JP6276092B2 - 検査システムおよび検査方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、検査システムおよび検査方法に関する。

従来、被検査体に光を照射し、当該被検査体の表面からの反射光を画像データとして撮像し、当該画像データの輝度変化等に基づいて、被検査体の異常を検出する技術が提案されている。

その際に被検査体に照射する光の強度を周期的に変化させ、撮像された画像データの輝度変化に基づいて、異常を検出する技術が提案されている。

特開２０１４−２１２５号公報

被検査体の被検査面は、例えば、下地、下地の上で塗装が行われた面、さらにこの上に透明な層等のような複数の層から構成される場合がある。このような場合、いずれの層に異常が存在するかを検出することができれば、より正確に異常検出を行うことができる。

実施形態の検査システムは、複数の層からなる被検査面に対して所定の入射角で照射光を出射する照明部と、前記照射光から所定の偏光成分を透過させる第１偏光フィルタと、前記被検査面に照射される前記照射光の偏光成分の反射光から所定の偏光成分を透過させる第２偏光フィルタと、前記第２偏光フィルタから透過した反射光の偏光成分によって前記被検査面を撮像する撮像部と、前記第１偏光フィルタによる偏光成分と前記第２偏光フィルタによる偏光成分とに基づいて、前記撮像部で撮像された撮像画像が、前記複数の層の少なくともいずれの層の画像であるかを判定する判定部と、を備えた。また、前記被検査面は、下地と、前記下地の上に塗装された塗装面と、前記塗装面の上で透明なクリア層とからなる。また、前記所定の入射角は、前記照射光のＰ偏光のすべてが前記クリア層の表面で反射しない角度である。そして、前記判定部は、前記第１偏光フィルタによる偏光成分と前記第２偏光フィルタによる偏光成分とに基づいて、前記撮像画像が、前記クリア層の表面の画像か、前記塗装面の画像か、前記下地の画像かの少なくともいずれかを判定する。

図１は、実施形態１の検査システムの構成例を示した図である。 図２は、空気とガラスの界面の反射率と入射角の関係の一例を示すグラフである。 図３は、実施形態１におけるＳ偏光入射の状態の一例を示す図である。 図４は、実施形態１におけるＳ偏光入射で、Ｓ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。 図５は、実施形態１におけるＳ偏光入射で、Ｐ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。 図６は、実施形態１におけるＰ偏光入射の状態の一例を示す図である。 図７は、実施形態１におけるＰ偏光入射で、Ｓ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。 図８は、実施形態１におけるＰ偏光入射で、Ｐ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。 図９は、実施形態１における偏光情報と反射光の層との関係の一例を示す図である。 図１０は、実施形態１にかかる検査処理の流れの一例を示すシーケンス図である。 図１１は、実施形態１にかかる画像判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１２は、実施形態２の検査システムの構成例を示した図である。 図１３は、実施形態２の時間相関カメラの構成を示したブロック図である。 図１４は、実施形態２の時間相関カメラで時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。 図１５は、実施形態２の照明装置が照射する縞パターンの一例を示した図である。 図１６は、実施形態２の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第１の検出例を示した図である。 図１７は、図５に示される異常が被検査体にある場合に、当該異常に応じて変化する、光の振幅の例を表した図である。 図１８は、実施形態２の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第２の検出例を示した図である。 図１９は、実施形態２の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第３の検出例を示した図である。 図２０は、実施形態２の照明制御部が照明装置に出力する縞パターンの例を示した図である。 図２１は、実施形態２のスクリーンを介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。 図２２は、実施形態２の異常検出処理部における振幅に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。 図２３は、実施形態２の異常検出処理部における、位相に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。 図２４は、実施形態２の異常検出処理部における振幅および強度に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。 図２５は、実施形態２の検査システムにおける被検査体の検査処理の手順を示すフローチャートである。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の検査システムの構成例を示した図である。図１に示されるように、実施形態１の検査システムは、ＰＣ１００と、カメラ１０と、照明装置１２０と、スクリーン１３０と、アーム１４０と、第１偏光フィルタ１６０と、第２偏光フィルタ１７０とを備えている。

アーム１４０は、被検査体１５０を固定するために用いられ、ＰＣ１００からの制御に応じて、カメラ１０が撮影可能な被検査体１５０の表面を変化させる。

照明装置１２０は、被検査体１５０に光を照射する装置である。スクリーン１３０は、照明装置１２０から出力された光を拡散させた上で、被検査体１５０に対して面的に光を照射する。ここで、照明装置１２０は、照明光のＰ偏光のすべてが後述する被検査面のクリア層の表面で反射しない角度の入射角で、照明光を被検査面に照射する。この入射角の詳細については後述する。

本実施形態のスクリーン１３０は、照明装置１２０から入力された光を、面的に被検査体１５０に照射する。

第１偏光フィルタ１６０は、スクリーン１３０の被検査体側の面の近傍に設けられ、スクリーン１３０から面的に照射された照射光から所定方向の偏光を透過する。本実施形態では、第１偏光フィルタ１６０は、所定方向の偏光として、Ｓ偏光とＰ偏光とを切替えて透過するようになっている。ここで、第１偏光フィルタ１６０は、取り外し可能となっており、照明光を偏光せずに被検査体１５０の被検査面に照射する場合には、検査者は第１偏光フィルタ１６０をスクリーン１３０の前から取り外す。

第２偏光フィルタ１７０は、カメラ１０のレンズの前に設けられ、被検査体１５０の被検査面からの反射光から所定方向の偏光を透過する。本実施形態では、第２偏光フィルタ１７０は、所定方向の偏光として、Ｓ偏光とＰ偏光とを切替えて透過するようになっている。なお、第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０のそれぞれについて、Ｓ偏光透過の状態、Ｐ偏光透過の状態を示す情報を偏光情報と呼ぶ。

なお、第１偏光フィルタ１６０および第２偏光フィルタ１７０によるＳ偏光とＰ偏光の切替えは、検査者が手動で第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０のそれぞれを回転操作すること等により行われる。ただし、これに限定されるものではなく、ＰＣ１００からの指令のより、第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０のそれぞれを回転移動すること等により、Ｓ偏光とＰ偏光とを切り返す手段等を設けるように構成してもよい。

また、照明装置１２０とスクリーン１３０との間に、集光用のフレネルレンズ等の光学系部品を設けるように構成してもよい。

なお、本実施形態は、照明装置１２０とスクリーン１３０とを組み合わせて、面的な照明部を構成する例について説明するが、このような組み合わせに制限するものではなく、例えば、ＬＥＤを面的に配置して照明部を構成してもよい。

ＰＣ１００は、機能的構成としては、図１に示すように、アーム制御部１０１と、照明制御部１０２と、判定部１０３と、異常検出処理部１０５と、メモリ１０７とを主に備えている。ＰＣ１００のハードウェア構成としては、ＣＰＵ、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリ１０７、キーボードやマウスなどの入力デバイス、ディスプレイなどの表示デバイス等を備えた通常のコンピュータの構成である。

メモリ１０７には、第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０のそれぞれの偏光情報、すなわち、Ｐ偏光透過の状態か、Ｓ偏光透過の状態かを時系列に記憶している。このメモリ１０７への偏光情報の登録は、検査者が入力デバイスを介して手動で行う他、第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０をＰＣ１００が切り換える場合には、ＰＣ１００によりメモリ１０７に登録するように構成してもよい。

アーム制御部１０１は、被検査体１５０のカメラ１０による撮像対象となる表面を変更するために、アーム１４０を制御する。本実施形態では、ＰＣ１００において、被検査体の撮影対象となる表面を複数設定しておく。そして、カメラ１０が被検査体１５０の撮影が終了する毎に、アーム制御部１０１が、当該設定に従って、カメラ１０が設定された表面を撮影できるように、アーム１４０が被検査体１５０を移動させる。なお、本実施形態は撮影が終了する毎にアームを移動させ、撮影が開始する前に停止させることを繰り返すことに制限するものではなく、継続的にアーム１４０を駆動させてもよい。なお、アーム１４０は、搬送部、移動部、位置変更部、姿勢変更部等とも称されうる。

照明制御部１０２は、被検査体１５０を検査するために照明装置１２０の照射を制御する。本実施形態の照明制御部１０２は、無地のパターンの照明光を照射するように照明装置１２０を制御する。

判定部１０３は、カメラ１０から撮像画像を取得し、メモリ１０７から第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０のそれぞれの偏光情報を取得する。そして、判定部１０３は、当該偏光情報に基づいて、撮像画像が被検査面を構成する複数の層のいずれの層からの反射光で撮像されたか、すなわち撮像画像が複数の層のいずれの層の画像であるかを判定する。以下、かかる判定を画像判定という。

異常検出処理部１０５は、判定部１０３による判定結果と撮像画像から被検査面の層ごとの欠陥を検出する。なお、本実施形態では、異常検出の手法については、公知の手法を用いることができる。

ここで、画像判定の詳細について説明する。被検査面は、下地の上に塗装された面と、塗装された面の上で透明にコーティングされたたクリア層とからなっている。ここで、下地の上には塗装面として塗装によるメタリック粒子が存在する。以下、下地と塗装面のメタリック粒子とを総称して内層と呼ぶ。

判定部１０３は、第１偏光フィルタ１６０の偏光情報成分と第２偏光フィルタ１７０の偏光情報とに基づいて、撮像画像がクリア層の表面からの反射光で撮像された画像（クリア層表面の撮像画像）か、内層のメタリック粒子からの反射光で撮像された画像（内層表面の撮像画像）か、下地からの反射光で撮像された画像（下地の撮像画像）かを判定する。

これ以降、照明光が第１偏光フィルタ１６０によってＳ偏光として出射して被検査面に入射する場合をＳ偏光入射といい、照明光が第１偏光フィルタ１６０によってＰ偏光として出射して被検査面に入射する場合をＰ偏光入射という。また、第１偏光フィルタ１６０を設けずに照明光を被検査体１５０に照射した場合を偏光無し入射と呼ぶ。

また、被検査面からの反射光を第２偏光フィルタ１７０によりＳ偏光としてカメラ１０で撮像される場合をＳ偏光受光といい、被検査面からの反射光を第２偏光フィルタ１７０でＰ偏光としてカメラ１０で撮像される場合をＰ偏光受光という。

照明光の被検査面への入射角について説明する。図２は、空気とガラスの界面の反射率と入射角の関係を示すグラフである。図２では、Ｓ偏光とＰ偏光の入射角に対する反射率の関係を示している。不図示ではあるが、空気とアルミ等の金属の界面での反射率は、Ｓ偏光、Ｐ偏光のいずれも高い反射率を示すが、空気とガラス等の誘電体の界面の反射率は、図２に示すようになる。図２からわかるように、Ｓ偏光の反射率は、入射角が０°から９０°に増加するに従って増加するが、Ｐ偏光の反射率は、入射角が０°で約５％で、入射角が増加するに従って徐々に減少し、入射角が約６０°のときにＰ偏光の反射率は０となる。その後、入射角が増加するに従って、反射率は急激に増加する。

本実施形態では、Ｐ偏光の反射率が０になるときの入射角（図２の例では６０°）で照明光を被検査面に照射するように照明装置１２０を構成している。このため、被検査面に照射されたＰ偏光は、クリア層表面で反射せずに、クリア層内部を透過し、内層に達することになる。

照明光が第１偏光フィルタ１６０によってＳ偏光として出射して被検査面に入射する場合（Ｓ偏光入射）について説明する。図３は、実施形態１におけるＳ偏光入射の状態の一例を示す図である。

図３に示すように、第１偏光フィルタ１６０より出射された照明光のＳ偏光は、クリア層の表面で反射してＳ偏光の状態でカメラ１０に向かう光と、クリア層内部を透過して内層表面のメタリック粒子で反射してＳ偏光の状態でカメラ１０に向かう光と、内層の内部に入り込んで内層内部で多数の反射を繰り返して、その結果無偏光となって内層、クリア層から出射しカメラ１０に向かう光とに分かれる。

図４は、実施形態１におけるＳ偏光入射で、Ｓ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。Ｓ偏光入射、かつＳ偏光受光は、第１偏光フィルタ１６０でＳ偏光を透過し、第２偏光フィルタ１７０でＳ偏光を透過して観察する場合である。

この場合には、カメラ１０は、クリア層の表面からの反射光（Ｓ偏光）を、第２偏光フィルタ１７０を介してＳ偏光で撮像して観察するので、図４に示すように、クリア層表面の反射光が観察される。また、カメラ１０は、内層の表面からの反射光（Ｓ偏光）を、第２偏光フィルタ１７０を介してＳ偏光で撮像して観察するので、図４に示すように、内層の表面に存在するメタリック粒子が観察される。さらに、内層の内部に透過したＳ偏光は、内部で多数の反射で無偏光となり、内層、クリア層から出射されるので第２偏光フィルタ１７０を介して、下地の反射光として観察される。

図５は、実施形態１におけるＳ偏光入射で、Ｐ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。Ｓ偏光入射、かつＰ偏光受光は、第１偏光フィルタ１６０でＳ偏光を透過し、第２偏光フィルタ１７０でＰ偏光を透過して観察する場合である。

この場合には、図５に示すように、クリア層の表面からの反射光（Ｓ偏光）および内層の表面に存在するメタリック粒子からの反射光（Ｓ偏光）のいずれも、Ｐ偏光を透過する第２偏光フィルタ１７０で遮断され、カメラ１０では受光されない。一方、内層の内部に透過したＳ偏光は、内部で多数の反射で無偏光となり、内層、クリア層から出射されるので、第２偏光フィルタ１７０を介して、下地の反射光として観察される。

次に、照明光が第１偏光フィルタ１６０によってＰ偏光として出射して被検査面に入射する場合（Ｐ偏光入射）について説明する。図６は、実施形態１におけるＰ偏光入射の状態の一例を示す図である。

図６に示すように、第１偏光フィルタ１６０より出射された照明光のＰ偏光は、上述のようにＰ偏光の反射率が０となる入射角で被検査面に照射されるので、クリア層の表面を反射せずに、クリア層内部を透過する。そして、内層表面のメタリック粒子で反射してＰ偏光の状態でカメラ１０に向かう光と、内層の内部に入り込んで内層内部で多数の反射を繰り返して、その結果無偏光となって内層、クリア層から出射しカメラ１０に向かう光とに分かれる。

図７は、実施形態１におけるＰ偏光入射で、Ｓ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。Ｐ偏光入射、かつＳ偏光受光は、第１偏光フィルタ１６０でＰ偏光を透過し、第２偏光フィルタ１７０でＳ偏光を透過して観察する場合である。

この場合には、Ｐ偏光はクリア層の表面から反射しないので、図７に示すように、クリア層表面の反射光は観察されない。また、カメラ１０は、内層の表面からの反射光（Ｐ偏光）を、第２偏光フィルタ１７０を介してＳ偏光で撮像して観察するので、図７に示すように、内層の表面に存在するメタリック粒子からの反射光は第２偏光フィルタ１７０で遮断され、メタリック粒子もカメラ１０で観察することはできない。一方、内層の内部に透過したＰ偏光は、内部で多数の反射で無偏光となって、内層、クリア層から出射されるので第２偏光フィルタ１７０を介して、下地の反射光として観察される。

図８は、実施形態１におけるＰ偏光入射で、Ｐ偏光受光の場合の撮像画像の観察状態の一例を示す図である。Ｐ偏光入射、かつＰ偏光受光は、第１偏光フィルタ１６０でＰ偏光を透過し、第２偏光フィルタ１７０でＰ偏光を透過して観察する場合である。

この場合には、図８に示すように、Ｐ偏光はクリア層の表面から反射しないので、クリア層表面の反射光は観察されない。また、カメラ１０は、内層の表面からの反射光（Ｐ偏光）を、第２偏光フィルタ１７０を介してＰ偏光で撮像して観察するので、図８に示すように、内層の表面に存在するメタリック粒子が観察される。さらに、内層の内部に透過したＰ偏光は、内部で多数の反射で無偏光となり、内層、クリア層から出射されるので第２偏光フィルタ１７０を介して、下地の反射光として観察される。

以上により、判定部１０３は、カメラ１０で撮像された撮像画像に対して、偏光情報、すなわち、Ｓ偏光入射かつＳ偏光観察、Ｓ偏光入射かつＰ偏光観察、Ｐ偏光入射かつＳ偏光観察、Ｐ偏光入射かつＰ偏光観察、Ｐ偏光入射かつ無偏光観察、Ｐ偏光入射かつ無偏光観察に応じて、撮像画像がいずれの層の反射光で撮像された画像であるか、すなわち撮像画像がいずれの層の画像であるかを判定する。

図９は、実施形態１における偏光情報と反射光の層との関係を示す図である。図９では、Ｓ偏光入射、Ｐ偏光入射、偏光無し入射のそれぞれの場合において、Ｓ偏光受光、Ｐ偏光受光で観察される反射光が被検査面のいずれの層からの反射光となるかを示している。

判定部１０３は、図９に示すように、Ｓ偏光入射でＳ偏光受光の場合、撮像画像がクリア層表面の反射光と内層（メタリック粒子および下地）からの反射光で撮像された画像、すなわち、クリア層表面、メタリック粒子および下地の画像であると判断する。また、判定部１０３は、Ｓ偏光入射でＰ偏光受光の場合、図９に示すように、撮像画像が下地からの反射光で撮像された画像、すなわち、下地の画像であると判断する。

また、判定部１０３は、Ｐ偏光入射でＳ偏光受光の場合、図９に示すように、撮像画像が下地からの反射光で撮像された画像、すなわち、下地の画像であると判断する。また、判定部１０３は、Ｐ偏光入射でＰ偏光受光の場合、図９に示すように、撮像画像が下地からの反射光で撮像された画像、すなわち、下地の画像であると判断する。

さらに、判定部１０３は、偏光無し入射でＳ偏光受光の場合には、図９に示すように、撮像画像がクリア層表面の反射光と内層（メタリック粒子および下地）からの反射光で撮像された画像、すなわち、クリア層表面、メタリック粒子および下地の画像であると判断する。判定部１０３は、偏光無し入射でＰ偏光受光の場合には、図９に示すように、撮像画像が内層（メタリック粒子および下地）からの反射光で撮像された画像、すなわち、メタリック粒子および下地の画像であると判断する。

次に、以上のように構成された本実施形態の検査システムのＰＣ１００による被検査体１５０の検査処理について説明する。図１０は、実施形態１にかかる検査処理の流れを示すシーケンス図である。

なお、本実施形態では、スクリーン１３０の前に設置された第１偏光フィルタ１６０の偏光の状態をＳ偏光を透過またはＰ偏光を透過のいずれかに固定し、カメラ１０の前に設けられた第２偏光フィルタ１７０の偏光を切替えるものとする。

また、照明装置１２０からは無地のパターンの照明光がスクリーン１３０に対して照射されているものとする。

まず、検査者は、カメラ１０側において、第２偏光フィルタの偏光状態を切り換える（ステップＳ１０１１）。そして、カメラ１０は、被検査体１５０の被検査面からの反射光を、第２偏光フィルタ１７０を介して受光し、これにより被検査面を撮像する（ステップＳ１０１２）。そして、カメラ１０は撮像画像データをＰＣ１００に出力する（ステップＳ１０１３）。

上記ステップＳ１０１１からＳ１０１３までの処理は、被検査面の同じ領域に対して、第２偏光フィルタ１７０を異なる偏光状態で２回繰り返して実行される。例えば、１回目の処理では第２偏光フィルタ１７０をＳ偏光を透過するようにしてＳ偏光受光とし、２回目の処理では、第２偏光フィルタ１７０をＰ偏光を透過するように切り換えてＰ偏光受光とする等である。これにより、Ｓ偏光受光とＰ偏光受光とで２枚の撮像画像データが得られ、ＰＣ１００に出力されることになる。

ＰＣ１００は、２枚の撮像画像データをカメラ１０から受け取る（ステップＳ１１０１）。そして、判定部１０３が２枚の撮像画像データに対して画像判定処理を実行する（ステップＳ１００２）。

図１１は、実施形態１の画像判定処理の手順を示すフローチャートである。判定部１０３は、メモリ１０７に設定された第１偏光フィルタ１６０の偏光情報、第２偏光フィルタ１７０の偏光情報を取得する（ステップＳ１１）。ここで、第２偏光フィルタ１７０の偏光情報については、１枚目の撮像画像データの撮像時の偏光情報、２枚目の撮像画像データの撮像時の偏光情報をそれぞれ取得する。

そして、判定部１０３は、１枚目の撮像画像データに対して、第１偏光フィルタ１６０の偏光情報、第２偏光フィルタ１７０の１枚目の撮像画像データの撮像時の偏光情報から、反射光の判定を行う（ステップＳ１２）。すなわち、１枚目の撮像画像データがいずれかの層からの反射光で撮像された画像かを判定する。判定の手法は、図２の表に基づいて上述したとおりに行われる。これにより、判定結果として１枚目の撮像画像データを撮像した層が得られる。

次に、判定部１０３は、２枚目の撮像画像データに対して、第１偏光フィルタ１６０の偏光情報、第２偏光フィルタ１７０の２枚目の撮像画像データの撮像時の偏光情報から、反射光の判定を行う（ステップＳ１３）。すなわち、２枚目の撮像画像データがいずれかの層からの反射光で撮像された画像かを判定する。これにより、判定結果として２枚目の撮像画像データを撮像した層が得られる。

次に、判定部１０３は、１枚目の撮像画像データと２枚目の撮像画像データの差分である差分画像を生成する（ステップＳ１４）。そして，判定部１０３は、この差分画像を撮像した反射光を判定する（ステップＳ１５）。

このように差分画像を求めて反射光の判定を行うのは、以下の理由による。例えば、１枚目の撮像画像データの撮像の際において、第１偏光フィルタ１６０の偏光情報がＳ偏光透過であり、第２偏光フィルタ１７０の偏光情報がＳ偏光透過である場合、すなわち、Ｓ偏光入射でＳ偏光観察の場合、判定部１０３は、図２の表に示すとおり、１枚目の撮像が画像データは、クリア層表面の撮像画像、内層表面のメタリック粒子の撮像画像、および下地の撮像画像であると判定する。すなわち、１枚目の撮像画像データだけでは、特定の層に絞り込むことができない。

一方、被検査面の同じ領域を撮像した２枚目の撮像画像データの撮像の際において、第１偏光フィルタ１６０の偏光情報がＳ偏光透過であり、第２偏光フィルタ１７０の偏光情報がＰ偏光透過である場合、すなわち、Ｓ偏光入射でＰ偏光観察の場合、判定部１０３は、図２の表に示すとおり、２枚目の撮像が画像データは、下地の撮像画像であると判定する。

このため、１枚目の撮像画像データと２枚目の撮像画像データとの差分をとると、差分画像では、下地部分が除去されることになり、クリア層表面から反射光とメタリック粒子からの反射光による画像が得られることになり、少なくともクリア層の画像と下地の画像とを分離することが可能となる。この場合、ステップＳ１５では、差分画像の反射光を、クリア層表面から反射光とメタリック粒子からの反射光と特定する。

そして、判定部１０３は、１枚目の撮像画像データ、１枚目の撮像画像データ、差分画像を、それぞれの判定結果と対応付けて異常判定処理部１０５に出力する（ステップＳ１６）。

図１０に戻り、ステップＳ１００２の画像判定処理が終了したら、異常検出処理部１０５は、画像判定の判定結果を用いて被検査面に欠陥が存在するか否かの異常検出処理を実行する（ステップＳ１００３）。すなわち、画像判定の結果、撮像画像がクリア層、下地層のいずれの画像であるわかるため、異常検出処理部１０５は、被検査面のクリア層での欠陥の有無、被検査面の下地での欠陥の有無を検出することが可能となる。そして、異常検出処理部１０５は、異常検出結果を、ＰＣ１１００が備える（図示しない）表示装置に出力する（ステップＳ１００４）。

アーム制御部１０１は、当該被検査体の検査が終了したか否かを判定する（ステップＳ１００５）。検査が終了していないと判定した場合（ステップＳ１００５：Ｎｏ）、アーム制御部１０１が、予め定められた設定に従って、次の検査対象となる被検査体の表面が、カメラ１０で撮影できるように、アームの移動制御を行う（ステップＳ１００６）。

一方、アーム制御部１０１が当該被検査体の検査が終了したと判定した場合（ステップＳ１００５：Ｙｅｓ）、処理は終了する。

このように本実施形態では、ＰＣ１００の判定部１０３が、第１偏光フィルタ１６０の偏光情報、第２偏光フィルタ１７０の偏光情報から、Ｓ偏光入射かつＳ偏光観察、Ｓ偏光入射かつＰ偏光観察、Ｐ偏光入射かつＳ偏光観察、Ｐ偏光入射かつＰ偏光観察、Ｐ偏光入射かつ無偏光観察、Ｐ偏光入射かつ無偏光観察のいずれのパターンかを判断する。そして、異常検出処理部１０５は、当該パターンにより、反射光が被検査面を構成するクリア層、内層、下地のいずれの層からの反射光であるかを判断した上で、欠陥検出を行っている。このため、本実施形態によれば、より正確な欠陥検査を行うことができる。

本実施形態では、第１偏光フィルタ１６０の偏光状態を固定とし切り換えないようにしていたが、これに限定されるものではなく、第１偏光フィルタ１６０の偏光状態を切り換えるように構成してもよい。

また、本実施形態では、クリア層と内層の撮像画像と下地の撮像画像という２枚の撮像画像の差分をとって、クリア層の画像を得てから、異常検出処理を各層毎に行っているが、これに限定されるものではない。例えば、クリア層と内層の撮像画像で異常検出処理を行い、下地の撮像画像で異常検出処理を行い、その検出結果の差分でクリア層における欠陥の有無や欠陥の数を判断するように、判定部１０３および異常検出処理部１０５を構成してもよい。

（実施形態２）
本実施形態では、時間相関カメラを用いた検査システムにおいて、偏光情報を用いて被検査面のうちいずれの層の撮像画像かを判断して、欠陥の有無等の異常検出を行っている。すなわち、本実施形態の検査システムは、実施形態１のカメラに代えて時間相関カメラを用い、縞パターンの照明光を被検査面に照射する。

図１２は、本実施形態の検査システムの構成例を示した図である。図１２に示されるように、本実施形態の検査システムは、ＰＣ１１００と、時間相関カメラ１１０と、照明装置１２０と、スクリーン１３０と、アーム１４０と、第１偏光フィルタ１６０と、第２偏光フィルタ１７０とを備えている。

アーム１４０は、被検査体１５０を固定するために用いられ、ＰＣ１１００からの制御に応じて、時間相関カメラ１１０が撮影可能な被検査体１５０の表面の位置と向きを変化させる。

照明装置１２０は、被検査体１５０に光を照射する装置であって、ＰＣ１１００からの縞パターンに従って、照射する光の強度を領域単位で制御できる。さらに、照明装置１２０は、周期的な時間の遷移に従って当該領域単位の光の強度を制御できる。換言すれば、照明装置１２０は、光の強度の周期的な時間変化及び空間変化を与えることができる。なお、具体的な光の強度の制御手法については後述する。

スクリーン１３０は、照明装置１２０から出力された光を拡散させた上で、被検査体１５０に対して面的に光を照射する。本実施形態のスクリーン１３０は、照明装置１２０から入力された周期的な時間変化及び空間変化が与えられた光を、面的に被検査体１５０に照射する。なお、照明装置１２０とスクリーン１３０との間には、集光用のフレネルレンズ等の光学系部品（図示されず）が設けられてもよい。

なお、本実施形態は、照明装置１２０とスクリーン１３０とを組み合わせて、光強度の周期的な時間変化及び空間変化を与える面的な照明部を構成する例について説明するが、このような組み合わせに制限するものではなく、例えば、ＬＥＤを面的に配置して照明部を構成してもよい。

第１偏光フィルタ１６０は、実施形態１と同様に、スクリーン１３０の被検査体側の面の近傍に設けられ、スクリーン１３０から面的に照射された照射光から、Ｓ偏光とＰ偏光とを切替えて透過する。第２偏光フィルタ１７０は、時間相関カメラ１１０のレンズの前に設けられ、被検査体１５０の被検査面からの反射光から、Ｓ偏光とＰ偏光とを切替えて透過するようになっている。

時間相関カメラ１１０は、光学系２１０と、イメージセンサ２２０と、データバッファ２３０と、制御部２４０と、参照信号出力部２５０と、を備えている。図１３は、本実施形態の時間相関カメラ１１０の構成を示したブロック図である。

光学系２１０は、撮影レンズ等を含み、時間相関カメラ１１０の外部の被写体（被検査体を含む）からの光束を透過し、その光束により形成される被写体の光学像を結像させる。

イメージセンサ２２０は、光学系２１０を介して入射された光の強弱を光強度信号として画素毎に高速に出力可能なセンサとする。

本実施形態の光強度信号は、検査システムの照明装置１２０が被写体（被検査体を含む）に対して光を照射し、当該被写体からの反射光を、イメージセンサ２２０が受け取ったものである。

イメージセンサ２２０は、例えば従来のものと比べて高速に読み出し可能なセンサであり、行方向（ｘ方向）、列方向（ｙ方向）の２種類の方向に画素が配列された２次元平面状に構成されたものとする。そして、イメージセンサ２２０の各画素を、画素Ｐ（１，１），……，Ｐ（ｉ，ｊ），……，Ｐ（Ｘ，Ｙ）とする（なお、本実施形態の画像サイズをＸ×Ｙとする。）。なお、イメージセンサ２２０の読み出し速度を制限するものではなく、従来と同様であってもよい。

イメージセンサ２２０は、光学系２１０によって透過された、被写体（被検査体を含む）からの光束を受光して光電変換することで、被写体から反射された光の強弱を示した光強度信号（撮影信号）で構成される、２次元平面状のフレームを生成し、制御部２４０に出力する。本実施形態のイメージセンサ２２０は、読み出し可能な単位時間毎に、当該フレームを出力する。

本実施形態の制御部２４０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等で構成され、ＲＯＭに格納された検査プログラムを実行することで、転送部２４１と、読出部２４２と、強度画像用重畳部２４３と、第１の乗算器２４４と、第１の相関画像用重畳部２４５と、第２の乗算器２４６と、第２の相関画像用重畳部２４７と、画像出力部２４８と、を実現する。なお、ＣＰＵ等で実現することに制限するものではなく、ＦＰＧＡ、またはＡＳＩＣで実現してもよい。

転送部２４１は、イメージセンサ２２０から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、データバッファ２３０に、時系列順に蓄積する。

データバッファ２３０は、イメージセンサ２２０から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、時系列順に蓄積する。

図１４は、本実施形態の時間相関カメラ１１０で時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。図１４に示されるように、本実施形態のデータバッファ２３０には、時刻ｔ（ｔ＝ｔ０，ｔ１，ｔ２，……，ｔｎ）毎の複数の光強度信号Ｇ（１，１，ｔ），……，Ｇ（ｉ，ｊ，ｔ），……，Ｇ（Ｘ，Ｙ，ｔ）の組み合わせで構成された複数のフレームＦｋ（ｋ＝１，２，……，ｎ）が、時系列順に蓄積される。なお、時刻ｔで作成される一枚のフレームは、光強度信号Ｇ（１，１，ｔ），……，Ｇ（ｉ，ｊ，ｔ），……，Ｇ（Ｘ，Ｙ，ｔ）で構成される。

本実施形態の光強度信号（撮像信号）Ｇ（１，１，ｔ），……，Ｇ（ｉ，ｊ，ｔ），……，Ｇ（Ｘ，Ｙ，ｔ）には、フレーム画像Ｆｋ（ｋ＝１，２，……，ｎ）を構成する各画素Ｐ（１，１），……，Ｐ（ｉ，ｊ），……，Ｐ（Ｘ，Ｙ）が対応づけられている。

イメージセンサ２２０から出力されるフレームは、光強度信号のみで構成されており、換言すればモノクロの画像データとも考えることができる。なお、本実施形態は、解像度、感度、及びコスト等を考慮して、イメージセンサ２２０がモノクロの画像データを生成する例について説明するが、イメージセンサ２２０としてモノクロ用のイメージセンサに制限するものではなく、カラー用のイメージセンサを用いても良い。

図１３に戻り、本実施形態の読出部２４２は、データバッファ２３０から、光強度信号Ｇ（１，１，ｔ），……，Ｇ（ｉ，ｊ，ｔ），……，Ｇ（Ｘ，Ｙ，ｔ）をフレーム単位で、時系列順に読み出して、第１の乗算器２４４と、第２の乗算器２４６と、強度画像用の重畳部と、に出力する。

本実施形態の時間相関カメラ１１０は、読出部２４２の出力先毎に画像データを生成する。換言すれば、時間相間カメラは、３種類の画像データを作成する。

本実施形態の時間相関カメラ１１０は、３種類の画像データとして、強度画像データと、２種類の時間相関画像データと、を生成する。なお、本実施形態は、３種類の画像データを生成することに制限するものではなく、強度画像データを生成しない場合や、１種類又は３種類以上の時間相関画像データを生成する場合も考えられる。

本実施形態のイメージセンサ２２０は、上述したように単位時間毎に、光強度信号で構成されたフレームを出力している。しかしながら、通常の画像データを生成するためには、撮影に必要な露光時間分の光強度信号が必要になる。そこで、本実施形態では、強度画像用重畳部２４３が、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームを重畳して、強度画像データを生成する。なお、強度画像データの各画素値（光の強度を表す値）Ｇ（ｘ，ｙ）は、以下に示す式（１）から導き出すことができる。なお、露光時間は、ｔ０とｔｎの時間差とする。

これにより、従来のカメラの撮影と同様に、被写体（被検査体を含む）が撮影された強度画像データが生成される。そして、強度画像用重畳部２４３は、生成した強度画像データを、画像出力部２４８に出力する。

時間相関画像データは、時間遷移に応じた光の強弱の変化を示す画像データである。つまり、本実施形態では、時系列順のフレーム毎に、当該フレームに含まれる光強度信号に対して、時間遷移を示した参照信号を乗算し、参照信号と光強度信号と乗算結果である時間相関値で構成された、時間相関値フレームを生成し、複数の時間相関値フレームを重畳することで、時間相関画像データを生成する。

ところで、時間相関画像データを用いて、被検査体の異常を検出するためには、イメージセンサ２２０に入力される光強度信号を、参照信号に同期させて変化させる必要がある。このために、照明装置１２０が、上述したように、スクリーン１３０を介して周期的に時間変化および縞の空間的な移動を与えるような、面的な光の照射を行うこととした。

本実施形態では、２種類の時間相関画像データを生成する。参照信号は、時間遷移を表した信号であればよいが、本実施形態では、複素正弦波ｅ^-jωtを用いる。なお、角周波数ω、時刻ｔとする。参照信号を表す複素正弦波ｅ^-jωtが、上述した露光時間（換言すれば強度画像データ、時間相関画像を生成するために必要な時間）の一周期と相関をとるように、角周波数ωが設定されるものとする。換言すれば、照明装置１２０およびスクリーン１３０等の照明部によって形成された面的かつ動的な光は、被検査体１５０の表面（反射面）の各位置で第一の周期（時間周期）での時間的な照射強度の変化を与えるとともに、表面に沿った少なくとも一方向に沿った第二の周期（空間周期）での空間的な照射強度の増減分布を与える。この面的な光は、表面で反射される際に、当該表面のスペック（法線ベクトルの分布等）に応じて複素変調される。時間相関カメラ１１０は、表面で複素変調された光を受光し、第一の周期の参照信号を用いて直交検波（直交復調）することにより、複素信号としての時間相関画像データを得る。このような複素時間相関画像データに基づく変復調により、表面の法線ベクトルの分布に対応した特徴を検出することができる。

複素正弦波ｅ^-jωtは、ｅ^-jωt＝ｃｏｓ（ωｔ）―ｊ・ｓｉｎ（ωｔ）と表すこともできる。従って、時間相関画像データの各画素値Ｃ（ｘ，ｙ）は、以下に示す式（２）から導き出すことができる。

本実施形態では、式（２）において、実数部を表す画素値Ｃ１（ｘ，ｙ）と、虚数部を表す画素値Ｃ２（ｘ，ｙ）と、に分けて２種類の時間相関画像データを生成する。

このため、参照信号出力部２５０は、第１の乗算器２４４と、第２の乗算器２４６と、に対してそれぞれ異なる参照信号を生成し、出力する。本実施形態の参照信号出力部２５０は、複素正弦波ｅ^-ｊωtの実数部に対応する第１の参照信号ｃｏｓωｔを第１の乗算器２４４に出力し、複素正弦波ｅ^-jωtの虚数部に対応する第２の参照信号ｓｉｎωｔを第２の乗算器２４６に出力する。このように本実施形態の参照信号出力部２５０は、互いにヒルベルト変換対をなす正弦波および余弦波の時間関数として表される２種類の参照信号を出力する例について説明するが、参照信号は時間関数のような時間遷移に応じて変化する参照信号であればよい。

そして、第１の乗算器２４４は、読出部２４２から入力されたフレーム単位で、当該フレームの光強度信号毎に、参照信号出力部２５０から入力された複素正弦波ｅ^-jωtの実数部ｃｏｓωｔを乗算する。

第１の相関画像用重畳部２４５は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第１の乗算器２４４の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第１の時間相関画像データの各画素値Ｃ１（ｘ，ｙ）が、以下の式（３）から導出される。

そして、第２の乗算器２４６は、読出部２４２から入力されたフレームの光強度信号に対して、参照信号出力部２５０から入力された複素正弦波ｅ^-jωtの虚数部ｓｉｎωｔを乗算する。

第２の相関画像用重畳部２４７は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第２の乗算器２４６の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第２の時間相関画像データの各画素値Ｃ２（ｘ、ｙ）が、以下の式（４）から導出される。

上述した処理を行うことで、２種類の時間相関画像データ、換言すれば２自由度を有する時間相関画像データを生成できる。

また、本実施形態は、参照信号の種類を制限するものでない。例えば、本実施形態では、複素正弦波ｅ^-jωtの実部と虚部の２種類の時間相関画像データを作成するが、光の振幅と、光の位相と、による２種類の画像データを生成してもよい。

なお、本実施形態の時間相関カメラ１１０は、時間相関画像データとして、複数系統分作成可能とする。これにより、例えば複数種類の幅の縞が組み合わされた光が照射された際に、上述した実部と虚部とによる２種類の時間相関画像データを、縞の幅毎に作成可能とする。このために、時間相関カメラ１１０は、２個の乗算器と２個の相関画像用重畳部とからなる組み合わせを、複数系統分備えるとともに、参照信号出力部２５０は、系統毎に適した角周波数ωによる参照信号を出力可能とする。

そして、画像出力部２４８が、２種類の時間相関画像データと、強度画像データと、をＰＣ１１００に出力する。これにより、ＰＣ１１００が、２種類の時間相関画像データと、強度画像データと、を用いて、被検査体の異常を検出する。そのためには、被写体に対して光を照射する必要がある。

本実施形態の照明装置１２０は、高速に移動する縞パターンを照射する。図１５は、本実施形態の照明装置１２０が照射する縞パターンの一例を示した図である。図１５に示す例では、縞パターンをｘ方向にスクロール（移動）させている例とする。白い領域が縞に対応した明領域、黒い領域が縞と縞との間に対応した間隔領域（暗領域）である。

本実施形態では、時間相関カメラ１１０が強度画像データ及び時間相関画像データを撮影する露光時間で、照明装置１２０が照射する縞パターンが一周期分移動させる。これにより、照明装置１２０は、光の強度の縞パターンの空間的な移動により光の強度の周期的な時間変化を与える。本実施形態では、図１５の縞パターンが一周期分移動する時間を、露光時間と対応させることで、時間相関画像データの各画素には、少なくとも、縞パターン一周期分の光の強度信号に関する情報が埋め込まれる。

図１５に示されるように、本実施形態では、照明装置１２０が矩形波に基づく縞パターンを照射する例について説明するが、矩形波以外を用いてもよい。本実施形態では、照明装置１２０がスクリーン１３０を介して照射されることで、矩形波の明暗の境界領域をぼかすことができる。

本実施形態では、照明装置１２０が照射する縞パターンをＡ（１＋cos（ωｔ＋ｋｘ）と表す。すなわち、縞パターンには、複数の縞が反復的に（周期的に）含まれる。なお、被検査体に照射される光の強度は０〜２Ａの間で調整可能とし、光の位相ｋｘとする。ｋは、縞の波数である。ｘは、位相が変化する方向である。

そして、フレームの各画素の光強度信号ｆ（ｘ，ｙ，ｔ）の基本周波数成分は、以下の式（５）として表すことができる。式（５）で示されるように、ｘ方向で縞の明暗が変化する。

ｆ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ａ（１＋ｃｏｓ（ωｔ＋ｋｘ））
＝Ａ＋Ａ／２｛ｅ^j(ωt+kx)＋ｅ-^j(ωt+kx)｝……（５）

式（５）で示されるように、照明装置１２０が照射する縞パターンの強度信号は、複素数として考えることができる。

そして、イメージセンサ２２０には、当該照明装置１２０からの光が被写体（被検査体を含む）から反射して入力される。

したがって、イメージセンサ２２０に入力される光強度信号Ｇ（ｘ，ｙ，ｔ）を、照明装置１２０が照射された際のフレームの各画素の光強度信号ｆ（ｘ，ｙ，ｔ）とできる。そこで、強度画像データを導出するための式（１）に式（５）を代入すると、式（６）を導出できる。なお、位相ｋｘとする。

式（６）から、強度画像データの各画素には、露光時間Ｔに、照明装置１２０が出力している光の強度の中間値Ａを乗じた値が入力されていることが確認できる。さらに、時間相関画像データを導出するための式（２）に式（５）を代入すると、式（７）を導出できる。なお、ＡＴ／２を振幅とし、ｋｘを位相とする。

これにより、式（７）で示された複素数で示された時間相関画像データは、上述した２種類の時間相関画像データと置き換えることができる。つまり、上述した実部と虚部とで構成される時間相関画像データには、検査体に照射された光強度変化における位相変化と振幅変化とが含まれている。換言すれば、本実施形態のＰＣ１１００は、２種類の時間相関画像データに基づいて、照明装置１２０から照射された光の位相変化と、光の振幅変化と、を検出できる。そこで、本実施形態のＰＣ１１００が、時間相関画像データ及び強度画像データに基づいて、画素毎に入る光の振幅を表した振幅画像データと、画素毎に入る光の位相変化を表した位相画像データと、を生成する。

さらに、ＰＣ１１００は、生成した振幅画像データと位相画像データとに基づいて、被検査体の異常を検出する。

ところで、被検査体の表面形状に凹凸に基づく異常が生じている場合、被検査体の表面の法線ベクトルの分布には異常に対応した変化が生じている。また、被検査体の表面に光を吸収するような異常が生じている場合、反射した光の強度に変化が生じる。法線ベクトルの分布の変化は、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つとして検出される。そこで、本実施形態では、時間相関画像データ及び強度画像データを用いて、法線ベクトルの分布の変化に対応した、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つを検出する。これにより、表面形状の異常を検出可能となる。次に、被検査体の異常、法線ベクトル、及び光の位相変化又は振幅変化の関係について説明する。

図１６は、第１の実施形態の時間相関カメラ１１０による、被検査体の異常の第１の検出例を示した図である。図１６に示される例では、被検査体５００に突形状の異常５０１がある状況とする。当該状況においては、異常５０１の点５０２の近傍領域においては、法線ベクトル５２１、５２２、５２３が異なる方向を向いていることを確認できる。そして、当該法線ベクトル５２１、５２２、５２３が異なる方向を向いていることで、異常５０１から反射した光に拡散（例えば、光５１１、５１２、５１３）が生じ、時間相関カメラ１１０のイメージセンサ２２０の任意の画素５３１に入る縞パターンの幅５０３が広くなる。

図１７は、図１６に示される異常５０１が被検査体５００にある場合に、当該異常に応じて変化する、光の振幅の例を表した図である。図１７に示される例では、光の振幅を実部（Ｒｅ）と、虚部（Ｉｍ）に分けて２次元平面上に表している。図１７では、図１６の光５１１、５１２、５１３に対応する光の振幅６１１、６１２、６１３として示している。そして、光の振幅６１１、６１２、６１３は互いに打ち消し合い、イメージセンサ２２０の当該任意の画素５３１には、振幅６２１の光が入射する。

したがって、図１７に示される状況で、検査体５００の異常５０１が撮像された領域で振幅が小さいことが確認できる。換言すれば、振幅変化を示した振幅画像データで、周囲と比べて暗くなっている領域がある場合に、当該領域で光同士の振幅の打ち消し合いが生じていると推測できるため、当該領域に対応する被検査体５００の位置で異常５０１が生じていると判断できる。

本実施形態の検査システムは、図１６の異常５０１のように傾きが急峻に変化しているものに限らず、緩やかに変化する異常も検出できる。図１８は、第１の実施形態の時間相関カメラ１１０による、被検査体の異常の第２の検出例を示した図である。図１８に示される例では、正常な場合は被検査体の表面が平面（換言すれば法線が平行）となるが、被検査体７００に緩やかな勾配７０１が生じた状況とする。このような状況においては、勾配７０１上の法線ベクトル７２１、７２２、７２３も同様に緩やかに変化する。したがって、イメージセンサ２２０に入力する光７１１、７１２、７１３も少しずつずれていく。図１８に示される例では、緩やかな勾配７０１のために光の振幅の打ち消し合いは生じないため、図１６、図１７で表したような光の振幅はほとんど変化しない。しかしながら、本来スクリーン１３０から投影された光が、そのままイメージセンサに平行に入るはずが、緩やかな勾配７０１のために、スクリーン１３０から投影された光が平行の状態でイメージセンサに入らないために、光に位相変化が生じる。従って、光の位相変化について、周囲等との違いを検出することで、図１８に示したような緩やかな勾配７０１による異常を検出できる。

また、被検査体の表面形状（換言すれば、被検査体の法線ベクトルの分布）以外にも異常が生じる場合がある。図１９は、第１の実施形態の時間相関カメラ１１０による、被検査体の異常の第３の検出例を示した図である。図１９に示される例では、被検査体８００に汚れ８０１が付着しているため、照明装置１２０から照射された光が吸収あるいは拡散反射し、時間相関カメラ１１０の、汚れ８０１を撮影している任意の画素領域では光がほとんど強度変化しない例を表している。換言すれば、汚れ８０１を撮影している任意の画素領域では、光強度は位相打ち消しを起こし振動成分がキャンセルされ、ほとんど直流的な明るさになる例を示している。

このような場合、汚れ８０１を撮影している画素領域においては、光の振幅がほとんどないため、振幅画像データを表示した際に、周囲と比べて暗くなる領域が生じる。したがって、当該領域に対応する被検査体８００の位置に、汚れ等の異常８０１があることを推定できる。

このように、本実施形態では、時間相関画像データに基づいて、光の振幅の変化と、光の位相の変化と、を検出することで、被検査体に異常があることを推定できる。

図１２に戻り、ＰＣ１１００について説明する。ＰＣ１１００は、検出システム全体の制御を行う。ＰＣ１１００は、アーム制御部１０１と、照明制御部１０２と、制御部１１０３と、を備える。

アーム制御部１０１は、被検査体１５０の時間相関カメラ１１０による撮像対象となる表面を変更するために、アーム１４０を制御する。本実施形態では、ＰＣ１１００において、被検査体の撮影対象となる表面を複数設定しておく。そして、時間相関カメラ１１０が被検査体１５０の撮影が終了する毎に、アーム制御部１０１が、当該設定に従って、時間相関カメラ１１０が設定された表面を撮影できるように、アーム１４０が被検査体１５０を移動させる。なお、本実施形態は撮影が終了する毎にアームを移動させ、撮影が開始する前に停止させることを繰り返すことに制限するものではなく、継続的にアーム１４０を駆動させてもよい。なお、アーム１４０は、搬送部、移動部、位置変更部、姿勢変更部等とも称されうる。

照明制御部１０２は、被検査体１５０を検査するために照明装置１２０が照射する縞パターンを出力する。本実施形態の照明制御部１０２は、少なくとも３枚以上の縞パターンを、照明装置１２０に受け渡し、当該縞パターンを露光時間中に切り替えて表示するように照明装置１２０に指示する。

図２０は、照明制御部１０２が照明装置１２０に出力する縞パターンの例を示した図である。図２０（Ｂ）に示す矩形波に従って、図２０（Ａ）に示す黒領域と白領域とが設定された縞パターンが出力されるように、照明制御部１０２が制御を行う。

本実施形態で照射する縞パターン毎の縞の間隔は、検出対象となる異常（欠陥）の大きさに応じて設定されるものとしてここでは詳しい説明を省略する。

また、縞パターンを出力するための矩形波の角周波数ωは、参照信号の角周波数ωと同じ値とする。

図２０に示されるように、照明制御部１０２が出力する縞パターンは、矩形波として示すことができるが、スクリーン１３０を介することで、縞パターンの境界領域をぼかす、すなわち、縞パターンにおける明領域（縞の領域）と暗領域（間隔の領域）との境界での光の強度変化を緩やかにする（鈍らせる）ことで、正弦波に近似させることができる。図２１は、スクリーン１３０を介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。図２１に示されるように波の形状が、正弦波に近づくことで、計測精度を向上させることができる。また、縞に明度が多段階に変化するグレー領域を追加したり、グラデーションを与えたりしてもよい。また、カラーの縞を含む縞パターンを用いてもよい。

図１２に戻り、制御部１１０３は、振幅−位相画像生成部１０４と、異常検出処理部１０５と、判定部１１０４を備える。制御部１１０３は、第１偏光フィルタ１６０および第２偏光フィルタ１７０の各偏光情報から、時間相関カメラ１１０から入力された強度画像データと時間相関画像データとが、被検査面のクリア層、下地のいずれの画像であるかを判定し、強度画像データと時間相関画像データとにより、被検査体１５０の検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって異常を検出する特徴を算出するための処理を行う。なお、本実施形態は、検査を行うために、複素数で示した時間相関画像データ（複素時間相関画像データと称す）の代わりに、複素数相関画像データの実部と虚部とで分けた２種類の時間相関画像データを、時間相関カメラ１１０から受け取る。

振幅−位相画像生成部１０４は、時間相関カメラ１１０から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、に基づいて、振幅画像データと、位相画像データと、を生成する。

振幅画像データは、画素毎に入る光の振幅を表した画像データとする。位相画像データは、画素毎に入る光の位相を表した画像データとする。

本実施形態は振幅画像データの算出手法を制限するものではないが、例えば、振幅−位相画像生成部１０４は、２種類の時間相関画像データの画素値Ｃ１（ｘ，ｙ）及びＣ２（ｘ，ｙ）から、式（８）を用いて、振幅画像データの各画素値Ｆ（ｘ，ｙ）を導き出せる。

そして、本実施形態では、振幅画像データの画素値（振幅）と、強度画像データの画素値と、に基づいて、異常が生じている領域があるか否かを判定できる。例えば、強度画像データの画素値（ＡＴ）を２で除算した値と、振幅画像データの振幅（打ち消し合いが生じない場合にはＡＴ／２となる）と、がある程度一致する領域は異常が生じていないと推測できる。一方、一致していない領域については、振幅の打ち消しが生じていると推測できる。なお、具体的な手法については後述する。

同様に、振幅−位相画像生成部１０４は、画素値Ｃ１（ｘ，ｙ）及びＣ２（ｘ，ｙ）から、式（９）を用いて、位相画像データの各画素値Ｐ（ｘ，ｙ）を導き出せる。

判定部１１０４は、メモリ１０７から第１偏光フィルタ１６０、第２偏光フィルタ１７０のそれぞれの偏光情報を取得し、当該偏光情報に基づいて、時間相関カメラ１１０から取得した各画像が被検査面を構成する複数の層のいずれの層からの反射光で撮像されたか、すなわち撮像画像が複数の層のいずれの層の画像であるかの画像判定を行う。ここで、画像判定の詳細については、実施形態１と同様に行われるため、説明を省略する。

異常検出処理部１０５は、振幅−位相画像生成部１０４により生成された振幅画像データ、及び位相画像データにより、検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって、被検査体１５０の異常に関連する特徴を検出する。本実施形態では、法線ベクトルの分布に対応した特徴として、複素時間相関画像の振幅の分布を用いた例について説明する。なお、複素時間相関画像の振幅の分布とは、複素時間相関画像の各画素の振幅の分布を示したデータであり、振幅画像データに相当する。本実施形態では、異常検出は、判定部１１０４による判定結果である、クリア層、下地ごとに行われる。

次に、本実施形態の異常検出処理部１０５における振幅に基づく異常検出処理について説明する。図２２は、本実施形態の異常検出処理部１０５における当該処理の手順を示すフローチャートである。

まず、異常検出処理部１０５は、振幅画像データの各画素に格納された、光の振幅値（を表した画素値）から、当該画素を基準（例えば中心）として、Ｎ×Ｎ領域の平均振幅値を減算し（ステップＳ１１０１）、振幅の平均差分画像データを生成する。振幅の平均差分画像データは、振幅の勾配に対応する。なお、整数Ｎは実施の態様に応じて適切な値が設定されるものとする。

次に、異常検出処理部１０５は、減算により生成された振幅の平均差分画像データに対して、予め定められた振幅の閾値を用いたマスク処理を行う（ステップＳ１１０２）。

さらに、異常検出処理部１０５は、平均差分画像データのマスク領域内について画素毎に標準偏差を算出する（ステップＳ１１０３）。なお、本実施形態では、標準偏差に基づいた手法について説明するが、標準偏差を用いた場合に制限するものではなく、例えば平均値等を用いてもよい。

そして、異常検出処理部１０５は、平均を引いた振幅画素値が−４．５δ（δ：標準偏差）より小さい値の画素を、異常（欠陥）がある領域として検出する（ステップＳ１１０４）。

上述した処理手順により、各画素の振幅値（換言すれば、振幅の分布）から、被検査体の異常を検出できる。しかしながら、本実施形態は、複素時間相関画像の振幅の分布から異常を検出することに制限するものではない。検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴として、位相の分布の勾配を用いてもよい。そこで、次に位相の分布の勾配を用いた例について説明する。

次に、本実施形態の異常検出処理部１０５における位相に基づく異常検出処理について説明する。図２３は、本実施形態の異常検出処理部１０５における当該処理の手順を示すフローチャートである。

まず、異常検出処理部１０５は、位相画像データの画素毎の光の位相値（を表した画素値）から、当該画素を基準（例えば中心）として、Ｎ×Ｎ領域の平均位相値を減算し（ステップＳ１２０１）、位相の平均差分画像データを生成する。位相の平均差分画像データは、位相の勾配に対応する。

次に、異常検出処理部１０５は、減算により生成された位相の平均差分画像データの大きさ（絶対値）と、閾値とを比較し、平均差分画像データの大きさが閾値以上となる画素を、異常（欠陥）のある画素として検出する（ステップＳ１２０２）。

このＳ１２０２の検出結果により、異常検出処理部１０５は、平均差分画像データの正負、すなわち、画素の位相値と平均位相値との大小関係によって、凹凸を判別することができる（ステップＳ１２０３）。画素の位相値と平均位相値とのどちらが大きい場合に凸となるかは、各部の設定によって変化するが、大小関係が異なると、凹凸が異なる。

なお、他の手法によって得られた位相の分布の勾配から、異常を検出することができる。例えば、異常検出処理部１０５は、別の手法として、正規化された時間相関画像データのＮ×Ｎの領域の平均ベクトルと、正規化された各画素のベクトルとの差の大きさが、閾値よりも大きい場合に、異常（欠陥）がある画素として検出することができる。また、位相の分布の勾配に限られず、位相の分布に対応する情報に基づいて被検査体の異常を検出すればよい。

次に、本実施形態の異常検出処理部１０５における振幅および強度に基づく異常検出処理について説明する。図２４は、本実施形態の異常検出処理部１０５における当該処理の手順を示すフローチャートである。

まず、異常検出処理部１０５は、時間相関画像データと強度画像データとから、各画素について、次の式（１０）を用いて、振幅（を表す画素値）Ｃ（ｘ，ｙ）（式（７）参照）と強度（を表す画素値）Ｇ（ｘ，ｙ）（式（６）参照）との比Ｒ（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ１３０１）。

Ｒ（ｘ，ｙ）＝Ｃ（ｘ，ｙ）／Ｇ（ｘ，ｙ）……（１０）

次に、異常検出処理部１０５は、比Ｒ（ｘ，ｙ）と閾値とを比較し、比Ｒ（ｘ，ｙ）の値が対応する閾値以下となる画素を、異常（欠陥）のある画素として検出する（ステップＳ１３０２）。また、異常検出処理部１０５は、比Ｒ（ｘ，ｙ）と閾値とを比較し、比Ｒ（ｘ，ｙ）の値が対応する別の閾値以上となる画素を、ムラ（汚れ等）のある画素として検出する（ステップＳ１３０３）。法線ベクトルの分布の異常により、振幅の打ち消し合い（減殺）が顕著となった場合には、強度に比べて振幅がより大きく下がる。一方、法線ベクトルの分布にはそれほどの異常は無いものの被検査体１５０の表面の汚れ等によって光の吸収が顕著となった場合には、振幅に比べて強度がより大きく下がる。よって、異常検出処理部１０５は、ステップＳ１３０２およびステップＳ１３０３による異常種別の検出が可能となる。

次に、本実施形態の検査システムにおける被検査体の検査処理について説明する。図２５は、本実施形態の検査システムにおける上述した処理の手順を示すフローチャートである。なお、被検査体１５０は、すでにアーム１４０に固定された状態で、検査の初期位置に配置されているものとする。

また、本実施形態でも、スクリーン１３０の前に設置された第１偏光フィルタ１６０の偏光の状態をＳ偏光を透過またはＰ偏光を透過のいずれかに固定し、時間相関カメラ１１０の前に設けられた第２偏光フィルタ１７０の偏光を切替えるものとする。

本実施形態のＰＣ１１００が、照明装置１２０に対して、被検査体を検査するための縞パターンを出力する（ステップＳ１４０１）。

照明装置１２０は、ＰＣ１１００から入力された縞パターンを格納する（ステップＳ１４２１）。そして、照明装置１２０は、格納された縞パターンを、時間遷移に従って変化するように表示する（ステップＳ１４２２）。なお、照明装置１２０が表示を開始する条件は、縞パターンが格納された際に制限するものではなく、例えば検査者が照明装置１２０に対して開始操作を行った際でもよい。

そして、検査者は、時間相関カメラ１１０側において、第２偏光フィルタ１７０の偏光状態を切り換える（ステップＳ１０１１）。

そして、ＰＣ１１００の制御部１１０３が、時間相関カメラ１１０に対して、撮影の開始指示を送信する（ステップＳ１４０２）。

次に、時間相関カメラ１１０が、送信されてきた撮影指示に従って、被検査体１５０を含む領域について撮像を開始する（ステップＳ１４１１）。次に、時間相関カメラ１１０の制御部２４０が、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する（ステップＳ１４１２）。そして、時間相関カメラ１１０の制御部２４０が、強度画像データと、時間相関画像データと、を、ＰＣ１１００に出力する（ステップＳ１４１３）。

上記ステップＳ１０１１およびＳ１４１１からＳ１４１３までの処理は、被検査面の同じ領域に対して、第２偏光フィルタ１７０を異なる偏光状態で２回繰り返して実行される。例えば、１回目の処理では第２偏光フィルタ１７０をＳ偏光を透過するようにしてＳ偏光受光とし、２回目の処理では、第２偏光フィルタ１７０をＰ偏光を透過するように切り換えてＰ偏光受光とする等である。

ＰＣ１１００の制御部１１０３は、強度画像データと、時間相関画像データと、を受け取る（ステップＳ１４０３）。そして、振幅−位相画像生成部１０４は、受け取った強度画像データと時間相関画像データとから、振幅画像データと、位相画像データとを生成する（ステップＳ１４０４）。

判定部１０３が、２枚の強度画像に対して画像判定処理を実行する（ステップＳ１００２）。画像判定処理は実施形態１と同様に行われる。

そして、異常検出処理部１０５が、判定部１１０４の判定結果と、振幅画像データと、位相画像データとに基づいて、被検査体の異常検出制御を行う（ステップＳ１４０５）。すなわち、画像判定の結果、各画像がクリア層、下地層のいずれの画像であるわかるため、異常検出処理部１０５は、被検査面のクリア層での欠陥の有無、被検査面の下地での欠陥の有無を検出することが可能となる。そして、異常検出処理部１０５は、異常検出結果を、ＰＣ１１００が備える（図示しない）表示装置に出力する（ステップＳ１４０６）。

異常検出結果の出力例としては、強度画像データを表示するとともに、振幅画像データと位相画像データとに基づいて異常が検出された領域に対応する、強度画像データの領域を、検査者が異常を認識できるように装飾表示するなどが考えられる。また、視覚に基づく出力に制限するものではなく、音声等で異常が検出されたことを出力してもよい。

制御部１１０３は、当該被検査体の検査が終了したか否かを判定する（ステップＳ１４０７）。検査が終了していないと判定した場合（ステップＳ１４０７：Ｎｏ）、アーム制御部１０１が、予め定められた設定に従って、次の検査対象となる被検査体の表面が、時間相関カメラ１１０で撮影できるように、アームの移動制御を行う（ステップＳ１４０８）。アームの移動制御が終了した後、制御部１１０３が、再び時間相関カメラ１１０に対して、撮影の開始指示を送信する（ステップＳ１４０２）。

一方、制御部１１０３は、当該被検査体の検査が終了したと判定した場合（ステップＳ１４０７：Ｙｅｓ）、終了指示を時間相関カメラ１１０に対して出力し（ステップＳ１４０９）、処理を終了する。

そして、時間相関カメラ１１０は、終了指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１４１４）。終了指示を受け付けていない場合（ステップＳ１４１４：Ｎｏ）、再びステップＳ１０１１から処理を行う。一方、終了指示を受け付けた場合（ステップＳ１４１４：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

なお、照明装置１２０の終了処理は、検査者が行ってもよいし、他の構成からの指示に従って終了してもよい。

このように本実施形態では、時間相関カメラを用いた検査システムにおいて、時間相関画像を用いて欠陥の有無等の異常検出を行う場合に、偏光情報を用いて被検査面のうちいずれの層の画像かを判断した上で異常検出を行っているので、外乱光が多い環境で検査処理を実行する場合でも、外乱光の影響を最小限にして安定した欠陥検査を行うことができ、より正確な欠陥検出を行うことができる。

なお、本実施形態では、時間相関カメラ１１０を用いて生成された強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する例について説明した。しかしながら、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成するために時間相関カメラ１１０を用いることに制限するものではなく、それと等価な動作をする撮像システムを用いてもよい。例えば、通常のデジタルスチルカメラが生成した画像データを出力し、情報処理装置が、デジタルスチルカメラが生成した画像データを、フレーム画像データとして用いて参照信号を重畳することで、時間相関画像データを生成してもよいし、イメージセンサ内で光強度信号に参照信号を重畳するようなデジタルカメラを用いて、時間相関画像データを生成しても良い。

本実施形態では、周囲との違いに基づいて、異常に関連する特徴を検出する例について説明したが、周囲との違いに基づいて当該特徴を検出することに制限するものではなく、参照形状のデータ（参照データ、例えば、時間相関データや、振幅画像データ、位相画像データ等）との差異に基づいて当該特徴を検出してもよい。この場合、参照データの場合とで、空間位相変調照明（縞パターン）の位置合わせおよび同期が必要となる。

本実施形態では、ｘ方向に縞パターンを動かして、被検査体の異常（欠陥）を検出する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ｘ方向に垂直なｙ方向で急峻に法線の分布が変化する異常（欠陥）が被検査体に生じている場合、ｘ方向に縞パターンを動かすよりも、ｙ方向に縞パターンを動かす方が欠陥の検出が容易になる場合があり、このような場合には、ｘ方向に移動する縞パターンと、ｙ方向に移動する縞パターンとを、交互に切り替えるように構成してもよい。照明制御部１０２が照明装置１２０に出力する縞パターンをｘ方向及びｙ方向に同時に動かすように構成してもよい。

また、本実施形態では、照明装置１２０が、ｘ方向に縞の幅が一種類の縞パターンを表示する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ｘ方向の縞の幅を複数種類にするように構成してもよい。

また、本実施形態では、Ｓ偏光入射とＰ偏光入射を別個に行っていたが、これに限定されるものではなく、被検査体１５０へのＳ偏光入射とＰ偏光入射とを同時に行うように構成してもよい。例えば、照明装置１２０からの照射光をハーフミラー等で２光束に分離して、それぞれの光束を別個のスクリーンに投影する。そして、一方のスクリーンからの光束を偏光フィルタでＳ偏光として被検査体１５０に照射し、他方のスクリーンからの光束を偏光フィルタでＳ偏光として被検査体１５０に照射することで、Ｓ偏光入射とＰ偏光入射を同時に行うように構成することができる。この場合、さらに、Ｓ偏光の周波数とＰ偏光の周波数とを異なるように構成することができる。これにより、Ｓ偏光入射とＰ偏光入射とを切り換える必要がなくなり、検査効率を向上させることが可能となる。

上述した実施形態のＰＣ１００で実行される検査プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、上述した実施形態のＰＣ１００で実行される検査プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、上述した実施形態のＰＣで実行される検査プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本発明のいくつかの実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、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及び変形例は、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例は、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…カメラ、１００，１１００…ＰＣ、１１０…時間相関カメラ、１０１…アーム制御部、１０２…照明制御部、１０３、１１０４…判定部、１０４…位相画像生成部、１０５…異常検出処理部、１１０…時間相関カメラ、１２０…照明装置、１３０…スクリーン、１４０…アーム、１６０…第１偏光フィルタ、１７０…第２偏光フィルタ、２１０…光学系、２２０…イメージセンサ、２３０…データバッファ、２４０…制御部、２４１…転送部、２４２…読出部、２４３…強度画像用重畳部、２４４…第１の乗算器、２４５…第１の相関画像用重畳部、２４６…第２の乗算器、２４７…第２の相関画像用重畳部、２４８…画像出力部、２５０…参照信号出力部、１１０３…制御部。

Claims (9)

1. 複数の層からなる被検査面に対して所定の入射角で照射光を出射する照明部と、
   前記照射光から所定の偏光成分を透過させる第１偏光フィルタと、
   前記被検査面に照射される前記照射光の偏光成分の反射光から所定の偏光成分を透過させる第２偏光フィルタと、
   前記第２偏光フィルタから透過した反射光の偏光成分によって前記被検査面を撮像する撮像部と、
   前記第１偏光フィルタによる偏光成分と前記第２偏光フィルタによる偏光成分とに基づいて、前記撮像部で撮像された撮像画像が、前記複数の層の少なくともいずれの層の画像であるかを判定する判定部と、を備え、
   前記被検査面は、下地と、前記下地の上に塗装された塗装面と、前記塗装面の上で透明なクリア層とからなり、
   前記所定の入射角は、前記照射光のＰ偏光のすべてが前記クリア層の表面で反射しない角度であり、
   前記判定部は、前記第１偏光フィルタによる偏光成分と前記第２偏光フィルタによる偏光成分とに基づいて、前記撮像画像が、前記クリア層の表面の画像か、前記塗装面の画像か、前記下地の画像かの少なくともいずれかを判定する、検査システム。
2. 前記判定部は、前記第１偏光フィルタによる偏光成分がＳ偏光であり、前記第２偏光フィルタによる偏光成分がＳ偏光である場合に、前記撮像画像が前記クリア層の表面、前記塗装面および前記下地の画像であると判定する、
   請求項１に記載の検査システム。
3. 前記判定部は、前記第１偏光フィルタによる偏光成分がＳ偏光であり、前記第２偏光フィルタによる偏光成分がＰ偏光である場合に、前記撮像画像が前記下地の画像であると判定する、
   請求項１または２に記載の検査システム。
4. 前記判定部は、前記第１偏光フィルタによる偏光成分がＰ偏光であり、前記第２偏光フィルタによる偏光成分がＳ偏光である場合に、前記撮像画像が前記下地の画像であると判定する、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の検査システム。
5. 前記判定部は、前記第１偏光フィルタによる偏光成分がＰ偏光であり、前記第２偏光フィルタによる偏光成分がＰ偏光である場合に、前記撮像画像が前記塗装面および前記下地の画像であると判定する、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載の検査システム。
6. 前記照明部は、光の強度の周期的な時間変化および空間変化を与える面的な照明部であり、
   前記検査システムは、
   時間相関カメラまたはそれと等価な動作をする撮像システムによって時間相関画像を生成する時間相関画像生成部と、
   前記時間相関画像より、検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いおよび参照表面との違いのうち少なくとも一方によって前記検査対象面の異常に関連する特徴を算出する、演算処理部と、
   前記判定部による判定結果と前記演算処理部により算出された特徴に基づいて、前記検査対象面の異常を検出する異常検出処理部と、
   をさらに備えた請求項１〜５のいずれか一つに記載の検査システム。
7. 前記時間相関画像生成部は、複素時間相関画像を生成し、
   前記特徴は、前記複素時間相関画像の位相の分布に対応する、請求項６に記載の検査システム。
8. 前記時間相関画像生成部は、複素時間相関画像を生成し、
   前記特徴は、前記複素時間相関画像の振幅の分布に対応する、
   請求項６または７に記載の検査システム。
9. 下地と、前記下地の上に塗装された塗装面と、前記塗装面の上で透明なクリア層と、の複数の層からなる被検査面に対して、照射光のＰ偏光のすべてが前記クリア層の表面で反射しない角度である所定の入射角で照射光を出射し、
   第１偏光フィルタにより、前記照射光から所定の偏光成分を透過させ、
   第２偏光フィルタにより、前記被検査面に照射される前記照射光の偏光成分の反射光から所定の偏光成分を透過させ、
   前記第２偏光フィルタから透過した反射光の偏光成分によって前記被検査面を撮像し、
   前記第１偏光フィルタによる偏光成分と前記第２偏光フィルタによる偏光成分とに基づいて、前記撮像された撮像画像が前記複数の層の少なくともいずれの層の画像であるかを判定する際に、前記第１偏光フィルタによる偏光成分と前記第２偏光フィルタによる偏光成分とに基づいて、前記撮像画像が、前記クリア層の表面の画像か、前記塗装面の画像か、前記下地の画像かの少なくともいずれかを判定する、
   ことを含む検査方法。

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