JP6420131B2 - Inspection system and inspection method - Google Patents

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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Description

本発明は、検査システム、及び検査方法に関する。   The present invention relates to an inspection system and an inspection method.

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。   Conventionally, there has been proposed a technique for irradiating an object to be inspected, imaging reflected light from the surface of the object to be inspected as image data, and detecting an abnormality of the object to be inspected based on a change in luminance of the image data. Has been.

その際に被検査体に波長が異なるライン照明を照射し、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。   In this case, a technique has been proposed in which an inspected object is irradiated with line illumination having a different wavelength, and an abnormality is detected based on a change in luminance of the captured image data.

特開2014−092477号公報JP 2014-092477 A

しかしながら、従来技術においては、正反射光を取得することを目的としており、透明体の中の状態を検査するのが難しい。さらに、従来技術においては、撮像された画像データには光の強度を変化させていない以上、撮像された画像データには当然に光の強度を変化させた際の時間の遷移に関する情報が含まれていない。このため、撮影された画像データで被検査体の異常を検出する際に、検出精度が低くなる可能性がある。   However, in the prior art, the purpose is to obtain specular reflection light, and it is difficult to inspect the state in the transparent body. Furthermore, in the prior art, since the captured image data does not change the light intensity, the captured image data naturally includes information on time transitions when the light intensity is changed. Not. For this reason, when detecting an abnormality of the object to be inspected with the captured image data, the detection accuracy may be lowered.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の検査システムは、光の強度の違いによって生じる縞パターンの移動で、光の強度の周期的な時間変化を与える面的な照明部と、照明部で生じさせている縞パターンの周期と撮像間隔が一致している、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を用いて、撮像間隔の間に検査対象から反射した光信号による輝度値を示した強度画像データと、撮像間隔の間に検査対象から反射した光信号の輝度変化から算出された振幅画像データと、を生成する第1の画像生成部と、第1の画像生成部により生成された強度画像データ及び振幅画像データに基づいて、検査対象の透明な層の表面から反射した成分を示した正反射画像データと、透明な層の内部から反射した成分を示した拡散反射画像データと、を生成する第2の画像生成部と、を備えた。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the inspection system of the present invention is a planar illumination unit that gives a periodic temporal change in the light intensity by moving the fringe pattern caused by the difference in light intensity. And the optical signal reflected from the inspection object during the imaging interval using a time-correlation camera or an imaging system that operates equivalently, in which the period of the fringe pattern generated in the illumination unit and the imaging interval match. A first image generating unit that generates intensity image data indicating a luminance value obtained from the above and amplitude image data calculated from a luminance change of an optical signal reflected from the inspection target during an imaging interval; Based on the intensity image data and amplitude image data generated by the generation unit, the specular reflection image data indicating the component reflected from the surface of the transparent layer to be inspected and the component reflected from the inside of the transparent layer are shown. A second image generation unit for generating a distributed reflection image data, and comprising a.

図1は、第1の実施形態の検査システムの構成例を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inspection system according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態の時間相関カメラの構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the time correlation camera of the first embodiment. 図3は、第1の実施形態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。FIG. 3 is a conceptual diagram showing frames accumulated in time series in the time correlation camera of the first embodiment. 図4は、第1の実施形態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。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern irradiated by the illumination device of the first embodiment. 図5は、第1の実施形態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。FIG. 5 is a diagram illustrating a first detection example of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera according to the first embodiment. 図6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。FIG. 6 is a diagram showing an example of the amplitude of light that changes in accordance with the abnormality when the abnormality shown in FIG. 図7は、第1の実施形態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。FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of detection of abnormality of the inspected object by the time correlation camera according to the first embodiment. 図8は、第1の実施形態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。FIG. 8 is a diagram illustrating a third example of detection of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera of the first embodiment. 図9は、第1の実施形態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。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output from the illumination control unit according to the first embodiment to the illumination device. 図10は、第1の実施形態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。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a wave shape representing a stripe pattern after passing through the screen of the first embodiment. 図11は、被検査体のクリア層と内層とから反射した光を例示した図である。FIG. 11 is a diagram illustrating light reflected from the clear layer and the inner layer of the object to be inspected. 図12は、第1の実施形態の時間相関カメラが受光する正反射成分と、拡散反射成分と、を例示した図である。FIG. 12 is a diagram illustrating regular reflection components and diffuse reflection components received by the time correlation camera of the first embodiment. 図13は、拡散反射成分を示した画像データを生成するための概念を例示した図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a concept for generating image data indicating a diffuse reflection component. 図14は、第1の実施形態の異常検出処理部における振幅画像データ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。FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of abnormality detection processing based on amplitude image data in the abnormality detection processing unit of the first embodiment. 図15は、第1の実施形態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。FIG. 15 is a flowchart illustrating a procedure of an inspection process for an object to be inspected in the inspection system according to the first embodiment. 図16は、変形例1の照明制御部が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a switching example of a fringe pattern output from the illumination control unit according to the first modification. 図17は、変形例1の照明制御部が、異常(欠陥)を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an example in which the illumination control unit of Modification 1 irradiates the surface including the abnormality (defect) with a stripe pattern. 図18は、y方向に縞パターンを変化させた場合における、異常(欠陥)とスクリーン上の縞パターンの関係を示した図である。FIG. 18 is a diagram showing a relationship between an abnormality (defect) and a stripe pattern on the screen when the stripe pattern is changed in the y direction. 図19は、本変形例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。FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output to the illumination device by the illumination control unit of the present modification.

(第1の実施形態)
本実施形態の検査システムについて説明する。第1の実施形態の検査システムは、被検査体を検査するために様々な構成を備えている。図1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1に示されるように、本実施形態の検査システムは、PC100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、を備えている。
(First embodiment)
The inspection system of this embodiment will be described. The inspection system of the first embodiment has various configurations for inspecting an object to be inspected. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inspection system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the inspection system of this embodiment includes a PC 100, a time correlation camera 110, a lighting device 120, a screen 130, and an arm 140.

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、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。   The arm 140 is used to fix the inspection object 150 and changes the position and orientation of the surface of the inspection object 150 that can be imaged by the time correlation camera 110 according to control from the PC 100.

照明装置120は、被検査体150に光を照射する装置であって、PC100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。   The illuminating device 120 is a device that irradiates light to the object 150 to be inspected, and can control the intensity of irradiated light in units of regions in accordance with a stripe pattern from the PC 100. Furthermore, the illuminating device 120 can control the intensity | strength of the light of the said area unit according to periodic time transition. In other words, the lighting device 120 can give a periodic temporal change and a spatial change of the light intensity. A specific light intensity control method will be described later.

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。   The screen 130 diffuses the light output from the illuminating device 120 and then irradiates the test object 150 with light in a plane. The screen 130 according to the present embodiment irradiates the object 150 in a surface with the light input from the illumination device 120 and subjected to periodic time change and space change. An optical system component (not shown) such as a condensing Fresnel lens may be provided between the illumination device 120 and the screen 130.

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射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。   In addition, although this embodiment demonstrates the example which comprises the planar irradiation part which combines the illuminating device 120 and the screen 130, and gives the periodic time change and spatial change of light intensity, such a combination is demonstrated. For example, the illumination unit may be configured by arranging LEDs in a plane.

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2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。   The time correlation camera 110 includes an optical system 210, an image sensor 220, a data buffer 230, a control unit 240, and a reference signal output unit 250. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the time correlation camera 110 of the present embodiment.

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。   The optical system 210 includes a photographic lens and the like, transmits a light beam from a subject (including an object to be inspected) outside the time correlation camera 110, and forms an optical image of the subject formed by the light beam.

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。   The image sensor 220 is a sensor that can output the intensity of light incident through the optical system 210 as a light intensity signal at high speed for each pixel.

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。   The light intensity signal of the present embodiment is a signal obtained by the illumination device 120 of the inspection system irradiating a subject (including an object to be inspected) with light and the image sensor 220 receiving reflected light from the subject.

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。   The image sensor 220 is, for example, a sensor that can be read out at a higher speed than a conventional sensor, and has a two-dimensional planar shape in which pixels are arranged in two kinds of directions: a row direction (x direction) and a column direction (y direction). It shall be configured. Each pixel of the image sensor 220 is defined as a pixel P (1,1),..., P (i, j),..., P (X, Y) (Note that the image size in this embodiment is X X Y). Note that the reading speed of the image sensor 220 is not limited and may be the same as the conventional one.

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。   The image sensor 220 receives a light beam from a subject (including an object to be inspected) transmitted by the optical system 210 and photoelectrically converts the light intensity signal (photographing) indicating the intensity of light reflected from the subject. Signal) is generated and output to the control unit 240. The image sensor 220 according to the present embodiment outputs the frame for each readable unit time.

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。   The control unit 240 according to the present embodiment includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. By executing an inspection program stored in the ROM, the transfer unit 241, the reading unit 242, and the intensity image superimposing unit 243. And a first multiplier 244, a first correlation image superimposing unit 245, a second multiplier 246, a second correlation image superimposing unit 247, and an image output unit 248. Note that the present invention is not limited to implementation with a CPU or the like, and may be implemented with an FPGA or an ASIC.

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。   The transfer unit 241 stores the frames composed of the light intensity signals output from the image sensor 220 in the data buffer 230 in time series order.

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。   The data buffer 230 accumulates frames composed of light intensity signals output from the image sensor 220 in time series.

図3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3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。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing frames accumulated in time series in the time correlation camera 110 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the data buffer 230 of the present embodiment stores a plurality of light intensity signals G (1, 1, t), every time t (t = t0, t1, t2,..., Tn). .., G (i, j, t),..., G (X, Y, t) are combined into a plurality of frames Fk (k = 1, 2,..., N) in chronological order. Accumulated. Note that one frame created at time t is a light intensity signal G (1, 1, t),..., G (i, j, t), ..., G (X, Y, t). Composed.

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。   A light intensity signal (imaging signal) G (1,1, t),..., G (i, j, t),. Each pixel P (1,1),..., P (i, j),..., P (X, Y) constituting k = 1, 2,.

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よい。   The frame output from the image sensor 220 includes only a light intensity signal, in other words, it can be considered as monochrome image data. In this embodiment, an example in which the image sensor 220 generates monochrome image data in consideration of resolution, sensitivity, cost, and the like will be described. However, the image sensor 220 is not limited to a monochrome image sensor. Alternatively, a color image sensor may be used.

図2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、強度画像用重畳部243と、に出力する。   Returning to FIG. 2, the reading unit 242 of the present embodiment receives the light intensity signals G (1,1, t),..., G (i, j, t),. Y, t) are read out in frame-by-frame order and output to the first multiplier 244, the second multiplier 246, and the intensity image superimposing unit 243.

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110は、3種類の画像データを作成する。   The time correlation camera 110 of the present embodiment generates image data for each output destination of the reading unit 242. In other words, the time phase camera 110 creates three types of image data.

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。   The time correlation camera 110 of this embodiment generates intensity image data and two types of time correlation image data as three types of image data. Note that the present embodiment is not limited to generating three types of image data, and it may be possible to generate no intensity image data or to generate one or more types of time-correlated image data. .

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。強度画像データとは、時間相関カメラ110で撮像されている間(撮像間隔の間)に検査対象から反射した光信号による輝度値を示した画像データとする。   As described above, the image sensor 220 of the present embodiment outputs a frame composed of a light intensity signal every unit time. However, in order to generate normal image data, a light intensity signal corresponding to the exposure time necessary for photographing is required. Therefore, in the present embodiment, the intensity image superimposing unit 243 generates intensity image data by superimposing a plurality of frames for an exposure time necessary for photographing. In addition, each pixel value (value representing the intensity of light) G (x, y) of the intensity image data can be derived from the following equation (1). The exposure time is the time difference between t0 and tn. The intensity image data is image data indicating a luminance value by an optical signal reflected from the inspection object while being imaged by the time correlation camera 110 (during an imaging interval).

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。   Thereby, the intensity image data in which the subject (including the object to be inspected) is photographed is generated in the same manner as the conventional camera photographing. Then, the intensity image superimposing unit 243 outputs the generated intensity image data to the image output unit 248.

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。   The time correlation image data is image data indicating changes in light intensity according to time transition. That is, in the present embodiment, for each frame in time series order, the light intensity signal included in the frame is multiplied by the reference signal indicating the time transition, and the reference signal, the light intensity signal, and the time that is the multiplication result Temporal correlation image data is generated by generating a temporal correlation value frame composed of correlation values and superimposing a plurality of temporal correlation value frames.

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。   By the way, in order to detect abnormality of the object to be inspected using the time correlation image data, it is necessary to change the light intensity signal input to the image sensor 220 in synchronization with the reference signal. For this purpose, as described above, the illumination device 120 performs planar light irradiation that periodically gives temporal changes and spatial movement of the stripes via the screen 130.

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。 In this embodiment, two types of time correlation image data are generated. The reference signal may be a signal representing a time transition, but in the present embodiment, a complex sine wave e −jωt is used. It is assumed that the angular frequency ω and time t. The angular frequency ω is such that the complex sine wave e −jωt representing the reference signal correlates with one period of the above-described exposure time (in other words, the time required to generate the intensity image data and the time correlation image). It shall be set. In other words, the planar and dynamic light formed by the illumination unit 120 and the illumination unit such as the screen 130 is in a first period (time period) at each position on the surface (reflection surface) of the inspection object 150. And a distribution of increase or decrease in spatial irradiation intensity in a second period (spatial period) along at least one direction along the surface. When this planar light is reflected by the surface, it is complex-modulated according to the specifications of the surface (normal vector distribution, etc.). The time correlation camera 110 receives the light complex-modulated on the surface and performs quadrature detection (orthogonal demodulation) using the reference signal of the first period, thereby obtaining time correlation image data as a complex signal. By modulation / demodulation based on such complex time correlation image data, it is possible to detect features corresponding to the surface normal vector distribution.

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。 The complex sine wave e −jωt can also be expressed as e −jωt = cos (ωt) −j · sin (ωt). Accordingly, each pixel value C (x, y) of the time correlation image data can be derived from the following equation (2).

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。   In this embodiment, in the formula (2), two types of time correlation image data are divided into a pixel value C1 (x, y) representing the real part and a pixel value C2 (x, y) representing the imaginary part. Generate.

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。 For this reason, the reference signal output unit 250 generates and outputs different reference signals for the first multiplier 244 and the second multiplier 246, respectively. Reference signal output section 250 of this embodiment outputs the first reference signal cosωt corresponding to the real part of the complex sine wave e -Jeiomegati the first multiplier 244, the imaginary part of the complex sine wave e -Jeiomegati The corresponding second reference signal sin ωt is output to the second multiplier 246. As described above, the reference signal output unit 250 according to the present embodiment describes an example in which two types of reference signals expressed as time functions of a sine wave and a cosine wave that form a Hilbert transform pair are described. Any reference signal that changes with time transition such as a function may be used.

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の実数部に対応する第1の参照信号cosωtを乗算する。 The first multiplier 244 corresponds to the real part of the complex sine wave e −jωt input from the reference signal output unit 250 for each light intensity signal of the frame in units of frames input from the reading unit 242. The first reference signal cosωt to be multiplied.

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。   The first correlation image superimposing unit 245 performs a process of superimposing the multiplication result of the first multiplier 244 on a pixel-by-pixel basis for a plurality of frames for an exposure time necessary for photographing. Thereby, each pixel value C1 (x, y) of the first time correlation image data is derived from the following equation (3).

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の虚数部に対応する第2の参照信号sinωtを乗算する。 Then, the second multiplier 246 corresponds to the second imaginary part of the complex sine wave e −jωt input from the reference signal output unit 250 with respect to the light intensity signal of the frame input from the reading unit 242. Multiply the reference signal sin ωt.

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。   The second correlation image superimposing unit 247 performs a process of superimposing the multiplication result of the second multiplier 246 on a pixel-by-pixel basis for a plurality of frames corresponding to the exposure time necessary for photographing. Thereby, each pixel value C2 (x, y) of the second time correlation image data is derived from the following equation (4).

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。   By performing the processing described above, two types of time correlation image data, in other words, time correlation image data having two degrees of freedom can be generated.

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。 Further, the present embodiment does not limit the type of reference signal. For example, in this embodiment, two types of time-correlated image data of the real part and the imaginary part of the complex sine wave e −jωt are created, but two types of image data based on the light amplitude and the light phase are generated. May be.

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。   Note that the time correlation camera 110 of the present embodiment can create a plurality of systems as time correlation image data. Thereby, for example, when light in which stripes having a plurality of types of widths are combined is irradiated, two types of time correlation image data based on the real part and the imaginary part described above can be created for each stripe width. For this purpose, the time correlation camera 110 includes a combination of two multipliers and two correlation image superimposing units for a plurality of systems, and the reference signal output unit 250 has an angular frequency suitable for each system. The reference signal by ω can be output.

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PC100に出力する。これにより、PC100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。   Then, the image output unit 248 outputs two types of time correlation image data and intensity image data to the PC 100. As a result, the PC 100 detects an abnormality of the object to be inspected using the two types of time correlation image data and the intensity image data. For that purpose, it is necessary to irradiate the subject with light.

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4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4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。   The illuminating device 120 of this embodiment irradiates the fringe pattern which moves at high speed. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern irradiated by the illumination device 120 of the present embodiment. In the example shown in FIG. 4, the stripe pattern is scrolled (moved) in the x direction. A white area is a bright area corresponding to the stripe, and a black area is an interval area (dark area) corresponding to the stripe.

本実施形態では、照明装置120としてプロジェクタを用いる例とする。そして、プロジェクタである照明装置120から照射された光が、スクリーンを介して、被写体(被検査体を含む)に照射される。   In this embodiment, a projector is used as the illumination device 120. Then, the light irradiated from the illumination device 120 that is a projector is irradiated to the subject (including the object to be inspected) through the screen.

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4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。   In the present embodiment, the fringe pattern irradiated by the illuminating device 120 is moved by one period with the exposure time when the time correlation camera 110 captures the intensity image data and the time correlation image data. Thereby, the illuminating device 120 gives the time change of the light intensity periodically by the spatial movement of the stripe pattern of the light intensity. In the present embodiment, the time during which the fringe pattern in FIG. 4 moves by one period corresponds to the exposure time, so that each pixel of the time-correlated image data relates to at least the light intensity signal for one period of the fringe pattern. Information is embedded.

図4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。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, an example in which the illumination device 120 irradiates a stripe pattern based on a rectangular wave will be described, but other than a rectangular wave may be used. In the present embodiment, the illumination device 120 is irradiated through the screen 130, so that the bright and dark boundary region of the rectangular wave can be blurred.

まずは、照明装置120が照射する縞パターンをA+Acos(ωt+kx)と表した場合について説明する。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。   First, the case where the fringe pattern irradiated by the illumination device 120 is expressed as A + Acos (ωt + kx) will be described. That is, the stripe pattern includes a plurality of stripes repeatedly (periodically). It should be noted that the intensity of light applied to the object to be inspected can be adjusted between 0 and 2A, and is the light phase kx. k is the wave number of the stripe. x is the direction in which the phase changes.

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。   The fundamental frequency component of the light intensity signal f (x, y, t) of each pixel in the frame can be expressed as the following equation (5). As shown in Expression (5), the brightness of the stripe changes in the x direction.

f(x,y,t)=A(1+cos(ωt+kx))
=A+A/2{ej(ωt+kx)+e-j(ωt+kx)}……(5)
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。   As shown in Expression (5), the intensity signal of the fringe pattern irradiated by the illumination device 120 can be considered as a complex number.

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。   Then, the light from the illumination device 120 is reflected and input to the image sensor 220 from the subject (including the object to be inspected).

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。   Therefore, the light intensity signal G (x, y, t) input to the image sensor 220 can be used as the light intensity signal f (x, y, t) of each pixel of the frame when the illumination device 120 is irradiated. Therefore, when Expression (5) is substituted into Expression (1) for deriving intensity image data, Expression (6) can be derived. The phase is kx.

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。   From Expression (6), it can be confirmed that each pixel of the intensity image data is input with a value obtained by multiplying the exposure time T by the intermediate value A of the intensity of the light output from the illumination device 120. Further, when Expression (5) is substituted into Expression (2) for deriving time correlation image data, Expression (7) can be derived. Note that AT / 2 is the amplitude and kx is the phase.

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PC100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PC100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、を生成できる。そして、生成した振幅画像データ及び位相画像データのうちいずれか一つ以上を用いることで、被検査体の異常を検出する。   Thereby, the time correlation image data shown by the complex number shown by Formula (7) is replaceable with the two types of time correlation image data mentioned above. That is, the above-described time correlation image data composed of the real part and the imaginary part includes a phase change and an amplitude change due to a change in light intensity irradiated on the test object. In other words, the PC 100 according to the present embodiment can detect the phase change of the light emitted from the illumination device 120 and the light amplitude change based on the two types of time correlation image data. Therefore, the PC 100 according to the present embodiment, based on the time correlation image data and the intensity image data, amplitude image data representing the amplitude of light entering each pixel and phase image data representing the phase change of light entering each pixel. And can be generated. And abnormality of a to-be-inspected object is detected by using any one or more among the produced | generated amplitude image data and phase image data.

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。   By the way, when an abnormality based on the unevenness occurs in the surface shape of the object to be inspected, a change corresponding to the abnormality occurs in the distribution of normal vectors on the surface of the object to be inspected. Further, when an abnormality that absorbs light occurs on the surface of the object to be inspected, the intensity of the reflected light changes. A change in the normal vector distribution is detected as at least one of a phase change and an amplitude change of light. Thus, in the present embodiment, using the time correlation image data and the intensity image data, at least one of the light phase change and the amplitude change corresponding to the change in the normal vector distribution is detected. Thereby, the abnormality of the surface shape can be detected. Next, the relationship between the abnormality of the inspected object, the normal vector, and the phase change or amplitude change of light will be described.

図5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5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。   FIG. 5 is a diagram illustrating a first detection example of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera 110 according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 5, it is assumed that the inspected object 500 has a projecting shape abnormality 501. In this situation, it can be confirmed that the normal vectors 521, 522, and 523 are in different directions in the region near the point 502 of the abnormality 501. The normal vectors 521, 522, 523 are directed in different directions, so that diffusion (for example, light 511, 512, 513) is generated in the light reflected from the anomaly 501, and the image sensor 220 of the time correlation camera 110. The width 503 of the fringe pattern entering the arbitrary pixel 531 is increased.

図6は、図5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6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6では、図5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。   FIG. 6 is a diagram showing an example of the amplitude of light that changes in accordance with the abnormality 501 shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, the amplitude of light is divided into a real part (Re) and an imaginary part (Im) and is represented on a two-dimensional plane. In FIG. 6, the light amplitudes 611, 612, and 613 corresponding to the lights 511, 512, and 513 in FIG. The light amplitudes 611, 612, and 613 cancel each other, and light having an amplitude 621 is incident on the arbitrary pixel 531 of the image sensor 220.

したがって、図6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。   Therefore, in the situation shown in FIG. 6, it can be confirmed that the amplitude is small in the region where the abnormality 501 of the inspection object 500 is imaged. In other words, when there is a region that is darker than the surroundings in the amplitude image data showing the change in amplitude, it can be assumed that there is a cancellation of the amplitude of light in the region, It can be determined that an abnormality 501 has occurred at the position of the corresponding inspection object 500.

本実施形態の検査システムは、図5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7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7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7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5、図6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7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。   The inspection system according to the present embodiment is not limited to the one in which the inclination changes steeply like the abnormality 501 in FIG. 5, and can also detect an abnormality that changes gently. FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of detection of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera 110 according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 7, the surface of the object to be inspected is flat (in other words, the normal line is parallel) in the normal state, but a gentle gradient 701 is generated on the object 700 to be inspected. In such a situation, the normal vectors 721, 722, and 723 on the gradient 701 also change gently. Accordingly, the light beams 711, 712, and 713 input to the image sensor 220 are also shifted little by little. In the example shown in FIG. 7, since the light amplitudes do not cancel each other due to the gentle gradient 701, the light amplitudes shown in FIGS. 5 and 6 hardly change. However, although the light originally projected from the screen 130 should enter the image sensor as it is, the light projected from the screen 130 does not enter the image sensor in a parallel state because of the gentle gradient 701. A phase change occurs in the light. Accordingly, by detecting the difference between the light phase change and the surroundings, an abnormality due to the gentle gradient 701 as shown in FIG. 7 can be detected.

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8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8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。   In addition, there may be an abnormality other than the surface shape of the inspection object (in other words, the distribution of the normal vector of the inspection object). FIG. 8 is a diagram illustrating a third example of detection of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera 110 according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 8, since the dirt 801 is attached to the object 800, the light irradiated from the illumination device 120 is absorbed or diffusely reflected, and the dirt 801 of the time correlation camera 110 is photographed. This shows an example in which light hardly changes in intensity in an arbitrary pixel region. In other words, in an arbitrary pixel area where the dirt 801 is photographed, the light intensity causes a phase cancellation, the vibration component is canceled, and an almost DC brightness is shown.

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。   In such a case, in the pixel region where the dirt 801 is imaged, there is almost no light amplitude, and therefore when the amplitude image data is displayed, a region darker than the surroundings is generated. Therefore, it can be estimated that there is an abnormality 801 such as dirt at the position of the inspection object 800 corresponding to the region.

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。   As described above, in the present embodiment, it is possible to estimate that the object to be inspected is abnormal by detecting the change in the amplitude of the light and the change in the phase of the light based on the time correlation image data.

図1に戻り、PC100について説明する。PC100は、検出システム全体の制御を行う。PC100は、アーム制御部101と、照明制御部102と、制御部103と、を備える。   Returning to FIG. 1, the PC 100 will be described. The PC 100 controls the entire detection system. The PC 100 includes an arm control unit 101, an illumination control unit 102, and a control unit 103.

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、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、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。   The arm control unit 101 controls the arm 140 in order to change the surface of the object 150 to be imaged by the time correlation camera 110. In the present embodiment, in the PC 100, a plurality of surfaces to be imaged of the inspected object are set. Then, every time the time correlation camera 110 finishes photographing the object to be inspected 150, the arm control unit 101 can photograph the surface on which the time correlation camera 110 is set according to the setting. Move 150. The present embodiment is not limited to repeating the movement of the arm each time shooting is completed and stopping the shooting before the shooting is started, and the arm 140 may be continuously driven. The arm 140 may also be referred to as a transport unit, a moving unit, a position changing unit, a posture changing unit, or the like.

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。   The illumination control unit 102 outputs a fringe pattern irradiated by the illumination device 120 in order to inspect the inspected object 150. The illumination control unit 102 of this embodiment transfers at least three or more stripe patterns to the illumination device 120 and instructs the illumination device 120 to switch and display the stripe patterns during the exposure time.

図9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9(B)に示す矩形波に従って、図9(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。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output from the illumination control unit 102 to the illumination device 120. In accordance with the rectangular wave shown in FIG. 9B, the illumination control unit 102 performs control so that the stripe pattern in which the black region and the white region shown in FIG. 9A are set is output.

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。   In this embodiment, the stripe interval for each stripe pattern to be irradiated is set according to the size of the abnormality (defect) to be detected, and detailed description thereof is omitted here.

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。   In addition, the angular frequency ω of the rectangular wave for outputting the fringe pattern is set to the same value as the angular frequency ω of the reference signal.

図9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10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10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。   As shown in FIG. 9, the fringe pattern output from the illumination control unit 102 can be shown as a rectangular wave, but the border area of the fringe pattern is blurred through the screen 130, that is, the bright area in the fringe pattern. By making the intensity change of light at the boundary between the (stripe region) and the dark region (interval region) gentle (dull), it can be approximated to a sine wave. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a wave shape representing a stripe pattern after passing through the screen 130. As shown in FIG. 10, the measurement accuracy can be improved by the wave shape approaching a sine wave. Further, a gray region in which the brightness changes in multiple steps may be added to the stripe, or a gradation may be given. Further, a stripe pattern including color stripes may be used.

図1に戻り、制御部103は、振幅−位相画像生成部104と、反射成分画像生成部105と、異常検出処理部106と、を備え、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。   Returning to FIG. 1, the control unit 103 includes an amplitude-phase image generation unit 104, a reflection component image generation unit 105, and an abnormality detection processing unit 106, and intensity image data input from the time correlation camera 110, Based on the time correlation image data, a process for calculating a characteristic corresponding to the distribution of the normal vector of the inspection target surface of the inspection object 150 and detecting an abnormality based on a difference from the surroundings is performed. In the present embodiment, in order to perform the inspection, two types of real number and imaginary part of complex number correlation image data are used instead of time correlation image data (referred to as complex time correlation image data) indicated by complex numbers. Are received from the time correlation camera 110.

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。   The amplitude-phase image generation unit 104 generates amplitude image data and phase image data based on the intensity image data input from the time correlation camera 110 and the time correlation image data.

振幅画像データは、時間相関カメラ110による撮像されている間(撮像間隔の間)に検査対象面から反射した光信号の輝度変化から算出された、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。   The amplitude image data is image data representing the amplitude of light entering each pixel, calculated from the change in luminance of the optical signal reflected from the inspection target surface during imaging by the time correlation camera 110 (during the imaging interval). And The phase image data is image data representing the phase of light entering each pixel.

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。   Although the present embodiment does not limit the calculation method of the amplitude image data, for example, the amplitude-phase image generation unit 104 has pixel values C1 (x, y) and C2 (x, From y), each pixel value F (x, y) of the amplitude image data can be derived using Equation (8).

ところで、被検査体の被検査面が、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(以下、クリア層とも称す)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。   By the way, the surface to be inspected of the object to be inspected is composed of, for example, a base, a surface coated on the base, and a plurality of layers such as a transparent layer (hereinafter also referred to as a clear layer). May be. In such a case, if it is possible to detect which layer has an abnormality, the abnormality can be detected more accurately.

図11は、被検査体のクリア層と内層とから反射した光を例示した図である。図11に示される例では、被検査体1101は、内層1111と、内層1111の表面に塗装されたクリア層1112を含んでいる。   FIG. 11 is a diagram illustrating light reflected from the clear layer and the inner layer of the object to be inspected. In the example shown in FIG. 11, the device under test 1101 includes an inner layer 1111 and a clear layer 1112 painted on the surface of the inner layer 1111.

そして、照明装置120より出射された照明光は、クリア層1112の表面で正反射して、時間相関カメラ110に向かう光1121と、クリア層1112内部を透過して、内層1111の内部に入り込んで内層1111内部で多数の反射を繰り返して、その結果拡散光となって内層1111、クリア層1112から出射し、時間相関カメラ110に向かう光1122と、に分かれる。クリア層1112の表面で正反射した光1121を、正反射成分と称し、内層1111の内部に入り込み、拡散光として内層1111、クリア層1112から出射された光1122を、拡散反射成分とも称する。   The illumination light emitted from the illumination device 120 is specularly reflected on the surface of the clear layer 1112, passes through the light 1121 toward the time correlation camera 110 and the inside of the clear layer 1112, and enters the inside of the inner layer 1111. A large number of reflections are repeated inside the inner layer 1111, resulting in diffused light that is emitted from the inner layer 1111 and the clear layer 1112, and is divided into light 1122 that travels to the time correlation camera 110. The light 1121 specularly reflected on the surface of the clear layer 1112 is referred to as a specular reflection component, and the light 1122 that enters the inner layer 1111 and is emitted from the inner layer 1111 and the clear layer 1112 as diffused light is also referred to as a diffuse reflection component.

このように、時間相関カメラ110は、正反射成分と、拡散反射成分と、の組み合わせを受光する。   Thus, the time correlation camera 110 receives a combination of the regular reflection component and the diffuse reflection component.

図12は、時間相関カメラ110が受光する正反射成分と、拡散反射成分と、を例示した図である。図12に示されるように、正反射成分1201は、照明装置120が照射する縞パターンの輝度値が変化する周期に従って、輝度値が変化する。なお、正反射成分1201の振幅Bは、当該被検査体の正反射率や、実測に基づいて定められるものとする。   FIG. 12 is a diagram illustrating regular reflection components and diffuse reflection components received by the time correlation camera 110. As shown in FIG. 12, the regular reflection component 1201 changes in luminance value according to a cycle in which the luminance value of the stripe pattern irradiated by the illumination device 120 changes. The amplitude B of the regular reflection component 1201 is determined based on the regular reflectance of the object to be inspected or actual measurement.

そして、本実施形態の反射成分画像生成部105は、強度画像データから、正反射成分1201と、拡散反射成分1202と、に分ける。これにより、正反射成分1201に基づいてクリア層1112の表面の検査と、拡散反射成分1202に基づいてクリア層1112の内層1111内部の検査と、を実現できる。   Then, the reflection component image generation unit 105 of the present embodiment divides the intensity image data into a regular reflection component 1201 and a diffuse reflection component 1202. Thereby, the inspection of the surface of the clear layer 1112 based on the regular reflection component 1201 and the inspection inside the inner layer 1111 of the clear layer 1112 based on the diffuse reflection component 1202 can be realized.

図12に示される例では、時間相関カメラ110が受光する輝度を求める式f’(x,y,t)は、以下の式(9)で示される。なお、光の位相kxとする。   In the example shown in FIG. 12, the equation f ′ (x, y, t) for obtaining the luminance received by the time correlation camera 110 is represented by the following equation (9). It is assumed that the light phase is kx.

G’(x,y,t)=A+Bcos(ωt+kx)…(9) G ′ (x, y, t) = A + B cos (ωt + kx) (9)

そして、G’(x,y,t)は、撮像間隔毎の輝度値、換言すればクリア層が塗布された場合の強度画像データは、下記の式(10)から導出できる。   G ′ (x, y, t) is a luminance value for each imaging interval, in other words, intensity image data when the clear layer is applied can be derived from the following equation (10).

式(10)に示されるように、図12に示される例において、照明装置120が照射する縞パターン一周期で、時間相関カメラ110が受光する光強度信号の合計値である強度画像データは、ATとなる。   As shown in Expression (10), in the example shown in FIG. 12, intensity image data that is a total value of light intensity signals received by the time correlation camera 110 in one period of the fringe pattern irradiated by the illumination device 120 is: Become AT.

また、式(8)、式(3)、式(4)は、拡散反射成分を考慮しない場合であったが、成分振幅−位相画像生成部104は、式(8)、式(3)、式(4)におけるG(x、y、z)に対して、式(9)で示したG’(x,y,t)を代入する。これにより、クリア層が塗布されている場合の振幅データF’(x,y)として、式(11)を導出できる。   Moreover, although Formula (8), Formula (3), and Formula (4) were cases in which the diffuse reflection component was not taken into consideration, the component amplitude-phase image generation unit 104 is represented by Formula (8), Formula (3), G ′ (x, y, t) shown in Expression (9) is substituted for G (x, y, z) in Expression (4). As a result, the equation (11) can be derived as the amplitude data F ′ (x, y) when the clear layer is applied.

なお、式(11)で示したC1’(x,y)、C2’(x,y)は、下の式(12)、式(13)から導出する。   Note that C1 '(x, y) and C2' (x, y) shown in Expression (11) are derived from Expressions (12) and (13) below.

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(14)を用いて、クリア層が塗布されている場合における、位相画像データの各画素値P’(x,y)を導き出せる。   Similarly, the amplitude-phase image generation unit 104 uses the equation (14) from the pixel values C1 ′ (x, y) and C2 ′ (x, y) to change the phase when the clear layer is applied. Each pixel value P ′ (x, y) of the image data can be derived.

そして、本実施形態の反射成分画像生成部105は、振幅−位相画像生成部104により生成された強度画像データAT及び振幅画像データF’(x,y)に基づいて、被検査体の被検査面の透明な層の表面から反射した正反射画像データと、被検査体の被検査面の透明な層の内部から反射した拡散反射画像データと、を生成する。   Then, the reflection component image generation unit 105 of the present embodiment inspects the object to be inspected based on the intensity image data AT and the amplitude image data F ′ (x, y) generated by the amplitude-phase image generation unit 104. Regular reflection image data reflected from the surface of the transparent layer of the surface and diffuse reflection image data reflected from the inside of the transparent layer of the inspection surface of the inspection object are generated.

振幅画像データは、変動する正反射成分の1/2に相当する。そこで、反射成分画像生成部105は、振幅画像データF’(x,y)を2倍して、正反射成分の画像データを算出する。   The amplitude image data corresponds to ½ of the changing regular reflection component. Therefore, the reflection component image generation unit 105 calculates image data of the regular reflection component by doubling the amplitude image data F ′ (x, y).

上述したように、強度画像データ=正反射成分の画像データ+拡散反射成分の画像データとなる。そこで、反射成分画像生成部105は、拡散反射成分の画像データを、強度画像データAT−正反射成分の画像データ2・F’(x,y)から導出する。   As described above, intensity image data = regular reflection component image data + diffuse reflection component image data. Accordingly, the reflection component image generation unit 105 derives the diffuse reflection component image data from the intensity image data AT−regular reflection component image data 2 · F ′ (x, y).

図13は、拡散反射成分を示した画像データ(以下、拡散反射画像データと称す)を生成するための概念を例示した図である。図13に示されるように、強度画像データから、振幅画像データ*2を減算することで拡散反射画像データを生成できる。   FIG. 13 is a diagram illustrating a concept for generating image data indicating diffuse reflection components (hereinafter referred to as diffuse reflection image data). As shown in FIG. 13, diffuse reflection image data can be generated by subtracting amplitude image data * 2 from intensity image data.

そして、本実施形態では、正反射成分の画像データに基づいて異常の検出を行うことで、被検査体のクリア層表面の異常の検出を行うことができる。さらには、拡散反射画像データに基づいて、異常の検出を行うことで、被検査体のクリア層内部の内層の異常の検出を行うことができる。   And in this embodiment, the abnormality of the clear layer surface of a to-be-inspected object can be detected by detecting abnormality based on the image data of a regular reflection component. Furthermore, by detecting the abnormality based on the diffuse reflection image data, it is possible to detect the abnormality of the inner layer inside the clear layer of the object to be inspected.

異常検出処理部106は、反射成分画像生成部105により生成された振幅画像データ、及び拡散反射データを用いて、検査対象面の異常を検出する。   The abnormality detection processing unit 106 detects an abnormality of the inspection target surface using the amplitude image data generated by the reflection component image generation unit 105 and the diffuse reflection data.

次に、本実施形態の異常検出処理部106における振幅画像データに基づく異常検出処理について説明する。図14は、本実施形態の異常検出処理部106における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the amplitude image data in the abnormality detection processing unit 106 of the present embodiment will be described. FIG. 14 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 106 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部106は、正反射成分(振幅の2倍)の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S1401)、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。   First, the abnormality detection processing unit 106 uses the amplitude value of light (a pixel value representing) stored in each pixel of the image data of the regular reflection component (twice the amplitude) as a reference (for example, the center). As a result, the average amplitude value of the N × N region is subtracted (step S1401), and the average difference image data of the amplitude is generated. The average difference image data of the amplitude corresponds to the gradient of the amplitude. The integer N is set to an appropriate value according to the embodiment.

次に、異常検出処理部106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S1402)。   Next, the abnormality detection processing unit 106 performs mask processing using a predetermined amplitude threshold value on the average difference image data of the amplitude generated by subtraction (step S1402).

さらに、異常検出処理部106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S1403)。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。   Further, the abnormality detection processing unit 106 calculates a standard deviation for each pixel within the mask area of the average difference image data (step S1403). In the present embodiment, a method based on the standard deviation will be described. However, the method is not limited to the case where the standard deviation is used. For example, an average value or the like may be used.

そして、異常検出処理部106は、平均を引いた振幅画素値が−4.5σ(σ: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S1404)。   Then, the abnormality detection processing unit 106 detects a pixel having an average pixel value smaller than −4.5σ (σ: standard deviation) as a region having an abnormality (defect) (step S1404).

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、被検査体のクリア層表面の異常を検出できる。   By the processing procedure described above, an abnormality on the surface of the clear layer of the object to be inspected can be detected from the amplitude value (in other words, amplitude distribution) of each pixel.

そして、本実施形態の異常検出処理部106は、拡散反射画像データを用いて、被検査体のクリア層の内面について異常を検出する。なお、拡散反射画像データを用いた異常の検出手法は、従来用いられている手法と同様の手法を用いても良いものとして、説明を省略する。   And the abnormality detection process part 106 of this embodiment detects abnormality about the inner surface of the clear layer of a to-be-inspected object using diffuse reflection image data. Note that the abnormality detection method using the diffuse reflection image data may be a method similar to a conventionally used method, and the description thereof is omitted.

また、本実施形態の異常検出処理部106は、振幅画像データを用いた異常の検出手法と、拡散画像データを用いた異常の検出手法と、に制限するものではなく、例えば、位相画像データを用いた異常の検出手法や、強度画像データと他の画像データとの比較結果を用いた異常の検出手法等を用いてもよい。   Further, the abnormality detection processing unit 106 according to the present embodiment is not limited to the abnormality detection method using the amplitude image data and the abnormality detection method using the diffusion image data. An abnormality detection method used, an abnormality detection method using a comparison result between intensity image data and other image data, or the like may be used.

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15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。   Next, an inspection process for an object to be inspected in the inspection system of the present embodiment will be described. FIG. 15 is a flowchart showing a procedure of the above-described processing in the inspection system of the present embodiment. It is assumed that the device under test 150 is already fixed to the arm 140 and arranged at the initial position of the inspection.

本実施形態のPC100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S1501)。   The PC 100 of this embodiment outputs a fringe pattern for inspecting the object to be inspected to the illumination device 120 (step S1501).

照明装置120は、PC100から入力された縞パターンを格納する(ステップS1521)。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S1522)。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。   The illuminating device 120 stores the fringe pattern input from the PC 100 (step S1521). And the illuminating device 120 displays the stored fringe pattern so that it may change according to a time transition (step S1522). Note that the conditions under which the illuminating device 120 starts display are not limited when the fringe pattern is stored, and may be, for example, when the inspector performs a start operation on the illuminating device 120.

そして、PC100の制御部103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S1502)。   Then, the control unit 103 of the PC 100 transmits a shooting start instruction to the time correlation camera 110 (step S1502).

次に、時間相関カメラ110が、送信されてきた撮影開始指示に従って、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S1511)。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S1512)。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、PC100に出力する(ステップS1513)。   Next, the time correlation camera 110 starts imaging for an area including the inspection object 150 in accordance with the transmitted imaging start instruction (step S1511). Next, the control unit 240 of the time correlation camera 110 generates intensity image data and time correlation image data (step S1512). Then, the control unit 240 of the time correlation camera 110 outputs the intensity image data and the time correlation image data to the PC 100 (step S1513).

PC100の制御部103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S1503)。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S1504)。   The control unit 103 of the PC 100 receives the intensity image data and the time correlation image data (step S1503). Then, the amplitude-phase image generation unit 104 generates amplitude image data and phase image data from the received intensity image data and time correlation image data (step S1504).

そして、反射成分画像生成部105が、強度画像データ、及び振幅画像データに基づいて、正反射成分の画像データと、拡散反射成分の画像データと、を生成する(ステップS1505)。   Then, the reflection component image generation unit 105 generates regular reflection component image data and diffuse reflection component image data based on the intensity image data and the amplitude image data (step S1505).

そして、異常検出処理部106が、正反射成分の画像データと、拡散反射成分の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S1506)。そして、異常検出処理部106は、異常検出結果を、PC100が備える(図示しない)表示装置に出力する(ステップS1507)。   Then, the abnormality detection processing unit 106 performs abnormality detection control of the object to be inspected based on the image data of the regular reflection component and the image data of the diffuse reflection component (step S1506). Then, the abnormality detection processing unit 106 outputs the abnormality detection result to a display device (not shown) included in the PC 100 (step S1507).

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、正反射成分の画像データと、拡散反射成分の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。   As an output example of the abnormality detection result, the intensity image data is displayed, and the intensity image data area corresponding to the area where the abnormality is detected based on the image data of the regular reflection component and the image data of the diffuse reflection component It is conceivable to display the decoration so that the inspector can recognize the abnormality. Further, the output is not limited to visual output, and it may be output that an abnormality has been detected by voice or the like.

制御部103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S1508)。検査が終了していないと判定した場合(ステップS1508: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S1509)。アームの移動制御が終了した後、制御部103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S1502)。   The control unit 103 determines whether or not the inspection of the inspection object has been completed (step S1508). When it is determined that the inspection has not been completed (step S1508: No), the arm control unit 101 can photograph the surface of the inspection object to be inspected with the time correlation camera 110 according to a predetermined setting. In this way, arm movement control is performed (step S1509). After the arm movement control is completed, the control unit 103 transmits an imaging start instruction to the time correlation camera 110 again (step S1502).

一方、制御部103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S1508: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S1510)、処理を終了する。   On the other hand, when it is determined that the inspection of the object to be inspected has ended (step S1508: Yes), the control unit 103 outputs an end instruction to the time correlation camera 110 (step S1510) and ends the process.

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S1514)。終了指示を受け付けていない場合(ステップS1514:No)、再びステップS1511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S1514:Yes)、処理を終了する。   Then, the time correlation camera 110 determines whether an end instruction has been received (step S1514). If an end instruction has not been received (step S1514: NO), the processing is performed again from step S1511. On the other hand, if an end instruction has been received (step S1514: YES), the process ends.

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。   Note that the inspecting process of the illumination device 120 may be performed by an inspector, or may be ended in accordance with an instruction from another configuration.

また、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、アナログ的な処理で実現可能な時間相関カメラや、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よい。   In the present embodiment, the example in which the intensity image data generated using the time correlation camera 110 and the time correlation image data are generated has been described. However, the present invention is not limited to the use of the time correlation camera 110 for generating the intensity image data and the time correlation image data, and a time correlation camera that can be realized by analog processing or an operation equivalent thereto. An imaging system may be used. For example, image data generated by a normal digital still camera is output, and the information processing apparatus superimposes a reference signal using the image data generated by the digital still camera as frame image data, thereby generating time-correlated image data. The time correlation image data may be generated by using a digital camera that superimposes a reference signal on a light intensity signal in the image sensor.

(変形例1)
第1の実施形態では、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。しかしながら、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る。そこで、変形例では、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、交互に切り替える例について説明する。
(Modification 1)
In the first embodiment, the example in which the fringe pattern is moved in the x direction to detect an abnormality (defect) of the inspection object has been described. However, when an abnormality (defect) in which the normal distribution changes sharply in the y direction perpendicular to the x direction is generated in the inspection object, the fringe pattern is moved in the y direction rather than in the x direction. It may be easier to detect defects. Therefore, in the modification, an example will be described in which a fringe pattern moving in the x direction and a fringe pattern moving in the y direction are alternately switched.

本変形例の照明制御部102は、所定の時間間隔毎に、照明装置120に出力する縞パターンを切り替える。これにより、照明装置120は、一つの検査対象面に対して、異なる方向に延びた複数の縞パターンを出力する。   The illumination control unit 102 of this modification switches the fringe pattern output to the illumination device 120 at predetermined time intervals. Thereby, the illuminating device 120 outputs the some fringe pattern extended in the different direction with respect to one test object surface.

図16は、本変形例の照明制御部102が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。図16の(A)では、照明制御部102は、照明装置120が表示する縞パターンをx方向に遷移させる。その後、図16の(B)に示されるように、照明制御部102は、照明装置120が表示する縞パターンをy方向に遷移させる。   FIG. 16 is a diagram illustrating a switching example of a fringe pattern output by the illumination control unit 102 of the present modification. In FIG. 16A, the illumination control unit 102 causes the stripe pattern displayed by the illumination device 120 to transition in the x direction. Thereafter, as illustrated in FIG. 16B, the illumination control unit 102 causes the stripe pattern displayed by the illumination device 120 to transition in the y direction.

そして、PC100の制御部103は、図16の(A)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行い、図16の(B)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。   Then, the control unit 103 of the PC 100 performs abnormality detection based on the time correlation image data obtained from the stripe pattern irradiation of FIG. 16A, and is obtained from the stripe pattern irradiation of FIG. Abnormality detection is performed based on the time correlation image data.

図17は、本変形例の照明制御部102が、異常(欠陥)1601を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。図17に示す例では、異常(欠陥)1601が、x方向に延びている。この場合、照明制御部102は、x方向に交差するy方向、換言すれば異常(欠陥)1601の長手方向に交差する方向に縞パターンが移動するように設定する。当該設定により、検出精度を向上させることができる。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example in which the illumination control unit 102 according to the present modification irradiates the surface including the abnormality (defect) 1601 with a fringe pattern. In the example shown in FIG. 17, an abnormality (defect) 1601 extends in the x direction. In this case, the illumination control unit 102 sets the fringe pattern to move in the y direction that intersects the x direction, in other words, in the direction that intersects the longitudinal direction of the abnormality (defect) 1601. With this setting, detection accuracy can be improved.

図18は、y方向、換言すれば欠陥1601の長手方向に直交する方向に縞パターンを変化させた場合における、異常(欠陥)1701とスクリーン130上の縞パターンの関係を示した図である。図18に示されるように、y方向に幅が狭く、且つ当該y方向に交差するx方向を長手方向とする異常(欠陥)1701が生じている場合、照明装置120から照射された光は、x方向に交差するy方向で光の振幅の打ち消しが大きくなる。このため、PC100では、y方向に移動させた縞パターンに対応する振幅画像データから、当該異常(欠陥)を検出できる。   FIG. 18 is a diagram showing the relationship between an abnormality (defect) 1701 and the stripe pattern on the screen 130 when the stripe pattern is changed in the y direction, in other words, in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the defect 1601. As shown in FIG. 18, when an abnormality (defect) 1701 having a narrow width in the y direction and a longitudinal direction in the x direction intersecting the y direction occurs, the light emitted from the illumination device 120 is In the y direction that intersects the x direction, the cancellation of the amplitude of light increases. Therefore, the PC 100 can detect the abnormality (defect) from the amplitude image data corresponding to the stripe pattern moved in the y direction.

本変形例の検査システムにおいて、被検査体に生じる欠陥の長手方向がランダムな場合には、複数方向(例えば、x方向、及び当該x方向に交差するy方向等)で縞パターンを表示することで、欠陥の形状を問わずに当該欠陥の検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。また、異常の形状に合わせた縞パターンを投影することで、異常の検出精度を向上させることができる。   In the inspection system of this modification, when the longitudinal direction of the defect generated in the inspection object is random, the fringe pattern is displayed in a plurality of directions (for example, the x direction and the y direction crossing the x direction). Thus, the defect can be detected regardless of the shape of the defect, and the detection accuracy of the abnormality (defect) can be improved. Further, by projecting a fringe pattern that matches the shape of the abnormality, the abnormality detection accuracy can be improved.

(変形例2)
また、上述した変形例1は、x方向の異常検出と、y方向の異常検出と、を行う際に、縞パターンを切り替える手法に制限するものでない。そこで、変形例2では、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方向同時に動かす例について説明する。
(Modification 2)
In addition, the first modification described above is not limited to the method of switching the fringe pattern when performing abnormality detection in the x direction and abnormality detection in the y direction. Therefore, in the second modification, an example in which the fringe pattern output from the illumination control unit 102 to the illumination device 120 is moved simultaneously in the x direction and the y direction will be described.

図19は、本変形例の照明制御部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19に示される例では、照明制御部102が縞パターンを、方向1801に移動させる。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output to the illumination device 120 by the illumination control unit 102 of the present modification. In the example shown in FIG. 19, the illumination control unit 102 moves the fringe pattern in the direction 1801.

図19に示される縞パターンは、x方向では1周期1802の縞パターンを含み、y方向では一周期1803の縞パターンを含んでいる。つまり、図19に示される縞パターンは、幅が異なる交差する方向に延びた複数の縞を有している。なお、x方向の縞パターンの幅と、y方向の縞パターンの幅と、を異ならせる必要がある。これにより、x方向に対応する時間相関画像データと、y方向に対応する時間相関画像データと、を生成する際に、対応する参照信号を異ならせることができる。なお、縞パターンによる光の強度の変化の周期(周波数)が変化すればよいので、縞の幅を変化させるのに変えて、縞パターン(縞)の移動速度を変化させてもよい。   The fringe pattern shown in FIG. 19 includes a fringe pattern having one cycle 1802 in the x direction and includes a fringe pattern having one cycle 1803 in the y direction. That is, the stripe pattern shown in FIG. 19 has a plurality of stripes extending in intersecting directions having different widths. It is necessary to make the width of the stripe pattern in the x direction different from the width of the stripe pattern in the y direction. Thereby, when generating the time correlation image data corresponding to the x direction and the time correlation image data corresponding to the y direction, the corresponding reference signals can be made different. In addition, since the period (frequency) of the light intensity change by the stripe pattern only needs to be changed, the moving speed of the stripe pattern (stripe) may be changed instead of changing the width of the stripe.

そして、時間相関カメラ110が、x方向の縞パターンに対応する参照信号に基づいて、x方向の縞パターンに対応する時間相関画像データを生成し、y方向の縞パターンに対応する参照信号に基づいて、y方向の縞パターンに対応する時間相関画像データを生成する。その後、PC100の制御部103は、x方向の縞パターンに対応する時間相関画像データに基づいて、異常検出を行った後、y方向の縞パターンに対応する時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。これにより、本変形例では、欠陥の生じた方向を問わずに検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。   Then, the time correlation camera 110 generates time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the x direction based on the reference signal corresponding to the stripe pattern in the x direction, and based on the reference signal corresponding to the stripe pattern in the y direction. Thus, time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the y direction is generated. After that, the control unit 103 of the PC 100 detects an abnormality based on the time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the x direction, and then detects an abnormality based on the time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the y direction. I do. Thereby, in this modification, it becomes possible to detect regardless of the direction in which the defect occurs, and the detection accuracy of the abnormality (defect) can be improved.

上述した実施形態の検査システムにおいては、正反射成分の画像データによるクリア層表面の検査と、拡散反射成分の画像データによるクリア層内部の検査と、を実現しているため、検査精度を向上させることができる。   In the inspection system according to the above-described embodiment, the inspection of the surface of the clear layer using the image data of the specular reflection component and the inspection of the inside of the clear layer using the image data of the diffuse reflection component are realized. be able to.

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。   The inspection program executed by the PC 100 of the above-described embodiment is a file in an installable format or an executable format, and is a computer such as a CD-ROM, a flexible disk (FD), a CD-R, a DVD (Digital Versatile Disk). It is recorded on a readable recording medium and provided.

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よい。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経由で提供または配布するように構成してもよい。   Further, the inspection program executed by the PC 100 of the above-described embodiment may be provided by being stored on a computer connected to a network such as the Internet and downloaded via the network. Further, the inspection program executed on the PC 100 according to the above-described embodiment may be provided or distributed via a network such as the Internet.

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。   Although some embodiments and modifications of the present invention have been described, these embodiments and modifications are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and equivalents thereof.

100…PC、101…アーム制御部、102…照明制御部、103…制御部、104…振幅−位相画像生成部、105…反射成分画像生成部、106…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、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。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... PC, 101 ... Arm control part, 102 ... Illumination control part, 103 ... Control part, 104 ... Amplitude-phase image generation part, 105 ... Reflection component image generation part, 106 ... Abnormality detection processing part, 110 ... Time correlation camera , 120 ... Illuminating device, 130 ... Screen, 140 ... Arm, 210 ... Optical system, 220 ... Image sensor, 230 ... Data buffer, 240 ... Control part, 241 ... Transfer part, 242 ... Reading part, 243 ... Superposition for intensity image 244 ... first multiplier 245 ... first correlated image superimposing unit 246 ... second multiplier 247 ... second correlated image superimposing unit 248 ... image output unit 250 ... reference signal Output part.

Claims (3)

光の強度の違いによって生じる縞パターンの移動で、光の強度の周期的な時間変化を与える面的な照明部と、
前記照明部で生じさせている前記縞パターンの周期と撮像間隔が一致している、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を用いて、前記撮像間隔の間に検査対象から反射した光信号による輝度値を示した強度画像データと、前記撮像間隔の間に検査対象から反射した光信号の輝度変化から算出された振幅画像データと、を生成する第1の画像生成部と、
前記第1の画像生成部により生成された前記強度画像データ及び前記振幅画像データに基づいて、前記検査対象の透明な層の表面から反射した成分を示した正反射画像データと、前記透明な層の内部から反射した成分を示した拡散反射画像データと、を生成する第2の画像生成部と、
を備えた検査システム。
A planar illumination unit that gives periodic temporal changes in the intensity of the light by moving the fringe pattern caused by the difference in the intensity of the light,
Light reflected from the inspection object during the imaging interval using a time-correlation camera or an imaging system that operates equivalently, in which the period of the fringe pattern generated by the illuminating unit coincides with the imaging interval A first image generating unit that generates intensity image data indicating a luminance value by a signal and amplitude image data calculated from a luminance change of an optical signal reflected from an inspection object during the imaging interval;
Regular reflection image data indicating a component reflected from the surface of the transparent layer to be inspected based on the intensity image data and the amplitude image data generated by the first image generation unit, and the transparent layer A diffuse reflection image data indicating a component reflected from the inside of the second image generation unit,
Inspection system equipped with.
前記正反射画像データ、及び前記拡散反射画像データのうちいずれか一つに基づいて前記検査対象の異常を検出する検出部を、
さらに備える請求項1に記載の検査システム。
A detection unit for detecting an abnormality of the inspection object based on any one of the regular reflection image data and the diffuse reflection image data;
The inspection system according to claim 1, further comprising:
光の強度の違いによって生じる縞パターンの移動で、光の強度の周期的な時間変化を与える面的な照明部で生じさせている前記縞パターンの周期と撮像間隔が一致している、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を用いて、前記撮像間隔の間に検査対象から反射した光信号による輝度値を示した強度画像データと、前記撮像間隔の間に検査対象から反射した光信号の輝度変化から算出された振幅画像データと、を生成し、
前記強度画像データ及び前記振幅画像データに基づいて、前記検査対象の透明な層の表面から反射した成分を示した正反射画像データと、前記透明な層の内部から反射した成分を示した拡散反射画像データと、を生成する、
検査方法。
A time correlation in which the period of the fringe pattern generated by a planar illumination unit that gives a periodic temporal change in the intensity of light coincides with the imaging interval by moving the fringe pattern caused by the difference in light intensity. Intensity image data indicating a luminance value by an optical signal reflected from the inspection object during the imaging interval and light reflected from the inspection object during the imaging interval using a camera or an imaging system that performs an equivalent operation Generating amplitude image data calculated from the luminance change of the signal,
Based on the intensity image data and the amplitude image data, specular reflection image data showing a component reflected from the surface of the transparent layer to be inspected, and diffuse reflection showing a component reflected from the inside of the transparent layer Generate image data,
Inspection method.
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