JP5806808B2 - 撮像光学検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物を撮像して得られた画像に基づいて、被検査物表面の傷や異物混入の有無などを検査する撮像光学検査装置に関する。

被検査物を撮像して画像に基づいて、被検査物表面の傷や異物混入の有無などを検査する撮像光学検査装置としては、多種の構成が知られている。そして、これらの撮像光学検査装置には、投光角度や受光角度を異ならせた複数の光を利用する光学系を用いて、異なる特性の光に応じてそれぞれ撮像結果を得ることを利用して、検査精度を向上させるものが知られている。

たとえば、特許文献１には、被検査物からの拡散反射光と正反射光成分の光量の検出出力より被検査物の領域を認識し、上記により認識された領域のうち特定領域の正反射光成分の光量の検出出力に基づいて被検査物の判別を行なう装置が開示されている。

この装置は、１つの光源から投光される光が被検査物表面で、拡散反射光と正反射光成分となるような位置に設けられた複数の受光素子を用い、それぞれの出力結果に応じて被検査物の検査を行なうものである。

また、特許文献２には、１つの撮像装置（ＣＣＤカメラ）の撮像領域に対して、一方が拡散照明、他方が透過照明となるように複数の位置に設けられた光源を用いた装置が開示されている。この特許文献２では、２つの照明による画像をそれぞれ得るために、被検査物を複数回撮像する装置と、複数回の撮像を不要とするためにＣＣＤカメラのスキャンニングに同期してそれぞれの光を交互に照射することでタクトタイムを短くする装置とが開示されている。そして、これらの装置は、いずれもそれぞれの照射光による画像情報を集積処理して個別に画像化する装置である。

特開２０００−１１２３０号公報 特開平８−４３０４７号公報

しかし、特許文献１に記載の装置は、１つの光源に対して複数の撮像装置が必要であり、装置が高価で大型なものとなる欠点がある。

また、特許文献２に記載の装置は、専有面積を少なくし、さらにタクトタイムを増やすことなく拡散照明と透過照明による複数の画像を得ることができるが、画像の数に応じた回数の検査を必要があり、判断処理に時間がかかるという問題がある。また拡散照明と透過照明による画像では、表面の細かな傷などの検出を十分な精度で得られないという問題があった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、装置の専有面積を小さくすることができ、また、高精度の検出結果を短時間で行なうことができる撮像光学検査装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の撮像光学検査装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、被検査物を撮像する単一のリニア撮像素子と、
被検査物とリニア撮像素子との位置を相対的に移動させ、被検査物上のリニア撮像素子の撮像領域を変更する搬送装置と、
前記被検査物に到達して前記リニア撮像素子に入射する光が、前記被検査物に対して、それぞれ正反射光、拡散反射光、透過光となるように配置された複数の照明装置と、
前記搬送装置により搬送される被検査物の所定の領域が前記リニア撮像素子の撮像領域内にある時間内に、前記リニア撮像素子から複数回のデータ転送が可能となるように、前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御する撮像制御部と、
前記複数の照明装置の点灯のタイミングを前記撮像制御部により制御された前記リニア撮像素子の転送回ごとに変更するように制御する照明制御部と、
前記リニア撮像素子から転送された画像データを前記同じ照明装置が点灯した画像データごとに集積して集積画像データを作成する画像処理部と、
前記画像処理部により作成された透過光による集積画像データと正反射光による集積画像データの対応する各画素の数値の差分を算出した合成画像データと、前記画像処理部により作成された透過光による集積画像データと拡散反射光による集積画像データの対応する各画素の数値の差分を算出した合成画像データを作成する画像合成部と、
を備えることを特徴とする、撮像光学検査装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記複数の照明装置のうち、拡散反射光となるように設けられている照明装置は、前記被検査物に対する入射角が異なる２つの照明装置を備えることを特徴とする、第１態様の撮像光学検査装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、被検査物を撮像する単一のリニア撮像素子と、
被検査物とリニア撮像素子との位置を相対的に移動させ、被検査物上のリニア撮像素子の撮像領域を変更する搬送装置と、
前記リニア撮像素子に入射する前記被検査物に対して正反射光となるように配置された白色光の第１光源と、前記リニア撮像素子に入射する前記被検査物に対して拡散反射光となるように配置された異なる波長の光を切り替えて射出可能な１つの第２光源とを備える複数の照明装置と、
前記搬送装置により搬送される被検査物の所定の領域が前記リニア撮像素子の撮像領域内にある時間内に、前記リニア撮像素子から複数回のデータ転送が可能となるように、前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御する撮像制御部と、
前記複数の照明装置の点灯のタイミングを前記撮像制御部により制御された前記リニア撮像素子の転送回ごとに変更するように制御する照明制御部と、
前記リニア撮像素子から転送された画像データを前記第１光源の白色光が点灯した画像データごと及び第２光源の各波長域が点灯した画像データごとに集積して各波長域及び白色光の集積画像データを作成する画像処理部と、
前記画像処理部により作成された集積画像データを合成し、合成画像データを作成する画像合成部と、を備えることを特徴とする、撮像光学検査装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記正反射光となるように配置された光源は、白色光であることを特徴とする、第３態様の撮像光学検査装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、前記撮像制御部は、点灯させる前記複数の照明装置の設置数と同数又は設置数の整数倍のデータ転送を可能とするように前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御することを特徴とする、第１から第４態様のいずれか１つの撮像光学検査装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、前記複数の照明装置は、発光ダイオード照明装置であることを特徴とする、第１から第５態様のいずれか１つの撮像光学検査装置を提供する。

本発明によれば、単一のリニア撮像素子を用いるため、装置の専有面積を小さくすることができる。また、搬送装置によって被検査物をリニア撮像素子に対して相対的に移動させているため、撮影角度及び画像中の被検査物の大きさが画素レベルで完全に同一の画像を得ることができる。また、撮像制御部と照明制御部を用いて所定領域内を時分割で撮像することによって、異なる照明に基づく複数画像を撮像することができる。したがって、画像の画素が完全に一致した複数の特性光の画像を用いて合成画像を作成するため、簡単かつ高精度に画像の合成処理を行なうことができる。

また、リニア撮像素子に入射する光の反射特性及び透過特性が異なるように構成することにより、入射方向の異なる光によって異なる見え方の画像を得ることができ、作成される合成画像に被検査物の特徴をより鮮明に表わすことができる。

また、複数の照明装置は、リニア撮像素子に入射する光が、前記被検査物に対して、それぞれ正反射光、拡散反射光、透過光となるように配置することで、多様な被検査物の検査に用いることができる。

また、拡散反射光は、被検査物に対する入射角が異なる２つの照明装置を備えることで、表面が鏡面的な性質を持つ被検査物の表面に付された細かな傷などを認識することができる。

複数の照明装置の射出する光の波長を異ならせることで、例えば、壁紙など表面が着色された被検査物の印刷状況などを計測することができる。また、この場合、それぞれ異なる波長を同一箇所から射出することで、条件を共通にして計測することができる。

撮像制御部が点滅する照明装置の設置数と同数などのデータ転送を可能とするようにすることで、各時分割で撮像される集積画像データの重み付けを均一にすることができる。

本発明によれば、各時分割で撮像される集積画像データの画角及び撮像領域が全く同一であるため、画素ごとにその特性値を比較することで、２つの画像データの特徴を容易に合成画像データに反映させることができる。具体的には、各画素の明度の差分を算出し、当該各画素の差分量に応じた画像とすることができ、さらには、異物が存在する部分の撮像結果が相反する２つの集積画像データに基づいて合成画像データを作成することで高精度の合成画像データとすることができる。

複数の照明装置に発光ダイオード照明装置を用いることで、点滅の応答性をよくすることができ、短時間周期の点滅制御を高精度にすることができる。

本発明の第１実施形態にかかる光学検査装置の光学系の構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態にかかる光学検査装置の機能ブロック図である。 第１のＬＥＤ照明装置による光の進行方向を示す図であり、（ａ）は異物がない状態、（ｂ）は異物がある状態を示している。 第２及び第３のＬＥＤ照明装置による光の進行方向を示す図であり、（ａ）は異物がない状態、（ｂ）は異物がある状態を示している。 第４のＬＥＤ照明装置による光の進行方向を示す図であり、（ａ）は異物がない状態、（ｂ）は異物がある状態を示している。 本発明の第１実施形態にかかる光学検査装置の動作フローを示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる光学検査装置の撮像状態を示す模式図である。 時分割撮像動作のサブフローチャートである。 時分割撮像動作中のＬＥＤ照明装置と一次元ＣＣＤのデータ転送のタイミングを示すタイミングチャートである。 集積画像データの作成を模式的に説明する図である。 合成画像データの画素レベルの差分計算の例を示す図である。 集積画像データと合成画像データのコントラストの変化の例を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる光学検査装置の光学系の例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態にかかる光学検査装置の機能ブロック図である。 本発明の第３実施形態にかかる光学検査装置の光学系の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る光学検査装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光学検査装置の光学系の例を示す模式図である。図２は、第１実施形態にかかる光学検査装置の機能ブロック図である。

本実施形態にかかる光学検査装置１は、搬送装置２によって搬送される被検査物１００の搬送経路の途中に配置されたＣＣＤラインセンサカメラ３によって被検査物を撮像し、撮像された画像データに基づいて被検査物１００の傷や異物混入などを判断するための装置である。

ＣＣＤラインセンサカメラ３による被検査物１００の撮影用照明として、第１から第４のＬＥＤ照明装置４，５，６，７が設けられている。

第１から第４のＬＥＤ照明装置４，５，６，７は、被検査物に到達してＣＣＤラインセンサカメラ３に入射する光の光学特性を異ならせるために、照射する光の射出方向が異なるように配置されている。第１から第４のＬＥＤ照明装置４，５，６，７による光の射出方向及びＣＣＤラインセンサカメラ３に入射する光の光学特性についての詳細は後述する。

また、光学検査装置１は、図２に示すように下記の機能ブロックを備えている。制御演算部８は、光学検査装置１全体の動作処理を制御するものであり、後述する個別の動作を行なうために画像処理部１１，画像合成部１２，画像判定部１３を内包する。

照明制御部９は、制御演算部８からの指示を受けて、第１から第４のＬＥＤ照明装置４，５，６，７の点灯制御をする。

撮像制御部１０は、制御演算部８からの指示を受けて、搬送装置２の被検査物１００の搬送速度又はＣＣＤラインセンサカメラ３のデータ転送速度を制御する。

図１に示す光学系について詳細に説明する。ＣＣＤラインセンサカメラ３は、１次元ＣＣＤ撮像素子３ａ（図２参照）を搭載したスチルカメラである。ＣＣＤラインセンサカメラ３は、所定の画角で被検査物１００を撮影可能であり、その撮影方向は、被検査物１００の法線に対して角度θ_１となるように配置されている。角度θ_１は、特に限定はないが、あまりに大きくなると被検査物の撮影画像が歪むため、おおむね４５°程度にすることが好ましい。本実施形態のＣＣＤラインセンサカメラ３に使用されているＣＣＤ撮像素子３ａは、カラーＣＣＤである必要はなく、カラーフィルタが設けられていないものが使用されている。

本実施形態にかかる１次元ＣＣＤ３ａ（以下、端にＣＣＤという場合がある。）は、撮像制御部１０からの制御により、スキャンレートが変更可能に構成されている。すなわち、被検査物から発せられた光の露光による電荷の蓄積と１次元ＣＣＤ３ａの各セルに蓄積された電荷の転送までに要する時間を変更することができる。なお、スキャンレートが変更になった場合でも、光の露光時間は一定であることが好ましい。ただし、画像全体の明度の調整などを行なうために、特定の光源に対する撮像処理では、他の光源との比較において、露光時間を調整してもよい。

搬送装置２は、被検査物をＣＣＤラインセンサカメラ３の１次元ＣＣＤ３ａのセル列に対して直交する方向に移動させるものであり、例えばベルトコンベアなどが挙げられる。ＣＣＤラインセンサカメラ３による撮像を行なっている間に、搬送装置２により被検査物１００が移動することで、ＣＣＤラインセンサカメラ３の撮像領域が逐次変更され、結果的に被検査物の平面画像を撮像することができる。

搬送装置２は、図２に示すように、撮像制御部１０によってその搬送速度を変更可能に構成されており、後述のように制御演算部８からの制御により所定の搬送速度に変更可能に構成されている。

第１から第４のＬＥＤ照明装置４，５，６，７は、被検査物１００の搬送方向に対して直交するように設けられる線状光源であり、照明制御部９によって点灯のタイミングが制御されている。第１から第４のＬＥＤ照明装置４，５，６，７から照射される光は、単一波長のものでもよいし、白色光であってもよい。また、照明装置ごとに波長帯異なるものが用いられていてもよい。ＬＥＤ照明を用いることで、点灯消灯の応答性がよく、また、ごく短時間の点灯消灯の切り替えをすることができる。また、発光に指向性を強く持たせており、一定方向に向けてスポット的に光を照射することができる。

第１のＬＥＤ照明装置４は、図１に示すように、照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ３に正反射光として入力されるように配置される。被検査物１００に対する光の入射角θ_１は、カメラの撮影方向と同じに構成されている。

第２のＬＥＤ照明装置５及び第３のＬＥＤ照明装置６は、図１に示すように共に照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ３に拡散反射光として入力されるように配置される。被検査物１００に対する光の入射角は、第２のＬＥＤ照明装置５の入射角θ_２が第３のＬＥＤ照明装置６の入射角θ_３よりも小さくなるように配置されており、例えば、入射角θ_２が３０〜６０°、入射角θ_３が６０〜８０°程度とすることができる。

第４のＬＥＤ照明装置７は、図１に示すように、照射された光が被検査物１００を透過してそのままＣＣＤラインセンサカメラ３に透過光として入力されるように配置される。

図３は、第１のＬＥＤ照明装置による光の進行方向を示す図であり、（ａ）は異物がない状態、（ｂ）は異物がある状態を示している。図３に示すように、被検査物１００の表面に到達した第１のＬＥＤ照明装置４からの入射光は、被検査物１００の表面で鏡面反射し、ＣＣＤラインセンサカメラ３に到達する。このとき、被検査物１００の表面の鏡面の程度にもよるが、通常、正反射光に較べて拡散反射光が少ないので、図３（ａ）に示すように、正反射光成分５１が大きく、カメラに入射されない拡散反射成分５２が小さくなる。

一方、入射光の到達位置に表面の傷などの異物１０１があると、図３（ｂ）に示すように、正反射光成分５１が少なくなり、一方で、拡散反射光成分５２が大きくなる。したがって、結果的に、第１のＬＥＤ照明装置４によって照射された被検査物１００は、異物などが存在しない領域に対して異物１０１が存在する部分が暗くなるように撮像される。

図４は、第２及び第３のＬＥＤ照明装置による光の進行方向を示す図であり、（ａ）は異物がない状態、（ｂ）は異物がある状態を示している。図４に示すように、被検査物１００の表面に到達した第２及び第３のＬＥＤ照明装置５，６からの入射光は、被検査物１００の表面で鏡面反射し、ＣＣＤラインセンサカメラ３に到達する。このとき、被検査物１００の表面の鏡面の程度及び入射角度にもよるが、通常、正反射光に較べて拡散反射光が少なくなり、図４（ａ）に示すように、カメラに入射されない正反射光成分５１が大きく、カメラに入射される拡散反射成分５２が小さくなる。

一方、入射光の到達位置に表面の傷などの異物１０１があると、図４（ｂ）に示すように、異物１０１によって反射角度が変化することになるため、正反射光成分５１が少なくなり、一方で、拡散反射光成分５２が大きくなる。したがって、結果的に、第２及び第３のＬＥＤ照明装置５によって照射された被検査物１００は、異物などが存在しない領域に対して異物１０１が存在する部分が明るくなるように撮像される。

なお、異物１０１が存在する部分の撮像の明るさの程度は、入射光の入射角度及び表面の傷等の異物の状態によって変化する。したがって、ＣＣＤラインセンサカメラ３に対して拡散反射光となる光源を２つ設けることで、浅い角度で見えやすい異物と深い角度で見えやすい異物の双方によって検査することができる。

図５は、第４のＬＥＤ照明装置による光の進行方向を示す図であり、（ａ）は異物がない状態、（ｂ）は異物がある状態を示している。図５に示すように、被検査物１００の表面に到達した第１のＬＥＤ照明装置４からの入射光は、被検査物１００を透過し、ＣＣＤラインセンサカメラ３に到達する。

このとき、被検査物１００の透明度及び屈折率によって透過光と反射光との成分比が異なるが、図３（ｂ）に示すように、入射光の到達位置に表面の傷などの異物１０１があると、当該異物で光が反射拡散するため、透過光成分５３が少なくなり、一方で、反射光成分５２が大きくなる。したがって、結果的に、第４のＬＥＤ照明装置７によって照射された被検査物１００は、異物１００などが存在しない領域に対して異物１０１が存在する部分が暗くなるように撮像される。

次に本実施形態にかかる光学検査装置の動作について説明する。図６は、本実施形態にかかる光学検査装置の動作フローを示す図である。

本実施形態にかかる光学検査装置は、図６に示すように、まず、被検査物１００を時分割で撮像し（＃１）、撮像した画像データを集積してそれぞれの集積画像データを作成し（＃２）、それぞれの集積画像データを合成し、合成画像データを作成し（＃３）、合成画像データに基づいて、異物の混入や表面の傷などの判定処理（＃４）を行なう。

本実施形態にかかる光学検査装置は、図７に示すように、単一のＣＣＤラインセンサカメラ３を用い、搬送装置２によって被検査物１００をＣＣＤラインセンサカメラ３のＣＣＤ３ａに対して移動させる構造となっている。

また、被検査物１００の移動中のある撮影領域１０２を撮像するタイミングにおいて、ＬＥＤ照明装置４，５，６，７の点灯のタイミングをずらすことで、それぞれ光学特性が異なった画像を時分割で撮像することができ、それぞれの画像の撮影角度及び画像中の被検査物の大きさが画素レベルで完全に同一の画像を得ることができる。したがって、画像の画素と被検査物の特定領域の対応関係が画像間で完全に一致した複数の画像を用いて合成画像を作成するため、簡単かつ高精度に画像の合成処理を行なうことができる。なお、以下の説明では、ＬＥＤ照明装置４，５，６，７の点灯を４つの照明装置すべてについて行なっているが、例えば、利用者からの撮影条件の設定により、任意の２つ以上の照明装置を切り替えるようにしてもよい。

また、ＣＣＤラインセンサカメラ３に入射する光の反射特性及び透過特性が異なるようにＬＥＤ照明装置４，５，６，７の位置を設定していることにより、入射方向の異なる光によって異なる見え方の画像を得ることができ、作成される合成画像に被検査物の特徴をより鮮明に表わすことができる。

図８は、図７に示す時分割撮像動作のサブフローチャートである。図９は、時分割撮像動作中のＬＥＤ照明装置と一次元ＣＣＤ３ａのデータ転送のタイミングを示すタイミングチャートである。

時分割撮像処理動作においては、まず、搬送装置により被検査物１００の搬送を開始する（＃１０１）。時分割撮像処理の動作中は、搬送装置２によって被検査物１００を移動させながらＣＣＤラインセンサカメラ３で撮影することで被検査物１００の２次元画像データを撮像することができる。

被検査物１００全体をＣＣＤラインセンサカメラ３で撮像する場合、実際には搬送装置２が連続的に動作しているため、被検査物１００の撮像領域が漸次変化するが、本実施形態では理解のため、仮想的にその撮像領域を列に分割し、当該列ごとに撮像動作が行なわれるものとして説明する。

被検査物１００がＣＣＤラインセンサカメラ３の撮像領域に搬送された瞬間から１列目の撮像が開始する（＃１０２）。１列目の撮像が行なわれる期間中は、４つのＬＥＤ照明装置４，５，６，７が順次点灯し、ＬＥＤ照明装置４，５，６，７の点灯のタイミングとＣＣＤラインセンサカメラ３中のＣＣＤ３ａのデータ転送が同期して、それぞれの動作が４回行なわれる。これにより、１列あたりＬＥＤ照明装置４，５，６，７の照射に応じた撮像データを得ることができる。

具体的には、ｎ列目（初期値１〜最大値ｎ_max）の撮像（＃１０２）の期間中にｍ番目（初期値１〜最大値ｍ_max）のＬＥＤ照明装置が点灯する（＃１０３）。本実施形態ではＬＥＤ照明装置は４つ設けられており、１列あたりの撮像回数が４回であれば、１から４番目のＬＥＤ照明装置は、それぞれ１から４番目の照明装置に相当する。

ｍ番目のＬＥＤ照明装置が点灯することにより、ＣＣＤラインセンサカメラ３のＣＣＤ３ａが露光し、所定の電荷蓄積時間が経過するとデータ転送を行なう（＃１０４）。データ転送が終了したタイミングでｍ番目のＬＥＤ照明装置を消灯させ（＃１０５）、ｍ＋１番目のＬＥＤ照明装置を点灯させる（＃１０７）。

この動作を図９のタイミングチャートを用いてより具体的に説明する。上記の通り、搬送装置の搬送速度は一定で、被検査物１００は連続的に移動しているため、微少時間でも経過すると撮像領域１０２は順次変化する。この撮像領域１０２の変化量がＣＣＤ３ａの１画素分の撮像範囲を超えないうちに、４回のＣＣＤ３ａからのデータ転送を行なう。

例えば、あるタイミングｔ_０で特定の撮像領域を撮像したものとする。なお、ｔ_０はどのようなタイミングでもよいが、理解の容易のため、第４ＬＥＤ照明装置７が消灯したタイミングとする。

ｔ_０で第１ＬＥＤ照明装置４が点灯を開始する。これにより、ＣＣＤ３ａが露光され、ＣＣＤ３ａに電荷が蓄積される。所定時間が経過すると露光が終了し、受光した光量に応じた情報がＣＣＤからデータ転送される（ｔ_１）。そのタイミングで、第１ＬＥＤ照明装置４が消灯し、第２ＬＥＤ照明装置５が点灯する。

以下、同様にｔ_２で２回目のデータ転送、ｔ_３で３回目のデータ転送、ｔ_４で４回目のデータ転送が完了する。なお、各ＬＥＤ照明装置の点灯切り替えのタイミングをＣＣＤのデータ転送の終了時にしているのは、ＬＥＤ照明装置の応答性を考慮したものであり、複数の照明が点灯した状態でそれぞれの撮像期間（ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_１〜ｔ_２、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_３〜ｔ_４）中に露光が行なわれないようにしたものである。すなわち、ＬＥＤ照明装置の消灯はデータ転送の開始時、ＬＥＤ照明装置の消灯はデータ転送の終了時とすることで、２重露光の問題を解消することができる。

以上のように、４つのＬＥＤ照明装置の切り替え及びＣＣＤのデータ転送のタイミングによって、搬送装置の搬送速度を制御することができる。すなわち、例えば、点灯させるＬＥＤ照明装置を少なくしたり、ＣＣＤのスキャンレートを短くすれば、１つの列に対して必要なデータ転送を完了させるまでの時間を短くすることができるため、被検査物の搬送速度を早くすることができる。

一方、点灯させるＬＥＤ照明装置を少なくした場合であっても、搬送速度を一定に保ち、１つの列に対してそれぞれの照明装置の切り替えを複数回ずつ行ない、照明装置ごとのデータ転送を複数回にわたって確保するようにしてもよい。

すなわち、点灯させるＬＥＤ照明の数と同数又は好ましくは整数倍の回数のデータ転送が１つの列に対して行なわれるように搬送速度を制御すればよく、このデータ転送を確保可能な搬送速度に搬送装置２を制御することができる。

上記の動作をｍ_max番目のＬＥＤ照明装置まで行なうことで、ｎ列目の撮像が終了する。その後、ｍを初期値１にリセット（＃１０９）し、ｎ＋１列目の撮像動作を繰り返し（＃１１０）、最終列であるｎ_max列目まで同様の処理を行なう。なお、最終列であるｎ_max列目は、必ずしも被検査物の搬送方向終端の撮像領域を意味するものではなく、被検査物の特定領域であってもよい。例えば、長尺物のフィルムなど、例えば、特定の長さに区切って撮像を行ない、当該区切られた領域ごとに時分割撮像処理を終了させるようにしてもよい。

ｎ_max列目の撮像が終了すると時分割撮像処理が終了し、集積画像データ作成処理を行なう（＃２）。集積画像データの作成は、画像処理部１１がその処理を司る。図１０に示すように、時分割撮像処理では、ｋ_１番目、ｋ_２番目などの１つの画素の撮像に４つの画像データが出力される。また、被検査物１００を撮像するために複数列の撮像処理が行なわれ、それぞれが４つに時分割されたデータ転送を行なうため、各列の同じタイミングの画像を抜き出して集積することにより、集積画像データを作成する。

具体的には、ｎ_１列目のｋ_１番目の画素（Ｄ_ｎ１ｋと表記する）からの出力には、１から４番の照明に対応する転送データ（Ｄ_n1k1-1、Ｄ_n1k1-2、Ｄ_n1k1-3、Ｄ_n1k1-4）が蓄積されている。このように、すべての画素について、照明に対応するデータが存在するため、これらの情報を各照明に応じた画素データとして集積し、集積画像データを作成する。

このようにして作成された集積画像データは、各照明の光学特性に応じた画像となっている。例えば、第１のＬＥＤ照明装置４に対応する画像は、上記のように、正反射光によって露光された画像データであるため、被検査物表面が平滑である場合は、正常な部分が明るく、異物などにより光の反射が妨げられた部分が暗くなるような画像となる。

また、第２及び第３のＬＥＤ照明装置５，６に対応する画像は、拡散反射光によって露光された画像データであるため、被検査物表面が平滑である場合は、正常な部分が暗く、異物などにより光の正反射が妨げられた部分が明るくなるような画像となる。また、浅い角度からの光によれば比較的細かい表面の傷などについても視認しやすくなるなど、光の入射角度が異なることで画像上の特徴が生じる

第４のＬＥＤ照明装置７に対応する画像は、透過光によって露光された画像データであるため、被検査物の正常な部分が明るく、異物などにより光の透過が妨げられた部分が暗くなるような画像となる。

次に複数の集積画像データを用いて合成画像データを作成する（＃３）。合成画像データの作成は、画像合成部１２がその処理を司る。合成画像データを作成するための集積画像データは任意のものを使用することができるが、異物が存在する部分の撮像結果が相反する２つの集積画像データに基づいて作成することができる。例えば、第１の照明による集積画像データと、第２又は第３の照明による集積画像とを比較して合成画像データとすることができる。

作成する合成画像データの数は特に制限されるものではなく、必要に応じて複数作成してもよいし、また、一次的に作成された第１次合成画像データ同士あるいは第１次合成画像データと集積画像データを用いて第２次合成画像データを作成してもよい。

合成画像データの作成においては、対比する２つの集積画像データのそれぞれ対応する各画素の数値（例えば明度）の差分を算出し、当該各画素の差分量に応じた画像を作成することができる。

図１１に第１集積画像データと第２集積画像データとを用いて作成する合成画像データの作成の処理の模式図を示す。上記のように、第１集積画像データと第２集積画像データは、異物が存在する部分の撮像結果が相反するものであり、図１１の例では、ｎ_３列Ｋ_３番の画素に該当する部分に異物が撮像されているものとする。上記の通り、第１集積画像データでは、異物が存在する当該画素の明度は他の部分より低く、第２集積画像データでは、異物が存在する当該画素の明度は他の部分より高くなる。

したがって、各画素の対応する明度の差分を取ると異物が撮像されている部分の画素の明度の幅が増幅され、周囲の正常な部分との際が際だつこととなる。

例えば、図１１の例では、第１集積画像データと第２集積画像データとの正常な部分の明度の値は同じで、異物が撮像されている部分の明度がそれぞれ２５ずつ変化しているものとすると、差分を取ることで差分値が５０となり、周囲の値よりも当該画素の値が顕著になる。

上記のように合成画像データの作成に用いる集積画像データの組み合わせ及び作成する合成画像データの数は、特に制限されるものではなく、検査する被検査物１００の性状に応じて適宜自由に選択することができる。このように合成画像データを作成することで、被検査物の性状により適応した画像の作成ができ、後述の判定処理における判定を確実にすることができる。

このようにして作成された合成画像データの例を図１２に示す。図１２の例では、作成に利用した集積画像７０，７１のうち、正常な部分７２に対して異物７３が撮像されている欠陥部分の明度が相反するものとなっている。また、それぞれの集積画像７０，７１では十分に視認できない程度の低いコントラストの欠陥が、差分を取ることにより作成される合成画像８０では、より明確に視認できるようになる。

その後、合成画像に基づいて、画像判定部１３が判定処理を行なう。

本実施形態にかかる光学検査装置によれば、単一のカメラを用いて異なる光学特性の光を照射された被検査物を一度の搬送で画素レベルの精細度を持って時分割撮像するため、異なる光学特性を有する複数の画像データの画角及び撮像領域を画素レベルで同じにできる。したがって、合成画像の作成が容易であり、それぞれの画像では十分に判別できないような細かな傷を検査することができる。

（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態にかかる光学検査装置の光学系の例を示す模式図である。図１４は、第２実施形態にかかる光学検査装置の機能ブロック図である。

本実施形態にかかる光学検査装置２０は、搬送装置２によって搬送される被検査物１００の搬送経路の途中に配置されたＣＣＤラインセンサカメラ２３によって被検査物を撮像し、撮像された画像データに基づいて被検査物１００の傷や異物混入などを判断するための装置である。

第２実施形態にかかる光学検査装置２０は、おおむね第２実施形態にかかる光学検査装置１と処理内容については共通するが、設置されている光学系が異なる。以下、異なる光学系について中心に説明する。

ＣＣＤラインセンサカメラ２３による被検査物１００の撮影用照明として、第１ＬＥＤ照明装置２４及び第２ＬＥＤ照明装置２５が設けられている。

第１ＬＥＤ照明装置２４及び第２ＬＥＤ照明装置２５は、被検査物に到達してＣＣＤラインセンサカメラ２３に入射する光の光学特性を異ならせるために、照射する光の射出方向が異なるように配置されている。また、第２ＬＥＤ照明装置２５は、異なる波長域をピークとする３つの波長の光を照射することができるように構成されている。

図１３に示す光学系について詳細に説明する。ＣＣＤラインセンサカメラ２３は、１次元ＣＣＤ撮像素子３ａ（図１４参照）を搭載したスチルカメラである。ＣＣＤラインセンサカメラ３は、所定の画角で被検査物１００を撮影可能であり、その撮影方向は、被検査物１００の法線に対して角度θ_１となるように配置されている。本実施形態のＣＣＤラインセンサカメラ３に使用されているＣＣＤ撮像素子３ａは、カラーＣＣＤである必要はなく、カラーフィルタが設けられていないものが使用されている。

第１ＬＥＤ照明装置２４及び第２ＬＥＤ照明装置２５は、被検査物１００の搬送方向に対して直交するように設けられる線状光源であり、照明制御部９によって点灯のタイミングが制御されている。第１ＬＥＤ照明装置２４から照射される光は、白色光が用いられている。第２ＬＥＤ照明装置２５から照射される光は、上記の通り、異なる３つの波長域をピークとする光であり、照明制御部９による制御によって、それぞれの波長の光を切り替えて照射することができるようになっている。

第１ＬＥＤ照明装置２４は、図１３に示すように、照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ２３に正反射光として入力されるように配置される。被検査物１００に対する光の入射角θ_１は、カメラの撮影方向と同じに構成されている。

第２ＬＥＤ照明装置２５は、図１３に示すように共に照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ３に拡散反射光として入力されるように配置される。第２ＬＥＤ照明装置２５の入射角θ_２は、例えば、３０〜６０°程度とすることができる。

次に本実施形態にかかる光学検査装置の動作について説明する。第２実施形態にかかる光学検査装置の動作は、光を照射するＬＥＤ照明装置の切り替えが異なるだけで、他の処理動作はおおむね第１実施形態にかかる光学検査装置の動作と共通である。

このように第２ＬＥＤ照明装置２５から３つの波長域の光を照射することで、例えば、壁紙などカラー印刷物の印刷の欠陥を判定することができる。

例えば、第１ＬＥＤ照明装置２４の白色光で撮像された集積画像データが、全体の印刷の状態を示し、第２ＬＥＤ照明装置２５のそれぞれの単色光で撮像された集積画像データが、カラー印刷のそれぞれの原色成分の印刷の欠陥を示すことができる。

また、合成画像データは、第１ＬＥＤ照明装置２４の白色光で撮像された集積画像データと第２ＬＥＤ照明装置２５のそれぞれの単色光で撮像された集積画像データとを用いて作成することにより、当該原色成分の印刷の欠陥を高コントラストで表現することができる。

（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態にかかる光学検査装置の光学系の例を示す図である。本実施形態は、例えば、飲料水を入れるためのボトル１３０の口金部分のネジ部分１３１の形状欠陥を測定するための検査装置である。

本実施形態にかかる光学検査装置３０は、ボトル１３０を矢印９１に示すように回転させるための回転テーブル３２を備えており、矢印９０に示すように回転する。ボトルの口金部分１３１に対向して、ＣＣＤラインセンサカメラ３３が設けられている。

ＣＣＤラインセンサカメラ３３は、内蔵されている一次元ＣＣＤ３３ａがボトルの高さ方向に沿うような向きに配置されている。回転テーブル３２を回転させながらＣＣＤラインセンサカメラ３３で撮像することにより、ボトル１３０の口金部分を平面に展開したような画像が撮像される。

ＣＣＤラインセンサカメラ３３による被検査物１３０の撮影用照明として、第１ＬＥＤ照明装置３４と第２ＬＥＤ照明装置３５が設けられている。

第１ＬＥＤ照明装置３４と第２ＬＥＤ照明装置３５は、被検査物１３０に到達してＣＣＤラインセンサカメラ３３に入射する光の光学特性を異ならせるために、照射する光の射出方向が異なるように配置されている。

第１ＬＥＤ照明装置３４と第２ＬＥＤ照明装置３５は、ボトルの口金部分１３１のねじ山の傾斜面に対して略垂直方向に白色光を照射するように配置される。すなわち、第１ＬＥＤ照明装置３４はボトル１３０の上方向から、第２ＬＥＤ照明装置３５はボトル１３０の下方向からそれぞれ光を照射する。

第１ＬＥＤ照明装置３４からの光は、ねじ山の上側斜面で反射し、ＣＣＤラインセンサカメラ３３に対して例えば正反射光として入力すると供に、ねじ山の下側斜面に対しては入射角がきわめて浅い拡散反射光としてＣＣＤラインセンサカメラ３３に到達する。

一方、第２ＬＥＤ照明装置３５からの光は、ねじ山の下側斜面で反射し、ＣＣＤラインセンサカメラ３３に対して例えば正反射光として入力すると供に、ねじ山の上側斜面に対しては入射角がきわめて浅い拡散反射光としてＣＣＤラインセンサカメラ３３に到達する。

このように光学特性が異なる２つの照明によってそれぞれ照射された被検査物であるボトル１３０の口金部分の画像を撮像し、当該撮像画増を用いて欠陥を判定するために、第１実施形態と同様の処理動作を行なう。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、

各実施形態において設けられているＬＥＤ照明装置の位置及び光の照射方向及び設置数などは一例としてのものであり、さらに照明装置を追加してもよい。

また、いずれの実施形態においても、搬送装置により被検査物を移動させる構成であるが、光学系全体を被検査物に対して動かすように構成することもできる。

また、上記実施形態では、いずれもＣＣＤのデータ転送速度（スキャンレート）は一定であり、点灯させるＬＥＤ照明の数に応じて搬送速度を制御しているが、ＣＣＤのデータスキャンレートを変更するように構成してもよい。

１，２０，３０ 光学検査装置
２，３２ 搬送装置
３，２３，３３ ＣＣＤラインセンサカメラ
３ａ，３３ａ １次元ＣＣＤ
４，２４，３４ 第１ＬＥＤ照明装置
５，２５，３５ 第２ＬＥＤ照明装置
６ 第３ＬＥＤ照明装置
７ 第４ＬＥＤ照明装置
８ 制御演算部
９ 照明制御部
１０ 撮像制御部
１１ 画像処理部
１２ 画像合成部
１３ 画像判定部
１００ 被検査物
１０１ 異物
１０２ 撮影領域
１３０ ボトル
１３１ 口金部分

Claims (5)

1. 被検査物を撮像する単一のリニア撮像素子と、
   被検査物とリニア撮像素子との位置を相対的に移動させ、被検査物上のリニア撮像素子の撮像領域を変更する搬送装置と、
   前記被検査物に到達して前記リニア撮像素子に入射する光が、前記被検査物に対して、それぞれ正反射光、拡散反射光、透過光となるように配置された複数の照明装置と、
   前記搬送装置により搬送される被検査物の所定の領域が前記リニア撮像素子の撮像領域内にある時間内に、前記リニア撮像素子から複数回のデータ転送が可能となるように、前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御する撮像制御部と、
   前記複数の照明装置の点灯のタイミングを前記撮像制御部により制御された前記リニア撮像素子の転送回ごとに変更するように制御する照明制御部と、
   前記リニア撮像素子から転送された画像データを前記同じ照明装置が点灯した画像データごとに集積して集積画像データを作成する画像処理部と、
   前記画像処理部により作成された透過光による集積画像データと正反射光による集積画像データの対応する各画素の数値の差分を算出した合成画像データと、前記画像処理部により作成された透過光による集積画像データと拡散反射光による集積画像データの対応する各画素の数値の差分を算出した合成画像データを作成する画像合成部と、
   を備えることを特徴とする、撮像光学検査装置。
2. 前記複数の照明装置のうち、拡散反射光となるように設けられている照明装置は、前記被検査物に対する入射角が異なる２つの照明装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載の撮像光学検査装置。
3. 被検査物を撮像する単一のリニア撮像素子と、
   被検査物とリニア撮像素子との位置を相対的に移動させ、被検査物上のリニア撮像素子の撮像領域を変更する搬送装置と、
   前記リニア撮像素子に入射する前記被検査物に対して正反射光となるように配置された白色光の第１光源と、前記リニア撮像素子に入射する前記被検査物に対して拡散反射光となるように配置された異なる波長の光を切り替えて射出可能な１つの第２光源とを備える複数の照明装置と、
   前記搬送装置により搬送される被検査物の所定の領域が前記リニア撮像素子の撮像領域内にある時間内に、前記リニア撮像素子から複数回のデータ転送が可能となるように、前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御する撮像制御部と、
   前記複数の照明装置の点灯のタイミングを前記撮像制御部により制御された前記リニア撮像素子の転送回ごとに変更するように制御する照明制御部と、
   前記リニア撮像素子から転送された画像データを前記第１光源の白色光が点灯した画像データごと及び第２光源の各波長域が点灯した画像データごとに集積して各波長域及び白色光の集積画像データを作成する画像処理部と、
   前記画像処理部により作成された集積画像データを合成し、合成画像データを作成する画像合成部と、を備えることを特徴とする、撮像光学検査装置。
4. 前記撮像制御部は、点灯させる前記複数の照明装置の設置数と同数又は設置数の整数倍のデータ転送を可能とするように前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像光学検査装置。
5. 前記複数の照明装置は、発光ダイオード照明装置であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像光学検査装置。

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