JP7288273B2 - 検査装置、検査システム及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査装置、検査システム及び検査方法に関する。

タイヤ等の複雑な立体形状を有する検査対象の外観を検査するために、偏光を利用して表面の凹凸を高精度に測定する技術が提案されている（特許文献１参照）。提案された技術では、単一の方向から検査対象の表面に偏光を線状に照射し、反射光の偏光状態を解析することで表面粗さパラメタを算出する。しかしながら、単一の方向から照射するため、提案された技術では、表面粗さパラメタの精度が悪い場合があった。
そこで、線状の偏光光源に代えて、面状の偏光光源によって検査対象を照射する検査技術が提案されている（特許文献２参照）。提案された技術では、面状光源の鏡面反射をカメラで撮影した画像を解析（非特許文献１、非特許文献２参照）することで、表面粗さパラメタを算出する。しかしながら、検査対象が立体形状を有する場合、鏡面反射をカメラが受光できない場合があり、このような場合、表面粗さパラメタの精度が悪い場合があった。

特開２０１１－１９６７４１号公報 特開２０１３－２１３８３６号公報

David A. Forsyth、「Computer Vision: A Modern Approach Second Edition」、Ｐｅａｒｓｏｎ出版、２０１１年 Zhengyou Zhang,「Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane from Unknown Orientations」,IEEE,0-7695-0164-8/99,1999年

上記の問題にくわえ、さらに特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、どちらも表面下散乱の影響を考慮した技術ではなかった。そのため、従来は、検査対象によっては表面粗さパラメタの推定精度が悪い場合があった。

上記事情に鑑み、本発明は、検査対象の表面粗さパラメタの推定精度を向上させる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、所定の面内に位置し所定の偏光方向の直線偏光の光を放射する複数の光源部、を備える照射部が照射した前記光が検査対象によって鏡面反射、拡散反射又は表面下散乱した前記光を二次光として、偏光フィルタによって抽出された偏光であって前記二次光のうちの複数の偏光方向の偏光を受光し、受光した前記偏光の強度に基づいて予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である画像集合情報を各前記偏光方向ごとに生成する撮像部と、前記撮像部が生成した複数の前記画像集合情報に基づいて、鏡面反射光の波長スペクトルを取得する分離部と、前記分離部が取得した前記波長スペクトルに基づいて、前記検査対象の表面粗さを表す表面粗さパラメタを算出する表面粗さ算出部と、を備える検査装置である。

本発明の一態様は、所定の面内に位置し所定の偏光方向の直線偏光の光を放射する複数の光源部、を備える照射部と、所定の偏光方向の偏光を抽出する偏光フィルタと、前記照射部が照射した前記光が検査対象によって鏡面反射、拡散反射又は表面下散乱した前記光を二次光として、前記偏光フィルタによって抽出された偏光であって前記二次光のうちの複数の偏光方向の偏光を受光し、受光した前記偏光の強度に基づいて予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である画像集合情報を各前記偏光方向ごとに生成する撮像部と、前記撮像部が生成した複数の前記画像集合情報に基づいて、鏡面反射光の波長スペクトルを取得する分離部と、前記分離部が取得した前記波長スペクトルに基づいて、前記検査対象の表面粗さを表す表面粗さパラメタを算出する表面粗さ算出部と、を備える検査システムである。

本発明の一態様は、所定の面内に位置し所定の偏光方向の直線偏光の光を放射する複数の光源部、を備える照射部が前記光を照射する照射ステップと、前記照射部が照射した前記光が検査対象によって鏡面反射、拡散反射又は表面下散乱した前記光を二次光として、偏光フィルタによって抽出された偏光であって前記二次光のうちの複数の偏光方向の偏光を受光し、受光した前記偏光の強度に基づいて予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である画像集合情報を各前記偏光方向ごとに生成する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて生成された複数の前記画像集合情報に基づいて、鏡面反射光の波長スペクトルを取得する分離ステップと、前記分離ステップにおいて取得された前記波長スペクトルに基づいて、前記検査対象の表面粗さを表す表面粗さパラメタを算出する表面粗さ算出ステップと、を有する検査方法である。

本発明により、検査対象の表面粗さパラメタの推定精度を向上させることが可能となる。

実施形態の検査システム１の機能構成の一例を示す図。 実施形態の検査システム１に係る原理の概要を説明する説明図。 実施形態における検知部５１の機能構成の一例を示す図。 実施形態の検査システム１が実行する処理の一例を示すフローチャート。 実施形態における検査対象画像の実験結果の一例を示す図。 変形例における検査システム１ａの機能構成の一例を示す図。 変形例における復元部５１６の一例を示す図。 変形例におけるなす角βの変化と鏡面反射成分の変化との対応関係を示す実験結果の一例を示す図。 変形例の検査システム１ｂの機能構成の一例を示す図。 変形例における検知部５１ｂの機能構成の一例を示す図。 変形例の検査システム１ｂが実行する処理の一例を示すフローチャート。

図１は、実施形態の検査システム１の機能構成の一例を示す図である。
検査システム１は、照射部１０、偏光フィルタ２０、撮像装置４０、検査装置５０及び検査システム制御部６０を備える。

照射部１０は、複数の光源部１０１を備える。複数の光源部１０１は、所定の面内に位置する。照射部１０が照射する光は、所定の偏光方向の直線偏光の光である。所定の偏光方向は、例えば、光源部１０１が位置する所定の面に平行な偏光方向であってもよい。照射部１０が照射する光は、各光源部１０１の位置に応じた入射角で検査対象９に入射する。照射部１０が検査対象９に照射する光は、複数の光源部１０１の一部又は全部が放射する光である。複数の光源部１０１は、どのように配置されてもよく、例えば、所定の面内に格子状に配置されてもよい。複数の光源部１０１は、例えば、形状が棒状であれば、所定の面内で、棒に垂直な方向に一列に配置されてもよい。またこのような場合、所定の偏光方向は、例えば、棒に平行な方向であってもよいし、棒に垂直な方向であってもよい。

照射部１０は、例えば、ディスプレイ機能を有する面状偏光光源である。ディスプレイ機能を有する面状偏光光源とは、任意の形状の画像を表示するディスプレイである。照射部１０が表示する表示画像は、線状の画像であってもよいし、点状の画像であってもよい。照射部１０が表示する表示画像は、同時に表示された複数の図形であってもよい。
照射部１０が備えるディスプレイ機能は、複数の光源部１０１の一部又は全部による光の放射によって実現される。
照射部１０による表示画像の表示とは、照射部１０が備える複数の光源部１０１のうち、表示画像と同様の形状に位置する一部又は全ての光源部１０１が光を放射する動作である。

以下、照射部１０が、線状の画像の表示や複数の図形の表示等の所定の大きさ以上の大きさの画像を表示する動作を、線状画像表示動作という。以下、照射部１０が、照射部１０が所定の大きさ未満の単一の点の画像を表示する動作を、単一点表示動作という。
照射部１０が線状画像表示動作を実行する場合には、照射部１０が単一点表示動作を実行する場合よりも、検査対象９の広い範囲が一度に照射される。

線状画像表示動作は、例えば、照射部１０が備える複数の光源部１０１のうち、線状に並ぶ一部又は全ての光源部１０１が光を放射する動作である。
単一点表示動作は、例えば、照射部１０が備える複数の光源部１０１のうち、所定の円周内に位置する一部又は全ての光源部１０１が光を放射する動作である。

照射部１０は、面状発光光源であればどのようなものであってもよい。照射部１０は、例えば、液晶ディスプレイやデジタルミラーデバイス等を用いたリアプロジェクションディスプレイであってもよい。照射部１０は、例えば、有機ＥＬ（electro-luminescence）ディスプレイであってもよい。照射部１０は、例えば、有機ＥＬディスプレイの前面全てを覆うように１枚の直線偏光板が配置された光源であってもよい。

偏光フィルタ２０は、フィルタ方向を変更可能な偏光フィルタであって、入射する光から偏光方向がフィルタ方向である偏光を抽出し出射する。フィルタ方向は、偏光フィルタ２０を透過した光の偏光方向である。偏光フィルタ２０は、例えば、回転可能な偏光フィルタであって、回転することでフィルタ方向を変更する。
例えば、偏光フィルタ２０は、検査対象９に入射した光１Ｌの反射光又は散乱光である二次光が入射すると、偏光方向がフィルタ方向と一致する偏光を出射する。偏光フィルタ２０が回転することで、フィルタ方向が変更される。検査システム１においては、フィルタ方向の変更によって偏光フィルタ２０に入射する光の偏光方向依存性が測定される。なお、偏光フィルタ２０は、フィルタ方向を変更可能であればどのような仕組みでフィルタ方向を変更してもよく、必ずしも回転することでフィルタ方向を変更する必要は無い。

撮像装置４０は、二次元的に配列された複数の受光素子４０１を備える。撮像装置４０は、偏光フィルタ２０を透過して検査対象９に入射した光１Ｌの反射光又は散乱光であって偏光フィルタ２０を透過した反射光又は散乱光である二次光を、複数の受光素子４０１によって受光する。

撮像装置４０は、受光した二次光に基づき、複数のフィルタ方向の各々について画像集合情報を生成する。画像集合情報は、予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である。光波長ごとの二次元画像のそれぞれは、光波長ごとに、各受光素子４０１が受光した二次光の波長成分の強度を示す画像である。光波長は、光の波長である。

このように、検査システム１において、撮像装置４０が受光する二次光は、検査対象９に入射した光１Ｌの二次光のうち偏光フィルタ２０を透過した光である偏光である。検査システム１において、撮像装置４０は、受光した偏光に基づいて、画像集合情報を生成する。

撮像装置４０は、例えば、ハイパースペクトルカメラである。画像集合情報は、例えば、データキューブである。

なお、偏光フィルタ２０は、必ずしも撮像装置４０の筐体の外に位置する必要は無い。偏光フィルタ２０は、光１Ｌの二次光の出射位置と受光素子４０１との間に位置すれば、どのような位置にあってもよい。例えば、偏光フィルタ２０が撮像装置４０の筐体内に位置してもよい。偏光フィルタ２０と撮像装置４０とは、一体に構成されてもよい。以下、偏光フィルタ２０と撮像装置４０とが一体に構成された機能部を、撮像ユニット４１という。

撮像ユニット４１は、例えば、ディジタルカメラのレンズ前面に回転可能な直線偏光板を配したものであってもよい。撮像ユニット４１は、より好ましくは、例えば、以下に記載の参考文献１～３に記載された偏光カメラであってもよい。
参考文献１：特開２０１７－０１７５６３号公報
参考文献２：特開２０１４－５７２３１号公報
参考文献３：特開２０１２－８００６５号公報

撮像ユニット４１は、例えば、ＬＵＣＩＤ 社製ＶＰ－ＰＨＸ０５０Ｓ－Ｐや、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ ＤＡＬＳＡ社製Ｎａｎｏ－Ｍ２４５０－Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ、ＦＬＩＲ社製Ｂｌａｃｋｆｌｙ Ｓ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ５．０ ＭＰ ＵＳＢ３ Ｖｉｓｉｏｎであってもよい。

検査装置５０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１やメモリ５０２や補助記憶装置５０３などを備え、プログラムを実行する。検査装置５０は、プログラムの実行によって入力部５０４及び出力部５０５を備える装置として機能する。
ＣＰＵ５０１は、メモリ５０２又は補助記憶装置５０３に記憶されたプログラムを実行することによって検知部５１として機能する。検知部５１は、画像集合情報に基づいて、検査対象９の外観の不良箇所を検知する。検査対象９の外観の不良箇所を検知するとは、検査対象９の外観に不良箇所があるか否かを判定する処理と、不良箇所があると判定された場合に不良箇所の位置を特定する処理とを検知部５１が実行することである。

検査システム制御部６０は、ＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。検査システム制御部６０は、プログラムの実行によって、検査システム１が備える各機能部の動作を制御する。検査システム制御部６０は、例えば、照射部１０ａの照射時に偏光フィルタ２０及び撮像装置４０を同期して動作させることで、撮像装置４０に複数のフィルタ方向ごとの画像集合情報を生成させる。

なお、光源部１０１と、検査対象９と、偏光フィルタ２０と、撮像装置４０とは、光源部１０１による光の放射によって照射された検査対象９の表面（被照射面）を、偏光フィルタ２０を介して撮像装置４０が撮影することができる位置に位置すればどのような位置に位置してもよい。

なお、複数の光源部１０１の位置関係が、複数の光源部１０１の位置関係のうち光源部１０１の全てが光を放射した場合の検査対象９上の被照射面の面積が最大になる位置関係であって、撮像装置４０が、検査対象９上に照射された光が正反射する方向に位置することが望ましい。このような場合、撮像装置４０に入射する反射光の光強度が強くなり、検査に要する時間が短くなる。以下、このような、光源部１０１と、検査対象９と、偏光フィルタ２０と、撮像装置４０と位置関係を第１理想位置関係という。
なお、撮像装置４０は、被照射面の全てを撮影できる距離に位置することが、より望ましい。このような場合、１度の撮影で検査できる面積が最大になり、検査に要する時間が短くなる。以下、第１理想位置関係のうち、撮像装置４０が被照射面の全てを撮影できる距離に位置する位置関係を、第２理想位置関係という。

ここで、図２を用いて検査システム１に係る原理の概要を説明する。
図２は、実施形態の検査システム１に係る原理の概要を説明する説明図である。図２において、照射部１０ａは、液晶ディスプレイである。図２において、検査対象９は透明又は半透明の物体である。

照射部１０ａ上の一点の輝点によって照明された光の検査対象９による直接反射光１Ｌには、鏡面反射光と、拡散反射光と、表面下散乱による光（以下「表面下散乱光」という。）とが含まれている。鏡面反射光は偏光しているが、拡散反射光や表面下散乱光は、多重散乱により、偏光していない。

一般に、偏光している光は、偏光板の回転によって、透過強度が変化する。一方、偏光していない光は、偏光板の回転によって、透過強度は変化しない。したがって、検査システム１において、直接反射光１Ｌの光強度のうち偏光板の回転に応じて変動する光強度が鏡面反射光に由来する光強度である。そのため、偏光板の回転に応じて変動する光強度と変動しない光強度とが測定されれば、鏡面反射光の光強度と、拡散反射光及び表面下散乱光の光強度とは分離可能である。

検査システム１においては、偏光フィルタ２０が偏光板である。検査システム１においては、偏光フィルタ２０を回転させることで４以上の異なる複数のフィルタ方向における光強度が測定されれば、鏡面反射光の光強度と、拡散反射光及び表面下散乱光の光強度とは分離可能である。以下、鏡面反射光の光強度を鏡面反射光成分という。以下、拡散反射光及び表面下散乱光の光強度を非偏光成分という。なお、鏡面反射光と、拡散反射光と、表面下散乱光とは、いずれも二次光である。なお、直接反射光１Ｌは、二次光の一例である。

検査システム１においては、具体的には、以下の処理が実行されることで、鏡面反射光成分と非偏光成分とが分離される。
検査システム１においては、まず複数のフィルタ方向ごとの画像集合情報が取得される。以下、複数のフィルタ方向ごとの画像集合情報を、フィルタ透過結果という。

検査システム１においては、次に、検査装置５０がフィルタ透過結果に基づき、例えば、以下に記載の参考文献４に記載の方法によって光強度の最高値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎとを算出する。次に、検査装置５０が、最高値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎに基づいて、鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離する。
参考文献４： Lawrence B Wolff and Terrance E. Boult 「Constraining object features using a polarization reflectance model」, IEEE Trans. PAMI, 1991年

検査装置５０が算出する鏡面反射光の光強度Ｉｓは、以下の式（１）で表される。

検査装置５０は、次に、表面の粗さを表すパラメタである表面粗さを表す値である表面粗さパラメタσの値を算出する。表面粗さパラメタσは、値の大小によって表面の粗さを表す。表面粗さパラメタσは、値が大きいほど表面が粗いことを表してもよいし、値が小さいほど表面が粗いことを表してもよい。
表面粗さパラメタσは、例えば、所定の反射モデルにおける表面粗さを表す値である。所定の反射モデルとは、たとえば簡略化したトランス・スパロウモデルや、検査対象面の表面粗さパラメタの異方性を考慮したウォードモデル、フォンモデル、ラフォーチュンモデル等である。所定の反射モデルにおける表面粗さを表す値は、例えば、簡略化したトランス・スパロウモデルにおける表面粗さを表すパラメタであってもよい。
以下、説明の簡単のため、表面粗さパラメタσは、値が大きいほど表面が粗いことを表すと仮定する。

表面粗さパラメタσは、例えば、以下の式（２）で表される。式（２）が表す表面粗さパラメタσは、簡略化したトランス・スパロウモデルにおける表面粗さを表すパラメタである。

トランス・スパロウモデルは、例えば、以下に記載の参考文献５に記載されている。
参考文献５： K. E. Torrance and E. M. Sparrow, “Theory for off-specular reflection from roughened surfaces”, Journal of the Optical Society of America, Vol.57, No.9, pp.1105-1114, 1967年

式（２）において、Ｎは、図２に示すように、簡略化したトランス・スパロウモデルにおける物体法線の方向を表すベクトルである。式（２）において、Ｖは、図２に示すように、簡略化したトランス・スパロウモデルにおける視点方向を表すベクトルである。式（２）において、Ｋｓは、簡略化したトランス・スパロウモデルにおける検査対象９の鏡面反射率を表す。式（２）において、βは、図２に示すように、簡略化したトランス・スパロウモデルにおける照射部１０の方向と撮像装置４０の方向とのなす角の二等分方向Ｈと、検査対象９の物体法線の方向Ｎと、のなす角である。なす角βは、非特許文献１の２２ページに記載の方法によって取得される値である。
なお、検査対象９の鏡面反射率Ｋｓは、例えば、以下に記載の参考文献６又は参考文献７に記載の方法によって屈折率１．５６７の表面平滑なガラスの鏡面反射率に基づき算出される。
参考文献６：「日本工業規格 鏡面光沢度－測定方法」 ＪＩＳ Ｚ ８７４１：１９９７
参考文献７：「日本工業規格 塗料一般試験方法－第４部：塗膜の視覚特性－第７節：鏡面光沢度」 ＪＩＳ Ｋ ５６００－４－７：１９９９

検査装置５０は、表面粗さパラメタσに基づいて、検査対象９の外観の不良箇所を検知する。

図３は、実施形態における検知部５１の機能構成の一例を示す図である。検知部５１は、検知処理を実行する。検知部５１は、検知処理の実行によって、検査対象９の外観の不良箇所を検知する。

検知部５１は、画像生成部５１１、分離部５１２、表面粗さ算出部５１３、不良画素判定部５１４及び不良画素有無判定部５１５を備える。

画像生成部５１１は、画像集合情報に基づいて検査対象９の画像（以下「検査対象画像」という。）を生成する。検査対象画像は、画素の輝度が受光素子４０１の受光した二次光の強度に応じた輝度の画像である。検査対象画像は、各画素の輝度はひとつの受光素子４０１が受光した二次光の強度に応じた輝度の画像である。検査対象画像は、少なくとも２つの受光素子４０１が受光した二次光の強度に基づいて生成された画像である。例えば、検査対象画像の任意の２つの画素は、異なる受光素子４０１が受光した二次光の強度に応じた輝度の画像である。

分離部５１２は、複数の発光光源ごとの画像集合情報に基づいて、検査対象画像の各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離する。発光光源とは、光を放射する光源部１０１である。鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離するとは、鏡面反射光の光強度を取得する処理である。

分離部５１２は、各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離することで、位置波長スペクトル情報を取得する。位置波長スペクトル情報は、検査対象画像の各画素の鏡面反射光成分（すなわち、各画素における鏡面反射光の光強度Ｉｓ）を示す情報である。

表面粗さ算出部５１３は、位置波長スペクトル情報に基づき、検査対象画像の画素ごとに、検査対象９の表面粗さパラメタσの値を算出する。

表面粗さ算出部５１３は、例えば、位置波長スペクトル情報に基づき、式（１）で表される光強度Ｉｓと、式（２）で表される表面粗さパラメタσの値とを算出することで、表面粗さパラメタσの値を検査対象画像の画素ごとに取得する。

不良画素判定部５１４は、表面粗さ算出部５１３が取得した各画素における表面粗さパラメタσに基づき、検査対象画像の画素ごとに、画素が不良画素か否かを判定する。不良画素は、画素ごとの予め定められた所定の値を粗さ基準値を用いて判定される。以下、説明を簡単にするため、不良画素は、表面粗さパラメタσが粗さ基準値以上の画素であるとするが、粗さ基準値以下の画素であるとしても同様に判定できる。
以下、不良画素判定部５１４が、不良画素では無いと判定した画素を正常画素という。すなわち、正常画素は、表面粗さパラメタσが粗さ基準値未満の画素である。

不良画素判定部５１４は、判定結果を示す情報を出力する。判定結果を示す情報は、不良画素と正常画素とを示す情報であれば、どのような形式の情報であってもよい。例えば、判定結果は、検査対象画像の不良画素に対応する画素を強調表示させた画像であってもよい。
このような場合、画素と受光素子４０１とを対応付ける予め定められた情報（以下「対応情報」という。）が補助記憶装置５０３に記憶されていれば、検知部５１は、必ずしも、画像生成部５１１を備える必要は無い。なお、対応情報は、必ずしも補助記憶装置５０３に記憶されている必要は無く、検査装置５０の動作のたびに対応情報を記憶する外部装置（不図示）から入力部５０４を介して入力されてもよい。

不良画素有無判定部５１５は、不良画素判定部５１４の判定結果に基づいて、不良画素の有無を判定する。不良画素有無判定部５１５は、不良画素がある場合に、不良画素が有ると判定する。不良画素有無判定部５１５は、不良画素が無い場合に、不良画素が無いと判定する。

図４は、実施形態の検査システム１が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
検査システム制御部６０の制御によって、照射部１０が動作し、光を照射する（ステップＳ１０１）。
検査システム制御部６０の制御によって、照射部１０、偏光フィルタ２０及び撮像装置４０が動作し、撮像装置４０が、偏光フィルタ２０の複数のフィルタ方向の各々について画像集合情報を生成する（ステップＳ１０２）。

分離部５１２が、撮像装置４０が生成した各フィルタ方向の画像集合情報に基づいて、検査対象画像の各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離する。分離部５１２は、各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離することで、位置波長スペクトル情報を取得する（ステップＳ１０３）。
表面粗さ算出部５１３が、位置波長スペクトル情報に基づいて検査対象画像の画素ごとに、検査対象９の表面粗さパラメタσの値を算出する（ステップＳ１０４）。

不良画素判定部５１４が、表面粗さ算出部５１３が取得した各画素における表面粗さパラメタσに基づき、検査対象画像の画素ごとに、画素が不良画素か否かを判定する（ステップＳ１０５）。
具体的には、不良画素判定部５１４は、画素ごとに、表面粗さパラメタσが各画素の粗さ基準値以上であるか否かを判定する。不良画素判定部５１４は、表面粗さパラメタσが各画素の粗さ基準値以上である画素を、不良画素であると判定する。不良画素判定部５１４は、表面粗さパラメタσが各画素の粗さ基準値未満である画素を、正常画素であると判定する。

不良画素有無判定部５１５が、不良画素判定部５１４の判定結果に基づいて、不良画素が有るか否かを判定する（ステップＳ１０６）。具体的には、不良画素有無判定部５１５は、不良画素判定部５１４の判定結果に不良画素がある場合に、不良画素が有ると判定する。不良画素有無判定部５１５は、不良画素判定部５１４の判定結果に不良画素が無い場合に、不良画素が無いと判定する。

図５は、実施形態における検査対象画像の実験結果の一例を示す図である。
図５の実験結果を与える実験系において、照射部１０は液晶ディスプレイであった。図５の実験結果を与える実験系において、検査対象９が摺りガラスであった。図５の実験結果を与える実験系において、撮像ユニット４１は、ＬＵＣＩＤ社製のＶＰ－ＰＨＸ０５０Ｓ－Ｐであった。図５の実験結果を与える実験系において、照射部１０、検査対象９及び撮像ユニット４１の位置関係は、第２理想位置関係であった。

図５の実験結果は、液晶ディスプレイが、ディスプレイ上に幅５ピクセルの白線を上から順に表示し、白線が摺りガラス上に表示されるごとに白線の様子を撮像装置４０で撮影した結果の一例である。

このように構成された検査システム１は、複数の光源部１０１を備える照射部１０を備え、光源部１０１が放射した光によって検査対象９を照射する。検査システム１は、フィルタ方向を変更可能な偏光フィルタ２０を備え、検査対象９に照射した光の二次光を、偏光フィルタ２０を介して受光する。検査システム１は、受光した結果に基づいて、鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離する。そのため、このように構成された検査システム１は、非偏光成分の影響を軽減して検査対象物の外観の不良を検出することができるため、表面粗さを表すパラメタの算出の精度を向上させることができる。さらに、このように構成された検査システム１は、非偏光成分の影響を軽減して検査対象物の外観の不良を検出することができるため、不良の検出精度を向上させることができる。

また、このように構成された検査システム１は、照射部１０が位置の異なる複数の光源部１０１を備えるため、検査対象９に照射する光の入射角を変更することができる。そのため、検査対象によって撮像装置４０が鏡面反射光を受光できなくなる頻度を低下させることができる。

また、このように構成された検査システム１は、照射部１０が位置の異なる複数の光源部１０１を備えるため、照射部１０を移動させることなく、検査対象９に照射する光の入射角を変更することができ、照射部１０を移動させる必要が無い。そのため、このように構成された検査システム１は、照射部１０の移動に要するエネルギーを軽減しつつ、表面粗さを表すパラメタの算出の精度を向上させることができる。

（変形例）
図６は、変形例における検査システム１ａの機能構成の一例を示す図である。
検査システム１ａは、撮像部駆動部７０を備える点で、検査システム１と異なる。
以下、検査システム１と同様の機能を有するものについては、図１と同じ符号を付すことで説明を省略する。

撮像部駆動部７０は、検査システム制御部６０の制御によって、撮像装置４０を移動させる。撮像部駆動部７０は、撮像装置４０を移動可能であればどのようなものであってもよい。撮像部駆動部７０は、例えば、ステッピングモータの回転によって撮像装置４０を移動させる装置であってもよい。

撮像装置４０が撮像部駆動部７０によって移動させられることで複数の位置で二次光を受光する場合、検査システム１ａにおいて画像集合情報は、撮像装置４０の各位置における受光素子４０１ごとの波長スペクトルを示す情報であってもよい。

なお、検査システム１ａにおいて、撮像装置４０は、必ずしも複数の受光素子４０１を備える必要はなく、受光素子４０１をひとつだけ備えてもよい。

なお、検査システム１及び１ａの検知部５１は、復元部５１６を備えてもよい。
図７は、変形例における復元部５１６の一例を示す図である。
復元部５１６は、多重化計測の方法によって、１つの光源部１０１のみが光を放射した場合における受光素子４０１ごとの波長スペクトルを取得する。多重化計測の方法とは、例えば、以下に記載の参考文献８に開示された方法であってもよい。
参考文献８：Yoav Y. Schechner, Shree K. Nayar and Peter N. Belhumeur 「A Theory of Multiplexed Illumination」, Proceedings of the Ninth IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV’03), 0-7695-1950-4/03, 2003年

なお、表面粗さパラメタσは、必ずしも、式（１）及び式（２）によって表される値である必要は無い。表面粗さパラメタσは、例えば、なす角βの変化に対する鏡面反射成分の変化を表す値であってもよい。

以下、図５で説明した実験系を具体例とし、図８を用いて、鏡面反射成分の変化について説明する。例えば、所定の画素のなす角βが３．５度であるような液晶ディスプレイの表示の状態を初期状態として、液晶ディスプレイがディスプレイ上に白線を順に表示する場合、当該画素におけるなす角βは初期状態におけるなす角βから変化する。また、液晶ディスプレイがディスプレイ上に白線を順に表示する場合、撮像装置４０に入射する二次光の鏡面反射成分も変化する。

図８は、変形例におけるなす角βの変化と鏡面反射成分の変化との対応関係を示す実験結果の一例を示す図である。
図８の横軸は、なす角βを表す。図８の縦軸は、光強度を表す。図８は、所定の画素におけるなす角βと鏡面反射成分の光強度との関係を示す。図８は、所定の画素におけるなす角βと複数の反射成分の光強度との関係を示す。図８は、なす角βの変化に応じて、鏡面反射成分の光強度が変化することを示す。
また、図８は、βが３．５度近傍で最大となるピークを有することを示す。以下、なす角β対する光強度を示す情報（例えば、図８に示すグラフ）をなす角スペクトルという。なす角スペクトルは、図８が示すように光強度を最大にするピークを有する。

ところで、検査対象９の表面の粗さが小さいほど、かつ、表面下散乱の影響が小さいほど、反射光の光強度は直接反射光によって支配され、撮像装置４０に入射する光のなす角スペクトルのピークの形状は鋭く狭くなる。逆に表面の粗さが大きくなるほど、又は、表面下散乱の影響が強いほど、反射光の強度形状は等方的になる。そのため、なす角スペクトルのピークの形状は広くなる。
このように、なす角スペクトルのピークの形状は、表面の粗さに応じた形状である。そのため、表面粗さパラメタσは、なす角スペクトルのピークの形状を表す値であってもよい。

なお、なす角スペクトルのピークの形状を表す値を表面粗さパラメタσとする場合には、実験結果におけるバックグラウンドの値を測定結果の光強度から差し引いた値となす角との関係を示す情報をなす角スペクトルとすることが望ましい。

例えば、図８であれば、なす角βが２度以下となす角が４度以上とに出現するバックグラウンドの値をピークの強度から引き算した値をピーク強度とするなす角スペクトルの形状を、表面粗さパラメタσが表すことが望ましい。

以下、表面粗さパラメタσがなす角スペクトルの形状を表す場合における検査システム１を検査システム１ｂという。
なお、なす角スペクトルの形状を表す値は、例えば、なす角スペクトルのピークの半値幅であってもよいし、ピークの強度であってもよい。
ピークの半値幅を用いる場合は、鏡面反射率を別に求める必要はない。

図９は、変形例における検査システム１ｂの機能構成の一例を示す図である。検査システム１ｂは、撮像装置４０に代えて撮像装置４０ｂを備える点と、検査装置５０に代えて検査装置５０ｂを備える点とで検査システム１と異なる。以下、検査システム１と同様の機能を有するものについては、図１と同じ符号を付すことで説明を省略する。

撮像装置４０ｂは、画像集合情報に代えて、大画像集合情報を生成する点で、撮像装置４０と異なる。大画像集合情報は、照射部１０の表示画像ごとかつフィルタ方向ごとの画像集合情報である。

検査装置５０ｂは、検知部５１に代えて検知部５１ｂを備える点で検査装置５０と異なる。
図１０は、変形例における検知部５１ｂの機能構成の一例を示す図である。検知部５１ｂは、画像生成部５１１に代えて画像生成部５１１ｂを備える点と、分離部５１２に代えて分離部５１２ｂを備える点と、表面粗さ算出部５１３に代えて表面粗さ算出部５１３ｂを備える点とで、検知部５１と異なる。以下、検知部５１と同様の機能を有するものについては、図３と同じ符号を付すことで説明を省略する。

画像生成部５１１ｂは、画像集合情報に代えて大画像集合情報に基づいて、表示画像ごとに検査対象画像を生成する点で画像生成部５１１と異なる。

分離部５１２ｂは、画像集合情報に代えて大画像集合情報に基づいて、各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離することで、表示画像ごとに位置波長スペクトル情報を取得する点で分離部５１２と異なる。以下、表示画像ごとに位置波長スペクトル情報を大位置波長スペクトル情報という。

表面粗さ算出部５１３ｂは、位置波長スペクトル情報に代えて大位置波長スペクトル情報に基づいて、検査対象画像の画素ごとに、検査対象９の表面粗さパラメタσの値を算出する点で、表面粗さ算出部５１３と異なる。なお、表面粗さ算出部５１３ｂが算出する表面粗さパラメタσは、なす角スペクトルの形状を表す値であって、表面粗さ算出部５１３が算出する表面粗さパラメタσとは異なる定義の値である。

図１１は、変形例の検査システム１ｂが実行する処理の一例を示すフローチャートである。以下、図４に示すフローチャートと同様の処理については、同じ符号を付すことで説明を省略する。

検査システム制御部６０の制御によって、照射部１０が動作し、複数の表示画像を表示することで、検査対象９に各表示画像に応じた光を照射する（ステップＳ２０１）。
検査システム制御部６０の制御によって、照射部１０、偏光フィルタ２０及び撮像装置４０ｂが動作し、撮像装置４０ｂが、大画像集合情報を生成する（ステップＳ２０２）。

分離部５１２ｂが、撮像装置４０ｂが生成した大画像集合情報に基づいて、検査対象画像の各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離する。分離部５１２ｂは、各画素における鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離することで、大位置波長スペクトル情報を取得する（ステップＳ２０３）。
表面粗さ算出部５１３ｂが、大位置波長スペクトル情報に基づいて検査対象画像の画素ごとに、検査対象９の表面粗さパラメタσの値を算出する（ステップＳ２０４）。

このように構成された変形例の検査システム１ｂは、複数の光源部１０１を備える照射部１０を備え、光源部１０１が放射した光によって検査対象９を照射する。検査システム１ｂは、フィルタ方向を変更可能な偏光フィルタ２０を備え、検査対象９に照射した光の二次光を、偏光フィルタ２０を介して受光する。検査システム１ｂは、受光した結果に基づいて、鏡面反射光成分と非偏光成分とを分離する。そのため、このように構成された検査システム１ｂは、非偏光成分の影響を軽減して検査対象物の外観の不良を検出することができるため、表面粗さを表すパラメタの算出の精度を向上させることができる。さらに、このように構成された検査システム１ｂは、非偏光成分の影響を軽減して検査対象物の外観の不良を検出することができるため、不良の検出精度を向上させることができる。

なお、表面粗さ算出部５１３ｂは、なす角スペクトルのバックグラウンドの影響を低減する演算を実行してもよい。例えば、偏光フィルタ２０が直線偏光を抽出する場合、式（１）に基づいて、所定の偏光成分の強度のみを取得することで、図８の“複数の反射成分”のグラフが示すようにバックグラウンドの影響は著しく軽減される。

なお、撮像装置４０は、撮像部の一例である。

なお、検査システム１及び検査システム１ａの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

検査装置５０は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、検査装置５０が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、画像生成部５１１と、分離部５１２と、表面粗さ算出部５１３と、不良画素判定部５１４と、不良画素有無判定部５１５と、復元部５１６とはそれぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１ａ、１ｂ…検査システム、 １０…照射部、 ２０…偏光フィルタ、 ４０、４０ｂ…撮像装置、 ５０、５０ｂ…検査装置、 ６０…検査システム制御部、 ７０…撮像部駆動部、 ４０１…受光素子、 ５０１…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、 ５０２…メモリ、 ５０３…補助記憶装置、 ５０４…入力部、 ５０５…出力部、 ５１、５１ｂ…検知部、 ５１１、５１１ｂ…画像生成部、 ５１２、５１２ｂ…分離部、 ５１３、５１３ｂ…表面粗さ算出部、 ５１４…不良画素判定部、 ５１５…不良画素有無判定部、 ５１６…復元部

Claims (8)

1. 所定の面内に位置し所定の偏光方向の直線偏光の光を放射する複数の光源部、を備える照射部と、
   前記照射部が照射した前記光が検査対象によって鏡面反射、拡散反射又は表面下散乱した前記光を二次光として、偏光フィルタによって抽出された偏光であって前記二次光のうちの複数の偏光方向の偏光を受光し、受光した前記偏光の強度に基づいて予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である画像集合情報を各前記偏光方向ごとに生成する撮像部と、
   前記撮像部が生成した複数の前記画像集合情報に基づいて、鏡面反射光の波長スペクトルを取得する分離部と、
   前記分離部が取得した前記波長スペクトルに基づいて、前記検査対象の表面粗さを表す表面粗さパラメタを算出する表面粗さ算出部と、
   を備え、
   前記照射部は、ディスプレイ機能を有する面状偏光光源であり、表示される位置の異なる複数の線状の画像を表示する、
   検査装置。
2. 前記表面粗さ算出部は、各前記偏光方向ごとの前記波長スペクトルに基づき、前記表面粗さパラメタを算出する、
   請求項１に記載の検査装置。
3. 前記表面粗さパラメタは、所定の反射モデルにおける表面粗さパラメタである、
   請求項２に記載の検査装置。
4. 前記所定の反射モデルは、簡略化したトランス・スパロウモデルである、
   請求項３に記載の検査装置。
5. 多重化計測の方法によって、複数の前記光源部の１つだけが光を放射した場合における、前記二次光の波長スペクトルを取得する復元部、
   をさらに備える、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 簡略化したトランス・スパロウモデルにおける前記照射部の方向と前記撮像部の方向とのなす角の二等分方向と前記検査対象の物体法線の方向とのなす角をなす角βとして、前記表面粗さパラメタは、前記撮像部が受光する前記強度の前記なす角βに対する依存性を示す情報であるなす角スペクトルにおける前記強度のピークの形状を表す値である、
   請求項２に記載の検査装置。
7. 所定の面内に位置し所定の偏光方向の直線偏光の光を放射する複数の光源部、を備える照射部と、
   所定の偏光方向の偏光を抽出する偏光フィルタと、
   前記照射部が照射した前記光が検査対象によって鏡面反射、拡散反射又は表面下散乱した前記光を二次光として、前記偏光フィルタによって抽出された偏光であって前記二次光のうちの複数の偏光方向の偏光を受光し、受光した前記偏光の強度に基づいて予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である画像集合情報を各前記偏光方向ごとに生成する撮像部と、
   前記撮像部が生成した複数の前記画像集合情報に基づいて、鏡面反射光の波長スペクトルを取得する分離部と、
   前記分離部が取得した前記波長スペクトルに基づいて、前記検査対象の表面粗さを表す表面粗さパラメタを算出する表面粗さ算出部と、
   を備え、
   前記照射部は、ディスプレイ機能を有する面状偏光光源であり、表示される位置の異なる複数の線状の画像を表示する、
   検査システム。
8. 所定の面内に位置し所定の偏光方向の直線偏光の光を放射する複数の光源部、を備える照射部が前記光を照射する照射ステップと、
   前記照射部が照射した前記光が検査対象によって鏡面反射、拡散反射又は表面下散乱した前記光を二次光として、偏光フィルタによって抽出された偏光であって前記二次光のうちの複数の偏光方向の偏光を受光し、受光した前記偏光の強度に基づいて予め定められた複数の光波長ごとの二次元画像の画像データの集合である画像集合情報を各前記偏光方向ごとに生成する撮像ステップと、
   前記撮像ステップにおいて生成された複数の前記画像集合情報に基づいて、鏡面反射光の波長スペクトルを取得する分離ステップと、
   前記分離ステップにおいて取得された前記波長スペクトルに基づいて、前記検査対象の表面粗さを表す表面粗さパラメタを算出する表面粗さ算出ステップと、
   を有し、
   前記照射部は、ディスプレイ機能を有する面状偏光光源であり、表示される位置の異なる複数の線状の画像を表示する、
   検査方法。

Images