、これらの条件はほとんどの場合もはや維持され得なく、これは静的ケースにほとんど既に適用されている。ここで行われ得るのはこれらの欠陥を検出すること（欠陥の検出）だけであるが、それらを測定する（トポグラフィを測定する）ことはもはや可能ではない。

非常に高い画像記録周波数が、本方法のために、そして必要とされる横方向解像度が画像記録シーケンス全体に関して実現されるために、必要である。これらは、延いては、非常に短い露光時間を必要とし、これは延いては非常に明るい照明を必要とする。

この文脈において非常に有利なやり方で使用される位相シフト方法に関して、パターン１３（すなわち照明パターン１３０のそれぞれ）が正弦輝度曲線であれば最も有利である。これは通常、例えばスクリーンを使用することにより又は表面上に投影されるパターンを使用することに実現される。正弦曲線は、非常に良好～完全なやり方で表され得る。残念ながら、これらの照明により経済的に正当化された経費で実現可能な輝度はしばしば十分ではなく、そして可能画像周波数は、遅いプロセスにおいてだけ使用され得るように制限される。

個々のＬＥＤ、又は多くの単一ＬＥＤから構成される個々のＬＥＤモジュールが別々に制御され得るＬＥＤライン又はＬＥＤ行列により、必要とされる輝度及び必要とされる切り替え周波数の両方は、カメラの画像記録と同期して実現され得る。又は、多くのラインが行列を形成するために組み合わせられ得る。

最も単純な形式では、個々のＬＥＤ／ＬＥＤモジュールはオン又はオフにされ得るだけである。これは、実際に望まれる輝度曲線の粗い近似に過ぎない矩形輝度曲線だけが実現され得るということを意味する。これは位相シフト方法を行うためには既に十分であるが精度が制限される。様々な方策を取ることにより、所望曲線に対するより良い近似が実現され得る。正弦曲線に近づけば近づくほど精度は良くなる。照明ライン／照明行列は、個々のＬＥＤの中間輝度もまた設定され得るように修正され得る。ＬＥＤ又はＬＥＤモジュールのサイズに依存して、正弦曲線の良好な近似が実現され得る。これは、例えば個々のＬＥＤ／ＬＥＤモジュールが実際の露光時間中に時々接続されるだけであるという点で可能である。しかし、この方法は、極高速制御エレクトロニクスが必要とされるので高価である。本発明による好ましい解決策は、カメラ上でぼかされてマッピングされるパターンを提供する。これは既に説明されており、ここでは繰り返されない。

上記説明という観点で用語「カメラ」及び「画像記録デバイス」は同義的に使用されるということが指摘される。カメラに関連して開示されたすべての特徴及び機能はまたそれに応じて画像記録デバイスに当てはまり、そして逆も同様である。

１ 物体
２ 銅膜
３ プラスチック膜
４ 第１の欠陥
５ 第２の欠陥
６ 運動方向
６１ シフト
７ 記録デバイス
８ 照明デバイス
９ 検査デバイス
１０ 表面
１１ 記録センサ
１２ 像点
１３ パターン
１３０ 照明パターン
１４ 輝度分布
１５ 可視光線
１６ 表面法線
１７ 反射区域
１７０ 反射点
１７１ 個々の画像の反射区域の切断エリア
１８ パターンエリア
１８１ 個々の画像内のパターンエリアの切断エリア
１９ 可視光線
α 反射角

Claims (14)

1. 検査デバイス（９）により物体（１）の表面（１０）を光学的に検査する方法であって、
   前記検査デバイス（９）の照明デバイス（８）により、様々な照明パターン（１３０）を有する時間周期的パターン（１３）が画像記録シーケンス中に前記表面（１０）上に生成され、
   前記画像記録シーケンスにおいて、前記表面（１０）上の前記パターン（１３）の多くの画像が前記検査デバイス（９）の画像記録デバイス（７）により記録され、
   前記様々な照明パターン（１３０）の１つを生成することは、前記画像記録シーケンスからの各画像が前記様々な照明パターン（１３０）のうちの知られた照明パターン（１３０）によりそれぞれ記録されるように前記パターン（１３）の前記画像のうちの１つの画像の画像記録とそれぞれ同期され；
   前記パターン（１３）の位相は、少なくとも１つの像点における一連の記録された知られた照明パターン（１３０）から判断され；
   前記表面（１０）上の欠陥（４、５）は、前記生成された知られた照明パターン（１３０）からの少なくとも１つの画像内に記録された前記照明パターン（１３０）の偏差から検出される、方法において；
   前記照明デバイス（８）及び前記画像記録デバイス（７）は反射角（α）で配置され、
   前記表面（１０）の検査中、前記物体（１）は前記検査デバイス（９）に対して移動され；
   前記画像記録シーケンスの期間は、前記画像記録シーケンスからのそれぞれの画像内の反射区域（１７ａ、１７ｂ）により全体的に覆われた表面エリアとして定義されるシーケンス反射区域（１７）が一定と見なされ得るように選択される、ことを特徴とする方法。
2. 前記像点（１２）のサイズは前記方法の実行中に設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記像点（１２）のサイズを設定することは前記記録デバイス（７）の記録センサ（１１）のいくつかの画素を組み合わせることにより行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記画像記録シーケンスの期間は前記方法の実行中に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記画像記録シーケンスの期間を設定する際、以下に列挙される変数のうちの少なくとも１つが適応化されることを特徴とする請求項４に記載の方法：
   －画像の露光時間
   －前記表面（１０）上で生成された前記パターン（１３）の輝度
   －前記記録センサ（１１）の走査周波数
   －画像記録シーケンス当たりの画像の数。
6. 前記照明パターン（１３０）は、各画像記録シーケンス中に記録された画像の前記像点（１２）において可視である前記照明パターン（１３０）の前記エリアが一定と見なされ得るように前記照明デバイス（７）により生成される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記照明パターン（１３０）内の前記パターン（１３）の周期長は、前記パターンコースの方向の前記表面（１０）のトポロジーに依存して、強度変化が十分に一定であると見なされ得るように選択される、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記周期的パターン（１３）は、前記物体（１０）の運動方向に沿って、前記物体（１０）の運動方向に対し横断方向に、又は代替的に前記物体（１０）の運動方向に沿って且つそれに対し横断方向に生成される、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記記録デバイス（７）は前記画像内で記録された前記照明パターン（１３０）がぼかされるように合焦される、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記表面（１０）の検査中、前記物体（１）の前記表面（１０）の三次元トポグラフィは偏向測定プロセスにより判断される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. ウェブ製品又は処理された面（１０）の検査のための請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法の使用。
12. 照明デバイス（８）及び記録デバイス（７）により物体（１）の表面（１０）を光学的に検査する検査デバイスであって、
    前記照明デバイス（８）及び前記記録デバイス（７）は、可視光線（１５、１９）の入射スポット内の表面（１０）上で垂直方向に立つ表面法線（１６）が出射する前記可視光線（１５）と反射する前記可視光線（１９）との角度を丁度２分する場合に、前記表面上で反射された可視光線（１９）として前記記録デバイス（７）から発する可視光線（１５）が次に前記照明デバイス（８）に入射するやり方で互いにアライメントされ、
    前記照明デバイス（８）は画像記録シーケンス中に様々な照明パターン（１３０）により時間周期的パターン（１３）を生成するように設計され、
    前記記録デバイス（７）は、前記照明パターン（１３０）の生成と同期して前記画像記録シーケンス中に前記表面（１０）上で反射される前記パターン（１３）の画像を記録するように設計され、
    前記検査デバイス（９）は、前記検査デバイス（９）を制御するための及び記録された画像を評価するための計算ユニットを含む、検査デバイスにおいて、
    前記計算ユニットのプロセッサが請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法を行うように設計される、ことを特徴とする検査デバイス。
13. 前記照明デバイス（８）は行又は行列で配置された個々に制御可能な光素子を含むことと、前記記録デバイス（７）は、記録光学系を介しセンサ（１１）上にマッピングされた画像を記録するための前記センサ（１１）を含むこととを特徴とする請求項１２に記載の検査デバイスであって、
    前記センサ（１１）は行又は行列で配置された個々のセンサ画素を含む、検査デバイス。
14. 前記記録デバイス（７）及び前記照明デバイス（８）は、平坦な視角及び照明角が前記それぞれの可視光線（１５、１９）と前記表面（１０）との間に提供されるように、及び／又は大きな照明距離が前記表面（１０）と前記照明デバイス（８）との間に提供されるように配置されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の検査デバイス。

Images